JP5581086B2 - セラミックフィルタモジュール - Google Patents

Description

本発明は、懸濁物の詰まりに起因する問題が生じ難く、長寿命なセラミックフィルタモジュールに関する。

近年、多成分の混合物から特定の成分のみを選択的に回収するために、セラミック製のフィルタエレメントが用いられている。セラミック製のフィルタエレメントは、有機高分子製のフィルタエレメントと比較して、機械的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、水処理や排ガス処理、あるいは医薬や食品分野等の広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に、好ましく適用される。

このようなセラミック製のフィルタエレメント（セラミックフィルタエレメントともいう）は、通常、透過速度と分離性能を両立させるという観点から、所謂モノリス型（ないしはハニカム型）を呈している。モノリス型のフィルタエレメントとは、多くの場合、外形が円柱形であり、その軸方向に形成された多数の平行な流路（セルという）を内部に有する多孔質支持体を具備し、更に、その多孔質支持体に比して孔径の小さな濾過膜が、セルを形成する内壁面に形成されたものである。

このようなフィルタエレメントは、通常、ハウジング内に収められ、シール材等で必要な隔離を施されたフィルタモジュールとして、使用される。従来のモノリス型のセラミックフィルタを用いたフィルタモジュールを開示した先行文献として、例えば特許文献１、２を挙げることが出来る。

特許文献１には、縦置きのフィルタモジュールが開示されている。このフィルタモジュールは、１つのハウジング内に内蔵される、少なくとも２本のフィルタエレメントを、シール材を挟持した状態で、直列的に縦に連結する構造を採ることによって、省スペースで処理能力の高いフィルタモジュール（濾過器）を実現している。

特許文献２には、横置きのフィルタモジュールが開示されている。このフィルタモジュールは、シール材を介して気密かつ液密状態にして、ハウジング内にフィルタエレメントを２本以上収納するとともに、中心軸が水平面と平行になるように、横置き又は斜め置きの状態で設置しているので、省スペース化が図られ、且つ、シール材の劣化が有効に防止されている。

特許第４２４２１７１号公報 特許第３８５７１６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたフィルタモジュールでは、縦方向に直列的に連結しているので、フィルタエレメントのセル穴の位置が上下でずれる場合があり、その場合に、セル内面に付着した懸濁物等が、逆洗でフィルタエレメントから剥がれても、フィルタエレメントとフィルタエレメントのつなぎ目に堆積してしまい、効率的に排出できない。又、複数のフィルタエレメントをシール材を介して縦方向に直列的に連結しているので、シール材に、フィルタエレメントの荷重がかかり、シール材が早期に劣化してしまうおそれがある。更には、直列に縦に連結するため、フィルタモジュールを収める建物の天井が高くなる。

特許文献２に開示されたフィルタモジュールは、横方向に１つのハウジング内に２本以上のフィルタエレメントを収納しており、支持部材を設置することにより、シール材の劣化は起こり難いが、懸濁物等がフィルタエレメントとフィルタエレメントのつなぎ目に堆積する問題は、特許文献１に開示されたフィルタモジュールと同様に、生じ得る。但し、横向きに連結するため、フィルタモジュールを収める建物の天井は、低く抑えることが出来る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、省スペースで、懸濁物の詰まりに起因する問題が生じ難く、長寿命なフィルタモジュール（濾過器）を提供することにある。研究が重ねられた結果、概ね水平方向に配設した１つのハウジング内に、２以上の長尺のフィルタエレメントを連結して収納するとともに、各フィルタエレメントのつなぎ目に、懸濁物を効果的に排出する構造を設置することによって、この課題が解決されることが見出され、本発明の完成に至った。

即ち、先ず、本発明によれば、１つのハウジング内に、シール材を介して、２以上のセラミックフィルタエレメントを、気密かつ液密状態で隔離して収納するとともに、隣接する前記セラミックフィルタエレメントの間に、懸濁物の排出経路、又は、懸濁物の排出に用いられる逆洗水の経路と空気の経路、を設けたセラミックフィルタモジュールが提供される。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールにおいては、ハウジングを、その中心軸と水平面とがなす角度が、０°以上、３０°以下、となるように設置してなるものであることが好ましい。

ハウジングの中心軸と水平面とがなす角度が０°以上、３０°以下、となるように設置されるということは、ハウジングが（セラミックフィルタエレメントも）、横置きであって、概ね水平に設置される、ということである。ハウジングの中心軸と水平面とがなす角度が０°であれば水平に設置され、ハウジングの中心軸と水平面とがなす角度が０°超（例えば１°以上）、３０°以下であれば、やや傾斜して設置される、ということである。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールにおいては、セラミックフィルタエレメントが、中空モノリス型エレメントであることが好ましい。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールは、特に懸濁物の多い（高濁度の）原水の濾過処理に、好適に用いられる。

次に、本発明によれば、上記した何れかのセラミックフィルタモジュールを、複数、鉛直方向に積み上げてなる濾過器が提供される。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールは、隣接する２以上のセラミックフィルタエレメントの間に、懸濁物の排出経路、又は、懸濁物の排出に用いられる空気の経路、を設けるので、懸濁物が良好に排出され、懸濁物の詰まりに起因する問題が生じ難く、長寿命なフィルタモジュールとなる。海外及び日本において、地域によっては、水（河川水、地下水、あるいは処理された工業用水等）の懸濁物の量が多い場合があり、その水が原水（被処理水）として用いられると、詰まりに起因する問題が生じ易いが、本発明のこの好ましい態様によれば、このような問題は生じない。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールは、その好ましい態様において、１つのハウジング内に、２以上のセラミックフィルタエレメントを収納するので、同一の処理能力である（同じ数のセラミックフィルタエレメントを有する）場合に、ハウジング数が減り、コストダウンが可能となる。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールは、その好ましい態様において、ハウジングを、その中心軸と水平面とがなす角度が、０°以上、３０°以下、となるように、横置きで設置するので、高い空間をもつ大きな建物を必要としない。

又、横置きで、２以上のセラミックフィルタエレメントを１つのハウジング内に収納すると、懸濁物が重力によって、フィルタエレメントとフィルタエレメントのつなぎ目に堆積し易く、排出が困難になるおそれがあるが、本発明においては、懸濁物の排出経路、又は、懸濁物の排出に用いられる空気の経路、が設けられるので、このような問題は生じない。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールを構成するセラミックフィルタエレメントの一の実施形態を模式的に示す図であり、一部を切り出した斜視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの一の実施形態を模式的に示す図であり、濾過工程の状態を表した内部透視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの一の実施形態を模式的に示す図であり、逆洗工程の状態を表した内部透視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの一の実施形態を模式的に示す図であり、ブローの状態を表した内部透視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの一の実施形態を模式的に示す図であり、長手方向に垂直な断面を表した断面図である。 本発明に係る濾過器の一の実施形態を模式的に示す平面図（上面図）である。 図４Ａに示される濾過器を模式的に示す正面図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールを構成するセラミックフィルタエレメントの他の実施形態を模式的に示す図であり、一部を切り出した斜視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの他の実施形態を模式的に示す図であり、濾過の状態を表した内部透視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの他の実施形態を模式的に示す図であり、逆洗工程の状態を表した内部透視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの他の実施形態を模式的に示す図であり、ブローの状態を表した内部透視図である。 本発明に係るセラミックフィルタモジュールの他の実施形態を模式的に示す図であり、長手方向に垂直な断面を表した断面図である。 本発明に係る濾過器の他の実施形態を模式的に示す平面図（上面図）である。 図８Ａに示される濾過器を模式的に示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について、適宜、図面を参酌しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は以下に記述される手段である。

先ず、本発明に係るセラミックフィルタモジュールの一の実施形態と、それを構成するセラミックフィルタエレメント、及びそれで構成される濾過器について、図１〜図４Ｂを参照して、説明する。

図１に示されるセラミックフィルタエレメント１は、中空部分がないタイプのフィルタエレメントであり、集水セル型ということがある。この集水セル型のセラミックフィルタエレメント１は、両端面２，３及び外周面６を有する多孔質体９を具備する。多孔質体９は、その外形は円柱形であり、一方の端面２から他方の端面３まで貫通し（図１において概ね横方向に）列をなして形成された複数の濾過セル４と、一方の端面２から他方の端面３まで貫通し（図１において概ね横方向に）列をなして形成された複数の集水セル５を備える。濾過セル４には、図示しない膜が形成され、その両端面の開口は開放されている（開口のままである）。一方、集水セル５は、その両端面の開口が目封止部材８で封止され、集水セル５が外部空間と連通するように、集水スリット７が設けられている。

このようなセラミックフィルタエレメント１において、原水（被処理水）は、濾過セル４の一方の端面２の開口から流入する。流入した原水のうち一部は、濾過セル４をそのまま通過し、他の端面３の開口部から流出されるが、濾過工程において、出口側が弁により封止されているため、濾過セル４の内壁面に配設された膜から多孔質体９の内部を透過した後、外周面６から流出されるか、又は、集水セル５に流入して、集水スリット７を経由して流出される（図１において、矢印は水の流れを示す）。

図２Ａ〜図２Ｃは、図１に示されるセラミックフィルタエレメントを３つ収納したセラミックフィルタモジュールを、運転に必要な弁及び配管とともに表した図である。この図２Ａ〜図２Ｃは、セラミックフィルタモジュール自体については、それを側面から見た様子が表されており、セラミックフィルタモジュールが水平に設置された状態を示している。図３は、図２Ａ〜図２Ｃにおける支持部材が設置されている位置のセラミックフィルタモジュールの断面を表した図である（濾過セル、集水セルの態様は省略している）。

図２Ａ〜図２Ｃ及び図３に示されるセラミックフィルタモジュール２０は、３つのセラミックフィルタエレメント１を、シール材２３によって気密かつ液密状態で隔離して収納するとともに、ハウジング２１を、その中心軸と水平面とがなす角度が０°（即ち、水平）となるように設置してなるものである。即ち、セラミックフィルタモジュール２０は、横置きのセラミックフィルタモジュールである。そのため、シール材２３の近隣であって下側に、支持部材２４を配設し、シール材が劣化して（重力で変形して）シール機能が低下するのを防止している。

セラミックフィルタモジュール２０では、隣接する２つセラミックフィルタエレメント１の間に、排出口２５が設けられており、その排出口２５は排泥管４４に接続され、これらが懸濁物の排出経路となっている。逆洗によってセラミックフィルタエレメント１から剥された懸濁物は、セラミックフィルタエレメント１とセラミックフィルタエレメント１との間（つなぎ目）に堆積して、逆洗では排出されないおそれがあるが、これを容易に、（のちに説明する）ブローによって排出することが出来る。

図４Ａ及び図４Ｂに示される濾過器４０は、３つのセラミックフィルタエレメント１を内蔵するセラミックフィルタモジュール２０（図２Ａ〜図２Ｃ及び図３を参照）を、４つ、鉛直方向に積み上げてなるものである。この図４Ａ及び図４Ｂにおいて、弁、原水等を加圧する手段（ポンプ等）、及び一部の配管は、省略されている。このような濾過器４０を、更に複数用意し、それらを、横に（水平に）、あるいは、縦に（鉛直に）、並べて、処理能力の大きなフィルタ（濾過）設備を構築することが出来る。

次に、セラミックフィルタモジュール２０で構成される濾過器４０の運転の各工程について、セラミックフィルタモジュール２０における水の流れを、矢印で示して、説明する。

［濾過］原水から濾過水を得る濾過（通水）工程では、弁Ｖ１、弁Ｖ２が開となり、他の弁は閉となる。原水は、原水管４１から、セラミックフィルタエレメント１の濾過セルに入り、濾過水（処理水）として、外周面へ流出し、濾過水管４２へ入り、（図示しない例えば）濾過水槽へ送られる（図２Ａを参照）。

［逆洗］セラミックフィルタエレメント１の原水側の面に付着し堆積した懸濁物を剥す逆洗工程は、タイムスケジュールに従って定期的に、あるいは、セラミックフィルタエレメント１の原水側と濾過水側との圧力差を検知して行われる。この逆洗工程では、弁Ｖ３、弁Ｖ４、弁Ｖ５が開となり、他の弁は閉となる。この逆洗工程では、高圧の逆洗水が、逆洗水管４５から濾過水管４２を通じて、セラミックフィルタエレメント１の外周面側に入り、その外周面から濾過セルに入り、原水管４１へ流出し、そこから分岐した排泥管４６を介して、（図示しない例えば）排泥槽へ送られる（図２Ｂを参照）。

［ブロー］上記逆洗工程後に行われるブロー工程では、弁Ｖ４、弁Ｖ５、弁Ｖ６が開となり、他の弁は閉となる。このブロー工程では、高圧空気が、ブロー管４３から、（濾過とは反対側の端面から）セラミックフィルタエレメント１の濾過セルに入り、セル内とセラミックフィルタエレメント１とセラミックフィルタエレメント１との間に沈降し堆積した懸濁物を、排泥管４４へ押し出し、更に、排泥管４４に接続された原水管４１へ流出させ、それから分岐した排泥管４６を介して、（図示しない例えば）排泥槽へ送る（図２Ｃを参照）。

次に、本発明に係るセラミックフィルタモジュールの他の実施形態と、それを構成するセラミックフィルタエレメント、及びそれで構成される濾過器について、図５〜図８Ｂを参照して、説明する。

図５に示されるセラミックフィルタエレメント５１は、中空部分があるタイプのフィルタエレメントであり、中空型ということがある。この中空型のセラミックフィルタエレメント５１は、両端面５２，５３及び外周面５６を有する多孔質体５９を具備する。多孔質体５９は、その外形は円柱形であり、一方の端面５２から他方の端面５３まで貫通し（図５において概ね横方向に）列をなして形成された複数の濾過セル５４を有する。そして、多孔質体５９の中心軸部分には、中空部５８が設けられている。セラミックフィルタエレメント５１の使用時（セラミックフィルタモジュール６０に収納されるとき）には、この中空部５８は、その一方の端部が、封止蓋６８で閉じられ、他方の端部も、封止管６９によって、濾過セル５４の側とは、遮断される（図６Ａ〜図６Ｃを参照）。濾過セル５４には、図示しない膜が形成され、その両端面の開口は開放されている（開口のままである）。

このようなセラミックフィルタエレメント５１において、原水（被処理水）は、濾過セル５４の一方の端面５２の開口から流入する。流入した原水のうち一部は、濾過セル５４をそのまま通過し、他の端面５３の開口部から流出されるが、濾過工程において、出口側が弁により封止されているため、濾過セル５４の内壁面に配設された膜から多孔質体５９の内部を透過した後、中空部５８から流出される（図５において、矢印は水の流れを示す）。

図６Ａ〜図６Ｃは、図５に示されるセラミックフィルタエレメントを３つ収納したセラミックフィルタモジュールを、運転に必要な弁及び配管とともに表した図である。この図６Ａ〜図６Ｃは、セラミックフィルタモジュール自体については、それを側面から見た様子が表されており、セラミックフィルタモジュールが水平に設置された状態を示している。図７は、図６Ａ〜図６Ｃにおける支持部材が設置されている位置のセラミックフィルタモジュールの断面を表した図である（濾過セルの態様は省略している）。

図６Ａ〜図６Ｃ及び図７に示されるセラミックフィルタモジュール６０は、３つのセラミックフィルタエレメント５１を、シール材６３によって気密かつ液密状態で隔離して収納するとともに、ハウジング６１を、その中心軸と水平面とがなす角度が０°（即ち、水平）となるように設置してなるものである。即ち、セラミックフィルタモジュール６０は、横置きのセラミックフィルタモジュールである。そのため、セラミックフィルタモジュール２０と同様に、シール材６３の近隣であって下側に、支持部材６４を配設し、シール材が劣化して（重力で変形して）、シール機能が低下するのを防止している。

セラミックフィルタモジュール６０では、隣接する２つセラミックフィルタエレメント５１の間に、開口６５が設けられており、その開口６５は高圧空気管８３に接続され、これらが、懸濁物の排出（ブロー）に用いられる（高圧）空気の経路となっている。逆洗によってセラミックフィルタエレメント５１から剥された懸濁物は、セラミックフィルタエレメント５１とセラミックフィルタエレメント５１との間（つなぎ目）に堆積して、逆洗では排出されないおそれがあるが、これを容易に、（のちに説明する）ブローによって排出することが出来る。

図８Ａ及び図８Ｂに示される濾過器８０は、３つのセラミックフィルタエレメント５１を、セラミックフィルタモジュール６０（図６Ａ〜図６Ｃ及び図７を参照）を、４つ、鉛直方向に積み上げてなるものである。この図８Ａ及び図８Ｂにおいて、弁、原水等を加圧する手段（ポンプ等）、及び一部の配管は、省略されている。濾過器４０と同様に、濾過器８０を、更に複数用意し、それらを、横に（水平に）、あるいは、縦に（鉛直に）、並べて、処理能力の大きなフィルタ（濾過）設備を構築することが出来る。

次に、セラミックフィルタモジュール６０で構成される濾過器８０の運転の各工程について、セラミックフィルタモジュール６０における水の流れを、矢印で示して、説明する。

［濾過］原水から濾過水を得る濾過（通水）工程では、弁Ｖ６１、弁Ｖ６２が開となり、他の弁は閉となる。原水は、原水管８１から、セラミックフィルタエレメント５１の濾過セルに入り、濾過水（処理水）として、中空部へ流出し、濾過水管８２へ入り、（図示しない例えば）濾過水槽へ送られる（図６Ａを参照）。

［逆洗］セラミックフィルタエレメント５１の原水側の面に付着し堆積した懸濁物を剥す逆洗工程は、タイムスケジュールに従って定期的に、あるいは、セラミックフィルタエレメント５１の原水側と濾過水側との圧力差を検知して行われる。この逆洗工程では、弁Ｖ６３、弁Ｖ６４が開となり、他の弁は閉となる。この逆洗工程では、逆洗水が、逆洗水管８５から濾過水管８２を通じて、（濾過とは反対側の端面から）セラミックフィルタエレメント５１の中空部に入り、その中空部から濾過セルに入り、原水管８１へ流出し、そこから分岐した排泥管８６を介して、（図示しない例えば）排泥槽へ送られる（図６Ｂを参照）。

［ブロー］上記逆洗工程後に行われるブロー工程では、弁Ｖ６４、弁Ｖ６５が開となり、他の弁は閉となる。このブロー工程では、高圧空気が、高圧空気管８３から、セラミックフィルタエレメント５１とセラミックフィルタエレメント５１との間に入り、それらセラミックフィルタエレメント５１とセラミックフィルタエレメント５１との間に沈降し堆積した懸濁物を、原水管８１の側へ押し出し、更に、原水管８１から分岐した排泥管８６を介して、（図示しない例えば）排泥槽へ送る（図６Ｃを参照）。

本発明に係るセラミックフィルタモジュールは、自然水（河川水、地下水）や、それに一定の処理を加えた工業用水等、あるいは、工場から排出された回収水等の、懸濁物を含む原水から、その懸濁物を分離除去する濾過器の構成要素として、好適に利用される。

１，５１：セラミックフィルタエレメント
２，５２：（一の）端面
３，５３：（他の）端面
４，５４：濾過セル
５：集水セル
６，５６：外周面
７：集水スリット
８：目封止部材
９，５９：多孔質体
２０，６０：セラミックフィルタモジュール
４０，８０：濾過器５８：中空部

Claims (3)

1. 懸濁物を含む原水の濾過処理に用いられるセラミックフィルタモジュールであり、
   水平方向に配設された１つのハウジング内に、２以上の長尺のセラミックフィルタエレメントを連結し、シール材によって気密かつ液密状態で隔離して収納し、
   前記セラミックフィルタエレメントの前記原水が供給される側に通じるとともに前記セラミックフィルタエレメントの濾過水が流出される側に、懸濁物を剥すのに用いられる逆洗水を入れる経路を設けるとともに、
   前記セラミックフィルタエレメントの前記原水が供給される側に通じるとともにその原水が供給される側とは反対側であって、前記ハウジングの端に高圧空気のブロー管を接続して懸濁物を押し出すのに用いられる空気を入れる経路を設け、且つ、隣接する前記セラミックフィルタエレメントの間に排出口を設け、原水管から分岐し、その排出口に接続される排泥管によって形成された懸濁物の排出経路を設けるか、
   又は、
   前記２以上のセラミックフィルタエレメント毎に前記原水が供給される側に通じるとともにその原水が供給される側とは反対側に、高圧空気のブロー管を接続して懸濁物の排出に用いられる空気を入れる経路を設け、且つ、前記ハウジングの端であって前記セラミックフィルタエレメントの前記原水が供給される側に、原水管から分岐した排泥管によって形成された懸濁物の排出経路を設けた、
   セラミックフィルタモジュール。
2. 前記セラミックフィルタエレメントが、中空モノリス型エレメントである請求項１に記載のセラミックフィルタモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のセラミックフィルタモジュールを、複数、鉛直方向に積み上げてなる濾過器。

Images