(57)【要約】  流体フィルターは、流入端部(202)および排出端部(204)を有するフィルターハウジングと、このハウジングの長さ方向に延在すると共に上記流入端部において固定された繊維(211)からなる複数の束とを具備してなる。この繊維は電界または磁界によって装荷されて、排出端部へと流れる流体中に存在する既知の荷を有する粒子の通過を選択的に阻止あるいは許容するようになっている。取り除かれた粒子をフィルターの外に押し流すために、繊維に付与された荷は、装荷粒子がフィルターを通って自由に流動できるよう反転可能である。本フィルターはまた、流体中の粒子の沈殿特性を制御するのにも利用できる。
2007537852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体用のフィルターであって、
流入端部(２０２)と排出端部(２０４)とを有するフィルターハウジング(２０１)と、
前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記流入端部において固定された複数の繊維(２１１)と、を具備してなり、
前記繊維は、前記排出端部へと流れる流体中に存在している既知の荷を持つ粒子の通過を選択的に阻止または許容するよう装荷させられることを特徴とするフィルター。
【請求項２】
前記荷は電気的なものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
前記荷は磁気的なものであることを特徴とする請求項１に記載のフィルター。
【請求項４】
前記荷の向きは反転可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項５】
前記荷は前記繊維(２１１)に沿って生成されることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のフィルター。
【請求項６】
前記荷は前記繊維(２１１)を横切るように生成されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のフィルター。
【請求項７】
前記繊維(２１１)は金属繊維またはカーボン繊維のいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項８】
膨張可能部材(２１２)をさらに具備してなり、この膨張可能部材は、それが膨張させられた際、前記繊維を前記フィルターハウジング(２０１)に対して押し付け、前記第１の端部(２０２)と、前記膨張可能部材と前記ハウジング内面との間のピンチ領域(４０３)との間に、漸変フィルター基体を形成するようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のフィルター。
【請求項９】
フィルターの長さ方向軸線に沿って直列に配置された少なくとも二つの膨張可能部材(２１２,８１２)を具備してなることを特徴とする請求項８に記載のフィルター。
【請求項１０】
流体用のフィルターを稼働させる方法であって、前記フィルターは、第１の端部(２０２)と第２の端部(２０４)とを備えたフィルターハウジング(２０１)と、前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記第１の端部において固定された複数の繊維(２１１)と、を具備してなるものであって、
前記方法は、
所定の荷を有する粒子が前記第１の端部から前記第２の端部へと移動するのが阻止されるよう前記繊維に付与される荷の向きを選択するステップと、
前記繊維に前記荷を付与するステップと、
前記第１の端部から前記第２の端部へと濾過される流体を通過させるステップと、を具備することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記繊維(２１１)に付加される前記荷は電気的なものであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記繊維(２１１)に付加される前記荷は磁気的なものであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記磁荷は前記繊維(２１１)を横切るように付与されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電荷は前記繊維(２１１)に沿って電流によって付与されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記繊維(２１１)における前記荷の向きを続いて反転させて、前記フィルターから、詰まった粒子を押し流すことを可能とするステップをさらに具備することを特徴とする請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記フィルターは前記フィルターハウジングの長さ方向軸線に沿って延在する膨張可能部材(２１２)をさらに具備してなり、
前記方法は、濾過される流体を前記第１の端部(２０２)から前記第２の端部へと通過させるのに先立って、前記フィルターを通る前記繊維の均一な流れを作り出すために前記膨張可能部材を膨張させることをさらに含むことを特徴とする請求項１０ないし請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
濾過される流体を前記第１の端部から前記第２の端部へと通過させるのに先立って、前記繊維を前記ハウジングに対して押し付けるために前記膨張可能部材をさらに膨張させ、前記第１の端部(２０２)と、前記膨張可能部材と前記ハウジング内面との間のピンチ領域(４０３)との間に、漸変フィルター基体を形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも二つの膨張可能部材を、前記フィルターの長さ方向軸線に沿って直列に配置することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記フィルターは、前記繊維を取り囲むよう配置された少なくとも一つの膨張可能部材(２１２)をさらに具備し、この膨張可能部材は、膨張させられた際に、前記繊維を互いに押し付けるようになっており、
前記方法は、濾過される流体を前記第１の端部から前記第２の端部へと通過させるのに先立って、前記繊維を圧迫するために前記膨張可能部材をさらに膨張させ、前記第１の端部(２０２)と、前記膨張可能部材と前記繊維との間のピンチ領域(４０３)との間に、漸変フィルター基体を形成することを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも二つの膨張可能部材を、前記フィルターの長さ方向軸線に沿って直列に配置することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記繊維を、前記排出端部において、さらに固定することを特徴とする請求項９ないし請求項１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
濾過される流体に装荷することを特徴とする請求項９ないし請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記膨張可能部材の膨張状態を解除することによって前記フィルターを洗浄することを含むことを特徴とする請求項１５ないし請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
フィルターを用いて流体中の粒子の沈殿特性を変更する方法であって、前記フィルターは、第１の端部(２０２)と第２の端部(２０４)とを備えたフィルターハウジング(２０１)と、前記ハウジングの長さ方向に延在すると共に前記第１の端部において固定された複数の繊維(２１１)と、を具備してなるものであって、
前記方法は、
前記繊維に対して所定の荷を付与するステップであって、前記荷は流体中のある粒子が有する荷に基づいて選択されるものであるようなステップと、
その沈殿特性が変更される流体を前記第１の端部から前記第２の端部へと通過させるステップと、
前記粒子が流体中で沈殿することを可能とするステップと、を具備することを特徴とする方法。
【請求項２５】
沈殿粒子を流体から分離するステップをさらに具備することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記フィルターを通過する際に前記粒子に装荷することを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記繊維上の荷によって、流体中のある粒子が前記フィルターを通過するのを阻止することを特徴とする請求項２４ないし請求項２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記荷を電流によって付与することを特徴とする請求項２４ないし請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記荷を磁界によって付与することを特徴とする請求項２４ないし請求項２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記流体は飲料水であることを特徴とする請求項２４ないし請求項２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記フィルターは、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のものであることを特徴とする請求項２４ないし請求項３０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体フィルターに関し、これに限定されるわけではないが、特に水のような液体から固体物質を除去するための高圧・大量処理フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体中に混入した物質を捕らえるために繊維を利用するフィルターは、特許文献１および特許文献２に開示されている。類似の装置は特許文献３に開示されている。
【０００３】
特許文献３の装置の動作原理を図１ａおよび図１ｂに概略的に示す。フィルター１００は、流入端部１０２と排出端部１０３とを備えたフィルターハウジング１０１を具備してなる。複数の平行な繊維がハウジングの長さ方向に延在しており、それはサポート１０６によって適所で保持されている。フレキシブルな耐水膜１０４が繊維を取り囲んでいる。
【０００４】
濾過中、膜１０４は図１ａに１０７で示すように加圧され、これによって内部ピンチポイント(pinch point)１０８に向って繊維を締め付ける。濾過される物質は矢印で示す方向にフィルターを通って押しやられる。このフィルターは、膜内の圧力解放および通常の濾過流とは逆向きの逆流洗浄によって水を押し流して掃除することができる。
【０００５】
ある特定の実施形態に関して、特許文献３は、それを取り囲む繊維を備えた膨張可能なバルーンを開示しており、このバルーンが膨張するとき、繊維はフィルターハウジングの内周面に対して押し付けられる。
【０００６】
繊維の圧迫によるこの形式の濾過は、あるサイズのあるいはそれ以上の粒子を濾過して取り出すには有用ではあるものの、異なる物質ではあるが同じサイズの物質を区分けすることはできない。ゆえに、各物質の粒子サイズに明確な差異が存在しない限り、このフィルターは異なる物質を分離して取り出すのに使用することはできない。たとえば、流体から塩分を除去し、ある種の他の無機物は流体中に残ったままとすることが望ましいであろう。あるいはウイルスのみを取り出し、バクテリアを残しておくことが望まれるかもしれない。バクテリアはウイルスよりも大きく、ゆえにサイズのみに基づくフィルターでは、この目的を達成できない。
【特許文献１】米国特許第5,470,470号明細書(US-A-5470470)
【特許文献２】米国特許第4,617,120号明細書(US-A-4617120)
【特許文献３】欧州特許第0280052号明細書(EP-A-0280052)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、流体用のフィルターが提供され、このものは、流入端部と排出端部とを有するフィルターハウジングと、当該ハウジングの長さ方向に延在すると共に流入端部において固定された複数の繊維とを具備してなり、繊維は、排出端部へと流れる流体中に存在する既知の荷(charge)を有する粒子の通過を選択的に阻止または許容するよう装荷される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、流体用のフィルターを稼働(機能)させる方法が提供され、ここでフィルターは、第１の端部と第２の端部とを備えたフィルターハウジングと、当該ハウジングの長さ方向に延在すると共に第１の端部において固定された複数の繊維とを具備してなるものであって、本方法は、所定の荷(charge)を有する粒子が第１の端部から第２の端部へと移動するのが阻止されるよう繊維に付与される荷の向きを選択するステップと、繊維に荷を付与するステップと、第１の端部から第２の端部へと濾過される流体を通過させるステップとを具備する。
【０００９】
流体がフィルターを通過する際に、それを捕らえるかあるいは制御するために流体中の粒子に装荷(charge)するためにフィルターを利用することがさらに望ましい。たとえば、ある国の飲料水は飲んでも全く安全ではあっても褐色を呈している。その外観は消費者を不快にさせ、それゆえ、水がきれいで消費者にとって魅力あるものとなるよう、こうした特性を変更できることが望ましい。
【００１０】
それゆえ、本発明のさらなる目的は、簡単ではあるが効果的な手法で、この問題を軽減することである。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、フィルターを用いて流体中の粒子の沈殿特性を変更する方法が提供され、ここでフィルターは、第１の端部と第２の端部とを備えたフィルターハウジングと、ハウジングの長さ方向に延在すると共に第１の端部において固定された複数の繊維とを具備してなるものであって、本方法は、繊維に対して所定の荷(charge)を付与するステップであって、この荷は流体中のある粒子が有する荷に基づいて選択されるものであるようなステップと、その沈殿特性が変更される流体を第１の端部から第２の端部へと通過させるステップと、粒子が流体中で沈殿することを可能とするステップとを具備する。
【００１２】
好ましい特徴および実施形態を従属請求項に記載する。
【００１３】
本発明はさまざまな様式で実施可能であるが、以下では、図面を参照し、例証として、いくつかの特定の実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図２ａを参照すると、本発明の第１実施形態のフィルター２００が示されている。このフィルターは円筒形のフィルターハウジング２０１内に収容されており、そのサイズは特定の流体圧力、流速あるいは必要容積に応じて選択可能である。あるいはハウジングは、その幅がその遠位端部に向って徐々に減少するような形状とすることができる。たとえば特定の用途では、上記ハウジングは３１５ｍｍの外径と２９０ｍｍの内径とを有する。フィルターハウジングは、金属または適当なプラスチック素材などの好適な硬質素材から製造できる。ハウジングは流入端部２０２と排出端部２０３とを有し、それぞれ濾過媒体がフィルターに入りかつフィルターから出て行くことを可能とする。
【００１５】
流入端部は、複数の流入開口部２０５を有する流入キャップ２０４によって蓋がされている。開口部２０５のそれぞれは別個の流入パイプ２０６から供給を受けるが、これによって、もし必要ならば、さまざまな液体および／またはガスをフィルターに並列供給することが可能となる。適当な連結手段２０７が、流入パイプを、必要な圧力および流速でフィルターに液体および／またはガスを供給する、さらなる配管システム(図示せず)に対して連結するために設けられる。
【００１６】
ハウジング２０１の流入端部２０２に隣接して、内部固定リング２０８が配置(投入)されている。このリングは、その上にヘッド基体２０９が堅固に搭載されるリップを提供する。ヘッド基材２０９はメンテナンスおよび／または交換を容易にするために簡単に取り外すことが可能であることが好ましい(ただし必須ではない)。流入キャップ２０４とヘッド基体２０９との間のフィルターハウジングの容積が流入チャンバー２１０を画定し、このチャンバー２１０内で、入って来る液体および／またはガスが混ざり合うことができる。
【００１７】
上記ハウジングの排出端部２０３は開放されたままであってもよく、あるいは、流体がフィルターを通過した後に、出て行く流体を誘導するために出口キャップおよび出口パイプを設けることも可能である。
【００１８】
ここで図３を参照すると、ヘッド基体２０９は取り外し可能なプレート３００からなり、このプレート３００は、繊維の束を受け容れるための周縁に沿って離間した複数の開口部を有する適当な硬質素材(たとえば金属またはプラスチック素材)から製造されるが、この繊維の束の一つを３０３で示している。この繊維は、図７に示すように、金属製定着カラー７１０内に固定されている。使用時、カラー７１０は繊維束の周りに配置され、その後、繊維を一つに固定するために図７に示すようにかしめられる。繊維７２０の端部は、その後、中実塊を形成するよう融解または溶解されて一つになる。その後、定着カラーは、このカラーの一部が開口部のショルダー(図示せず)に当接するようヘッド基体の開口部３０１内に配置できる。
【００１９】
あるいは、繊維はヘッド基体内に都合のよい手法で、たとえば、中実塊を形成するよう繊維端部の約３０ｍｍを溶解させて一つにし、その後、開口部３０１内にクロスストラット(図示せず)を用いて当該塊を固定することによって定着させることができる。繊維束開口部３０１の間であってかつそれを取り囲むように複数の小開口部(小孔)３０２が存在するが、その目的は、ヘッド基体を経て流体が流入するのを可能とすることである。両タイプの開口部は好ましくはヘッド基体の周縁に沿って等距離ポイントにおいて離間しており、繊維の概ね均一な分布を、そしてまた繊維束間のおよびそれを通る概ね均一な流体流れを提供するようになっている。
【００２０】
再び図２ａを見ると、ヘッド基体の下方の濾過チャンバー２１３内で、束３０１の個々の繊維２１１は、ハウジング２０１の隅から隅まで、かなり均一な繊維カーテンを形成するために広がっていることが分かる。当該繊維は濾過チャンバー２１３の長さに沿って実質的に軸線方向に延在し、かつチャンバーを通る流れの方向と実質的に平行に配置されている。この好ましい実施形態では、繊維２１１は、排出端部２０３において、自由なままとするのではなく固定してもよい。このようにして、繊維を通る電流はフィルターの一端から他端へと流れることができる。この実施形態では、下側繊維端部２１５は、繊維束を固定するための開口部(図示せず)および濾液が出て行くためのさらなる孔(やはり図示せず)を有する排出基体ヘッド２１６に対して固定されている。排出基体ヘッド２１６は、何らかの適当な方法で、たとえばフィルターハウジング２０１の内部に配置されたさらなるリングを用いて適所に固定されている。これに代えて、排出基体ヘッド２１６を自由な状態としておくことができる。この構造ではフィルターを逆流洗浄することができる。
【００２１】
図２ｂに示す代替実施形態では、繊維端部は全く固定されておらず、それらは単に自由に垂れ下がっているだけである。この実施形態は、濾過される流体が導電性を有する場合に使用できる。なぜなら、その場合、電荷(charge)は繊維を通り、そして液中に流れ込むことができるからである。だが可能ならば、この実施形態は避けるのが望ましい。なぜなら、電流の流れに悪影響を及ぼし得る被膜が、繊維上に生成することがあるからである。
【００２２】
繊維２１１は、適当な寸法であってかつ導電性素材からなるものとすることができるが、好ましくは金属繊維あるいはカーボン繊維から形成される。ある実施形態では、当該繊維は０.１５ｍｍないし０.５ｍｍの直径を有する。繊維は中実であっても中空であってもよく、しかも円形、矩形あるいはその他の断面形状のものであってもよい。ある用途に関しては、繊維が、繊維長さに沿ってあるいはそれを横切るように少なくとも部分的に弾力性を有することが有利であろう。そうした繊維に関しては、所望の形状回復特性を、求められる用途に応じて選択することもできる。繊維は滑らかなあるいはざらざらした表面を有していてもよく、しかも必要ならば被覆されてもよい。テフロン(登録商標)および亜鉛のような繊維被覆が適切であろう。
【００２３】
図２ｃに示すさらなる実施形態では、繊維は磁化されているが、電流はそれを通って流れない。繊維に沿った磁化は、図２ｃに示すように、所定の極性で繊維に対して磁荷を付与するようフィルターの各端部に対向する磁極２４０ａ,２４０ｂを配置することによって達成される。あるいは、繊維を横切る磁化は、磁石をフィルターハウジング内にあるいはその近傍に配置すると共に、逆側の極が半径方向外側を向くようハウジングの中心に磁石を配置することによって達成できる(図示せず)。
【００２４】
図２ａに示すようなフィルターの実施形態の使用時には、各繊維束の上端に接続されたワイヤ２３０を介して電流が供給される。電流は繊維に対して所定の電荷を付与する。図６ａを参照すると、繊維を通る電荷によって、繊維間には電界(参照数字６５０で指し示す)が生成される。濾過される流体がフィルターを通過するとき、電界は、それに向って帯電粒子６６０が方向付けられている電界と反対方向に流動する、この帯電粒子６６０の通過を阻止する。
【００２５】
これら帯電粒子は、それゆえフィルター内に集まってフィルターケーキを形成し、その一方で、流体の残りの部分はフィルターを通過する。フィルターをしばらくの間稼働させたとき、相当な量のフィルターケーキが生じる。これはフラッシングによって除去可能である。フィルターからフィルターケーキを押し流すために、繊維上の電荷の向きは図６ｂに示すように反転させられ、これによって、それまで通過が阻止されていた荷電粒子は、回収のために、繊維を通って自由に流動できるようになる。
【００２６】
当業者にとっては、濾過される流体中の粒子に、現実に固有のものとして電荷が生じることは明らかである。ある粒子は正に帯電され、他の粒子は負に帯電される。
【００２７】
図２ｃに示すように磁気的に装荷されたフィルターを使用する際には、選択された装荷粒子を、図２ａの電界を用いた場合と同じようにして遮断できる。繊維間に生じる磁界は、フィルター中に存在するものと反対の磁荷の粒子の移動を阻止する。フィルターケーキを押し流すために、装荷粒子が繊維を通過できるよう極を反転させることができる。
【００２８】
図２ａ、図２ｂあるいは図２ｃのフィルターの代替的使用に関して、本フィルターは、粒子の荷を変更することによって流体中の流体の沈殿特性を変えるのに使用できる。繊維の磁界／電界は、流体がフィルターを通過するとき、ある粒子の荷を変える。粒子はその後、単に、沈殿を可能とすることによって収集あるいは分離して取り出すことができる。この方法の利用に関する一例は、飲料水の沈殿特性を、その見た目を改善するために変化させることである。世界のある地域では、飲料水は、たとえそれが飲むのに十分に安全であっても褐色である。通常、褐色の粒子は液中で沈殿しない。褐色粒子は、本フィルターに水を通すことによってその沈殿特性を変化させ、その後、水を落ち着かせる(沈殿させる)ことを可能とすることによって除去でき、これによって飲料水から粒子を分離することが可能となる。
【００２９】
図４ａおよび図４ｂに示す代替実施形態に関しては、繊維に加えて、濾過チャンバー２１３の中央部に、長尺なバルーンすなわち膨張可能部材２１２が取り付けられていることが分かる。バルーンはチャンバー内で中央に配置され、しかもフィルターを通る流れの方向と実質的に平行に配置されるようチャンバーに沿って実質的に軸線方向に延在している。図４ａに示す第１のモードでは、バルーンは弛緩しており、したがって、繊維が装荷されていなければ、フィルターを通る流体の自由な流れに対して、ほとんどあるいは全く障害とはならない。小孔３０２を通って流入する流体は、排出口から外に出るまで、繊維束同士の間および個々の繊維間の空隙２１４同士の間を実質的に遮られることなく流動する。このモードでは濾過は行われないが、ファン・デル・ワールス効果が現れるであろう。
【００３０】
濾過を開始することが望まれる場合、バルーン２１２は、導入配管２１６に沿って供給される制御流体(液圧または空気圧)によって膨張させられる。あるいは、バルーンには、砂などのパウダーまたは粒子のような相当程度に動き(急激な動きでもあるいはゆっくりした動きでも)に抗する物質を充填することもできる。図示するように、管路はヘッド基体２０９を貫通してもよく、また、パイプは側方もしくは出口端部から差し込むことによってヘッド基体を回避できる(図示せず)。
【００３１】
図４ｂの濾過モードでは、膨張させられたバルーンは、その周囲とハウジングの内周との間の狭い環状領域すなわち環状部位からなるピンチ(締め付け)ポイント４０３を形成し、ここで有効な流動面積は最小である。ピンチポイント４０３の位置は、このピンチポイントの入口セクションの上流側セクション４０６と、出口側の下流側セクション４０７とを画定する。好ましくは、バルーンの形状は、それが膨張させられた状態にあるときには、チャンバーの中央縦方向(長さ方向)軸線４０８を中心として実質的に対称であるようなものである。用途に応じて、上流側セクションと下流側セクションとは互いに鏡像をなしていてもよい。あるいは(図示しないが)上流側セクションは、フィルターの長さに沿って、下流側セクションよりも一層急激に変化する環状領域を形成することも、またその逆も可能である。
【００３２】
いずれにしても、フィルターが濾過モードにあるとき、それを通過する流体は、ピンチポイント４０３までは徐々に減少する環状表面積と接触させられ、その後は、徐々に増大する環状表面積と接触させられる。ピンチポイント以前の減少する表面積の漸変(次第に変化してゆく)特性は、膨張時にバルーン２１２が概ね卵形状をなすように、このバルーン２１２を、その端部において硬く、そしてその中央において柔らかくすることによって増強される。
【００３３】
バルーンが膨張するとき、それは、取り囲んでいる繊維に半径方向の力を加え始め、繊維を互いに押し付けると共にフィルターハウジングの堅固な壁２０１に対して押し付ける。これによって、もちろん、繊維間の流路４０９のサイズは減少する。
【００３４】
繊維２１１が圧縮可能な素材からなる場合、繊維自体も変形し始め、これによって流体が通過できる流路４０９のサイズが、なお一層小さくなる。
【００３５】
いったんバルーンが必要な大きさまで膨張させられると、電荷または磁荷が機能する状態とされ、そして濾過される流体がフィルターを通過させられる。通常、流体はさまざまなサイズの一つ以上の固体粒子が混じった、水または他の液体からなるであろう。水および粒子が上流側セクションを通過するとき、徐々に減少する流路サイズと組み合わされた電界または磁界によって、粒子は繊維間に捕らえられる。所定の荷を有する粒子は電界／磁界６５０によって捕らえられることになる。残りの粒子に関しては、より大きな粒子４１０は漸変フィルター(graduated filter)によって比較的早期に捕らえられることになり、これに対して、より微細な粒子４１１はピンチポイント４０３の近傍で捕らえられることになる。極めて微細な粒子４１２はピンチポイントの直前で捕らえられることになる。
【００３６】
上流側セクション内での繊維の押し付け力がテーパー状であってかつ漸進的に増大することにより、粗いフィルター基体(これは上流側セクションの上側部分によって形成される)内で捕らえられた大きな粒子４１０が滑り落ちるのが阻止される。大きな粒子４１０が滑り落ちるのは、もちろん好ましいことではないであろう。なぜなら、ピンチポイントに向って下方に移動するかもしれない大きな粒子が、テーパーの漸変特性を、したがって異なるサイズの粒子を体系的に分離して取り出すフィルターの能力を低下させる傾向があるからである。本発明の実施形態では、テーパーの漸変特性によって、各繊維は、それを取り囲む繊維によって堅固に保持されることが確実なものとなる。上流側セクション内の繊維は、「あちこちにはためくこと」すなわち動くことができず、捕らえられた粒子も動くことができない。
【００３７】
通常、バルーンは、流体のみがピンチポイントを通過できるよう適当な量だけ膨張させられる。だが、もちろん、ある用途では、極めて微細な粒子がフィルターを通過することは全く許容し得るものであり、こうした場合には、バルーンを同程度まで膨張させる必要がないことは明らかである。ライン２１６の液圧または空気圧を変更することにより、フィルターは、所望のサイズよりも小さな粒子のみが通過することを可能とするよう調整できる。
【００３８】
図８に示すさらなる実施形態では、フィルターはその中心軸線に沿って直列に配置された二つのバルーン８１２ａおよび８１２ｂを備える。繊維８１１が当該バルーンを取り囲んでおり、バルーンが図８に示すように膨張させられたとき、それはハウジングの内壁に対して繊維を緊密に押し付けるようになっている。このようにして一つ以上のフィルターステージが得られ、しかも二つのバルーン８１２ａおよび８１２ｂは、粒子サイズまたはその他の特性に基づき、二つの異なる種類の粒子を濾過して取り除くのに使用できる。
【００３９】
図５には、図４ａおよび図４ｂの実施形態のためのフラッシング処理を概略的に示す。フィルターを水洗するためには、電界または磁界６５０が反転させられ、そしてバルーン２１２内の圧力が解放され、これによって繊維から押し付け力を取り除くと共に、それらが、５０３で示すような、その圧迫されていない自由な状態へと戻ることを可能とする。流路５０４のサイズが増大するとき、繊維がフィルターケーキを捕らえる力が低下し、すすぎ媒体５０５によって、このケーキを完全に押し流すことが可能となる。このすすぎ媒体５０５は適当なクリーニング液体またはガス、たとえば水、蒸気、あるいは(微粒子を含んでいる状態の)濾過される媒体とすることができる。すすぎ媒体５０５は、濾過される媒体が濾過モードにおいて通過させられる方向と同じ方向にフィルター内を通過させられ、すなわちフィルターは順方向洗浄される。
【００４０】
バルーンと、電荷または磁荷の両方が存在するフィルターの実施形態では、繊維間の均一な流れを促進し、先の実施形態のごとく繊維間の高い圧力ギャップを必ずしも発生させないように、バルーンは低圧でのみ使用できる。
【００４１】
そうした実施形態は、図４ａおよび図４ｂに示す中央バルーンよりもむしろ従来技術のごとく繊維を取り囲むよう配置された一つ以上のバルーンを備えるであろうことを理解されたい。
【００４２】
適当なバルブ５０６および配管５０７を用いることができ、これによって洗浄媒体およびフィルターケーキが濾液を汚染しなくなる。上流側および／または下流側圧力センサー５０８,５０９を、フィルターがフィルターケーキによって過度に目詰まりしたかどうか、およびフラッシング処理を実施する必要があるかどうかを判定するのに使用できる。処理は完全に自動で実施可能であり、これによってフィルターを濾過モードで使える時間が最大になり、それゆえ処理量が増大する。
【００４３】
フラッシング処理の一部として、ケーキを振り動かして、ほぐすのを助けるためにフィルターまたは繊維に超音波を加えることができる。さらに、フィルター内に真空を発生させるかあるいはそれを通って高温空気を流動させる手段によって、放出前にフィルターケーキを乾燥させることが望ましいであろう。
【００４４】
もちろん、図５を参照して先に説明したフラッシング処理は常に順方向に実施されるが、図２ａの代替実施形態(このものでは繊維は両端で定着される)では、その代わりにあるいはそれに加えて逆流洗浄を利用できる(各場合においてバルーン圧力は解放されることも解放されないこともある)。
【００４５】
本発明のフィルターは、濾過される量および／または用途に応じて自由に所望のとおりにサイズを変更可能である。ある好ましい形態では、フィルターはさまざまな異なるサイズで差し込み式モジュールとして製造することができる。
【００４６】
フィルターは、その長さ方向軸線が垂直となった状態で図示しているが、ある用途では当該軸線は水平に置かれることもあることは明らかであろう。フィルターを通過する流体は高圧または低圧で圧送可能であり、あるいはこれに代えて、もっぱら重力の作用によってフィルターを通過できるようにしてもよい。
【００４７】
当業者ならば、特定の用途にしたがって要求されるような、さまざまな異なるパラメーターを自由に調整できることを理解されたい。そうした調整可能なパラメーターとしては、圧力、温度、繊維サイズ、繊維長、繊維被覆、繊維上の荷、ハウジング内領域や繊維や流体の磁界強度、繊維を定着する様式、流動体積(フローボリューム)、フィルターハウジングの素材、供給物の種類、バルーンを膨張させる方法、バルーンのテーパー、フラッシング物質の量および圧力、そして混合物へのガスの添加などが挙げられる。
【００４８】
本発明によるフィルターの使用から利益を得るであろう、多くの特定の用途が存在する。代表的用途としては次のものが挙げられる。
１．逆浸透のための濾過
２．プレキャストコンクリートのような工業プロセスに続くセメント、砂などの除去
３．凝固製品の分離
４．生物組織の分離
５．凝固血液などの分離
６．植物成分、たとえばオリーブオイル製品からの廃水の分離
７．技術的あるいは法的理由から必要な水の濁り度の大まかな低減
８．液体／水からのシルトの除去
９．バラスト水
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来型フィルターを通る縦方向断面図である。
【図１ａ】濾過モードでの、図１のフィルターを通る縦方向断面図である。
【図２ａ】本発明の第１実施形態を通る縦方向断面図である。
【図２ｂ】本発明の第２実施形態を通る縦方向断面図である。
【図２ｃ】本発明の第３実施形態を通る縦方向断面図である。
【図３】各実施形態のヘッド基体の詳細平面図である。
【図４ａ】本発明の第４実施形態を通る縦方向断面図である。
【図４ｂ】本発明の第４実施形態を通る縦方向断面図である。
【図５】濾過モードでの、図４のフィルターを通る縦方向断面図である。
【図６ａ】図２ａおよび図２ｂのフィルターの遮断および通過性能に係る概略説明図である。
【図６ｂ】図２ａおよび図２ｂのフィルターの遮断および通過性能に係る概略説明図である。
【図７】本発明による繊維定着システムの概略説明図である。
【図８】本発明の第５実施形態を通る縦方向断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２００  フィルター
２０１  フィルターハウジング
２０２  流入端部
２０３  排出端部
２０４  流入キャップ
２０５  流入開口部
２０６  流入パイプ
２０７  連結手段
２０８  内部固定リング
２０９  ヘッド基体
２１０  流入チャンバー
２１１  繊維
２１２  バルーン(膨張可能部材)
２１３  濾過チャンバー
２１４  空隙
２１５  下側繊維端部
２１６  排出基体ヘッド
２３０  ワイヤ
２４０ａ,２４０ｂ  磁極
３００  プレート
３０１  開口部
３０２  小開口部
３０３  繊維の束
４０３  ピンチポイント
４０６  上流側セクション
４０７  下流側セクション
４０９  流路
４１０〜４１２  粒子
５０４  流路
５０５  すすぎ媒体
５０６  バルブ
５０７  配管
５０８,５０９  圧力センサー
６６０  帯電粒子
７１０  定着カラー
７２０  繊維
８１１  繊維
８１２ａ,８１２ｂ  バルーン
【図１】
2007537852.tif 000003
【図１ａ】
2007537852.tif 000004
【図２ａ】
2007537852.tif 000005
【図２Ｂ】
2007537852.tif 000006
【図２Ｃ】
2007537852.tif 000007
【図３】
2007537852.tif 000008
【図４ａ】
2007537852.tif 000009
【図４ｂ】
2007537852.tif 000010
【図５】
2007537852.tif 000011
【図６ａ】
2007537852.tif 000012
【図６ｂ】
2007537852.tif 000013
【図７】
2007537852.tif 000014
【図８】
2007537852.tif 000015
【国際調査報告】
2007537852.tif 000016
2007537852.tif 000017
2007537852.tif 000018