(57)【要約】  本発明は、ポリマーのような液体を濾過するためのディスク状フィルターエレメントに関する。このフィルターエレメントは、―ハブであって、ハブを貫通する中心開口を画定している、ハブと、―上側フィルター媒体および下側フィルター媒体であって、前記ハブから半径方向外方に延在している、上側フィルター媒体および下側フィルター媒体と、を備えている。上側フィルター媒体および下側フィルター媒体は、第１の層および第２の層からなる層状構造を備えている。第１の層は、非焼結金属繊維フリースからなっており、第２の層は、非焼結金属粉末粒子の層からなっている。第１の層および第２の層は、互いに焼結されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側から内側に向って液体を濾過するディスク状フィルターエレメントであって、
それ自体を貫通する中心開口を画成するハブと、
それぞれが、前記ハブから半径方向外方に延在し、かつ、第１の層および第２の層からなる層状構造を含み、前記第１の層が非焼結金属繊維フリースからなり、前記第２の層が非焼結金属粉末粒子の層からなり、前記第１の層と前記第２の層が互いに焼結されている、上側フィルター媒体および下側フィルター媒体と、
を備えている、ディスク状フィルターエレメント。
【請求項２】
前記第１の層は、０．５μｍから１００μｍの範囲内にある等価直径を有する金属繊維からなる、請求項１に記載のディスク状フィルターエレメント。
【請求項３】
前記第２の層は、２０μｍから５００μｍの範囲内にある粒径を有する金属粉末粒子からなる、請求項１または２に記載のディスク状フィルターエレメント。
【請求項４】
前記第１の層は、厚みｔ１を有し、前記第２の層は、厚みｔ２を有しており、前記第２の層の厚みｔ２は、前記第１の層の厚みｔ１より大きい、請求項１〜３の何れか一項に記載のディスク状フィルターエレメント。
【請求項５】
前記第１の層は、多孔率Ｐ１を有し、前記第２の層は、多孔率Ｐ２を有しており、前記第１の層の前記多孔率Ｐ１は、前記第２の層の前記の多孔率Ｐ２より大きい、請求項１〜４の何れか一項にディスク状フィルターエレメント。
【請求項６】
前記第１の層は、０．１５ｍｍから０．４ｍｍの範囲内にある厚みを有し、前記第２の層は、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲内にある厚みを有している、請求項１〜５の何れか一項にディスク状フィルターエレメント。
【請求項７】
前記フィルター媒体は、少なくとも１つの液体浸透性支持部材で支持されている、請求項１〜６の何れか一項に記載のディスク状フィルターエレメント。
【請求項８】
前記支持部材は、多孔板またはメッシュからなる、請求項７に記載のディスク状フィルターエレメント。
【請求項９】
中心管、および、請求項１〜８の何れか一項に記載のディスク状フィルターエレメントの複数を備えているフィルターアセンブリであって、前記ディスク状フィルターエレメントが前記中心軸に取り付けられ、濾過された液体が前記中心管を通じて送出されるように構成されている、フィルターアセンブリ。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れか一項に記載のディスク状フィルターエレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上側および下側フィルター媒体を備えるディスク状フィルターエレメントであって、前記上側および下側フィルター媒体の各々が層状構造を備えている、ディスク状フィルターエレメントに関する。このディスク状フィルターエレメントは、液体の濾過、特に、ポリマーのような粘性液体の濾過に適している。
さらに、本発明は、多数のディスク状フィルターエレメントを備えたフィルターアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスク状フィルターエレメントは、当技術分野において知られている。ディスク状フィルターエレメントは、例えば、ポリマー繊維、ポリマーフィルム、およびポリマー樹脂製品を製造するためのポリマーの濾過に用いられている。ポリマー濾過において、フィルターは、一方では不純物を捕捉する必要があり、他方ではポリマーに含まれているゲルをせん断する必要がある。
【０００３】
いくつかのディスク状フィルターエレメントを孔付き管に同心円状に積み重ねることも当技術分野において知られている。粒子が含まれている液体は、ディスク状フィルターエレメントを外側から内側に向かって通過しながら濾過され、濾液は、孔付き管を介して放出されることになる。
【０００４】
ディスク状フィルターエレメントの例は、例えば、特許文献１，２に記載されている。
特許文献１は、金属繊維からなるフィルター媒体を有するディスク状フィルターエレメントを記載している。
特許文献２は、多孔性焼結金属膜および多孔性焼結金属繊維膜からなるフィルター媒体を備えるディスク状フィルターエレメントを記載している。
この種のディスク状フィルターエレメントに関連する問題は、優先経路が濾過中に生じることである。ある期間使用した後、せん断効果が失われることになる。優先経路の存在は、「デッドスポット」が存在することも意味している。デッドスポットは、滞留の領域であり、この領域では、溶融ポリマーのような液流体が滞留することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１８６２２０７号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第２８４４０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、先行技術の欠点を回避するディスク状フィルターエレメントを提供することにある。
本発明の他の目的は、圧力降下の低いディスク状フィルターエレメントを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、流れが均一な流速で通過するフィルター媒体を有するディスク状フィルターエレメントを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、濾過中に、優先経路が生じず、その結果、デッドスポットが生じないディスク状フィルターエレメントを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、多数のディスク状フィルターエレメントを備えるアセンブリを提供することにある。
【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、ポリマーの濾過に特に適するディスク状フィルターエレメントが提供されている。
このフィルターエレメントは、
−ハブであって、前記ハブを貫通する中心開口を画定している、ハブと、
−上側フィルター媒体および下側フィルター媒体であって、前記ハブから半径方向外方に延在している、上側フィルター媒体および下側フィルター媒体と、
を備えている。
【０００８】
上側フィルター媒体および下側フィルター媒体によって画定される空間は、フィルターエレメントの内部を画定することになる。好ましくは、濾過、例えば、ポリマーの濾過は、フィルターエレメントの外側からフィルターエレメントの内側に向って行われるようになっている。
【０００９】
上側および下側フィルター媒体は、いずれも、第１の層および第２の層を備える層状構造から構成されている。第１の層は、金属繊維フリースからなっており、第２の層は、金属粉末粒子からなっている。第１および第２の層は、互いに焼結されている。
【００１０】
好ましくは、第１の層は、非焼結金属繊維フリースからなっている。好ましくは、第２の層は、非焼結金属粉末粒子の層からなっている。
【００１１】
好ましい実施形態では、第１の層は、非焼結金属繊維フリースからなっており、第２の層は、非焼結金属粉末粒子の層からなっている。
【００１２】
上側および下側フィルター媒体は、いずれも、第１の層および第２の層を備える層状構造から構成されている。第１の層は、非焼結金属繊維フリースからなっており、第２の層は、非焼結金属粉末粒子からなっている。第１および第２の層は、互いに焼結されている。
【００１３】
本発明によるフィルター媒体は、少なくとも２つの層を備えている。第１の層、すなわち、金属繊維からなる層は、フィルターエレメントの流入側に配置されており、第２の層、すなわち、金属粉末粒子からなる層は、フィルターエレメントの流出側に配置されている。
【００１４】
第１の層の機能は、不純物を保持し、媒体の全体にわたって濾過される液体の良好な分布を可能にすることである。第２の層の機能は、ポリマーゲルをせん断することである。
【００１５】
第１および第２の層が互いに焼結されることが、本発明にとって極めて重要である。
第１および第２の層を互いに焼結することによって、第１および第２の層の間の優先経路が回避されることになる。
当技術分野において知られているフィルターエレメント、例えば、欧州特許出願公開第２８４４０４号明細書から知られているフィルターエレメントでは、個別に焼結された媒体間に間隙が存在している。
この間隙は、例えば、個々の媒体の凹凸および／または粗さに起因している。濾過されるポリマーは、常に、最も抵抗の小さい経路を探し出そうとし、互いに異なる層間の間隙に流れることになる。先行技術のフィルターの間隙は、小さいくなっているかまたは極めて小さくなっているが、これらの小さい間隙であっても、優先経路、従って、デッドスポットを生じるのに十分である。
本発明によるディスク状フィルターエレメントは、これらの優先経路を生じることがない。
【００１６】
［第１の層］
第１の層は、好ましくは、不織金属繊維フリースからなっている。
これらの繊維は、好ましくは、０．５μｍから１００μｍの範囲内にある等価直径を有している。さらに好ましくは、この等価直径は、０．５μｍから５０μｍの間、例えば、１μｍから２５μｍの間にあり、例えば、２μｍ、４μｍ、８μｍ、または１２μｍである。
金属繊維は、当技術分野において知られているどのような技術によって得られてもよく、例えば、束伸線技術によって得られてもよいし、または箔切削技術によって得られてもよい。
不織金属繊維フリースは、好ましくは、焼結されていない。
可能であれば、不織金属繊維フリースは、例えば、冷間等方加圧加工によって成形されている。
【００１７】
第１の層は、多孔率Ｐ１を有している。第１の層の多孔率Ｐ１は、好ましくは、５０％よりも大きくなっている。さらに好ましくは、第１の層の多孔率Ｐ１は、６０％よりも大きく、例えば、７０％または８０％である。
【００１８】
第１の層は、厚みｔ１を有している。第１の層の厚みｔ１は、好ましくは、０．１５ｍｍから０．４ｍｍの範囲内、さらに好ましくは、０．２ｍｍから０．２５ｍｍの範囲内にある。
【００１９】
第１の層は、１本の金属繊維フリースからなっていてもよいし、または種々の金属繊維フリースの積層体からなっていてもよい。各フリースは、特定の等価直径、特定の繊維密度、および特定の層重量を有する繊維からなっている。層重量（目付量）は、ｇ／ｍ２の単位で表され、「層目付量（specific layer weight）」と呼ぶことにする。
好ましくは、第１の層の個々の金属繊維フリースは、個別には焼結されておらず、また金属繊維フリースの積層体も焼結されていない。
【００２０】
［第２の層］
第２の層は、金属粉末粒子からなっている。金属粉末粒子として、どのような周知の粉末粒子、例えば、粉砕による粉末粒子または噴霧による粉末粒子が用いられてもよい。規則的な球状の金属粉末粒子または不規則な形状の金属粉末粒子のいずれも適している。
【００２１】
短金属繊維の不規則な形状および／または鋭利な縁は、ポリマーゲルのせん断および熔融ポリマーからの不純物の除去に極めて有効である。
【００２２】
粒子は、好ましくは、２０μｍから５００μｍの範囲内、例えば、２０μｍから３００μｍの範囲内、２０μｍから１００μｍの範囲内、または３０μｍから５０μｍの範囲内にある粒径を有している。
【００２３】
第２の層は、多孔率Ｐ２を有している。第２の層の多孔率Ｐ２は、第１の層の多孔率Ｐ１よりも小さくなっている。
第２の層の多孔率Ｐ２は、好ましくは、５％から４０％の範囲内、さらに好ましくは、５％から２０％の範囲内、例えば、１０％から２０％の範囲内にある。
【００２４】
第２の層は、厚みｔ２を有している。第２の層の厚みｔ２は、好ましくは、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲内、さらに好ましくは、０．８ｍｍから１．２ｍｍの範囲内にある。
【００２５】
第２の層の厚みｔ２は、第１の層の厚みｔ２より大きくなっていると好ましい。
さらに、第１の層の多孔率Ｐ１は、好ましくは、第２の層の多孔率Ｐ２よりも大きくなっている。
第１の層、すなわち、金属繊維からなる層は、分散層として作用し、濾過中に詰まらないようになっているとよい。従って、第１の層は、好ましくは、薄く、かつ多孔性になっている。すなわち、第１の層は、好ましくは、第２の層よりも薄く、第２の層よりも高い多孔率を有している。
【００２６】
第１の層の繊維または第２の層の金属粉末粒子をもたらすために、どのような種類の金属または金属合金が用いられてもよい。金属繊維および／または金属粒子は、例えば、ステンレス鋼のような鋼から作製されている。好ましいステンレス鋼合金は、ＡＩＳＩ３００系合金またはＡＩＳＩ４００系合金、例えば、ＡＩＳＩ３１６ＬまたはＡＩＳＩ３４７、またはＦｅ，Ａｌ，Ｃｒを含む合金である。Fecralloy（登録商標）として知られているクロム、アルミニウムおよび／またはニッケル、および０．０５重量％から０．３重量％のイットリウム、セリウム、ランタン、ハフニウム、またはチタンを含むステンレス鋼が用いられてもよい。
金属繊維または金属粉末粒子は、ニッケルまたはニッケル合金から作製されてもよい。
第１の層の金属繊維および第２の層の金属粉末粒子は、同一の金属または同一の金属合金から作製されてもよいし、または異なる金属または異なる金属合金から作製されてもよい。
【００２７】
第１の層および第２の層は、異なる材料から作製されてもよい。しかし、第１の層および第２の層は、同一材料から作製されると好ましい。
【００２８】
上側フィルター媒体および下側フィルター媒体は、好ましくは、同じである。
【００２９】
ハブは、好ましくは、金属、例えば、ステンレス鋼金属から作製されている。好ましい実施形態では、ハブは、管状金属部を備えており、この管状金属部に、該管状部の外壁から該管状部の内部空洞に延在する多数の通路が設けられている。
【００３０】
ディスク状フィルターエレメントは、１つまたは複数の支持部材を備えているとよい。支持部材は、好ましくは、フィルター媒体を支持するようになっている。支持部材は、好ましくは、液体浸透性である。すなわち、液体が、一方の表面から他方の表面、またはその逆に流れるようになっているとよい。
【００３１】
支持部材は、例えば、多孔板またはエキスパンド板、例えば、エキスパンド金属板（エキスパンドメタル）または多孔金属板（パンチングメタル）が好ましい。代替的に、支持部材は、メッシュ、例えば、金属ワイヤを製織、編組、結節、製編、または溶接することによって得られたワイヤメッシュであってもよい。
【００３２】
本発明の第２の態様によれば、前述した少なくとも１つのディスク状フィルターエレメントを備えるフィルターアセンブリが提供されている。
フィルターアセンブリは、中心管を備えており、該中心管を通って、濾過された液体が運び出されるようになっている。
ディスク状フィルターエレメントは、前記中心軸に取り付けられている。
【００３３】
本発明の第３の態様によれば、ポリマーを濾過するためのディスク状フィルターの使用が提供されている。
【００３４】
以下、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるディスク状フィルターエレメントの第１実施形態の概略図である。
【図２】本発明によるディスク状フィルターエレメントの代替的実施形態の概略図である。
【図３】本発明によるフィルター媒体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の用語は、本発明の理解を容易にするためにのみ提示されている。これらの定義は、当業者によって理解されるよりも狭い範囲を有すると解釈されるべきではない。
繊維の「等価直径」という用語は、繊維の半径方向断面の平均的な表面と同じ表面を有する仮想円の直径として理解されたい。
「多孔率（Ｐ）」という用語は、Ｐ＝１００（１−ｄ）として理解されたい。ただし、ｄ＝（１ｍ３の焼結金属繊維媒体の重量）／（ＳＦ）であり、ＳＦは、焼結金属繊維媒体の金属繊維をもたらす合金のｍ３当たりの比重である。
「リング状」という用語は、実質的に円形の外縁と、外縁の中心を取り囲み、通常、外縁と同心である内縁と、を備える形状を有するものとして理解されたい。内縁は、必ずしも円形でなくてもよいが、円形であると好ましい。
【００３７】
以下、具体的な実施形態およびいくつかの図面を参照して、本発明について説明するが、本発明は、これらに制限されるものではなく、請求項によってのみ制限されるものである。記載されている図面は、概略的なものにすぎず、制限的なものではない。図面において、要素の一部の大きさは、誇張されていることがあり、例示の目的で縮尺通りに描かれていないこともある。寸法および相対的な寸法は、本発明の現実の実施化に対応するものではない。
【００３８】
本発明によるディスク状フィルターエレメント１００の第１の実施形態が、図１に概略的に示されている。
ディスク状フィルターエレメント１００は、ハブ１０を備えている。ハブ１０は、外壁１４、内部空間１３、および内部空間１３から外壁１４に延在する少なくとも１つの通路１２を有している。
【００３９】
図１に示されているように、ハブ１０は、中心軸１５を有する管状金属部である。管の外壁１４は、ハブの連結手段である２つのリム１６，１７を有している。管状部の壁内に、外壁１４から内部空間１３に延在する多数の通路１２が設けられている。
【００４０】
ディスク状フィルターエレメントは、上側フィルター媒体５０および下側フィルター媒体４０を備えている。上側フィルター媒体５０および下側フィルター媒体４０は、いずれも、第１の層および第２の層を備えている。第１の層は、例えば、４μｍから４０μｍの範囲内にある直径を有する金属繊維の非焼結金属繊維フリースからなっている。
第２の層は、例えば、２０μｍから５００μｍの範囲内にある粒径を有する非焼結金属紛体粒子からなっている。
第１の層は、例えば、０．２５ｍｍの厚みｔ１を有しており、第２の層は、例えば、１．２ｍｍの厚みｔ２を有している。代替的な実施形態では、第２の層は、０．６ｍｍの厚みｔ２を有している。
第１の層および第２の層は、互いに焼結されている。
【００４１】
上側フィルター媒体５０および下側フィルター媒体４０は、いずれも、実質的に同一直径を有する実質的にリング状の実質的に平坦なフィルター媒体である。
【００４２】
上側フィルター媒体５０および下側フィルター媒体４０の内縁４１または５１は、好ましくは、実質的に円形であり、好ましくは、ハブの壁１４の直径と一致している。
【００４３】
好ましくは、上側フィルター媒体および下側フィルター媒体は、支持部材２０，３０によって支持されている。支持部材２０，３０は、例えば、第１および第２の実質的に同一のリング状の実質的に平坦な液体浸透性支持部材である。支持部材は、液体浸透性支持部材であり、液体は、支持部材の一方の面から支持部材の他方の側に流れるようになっているとよい。
任意選択的に、支持部材は、多孔板またはエキスパンド板、例えば、エキスパンド金属板（エキスパンドメタル）または多孔金属板（パンチングメタル）が好ましく、またはメッシュ、例えば、金属ワイヤを製織、編組、結節、製編、または溶接することによって得られたワイヤメッシュであってもよい。図１に用いられている支持部材は、液体浸透性板、好ましくは、液体浸透性ステンレス鋼板であり、好ましくは、０．５ｍｍから１ｍｍの範囲内の厚みを有している。
【００４４】
これらの板は、各々、開口、例えば、実質的にディスクの半径方向に長縁を有する実質的に矩形状の長孔を備えている。
【００４５】
支持部材２０，３０の内縁２１，３１は、好ましくは、実質的に円形であり、リムに沿ったハブ１０の壁１４の直径と一致している。
【００４６】
上側フィルター媒体５０は、第１の支持部材３０の表面に接触するように配置される。下側フィルター媒体４０は、支持部材２０の表面に接触するように配置される。次いで、上側フィルター媒体５０と第１の支持部材３０との組合せが、上側フィルター媒体５０の内縁４１および第１の支持部材３０の内縁２１をリム１６に接触させることによって、ハブに取り付けられる。
次いで、下側フィルター媒体４０と第２の支持部材２０との組合せが、第２のフィルター膜５０の内縁５１と第２の支持部材３０の内縁３１をリム１７に接触させることによって、ハブ１０に取り付けられる。
【００４７】
ここで、第１のフィルター膜１０および第１の支持部材の内縁２１，４１が、ハブ１０のリム１６に液密に連結される。同様に、第１のフィルター膜５０および第１の支部材の内縁３１，５１が、ハブ１０の連結手段に液密に連結される。
この連結は、どのような適切な接合技術によって、例えば、接着または溶接によって行われてもよい。本実施例では、この連結は、ＴＩＧ溶接によって得られている。溶接連結部６１または６２がもたらされることになる。代替的に、他の溶接法、例えば、突合せ溶接、容量放電溶接、抵抗溶接、超音波溶接、マイクロプラズマ溶接、またはレーザ溶接が用いられてもよい。他の代替例として、ハブ、フィルター膜、および支持部材を接合するのに、高温半田付けのような半田付け、焼結、ろう付け、ポリマー材料の押出、液密折畳み、または接着が用いられてもよい。
【００４８】
次のステップにおいて、上側フィルター媒体５０、下側フィルター媒体４０、第１の支持部材３０、および第２の支持部材２０の外縁２２，３２，４２，５２が、互いに曲げられ、互いに液密に固定される。この液密固定は、どのような適切な接合技術によって行われてもよく、例えば、溶接、好ましくは、ＴＩＧ溶接によって行われるとよい。溶接連結部６３がもたらされることになる。代替的に、他の溶接法、例えば、突合せ溶接、容量放電溶接、抵抗溶接、超音波溶接、マイクロプラズマ溶接、またはレーザ溶接が用いられてもよい。他の代替例として、第１のフィルター膜４０および第２のフィルター膜５０を接合するのに、高温半田付けのような半田付け、焼結、ろう付け、ポリマー材料の押出、液密折畳み、または接着が用いられてもよい。
【００４９】
ディスク状フィルターエレメント２００の代替的な実施形態が、図２に概略的に示されている。同一の番号は、図１の同一の特徴部を示している。２つの支持部材２０，３０の間において、さらなる離間手段８０が空洞７０に設けられている。この離間手段は、１つのワイヤメッシュであってもよいし、または任意選択的に２つ以上のワイヤメッシュであってもよい。離間手段は、好ましくは、金属から作製されている。離間手段の例として、ステンレス鋼ワイヤのワイヤメッシュが挙げられる。
【００５０】
図３を参照すると、本発明によるフィルター媒体３０は、第１の層３２および第２の層３４を有する層状構造を備えている。
【００５１】
第１の層は、非焼結不織金属繊維フリースからなっている。第１の層の金属繊維は、例えば、１２μｍの等価直径を有している。第１の層の細孔寸法は、４０μｍである。第１の層は、例えば、０．２５ｍｍの厚みを有している。
第１の層は、以下のようにして作製される。
鋼繊維が、束伸線によって作製される。次いで、不織金属繊維フリースが、例えば、英国特許出願公開第１１９０８４４号明細書に開示されているランダムフィーダ装置によって作製される。
【００５２】
第２の層は、非焼結金属粉末粒子層からなっている。金属粉末粒子は、例えば、２０μｍから５００μｍの範囲内、例えば、２０μｍから４０μｍの範囲内にある粒径を有している。第２の層の細孔寸法は、例えば、２０μｍである。第２の層は、例えば、１．２ｍｍの厚みを有している。用いられる金属粉末粒子は、例えば、粉砕による粉末粒子である。
【００５３】
ポリマーの濾過中、第１の層が、不純物を保持し、濾過媒体の全体にわたって濾過される液体の良好な分布を可能にする一方、第２の層が、ポリマーゲルのせん断を可能にするようになっている。
【００５４】
本発明によるフィルター媒体の大きな利点は、濾過中に、優先経路が生じないことである。優先経路が生じないので、フィルター媒体内にデッドスポットが生じない。
【００５５】
本明細書において、好ましい実施形態、特定の構造および特定の構成、ならびに特定の材料が本発明による装置に対して記載されているが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、形態および細部の種々の変更または修正がなされてもよいことを理解されたい。
【図１】
2013534472.tif 000003
【図２】
2013534472.tif 000004
【図３】
2013534472.tif 000005
【国際調査報告】
2013534472.tif 000006
2013534472.tif 000007
2013534472.tif 000008