(57)【要約】    複数のスロットを有するフィルタスクリーンであって、各スロットは、長さＬを有する最長主軸線Ａ１を有し、各スロットは、Ａ１に垂直な、長さＷを有する第２軸線Ａ２を有し、軸線Ａ２の方向における、隣接するスロット間の距離はＸＰであり、ＸＰは、Ｗよりも大きく、軸線Ａ１の方向における、隣接するスロット間の距離はＹＰであり、Ｌは８００マイクロメートル以下であり、且つＸＰは３５０マイクロメートル以下である、又はＬは１６００μｍ以下であり、且つＸＰは１８０μｍ以下である、のいずれかである、フィルタスクリーンが提供される。このようなフィルタスクリーンを使用して給水を濾過する方法も提供される。  【選択図】図１
2021531159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有するフィルタスクリーンであって、各スロットは、長さＬを有する最長主軸線Ａ１を有し、各スロットは、Ａ１に垂直な、長さＷを有する第２軸線Ａ２を有し、前記スロットは、
前記軸線Ａ１が全て互いに平行であり、
前記スロットは複数の行に配されており、各行内において、前記軸線Ａ２は同一線上にあり、前記軸線Ａ２の方向における、隣接するスロットの中心点間の距離はＸＰであり、ＸＰは、Ｗよりも大きく、
前記スロットは複数の列に配されており、各列内において、前記軸線Ａ１は同一線上にあり、前記軸線Ａ１の方向における、隣接するスロットの最近円周点間の距離はＹＰであり、
Ｌは８００マイクロメートル以下であり、ＸＰは３５０マイクロメートル以下である、
ように配置されている、フィルタスクリーン。
【請求項２】
Ｌは６５０μｍ以下である、請求項１に記載のフィルタスクリーン。
【請求項３】
ＸＰは２００μｍ以下である、請求項１に記載のフィルタスクリーン。
【請求項４】
Ｗは１０μｍ〜５０μｍである、請求項１に記載のフィルタスクリーン。
【請求項５】
給水を浄化する方法であって、
前記給水は、直径５μｍ〜１００μｍの固体粒子を含み、
当該方法は、前記給水に、請求項１に記載のフィルタスクリーンの表面を横断させることを含み、
前記給水は、前記フィルタスクリーンの前記表面を速度Ｖｔで通過し、
前記給水の一部は前記スロット内を速度Ｖｒで通過し、Ｖｔ／Ｖｒの商は１〜１００である、
方法。
【請求項６】
前記Ｖｔ／Ｖｒの商は５〜５０である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記給水は、直径１０μｍ〜２５μｍの粒子を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
複数のスロットを有するフィルタスクリーンであって、各スロットは、長さＬを有する最長主軸線Ａ１を有し、各スロットは、Ａ１に垂直な、長さＷを有する第２軸線Ａ２を有し、前記スロットは、
前記軸線Ａ１が全て互いに平行であり、
前記スロットは複数の行に配されており、各行内において、前記軸線Ａ２は同一線上にあり、前記軸線Ａ２の方向における、隣接するスロットの中心点間の距離はＸＰであり、ＸＰは、Ｗよりも大きく、
前記スロットは複数の列に配されており、各列内において、前記軸線Ａ１は同一線上にあり、前記軸線Ａ１の方向における、隣接するスロットの最近円周点間の距離はＹＰであり、
Ｌは１６００マイクロメートル以下であり、ＸＰは１８０マイクロメートル以下であるように配置されている、
フィルタスクリーン。
【請求項９】
Ｌは１２００μｍ以下である、請求項８に記載のフィルタスクリーン。
【請求項１０】
ＸＰは１５０μｍ以下である、請求項８に記載のフィルタスクリーン。
【請求項１１】
Ｗは１０μｍ〜５０μｍである、請求項８に記載のフィルタスクリーン。
【請求項１２】
給水を浄化する方法であって、
前記給水は、直径５μｍ〜１００μｍの固体粒子を含み、
当該方法は、前記給水に、請求項８に記載のフィルタスクリーンの表面を横断させることを含み、
前記給水は、前記フィルタスクリーンの前記表面を速度Ｖｔで通過し、
前記給水の一部は前記スロット内を速度Ｖｒで通過し、Ｖｔ／Ｖｒの商は１〜１００である、
方法。
【請求項１３】
前記Ｖｔ／Ｖｒの商は５〜５０である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記給水は、直径１０μｍ〜２５μｍの粒子を含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多くの場合、望ましくない粒子を含有する水は浄化することが望ましい。望ましくない粒子を除去する有用な方法の１つは、水が濾材の表面を横断して通過するクロスフロー濾過である。水の一部は濾材を通過し、最終的に透過液として回収され、精製水として溜められる。大きな粒子は濾材を通過せず、濾材の表面上を通過する水中に留まる。濾材に入らない水は、残った大きな望ましくない粒子を運びながら濾材の表面を横断し続け、最終的に保持液として回収される。
【背景技術】
【０００２】
クロスフロー濾過のいくつかの種類では、濾材は、並列スロットの規則的な配列を有する膜である。水は、膜の表面を、スロットの長さ寸法に垂直な方向に流れる。スロットの最小寸法よりもかなり小さな水及び粒子はスロット内を通過する。スロットの最小寸法よりもかなり大きな粒子は阻止される。即ち、これらは保持液中に留まる。ある状況下では、水と粒子はスロットを横断して流れているので、スロットよりも幾分小さないくつかの粒子も阻止される。即ち、これらはスロットに入らず、保持液中に保持される。
【０００３】
透過液が可能な限り純粋になるように、可能な限り多くの粒子が保持液中に留まることが望ましい。過去には、小さな粒子の阻止率を、膜の表面上を流れる水の速度を増加させることによって増加させることが考えられた。この手法は、不必要に高いエネルギー消費を要し、且つ望ましくない膜の摩耗が生じる。過去には、その代わりとして、より小さなスロットを有する膜の製造が考えられた。このような膜は製造が困難であり、フィルタのスループットが低下する。
【０００４】
濾過プロセスを向上させるスロットの大きさ及び配置を有する膜の提供が望まれる。好ましくは、水を膜の表面上に高速で流す必要のない及び／又はスロットの幅を低減させる必要のない、膜の、可能な限り小さい直径を有する粒子を阻止する能力を向上させるスロットの大きさ及び配置の提供が望まれる。膜の、可能な限り小さい直径の粒子を阻止する能力を向上させる濾過条件の提供が望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下は、本発明の記述である。
【０００６】
本発明の第１の態様は、複数のスロットを有するフィルタスクリーンであって、各スロットは、長さＬを有する最長主軸線Ａ１を有し、各スロットは、Ａ１に垂直な、長さＷを有する第２軸線Ａ２を有し、
スロットは、軸線Ａ１が全て互いに平行であり、
スロットは複数の行に配されており、各行内において、軸線Ａ２は同一線上にあり、軸線Ａ２の方向における、隣接するスロットの中心点間の距離はＸＰであり、ＸＰは、Ｗよりも大きく、
スロットは複数の列に配されており、各列内において、軸線Ａ１は同一線上にあり、軸線Ａ１の方向における、隣接するスロットの最近円周点間の距離はＹＰであり、
Ｌは８００マイクロメートル以下であり、ＸＰは３５０マイクロメートル以下である、ように配置されている、フィルタスクリーン。
【０００７】
本発明の第２の態様は、給水を浄化する方法であって、
給水は、直径５μｍ〜１００μｍの固体粒子を含み、
当該方法は、給水に、第１の態様のフィルタスクリーンの表面を横断させることを含み、
給水は、フィルタスクリーンの表面上を速度Ｖｔで通過し、
給水の一部はスロット内を速度Ｖｒで通過し、Ｖｔ／Ｖｒの商は１〜１００である、
方法。
【０００８】
本発明の第３の態様は、複数のスロットを有するフィルタスクリーンであって、各スロットは、長さＬを有する最長主軸線Ａ１を有し、各スロットは、Ａ１に垂直な、長さＷを有する第２軸線Ａ２を有し、
スロットは軸線Ａ１が全て互いに平行であり、
スロットは複数の行に配されており、各行内において、軸線Ａ２は同一線上にあり、軸線Ａ２の方向における、隣接するスロットの中心点間の距離はＸＰであり、ＸＰは、Ｗよりも大きく、
スロットは複数の列に配されており、各列内において、軸線Ａ１は同一線上にあり、軸線Ａ１の方向における、隣接するスロットの最近円周点間の距離はＹＰであり、
Ｌは１６００マイクロメートル以下であり、ＸＰは１８０マイクロメートル以下である、ように配置されている、フィルタスクリーン。
【０００９】
現在の第４の態様は、給水を浄化する方法であって、
給水は、直径５μｍ〜１００μｍの固体粒子を含み、
当該方法は、給水に、第３の態様のフィルタスクリーンの表面を横断させることを含み、
給水は、フィルタスクリーンの表面上を速度Ｖｔで通過し、
給水の一部はスロット内を速度Ｖｒで通過し、Ｖｔ／Ｖｒの商は１〜１００である、方法。
【００１０】
以下は、図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態であるフィルタスクリーンの頂面図である。
【図２】フィルタスクリーンの単一スロットの頂面図である。
【図３Ａ】フィルタアセンブリの部分切欠斜視図である。
【図３Ｂ】クリーニングアセンブリを含む、図３Ａのフィルタアセンブリの斜視図である。
【図４】単一粒子を示す、単一スロットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下は、本発明の詳細な説明である。
【００１３】
本発明は、フィルタスクリーンの使用を伴う。好ましいフィルタスクリーンは、金属、好ましくは耐食金属、より好ましくは耐食鋼、より好ましくは耐食ニッケル鋼でできている。好ましくは、フィルタスクリーンの厚さは０．２〜０．４ｍｍである。フィルタスクリーンは、頂面（ここを横断して給水が流れる）と、底面（ここから透過液が取り除かれる）とを有する。フィルタスクリーンの中実部分は、本明細書では「基材」と呼ばれる。
【００１４】
フィルタスクリーンは複数の穴を有する。各穴は、フィルタスクリーンの厚さ全体を貫通する開口である。頂面における穴の開口の形状は、底面における開口の形状と同じであっても異なっていてもよい。好ましくは、底面における穴の開口は、頂面における穴の開口よりも大きい。
【００１５】
穴は、任意の方法で作成されてもよい。好ましい方法は、レーザパーカッション穴あけである。
【００１６】
穴を、頂面における開口によって特徴付けると有用であり、本明細書では「スロット」と呼ばれる。スロットを、最長主軸線（Ａ１）を決定することによって特徴付けると有用である。最長主軸線（Ａ１）は、中心点を通過し、スロットの円周上にその終点を有する最長線分である。中心点は、以下のように決定される。スロットの形状の均一な断面を有する仮想円板を想定し、断面に垂直な、円板の質量中心を通過する軸線を決定する。断面上のその軸線の位置は中心点である。軸線Ａ１の長さ（即ち、スロットの円周上にある終点間の長さ）はＬである。第２軸線（Ａ２）はＡ１に垂直であり、中心点を通過し、スロットの平面内にあり、スロットの円周上にその終点を有し、長さＷを有する。好ましくは、スロットは、長円形又は楕円形の形状を有する。
【００１７】
好ましくは、Ｗは１０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上である。好ましくは、Ｗは６０μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下である。
【００１８】
好ましくは、Ｌは１００μｍ以上、より好ましくは２００μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上である。好ましくは、Ｌは１６００μｍ以下、より好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは７００μｍ以下、より好ましくは６５０μｍ以下である。
【００１９】
スロットは、行及び列に配置されている。各行内において、スロットの軸線Ａ２は同一線上にある。本明細書ではＸＰと表記されるスロット間の距離は、１つのスロットの中心点から、同じ行内の最も近いスロットの中心点までの距離である。スロットは互いに別個のものであるため、ＸＰはＷよりも大きい。好ましくは、ＸＰは５０μｍ以上、より好ましくは７５μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。好ましくは、ＸＰは３５０μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。
【００２０】
２つの好ましい実施形態を想定し、本明細書では「Ａ」及び「Ｂ」と表記する。実施形態Ａでは、Ｌは１６００μｍ以下であり、ＸＰは１８０μｍ以下である。実施形態Ａでは、Ｌは、好ましくは１２００μｍ以下である。実施形態Ａでは、ＸＰは、好ましくは１５０μｍ以下である。実施形態Ｂでは、Ｌは８００μｍ以下であり、ＸＰは３５０μｍ以下である。実施形態Ｂでは、Ｌは、好ましくは６５０μｍ以下である。実施形態Ｂでは、ＸＰは、好ましくは２００μｍ以下である。実施形態Ａと実施形態Ｂは、Ｌが８００μｍ以下であり、且つＸＰが１８０μｍ以下であるとき、互いに同一である。
【００２１】
各列内において、スロットの軸線Ａ１は同一線上にある。各列内において、本明細書においてＹＰと表記されるスロット間の離隔距離は、スロットの円周上の任意の点から、同じ列内の最も近いスロットの円周上の任意の点までの最短距離である。
【００２２】
好ましくは、ＹＰは５００μｍ以上、より好ましくは７００μｍ以上、より好ましくは９００μｍ以上である。好ましくは、ＹＰは１４００μｍ以下、より好ましくは１２００μｍ以下、より好ましくは１０００μｍ以下である。
【００２３】
図１及び図２に、本発明のフィルタスクリーンを示す。図１及び図２は両方とも、フィルタスクリーン１の頂面の俯瞰図を示す。フィルタスクリーン１は、行（図１では水平）及び列（図１では垂直）に配置された様々なスロット２を有する。スロット２は、フィルタスクリーン１の基材４の頂面の開口である。図２に、軸線Ａ１及び軸線Ａ２の定義を示す。図１に、パラメータＷ、Ｌ、ＸＰ、及びＹＰを示す。
【００２４】
好ましくは、フィルタスクリーン内のスロットは全て事実上同一である。スロットの大きさには幾らかのばらつきが存在すると考えられる。好ましくは、スロットの９０％以上は、Ｌ／Ｌａｖの商が０．８〜１．２であるＬを有し、ここで、Ｌａｖは、そのスクリーン内のスロットの平均長さである。好ましくは、スロットの９０％以上は、Ｗ／Ｗａｖの商が０．８〜１．２であるＷを有し、ここで、Ｗａｖは、そのスクリーン内のスロットの平均幅である。好ましくは、ＸＰ値の９０％以上は、ＸＰ／ＸＰａｖの商が０．８〜１．２であるＸＰを有し、ここで、ＸＰａｖは、そのスクリーン内の全ＸＰ値の平均である。好ましくは、ＹＰ値の９０％以上は、ＹＰ／ＹＰａｖの商が０．８〜１．２であるＹＰを有し、ここで、ＹＰａｖは、そのスクリーン内の全ＹＰ値の平均である。本明細書では、フィルタスクリーンのスロットがＷ、Ｌ、ＸＰ、及びＹＰを有することを特徴とする場合、値Ｗａｖ、Ｌａｖ、ＸＰａｖ、及びＹＰａｖを意味する。
【００２５】
本発明のフィルタスクリーンは、望ましくない粒子を水から除去するクロスフロー濾過法において使用されることが好ましい。本明細書で使用する場合、「給水」とは、望ましくない粒子を含有する水である。給水は、本発明のプロセスによって濾過されることになる。「粒子」は、２５℃で固体である。球形粒子は、直径Ｄｐを有する。球形でない粒子は、本明細書では、粒子の最小フェレー径（最小キャリパー径としても知られる）に等しい直径（Ｄｐ）を有するとされる。
【００２６】
好ましい給水は、望ましくない粒子を含有する。好ましくは、給水は、１００μｍ以下、より好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは２５μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下の直径を有する粒子を含有する。好ましくは、給水は、直径５μｍ以上の粒子を含有する。これら好ましい粒子に加えて、給水はまた、これらの好ましい粒子よりも大きな幾らかの望ましくない粒子を含有し得る。粒子径の存在に関するこれらの記述は、平均サイズに関する記述ではない。例えば、本明細書における、給水は直径５μｍ〜１００μｍの粒子を含有するという記述は、このような粒子が給水中に存在することを意味し、追加の粒子が存在するか否かは問わない。
【００２７】
図１に、クロスフロー濾過の実施を示す。給水は、フィルタスクリーンの頂面上を通過する。フィルタスクリーンの頂面を横断する水の移動方向３は、軸線Ａ２に平行である。図４に示されるように、Ｗよりもかなり小さなＤｐを有する粒子は、給水からの幾らかの水と共に、スロット内を容易に通過することができる。幾らかの小さな粒子を含む可能性のある水は回収され、本明細書では「透過液」と表記される。Ｗよりも大幅に大きいＤｐを有する粒子は給水中に保持される。給水がフィルタスクリーンの表面上を１回以上通過した後、比較的大きな粒子を依然として含有する給水は、その後、フィルタスクリーンとの接触が排除され、この給水は、その後、本明細書では「保持液」と呼ばれる。
【００２８】
クロスフロー濾過を実施するための適切な装置の１つは、ハイドロクロンとして知られており、適切な例が、米国特許第８，６６３，４７２号明細書に記載されている。図３Ａ及び図３Ｂに、ハイドロクロンの関連部分を示す。フィルタアセンブリ２６は渦室（図示しない）内に位置し、水は、図３Ｂの時計回りの矢印によって示されるように、フィルタスクリーン１の外側の周囲を循環する。ハイドロクロンは、フィルタアセンブリ２６のフィルタスクリーン１の表面からデブリを除去するためのクリーニングアセンブリ６８を含み得る。図３Ｂに、代表的な実施形態を示す。この実施形態では、クリーニングアセンブリ６８は、フィルタアセンブリ２６の頂面に取り付けられており、半径方向外向きに延びる１つ以上のスポーク７０を含む。ブラシ７２が、スポーク７０の端部から下向きに延び、フィルタスクリーン１の表面に係合する（例えば、触れる又は非常に接近する）。ブラシ７２として示されているが、ワイパ、スキージ、又はスクラッパを含む別のクリーニング手段が含まれてもよい。ほとんどの実施形態では、２〜５０個のブラシ、好ましくは、１８〜２４個のブラシが使用される。曲線矢印によって示されるように、例えば、表面近辺に乱流を作成することによって又は表面に直接接触することによってブラシ７２がフィルタスクリーン１の表面を掃き、デブリを除去するように、クリーニングアセンブリ６８はフィルタアセンブリ２６を中心に回転する。渦室に流入する流体がフィルタアセンブリ２６を中心にクリーニングアセンブリ６８を回転させるように、少なくとも１つのスポーク７０の端部に１つ以上のパドル７４が取り付けられてもよい。パドル７４をフィルタアセンブリの周りで均等に間隔を開けて配置することで、クリーニングアセンブリ６８の回転運動に安定性を付加し、渦室内の渦流体流の維持に役立つことができる。フィルタスクリーン１の表面から半径方向外向きに延びるように示されているが、回転速度を増加させるために、パドルは（例えば、半径方向軸線から−５°〜−３０°又は５°〜３０°）傾斜させてもよい。
【００２９】
本発明は任意の特定の理論に限定されるものではないが、本発明は、例えば、Ｄｉｎｔｈｅｒらによる、ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ（ｖｏｌ．３７１，ｐａｇｅｓ  ２０−２７，２０１１；及びｖｏｌ．４４０，ｐａｇｅｓ  ５８−６６，２０１３）の２つの論文に記載されている「粒子スキミング（ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｋｉｍｍｉｎｇ）」として知られる現象を利用すると考えられる。図４を参照すると、粒子スキミングの現象がなければ、Ｗよりも小さいＤｐを有する粒子はスロットを通過して透過液に入るが、Ｗよりも大きいＤｐを有する粒子は保持されるであろうと考えられる。しかしながら、例えば、ハイドロクロン中に存在し得るなどの適切な条件下では、Ｗよりも幾分小さなＤｐを有する粒子は保持される。
【００３０】
図４に、スロット２を越える粒子５の通過を示す。粒子５を含む給水は、基材４の表面に沿って速度Ｖｔで掃かれる。速度Ｖｔは、流れの方向を示す図１の大矢印３と同じ方向３である。スロット２内を通過する粒子５は、同じくスロット２内を通過する水と共に速度Ｖｒで移動する。
【００３１】
ブラシ７２が使用される場合、ブラシの速度がＶｔを決定する。このような実施形態では、Ｖｔ＝Ｆ＊２＊π＊Ｒであり、式中、Ｆは、クリーニングアセンブリ６８の回転数（サイクル毎秒）、Ｒは、図３Ａに示すような、回転軸線からフィルタスクリーン１の供給側までのフィルタアセンブリ２６の半径である。
【００３２】
速度Ｖｒは、装置から透過液が取り出される流量によって決定される。典型的には、透過液はポンプを用いて取り出される。速度Ｖｒ＝Ｍ／Ｓであり、式中、Ｍは、透過液流量（立方センチメートル毎秒）、Ｓは、スロットの総表面積である。
【００３３】
装置の動作を、速度の商ＶＱ＝Ｖｔ／Ｖｒによって特徴付けると有用である。好ましくは、ＶＱは、１以上、より好ましくは２以上、より好ましくは５以上、より好ましくは１０以上である。好ましくは、ＶＱは、１００以下、より好ましくは７５以下、より好ましくは５０以下、より好ましくは３０以下である。
【００３４】
以下は、本発明の実施例である。
【実施例】
【００３５】
実施例１：実験的試験及びデータに基づいた経験的モデル
異なる水平間隔ＸＰ及びスロット長さＬを有するスクリーンを試験のために作成した。スロット幅Ｗ及び垂直間隔ＹＰは、それぞれ４０μｍ及び５００μｍで、一定に維持した。速度の商は、約３０で一定に維持した。
【００３６】
試験セットアップは、制御された試験水混合物の調製を可能にする１００ガロンの水タンクに接続されたＴＥＱＵＡＴＩＣ（商標）ＰＬＵＳフィルタ（クロスフローフィルタ）で構成された。試験水は、ＴＥＱＵＡＴＩＣ（商標）ＰＬＵＳフィルタを使用して濾過し、試験水及び濾過された水のサンプルは、粒度分布（ＰＳＤ：ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｓｉｚｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）試験のために回収した。ＰＳＤは、流体懸濁液中に存在する様々な大きさの粒子の相対比率の分類を提供する。ＰＳＤは、動的画像解析（ＤＩＡ：ｄｙｎａｍｉｃ  ｉｍａｇｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ）の原理を用いてＰＳＤを決定するＱＩＣＰＩＣと呼ばれる機器を使用して決定した。
【００３７】
各スクリーンに関して、望ましくない粒子の各粒子径における「濾過効率」を決定した。濾過効率は、その直径の粒子が保持液中に留まる割合である。
【００３８】
所与の実験の濾過効率結果の１つの重要な側面は、８０％カットオフ（８０％ｃｕｔｏｆｆ）であり、これは、この粒子径を超えると粒子の８０％以上が保持液中に保持される粒子径である。非常に小さな直径の粒子に関しては、ほぼ全てがスロット内を通過し、非常にわずかな粒子が保持液中に留まり、濾過効率は非常に低い。非常に大きな直径の粒子に関しては、ほぼ全てが保持液中に留まり、濾過効率は１００％近辺である。ある特定の直径に関しては、粒子の８０％が保持液中に留まり、その直径の濾過効率は８０％である。粒子が小さくなるほど濾過効率が低くなり、粒子が大きくなるほど濾過効率が高くなる。粒子の８０％が保持液中に留まる直径が「８０％カットオフ」である。８０％カットオフの値が低いほど望ましい。なぜなら、８０％カットオフが低いことは、より多くの望ましくない粒子が保持液中に留まり、透過液を純水により近づけることを意味するからである。
【００３９】
これらの実験用の試験水混合物は、水と、５〜４０μｍの粒度からなる砂（比重２．６５）とからなるものであった。
【００４０】
異なるスロット長さ（４００〜１６００μｍの範囲）及びＸピッチ（１５０〜４５０μｍの範囲）を有するフィルタスクリーンを作成し、試験した。基材は、ニッケルクロムコーティングを有するステンレス鋼であった。フィルタスクリーンの厚さは０．２ｍｍであった。スロットは、図１に示すように、矩形配列に、レーザパーカッション穴あけによって形成した。スロットは長円形形状を有していた。各スクリーンについて、濾過効率曲線及び８０％カットオフを決定した。各スクリーンを、４〜６回の反復試験に供した。各スクリーンの平均８０％カットオフ値は以下の通りであった。
【００４１】
【表１】
2021531159.tif 000003
【００４２】
次いで、上記データへの線形最小二乗フィッティングによって経験的モデルを構築した。経験的モデルは、以下の通りであった。
（８０％カットオフ（μｍ））＝
７．５８０８＋０．０２８４８＊（スロット長さ（μｍ））
＋０．０５６４７＊（Ｘピッチ（μｍ））
＋（−０．００００７４８４）＊（スロット長さ（μｍ））＊（Ｘピッチ（μｍ））
【００４３】
このモデルは様々な結論を導き出した。例えば、スロット長さが７５０μｍ未満である場合、ＸＰの低下は、濾過効率の向上（即ち、８０％カットオフの低下）につながる。Ｌ＝６００μｍ及びＸＰ＝１５０μｍ又は３５０μｍを両方が有する２つのスクリーンに関するこのモデルによるいくつかの代表的な結論を表２に示す。
【００４４】
【表２】
2021531159.tif 000004
【００４５】
各粒度において、ＸＰが低い経験的モデルのスクリーンは、ＸＰが高いスクリーンよりも濾過効率が高かった。ＸＰが低いスクリーンは８０％カットオフが２４μｍであったが、ＸＰが高いスクリーンは８０％カットオフが２８μｍであった。
【００４６】
この効果は、スロット長さの値が小さいほどより顕著である。即ち、６００未満のスロット長さ値に関しては、使用するスロット長さが小さくなるほどＸＰに対する８０％カットオフ値の依存度が高くなり、ＸＰ値が小さいほど８０％カットオフ値が低くなる。低ＸＰのフィルタスクリーンを使用すると、高ＶＱ値の必要なしに且つＷを低減する必要なしに、低い８０％カットオフ値をもたらすことができることに留意されたい。
【００４７】
実施例２：計算モデリング
周期境界条件及び対称境界条件を用いて、スクリーン内の少数のスロット及びスクリーン表面の両面上の流体領域に焦点を当てるメソスケール数値流体力学（ＣＦＤ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）モデルを開発した。粒子運動は、離散要素モデル（ＤＥＭ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ）法を使用して取り込んだ。結合された過渡的なＣＦＤ−ＤＥＭ乱流シミュレーションを、Ｓｔａｒ−ＣＣＭ＋ソフトウェアパッケージ、ｖ１１．０２（Ｓｉｅｍｅｎｓ  ＰＬＭ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ）を使用して実行した。
【００４８】
計算体積には、幾何学的領域の垂直中心の近辺に配置されたスクリーンの代表体積要素（ＲＶＥ：ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ  ｖｏｌｕｍｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）部分が含まれた。粒子の注入点はスロットの近辺であった。モデルには、スクリーンの幾何学的形状の残部を表すために周期境界及び対称境界をそれぞれ有する１０個のスロットが４行含まれた。遠心フローパターンは、周期面のバックセットを出た流体及び粒子の両方が同じ速度ベクトルで前側に再出現するように、周期面を通過する。スクリーンの曲率による遠心力は、流体及び粒子の運動量方程式のソースタームＦｃとして取り込まれる。スロットの幾何学的パラメータ（図１及び図４を参照）は、スクリーン／スロット深さＤ、スロット拡張角度Ａ、スロット幅Ｗ、スロット長さＬ、並びに幅方向ピッチ（間隔）ＸＰ及び長手方向ピッチ（間隔）ＹＰの両方を含む。この計算研究中、Ｄ、Ａ、及びＷは一定のままであった。Ｄ、Ａ、及びＷの値は以下の通りであった。
Ｄ＝２１６μｍ
Ａ＝１０度
Ｗ＝４０μｍ
【００４９】
上で定義したように、Ｖｔ＝Ｆ＊２＊π＊Ｒ、Ｖｒ＝Ｍ／Ｓ、及び速度の商はＶＱ＝Ｖｔ／Ｖｒである。
【００５０】
流体特性（密度及び粘度）は、水の特性であった。粒子特性は、二酸化ケイ素（砂）の特性であった。粒子は、６つの異なる直径、即ち、１０、１５、２０、２５、３０、及び４０μｍを有し、概算初期粒度分布がそれぞれ２０、２０、２０、２０、１０、及び１０％である球形の砂粒子であると仮定した。スクリーンにはステンレス鋼の材料特性が該当した。
【００５１】
計算モデルは、濾過効率を時間の関数として予測する。指標予測は０．０４秒であり、これは、所与のスロットにおける、ブラシの１つのストロークから次のストロークまでの時間を表す。この予測は、本明細書では、計算モデルの濾過効率の予測として使用される。
【００５２】
計算モデルは、様々なパラメータの効果について予測することができた。例えば、Ｌ＝８２８μｍ及びＹＰ＝９８５μｍに関して、以下の予測を行った。
【００５３】
ＶＱ＝１０において、計算モデルは、以下の濾過効率結果（０．０４秒における濾過効率）を予測する。
ＦＥ＝濾過効率
Ｖスクリーン＝仮想スクリーン
【００５４】
【表３】
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【００５５】
特に、Ｄｐ＝１５μｍの粒子に対しては、ＸＰ＝１３５μｍのスクリーンがより良好に機能すると予測された。また、Ｄｐ＝１５μｍにおいては、ＶＱ３０がより良好な濾過効率をもたらした。
【００５６】
計算モデルの予測の別の有用な解析手法は、モデルが（０．０４秒における）濾過効率を粒子径の関数として予測できること、したがって、モデルが各仮想スクリーンの８０％カットオフを予測できることを観測することである。上述の２つの仮想スクリーンの８０％カットオフは以下の通りであった。
【００５７】
【表４】
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【００５８】
ＸＰ値が低いほど、より望ましい低い８０％カットオフ値につながった。ＶＱ値が高いほど、より望ましい低い８０％カットオフ値につながった。
【００５９】
Ｌが８００μｍ以下のスクリーンにおいて同じ傾向が起こると予想される。即ち、本発明の範囲内にあるスクリーンもまた、ＸＰが低減された場合に８０％カットオフ値の低下を示すと予想される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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