(57)【要約】【課題】付加されるイオン交換体の種類を限定することなく、また、確実にフィルタ内にイオン交換体を留めておくことができるイオン交換フィルタを提供する。【解決手段】フィルタ１へのイオン交換体パウダーの付加は、フィルタ１を形成した後に、該フィルタ１の上流側から下流側へ向かって所定の割合でイオン交換体を含む流体を供給することにより行われる。具体的には、図１に示した矢印Ａが示すようにフィルタ１へイオン交換体パウダーを含む溶液を供給すると、その溶液はケージ３０の間隙を通りフィルタ部材１０へ送られる。フィルタ層１２へ供給されるイオン交換体パウダーは、フィルタ層１２の上流側部分に滞留することなく下流に向かって進み、フィルタ層１２内の開口に捕捉される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過すべき流体の流入する上流側の部分から前記濾過すべき流体の流出する下流側の部分にむかって開口寸法が連続的に又は段階的に小さくなるように形成されたフィルタ層を含むフィルタ部材を有し、
前記フィルタ層の下流側部分の開口寸法より大きく前記フィルタ層の上流側部分の開口寸法より小さい粒径を有するイオン交換体パウダーが、前記フィルタ層の内部に分散した状態で保持されている
ことを特徴とするイオン交換フィルタ。
【請求項２】
前記フィルタ層は、機能及び／又は材質が互いに異なる複数の層を有することを特徴とする請求項１記載のイオン交換フィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ部材が、複数のプリーツの形状に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン交換フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ部材は、前記フィルタ部材の長手方向に伸びる頂部を有する複数のプリーツの形状に形成され、且つ前記プリーツがレイドオーバー状態になるように形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のイオン交換フィルタ。
【請求項５】
前記フィルタ部材が、前記フィルタ層の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられる支持層を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオン交換フィルタ。
【請求項６】
前記フィルタ部材が、前記フィルタ層の上流側及び下流側に設けられる支持層を含むことを特徴とする請求項４記載のイオン交換フィルタ。
【請求項７】
前記支持層は、メッシュ又はネットで構成されることを特徴とする請求項５又は６記載のイオン交換フィルタ。
【請求項８】
前記イオン交換体パウダーの粒径が、前記下流側部分の開口寸法より大きい粒径と前記上流側部分の開口寸法より小さい粒径との間で分布していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のイオン交換フィルタ。
【請求項９】
前記イオン交換体パウダーは、有機系イオン交換樹脂、無機系イオン交換樹脂及びキレート樹脂の中から選択される少なくとも１つの樹脂からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のイオン交換フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタに関し、特に、イオン交換体パウダーが付加されたイオン交換フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体や気体から不純物等を取り除くことができる濾過及びイオン交換機能を有するフィルタが提案されている。従来、このようなフィルタに用いられるフィルタ部材は、通気性又は通水性を有するフィルタシートに、イオン交換基を化学的又は物理的に付加することにより製造されている。より具体的には、イオン交換機能を有するフィルタ材料を製造する以下の手法が知られている。
【０００３】
（１）イオン交換基の導入に適した官能基を有するモノマー、架橋剤、重合材料等からなる組成物をフィルタシートに含浸させ重合することにより、イオン交換基を化学的にフィルタシートに固定する。
【０００４】
（２）フィルタシートをイオン交換体又はイオン交換体を溶解した溶液に含浸させた後、乾燥し又は溶剤を除去することにより、イオン交換体をシートに固定する。
【０００５】
（３）フィルタシートにイオン交換体を物理的に付加した後、イオン交換体をフィルタシートに接着させることにより、イオン交換体をフィルタシートに固定する。
【０００６】
また、近年、フィルタ部材の濾過有効表面積を増加させるために、フィルタシートを長手方向に頂部が延在するように折りたたんでプリーツ形状とした、プリーツタイプのフィルタが多く使用されている。このようなプリーツタイプのフィルタにイオン交換機能を持たせるためには、例えば上述したようにイオン交換体が固定されたフィルタシートを、所定のプリーツ形状に折りたたむことによってフィルタを製造するといった手法が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の手法によれば、イオン交換基を確実にフィルタシートに固着させることができるが、その化学的性質のため、フィルタシートに固着されるイオン交換基の種類が限定され、膜の用途が限定されるので、除去すべき金属イオン等に合わせてイオン交換基を選択する必要がある。従って、除去すべきイオンに合わせて各種のストックを用意しなければならず、また、除去すべきイオンの数に合わせて複数のフィルタを設けなければならない。上記（２）の手法によっても、ベース材料に付加されるイオン交換体の種類が限定されるという点は（１）の手法と同様である。
【０００８】
また、上記（２）の手法によれば、イオン交換体の含浸により、フィルタシートのポロシティが減少してしまうという問題がある。
また、上記（３）の手法では、イオン交換体の脱落を確実に防止することは困難であり、脱落したイオン交換体及びそれにより取り除かれたイオンがフィルタの下流側へ移動し、濾過された流体中に混入してしまう虞がある。特にプリーツタイプのフィルタにおいては、従来、プリーツの形成に先立ってフィルタシートにイオン交換体を固定していたので、フィルタシートが折り曲げられるときの、折れ曲がり部分の多くのイオン交換体の脱落或いはフィルタシートの孔明きが非常に大きな問題となる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、付加されるイオン交換体の種類を限定することなく、また、確実にフィルタシート内にイオン交換体を留めておくことができるイオン交換フィルタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のイオン交換フィルタは、濾過すべき流体の流入する上流側の部分から前記濾過すべき流体の流出する下流側の部分にむかって開口寸法が連続的に又は段階的に小さくなるように形成されたフィルタ層を含むフィルタ部材を有し、フィルタ層の下流側部分の開口寸法より大きくフィルタ層の上流側部分の開口寸法より小さい粒径を有するイオン交換体パウダーが、フィルタ層の内部に分散した状態で保持されていることを特徴とする。
【００１１】
フィルタ層が機能及び／又は材質が互いに異なる複数の層を有するように構成することもできる。
また、好ましくは、フィルタ部材は、複数のプリーツの形状に形成される。フィルタ部材が、前記フィルタ部材の長手方向に伸びる頂部を有する複数のプリーツの形状に形成され、且つ複数のプリーツがレイドオーバー状態になるように形成されてもよい。
【００１２】
フィルタ部材が、フィルタ層の上流側及び下流側の少なくとも一方に設けられる支持層を含むように構成することができる。フィルタ部材がレイドオーバー状態になるように形成される場合には、前記フィルタ層の上流側及び下流側に設けられる支持層を含むように構成されることが望ましい。好ましくは、この支持層は、メッシュ又はネットで構成される。
【００１３】
また、イオン交換体パウダーの粒径が、下流側部分の開口寸法より大きい粒径と上流側部分の開口寸法より小さい粒径との間で分布していることも好ましい。イオン交換体パウダーは、有機系イオン交換樹脂、無機系イオン交換樹脂及びキレート樹脂の中から選択される少なくとも１つの樹脂からなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るフィルタの概略構成を示す一部破断斜視図であり、図２は、本実施形態のフィルタを構成するフィルタ部材の構成を示す部分拡大図であり、図３は、図２に示したフィルタ層の構造を示す図面であり、図４はフィルタの状態を概略化して示した断面図である。
【００１５】
なお、以下の説明において、「上流」及び「下流」の用語は、フィルタの半径方向内側から外側に向かって流体が流れる場合には半径方向内側及び外側をそれぞれ意味し、フィルタの半径方向外側から内側に向かって流体が流れる場合には半径方向外側及び内側をそれぞれ意味する。本実施形態では、流体がフィルタの半径方向外側から内側に向かって流れる場合について説明する。
【００１６】
図１において、円筒形状のフィルタ１は、複数の、長手方向に延びる頂部１１ａ、谷底部１１ｂ（図２）を有する複数のプリーツ１１の形状に形成されたフィルタ部材１０を有している。円筒形の有孔コア２０は、フィルタ部材１０の内周に沿ってフィルタ部材１０と同軸に配されており、半径方向内側へ向かう力に対してフィルタ部材１０の内周を支持する。円筒形のケージ３０は、フィルタ部材１０の外周に沿ってフィルタ部材１０と同軸に配されており、プリーツ１１の状態を保持する保持部材として機能する。フィルタ部材１０の両端には、端部キャップ（図示省略）が設けられている。
【００１７】
好ましくは、フィルタ部材１０のプリーツ１１は、外側の頂部１１ａと内側の谷底部１１ｂとの間の長さ即ちプリーツ１１の高さがケージ３０とコア２０との間の距離より長くされ、その結果プリーツ１１が非半径方向に湾曲または傾斜し、隣接したプリーツが互いに緊密に接触している状態（レイドオーバー状態）となるように形成される。このようになフィルタ１の構造は、フィルタ部材１０内の使用しないスペース（例えば図４に符号５０で示す）を低減し、また、フィルタ層１２の表面積を著しく増大させる。
【００１８】
フィルタ部材１０は、例えば図１及び図２に示されるように、フィルタ層１２と、フィルタ層１２の上流側及び下流側にそれぞれ配置された支持層１４及び１３とから構成することができる。フィルタ層１２は例えばファイバからなる不織シートからなる単一層として構成され、図３に示すように、フィルタ層１２の上流側部分から下流側部分にむかってフィルタ層を形成するファイバ間の距離即ち開口寸法が連続的に小さくなるように形成されている。なお、図３は、フィルタ層の部位によって開口寸法が異なることが明確になるように、便宜上、開口寸法の異なる部分が取り出され、断続的に示されている。
【００１９】
なお、フィルタ層１２の材質は、濾過の目的及び濾過すべき流体の特性に依存して選択することができるが、耐熱性及び耐薬品性の点で流体適合性のある材質である限り特に限定されない。また、フィルタ層１２の厚さは、薄いほうが好ましい。フィルタ層１２を流体が通過するときに生じる、フィルタ層１２の上流側と下流側との間の圧力差は、フィルタ層１２の厚さに比例して大きくなり、また、フィルタ部材１０をプリーツ形状に形成する場合には、フィルタ層１２が薄いほど濾過表面積を大きくすることができるからである。
【００２０】
支持層１３、１４は、このフィルタ部材１０がプリーツ形状に折られたときに、フィルタ層１２の対向面が互いに接触することを防止し、フィルタ層の表面の全ての部分に流体が流れることができるようにする。このような支持層１３及び１４を設けることにより、フィルタ層の表面積全体が、濾過のために有効に利用される。なお、このようにフィルタ層１２の上流側のほぼ全表面にイオン交換体パウダーを含む流体を供給する目的のためには、フィルタ層１２の上流側に支持層を設けることが望ましいが、図４のように隣接するプリーツの頂部１１ａが離間してプリーツの側壁の間に十分な空隙が確保できる場合は、本実施形態のようにフィルタ層１２の上流側及び下流側の両方に支持層を設ける必要は必ずしもない。しかし、フィルタ層１２の剛性が劣る場合、例えば薄膜である場合には、フィルタ層１２の下流側にも支持層を設けることが好ましい。
【００２１】
後述するように、フィルタ層１２に付加されるイオン交換体パウダーの粒径はフィルタ層１２の上流側部分の開口寸法より小さく、従って隣接する支持層間に形成される空隙部または支持層内の空隙部と比較して非常に小さい粒径となるので、支持層１３、１４は、不織布、メッシュ材またはネット材（織布）等、一般的に支持層として使用可能なもので構成することができる。しかしながら、不織布を採用するとフィルタ層１２に付加されるべきイオン交換体パウダーが支持層を構成するファイバ間に捕捉されやすくなるので、メッシュ材又はネット材が支持層として好適である。
【００２２】
イオン交換体を付加されるフィルタが、上述した構成からなるプリーツタイプのフィルタに制限されないことはいうまでもない。例えば、フィルタ層を、ファイバからなる中空の円筒形状に構成し、この中空のフィルタ層の開口寸法が上流側部分から下流側部分に向かって徐々に小さくなるように構成することも可能である。このようなフィルタは、開口寸法を必要に応じて変化させることが容易であるため、汚れ保持容量を大きく形成することが可能であり、多くの場合ディスポーザブルフィルタとして使用される。
【００２３】
また、フィルタ部材１０を、図１に示したタイプのプリーツを有するフィルタ部材のほか、例えば円周方向に伸びる頂部を有するプリーツの形状に形成されたフィルタ部材、あるいは螺旋状の頂部を有するプリーツの形状に形成されたフィルタ部材を使用することも可能である。
【００２４】
また、本実施形態ではフィルタ層１２を単一層として構成したが、多層構造とすることも可能である。この場合、フィルタ層１２は、（１）互いに開口寸法の異なる独立した複数の層を織りあわせる方法、（２）互いに開口寸法の異なる独立した複数の層を積層する方法、（３）流延（キャスティング）する方法、または（４）中空円筒状のフィルタ層を、内側から外側に向かって（又は外側から内側へ向かって）段階的に開口寸法が異なる複数の領域からなるように形成する方法、等の手法によって製造することができる。即ち、「多層構造」には、複数の独立した層を重ねあわせた構造のほか、単一の層の内部に機能の異なる複数の領域を設けた構造も含まれる。より具体的には、例えばフィルタ層を上流側からプレ濾過層、主としてイオン交換機能を有するイオン交換体捕捉層、及び除粒子層を重ねあわせて構成し、これら３つの層の開口寸法がプレ濾過層、イオン交換体捕捉層、除粒子層の順番で段階的に小さくなるようにした構造とすることができる。更に、これらの各層の中で、それぞれの開口寸法が連続的に小さくなるようにしてもよい。このような多層構造とした場合であっても、フィルタ層１２を構成する材質は上述したように耐熱性及び耐薬品性の点で流体適合性のある材質である限り特に限定されることはなく、また、各層の機能及び／又は材質を互いに異なるものとすることも可能である。例えば、濾過すべき流体との適合性や抽出物のレベルを考慮して、プレ濾過層及びイオン交換体捕捉層にはポリオレフィンを用い、除粒子層にはＰＴＦＥを用いることが可能である。
【００２５】
フィルタ層１２を多層構造とした場合、支持層１３及び１４は、フィルタ層を構成する最も外側の層の外側、及び最も内側の層の内側に設けられる。
上記構成からなるフィルタ１において、フィルタ１へのイオン交換体パウダーの付加は、所定の手法によりフィルタ１を形成した後に、該フィルタ１の上流側から下流側へ向かって、所定の割合でイオン交換体パウダーを含む流体を供給することにより行われる。なお、イオン交換体パウダーは、例えば公知の方法で接着剤を用いて、フィルタ層１２を構成するファイバに確実に固定してもよい。　フィルタ１は、種々の技術によって製造することができる。一例として、例えば、フィルタ層１２及び支持層１３、１４からなるフィルタシートを波形に折り曲げて所定の長さ及び所定の数のプリーツを形成し、次にこれを円筒形にし、フィルタ部材１０を形成する。フィルタ部材１０がケージ３０に挿入されるときに、フィルタ部材１０のプリーツは重ねられ、図１に示したようなレイドオーバー状態にされる。フィルタ部材１０がケージ３０内に挿入された後、コア２０がフィルタ部材１０の中央部に挿入される。そして、端部キャップ（図示省略）がフィルタ部材１０の端部に取付けられる。
【００２６】
その後、図１に示した矢印Ａが示すようにフィルタ１へイオン交換体パウダーを含む溶液を供給すると、その溶液はケージ３０の間隙を通りフィルタ部材１０へ送られる。フィルタ部材１０へ供給されるイオン交換体パウダーの粒径は、フィルタ層１２の上流側部分の開口寸法より十分に小さく、またフィルタ層１２の下流側部分の開口寸法より十分に大きい。従って、上流側からフィルタ層１２へ供給されるイオン交換体パウダーは、フィルタ層１２の上流側部分のみに滞留することなく、フィルタ層１２内部の開口に捕捉される。
【００２７】
フィルタ層１２の厚さ方向におけるイオン交換体パウダーの分散は、フィルタ層１２の開口寸法及びイオン交換体パウダーの大きさを考慮してコントロールすることができる。また、イオン交換体パウダーの大きさは、イオン交換体パウダーを製造する粉砕プロセスにおいて、または粉砕後の後工程によって分級し、コントロールすることが可能である。
【００２８】
ここで、イオン交換体パウダーの粒径は、フィルタ層の上流側部分の開口寸法及び下流側部分の開口寸法に対応した粒径の範囲内で均等に分布させることにより、フィルタ内における均一な分散が得られるが、単一の粒径としても、フィルタ層１２を構成するファイバ間に機械的に挟まれることにより、ある程度の均一な分散が得られる。
【００２９】
支持層１３及び１４のメッシュまたはネットの開口の大きさ及び隣接するプリーツ側壁の支持層間に形成される空隙の大きさは、フィルタ層１２の上流側部分の開口寸法、下流側部分の開口寸法、又はイオン交換体パウダーの粒径と比較して非常に大きい。従って、イオン交換体パウダーを含む流体がフィルタを流れるときに、イオン交換体パウダーが支持層１３又は１４に捕捉されることはなく、供給したイオン交換体パウダーのほぼ全量を、フィルタ層１２内に分散させることが可能である。
【００３０】
また、支持層１３及び１４のメッシュまたはネットの開口の大きさ及び隣接するプリーツ側壁の支持層間に形成される空隙の大きさがイオン交換体パウダーと比較して非常に大きいので、プリーツ谷底部１１ｂのフィルタ層の上流側部分にもイオン交換体パウダーは容易に到達することができる。結果として、フィルタ層１２の上流側のほぼ全表面に、イオン交換体パウダーを含む流体を供給することができる。この効果は、フィルタ部材１０が上述したレイドオーバーの形態とされており、フィルタ層間の密度が大きい場合に、特に顕著となる。
【００３１】
フィルタ層１２において、より多くのイオン交換体パウダーを捕捉した部分の流速は、捕捉されたイオン交換体パウダーが比較的少ない部分より小さくなる。そのため、捕捉されたイオン交換体パウダーが比較的少ない部分に向かってより多くの溶液が流れるように自己制御される。その結果、フィルタ層１２の全域にほぼ均一にイオン交換体パウダーを分散させることが可能となる。
【００３２】
フィルタ１の通常の使用において、接着剤によってフィルタ層１２に固着されているイオン交換体パウダーが脱落し、フィルタ１内を流れて移動しまうことが考えられる。しかし、上述したようにイオン交換体パウダーの粒径をフィルタ層１２の下流側部分の開口寸法より十分に大きくしたので、脱落したイオン交換体パウダーおよびそのイオン交換体パウダーにより取り除かれたイオンがフィルタ層１２の下流側へ流れてフィルタ部材１０により濾過された流体中に混入することは阻止される。
【００３３】
なお、接着剤を用いない場合には、イオン交換体パウダーは単にフィルタ１の開口に物理的に捕捉されているに過ぎない。しかし、上述したようにイオン交換体パウダーの粒径をフィルタ層１２の下流側部分の開口寸法より十分に大きくしたので、イオン交換体パウダーがフィルタ層１２の下流側へ流れてフィルタ部材１０により濾過された流体中に混入することを防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態に示したように構成されるイオン交換フィルタに付加されるイオン交換体の種類は制限されない。イオン交換基を化学的に固定する従来の手法と異なり、本発明は、イオン交換体パウダーを含む溶液をフィルタ部材１０に供給し、フィルタ層１２に物理的に固定させるものであり、フィルタ層１２を構成するシートそのものに化学的処理を施す必要がないからである。従って、溶液中に複数種類のイオン交換体パウダーを含ませることが可能であり、イオン交換によって除去すべき金属イオン等のイオン粒子に合わせて複数のフィルタをストックしたり、複数のフィルタを直列に配置して複数のイオン粒子を順次除去したりする必要がなくなる。より具体的には、イオン交換フィルタに付加されるイオン交換体パウダーは、有機系イオン交換樹脂、無機系イオン交換樹脂、キレート樹脂の中から選択された１つ又は複数の種類の樹脂のイオン交換体パウダーを含ませることができる。なお、本発明は、イオン交換フィルタ製品の出荷前にイオン交換体パウダーをフィルタ層に付加させるものであるが、フィルタ製品の出荷後であって当該製品の使用前に同様の方法で固定してもよい。
【００３５】
また、例えば従来から火力発電所の復水ライン等に設けられるイオン交換フィルタは、イオン交換体パウダーを用いて支持体にプレコート層を形成し、酸化鉄を除去することを主目的としたプレコート式のフィルタであり、再生処理を行うことによって繰り返し使用されるものであるが、このようなフィルタは体積濾過（深層濾過）を可能とするために例えば１０ｍｍ程度の比較的厚い層を必要とする。従って、濾過表面積を大きくすることが困難であるため、頻繁に再生処理を行わなければならない。本発明によれば、このような用途に用いられるイオン交換フィルタであっても、上述したようにフィルタ層の開口寸法とイオン交換体パウダーの粒径とをコントロールして、フィルタ層内にイオン交換体パウダーを保持することにより、頻繁に再生処理を行うことなく長期間連続使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、濾過すべき流体の流入する上流側の部分から前記濾過すべき流体の流出する下流側の部分にむかって開口寸法が連続的に又は段階的に小さくなるように形成されたフィルタ層を含むフィルタ部材を有し、フィルタ層の下流側部分の開口寸法より大きく前記フィルタ層の上流側部分の開口寸法より小さい粒径を有するイオン交換体パウダーがフィルタ層の内部に分散した状態で保持されているようにイオン交換フィルタを構成したので、付加されるイオン交換体の種類を限定することなく、また、確実にフィルタ層内にイオン交換体を留めておくことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィルタの概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１に示したフィルタ部材の構成を示す部分拡大図である。
【図３】図２に示したフィルタ層の構造を示す図面である。
【図４】フィルタの状態を概略化して示した断面図である。
【符号の説明】
１　　　フィルタ
１０　　フィルタ部材
１１　　プリーツ
１１ａ　頂部
１１ｂ　　谷底部
１２　　フィルタ層
１３、１４　支持層
２０　　コア
３０　　ケージ
【図１】
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【図２】
2004073924.tif 000004
【図３】
2004073924.tif 000005
【図４】
2004073924.tif 000006