(57)【要約】本発明は、ａ）両端に、供給端部（１０）と排出端部（１５）が開いており、金属管状体の外側表面は、結節部近傍に前記管と同軸の環体部（１７）を呈し、該環体部は、半径方向に突出しており、周辺に半径方向に突出した超音波変換器（１９）を備えるものであり、該変換器の周波数は、前記環体部（１７）の振動周波数に等しく、前記金属管状体（１１）の縦方向の振動周波数に等しい、円形の内部表面（１３）と、円筒形の直断面、及び金属管状体（１１）の形を呈する、超音波処理モジュラーユニット（１２）と、ｂ）金属管状体（１１）の内部に、この金属管と同軸となるよう、供給端部（１０）と排出端部（１５）の間に配置されている、約２０μｍ未満の篩いの目を有する、約５０ｃｍ2の、好ましくは、約８０ｃｍ2の最小の濾過表面を呈する、円筒形の濾過エレメント（１４）を組み合わせ、ｃ）金属管状体の内部で消散される、定格の超音波出力密度は、濾過表面で約２Ｗ／ｃｍ2を超えるものであることを特徴とする、連続液体経路の濾過装置に関するものである。
2004523352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・両端に、供給端部（１０）と排出端部（１５）が開いており、金属管状体の外側表面は、結節部近傍に前記管状体と同軸の環体部（１７）を呈し、該環体部は、半径方向に突出しており、周辺に半径方向に突出した超音波変換器（１９）を備えるものであり、該変換器の周波数は、前記環体部（１７）の振動周波数に等しく、前記金属管状体（１１）の縦方向の振動周波数に等しい、円形の内部表面（１３）と、円筒形の直断面、及び金属管状体（１１）の形を呈する、超音波処理モジュラーユニット（１２）と、
・金属管状体（１１）の内部に、この金属管と同軸となるよう、供給端部（１０）と排出端部（１５）の間に配置されている、約２０μｍ未満の篩いの目を有する、約５０ｃｍ2の、好ましくは、約８０ｃｍ2の最小の濾過表面を呈する、円筒形の濾過エレメント（１４）を組み合わせ、
金属管状体の内部で消散される、定格の超音波出力密度は、濾過表面で、約２Ｗ／ｃｍ2を超えるものであることを特徴とする、液体の連続的な濾過装置。
【請求項２】
金属管状体（１１）の長さは、変換器から発せられる超音波振動の周波数の、半波長の整数倍に等しく、環体部（１７）の内径と外径は、前記環体部の振動周波数が、変換器（１９）が発せられるのと同じ超音波振動周波数となるように決定されることを特徴とする、請求項１に記載の濾過装置。
【請求項３】
円筒形の濾過エレメント（１４）は、金属性の支持体上に取り付けられた、織り上げ又は不織の金属フィルタ、金属性の支持体上に取り付けられた、織り上げ又は不織の合成フィルタ、そして焼結多層金属フィルタ及びシェル構造の焼結鉱物性又は金属性フィルタの中から選ばれたものであることを特徴とする、請求項１及び請求項２のいずれかに記載の濾過装置。
【請求項４】
円筒形の濾過エレメント（１４）は、接続用部材によって金属管状体に接続されており、該接続用部材は、濾過する液体が、濾過エレメントの外側からその濾過エレメントの内側に向かって通過していくように構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の濾過装置。
【請求項５】
円筒形の濾過エレメント（１４）は、接続用部材によって金属管状体に接続されており、該接続用部材は、濾過する液体が、濾過エレメントの内側からその濾過エレメントの外側に向かって、通過していくように構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の濾過装置。
【請求項６】
濾過する液体が通流する流路に組み込まれ、装置の入口と出口の間に存在する圧力差を測定し、この圧力差を調整し、また、その流路中の液体の流量かつ／又は、前記装置の下流における水圧の低下を調節することによって、この圧力差の調整を可能にすることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の濾過装置。
【請求項７】
金属管状体と円筒形濾過エレメントの間の接続用部材、並びに処理する流体が通流する流路は、その濾過が、接線方向濾過の原理によって行われるように構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
濾過する液体が通流する流路の中に組み込まれ、前記濾過エレメントの入口と出口の間に存在する圧力差が一定の閾値を超えるとすぐに、濾過エレメントの周期的な逆流での清掃を可能にすることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の濾過装置。
【請求項９】
濾過する液体中のキャビテーション強度が、超音波振動出力の調整、かつ／又は、超音波トランスジューサと、前記金属管状体の結節分近傍で放射状に突出している前記環体部の外側表面の間に介在する、ブースタの形状の選択により、調節されることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の濾過装置の使用法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の、複数の超音波処理モジュラーユニットで、請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の、円筒形の濾過エレメントを囲い込むことにより、直列又は並列に連結し、幾つものフィルタを一列に並べた装置を作ることを特徴とする、超音波フィルタ。
【請求項１１】
同一の発生器によって並列に給電される、複数の変換器を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の超音波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度出力の超音波を活用した、連続液体経路の濾過装置に関するものである。
【０００２】
さらに詳細には、本発明が対象とする液体連続濾過装置で用いられる管状の超音波処理モジュラーユニットは、円筒形の濾過エレメントの外被と高密度出力超音波源の役割を兼ねるものである。
【背景技術】
【０００３】
そのような処理モジュラーユニットは、仏国特許発明第２６７１７３７号明細書、あるいはそれに対応する欧州特許第０５６７５７９号明細書に詳細に記載されている。
【０００４】
液体濾過の分野において既知の幾つかの装置は、液体が通流する濾過槽の内部に、液体が中を通過する濾過エレメントを含み、濾過する粒子を留め置くというものである。
【０００５】
他に液体の周期的な逆流による、濾過エレメントの清掃、再生装置が知られているが、場合によっては、同時に前記濾過槽の内部において、超音波振動を活用することもある。このような振動は超音波振動発生源によって作り出され、該超音波振動発生源は、前記濾過槽に接続されるか、あるいはまた、濾過エレメントの近傍の、前記濾過槽の内部に沈められてもよい。
【０００６】
超音波振動によって得られた清掃効果は、液体中でのキャビテーションという物理現象によるものであり、業界ではよく知られているところのものである。
【０００７】
また、濾過を行っている間、超音波振動を連続的に加えて、それにより濾過を助けるというような濾過装置も知られている。
【０００８】
例えば、実験室で普通に使われているような真っ直ぐな円筒形の音極を用いて、篩いの目の通り口、あるいは前記濾過エレメントの細孔よりも小さい粒子を押し通すことも可能であるが、その場合、前記濾過エレメントと接触する、液体中で得られる振動の振幅が十分に大きなものとなるよう、音極の端部が前記エレメントに十分に近づいていることが条件となる。
【０００９】
このような装置は、実験室で応用されるにとどまるものであり、つまりは、流量が小さいために、製造の過程で一列に並べた状態での使用に適さないのであり、これは、音極の小さすぎる有効振動表面の構造ゆえである。
【００１０】
濾過エレメントを納めた囲いに超音波振動をかけつづけるという装置も知られているが、その囲いはそのような振動を発生させ、かつ／又は伝播させるエレメントと音響的な同調はとれていない。
【００１１】
このような装置は、濾過エレメント部分に伝達可能な有効音響出力が制限されており、この出力を、濾過エレメントに均一に分配することができない。
【００１２】
液体中に沈めることのできる、例えば潜水管などのような超音波振動源は、他にも存在する。これは、大きな有効振動表面を呈するものである。しかしながら、それらの発生させるキャビテーションの出力密度は制限されたものであり、濾過の過程を目立つほどに改善するには不十分（濾過表面で１Ｗ／ｃｍ2未満）であることが多い。
【００１３】
さらに、この場合のように、濾過エレメントは超音波管を外側にしか付けることができないと、設置がかさばるものにならざるを得ず、大きな直径のフィルタや外付けの管状の被覆を用いなければならないという不都合がある。
【特許文献１】
仏国特許発明第２６７１７３７号明細書
【特許文献１】
欧州特許第０５６７５７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
それゆえ、今日まで、以下のような様々な制約を満足する液体濾過装置は存在していない：
【００１５】
・超音波振動を連続的に活用することにより、濾過過程を改善すること。
【００１６】
・キャビテーションの超音波出力を濾過表面全体に均一に分配すること。
【００１７】
・その表面に接触した状態で、濾過表面で正味で、２Ｗ／ｃｍ2以上の平均超音波出力密度を実現すること。
【００１８】
・かさばらないこと。
【００１９】
・産業的な使用が可能であること。
【００２０】
本発明はまさに、以上のような制約を全て満足することを目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明にかなった濾過装置は、超音波処理モジュラーユニットを含み、それは以下のような形を呈するものである：
【００２２】
・両端に、供給端部と排出端部が開いており、金属管状体の外側表面は、結節部近傍に前記管と同軸の環体部を呈し、該環体部は、半径方向に突出しており、周辺に半径方向に突出した超音波変換器を備えるものであり、該変換器の周波数は、前記環体部の振動周波数に等しく、前記金属管状体の縦方向の振動周波数に等しい、円形の内部表面と、円筒形の直断面、及び金属管状体の形を呈し、そして
【００２３】
・金属管状体の内部に、この金属管と同軸となるよう、供給端部と排出端部の間に配置されている、約２０μｍ未満の篩いの目を有する、約５０ｃｍ2の、好ましくは、約８０ｃｍ2の最小の濾過表面を呈する、円筒形の濾過エレメントの形を呈しており、
金属管状体の内部で消散される、の定格の超音波出力密度は、濾過表面で約２Ｗ／ｃｍ2を超えるものである。
【００２４】
本発明のもう一つの特徴によると、金属管状体の長さは、変換器から発せられる超音波振動の周波数の、半波長の整数倍に等しく、環体部の内径と外径は、前記環体部の振動周波数が、変換器が発せられるのと同じ超音波振動周波数となるように決定される。
【００２５】
本発明のもう一つの特徴によると、円筒形の濾過エレメントは、金属性の支持体上に取り付けられた、織り上げ又は不織の金属フィルタ、金属性の支持体上に取り付けられた、織り上げ又は不織の合成フィルタ、そして焼結多層金属フィルタ及びシェル構造の焼結鉱物性又は金属性フィルタの中から選ばれたものである。
【００２６】
本発明の具体的な実施態様によると、円筒形の濾過エレメントは、接続用部材によって金属管状体に接続されており、該接続用部材は、濾過する液体が、濾過エレメントの外側からその濾過エレメントの内側に向かって、あるいは逆に、濾過エレメントの内側からその濾過エレメントの外側に向かって、通過していくように構成されている。
【００２７】
本発明の具体的な実施態様によると、濾過する液体が通流する流路に組み込まれ、装置の入口と出口の間に存在する圧力差を測定し、また、その流路中の液体の流量かつ／又は、前記装置の下流における水圧の低下を調節することによって、この圧力差の調整を可能にする。
【００２８】
本発明のもう一つの変形例によると、金属管状体と円筒形濾過エレメントの間の接続用部材、並びに処理する流体が通流する流路は、その濾過が、接線方向濾過の原理によって行われるように構成されている。
【００２９】
一般的には、本発明の濾過装置は、濾過する液体が通流する流路の中に組み込まれ、前記濾過エレメントの入口と出口の間に存在する圧力差が一定の閾値を超えるとすぐに、濾過エレメントの周期的な逆流での清掃を可能にする。
【００３０】
本発明はまた、前述の濾過装置の使用方法に関するものでもあり、濾過する液体中のキャビテーション強度は、超音波振動出力の調整、かつ／又は、超音波トランスジューサと、前記金属管状体の結節分近傍で放射状に突出している前記環体部の外側表面の間に介在する、ブースタの形状の選択により、調節されるものである。
【００３１】
結局のところ、本発明により構成可能な超音波フィルタは、前述のように、複数の超音波処理モジュラーユニットで円筒形の濾過エレメントを囲い込むことにより、直列又は並列の連結によって実現された、幾つものフィルタを一列に並べた装置を作る。このような超音波フィルタは、同一の発生器によって並列に給電される複数の変換器を含んでいてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明は、以下、添付図面に示された二つの具体的な実施態様を参照しつつ、さらに詳細に説明されるものであり、そのうち図１と図２は、単一の濾過装置の第一の実施態様に対応しており、図３は、接線方向濾過用の実施態様に対応するものである。これらの図において、また、以下の説明において、対応する構成要素は同一の参照記号で示される。
【００３３】
図１から図３に示されるように、リアクターモジュラーユニット１２は、主に三つの特徴的な基本要素から構成される。ユニット１２は、まず金属管状体１１を含み、該金属管状体は、内部表面１３が円筒形の直断面の形状を呈する。金属管状体１１の両端は開いており、つまりは、供給端部１０と排出端部１５のそれぞれのことである。これらの二つの供給端部１０と排出端部１５は、供給導管と排出導管に連結されており、これらの導管も、場合によっては通流用ポンプを備えるものである。この設置部分は、業界ではよく知られた全く典型的な機構を用いているので、図示はしていない。
【００３４】
モジュラーユニット１２はまた、金属管状体１１の結節部近傍の表面上に、前記管本体と同軸の環体部１７を含み、前記環体部は管本体１１の空いている表面の外側に向かって半径方向に突出している。
【００３５】
結局のところ、モジュラーユニット１２は、超音波変換器１９を少なくとも一つ含み、該変換器は、前記環体部１７の周辺にこれと連動する状態で放射状に配置されている。前記変換器１９の周波数は、前記環体部１７の振動周波数に等しく、そして、金属管状体１１の長手方向振動周波数に等しい。
【００３６】
実際には、超音波変換器１９として用いられるのは、従来の変換器で、例えば圧電励起型のものである。それは例えば、Ｂ．  Ｂｒｏｗｎ並びにＪ．Ｅ．  Ｇｏｏｄｍａｎの著書Ｈｉｇｈ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓに記載されている「Ｌａｎｇｅｖｉｎトリプレット」タイプのものでもよい。
【００３７】
図１から図３に示された具体的な実施態様においては、同軸の環体部１７は、金属管状体１１の塊の中で加工されるものである。このタイプの実施例において、環体部１７は、段差面取り部２１を介して、金属管状体１１の外側表面に連結される。
【００３８】
金属管状体１１の長さは、本文に記述されている実施例においては、用いようとする周波数の波長の半分に等しい。発信器又は変換器１９が発する超音波振動も同様に、５ｋＨｚから１００ｋＨｚの間に含まれることに留意しなくてはならない。この具体的実施例において、金属管状体の長さは、厳密には超音波振動の周波数の半分の波長に等しい。しかしながら、本発明の枠内で、さらに大きな寸法の金属管部分にすることは容易に可能であり、該金属管部分は、発せられた周波数の半分の波長の整数倍と等しい長さだけ、例えば同軸の環体部１７の一方又は両側から伸びるものであり、また、この金属部分とモジュラーユニットとの接続は、例えば縦振幅の腹部（応力の結節部）において、ねじ切りや圧入、溶接又は類似の方法を手段によってか、あるいは同じ塊から加工することによって実現される。
【００３９】
特に有利な実施において、超音波処理のモジュラーユニット１２は、ＳＯＤＥＶＡ社から市販されている、２０ｋＨｚ又は３５ｋＨｚのＳＯＮＩＴＵＢＥにしてもよいことになる。
【００４０】
図１及び図２に示された単一の濾過の構成では、図示されていないポンプによって、モジュラー超音波リアクター１２の一端に、濾過する液体を浸透させる。よって、濾過する液体は、部材１６又は部材１８から濾過エレメント１４の中に浸透していく。入口用部材が、部材１６である場合液体は、部材１８に開けられた穴２０から出る前に、濾過エレメント１４によって内側から外側に向かって濾過される。
【００４１】
装置に存在する圧力勾配は、装置の上流に位置する、図示されていないポンプの流量を調節し、かつ／又は、装置の下流に位置する、開口弁を調節することによって行うことができる。装置の上流と下流に位置する、圧力測定ゲージによってその装置を補完することは有利であり、場合によっては、プログラム可能な自動機械が警報を発するようになされた工業施設に、それら全てを設置してもよい。
【００４２】
単一の濾過の構成のもう一つの変形例において、モジュラー超音波リアクターにおける入口用部材は、部材１８であり、この変形例において、濾過する液体は、部材１８に開けられた穴２０を通ってそのリアクター１２の中に浸透し、つぎに、濾過エレメント１４によって外側から内側に向かって濾過され、その後、部材１６からまた出ていく。
【００４３】
図３について述べると、接線方向濾過の構成において、閉塞用及び接続用手段２２には、さらに補足の穿孔が施されており、管状超音波リアクター１２の外部環境との二重に連通を可能にしている。第一の連通は、中央穿孔２４により行われ、濾過エレメント１４の内部と外部環境とが連通する。第二の連通は、補足の穿孔２６により行われ、濾過エレメント１４の外部が連通する。
【００４４】
この構成において、濾過する液体は、部材２８に開けられた穴を通ってリアクター１２の中に浸透していく。図３の矢印は、液体が通流する通り道を示している。液体は、二つの部分に分かれる：第一の部分は、外側から内側に向かって、濾過エレメント１４を通過し、部材２２の中央穿孔２４を通って、リアクター１２から出る前に濾過エレメント１４に濾過され、一方、液体の第二の部分は、補足の穿孔２６を通って前記リアクターから出る前に、接線方向の濾過エレメント１４に流れていく。
【００４５】
装置の下流に位置する二つの弁の一方は、中央穿孔２４の流路、もう一つは補足の穿孔の流路上にあり、それらによってそれぞれの流路の流量を調整することが可能である。
【００４６】
有利には、本発明が液体の流路の中にある場合、前記濾過エレメントの入口と出口の間に存在する圧力差が一定の閾値を超えるとすぐに、濾過エレメントの周期的な逆流での、好ましくは自動的に起動する、清掃の目的となる。
【００４７】
以上に述べたことの結果として、本発明は、超音波振動を連続的に活用により、濾過過程を改善するものである。よって、本発明は、濾過表面と接触する超音波出力の均一な配分を可能にする。
【００４８】
図１と図２に示されたものにかなった、構成の第一の使用例を実際に使用したところ、満足のいく結果が得られた。
【００４９】
管状超音波リアクターは、ＳＯＤＥＶＡ社の標準型ＳＯＮＩＴＵＢＥ３５ｋＨｚであり、
その長さは２２５ｍｍ、内径は２０ｍｍであり、垂直に設置されている。
【００５０】
使用された濾過エレメント１４は、絶対に、Ｐｏｒｅｍｅｔタイプの５μｍのものであり、外径は１２ｍｍ、長さは２２５ｍｍである。
【００５１】
製造上の残滓と集塊とを捕らえることができるよう、粉末状の２μｍ未満の、１５重量％の割合で水に溶かされた、炭化チタンの懸濁液を本発明による装置によって濾過する。懸濁液は、攪拌したタンクから毎分１０リットルの流量でポンプで送りだされる。懸濁液は、管状超音波リアクター１２の中を下から上へと通流し、濾過エレメント１４を内部から外部に向かって通過する。前記濾過エレメントの堆積が起こる。
【００５２】
懸濁液の粒径分布の分析をしたところ、通るものは、固体相の総体で９９％を越えていることがわかった。しかしながら、超音波をかけないと、上流の圧力の上昇は急速であり、約一分後には、液体は濾過エレメント１４を通過しなくなる。
【００５３】
超音波をかけると、圧力は、その流路のどの部分でも一定のままであり、管状の超音波リアクター内部での水圧の低下は１００ｍｂ未満である。１２分後には、１２０リットルの懸濁液又は２１キログラムの炭化物の粉末であっても、フィルタに３．６グラムの粒子が溜まったが、多孔性は保たれた。
【００５４】
第二の例では、管状超音波リアクターは、ＳＯＤＥＶＡ社の標準型ＳＯＮＩＴＵＢＥ２０ｋＨｚであり、長さは３７０ｍｍ、内径は５０ｍｍであり、垂直に配置されており、接線方向濾過に構成された前記濾過エレメントの下流に位置する弁によって、前記濾過エレメントの上流と下流との間の圧力差を変化させることが可能になる。
【００５５】
使用された濾過エレメントは、Ｐｏｒｅｍｅｔタイプの１０μｍのフィルタであり、直径は４０ｍｍ、長さは３０ｍｍである。
【００５６】
粉末状の１μｍ未満から４０μｍの間の、１０重量％の割合で水の中に砕き入れた、シリカの懸濁液を本発明による装置によって、１０μｍのカットで分留する。
【００５７】
その懸濁液はまず、フィルタを含まない、管状超音波リアクターの下部でほぐされる。液体の一分量が濾過エレメントを通過する際、粒子の大部分は、１０ミクロン未満であるが、一方で、液体のもっと小さな分量は、他の粒子を引きずり、濾過エレメントの外側にとどまった後に、前記リアクターから出る。作業の間圧力は、５０リットルの懸濁液が枯渇するまで、一定であることが実際に確認できる。
【００５８】
第三の例で活用される、管状超音波リアクター１２は、ＳＯＤＥＶＡ社の標準型ＳＯＮＩＴＵＢＥ３５ｋＨｚであり、長さは２２５ｍｍ、内径は２０ｍｍであり、水平に配置されており、図１及び図２に示されたような実施態様に従っている。
【００５９】
濾過エレメント１４は、Ｐｏｒｅｍｅｔタイプの２μｍのフィルタであり、直径は１２ｍｍ、長さは２２５ｍｍである。
【００６０】
濾過される懸濁液は、研磨用のアルミナ粉末を、５重量％の割合で水の中に溶かしたものである。その目的は、２μｍを超える粒子を取り除くことである。
【００６１】
懸濁液は毎分５リットルの流量で、ポンプに送られる。濾過エレメントの周りに約３ｍｍの篩い残りの層が形成されるにもかかわらず、濾過エレメントの上流と下流との間の圧力差は２０分後にも１バールを超えない。
【００６２】
超音波をかけない単一の逆流作業においても、前記濾過エレメントの孔に詰まった粒子を全て取り除くことで濾過エレメントを再生させ、篩い残りを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る単一の濾過装置の第一の実施態様を示す図。
【図２】本発明に係る単一の濾過装置の第一の実施態様を示す図。
【図３】本発明に係る接線方向濾過装置の実施態様を示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１０  供給端部
１１  金属管状体
１２  モジュラーユニット
１３  円筒形の内面
１４  円筒形の濾過エレメント
１５  排出端部
１６  部材
１７  環体部
１８  部材
１９  超音波変換器
２０  穴
２１  段差面取り部
２２  部材
２４  中央穿孔
２６  補足の穿孔
２８  部材
【国際公開パンフレット】
2004523352.tif 000003
2004523352.tif 000004
2004523352.tif 000005
2004523352.tif 000006
2004523352.tif 000007
2004523352.tif 000008
2004523352.tif 000009
2004523352.tif 000010
2004523352.tif 000011
2004523352.tif 000012
2004523352.tif 000013
2004523352.tif 000014
2004523352.tif 000015
2004523352.tif 000016
2004523352.tif 000017
2004523352.tif 000018
2004523352.tif 000019
2004523352.tif 000020
2004523352.tif 000021
【国際調査報告】
2004523352.tif 000022
2004523352.tif 000023
2004523352.tif 000024
2004523352.tif 000025
2004523352.tif 000026
2004523352.tif 000027