JPS60804A - ウルトラフイルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ウルトラフィルタ装置に係り、とくに濾過作
業の進行で生じるメンブレンの目づまりを極めて簡単に
除去出来るようにしたウルトラフィルタ装置に関するも
のである。

ウルトラフィルタは、１μ〜０．００１μ程度の孔径を
持った半透膜の一種（以下、「メンブレン」という）で
、水、イオン、可溶性の低分子は通すが高分子の物質と
かコロイド状の物質はカットするという性質を持ってい
る。このウルトラフィルタ装置は、第１図に示すように
、前記メンブレン１０片側に加圧下で原液２を流し該メ
ンブレン１の反対側に孔径を通過出来る成分を濾過させ
て原液中の比較的分子量の高い成分と分子量の７４％さ
い成分を分離したり濃縮回収したりする装置として電着
塗装ラインにおける持出し塗料の回収システムをはじめ
、近年多くの分野に利用さｔｔている。

ウルトラフィルタ装置のタイプとしては、第２図の如き
円筒の容器４の中に円筒状のメンフ゛レンＩＡを二重管
構造となるように装備し、メンツブレフ１人の両端を通
して原液２を流し容器４側部７５−らＰ液５を排出する
ようにしたチューブラ−タイプ、或いはメンブレンを細
い管にしたフォローファイバータイプ、さらには第３図
の如く容器６の中に袋構造を持つメンブレンＩＢを複数
個の透孔７を穿設したＰ液管８を中心として半径方向に
螺１　線状に配設したスノ（イラルタイプなど、種々の
ものがちる。

第４図は上記ウルトラフィルタ装置を用いた塗料の濃縮
システムを示す系統図である。図において１０は原液槽
であり、塗料を含んだ原液１１が貯えられている。原液
槽１０中の原液１１は、ポンプ１２の働きでウルトラフ
ィルタ装置１３に所定圧力で循環供給されるように成っ
ており、このウルトラフィルタ装置１３で水分の濾過が
行なわれ塗料の濃縮化がなされる。前記ウルトラフィル
タ装置１３は例えばチューブラ−タイプであり、第２図
と同様の構成を持つ。原液１１は弁１６を経て容器４の
左端に設けた開口部１４からメンブレンＩＡ内に入り、
該メンブレンｌＡｉ通してｐ液５の濾過が行なわれたの
ち右端の開口部１５から出る（実線矢印Ａ−Ｄ参照）。

濃縮後の原液１１は弁１７を経て再ひもとの原液槽１０
に戻る。

一方、涙液５は容器４の側壁に設けた排出部１８より、
弁１９を経てろ液貯槽２０に送られる。この涙液貯槽２
０には液面計２１が備えられてお９１所定高さに達する
とポンプ２２が稼動して涙液５を外部に排水するように
成っている。２３〜２５は各々圧力計である。

ところで、前記した濃縮システムなどに於て、ウルトラ
フィルタ装置１３を長時間使用すると、原液１１中の高
分子成分やコロイド状成分がメンブレンＩＡの壁に付着
しゲル層２５が形成されてくる。このゲル層２５は、メ
ンブレンＩＡに目づ捷りを起こさせ濾過速度を低下させ
て濃縮効率を悪化させるとともに、メンブレンＩＡの寿
命を短くする作用をなす。従って、従来より、例えは第
４図の場合、前述のようにして濃縮システムを成る時間
運転させたあと当該装置の稼動を止め、メンブレンＩＡ
の目づ甘りを除去するために、前記弁１６．１７を閉じ
弁２６．２７を開いてゲル層２５を溶解させる薬液をウ
ルトラフィルタ装置１３に循環供給して洗浄したＶ（一
点鎖線Ｅ〜工参照）、弁１９を閉じ弁２８を開いて、ろ
液貯槽２０中のろ液５′ｆｒ：ボンプ２９でウルトラフ
ィルタ装置１３側に逆流させゲル層２５を逆洗浄したり
していた。

しかしながら、上記従来技術に於ては、メンブレンの洗
浄を行なう度に濾過作業を長時間停止しなければならず
、連続運転が不可能で稼動率が低くなるとともに、シス
テムの構成が複雑化するという欠点があり、また、ウル
トラフィルタ装置の入口側と出口側に圧力差があるので
ゲル層は入口側に厚く形成されてお争へこのため逆洗を
行なう場合出口側の洗浄効果は太きいが人口側の洗浄効
果は小さく、更に、スパイラルタイプでＦｉ第５図に示
すように半径方向外側に向がって流路抵抗が増大し、ｒ
液管８の近傍は逆洗出来るが外側部分は殆んど逆洗出来
ないという不都合がめった。

本発明は、斯かる従来技術の欠点に鑑みなこれたもので
あり、濾過作業を継続しながらメンブレンの目づまりを
簡単に除去出来るようにしたウルトラフィルタ装置を提
供することを、その目的とするＯ 本発明は、ウルトラフィルタ装置に対する原液の流向を
交互に反対方向に切換えることにより、前記目的を達成
しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を第６図乃至第１５図シて基づ
いて説明する。ここで、ＷＪ４図と同一の構成要素は同
一の符号を付す。

第６図は本発明に係る塗料の濃縮システムを示す系統図
である。図に於て、原液槽１ｏに貯えられた原液１１け
、ポンプ１２の働きで流量制御弁１６．１７、方向切換
弁３０を介してウルトラフィルタ装置１３に所定圧力で
循環供給されるように成っている。前記方向切換弁３ｏ
は、４方弁から成り、流量制御弁１６を経てポンプ１２
から送られる原液１１をウルトラフィルタ装置１３の左
から右方向へ、又は右から左方向へ切換流通せしめる機
能を有し、外部に設けられた図示しない制御回路の制御
又は手動操作等によって、所定時間経過する度に交互に
反対方向に切換えられるように成っている。

前記ウルトラフィルタ装置１３内を通過する間に濃縮さ
れた原液１１は流量制御弁１７を経て再び原液槽１０へ
戻される。一方、ウルトラフィルタ装置１３で濾過され
た涙液５は、流量制御弁１９、流量計３１を介してろ液
貯槽２０へ排出されるように成っている。２３〜２５は
各々圧力計である。

次に、上記実施例の全体的動作について説明する。尚、
ウルトラフィルタ装置１３内の原液圧力をＶ、Ｆ液圧力
をひで表わす。

また、稼動時に於けるウルトラフィルタ装置１３の入口
側Ｐ、及び出口側Ｐｚの原液圧力をゲージ圧でＶｕ　、
　ＭＬ　（但し、ＶＨ）　Ｖｉ、　、＞　Ｏ）とし、流
量制御弁１９は簡単のためオリフィス型特性を有してい
るものとする。

まず、目づまりのないメンフ゛レンＩＡに対し、原液１
１をウルトラフィルター装置１３の左から右へ流した状
態で、排出部１８を閉鎖したときの涙液圧力は、Ｐｃ　
＝　（ＶＨ＋　ＶＬ　）　／　２となり、　第７図に示
すように、メンブレンＩＡ内外の圧力差が左右対称にな
り、中間の中性点ＰＣｆ境にして左側が濾過、右側が逆
洗となる。メンブレンＩＡでの濾過、逆洗作用は内外の
圧力差に比例しウルトラフィルタ装置１３の端部に行く
ほど大きくなる。

斜線■の面積で示す濾過流量と斜線Ｈの面積で示す逆洗
流量が等しく、ろ液５の外部流量ＱはＯで、容器４とメ
ンブレンＩへの間を左から右へ移動する。これとは別に
、前記排出部１８を大気圧に開放し怖−０としたとき、
第８図に示すようにメンブレンＩＡ内外の圧力差が、全
て正になって濾過状態となる。このとき、斜線Ｉの面積
が涙液５の外部流ｔ　Ｑ　＝　Ｑｍａｘとなる。テ液圧
力が０〜′ｖＣの間を変化すると、外部流量Ｑは０−　
Ｑｎａｘの間を直線的に変化する。この様子をウルトラ
フィルタ装置１３の静特性として第１４図のα０に示す
。

今、メンブレンＩＡに目づ筐りの１よい状態で前記流量
制御弁１９を成る開度に開いたとき、弁がオリフィス型
であることから該流量制御弁１９の入口側圧力、即ちｐ
液圧力υと弁から流れる流量。

即ちＰ液の外部流量Ｑとは比例する。この様子を第１４
図中に書き加えたと＠（β参照ンの前記α０との交点が
糸の動作点’Ｉ’ｓ　（９ｓ　＋　Ｑｓ　）となり、ウ
ルトラフィルタ装置１３の圧力分布及び流れ分布は第９
図の如くなる。中性点１３ｓは、Ｐｃよりやや右よりに
在り、白ぬき■の面積だけ外部にろ液５が流出する。

第９図の状態で成る時間運転を継続すると、ウルトラフ
ィルタ装置１３の左開口部１４近くのメンブレンＩＡに
ゲル層４０が形成され目づまりを起こす（第１０図参照
）。ゲル層４０は、メンブレンＩＡ内外の圧力差の大き
い左端部が最も厚くなる。仁の目づまりにより、ウルト
ラフィルり装置１３は第１０図の距１［’ｆｆけ入口側
が短かくな対シ、中間点Ｐｃ４１、（ＶＨ＋ＶＬ）／２
．１）ｏ　＝　０における流量はＱｍａｘとなるのでウ
ルトラフィルタ装置１３の静特性が第１４図のα１に変
化し、このため系の動作点が移動してＴＳとなる。即ち
、外部流量、Ｆ液圧力ともに低下する。ウルトラフィル
タ装置１３の圧力分布及び流れ分布は第１０図の如くな
る。中性点Ｐ′ｓはＰ８より右に移動し、又、目づまり
した所の流量は抵抗が増大する為圧力差より小さくなる
（第１０図のに参照）。メンブレンＩＡの目づまりが進
行するにつれて、第８図に示すウルトラフィルタ装置１
３の静特性はαＯから次第に原点に近づいていくことに
なる。

次に、第１０図の状態になったところで、前記方向切換
弁３０を切換え、今度はウルトラフィルタ装置１３の右
から左へ原液１１を通過させる。

このとき、装置の右端が最高圧ｖＨ１左端が最低圧ｖＬ
となる。ただし、左端部のメンブレンＩＡが既に目づま
りしているため、前述と同様にウルトラフィルタ装Ｎ１
３は第１１図の距離ｌだけ出口側が短かくなったと等価
になり、仮想した出口Ｐｚ　（７）　圧力’ＶＬ　ＩＩ
Ｃ対し、中間点Ｐｃｔｉ　（ＶＨ＋ＶＬ　）／２．０ｏ
における流量はＱｒｎａｘとなるのでウルトラフィルタ
装置１３の静特性が第１４図のα２に変化し、系の動作
点はＴ′Ｓとなる。即ち、外部流量、Ｐ液圧力ともに増
大する。圧力分布及び流れ分布は第１１図の如くなる。

原液１１の流れの向きが変わったため、中性点ＰＳの左
が逆洗、右が沖過状態となり、とくに目づまりの程度が
甚だしい左端部に於て大きな差圧が掛かるので逆洗効果
が極めて大となる。目づまり部分は、ゲル層４０の抵抗
を受けるため逆洗流量が圧力差より小さくなる（第１１
図のＭ参照）。逆洗を受けたゲル層４０は運転の継続に
つれて次第にメンブレンＩＡから外れて小さくなる。こ
れに応じて等価距離ｌ′が小さくなりウルトラフィルタ
装置１３の静特性はα２からα０へ近づいて行く。ゲル
層４ｏが全部なくなると、系の動作点は前述したＴｓに
戻る。　このときの圧力分布及び流れ分布を第１２図に
示す。

更に運転を続けしばらく経つと、今度は第１０図の場合
と対称的に濾過状態に在った装置右端部のメンブレンＩ
Ａにゲル層４ｏが形成されてくる。

この為、系の動作点は前述した６となる。　このときの
圧力分布と流れ分布を第１３図に示す。第１３図の状態
になったところで、再び前記方向切換弁３０を切換えウ
ルトラフィルタ装置１３の左から右へ原液１１を通過さ
せれば、前述と全く同様にして目づまりの逆洗を行なう
ことができる。

従って、例えば動作点がＴ’ｓ　−’ｒｓ　−Ｔ；とな
る範囲で、所定時間おきに方向切換弁３０を遂次反対方
向に切換えるだけで濾過作業を中断することなく常にメ
ンブレンの目づまり発生を防止することが可能となる。

尚、前記流量制御弁１９の開度を変えると、弁の圧力・
流量特性が第１４図の点線ノのようになり、αとの交点
で定まる涙液流量に変化する。

実賑にスパイラルタイプのウルトラフィルタ装Ｖ（膜面
１．８ｍ）を用いて固形分１５チ、５〜２０μの粉本樹
脂が分散した水性塗料からなる原液を濃縮実験した結果
を第１５図に示す。図中Ｘは、初期開放値の約１／２の
涙液流量（３０Ｑ　ｃｃ／分）と７【るようにＦ数個流
量制御弁を閉じ１時間に１回の割で原液の流向を反転ざ
ぜたときの時間経過と涙液流量の変化を示し、Ｙは、開
放状態で一方向に原液を流し続けた場合の比較例を示す
。

尚、上記実施例（（於ては、原液の方向を切換える際に
もＰ数冊流量制御弁を成る開度量いた１まにする場合に
ついて説明したが、原液の方向を切換えてから所定時間
の間だけ、タイマー制御等で前記ｐ数個流量制御弁を閉
じ、Ｍ３図のＴ　（Ｐ＝ガＩＱ＝Ｏ）を動作点にしてゲ
ル層に大きな逆洗差圧が掛かるようにし、これにより目
づまりを迅速に除去出来るようにして所定時間経過後弁
を所定の開度に開くようにしてもよい。実験によると濾
過作業に殆んど影響しない数分程度の間、弁を閉じてお
くだけで目づ捷りがほぼなくなることが判った。また、
上記実施例は塗料の濃縮システムに応用する場合を例に
して説明したが、本発明は何らこれに限定されるもので
はなく、電漬塗装ラインにおりる持出し塗料の回収シス
テム等にも適用できることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、単に原液の流向
ケ切換えるだけで濾過作業を継続しながらメンブレンの
目づまりを防止するようにしたのでシステム構成に負担
を掛けることなく濾過作業を長期間安定に行なうことが
でき、装置の稼動率が高く経済性に優れたウルトラフィ
ルタ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はウルトラフィルタの原理図、第２図ないし第３
図は各々ウルトラフィルタ装置の使用例を示す概略断固
、第４図は従来のウルトラフィルタ装置を用いた電着塗
装ラインにおける持出し塗料の回収システムを示す系統
図、第５図は逆洗時における第３図の作用を示す説明図
、第６図は、本発明の一実施例に係る持出し塗料の回収
システムを示ず系統図、第７図乃至第１３図は各々第６
図に示すウルトラフィルタ装置の動作説明図、第１４図
は第６図の動作を示す線図、第１５図は実験結果を比較
例とともに示す線図である。 １　、　ＩＡ、　１１３・・・メンブレン、２．１１・
・・原液、５・・・ｐ液、１３・・・ウルトラフィルタ
装置、３０・・・方向切換弁。 特Ｗｆ出願人株式会社　ポリテツクス 第７４図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、メンブレンの片側に加圧下で原液を流し、該メ
   ンブレンの反対側に原液中の低分子成分を濾過させるウ
   ルトラフィルタ装置に於て、Ｆ数個に圧力を持たせると
   ともに前記原液の流向を交互に反対方向に切換えるよう
   にしたことを特徴とするウルトラフィルタ装置。