JPS63315111A - 溝付きの支持板兼排水板と支持スペーサーを備えたセグメント型ディスクフィルター - 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】 本発明はディスク（同盟）型の分割されたセグメントか
らなるろ過機に関する。これらのろ過機は枦村上の圧力
低下が炉材の曲げ強度に比較して高いような種々の工業
用途に用いられる。特に、これらのろ過機は例えば溶融
ポリマーのように非常に粘稠な物質をｒ通しなければな
らないような時とか、又は例えば半導体製造の場合のよ
うに薄膜炉材が用いられる時に使われる。

慣用のセグメント型のろ過機ユニットは、ｒ過積ハウジ
ング内部の中央共通？ｆ液集水管上のそれぞれのハブに
積み重ねた二枚または二枚以上の個々の円盤セグメント
の集成体からなる。各濾過機セグメントはＰ材と支持媒
体の層の間にサンドイッチされた中心の粗い排水兼支持
用の網目から出来ており、濾過すべき流体の流入を許す
ために隣接する濾過機セグメントのろ過表面と間隔を置
いて自己のろ過表面を持っている。一般に組立てられた
セグメント濾過機ユニツＩ−はハウジング内に密閉され
、それに比較的高い圧力で流体が供給される。その間中
央の集水管はより低い圧力に維持され、それによって流
体がろ過表面を通り抜けてハウジングから流れ、中央集
水管を経て外へ出て行く。　濾過機セグメントの各々は
典型的には通常織られたスクリーン状のワイヤーメツシ
ュから出来ている濾過機の支持兼排水コアの表面上に貼
付けられた炉材からなる。ｒ材は多くの既知の物質、例
えば焼結した粉末状の金属材料、焼結した繊維状金属、
細かく織られた金属または合成物質、あるいはポリマー
の膜など任意のものからなる。濾過機のコアは一般には
ディスクを堅固にし、Ｐ材を支持し、そして部材を通り
抜けた後に炉液がハーフ一 ブに向って排出できるような多孔質の内部を提供する目
的に奉仕する。それともまた濾過機のコアはレイモンド
・シー・クラークの米国特許第３．７０２，６５９号に
記述された如く板を積層することによって確実に形成さ
れた多孔性のマトリックスから構成しても良い。どちら
の場合もコアの多孔性は濾過機セグメントの内部を通じ
て均一であるのが一般的である。このように沢過の過程
にある慣用のろ過機セグメントでは、ｒ材を通しての初
期流速は濾過機セグメントの表面全体に亘って均一では
なく、寧ろハブに近い点の方がハブから距っな点よりも
初期流速が高い。

当該技術に通じた人なら分かる如く、部材を通しての流
速が不均一だと、濾過表面全体に亘って常に均一な流速
が保たれた場合に得られるであろう耐用期間より濾過機
セグメントの寿命が短がくなり、そのことは必然的に濾
過機のもっと頻繁な取替えと洗浄を必要とするようにな
る。ｒ材を通しての不均一な流速はまたセグメント中に
炉液の一部が滞留する時間、すなわち停滞時間（ホール
ドアツブタイム）を長くする原因ともなる。このことは
ポリマーの溶融濾過の場合に特に重要な関心事となる。

何故かならば、大部分のポリマーが経験するように、ポ
リマーの分子量は高い温度を受けた時、重合あるいは崩
壊のいずれかによって変移するからである。滞留時間が
不均一だと一般に分子量の分布が広い範囲で変化し、そ
れ故に多くの製造用途に余り適さない低品質の製品をも
たらす結果になる。ある幾つかのケースでは、１分間で
分子量が５０％も減少することがある。ポリマーが高温
に曝されると架橋結合し易い傾向がある場合には停滞時
間が長くなると好才しからざるゲルの生成をもたらすこ
とがあり、これはポリマー樹脂の炉液をキャストしたり
、押出したり、あるいは繊維にブロー成形する場合には
極めて有害で、肉眼でも見えるような欠陥と繊維の破壊
をもたらす原因となる。

濾過機セグメントの設計における他の重要な考慮点は“
″死点（ｄｅａｄ　ｓρｏ　ｔ　ｓ　）　”、あるいは
淀みの面積を取除くことである。死点があるとろ過機に
かかる流体、特にポリマー溶融物が淀み、高温に長時間
曝されている間に分解を起すことがある。前に引用した
クラークの特許ではプレートを積層することによって作
られた多孔性のマトリックスは積層したプレート間の割
れ目とプレートの透間の先端部がポリマーの淀みの機会
を与える。そのような淀みの部分はよた濾過機のディス
クを最終的に廃棄しなければならなくなる前に繰返し使
用できるように洗浄するのを妨げる。淀みの部分が洗浄
剤の浸透に抵抗するからである。重合性の物質に適用し
た場合、洗浄後も死点に保持された崩壊ポリマーが僅か
でもあれば、それがセグメントを元に戻して使った時に
、架橋結合に触媒的に働いてゲルを生じさせる原因とな
る。濾過中の圧力低下を低く保ちながら、濾過機セグメ
ント中の流路の容積を最小にすることの重要性は明らか
である。

クラークの構造におけるそれと同じような流路を通る流
体の流れを記述する方程式（これに就いては本明細書の
２０ページに始まる詳細の中で論じた）は水路に沿った
圧力低下が水路の深さの三乗に逆比例することを示して
いる。それ故に、８枚の開口付プレートを８倍の厚みを
有する一枚のプレートによる二つの平行した流路で置換
えると、圧力低下が係数で３２も減少するだろう。清浄
な濾過機ディスクの圧力低下がそのように減少すると云
うことは、１０，０ＯＯｐｓｉ（７，０３Ｘ　１０’Ａ
Ｉ？／ｚ２）と云った極端に高いチェインシアウド圧に
まで行くことなく、炉材の耐汚染限界までフルに濾過機
を利用することを可能にする。

その外にも慣用のセグメント濾過機を使用中に付加的な
問題が、例えば１，８００ｐｓｉ（１，２７Ｘ　１０’
＆ｇ／１１２）を越えるような高圧の条件下で操業した
時に経験された。これらの問題はクラークによる上記の
引用の中で説明される如くＰ材の不十分な支持によって
もたらされた炉材マトリクスの歪みから生ずる。それ故
に、十分な流れ容量を有し、濾過機セグメント内での内
部圧力の低下を最少にし、然もｒ材の歪みを防止するに
十分な剛性を持ったコア材料を与えるためには慣用のセ
グメント濾過機用のコア材料を選ぶのに十分な取捨選択
を考えなければならない。セグメント型式のディスク濾
過機は、屡々、極端に高いストレスに曝され、これがデ
ィスクの永久歪みをもたらす原因となる。

これらのストレスは高粘度のポリマー溶融物が隣接する
ディスク間の環状空間中に流れ込む時に発達した高い圧
力低下がら生ずる。平行するプレート間を流れる時の圧
力低下はプレート間の間隔に反比例する。従ってディス
クの向い合った側面上の間隔に僅がな差があれば圧力低
下に著しい差違が生じ得る。実際にディスク間隔に公称
値がらの変動があると、ディスク上に全体として１，０
００ポンドと云った力を与える圧力差を生ずる。

積重ねたろ過機の個々のセグメントに付加的な支持を与
え、部材マトリクスの起り得べき歪みを最少限にするた
め濾過機セグメントのハブと同心でディスクの外側直径
に向って外方に延びる放射状のアームを持ったハブから
なるスペーサーがディスクを相互に支えるために使われ
てきた。別の解決法は上と同じ目的を達成するために隣
接するセグメントの間に粗いワイヤーのメツシュを用い
る。

沢過及び支持媒体の同一の層の間に粗い排水支持メツシ
ュがサンドイッチされたセグメントの設計では、排水メ
ツシュを通り抜けて縁に沿った流れが流れに対して相当
な抵抗を構成する。この高い抵抗はセグメントの表面上
の流速の範囲を拡大し、これが上記のように濾過機の耐
汚染限界に悪い影響を与える。

このように、慣用のｒ逸機セグメントの設計においては
濾過機ディスクを通しての炉液の十分な排水と、装置と
しての十分な堅固さと完全性と云う要求（これ丈を考え
るならば租目のメツシュを選んだ方が有利である）、炉
材に対する十分な支持及びろ過機のハウジング空間の有
効利用を可能にするためにセグメント濾過機ディスクの
全体としての厚みを最小にすると云う要求（これは細か
いメツシュの選択を奨励する）と云ったような相反する
要求によって支持メツシュの選択は複雑になっている。

慣用のＶ逸機は流体の最大の排水と炉材に対する最大の
支持と云う二つの目的を達成するために、従来から二枚
またはそれ以上の織成されたワイヤーメツシュの複合体
を使用してきた。

典型的にはこれらのろ過機は保護用メツシュ、外部炉材
、細かいメツシュの支持媒体、メツシュを支えるなめそ
の細かいメツシュの下に３０〜５０％の孔面積の孔あき
の金属板、炉材及び炉液の側面からの排水を与えるため
の典型的にはインチ当り８〜１０本のワイヤーからなる
粗いメツシュのコアとからなる。

セグメント濾過機ディスクに就いて、排水とｒ材に対す
る支持の両方に役立てるために単純なワイヤーメツシュ
を使った時以上に排水性を改良するための計画が発展さ
せられた。そのような計画の一つがレイモンド・シー・
クラークの米国特許第３，７０２，６５９号に記述され
ている。しかしながらクラークの考えの中の増加した排
水面積と云う利益には彼の発明のセグメントコアの形成
に用いられた複数のディスクの開口部に高い液圧が掛か
る面積ができることと、炉液がそのコアを通り抜けてセ
グメント濾過機のハブに到達するために曲りくねった通
路を通過しなければならないことという二つの事情が伴
なっている。前に論じた如く四枚の開口部付きプレート
に高い液圧が掛かる面積部分があると、一枚のプレート
の場合より係数で３２も圧力低下が増す。それとは別に
若しも四枚のプレートを圧力低下を妥当な限度内に維持
するのに十分な厚さに作れば、それによって生ずる濾過
機ディスクの全体としての厚みの増加は与えられたハウ
ジング内にぴったりと収納できる濾過機セグメントの数
を減らすことになるだろう。上にも述べた如くこのろ過
機をポリマー溶融物に適用した場合にはそのようなプレ
ートの積層によって形成されたマトリクスは溶融したポ
リマーの流れに淀みの部分を生じ、好ましからざるゲル
を生成させる機会を与えることになる。これらの死点は
また濾過機セグメントの洗浄を妨げる。

高圧沖過の場合と同じような問題点が低圧濾過、例えば
半導体ウェファ−の製造の時のように膜フィルターを精
密な濾過のために使用する場合にも経験されるかも知れ
ない。流動密度は孔径の画数であるから、サブミクロン
と云った精密な濾過の場合には低い流動密度で十分な流
量を得るなめに必要な程度に大きな濾過機面積を与える
ように多数のろ過機セグメントを互いにぴったりと近付
けて積重ねる。積重ね型のろ過機を利用する場合の更に
別の利点は、これらの大きな濾過表面を得るために襞付
きの織布を支持した濾過機を用いた場合と対照的に織布
または不織布の支持体が無いことであり若しもそれらが
あったなら、あるいは空気の滞留を生じたかも知れない
。襞つきの織布を支持した濾過機は薄くて余り曲げ強度
のない炉材に対して十分な支持を与えるため、高い繊維
密度の細かい繊維の織布を利用する。しかしながら繊維
が細かくなればなるほど空気の停滞が起り易く、中に閉
じ込められた空気を取除き難くなる。濾過機の内部の空
気停滞は織布の繊維表面積が大きくなるにつれて増加す
る傾向がある。高い繊維密度の細い繊維の織布はもとも
と繊維表面積が高いのである。空気の閉じ込めは、ある
用途、例えばフォトレジストの調剤などで汚染の一つの
原因となり得る。この場合は次々と連続するＰ液の計量
分配サイクル中に、中に閉し込められた空気が交互に膨
張と収縮を繰返し、計量分配されるフォトレジストの量
の管理ができなくなるからである。テフロン及びその他
のポリマーと云った膜物質を、例えば１ミクロン又はそ
れ以下の精密濾過に使う時は、それらの膜物質は与えら
れた流量に対して圧力低下を妥当な低さに保つために極
めて薄くしなければならない。これらの薄膜物質は低い
曲げ強度を有し、この強度は温度の増加とそれに付随す
る弾性率の減少と共に更に低下する。従って操業圧力の
もとて膜が破裂しないように膜に十分な支持を与えるこ
とが極めて重要であり、しかも同時にＰ液の排水に対す
る適当な手段を与え、空気の取込みを最少限にしなけれ
ばならない。これらの機能を与えるような装置の提案が
例えばメリルによる米国特許第４，５０１，６６３号の
中に記述されている。その装置ではディスクの中心周り
の同心円状の水路によって支持と排水が与えられ、炉液
多数の放射状の溝を通って中央の出口から排水されるよ
うになっている。′Ｐ液はハブから最も離れた地域にあ
る溝に到達するまでに環状の水路に沿って比較的長い距
離を旅しなければならないので、その結果、より最適化
された流れの分布を持ったシステムにおけるよりも圧力
低下が大きくなる。流れ分布の考慮は低粘度の流体、例
えば気体の流れに適用するような時に特に臨界的である
。

本発明に従えば、炉材に対する支持を与えるのと炉液が
ハブ区域に向って流れる清浄で直接的な道を与えるのと
両方の目的に役立てるために濾過機のセグメントディス
クのコアに一枚の溝付きプレートが用いられる。炉液が
コアプレートの溝によって形成された水路に向って移動
できるようにプレートの両側に排水手段が備えられてい
る。コンピューターモデルの助けを借りて部材を通って
実質的に均一な流れを与え、且つ濾過機ディスク中のポ
リマーの滞留時間を最少にするように溝、その幅の分布
と中心線の配置を最適化することができる。高圧濾過の
場合は、一般に半径方向に延び、溝と同じような半径を
持ち、但し清と反対方向に湾曲した弓形のアームを持っ
た支持スペーサーを隣接する濾過機ディスク間に利用す
ることができる。溝の湾曲方向と逆の方向にアームが湾
曲していることは単に濾過機ディスクの曲げ剛性を増す
のみならず、支持スペーサー中の溝のあり得べき閉塞を
最少のものにする。

本発明は、流れ抵抗が低く、淀み点が無く空気の閉じ込
めの機会を最少にする濾過機セグメント、而も非常に高
い作業圧力下、または非常に低い曲げ強度のＭｌＰ材を
用いる場合でさえ、炉材に良好な支持を与えるような濾
過機セグメントを提供する。本発明はまた濾過機の耐汚
染能力を最大にするために炉材の表面上のすべての点を
通して実質的に均一な流れを与えるように設計できる濾
過機セグメントを提供する。本発明によれば、全体とし
てのろ過機ディスクの厚みを小さくしながら而も液圧の
掛かる面積を最小に保つことができる。

流れの道が真直ぐに保たれ、障害となるような物が無い
ので本発明は更に濾過機の洗浄し易さを与える。

本発明に従って清付きのコアプレートを使用す一１９＝ れば慣用のろ過機セグメントディスクよりも、与えられ
た圧力低下に対して高い流量が得られるが、それともま
た、そのような慣用のろ過機セグメントディスクを用い
て与えられた流量に対し、より低い圧力低下を得ること
ができる。更にはコアプレートの溝を適当に設計するこ
とによって、慣用のセグメントの場合と違ってセグメン
トの炉材表面全体に亘って実質的に均一な流速を得るこ
とができる。これは慣用のセグメントの場合よりも高い
耐汚染能力をもたらす。

本発明による湾曲部材支持スペーサーの使用は個々のデ
ィスク濾過機に対する支持を与え、支持プレートの溝の
あり得べき閉塞を最少にする一方でこれらの有利な点を
更に高めることを可能にする。　本発明による溝付きコ
アプレートの利用は厚さの減小した濾過機ディスクの使
用を可能とし順ぐりに今度は与えられたハウジング空間
にもっと多くのろ過機ディスク、従ってもっと大きな濾
過面積を収納することを許す。

発明の他の目的、利点及び局面は以下の詳細な記述と付
属の特許請求の範囲を読むことによって又添付した図面
を参照することによって一層明らかになるであろう。

本発明に従って典型的な濾過機セグメントディスクが図
１に図示されている。典型的な濾過機セグメントディス
ク１は中心の支持兼排水板２によって構成され中心オリ
フィス１０と一般に放射状に延びた溝３を持っている。

排水兼支持板１の上と下の両側に排水網目板（メツシュ
）４が備え付けられていて炉材５，６を支持している。

炉材は多孔性の金属膜５からなる内層と多孔性の金属繊
維６からなる外層からなっている。この典型的な具体例
ではセグメントの上部外表面と下部外表面には保護網目
板７が備えられている。多孔性の金属膜５と多孔性の金
属繊維６からなる上部炉材と下部炉材はディスク８の外
周縁で溶接ビードによって相互にシールされている。ス
プリットハブ（割り型の入ったハブ）２０は支持兼排水
板２の上と下に位置する二つの環状部分９から形成され
ていて板の中心に形成されたオリフィス１０を取囲んで
いる。

炉材６，５はハブピース９の外側部分に溶接ビードによ
ってシールされている。ハブ部９は一段高い平坦表面１
１で形作られ幾つかのろ過機セグメントディスク要素が
隣接するセグメントのハブの平坦面１１同志が互いに接
触し、中央排水管または類似の位置決め装置（図示せず
）によって心合せされた状態で積重ねられた時に隣接す
る濾過機セグメントディスク１の炉材表面同志が互いに
間隔を置いて離れているようにするためである。濾過作
業中に一旦幾つかのろ過機セグメントディスク１が中央
排水管の上に積重ねられ、濾過機ハウジング（図示せず
）内に置かれたら、次は枦遇すべき液体を高圧でハウジ
ング内に導き流体が保護用外部メツシュア→多孔性金属
繊維６→多孔性金属膜５→排水メツシュ４の順に通過で
きるように排水管内の圧力を低くする。次にＰ液は排水
メツシュ４を通って最寄りのろ過機コア板上の講３に移
行し渭を通って何の障害もなく中央オリフィス１０へ向
って流れそこで排水管へ入ってｒ逸機ユニットから出て
行く。図１の典型的な濾過機セグメントディスクは平面
図で円形のものとして示されているがｒ逸機セグメント
ディスクは例えば楕円形または多角形など、いかなる実
用的な形にも作ることができる。

平面図で円形に作られたこのようなディスクの直径はい
かなる便宜的な大きさにもなし得るが最も一般的に使わ
れている工業寸法は外径で７．８３／、。

１、０　、１２インチ（夫々、１７．８．２２．２．２
５，４．３０．５ｃｚ）のものである。そのような濾過
機セグメントディスクには圧倒的に標準のフインチ（１
７，８ｃｚ）と１２インチ（３０，５ｃｚ）サイズに作
られたものが多い。例えば溶融ポリマーのろ過を含む工
業運転において濾過機上の末端差圧は一般に８００ｐｓ
ｉ（５，６Ｘ　１０５人ｇ／１１２）から５，０００ｐ
ｓｉ（３，５Ｘ　１０６Ａｙ／ｚ２）を−寸越える位の
範囲に及ぶ。膜が過に用いた時は、差圧は遥かに低く、
例えば半導体製造ては１００ｐｓｉ（７，０３Ｘ　１０
’ｋｇ／肩２）か、それより若干低い位のオーダーであ
る。

一定流量を維持する濾過作業では、枦遇すべき液体から
除去された不純物による濾過ケーキの生成は濾過機を横
断する差圧を初期の低い値から高い値に上昇させ、これ
は実用的な限度に達するまで続く。そうなったら濾過機
セグメントを取外し再使用のために洗浄する。

典型的な具体例では講付きの支持兼排水板２は平面図で
見ると円形をしており、中心オリフィス１０及び中心オ
リフィス１０と通じていてオリフィス１０から板２の外
周縁８に向って延びる講３を持っている。溝の幅と中心
線は任意の便宜的な配置とすることができるが炉材５，
６の全面に亘って実質的に均一な差圧を作り出しそれに
よって濾過機セグメント１のろ過表面を通して均一な流
体の流れを維持することによって濾過機の性能を最大限
に発揮させるように形作るのが望ましい。この好ましい
最大限のろ過機の性能を達成するため、溝の中心線とコ
アープレートの中心から放射状に延びる局部半径との間
の局部角度と局部溝幅の双方を中心オリフィス１０から
溝３に沿った・距離の函数として変化さぜることがてき
る。溝付き板は成形法または注型法によって製作するか
、あるいは平らな板材料から機械加工によって作ること
ができ、そして多数の協同要素から構成することができ
る。

好ましい溝の形状や配置は炉材５，６、排水メツシュ４
のパラメーターを沢遇すべき流体の性質と一緒に用いて
流体の流れに関する良く知られた方程式を数値コンピュ
ータープログラムに応用し試行錯誤の相互作用プロセス
中て決定して行くことによって、望ましい濾過機の最適
性能特性を確めることができるだろう。この最適化プロ
セスの中で濾過機セグメントの中心からある与えられた
距離にある狭い境界領域内の炉材の局部表面積に対する
排水溝面積の比率を講３の局部幅を増やしたり溝の中心
線とろ過機セグメントの局部半径との間の角度を増やし
たりあるいは溝の数を増やしたりすることによって増加
させることができるであろう。

図１の好ましい具体例の図示の中で溝３は一定の断面積
を持ったアーチ形の平面図形として示され、プレートオ
リフィス１０と交る点で測った溝間の角度で約９°離れ
ている。一般に典型的な具体例に示される如く講３の幅
は製作工程を簡単にするために一定に保たれるだろうし
従って枦材表面全体に亘ってより最適な均一な圧力分布
が得られるように溝３は弓形の平面図形となるだろう。

溝３の数は図のものより多い場合もあれば少ない場合も
ある。溝は一般に半径方向に線状に延びていて若しも望
むならばその長さに沿って異なる幅のものとすることが
できる。図４に示す如く、別の具体例では？１１３は支
持板の外周縁に向って延びるに従って多数の枝２３に分
岐させても良い。典型的な具体例の溝付き板２は例えば
不銹鋼のような金属材料、セラミック材料、プラスチッ
ク、または適当な剛性とその他の性質を持ち濾過すべき
流体に良く適合した他のいかなる材料から製作すること
ができる。板の全般的及び局部的厚さは変化するかも知
れないが溝の局部流れ面積に及ぼす板の厚みの効果は板
厚と溝幅によって定義されるように最適溝幅分布を決定
する上で考慮に入れなければならない。

Ｐ液を炉材から排水させる手段、図１の典型的具体例の
場合、排水メツシュ４と呼ぶものが溝付き板２の上面と
下面に備えられている。この排水メツシュ４の層の如き
排水手段は炉材５，６の低圧側から排水を周縁に沿った
方向に流し溝付き板２の中に溝３によって形成された水
路に到達させるために典型的な７Ｆｉ過機セグメント１
の適当な性能にとって必要である。排水メツシュ４は枦
遇すべき流体に良く適合し炉液を溝３に向って流し得る
に十分な多孔性を持ち炉材５，６を支持する十分な強度
を持つ物ならばどのような材料からでも構成し得る。一
つの例として１吋当り３０Ｘ３０ストランダの細かさで
、ワイヤー直径が０．０１６吋（０，０４ｃｍ）で厚さ
約０．０３２吋（０，０８ｃ屑）の織成した金属がある
。排水手段はまた所望の排水と支持特性を持った繊維状
の部材を作り出すために焼結した狙い金属繊維から形作
ることもできる。−例として直径が０．０吋吋（０，０
０３ｃｚ）〜０．０１６吋（０，０４ｃｚ）の範囲の繊
維を使うことができる。一般にそれらの繊維は適当な長
さに前もってカットすべきであるが、しかし繊維が乾式
紡糸されたものである場合は連続したものでも良い。繊
維炉材の一つの好ましい形態は長さが０．５吋（１，２
７ｃｚ）〜１．０吋（２，５４ｃｚ）でワイヤー直径が
０．００４吋（０，０１ｃｉ＋）　〜０．０１２吋（０
，０３ｃｚ）の繊維を焼結して厚さ０．０３０吋（０，
０８ｃｚ）の繊維炉材としたものである。

排水と支持の手段はまな板表面を模様付け、または溝付
けしたものから作っても良い。図２に示す本発明の第二
の具体例ては炉液がＰ材５．６の低圧側から講３によっ
て形成された水路に流れることができるような通路を与
えるために渭付き支持兼排水板２の両面１２．１３に講
１４が形成されている。このように支持兼排水板は単に
ｒ材の支持手段としてのみならず炉材から溝水路への排
水並びに水路からハブへの排水の手段としての役目をす
る。一つの例として１吋当り３０Ｘ３０ストランドの細
かさでワイヤー直径が０．０１６吋（０，０４ＣＩ）の
織った金属メツシュによって与えられたのと同じような
排水特性が２２個の溝、各溝の深さと幅が夫々０．００
１吋（０，０３ｃｚ）と０．０３０吋（０，０８ｃ肩）
を板の半径に沿った各吋ごとに設けた湯付き板を用いて
得ることができる。ｉ１４は板表面１２．１３上に容易
に機械加工することがてきる。又はその板がプラスチッ
りまたは他の成形可能な材料からなるものならば板状成
形プロセス中に形成することができる。渭は同心円状ま
たは連続した螺旋状のパターンに作ることができる。金
属板の場合には螺旋状に形成した針金を板の上に載せ、
そのまま焼結などの手段で針金を板に接着させて螺旋形
の溝を作ることができる。溝付きの金属板は例えばＰａ
１ｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されｐｓｓと
云う商標名で市販されているような多孔性の不銹鋼Ｐ材
と組合せて用いればセグメント濾過機の支持兼排水手段
として用いることができるかも知れない。上述の溝を付
けた金属の支持兼排水板は例えばポリマー溶′ｆｉｌｉ
物のろ過のような高圧のろ過に特に適している。　図１
の典型的な具体例では、炉材５゜６は多孔性の金属膜か
らなる内層５と多孔性の金属繊維からなる外層６の二つ
の層から構成される。

−例として多孔性の金属膜は濾過の用途に良く適合した
孔の定格寸法のもの、典型的には多孔性の金属繊維の孔
寸法の小さくないものとなるだろう。

溶融ポリマーのろ過に適用するためには多孔性の金属繊
維は典型的には１〜６０ミクロメートルの絶対孔径等級
を持つだろう。多孔性の金属膜５は典型的な濾過機セグ
メン１−１の中では多孔性の金属繊維６の下に用いられ
るがこれは多孔性の金属繊維のろ過層の歪み又は破損を
防止するなめに金属繊維６の下に可能な限り最も平坦な
支持表面を与え万一金属繊維が損傷しても高い沢過効率
の維持を保証する為である。それとも金属繊維層の代り
に細かい網目の織った金属のクロスを用いるが予期され
る作業条件によってはこの層を省略することもできる。

特定の用途に適しないがなるＰ材でもこの典型的な濾過
機のセグメントディスク１の多孔性金属繊維６と多孔性
の金属膜５の代りに用い得ることは特に注目すべきであ
る。例えばＰａ１ｌＣｏｒｐｏｒａｔ　ｉｏｎによって
ｐｓｓと云う商標名で市販されている焼結した微粒子の
多孔性不銹鋼を炉材として用いることができるだろう。

濾過によって腐蝕性の要素を取除かなければならない場
合にはセラミックの炉材が好ましいてあろう。孔サイズ
に勾配を付けた外部セクションと孔サイズが一定の内側
部分を持った勾配付きの炉材を使うのも濾過機セグメン
トの耐用１？命を長くする一つの方法であろう。連続的
に変化する勾配付きの孔径分布を持った外部セクション
がこの場合最も望ましいであろう。ある種の低圧洪過の
用途には、テフロン又はその他のポリマーからなる膜沢
過物質が用いられる。

図１の典型的な濾過機セグメン■・では濾過機セグメン
ト１の取扱い中にＰ材５，６の多孔性金属繊維６が磨耗
するのを防止するために保護用の外部メツシュアが備え
られている。排水層用にＪ二連したものと類似な北がし
厚さは例えば僅がＯ，Ｏ］、０吋（０，０３ｃｗルがな
い焼結した粗い金属繊維から作られた繊維媒体をワイヤ
ーメツシュの代りに繊維金属濾過機の上流側の保護媒体
として用いることができる。保護用の外部メツジュアの
存在は濾過機ディスク１のろ過機能に対して必ずしも絶
対必要と云う訳ではない。

図１の典型的濾過機セグメントでは、ディスクは溶接ビ
ードによってその外周縁８で密封されこれで上部及び下
部の多孔性金属膜５、多孔性金属繊維層６と外部保護メ
ツシュアを互いに連結している。濾過層５．６と保護メ
ツシュアを次にハブセクション９に溶接される。全体の
ｒｉｎセグメン■・ディスク１は、これらの溶接と更に
濾過工程中のろ過機ハウジング内の外圧によって固定さ
れた関係に一体に保持される。

本発明に従う第三の典型的な具体例が図３に示されてい
る。この具体例は外部支持スペーサー１５を含み炉材の
歪みが最大の関心事どなる高圧濾過の用途に特に適して
いる。それ故に高圧濾過の場合はスタック（積み重ねた
もの）のディスク要素を互いに連結して個々の要素に付
加的な支持を与え、スタックの剛性を増すことが望まれ
る。この具体例はセグメン）−濾過機８の保護メツシュ
アと接触して横たわり、ディスクセグメントを共通ハブ
の上に積み重ねた時に隣接するディスクの外部保護メツ
シュとも接触する外部支持スペーサー１５からなる。支
持スペーサーは外部環状部材１６と内部位置決めリング
１７とからなり、両者はアーチ形の放射部材１８によっ
て連結されている。アーチ形をした放射部材１８は溝付
きコア排水兼支持板２の講３と類似した弓形の半径から
なるが、しかし湾曲方向は講３のそれと反対向きになっ
ている。これは濾過機のスタックを組立て／こ時、放射
部材によるコア板の講３の起り得べき閉塞を最少限にす
るなめである。図３の好ましい典型的具体例では外部環
状部材１６は例えば厚さ００３５吋（０，０９ＣＩ＞、
幅０．１−２５吋（０，３２ｃｙ）の平べったいワイヤ
ーから作られる。

アーチ形をした放射部材１８と内部位置決めリング１７
は次に一本の連続した０、０７０吋（０，１８ｃ肩）の
ワイヤーから作られ外側直径のところで鋭く曲って放射
状のアーチ形部材１８の末梢端１９を形成し、二重に折
曲げられて放射状のアーチ形部材１８を形成する。ワイ
ヤーは内部位置決めリング１７の円周を限定するアーチ
形部材間の一連のループの中で折曲げられている。放射
状のアーチ形部材１８の外側直径における端１９のとこ
ろで鋭く曲っな部分は厚さ０．０３５吋（０，０９ｃｖ
）に平べっなくなっていて外部環状部材１６にスポット
溶接されている。濾過機のセグメントディスク８を他の
ディスク要素と共に中央の共通ハブ上に積み重ねる時支
持スペーサーが隣接するディスク濾過機要素間の支持を
与える。

中心板２内の溝３の中心コア溝の配置、形状の最適化に
用いるために流体の流れを記述する良く知られた方程式
を使った解析、数値コンピューターモデルが開発されて
きたことは前にも述べた。コンピューターモデルでは多
孔性媒体と排水メツシュを通り抜ける流体の流れは次の
関係式によって表わされる。

ここで Ｐｌ−媒体による圧力低下、単位バールＱ　−媒体を通
過する流量、ミリリットル７分Ｕ　−粘度、センチポア
ズ（ｃｐ） ＫＭ−媒体抵抗、バールＣ１１２分／（ｘｉ！、ｃｐ）
Ａ　−媒体の面積、　　　　ｃｉ２ である。

排水メツシュを通ってコアプレートの溝によって作り出
された水路へ向う縁に沿った流れは、次の関係式による
モデルとして表わされる。

但し、 Ｐ２−縁に沿った流れの圧力低下、単位バールＱ　−メ
ツシュを通り抜ける縁流量、ミリリットル／分 Ｕ　＝粘度、センチポアズ ｈ　−縁に沿った流れの距離、　　ｃＩＩＫＥ−縁に沿
った流れ抵抗、バール・分／（ｚＬｃｐ）ｂ　−縁流れ
の水路の幅、　　　　ｃｍである。

モデルに対して中心板内の溝によって作り出された水路
内の流れは次の関係式による平行板の理論によって支配
されると仮定する。

但し、 Ｐ３−溝の流れの圧力低下、単位バールＱ　−溝を通過
する流量、ミリリットル７分Ｕ　−粘度、センチポアズ ！　−溝の長さ、Ｃ肩 Ｗ−溝の幅、ｃｌＩ ｈ　−溝の深さ、　　ｃｉ ＫＳ−溝の抵抗係数 である。

セグメント内の流体の滞留時間は次の関係式を用いてモ
デルの中て計算した。

Ｔ　１　（Ｊ　、Ｋ）−Ａ（Ｊ　、ＴＯ・ｂ−に／Ｑ（
Ｊ、Ｋ）Ｔ２（Ｋ）−ＡＳ（Ｋ）−ｗ／Ｑ（Ｋ）但し、 Ｔ　１　（Ｊ　、Ｋ）−ディスク内の一対の溝間のに放
射要素によって囲まれたＪ境界線要素中の流体の滞留時
間１分 Ａ（Ｊ、Ｋ）−滞留時間Ｔｌ（Ｊ、Ｋ）を計算した対象
の要素の面積、Ｃ肩２ ｂ−支持ワイヤーメツシュの厚さ１吋 に一支持ワイヤーメツシュの孔面積の％Ｑ（Ｊ、Ｋ）−
滞留時間Ｔ　１　（Ｊ　、Ｋ）を計算した対象の要素を
通過する流量、１１／分 子２（Ｋ）−一つの溝のに放射要素中の流体の滞留時間
１分 ＡＳ（Ｋ）−滞留時間Ｔ２（Ｋ）を計算した対象の溝要
素の面積、Ｃ肩 Ｑ（Ｋ）−滞留時間Ｔ２＜１０を計算した対象の溝要素
を通過する流量、　　ｍ１７分 モデルはある与えられた条件下のろ過機セグメントのコ
アに対する溝の種々の可能性のある配置や形を研究する
ためにコンピュータープログラムの中で利用することが
できる。考えられた用途に対して最適な実用的な溝の配
置や形状を得るために相互作用の方法で濾過機の性能曲
線が計算され比較される。

モデルはまた図１の典型的具体例のような濾過機セグメ
ントディスクの性能を本発明の溝付き中央排水兼支持板
を持たない標準のろ過機セグメントディスクの性能と比
較するのにも使うことができる。一定した流量がフィル
ターセグメントの耐用期間中保持された、すなわち一定
の流量を保持するために必要な差圧が予定された打切り
の値に達するまで続いたと云う仮定の下に典型的な濾過
機の性能を慣用のろ過機セグメントの性能と比較した。

本発明を利用した濾過機セグメントディスクの場合は、
沢過プロセス中の慣用のろ過機セグメントとは反対に炉
液の流れを開始し、保持して行くために必要な差圧が一
般に低いことがコンピューターモデルによって確かめら
れた。従って本発明による具体例の装置を用いれば、も
うこれ以上濾過作業を続けることが非実用的となる打切
りの差圧に達するまてにもっと長い期間に亘って濾過機
を使うことができる。このことは本発明の場合には打切
り迄に、より大きな汚染負荷に耐える能力があることを
意味し講付きの排水兼支持板の構造を利用して濾過機セ
グメントのろ過能力が大きくなることを反映するもので
ある。コンピューターシミュレーションによって高圧濾
過の幾つかのケースでは本発明による溝付き排水支持板
ディスクの稼動中の差圧が慣用のメツシュ排水ディスク
濾過機のそれより約３０％も低いことが示された。

更に慣用のメツシュ排水ディスクの表面に最高で７７％
にも達する流速の変動があるのと比較して本発明のろ過
機セグメント表面全体に亘って流速を実質的に均一なも
のとすることができる。

ポリマー溶融物のろ過への応用を研究し溝付き支持排水
セグメントの一番遠い点からハブまでポリマー溶融物が
移動するに要する滞留時間を慣用のメツシュ支持排水セ
グメントの場合と比較するのにモデルが使われた。その
結果、溝付きの支持兼排水板のセグメントの場合、溶融
ポリマーがろ過機を出るまでの滞留時間が、慣用のメツ
シュ支持排水セグメントを利用した時の半分であること
が見出された。ポリマーが長時間高温に曝される間に崩
壊あるいは架橋結合を起し易いことまた長い滞留時間が
劣った製品品質とゲルの生成をもたらす原因となること
を考えた場合、このことは重要な利点である。

コンピューターシミュレーションはまた本発明に従って
溝付きの排水兼支持ディスクを使うことによって濾過機
セグメントの厚みを減らず可能性があることを実証した
。−例として慣用の７吋（１７，８ｃ肩〉ディスクに用
いられていた１０Ｘ１０ｘ０．０３１吋（２５，４ｘ　
２５．４Ｘ　Ｏ，０８ｃｙ）メツシュで厚さが約０．０
６０吋（０，１５ｃｚ）のディスクが厚さ０．０４８吋
（０，１２ＣＩ）の講付き板によって置換されるであろ
う。

これはそのような慣用の７吋（１７，８ｃν）ディスク
の典型的な厚みである０、１８７吋（０，４７ｃｙ）に
おいて０．０１２吋（０，０３ｃａ＋）の減少である。

このことは与えられたハウジング内にもっと多くのディ
スクと、その結果としてもつと大きなｒ過面積を収容す
ることを可能にする。

本発明を具体化する典型的な濾過機セグメントをこれま
で示してきたが当然のことながら発明がその具体例に限
定されるものでないことが理解されるであろう。当該技
術に熟練した人なら、特に本明細書の教示に照らせばい
かなる修飾も可能であろう。例えば中心コアの溝を中心
オリフィスから直線的にも放射状にも延ばすこともでき
ればまた溝の延びるに従って溝幅を小から大へあるいは
〜４０− 逆に大から小へと勾配を持たせることも可能であろう。

従って本発明は添付した特許請求の範囲によって発明の
本質的な特徴を組入れたり、あるいは発明の真の精神と
範囲を取巻くそのような、いかなる修飾もすべてカバー
するものと考えるべきである。

【図面の簡単な説明】 図１は本発明による講付きの支持兼排水板からなるろ過
機のセグメントディスクの一部切欠き透視図である。 図２は溝を彫った表面を持つ講付きの支持兼排水板から
なる本発明による濾過機セグメントの第二の具体例の一
部切欠き透視図である。 図３は支持板と支持スペーサーからなる本発明による濾
過機セグメントディスクの第三の具体例の一部材切欠き
透視図である。 図４は溝が支持板の外周縁に向って延びるに従って多数
の溝に枝分れしていることをさらに有する本発明による
濾過機のセグメントディスクの第四の具体例の一部切欠
き透視図である。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. （１）中心ハブ、外周縁及びろ過表面を有する、セグメ
   ント型フィルターユニットのろ過器セグメントにおいて
   、 ハブからろ過器セグメントの外周縁に大略向つて延びる
   溝を設けた表面を有する排水兼支持板と、板表面に隣接
   したろ材と、 ろ材と協同してろ液を板の溝に排水させる働きをする手
   段と、 からなるろ過器セグメント。
2. （２）中心ハブ、外周縁及びろ過表面を有するセグメン
   ト型フィルターユニットのろ過器セグメントにおいて、 ハブからろ過器セグメントの外周縁に大略向って延びる
   溝を設けた上部表面と下部表面とを有する排水兼支持板
   と、 板の上部表面の上と下部表面の下にそれぞれ設けた上部
   ろ材と下部ろ材と、 ろ材と協同してろ材を排水し、支持すると共に、ろ液を
   溝に流し込む働きをする上部手段と下部手段と、 からなるろ過器セグメント。
3. （３）該溝は障害物でふさがれておらず、ハブからろ過
   器セグメントの縁に近い点まで連続していることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のろ過器セグメント。
4. （４）溝の中心線が平面図で直線である特許請求の範囲
   第３項記載のろ過器セグメント。
5. （５）溝の中心線が平面図でアーチ形である特許請求の
   範囲第３項記載のろ過器セグメント。
6. （６）溝が一定幅のものである特許請求の範囲第３項記
   載のろ過器セグメント。
7. （７）溝が外周縁に向って延びるに従って多数の溝に枝
   分かれしている特許請求の範囲第２項記載のろ過器セグ
   メント。
8. （８）該協同手段が排水網目板である特許請求の範囲第
   ２項記載のろ過器セグメント。
9. （９）中心ハブ、外周縁及びろ過表面を有し、中心排水
   水路を備えた分割されたセグメントからなるろ過器を積
   み重ねたろ過ユニット用のろ過器セグメントにおいて、
   上部表面と下部表面、中心オリフィス、外周縁及び内部
   端と外部端を有する溝を持ち、内部溝端は該中心オリフ
   ィスに対して開かれており、そして該溝はオリフィスか
   ら縁に向って連続的に延びている、排水兼支持板；内部
   側面と外部側面を備えた上部及び下部排水網目板であっ
   て、該内部側面は夫々、板の該上部表面と下部表面に隣
   接している、上部及び下部排水網目板；および 上部排水網目板と下部排水網目板にそれぞれ隣接した上
   部ろ材と下部ろ材； からなるろ過器セグメント。
10. （１０）該上部及び下部ろ材を外周縁において一緒に密
    封するための第一の密封手段、および該上部及び下部ろ
    材のおのおのをハブに対して密封するための第二の密封
    手段、 とをさらに有する特許請求の範囲第９項記載のろ過器セ
    グメント。
11. （１１）該上部及び下部ろ材がおのおの内層と外層とか
    らなり、該内層の方が該外層よりも該排水兼支持板によ
    り近接しており、該内層が多孔性の金属膜からなり、該
    外層が多孔性の金属繊維材料からなる特許請求の範囲第
    ９項記載のろ過器セグメント。
12. （１２）該上部及び下部ろ材が、おのおの多孔性のセラ
    ミック材料からなる特許請求の範囲第９項記載のろ過器
    セグメント。
13. （１３）溝の中心線が平面図で直線である特許請求の範
    囲第９項記載のろ過器セグメント。
14. （１４）溝の中心線が平面図でアーチ形である特許請求
    の範囲第９項記載のろ過器セグメント。
15. （１５）溝が外周縁に向って延びるに従って多数の溝に
    枝分かれしている特許請求の範囲第９項記載のろ過器セ
    グメント。
16. （１６）板の平面内にある溝の合計面積が板のどの部分
    をとってもろ過表面積と常に一定の比率になるように各
    溝の局部半径と幅が中心オリフィスからの距離に応じて
    変化する特許請求の範囲第９項記載のろ過器セグメント
    。
17. （１７）流体がろ過ユニットによつてろ過される時にろ
    材全面に亘って実質的に均一な差圧が保たれるように各
    溝の局部半径と幅が中心オリフィスからの距離に応じて
    変化する特許請求の範囲第９項記載のろ過器セグメント
    。
18. （１８）流体がろ過ユニットによってろ過される時、ろ
    過表面全体に亘って実質的に均一な流速が維持されるよ
    うに各溝の局部半径と幅が中心オリフィスからの距離に
    応じて変化する特許請求の範囲第９項記載のろ過器セグ
    メント。
19. （１９）該協同ろ液排水手段が該排水兼支持板の表面上
    に設けられた溝道からなる特許請求の範囲第１項記載の
    ろ過器セグメント。
20. （２０）溝道が、平面図で見た時、板の中心の周りの同
    心円のように見える特許請求の範囲第１９項記載のろ過
    器セグメント。
21. （２１）溝道が、平面図で見た時、板の中心の周りの螺
    旋のように見える特許請求の範囲第１９項記載のろ過器
    セグメント。
22. （２２）該溝道が板の表面に螺旋状の連続した針金を結
    合することによって形成された空間からなる特許請求の
    範囲第２１項記載のろ過器セグメント。
23. （２３）更に、中心ハブを取巻く内部部材を含むろ過表
    面に隣接して横たわる支持スペーサー、外周縁にほぼ隣
    接する外部部材及び第一の端で内部部材と結びつきかつ
    第二の端で外部部材と結びつく連結部材とからなる特許
    請求の範囲第１項のろ過器セグメント。
24. （２４）該溝がアーチ形であり、該スペーサーが該連結
    部材の複数個からなり、各連結部材は溝のそれと類似し
    た半径のアーチ部分を含み、該連結部材の該アーチ部分
    が溝の湾曲と反対方向に湾曲していることを特徴とする
    特許請求の範囲第２３項記載のろ過器セグメント。
25. （２５）該外部部材が平らな針金で作られ、該内部部材
    と該連結部材が一本の連続した針金で作られており、針
    金は各連結部材の第二の端で鋭く屈曲して互いに平行し
    て横たわり、二本の針金幅の連結部材のアーチ部分を形
    成し、該鋭く屈曲した部分は平らにされて該外部部材の
    平らな側に結びつけられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第２４項記載のろ過器セグメント。
26. （２６）更に、該支持スペーサーとろ過表面との間に保
    護層を含む特許請求の範囲第２３項記載のろ過器セグメ
    ント。