カートリッジフィルターとは

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 カートリッジフィルターとは、本体に容易に脱着できるフィルターの事で、昔万年質などのインクやカメラのフィルムを簡単に供給するための方式として考え出され、その方法自体がカートリッジ式と呼ばれ、正 式にはカートリッジ式フィルターというのが正しいと思われます。ただ、フィルターの場合本体はフィルターハウジングと呼ばれる濾過器になり、カートリッジ=フィルターですので 何かを供給するのではなく逆に取り除く事になります。
 形式としては、液体が加圧して流れる過程の間に濾過器(フィルターハウジング)を置き 中にカートリッジフィルターを装着しているだけですが、ろ過器の中ではカートリッジの片側主に外側から内側へ、又は内側から外側へ向かって液体が混ざらないように一方通行で流 れるような仕組みに作られています。
 一般的には、大きさや形状に関係無く濾過器に簡単に脱着できる形式のフィルターシステムに使われるフィルター全てがカートリッジフィルター又はフィルターカートリッジと呼ぶことが可能で、様々な形式・ 寸法・材質によるカートリッジ式フィルターが世界中の会社で製造され存在しています。 しかし現在では、その中で円筒形状ちくわ形状の物で外径直径が約60~70程度長さが250~1000長の物を通常カートリッジフィルターの汎用タイプとして認識 され万国共通に流通・普及しています。
 以下では、前出の汎用のカートリッジフィルターについて解説します。
 カートリッジフィルターにはろ過する方法が主に3種類あります。

デブスフィルタータイプ(深層ろ過型)

一般名称

糸巻きフィルター・樹脂成型(熱溶着等)フィルター

対象

ろ過する異物が比較的大きい場合

特徴

フィルターの外側から内側に向かって段々狭くなる事で捕集する&精度を調節しているためにろ過面積が大きく捕集量が多い。

概要

カートリッジフィルターの中では一番一般的に普及している物で、粗ろ過・普通ろ過に適しており、プレフィルター(一次フィルター)とも呼ばれています。価格もサーフェスタイプに比べ安価です。主にポリプロピレン製で精度は1~150μ、糸巻きフィルターや樹脂成型フィルターが主要商品となり、糸巻きフィルターの場合高温や各種溶剤に対応した糸とコアがあり幅広く使用されています。また樹脂成型フィルターの場合は使用温度帯は狭いですが流量が多く化学薬品等のろ過に最適です。

サーフェスフィルタータイプ(表面ろ過型)

一般名称

プリーツフィルター・メンブレンフィルター

対象

ろ過する対象の異物が比較的小さい場合

特徴

濾材の目の細かさを通り抜けることによって捕集するのでろ過面積が狭いため捕集量が少ないが、プリーツ状にしてろ過面積を増やしている。

概要

カートリッジフィルターの中では一番工業用として普及している物で、精度は0.03μ程度からで除去率もデブスタイプに比べ高く精密ろ過に適しており、化学薬品のろ過やRO膜を使用した純水製造時などの一次ろ過などに多く用いられる。主にポリプロピレン製が多く普及しているが、各材質(PES・PTFE・ナイロン他)のメンブレン(膜)を使用したメンブレンフィルターと呼ばれている製品もあり、多種多様な薬品用途に対応した精密ろ過が行えるようになったが非常に高価な商品でもあるが、その代わりファイナルフィルターとしても使用できる。
 また、ステンレス製の金属フィルターなどもあり、一般的には腐食性流体用として使用されるが、薬品以外に使用すれば洗浄して繰り返し使用が可能である。

吸着・交換フィルタータイプ

一般名称

活性炭フィルター・イオン交換樹脂フィルター

対象

ろ過(交換)する対象の異物が極小の場合

特徴

目に見えない化学物質などを、活性炭は炭の微細な孔が化学物質を吸着し、交換樹脂は溶けているイオンと樹脂が持つイオンを交換するこ

概要

特殊な用途に使用される機能性フィルターで、サーフェスフィルター又はデブスフィルターと併用される場合が多く、基本的にはろ過ではなく広い表面積で吸着又は交換を行う。活性炭の場合は一般的には塩素又は地下水等に含まれる化学物質除去、工業用としては純水製造時の各種ミネラルやメッキ液の不純物除去に使われ、吸着スピードの速い繊維活性炭が高価だが用いられ、イオン交換樹脂の場合は主に硬水の軟化処理や脱塩などに使用される。

用途

 各種薬品のろ過(石油化学・化学・塗料・染料・インキ及び印刷・メッキ・電子・写真)、純水製造時の一次ろ過、冷却水・洗浄水等のろ過、機械の切削水・研磨水のろ過、各種給排水のろ過、プール・温浴施設でのろ過、井戸水や地下水のろ過等各種様々な用途で使用されますが、基本的には中規模から小規模ろ過用となります。しかしプールなどでは500トン以上も有る水を毎分6トン近く24時間ろ過するのですからある程度の大規模でも使用可能です。

寸法

 全長は250mm単位で長くなり、500・750・1000mmの4種類の長さが一般的ですが、1L2Lと表示したり10インチ・20インチと表示する会社もある。1Lと表示するのは250mm単位で表記しLongの略、インチの場合だと厳密には254mmになるのですが、日本で流通している物はだいたい250mmなのでそう呼ばれているようです。しかしながら、アジア・ヨーロッパ圏ではmm単位ですがアメリカ圏ではインチサイズとなり、長くなればそれだけ差が出ます。250mmの場合はたった4mmですが、それでも設置出来なくなる場合が有り、1000mmの場合だと16mm違ってきますが、ハウジング側で調節又は許容できる範囲であれば問題はありません。
 直径(外径)は60~70mmがほとんどで、この範囲内であれば装着及び使用には問題ありませんが、太い場合は周りのフィルターやハウジングに干渉して過能力が落ちる場合が有ります。内径直径は28mm又は30mmが標準規格となりますが、フィルターハウジング(濾過器)への装着方法によっては装着できない場合が有ります。

形状

 一般的にはDOE(ダブルオープンエンド)と呼ばれるフィルターの両端が開いているちくわ形状が標準で、装着には片側をキャップなどで塞ぐか又はフィルターハウジングで塞ぐような形になるように装着し、ほとんどがフィルターの外側から内側に濾過されて開いた方向に液体が流れます。ただし、イオン交換樹脂のような特殊なフィルターの場合は、両端の一方から水が入り反対側に流れ出るようなタイプもあり、装着するフィルターハウジングが限定される場合があります。またDOEでもフィルターの内径にあるネジ山でハウジングにねじ込んで装着する場合はネジ山の直径や形状についても確認が必要となります。
 その他にSOE(シングルオープンエンド)という形状もありますが、この場合は片側が既に塞がっていますので、一般的DOEと同様フィルターの外側から内側に濾過されて開いた方向に液体が流れフィルタの上下があります。片側に密閉性の高い2-222型又は2-226型O-リングを使用した差し込みタイプのSOEがほとんどで、その場合反対側はFin(尖がった矢形状)又はFlat(穴が無い)になり、形状を表記する場合は2-222/Fin或は2-222/Flatのように表示します。ただし設置出来るのはサニタリー仕様の専用又は対応フィルターハウジングだけです。
 DOEでも形状による装着の可否がまれにあります。
大別すると
1) フィルターの上下を挟み込むようにする場合
2) 心棒又は筒などに差し込んで片側から締め付ける場合
3) フィルターに先の尖ったジョイントを付けて差す
4) フィルターのコア内径にあるネジ山を使って締めこむ
の4種類です。
1)の場合が一番汎用的で大体の物が装着可能、 B)は心棒より短ければ大丈夫でしょう、C)とD)はジョイントを取り付ける内径寸法とネジ山の形状の確認が必要です。まれにフィルターハウジングメーカー独自の規格(内径の寸法や装着方法など)を作って、一般に普及しているカートリッジフィルターが装着出来ないようにしている会社も有るようです。

カートリッジフィルター カートリッジフィルター カートリッジフィルター

DOE形状(プリーツタイプ)    2-222形状(プリーツタイプ)   2-226形状(プリーツタイプ)

精度

 ろ過精度には『公称ろ過精度』と『絶対ろ過精度』2種類が有り、各フィルターメーカーで表示されているのはほとんど公称ろ過精度になります。これは各社独自の手法により決められた値になりますが、概ね近い数値であり違いが出るのは1ランク程度でしょう。ですので表示されている孔径値の粒子を100%除去するものではありません。
『絶対ろ過精度』は、表示してある孔径値の粒子を約99%以上除去するのを意味しますが、代わりに同じ精度表示されている『公称ろ過精度』より使用期間が短くなりますので選択される場合注意が必要です。弊社でもろ過精度の表示は公称ろ過精度になります。
 精度の範囲はとても広く0.1~200μm程度が一般的です。メジャーな糸巻きフィルターでは0.5~200μm、精密ろ過に使用されるプリーツフィルターでは0.1~50μmとターゲット精度が違います。もちろん超精密な0.05μmや粗い300μmとして販売されている物も有りますが特定の用途に対して使用されるのであってめったに見かけません。例えば0.05μmのフィルターの場合、0.06μmの粒子以外に0.1とか0.2μが含まれていると直ぐに目詰まりしてしましますので粒子の比率は使用期間を大きく左右します。
 弊社で一番精密なのは0.03μmのプリーツフィルターが、粗いのは800μmというメッシュタイプのバッグフィルターがございます。

材質

 濾材についてはポリプロピレン(PP)が薬品への適応性が高く安価で一般的な濾材となり、強酸性~強アルカリ性にまで適応し概ね80℃前後までのろ過に使用出来ます。ただし流体の性質や使用したい温度帯などによって様々な材質の商品が有ります。樹脂成型型の場合は、ポリオレフィンやポリエステル(PE)・ナイロンといった材質が有りますし、糸巻きフィルターの場合はコットン糸やグラスファイバー(GF)糸があります。またプリーツフィルターの場合は精密ろ過に適しているため、耐薬品性に優れたPES(ポリエーテルサルフォン)・PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)・PVDF(ポリフッ化ビニリデン)・ナイロン・グラスファイバーや、飲料用に珪藻土などがありますがとっても高価な商品となります。
外装やコアについてはほとんどがポチプロピレンですが、ポリウレタンやポリオレフィン、鉄やステンレス(SUS)もあります。基本的には薬品や温度対応のために選択されます。パッキンやO-リングについては、EPDM・NBR・シリコン・バイトン・テフロンなどが主流ですが、いずれも耐薬品性や温度に対する対応の問題だけです。
 下記に精度と捕集量についてポジショニンググラフにしてありますので参考にご確認下さい。
汎用のカートリッジフィルターではありませんがバッグフィルター(袋タイプ)も参考に記載して有ります。

ポジションデータ

流量

 時間あたりに流れる液体の量を表し、1時間又は1分間のどちらかの単位で表示されます。主に精度に左右され、精度が低い方が流れる量が少なく高い方が多くなります。また、アブソルートが高い方が少なく低い方が多く、サーフェスタイプよりデブスタイプの方が多く流れるのが一般的な考え方です。ただし、加圧すればするほど多く流れますが、無理やり流すのですから精度は落ちてしまうことになりますので、各フィルターには精度に応じた標準流量又は使用圧力値が設定されていますが、概ね同じフィルターの同じ精度なら同程度の標準流量になります。だだし、メーカー各社様々な業界用や使用溶液による効率の良い製品を出しており、流量を倍に増やした商品などが出ておりますが価格も1.5倍します。
精度にもよりますが、デブスタイプの標準的な糸巻きフィルターが概ね250mmあたりで5~40L/分、樹脂成型タイプが15~5L/分、サーフェスタイプで5~25L/分、吸着タイプで10L/分といったところでしょう。下記に精度と捕集量についてポジショニンググラフにしてありますので参考にご確認下さい。
汎用のカートリッジフィルターではありませんがバッグフィルター(袋タイプ)も参考に記載して有ります。

温度

 使用温度は濾材によって異なりますが、ポリプロピレンの場合は概ね使用温度は60~90℃前後、ナイロンは他の濾材に比べ高めの110℃前後までとなりますが、コアや外装・O-リング等の組み合わせによって変わってきます。使用最高温度が高いのは糸巻きフィルターですが、コットン糸とSUSコアの組み合わせですと150℃、GF糸とSUSコアの組み合わせの場合には400℃となります。また、吸着・交換タイプは約50℃と逆に低くなりますので詳しくは商品選択時に確認が必要です。
 ただし高温で使用される場合、低温で使用されるフィルターに比べ高価になりますので、約60~100℃前後での使用を希望される場合は、液体の温度調節が可能であればフィルター費用を節約できる可能性が有ります。

圧力

 使用圧力は標準的な商品の場合概ね0.07~0.25MPaとなりますが、糸巻きフィルターは低くプリーツフィルターは高めの値となり、基本的にフィルター毎に使用レンジが有ります。一部透明な物も有りますがほとんどのハウジングは中(使用中のフィルター)が見えないので、使用開始した圧力値からどれだけ値が上がったによって交換時期を判断します。もちろん目詰まりしてくれば流量が落ちるので流量だけ見ていれば交換時期が判りますが、ほとんどのハウジングには圧力計を設置する場所が用意されています。
 ただし、圧力をかければかける程流量が多くなりますが、適正な圧力範囲内で使用しないと逆にフィルターから除去したい対象物質が漏れてしまうので注意が必要です。

フィルターハウジング

 カートリッジフィルターを使用する場合、フィルターを装着するフィルターハウジング又はハウジングと呼ばれる濾過器が必要になります。
一般的にはステンレス(SUS)製又は樹脂製が使用されており、ステンレス製には一般的なSUS304やより耐久性の高いSUS316・SUS316Lなどの種類が有り、樹脂製にもPP(ポリプロピレン)やUPVC(ポリ塩化ビニール)・FRP製などが主な材質となります。基本的には流体の種類によって選定されますが、ステンレス製が耐久性や価格など総合的に安価で使いやすいと思います。その他にチタン製などもあります。
 装着サイズは、カートリッジフィルターの規格である250・500・750・1000mmの標準4仕様と、種類は多くありませんが250mmの半分125mm(1/2インチ)というサイズがあります。また装着本数は、1本用のシングルタイプと2本以上のマルチタイプがあり、必要な流量・装着フィルターの種類・交換頻度などによって決められます。
 ハウジングの種類としては、標準仕様の他に少々価格が高くなりますが分解清掃が簡単なサニタリー仕様や高圧力や高温に対応した仕様、化学薬品専用のPTFEライニング仕様などがあります。また、大型のハウジングの場合には蓋の開閉が簡単な仕様や、流出入口の場所が選べる仕様などが有ります。
 弊社取扱いの商品はフィルターハウジングをご確認ください。

その他カートリッジフィルター

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