JP2017080653A - 水中不純物分離器及びこれを備える冷却水循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の濾材で分離された不純物を分離器本体内の底部に確実に沈殿させることができる水中不純物分離器を提供する。
【解決手段】本水中不純物分離器１は、円筒状の分離器本体２と、分離器本体内に収容される複数の濾材３と、分離器本体の外周側に設けられる流入ノズル４及び流出ノズル５と、を備え、分離器本体の軸方向の一端側の底部６には、濾材で分離されて沈殿する不純物Ｃを排出するための排出口７が形成されている。そして、上記流入ノズルは、その軸心４ａが分離器本体の軸心２ａと直交する基準線Ｌに対して分離器本体の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されている。さらに、上記流出ノズルは、その軸心５ａが流入ノズルの軸心４ａより分離器本体の軸方向で底部寄りに位置するように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中不純物分離器及びこれを備える冷却水循環システムに関し、更に詳しくは、分離器本体内で複数の濾材の分離作用により水中に含まれる不純物を分離する水中不純物分離器及びこれを備える冷却水循環システムに関する。

従来の水中不純物分離器として、例えば、図１０及び図１１に示すように、円筒状の分離器本体１０２と、分離器本体１０２内に収容される複数の濾材１０３と、分離器本体１０２の外周側に設けられる流入ノズル１０４及び流出ノズル１０５と、を備え、分離器本体１０２の軸方向の一端側の底部１０６には、濾材１０３で分離されて沈殿する不純物Ｃを排出するための排出口１０７が形成されている水中不純物分離器１０１が知られている（例えば、特許文献１参照）。この水中不純物分離器１０１では、流入ノズル１０４及び流出ノズル１０５は、それらの各軸心１０４ａ、１０５ａが分離器本体１０２の軸心１０２ａと直交する基準線Ｌに沿うように配置されている。これにより、流入ノズル１０４から流入される水は、分離器本体１０２内で強い直進性をもって流れて流出ノズル１０５から流出される。さらに、分離器本体１０２内を流れる水が複数の濾材１０３により衝突と遠心力による分離作用を受けることで、水中に含まれる不純物Ｃが分離されて分離器本体１０２の底部１０６に沈殿し、その沈殿した不純物が適当な時期に排出口１０７から排出される。

特開２０１３−５９７３３号公報

しかし、上記従来の水中不純物分離器１０１では、流入ノズル１０４及び流出ノズル１０５は、それらの各軸心１０４ａ、１０５ａが基準線Ｌに沿うように配置されているため、分離器本体１０２内を流れる水の直進性が強く、濾材１０３で分離された不純物Ｃに対して下方に押しやる押力が作用し難い。そのため、分離された不純物Ｃの多くが分離器本体１０２の底部１０６まで到達できずに各濾材１０３内に残留物として残ってしまう。その結果、分離器本体１０２内の圧力損失が高くなり、送水ポンプを用いる場合にポンプで過負荷が発生してしまう。

また、上記従来の水中不純物分離器１０１では、上部が密閉された分離器本体１０２を採用しているが、複数の濾材１０３を水が通過する際にキャビテーションを起こすので、分離器本体１０２内に空気が溜り易く、その空気溜りが水流の妨げとなり、濾過精度に悪影響を及ぼす。さらに、上記特許文献１には、分離器本体１０２内に同じ大きさの多数の濾材１０３を備えることで、７ミクロン程度迄の微細な粒径の不純物を除去可能な濾過精度を発揮できる旨が開示されているが、これより更に高い濾過精度が求められている。例えば、過酷な条件のチラー循環水（即ち、２次冷却循環（冷水又は温水領域））系統では、３ミクロン程度迄の微細な粒径の不純物を除去可能な濾過精度が求められる。

なお、工場設備等で用いられる冷却塔循環水やチラー循環水では、冷却水の水質低下に起因して、金型冷却孔、冷却配管、熱交換器等でのスケールの付着・堆積・流路閉塞／腐食・錆・水漏れ／スライム・藻の発生等が生じている。その結果、成形品の品質不安定化（金型を一定の温度に維持できない；冷却不足でのシルバー不良が発生し易い）、電力、エネルギーの浪費（熱交換器の熱交換率の低下による消費電力の増加；ＣＯ２排出量の増加；熱交換器の高圧異常トラブルの増加）、設備管理コストの増加（設備にかかる電気料金の増加；薬品洗浄費用の増加；清掃メンテナンス費用の増加）等の様々な問題が発生してしまう。そこで、水質改善された冷却水を循環させる際に、冷却水中に含まれる不純物が効果的に除去されて水質維持を図ることができる冷却水循環システムの出現が望まれている。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、複数の濾材で分離された不純物を分離器本体内の底部に確実に沈殿させることができる水中不純物分離器及びこれを備える冷却水循環システムを提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円筒状の分離器本体と、前記分離器本体内に収容される複数の濾材と、前記分離器本体内に水を流入させるように前記分離器本体の外周側に設けられる流入ノズルと、前記分離器本体内から水を流出させるように前記分離器本体の外周側に設けられる流出ノズルと、を備え、前記分離器本体の軸方向の一端側の底部には、前記濾材で分離されて沈殿する不純物を排出するための排出口が形成されている水中不純物分離器であって、前記流入ノズルは、その軸心が前記分離器本体の軸心と直交する基準線に対して前記分離器本体の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されており、前記流出ノズルは、その軸心が前記流入ノズルの軸心より前記分離器本体の軸方向で前記底部寄りに位置するように配置されていることを要旨とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流入ノズル及び前記流出ノズルの各軸心の前記分離器本体の軸方向の平行間隔は、前記流入ノズルの外径の０．８〜１．２倍の大きさであることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記流出ノズルは、その軸心が前記基準線に沿うように配置されており、前記流入ノズル及び前記流出ノズルの各軸心の前記分離器本体の軸方向の一端側から見た平行間隔は、前記流入ノズルの外径の０．８〜１．２倍の大きさであることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記分離器本体の軸方向の一端側の上部には、前記分離器本体内の空気を抜くための空気抜き弁が設けられていることを要旨とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記濾材は、円筒状の第１濾材本体を備える第１濾材と、前記第１濾材本体より小径の円筒状の第２濾材本体を備える第２濾材と、を備えることを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記分離器本体内に収容される複数の前記第１濾材及び前記第２濾材の総質量に対して、複数の前記第１濾材の質量の割合が６０〜８０％であり、複数の前記第２濾材の質量の割合が２０〜４０％であることを要旨とする。
上記問題を解決するために、請求項７に記載の発明は、循環経路内で冷却水を循環させる冷却水循環システムであって、前記循環経路内を循環する冷却水中に含まれる不純物を除去する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水中不純物分離器を備えることを要旨とする。

本発明の水中不純物分離器によると、流入ノズルは、その軸心が分離器本体の軸心と直交する基準線に対して分離器本体の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されており、流出ノズルは、その軸心が流入ノズルの軸心より分離器本体の軸方向で底部寄りに位置するように配置されている。これにより、流入ノズルから流入される水は、分離器本体内で下方に向かって渦巻き状に流れて流出ノズルから流出される。この下方に向かう渦巻き状の水流により、濾過面積が大きくなるとともに、複数の濾材で分離された不純物に対して下方への押力が作用し、不純物を分離器本体内の底部に確実に沈殿させることができる。その結果、分離器本体内での圧力損失の増加が抑制され、送水ポンプを設ける場合であってもポンプに過負荷を与えることがない。
また、前記流入ノズル及び前記流出ノズルの各軸心の前記分離器本体の軸方向の平行間隔が、前記流入ノズルの外径の０．８〜１．２倍の大きさである場合は、分離器本体内での渦巻き状の水流の回転数を必要最小減の適当なもの（例えば、略１回転半等）とすることができる。よって、圧力損失の増加の抑制と不純物の効果的な分離沈殿とをバランス良く両立させることができる。
また、前記流出ノズルは、その軸心が前記基準線に沿うように配置されており、前記流入ノズル及び前記流出ノズルの各軸心の前記分離器本体の軸方向の一端側から見た平行間隔が、前記流入ノズルの外径の０．８〜１．２倍の大きさである場合は、分離器本体内での渦巻き状の水流の回転数を必要最小減の適当なもの（例えば、略１回転半等）とすることができる。よって、圧力損失の増加の抑制と不純物の効果的な分離沈殿とをバランス良く両立させることができる。
また、前記分離器本体の軸方向の一端側の上部に、前記分離器本体内の空気を抜くための空気抜き弁が設けられている場合は、分離器本体内で空気溜りがなくなり、分離器本体内で水が円滑に流れる。
また、前記濾材が、円筒状の第１濾材本体を備える第１濾材と、前記第１濾材本体より小径の円筒状の第２濾材本体を備える第２濾材と、を備える場合は、外径の異なる複数の第１濾材及び第２濾材を混合して分離器本体内に収容することで、濾過精度を更に向上させることができる。
さらに、前記分離器本体内に収容される複数の前記第１濾材及び前記第２濾材の総質量に対して、複数の前記第１濾材の質量の割合が６０〜８０％であり、複数の前記第２濾材の質量の割合が２０〜４０％である場合は、外径の異なる複数の第１濾材及び第２濾材を特定の混合率で混合して分離器本体内に収容することで、圧力損失の増加の抑制と濾過精度の向上とをバランス良く両立させることができる。
本発明の冷却水循環システムによると、循環経路内を循環する冷却水中に含まれる不純物を除去する上述の水中不純物分離器を備える。これにより、水質改善された冷却水を循環させる際に、水中不純物分離器により冷却水中に含まれる不純物が効果的に除去されて冷却水の水質維持を図ることができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
実施例に係る水中不純物分離器の一部を断面とした側面図である。 上記水中不純物分離器の平面図である。 実施例に係る空気抜き弁の縦断面図であり、（ａ）は水の作用でフロートが上昇して弁座に当接した状態を示し、（ｂ）はフロートが下降して空気が排気されている状態を示す。 実施例に係る第１濾材及び第２濾材の斜視図である。 上記濾材の側面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 上記水中不純物分離器の作用説明図であり、（ａ）は要部側面図を示し、（ｂ）は平面図を示す。 実施例に係る冷却水循環システムの概略図である。 上記冷却水循環システムの実験例の説明図である。 従来の水中不純物分離器の一部を断面とした側面図である。 上記従来の水中不純物分離器の平面図である。

ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

＜水中不純物分離器＞
本実施形態に係る水中不純物分離器は、円筒状の分離器本体（２）と、分離器本体内に収容される複数の濾材（３）と、分離器本体内に水を流入させるように分離器本体の外周側に設けられる流入ノズル（４）と、分離器本体内から水を流出させるように分離器本体の外周側に設けられる流出ノズル（５）と、を備え、分離器本体の軸方向の一端側の底部（６）には、濾材で分離されて沈殿する不純物（Ｃ）を排出するための排出口（７）が形成されている（例えば、図１及び図２等参照）。そして、上記流入ノズル（４）は、その軸心（４ａ）が分離器本体（２）の軸心（２ａ）と直交する基準線（Ｌ）に対して分離器本体の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されている。さらに、上記流出ノズル（５）は、その軸心（５ａ）が流入ノズル（４）の軸心（４ａ）より分離器本体（２）の軸方向で底部（６）寄りに位置するように配置されている。

なお、上記「直交」とは、分離器本体（２）の軸心（２ａ）と基準線（Ｌ）とが完全に直交した状態の他に、両者（２ａ、Ｌ）が９０度±５度程度の角度範囲で交差する状態も含むものとする。さらに、上記「平行」とは、流入ノズル（４）の軸心（４ａ）と基準線（Ｌ）とが完全に平行な状態の他に、両者（４ａ、Ｌ）が±５度程度の角度範囲で交差する状態も含むものとする。

本実施形態に係る水中不純物分離器としては、例えば、上記流入ノズル（４）及び流出ノズル（５）の各軸心（４ａ、５ａ）の分離器本体（２）の軸方向の平行間隔（Ｓ１）は、流入ノズルの外径（ｄ）の０．８〜１．２倍（好ましくは０．９〜１．１倍）の大きさである形態（例えば、図１等参照）を挙げることができる。なお、上記「平行」とは、流入ノズル（４）及び流出ノズル（５）の各軸心（４ａ、５ａ）が完全に平行な状態の他に、両者（４ａ、５ａ）が±５度程度の角度範囲で交差する状態も含むものとする。

本実施形態に係る水中不純物分離器としては、例えば、上記流出ノズル（５）は、その軸心（５ａ）が基準線（Ｌ）に沿うように配置されており、流入ノズル及び流出ノズルの各軸心の分離器本体の軸方向の一端側から見た平行間隔（Ｓ２）は、流入ノズルの外径（ｄ）の０．８〜１．２倍（好ましくは０．９〜１．１倍）の大きさである形態（例えば、図２等参照）を挙げることができる。なお、上記「基準線に沿う」とは、流出ノズル（５）の軸心（５ａ）と基準線（Ｌ）とが完全に一致した状態の他に、両者（５ａ、Ｌ）が±５度程度の角度範囲で交差する状態も含むものとする。

本実施形態に係る水中不純物分離器としては、例えば、上記分離器本体（２）の軸方向の一端側の上部には、分離器本体内の空気を抜くための空気抜き弁（１７）が設けられている形態（例えば、図３等参照）を挙げることができる。

本実施形態に係る水中不純物分離器としては、例えば、上記濾材（３）は、円筒状の第１濾材本体（２１）を備える第１濾材（３ａ）と、第１濾材本体より小径の円筒状の第２濾材本体（２２）を備える第２濾材（３ｂ）と、を備える形態（例えば、図４〜図６等参照）を挙げることができる。

上述の形態の場合、例えば、上記分離器本体（２）内に収容される複数の第１濾材（３ａ）及び第２濾材（３ｂ）の総質量に対して、複数の第１濾材の質量の割合が６０〜８０％（好ましくは６５〜７５％）であり、複数の第２濾材の質量の割合が２０〜４０％（好ましくは２５〜３５％）である形態を挙げることができる。

本実施形態に係る水中不純物分離器としては、例えば、上記濾材（３）は、円筒状の濾材本体（２１、２２）を備え、濾材本体には、周方向に水流入口（２３）が複数形成されているとともに、各水流入口の縁側に濾材本体の内側に延びる水流規制板（２４）が設けられている形態（例えば、図４〜図６等参照）を挙げることができる。これにより、分離器本体内を流れる水が複数の濾材により衝突と遠心力による分離作用を受けることで、水中に含まれる不純物が効果的に分離される。

＜冷却水循環システム＞
本実施形態に係る冷却水循環システムは、循環経路（３３）内で冷却水を循環させる冷却水循環システム（３１）であって、循環経路内を循環する冷却水中に含まれる不純物を除去する上記実施形態に係る水中不純物分離器（１）を備える（例えば、図８等参照）。

本実施形態に係る冷却水循環システムとしては、例えば、無機物からなる水処理剤を冷却水に付与する水処理剤付与器（４０）、冷却水をトルマリンで処理するトルマリン処理器（４１）、冷却水を磁気で処理する磁気式流体処理装置（４２）、及び冷却水中にマイクロバブルを発生させるマイクロバルブ発生器（４３）のうちの１種又は２種以上の組み合わせを備えることができる（例えば、図８等参照）。これにより、冷却水を更に効果的に水質改善できる。

本実施形態に係る冷却水循環システムとしては、例えば、上記循環経路（３３）は、冷却塔（３４）とチラー（３５）とを連絡する第１循環経路（３３ａ）、及びチラー（３５）と冷却対象部（３６）とを連絡する第２循環経路（３３ｂ）のうちの少なくとも一方の循環経路を備えることができる（例えば、図８等参照）。これにより、第１循環経路及び／又は第２循環経路の汚れ及び詰まりを防止できる。なお、上記冷却対象部としては、例えば、射出成形装置、プレス加工装置、溶接装置、加熱装置、トリム装置等を挙げることができる。

なお、上記水質改善された冷却水（即ち、活性水）とは、物理・化学的な処理を行い洗浄機能を付与した水を意味する。この活性水の役割としては、例えば、（１）水のクラスター（Ｈ２０集合体）を分解し、浸透性のある滑らかな水になる、（２）ＯＨラジカルが生成され、錆コブ・スケール堆積物・有機物等の分解・洗浄を行う、（３）酸化還元電位がマイナス帯電しマイナスイオン水（弱アルカリ）になる等が挙げられる。また、活性水を生成するアイテムとしては、例えば、（１）高濃度マイクロバルブ（効果；水冷却に対して１．８倍の冷却効率）、（２）トルマリン電気石（効果；水分子を細分化し、配管洗浄を促進させる）、（３）磁化還元水（防錆、防スケールに優れる）等が挙げられる。

なお、上記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。

（１）水中不純物分離器の構成
本実施例に係る水中不純物分離器１は、図１及び図２に示すように、円筒状の分離器本体２と、分離器本体２内に収容される複数の濾材３と、分離器本体２内に水を流入させるように分離器本体２の外周側に設けられる流入ノズル４と、分離器本体２内から水を流出させるように分離器本体２の外周側に設けられる流出ノズル５と、を備えている。これら分離器本体２、濾材３、流入ノズル４及び流出ノズル５は、ステンレス製とされている。

上記分離器本体２は、その軸方向が鉛直方向に沿う状態で設置される。この分離器本体２の軸方向の一端側の底部６には、濾材３で分離されて沈殿（凝集沈殿）する不純物Ｃを排出するための排出口７が形成されている。この排出口７には、後述する冷却水循環システム３１を構成するドレン用配管４９、４９’が接続可能とされている（図８参照）。また、分離器本体２内には、その内部空間を上部濾過室８と下部沈殿室９とに上下に仕切るように邪魔板１０が設けられている。この邪魔板１０には、濾材３の下部沈殿室８側への飛び出しを規制する複数の貫通孔が形成されている。また、分離器本体２の流入ノズル４及び流出ノズル５の各接続部には、ノズル４、５側への濾材３の飛び出しを規制する複数の貫通孔が形成された邪魔板１１が設けられている。さらに、分離器本体２の下部外周側には、床面上に載置される支持脚１２が設けられている。

上記流入ノズル４及び流出ノズル５は、略同じ外径ｄの円筒状に形成されている。この流入ノズル４は、その軸心４ａが分離器本体２の軸心２ａと直交する基準線Ｌに対して分離器本体２の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されている。具体的に、分離器本体２の軸心２ａと直交し且つ基準線Ｌを含む平面（例えば、水平面）を第１基準平面ＳＦ１とした場合に、第１基準平面ＳＦ１上に投影された流入ノズル４の軸心４ａが基準線Ｌに対して平行とされる。また、流出ノズル５は、その軸心５ａが流入ノズル４の軸心４ａより分離器本体２の軸方向で底部６寄りに位置するように配置されている。なお、上記流入ノズル４及び流出ノズル５の各外端側には、後述する冷却水循環システム３１の循環経路３３を構成する配管３８ａ、４５ａを接続可能なフランジ１４が設けられている（図８参照）。

上記流入ノズル４及び流出ノズル５は、それら各軸心４ａ、５ａが分離器本体２の軸方向で平行となるように配置されている。具体的に、分離器本体２の軸心２ａ及び基準線Ｌを含む平面（例えば、鉛直面）を第２基準平面ＳＦ２とした場合に、第２基準平面ＳＦ２上に投影された流入ノズル４及び流出ノズル５の軸心４ａ、５ａが平行とされる。これら流入ノズル４及び流出ノズル５の各軸心４ａ、５ａの分離器本体２の軸方向の平行間隔Ｓ１は、流入ノズル４の外径ｄと略同じ大きさに設定されている（図１参照）。また、流出ノズル５は、その軸心５ａが基準線Ｌに沿うように配置されている。そして、流入ノズル４及び流出ノズル５の各軸心４ａ、５ａの分離器本体２の軸方向の一端側から見た平行間隔Ｓ２は、流入ノズル４の外径ｄと略同じ大きさに設定されている（図２参照）。これらにより、流入ノズル４から流入される水は、分離器本体２内（具体的に、上部濾過室８内）で下方に向かって渦巻き状に略１回転半流れて流出ノズル５から流出される（図７参照）。

上記分離器本体２の軸方向の一端側の上部には、分離器本体２内の空気を抜くための空気抜き弁１７が設けられている。この空気抜き弁１７は、図３に示すように、分離器本体２の上部に取り付けられるケーシング１８を備えている。このケーシング１８には、分離器本体２内に連通する弁室１８ａが形成されている。この弁室１８ａには、流入する水の水面の上下変動により昇降するボール状のフロート１９が収容されている。また、ケーシング１８の上部には、弁室１８ａに連通する空気抜き孔２０ａが形成された弁座２０が設けられている。そして、空気抜き弁１７は、分離器本体２内から弁室１８ａ内に流入する水（図３（ａ）中に実線矢印で示す。）によりフロート１９が上昇して弁座２０に着座することで、空気抜き孔２０ａを閉鎖して水の外部への流出を規制する。一方、弁室１８ａ内への水の流入が減少してフロート１９が下降して弁座２０から離れることで、空気抜き孔２０ａを開放して分離器本体２内で生じて弁室２８ａ内に流入する空気を大気中に放出する（図３（ｂ）中に破線矢印で示す。）。

上記濾材３は、図４〜図６に示すように、円筒状の第１濾材本体２１を備える第１濾材３ａと、第１濾材本体２１より小径の円筒状の第２濾材本体２２を備える第２濾材３ｂと、を備えている。この第１濾材本体２１は、軸方向の両端側が開口されるとともに、その外径ｄ１が約１６ｍｍとされ、その軸長さＬ１が約１６ｍｍとされている。また、第２濾材本体２２は、軸方向の両端側が開口されるとともに、その外径ｄ２が約１０ｍｍとされ、その軸長さＬ２が約１０ｍｍとされている。また、各第１及び第２濾材本体２１、２２には、周方向に千鳥状に水流入口２３が複数形成されているとともに、各水流入口２３の縁側に濾材本体２１、２２の内側に湾曲状に延びる水流規制板２４が設けられている。そして、これら第１及び第２濾材３ａ、３ｂによると、各水流入口２３から第１及び第２濾材本体２１、２２内に流入する水が各水流規制板２４に衝突して流れる際に、遠心力により比重差の大きい不純物Ｃが水流規制板２４上で分離される（図６参照）。そして、分離された不純物Ｃは、第１及び第２濾材本体２１、２２の側方開口から流入する水により押し流される。

ここで、上記分離器本体２内（具体的に、上部濾過室８内）には、略均一に混合された複数の第１及び第２濾材３ａ、３ｂが向きを不揃いにして収容されている（図１参照）。これら複数の第１濾材３ａ及び第２濾材３ｂの総質量に対して、複数の第１濾材３ａの質量の割合が約７０％とされ、複数の第２濾材３ｂの質量の割合が約３０％とされている。

（２）冷却水循環システムの構成
本実施例に係る冷却水循環システム３１は、図８に示すように、循環経路３３内で冷却水を循環させるものであって、循環経路３３内を循環する冷却水中に含まれる不純物を除去する上記構成の水中不純物分離器１を備えている。この循環経路３３は、冷却塔３４とチラー３５の熱交換器３５ａとを連絡する第１循環経路３３ａと、チラー３５と冷却対象部３６（例えば、射出成形装置の金型等）とを連絡する第２循環経路３３ｂと、を備えている。

上記第１循環経路３３ａの送り経路に接続されたバイパス経路３８には、無機物からなる水処理剤を冷却水に付与する水処理剤付与器４０と、上記水中不純物分離器１と、冷却水をトルマリンで処理するトルマリン処理器４１と、冷却水を磁気で処理する磁気式水処理装置４２と、が設けられている。また、冷却塔３４には、冷却水中にマイクロバブルを発生させる高濃度マイクロバルブ発生器４３が設けられている。また、第２循環経路３３ｂの送り経路に接続されたバイパス経路３９には、上記磁気式水処理装置４２が設けられている。さらに、第２循環経路３３ｂの戻り経路に接続されたバイパス経路４５には、上記水処理剤付与器４０及び水中不純物分離器１が設けられている。

なお、上記水処理剤付与器４０では、冷却水中のスケール成分（Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｉ）を凝集・沈殿させて分離する。これに対して、一般的な有機リン系の薬剤処理では、防錆、防スケールの被膜を配管内に形成させるが、金型冷却孔の硬いシリカを含んだ錆、スケールを除去することができない。また、上記水中不純物分離器１の排出口７には、開閉弁４８、４８’で開閉されるドレン用配管４９、４９’が接続されている。そして、冷却水の電気伝導率を検出するセンサ４６からの検出値に応じて制御部４７が開閉弁４８を開放して不純物が排出されたり、制御部４７’のタイマ制御により開閉弁４８’を開放して不純物が排出されたりする。

（３）冷却水循環システムの作用
次に、上記構成の冷却水循環システム３１の作用について説明する。第１循環経路３３ａを循環する冷却水は、水中不純物分離器１、水処理剤付与器４０、トルマリン処理器４１、磁気式水処理装置４２及び高濃度マイクロバルブ発生器４３の作用により水質改善されて、防錆及び防スケールに優れるとともに洗浄機能を有する冷却水とされる。また、第２循環経路３３ｂを循環する冷却水は、水中不純物分離器１、水処理剤付与器４０及び磁気式水処理装置４２の作用により水質改善されて、防錆及び防スケールに優れるとともに洗浄機能を有する冷却水とされる。

そして、水質改善された冷却水が第１及び第２循環経路３３ａ、３３ｂを循環することとなる。これにより、冷却水の水質低下に起因する、金型冷却孔、冷却配管、熱交換器等でのスケールの付着・堆積・流路閉塞／腐食・錆・水漏れ／スライム・藻の発生等が抑制される。その結果、成形品の品質安定化（金型を一定の温度に維持できる；冷却不足でのシルバー不良が発生し難い）、節電、省エネ（熱交換器の熱交換率の向上により消費電力を大幅に削減；節電、節水によるＣＯ２排出量削減；熱交換器の高圧異常トラブルの低減）、設備管理コストの大幅削減（設備にかかる電気料金を削減；薬品洗浄費用を削減；清掃メンテナンス費用の削減）等の様々なメリットが得られる。

また、上記水中不純物分離器１では、図７中に破線矢印で示すように、流入ノズル４から流入される水は、分離器本体２内（具体的に、上部濾過室８内）で下方に向かって渦巻き状に略１回転半流れて流出ノズル５から流出される。この下方に向かう渦巻き状の水流により濾材３で分離された不純物Ｃに対して下方への押力が作用し、不純物Ｃは、邪魔板１０を通過して下部沈降室９に沈降する（図１参照）。その沈降した不純物Ｃは、制御部４７、４７’の制御により適当な時期に排出口７から排出される。一方、分離器本体２内で空気が発生すると空気抜き弁１７により空気が大気に放出される。

ここで、冷却水循環システムに係る実験例について説明する。本実験例では、図９に示すように、チラー３５と冷却対象部３６（例えば、射出成形装置の金型等）とを連絡する第２循環経路３３ｂの戻し経路に、上記水中不純物分離器１及び水処理剤付与器４０を設けるとともに、流量計５５及びスケール固着配管５６（錆び、スケールが内周に固着した配管）を備えるバイパス経路５７を接続した。そして、ポンプ５８で冷却水を循環させて１７日後のスケール固着配管５６及び金型冷却孔の状態及び流量を確認した。その結果、スケール固着配管５６では、錆び、スケールが剥離除去されて配管内径が拡大されていることを確認した。さらに、初期の冷却水流量が約２１．０Ｌ／ｍｉｎであったものが１７日後に約２７．２Ｌ／ｍｉｎとなり、１７日間で約２９．５％流量の増加を確認した。また、金型冷却孔では、硬い黒錆が除去されていることを確認した。さらに、初期の冷却水流量が約３０．５Ｌ／ｍｉｎであったものが１７日後に約３７．９Ｌ／ｍｉｎとなり、１７日間で約２４．２％流量の増加を確認した。

（４）実施例の効果
本実施例の水中不純物分離器１によると、流入ノズル４は、その軸心４ａが分離器本体２の軸心２ａと直交する基準線Ｌに対して分離器本体２の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されており、流出ノズル５は、その軸心５ａが流入ノズル４の軸心４ａより分離器本体２の軸方向で底部６寄りに位置するように配置されている。これにより、流入ノズル４から流入される水は、分離器本体２内で下方に向かって渦巻き状に流れて流出ノズル５から流出される。この下方に向かう渦巻き状の水流により、濾過面積が大きくなるとともに、複数の濾材３で分離された不純物Ｃに対して下方への押力が作用し、不純物Ｃを分離器本体２内の底部６に確実に沈殿させることができる。その結果、分離器本体２内での圧力損失の増加が抑制され、送水ポンプを設ける場合であってもポンプに過負荷を与えることがない。

特に、本実施例の水中不純物分離器１によると、ドレン用配管４９、４９’を開放とすると直ちに不純物が排出される。これに対して、従来の水中不純物分離器１０１（図１０及び図１１参照）では、ドレン用配管を開放すると、最初に透明な水が排出された後に濾材に絡んでいる不純物が徐々に排出される。

また、本実施例では、流入ノズル４及び流出ノズル５の各軸心４ａ、５ａの分離器本体２の軸方向の平行間隔Ｓ１は、流入ノズル４の外径ｄと略同じ大きさである。これにより、分離器本体２内での渦巻き状の水流の回転数を略１回転半とすることができる。よって、圧力損失の増加の抑制と不純物Ｃの効果的な分離沈殿とをバランス良く両立させることができる。

また、本実施例では、流出ノズル５は、その軸心５ａが基準線Ｌに沿うように配置されており、流入ノズル４及び流出ノズル５の各軸心４ａ、５ａの分離器本体２の軸方向の一端側から見た平行間隔Ｓ２は、流入ノズル４の外径ｄと略同じ大きさである。これにより、分離器本体２内での渦巻き状の水流の回転数を略１回転半とすることができる。よって、圧力損失の増加の抑制と不純物Ｃの効果的な分離沈殿とをバランス良く両立させることができる。

また、本実施例では、分離器本体２の軸方向の一端側の上部に、分離器本体２内の空気を抜くための空気抜き弁１７が設けられている。これにより、分離器本体２内で空気溜りがなくなり、分離器本体２内で水が円滑に流れる。

また、本実施例では、濾材３は、円筒状の第１濾材本体２１を備える第１濾材３ａと、第１濾材本体２１より小径の円筒状の第２濾材本体２２を備える第２濾材３ｂと、を備える。このように、外径の異なる複数の第１濾材３ａ及び第２濾材３ｂを混合して分離器本体２内に収容することで、濾過精度を更に向上させることができる。特に、従来７ミクロン程度迄の不純物を除去可能な濾過精度であったものを３ミクロン程度迄の不純物を除去可能な濾過精度まで向上させることができる。よって、過酷な条件のチラー循環水（即ち、２次冷却循環（冷水又は温水領域））系統に適用できる。

また、本実施例では、分離器本体２内に収容される複数の第１濾材３ａ及び第２濾材３ｂの総質量に対して、複数の第１濾材３ａの質量の割合が約７０％であり、複数の第２濾材３ｂの質量の割合が３０％である。このように、外径の異なる複数の第１濾材３ａ及び第２濾材３ｂを特定の混合率で混合して分離器本体２内に収容することで、圧力損失の増加の抑制と濾過精度の向上とをバランス良く両立させることができる。

さらに、本実施例では、濾材３は、円筒状の濾材本体２１、２２を備え、濾材本体２１、２２には、周方向に水流入口２３が複数形成されているとともに、各水流入口２３の縁側に濾材本体２１、２２の内側に延びる水流規制板２４が設けられている。これにより、分離器本体２内を流れる水が複数の濾材３により衝突と遠心力による分離作用を受けることで、水中に含まれる不純物が効果的に分離される。

また、本実施例の冷却水循環システム３１によると、循環経路３３内を循環する冷却水中に含まれる不純物を除去する上述の水中不純物分離器１を備える。これにより、水質改善された冷却水を循環させる際に、水中不純物分離器１により冷却水中に含まれる不純物が効果的に除去されて冷却水の水質維持を図ることができる。

また、本実施例では、無機物からなる水処理剤を冷却水に付与する水処理剤付与器４０、冷却水をトルマリンで処理するトルマリン処理器４１、冷却水を磁気で処理する磁気式流体処理装置４２、及び冷却水中にマイクロバブルを発生させるマイクロバルブ発生器４３のうちの１種又は２種以上の組み合わせを備える。これにより、冷却水を更に効果的に水質改善できる。

さらに、本実施例では、循環経路３３は、冷却塔３４とチラー３５とを連絡する第１循環経路３３ａ、及びチラー３５と冷却対象部３６とを連絡する第２循環経路３３ｂを備える。これにより、第１循環経路３３ａ及び第２循環経路３３ｂの汚れ及び詰まりを防止できる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。すなわち、上記実施例では、軸心２ａが鉛直方向を向くように配置される分離器本体２を例示したが、これに限定されず、例えば、不純物を分離して沈殿し得る限り、軸心が鉛直方向に対して傾斜して配置される分離器本体としてもよい。

また、上記実施例では、流出ノズル５を軸心５ａが基準線Ｌに沿うように配置したが、これに限定されず、例えば、流出ノズル５を軸心５ａが基準線Ｌに対して水平方向で平行となるように配置してもよい。

また、上記実施例では、流入ノズル４及び流出ノズル５の各軸心４ａ、５ａの上下方向の平行間隔Ｓ１や水平方向の平行間隔Ｓ２を流入ノズル４の外径ｄと略同じ値に設定したが、これに限定されず、例えば、平行間隔Ｓ１及び／又は平行間隔Ｓ２を流入ノズル４の外径ｄより大きな値や小さな値に設定してもよい。

また、上記実施例では、フロート式の空気抜き弁１７を例示したが、これに限定されず、例えば、圧力作動式等の他の形態の空気抜き弁を採用してもよい。

また、上記実施例では、円筒状の濾材３を例示したが、これに限定されず、例えば、粒状、粉状、メッシュ状、繊維状、ブロック状等の濾材を採用してもよい。さらに、上記実施例では、分離器本体２内に２種類の濾材３ａ、３ｂを収容するようにしたが、これに限定されず、分離器本体２内に１種類又は３種類以上の濾材を収容するようにしてもよい。

また、上記実施例では、循環経路３３の送り経路に配設される水中不純物分離器１を例示したが、これに限定されず、例えば、図８中に仮想線で示すように、循環経路３３の戻し経路に配設される水中不純物分離器１としてもよい。この場合、循環経路３３の戻し経路に送水ポンプを必ずしも設ける必要はない。

さらに、上記実施例では、冷却水中の不純物を分離する水中不純物分離器１を例示したが、これに限定されず、例えば、冷却水以外の水中の不純物を分離する水中不純物分離器としてもよい。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述および図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的および例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料および実施例を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形または変更が可能である。

本発明は、工業、医療、農業、環境、食品分野等で用いられる水中に含まれる不純物を分離する技術として広く利用される。特に、工場設備等で用いられる冷却水中に含まれる不純物を分離する技術として好適に利用される。

１；水中不純物分離器、２；分離器本体、２ａ；軸心、３；濾材、３ａ；第１濾材、３ｂ；第２濾材、４；流入ノズル、４ａ；軸心、５；流出ノズル、５ａ；軸心、６；底部、７；排出口、１７；空気抜き弁、２１；第１濾材本体、２２；第２濾材本体、３１；冷却水循環システム、３３；循環経路、Ｃ；不純物、ｄ；流入ノズルの外径、Ｌ；基準線、Ｓ１，Ｓ２；平行間隔。

Claims (7)

1. 円筒状の分離器本体と、前記分離器本体内に収容される複数の濾材と、前記分離器本体内に水を流入させるように前記分離器本体の外周側に設けられる流入ノズルと、前記分離器本体内から水を流出させるように前記分離器本体の外周側に設けられる流出ノズルと、を備え、前記分離器本体の軸方向の一端側の底部には、前記濾材で分離されて沈殿する不純物を排出するための排出口が形成されている水中不純物分離器であって、
   前記流入ノズルは、その軸心が前記分離器本体の軸心と直交する基準線に対して前記分離器本体の軸方向の一端側から見て平行となるように配置されており、
   前記流出ノズルは、その軸心が前記流入ノズルの軸心より前記分離器本体の軸方向で前記底部寄りに位置するように配置されていることを特徴とする水中不純物分離器。
2. 前記流入ノズル及び前記流出ノズルの各軸心の前記分離器本体の軸方向の平行間隔は、前記流入ノズルの外径の０．８〜１．２倍の大きさである請求項１記載の水中不純物分離器。
3. 前記流出ノズルは、その軸心が前記基準線に沿うように配置されており、
   前記流入ノズル及び前記流出ノズルの各軸心の前記分離器本体の軸方向の一端側から見た平行間隔は、前記流入ノズルの外径の０．８〜１．２倍の大きさである請求項１又は２に記載の水中不純物分離器。
4. 前記分離器本体の軸方向の一端側の上部には、前記分離器本体内の空気を抜くための空気抜き弁が設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水中不純物分離器。
5. 前記濾材は、円筒状の第１濾材本体を備える第１濾材と、前記第１濾材本体より小径の円筒状の第２濾材本体を備える第２濾材と、を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水中不純物分離器。
6. 前記分離器本体内に収容される複数の前記第１濾材及び前記第２濾材の総質量に対して、複数の前記第１濾材の質量の割合が６０〜８０％であり、複数の前記第２濾材の質量の割合が２０〜４０％である請求項５記載の水中不純物分離器。
7. 循環経路内で冷却水を循環させる冷却水循環システムであって、
   前記循環経路内を循環する冷却水中に含まれる不純物を除去する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水中不純物分離器を備えることを特徴とする冷却水循環システム。

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