JP4601002B2

JP4601002B2 - 自動逆洗フィルター装置

Info

Publication number: JP4601002B2
Application number: JP2006097791A
Authority: JP
Inventors: 茂樹三和; 従八中川
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007268430A

Description

本発明は、遠心型ポンプを用いた逆洗可能なフィルターの自動逆洗フィルター装置の制御に関する。

従来、クーラント装置においては、クーラント（流体）に切削、研削、研磨、砥粒等の屑が混入するため、フィルター、マグネットセパレータ、濾紙等により、クーラントより切削屑等の塵埃を取り除き循環させて使用している。一般に円筒型のフィルターが多様されるが、フィルターの塵埃等による目詰まりを解消するため、フィルターの清浄（排出）側から供給側（濾過前の側）へクーラントを送り塵埃をフィルター面から離脱させ、逆洗によりフィルターを清掃する逆洗フィルターが知られている。

かかる逆洗フィルターは、例えば、特許文献１のものがある。このものは、円筒状のフィルターの外側から流体を供給し、フィルターの内側に流体を排出して、クーラントを濾過している。円筒型のフィルターの外周の一部が摺接可能にされた逆洗口が設けられ、逆洗口に差圧弁が設けられ、この差圧弁は供給側の圧力と排出側の圧力との差圧が所定圧より大きくなると逆洗口が外部に開放するようにされ、小さくなると閉じるようにされている。また、逆洗口に連通するシリンダにより、ねじ機構を介してフィルターがシリンダの上下により自動的に回転するようにされている。逆洗口の圧力が開放されるとシリンダが下がり、閉じられると供給側圧力が導かれシリンダが上昇するようにされている。

従って、このものは目詰まりすると、供給側と排出側との差圧が大きくなり、差圧弁が開き、排出側の一部が逆洗口側に流出して、フィルター表面に付着した塵埃を離脱させ、さらに外部へ排出し、目詰まりを解消する。このとき、シリンダが下がりながらフィルターを回転させるのでフィルターの全周に渡って目詰まりが解消される。目詰まりが無くなることにより、供給側と排出側との差圧が小さくなり、差圧弁が閉じ逆洗が終了し、逆洗口の圧力が上がりシリンダが上昇し初期状態に戻り、通常の濾過作用を行う。これにより、逆洗フィルターの自動化を図っている。

また、特許文献２のものは、濾過方向が円筒型のフィルターの内側から外側の例である。このものは、さらに、底部に塵埃溜まりを設け、別途外部にストップバルブを介して排出可能にされている。また、フィルターを回転させるモータと、逆洗口には電磁開閉弁が設けられ、電気的な制御により通常濾過及び逆洗を行っている。さらに、特許文献３においては、逆洗フィルターの自動化を電気的に行っている。また、特許文献４のものは、逆洗フィルターを用いたクーラントシステムが開示されている。

一方、クーラントを供給するポンプは一般に遠心型ポンプが使用されている。この遠心型ポンプは塵埃に強く、吐出量も多い等の特徴を持つが、負荷圧に対して吐出量の変化が大きく、所望の吐出量を得るためには非効率であるという問題があった。そこで、特許文献４においては、クーラントを供給する遠心型ポンプの駆動にインバータモータを用い、インバータ制御により、種々の状況に応じて回転数を制御し、適宜な吐出量を効率よく供給するようにしている。
特公昭４４−６４９４号公報特公平７−５９２８７号公報実公昭５４−２４６０号公報特開平５−２９３３１５号公報特開２００３−１３８６５号公報

そこで、逆洗フィルターのクーラント供給に特許文献４のようなインバータ制御を行うことによって、通常時、逆洗時等の負荷に応じた遠心型ポンプの回転数を制御して吐出量を制御し、効率よくクーラントを供給できる。詳述すると、通常濾過時には負荷及びフィルターの圧力損失があるので、ポンプへの負荷、即ち圧力が高くなり、遠心型ポンプの吐出量が少なくなる。一方、逆洗時には、フィルターの一部が逆洗口から戻りラインへ連通するので、圧力が低くなる。そこで、通常時の遠心型ポンプの吐出し量を確保するためには回転数を上げ、逆洗時には回転数を下げて運転する。

しかしながら、逆洗するために、逆洗口のバルブを開くと急激に圧力が下がり、ポンプ吐出量が急激に増大し、サージ圧により騒音や振動を発生するという問題があった。そこで、差圧弁や電磁弁のバルブの開口面積を徐々に変化させたり、スプール等の移動速度をゆっくり制御したりしてもよい。しかし、クーラントのような場合は塵埃が多いので弁側での細かい制御は作動不良等の原因となり好ましくない。また、負荷変化を少なくするために絞り等を増やすことはエネルギー損失を招くという問題があった。また、通常及び逆洗の切替に差圧制御すると、フィルターの目詰まり状態や逆洗によるクリーニング状態、ポンプの吐出量の変化等により、ハンチングによる振動や騒音を発生したり、長時間作動しなかったり、逆に短時間で作動したり、安定した運転ができないという問題があった。

本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、インバータ制御によるエネルギー効率の向上をはかるとともに、通常時から逆洗時のへの切替において、サージ圧力やハンチングによる振動や騒音の発生を防止することである。さらには、逆洗動作を安定させ、フィルターの清浄度を一定に保ち、クーラントの清浄度、運転状況を安定させることである。

本発明においては、円筒状のフィルターと、前記フィルターの内側又は外側の一方に流体を供給する供給口と、前記フィルターを介して前記フィルターの外側又は内側に前記流体を排出して、前記フィルターにより濾過された流体を排出する排出口と、前記フィルターの内周又は外周の一部が摺接可能にされた逆洗口と、を備えた逆洗フィルターと、前記逆洗口と第一戻りライン間を開閉する逆洗バルブと、前記供給口に流体を供給する遠心型ポンプと、前記遠心型ポンプを駆動するインバータモータと、前記インバータモータを回転制御するインバータと、を有するクーラント装置において、前記逆洗バルブを閉から開に操作し逆洗をするための指令信号に基づき、前記インバータモータの回転数を前記逆洗バルブを閉とした通常時の所定回転数より低い回転数にした後、前記逆洗バルブを開とする自動逆洗フィルター装置を提供することにより解決した。

即ち、逆洗フィルターの通常運転時から、逆洗への切替にあたって、遠心ポンプの回転を下げ、吐出量を下げてから逆洗バルブを開き、逆洗を開始するようにした。これにより、逆洗開始時による遠心型ポンプの吐出量の増加が減じられ、サージ圧の発生が減じられる。逆洗バルブを開く際の遠心ポンプの回転数は低い方が好ましいが、吐出量はクーラントの濾過効率や、吐き出し量が不足しない程度にすることはいうまでもない。

また、逆洗バルブを開いた後、回転をあげ、吐出量を増やすようにすればサージ圧はさらに低くできるが、実質上はそこまで制御しなくても許容できる。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記逆洗バルブを閉とした状態での前記インバータモータの回転数より低い回転数は、前記逆洗バルブを開とした時の逆洗時回転数とした。

また、逆洗後から通常運転時への復帰にあたっては、負荷が多くなるので、同回転数であっても、吐出量は減少する方向となりサージ圧等の発生は少なくなる。そこで、請求項３に記載の発明においては、前記逆洗バルブを開とし、逆洗した後、前記逆洗バルブを閉とした後、又は同時に、前記インバータモータの回転数を前記通常時の所定回転数に復帰させるようにした。

かかるバルブ、インバータモータの回転数の制御にあたって、請求項４に記載の発明においては、通常時間、前記指令信号から前記逆洗バルブ開時までの時間、逆洗時間がタイマーで設定された自動逆洗フィルター装置とした。差圧制御でなく、タイマーによる時間制御としたので、フィルターの清浄度や、遠心ポンプの吐出量、温度等の変化があっても、ハンチングがなく、一定で安定した繰り返し動作とすることができる。

さらに、請求項５に記載の発明においては、前記供給口側の底部に配設された塵埃溜まりと、前記塵埃溜まりと前記第一戻りライン又は第二戻りライン間とを開閉するクリーンバルブと、を備え、前記クリーンバルブの開閉時間を前記タイマーで設定するようにした。これにより、底部に貯まった塵埃についても一定で安定した繰り返し動作とすることができる。なお、戻りラインは逆洗口と同じでもよいし、別でもよい。

以上述べたように、本発明においては、逆洗フィルターの逆洗への切替にあたって、遠心ポンプの回転を下げ、吐出量を下げてから逆洗バルブを開くようにして、サージ圧の発生を減らしたので、インバータ制御によるエネルギー効率が向上し、通常時から逆洗時への切替において、サージ圧力やハンチングによる振動や騒音の発生を防止するものとなり、機器の寿命が長く、環境にも優しいものとなった。また、請求項２に記載の発明においては、逆洗バルブ開時の回転数を逆洗時回転数と同じにしたので、制御も簡単となる。さらに、請求項３に記載の発明においては、逆洗後、逆洗バルブを閉とした後、又は同時に、インバータモータの回転数を通常時の所定回転数に復帰させているので、騒音や振動も少なく制御も簡単となる。

また、請求項４に記載の発明においては、通常時間、指令信号から逆洗バルブ開時までの時間、逆洗時間をタイマーで設定する時間制御とし、種々の条件変化にもかかわらず、ハンチングがなく、一定で安定した繰り返し動作とできるので、逆洗動作を安定させ、フィルターの清浄度を一定に保ち、クーラントの清浄度、運転状況を安定させる。さらには、異常の発見、メンテナンスが容易なものとなる。さらに、請求項５に記載の発明においては、塵埃溜まりと第一又は第二戻りライン間とを開閉するクリーンバルブ開閉時間もタイマーで設定し、繰り返し動作とすることができるので、同様にメンテナンス等が容易なものとなった。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示す自動逆洗フィルター装置を用いたクーラント装置の説明図、図２は本発明に用いた逆洗フィルターの（ａ）は断面図、（ｂ）は逆洗口を示す部分斜視図である。図１、図２に示すように、クーラント装置１０は、クーラントポンプ１１を介して加工部１２等へ送られる清浄な切削液、研削液等のクーラントが貯留されたクリーンタンク１３、加工部等より切削屑や研削屑、砥粒等が含まれた汚れた汚染クーラントが貯留されるダーティータンク１４が設けられている。ダーティータンク１４には遠心型ポンプ２が設けられ、逆洗フィルター３の供給口３１からダーティータンク１４内の汚染クーラントがメンテナンス用のボールバルブ４１を介して供給される。逆洗フィルター３は円筒状のフィルター３２の外側３３から汚染クーラントを供給し、フィルターの内側３４に排出して、汚染クーラントを濾過する。清浄クーラントはフィルターの内側３４に連通する排出口３５からボールバルブ４２、開閉弁４３、クーラント供給ライン４４を通ってクリーンタンク１３に排出される。

逆洗フィルター３には、フィルターの外側（外周）３３の一部３３ａが摺接可能にされた逆洗口３６が設けられている。逆洗口３６の出口３６ａには、開閉可能にされた逆洗バルブ４が接続され、第一戻りライン５を通ってバッファータンク４５、マグネット式分離装置４６、を介して再びダーティータンク１４に戻すように接続され、汚染クーラントをダーティータンクに戻す。逆洗フィルター３の上部に設けられたモータ付き減速機３７により、円筒状フィルター３２は軸回りに回転可能にされ、フィルター３２の外側３３全周の逆洗を可能としている。符号４０は効率的に濾過するため流路を形成するための仕切である。

逆洗フィルター３の底部には、塵埃溜まり３８が設けられている。塵埃溜まり３８の下方には塵埃排出口３９が設けられ、開閉可能にされたクリーンバルブ６が接続され、第二戻りライン７、第一戻りライン５に接続され、汚染クーラントをダーティータンク１４に戻す。逆洗バルブ４、クリーンバルブ６、第一、第二戻りライン５，７のサイズは、供給口３１、排出口３５のサイズより小さくされ、管内流速を高くして、塵埃等の汚染物質の排出を高めている。

遠心型ポンプ２はインバータモータ８により駆動するようにされ、インバータモータを回転制御するインバータ９が設けられ、図示しないシーケンサからの信号により回転数制御が行われる。また、開閉弁４３、逆洗バルブ４、クリーンバルブ６は空気圧により開閉するための空気圧弁を介して開閉切換可能にされ、空気圧弁は電気信号により制御される。シーケンサからの信号により、少なくとも、空気圧弁が動作するようにされ、開閉弁４３、逆洗バルブ４、クリーンバルブ６が開閉するようにされている。また、シーケンサはモータ付き減速機３７の回転、停止を制御するようにされている。

シーケンサにより各部品が制御されるが、本実施例自動逆洗フィルター装置の逆洗は次のようにされる。図３は本実施例の自動逆洗フィルター装置の逆洗サイクルを示すタイムチャートである。逆洗タイミング等はタイマーで管理される。図３に示すように、通常クーラント９１においては、開閉弁４３が開、逆洗バルブ４、クリーンバルブ６は閉とされ、インバータモータの回転数はクリーンタンク１３への必要量、フィルター３の濾過能力等に応じて、遠心型ポンプ２の吐出量が制御される回転数（逆洗バルブ４を閉とした通常時の回転数９１）に設定される。ボールバルブ４２は遠心型ポンプ２の吐出量の微調整及びメンテナンス時に閉とするストップバルブとして用いられる。遠心型ポンプ２の吐出圧力は、フィルター３の圧力損失、ボールバルブ４２、その他の圧力損失により、０．３ＭＰａ前後の圧力で運転される。

２〜３分程度の所定時間経過後、タイマーにより逆洗指令信号９０を発生させる。逆洗指令信号９０により、インバータモータ８の回転数が減少し、負荷は高いままなので、遠心型ポンプ２の吐出量が小さくなる。タイマー９２により逆洗指令信号から１〜２秒後に、モータ付き減速機３７を回転させ、フィルター３を回転させる。同時に逆洗バルブ４を開き、逆洗を開始する。逆洗バルブを開とすることにより、遠心型ポンプ２にかかる負荷圧が低下し、クーラント液の吐出量が増大する。しかし、回転数が低く、クーラント流量が少ないので振動や騒音が発生しない。一方、遠心型ポンプ２の回転数をそのまま、あるいは減少するのと同時に逆洗バルブ４を開くと、多大な流量が流れ振動を、騒音を発生する。

逆洗時のクーラント液は供給口３１、フィルター３を通って、フィルター３の内側３４に供給され、排出口３５、開閉弁４３を通ってクリーンタンク１３に供給されると共に、フィルター３の内側３４からフィルターの外側の一部３３から逆洗口３６へ供給され、逆洗バルブ４を通って、第一戻りライン５からダーティータンク１４側へ排出される。

このとき、遠心型ポンプ２の逆洗時の回転数９５は通常時より小さくされるが、負荷抵抗が少ない（例えば、０．１〜０．２ＭＰａ）のでクーラントの吐出量は、通常時より多く、クリーンタンク１３及びダーティータンク１４の両方にクーラントを供給するようにされる。なお、インバータモータ８の回転数は、必ずしも一定でなくてもよく、例えば図３の点線９３で示すように徐々に回転数を落としたり、点線９４に示すように、逆洗時の回転数よりも低い回転数にした後、逆洗回転数にしてもよい。

タイマー９６により、所定時間（例えば２０〜４０秒）経過後、逆洗バルブ４を閉じる。同時又はタイマー９７（回転数を点線で示す）で１〜２秒ほど遅らせて、インバータモータ８の回転数を通常の所定回転数９１まで戻し、また、モータ付き減速機３７を停止させ、次の逆洗指令信号９０まで、フィルター３による濾過を行い、１サイクル数分（９８）で通常運転、逆洗運転を行う。さらに、５〜１０サイクルに１回、通常運転状態で、クーリングバルブ６を３〜１０秒間開き、逆洗フィルター底部の塵埃溜まりに３８貯まる塵埃を第二、第一戻りライン７，５を経由してダーティータンク１４側へ排出する。さらに、数時間に１回程度、逆洗時や、クリーンバルブ開時に開閉弁４３を閉じると、遠心型ポンプ２の全吐出量が逆洗口３６、あるいは、塵埃溜まり３８に集中するのでフィルターの洗浄を効率よく行うことができる。

このように、本実施例においては、振動や騒音が少ないので長寿命でメンテナンスが容易、作業環境も改善される。さらに、タイマーにより、比較的短い時間で逆洗、通常運転を繰り返すようにしたので、常にフィルターを清浄で良好な状態を保ち、清浄クーラントを安定して供給できる逆洗フィルター装置となった。なお、通常運転時間、逆洗時間等実施例に限らず、条件に応じて適宜設定することはいうまでもない。

なお、クリーンタンク１３、ダーティータンク１４との間に仕切４７が設けられ、クリーンタンクからダーティータンク側にオーバーフローし、逆にならないようにポンプ吐出量が調整されている。また、各ラインには、メンテナンスや流量制御のために、ボールバルブや、流量調整バルブ、ストップバルブ等を適宜に配設する。さらに、油水分離器、静電浄油機、濾過器等適宜設けてもよいことはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示す自動逆洗フィルター装置を用いたクーラント装置の説明図である。本発明に用いる逆洗フィルターの（ａ）は断面図、（ｂ）は逆洗口を示す部分斜視図である。本発明の実施の形態を示す自動逆洗フィルター装置の逆洗サイクルを示すタイムチャートである。

１自動逆洗フィルター装置
２遠心型ポンプ
３逆洗フィルター
４逆洗バルブ
５第一戻りライン
６クリーンバルブ
７第二戻りライン
８インバータモータ
９インバータ
１０クーラント装置
３１供給口
３２円筒状のフィルター
３３フィルターの外側
３４フィルターの内側
３５排出口
３６逆洗口
３８塵埃溜まり
９０指令信号
９１逆洗バルブを閉とした通常時の所定回転数
９５逆洗時回転数
９２、９６、９７、９８タイマー

Claims

円筒状のフィルターと、前記フィルターの内側又は外側の一方に流体を供給する供給口と、前記フィルターを介して前記フィルターの外側又は内側に前記流体を排出して、前記フィルターにより濾過された流体を排出する排出口と、前記フィルターの内周又は外周の一部が摺接可能にされた逆洗口と、を備えた逆洗フィルターと、前記逆洗口と第一戻りライン間を開閉する逆洗バルブと、前記供給口に流体を供給する遠心型ポンプと、前記遠心型ポンプを駆動するインバータモータと、前記インバータモータを回転制御するインバータと、を有するクーラント装置において、前記逆洗バルブを閉から開に操作し逆洗をするための指令信号に基づき、前記インバータモータの回転数を前記逆洗バルブを閉とした通常時の所定回転数より低い回転数にした後、前記逆洗バルブを開とすることを特徴とする自動逆洗フィルター装置。
前記逆洗バルブを閉とした状態での前記インバータモータの回転数より低い回転数は、前記逆洗バルブを開とした時の逆洗時回転数であることを特徴とする請求項１記載の自動逆洗フィルター装置。
前記逆洗バルブを開とし、逆洗した後、前記逆洗バルブを閉とした後、又は同時に、前記インバータモータの回転数を前記通常時の所定回転数に復帰させることを特徴とする請求項１又は２記載の自動逆洗フィルター装置。
通常時間、前記指令信号から前記逆洗バルブ開時までの時間、逆洗時間がタイマーで設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の自動逆洗フィルター装置。
前記供給口側の底部に配設された塵埃溜まりと、前記塵埃溜まりと前記第一戻りライン又は第二戻りライン間とを開閉するクリーンバルブと、を備え、前記クリーンバルブの開閉時間が前記タイマーで設定されていることを特徴とする請求項４に記載の自動逆洗フィルター装置。