JP4716950B2 - 金属濾過構造体 - Google Patents

Description

本発明は、水分と固形分が混合された屎尿物質や血液等のゲル状物質を、水分と固形分に分離する機能に優れた金属濾過構造体に関し、更に詳細には、該金属濾過構造体として使用する金属製板状リング体の片面もしくは両面にキサゲ加工など特殊な凹凸加工を形成し、該金属製板状リング体を多数枚積層させた構造の金属濾過構造体に関する。

水分と固形分が混合された屎尿物質や血液等のゲル状物質を、水分と固形分に分離するための濾過材は、従来より、繊維製濾過材や不織布製濾過材が使用されている。該濾過材は網目構造を持っているので、一定期間使用するとこの網目が崩れボロボロになってしまう。あるいは、使用頻度が多い場合や脱水物質などの種類に由っては、この網目は急速に目詰まりを起こしたり、混合された物質の大部分を通過させるなど、濾過材としての機能を果たすことができなくなってしまい、濾過材交換が絶えず必要であった。特に、汚物などに対しては交換には人手が掛かり、分解清掃することを嫌われてしまう。
一方、濾紙等によらず、繰り返し使用の可能な金属濾過体として、特許文献１が存し、その概要は、揚げ油が収容される油槽内にコイルばね形濾過材を設け、該濾過材本体における径方向の内側と外側のうちの一方から流体を流入させ、他方から流出させて該流体を濾過する濾過材であって、該濾過材本体に径方向へ横断する複数の流体流通溝を該本体の全長にわたって一定間隔毎に形成し、前記流体流通溝における上流側開口の断面積を下流側開口の断面積よりも大きく設定している。
しかし、上記の特許文献１の技術は、揚げ物等の滓を対象としたものであり、本発明の対象とする水分と固形分が混合された屎尿物質や血液等のゲル状物質に対しては、その殆どが該濾過材を通過してしまい、濾過機能を期待できないものである。

特開２００５−１８６０２０号公報

そこで本発明は、金属の剛性と溝寸法精度の高さに着目し、金属製板状リング体に特殊な凹凸加工を形成することで、数ミクロンの固形分と水分を容易に分離する技術を提案すると共に、濾過材の使用回数を大幅に向上するものである。

上記目的を達成するために、本発明請求項１記載の金属濾過構造体にあっては、板状に形成した金属製リング体を２枚以上積層させて筒状の積層体を形成し、該筒状積層体の内周側と外周側とで形成される中空室と外周室のいずれか一方を負圧または加圧することで汚水を流動させる濾過体にあって、該板状のリング体の接合面に、（ａ）内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝を、キサゲ加工等によって表面に微細凹凸を刻設しつつ所定長さに形成し、（ｂ）該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成しつつ、（ｃ）該テーパ溝を外周側から内周側又は内周側から外周側に向かって連続的に接続させて、流路を形成したことを特徴とする。

請求項２記載の金属濾過構造体は、該板状のリング体の接合面に流路を形成するにあたって、該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成することに加えて、左右方向いずれか一方が深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝とし、該テーパ溝を左右方向にも接合境目を形成することを特徴とする。

請求項３記載の金属濾過構造体は、該板状金属製リング体の外周および内周が、円形、楕円形、三角形、四角形、その他多角形のいずれか一つの形状を成すことを特徴とする。

請求項４記載の金属濾過構造体は、該板状の金属製リング体がステンレス製など耐酸性、耐アルカリ性を保持し、且つ耐撓み性を保持する材料であることを特徴とする。

本発明の懸かる金属濾過構造体は、内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝を施し、該金属製板状リング体を積層した構造体であるので、外周又は内周に存する大きな固形分は該テーパ溝の入口で堰き止められる。
もし、内部に侵入しても、所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して接合境目が形成されているので、その境目の高低差により、固形分が堰き止められ濾過効果が発揮され、この作用がジグザグ状の交差が存するたびに繰り返される。同時に、流路におけるキサゲ加工等によって刻設された微細な凹凸面によって、非常に微細な固形分も捕獲されて濾過される。
従って、水分と固形分が混合された屎尿物質やゲル状物質は該金属濾過構造体の内周側又は外周側に向かうに従って濾過が成され、水分のみを内周側又は外周側に向かわせることができる。固形分は内周側又は外周側に残留させることができる。
又、請求項２に記載の如く、内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなると共に、左右方向にもいずれか一方が深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝とし、且つ、該所定長さのテーパ溝をジグザグ交差した接合境目を形成すると共に左右方向にも接合境目を形成すれば、接合境目による濾過作用は、ジグザグ交差部における境目に加えて、左右方向における境目においても発揮され、その効果が倍増する。
上記金属製板状リング体をステンレス製とすれば、アルカリ性、酸性いずれにも強く、錆び難い。剛性があるので変形し難く、真空ポンプで水分を吸引することに耐え、長期的に且つ連続的に水分と固形分の分離機能を付与することができる。

そこで、以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図1は、金属製板状リング体１の（イ）全体平面図および（ロ）全体断面図を示す。（イ）全体平面図に現れている縞状の形体は、角棒刃具にて外周側から内周側に向かってキサゲ加工で刻設し、金属製板状リング体平面２全面に凹部を形成したものである。即ち、テーパ溝２ａは外周４に面し、濾過前の水分と固形分の混合物が一次濾過される開口部７を有すると共に、各テーパ溝２ａは互いに同じ長さの傾斜面を保持して並列を保っている。更にテーパ溝２ａと次に繋がるテーパ溝２ｂは直列に重なりながら連続的なジグザグ形状の溝として刻設されるものである。従って、その溝は金属製板状リング体１の外周４から内周６に向かって形成されることになり、該連続溝の流れに沿って濾過されることを示している。
ここでキサゲ加工とは、キサゲ工具を用い、局部的に削り、摺り合わせをしながら、微小な凹凸を有する面に仕上げていくことをいう。
（ロ）全体断面図において、金属製板状リング体１の金属製板状リング体平面２には上記テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂの加工が成され、その厚さを金属製板状リング体断面３で表した。その厚さは、金属濾過材として使用する空気圧に対して容易に変形が起こらない厚さとした。

図２は、上記図１の金属製板状リング体平面２の一部を拡大し、（イ）拡大平面図、（ロ）拡大前後方向断面図および（ハ）拡大左右方向断面図を示す。
図２（イ）は上記傾斜面テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂの刻設状況を示し、上記図1に示す通り、テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂはジグザグに折れ曲がりながら交差し、その接合部で境目を形成し、それがテーパ溝２ａ、テーパ溝２ｂ、テーパ溝２ｃ・・と直列に繋がりながら外周４から内周６に向かっていることを示している。
更に、図中の矢印は外周４から内周６に向かう濾液の流れを表し、その流れが濾過の途中で分岐や合流がある流路を模式的に表した。分岐や合流のある流路は、流路長さの増大を表し、濾過効率が良い。
このとき、テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂがジグザグ状に直列に繋がるほか、左右方向のテーパ溝２ａとテーパ溝２ａ同士が並列に繋がって、その接合部で境目を形成させることができる。左右方向の接合を保持しつつ、前後方向へテーパ溝の接合境目が形成されると、繰り返しの濾過作用となって、その効率は倍増されることとなる。ここで前後方向とは、金属製板状リング体１の外周４側から内周６側に向かう方向をいう。
図２（ロ）は、上記図２（イ）のＡＢ断面を示し、上記キサゲ用角棒刃具にて形成される一次開口部７からテーパ溝２ａの傾斜面を形成すると共に、テーパ溝２ｂの同じに狭い二次開口部の刻設状況を示している。
テーパ溝２ａの詳細は、図中の傾斜面の右側が浅く、左の部分が深くなる形状とした。懸かる右の深さ部分が濾過をする固形分の開口部７となり、水分のみが通過できる深さを成す狭い開口部を形成している。この狭い開口部が、即ち、接合部で境目を形成し、濾過作用を成すこととなる。即ちこの濾過機構は、該フィルターの内周６側から空気圧にて減圧し、外周４に存在する固形分と水分は、テーパ溝２ａ部の狭い開口部から無理矢理引き込まれることになり、その一方で、該空気圧では引き込まれない大きな固形分は該狭い開口部の入口で堰き止められて通過が困難となり、水分と微細な固形分は該狭い開口部の入口を通過し、傾斜面を流路５としながら、傾斜奥のテーパ溝２ａ部の深い部分に流入して、第１次濾過を完了する。
次の段階で、上記滞溜した水分と微細な固形分８は、繋がっている次のテーパ溝２ｂの狭い開口部からテーパ溝２ｂ傾斜面の凹みに向かって引き込まれ、第２次濾過となる。この機構を順次、第３次濾過、第４次濾過と繰り返し、最終的に金属製板状リング体１の内周６側においては、水分のみが該流路５を通過することになり、その結果、上記混合物は固形分と水分に完全に分離することになる。
図２（ハ）は、上記図２（イ）のＣＤ断面を示し、テーパ溝２ａとテーパ溝２ａとを左右方向に並列に繋げて、その接合部で境目を形成させる状態を示した図である。
この図にある溝の左右方向の深さは、図中の傾斜面の左の深さ部分が浅く、右の深さ部分が深い形状とした。懸かる左手前部分が濾過をする固形分の開口部７となり、この開口部７が水分のみを通過させる深さを形成している。即ち、前後方向にある狭い開口部のテーパ溝２ｃから入った水分は、左右方向に方向変換された後、テーパ溝２ｄに流れ、テーパ溝２ｃとテーパ溝２ｄの接合部で境目を形成し、新たな濾過を形成することとなる。上記直列に繋がった前後方向のテーパ溝２ａとテーパ溝２ｂと同様に左右方向の境目においても濾過作用を発揮し、左右方向を保持しつつ、前後方向へテーパ溝の接合境目が形成されると、繰り返しの濾過作用となって、その効率は倍増されることとなる。

図３は、傾斜面テーパ溝２ａの流路５の拡大断面図を示す。図３（イ）は傾斜面流路を示し、図３（ロ）は傾斜面の流路横断面を示した。
外周４に存在する濾過前の粒子径の大きい固形分９と水分は、テーパ溝２ａ部の狭い開口部７から無理矢理引き込まれることになるが、該粒子径の大きい固形分９は外周４に取り残され、第１次濾過を完了する。テーパ溝２ａに吸入された水分と数ミクロンの微細な固形分８は、キサゲ加工を施した面粗度１〜５μｍを有している該流路５を通過する。この面粗さの谷間にも微細な固形分８は一時的に捕獲されながら、この流路中において水分と固形分の分離が行われて、その流速差が生まれながら傾斜奥の深い部分に流れ込んだ微細な固形分が溜まる。
続けて押し込まれてくる水分と微細な固形分は、次の傾斜面の流路へ押し出される。これを繰り返すことにより、固形分は徐々に流路中に残り、最終的には水分のみが該流路を通過する。その結果、固形分と水分は完全に分離することになる。
一方、図３（ロ）は傾斜面の流路横断面を表している。この断面波形は、紙面の上部から下部に向かってキサゲ加工が施されたことを示し、キサゲ工具の先端部分と上記リング体面との接点が掃引によって形成されたことを示している。
懸かる紙面の上部が濾過をする固形分の開口部７となり、この開口部７から水分と微細な固形分８が通過し、そのまま前後方向へ進行する。これ以降、上記図２（ハ）で説明したように前後方向から左右方向に流路が変更されると、該断面波形は微細な固形分８を捕獲する機能に変わり、水分のみが左右方向に進行することになって、テーパ溝の接合部で境目を形成し、新たな濾過を形成することとなる。

図４は、金属製板状リング体１の外周および内周の形状の概略図を示す。図１は外周、内周共に円形であることを示しているが、図４（イ）の外周、内周はそれぞれ楕円形、円形を示し、（ロ）の外周、内周はそれぞれ四角形、四角形であることを示している。

金属製板状リング体の材質は錆び難いステンレス鋼で、適度な硬度を有する材料が良い。

図５は金属濾過構造体の構造図（Ａ）を示す。金属製板状リング体数十枚を積層し、ボルトで固定して積層体とし、該積層体の内周側６を閉塞して密閉室１０を形成したものである。使用においては、当該密閉室１０内を負圧にすることにより、外周側４に設置した混合体から水分を吸引し、固形分は該外周側４に残存させ、水分は金属製板状リング体間の隙間を経由し内周側６から当該密閉室１０に移送吸引させることにより、固形分と水分を分離するものである。

図６は金属濾過構造体の構造図（Ｂ）を示す。金属製板状リング体数十枚を積層し、ボルト（未表示）で固定して積層体とし、該積層体の外周側４を閉塞して密閉室１０を形成したものである。使用においては、当該密閉室１０内を負圧にすることにより、内周側６に設置した混合体から水分を吸引し、固形分は該内周側６に残存させ、水分は金属製板状リング体間の隙間を経由し外周側４から当該密閉室１０に移送吸引させることにより、固形分と水分を分離するものである。

本発明は、屎尿処理のみならず、濁水汚水処理などに広く利用され得る。更に、血液中の汚染物質の処理など医療関係にも広く利用され得る。

本発明の金属製板状リング体の全体平面図および全体断面図 本発明の金属製板状リング体の拡大平面図、拡大前後方向断面図および拡大左右方向断面図 本発明の金属製板状リング体の傾斜面流路および流路横断の拡大断面図 本発明の金属製板状リング体の外周および内周形状の概略図 本発明の金属濾過構造体の構造図（Ａ） 本発明の金属濾過構造体の構造図（Ｂ）

符号の説明

１ 金属製板状リング体
２ 金属製板状リング体平面
２ａ テーパ溝
２ｂ テーパ溝
２ｃ テーパ溝
２ｄ テーパ溝
３ 金属製板状リング体断面
４ 外周
５ 流路
６ 内周
７ 開口部
８ 微細な固形分
９ 濾過前の粒子径の大きい固形分
１０ 密閉室

Claims (4)

1. 板状に形成した金属製リング体を２枚以上積層させて筒状の積層体を形成し、該筒状積層体の内周側と外周側とで形成される中空室と外周室のいずれか一方を負圧または加圧することで汚水を流動させる濾過体にあって、
   該板状のリング体の接合面に、（ａ）内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝を、キサゲ加工等によって表面に微細凹凸を刻設しつつ所定長さに形成し、（ｂ）該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成しつつ、（ｃ）該テーパ溝を外周側から内周側又は内周側から外周側に向かって連続的に接続させて、流路を形成したことを特徴とする金属濾過構造体。
2. 該板状のリング体の接合面に流路を形成するにあたって、
   該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成することに加えて、左右方向いずれか一方が深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝とし、該テーパ溝を左右方向にも接合境目を形成することを特徴とする請求項１記載の金属濾過構造体。
3. 該板状の金属製リング体の外周および内周が、円形、楕円形、三角形、四角形、その他多角形のいずれか一つの形状を成すことを特徴とする請求項１および２記載の金属濾過構造体。
4. 該板状の金属製リング体が、耐酸性、耐アルカリ性を保持し、且つ耐撓み性を保持する材料であることを特徴とする請求項１〜３記載の金属濾過構造体。