JP5171769B2 - ろ過モジュール - Google Patents

Description

本発明は、水処理、食品工業、医薬製造などの様々な分野で使用されるセラミック製のろ過エレメントを備えたろ過モジュールに関するものである。

原水または原液中の微細な固形物を効果的に分離する手段として、セラミック製のろ過エレメントを備えたろ過モジュールが広く用いられている。このろ過モジュールは本出願人の出願に係る特許文献１、２に記載のように、円柱状のセラミック製のろ過エレメントを、ハウジングの内部に収納し、ハウジングの端部内周面とろ過エレメントの端部外周面との間をシールした構造を備えている。

ろ過エレメントとしては、円柱状のセラミック本体の軸線方向に多数の貫通孔が平行に形成され、各貫通孔の内壁面をろ過膜としたモノリス構造のものが一般的である。ハウジングの一端から供給された原水または原液はろ過エレメントの端部から各貫通孔の内部に流入し、各貫通孔の内壁面でろ過されてろ過エレメントの側面からろ過水またはろ過液としてハウジング側部に取り出される。クロスフローろ過の場合には、各貫通孔を通過した原水または原液はろ過エレメントの他端からハウジングの他端に流出し、循環される。またデッドエンドろ過の場合には、ハウジングの他端は密閉されて原水または原液で満たされる。

このように原水または原液はろ過エレメントの両端部から流入・流出し、ろ過水またはろ過液はろ過エレメントの側面からハウジング側部に取り出されるため、ハウジングの端部内周面とろ過エレメントの端部外周面との間を確実にシールしておく必要がある。もしシールが不完全であるとろ過水またはろ過液中に原水または原液が混入することとなる。

このため、特許文献１、２では弾性環状部材からなる断面がＬ字状のシールキャップを用い、ろ過エレメントの端部外周面をシールしている。このシールキャップは優れたシール効果を発揮することができるものであるが、複雑な形状であって特注品となるために製造コストが非常に高く付くという問題を残している。

シール部分の低コスト化を図るためには、Ｏリングを用いることが考えられる。Ｏリングは様々な断面サイズのものが市販されており、また特注する場合であっても形状が単純であるからさほど高価ではない。Ｏリングを用いる場合にはハウジングの内周面にＯリング収納溝を形成し、その内部にＯリングがはめ込まれる。

ところがハウジングは金属製であるために寸法精度良く製作することができるが、セラミック製のろ過エレメントは焼き物であるために焼成収縮が不可避的に生じ、例えば直径が２００ｍｍのろ過エレメントでは外径公差が±４ｍｍ程度となる。周知のようにＯリングはＯリング収納溝の内部で押し潰されることによってシール効果を発揮するものであるが、ろ過エレメントの外径公差が±４ｍｍとなるとハウジング内面とろ過エレメントの外周面との間隔が片側で４ｍｍも変化することとなり、Ｏリングによる完全シールが困難となる。この問題を避けるためには、ろ過エレメントの外径に合せてハウジング内径を調節するなどの対策が必要となり、やはりコストアップを避けることができない。

特許第３４３９９３７号公報 特開２００５−２７０８３２号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ろ過エレメントの外径公差が大きい場合にもハウジング内径を調節する必要がなく、同一の断面サイズのＯリングによってハウジングの端部内周面とろ過エレメントの端部外周面との間を確実にシールすることができるろ過モジュールを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、多数の貫通孔が形成された円柱状のセラミック製のろ過エレメントを、ハウジングの内部に収納し、ハウジングの端部内周面とろ過エレメントの端部外周面との間をゴム製のＯリングによりシールしたろ過モジュールであって、ハウジングの端部内周面に形成されたＯリング収納溝を、該端部内周面に向かって拡がるＶ字状の断面形状を備え、かつ該端部内周面の反対位置にＯリングの逃げ込みスペースを所定幅で形成したものとし、セラミック製のろ過エレメントの外径公差を、この逃げ込みスペースへのＯリングの逃げ込み量により吸収したことを特徴とするものである。

なお、Ｏリング収納溝のＶ字状の開き角度を、５０°〜７０°とすることが好ましく、またＯリング収納溝の逃げ込みスペースを、Ｏリングの直径の２/５〜３/５の幅とすることが好ましい。

本発明によれば、セラミック製のろ過エレメントの外径公差を、Ｏリング収納溝に形成された逃げ込みスペースへのＯリングの逃げ込み量により吸収するため、ハウジング内径をろ過エレメントの外径が最大の場合にもろ過エレメントを収納できるように設定し、またＯリングをろ過エレメントの外径が最小の場合にもシールできるような太径の断面サイズを持つものとしておけば、同一の断面サイズのＯリングによってハウジングの端部内周面とろ過エレメントの端部外周面との間を確実にシールすることができる。またハウジング内径を調節する必要がないことは勿論である。このためシール部分の大幅なコストダウンが可能となる。

本発明の実施形態を示す要部の断面図である。 ろ過エレメントの外径が小さい場合の要部拡大断面図である。 ろ過エレメントの外径が図２より大きい場合の要部拡大断面図である。 ろ過エレメントの外径が更に大きい場合の要部拡大断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１において、１は金属製のハウジング、２はその内部に収納されたセラミック製のろ過エレメントである。ハウジング１は２枚の金属板を重ね合わせたフランジ部３とその下方に溶接等によって接続された円筒部４とからなり、このフランジ部３の内周面にＯリング収納溝５が形成されている。ハウジング１のフランジ部３の内径はろ過エレメント２の外径が最大の場合にもろ過エレメント２を収納できるように設定しておく。なおＯリング収納溝５の部分の詳細については後述する。

ろ過エレメント２は円柱状の多孔質セラミック基材の軸線方向に多数の貫通孔６を形成し、各貫通孔６の内壁面にろ過膜を形成したものである。そのサイズは例えば直径が２００ｍｍ、長さが１ｍである。原水又は原液は貫通孔６の内部を上向きに流れ、その間に貫通孔６の内壁面でろ過が行われ、ろ過水またはろ液は多孔質セラミック基材の内部に流入し、ろ過エレメント２の底面からハウジング１内に流入し外部に取り出される。一方、貫通孔６の上端に達した原水又は原液は、クロスフローろ過の場合にはキャップ金具７を通じて返送される。なおろ過エレメント２の上下の端面には目封じ層８が形成されている。９はろ過エレメント２の端面とフランジ部３との間に挿入されたクッション層であり、ろ過エレメント２の軸線方向長さの寸法誤差を吸収するためのものである。

上記したように、ろ過エレメント２の端面の外側領域１０には原水又は原液が存在しており、ろ過エレメント２の外周領域１１にはろ過水またはろ液が存在するため、これらの領域間は完全にシールする必要がある。このためＯリング収納溝５の内部にゴム製のＯリング１２を嵌め、ハウジング１のフランジ部３の端部内周面と、ろ過エレメント２の端部外周面との間をシールしている。

Ｏリング収納溝の断面形状は四角形または三角形であるのが普通であるが、本発明ではＯリング収納溝５を、図２に示すように、ハウジング１の端部内周面に向かって拡がるＶ字状の断面形状を備え、かつ該端部内周面の反対位置にＯリング１２の逃げ込みスペース１３を所定幅Ｗで形成したものとしてある。ゴム製のＯリング１２はＯリング収納溝の内部で押し潰された状態として用いるのが原則であり、このような逃げ込みスペース１３を形成することは一般的ではない。

本発明では規格品よりも太径のＯリング１２を用い、ろ過エレメント２の外径が小さめである場合にも図２に実線で示すように確実にシールできるようにしておく。そしてろ過エレメント２の外径が大き目である場合にはＯリング１２を図３、図４に示すようにＯリング収納溝５の内部に押し込んで変形させ、その一部を逃げ込みスペース１３内に逃がすようにする。すなわち、セラミック製のろ過エレメント２の外径公差を、この逃げ込みスペース１３へのＯリング１２の逃げ込み量により吸収する構造である。このためろ過エレメント２の外径公差に応じてハウジング１のフランジ部３の内径を変える必要はない。

このためにはＯリング収納溝５のＶ字状の開き角度αを、５０°〜７０°とすることが好ましく、またＯリング収納溝５の逃げ込みスペース１３の幅Ｗを、Ｏリング１２の直径の２/５〜３/５の幅とすることが好ましい。開き角度αがこれよりも小さいとＯリング１２が奥に向かって押し込まれ易くなり、シールに必要な反力が低下する。また開き角度αがこれよりも大きいとＯリング１２が奥に向かって押し込まれにくくなり、ろ過エレメント２の外径が大き目である場合に組み立て作業が行いにくくなる。また逃げ込みスペース１３の幅Ｗがこれよりも狭いとＯリング１２が逃げ込みスペース１３に入りにくくなり、逆に逃げ込みスペース１３の幅Ｗがこれよりも広いとＯリング１２が逃げ込みスペース１３に入り易くなり、シールに必要な反力が低下する。

逃げ込みスペース１３の断面積はろ過エレメント２の外径が公差範囲内で最大である場合にもＯリング１２が逃げることができ、シール可能なように設定しておく。なお、Ｏリング１２の材質は一般的なものでよく、ろ過対象によって耐食性に優れた材質のものを用いればよい。

以上に説明した本発明の構造によれば、セラミック製のろ過エレメント２の外径公差を、Ｏリング収納溝５に形成された逃げ込みスペース１３への逃げ込み量により吸収できるため、同一の断面サイズのＯリング１２によってハウジング１の端部内周面とろ過エレメント２の端部外周面との間を確実にシールすることができる。例えば、フランジ部３の内径が２０５ｍｍ、Ｏリング収納溝５の開き角度αを６０°、逃げ込みスペース１３の幅Ｗを６ｍｍ、Ｏリング収納溝５の深さを１１．５ｍｍとし、直径が１２ｍｍのＯリング１２を用いることにより、ろ過エレメント２の外径が１９６〜２０４ｍｍの範囲で変化しても、完全なシールが可能であることを確認した。

１ ハウジング
２ ろ過エレメント
３ フランジ部
４ 円筒部
５ Ｏリング収納溝
６ 貫通孔
７ キャップ金具
８ 目封じ層
９ クッション層
１０ ろ過エレメントの端面の外側領域
１１ ろ過エレメントの外周領域
１２ Ｏリング
１３ 逃げ込みスペース

Claims (3)

1. 多数の貫通孔が形成された円柱状のセラミック製のろ過エレメントを、ハウジングの内部に収納し、ハウジングの端部内周面とろ過エレメントの端部外周面との間をゴム製のＯリングによりシールしたろ過モジュールであって、ハウジングの端部内周面に形成されたＯリング収納溝を、該端部内周面に向かって拡がるＶ字状の断面形状を備え、かつ該端部内周面の反対位置にＯリングの逃げ込みスペースを所定幅で形成したものとし、セラミック製のろ過エレメントの外径公差を、この逃げ込みスペースへのＯリングの逃げ込み量により吸収したことを特徴とするろ過モジュール。
2. Ｏリング収納溝のＶ字状の開き角度を、５０°〜７０°としたことを特徴とする請求項１記載のろ過モジュール。
3. Ｏリング収納溝の逃げ込みスペースを、Ｏリングの直径の２/５〜３/５の幅としたことを特徴とする請求項１記載のろ過モジュール。

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