JP6883342B2 - ろ過モジュール用ケーシングの製造方法、及びろ過モジュール用ケーシング - Google Patents

Description

この発明は、円筒状のろ過フィルターを収容するケーシングの製造方法に関し、特に、ろ過フィルターを収容する円柱状のろ過室の周壁に、らせん状の通路を備えたろ過モジュール用ケーシングの製造方法に関する。

従来、上下方向に延びる円柱状のろ過室内に、側壁をろ過材とする円筒状のフィルターを配し、該フィルターの外側から内側へとろ過対象の液体を通過させて、これをろ過するろ過モジュールが広く用いられている。

かかるろ過モジュールでは、ろ過材の外周にろ滓が付着することを抑制するために、ろ過室の内壁とフィルター側壁の間の空間にらせん状の通水路を設けたものが提案されており、本発明者も、特許文献１において、かかるモジュールを提案し、そのケーシングの製造方法として、樹脂の塊材から機械加工により削り出す方法や、射出成型により形成した樹脂部材を２つ、又は３つ貼り合わせることで形状の複雑なろ過モジュール用ケーシングを形成する方法を提案している。

特開２０１８−０１５６９３号公開公報

しかし、特許文献１のろ過モジュールの製造方法において、樹脂の塊材から機械加工により削り出す方法では、薄くて長いフィンが加工中に破損する等、歩留まりが悪いという問題が有る。
また、射出成型した２つ割り部材、又は３つ割り部材を貼り合せる方法では、次のような問題が有る。即ち、（１）ろ過室内壁において貼り合せた部材間に生じる段差により、微細な脈流を生じることが確認されており、この脈流により樹脂が削れてケーシングに穴が開く虞や、らせん溝の形状が変化して循環水の流量や流速が変化する虞がある。（２）２つ割り部材、又は３つ割り部材を射出成型により形成する金型の製作費が高額である。（３）ろ過の対象となる原水は、清水だけでなく、排水、廃水、下水、高温水など種々雑多であるところ、ケーシングを樹脂により形成した場合は、原水の温度やこれに混入する粒子や薬品により、摩耗や腐食の虞がある。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、製作コストが安く、対摩耗性、及び耐食性に優れたケーシングを提供可能なろ過フィルター用ケーシングの製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、側壁でろ過を行う円筒状のフィルターを収容するフィルター収容室の周壁にらせん状フィンを有するろ過モジュール用ケーシングの製造方法であって、金属製のらせん状フィンを形成するフィン形成工程と、金属製の円管からなるケーシング本体の内部空間からなるフィルター収容室に、前記らせん状フィンを挿入するフィン挿入工程とを備える。

このように、本発明のろ過モジュール用ケーシングの製造方法では、らせん状フィンをケーシング本体とは別に形成したのち、該ケーシング本体のフィルター収容室に収容するようにしたので、棒材等の塊材を繰り抜いてらせん状フィンを削り出す場合に比べてらせん状フィンを備えたフィルター収容室を容易に形成することができ、かつ材料費が節約できる。また、こうすることで、２つ割りや３つ割り部材を貼り合せることによって発生していた段差を解消できるため、脈流の発生を防止してフィルター表面に効果的にらせん流を形成できる。

そして、本発明のろ過フィルター用ケーシングの製造方法では、前記フィルター収容室の内壁にらせん溝を形成するらせん溝形成工程を備え、前記フィン挿入工程において、前記らせん溝に前記らせん状フィンを挿入するようにして、前記らせん状フィンを前記フィルター収容室に挿入することを特徴とする。こうすることで、容易にらせん状フィンをフィルター収容室に挿入することができる。

前記フィン形成工程において、帯状の金属板を円柱体に巻き付けることによりらせん状フィンを形成することが好ましい。こうすることで、らせん状フィンを容易に形成できる。

前記フィン挿入工程において、前記らせん状フィンを回転させながら前記らせん溝に挿入することが好ましい。こうすることで、容易にらせん溝にらせん状フィルターを挿入することができる。

本発明のろ過モジュール用ケーシングの製造方法は、前記ケーシング本体に前記らせん状フィンを溶接するフィン溶接工程を備え、前記フィン溶接工程において、前記ケーシング本体の外壁側から前記らせん溝に連通する溶接用凹部を設け、前記溶接用凹部から前記らせん状フィンを前記ケーシング本体に溶接することが好ましい。こうすることで、容易にらせん状フィンをケーシング本体に固定できる。

前フィン挿入工程において、前記らせん状フィンにより形成するらせん状流路の少なくとも下側の一部を、下方に向かうにつれ徐々に狭くなるよう設けることが好ましい。ろ過対象の原液は、フィルター表面に接触しながららせん状流路を流れるうち、徐々にフィルターを透過するため流量が減少して失速する。らせん状流路を下方に向かうにつれ狭くすることで、流路の断面積をらせん状流路を流れる原水の水量に合わせることができ、また、らせん状流路を流れる原水の流速を高めることができる。

本発明は、側壁でろ過を行う円筒状のフィルターを収容するフィルター収容室の周壁にらせん状フィンを有するろ過モジュール用ケーシングであって、内部空間をフィルター収容室とする金属製の円管からなるケーシング本体と、前記ケーシング本体とは別体に構成され、前記フィルター収容室の内壁に取り付けられた金属製のらせん状フィンとを備え、前記らせん状フィンが、前記フィルター収容室の周壁に設けられたらせん溝に挿入されていることを特徴とするろ過モジュール用ケーシングを含む。前記らせん状フィンにより形成されるらせん状流路は、少なくとも下側の一部が、下方に向かうにつれ徐々に狭くなるよう設けられていることが好ましい。

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、耐久性、及び経済性に優れたろ過モジュール用ケーシングを提供できる。

本発明の一の実施形態に係るろ過モジュールの縦断面図である。 図１に示したろ過モジュールの上部外観を示す部分正面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。 らせん状フィンの形成方法の一の例を示す説明図であり、（ａ）は、らせん状フィンの形成に用いる板材を示し、（ｂ）は、その板材をらせん状に巻いてらせん状フィンに形成する様子を示している。 図１に示したケーシング本体の縦断面図である。 図１に示したケーシングの縦断面図である。 らせん状フィンをケーシング本体に溶接する様子について、（ａ）は、ケーシング本体の外側から見た状態を示す説明図、（ｂ）は、要部を縦断面で示した説明図である。 図１に示したフィルターの一部を切り欠いて示した正面図である。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳述する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の一の実施形態に係るろ過モジュール１００を示している。ろ過モジュール１００は、ケーシング１０と、フィルター２０とを主に備える他、フィルターキャップ３と、フィルターホールド４と、ケーシングキャップ５と、安全バー６とを備えている。

ケーシング１０は、図６に示すように、上端が開口した有底筒状をなし、円筒状のケーシング本体１１と、ケーシング本体１１の内周面に設けられるらせん状フィン１２と、ケーシング本体１１の底部を閉塞する円板からなる底部材１３と、底部材１３の中心に設けられた貫通孔から下方へ延出するフィルター支持管１４と、底部材１３の周縁近傍の貫通孔から下方へ延出する原水排出口１９とを備えている。ケーシング１０は、好ましくは、全体を通してステンレス鋼を加工して形成されるが、鉄やアルミニウム等他の金属を用いてもよい。耐熱性、耐食性、耐摩耗性に優れるステンレス鋼を用いることにより、地下水などの清水、工場排水、産業廃水など、広範な水質の水を処理することができる。

ケーシング本体１１は、ステンレス鋼等の金属製の円管からなり、図５に示すように、機械加工により内周面にらせん溝１５が設けられ（らせん溝形成工程）、上端近傍に径方向に対向する一対のバー孔１１ｃ，１１ｃが設けられている。らせん溝１５は、上側半分は、隣接する溝の間隔Ｗが一定であるのに対し、下側半分は下側に向かうにつれ間隔Ｗが徐々に狭くなっている。また、ケーシング本体の上端側には、後述するようにフィルター２０をケーシング１０から引き抜く際に用いるスリット状の覗き窓１１ｄ（図２参照）が周方向の２箇所に（図２では、１箇所のみ表れる）設けられるとともに、ケーシングキャップ５の下端を係止する一対の係止片１１ｅ，１１ｅが設けられている。

らせん状フィン１２は、図６に示したように、ステンレス鋼等の長板状の金属板から形成したらせん状に連なる１枚の帯材からなる。らせん状フィン１２は、フィン形成工程において、例えば、図４（ａ）に示すような長尺の板材１２Ａを、図２（ｂ）に示すように、旋盤等により回転する丸棒状のシャフト（柱状体）Ａの周りに巻き付けて形成される。らせん状フィン１２は、例えば、その下端をらせん溝１５の上端に差し込んだのち回転させることでらせん溝１５に挿入する（フィン挿入工程）。らせん溝１５には、所定の位置でらせん状フィン１２を停止させる不図示のストッパーが設けられている。
らせん状フィン１２は、幅方向の外側の端縁をらせん溝１５に挿入した状態で、図７に示すように、ケーシング本体１１の外周面かららせん溝１５と交差するようにかつ、らせん溝１５に連通するように設けた削溝（溶接用凹部）１１ａを介して、外側からケーシング本体１１に溶接される（フィン溶接工程、図７中の符号１２ｂで示した２点鎖線の楕円は、その溶接部を模式的に示している）。こうして、ケーシング本体１１にらせん状フィン１２を固定することにより、フィルター収容室１６の周壁にらせん状流路１７が形成される。

らせん状フィン１２は、フィルターの外径等に合わせて、厚さ１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ケーシング本体１１の内周面からの突出高さが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下に形成され、フィルター２０の外径がφ６２ｍｍであれば、例えば、厚み２ｍｍ、突出高さが７．５ｍｍに形成される。

らせん状フィン１２は、図６に示すように、上端側に、下方に向かうにつれ、フィンの幅が徐々に広くなるように形成された原水取り込み部１２１を備えている。こうすることで、フィルター収容室１６、及びらせん状流路１７に原水を取り込みやすくできる。また、らせん状フィン１２は、下側半分が、らせん溝１５に従って、隣接するフィンの間隔Ｗを下方に向かうにつれ徐々に小さくして、らせん状流路１７が徐々に狭くなるよう設けられている。らせん状流路１７を流れる原水は、下方へ向かうにつれ、徐々にフィルター２０を通過して流量が減少するため、流速が落ちてクロスフロー効果が十分に得られなくなるところ、このように、らせん状流路１７を下方ほど狭くすることで、原水の流速を維持して、クロスフロー効果の減少を抑制できる。

フィルター２０は、図８に示すように、内芯２１と、糸層２２と、上下一対の端部材２３，２３とを備えている。

内芯２１は、図１に示すように、樹脂、又は金属から上下両端が開口した円筒状に形成され、側壁の厚み方向に貫通する多数の貫通孔からなる矩形の窓状の通水孔２１ａが、周方向、及び軸方向に並んで格子状に形成されている。内芯２１の外周面には、図８に示すように、軸方向に延びる複数（図示の例では、周方向の４箇所に２本ずつ計８本）の懸架用凸条２１ｂが設けられている。近接して並べられた２本の懸架用凸条２１ｂ，２１ｂの間の谷間からなる凹条２１ｃは、内芯２１を再利用するために糸層２２をカッターで切断際のガイドとして利用される。

糸層２２は、内芯２１に、木綿やポリプロピレン等の撚糸を幾重にも巻回して形成されている。糸層２２に用いる撚糸は、一般に糸巻フィルターに用いられる公知の糸を、目標とするろ過量やろ過精度に合わせて適宜に選択して用いることができる。

糸層２２は、接着剤により、周方向の複数個所（例えば、２箇所）で、隣接する糸同士が接着されるとともに、懸架用凸条２１ｂに接着され、懸架用凸条２１ｂの近傍では、内芯２１の外周面からやや離間した状態で内芯２１に巻回されている。

端部材２３は、図１に示すように、フランジ部２３２を挟んで偏平筒状の内芯嵌入部２３１とろ過水排出口２３３とを備え、内芯嵌入部２３１を内芯２１に挿入するようにして、内芯２１の両端開口を塞いでいる。内芯嵌入部２３１は、外周面にフィルター２０をケーシング１０から引き抜く際に、安全バー６を差し込むための、有底孔２３ａを備えている。
有底孔２３ａは、図２に示すように、フィルター２０をケーシング１０にセットした際に、覗き窓１１ｄよりやや下方に設けられており、ケーシング１０からフィルター２０を引く抜く際には、安全バー６の先端を覗き窓１１ｄを介して上側端部材２３の有底孔２３ａに差し込み、その後端側を押し下げることにより、安全バー６を覗き窓１１ｄの縁を支点とする梃子として、フィルター２０を持ち上げるようにする。
ろ過水排出口２３３の外周面には、フィルター支持管１４の内周面との間隙を封止するＯリング７を装填するための２条のＯリング溝２３３ａ，２３３ａが設けられている。

フィルターキャップ３は、ポリプロピレン等の弾性を有する軟質樹脂から有蓋円筒状に形成され、上側の端部材２３のろ過水排出口２３３を塞ぐよう構成されている。フィルターホールド４は、有蓋筒状の把持部４１と把持部４１から上方へ突出した凸部４２と、把持部４１の下端周縁から平面視で放射状に延出する桟部４３と、桟部４３の外端に支持されるとともに、ケーシング本体１１の内周面に当接する外周部４４とを備えている。ケーシングキャップ５は、扁平の有蓋円筒状をなし、天板が多数の貫通孔５ａを有するパンチングボードにより形成され側壁に安全バー６を挿通するバー孔５ｃ，５ｃが形成されている。ケーシング１０にケーシングキャップ５を被冠して、バー孔５ｃ，１１ｃに安全バー６を挿通することで、フィルターホールド４が凸部４２を押圧されて固定されるとともに、ケーシングキャップ５の脱着が防止される。
尚、符号６１、６２は、それぞれ安全バー６の抜け落ちを防止するストッパーと閂であり、６１ａ、６１ｂは安全バー６、及び閂６２の紛失防止用チェーンである。

フィルター２０は、図１に示すように、下側の端部材２３のろ過水排出口２３３をフィルター支持管１４に差し込むようにしてケーシング１０のフィルター収容室１６に収容する。この際、覗き窓１１ｄと有底孔２３ａの位置を一致させる。糸層２２は、僅かな間隙１８を挟んでらせん状フィン１２に囲繞され、上側の端部材２３は、らせん状フィン１２の原水取り込み部１２１に囲繞された状態となる。

ろ過モジュール１００を用いてろ過を行う際は、例えば、ろ過モジュール１００をろ過対象となる原水を貯留する原水貯留槽（不図示）の底に立設しておき、当該原水貯留槽にろ過モジュール１００の上端が浸かるまで原水を貯留して、ケーシングキャップ５の貫通孔からフィルター収容室１６へ原水を投入する。原水中の大きな混入物は、ケーシングキャップ５のパンチングメタルによりろ過モジュール１００内部への流入が防止される。

フィルター収容室１６に流入した原水は、らせん状流路１７、及びらせん状フィン１２と糸層２２の間の間隙１８に流入する。らせん状フィン１２は、上端部に下方に向かうにつれ、フィンの幅が徐々に広くなる原水取り込み部１２１を備えているので、フィルター収容室１６に流入した原水が間隙１８に沿ってショートカットすることを抑制して、スムーズにらせん状流路１７に取り込むことができる。

らせん状流路１７、間隙１８を流れる原水は、一部がフィルター２０の糸層２２、及び内芯２１を通過して、ろ過水となって内芯２１の内部空間８へ流入し、内芯２１下端のろ過水排出口２３３から排出され、ろ過水を貯留するタンク等、適宜の次工程装置へ流送される。

また、フィルター収容室１６に流入した原水が、らせん状流路１７を旋回しながら流下することで、原水中の固形分等の夾雑物が遠心力によりろ過面から遠ざかる方へ分離される。加えて、らせん状に旋回する水流と、これが発生するテイラー渦、あるいはディーン渦と、糸層２２に沿って間隙１８を鉛直に流下する水流とが相俟って糸層２２表面に発生する多様な水流によりクロスフロー効果を高めることができるため、糸層２２に付着したろ滓を効率的に除去することができる。
本実施形態では、らせん状フィン１２は、ステンレス鋼製にすることで、エッジを鋭角に形成できるため、ディーン渦やテイラー渦を効果的に発生させることができ、また、樹脂製に比べて滑性が向上するため、原水の流れがスムーズになり遠心力やクロスフローの効果が高まる。

らせん状流路１７を流れる原水は、徐々にフィルター２０の糸層２２を通過して、その内部空間８に流入するため、下方に向かうにつれ水量が減少して流速が衰える。本実施形態では、らせん状流路１７を下方に向かうにつれ徐々に狭くしたので、かかる流速の減衰を抑制し、ひいてはクロスフロー効果の減衰を抑制することができる。

ケーシング本体１１は管材により形成されるため、内周面に周方向の段差がなく、かかる段差による脈流の発生を抑制できる。また、ケーシング本体１１は全体がステンレス鋼製であるため、耐薬品性、耐摩耗性に優れ、多様な液体をろ過対象とすることができる。

フィルター２０を通過せずにらせん状流路１７を下端まで流下した原水は、らせん状流路１７の下端に開口する原水排出口１９から排出され、例えば、原水貯留槽に戻されて、再度ろ過モジュール１００により処理される。

フィルター２０の逆洗を行う場合は、逆洗用ポンプ（不図示）により洗浄水を加圧して、フィルター２０の内部空間８から内芯２１、及び糸層２２を外側へと、洗浄水を通過させる。これによっても、糸層２２に蓄積したろ滓を除去できる。本実施形態では、内芯２１の外周面に懸架用凸条２１ｂにより、糸層２２のろ過糸が少なくとも懸架用凸条２１ｂの近傍で内芯２１の外周面からやや離間しているため、逆洗時にろ過糸が振動しやすく、ろ滓を効率的に除去できる。

原水は、らせん状流路１７を下るほど汚れが濃くなるため、糸層２２は、下方ほど、ろ滓の量が多くなる。本実施形態では、フィルター２０の上下にろ過水排出口２３３を有する端部材２３を設けているので、適宜に上下を交換することで、糸層全体が万遍なく汚れるまで使用できるため、フィルター２０の寿命を大きく伸ばすことができる。

本発明は、上記の実施形態に限られず、ケーシング本体の内面にらせん状溝を設けずに、らせん状フィンをケーシング本体に取り付けるようにしてもよい。例えば、らせん状溝のないケーシング本体にらせん状フィンを挿入し、その両端のみを溶接で固定するようにしてもよい。らせん状フィンは、ケーシング本体に溶接以外の方法で固定してもよい。らせん状フィンは、金属製の円管を機械加工によりらせん状に切断するようにして形成してもよい。らせん状フィンは、原水取り込み部を備えなくともよいし、全長に亘ってフィン間の幅Ｗが一定であってもよい。

フィルターは、糸巻フィルターに限らず、セラミックフィルターや不織布フィルター等、側壁をフィルター材とする公知の円筒状のフィルターを適宜に用いることができる。内芯は、懸架用凸条を備えなくともよいし、長手方向に複数個に分割したものを組み立てるようにしてもよい。

ろ過モジュールは、浸漬型のろ過モジュールではなく、加圧型、ケーシング収納型、その他の非浸漬型のろ過モジュールとしてもよい。内芯の通水孔は、長方形に限らず正方形、円形その他適宜の形状とすることができる。

１００ ろ過モジュール
１０ ケーシング
１１ ケーシング本体
１１ａ 溶接用凹部
１２ らせん状フィン
１５ らせん溝
１６ フィルター収容室
１７ らせん状流路
２０ フィルター
円柱体Ａ
間隔Ｗ

Claims (7)

1. 側壁でろ過を行う円筒状のフィルターを収容するフィルター収容室の周壁にらせん状フィンを有するろ過モジュール用ケーシングの製造方法であって、
   金属製のらせん状フィンを形成するフィン形成工程と、
   前記フィルター収容室の内壁にらせん溝を形成するらせん溝形成工程と、
   金属製の円管からなるケーシング本体の内部空間からなるフィルター収容室に、前記らせん状フィンを挿入するフィン挿入工程と
   を備え、
   前記フィン挿入工程において、前記らせん溝に前記らせん状フィンを挿入するようにして、前記らせん状フィンを前記フィルター収容室に挿入することを特徴とするろ過モジュール用ケーシングの製造方法。
2. 前記フィン形成工程において、帯状の金属板を円柱体に巻き付けることによりらせん状フィンを形成する請求項１に記載のろ過モジュール用ケーシングの製造方法。
3. 前記フィン挿入工程において、前記らせん状フィンを回転させながら前記らせん溝に挿入する請求項１に記載のろ過モジュール用ケーシングの製造方法。
4. 前記ケーシング本体に前記らせん状フィンを溶接するフィン溶接工程を備え、
   前記フィン溶接工程において、前記ケーシング本体の外壁側から前記らせん溝に連通する溶接用凹部を設け、前記溶接用凹部から前記らせん状フィンを前記ケーシング本体に溶接する請求項１に記載のろ過モジュール用ケーシングの製造方法。
5. 前記フィン挿入工程において、前記らせん状フィンにより形成されるらせん状流路の少なくとも下側の一部を、下方に向かうにつれ徐々に狭くなるよう設ける請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のろ過モジュール用ケーシングの製造方法。
6. 側壁でろ過を行う円筒状のフィルターを収容するフィルター収容室の周壁にらせん状フ
   ィンを有するろ過モジュール用ケーシングであって、
   内部空間をフィルター収容室とする金属製の円管からなるケーシング本体と、
   前記ケーシング本体とは別体に構成され、前記フィルター収容室の内壁に取り付けられた金属製のらせん状フィンと
   を備え、
   前記らせん状フィンは、前記フィルター収容室の周壁に設けられたらせん溝に挿入されていることを特徴とするろ過モジュール用ケーシング。
7. 前記らせん状フィンは、少なくとも下側の一部が、下方に向かうにつれ徐々に間隔が狭くなるよう設けられている請求項６に記載のろ過モジュール用ケーシング。

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