WO2018122944A1 - フィルタ - Google Patents

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WO2018122944A1
WO2018122944A1 PCT/JP2016/088832 JP2016088832W WO2018122944A1 WO 2018122944 A1 WO2018122944 A1 WO 2018122944A1 JP 2016088832 W JP2016088832 W JP 2016088832W WO 2018122944 A1 WO2018122944 A1 WO 2018122944A1
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WO
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filter
raw water
water
permeation suppression
activated carbon
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/088832
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
陽介 渡邊
啓太朗 中西
雄平 松尾
俊英 柴田
Original Assignee
本田技研工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 本田技研工業株式会社 filed Critical 本田技研工業株式会社
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Priority to PCT/JP2016/088832 priority patent/WO2018122944A1/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213Laminated layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B3/00Centrifuges with rotary bowls in which solid particles or bodies become separated by centrifugal force and simultaneous sifting or filtering

Definitions

  • the present invention relates to a filter used for a water purifier.
  • an apparatus for purifying raw water such as river water with a rotating cylindrical filter is known (see, for example, Patent Document 1).
  • raw water stored in a tank disposed above the filter is dropped into the filter.
  • the raw water in the filter is filtered through the outer periphery of the filter by centrifugal force.
  • the purified water after filtration is mainly used for beverages.
  • emergency water supply in a stricken area or the like becomes easy.
  • the filter of the conventional water purifier is configured by filling activated carbon or an ion exchange resin in the center of a cartridge type cylindrical filter unit with a hollow membrane.
  • positioned in the outer peripheral part is comprised with the module of the hollow core membrane, it is necessary to connect modules with piping etc. in the conventional filter. Therefore, the conventional filter has a problem that the pressure loss of the filter unit due to the piping is increased while the size is increased by turning the piping.
  • An object of the present invention is to provide a filter that can achieve downsizing and reduction in pressure loss.
  • the filter of the present invention that solves the above problems is characterized in that it is formed in a cylindrical shape by a laminate including a membrane filter, an activated carbon filter, and a pre-filter formed of a nonwoven fabric. According to this filter, it is not necessary to connect filter elements such as a membrane filter, an activated carbon filter, and a prefilter with pipes.
  • the filter of the present invention since it is not necessary to connect the filter elements with piping, it is possible to reduce the size of the filter and reduce the pressure loss.
  • FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the filter of FIG. 4. It is a conceptual diagram which shows the movement path
  • the water purifier in the present embodiment will be described with reference to a water purifier that filters raw water with a rotating cylindrical filter to generate potable water.
  • the water purifier in this embodiment assumes what is used in the environment where the electric power from an electric power company is not supplied, for example in a stricken area.
  • the water purifier is also assumed to be used in isolated islands and mountainous areas where there are no water supply facilities or power supply facilities, and in developing countries. Therefore, in this embodiment, the engine is assumed as a driving source for rotating the filter.
  • the present invention is configured to rotate the filter by a driving source using natural energy such as sunlight, wind power, hydraulic power, or by human power. Is not to be excluded.
  • natural water in this embodiment the thing other than the water supplied with a water supply is assumed, For example, river water, lake water, well water, spring water, rain water, etc. are mentioned.
  • FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a water purifier 1 according to the present embodiment.
  • the water purifier 1 includes a filtration unit main body 2 that filters raw water, an engine 4 (drive source) that rotates a rotating tub 8 that constitutes the filtration unit main body 2, and a support base 22. ing.
  • the water purifier 1 supplies power to the raw water pumping pump 50 (drawn with a virtual line (two-dot chain line) in FIG. 1), and a power generation unit 3 (see FIG. 2) to be described later, and filtering from the pumping pump 50.
  • a flow rate adjusting valve 5 (flow rate adjusting unit) that adjusts the flow rate of raw water fed into the main body 2, and a control unit 6 (see FIG. 8) that controls the rotational speed of the engine 4 and the opening degree of the flow rate adjusting valve 5; It is equipped with.
  • the raw water introduction hose 51 (drawn with a virtual line (two-dot chain line) in FIG. 1) supplies the raw water pumped up by the pumping pump 50 to the water purifier 1.
  • the raw water introduction hose 51 is connected to the filtration unit main body 2 via a raw water introduction hose joint 5 a formed integrally with the exterior of the flow rate control valve 5.
  • the discharge pipe 21 discharges purified water obtained by filtering raw water with the filtration unit main body 2 from one end side.
  • the other end of the discharge pipe 21 is connected to a water purification outlet 22e (see FIG. 2), which will be described later, formed on the upper support plate 22a constituting the support base 22.
  • the drain pipe 26 discharges waste water after separation of purified water from raw water by the filtration unit main body 2 and unfiltered raw water (hereinafter simply referred to as “drainage”) from one end side.
  • the other end side of the drainage pipe 26 is connected to the filtration unit main body 2 via a drainage pipe joint 15 c formed integrally with the filtration unit main body 2.
  • the support base 22 includes the upper support plate 22a, the lower support plate 22b, and support columns 22c arranged at the four corners of the support plates 22a and 22b between the upper support plate 22a and the lower support plate 22b. It is configured.
  • the upper support plate 22a supports the filtration unit body 2 on the engine 4 supported by the lower support plate 22b, and the engine 4 and the filtration unit body 2 are assembled to each other.
  • Reference numeral 22d is a caster attached to the lower four corners of the lower support plate 22b.
  • Reference numeral 52 denotes a power cord (drawn by a dotted line in FIG. 1) for supplying the electric power generated by the power generation unit 3 (see FIG. 2) to the pumping pump 50.
  • the filtration unit main body 2 includes a casing 7, a rotating tank 8 disposed in the casing 7, and a first shaft member 9 that rotatably supports the upper end side in the axial direction of the rotating tank 8. It is equipped with.
  • the lower end side of the rotating tank 8 in the axial direction is rotatably supported by a second shaft member 23 (see FIG. 2) described later. That is, the rotating tub 8 has a double-supported structure that is supported at both ends in the axial direction.
  • the casing 7 has a cylindrical shape, and includes a cylindrical member 11, a base member 13 that is circular in plan view, an inner lid 14, and an outer lid 15.
  • the cylindrical member 11 in the present embodiment is assumed to be formed of a transparent or translucent material so that the inside can be visually recognized.
  • the cylindrical member 11 can also be formed of an opaque material.
  • the base member 13 is disposed so as to close the lower opening of the cylindrical member 11.
  • the base member 13 is formed with a shaft hole 13a through which the rotation shaft 4a of the engine 4 is inserted, a storage unit 13b of the power generation unit 3 to be described later, and a purified water discharge port 13c.
  • the shaft hole 13 a is formed so as to be shifted to the outer peripheral side from the circular center of the base member 13. That is, the rotation axis Ax1 of the rotating tub 8 is formed to be shifted to the outer peripheral side of the cylindrical member 11 with respect to the central axis Ax2 of the cylindrical member 11.
  • the rotating shaft 4a of the engine 4 disposed in the shaft hole 13a is connected to a second shaft member 23 that rotates the rotating tub 8.
  • a stator 3a and a rotor 3b of the power generation unit 3 are arranged in the storage unit 13b.
  • the purified water discharge port 13c discharges purified water filtered into the space between the rotary tank 8 and the cylindrical member 11 through the purified water outlet 22e formed in the upper support plate 22a (see FIG. 1).
  • the purified water discharge port 13 c is formed so as to communicate with the wide space 24 side of the space formed between the rotating tub 8 shifted in the cylindrical member 11 and the cylindrical member 11.
  • the base member 13 is supported by the upper support plate 22a. Specifically, the base member 13 is supported by the lower end portion of the second shaft member 23 (for example, a bolt or the like) screwed into the rotating shaft 4a of the engine 4 supported by the upper support plate 22a. The power generation unit 3 and the base member 13 are fastened together on the plate 22a.
  • the inner lid 14 supports the cylindrical member 11 with being sandwiched between the base member 13. Incidentally, the inner lid 14 is fastened to the base member 13 with three long screws B1 (the other two in FIG. 2 are omitted for the sake of drawing).
  • the number of long screws B1 is not particularly limited, but is preferably a plurality.
  • the inner lid 14 has an outer peripheral wall 14b and has a substantially bottomed cylindrical shape with a low height.
  • a central hole 14 a is formed at the bottom of the inner lid 14.
  • the central hole 14a is formed corresponding to the position of the rotating tub 8 shifted eccentrically in the cylindrical member 11, and the upper end of the rotating tub 8 is disposed in the central hole 14a.
  • the outer lid 15 is disposed on the upper opening side of the substantially bottomed cylindrical inner lid 14, and forms a drainage space 25 between the outer lid 15 and the bottom of the inner lid 14.
  • the drainage space 25 communicates with the inside of the rotary tub 8 via a raw water drainage hole 18d, which will be described in detail later.
  • the peripheral edge portion of the outer lid 15 is fastened to the upper end portion of the outer peripheral wall 14b of the inner lid 14 by a plurality of bolts B2 (eight in this embodiment).
  • a mounting hole 15 a for the first shaft member 9 is formed in the outer lid 15 at a position that is concentric with the rotation axis Ax 1 of the rotating tub 8. Further, the outer lid 15 is formed with a drain outlet 15b that allows the drain space 25 and the outside of the casing 7 to communicate with each other. A drainage pipe joint 15c (see FIG. 1) is formed at the drainage outlet 15b.
  • the rotating tank 8 includes a filter 12, a filter support body 17, a filter presser 18, and a first bearing 19 a.
  • ring-shaped sealing materials 8 a are respectively disposed between the lower end portion of the filter 12, the filter support 17 and the filter 12, and between the filter 12 and the filter retainer 18.
  • the filter support 17 includes a disk portion 17 a and a frame-shaped cylindrical portion 17 b that is formed integrally with the disk portion 17 a.
  • the disk portion 17a is formed of a thin cylindrical portion 17a1 that is thin in the vertical direction and a plate portion 17a2 that closes the upper opening of the thin cylindrical portion 17a1.
  • the plate portion 17a2 is integrated with the thin cylindrical portion 17a1 and covers the upper portion of the power generation unit 3.
  • the lower part of the power generation unit 3 is disposed in the storage unit 13 b of the base member 13.
  • a boss 17a3 that protrudes upward is formed at the center of the plate 17a2 at a position that is concentric with the rotation axis Ax1 of the rotating tub 8.
  • the upper end portion of the second shaft member 23 is removably attached to the recess formed on the back side of the boss portion 17a3.
  • a circumferential groove 17a4 into which the lower end of the filter 12 is fitted is formed at a position corresponding to the lower end of the filter 12 above the plate portion 17a2.
  • the frame-shaped cylindrical portion 17b is formed by forming a frame body in which a plurality of window portions 17b1 are arranged in a cylindrical shape.
  • the window portion 17b1 communicates the inside and outside of the frame-shaped cylindrical portion 17b.
  • a cylindrical filter 12 is disposed inside the frame-shaped cylindrical portion 17b.
  • the outer peripheral surface of the filter 12 faces the space between the rotating tub 8 and the cylindrical member 11 through the window portion 17b1.
  • a female screw 17b2 into which a male screw 18e (see FIG. 2) of the filter retainer 18 to be described later is screwed is formed on the upper inner peripheral side of the frame-shaped cylindrical portion 17b.
  • the frame-shaped cylindrical portion 17b and the filter retainer 18 may be configured to be fastened to each other with a predetermined fastener (for example, a bolt or the like).
  • the filter retainer 18 has a disk shape.
  • An insertion hole 18b of the first shaft member 9 (see FIG. 2) is formed at a position corresponding to the rotation axis Ax1 of the filter retainer 18.
  • a peripheral wall 18a that protrudes upward is formed around the insertion hole 18b.
  • a storage portion 18c for the first bearing 19a is formed inside the peripheral wall 18a.
  • a plurality of raw water drain holes 18d arranged in a circle in a top view are formed on the outer peripheral side of the peripheral wall 18a.
  • the drain hole 18d allows the inside of the rotary tank 8 and the drain space 25 (see FIG. 2) to communicate with each other.
  • the axis Ax3 (see FIG. 7) in the extending direction of the drain hole 18d is inclined so as to be away from the rotation axis Ax1 of the rotation tank 8 as it goes from the inside to the outside of the rotation tank 8.
  • the outer peripheral edge portion of the filter retainer 18 forms a flange portion 18 f of the rotating tub 8 that protrudes radially outward from the upper end outer peripheral portion of the frame-shaped cylindrical portion 17 b.
  • the flange portion 18f is disposed so as to face the inner peripheral edge portion around the central hole 14a of the inner lid 14.
  • the gap between the flange portion 9b and the inner peripheral edge portion of the inner lid 14 is sealed with a water film formed during the rotation of the rotary tank 8, but between the flange portion 9b and the inner peripheral edge portion of the inner lid 14
  • a ring-shaped sealing material or the like can also be disposed.
  • the filter 12 of this embodiment will be described.
  • the filter 12 is formed of a laminate 12S including a prefilter 12a formed of a nonwoven fabric, a membrane filter 12b, and an activated carbon filter 12c.
  • FIG. 4 schematically shows the filter 12. The layer thickness of each layer of the prefilter 12a, the membrane filter 12b, and the activated carbon filter 12c, the interval between the layers, and the like are different from the actual ones.
  • the laminated body 12S is spirally formed to form a cylindrical body.
  • the filter 12 is assumed to have at least one set of units each including a prefilter 12a, a membrane filter 12b, and an activated carbon filter 12c from the inner side to the outer side in the radial direction of the cylindrical body. Therefore, the filter 12 is not limited to the one having a set of units shown in FIG. 4, and the filter 12 may have a configuration having two or more sets.
  • the filter 12 in this embodiment includes a sealing material 12d that joins the edge portions in the circumferential direction of the wound membrane filter 12b.
  • This sealing material 12d is disposed so as to extend in the axial direction of the cylindrical body (the direction perpendicular to the plane of FIG. 4) in order to join the edge portions of the membrane filter 12b.
  • the sealing material 12d of the filter 12 having a plurality of sets of units described above is configured such that in at least one set of the plurality of units, the membrane filters 12b adjacent to each other in the radial direction are arranged in the axial direction. It can arrange
  • the prefilter 12a is formed of a nonwoven fabric as described above.
  • the pore diameter of the prefilter 12a can be about 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the prefilter 12a is preferably formed of a non-woven thermoset. Specifically, a thermoset of a nonwoven fabric made of thermoplastic resin fibers is preferable. As will be described later, this non-woven fabric thermoset is obtained by cooling and curing a thermoplastic resin fiber once melted by heat.
  • the thermoplastic resin is not particularly limited.
  • polyolefin resins such as polypropylene (PP) and polyethylene (PE)
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC polycarbonate resins
  • polystyrene resins such as (PS), polyvinyl chloride resins such as polyvinyl chloride (PVC), polyamide resins such as nylon 6 and nylon, polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF),
  • PS polyvinyl chloride resins
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVA polyvinyl alcohol
  • PAN polyacrylonitrile
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • Examples include polyethersulfone (PES) and polyethylene oxide (PEO).
  • Examples of the membrane filter 12b include those having a pore diameter of about 0.2 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • a material of the membrane filter 12b For example, what consists of said thermoplastic resin is mentioned.
  • those made of polycarbonate (PC) are preferable.
  • the activated carbon filter 12c is not particularly limited as long as it contains activated carbon, but an activated carbon sheet is preferable from the viewpoint of easy handling.
  • the activated carbon sheet include a wet papermaking sheet made of a composition comprising powdered activated carbon, fibrous activated carbon, heat-fusible fiber, and the like.
  • the activated carbon filter 12c made of an activated carbon sheet preferably has an apparent density of about 0.35 to 0.55 g / cm 3 .
  • the activated carbon sheet can also use a commercial item.
  • the radial thickness of the activated carbon filter 12c made of the activated carbon sheet in the present embodiment can be set to about 2 mm to 5 mm.
  • the material of the sealing material 12d is not particularly limited as long as the membrane filter 12b can be bonded to each other. Especially, what can heat-seal membrane filter 12b is preferable.
  • the sealing material 12d made of the same kind of thermoplastic resin as the membrane filter 12b is particularly preferable.
  • an adhesive containing a solvent that can be volatilized and removed can be used as the sealing material 12d.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the filter 12 according to a modification of the filter 12 of FIG.
  • FIG. 5 schematically shows the filter 12.
  • the filter 12 includes a set of units each including a pre-filter 12a, a membrane filter 12b, and an activated carbon filter 12c from the inner side to the outer side in the radial direction of the cylindrical body.
  • the filter 12 further includes a prefilter 12a in the radially outermost layer.
  • the filter 12 can also have a configuration having two or more units.
  • the filter 12 includes a first raw water permeation suppression layer 12e and a second raw water permeation suppression layer 12f.
  • the first raw water permeation suppression layer 12e and the second raw water permeation suppression layer 12f are layers that reduce the permeability of raw water that attempts to permeate the activated carbon filter 12c from the inner side to the outer side in the radial direction, or the raw water. It is formed of a layer that does not substantially transmit light. Of these, impermeable layers that do not allow the permeation of raw water are more preferable as the raw water permeation suppression layers 12e and 12f.
  • the first raw water permeation suppression layer 12e is disposed so as to extend along the circumferential direction on the outer diameter side layer of the activated carbon filter 12c.
  • Two first raw water permeation suppression layers 12e are arranged in the circumferential direction.
  • Each of the first raw water permeation suppression layers 12e is disposed so as to face each other across the center of the cylinder. In other words, the two first raw water permeation suppression layers 12e are intermittently arranged in the circumferential direction.
  • each of the first raw water permeation suppression layers 12e in the present embodiment is set to a length of about one quarter of the circumference on the outer diameter side of the activated carbon filter 12c.
  • the distance along the circumferential direction between the end portions of the first raw water permeation suppression layer 12e is set to a length of about one quarter of the circumferential length on the outer diameter side of the activated carbon filter 12c.
  • the second raw water permeation suppression layer 12f is arranged so as to extend along the circumferential direction in the layer of the activated carbon filter 12c. That is, the second raw water permeation suppression layer 12f is disposed on the radially inner side of the first raw water permeation suppression layer 12e.
  • Two second raw water permeation suppression layers 12f are arranged in the circumferential direction. Each of the second raw water permeation suppression layers 12f is disposed so as to face each other across the center of the cylinder. In other words, the two second raw water permeation suppression layers 12f are intermittently arranged in the circumferential direction.
  • natural water permeation suppression layer 12f overlap with the circumferential direction by predetermined length L1, and overlap part 12g. Is forming.
  • the length L1 in this embodiment can be set to 5 mm to 20 mm.
  • the filter 12 in this embodiment is provided with the group of the 1st raw
  • natural water permeation suppression layer 12e and the 2nd Any one of the raw water permeation suppression layers 12f may be used.
  • the number of the first raw water permeation suppression layers 12e and the second raw water permeation suppression layers 12f is not particularly limited, and can be 3 or more, respectively, but should be an even number facing each other across the rotation center. Is desirable.
  • FIGS. 6A to 6E are manufacturing process diagrams.
  • a pair of nonwoven fabrics 31 forming the prefilter 12a are arranged on a predetermined support (not shown) so as to sandwich the membrane filter 12b in the center.
  • the length L2 of the membrane filter 12b is set to a length L3 (see FIG. 6B) that is substantially equal to the circumferential length of the cylindrical body, and is twice as long as the length L4 of the overlap margin 32 described below. It is set to be equal to the length obtained by adding.
  • the length of the nonwoven fabric 31 is set longer than the length of the membrane filter 12b, although not shown.
  • the activated carbon sheet 33 that forms the activated carbon filter 12c is placed on the membrane filter 12b, leaving the length L4 of the overlap margin 32 at both ends of the membrane filter 12b.
  • the sealing material 12d is disposed on one side of the stacking allowance 32.
  • the nonwoven fabric 31, the membrane filter 12 b, and the activated carbon sheet 33 are wound around the cylindrical inner mold 34.
  • the outer diameter of the inner die 34 is set to be equal to the inner diameter of the filter 12 (see FIG. 3).
  • the wound body 35 of the nonwoven fabric 31, the membrane filter 12b, and the activated carbon sheet 33 (see FIG. 6 (c)) is placed in an outer mold (not shown), and wound.
  • the rotating body 35 is heated and compressed from the outer peripheral side.
  • the layer structure of the wound body 35 is one layer of the nonwoven fabric 31, one layer of the membrane filter 12 b, one layer of the activated carbon sheet 33, and two layers of the nonwoven fabric 31 in order from the inner mold 34 side.
  • the layers of the nonwoven fabric 31, the membrane filter 12b, and the activated carbon sheet 33 (see FIG. 6C) are heat-sealed.
  • the edge parts of the membrane filter 12b are heat-sealed through the sealing material 12d (refer FIG.6 (c)).
  • the fibers constituting the nonwoven fabric 31 are also heat-sealed.
  • the wound body 35 is cured by being cooled to room temperature. Thereafter, the inner mold 34 (see FIG. 6D) is extracted from the wound body 35 to complete the filter 12 having self-supporting properties.
  • the assembly of the rotary tub 8 having the filter 12 as described above is performed by arranging the lower end portion of the filter 12 in the circumferential groove 17a4 of the filter support 17 (plate portion 17a2) in which the sealing material 8a is first arranged. To do. Then, the filter support 17, the filter 12, and the filter retainer 18 are integrated with each other by screwing the male thread 18e of the filter retainer 18 on which the sealing material 8a is disposed with the female thread of the filter support 17 (frame-shaped cylindrical portion 17b). can do.
  • the rotary tank 8 is assembled by disposing the first bearing 19 a in the storage portion 18 c of the filter retainer 18.
  • the 1st shaft member 9 (refer FIG. 1) which comprises the filtration part main body 2 (refer FIG. 1) is demonstrated.
  • the first shaft member 9 in the present embodiment is fastened to the outer lid 15 of the casing 7 with a plurality of bolts B ⁇ b> 3 (four in this embodiment).
  • the first shaft member 9 includes a shaft portion 9a and a flange portion 9b formed integrally with the shaft portion 9a.
  • the shaft portion 9 a has a cylindrical shape, and pivotally supports the upper side of the rotating tub 8 via the first bearing 19 a of the rotating tub 8.
  • the flange portion 9b has an inverted frustoconical shape that decreases in diameter toward the shaft portion 9a.
  • the flange portion 9b constitutes a fastening portion for fastening the first shaft member 9 to the outer lid 15 of the casing 7 as described above, and the lower surface of the inverted truncated cone shape contacts the first bearing 19a of the rotating tub 8. Touching.
  • reference numeral 5 a is a raw water introduction hose joint formed integrally with the exterior of the raw water flow control valve 5
  • reference numeral 51 is a raw water introduction hose connected to the raw water introduction hose joint 5 a.
  • Raw water is introduced into the rotary tank 8 of the filtration unit body 2 as described above via the pumping pump 50 (see FIG. 1), the raw water introduction hose 51, the raw water introduction hose joint 5 a, and the first shaft member 9.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing the movement path of raw water in the rotating tub 8. As shown in FIG. 7, when the raw water R is introduced into the rotating rotary tank 8, the raw water R moves to the inner peripheral surface side of the rotary tank 8 by centrifugal force.
  • the symbol WL schematically represents the water level of the raw water R during rotation.
  • the raw water R that has moved to the inner peripheral surface side of the rotary tank 8 passes through the filter 12 of the rotary tank 8 by centrifugal force. As a result, the raw water R is filtered to become purified water P, and the purified water P is discharged through the space between the rotary tank 8 and the cylindrical member 11 (see FIG. 2) of the casing 7 (see FIG. 2) as described above. 21 (see FIG. 1).
  • the purified water P taken out from the discharge pipe 21 is mainly used for beverages.
  • the drainage D after separating the purified water P is supplied to the inner lid 14 (see FIG. 2) and the outer lid 15 of the casing 7 (see FIG. 2) through the drainage holes 18d formed in the filter retainer 18 of the rotary tank 8. It is discharged into a drainage space 25 (see FIG. 2) formed between (see FIG. 2).
  • the axis Ax3 in the extending direction of the drain hole 18d is inclined so as to be away from the rotation axis Ax1 of the rotating tub 8 as it goes from the inside to the outside of the rotating tub 8 as described above.
  • the drainage D discharged into the drainage space 25 (see FIG. 2) is discharged out of the casing 7 via the drainage pipe 26 (see FIG. 1) and discarded.
  • the engine 4 that is the drive source in the present embodiment for rotating the rotating tub 8 will be described with reference mainly to FIG.
  • Examples of the engine 4 include internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines.
  • the engine 4 includes a cylinder block having a cylinder that reciprocates the piston by combustion of fuel, and a crankcase that rotatably supports a crankshaft that converts the reciprocating motion of the piston into a rotational motion. .
  • Numeral 4b is a starting pulley connected coaxially with the crankshaft, and the pulley 4b is engaged with a recoil starter (not shown). The user can start the engine 4 by pulling a cable (not shown) wound around the recoil starter.
  • the pulley 4b is accommodated in a pulley accommodating portion 22a1 formed on the lower surface of the upper support plate 22a. Moreover, the pulley 4b is connected coaxially with the above-described rotating shaft 4a. And the rotating shaft 4a is rotatably supported by the upper support plate 22a via the 2nd bearing 19b. Further, the rotating shaft 4 a is inserted into the shaft hole 13 a of the base member 13 constituting the casing 7 as described above, and the distal end portion is coaxially connected to the second shaft member 23. The engine 4 as described above rotates the rotating tub 8 by transmitting a rotational force to the second shaft member 23 via the rotating shaft 4a.
  • the power generation unit 3 in this embodiment is an AC generator. As shown in FIG. 2, the power generation unit 3 includes a stator 3 a disposed in the storage unit 13 b of the base member 13 and a rotor 3 b that is attached to the second shaft member 23 and rotates outside the stator 3 a. Has been. In the stator 3a, although not shown, any of the U-phase, V-phase, and W-phase coils is wound around each tooth. The outer peripheral side of the stator 3a is opposed to the inner peripheral side of the rotor with a minute gap. Each tooth constitutes a magnetic pole on the stator 3a side.
  • a plurality of permanent magnets are attached to the inner peripheral side of the rotor 3b. Each magnetic pole on the stator 3a side inputs and outputs a magnetic flux with the permanent magnet on the rotor 3b side.
  • the rotor 3 b attached to the second shaft member 23 is rotated by the engine 4 to generate an alternating current.
  • the generated alternating current is converted into a predetermined frequency by a converter, an inverter, or the like, and supplied to the pumping pump 50 (see FIG. 1) via the power cord 52 (see FIG. 1).
  • the pumping pump 50 used with the water purifier 1 the electric power generation part 3 is used for the electric power supply with respect to this external device. Therefore, for example, the alternator of the engine 4 used as a driving source of the rotating tub 8 is not used for the power supply of the external device, and thus does not correspond to the power generation unit 3.
  • the flow rate control valve 5 (see FIG. 2) in the present embodiment is an electromagnetic valve whose opening degree is changed by a command from the control unit 6 described below.
  • the flow rate control valve 5 is closed, the introduction of raw water into the rotary tank 8 is interrupted. Further, the opening degree of the flow rate adjusting valve 5 is adjusted according to the degree of clogging of the filter 5 of the rotary tank 8.
  • the control unit 6 is operated by a predetermined program of the water purifier 1 and includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • storage areas for programs, data, maps, and the like for the CPU to execute predetermined procedures are set.
  • the control unit 6 includes a rotation speed acquisition unit 6a, a differential pressure acquisition unit 6b, a clogging detection unit 6c, a water level acquisition unit 6d, and a rotation speed / flow rate setting unit 6e.
  • Rotational speed acquisition unit 6a acquires the rotational speed of the rotating tub 8 based on the signal output from the rotational speed sensor S1. Moreover, the rotational speed acquisition part 6a outputs the acquired rotational speed of the rotary tank 8 to the clogging detection part 6c. Further, the rotation speed acquisition unit 6a outputs the acquired rotation speed of the rotating tub 8 to the rotation speed / flow rate setting unit 6e.
  • the differential pressure acquisition unit 6b acquires the pressure difference (atmospheric pressure difference) inside and outside the filter 12 in the rotated rotary tank 8 before the raw water R is supplied into the rotary tank 8. That is, the differential pressure when air passes from the inside to the outside of the filter 12 by the centrifugal force when the rotating tub 8 rotates is acquired.
  • the differential pressure acquisition unit 6b acquires the atmospheric pressure inside the filter 12 of the rotating tub 8 that rotates based on the pressure detection signal output from the first pressure sensor S2 arranged inside the filter 12. Further, the differential pressure acquisition unit 6b acquires the atmospheric pressure outside the filter 12 of the rotating tub 8 based on the pressure detection signal output from the second pressure sensor S3 arranged outside the filter 12. Further, the differential pressure acquisition unit 6b acquires a differential pressure (atmospheric pressure difference) inside and outside the filter 12 by subtracting the outside air pressure from the air pressure inside the filter 12.
  • the clogging detection unit 6c detects the degree of clogging of the filter 12 by comparing the differential pressure output from the differential pressure acquisition unit 6b with a preset differential pressure threshold value. This differential pressure threshold will be described in detail later.
  • the water level acquisition unit 6d acquires the water level WL (see FIG. 7) in the rotated rotating tank 8 based on the signal output from the water level sensor S4 after the raw water R is supplied into the rotating tank 8. Further, the water level acquisition unit 6d outputs the water level WL to the rotation speed / flow rate setting unit.
  • the rotational speed / flow rate setting unit 6e increases the rotational speed of the rotating tub 8 and / or reduces the flow rate of the raw water R so that the engine 4 and / Or commands the flow control valve 5;
  • symbol 10 is the touchscreen of the water purifier 1, and is comprised by the display part 10a and input part 10b which consist of a liquid crystal screen.
  • the display unit 10 a displays a warning for replacing the filter 12 in accordance with a command from the control unit 6.
  • the input unit 10b is configured by an operation selection menu of the water purifier 1 such as an ON / OFF switch of the water purifier 1 or a control unit 6 that performs a first procedure or a second procedure described below. ing.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a first procedure for the control unit 6 to detect in advance the degree of clogging of the filter 12 before introducing the raw water R into the rotating tub 8.
  • the rotation speed acquisition unit 6a of the control unit 6 acquires the rotation speed of the engine 4 (step S102).
  • the differential pressure acquisition unit 6b of the control unit 6 acquires the differential pressure inside and outside the filter 12 (step S103).
  • the clogging detection unit 6c of the control unit 6 calculates a differential pressure threshold corresponding to the rotation speed of the engine 4 output from the rotation speed acquisition unit 6a by referring to a map prepared in advance.
  • FIG. 10 is a map that is referred to by the control unit and shows the relationship between the rotational speed of the engine 4 and the differential pressure threshold value.
  • the degree of clogging of the filter 12 is proportional to the magnitude of the differential pressure inside and outside the filter 12.
  • the differential pressure threshold value that serves as a reference for determining the degree of clogging increases as the rotational speed of the rotating tub 8 increases, in other words, as the rotational speed of the engine 4 increases.
  • the map shown in FIG. 10 is obtained by determining the relationship between the differential pressure threshold value for determining the degree of clogging by a simulation test performed in advance and the rotational speed of the engine 4 (rotational speed of the rotary tank 8).
  • step S104 the clogging detection unit 6c of the control unit 6 corresponds to the rotation speed of the engine 4 based on the rotation speed of the engine 4 output from the rotation speed acquisition unit 6a and the map shown in FIG. Get the differential pressure threshold.
  • the clogging detection unit 6c of the control unit 6 determines whether or not the differential pressure is smaller than the differential pressure threshold (step S105). Then, when the differential pressure is smaller than the differential pressure threshold value (Yes in step S105), the clogging detection unit 6c instructs the flow rate adjustment valve 5 of the raw water R to feed the raw water R to the rotary tank 8 at a predetermined flow rate. It is introduced (step S106). Further, when the differential pressure is larger than the differential pressure threshold (No in step S105), the clogging detection unit 6c issues a command to the display unit 10a to display a warning for replacing the filter 12 (step S107). Thus, the first procedure as a subroutine executed by the control unit 6 is completed.
  • FIG. 11 to be referred to shows a second procedure in which the control unit 6 adjusts the rotation speed of the rotating tank 8 and the introduction flow rate of the raw water R to the rotating tank 8 after the introduction of the raw water R to the rotating tank 8 is started. It is a flowchart to explain.
  • the rotational speed / flow rate setting unit 6e of the control unit 6 monitors the rotational speed of the rotary tank 8 transmitted from the rotational speed acquisition unit 6a, and the initial rotational speed is preset. A command is issued to the engine 4 so as to achieve the first rotation speed N1 (step S201). Further, the rotational speed / flow rate setting unit 6e instructs the flow rate adjustment valve 5 of the raw water R so as to be the first flow rate Q1 (step S201). At this time, the rotation speed / flow rate setting unit 6e can set the first flow rate Q1 to a predetermined value set in advance, or can set it based on the differential pressure.
  • FIG. 12 is a map showing the relationship between the differential pressure inside and outside the filter 12 and the first flow rate Q1 of the raw water R in the flow rate control valve 5.
  • the water level WL in the rotary tank 8 is preferably set by balancing the amount of purified water filtered by the filter 12 and the amount of drainage discharged from the drain hole 18d. However, when the clogging of the filter 12 proceeds, the amount of purified water filtered by the filter 12 decreases. Therefore, when the initial first flow rate Q1 is maintained, the amount of drainage discharged from the drainage hole 18d increases.
  • FIG. 12 shows a simulation test of the relationship between the differential pressure, which is an index of the degree of clogging of the filter 12, and the first flow rate Q1 of the raw water R that maintains the optimum value of the water level WL of the raw water R in the rotary tank 8. Is obtained in advance. That is, the rotational speed / flow rate setting unit 6e of the control unit 6 can set the first flow rate Q1 of the raw water R that maintains the optimum value of the water level WL according to the differential pressure by referring to this map. it can.
  • the rotation speed / flow rate setting unit 6e monitors the water level WL (see FIG. 7) in the rotating tank 8 transmitted from the water level acquisition unit 6d. Then, the rotation speed / flow rate setting unit 6e determines whether or not the water level WL is larger than a preset water level threshold (step S202). If the water level WL is smaller than the water level threshold (No in step S202). ), This step S202 is repeated.
  • the rotation speed / flow rate setting unit 6e has a second rotation speed N2 (N2> N1) that is faster than the preset first rotation speed N1.
  • a command is issued to the engine 4 so as to become (step S203).
  • the rotation speed / flow rate setting unit 6e monitors the water level WL (see FIG. 7) in the rotating tank 8 transmitted from the water level acquisition unit 6d. Then, the rotational speed / flow rate setting unit 6e determines whether or not the water level WL is larger than a preset water level threshold (step S204). If the water level WL is smaller than the water level threshold (No in step S204). ), This step S204 is repeated.
  • the rotation speed / flow rate setting unit 6e becomes the second flow rate Q2 (Q2 ⁇ Q1) smaller than the preset first flow rate Q1.
  • a command is given to the flow rate adjustment valve 5 of the raw water R (step S205).
  • the second flow rate Q2 can be set to the lowest limit value of the throughput of the raw water R required for the water purifier 1, but is not limited to this, and is a value larger than the lowest limit value. It can also be set appropriately.
  • the rotation speed / flow rate setting unit 6e monitors the water level WL (see FIG. 7) in the rotating tank 8 transmitted from the water level acquisition unit 6d. Then, the rotational speed / flow rate setting unit 6e determines whether or not the water level WL is larger than a preset water level threshold (step S206). If the water level WL is smaller than the water level threshold (No in step S206). ), This step S206 is repeated.
  • Step S206 when the water level WL is larger than the water level threshold (Yes in Step S206), the rotation speed / flow rate setting unit 6e stops the engine 4 and closes the flow rate control valve that is the flow rate control valve 5 of the raw water R ( Step S207).
  • the display unit 10a is instructed to display a filter 12 replacement warning (step S208). Thereby, the second procedure as a subroutine executed by the control unit 6 is completed.
  • the laminated body 12S including the prefilter 12a, the membrane filter 12b, and the activated carbon filter 12c is formed in a cylindrical shape.
  • the casing that accommodates the filter can be made compact compared to the membrane filter.
  • the cylindrical filter 12 is superior in strength when a filtration pressure is applied, for example, than a pleat filter combined into a cylindrical shape.
  • this filter 12 since it is formed in the cylindrical shape by the laminated body 12S, for example, the connection by piping etc. becomes unnecessary compared with the thing which modularized each of the component of the filter. Thereby, while being able to achieve size reduction of the water purifier 1, the pressure loss of the raw water which flows in the water purifier 1 can be reduced.
  • the prefilter 12a is rich in self-supporting properties, so that the shape retention performance of the filter 12 during raw water filtration is excellent. Moreover, according to this prefilter 12a, since it is excellent in dimensional stability, the assembly
  • a filter having a prefilter 12a, a membrane filter 12b, and an activated carbon filter 12c concentrically In comparison, it can be obtained by a simple manufacturing method such as roll molding.
  • the membrane filters 12 adjacent in the radial direction can be joined together with the sealing material 12d in the axial direction. According to this filter 12, it is possible to more reliably prevent raw water from leaking through the membrane filters 12 without passing through the membrane filter 12. Thereby, the filtration performance of the filter 12 can be improved further.
  • the laminated body 12S is the raw
  • the raw water permeation suppression layers 12e and 12f suppress the permeability of the raw water that attempts to permeate the activated carbon filter 12c from the inner side to the outer side in the radial direction.
  • the raw water supplied into the rotating filter 12 passes through the radially inner prefilter 12a and membrane filter 12b by centrifugal force, and then is sent to the activated carbon filter 12c. Then, permeation
  • the effective filtration length of the activated carbon filter 12c can be increased as compared with the filter without the raw water permeation suppression layers 12e and 12f. Thereby, the contact time of raw
  • natural water permeation suppression layer 12f are the circumferential direction by predetermined length.
  • the overlapping portion 12g is formed so as to overlap with each other. According to this filter 12, since the flow path of the raw water from the activated carbon filter 12c toward the radially outer prefilter 12a can be limited to the overlapping portion 12g, the contact time between the raw water and the activated carbon filter 12c is made longer. be able to.
  • the water purifier 1 (refer FIG. 2) of this embodiment is the rotary tank 8 which has such a filter 12, and the electric power generation part 3 which has the rotor 3b arrange
  • the pumping pump 50 (refer FIG. 1) prepared separately from this water purifier 1 with the electric power output from the electric power generation part 3 can be driven.
  • the raw water itself is not increased in size and weight, and a large amount of raw water is supplied from the pumping pump 50 so that a large amount of purified water can be obtained efficiently.
  • the power generation part 3 can be incorporated in the water purification apparatus 1 in a compact manner, and further downsizing can be achieved. Is achieved.
  • the purified water discharge port 13 c (see FIG. 2) is a wide space among the spaces formed between the cylindrical member 11 and the rotating tub 8 shifted eccentrically in the cylindrical member 11 (see FIG. 2). 24 (see FIG. 2) side. Thereby, the large opening area of the discharge port 13c of purified water can be ensured, and the water purifier 1 can obtain much purified water efficiently.
  • both ends in the axial direction of the rotating tub 8 have a double-supported structure that is rotatably supported by the first shaft member 9 and the second shaft member 23.
  • the water purifier 1 can stably rotate the rotating tub 8 at a high speed, unlike a conventional water purifier having a cantilever structure (see, for example, Patent Document 1). Therefore, according to the water purifier 1, a lot of purified water can be obtained efficiently.
  • the flange portion 9 b (see FIG. 2) of the first shaft member 9 has an inverted truncated cone shape, and the lower surface of the inverted truncated cone shape comes into contact with the first bearing 19 a of the rotating tub 8. Yes. Thereby, the upper side of the rotating tub 8 is stably supported by the casing 7 by the first shaft member 9.
  • the first shaft member 9 since the first shaft member 9 is supported by the casing 7, it constitutes a stationary portion with respect to the rotating tub 8 that rotates. Therefore, the first shaft member 9 can be used as a support portion for the first pressure sensor S2 (see FIG. 8), the water level sensor S4, and the like disposed in the rotary tub 8.
  • the upper end of the second shaft member 9 is detachably attached to the recess on the back side of the boss portion 17 a 3 of the rotating tub 8.
  • the rotary tank 8 can be easily taken out from the casing 7 by removing the inner lid 14 and the outer lid 15 of the casing 7.
  • the filter 12 can be easily detached from the rotary tank 8 by unscrewing the filter retainer 18 and the filter support 17 of the rotary tank 8. This simplifies the replacement work of the filter 12.
  • the rotation tank 8 is the flow path 9c (introduction hole) of the raw
  • the drainage D in the rotary tank 8 forms a flow (cross flow) that intersects the direction in which the purified water P flows when discharged from the drain hole 18d.
  • the drainage D flows along the membrane surface of the filter 12.
  • the residue filtered off on the membrane surface of the filter 12 is discharged out of the rotary tank 8 together with the drainage D. Therefore, the water purifier 1 can extend the replacement period of the filter 12.
  • the axis Ax3 in the extending direction of the drain hole 18d is inclined so as to be away from the rotation axis Ax1 of the rotating tub 8 as it goes from the inner side to the outer side of the rotating tub 8. That is, in the drain hole 18d, the centrifugal force applied to the drain D located near the outlet of the drain hole 18d is larger than the centrifugal force applied to the drain D positioned near the inlet of the drain hole 18d. Thereby, the waste water D in the rotating tub 8 is smoothly sent out from the inside of the rotating tub 8 to the outside.
  • the water purifier 1 can detect the degree of clogging of the filter 12 before the introduction of raw water by including a control unit 6 having a clogging detection unit 6c.
  • the water purifier 1 is provided with a control unit 6 having a rotation speed / flow rate setting unit 6e, so that the engine 4 (drive) according to the degree of clogging of the filter 12 after introduction of raw water.
  • the rotation speed of the source) and / or the flow rate of the raw water introduced by the flow rate control valve 5 (flow rate control unit) can be adjusted.
  • the power generation unit 3 in the above embodiment is assumed to be an AC generator, but can also be a DC generator.
  • the output direct current is converted into an alternating current having a predetermined frequency by an inverter or the like.
  • the power output from the power generation unit 3 in this embodiment is used as a power source for the pumping pump 50 (see FIG. 1)
  • this power is used as another external device such as a night illumination device. It can also be used as a power source.
  • membrane filter 12b in the above embodiment is assumed to be a physical filtration membrane, an ion exchange membrane, a reverse osmosis membrane, or the like can also be used.
  • drain hole 18d in the said embodiment assumes what was provided only in the upper side of the rotation tank 8, only the lower side of the rotation tank 8, or the structure provided in both upper and lower sides, You can also
  • the structure which attaches the rotor 3 of the electric power generation part 3 to the 2nd shaft member 23 it can also be set as the structure attached to the lower part of the rotating tank 8, and rotating on the outer side of the stator 3a. According to such a power generation unit 3, the structure is more compact.
  • control unit 6 in the embodiment adjusts the rotational speed of the engine 4 in two stages of the first rotational speed N1 and the second rotational speed N2, and the amount of raw water introduced by the flow control valve 5 is adjusted to the first flow rate Q1. And the second flow rate Q2 is adjusted in two stages.
  • control unit 6 may be configured to gradually increase the rotational speed of the engine 4 steplessly and gradually reduce the amount of raw water introduced steplessly in accordance with the degree of clogging of the filter 12.

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Abstract

本発明のフィルタ(12)は、メンブレンフィルタ(12b)と、活性炭フィルタ(12c)と、プレフィルタ(12a)とを含む積層体(12S)で円筒形状に形成されていることを特徴とする。このフィルタ(12)は、例えば被災地などで電力会社からの電力が供給されない環境下において使用されて飲用可能な浄水を多量に生成する浄水装置に組み込まれる。

Description

フィルタ
 本発明は、浄水装置に使用するフィルタに関する。
 従来、回転する円筒状のフィルタで河川水などの原水を浄化する装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この浄水装置では、フィルタの上方に配置されるタンク内に貯留される原水が、フィルタ内に滴下される。フィルタ内の原水は、遠心力によってフィルタの外周部を通過してろ過される。ろ過後の浄水は主に飲料用に供される。この浄水装置によれば、例えば被災地などでの緊急給水が容易となる。
特開平5-154411号公報
 ところで、従来の浄水装置(特許文献1)のフィルタは、中空子膜のカートリッジ式の円筒形のフィルタユニットの中心部に活性炭やイオン交換樹脂を充填して構成されている。しかしながら、従来のフィルタは、外周部に配置されるフィルタユニットが中空子膜のモジュールで構成されているためにモジュール同士を配管などで連結する必要がある。そのため従来のフィルタは、配管回しなどによって大型化するとともに配管によるフィルタユニットの圧力損失が増大する課題がある。
 本発明の課題は、小型化及びを圧力損失の低減化を達成することができるフィルタを提供することにある。
 前記課題を解決する本発明のフィルタは、メンブレンフィルタと、活性炭フィルタと、不織布で形成されるプレフィルタとを含む積層体で円筒形状に形成されていることを特徴とする。
 このフィルタによれば、メンブレンフィルタ、活性炭フィルタ、プレフィルタなどのフィルタ要素同士を配管で連結する必要がない。
 本発明のフィルタによれば、フィルタ要素同士を配管で連結する必要がないので、フィルタの小型化及びを圧力損失の低減化を達成することができる。
本発明の実施形態に係る浄水装置の構成説明図である。 本発明の実施形態に係る浄水装置の部分縦断面図である。 本発明の実施形態に係る浄水装置を構成する回転槽の分解斜視図である。 回転槽を構成するフィルタの横断面図である。 回転槽を構成するフィルタの変形例を示す横断面図である。 図4のフィルタの製造工程図である。 回転槽における原水の移動経路を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る浄水装置の制御部の構成説明図である。 制御部が実行する第1の手順を説明するフローチャートである。 制御部が参照する内燃機関(駆動源)の回転速度と差圧閾値との関係を示すマップである。 制御部が実行する第2の手順を説明するフローチャートである。 制御部が参照するフィルタ内外の差圧と原水の流量調節装置における流量との関係を示すマップである。
 本実施形態での浄水装置は、回転する円筒状のフィルタによって原水をろ過し、飲用可能な浄水を生成する浄水装置について説明する。
 なお、本実施形態での浄水装置は、例えば被災地などで電力会社からの電力が供給されない環境下において使用されるものを想定している。また、浄水装置は、水道設備や電力供給設備のない離島や山岳地帯、さらには発展途上国などでの使用をも想定している。したがって、本実施形態では、フィルタを回転させる駆動源としてエンジンを想定しているが、本発明は太陽光、風力、水力などの自然エネルギを利用した駆動源によって、又は人力によってフィルタを回転させる構成を排除するものではない。また、本実施形態での原水としては、上水道で供給される水以外のものを想定しており、例えば、河川水、湖沼水、井戸水、湧水、雨水などが挙げられる。
≪浄水装置の全体構成≫
 図1は、本実施形態に係る浄水装置1の構成説明図である。
 図1に示すように、浄水装置1は、原水をろ過するろ過部本体2と、ろ過部本体2を構成する回転槽8を回転させるエンジン4(駆動源)と、支持台22と、を備えている。
 また、浄水装置1は、原水の汲上ポンプ50(図1中、仮想線(二点鎖線)にて描画)に電力を供給する後記する発電部3(図2参照)と、汲上ポンプ50からろ過部本体2に送り込まれる原水の流量を調節する流量調節弁5(流量調節部)と、エンジン4の回転速度及び流量調節弁5の開度を制御する後記する制御部6(図8参照)と、を備えている。
 原水導入ホース51(図1中、仮想線(二点鎖線)にて描画)は、汲上ポンプ50で汲み上げた原水を浄水装置1に供給する。原水導入ホース51は、流量調節弁5の外装と一体に形成される原水導入ホース継手5aを介してろ過部本体2に接続されている。
 吐出パイプ21は、ろ過部本体2で原水をろ過して得られる浄水を一端側から吐出する。吐出パイプ21は、支持台22を構成する上部支持板22aに形成される後記の浄水出口22e(図2参照)に他端が接続されている。
 排水パイプ26は、ろ過部本体2で原水から浄水を分離した後の排水や未ろ過の原水(以下、単に「排水」と称する)を一端側から吐出する。排水パイプ26の他端側は、ろ過部本体2と一体に形成される排水パイプ継手15cを介してろ過部本体2に接続されている。
 支持台22は、前記の上部支持板22aと、下部支持板22bと、上部支持板22aと下部支持板22bとの間でこれら支持板22a,22bの四隅に配置される支柱22cとを備えて構成されている。
 上部支持板22aは、下部支持板22bに支持されるエンジン4上でろ過部本体2を支持し、エンジン4とろ過部本体2とを互い組み付けている。符号22dは、下部支持板22bの下側四隅に取り付けられるキャスタである。符号52は、発電部3(図2参照)で発生させた電力を汲上ポンプ50に供給する電源コード(図1中、点線にて描画)である。
<ろ過部本体>
 図1に示すように、ろ過部本体2は、ケーシング7と、ケーシング7内に配置される回転槽8と、回転槽8の軸方向の上端側を回転可能に支持する第1軸部材9と、を備えている。なお、回転槽8の軸方向の下端側は、後記する第2軸部材23(図2参照)によって回転可能に支持されている。つまり、回転槽8は、軸方向の両端で支持される両持ち構造になっている。
 ケーシング7は、円筒形状を呈しており、円筒部材11と、それぞれ平面視で円形のベース部材13と、内蓋14と、外蓋15と、を備えている。
 本実施形態での円筒部材11は、内側が視認可能なように透明又は半透明の材料で形成されているものを想定している。この円筒部材11は、不透明な材料で形成することもできる。
 ベース部材13は、浄水装置1の部分縦断面図である図2に示すように、円筒部材11の下側開口を塞ぐように配置されている。
 ベース部材13には、エンジン4の回転軸4aが挿通される軸孔13aと、後記する発電部3の収納部13bと、浄水の排出口13cとが形成されている。
 軸孔13aは、ベース部材13の円形中心よりも外周側にシフトして形成されている。つまり、回転槽8の回転軸Ax1は、円筒部材11の中心軸Ax2よりも円筒部材11の外周側にシフトして形成されている。軸孔13a内に配置されるエンジン4の回転軸4aは、回転槽8を回転させる第2軸部材23と連結されている。
 収納部13bには、発電部3のステータ3a及びロータ3bが配置されている。
 浄水の排出口13cは、後記するように回転槽8と円筒部材11との間の空間に濾し出された浄水を、上部支持板22aに形成された浄水出口22eを介して吐出パイプ21(図1参照)に送り出すものである。ちなみに、浄水の排出口13cは、円筒部材11内で偏心シフトした回転槽8が円筒部材11との間に形成する空間のうち広い空間24側に連通するように形成されている。
 このようなベース部材13は、上部支持板22aに支持されている。具体的には、ベース部材13は、上部支持板22aに支持されるエンジン4の回転軸4aに対して第2軸部材23(例えば、ボルト等)の下端部が螺合することによって、上部支持板22a上で発電部3とベース部材13とが共締めされている。
 内蓋14は、円筒部材11をベース部材13との間で挟んで支持している。ちなみに、内蓋14は、3つの長ねじB1(図2中、他の2つは作図の便宜上省略)でベース部材13に締結されている。なお、長ねじB1の数は特に制限はないが複数であることが好ましい。
 また、内蓋14は、外周壁14bを有しており、高さが低い略有底円筒状を呈している。内蓋14の底部には、中央孔14aが形成されている。中央孔14aは、円筒部材11内で偏心シフトした回転槽8の位置に対応して形成されており、この中央孔14a内には、回転槽8の上端部が配置されている。
 外蓋15は、略有底円筒状の内蓋14の上方開口側に配置され、内蓋14の底部との間に排水空間25を形成している。この排水空間25は、後に詳しく説明する原水の排水孔18dを介して回転槽8内と連通している。ちなみに外蓋15の周縁部は、内蓋14の外周壁14bの上端部に対して複数のボルトB2(本実施形態では8つ)で締結されている。
 外蓋15には、回転槽8の回転軸Ax1と同心となる位置に、第1軸部材9の取付孔15aが形成されている。
 また、外蓋15には、排水空間25とケーシング7外とを連通させる排水出口15bが形成されている。この排水出口15bには、排水パイプ継手15c(図1参照)が形成されている。
<回転槽>
 次に、回転槽8について説明する。
 回転槽8は、図2に示すように、フィルタ12と、フィルタ支持体17と、フィルタ押え18と、第1軸受19aと、を備えている。また、フィルタ12の下端部とフィルタ支持体17とフィルタ12との間、及びフィルタ12とフィルタ押え18との間には、それぞれリング状のシール材8aが配置されている。
 フィルタ支持体17は、回転槽8の分解斜視図である図3に示すように、円盤部17aと、この円盤部17aと一体に形成される枠状円筒部17bと、を備えている。
 円盤部17aは、図2に示すように、上下方向に薄い薄形円筒部17a1と、この薄形円筒部17a1の上側開口を塞ぐ板部17a2とで形成されている。
 板部17a2は、薄形円筒部17a1と一体になって発電部3の上部を覆っている。ちなみに発電部3の下部は、ベース部材13の収納部13b内に配置されている。
 板部17a2の中央部には、回転槽8の回転軸Ax1と同心となる位置に、上方に凸のボス部17a3が形成されている。ボス部17a3の裏側に形成される凹部には、第2軸部材23の上端部が嵌脱自在に取り付けられている。
 また、板部17a2の上側で、フィルタ12の下端部に対応する位置には、フィルタ12の下端部が嵌め込まれる周溝17a4が形成されている。
 枠状円筒部17bは、図3に示すように、複数の窓部17b1が並ぶ枠体が円筒状に形成されたものである。この窓部17b1によって、枠状円筒部17bの内外が連通している。
 図2に示すように、枠状円筒部17bの内側には、円筒状のフィルタ12が配置されている。フィルタ12の外周面は、窓部17b1を介して回転槽8と円筒部材11との間の空間に臨んでいる。
 このような枠状円筒部17bの上部内周側には、図3に示すように、後記するフィルタ押え18の雄ねじ18e(図2参照)が螺合する雌ねじ17b2が形成されている。なお、枠状円筒部17bとフィルタ押え18とは、所定の締結具(例えば、ボルト等)で相互に締結される構成とすることもできる。
 図3に示すように、フィルタ押え18は円盤形状を呈している。
 フィルタ押え18の回転軸Ax1に対応する位置には、第1軸部材9(図2参照)の挿通孔18bが形成されている。
 また、挿通孔18bの周囲には、上方に突出する周壁18aが形成されている。この周壁18aの内側には、第1軸受19aの収納部18cが形成されている。
 周壁18aの外周側には、上面視で円状に並ぶ複数の原水の排水孔18dが形成されている。この排水孔18dは、前記したように回転槽8内と排水空間25(図2参照)とを連通させる。そして、後記するように排水孔18dの延びる方向の軸線Ax3(図7参照)は、回転槽8の内側から外側に向かうほど回転槽8の回転軸Ax1から離れるように傾斜している。
 図2に示すように、フィルタ押え18の外周縁部は、枠状円筒部17bの上端外周部よりも径方向外側に張り出す回転槽8のフランジ部18fを形成している。
 このフランジ部18fは、内蓋14の中央孔14a周りの内周縁部と対向するように配置されている。また、フランジ部9bと内蓋14の内周縁部との間は、回転槽8の回転時に形成される水膜でシールされるが、フランジ部9bと内蓋14の内周縁部との間には、リング状のシール材などを配置することもできる。
<フィルタ>
 次に、本実施形態のフィルタ12について説明する。
 フィルタ12は、横断面図である図4に示すように、不織布で形成されるプレフィルタ12aと、メンブレンフィルタ12bと、活性炭フィルタ12cとを含む積層体12Sで形成されている。
 なお、図4は、フィルタ12を模式的に描いたものであり、プレフィルタ12a、メンブレンフィルタ12b、及び活性炭フィルタ12cの各層の層厚、各層の間隔などは、実際のものと異なっている。
 このフィルタ12は、積層体12Sが渦巻き状になって円筒体を形成している。
 フィルタ12は、円筒体の径方向の内側から外側に向かって、プレフィルタ12a、メンブレンフィルタ12b及び活性炭フィルタ12cからなるユニットを少なくとも1組有するものを想定している。したがって、図4に示す1組のユニットを有するものに限定されずに、フィルタ12は、2組以上のユニットを有する構成とすることもできる。
 また、本実施形態でのフィルタ12は、巻回されたメンブレンフィルタ12bの周方向の端縁部同士を接合するシール材12dを備えている。このシール材12dは、メンブレンフィルタ12bの端縁部同士を接合するために円筒体の軸方向(図4の紙面垂直方向)に延在するように配置されている。
 また、図示しないが、前記の複数組のユニットを有するフィルタ12のシール材12dは、複数組のユニットのうちの少なくとも1組のユニットにおいて、径方向に隣接し合うメンブレンフィルタ12b同士を軸方向に接合するように配置することができる。
 プレフィルタ12aは、前記のように不織布で形成されている。プレフィルタ12aの孔径は、5μm~30μm程度とすることができる。
 また、プレフィルタ12aは、好ましくは不織布の熱硬化体で形成されている。具体的には、熱可塑性樹脂繊維からなる不織布の熱硬化体が好ましい。この不織布の熱硬化体は、後記するように一旦熱溶融した熱可塑性樹脂繊維が冷却されて硬化したものである。
 熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)などのポリエステル系樹脂、ポリカーボネート(PC)などのポリカーボネート樹脂、ポリスチレン(PS)などのポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)などの塩化ビニル樹脂、ナイロン6、ナイロンなどのポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエチレンオキサイド(PEO)などが挙げられる。
 メンブレンフィルタ12bとしては、例えば、孔径が0.2μm~1μm程度のものが挙げられる。メンブレンフィルタ12bの材質としては、特に制限はなく、例えば前記の熱可塑性樹脂からなるものが挙げられる。中でもポリカーボネート(PC)製のものは好ましい。
 活性炭フィルタ12cとしては、活性炭を含んでいれば特に制限はないが、活性炭シートからなるものが取扱いの容易な点で好ましい。
 活性炭シートとしては、例えば、粉末状活性炭、繊維状活性炭、熱融着性繊維などからなる組成物の湿式抄紙シートが挙げられる。
 活性炭シートからなる活性炭フィルタ12cは、見かけ密度が0.35~0.55g/cm程度のものが好ましい。なお、活性炭シートは市販品を使用することもできる。
 本実施形態での活性炭シートからなる活性炭フィルタ12cにおける径方向の厚さは、2mm~5mm程度に設定することができる。
 シール材12dの材料としては、メンブレンフィルタ12b同士を接着することができるものであれば特に制限はない。中でも、メンブレンフィルタ12b同士を熱融着できるものが好ましい。特に、メンブレンフィルタ12bと同種の熱可塑性樹脂からなるシール材12dは、特に好ましい。またシール材12dとしては、揮発除去可能な溶剤を含む接着剤を使用することもできる。
 次に、変形例に係るフィルタ12について説明する。
 図5は、図4のフィルタ12の変形例に係るフィルタ12の横断面図である。
 なお、図5は、フィルタ12を模式的に描いたものであり、プレフィルタ12a、メンブレンフィルタ12b、活性炭フィルタ12c、及び原水透過抑制層12e,12fの各層の層厚、各層の間隔などは、実際のものと異なっている。
 図5に示すように、フィルタ12は、円筒体の径方向の内側から外側に向かって、プレフィルタ12a、メンブレンフィルタ12b及び活性炭フィルタ12cからなるユニットを1組備えている。また、フィルタ12は、径方向の最外層にプレフィルタ12aをさらに備えている。
 なお、このフィルタ12においても2組以上のユニットを有する構成とすることもできる。
 また、フィルタ12は、第1の原水透過抑制層12eと、第2の原水透過抑制層12fとを備えている。
 これらの第1の原水透過抑制層12e及び第2の原水透過抑制層12fは、活性炭フィルタ12cを径方向の内側から外側に向かって透過しようとする原水の透過性を低減する層、又は原水を実質的に透過させない層で形成されている。中でも原水を透過させない不透水層は原水透過抑制層12e,12fとして、より好ましい。
 第1の原水透過抑制層12eは、活性炭フィルタ12cの外径側の層上を周方向に沿って延びるように配置されている。第1の原水透過抑制層12eは、周方向に2つ配置されている。各第1の原水透過抑制層12eは、円筒中心を挟んで対向するように配置されている。言い換えれば、2つの第1の原水透過抑制層12eは、周方向に間欠的に配置されている。
 ちなみに、本実施形態での第1の原水透過抑制層12eのそれぞれは、活性炭フィルタ12cの外径側の周長の略4分の1程度の長さに設定されている。また、第1の原水透過抑制層12eにおける端部同士の周方向に沿う距離は、活性炭フィルタ12cの外径側の周長の略4分の1程度の長さに設定されている。
 第2の原水透過抑制層12fは、活性炭フィルタ12cの層内を周方向に沿って延びるように配置されている。つまり、第2の原水透過抑制層12fは、第1の原水透過抑制層12eよりも径方向内側に配置されている。
 第2の原水透過抑制層12fは、周方向に2つ配置されている。各第2の原水透過抑制層12fは、円筒中心を挟んで対向するように配置されている。言い換えれば、2つの第2の原水透過抑制層12fは、周方向に間欠的に配置されている。
 また、本実施形態での第1の原水透過抑制層12eの周方向の端部と、第2の原水透過抑制層12fの端部とは、所定長さL1で周方向に重なり合って重ね部12gを形成している。本実施形態での長さL1は、5mm~20mmに設定することができる。
 なお、本実施形態でのフィルタ12は、第1の原水透過抑制層12eの組みと第2の原水透過抑制層12fの組みとを備えているが、第1の原水透過抑制層12e及び第2の原水透過抑制層12fのうちのいずれか一方の組みとすることもできる。
 また、第1の原水透過抑制層12e及び第2の原水透過抑制層12fの数は特に制限はなく、それぞれ3以上とすることもできるが、回転中心を挟んで対向し合う偶数個とすることが望ましい。
 次に、フィルタ12の製造方法について、製造工程図である図6(a)から(e)を参照しながら説明する。
 この製造方法では、図6(a)に示すように、まずメンブレンフィルタ12bを中央に挟むようにプレフィルタ12aを形成する1対の不織布31が所定の支持台(図示省略)上に配置される。この際、メンブレンフィルタ12bの長さL2は、円筒体の周長に略等しい長さL3(図6(b)参照)に、次に説明する重ね代32の長さL4の2倍の長さを加えた長さに等しくなるように設定される。また、不織布31の長さは、図示しないがメンブレンフィルタ12bの長さよりも長く設定される。
 次に、図6(b)に示すように、メンブレンフィルタ12bの両端に重ね代32の長さL4を残して、メンブレンフィルタ12b上に活性炭フィルタ12cを形成する活性炭シート33が載置される。そして、重ね代32の一方にシール材12dが配置される。
 次に、図6(c)に示すように、円筒形の内型34の周囲に不織布31、メンブレンフィルタ12b及び活性炭シート33が巻回される。なお、内型34の外径は、フィルタ12(図3参照)の内径に等しくなるように設定されている。
 次に、図6(d)に示すように、不織布31、メンブレンフィルタ12b及び活性炭シート33(図6(c)参照)の巻回体35を外型(図示省略)内に配置して、巻回体35を外周側から加熱圧縮する。この巻回体35の層構成は、内型34側から順番に、不織布31の1層、メンブレンフィルタ12bの1層、活性炭シート33の1層、及び不織布31の2層となっている。
 このような巻回体35が加熱圧縮されると、不織布31、メンブレンフィルタ12b、及び活性炭シート33(図6(c)参照)の各層間が熱融着する。また、メンブレンフィルタ12bの端縁部同士は、シール材12d(図6(c)参照)を介して熱融着する。また、不織布31を構成する繊維同士も熱融着する。
 次に、図6(e)に示すように、巻回体35は、室温まで冷却されることで硬化する。その後、巻回体35から内型34(図6(d)参照)を抜き出して自己支持性を有するフィルタ12が完成する。
 以上のようなフィルタ12を有する回転槽8の組立ては、図2に示すように、まずシール材8aを配置したフィルタ支持体17(板部17a2)の周溝17a4にフィルタ12の下端部を配置する。そして、シール材8aを配置したフィルタ押え18の雄ねじ18eをフィルタ支持体17(枠状円筒部17b)の雌ねじに螺合させることによってフィルタ支持体17、フィルタ12及びフィルタ押え18は相互に一体化することができる。そして、回転槽8は、フィルタ押え18の収納部18c内に第1軸受19aを配置することで組立てが完成する。
<第1軸部材>
 次に、ろ過部本体2(図1参照)を構成する第1軸部材9(図1参照)について説明する。
 本実施形態での第1軸部材9は、図1に示すように、ケーシング7の外蓋15に複数のボルトB3(本実施形態では4つ)で締結されている。
 この第1軸部材9は、図2に示すように、軸部9aと、この軸部9aと一体に形成されるフランジ部9bとを備えている。
 軸部9aは、円筒形状を呈しており、回転槽8の第1軸受19aを介して回転槽8の上側を軸支している。
 フランジ部9bは、軸部9a寄りになるほど縮径する逆円錐台形状を呈している。
 フランジ部9bは、前記したようにケーシング7の外蓋15に第1軸部材9を締結する締結部を構成しているとともに、逆円錐台形状の下面が回転槽8の第1軸受19aに当接している。
 軸部9aの内側には、前記したように原水の流路9c(導入孔)が形成され、軸部9aの先端は、回転槽8内に臨んでいる。なお、図2中、符号5aは、原水の流量調節弁5の外装と一体に形成される原水導入ホース継手であり、符号51は、原水導入ホース継手5aに接続される原水導入ホースである。
 以上のようなろ過部本体2の回転槽8には、汲上ポンプ50(図1参照)、原水導入ホース51、原水導入ホース継手5a、及び第1軸部材9を介して原水が導入される。
 図7は、回転槽8における原水の移動経路を示す概念図である。
 図7に示すように、回転する回転槽8内に原水Rが導入されると、原水Rは、遠心力によって回転槽8の内周面側に移動する。図7中、符号WLは、回転時の原水Rの水位を模式的に表したものである。
 回転槽8の内周面側に移動した原水Rは、遠心力によって回転槽8のフィルタ12を通過する。これにより原水Rはろ過されて浄水Pとなり、浄水Pは、前記したように回転槽8とケーシング7(図2参照)の円筒部材11(図2参照)との間の空間を介して吐出パイプ21(図1参照)に送り出される。吐出パイプ21から取り出される浄水Pは、主に飲料用に供される。
 また、浄水Pを分離した後の排水Dは、回転槽8のフィルタ押え18に形成された排水孔18dを介してケーシング7(図2参照)の内蓋14(図2参照)と外蓋15(図2参照)との間に形成された排水空間25(図2参照)に排出される。ちなみに、排水孔18dの延びる方向の軸線Ax3は、前記したように回転槽8の内側から外側に向かうほど回転槽8の回転軸Ax1から離れるように傾斜している。
 排水空間25(図2参照)に排出された排水Dは、排水パイプ26(図1参照)を介してケーシング7外に排出されて廃棄される。
<エンジン>
 次に、回転槽8を回転させる本実施形態での駆動源であるエンジン4について主に図2を参照しながら説明する。
 エンジン4としては、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関が挙げられる。エンジン4は、図示しないが、燃料の燃焼によってピストンを往復運動させるシリンダを有するシリンダブロックと、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸を回転可能に支持するクランクケースと、を備えている。
 符号4bは、前記のクランク軸と同軸に接続される始動用のプーリであり、プーリ4bは、図示しないリコイルスタータと係合している。ユーザは、リコイルスタータに巻回される図示しないケーブルを引くことによってエンジン4を起動することができる。
 プーリ4bは、上部支持板22aの下側面に形成されるプーリ収納部22a1に収納されている。また、プーリ4bは、前記した回転軸4aと同軸に連結されている。
 そして、回転軸4aは、第2軸受19bを介して回転可能に上部支持板22aに支持されている。また、回転軸4aは、前記したようにケーシング7を構成するベース部材13の軸孔13aに挿通され、先端部が第2軸部材23と同軸に連結されている。
 以上のようなエンジン4は、回転軸4aを介して第2軸部材23に回転力を伝達することで回転槽8を回転させる。
<発電部>
 本実施形態での発電部3は、交流発電機である。
 発電部3は、図2に示すように、ベース部材13の収納部13bに配置されるステータ3aと、第2軸部材23に取り付けられてステータ3aの外側で回転するロータ3bとを備えて構成されている。
 ステータ3aは、図示しないが各ティースにU相,V相,W相のいずれかのコイルが巻回されている。ステータ3aの外周側は、ロータの内周側と微小隙間をもって対向している。各ティースはステータ3a側の磁極を構成する。
 ロータ3bの内周側には、複数の永久磁石が取り付けられている。ステータ3a側の各磁極は、ロータ3b側の永久磁石との間で磁束の入出を行う。
 この発電部3では、第2軸部材23に取り付けられたロータ3bがエンジン4によって回転することによって交流電流を発生する。発生した交流電流は、コンバータやインバータなどによって所定の周波数に変換され、電源コード52(図1参照)を介して汲上ポンプ50(図1参照)に供給される。
 なお、発電部3は、浄水装置1とともに使用される汲上ポンプ50などの外部装置がある場合に、この外部装置に対する電力供給のために使用される。したがって、例えば回転槽8の駆動源として使用されるエンジン4のオルタネータは、外部装置の電力供給に使用されないので発電部3には該当しない。
<流量調節部>
 本実施形態での流量調節弁5(図2参照)は、次に説明する制御部6からの指令によって開度が変化する電磁式の弁である。この流量調節弁5の閉鎖時には、回転槽8への原水の導入が中断される。また、流量調節弁5は、回転槽8のフィルタ5の目詰まり程度に応じて開度が調節される。
<制御部>
 次に、構成説明図である図8を参照しながら本実施形態での浄水装置1の制御部6について説明する。
 制御部6は、浄水装置1の所定のプログラムによって動作させるものであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備えている。ROM及びRAMには、CPUが所定の手順を実行するためのプログラムやデータ、マップなどの格納領域が設定されている。
 制御部6は、回転速度取得部6aと、差圧取得部6bと、目詰まり検出部6cと、水位取得部6dと、回転速度・流量設定部6eと、を備えている。
 回転速度取得部6aは、回転速度センサS1から出力される信号に基づいて回転槽8の回転速度を取得する。また、回転速度取得部6aは、取得した回転槽8の回転速度を目詰まり検出部6cに出力する。また、回転速度取得部6aは、取得した回転槽8の回転速度を回転速度・流量設定部6eに出力する。
 差圧取得部6bは、回転槽8内に原水Rが供給される前に、回転させた回転槽8におけるフィルタ12の内外の差圧(気圧差)を取得する。つまり、回転槽8が回転する際の遠心力によってフィルタ12の内側から外側に向けて空気が通過する際の差圧を取得する。
 この際、差圧取得部6bは、フィルタ12の内側に配置された第1圧力センサS2から出力される圧力検出信号に基づいて回転する回転槽8のフィルタ12の内側の気圧を取得する。また、差圧取得部6bは、フィルタ12の外側に配置された第2圧力センサS3から出力される圧力検出信号に基づいて回転する回転槽8のフィルタ12の外側の気圧を取得する。
 また、差圧取得部6bは、フィルタ12の内側の気圧から外側の気圧を減じることによって、フィルタ12の内外における差圧(気圧差)を取得する。
 目詰まり検出部6cは、差圧取得部6bが出力する前記差圧と、予め設定された差圧閾値とを比較してフィルタ12の目詰まり程度を検出する。なお、この差圧閾値については後に詳しく説明する。
 水位取得部6dは、回転槽8内に原水Rが供給された後に、水位センサS4から出力される信号に基づいて、回転させた回転槽8における水位WL(図7参照)を取得する。また、水位取得部6dは、水位WLを回転速度・流量設定部に出力する。
 回転速度・流量設定部6eは、水位WLが予め設定された水位閾値よりも高い場合に、回転槽8の回転速度の増加、及び/又は原水Rの流量の低減が行われるようにエンジン4及び/又は流量調節弁5に指令を行う。
 図8中、符号10は、浄水装置1のタッチパネルであり、液晶画面からなる表示部10aと入力部10bとで構成されている。
 表示部10aは、制御部6の指令に応じてフィルタ12の交換の警告などを表示する。入力部10bは、浄水装置1のオンオフスイッチや、制御部6に対して次に説明する第1の手順及び第2の手順のいずれを実行させるかなどの浄水装置1の動作選択メニューで構成されている。
 次に、制御部6が実行する手順を、フローチャートを参照しながら具体的に説明する。
 図9は、回転槽8に原水Rを導入する前に、制御部6がフィルタ12の目詰まり程度を予め検出するための第1の手順を説明するフローチャートである。
 図9に示すように、ユーザによってエンジン4が起動されると(ステップS101)、制御部6の回転速度取得部6aは、エンジン4の回転速度を取得する(ステップS102)。
 次に、制御部6の差圧取得部6bは、フィルタ12の内外における差圧を取得する(ステップS103)。
 また、制御部6の目詰まり検出部6cは、予め用意されたマップを参照することで、回転速度取得部6aから出力されるエンジン4の回転速度に対応する差圧閾値を演算する。
 図10は、エンジン4の回転速度と差圧閾値との関係を示す制御部が参照するマップである。
 フィルタ12の目詰まり程度は、フィルタ12の内外における差圧の大きさに比例する。目詰まり程度を判定する基準となる差圧閾値は、回転槽8の回転速度が速いほど、言い換えればエンジン4の回転速度が速いほど大きくなる。
 図10に示すマップは、予め行ったシミュレーション試験によって目詰まり程度を判定する差圧閾値と、エンジン4の回転速度(回転槽8の回転速度)との関係を求めたものである。
 ステップS104においては、制御部6の目詰まり検出部6cは、回転速度取得部6aから出力されたエンジン4の回転速度及び参照した図10に示すマップに基づいて、エンジン4の回転速度に対応する差圧閾値を取得する。
 次に、制御部6の目詰まり検出部6cは、差圧が差圧閾値よりも小さいか否かを判定する(ステップS105)。そして、目詰まり検出部6cは、差圧が差圧閾値よりも小さい場合には(ステップS105のYes)、原水Rの流量調節弁5に指令を行って所定流量で原水Rを回転槽8に導入させる(ステップS106)。また、目詰まり検出部6cは、差圧が差圧閾値よりも大きい場合には(ステップS105のNo)、表示部10aに指令を行ってフィルタ12の交換の警告を表示させる(ステップS107)。これにより制御部6の実行するサブルーチンとしての第1の手順が終了する。
 次に参照する図11は、回転槽8に対する原水Rの導入が開始した後に、制御部6が回転槽8の回転速度及び回転槽8に対する原水Rの導入流量の調節を行う第2の手順を説明するフローチャートである。
 図11に示すように、制御部6の回転速度・流量設定部6eは、回転速度取得部6aから送信される回転槽8の回転速度を監視しつつ、この回転速度が予め設定された初期の第1回転速度N1となるようにエンジン4に指令を行う(ステップS201)。
 また、回転速度・流量設定部6eは、第1流量Q1となるように原水Rの流量調節弁5に指令を行う(ステップS201)。
 この際、回転速度・流量設定部6eは、第1流量Q1を予め設定した規定値にすることができるし、前記の差圧に基づいて設定することもできる。
 図12は、フィルタ12の内外の差圧と流量調節弁5における原水Rの第1流量Q1との関係を示すマップである。
 回転槽8内における水位WLは、フィルタ12によってろ別される浄水の量と、排水孔18dから排出される排水の量がバランスして設定されることが好ましい。しかしながら、フィルタ12の目詰まりが進行すると、フィルタ12によってろ別される浄水の量が低下する。そのため初期の第1流量Q1が維持されると、排水孔18dから排出される排水の量が増大する。
 図12は、フィルタ12の目詰まり程度の指標となる前記の差圧と、回転槽8内における原水Rの水位WLの最適値を維持する原水Rの第1流量Q1との関係を、シミュレーション試験によって予め求めたものである。
 つまり、制御部6の回転速度・流量設定部6eは、このマップを参照することによって、前記の差圧に応じて水位WLの最適値を維持する原水Rの第1流量Q1を設定することができる。
 次に、回転速度・流量設定部6eは、水位取得部6dから送信される回転槽8内の水位WL(図7参照)を監視する。そして、回転速度・流量設定部6eは、予め設定された水位閾値よりも水位WLが大きいか否かを判定し(ステップS202)、水位閾値よりも水位WLが小さい場合には(ステップS202のNo)、このステップS202を繰り返す。
 また、回転速度・流量設定部6eは、水位閾値よりも水位WLが大きい場合には(ステップS202のYes)、予め設定した第1回転速度N1よりも速い第2回転速度N2(N2>N1)となるようにエンジン4に指令を行う(ステップS203)。
 次に、回転速度・流量設定部6eは、水位取得部6dから送信される回転槽8内の水位WL(図7参照)を監視する。そして、回転速度・流量設定部6eは、予め設定された水位閾値よりも水位WLが大きいか否かを判定し(ステップS204)、水位閾値よりも水位WLが小さい場合には(ステップS204のNo)、このステップS204を繰り返す。
 また、回転速度・流量設定部6eは、水位閾値よりも水位WLが大きい場合には(ステップS204のYes)、予め設定した第1流量Q1よりも小さい第2流量Q2(Q2<Q1)となるように原水Rの流量調節弁5に指令を行う(ステップS205)。
 この第2流量Q2は、例えば、浄水装置1に要求される原水Rの処理量の最下限値に設定することができるが、これに限定されるものではなく、最下限値よりも大きい値で適宜に設定することもできる。
 次に、回転速度・流量設定部6eは、水位取得部6dから送信される回転槽8内の水位WL(図7参照)を監視する。そして、回転速度・流量設定部6eは、予め設定された水位閾値よりも水位WLが大きいか否かを判定し(ステップS206)、水位閾値よりも水位WLが小さい場合には(ステップS206のNo)、このステップS206を繰り返す。
 また、回転速度・流量設定部6eは、水位閾値よりも水位WLが大きい場合には(ステップS206のYes)、エンジン4を停止し、原水Rの流量調節弁5である流量調節弁を閉じる(ステップS207)。
 次いで、表示部10aに指令を行ってフィルタ12の交換の警告を表示させる(ステップS208)。これにより制御部6の実行するサブルーチンとしての第2の手順が終了する。
 以上のようなフィルタ12及びこれを備える浄水装置1によれば次の作用効果を奏することができる。
 本実施形態のフィルタ12(図4及び図5参照)によれば、プレフィルタ12aと、メンブレンフィルタ12bと、活性炭フィルタ12cとを含む積層体12Sにて円筒状に形成されているので、例えば平膜状のフィルタと比べてこれを収容するケーシングをコンパクト化することができる。
 また、円筒状のフィルタ12は、例えばプリーツフィルタを円筒状に纏めたものよりもろ過圧が掛った際の強度に優れる。
 また、このフィルタ12によれば、積層体12Sにて筒状に形成されているので、例えば、フィルタの構成要素のそれぞれをモジュール化したものと比べて配管などによる連結が不要となる。
 これにより浄水装置1のコンパクト化を図ることができるとともに、浄水装置1内で通流する原水の圧力損失を低減することができる。
 また、不織布31の熱硬化体からなるプレフィルタ12aを備えるフィルタ12によれば、プレフィルタ12aが自己支持性に富むことから、原水のろ過時におけるフィルタ12の形状保持性能に優れる。また、このプレフィルタ12aによれば、寸法安定性に優れるので、フィルタ支持体17に対するフィルタ12の組付作業が容易になる。また、このフィルタ12によれば、不織布31が圧縮されてプレフィルタ12aが形成されるので、フィルタ12自体のコンパクト化を図ることができる。
 また、積層体12Sが渦巻き状になって筒体を形成しているフィルタ12(図4参照)によれば、同心円状にプレフィルタ12aと、メンブレンフィルタ12bと、活性炭フィルタ12cとを有するフィルタと比べて、例えばロール成形などの簡単な製造方法で得ることができる。
 また、積層体12Sが渦巻き状になったフィルタ12(図4参照)においては、径方向に隣接し合うメンブレンフィルタ12同士を軸方向にシール材12dで接合する構成とすることができる。このフィルタ12によれば、メンブレンフィルタ12を通過せずにメンブレンフィルタ12同士の間を伝って原水が漏れ出すのを、より確実に防止することができる。これによりフィルタ12のろ過性能を一段と向上させることができる。
 また、積層体12Sは、図5に示したように活性炭フィルタ12cの層内を周方向に沿って、又は活性炭フィルタ12cの外径側の層上を周方向に沿って配置される原水透過抑制層12e,12fを備える構成とすることができる。このフィルタ12(図5参照)においては、原水透過抑制層12e,12fは、活性炭フィルタ12cを径方向の内側から外側に向かって透過しようとする原水の透過性を抑制する。
 この際、図5に示すように、回転するフィルタ12内に供給される原水は、遠心力によって径方向内側のプレフィルタ12a及びメンブレンフィルタ12bを透過した後、活性炭フィルタ12cに送り込まれる。その後、原水は、第1の原水透過抑制層12e及び第2の原水透過抑制層12fによって透過を抑制される。そして、原水は、主に図5中の矢印で示す流れFとなって重ね部12gから径方向外側のプレフィルタ12aを通過する。
 このフィルタ12(図5参照)では、原水透過抑制層12e,12fがないものと比べて、活性炭フィルタ12cの有効ろ過長さを増加させることができる。これにより原水と活性炭フィルタ12cとの接触時間を長くとることができる。
 また、このフィルタ12(図5参照)では、第1の原水透過抑制層12eの周方向の端部と、第2の原水透過抑制層12fの周方向の端部とが所定長さで周方向に重なり合って重ね部12gを形成している。このフィルタ12によれば、活性炭フィルタ12cから径方向外側のプレフィルタ12aに向かう原水の流路を重ね部12gに限定することができるので、原水と活性炭フィルタ12cとの接触時間を、より長くとることができる。
 そして、本実施形態の浄水装置1(図2参照)は、このようなフィルタ12を有する回転槽8と、この回転槽8の回転軸Axと同軸に配置されるロータ3bを有する発電部3と、を備えている。これにより浄水装置1は、回転槽8が回転して原水をフィルタ12がろ過する際に、回転槽8の回転に伴って発電部3のロータ3bが回転する。この浄水装置1によれば、発電部3から出力される電力によってこの浄水装置1とは別に用意された汲上ポンプ50(図1参照)を駆動することができる。この浄水装置1ではそれ自体が大型化及び重量化せずに、汲上ポンプ50により多くの原水が供給されて多くの浄水を効率よく得ることができる。
 また、浄水装置1では、回転槽8の回転軸Ax1と発電部3のロータ3bとが同軸に配置されているので、発電部3をコンパクトに浄水装置1内に組み込むことができ、さらなる小型化が達成される。
 また、浄水装置1では、浄水の排出口13c(図2参照)は、円筒部材11(図2参照)内で偏心シフトした回転槽8が円筒部材11との間に形成する空間のうち広い空間24(図2参照)側に連通するように形成されている。これにより浄水の排出口13cの開口面積を大きく確保することができ、浄水装置1は、多くの浄水を効率よく得ることができる。
 また、浄水装置1では、回転槽8の軸方向の両端が、第1軸部材9と、第2軸部材23とで回転可能に支持される両持ち構造になっている。これにより浄水装置1は、従来の片持ち構造の浄水装置(例えば、特許文献1参照)と異なって、回転槽8を安定して高速回転させることができる。したがって、浄水装置1によれば、多くの浄水を効率よく得ることができる。
 また、浄水装置1では、第1軸部材9のフランジ部9b(図2参照)が逆円錐台形状を呈しており、逆円錐台形状の下面が回転槽8の第1軸受19aに当接している。これにより回転槽8の上側は、第1軸部材9によって安定的にケーシング7に支持される。
 また、第1軸部材9は、ケーシング7に支持されているので回転する回転槽8に対して静止部を構成する。したがって、第1軸部材9は、回転槽8内に配置される第1圧力センサS2(図8参照)、水位センサS4などの支持部として利用することができる。
 また、浄水装置1では、第2軸部材9の上端が、回転槽8のボス部17a3の裏側にある凹部に嵌脱自在に取り付けられている。これにより回転槽8は、ケーシング7の内蓋14及び外蓋15を外すことによって、ケーシング7から容易に取り出すことができる。また、回転槽8のフィルタ押え18とフィルタ支持体17との螺合を解くことでフィルタ12は、回転槽8から容易に取り外すことができる。これによりフィルタ12の交換作業が簡単となる。
 また、浄水装置1においては、図7に示すように、回転槽8は、回転軸Ax1の一端側で、回転槽8の内外を連通するように形成される原水Rの流路9c(導入孔)を備え、回転軸Ax1の一端側で回転軸Ax1よりもフィルタ12寄りで回転槽8の内外を連通する排水Dの排水孔18dを有している。
 これにより回転槽8内での排水Dは、排水孔18dから排出される際に、浄水Pが流れる方向に対して交差する流れ(クロスフロー)を形成する。言い換えれば排水Dは、フィルタ12の膜面に沿って流れる。フィルタ12の膜面にろ別された残渣は、排水Dとともに回転槽8外に排出される。よって浄水装置1は、フィルタ12の交換期間を延長することができる。
 また、排水孔18dの延びる方向の軸線Ax3(図7参照)は、回転槽8の内側から外側に向かうほど回転槽8の回転軸Ax1から離れるように傾斜している。
 つまり、排水孔18d内においては、排水孔18dの出口寄りに位置する排水Dに掛る遠心力は、排水孔18dの入口寄りに位置する排水Dに掛る遠心力よりも大きい。これにより回転槽8内の排水Dは、回転槽8の内側から外側へと円滑に送り出されていく。
 また、浄水装置1は、図8に示すように、目詰まり検出部6cを有する制御部6を備えることによって、原水の導入前におけるフィルタ12の目詰まり程度を検出することができる。
 また、浄水装置1は、図8に示すように、回転速度・流量設定部6eを有する制御部6を備えることによって、原水の導入後におけるフィルタ12の目詰まり程度に応じて、エンジン4(駆動源)の回転速度及び/又は流量調節弁5(流量調節部)による原水の導入流量を調節することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
 前記実施形態での発電部3は、交流発電機を想定しているが、直流発電機とすることもできる。この場合、出力される直流電流は、インバータなどにより所定の周波数の交流電流に変換される。
 本実施形態での発電部3で出力される電力は、汲上ポンプ50(図1参照)の電源として使用されることを想定しているが、この電力は他の外部装置、例えば夜間照明用装置などの電源として使用することもできる。
 また、前記実施形態でのメンブレンフィルタ12bは、物理的ろ過膜を想定しているが、イオン交換膜、逆浸透膜などを使用することもできる。
 また、前記実施形態での排水孔18d(図2参照)は、回転槽8の上側のみに設けたものを想定しているが、回転槽8の下側のみ、又は上下両方に設けた構成とすることもできる。
 また、前記実施形態では、発電部3のロータ3を第2軸部材23に取り付ける構成となっているが、回転槽8の下部に取り付けられてステータ3aの外側で回転する構成とすることもできる。このような発電部3によれば、よりコンパクトに構造となる。

 また、前記実施形態での制御部6は、エンジン4の回転速度を第1回転速度N1及び第2回転速度N2の2段階で調節し、流量調節弁5による原水の導入量を第1流量Q1及び第2流量Q2の2段階で調節している。しかし、制御部6は、フィルタ12の目詰まり程度に応じて、エンジン4の回転速度を無段階で徐々に増加させ、原水の導入量を無段階で徐々に減少させる構成とすることもできる。

 1   浄水装置
 2   ろ過部本体
 3   発電部
 3a  ステータ
 3b  ロータ
 4   エンジン(駆動源)
 4a  回転軸
 4b  プーリ
 5   流量調節弁(流量調節部)
 6   制御部
 6a  回転速度取得部
 6b  差圧取得部
 6c  検出部
 6d  水位取得部
 6e  流量設定部
 7   ケーシング
 8   回転槽
 9   第1軸部材
 9c  流路(原水の導入孔)
 12  フィルタ
 12S 積層体
 12a プレフィルタ
 12b メンブレンフィルタ
 12c 活性炭フィルタ
 12d シール材
 12e 第1の原水透過抑制層
 12f 第2の原水透過抑制層
 12g 重ね部
 13  ベース部材
 13a 軸孔
 17  フィルタ支持体
 18  フィルタ押え
 18b 原水の排出孔
 19a 第1軸受
 19b 第2軸受
 21  吐出パイプ
 22  支持台
 23  第2軸部材
 26  排水パイプ
 50  汲上ポンプ
 51  原水導入ホース
 52  電源コード
 Ax1 回転槽の回転軸
 S1  回転速度センサ
 S2  第1圧力センサ
 S3  第2圧力センサ
 S4  水位センサ
 WL  水位

Claims (5)

  1.  メンブレンフィルタと、活性炭フィルタと、不織布で形成されるプレフィルタとを含む積層体で円筒形状に形成されていることを特徴とするフィルタ。
  2.  請求項1に記載のフィルタにおいて、
     前記プレフィルタは、前記不織布の熱硬化体であることを特徴とするフィルタ。
  3.  請求項1に記載のフィルタにおいて、
    前記積層体が渦巻き状になって筒体を形成しており、径方向に隣接し合う前記メンブレンフィルタ同士を軸方向に接合するようにシール材を備えていることを特徴とするフィルタ。
  4.  請求項1に記載のフィルタにおいて、
     前記積層体は、前記活性炭フィルタの層内を周方向に沿って、又は前記活性炭フィルタの外径側の層上を周方向に沿って配置される原水透過抑制層を備え、
     前記原水透過抑制層は、周方向に間欠的に配置されていることを特徴とするフィルタ。
  5.  請求項4に記載のフィルタにおいて、
     前記不透水層は、第1の原水透過抑制層と、前記第1の原水透過抑制層よりも径方向内側に配置される第2の原水透過抑制層とを備え、
     前記第1の原水透過抑制層の周方向の端部と、前記第2の原水透過抑制層原水透過抑制層の周方向の端部とは、所定長さで周方向に重なり合っていることを特徴とするフィルタ。
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