JPH0634889B2 - 遠心式自浄フイルタ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は濾材表面に沈積しようとする流体中の現在異物
を、濾過操作中に自動的に除去させることのできる遠心
式自浄フィルタ装置に関する。

［従来の技術］ ポンプを使用して圧送される流体の流路の除塵用フィル
タを介在させることによって流体の移送と流体中に混在
する異物の除去とを同時に行うことは、あらゆる産業分
野に亘って広く行われている。この種のフィルタとして
は回転ドラムの外周面に濾布を巻きつけたものとか、フ
レーム体に濾材を張設したもの、あるいは一端が封止さ
れた短筒状の金網製フィルタエレメントの開口端にカー
トリッジ式の取付用基部を接合させたものなどが使われ
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のごとき従来の除塵用フィルタは、濾過すべき流体
中の混入異物の粒径が小さければ小さい程網目の細かい
濾材を必要とし、殊に異物混入量が多い場合には短期間
で濾材表面への異物の沈積量が増大し、少なからぬ時間
と労力を要するフィルタ洗浄作業を頻繁に行わなければ
ならず、生産製低下の一要因をなしていた。

本発明は、濾過作業の進行中に同時的に、濾材表面に沈
積しようとする被濾過液中の異物を濾材表面から除去す
る機構を備えた、いわば自浄式のフィルタ装置を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の遠心式自浄フィルタ
装置は、ポンプと、濾材が取り付けられた遠心力発生濾
過面を有する中空回転体、該中空回転体の回転軸部、お
よび前記回転軸部内に設けられ前記回転体の内空部と前
記ポンプの吸入口とを結ぶためのポンプ吸入口の延長管
を有する回転フィルタと、該回転フィルタの回動手段
と、前記回転軸部と前記延長管との隙間に装着され、前
記回転フィルタの内空部の圧力と大気圧との圧力差によ
って筒径が拡張し、前記隙間をシールする弾性材製の環
状シール部材と、前記回転フィルタを包囲して設けられ
た筒状集塵ケース、該集塵ケースの底部開口部に接続さ
せた混入異物の排出用コンベヤを有する集塵手段とを備
えてなり、前記回転フィルタおよび集塵ケースを被濾過
流体中に浸漬させて使用する構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 回転フィルタの回転軸部に設けられた連通手段にポンプ
の吸入口を接続し、回転フィルタを被濾過流体中に浸漬
させたうえ、回転フィルタの回動手段を作動させると共
にポンプを起動させると、濾材の通気抵抗のために濾材
層を境にして回転フィルタの内側と外側との間に圧力差
が生じて被濾過流体は濾材の網目を通過して回転フィル
タ内に吸入され、異物の濾過作用が営まれる。

一方比較的高速で回転しつづける回転フィルタの外周面
には遠心力が作用するので、この面に沈積しようとする
流体中の混在異物は、遠心作用力を受けて濾材表面への
沈着を阻止される。

回転フィルタの回転軸部と、ポンプの吸入口への連通手
段との間に生ずる空隙部にはシール部材が設けられてい
るので、回転フィルタの内空部は濾材を準気密材料とに
なせば大気圧から遮断される。そのためにポンプの吸引
力によってもたらされる前記内空部の減圧状態が継続的
に維持されて濾過が進行する。

従って本発明によるフィルタ装置をポンプの吸入口に接
続されれば、従来のフィルタ装置と異なってポンプの運
転中にフィルタの表面に被濾過液中の異物が次第に、あ
るいは時には急速に沈積して濾過能力が低落してくる不
都合が解消される。このことによって従来頻繁に行われ
ていた労力と時間を多く要する濾材の洗浄作業が省かれ
て濾過作業能率が著しく向上する。

また濾材表面に一旦沈着しようとして遠心作用力により
剥落した被濾過液中の混入異物は、装置に付設されてい
る集塵手段によって補足されるので被濾過液中への再拡
散が防がれる。

［実施例］ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体
的に説明する。

第１図は本発明による一実施例装置の側断面図、第２図
は第１図の（イ）−（イ）断面図、第３図は第１図の部
分拡大図、そして第４図は第１図の（ロ）−（ロ）断面
図であってこの実施例装置は集塵手段が省かれている。
1は金属あるいは硬質合成樹脂からなる中空回転体であ
って、この実施例では閉鎖された内空部を有する円筒形
状を備えている1aは中空回転体1 の周壁面に一定間隔を
保って穿った縦長のスリット群であり、 2はくり抜き穴
としてのスリット1aに張設するように取付けられたネッ
ト状ないし布状の濾材である。1bと1cはそれぞれ中空回
転体1 の上側および下側筒端面に一体的に形成された筒
状回転軸と中実回転軸であり、 3は筒状回転軸1bの延長
部分をなす中空回転軸、 4は中空回転軸3 の上端部に嵌
着させたプーリ、10は下端側に外嵌させたベアリング、
11は中実回転軸1cの下端面に設けられた凹孔に嵌入させ
たベアリングボールである。Ａは回転フィルタを示して
いる。

20は被濾過流体21を満した濾過槽、20a と20b は被濾過
流体の入口孔と出口孔であり、槽の蓋板20c に中空回転
軸3 を遊嵌させた状態のもとにこれを支持するための中
空ボルト状の軸受12の螺着用ねじ穴が設けられている。
13は軸受12のゆるみ止めナットである。

中空回転体1 は被濾過流体21中に浸漬された状態のもと
に濾過液槽20内に沈められ、その底端側の中実回転軸1c
はベアリングボール11を介して濾過槽20の底板20d に設
けられたボール受座によって支承される。一方中空回転
体1 の上端側に連接された中空回転軸3 用ベアリング10
はこの回転軸に形成された異経段落面と軸受12の間で狭
搾把持される。

中空回転軸3 の中空部には、この図では示されていない
ポンプの吸入口と本発明装置の回転フィルタの回転軸部
との連通手段としてのポンプ吸入口延長管5 が挿入され
ており、その先端部は中空回転体1 の内空部に達してい
る。吸入口延長管5 の先端部には図示のように周縁に立
ち上がり部分5bを備えたフランジ状部5aが形成されてい
る。また中空回転軸3 の下端側を回転体1 の内空部に向
けて突出させた部分にはゴム状弾性体からなる短筒状の
シール部材6 および7 が同軸的に外嵌されている。この
シール部材6 と7 は第２図にみられるように単一の筒体
ではなくて、２つの半円筒体を幾分かの間隙をへだてて
つき合せたごとき構成を備えており、両シール部材6 と
7 はこの分割ラインが円周方向90゜隔たるような位置関
係のもとに同軸的に嵌合されている。シール部材の材質
としては機械的ないし物理的特性、殊に耐摩耗性にすぐ
れたウレタンゴムや弗素ゴムなどが好適しているが、こ
れら材料と他の弾性材料を適宜に組合せた複合構成をと
らせてもよい。 8および8aはシール部材6 と7 の止め環
およびスペーサである。

シール部材6 および7 は装置が休止している時は、その
筒壁面がほぼ垂直をなす原形を保っており、外側のシー
ル部材7 の外周面と吸入口延長管5 の先端のフランジ状
部の立ち上り部分5bの内周面との間に幾分かの空隙が存
置されて中空回転体1 の閉鎖状態にある（スリット1aに
張設されている濾材2 を準気密材料であると仮定すれ
ば）内空部は、吸入口延長管5 とこの管に外挿されてい
る中空回転軸3 の間隙を通じて大気に連通している。

第５図は本発明装置の使用方法を例示した、流体濾過シ
ステムの見取図であって、Ａは回転フィルタ、20は被濾
過流体が満たされている濾過槽、Ｂはポンプ、 5はポン
プの吸入口と回転フィルタＡの内空部とを連通させるた
めの手段としての吸入口延長管、15は回転体1 の駆動用
モータで無段変速型または定速回転型モータに無段変速
機を組合せたものを使用する。16Ｖベルト、17はモータ
15制御箱、22は濾過液吐出管、23濾過済み液の貯槽、24
濾過槽20の前置タンクであって濾過槽20の適正液深維持
のためなどにも役立つ。25は濾過槽20内の流体をタンク
24に移し入れるためのポンプである。

つぎに上記実施例装置の作動について説明する。濾過槽
20に被濾過液が回転フィルタＡを完全に浸漬させるに足
りる適正な液深を保って満されている状態のもとにポン
プＢを起動させると共に、回転フィルタＡの駆動用の無
段変速モータ15を充分低速下にスタートさせる。この時
ポンプＢの吐出管22に介在させた吐出バルブ（図示略）
は充分に絞り込んでおく。もし回転フィルタＡ内に濾過
流体が満たされていない状態にありかつ濾材2 が通液抵
抗の大きい材質のものである場合には、あらかじめ濾過
液を中空回転体1 の内空部に注入しておく必要がある。

本発明装置の心臓部というべき回転フィルタＡの役割
は、単に濾材2 によって被濾過流体中に混在している異
物がポンプＢの吸入口に侵入してくるのを阻止するだけ
にはとどまらない。即ち回転フィルタＡの水平断面図と
しての第４図にみられるように、濾材2 による通液抵抗
とポンプＢによる流体吸引力との相関関係からして、濾
材2 の層を界にして高圧側にある濾過層20内の流体21
が、低圧側にある回転フィルタＡの内空部に向って矢印
a で示されたように侵入する際に、濾材の網目より大き
い粒経の異物は、侵入をはばまれて濾過作用が営まれる
が、回転フィルタＡは後述するように例えば400rpmとい
った速さで矢印（ハ）の方向に連続回転させられている
ので、濾材2 の表面には図中に矢印b で示されたように
遠心作用力が発生する。そしてこの遠心作用力が濾材2
の表面に取り残されて沈着しようとする異物をはねのけ
る力として働き、回転フィルタＡはその濾材表面に自浄
機能が与えられることになる。この自浄作用力は当然に
回転フィルタＡの回転速度と相関関係にある。

ところで被濾過液が濾材2 を通過する速度、別言すれば
ポンプＢの吐出量は可乃的に大きくすることが求められ
るが、濾材2 の通液抵抗によって制約を受けるものであ
り、また濾材2 の網目がある程度異物によってふさがれ
ていることはより微細な異物を濾過する能力が与えられ
たことを意味するので、上記の自浄作用力も必ずしも最
大限にまで発揮させればよいといった性質のものではな
い。また遠心作用力が高まりすぎるとせっかく回転フィ
ルタＡ内に流入した濾過液の少なからぬ部分が濾過槽20
に逆流してしまう。従って回転フィルタＡの回転数にも
自らから適正値が存在する。そこで装置の始動時は回転
フィルタＡの駆動用モータ15の回転数を充分に落した状
態に保ち、ポンプＢの吐出管22から排出される濾過液の
濾過効果を確めながら徐々に回転数を高めると同時に吐
出口バルブの開度も増大させて行く。吐出バルブを開き
すぎると回転フィルタＡ内への濾過液の補給が追いつか
ず、ポンプＢは空転することになる。濾過効果と吐出量
の兼ね合い回転フィルタＡの最適回転数が決定された後
は同一条件のもとで操業する限り、この決定回転数と吐
出バルブ開度に装置の作動状態を固定させておけば、濾
材2 の表面に被濾過液中の混入異物が次第に沈積して経
時的に濾過効率が低下する不都合を来たすことなく、安
定した濾過作業を継続されることができる。

本発明装置の構成上の特徴は、回転フィルタＡの内空部
を大気圧に対して減圧状態に維持させる機構にもあるの
で、この点について第１図ないし第４図を参照しながら
説明する。

濾過槽20内の被濾過液21中に浸漬されている回転フィル
タＡの内空部に被濾過液21が濾材2 の通液抵抗にさから
って侵入するために濾材2 を介してその両側に圧力差が
存在する必要があり、この圧力差の発生原動力としてポ
ンプＢが存在する。被濾過液の呈する液圧は液深による
ウォーターヘッドに大気圧を加えたものに等しい。一方
回転フィルタＡ内の圧力は、もしこの内部が大気との連
通を断たれていれば、ポンプＢによる吸引力が作用する
ことによって、上記の圧力差は可能極限値としては零気
圧に近づけられるはずである。ところが前記実施例装置
においては、ポンプＢの吸入口延長管5 とこの管に外挿
された中空回転軸3 との間隙部において回転フィルタＡ
内は大気と連通せざるを得なくなるので、この間隙封止
手段としてシール部材6 と7 を組付けたのである。既述
のごとく装置の休止時にはこれらシール部材はシール作
用を営まないが、ポンプＢを作動させるとその吸引力に
よって回転フィルタＡ内は瞬間的に減圧状態となるの
で、ゴム弾性材からなり半円筒体をつき合せたごとき形
状を備えた短筒状のシール部材6 と7 は大気圧に押され
ることによって、その自由端としての下端部がスカート
状に拡張され、このシール部材の外周を囲繞している吸
入口延長管5 のフランジ状部の立ち上がり部分5bの内周
面に密接させられることとなり、遠心作用力もあづかっ
て以後は回転フィルタＡが回転しつづける限り、シール
部材6 と7 による軸封機能が維持されつづけることにな
る。シール部材6 および7 は極めて耐摩耗性のすぐれた
例えばポリウレタンゴムや弗素ゴムなどで作られてお
り、またＯリングなどのように圧縮作用力を受けること
がないので、いわゆる材質のへたり現象を生ずることも
ほとんどなく、従来の回転摺動部用シール材とは異なっ
て摩耗による交換をほとんど必要としないという極めて
すぐれた特徴を備えている。そして装置の休止時にはシ
ール状態を自然に解除させることができる。

つぎに上記実施例に示された構成を備えたテスト装置を
使って、回転フィルタＡを回転させた場合と回転させな
かった場合の装置の濾過能力（吐出量）の経時変化を比
較したいくつかの実験の結果を、各実験条件の一覧表と
しての表１と、これらの各々の実験について求めたポン
プ吐出量対運転時間の相関グラフとして第10１ないし第
13図を参照しながら説明する。各グラフは同一条件のも
とで５回繰返して行われた実験の測定値をプロットし、
このプロットの分布域を帯状斜線領域として（イ）〜
（ト）のごとく表示した。

表１のNo.１の実験結果を図示した第10図において、回
転フィルタＡを回転させなかった場合には、帯状グラフ
（ロ）にみられるように、装置の作動直後から吐出量は
減少の一途をたどり、約 4分後に半減し、 8分後には1/
10程度に低落したのに対して、回転フィルタＡを200rpm
で回転させた場合にはグラフ（イ）に描かれているよう
に10分経過後においても目立った吐出量の低下はみられ
ず、本発明装置におけるフィルタを回転させたことによ
る濾過性能の飛躍的な向上が明確によみとれる。第２お
よび第３の実験は、第１の実験に混入異物として使われ
て鉄粉に較べてはるかに濾材2 に目詰りを生じさせやす
い紙パルプを用いたので、回転フィルタＡの自浄作用の
効果は第11図と第12図にそれぞれ明らかなように、回転
フィルタＡを回転させた場合と回転させない場合のグラ
フ（ハ）と（ニ）および（ホ）と（ヘ）とでは極端なま
でに下降曲線の傾度が相異している。

第４の実験は回転フィルタＡの回転数との吐出量を除い
て第３の実験と同一のテスト条件に保たせて、回転数と
濾過性能の相関性を求めるべく行なったものである。そ
のテスト結果をまとめた第13図にみられるように、回転
フィルタＡの回転数が800rpm時には10分経過後にもグラ
フＡに示されたごとく目立った濾過能力の低下は認めら
れず、400rpm時のグラフＢもグラフＡに較べてさして相
異がなく、100rpm時のグラフＤに至って始めて、 5分経
過後に濾過性能は運転開始時の80％内外にまで低下する
ものの以後はほぼこの能力水準に維持されており、回転
休止時のグラフ（ト）とは較ぶべくもないことが示され
ている。もちろん回転フィルタＡの最適回転数は濾過条
件の相異する毎に変動するが、いくつかの実験結果を総
合的に勘案すれば、 200〜400rpmの範囲においてすこぶ
る有効な濾材表面の自浄作用が営まれるものと解され
る。それ以上に回転数を上げれば更に幾分かの濾過性能
の向上が期待される。

次に第６図ないし第９図は第２実施例装置の説明図であ
って、上記の第１実施例装置と異なる点は集塵手段が回
転フィルタＡおよび濾過槽20に組付けられているところ
にある。

50は回転フィルタＡの自浄作用によって濾材2 の表面か
ら剥離された被濾過液中の異物が濾過槽20内に再拡散し
てしまうことを防止するための集塵ケースであって、頂
面が開放された筒状容器としての形状を備えており、そ
の内周面には円周の1/4 よりやや短い円弧長さを有する
スクリュー羽根状の４枚の液流ガイド部材５１が円周方
向に等間隔を保って斜下向き方向に取付けられている。
回転体1 はこれらの液流ガイド部材51に包囲された状態
のもとに集塵ケース50内に設置され、ケース50の底壁面
に沈積してくる異物の排出用底孔50a が複数個設けられ
ている。50b はケース50の外周面に形成させたフランジ
状部であって、濾過液槽20の底板20d の中心部に穿った
ケース50の嵌着用穴の口縁部に係止させた状態のもとに
ボルト53を用いて底板20d に固定されている。

55は集塵ケース50の開放された頂面を覆いかくすように
して中空回転軸3 に嵌着させた回転蓋体であって、集塵
ケース50内に堆積する異物が上方に舞い上がるのを阻止
する。この回転蓋体は極く偏平な逆ろう斗形状を備えて
おり、その円錐面には半径方向に多数のスリット55a が
設けられている。そしてこのスリット55a の長手方向の
両側壁面c は第８図に描かれているように、回転蓋体55
の回転方向に向かって上向きの斜面をなしているので、
蓋体55の回転に伴って、集塵ケース50の外側にあってこ
のスリット55a の前面に位置する被濾過液は斜面c によ
る衝突を受けることになり、衝突エネルギーを与えられ
たうえ下向きに屈折された液流はケース50に流入する。
したがって濾過作業の進行に伴って次第に濾過槽20内に
沈積してくる異物がこの槽内に生ずる液の乱流によって
浮上し集塵ケース50の外にのがれ出ようとしても、回転
蓋体55が呈する上記のごとき液吸入作用力によってこの
ような浮上の動きが阻止される。一旦ケース50内に吸引
された被濾過液のうち、濾材2 の網目をくぐり抜け得な
かった過剰分はケース50の頂部周縁と回転蓋体55の外周
縁とのすき間d を通過して濾過槽20内の自由空間にもど
されるが、この還流に随伴される異物の量はわずかであ
る。

60は回転フィルタＡの濾材2 の表面から遠心作用力によ
って剥落させられ、次第に集塵ケース50内に堆積してく
る被濾過液中の混入異物を装置の外部に導き出すための
縦型スクリューコンベアのケーシングであって、61は内
蔵された縦置きスクリュー、62はスクリュー61の回転
軸、63と64はそれぞれ回転軸62の上側ボール軸受と下側
ベアリング、65はスクリュー61を回転軸62に固定させる
ためのボルト、66はケーシング60の液漏れを防止用シー
ル材、67はシール材66の押圧固定用中空ボルト、そして
69はスクリュー61の駆動用モータの取付ベースである。
ケーシング60はその上端部に設けたフランジ状部を固定
用ボルト68によって集塵ケース50底面に結合されてい
る。

70は縦型スクリューコンベアによって集塵ケース50の底
部から排出させた異物を水平方向に移送させるための横
型スクリューコンベアのケーシングであり、71は内蔵さ
れた横置きスクリュー、72はスクリュー71の回転軸、73
は軸受筒、74はベアリング、75は軸シール用パッキン、
76はパッキン75の押圧固定用中空ボルトである。コンベ
アケーシング70の異物導入口70a は縦型コンベアケーシ
ング60底部排出口に接続されている。77は横型コンベア
ケーシングの排出口に70b に嵌着させた排出口の延長用
ゴムホースまたは配管である。

第２実施例装置の使用状況例示図としての第９図におい
て、80縦型スクリューコンベアの駆動用モータ、81はモ
ータ80の作動制御箱、82は軸継手であり、90は横型スク
リューコンベアの駆動用モータ、91はモータ90の作動制
御箱、92は軸継手である。図中の他の符号は前記のそれ
と共通している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例装置の側断面図、第２図
は第１図の（イ）−（イ）断面図、第３図は第１図の部
分図、第４図は第１図の（ロ）−（ロ）断面図、第５図
は本発明装置の使用状況を例示した見取図、第６図は本
発明による第２実施例装置の側断面図、第７図は第６図
の（ニ）−（ニ）断面図、第８図は回転蓋体55の部分的
上面図、第９図は第６図の装置の使用状況の例示図、そ
して第10図から第13図は、本発明装置における回転フィ
ルタの回転の有無と自浄作用の相関性を求めた実験デー
タグラフである。 図中 Ａ……回転フィルタ、 1……中空回転体、 2……
濾材、 5……ポンプ吸入口延長管（連通手段）、 6、 7
……シール部材、20……濾過槽、50……集塵ケース、55
……回転蓋体、55a ……液流ガイド用開口（スリッ
ト）、60……縦型スクリューコンベア、70……横型スク
リューコンベア、Ｂ……ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 修一 愛知県宝飯郡御津町大字御馬字梅田１番地 36 (56)参考文献 特開 昭57−30517（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−26342（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプと、 濾材が取り付けられた遠心力発生濾過面を有する中空回
   転体、該中空回転体の回転軸部、および前記回転軸部内
   に設けられ前記回転体の内空部と前記ポンプの吸入口と
   を結ぶためのポンプ吸入口の延長管を有する回転フィル
   タと、 該回転フィルタの回動手段と、 前記回転軸部と前記延長管との隙間に装着され、前記回
   転フィルタの内空部の圧力と大気圧との圧力差によって
   筒径が拡張し、前記隙間をシールする弾性材製の環状シ
   ール部材と、 前記回転フィルタを包囲して設けられた筒状集塵ケー
   ス、該集塵ケースの底部開口部に接続させた混入異物の
   排出用コンベアを有する集塵手段とを備えてなり、 前記回転フイルタおよび集塵ケースを被濾過流体中に浸
   漬させて使用する遠心式自浄フィルタ装置。
2. 【請求項２】前記環状シール部材は、円筒状を呈し、一
   端が前記回転軸部の内周壁面またはその延長部に固定さ
   れ、他端が前記ポンプ吸入口の延長管の外周壁面または
   その延長部に摺接して装着されたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の遠心式自浄フィルタ装置。
3. 【請求項３】前記集塵手段は、前記筒状集塵ケースの頂
   面開口を覆うようにして前記中空回転体の回転軸に取り
   付けられ、被濾過液を前記集塵ケース内に流入させるガ
   イド付き開口を有する回転蓋体が付設されたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の遠心式自浄フィルタ
   装置。