JP2012000577A - 濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄作業において撹拌用の部材に与える負荷を減らし、かつ撹拌用の部材との衝突による濾過材の破損を減らすことができる濾過装置を提供する。
【解決手段】回転軸に固定されて汚濁物質が付着した濾過材を撹拌する撹拌棒を備える濾過装置において、回転軸に固定する撹拌棒として、濾過材に埋没する位置に取り付ける下部撹拌棒と、濾過材に埋没しない位置に取り付ける上部撹拌棒と、濾過材に少なくともその一部が埋没するように上部撹拌棒から下方にのびる撹拌羽根を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、水等の液体を濾過する濾過装置に関し、特に内部に濾過材の洗浄機構を有する濾過装置に関するものである。

従来、温泉施設やプール等では循環水浄化装置を用いて、貯水槽で使用した水を濾過装置で濾過し、必要に応じて消毒用薬剤を注入することで除菌・浄化を行ないながら循環させて再利用を行っている。本明細書中においては、濾過装置を使用しながら循環再利用を行う水・お湯のことを「循環水」と表記する。
一般的な濾過装置としては、例えば、濾過槽内に大径の砂利等の濾過材を敷き、その上に順次小径の濾過材を層状に重ねた構造のものが知られている。この濾過装置は濾過前の循環水を濾過槽の上方から供給し、層状の濾過材内を下方に浸透させることで循環水に含まれる汚濁物質を各層の濾過材に付着させてきれいな循環水を得る仕組みになっている。

ここで、濾過装置を長時間使用すると濾過材が汚濁物質によって目詰まりし、濾過効率が低下する結果、循環水の質が悪化する場合がある。このため、濾過材に付着した汚濁物質を取り除き、目詰まりを解消する必要がある。
濾過材から汚濁物質を取り除く作業、いわゆる洗浄作業は施設の営業効率を高めるためにできるだけ短時間で工数をかけず、また場所をとらずに行えることが望ましい。
例えば、濾過装置を温泉施設で使用する場合には洗浄作業を毎日始業時或いは終業時に行うことが好ましいため、濾過材を濾過槽の外側に取り出すことなく、濾過槽内に収容したまま、短時間で効率よく洗浄できるように予め濾過材の洗浄機構を濾過槽内に設けておく場合がある。
ここで、上述したような濾過槽内に濾過材を層状に重ねる方式の場合、洗浄作業として最下層の濾過材の下方から洗浄水を上方に噴出させることで汚濁物質を取り除くいわゆる逆洗洗浄を行うのが一般的である。しかし、濾過作業の過程において濾過材の層中に汚濁物質が固着し、層中に水の通り道ができてしまうことがあり、この場合、逆洗洗浄時に洗浄水が主にこの水の通り道のみを通過して上方に噴出するので、水の通り道から離れた位置にある濾過材の洗浄作業が十分でなく、レジオネラ菌等の雑菌の温床となる可能性があった。

このような問題を解消すべく、例えば図４に示すような濾過装置が知られている（特許文献１）。
図４の濾過装置は容器１と、容器１内を上下２つの空間に区切る仕切板２と、上部空間４内に収容された濾過材２９と、容器内を上下方向にのびる軸１４と、軸に固定された複数の撹拌羽根１５を備えている。
濾過材は容器内の仕切板上に堆積しており、循環水がこの濾過材の間を下方に浸透していくことで濾過される仕組みになっている。
そして、容器の外部に設けた駆動機構１６〜１９、２４〜２６等を利用して軸を回転させ、容器１内を撹拌羽根が回転することで、濾過材に付着した汚濁物質を取り除き、その後汚濁物質を含む水を洗浄汚水導出管１２から排出することで洗浄作業を行うようになっている。

また、図５に示す濾過装置は、タンク１内に中心棒３ａを備え、この中心棒の上下方向に枝棒３ｂを螺旋状に複数取り付けてあり、モータ１０を駆動することで中心棒が正逆回転し、枝棒によりタンク内を撹拌することで、濾過材２に付着した汚濁物質を取り除くようになっている（特許文献２）。
特許文献１及び２に記載された濾過装置によれば、洗浄作業において濾過材が濾過槽内で完全に撹拌されるので、上述した複数の濾過材を層状に重ねる方式と比較して濾過材を十分に洗浄できる。

実開昭５４−４５４６５号公報 特開平１−２８１１１５号公報

しかし、特許文献１及び２に記載された濾過装置によれば以下のような問題がある。
すなわち、特許文献１に記載された濾過装置の場合、撹拌羽根として容器内を上下方向にのびる板状部材を使用している。通常の濾過作業中は濾過材は仕切板上に堆積しているため、撹拌羽根はその大半が濾過材内に埋没した状態となっている。
この状態から洗浄作業を開始すべく軸を回転させると、撹拌羽根の周囲の濾過材が抵抗となって駆動機構に過大な負荷がかかり、駆動機構が破損する可能性がある。

また、撹拌羽根が上下方向に長く、その下部において固定されたいわゆる片持ち梁構造になっているため、回転時に濾過材から撹拌羽根に働く荷重によって撹拌羽根の下部（固定端）に過大なモーメントが作用し、撹拌羽根の下部が破損してしまう可能性がある。
さらに、複数の長い撹拌羽根により濾過材を撹拌するため、濾過材が撹拌羽根に衝突する回数が多くなり、その衝撃により濾過材が破損してしまう可能性がある。
また、特許文献２に開示された濾過装置の場合も同様に枝棒３ｂを上下方向に螺旋状に複数（図では８本）取り付けているため、回転時に枝棒と衝突した濾過材が破損してしまう可能性がある。

本発明はこのような問題に鑑み、洗浄作業において撹拌用の部材に与える負荷を減らし、かつ撹拌用の部材との衝突による濾過材の破損を減らすことができる濾過装置を提供することを目的とする。

本発明の濾過装置は、濾過槽と、濾過槽内で軸回りに回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固定されて汚濁物質が付着した濾過材を撹拌する撹拌棒とを備え、撹拌棒として、濾過材が濾過槽内に堆積した状態で当該濾過材に埋没する位置において回転軸に直交して固定される下部撹拌棒と、濾過材が濾過槽内に堆積した状態で当該濾過材に埋没しない位置において回転軸に直交して固定される上部撹拌棒とを備え、濾過材が濾過槽内に堆積した状態で当該濾過材に少なくともその一部が埋没するように上部撹拌棒から下方にのびる撹拌羽根を備えることを特徴とする。

本発明の濾過装置によれば、撹拌羽根の少なくとも一部が濾過材に埋没するように配置されるので、洗浄作業において上部撹拌棒全体及び撹拌羽根が濾過材から受ける抵抗を抑えることができ、撹拌棒及び撹拌羽根をスムーズに回転させることができる。
これにより、特に洗浄作業の開始時において濾過材から撹拌棒及び撹拌羽根に与えられる負荷を減らすことができ、撹拌棒及び撹拌羽根の破損の可能性を抑えることができる。また、濾過材が撹拌羽根と衝突する回数を減らし、濾過材の破損を減らすことができる。

また、洗浄作業の開始時において上部撹拌棒及び撹拌羽根がスムーズに回転することで、堆積した状態の濾過材の上部に対して軸回りの回転力を容易に与えることができる。これにより濾過材は上部から軸回りに回転し始め、次第に中央部及び下部も回転し始める。一旦濾過材全体が回転し始めると、濾過材に埋没して配置した下部撹拌棒の回転力を受けた洗浄水（汚濁物質を含まない洗浄用の清水）が上昇し、濾過槽内で対流し始めるので、軸回りの回転流と上下方向への対流とにより濾過材を十分に撹拌できる。
なお、本明細書中において、濾過槽内に循環水を導入して濾過槽内に堆積した濾過材を用いて汚濁物質を除去する作業を「濾過作業」とし、濾過槽内を撹拌して濾過材に付着した汚濁物質を除去する作業を「洗浄作業」とする。

濾過装置の外観を示す側面図である。 濾過装置の内部構造を示す縦断面図である。 金網の構造を示す上面図（ａ）〜（ｄ）である。 従来の濾過装置の内部構造を示す縦断面図である。 従来の濾過装置の内部構造を示す縦断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の濾過装置１０は濾過槽２０、回転軸５０、撹拌棒６０、撹拌羽根７０等を備える。
濾過槽２０は上下が閉鎖された略円筒形状で、アルミニウムやステンレス等の金属製或いはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の樹脂製である。なお、濾過装置１０を使用する施設の水質によって適宜亜鉛メッキを施すこともある。
濾過槽２０の側面上部には上部開口２１が設けられており、詳しい説明は後述するが、この上部開口２１には濾過作業において循環水を濾過槽２０内に導入すると共に洗浄作業において汚濁物質を含む循環水を濾過槽２０外に排出するための上部管２２が取り付けられている。
上部管２２には第一バルブ２３ａを介して排出用管２４が連結している。

濾過槽２０の側面下部には下部開口２５が設けられており、詳しい説明は後述するが、この下部開口２５には濾過作業において濾過後の循環水を濾過槽２０外に排出すると共に洗浄作業において洗浄水を濾過槽２０内に導入するための下部管２６が取り付けられている。
下部管２６には第二バルブ２３ｂを介して循環用管２７が連結している。
上部管２２と下部管２６は濾過槽２０のほぼ中央部で第三バルブ２３ｃを介して連結しており、更にこの第三バルブ２３ｃには中央管２８が連結している。
濾過作業中には中央管２８内を貯水槽（図示せず）から排出された循環水が通るようになっており、中央管２８を通った循環水は第三バルブ２３ｃ及び第一バルブ２３ａの操作により上部管２２を通って濾過槽２０に入る。また、洗浄作業中には中央管２８内を洗浄水が通るようになっており、中央管２８を通った洗浄水は第三バルブ２３ｃ及び第二バルブ２３ｂの操作により下部管２６を通って濾過槽２０に入る。

濾過槽２０の側面上部には点検口２９が設けられており、濾過作業及び洗浄作業中等において濾過槽２０内を目視で点検できるようになっている。点検口２９を使用しない間は蓋３０で閉鎖されている。
濾過槽２０の側面下部には濾過材取出し口３１が設けられており、古くなった濾過材Ａの交換作業等において利用できるようになっている。濾過材取出し口３１を使用しない間は蓋３２で閉鎖されている。
濾過槽２０の上部は蓋３３で閉鎖されている。蓋の中央部には回転軸駆動機構３４としてのモータ３５が取り付けられており、更に濾過槽２０内の空気を抜くためのエア抜き管３６と濾過槽２０内の圧力を測定する圧力計３７が取り付けられている。

濾過槽２０の内部下方には金網３８が取り付けられている。図３に示すように金網３８は上から順に網押え３９、濾過網４０、網受け４１を配置した三層構造になっており、図２に示すように側面視した場合に中央部が下方に窪んだ形状になっている。金網３８の下方には下部空間４２が形成されている。
網受け４１は円形の薄板部材であり、円弧状に４分割された各領域４１ａには大径と小径の２種類の開口４１ｂ、４１ｃが形成されている。開口の径を大小２種類とすることで、大径の開口のみとした場合と比較して網受け４１全体の強度を高めることができる。
濾過網４０は円弧状に４分割された状態で網受け４１の各領域４１ａの上面に配置されており、網押え３９によりボルト及びナットで固定されている。濾過網４０のメッシュは濾過材Ａが通過しないように濾過材Ａの径よりも小さく設定されている。
金網３８の上面には濾過材Ａが堆積しており、濾過作業時の循環水は金網３８を下方に通過し、洗浄作業時の洗浄水は金網３８を上方に通過することになる。このように金網３８には上方及び下方から水圧がかかるため、長期間の使用により金属疲労が発生し、濾過網４０が破損する可能性があるが、本実施の形態に示す濾過網４０は４つの小片に分割されているため、濾過材取出し口３１を介して破損した濾過網４０の取り換え作業を容易に行うことができる。
なお、図２では理解を容易にするために濾過材Ａの密度を疎にして描いている。また、本実施の形態においては濾過材Ａとして砂を使用しているが、これに限らず粒状の活性炭、セラミックス、亜硫酸カルシウム等の周知の吸着剤を使用しても良い。
濾過槽２０の内部上方であって上部開口２１の近傍には遮蔽板４３が取り付けられている。遮蔽板４３は下方に向かって拡径する筒状の部材であり、その下端部において濾過槽２０の内面に接合されている。遮蔽板４３は洗浄作業中に濾過槽２０内を回転・対流する濾過材Ａが上部開口２１から上部管２２に流れ込まないように遮蔽する機能を有している。

回転軸５０は濾過槽２０内の中央部を上下にのびる棒状の部材であり、その上端部において回転軸駆動機構３４と連結し、その下端部は濾過槽２０の下面において軸回りに回転可能に支持されている。
撹拌棒６０は回転軸５０に固定されて汚濁物質が付着した濾過材Ａを撹拌するための棒状の部材であり、下部撹拌棒６１と上部撹拌棒６２とからなる。
下部撹拌棒６１は、濾過材Ａが濾過槽２０内に堆積した状態で当該濾過材Ａに埋没する位置において回転軸５０に直交して固定される。なお、「濾過材Ａが濾過槽２０内に堆積した状態」とは、濾過作業を行う際に濾過材Ａが金網３８上にほぼ静止して堆積している状態を指す。図２において符号Ｘで示す位置が濾過材Ａの上面であり、この位置より下方が「濾過材Ａに埋没する位置」となる。
本実施の形態においては下部撹拌棒６１を２本取り付けている。下部撹拌棒６１の本数は特に制限されるものではないが、多すぎると洗浄作業を開始する際に抵抗を受け易く、また濾過材Ａが下部撹拌棒６１に衝突する回数が多くなり、衝突時の衝撃により濾過材Ａを破損する可能性が高くなるため、濾過材Ａが濾過槽２０内に堆積した状態で濾過材Ａの下部と中央部を撹拌できるように２本配置するのが好ましい。

上部撹拌棒６２は、濾過材Ａが濾過槽２０内に堆積した状態で当該濾過材Ａに埋没しない位置において回転軸５０に直交して固定される。つまり、符号Ｘで示す位置より上方において回転軸５０に固定される。
撹拌羽根７０は、濾過材Ａが濾過槽２０内に堆積した状態で当該濾過材Ａに少なくともその一部が埋没するように上部撹拌棒６２から下方にのびる棒状部材である。つまり、撹拌羽根７０の少なくとも一部が符号Ｘで示す位置よりも下方に位置するように取り付けられており、本実施の形態においては３本の撹拌羽根７０の各々の下部が符号Ｘよりも下方に位置している。撹拌羽根７０の本数は特に制限されるものではないが、多すぎると洗浄作業を開始する際に抵抗を受け易く、また濾過材Ａが撹拌羽根７０に衝突する回数が多くなるため、上面視した場合に濾過材Ａの外周縁部付近と中央部付近（回転軸５０付近）とこれら２ヵ所の中間付近の３箇所を撹拌できるように３本配置するのが好ましい。

次に、濾過装置１０を温泉の循環水浄化装置に適用した場合を例にして濾過作業について説明する。
まず、浴槽（図示せず）から排出された循環水はヘアキャッチャー（図示せず）で髪の毛等が除去され、更に消毒薬剤を注入された後、濾過装置１０に至る。
濾過装置１０ではまず循環水が中央管２８内を通り、第三バルブ２３ｃ及び第一バルブ２３ａの操作により上部管２２を通って上部開口２１から濾過槽２０に入る。なお、各バルブ２３ａ〜２３ｃの操作は洗浄・濾過作業の担当者が手動で行ってもよいし、あるいは機械操作により自動的に行うものとしてもよい。
濾過槽２０内では濾過材Ａが堆積した状態で静止しており、循環水の水位が上昇していくにつれてエア抜き管３６から濾過槽２０内の空気が外部に排出される。最終的には濾過槽２０のほぼ上部にまで循環水が到達する。なお、濾過槽２０内の圧力を圧力計３７で計測することで濾過材Ａの状況（目詰まり発生の有無）等を検知することができる。
循環水は濾過材Ａを下方に浸透していき、ヘアキャッチャーでは除去できなかった微細な汚濁物質が濾過材Ａに吸着されることで濾過される。
金網３８を通過した循環水は下部空間４２に至り、下部管２６を経て第二バルブ２３ｂ及び第三バルブ２３ｃの操作により循環用管２７を通り、必要に応じて熱交換器（図示せず）で適温に加熱され、浴槽に至り再利用される。

次に、濾過装置１０による洗浄作業について説明する。
まず第三バルブ２３ｃ及び第二バルブ２３ｂの操作により洗浄水を中央管２８及び下部管２６を介して下部開口２５から濾過槽２０に入れる。
次に洗浄水を濾過槽２０内の下方から上方に向かって逆流させることで、ほぼ静止状態だった濾過材Ａをわずかに浮遊させる。これによりモータ３５の駆動時の負荷を低減できる。
次にモータ３５を駆動させ、回転軸５０を回転させると上部撹拌棒６２、撹拌羽根７０及び下部撹拌棒６１が一体的に回転を開始する。

ここで、上部撹拌棒６２全体及び撹拌羽根７０の上部は濾過材Ａに埋没していないため濾過材Ａの抵抗を抑えてスムーズに回転させることができる。
上部撹拌棒６２及び撹拌羽根７０がスムーズに回転することで、わずかに浮遊した状態の濾過材Ａの上部に対して軸回りの回転力を容易に与えることができる。濾過材Ａはその上部から軸回りに回転し始め、それにつれて次第に濾過材Ａの中央部及び下部も回転し始める。
一旦濾過材Ａ全体が回転し始めると、２本の下部撹拌棒６１の回転力を受けた洗浄水が上昇して対流を開始するので、軸回りの回転流と上下方向への対流とにより濾過材Ａが十分に撹拌されることになる。
撹拌された濾過材Ａ同士は互いにこすれ合い、付着した汚濁物質が剥がれ落とされていく。
濾過材Ａから剥離した汚濁物質は洗浄水と共に上部開口２１から上部管２２を通り第一バルブ２３ａ及び第三バルブ２３ｃの操作により排出用管２４を通り廃棄される。

なお、本発明の濾過装置１０は上記温泉のみならずプール、家庭用浴槽その他水を循環させながら不純物・汚濁物質を濾過して再利用するシステムに利用できる。
また、濾過装置１０を複数の浴槽循環系統に対して一つだけあるいは複数配置してもよい。例えば、男湯用の浴槽と女湯用の浴槽とが別々の浴槽循環系統になっている場合であっても各浴槽循環系統に共通の一台の濾過装置１０を配置してもよい。大規模温泉施設では男湯と女湯のそれぞれに露天風呂やジェット風呂を設ける場合が多く、この場合、浴槽循環系統が複数必要となるが、この場合でも各浴槽循環系統用として一台あるいは複数台の濾過装置１０を取り付ければよい。

本発明は濾過装置の洗浄作業において撹拌用の部材に与える負荷を減らし、かつ撹拌用の部材との衝突による濾過材の破損を減らすことができるものであり、産業上の利用可能性を有する。

１０ 濾過装置
２０ 濾過槽
５０ 回転軸
６０ 撹拌棒
６１ 下部撹拌棒
６２ 上部撹拌棒
７０ 撹拌羽根

Claims (1)

1. 濾過槽と、
   前記濾過槽内で軸回りに回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸に固定されて汚濁物質が付着した濾過材を撹拌する撹拌棒とを備える濾過装置において、
   前記撹拌棒として、前記濾過材が濾過槽内に堆積した状態で当該濾過材に埋没する位置において前記回転軸に直交して固定される下部撹拌棒と、前記濾過材が濾過槽内に堆積した状態で当該濾過材に埋没しない位置において前記回転軸に直交して固定される上部撹拌棒とを備え、
   前記濾過材が前記濾過槽内に堆積した状態で当該濾過材に少なくともその一部が埋没するように前記上部撹拌棒から下方にのびる撹拌羽根を備えることを特徴とする濾過装置。
   
   

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