JP2012040473A

JP2012040473A - 濾過装置

Info

Publication number: JP2012040473A
Application number: JP2010181665A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamamoto; 山本　　茂
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-03-01

Abstract

【課題】本発明は、運転開始後速やかに処理水を取水することができ、しかも単位時間当たりの処理水の取水量を単位時間当たりの原水の供給量以上に設定することも可能な新規な濾過装置を提供することを目的とする。
【解決手段】濾過室４より上部の位置に貯水室２を配置し、下部濾過室４２の容量に対して過剰量となった処理水を貯水室３において順次貯水し、単位時間当たりの処理水の取水量が単位時間当たりの原水の供給量を超える場合には、取水量と供給量の差の分、貯水室３に貯水された処理水が集水管８を介して下部濾過室４２内に返送される構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水を濾材に通過させることによって濾過処理し、もって処理水を得る濾過装置に関する。

原水を濾材に通過させて処理水を得る濾過装置として、濾過室の上部に貯水室を備え、この貯水室に蓄えた処理水によって濾材を逆洗する機能を備えた濾過装置（逆洗水自己保有型圧力濾過機）が開発されている（例えば、下記特許文献１参照）。

図５に示すように、特許文献１に記載された濾過装置１００においては、まず、原水用電動開閉弁１６１を開くことによって、原水供給管１６を介して原水を濾過室１４の上流部１４１に供給する。濾過室１４の上流部１４１に供給された原水は、上流部１４１から下流部１４２に向けて濾材槽１５を通過することによって濾過処理されて処理水となる。この処理水は、集水管１８を介して貯水室１３に輸送され、貯水室１３において順次貯水される。

貯水室１３から処理水を取水するための処理水送水管１７は、その一端（処理水の入り口側の開口端１７１）が、濾過装置１００の壁面を通じて貯水室１３内の上部において開放されている。これより、貯水室１３に輸送された処理水は、貯水室１３内における水位が処理水送水管１７の開口端１７１を超える位置に至るまで、貯水室に貯水される。処理水送水管１７の開口端１７１の位置を超えた分の処理水は、処理水送水管１７の開口端１７１から処理水排出管１７に流入し、処理水送水管１７を介して濾過装置１外に自動的に供給される。

又、特許文献１に記載された濾過装置１００において、濾材槽１５を逆洗するにあたっては、原水用電動開閉弁１６１を閉じると共に逆洗用電動開閉弁１９１を開くことによって、貯水室１３に貯水されていた処理水を濾過室１４の下流部１４２に返送する。濾過室１４の下流部１４２に返送された処理水は、下流部１４２から上流部１４１に向けて濾材槽１５を通過することによって濾材槽１５を逆洗する。逆洗後の水は、逆洗によって濾材槽１５から押し出した汚れと共に逆洗水配水管１９を介して排出される。

即ち、特許文献１に記載された濾過装置１００は、貯水室１３に貯水された処理水を、濾材１５を逆洗するための逆洗水として利用するものであり、処理水送水管１７の開口端１７１を貯水室１３内の上部において開放させることによって、貯水室１３において常に一定量の処理水が貯水される構成としている。

特開２０００‐１００７９４号公報

ところで、この種の濾過装置は、例えば、魚河岸等において使用されるような比較的大型の水槽（生け簀）に処理水（この場合、濾過処理した海水）を供給するために用いられる。

魚河岸等においては、天候の変化などによって、活魚が水揚げされる時間が予測し難い一方で、仕入れた活魚はできるだけ早く生け簀に入れる必要がある。又、場合によっては生け簀内の水を短時間で総入れ替えする必要が生じることもあり、用いられる濾過装置には、状況に応じて短時間で生け簀を満水とし得る処理能が求められる。

しかしながら、特許文献１に記載された濾過装置では、貯水室における処理水の水位が貯水室の上部に延ばした処理水送水管の開口端を超える位置まで上昇しなければ、処理水の取水ができないため、運転開始後、取水可能となるまでに長時間を要する。

又、特許文献１に記載された濾過装置では、単位時間当たりの処理水の取水量を、単位時間当たりの原水の供給量以上に設定することができない。

なぜなら、特許文献１に記載された濾過装置は、貯水室において貯水された処理水のうち、処理水送水管の開口端の位置を超えた分が順次開口端に流入し、処理水送水管を介して濾過装置外に自動的に供給する構成であることから、貯水室に存する処理水の水位は、常に処理水送水管の開口端近辺にある。そのため、吸引ポンプなどを用いて強制的に取水すると、すぐに貯水室に存する処理水の水位が処理水送水管の開口端の位置より下がり、取水できなくなるからである。

従って、特許文献１に記載された濾過装置において、単位時間当たりの処理水の取水量を増加させるためには、単位時間当たりの原水の供給量を多くする必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載された濾過装置において、単位時間当たりの原水の供給量を多くすることによって、単位時間当たりの処理水の取水量を増加させるにあたっては、濾過室及び貯水室の双方を密閉状態の圧力容器とする必要があり、剛性を確保するために、素材の選択の幅が狭くなる上、コスト高となる。

本発明は、前記技術的課題を解決するために開発されたものであって、運転開始後速やかに処理水を取水することができ、しかも単位時間当たりの処理水の取水量を単位時間当たりの原水の供給量以上に設定することもできる新規な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、中空の濾過槽と、濾過槽内を上部側の貯水室と下部側の濾過室とに区画する隔壁と、濾過室内を更に上部側の上部濾過室と下部側の下部濾過室に区画する位置に配された濾材と、濾過槽の壁面を通じて上部濾過室に連通すると共に上部濾過室内に向かって開口する原水供給管と、濾過槽の壁面を通じて下部濾過室に連通すると共に下部濾過室内に向かって開口する取水管と、一端が下部濾過室内に向かって開口し、他端が貯水室内に向かって開口する集水管とを具備する。

本発明の濾過装置においては、原水供給管を介して上部濾過室に供給された原水が、濾材の上部から下部に向かって通過することによって処理水となって下部濾過室に蓄えられ、下部濾過室から取水管を介して処理水を取水する。

即ち、本発明の濾過装置においては、下部濾過室に処理水を蓄え、下部濾過室から直接処理水を取水することができるから、濾過装置の運転開始時から取水が可能になるまでに要する時間が非常に短時間となる。

そして、本発明の濾過装置においては、処理水の単位時間当たりの取水量が原水の単位時間当たりの供給量より少ない場合（取水量がゼロの場合を含む）は、下部濾過室の容量に対して過剰量となった処理水が、原水の供給圧によって、集水管を介して貯水室に輸送されて、貯水される。

一方、処理水の単位時間当たりの取水量が原水の単位時間当たりの供給量を超える場合は、貯水室に貯水された処理水が、貯水室に貯水された処理水の水位と集水管の他端の開口位置との間に生じる水頭圧によって、集水管を介して下部濾過室内に返送される。

即ち、本発明の濾過装置は、下部濾過室に蓄えられた処理水に加えて、貯水室に貯水された処理水も取水できる構成としていることから、単位時間当たりの処理水の取水量が単位時間当たりの原水の供給量を超える場合にあっても、安定して処理水を得ることができる。

なお、事実上、貯水室に貯水された処理水のうち、実質的に取水に供することができる処理水は、貯水室に貯水された処理水のうち、貯水室内に向かって開口する集水管の開口位置を超えて貯水された分（以下、実質的貯水分と称する。）になる。これより、本発明においては、貯水室内に向かって開口する集水管の開口位置につき、貯水室におけるできるだけ下部に設定することによって、貯水室に貯水された処理水に対する実質的貯水分の割合を向上させることが好ましい。

本発明の濾過装置においては、更に、濾過槽の壁面を通じて上部濾過室に連通すると共に上部濾過室内に向かって開口する逆洗排出管を具備することが好ましい。

この逆洗開閉弁を備えれば、原水の供給及び処理水の取水を停止した状態で逆洗開閉弁が開通されると、貯水槽内に貯水されていた処理水が集水管を介して下部濾過室に返送され、濾材の下部から上部に向かって通過し、逆洗排出管を介して濾過槽外に排出される。これより貯水室に貯水された処理水によって、濾材を逆洗することができる。

本発明の濾過装置によれば、運転開始後速やかに処理水を取水することができ、しかも単位時間当たりの処理水の取水量を単位時間当たりの原水の供給量以上に設定することも可能となる。

図１は、本発明の濾過装置の一実施形態を模式的に示す図である。図２は、濾過装置における濾材設置台を構成するストレーナの一例を示す図であり、図２（ａ）は、ストレーナ本体部の右半分を断面で示す正面図であり、図２（ｂ）は、連結部の右半分を断面で示す正面図である。図３は、ストレーナを設置台本体に嵌合する状態を示す図であり、図３（ａ）は、設置台本体に連結部を挿入した状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は連結部にストレーナ本体部を挿入した状態を示す断面図である。図４は、濾過装置における、（ａ）原水の供給状態、（ｂ）処理水の取水状態（取水量＜原水供給量）、（ｃ）処理水の取水状態（取水量＞原水供給量）、及び（ｄ）逆洗状態、の各状態をそれぞれ示す模式図である。図５は、従来の濾過装置を模式的に示す図である。

以下、本発明の濾過装置の一実施形態について説明する。なお、本発明の濾過装置は、この実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明の濾過装置の一実施形態を模式的に示す。

本実施形態に係る濾過装置１は、中空円筒状の濾過槽２と、濾過槽２内を上部側の貯水室３と下部側の濾過室４とに区画する隔壁２１と、濾過室４内を更に上部側の上部濾過室４１と下部側の下部濾過室４２に区画する位置に配された濾材５と、濾過槽２の壁面を通じて上部濾過室４１に連通すると共に上部濾過室４１内に向かって開口する原水供給管６と、濾過槽２の壁面を通じて下部濾過室４２に連通すると共に下部濾過室４２内に向かって開口する取水管７と、一端が下部濾過室４２内に向かって開口し、他端が貯水室３内に向かって開口する集水管８とを具備する。

濾過装置１は、中空円筒状の濾過槽２を本体とする。

濾過槽２は、その内部を上下に仕切る隔壁２１によって、上部側の貯水室３と下部側の濾過室４とに区画されている。

貯水室３は、天井部に開口２２が設けられており、貯水室３内外の気圧が常に等しくなるように設計されている。即ち、本実施形態における濾過装置１における貯水室３には、極端な内圧が発生することがないため、貯水室３の強度については、処理水を貯水し得る剛性があれば十分である。これより、貯水室３の外壁は、プラスチックなどの比較的安価な素材を用いて形成することができる。

一方、濾過室４は、原水の供給量、処理水の取水量及び濾材５の目詰まりの程度などによって、その内圧が変化する。このため、本実施形態においては、濾過室４をＦＲＰによって形成している。又、貯水室３の内部を上下に仕切る隔壁２１を、周縁部から中央部にむかってなだらかに上方に膨らむドーム形状とすると共に、濾過室４の底壁の角を丸めることによって濾過室４の耐圧性を向上している。更に、濾過室４には、濾過室４の内圧が許容レベルを超えた場合に自動的に開栓するリリーフ弁４３が備えられており、濾過室４の内圧が極端に大きくならないように制御されている。

濾材５は、濾過室４内に配された濾材設置台５１上に、一定の積層厚となるように敷設された砂の層である。

濾材設置台５１は、板状の設置台本体５２に設けられた複数の貫通孔５３に各々ストレーナ５４を嵌合したものである。

図２に示すように、ストレーナ５４は、ストレーナ本体部５５（図２（ａ）参照）と、ストレーナ本体５５を設置台本体５２に連結する連結部５６（図２（ｂ）参照）とからなる。

ストレーナ本体部５５は、中空円筒状の脚部５５１の上部開口端に中空の頭部５５２が連接された中空の部材であり、脚部５５１の下部開口端が開放されている。

頭部５５２は、中空円筒状の周壁５５４と、この側壁の上端開口を閉塞する天井面５５５を有し、周壁５５４の周囲には、複数条のスリット５５３が設けられている。

連結部５６は、中空円筒状の連結部本体５６１と連結部本体５６１の上部開口端周縁に設けられたフランジ部５６２とからなる。連結部本体５６１の外径と、設置台本体５２に設けられた貫通孔５３の口径とは同径に設定されている。又、連結部本体５６１の周壁５６４には、下部開口端に向かって徐々に内径が小さくなるテーパ形状が付与されている。更に、連結部本体５６１の周壁５６４には切り欠き５６３が設けられている。

図３に示すように、設置台本体５２に設けられた貫通孔５３にストレーナ５４を嵌合するにあたっては、まず、連結部５６における連結部本体５６１を貫通孔５３に挿入し、フランジ部５６２が設置台本体５２の上面に接触するまで押し込む。次いで、連結部５６における連結部本体５６１内に向かって、ストレーナ本体部５５における脚部５５１を挿入する（図３（ａ）参照）。

ストレーナ本体部５５における脚部５５１の外径は、連結部本体５６１における上部開口端の内径と同径に設定されているが、連結部本体５６１の側壁５６４には、下部開口端に向かって口径が小さくなるテーパ形状が付与されていることから、脚部５５１の挿入が深くなるに伴って、連結部本体５６１は、切り欠き５６３を拡げながら拡径する（図３（ｂ）参照）。これによって、設置台本体５２に設けられた貫通孔５３に対し、ストレーナ５４を隙間無く嵌合することができる。

ところで、濾材５として砂を用いた場合、砂が濾材設置台５１を通過して下部濾過室４２に落ち込まないようにすると共に、逆洗時に逆洗水が濾材５の全面にわたって均一に上昇するのを補助するために、砂と濾材設置台５１との間に、砂より粒径が大きい砂利（支持砂利）を介在させることが一般的となっている。

この点につき、本実施形態においては、設置台本体５２に設けられた複数の貫通孔５３に、砂の粒径より小さい溝幅のスリット５５３を周壁５５４に設けたストレーナ５４を嵌合した濾材設置台５１を用いているから、砂が濾材設置台５１を通過して下部濾過室４２に落ち込むことが防止されている。又、スリット５５３は、ストレーナ本体部５５における側壁５５４に設けられていることから、逆洗時において逆洗水は、スリット５５３を通過することによって拡散し、濾材５の全面にわたって均一に上昇する。これより本実施形態においては、必ずしも支持砂利を介在させる必要はない。なお、砂と濾材設置台５１との間に支持砂利を介在させない場合にあっては、濾材５の交換作業が容易になるといった利点が生じる。

原水供給管６は、原水開閉弁６１を備えており、この原水開閉弁６１が開かれることによって、原水供給管６を介して原水が上部濾過室４１内に供給される。原水供給管６を介した原水の揚水は、ポンプＰによって行われる。なお、本実施形態においては、上部濾過室４１内で開口する原水供給管６の開口端６２を上方に向けて屈曲している。これより、原水は上部濾過室４１の上方に向かって吐出され、拡散しながら順次落下する。即ち、濾材５の一部に偏って原水が供給されることを防止している。

取水管７は、処理水開閉弁７１を備えており、この処理水開閉弁７１が開かれることによって、下部濾過室４２内に蓄えられた処理水が取水管７を介して取水される。

集水管８は、隔壁２１、濾材５、及び濾材設置台５１を貫通して立設されている。濾材設置台５１を貫通して下部濾過室４２内に向かって開口する集水管８の下端は、下部濾過室４２の周縁に向かって屈曲されている。又、隔壁２１を貫通して貯水室３内に突出させた集水管８の上端開口８１の位置（高さ）は、ドーム形状の隔壁２１の頂部の位置（高さ）となるように設定されている。

本実施形態に係る濾過装置１は、濾過槽２の壁面を通じて上部濾過室４１に連通すると共に上部濾過室４１内に向かって開口する、逆洗開閉弁９１を備えた逆洗排出管９を更に具備する。

逆洗排出管９は、円筒状の濾過槽２の中心軸に沿って、隔壁２１、濾材５、及び濾材設置台５１を垂直方向に貫通すると共に下部濾過室４２において水平方向に屈曲し、濾過槽２の壁面（下部濾過室４２の壁面）を貫通して外部と通じている。なお、逆洗排出管９は、隔壁２１、濾材５、及び濾材設置台５１を貫通させることなく、上部濾過室４１の壁面を貫通して外部と通じさせても良い。

逆洗排出管９における隔壁２１を貫通して突出する上端は閉塞されており、逆洗排出管９における隔壁２１の下面近傍付近の位置に、上部濾過室４１内に向かって開口する排出口９２が設けられている。貯水室３内に突出させた逆洗排出管９の上端部分は、濾過槽２の外壁に配された空気抜き弁９３と通じている。

図４（ａ）に示すように、本実施形態に係る濾過装置１においては、ポンプＰを作動させた上で、原水開閉弁６１が開かれることによって、原水が上部濾過室４１内に供給される（この原水の単位時間当たりの供給量をＸとする。）。上部濾過室４１内に供給された原水は、重力によって、濾材５を上部から下部に向かって通過して濾過され、処理水となって下部濾過室４２内に蓄えられる。

この際、空気抜き弁９３は開かれており、上部濾過室４１内の上部に溜まった空気は、排出口９２及び空気抜き弁９３を介して順次濾過槽２外に排出される。その後、空気抜き弁９３から原水の流出が確認されれば、空気が十分に抜けたものと判断して空気抜き弁９３が閉じられる。

この状態で、取水管７に備えられた処理水開閉弁７１が開かれると、下部濾過室４２から取水管７を介して処理水が取水される（この処理水の取水量をＹとする。）。

即ち、本実施形態に係る濾過装置１は、濾材５を通過して下部濾過室４２において蓄えられた処理水を、下部濾過室４２に連通させた取水管７を介して、下部濾過室４２から直接取水するができる。これより、濾過装置１の運転開始後（即ち、原水開閉弁６１の開栓後）、比較的短時間で処理水を取水することができる。

ここで、処理水の単位時間当たりの取水量Ｙが原水の単位時間当たりの供給量Ｘより少ない場合（Ｙ＜Ｘ）にあっては、図４（ｂ）に示すように、下部濾過室４２の容量に対して過剰量となった処理水が、ポンプＰによる原水の供給圧によって、集水管８を介して貯水室３に輸送され、貯水される。なお、本実施形態においては、一端を貯水室３内上部において開口させると共に他端を濾過槽２外に通じさせたドレン管３１が備えられており、貯水された処理水が一定量を超えた場合には、余剰分の処理水がドレン管３１を介して濾過槽２外に排出される。

一方、処理水の単位時間当たりの取水量Ｙが原水の単位時間当たりの供給量Ｘを超える場合（Ｙ＞Ｘ）にあっては、図４（ｃ）に示すように、貯水室３に貯水された処理水のうちの実質的貯水分が、貯水室３に貯水された処理水の水位と集水管８の上端開口８１の位置との間に生じる水頭圧によって、集水管８を介して下部濾過室４２内に返送される。

即ち、本実施形態に係る濾過装置１は、濾過室４より上部の位置に貯水室３を配置し、下部濾過室４２の容量に対して過剰量となった処理水を貯水室３において順次貯水し、単位時間当たりの処理水の取水量が単位時間当たりの原水の供給量を超える場合には、取水量と供給量の差の分、貯水室３に貯水された処理水が集水管８を介して下部濾過室４２内に返送される構成としている。これより、単位時間当たりの処理水の取水量が単位時間当たりの原水の供給量を超える場合にあっても、下部濾過室４２に蓄えられた処理水及び貯水室３に貯水された処理水の内の実質的貯水分を取水し尽くすまでは、安定して処理水を得ることができる。

又、前述の如く、本実施形態に係る濾過装置１においては、隔壁２１を貫通して貯水室３内に突出させた集水管８の上端開口８１の位置（高さ）を、ドーム形状の隔壁２１の頂部の位置（高さ）となるように設定している。即ち、本実施形態に係る濾過装置１においては、集水管８の上端開口８１の位置を、貯水室３内のできるだけ下部の位置（隔壁２１の上面近辺）に設定することによって、貯水室３に貯水された処理水の量に対する実質的貯水量の割合を向上させ、貯水室３に貯水された処理水を無駄なく利用できるように構成している。

図４（ｄ）に示すように、原水開閉弁６１及び処理水開閉弁７１が閉じられると共に逆洗開閉弁９１が開かれると、貯水室３内に貯水された処理水が、貯水室３に貯水された処理水の水位と集水管８の上端開口８１との間に生じる水頭圧によって、集水管８を介して下部濾過室４２に返送される。下部濾過室４２に返送された処理水は、濾材５の下部から上部に向かって通過し、逆洗排出管９の上部に設けられた排出口９２から逆洗排出管９を介して濾過槽２外に排出される。これより、貯水室３に貯水された処理水によって、濾材５を逆洗することができる。

なお、貯水室３において濾材５を逆洗するに十分な処理水が貯水されていない場合にあっては、逆洗に先立ち、原水の供給を維持したまま処理水の取水を停止することによって、貯水室３内に十分量の処理水を貯水すれば良い。

本実施形態においては、濾材設置台５１を貫通して下部濾過室４２内に向かって開口する集水管８の下端は、下部濾過室４２の周縁に向かって屈曲しているから、集水管８を介して下部濾過室４２に返送された処理水は、下部濾過室４２内において拡散する。これより、濾材５の全面にわたって偏りなく処理水が通過する。

又、本実施形態においては、排出口９２を隔壁２１の下面近傍付近の位置（上部濾過室４１の上部）に配し、逆洗排出管９における逆洗水の出口側を下部濾過室４２に設けることによって、排出口９２と逆洗水の出口側との間に高低差を設け、排出口９２から逆洗排出管９２内に流入した逆洗水が速やかに濾過槽２外に排出されるように設計している。

なお、逆洗後の逆洗水は、濾材５に付着していた汚れと共に上部濾過室４１内において舞い上がることから、逆洗排出管９２に排出口９２を複数箇所設けることによって、逆洗後の逆洗水が多方向から逆洗排出管９２に導入されるようにすることが好ましい。

本発明の濾過装置は、魚河岸や水族館、プール等の比較的大型の水槽に処理水を供給する際に、好適に利用することができる。

１濾過装置
２濾過槽
３貯水室
４濾過室
５濾材
６原水供給管
７取水管
８集水管
９逆洗排出管

Claims

中空の濾過槽と、
濾過槽内を上部側の貯水室と下部側の濾過室とに区画する隔壁と、
濾過室内を更に上部側の上部濾過室と下部側の下部濾過室に区画する位置に配された濾材と、
濾過槽の壁面を通じて上部濾過室に連通すると共に上部濾過室内に向かって開口する原水供給管と、
濾過槽の壁面を通じて下部濾過室に連通すると共に下部濾過室内に向かって開口する取水管と、
一端が下部濾過室内に向かって開口し、他端が貯水室内に向かって開口する集水管と、
を具備する濾過装置であって、この濾過装置は、
原水供給管を介して上部濾過室に供給された原水が、濾材の上部から下部に向かって通過することによって処理水となって下部濾過室に蓄えられ、下部濾過室から取水管を介して処理水を取水するものであり、
処理水の単位時間当たりの取水量が原水の単位時間当たりの供給量より少ない場合は、下部濾過室の容量に対して過剰量となった処理水が、原水の供給圧によって、集水管を介して貯水室に輸送されて、貯水され、
処理水の単位時間当たりの取水量が原水の単位時間当たりの供給量を超える場合は、貯水室に貯水された処理水が、貯水室に貯水された処理水の水位と集水管の他端の開口位置との間に水頭圧によって、集水管を介して下部濾過室内に返送されることを特徴とする濾過装置。
請求項１に記載の濾過装置において、
更に、濾過槽における濾過室の壁面を通じて上部濾過室に連通すると共に上部濾過室内に向かって開口する逆洗排出管を具備する濾過装置。