JP3920328B2 - 液体又は気体の流れから固形物を分離するための装置及びその方法 - Google Patents

Description

発明の技術分野
この発明は、液体又は気体の流れから固形物又は粒状物質を分離するための装置及びその方法に関する。この発明は、特に、排水に浮遊している固形物、又は排水に取り込まれている固形物を濾過するのに適用されるが、そのような用途に限定されるものではない。この発明の特に好適な用途は、雨水を排出するための技術に関する。
発明の背景
液体流から固形物を分離することが望ましい応用分野として、以下に挙げるものを含む多くの分野がある。
１．雨水からの固形物の分離
世界には、雨水が水路や海に向かう地域が多くある。雨水は、とりわけ、プラスチック、缶、樹枝、動物の***物などの固形汚染物質を水路や海へ運ぶ主要な運搬手段である。
従来、それらの物質のうちのいくらかでも水路や海へ運搬されるのを規制しようとする努力がなされてきた。その一つの方法として、排水の出口に格子を設けることが行われてきた。この方法は、概ね成功しなかった。格子の寸法は、固形物が水圧によって格子に押し付けられていても、水を通過させるようにしなければならないからである。したがって、格子にはかなり大きな開口部を設ける必要があった。さらに、大型の格子であっても塞がれる場合があり、排水系の逆流を防ぐために、その格子の周囲や上を越えて排水が流れる流路を設けることが重要であるという問題がある。第二の選択肢として提案されてきたのは、サイクロン、ダイナミックセパレータなどのシステムを用いて塵芥を除去することである。これらのシステムが効率的である場合もあるが、雨水排水システム全体に適用するには、概ねコストがかかりすぎる。
２．下水からの液体の分離
処理すべき液体の量が多すぎることは、多くの下水処理施設が当面している困難の要部を占める。このような困難は、「混合」システム、すなわち下水と雨水との両方を担当するシステムが使用されている場合、より一層深刻である。多くの場合、下水処理施設は、流入する液量が減少すれば、より大量の下水を処理することができる。そのためには、例えば、下水が下水道の枝線に流入する前に、下水から液体成分を除去すればよい。これまでのところ、この方法は現実的ではないと考えられてきた。
さらに、同様のシステムによって雨水と下水との両方を受け入れている地域が、世界的にも多くある。このシステムでは、システムの能力を超える大雨が降ると問題が起こる可能性がある。未処理の下水をそのままオーバーフローさせてしまうのは望ましくないからである。
３．産業廃棄物からの汚染物質の除去
多くの産業プラントでは、高額の料金を支払って、汚染された液状物質を下水中に放出している。もっとも望ましいのは、廃棄物が下水に混入される前に、汚染物質の一部を分離することであり、汚染物質を早い段階で除去するためのコストが後で汚染物質を取り除くのに要するコストよりも少なければ、プラントにとっても管理当局にとっても経済的であろう。
これらは、液状流体から固形物を分離するための装置あるいは方法が適用され得る多くの用途から例示したものにすぎない。他にも多くの応用がある。
本願出願人に係る国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ９４／０００６１号には、液状流体から固形物を分離するための装置及び方法が開示されクレームされている。本願出願人は、上記の出願に開示されている装置及び方法が、液状流体から固形物を分離する必要がある用途において、非常に良好な結果をもたらすものと信ずる。そして、ここに本願出願人は、その出願に開示されている発明に改良を加え、それとともに洗練されたものとした。本願は、本願出願人に係る先願に開示されている発明よりも良好な結果を与えるものと確信している。
発明の概要
この発明は、一般に、液体又は気体の流れから固形物あるいは粒状物を分離するための装置を提供するものであって、その装置は複数の開口部を備えて液体又は気体の流路に配置された分離板を有し、それらの開口部の寸法はその寸法よりも小さい固形物又は粒状物のみが通過できるようにあらかじめ定められ、前記分離板に対するそれら開口部の形状及び配置は、その装置を使用しているときに、前記所定の寸法よりも大きい固形物又は粒状物が分離板に付着したり、分離板を塞いだりしないように定められている。
前記分離板に設けられた開口部は、その装置が使用されているときに、前記液体又は気体の流れに対してある角度をもって配設されるように配置されることが好ましい。
また、前記開口部は、その各々が前記液体又は気体の流れの方向にほぼ対向する偏向手段を備え、流れに取り込まれた固形物又は粒状物をそれら開口部から離れるように偏向させるようにすることが好ましい。
この発明の好適な一形態にあっては、前記分離板は曲線状の構造をとる。
前記装置は、ほぼ円筒状の分離板を備えていることが特に好ましい。また、前記分離板は開口端部を有するほぼ円筒状の構造であることが特に好ましい。このような本発明の好適な形態にあっては、前記分離板はより大きな分離室の一部を構成し、その分離室には、装置が使用されているときに、前記分離板の境界内に液体又は気体の環状流れを画成するように吸入手段によって前記液体又は気体の流れが導入されることも同様に好ましい。この環状流れによって、前記液体又は気体に取り込まれた所定の寸法の固形物又は粒状物が、前記分離板の境界内に捕捉され内部で循環する。この分離板内部での液体又は気体の流れの循環運動によって、流れに取り込まれた固形物又は粒状物は分離板に付着することがなく、液体や気体の循環運動に巻き込まれることになる。このようにして、分離板の内部に気体又は液体の循環流運動が確立されると、概して分離板は、液体又は気体の流れに取り込まれた固形物又は粒状物に対する自己清掃機能を有するフィルタとして作用できるようになる。液体又は気体が分離板の開口部を自由に通過できるということは、分離板は所定の寸法の固形物又は粒状物を液体又は気体の流れから濾過することができ、それによって液体又は気体が、少なくともほとんど固形物又は粒状物が濾過された状態で排出手段へ排出可能であることを示す。
また好ましくは、前記装置の形状が、使用中に前記分離板の境界の外部を流れる液体又は気体の流れの方向が、前記分離板の境界内の液体又は気体の流れの方向と対向するように形成される。そのような構成によって、装置使用中の分離板の自己清掃機能を維持させるようにしている。
さらに、この装置はまた、取り外し可能な容器に固形物又は粒状物を収集するための手段を備えていることが好ましい。この発明の実施例のいくつかは、前記円筒状分離板内部の気体又は液体の環状運動に重力を組合せ、固形物又は粒状物の比重に応じて分離板の下部及び／又は上部に配置される容器内への固形物又は粒状物の堆積を促進させる。固形物又は粒状物の比重が液体又は気体よりも小さい場合には、それらの固形物又は粒状物は液体又は気体の表面に浮遊する傾向があるので、分離板の上部に配設した容器によって収集することができる。固形物又は粒状物の比重が液体又は気体よりも大きい場合には、それらの固形物又は粒状物は重力の作用で沈殿する傾向にあるので、容器を分離板の下方に配置してこれを捕捉する。
この装置はまた、重力の作用を通じて前記容器内の固形物又は粒状物の沈殿を促す機械的な手段を備えてよい。このような手段は多くの形態をとることができるが、例えば、沈殿する固形物又は粒状物の堆積を促進するために、下方を向いたバッフル又はフランジを容器に設けることが考えられる。
この発明はまた、液体又は気体の流れから固形物又は粒状物を分離する方法であって、前記液体又は気体の流路に分離装置を配置し、その分離装置には複数の貫通する開口部を有する分離板が設けられており、それらの開口部の寸法はその寸法よりも小さい固形物又は粒状物のみが通過できるようにあらかじめ定められ、前記分離板のそれら開口部は装置の使用中に前記所定の寸法よりも大きい固形物又は粒状物が前記分離板に付着したり、前記分離板を塞いだりしないような形状及び配置とされている液体又は気体の流れから固形物又は粒状物を分離する方法を提供する。
また、この方法にあって好ましくは、前記開口部は、使用中に、前記液体又は気体の流れの方向に対してある角度をもって配設されるように配置される。
また、この方法にあって、前記開口部の各々は、前記液体又は気体の流れの方向にほぼ対向する偏向手段を備え、流れに取り込まれた固形物又は粒状物をそれら開口部から離れるように偏向させるようにすることが好ましい。
また、上記の方法にあって好ましくは、前記分離板は曲線状の構造に形成される。
上記の方法にあってさらに好ましくは、前記分離板はほぼ円筒状の構造に形成されるとともに、前記分離装置が吸入及び排出手段を備え、液体又は気体の流れを分離装置の内部へ、そして内部から外部へそれぞれ方向付けることである。特に、前記分離板は開口端部を有するほぼ円筒状の構造であることが好ましい。
また、この方法にあって特に好ましいのは、前記吸入手段によって前記液体又は気体の流れが分離装置の内部に導入され、ほぼ円筒状の分離板を有する分離室に導かれ、分離板の境界内に液体又は気体の環状の流れが確立されて、分離板の内部に所定の寸法の固形物又は粒状物が捕捉されるとともに、液体又は気体は自由に分離板を通過し、そのために、内部の液体又は気体の環状運動によって、分離板が継続的に清掃されることである。
さらにこの方法にあっては、使用中に前記分離板の境界の外部を流れる液体又は気体の流れの方向が、前記分離板の境界内の液体又は気体の流れの方向と対向するように形成されており、それによって装置使用中の分離板の自己清掃機能を維持させるように、前記装置が構成されるのが好ましい。
さらにまた好ましくは、前記方法は、この方法によって前記液体又は気体の流れから分離された固形物又は粒状物を収集する手段を設けることを含む。このような手段は、例えば、重力を利用して固形物又は粒状物の収集を補助する。
さらに、前記方法はまた、液体又は気体の流れから分離された固形物又は粒状物を、前記分離装置から除去する手段を有する。
また、本発明の他の態様は、装置（２５）を通る液体の流れから固形物を分離するための装置（２５）であって、内部空間（１９）を画定する分離板（１）であって、上記分離板（１）を通る液体から所定の寸法よりも大きい固形物を除去するための垂直方向及び水平方向に間隔をおいて設けられた複数の開口部（９）と、上記開口部（９）に隣接する、垂直方向及び水平方向に間隔をおいて設けられる複数の偏向板（１０）にして、液体の流れに対して上記偏向板（１０）の後方に上記開口部（９）を配置することで、少なくとも上記所定の寸法の粒状物が上記開口部（９）を塞ぐのを防止するための複数の偏向板（１０）とを有する上記分離板（１）と、上記分離板（１）を囲むとともに、上記分離板（１）を通過した後に上記液体が流入する室の部分（５）を形成する、室を形成する部材（２）と、上記液体の流れが上記内部空間（１９）へ送られるために通るとともに、上記液体が上記分離板（１）を通過するように配置された吸入路（３）と、上記室の部分（５）から延出する排出口（６）であって、上記分離板（１）の少なくとも一部が沈んだ状態となるように、上記室の部分（５）に対して位置づけられる上記排出口（６）とを備え、上記分離板（１）は、概ね直立した長手方向の軸線を有する概ね円筒の形状であるとともに、前記吸入路（３）から前記内部空間（１９）に入る前記液体の流れが、上記長手方向の軸線周りを循環して、前記内部空間（１９）に対して内側方向へ突出する前記偏向板（１０）と接するように、前記内部空間（１９）を囲繞することを特徴とする。
好ましくは、上記装置は、分離板（１）によって前記流れから除去された粒状物を収容する受容器（４）を更に備える。また好ましくは、前記受容器（４）は、前記内部空間（１９）の下方に配置される。また好ましくは、前記吸入路（３）と前記排出口（６）とがほぼ同じ高さに配置される。また好ましくは、前記吸入路（３）と前記排出口（６）とがほぼ一直線上に配される。また好ましくは、前記分離板（１）は、前記内部空間（１９）を囲繞する内壁（３３）を備え、前記吸入路（３）は、前記内壁（３３）に対して前記流れをほぼ接線方向に指向する。また好ましくは、前記分離板（１）は、前記長手方向の軸線を囲繞する環状の上方端部（５０）を有し、前記排出口（６）は、前記上方端部（５０）から隣接して延出する。
発明の好適実施例の説明
この発明をよりいっそう理解することができるように、あくまでも一例として、以下に示す添付図面を参照して、その好適実施例について述べる。
図１はこの発明による分離器の一例を示す平面図、図２は図１の分離器のＡ−Ａ断面によるＢ矢視縦断面図、図３はこの発明に採用される分離板の部分拡大平面図、図４はこの発明による分離器の一例の側断面図である。
添付図面を参照すると、図１は水（特に、雨水）等の液体の流れから固形物を分離するのに用いられる装置の平面図を示している。この符号２５で示されている装置は、水平横断面で見てほぼ円形をなしている分離板１を備えている。図２により詳細に示されているように、三次元で見ると、分離板１は開口端部を有するほぼ円筒状の構成であることがわかる。
図１及び図２に示されているように、分離板１は分離室２の内部に配置されている。液体は、図１の矢印２７の方向に沿って、吸入手段３を通って分離装置２５に流入する。図１に示されているように、吸入路３は左に湾曲しつつ分離装置２５の本体３７に至る。ここで、水とそれに含まれる固形物又は粒状物とは開口部８を通じて分離板１の内部１９に導入される。ほぼ円筒状の分離板１により、水が開口部８を通過して分離板１の内部１９に入ると、分離板１の内部１９内には、図１の矢印２９で示される方向の環状に運動する流れが生じる。
図３を参照すると、例示されている分離板１は、分離板１内の液体の流れの方向（図３の矢印３１で示される）に対してほぼ閉じた面を向けている偏向板１０の形態の、多数の偏向手段から構成されている。分離板の各偏向板１０の背面側には、開口部９が設けられる。図示のとおり、それぞれの開口部９は分離板１内の液体の流れの方向に対してある角度をもって配設されている。さらに、開口部９はすべて所定の寸法を有し、その寸法はその開口部の寸法よりも小さい粒状物のみが通過できるように定められている。この分離装置２５を用いると、上記の特徴を有することにより、液体と、開口部９の寸法よりも小さい寸法の固形物又は粒状物だけが分離板を通り抜けることができる。したがって、より大きな寸法の固形物又は粒状物は、分離板１９の内部に捕捉される。さらに、分離板の内部１９に生じている液体の環状流により、捕捉された固形物又は粒状物は、継続的に分離板の内壁３３から引き離される。このような構成全体によって、分離板１は実質的に自己清掃の機能を持つことになる。
分離板の内部１９に捕捉された固形物は、前記環状流によって引き続き移動され、重力により沈殿するか、又は液体に浮くものであれば、液面に留まる。一方、捕捉されなかった固形物と液体とは、分離板を通過して分離室２の上部５に入り、次いで排出手段６（図１に示されるように、流路、管路等の排出口構造として好適な形態をとり得る）に至る。
図３に示されているように、分離板内部領域の外側での液体又は気体の流れは、その内部領域内での流れの方向とは対向する方向であることが好ましい。このような分離板内外での相対向する流れ運動は、動力学的平衡状態を生成し、分離板の内部１９内に生じている環状流による自己清掃機能を容易にする。
図２及び図４に示されているように、分離装置２５はまた、沈殿する固形物を収容（必要があれば、除去も）するための、捕集溜等の受容器４を備えてもよい。受容器４にはまた、堆積した固形物又は粒状物の除去を容易にする適宜の手段を設けてもよい。このような手段としては、例えば、学習によって定期的に除去するもの、又は、受容器内に吊り下げられた機械的なバケット又はバスケットなどがある。分離装置２５によって処理された水の水面に残されている浮遊物は、何らかの適当な手段によって除去される。また、排出手段６が分離板１の環状の上方部分５０に隣接して配置されることが見受けられる。
より具体的には、図４に示されているように、分離装置は受容器４内での固形物の沈殿を促進する手段をさらに備えてもよい。図４に示すそのような手段は、下方に向けられた環状のフランジ又はバッフル１７であって、受容器４内で固形物が下方へ向けて移動しやすいようにするものである。このフランジ又はバッフル１７はまた、分離室の上部に生じている液体又は気体の環状運動が、受容器４の内部へ移動してこないようにしている。
図２に示されているように、円筒状の分離板１は、通常の流入液位より上部で、同一材料（あるいは、一般には不透水性の他の材料）からなる延長部７に合わせて取り付けてよい。この延長部７は、洪水の時など、分離装置が頭部圧力を受けている場合、また、分離装置が例えば都市の流出する雨水から塵芥を除去するのに使用されている場合に、浮遊固形物を確実に保持しておく機能を果たす。
処理の結果として特に「精製された」液体又は気体が必要な場合には、この発明による一つの分離装置からの排出物を二番目の同様な分離装置の流入口に入れるようにして、液体又は気体が直列に接続された２台以上の分離装置によって続けて濾過されるようにすることができる。このような構成によれば、２台目以降の分離装置の分離板開口部の寸法を次第に（そして、よりいっそう）小さくしていくことによって、それらの分離装置の各々でより微細な粒子を除去していくことができる。このようにして、上記構成によると、非常に高度な、あるいは実際のところ、所望のレベルの濾過又は精製を行うことができる。
以上の好適実施例の説明にあっては、主として液体に混入した固形物を分離するための装置について述べたが、この発明は、気体中の固形物を分離するのにも同様に適用することができる。一般に、この発明によって構成した気体から固形物を分離する装置をいっそう効率的に動作させるためには、分離装置を密閉構造として、濾過処理中の気体が不用意に散逸しないようにする必要があろう。（この発明による液体から固形物を分離する装置の中にも、この特徴を利用してよいものがあるかも知れない。）このように、この発明の装置及び方法を用いれば、種々の製造プラントからの排気ガスや気体排出物に混入されている固形物を、固形物を含む液体の処理とほとんど同じ方法で濾過することができる。
当該技術分野の知識を有する者によれば、本発明の装置及び方法を多くの異なった態様で利用し、また多くの変更や改造を実施することが可能であろう。したがって、この発明の精神と範囲とは、ここに記載された好適実施例の特定の細部に限定されるものではなくむしろ延在しており、付属するクレームによって規定されるそれぞれの新規な特徴及び特徴の組合せを参照して決定されるべきものである。

Claims (7)

1. 内部空間（１９）を取り囲むとともに、その長さ方向の軸がほぼ鉛直となるように配置され、さらにこれを通過していく液体から所定の寸法よりも大きい固形物を除去するようになっている複数の開口部（９）を備えている、ほぼ円筒状の分離板（１）と、
   前記分離板（１）を取り囲み、この分離板（１）とともに、その分離板（１）を通過した液体が流れ込む室の部分（５）を画定する分離室（２）と、
   その液体の流れを前記内部空間（１９）へ導くための吸入路（３）と、
   前記室の部分（５）から延出しており、前記室の部分に関して前記分離板の少なくとも一部が前記液体の流れの中に沈むように配置されている排出口（６）と、
   を有し、
   通過していく液体の流れから固形物を分離するための装置（２５）であって、
   前記内部空間（１９）内で、前記液体の流れが前記長さ方向の軸の周りに回転させられるようになっており、
   前記分離板（１）が、前記開口部と連係していて前記内部空間の内側に向けて突き出している偏向板（１０）であって、通過する液体の流れに対して前記開口部（９）をその偏向板（１０）の背後に配置することによって、少なくとも前記所定の寸法を有する固形物が前記開口部（９）を閉塞することがないようにするための偏向板（１９）を備えている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記吸入路（３）は、前記液体が前記内部空間（１９）内で前記長さ方向の軸の周りに回転するように方向付けられている、請求項１に記載の装置。
3. 前記分離板（１）によって前記液体の流れから除去された固形物を受容するための受容器（４）を更に備える、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記受容器（４）は、前記内部空間（１９）の下方に配置される、請求項３に記載の装置。
5. 前記吸入路（３）と前記排出口（６）とがほぼ同じ高さに配置される、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
6. 前記吸入路（３）と前記排出口（６）とがほぼ一直線上に配される、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記分離板（１）は、前記内部空間（１９）を取り囲む内壁（３３）を構成し、前記吸入路（３）は、前記液体の流れを前記内壁（３３）に対してほぼその接線方向に方向付けする、請求項１から６までのいずれかに記載の装置。

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