JP6059283B2 - 濾過ユニット - Google Patents
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Description
濾過装置による濾過を長期間続けていると、フィルターエレメントに捕捉された固形分やゲル状の塵埃等がフィルターエレメントに蓄積し、濾材を通過する流体に対する抵抗が上昇し、最終的には対象となる流体の濾過が困難になる。これに対処するため、例えば定期的に、フィルターエレメントに濾過時と逆向きに流体を通して該フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離させる「逆洗」と呼ばれる操作を行い、フィルターエレメントの濾過性能を回復させている。
逆洗の操作は有効なものであるが、フィルターエレメントに付着した捕捉物が完全に除去されずに残存することがある。その場合に濾過、逆洗による再生を繰り返して行くと、逆洗の操作を繰り返してもフィルターエレメントの濾材の流体に対する抵抗が低下せず、対象となる流体の濾過が困難になることがあった。
特許文献1、特許文献2には、中空円筒状のフィルターエレメントの内部に軸方向へ移動可能に捕捉物除去ブラシを配置し、濾過時又は逆洗時の流体の流れによって捕捉物除去ブラシを軸方向へ移動させることによりフィルターエレメント内面に付着した捕捉物を除去するようにした濾過体が開示されている。
捕捉物除去ブラシを軸方向へ移動させる場合には、フィルターエレメントを構成する濾孔が軸方向へ沿った長孔(スリット)状である場合に捕捉物除去効果が一段と高まる。
逆に言えばこれらの濾過体においては、フィルターエレメントの軸方向と濾孔の長手方向とが一致するように構成する必要があった。このため、長孔状の濾孔の長手方向が周方向となるウェッジワイヤやノッチワイヤーを用いた円筒状フィルターエレメントに上記の可動式の捕捉物除去ブラシを適用しても目詰まり解消効果に限度があった。
しかし、特許文献3にあっては、濾材の抵抗が低い場合に逆洗時に逆洗流体が濾材を通過する抵抗も低くなるので、逆洗流体が排出される開口部側端部に近い領域にだけ集中して逆洗流体が流れてしまい、開口部とは反対側の閉止端側の領域には充分な逆洗流体が流れなくなり、当該領域に相当するフィルターエレメント部分は目詰まりが解消されにくくなる。
更に逆洗流体が開口部端に近い領域にしか流れないことから、螺旋羽根に充分な回転力を付与することが難しくなり、捕捉物除去効果が低下する。
<濾過ユニットの実施形態1>
図1(a)及び(b)は本発明の一実施形態(第1の実施形態)に係る濾過ユニットの縦断面図、及び底面図である。
この濾過ユニット1は、一端部に設けた流体出入口5から内部に流入した流体を外周に設けた濾材壁3を経由して外部に通過させることにより濾過を行う中空筒状のフィルターエレメント2と、フィルターエレメント2内においてフィルターエレメントの軸方向と並行に延在して回転自在に構成された回転軸10と、回転軸10回りに回転自在であってフィルターエレメントの濾材壁3の内面と摺接しながら回転し、少なくとも一部が螺旋状の捕捉物除去具(スクレーパー)20と、流体出入口側に配置されて捕捉物除去具と一体回転する2枚以上の羽根(ブレード)を持つプロペラ30と、を備えている。
なお、濾材壁3は、寸胴(軸方向全長に渡って同一径)であってもよいし、流体出入口側から他端(閉止端)に向かうほど径が漸減するテーパー形状(コーン形状)であってもよい。
濾過ユニット1は、中空筒状のフィルターエレメント2の軸方向と並行に伸びて回転自在に構成された回転軸10に固定された捕捉物除去具20の流体出入口5側の回転軸上に、流体出入口を通過する流体によって回転する1枚又は二枚状以上のブレード(羽根)から成るプロペラ30を固定している。捕捉物除去具20の形状、プロペラの形状や枚数や位置には制限はない。プロペラ30は少なくとも逆洗時に濾材壁3の外側から内部に進入して流体出入口5を通過する逆洗流体によって回転力を付与されることにより大きな回転力を捕捉物除去具に付与することができる。
本例では、濾材壁3の下端部外周は所定の軸方向長に渡って端部スリーブに覆われていることによって濾材として有効に機能し得ない構成となっているが、端部スリーブ4は必須ではない。端部スリーブを用いない濾材壁下端部の支持構造を採用する場合には、濾材壁の下端部を濾材として機能させることができ、この場合には濾材壁の下端開口が流体出入口となる。
つまり、フィルターエレメント2は、軸方向一端に開口部としての流体出入口(第1の流体出入口)5を有すると共に軸方向他端が他端部材6により閉塞されており、外周には円筒状の濾材から成る濾材壁3が配置されている。従って、流体出入口5からフィルターエレメント2の内部へ流入した流体は濾材壁3を経由して外部へ通過(浸透)し、通過する際に流体中の異物は濾材壁3の内壁により捕捉される。逆洗する場合には、濾材壁3の外部から逆洗流体を濾材壁内部側に供給する(濾過方向とは逆方向に通過させる)ことにより濾材壁内面に付着した捕捉物を離脱させて流体出入口5からドレンとして排出する。
回転軸10に固定されたプロペラ(ブレード)30は、逆洗時に流体出入口5から流出する逆洗流体によって回転させられるようにその形状、傾斜角度、枚数等が選定されている。逆洗時に濾材壁3を経由してフィルターエレメント2内部に進入してきた逆洗流体は流体出入口5から排出されるが、流体出入口内にプロペラ30を設けることにより、流体出入口5を通過する逆洗流体によってプロペラが回転し、その結果として捕捉物除去具20を一体回転させる。
従って、プロペラ30が流体を受ける面積は流れを邪魔しない範囲である程度広い方が好ましく、実線で示すように濾材壁3と干渉しないように流体出入口5内に収まるようにしてもよいし、図1中に一点鎖線で示すように捕捉物除去具20側、或いは濾材壁3の下部にオーバーラップさせてもよい。或いは、流体出入口5の外部に配置された他の部材との干渉がない限り、流体出入口5(端部スリーブ4)の外側(下方)に部分的に突出していてもよい。
また、後述するように捕捉物除去具20の一部をプロペラとして兼用してもよいし、捕捉物除去具20とプロペラとを一体的に連設してもよい。
なお、ブレードの内径部を回転軸10に取り付ける位置は必ずしも流体出入口の軸方向範囲W1内にある必要はなく、ブレードの内径部は流体出入口外に位置しているが流体を受けて回転力を生成する羽根状の主要部分が流体出入口の軸方向幅W1内、又は/及び、その上流側(上側)に位置していれば良い。
ブレードの一部が濾材として有効に機能する濾材壁3の範囲内(内側)に位置する場合には、ブレードの当該部分の外周縁に植毛部を設けて濾材壁に付着した捕捉物を除去して流体内に展開させ得るように構成してもよい。
逆洗時に濾材壁によって捕捉されたゴミによって螺旋状の捕捉物除去具20の回転の抵抗が増大してきた時、プロペラの回転方向と螺旋部材の巻き方向とを一致させることにより、螺旋部材の外径が締まり(縮径し)回転し易くなる。螺旋部材の素材にバネ性を持たせれば、濾材壁のゴミが除去されることにより捕捉物除去具の回転がスムーズになるに連れて濾材壁への螺旋部材(植毛部)の摺擦状態(当たり状態)は元に戻り、ゴミの抵抗により回転速度が低下したり、回転が停止することなくゴミの除去が行われる。この時、捕捉物除去具を支えている支持部材12にバネ性を持たせることにより螺旋部材の縮径(伸縮)を更に効果的に実現できる。なお、濾過時の捕捉物除去具の回転方向は螺旋部材を径方向に膨らませる方向(拡径方向)となるので、濾材壁面との摺動抵抗が大きくなり捕捉物除去具は回転しない。
螺旋部材21は回転軸10から外径方向へ突設した支持部材12によって回転軸と一体化されており、回転軸と螺旋部材との間には流体の流通スペース(流路)となる広い空間が確保されている。また、回転軸10と螺旋部材21との間に形成される螺旋状の流路幅は軸方向全長に渡って均一であり、剥離された捕捉物の流動が妨げられることがないように構成されるので捕捉物は効果的に逆洗流体中に分散して搬送される。
支持部材12を弾性変形可能な構成とすることにより、螺旋部材21の縮径、拡径をスムーズ化することができることは上述の通りである。
なお、濾材のように表面に凹凸を有した多孔の清掃対象物は植毛部(ブラシ)による除去効果が優れているが、除去部材としては植毛部に限らず、刃状、或いはヘラ(スクレーパ)状に構成された金属製、樹脂製、或いはゴム製の除去部材を用いてもよい。
捕捉物除去具20は、螺旋形状のように回転した時に濾過壁内面を軸方向、周方向全長に渡って漏れなく摺擦して捕捉物を除去できるように構成、配置することにより、植毛部22によってフィルターエレメント内壁の全面に付着した捕捉物を剥離、除去することができる。回転時の重量バランスを確保する上でもこのような形状が好ましい。
次に図2(a)及び(b)は本発明の他の実施形態に係る濾過ユニット1の縦断面図、及びX−X断面図である。
捕捉物除去具20は螺旋状である必要はなく、例えば図2(a)の変形実施形態のように捕捉物除去具20を複数枚の平板状の羽根部材25から構成し、各羽根部材25の軸方向位置、及び周方向位置を異ならせるようにしてもよい。回転バランスを崩すことなく、フィルターエレメント内壁を軸方向全長、及び周方向全面に亘って摺擦して付着した捕捉物を剥離、除去することができるからである。羽根部材25の外径側縁部には植毛部26が形成されている。
羽根部材25が図示した如き板状である場合には、羽根部材の面積、剛性が回転時の抵抗を生むので、回転速度を減速させる効果を期待できる。
羽根部材25を剛性のある板材から構成した場合には流体との間に発生する回転時の抵抗、或いは濾材壁3に付着した捕捉物からの抵抗によって捕捉物除去具20の回転が阻害される懸念がある。そこで、羽根部材を環状体となるように枠体のみの構成(外周縁に沿った枠体を除いた内部を開口部とした構成=図中に破線で図示)とすれば、羽根部材全体にバネ性を付与して弾性変形が可能な構成とすることができるので、各種の抵抗によって捕捉物除去具20の回転が阻害される場合であっても、羽根部材25が撓み変形することにより抵抗を吸収緩和して捕捉物除去具の本来の回転速度を維持、回復することが可能となる。なお、枠体のみの構成としない場合であっても使用材料、剛性、板厚等を工夫することにより羽根部材25を弾性変形させることができる場合には板材から構成してもよい。例えば、メッシュ状の板材、パンチングを形成した板材としてもよい。
ところで、図1に示したようにフィルターエレメント2の軸方向一端部にのみ流体出入口5を設けた場合には、逆洗時に軸方向他端の他端部材6側へ流入してくる逆洗流体の流量が低下して濾材壁の内面から剥離した捕捉物の流体内への分散が不十分となる懸念がある。その対策として、図3に示したように逆洗時にのみ作動して他端部材6に設けた貫通孔41を開放する逆止弁45を設けることが有効である。
即ち、例えばフィルターエレメント2の他端部を閉塞する他端部材6は、その内面に形成した凹所40と、凹所の天面に貫通形成した貫通孔41と、を備える。逆止弁45は、貫通孔41を塞がない状態で貫通孔41の中央(凹所天面)から下方へ突設し下端部にストッパ46aを有したガイド部材46と、ガイド部材46の小径部46bの外周に中心孔を挿通させて上下動自在にガイドされた環状の弁体47と、ストッパ部46aと弁体47との間に配置されて弁体47が貫通孔41を塞ぐように上向きに付勢する弾性部材48と、を備える。貫通孔41は、ガイド部材46の上部と他端部材6(貫通孔内周)とを接続する図示しない接続片を除いた部分が凹所天面を貫通している。
逆洗時に貫通孔41が開放すると、濾材壁の外部から流入してくる逆洗流体の一部が貫通孔41から上向きに、即ち流体出入口5へ向かう方向とは逆方向へ流出する。このため、逆洗流体の進入流量が少なくなり易い他端部材6側の逆洗流体の流出量を増大させて濾材壁から離脱した捕捉物を効果的に逆洗流体中に分散させることができる。
次に、図4は本発明の他の実施形態に係る濾過ユニットの縦断面図であり、図5はこの濾過ユニットに適した濾過装置の構成を示す断面図である。
この濾過ユニット60は、筒状フィルターエレメントの両端開口部から濾過及び逆洗を行う特許文献2中に示された濾過装置100に適用することができるようにフィルターエレメント2の両端部が開口している。
上側の逆洗用パイプ103aが連結された排出パイプ111の上端部にはシャフト114の下端が固定され、シャフト114の上端にはギアボックス115が設けられてモーター116で回転駆動される。モーター116を回転駆動することによって、シャフト114を介して逆洗用パイプ103aが一方向へ回動し、同心円状に配列された複数のフィルターエレメント2の上部開口に、逆洗用パイプ103aの逆洗ノズル112a、112b、112cが順次接続される。このとき同時に、下側の逆洗用パイプ103bも回動し、複数のフィルターエレメント2の下端開口に、逆洗用パイプ103bの逆洗ノズル113a、113b、113cが順次接続される。
逆洗時には、モーター116を回転駆動して逆洗用パイプ103a、103bを回動移動させて、各フィルターエレメント2の上端部及び下端部の開口にタイミングをずらして接続し、該フィルターエレメント2の外側から内側に向けて内外の圧力差で流体が流れて逆洗する。この逆洗により除去された捕捉物は、排出パイプ111へ導入されて逆洗流体ドレンパイプ105の排出口から矢印Cのように外部へ排出される。
なお、第1の逆洗用パイプ103a側の逆洗ノズルと、第2の逆洗用パイプ103b側の逆洗ノズルとが特定のフィルターエレメント2の上端部、及び下端部の開口に同時に接続されることはない。
なお、特定のフィルターエレメントの一端開口に逆洗ノズルを接続して逆洗を実施している間は当該フィルターエレメントの他端開口を図示しない閉止部材によって閉止するようにしてもよい。
また、図5の左側では中央のフィルターエレメントを除いた他の2つのフィルターエレメントの上下両端開口には逆洗ノズルが接続されていないため濾過が可能な状態にある。左側の中央のフィルターエレメントの下端開口には逆洗ノズル113aが接続されているため、逆洗が可能な状態にある。
この実施形態に係る濾過ユニット60は、軸方向両端部を開放させた図1に係る濾過ユニット1(1A、1B)を二基、軸方向他端開口部(他端部材6)側を連結させて直列に連結したものであり、他端部材6側に形成された貫通穴6A等により各フィルターエレメント2A、2Bの各内部が連通状態となっている。
言い換えれば、濾過ユニット60は、軸方向両端部が開放した二つのフィルターエレメント2A、2Bの流体出入口5A、5B(軸方向他端開口部)が軸方向両端に位置するように連通状態で直列に連結した構成を備えている。
各濾過ユニット1A、1Bの他端部材6を廃止するか、或いは他端部材6に貫通穴6Aを形成することにより、両濾過ユニットを構成するフィルターエレメント2A、2Bの内部間を連通させる。
この濾過ユニット60の特徴的な構成は、各回転軸10A、10Bが独立して回転するために各プロペラ30A、30Bが同一方向(例えば、軸方向下方向A)から見て互いに逆方向へ回転することが可能となる点にある。
軸受4A”、4B”は、貫通穴6Aを閉塞しないように放射状に半径方向へ伸びる複数の細幅のブラケットにより支持されている。
このため、濾過ユニット60の下半分に相当する一方のフィルターエレメント2Aの逆洗時にフィルターエレメント2A内に流入した逆洗流体はプロペラ30Aを回転させることによって捕捉物除去具を回転させて濾材壁3Aに付着した捕捉物を内周面全体に渡って効率的に除去すると共に、除去した捕捉物を効率的に逆洗流体内に展開させて第1の流体出入口5Aから排出させることができる。特に、濾材壁3Aの上端部側から流入しにくく、流入しても滞留し易い逆洗流体を効率的に流入させた上で、第1の流体出入口5Aに導いて排出させることが可能となる。
即ち、フィルターエレメント2Bの逆洗時にフィルターエレメント2B内に流入した逆洗流体はプロペラ30Bを回転させることによって捕捉物除去具を回転させて濾材壁3Bに付着した捕捉物を内周面全体に渡って効率的に除去すると共に、除去した捕捉物を効率的に逆洗流体内に展開させて第2の流体出入口5Bから排出させることができる。特に、濾材壁3Bの下端部から流入しにくく、流入しても滞留し易い逆洗流体を効率的に流入させた上で、第2の流体出入口5Bに導いて排出させることが可能となる。
なお、図4の各フィルターエレメント2A、2Bの何れを逆洗する時においても、他端部材6に近いフィルターエレメント端部では逆洗流体の流量が極めて少ないため、この領域の逆洗流体が捕捉物除去具20A、20Bを夫々回転させる上で貢献することはない。一方、各流体出入口5A、5Bの近傍領域における逆洗流体の流速、流量は最大となり、この流速の早い逆洗流体がプロペラ30A、30Bを夫々回転させる。各捕捉物除去具の回転力は、他端部材6の周辺へ流入する逆洗流体ではなく、専ら各流体出入口5A、5Bから流出しようとする速度の速い逆洗流体によって回転させられるプロペラに由来している。
なお、逆洗流体によって回転するプロペラの回転力の源はフィルターエレメント内部と逆洗用パイプ103a、103b内部との間の圧力差である。
なお、上下のフィルターエレメント2A、2Bを同時に逆洗する場合には貫通穴6Aは不要であるが、開口面積の小さい貫通穴6Aを設けるのであれば問題はない。この場合、開口面積の小さい貫通穴6Aはこの部位に堆積しようとする異物を除去する役割を果たす。
例えば、逆洗時に外側から両フィルターエレメント2A、2B内に夫々流入した逆洗流体を一方の流体出入口5Aに導いて排出させる装置構成を採る場合には、第2の流体出入口5Bから逆洗流体を吸い込んで第1の流体出入口5Aから排出するように各プロペラ30、52が同一方向へ回転するように構成することもできる。この場合には、回転軸10A、10Bを一体化して各プロペラ30、52が常に同一方向へ回転するようにしておいてもよい(図6の実施形態で後述)。
なお、濾過ユニット60においてプロペラ(ブレード)30A、30Bを配置するのに最も適した軸方向範囲については、図1において提示したように、端部スリーブ4A、4Bの開口内の軸方向範囲W1にプラスして、濾材壁の有効端部3aからL1×1の範囲である。
次に、図6は両端部に流体出入口を備えた他の実施形態に係る濾過ユニットの構成を示す縦断面図である。
濾過ユニット1は、図1の構成例における他端部材6側にも第2の流体出入口50としての開口部を備え、第2の流体出入口50側に位置する回転軸10の端部側に第2のプロペラ52を設けた構成が特徴的である。
一つの回転軸10の両端部に夫々固定された第1及び第2のプロペラ30、52を構成するブレードの傾斜方向(形状)は、逆洗流体を受けた時に両プロペラが同方向へ回転することにより、一方のプロペラの回転を他方のプロペラが妨げることがないように設定する。例えば、第1の流体出入口5へ向かう逆洗流体によって第1のプロペラ30が第1の流体出入口5側(A視)から見て反時計回り方向へ回転する場合には、第2のプロペラ52のブレードの傾斜方向は第2の流体出入口50から内部に入る逆洗流体によって第1の流体出入口5側から見て反時計回り方向(同方向)へ回転するように設定する。
このように本実施形態では、濾過ユニット1の両端部に流体出入口5、50を設けると共に、フィルターエレメント(濾材壁)の軸方向両端部寄り位置に捕捉物除去具20と一体回転するプロペラ30、52を設けた。このため、逆洗時に濾材壁3の外部から内部に流入した逆洗流体は捕捉物除去具を回転させて捕捉物を効率的に除去すると共に、フィルターエレメント内部の軸方向全長に渡って逆洗流体の流動性を向上させて除去した捕捉物を一方の流体出入口から効率的に排出させることができる。
この場合、逆洗時に濾材壁3の外部から内部に流入した逆洗流体を第1の流体出入口5から排出する際にはプロペラ30、52は共に図6の軸方向A側から見て反時計回り方向に回転する。この場合、他方のプロペラ52は外部の逆洗流体を第2の流体出入口50からフィルターエレメント内に導入して第1の流体出入口5へ送る働きをする。
また、濾材壁3の外部から内部に流入した逆洗流体を第2の流体出入口50から排出する際にはプロペラ30、52は共に図6の軸方向B側から見て反時計回り方向に回転する。この場合、プロペラ30は外部の逆洗流体を第1の流体出入口5からフィルターエレメント内に導入して第2の流体出入口50へ送る働きをする。
但し、特定のフィルターエレメントの両端開口部に対して各逆洗用パイプ103a、103bの逆洗ノズルを同時に接続して逆洗を実施することはあり得ない。特定のフィルターエレメントを逆洗するに際しては、何れか一方の端部開口部のみに逆洗ノズルを接続することとなる。
なお、図6のようにフィルターエレメントの軸方向両端部に流体出入口を設け、且つ一つの回転軸の両端部にプロペラ30、52を設けた濾過ユニット1の構成では、濾過時に両流体出入口5、50から同時に濾過流体がフィルターエレメント内に流入すると、捕捉物除去具20に対する回転力が打ち消されて回転しない。また、濾過時に捕捉物除去具が回転しないことによりコイルである捕捉物除去具の外径が拡大するので濾材壁内面との間の抵抗が増大して更に回転が妨げられる。
なお、図6の濾過ユニットにおいてプロペラ(ブレード)30、52を配置するのに最も適した軸方向範囲については、図1において提示したように、端部スリーブ4、他端部材(端部スリーブ)6の開口内の軸方向範囲W1にプラスして、濾材壁の有効端部3aからL1×1の範囲である。
図8は、本出願人の提案に係る特願2014−134510(特開2016−010788)に係る濾過装置120の構成を示しており、図4の濾過ユニット60はこの濾過装置120に対しても適用することができる。
また、図6の濾過ユニット1もこの濾過装置120に適用することができる。
図8は図6の濾過ユニット1を濾過装置120に適用した状態を示す断面図である。
図8の濾過装置120は、例えば船舶のバラスト水を濾過するものであり、濾過装置の外殻をなすケーシング101と、第1の隔壁125と、上下が貫通した筒状の濾材壁3からなるフィルターエレメント2と、第2の隔壁126と、洗浄用パイプ130と、洗浄流体ドレンパイプ105とを備えている。
ケーシング101の内部の下部に設けられた第1の隔壁125は、ケーシング内部を流体入口106と連通し濾過前の流体を収容する第1の原液室121aと、流体出口107と連通し濾過後の流体を収容する濾液室122とに隔離する。その数カ所にはフィルターエレメントの下端部を嵌合して保持するための流体出入口5が複数箇所形成されている。
第1の隔壁125の各流体出入口5には、複数のフィルターエレメント2の下端部が嵌合保持され、各フィルターエレメントの内部は第1の原液室121aと連通して濾液室122内に平行に配置されている。
フィルターエレメント2の上端部側には第2の原液室121bを形成する第2の隔壁126が設けられ、第2の隔壁に設けた流体出入口50はフィルターエレメントの上端開口を保持する。
本例では、第2の原液室121bと第1の原液室121aとはフィルターエレメント内部を介して連通している。
略L字状の洗浄用パイプ130の一端は流体出入口5を介してフィルターエレメントの下部開口と接続され、他端はドレンパイプ105と接続されている。洗浄用パイプ130は、フィルターエレメント内部の流体を吸引することによりフィルターエレメントの他端部に接続された第2原液室121bから下方へ向かう軸方向流を生じさせて濾材壁に付着した捕捉物を剥離させる。
この濾過装置による濾過に際しては、洗浄流体排出系の開閉バルブを閉止し、洗浄用パイプ130による吸引は行われない。濾過すべき流体は、流体入口106から第1の原液室121aに流入してフィルターエレメントの下端開口から内部に流入し、その後濾材壁を通過して圧力の低い濾液室122へ移動することにより濾過が行われる。一方、洗浄用パイプ130が接続されているフィルターエレメントには第1の原液室121aからは流体は流入できないが、該フィルターエレメントの他端流体出入口50から他のフィルターエレメント、及び第2の原液室121bを経由して流体が流入するので、同様に濾過が行われる。
洗浄時には、洗浄流体排出系の開閉バルブを解放し、洗浄用パイプ130による吸引が開始される。洗浄用パイプが接続されたフィルターエレメント2は内部圧力が低下するので、一次圧を有する第2原液室121bからの原液がフィルターエレメント内部を軸方向下向きに高速で通過し、洗浄用パイプ130へ流出する。この時濾材壁に付着していた捕捉物は軸方向流により除去される。
なお、図6の濾過ユニットを濾過装置120に適用する場合、プロペラ52は必須ではない。
次に、図9は本発明の他の実施形態(第1の実施形態の変形例)に係る濾過ユニットの縦断面図であり、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
本実施形態に係る濾過ユニット1は、捕捉物除去具20として複数枚、本例では二枚の螺旋状羽根70を備えていると共に、各螺旋状羽根70の流体出入口5側の端部がプロペラとして機能するように構成されている。
各螺旋状羽根70は、羽根本体71と、羽根本体の外径側周縁に沿って植設された植毛部72と、から構成されており、回転軸10の軸方向両端部を夫々軸受部4b、6aによって軸支されている。各螺旋状羽根70の流体出入口5側の端部(プロペラ)75は濾材壁3の流体出入口5側の端部3aを越えて流体出入口5側(流体出入口5の軸方向範囲W1内)に入り込んでおり、濾過流体、及び逆洗流体を受けて螺旋状羽根70を回転させるようにその傾斜角度(軸方向に対する傾斜角度)、面積、形状等が設定されている。
図示した構成例では、フィルターエレメント2の下側のみに流体出入口を設けた場合を示したが、図3、図6のように上側にも流体出入口を設けても良い。図6のように上側に流体出入口を設けた場合には、回転軸の上部に他の螺旋羽根状のプロペラを設けても良い。
次に、図10は図9の変形実施形態に係る濾過ユニットの縦断面図である。
本実施形態に係る濾過ユニット1は、捕捉物除去具20として二枚の平板状羽根80を軸方向に直列に連結した構成を備えていると共に、下側の平板状羽根80の流体出入口5側の端部がプロペラ85として機能するように構成されている。
各平板状羽根80は、四角い環状の羽根本体81と、羽根本体の外径側周縁に沿って植設された植毛部82と、から構成されており、回転軸10の軸方向両端部を夫々軸受部4b、6aによって軸支されている。下側の平板状羽根80の流体出入口5側の端部には、螺旋羽根状のプロペラ85が連設されており、プロペラ85は、濾材壁3の流体出入口5側の端部3aを越えて流体出入口5側(流体出入口5の軸方向範囲W1内)に入り込んでおり、濾過流体、及び逆洗流体を受けて平板状羽根80を回転させるようにその形状、面積等が設定されている。また、プロペラ85の外周縁には植毛部86を設けて濾材壁内面に付着した捕捉物を除去するように構成している。
図示した構成例では、フィルターエレメント2の下側のみに流体出入口を設けた場合を示したが、図3、図6のように上側にも流体出入口を設けても良い。図6のように上側に流体出入口を設けた場合には、回転軸の上部に他の螺旋羽根状のプロペラを設けても良い。
第1の本発明に係る濾過ユニット1、60は、筒状の濾材壁3を備え、該濾材壁の少なくとも軸方向一端部に設けた流体出入口5と該濾材壁の内部と該濾材壁の外部との間で双方向に流体を流通させる中空筒状のフィルターエレメント2と、フィルターエレメント内において、その軸方向と並行な回転軸10回りに回転自在であって、回転時に濾材壁の内面と摺接する捕捉物除去具20と、フィルターエレメント内の流体出入口5側に配置されて、流体を受けて捕捉物除去具と一体回転するブレード(プロペラ)30、52、75、85と、を備えたことを特徴とする。
中空筒状のフィルターエレメント2は、少なくとも軸方向一端部に設けた流体出入口5と外周に設けた濾材壁3とを備え、流体出入口から内部に流入した流体を外周に設けた濾材壁を経由して外部に流出させることにより濾過を行い、濾材壁外部から内部に流入させた逆洗流体を流体出入口から排出することにより逆洗を行う。フィルターエレメントの少なくとも軸方向一端部には開口部としての流体出入口5が設けられており、フィルターエレメントの軸方向他端部はこれを閉塞したタイプと、開放したタイプがある。
捕捉物除去具20は、フィルターエレメント内に、その軸方向と並行な回転軸10回りに回転自在に軸支されて回転時に濾材壁の内面と摺接することにより捕捉物を剥離、除去する。
ブレード30、52、75、85は、フィルターエレメント内の流体出入口側(逆洗時の流量、流速が最大になる領域)に配置されて、流体、及び逆洗流体を受けて捕捉物除去具と一体回転する。
つまり、ブレード52は、濾材壁の抵抗が低い場合においてもブレードの回転によって流体出入口5から離間した位置における逆洗流体の流入量を増大させると共に、捕捉物除去具の回転によって捕捉物を除去し、少ない逆洗流量であっても逆洗効果を上げることを可能とする。ブレード52の回転による攪拌により局部的な滞留の発生を防止することができる。また、捕捉物除去具を回転させることができるので、捕捉物を除去し、流体中に展開させる効果を高めることができる。
一方、他の実施形態に係るブレード30、75、85は、濾材壁面に付着した捕捉物を逆洗によって除去する際に除去部材によるブラッシングによる捕捉物の除去を補助すると同時に、回転することによってフィルターエレメント内部を攪拌して捕捉物が滞留することを防いでいる。
ブレードの外周縁に植毛部(捕捉物除去部材)を設けて濾材壁に付着した捕捉物を除去してもよい。
濾材壁の濾過抵抗が低い場合には、逆洗時に軸方向一端部に設けた流体出入口5側は流路抵抗が低いためこの領域の流量が多くなるので、逆洗流体はこの流路抵抗が低い部分に流れやすく、軸方向他端部側への逆洗流体の流入量は格段に少なくなる。このため、濾材壁の抵抗が低い場合にはフィルターエレメントの軸方向全長に渡ってムラのない逆洗を行うことが難しくなる。
なお、流体出入口から離間した濾材壁の他端部では逆洗時の流入量が少ないため、この領域での流入流体によって捕捉物除去具に回転力が付与されにくいことは記述の通りであるが、仮にこの領域の流入流体によって捕捉物除去具が回転することがあったとしてもその回転力は捕捉物を除去するには不十分である。このような場合においても、流体出入口側にブレードを設けることにより、捕捉物除去具を増速回転させることが可能となる。
プロペラを構成するブレードは少なくとも一枚あればよいが、回転バランスを考慮すれば、二枚以上のブレードを均一な周方向ピッチで配置する構成が好ましい。ブレードは、逆洗時に濾材壁から流入する全ての逆洗流体が通過する位置、具体的には濾材壁、及びフィルターエレメントの軸方向端部に設けた開口部(流体出入口)を中心とした領域に設ける。
端部スリーブ4によって濾材壁の端部が保持されている(覆われている)場合には、端部スリーブ4内部にブレードの少なくとも一部を配置することにより濾材壁の有効領域内に配置されている捕捉物除去具との干渉を避けながらブレード(捕捉物除去具)を回転させることができる。端部スリーブが存在しない場合には、濾材壁の端部開口である流体出入口を中心とした適宜の軸方向範囲にブレードを配置することにより、最大流速の流体を利用してブレードを回転させることが可能となる。
ブレードの一部が流体出入口を越えて外側に突出していてもよい。
ブレードを配置する範囲とは、ブレードの内径部(回転軸との結合部)が配置される範囲のみならず、ブレードの他の部位が配置される範囲を広く含む。なお、図5の濾過装置においてはフィルターエレメントの上下の各開口に対して各逆洗ノズルが交互に接続されるので、これらの可動部とブレードとの干渉を避けるための配慮が必要となる。
これは図1の実施形態に対応しており、フィルターエレメントの軸方向一端部が開口しているタイプに関するものである。
軸方向他端部が閉塞されている場合には、当該部分における逆洗流体の流入量が低下したり、流入した逆洗流体が滞留し易いが、軸方向他端部に貫通孔と、これを開閉する逆止弁を設けることにより、逆洗流体の滞留を解消することができる(図3)。
これは図6の実施形態に対応しており、逆洗時に一体回転する両ブレードがフィルターエレメント内の逆洗流体を一方向へ移動させるように構成する。
一つの構成例としては、各フィルターエレメント内の捕捉物除去具を同一軸上に配置した状態で、独立別個に回転させる。濾材壁外部から内部に流入した逆洗流体をフィルターエレメントの軸方向両端部から排出させるタイプのフィルターエレメントに対しても、プロペラ(ブレード)を備えた本発明の濾過ユニットを適用することができる(図4)。
他の構成例として、直列に連結される二つのフィルターエレメント内の各捕捉部材除去具を同軸状に一体化することにより一体回転させるようにしてもよい(図5、図7)。
これにより逆洗の効果を著しく高めることができる(図6)。
各回転軸10を一体化することにより各ブレード、及び各捕捉物除去具を一体回転させてもよいし(図6)、各回転軸10を個別に軸受支持することにより各ブレード、及び各捕捉物除去具を別個独立に回転させてもよい(図4)。
捕捉物除去具20は、全長、又は一部が螺旋羽根状であってもよいし、平板状であってもよい。螺旋状羽根は、伸縮変形可能に構成し易いので、逆洗時に回転に対する抵抗が強い場合においても収縮変形しながらスムーズに回転することができる。
濾過時に、逆洗時とは逆方向に流体が流動する場合には螺旋状羽根は拡径することにより濾材壁との間の摺動抵抗を増大させて回転停止、或いは回転速度を低下させることとなる。
なお、濾過時に捕捉物除去具を必ず回転停止、或いは回転速度を低下させなければならない、という趣旨ではない。
ブレードは捕捉物除去具と一体回転する構成であれば、両部材が分離していても、或いは連結されていてもよい。
なお、本発明の濾過ユニット、或いはこの濾過ユニットを備えた濾過装置は、海水(例えば船舶のバラスト水)、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過、各種装置の冷却水又はプロセス液等の産業一般に用いられる液体の濾過、化学工場等で使用される各種原料の気体等の濾過に適用されて、それらに含まれる微粒子や塵埃等を捕捉除去することができる。
Claims (8)
- 筒状の濾材壁を備え、該濾材壁の少なくとも軸方向一端部に設けた流体出入口と該濾材壁の内部と該濾材壁の外部との間で双方向に流体を流通させる中空筒状のフィルターエレメントと、
前記フィルターエレメント内において、その軸方向と並行な回転軸回りに回転自在であって回転時に前記濾材壁の内面と摺接する捕捉物除去具と、
前記フィルターエレメント内の前記流体出入口側に配置されて、前記流体を受けて前記捕捉物除去具を一体回転させるブレードと、
を備え、
前記フィルターエレメントの軸方向他端部には、貫通孔と、逆洗時に開放して前記濾材壁の外部から内部に流入する流体を前記貫通孔から外部に排出する逆止弁と、を備えていることを特徴とする濾過ユニット。 - 筒状の濾材壁を備え、該濾材壁の少なくとも軸方向一端部に設けた流体出入口と該濾材壁の内部と該濾材壁の外部との間で双方向に流体を流通させる中空筒状のフィルターエレメントと、
前記フィルターエレメント内において、その軸方向と並行な回転軸回りに回転自在であって回転時に前記濾材壁の内面と摺接する捕捉物除去具と、
前記フィルターエレメント内の前記流体出入口側に配置されて、前記流体を受けて前記捕捉物除去具を一体回転させるブレードと、
を備え、
前記フィルターエレメントは、その軸方向両端部に前記流体出入口を有しており、前記各流体出入口側に前記ブレードが夫々設けられていることを特徴とする濾過ユニット。 - 筒状の濾材壁を備え、該濾材壁の少なくとも軸方向一端部に設けた流体出入口と該濾材壁の内部と該濾材壁の外部との間で双方向に流体を流通させる中空筒状のフィルターエレメントと、
前記フィルターエレメント内において、その軸方向と並行な回転軸回りに回転自在であって回転時に前記濾材壁の内面と摺接する捕捉物除去具と、
前記フィルターエレメント内の前記流体出入口側に配置されて、前記流体を受けて前記捕捉物除去具を一体回転させるブレードと、
を備え、
軸方向両端部が開口した二つの前記フィルターエレメントの軸方向他端開口部同志を連通状態で直列に連結した構成を備えたことを特徴とする濾過ユニット。 - 前記濾材壁の内部に流入する流体が前記各流体出入口側に夫々配置した前記各ブレードを一体回転させることにより、該濾材壁内部の流体を一方向へ移動させることを特徴とする請求項2又は3に記載の濾過ユニット。
- 前記二つのフィルターエレメント内の前記各捕捉物除去具は、一体回転、或いは別個独立して回転するように構成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の濾過ユニット。
- 前記捕捉物除去具は、少なくとも一部が螺旋状に構成されていることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の濾過ユニット。
- 前記ブレードは、前記捕捉物除去具の一部を構成していることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の濾過ユニット。
- 前記ブレードは、前記濾材壁の前記流体出入口側の内径をL1とした時に、濾材壁の有効端部からL1×1の距離の軸方向範囲内に少なくともその一部が位置していることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の濾過ユニット。
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