JPS6013724B2 - 流体分配装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体分配装置、さらに詳しくは液体やガスを粒
状媒質床へ均一に分配する分配装置に関するものである
。

粒状煤質床における流体の均一分配は多くの流体処理シ
ステムにおいて重要である。

例えば、処理される液体が砂のようなろ過煤質床を流下
するろ過器において、該床はろ過液体を集めたりまた逆
洗液体を分配するろ底に支えられているのが普通である
。この逆洗液体の均一分配が極めて重要である。不均一
分配は逆洗後の床に汚染部分を残したり床を壊してろ過
器の寿命を短くする。ある種のろ過器では、空気のよう
なガスを通常の液体逆洗前に床へ強制的に通す。その空
気はろ過器を気泡となって上昇して媒質の雛洋を完全に
し蓄積したごみやゲル化フ。ックを移動させて後続の液
体逆洗によるそれらの除去を容易にする。この形式の蝿
杵は煤質に極めて粘着性の沈殿物が生成する第３種ろ過
器の浄化に特に興味がある。空気逆洗では、空気と水の
均一分配が重要でありさらに、空気がろ過器底部から床
へ流入する際の空気膨張を最小にする必要がある。その
際に空気の膨張が著しいと、砂ろ過器媒質の下床に屡々
使用される砂利支持層が壊れることになる。その結果、
空気浄化を利用する多くのろ過器はろ底のトップに直接
砂を置くか或は砂利支持層の上に空気分配装置を配置す
る。砂をろ底に直接置く場合のる底から床へ通じる流路
（またはオリフィス）は非常に小さくしてろ底からの砂
流出を防ぐ必要がある。この形式は屡々ドレン時の穴詰
りをもたらす。一方、砂利支持層上への空気分配装置の
配置は２種類の分離装置を要し設置費用が高くなる。こ
れまでに、スタツピイ（Ｍａｒｋ Ｌ．Ｓｔｕｐｐｙ）
による米国特許第３ｉｌ０６６７号に液体逆洗媒質を極
めて均一に分配する装置が開示されている。この装置は
ろ過器を横断してブロックからブロックへ伸びる上部お
よび下部機導管を有するろ底ブロックを利用する。下部
または一次藤導管は逆洗液体を供給するといに接続する
。門口が下部機導管を上部または二次横導管へ接続し、
別の門口が該二次横導管をろ床へ接続する。従って、逆
洗液体は一次榛導管に沿ってとし、から二次機導管へ流
入し、そこからろ床へ入る。上部（または二次）横導管
はブロックからブロックへ列になって伸びているので、
逆洗液体はそれらに沿って流れ一次から二次横導管への
不均一流を補う。

一次系に等量の水が供給されると、この二重横システム
はろ床全体へ逆洗液体を極めて均一に分配する。しかし
、種々の原因で個々の−次横導管への供謙合水量が変動
すると、二次系から床への流れも同様に変動する。また
、該システムは多くの設備に必要な空気逆洗ができない
。本発明の目的は粒状煤質床全体へ液体またはガスを極
めて均一に分配する分配装置を提供することである。本
発明は前記スタツピィの特許に開示の装置のごとく相互
に平行に伸びる一次および二次横溝管に分割の分配器を
使用する。

しかし、本発明での二次および一次榛導管は並行に配置
され傾斜壁により相互に分割されている。これら傾斜壁
の中間レベルにあるガス調整オリフィスが一次から二次
横導管部へのガス流を制御し、傾斜壁のガス調整オリフ
ィスの下側に配置される液体調整オリフィスが一次から
二次横導管部への液流を制御する。従って、本装置はス
タッピィ特許の装置の提供する二次系に補償液流を提供
し、またガスを均一に分配する機構を提供する。本発明
のもう一つの目的はガスを粒状煤質床へ導入ししかもそ
の際ガスの膨張が最小の分配器を提供することである。

これは、前記傾斜壁のガス調整オリフィスの全横断面積
を二次横導管を床へ連結する分散オリフィスの全横断面
積よりかなり小さくすることによって達成される。従っ
て、一次から二次機導管部へ通過する時の空気膨張は殆
んど分配器内で起きるので床の破壊は生じえない。ガス
は二次横導管のトップに低圧力のプランケットを形成し
、分配オリフィスを経て最小の膨張で上部の床へ流入す
る。その結果、本発明により砂利支持層は破壊すること
なくる底上に配置できる。さらに本発明の目的は二重藤
導管系の一次機導管へ供給する流量の変動を補う合配器
を提供することである。

これは二次機導管系の少なくとも若干本を少なくとも２
本の一次横導管へ連結することによって達成される。従
って、逆洗液体は１つの一次横導管から二次機導管を横
断してもう１つの一次横導管へ流れて一次系へ供給され
る、または一次系に沿って流れる流体の量の変動を補う
ことができる。本発明のその他の目的および利点は次の
詳細な記載から明らかになるものと考えられる。

第１図ないし第３図に示すろ過装置は、平行に隣接し複
数列に組立てたろ過ブロック１５，１６，１７，１８か
ら成るろ過器底部（または分配器）１４に載る砂利１２
などの支持煤質層と砂１１または類似ろ過媒質層との床
を有する。

ろ過される水や他の液体は砂および砂利を流下し、ろ底
へ入り、そこからとし、２１へ流入する。その水はとし
、から出口管２２を通りまた逆洗水としてろ過装置へ送
られる。とし、はガス供孫合管路に連結し逆洗中に空気
や他のガスを供給するガス・マニホルド２５を内蔵する
。第３図ないし第６図に示すごとく、各ブロックは傾斜
平面壁３０により一次藤導管３１と二次機導管３２に分
割される。

二次横導管３２はスタツピィの特許に開示のブロックに
おけるごとく一次藤導管３１の上でなくて脚部に配置す
るので、ブロックは逆洗中に空気のようなガス並びに液
体を格納する。しかし、一次および二次横導管は共にほ
ぼ三角形の横断面を有し、二次横導管の側部がろ過ブロ
ック１５，１６，１７，１８のトップ３４およびブロッ
クの傾斜内壁３０または側壁３５で画定されるので、ろ
底上面の殆んど全てが二次横導管に隣接し、ガスまたは
液体は逆洗中床全体へ均一に分配される。これらのブロ
ックの端部は閉口し、かつブロックは平行に縦に配列さ
れるので、一次および二次横導管の各々は列に沿ってブ
ロックからブロックへまたはとい２１の次のる過器端部
からその反対側の織部へと伸びている。

従って、逆洗液体は、スタツピィの特許に開示のシステ
ムと同様に二次横導管に沿って流れて一次から二次機導
管への不均一流を補うことができる。ブロックの各列は
とい２１上に配置の１つのブロック１５，１６を有する
。

これらブロックは第４図および第５図に明示のごとくカ
ットアウトまたは門口３８を有し、該門口を介してろ過
水は一次榛導管からといへ流れまた逆洗水および空気は
とし・から一次藤導管部へ流入できる。といブロック１
５，１６と端から端へ配置され互にろ過器を横断する平
行隣接列を形成するブロック１７，１８は門口を内蔵し
ない。他の点に関してはこれらブロックはとし、ブロッ
クと同一である。一次と二次横導管に分ける傾斜壁３０
は壁の中間レベルに配置のガス調整オリフィス４１と該
オリフイスの下側に配置の液体調整オリフィス４２を備
える。

ガス調整オリフィスは一次から二次横導管部へ流れる逆
洗ガス（普通は空気）の流量を制御する。液体調整オリ
フィスは液体逆洗媒質の流量を制御する。第１、第４お
よび第５図からわかるように、ろ過器は２種類の幅のブ
ロックを使用している。

中心部のブロック１５，１７の幅は比較的広いが、幅の
狭いブロック１６，１８をろ過器側部に使用して全体の
幅を希望のものにしている。幅広いブロックを中心部に
使用するので各ブロックは数本の一次榛導管を内蔵でき
る。これら幅広ブロックの液体調整オリフィスは、二次
横導管の少なくとも若干本の導管が２本の一次横導管か
ら相互に整列のオリフィス４２を介して提供されるよう
に配置する。これは逆洗液体を１本の一次機導管から介
在の二次横導管を横断してもう一本の一次横導管へ流が
して個々の一次榛導管への不均一流を補つｏこのシステ
ムは液体逆洗またはガスおよび液体逆洗に使用できる。

両方のタイプを使用する時には、ろ過器はその媒質を十
分に燈拝し蓄積したごみやゲル化フロックを移動するた
めに通常、先ず空気で逆洗し、次に水で逆洗し遊離した
不純物を除去する。ガス逆洗中、空気や他のガスは管２
６から供給し「とい２１に沿って伸びるマニホルド２５
のガス分配オリフィス２７を通り、とい門口３８を介し
て一次機導管３１へ気泡となって流入する。

第６図に明示のごとく、空気は一次藤導管部トップのポ
ケットに集まってこれら横部内の液面をガス調整オリフ
ィス４１の下側へ圧下する。次に空気はこれらオリフィ
スを通って二次横導管３２のトップに薄いプランケツト
４４を形成する。そこから空気は第２分散オリフィス４
３を経てる床へ流入するす＼二次横導管部へ供給する空
気量は一次横導管部３１の有効空気圧に左右され、それ
は順次これら横部内の空気と水の界面の高さ‘こ左右さ
れる。

この界面の高さ変化による制御はこの装置に広範囲の流
量変化を可能にする。適当な寸法のオリフィスで、図示
装置は単位ろ過面積（ｆｔ２）当り単位時間に０．５以
下から５ｆぜ（ＳＣＦＭ）以上までの流量で空気をろ床
全体へ均一に分配できる。この範囲は現在市販されてい
る袷んどの空気分配装置の範囲よりかなり広い。ガス調
整オリフィスの寸法は該システムの最低流量において、
一次横導管部における空気−水の界面がガスオリフィス
の下側へ少なくても１．２５伽（１／２ｎ）圧下される
ことが望ましい。

これによってろ過ブロックがレベルから少し外れても全
てのガスオリフィスの露出が保証される。第６および第
７図に示すごとく、各二次横導管部のトップを直角に横
断するリブ４６が、ブロックがレベルから少し外れても
空気の二次横導管部における高い地点への移動を防ぐ。
そのＩＪブは二次横導管部トップにおいて空気プランケ
ット４４の底へ伸びていない、従って空気は第２横導管
部に沿って流れて一次から二次横導管部への不均一な空
気流を補つ。図示のシステムで単位ろ過表面積当り約０
．４８仇（３／１６ｉｎ）直径のガス調整オリフィスを
４個使用することによって、空気と水の界面の適切な圧
下は単位ろ過表面積当り０．＄ＣＦＭの流量で得られる
。

この配置で、単位ろ過表面積当りにＦＭまでの空気流量
において空気と水の界面がいずれの液体調整オリフィス
にもさらされないようにするには液体調整オリフィス４
２をガス調整オリフィスの約９弧（３１′ａｎ）下に配
置することが望ましい。また、このガスオリフイスの配
置はこれらオリフィスの全横断面積を第２分散オリフィ
スの全横断面積より著しく小さくする。

液体逆洗中に単位ろ過表面積当り約３７．８〜９４．５
そ／分（１０〜２的／分）の範囲の水流を処理するため
には、第２分散オリフィスの全横断表面積は単位ろ過表
面積当り約７．７５の（１．２ｎ２）が望ましく、これ
は単位ろ過表面積当り約０．６４弧（１／４ｉｎ）直径
のオリフィス２４個で提供できる。これは、単位ろ過表
面積当り約０．７１の（０．１１ｉｎ２）の全横断面積
を有する前記配置のガス調整オリフィスの全横断面積の
１ぴ音以上である。横断面積のこの組合せで、空気膨張
の袷んどがガス調整オリフィスで生じ、第２分散オリフ
ィス通過時の空気膨張は極めて少ない。事実、第２分散
オリフィス前後の圧力低下は極めて少ないためにこれら
オリフィスを通る空気流はオリフィス内またはオリフィ
ス上の水の表面張力で制御されるものと考えられる。こ
の表面表力は二次横導管部内の背圧に丁度匹適するもの
を形成してこれら横部トップに低圧の空気プランケット
を形成することは明らかで、これはろ過器全体に逆洗空
気を均一に分配することになる。床へ入る空気の激しい
膨張がないので、これらフ。

ックに砂利支持床を使用できる。また、これは二次オリ
フィスの寸法がオリフィスを介してろ底へ流入する砂を
防ぐのに余り小さい必要がないことを意味する。オリフ
ィスが大きいことは穴詰りの可能性を著しく減じること
になる。第７図に示すごとく、二次分散オリフィスはろ
過ブロックのトップの溝穴４７へ閉口することが望まし
い。

これは溝穴は二次分散オリフィスの砂利による完全穴詰
りを防ぐ。二次分散オリフィスをブロックのトップ表面
に設けると、大粒の砂利がオリフィス直上でオリフィス
を完全に塞ぐことになる。溝穴でオリフィスを凹形にす
ることにより液体またはガスは砂利があっても通過でき
る。横断面積の前記組合せで、図示装置は一次横導管部
から約７．６伽（３ｉｎ）の水床の総損失水頭で単位ろ
過表面積当り約＄ＣＦＭの空気を供給でき、これは他の
袷んどの空気分配装置に必要な損失水頭よりかなり少な
い。他の空気分配装置は一般に良好な分配をするのに分
散オリフィス前後の圧力低下に依存する。図示装置では
、二次藤導管部に沿った流れが一次機導管部からの不均
一空気流を相殺して良好な分配に必要な圧力全体の低下
を少なくする、これはさらに空気の爆発的膨張に対する
保護を提供する。前記配置が望ましいと考えられるが、
オリフィスの別の組合せも可能である。

二次分散オリフィスの総横断面積が空気調整オリフィス
の総務断面積の少なくとも２倍である組合せの殆んどが
ろ床への空気流入時の爆発的膨張を防止するものと考え
られる。ガス調整オリフィスは一次および二次横導管部
に分割する煩斜壁３０の十分下側に配置されるので、オ
リフィス上の一次藤導管部の横断面積は十分大きく該横
部に沿った希望流量のガスを処理できる。

図示装置での望ましい位置はブロックのトップから約１
０の（４ｉｎ）下である。もちろん、これらオリフィス
の望ましい位置は横導管の長さ、空気流量およびブロッ
クの内部構造で変わる。この装置は空気の爆発的膨張を
防ぐので、一般にろ底上の砂利層１２は標準液体逆洗装
置で使用する砂利示持層、即ちろ底直上の粗砂利層と後
続の漸次紬粒化砂利層と同一にできる。しかし、空気逆
洗は砂ろ過媒質に渦流を発生させて砂利の最上面を浸食
する。この浸食を防ぐには砂の次に比較的大粒の砂利層
を配置することが望ましい。空気逆洗後、空気ーガスの
供給管路２６の流れを止めて管２２から逆洗液を供給す
る。この逆洗液体はとし、２１を経て門口３８を上って
一次横導管３１へ流入する。流入の逆洗水は一次横導管
部内の空気と水の界面を少なくともガス調整オリフィス
の高さまで上昇させ、液体調整オリフィス４２とガス調
整オリフイス４１の両方を通り、そこから二次分散オリ
フィス４３を経てる床へ流入する。普通、一次横導管都
内の空気と水の界面は液体逆洗中ガス調整オリフィスよ
り若干上になる、なぜならばろ床に対する一次横導管部
内の圧力低下が液体逆洗中に若干大きいからである。従
って、一次藤導管部トップの空気は逆洗水で圧縮される
。この空気は液体逆洗中一次藤導管部に残ってブロック
内での水撃を防ぐクッションを提供する；或は漏出して
一次榛導管部に沿った液体流に余分の横断面積を提供す
る。袷んどの場合、一次藤導管部に空気を残しておく方
が望ましいと考えられる。液体またはガスに対する流れ
面積の付加はブロックの内部構造を変えることによって
もできる。

例えば、液体の流れ面積は二次横導管部がブロック底部
へ伸びないようにＹ−形内壁の使用で増加できる。液体
またはガスの流れ面積は図示の平面壁３０の代りに曲線
内壁の使用によっても増加できる。その外種々の改良が
ありうることは明らかである。図示装置で、各種オリフ
ィスの横断面積の寸法は、液体逆洗中に一次横導管部か
らろ床への圧力低下の約２／３が該一次部から二次部へ
液体が通過する時に生じ約１′３が二次分散オリフィス
を通過する時に生じるようにすることが望ましい。

逆洗水の殆んどが液体調整オリフィスを流通するので、
圧力低下比は主に液体調整オリフイスおよび二次分散オ
リフィスの寸法に左右される。しかし、ガス調整オリ‐
フィスの影響は小さい。前述のガス調整オリフィスおよ
び液体調整オリフィスの配置で、望ましい圧力低下比は
単位ろ過面積（日２）当り３／４ｉｎ（１．９ｃの）直
径の液体調整オリフィス２個で得られ、これは単位表面
積当り液体調整オリフィスに０．９〆（５．８の）の全
横断面積を与える。このオリフィス配置がろ床へ殆んど
のろ底よりもかなり少ない損失水頭の逆洗水頭を供給す
る。

別の設計は一般に、分散オリフィス前後の損失水頭に依
存して水を床全体に分配する。スタッピィの特許に開示
の装置のごとく、本発明のろ過ブロックにおける逆洗水
の均一分配は二次横導管部に沿った液流を補うことによ
って蓮せられる。従って、より良好な水の分配は圧力低
下の少し、場合に得られる。圧力低下が少ないから、空
気逆洗後に二次横部に残る空気または他の原因で二次横
導管部に溜る空気はろ床へ流入する際に爆発的な膨張を
しない。従って、砂利支持層の崩壊が回避できる。第８
および第９図は本発明による別の実施例である。

本例でのガスはろ床外に配置の空気マニホルド５５へ連
結の各パイプ５７で一次横導管部へ供Ｖ給される。管５
７の１つは各一次横導管部、望ましくは該藤部のトップ
近傍へ伸びる。これは、液体逆洗中に必要ならば横導管
部から少なくとも若干量の空気漏出を促進して液流に付
加面積を提供する。他の点に関しては本実施例は第１図
ないし第７図に示すものと同一である。第１０および第
１１図はさらに別の実施例であり、本装置でのとい６１
は第１図ないし第９図に示すろ過器におけるごとく導管
の下でなくてろ過器のそば一次榛導管の一端に配置され
る。

一次横導管部３１は、とい６１からろ床壁を経て−次横
導管部へ伸びる短尺の三角形コネクター（または壁スリ
ーブ）６６によりとし、へ連結される。ろ過水および逆
洗水はとい６１の一端へ連結の出口管６２を介してとし
、からそれぞれ排出または供給される。逆洗用空気はと
いに接続の管路６３から供給する。管路６３は該管路を
ガス供給管路６８とペント管路６９へ交互に連結する三
方弁６７を内蔵する。空気逆洗中、管路６３から供給の
空気は一次横導管部およびとし、６１内の水位を二次横
導管部へ送るガス調整オリフィス４１の高さ以下に下げ
る。

空気逆洗サイクルの終了時に空気は一次榛導管部および
とし、から漏出して室へ逆洗水を提供する。前述のる実
施例は全て液体またはガス逆洗剤をろ床全体へ均一に分
配する機械的に単純な装置を提供する。

その上、この均一分配の達成に必要な低圧力降下がろ床
へ流入する空気の爆発的膨張の危険を最小にする。従っ
て、本発明のる底は砂利支持層を使用でき、これは装置
の構造および設置を簡単にしかつろ底の穴詰りを最小に
する。前述の装置は説明のために挙げたのであって種々
の改良がありうることはもちろんである。例えば、ろ底
はブロックの代りにシートやプレート構造にできる。同
様に、本発明は砂ろ過器の逆洗に関して記載したが、液
体または液体とガスを粒状煤質床全体に分配する必要が
ある他の多くの場合、例えば上向きまたは下向流で酸素
含有ガスと周期的に接触させて腐敗を防ぐための粒状炭
素吸収装置、オゾン処理の第３ろ過器、スラッジ乾燥床
およびイオン交換装置のような粒状媒質床にも同様に適
用できる。本発明の範囲内でこれらおよび他の改良が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したろ過器の部分破断平面図；第
２図は第１図の線２一２についての横断面図；第３図は
第１図の線３一３についての部分横断面図；第４図およ
び第５図は逆洗液体およびガスを導入するといをまたぐ
形式の各ろ過ブロックの煩斜投影図；第６図は第１図の
線６−６についてのる過ブロックの部分横断面図；第７
図は第６図の線６一６についての詳細図；第８図は本発
明による別実施例の部分平面図：第９図は第８図の線９
一９についての横断立面図：第１０図は本発明によるさ
らに別実施例の横断立面図；第１１図は第１０図の線１
１−１１についての横断立面図である。 １１・…・・砂、１２・・・・・・砂利、１４…・・・
分配器、１５，１６，１７，１８……ろ過ブロック、２
１…・・・とし、、２２……出口管、２５・・・・・・
ガス・マニホルド、３０・・・・・・煩斜壁、３１・・
・・・・−次横導管、３２…・・・二次横導管、３５…
・・・側壁、３８・・・・・・門口、４１…・・・ガス
調整オリフィス、４２・・・・・・液体調整オリフィス
、４３・・・・・・二次分散オリフィス。 ＦＩＧ．１ＦＩＧ，２ ＦＩＧ．５ ＦＩＧ．７ ＦＩＧ．１０ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．６ ＦＩＧ．８ ＦＩＧｅ ＦＩＧＩＩ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体分配装置に支えられた粒状媒質床１１，１２の
   下側に配置され、上向き傾斜の横断面を有する複数の一
   次横導管３１と；該一次横導管の側部に平行に配置され
   、下向き傾斜の横断面を有し、前記粒状媒質床に開口す
   る複数の二次分散オリフイス４３を有する複数の二次横
   導管３２と、前記一次横導管と二次横導管とに分ける複
   数の傾斜壁３０と；該傾斜壁の中間位置に設けられた複
   数のガス調整オリフイス４１と；該ガス調整オリフイス
   から下方に離れた位置の前記傾斜壁に設けられた複数の
   流体調整オリフイス４２と；逆洗液体または逆洗ガスを
   門口３８を介して前記一次横導管へ供給するとい２１か
   らなることを特徴とする液体または気体を前記粒状媒質
   床全体へ均一に分配する流体分配装置。 ２ 前記ガス調整オリフイス４１の全横断面積が前記二
   次分散オリフイス４３の全横断面積より実質的に小さい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の流体分
   配装置。 ３ 前記一次横導管３１の１つからの流体が該一次横導
   管に隣接する前記二次横導管３２の１つを通って該二次
   導管に隣接するもう１つの一次横導管３１に流入するよ
   うに、該二次横導管３２の少なくともいくつかが、それ
   ぞれ前記流体調整オリフイス４２を介して少なくとも２
   つの前記一次横導管３１へ接続された構成を特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の流体分配装置。