JP2008012532A - サイクロン流機構を備えた逆洗ストレーナー - Google Patents

Abstract

【課題】ろ過される流体にサイクロン流を伝えて、逆洗操作を向上させる機構を備えた逆洗ストレーナーを提供する。
【解決手段】逆洗ストレーナー10は、内部の室を定め、ろ過される流体が流入可能となるように入口を備えた、略円筒形状のフィルタエレメント18と、フィルタエレメント18の内部の室内に回転自在に取付けられる逆洗アーム20と、入口の近くに配置されて、この入口を流れる流体に対しサイクロン流を伝える手段16を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体から塵の粒子をろ過するための逆洗（逆流させて洗う）ストレーナーに関する。

逆洗ストレーナーは、従来技術で公知である。例えば、クラエリング（Kraeling），ジュニアと他の者による特許文献１（“クラエリングの‘１０３特許”）には、流体から粒子状の塵をろ過するためのストレーナーが開示されている。このストレーナーは、円筒形状のスクリーンの形態で、フィルタエレメントを収容する、中空の本体を有している。また、この円筒形状のスクリーン内には、逆洗アームが回転可能に配置されている。

ろ過操作中、塵を含む流体は、入口からストレーナー内に流入する。円筒形状のスクリーンの内部に向って上方に流れた後、塵を含む流体は、スクリーンの開口部を通って径方向外側に流れる。この塵の少なくとも幾らかは、スクリーンの内面上で集められる。ろ過された流体は、出口からストレーナーを流出する。

但し、時間が経過すると、スクリーンが集められた塵で詰まるので、スクリーンを洗浄する逆洗操作が必要になる。この逆洗操作中、逆洗アームが連続して回転して、スクリーンの部位を隔てて、圧力差を生じさせることで、流体の逆流を形成して、集められた塵を逆洗アーム内に向わせて、ストレーナーから排出させている。

特許文献１（クラエリングの‘１０３特許）に開示されている逆洗ストレーナーは、商業的に成功しているが、このような詰まりはストレーナーの効率全体に有害な影響を及ぼすので、スクリーンの詰まりを減らすことが常に求められている。より特徴的には、詰まりの頻度と期間が増えると、必要とされる逆洗操作の頻度と期間も増えるので、この結果として、経時的にストレーナーによってろ過される流体の総容量が減ることになる。そこで、ストレーナーの効率を最大にするように、詰まりを防ぐ手段を備えた逆洗ストレーナーが求められている。
米国特許第４，３２８，１０３号公報

従って、本発明は、より優れた逆洗ストレーナーを提供することを目的とする。

本発明の好適な実施形態では、ろ過される塵の粒子を含む流体に対してサイクロン流を伝えることで、逆洗操作を向上させるような機構を備える。より特徴的には、逆洗ストレーナーに略円筒形状のフィルタエレメントを備えて、これにろ過される流体が流入可能となるように入口を定める。フィルタエレメントの内部の室内に逆洗アームを回転可能に取付けて、さらに、例えば推進リング（インペラーリング）のような手段を入口の近くに取付けて、この入口を流れる流体に対してサイクロン流を伝える。

推進リングは、フィルタエレメントに対する入口を定めるフィルタエレメントの端部と当接するようにリムを含む。また、推進リング内にハブを備えて、逆洗アームの軸を取付けるための中央開口領域を定める。また、リムとハブの間で、フィルタエレメントから離れる方向に複数の羽根を延ばす。また、推進リングは、フィルタエレメントを推進リングと整列させて、これらを同軸上に並べるように、例えば複数の肩部のような整列手段を含む。
本発明をより十分に理解できるように、以下の詳細な説明では、添付した図面と合わせて、実施形態について具体的に例示する。

図１と２を参照すると、逆洗ストレーナー１０が次の基本的な構成要素を含むことが示されている。即ち、逆洗ストレーナー１０が、ハウジングベース１２、ハウジングボンネット１４、推進リング１６、フィルタエレメントのアセンブリ１８、及び逆洗アーム２０を含むことが示されており、これら全てが中心の長軸Ａ_Cに沿って並べられている。各構成要素は、以下において詳述される。

続けて図１と２を参照すると、ベース１２はボンネット１４に対して固定されて、二部品からなるハウジングを形成し、この中に推進リング１６、フィルタエレメントのアセンブリ１８、及び逆洗アーム２０を収容する。ベース１２は、好ましくは、耐食性の金属及び／又は合金から形成されて、端部壁２４を含むが、これには手動のドレイン２２が備えられる。端部壁２４からは円筒形状の外壁２６が延び、そして円筒形状の仕切り２８がこの外壁２６と同心状にされる。ここでは流出室３０として参照される略環状の室が、外壁２６と仕切り２８の間に形成される。ベース１２の開口端部からは、環状のフランジ３２が径方向外側に延びる。環状のフランジ３２は複数の孔（図示していない）を含み、これら各々にボルト４５（図１には、一つだけが示されている）を取付けて、フランジ３２をボンネット１４に固定する。

ベース１２は、上記仕切り２８と外壁２６と同心状に、さらに円筒形状のドレインパイプ３４を含む。ここでは流入室３６と参照される略環状の室が、ドレインパイプ３４と仕切り２８の間に形成される。そして、通路３８がドレインパイプ３４を通って、端部壁２４に形成される逆洗ドレイン４０まで延びる。

ベース１２には、入口４２と出口４４が反対側に備えられる。入口４２は、外壁２６から流入室３６まで延びて、外部の源（例えば、ろ過される水の本体）から流入室３６まで流体を流入可能にしている。一方、出口４４は、流出室３０から外壁２６まで延びて、逆洗ストレーナーからろ過された流体を流出可能にしている。

続けて図２を参照すると、ボンネット１４は、ベース１２の端部壁２４と反対側に端部壁４６を含む。端部壁４６は、中央開口部４８と圧力リリーフベント４９を備える。ボンネット１４は、端部壁４６から延びるように円筒形状の側壁５０を含み、ベース１２の外壁２６と軸方向に整列させる。ボンネット１４の内部には、フィルタエレメントのアセンブリ１８、逆洗アーム２０、及び推進リング１６の少なくとも一部が囲まれる。

ボンネット１４の開口端部から径方向外側に環状のフランジ５２が延びる。この環状のフランジ５２は、複数の孔（図示していない）を備えて、ベース１２の環状のフランジ３２に形成される孔と整列させる。この整列した孔をボルト４５が通って、ナット４７と対に螺合して、流体の漏れを防ぐようにフランジ３２と５２を接合させて固定する。尚、理解を容易にするため、図１には、ボルト４５とナット４７を一組み、図２には、ボルト４５とナット４７を二組み、夫々示している。

ボンネット１４はさらに、複数のタブ５４（図２には、一つだけを示している）を、側壁５０から径方向内側に延ばしている。タブ５４の各々は、留め具５５を取付けるためにネジ状のボア（図示せず）を有するが、これは、以下において詳述するように、推進リング１６をボンネット１４に取付けるのに役立つ。本発明の例示的な実施形態では、３つのタブ５４を含み、これら各々を隣接するタブ５４から約１２０度の角度を付けて配置するが、これは、本発明の範囲を限定するものではない。

図２〜６を参照すると、推進リング１６は、剛体で、耐食性の金属及び／又は合金から形成され、外側のリム（フレーム）５６を有して、ベース１２の仕切り２８と当接させ、かつ、内側のハブ（中心部）５８を有して、ベース１２のドレインパイプ３４と当接させる。ガスケット（図示せず）により、リム５６と仕切り２８の間をシールするとともに、他のガスケット（図示せず）により、ハブ５８とドレインパイプ３４の間をシールする。

リム５６とハブ５８の間では、複数のスポーク６０ａ〜ｈが径方向に延びる。スポーク６０ａ〜ｈの間には、夫々スポーク６０ａ〜ｈの対応するいずれかと角度を付けた、複数の湾曲状の羽根６４ａ〜ｈにより、開口部６２ａ〜ｈが形成される。これら羽根６４ａ〜ｈは、開口部６２ａ〜ｈを通って流入室３６内に延びる。

推進リング１６のハブ５８は、中央の長軸Ａ_C及び通路３８と整列するように、中央開口領域６６を定める。ここではシート６８として参照される環状のリップが、ドレインパイプ３４の近くで、推進リング１６の側部でハブ５８から径方向内側に延びる。

また、推進リング１６は、リム５６から離間して、ここから径方向外側に延びるように複数のフランジ７０を有する。フランジ７０の各々は孔を有するが、これらは対応する留め具５５（図２では、一つだけが示されている）を取付けるように、大きさと寸法が定められている。留め具５５は、タブ５４内に螺合されて、推進リング１６をボンネット１４に固定する。フランジ７０が推進リング１６のリム５６と合わさる場所には、肩７２が形成される。この肩７２は、中央の長軸Ａ_Cに対して、フィルタエレメントのアセンブリ１８を適切に配置させる整列手段として機能する。

図２、７及び８を参照すると、フィルタエレメントのアセンブリ１８は、外側フィルタ７４と内側フィルタ７６を含む。フィルタエレメントのアセンブリ１８の一方の端部７８は推進リング１６のリム５６と当接して、ろ過される流体が流入可能となるように入口を定める。一方、フィルタエレメントのアセンブリ１８の反対側の端部８０は、ボンネット１４の端部壁４６と当接する。

外側フィルタ７４は、好ましくは、複数の開口部８２を備える、円筒形状の壁部である（図８参照）。外側フィルタ７４は、ボンネット１４の壁４６、５０と共に環状の室を定めるが、この室は、ここでは流出室８４として参照される。

外側フィルタ７４の内部で、フィルタエレメントのアセンブリ１８の環状の端部７８、８０の間に、内側フィルタ７６が配置される。内側フィルタ７６は、複数の開口部８６を備えた、網目状のレイヤとして形成される（図８参照）。内側フィルタ７６、推進リング１６、及び端部壁４６は、共にフィルタエレメントのアセンブリ１８内に室を定め、この室は、ここではサイクロン流室９０として参照され、また、推進リング１６の近くのフィルタエレメントのアセンブリ１８の端部７８により入口を定める。

内側の開口部８６の数は、外側の開口部８２の数よりも大きい。さらに、内側の開口部８６の各々の大きさ（例えば、ボリューム）は、外側の開口部８２の各々の大きさ（例えば、ボリューム）よりも小さい。外側の開口部８２のより大きな大きさによって、一般に、外側フィルタ７４とフィルタエレメントのアセンブリ１８の構造の一体化に寄与する。同時に、内側の開口部８６のより小さな大きさにより、ろ過を向上させる。内側フィルタ７６は、取外し可能であって、比較的安価に交換できる。

図２、７、及び８に示したフィルタエレメントのアセンブリ１８は、本発明と合わせて用いることができる、様々なタイプのろ過の一つに過ぎない。他、当該技術で公知な任意の適当なろ過及び／又はストレーナーを用いることができる。さらに、ろ過及び／又はストレーナーの開口部は、切り抜き、孔、及び／又は他のタイプの開口部であって、これを通って流体を流動可能なものから構成できることを理解されたい。

再度図２を参照すると、サイクロン流室９０内には逆洗アーム２０が置かれる。逆洗アーム２０は軸９２を含むが、これは中空で、推進リング１６の中央開口領域６６内に延びる。円筒形状のガスケット９４により、軸９２と推進リング１６のハブ５８の間をルーズにシールする。また、逆洗アーム２０は、軸９２から内側フィルタ７６に向って、表面又はシュー（shoe）９６を延ばしている。シュー９６は、一般に凹状であり、シュー９６の側壁（図示せず）の間に複数の羽根９８を延ばす。羽根９８は、シュー９６の側壁と共に複数の逆洗室９９を形成する。これら逆洗室９９は、軸９２を通ってドレインパイプ３４まで延びる、逆洗路１００と流通する。

また、逆洗アーム２０は、駆動軸１０２と、ボンネット１４の端部壁４６と近接配置されるベアリングプレート１０４を有する。ベアリングプレート１０４と端部壁４６の間には座金（図示せず）を備えてもよい。逆洗アーム２０は、ベアリングプレート１０４から延びて、ボンネット１４の端部壁４６の中央開口部４８を通って延出する。ボンネット１４上には、駆動軸１０２を取付けるためにカップリング１０６が備えられ、中心の長軸Ａ_Cに沿って駆動軸１０２を整列させて保持する。駆動軸１０２を回転させるため、モーター（図示せず）又は他の駆動手段を機械的に接続させる。駆動軸１０２は、駆動手段の作用に応じて回転して、逆洗アーム２０に回転移動を伝える。駆動手段には、利用者によって選択可能な制御部（コントロール）、例えば、駆動手段を作動させるコントロールが備えられて、駆動軸１０２等の角速度を選択制御する。

図２を参照すると、逆洗ストレーナー１０は、ベース１２とボンネット１４の様々な室内の圧力を感知して、操作するために電気機械システム（図示せず）を含む。例えば、出口４４内に第一圧力センサ（図示せず）を配置して、第一圧力値Ｐ₁を常時測定し、かつ入口４２内に第二圧力センサ（図示せず）を配置して、第二圧力値Ｐ₂を常時測定する。そして、電子プロセッサ（処理器）を第一圧力センサ、第二圧力センサ、及び逆洗ドレイン４０に置かれる弁（図示せず）と接続する。この弁は、通路３８が大気圧Ｐ_Oに曝される解放位置と、通路３８が大気圧Ｐ_Oに曝されない閉鎖位置との間で操作可能となっている。

電子プロセッサは、一つ又は複数のロジックのセットに従って、弁の開閉操作を行う。第一の例では、所定のタイムインターバル（例えば、毎時５分）で、弁を解放させるように、電子プロセッサを操作可能にする。第二の例では、逆洗ストレーナー１０の利用者による手動操作に応じて、弁を解放させるように、電子プロセッサを操作可能にする。第三の例では、圧力差Ｐ_P2-P1が所定の値Ｐ_Cを超える時に弁を解放させ、かつ圧力差Ｐ_P2-P1が所定の値Ｐ_Cを下回る時に弁を閉鎖させるように、電子プロセッサによって圧力差Ｐ_P2-P1を常時算出させる。

図１、７及び８を参照して、逆洗ストレーナー１０の利用と操作例について、さらに詳述する。ろ過操作中、塵を含む流体が入口４２に向けて送られて、この入口４２で圧力値Ｐ₂が常時測定される。次に、流体は、流入室３６内を流れて、推進リング１６に向ってほぼ線形の方向Ｆ₁で流れる（図７参照）。

続けて図７と８を参照すると、流体が推進リング１６の開口部６２ａ〜ｈを通ってサイクロン流用の室９０内に流れ、推進リング１６がサイクロン流Ｆ₂を流体に伝えるように機能することで、流体を開口部８２、８６に向わせて、塵の粒子１０８を室９０内の内側フィルタ７６に向わせる。サイクロン流Ｆ₂は、少なくとも部分的に螺旋状（ヘリカル）である。

サイクロン流Ｆ₂により、塵の粒子１０８が角度を付けて開口部８６に達する確率が向上するので、塵の粒子１０８によって開口部８６が詰まる確率が減る。また、サイクロン流Ｆ₂により、内側フィルタ７６を横切る塵の粒子１０８が等しく分配される際の乱れが減する。詰まりを最小にし、及び／又は、ろ過操作中の塵の分配の乱れを減らすことで、逆洗操作をより一層効率的にできるので、逆洗ストレーナー１０の効率を向上させる。

ろ過操作中（同様に、逆洗操作中）、逆洗アーム２０は常に回転する。尚、逆洗アーム２０を間欠的に回転させることも考えられるが、好ましくは逆洗アーム２０を常時回転させて、勢い（運動量）を得る。このような勢いによって、ろ過操作中の塵の粒子１０８の堆積にかかわらず、内側フィルタ７６に沿ってシュー９６をより容易に回転することができる。

ろ過された流体は、フィルタエレメントのアセンブリ１８を流れた後、ボンネット１４内に形成された流出室８４内を流れてから、ベース１２内に形成された流出室３０に流れる。この後、ろ過された流体は、流出室３０から出口４４に流れるが、ここでは圧力Ｐ₁が常時測定される。ろ過された流体は、最後に、出口４４を通って、逆洗ストレーナー１０から流出する。

上述した電子プロセッサは、逆洗操作を開始することが望ましいとされる度合いまで、フィルタエレメントのアセンブリ１８が詰まる時を識別する。このため、電子プロセッサは、常に圧力差Ｐ_P2-P1を計算して、この圧力差Ｐ_P2-P1を所定値Ｐ_Cと常に比較して、許容できない程高い度合いの詰まりが生じる時を識別する。圧力差Ｐ_P2-P1が所定値Ｐ_Cを越える時、電子プロセッサは、逆洗ドレイン４０で弁を解放位置にすることで逆洗操作を開始して、大気圧Ｐ_Oをドレインパイプ３４と逆洗アーム２０に導入する。

逆洗操作中、流出室８４内の圧力は、逆洗アーム２０に導入される大気圧Ｐ_Oよりも大きくなる。このため、逆洗アーム２０が回転するにつれて、流出室８４から逆洗アーム２０のシュー９６に向けて流体の逆流が生じるので、フィルタエレメントのアセンブリ１８の集められた塵の粒子１０８を洗浄して、ストレーナー１０から排出するように逆洗室９９内に送る。開口部８６は、開口部８２より小さいため、フィルタエレメントのアセンブリ１８を流れるにつれて、流体は加速する。

シュー９６の羽根９８によって一層の均一化を助けるが、例えば、シュー９６によって隔てられたフィルタエレメントのアセンブリ１８の部位を、大気圧Ｐ_Oのより不規則的でない配分が横切るようにして、塵の粒子１０８の逆洗がより均一になることを助ける。圧力差Ｐ_P2-P1が所定値Ｐ_Cを下回るまで逆洗操作は続けられ、この時、電子プロセッサは、逆洗ドレイン４０で弁を閉鎖する。

以上、本明細書で説明した本発明の実施形態は、例示的に示されたものに過ぎず、当該技術分野における当業者であれば、本発明の技術思想と範囲から逸脱することなく、様々な修正や変更を行えることを理解されたい。このような修正や変更の全ては、上述したものを含めて、添付した特許請求の範囲に含まれる限り、本発明の範囲内に収まることが思料される。

本発明に従うサイクロン流機構を備えた逆洗ストレーナーの分解斜視図である。 逆洗ストレーナーの長軸Ａ_Cを含む垂直面で取られた、図１に示した逆洗ストレーナーの断面図である。 図１と２に示した逆洗ストレーナーに用いられる推進リングの上方斜視図である。 図３に示した推進リングの側面図である。 図３に示した推進リングの平面図である。 図３に示した推進リングの底面図である。 図１と２に示した逆洗ストレーナーに用いられるフィルタエレメントのアセンブリを示す斜視図であり、理解と説明を容易にするため、フィルタエレメントのアセンブリの一部を取外して示した図である。 図７に示したフィルタエレメントのアセンブリの要部拡大図である。

符号の説明

１０ 逆洗ストレーナー
１２ ハウジングベース
１４ ハウジングボンネット
１６ 推進リング
１８ フィルタエレメントのアセンブリ
２０ 逆洗アーム
３０ 流出室
３４ ドレインパイプ
３６ 流入室
３８ 通路
４０ 逆洗ドレイン
４２ 入口
４４ 出口
４８ 中央開口部
５６ リム
５８ ハブ
６０ａ〜ｈ スポーク
６２ａ〜ｈ 開口部
６４ａ〜ｈ 羽根
６６ 中央開口領域
７２ 肩
７４ 外側フィルタ（フィルタ部材）
７６ 内側フィルタ（フィルタ部材）
８４ 流出室
９０ サイクロン流室
９６ 表面又はシュー
９８ 羽根
９９ 逆洗室
１００ 逆洗路

Claims (19)

1. 内部の室を定め、ろ過される流体が流入可能となるように入口を備えた、略円筒形状のフィルタエレメントと、
   前記フィルタエレメントの前記内部の室内に回転自在に取付けられる逆洗アームと、
   前記入口の近くに配置されて、この入口を流れる流体に対しサイクロン流を伝える手段を含むことを特徴とする逆洗ストレーナー。
2. 前記サイクロン流を伝える手段は、推進リングを含むことを特徴とする請求項１に記載の逆洗ストレーナー。
3. 前記推進リングは、前記入口を定める前記フィルタエレメントの端部と当接するリムを含むことを特徴とする請求項２に記載の逆洗ストレーナー。
4. 前記推進リングは、前記フィルタエレメントから離れる方向で、前記リムから延びる複数の羽根を含むことを特徴とする請求項３に記載の逆洗ストレーナー。
5. 前記羽根の隣接する一対の各々は開口部を定めて、ここで流体を流動可能にしたことを特徴とする請求項４に記載の逆洗ストレーナー。
6. 前記推進リングは、前記フィルタエレメントを前記推進リングと整列させて、これらを同軸上に並べる整列手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の逆洗ストレーナー。
7. 前記推進リングは、前記逆洗アームの軸を取付けるために中央開口領域を定めたハブを含むことを特徴とする請求項６に記載の逆洗ストレーナー。
8. 前記推進リングは、前記リムと前記ハブの間で延びるように複数の羽根を含み、これら羽根の隣接する一対の各々は開口部を定めて、ここで流体を流動可能にしたことを特徴とする請求項７に記載の逆洗ストレーナー。
9. 前記複数の羽根は、前記フィルタエレメントから離れる方向で、前記リムから延びることを特徴とする請求項８に記載の逆洗ストレーナー。
10. 前記逆洗アームは、前記フィルタエレメントを流れる流体の逆流を受取る凹状の領域と、この凹状の領域を複数の室にさらに分けるように、前記凹状の領域内を延びる複数の羽根を備えることを特徴とする請求項１に記載の逆洗ストレーナー。
11. 前記フィルタエレメントは、第一の大きさの開口部を有する内側のフィルタ部材と、前記第一の大きさよりも大きな第二の大きさの開口部を有する外側のフィルタ部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載の逆洗ストレーナー。
12. 前記逆洗アームは、前記フィルタエレメントを流れる流体の逆流を受取るように凹状の領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の逆洗ストレーナー。
13. 前記逆洗アームは、前記内側のフィルタ部材と近接して配置されることを特徴とする請求項１２に記載の逆洗ストレーナー。
14. 前記推進リングは、前記入口を定める前記フィルタエレメントの端部と当接するリムを含むことを特徴とする請求項１３に記載の逆洗ストレーナー。
15. 前記推進リングは、前記フィルタエレメントから離れる方向で前記リムから延びる複数の羽根を含むことを特徴とする請求項１４に記載の逆洗ストレーナー。
16. 前記推進リングは、前記フィルタエレメントを前記推進リングと整列させて、これらを同軸上に並べる整列手段を含むことを特徴とする請求項１５に記載の逆洗ストレーナー。
17. 前記推進リングは、前記逆洗アームの軸を受取るように中央開口領域を定めるハブを含むことを特徴とする請求項１６に記載の逆洗ストレーナー。
18. 前記リムと前記ハブの間で延びるように複数の羽根を含み、これら羽根の隣接する一対の各々は開口部を定めて、ここで流体を流動可能にしたことを特徴とする請求項１７に記載の逆洗ストレーナー。
19. 前記推進リングは、前記フィルタエレメントから離れる方向で前記リムから延びる複数の羽根を含むことを特徴とする請求項１８に記載の逆洗ストレーナー。
    

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