JP2010511809A - 特に井戸スクリーンフィルタとして使用される濾過装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に井戸スクリーンフィルタとして使用されるように設計された濾過装置に関する。この濾過装置は、管状支持要素（１２）と、互いに軸方向に位置合わせされ、管状支持要素（１２）と同心に且つ本質的に同じ範囲に配置された２つ以上の多孔性濾過材の管状セグメント（１４）とを備える。管状支持要素（１２）は、複数の穿孔（３６）を備えた管状壁面を有し、且つ管状壁面から突出する複数の突起を有する。これらの突起は、２つ以上の管状セグメントを管状壁面に対して軸方向に位置合わせされた状態で支持する。管状セグメントはそれぞれ、管状支持要素又は別の管状セグメントの端部と密封接触した２つの端部を有する。
【選択図】 図１

Description

発明の背景

本発明は、特に井戸スクリーンフィルタとして使用されるように設計された濾過装置に関する。

一般に、井戸穴は縦型又は横型のいずれかである。縦型の井戸穴の方がより一般的に知られているが、応用分野によっては、横型の井戸にもいくつかの利点がある。特に、横型の井戸は、数百メートル、若しくはそれをはるかに超える長さで設計することが容易であり、したがって非常に大きな濾過面積を見込むことができる。

この横型井戸技術の詳細並びにそれに関する問題点は、参照によってその全体を本明細書に組み込む米国特許出願公開２００１／０００３３１３Ａ１号明細書から知ることができる。

この文献には、縦型井戸に関する問題点も記載されているので、従来技術のさらなる詳細については、この米国特許出願を再度参照されたい。

横型井戸並びに縦型井戸に関する１つの問題は、必要とされる濾過装置の寸法が大きいことから生じている。濾過装置は、軸方向の大きな応力に耐えなければならない。井戸スクリーンフィルタに使用される従来の濾過材は、１メートルトン以上の引張強度を有することができ、これは井戸スクリーンフィルタを設置した後に濾過材の完全性を維持するには十分であるが、井戸計画が大きくなると、製造中、並びに特に井戸穴内での濾過装置の移動及び位置決めの際に濾過装置を安全に取り扱うためには、２０メートルトン以上の引張強度が必要となる。このような大きな機械的力に対応するためには、濾過装置の管状ケーシングを使用して必要な引張強度を与えることが必要であり、このケーシングも、濾過装置を井戸穴内に設置した後で除去しなければならない。

しかし、ケーシングの製造、位置決め、及び井戸穴からの取外しのために大幅な時間増が必要となり、その間も削井装置は必要であるため、大幅なコスト増の原因となる。

例えば、濾過装置を備えた長さ３００ｍの横型井戸を掘るには、約１週間必要である。井戸穴の長さが約１５ｋｍに伸びると、この井戸穴にそれに応じた濾過装置を備え付けるには１年かかる。

本発明の目的は、より低いコストで井戸穴内に位置決めすることができ、且つ井戸穴の場所で容易に製造及び搬送することができる濾過装置を提供することである。

発明の簡単な概要

この目的は、請求項１に記載の濾過装置によって達成される。

濾過装置全体に十分な引張強度を与える管状支持要素を使用することで、移送及び位置決めの際に濾過装置を保護するケーシングは不要となり、最適な濾過特性になるように多孔性濾過材を設計することができる。

同時に、管状支持要素及び多孔性濾過材の管状セグメントが一体として穴の中で位置決めされ、濾過装置の全ての動作の間そこにとどまるので、井戸穴内に濾過装置を位置決めするための従来の手順の一部、すなわち管状ケーシングの除去は不要となり、位置決めに必要な時間も約半分以下に短縮することができる。

数百メートルの長さを有する井戸穴内に濾過装置を位置決めするのに必要な時間を考慮すると、かなりのコスト削減を達成することができる。

複数の穿孔を備えた管状壁面と、この管状壁面を越えて延びる複数の突起とを有する支持要素は、多孔性濾過材の管状セグメントを安全に収容するが、濾過装置の濾過材を通る流体の流れを妨害しない。

管状支持要素の管状壁面に形成された穿孔は、多孔性濾過材への、又はそこからの、本質的に妨げられない流体の流れを形成するように設計される。

このため、濾過材の空隙率は、濾過装置を通る流体の流れを支配する１つのパラメータである。Δｐが本質的に多孔性濾過材の性質及び特徴のみによって支配されるように、管状支持要素の管状壁面の穿孔は、濾過装置全体にわたってΔｐに影響を及ぼさないように設計される。

本発明による濾過装置は、実質的に円形の断面を有する井戸穴で使用されることがほとんどであるため、管状支持要素及び／又は多孔性濾過材の管状セグメントも、本質的に円形の断面を有することが有利である。

好ましい実施形態では、多孔性濾過材の管状セグメントは、焼結粒子状高分子材料の多孔性管状壁面を備える。多くの応用分野で、この高分子材料は、ポリエチレンを含むことが好ましく、ＨＤＰＥを含むことがより好ましい。このような焼結材料は、１メートルトン以上の軸方向引張強度を有することができる。

同様に、支持要素の管状壁面も高分子材料で構成することができるが、この場合には、支持要素に例えば２０メートルトン以上など十分な引張強度を与えるために、焼結多孔性材料ではなく非孔性の押出し又は成形材料である。

管状多孔性セグメントは、管状支持要素の内部に位置決めしても、管状支持要素の外周表面上に位置決めしてもよい。

多孔性管状セグメントの内部に管状支持要素を位置決めすることは、このように配置すると所与の井戸穴で利用可能な濾過面積が最大になるので好ましい。この代替形態では、井戸穴の直径をさらに小さくし、井戸穴の掘削コストを削減することが可能となる。管状支持要素は、多孔性濾過材の管状セグメント内に位置決めすると、井戸スクリーン分野で典型的な通常の流量の範囲内では流体の流れに著しい影響を及ぼさないことが分かっている。

しかし、特定の状況、特に特定の応用分野で多孔性濾過材の機械的保護が必要なときには、多孔性管状セグメントを管状支持要素内に位置決めして、管状支持要素が引張強度を提供すると同時に、径方向の機械的衝撃から濾過材を恒久的に保護するようにすることもできる。

支持要素の管状壁面の穿孔は、管状壁面が濾過材を囲んでいる場合に、流入する未濾過の流体に含まれる粒子状物質によって穿孔の開口が閉塞しないように設計される。井戸スクリーンの応用分野では、通常は直径１０ｍｍの穴に相当する穿孔の断面積があれば足りるが、穿孔の断面は必ずしも円形でなくてもよく、様々な形状を有することができることを理解されたい。

さらに、穿孔の形状及び数は、Δｐの相対的な増加に寄与しないように選択される。

支持要素が多孔性濾過材の管状セグメント内に位置決めされる実施形態では、前述の穿孔が閉塞する危険はないので、穿孔の開口の設計は、濾過装置のΔｐの過度な増加を回避するように調節しさえすればよい。

穿孔の開口に関する前述の例示的な寸法は、この実施形態にも当てはまる。

好ましい実施形態では、管状支持要素は、その外周表面、又は適用可能な場合には内周表面の全体にわたって延びる突起を形成する環状要素を備える。

環状要素は、支持要素の管状壁面と濾過材との間に所定の距離を設けることが好ましい。これにより、流体が妨げられずに濾過材に到達する、又は流体が妨げられずに濾過材から管状壁面及びその穿孔を通って流れるようになる。代替形態では、スペーサ要素を使用して、この距離を規定してもよい。

管状支持要素及び濾過材の多孔性管状セグメントは、多孔性管状セグメントの両端に隣接して配置された第１の環状要素及び第２の環状要素によって互いに接続されることが好ましい。管状支持要素と軸方向に位置合わせされて位置決めされた連続するいくつかの管状セグメントにおいて、１つの環状要素で、隣接する管状セグメントの端部について第１の環状要素及び第２の環状要素の働きをさせることもできる。したがって、隣接する２つの管状セグメントの端部が接触する箇所では、それらの管状セグメントの各端部に別個の環状要素を使用する必要はなく、１つの環状要素で、両方の管状セグメントの端部を収容することができる。

好ましい実施形態では、特に管状セグメントが管状支持要素の周囲に位置決めされているときには、第１の環状要素及び第２の環状要素が管状セグメントの表面を越えて径方向に延びていると有利である。この場合、環状要素は、一種のフランジとなり、濾過材を地面と接触させることなく、平坦な領域に濾過装置を設置することが可能となる。

これにより、濾過装置の取扱いが大幅に容易になり、同時に、濾過材の表面が機械的損傷から保護される。

比較的長い管状セグメントを利用する場合、及び／又は大きな径方向の力が管状セグメントにかかる可能性がある場合には、第１の環状要素と第２の環状要素の間の軸方向位置で、管状壁面と濾過材との間に、１つ又は複数のスペーサを位置決めすることが望ましいこともある。

軸方向に測定した第１の環状要素と第２の環状要素の間の距離は１から１２ｍにすることができるが、スペーサと第１又は第２の環状要素或いは隣接する別のスペーサとの間の距離は、１から６ｍの範囲にすることが好ましい。

焼結粒子状材料については、各セグメントを２つ以上の管状部分として製造し、それらを結合して、個々の管状セグメントを形成すると好都合であることが多い。特に、管状セグメントの各部分は、溶接してもよい。

一実施形態では、溶接されて１つの管状セグメントを形成する管状濾過材の各部分は、隣接する２つの部分の接合部に溶接シームを備え、この溶接シームは、そのセグメントの表面から突出することにより、支持要素の管状壁面と濾過材（管状セグメント）との間の距離を決定するスペーサとなるので有利である。

スペーサは、濾過装置の引張強度に影響を及ぼすことなく濾過装置全体にさらなる弾性を与える、弾性変形可能な高分子材料で構成されることが好ましい。スペーサを製造するための弾性変形可能な高分子材料としては、特に、ＥＰＤＭ及びＦＰＭなどがある。

多くの応用分野では、本発明の濾過装置の軸方向長さは、管状支持要素を一体構造として製造することが不可能であるような長さである。その場合には、管状支持要素は、例えば数メートルの長さのいくつかの部分で構成し、濾過装置を井戸穴内に位置決めする場所で、これらを例えば溶接して管状支持要素を形成すればよい。

２つの部分を直接溶接する代替形態として、環状要素を、例えば溶接ステップにおいて管状支持要素の軸方向に隣接する２つの部分の間に配置し、これらの部分を接続する働きをする構造として設計してもよい。

別の好ましい実施形態では、第１の環状要素及び第２の環状要素を、管状支持要素の２つの部分を接続する溶接シームによって構成する。この場合には、一般には、溶接シームが環状要素の代わりとなることがあり、その場合には、同時に、管状支持要素の２つの部分を結合し、多孔性セグメントを支持する働きをすることができる。

多くの応用分野では、支持要素の製造は、支持要素のいくつかの部分を準備し、これらの部分を溶接することによって行われる。この手段では、支持要素の製造が容易になるだけでなく、井戸スクリーンが必要な場所に濾過装置を移送することも簡単になる。さらに、この手段により、標準的な構造要素を用いて、任意の所望の長さを有する濾過装置を製造することも可能になる。

本発明のさらに別の実施形態では、濾過装置は、複数の結合要素、特に、濾過装置の軸から離間して、互いに規定の距離の位置に、濾過装置の軸方向に平行に位置決めされた結合ロッド又は結合ロープを備える。結合ロッド又は結合ロープにより、濾過材及び／又は支持要素の選択及び構成に過度な制限を加えることなく、本発明の濾過装置の応力抵抗をさらに適応させることが可能になる。

したがって、複数の結合ロッド又は結合ロープを使用することにより、これらの構造要素を濾過装置の引張強度の大部分を与えるように設計して、濾過装置のその他の部分の構造が、濾過装置全体の引張強度も同時に改善する必要なくその他の所望の特徴を考慮できるようにすることができる。

一実施形態では、結合ロッド又は結合ロープは、各端部において第１の環状要素及び第２の環状要素内に固定される。したがって、これらの第１の環状要素及び第２の環状要素は、これらの結合ロッド及び結合ロープの固定機能を有する。

結合ロッド又は結合ロープを濾過装置内に位置決めすることができるときには、結合ロッド又は結合ロープは、互いに２ｍｍ以上の距離に位置決めされることにより、濾過装置の機能を妨げないだけの間隔をそれらの間に残すことが好ましい。

実際に、結合ロッド及び結合ロープを濾過装置内に位置決めする様々な可能性がある。１つの可能性は、濾過材の多孔性円筒形壁面内に結合ロッド又は結合ロープを収容することである。

この位置決めの代替形態としては、結合ロッド又は結合ロープを、管状支持要素と濾過材との間に収容するものがある。この場合、結合ロッド又は結合ロープは、スペーサとして働くことができる。さらに別の代替形態では、結合ロッド又は結合ロープを、支持要素の管状壁面内に収容することができる。

本発明のさらに別の実施形態では、支持要素自体を、複数の平行な結合ロッドで構成した籠の形態にすることもできる。離間した結合ロッドは濾過材と当接していても大きな濾過材アクセス面積を与えるので、この支持要素の結合ロッドは、濾過材と物理的に接触していてもよい。

多くの場合には、結合ロッド又は結合ロープをプラスチック材料で製造することが望ましく、特に、有利に強化することができる非孔性プラスチック材料が使用される。

結合ロッド又は結合ロープを使用する代わりに、或いはそれらに加えて、支持要素のプラスチック材料と、任意的に濾過材も強化して、引張強度をさらに高めることもできる。

さらに、特に環状要素が結合ロッド又は結合ロープの固定手段として働くときには、環状要素を強化プラスチック材料で構成することが好ましい。

最後に、結合ロッド又は結合ロープの製造では、強化プラスチック材料を使用すると有利であることもある。

強化のためには、広範囲の材料を使用することができ、例えば、アラミド繊維、グラス繊維、炭素繊維、金属繊維のような有機又は無機の繊維などの有機又は無機の濾過材などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの繊維は、平均して３ｍｍ以下の長さの短い繊維であってもよいし、例えば５から１０ｍｍの長さの長い繊維であってもよいし、或いは、エンドレスファイバを使用してもよい。

支持要素及び結合ロッド又は結合ロープを、主に軸方向の応力を吸収するように設計することを考慮すると、プラスチック材料を強化する繊維を軸方向に沿って配向することが、強化繊維材料の利点を最大限に得ることができるので、強く推奨される。

代替形態では、結合ロッド又は結合ロープは、金属材料で構成することもできる。結合ロープは、エンドレスフィラメントの束を備えることもでき、このエンドレスフィラメントは、金属フィラメントだけでなく、プラスチック材料のフィラメント、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維などであってもよく、必要なら結合材で互いに結合して、その取扱いを容易にすることもできる。

本発明の濾過装置の最も重要な用途の１つは、井戸スクリーン濾過装置として使用することである。横型井戸スクリーンフィルタで必要となる可能性がある非常に大きな長さを考慮すると、本発明は、井戸スクリーンフィルタのいかなる特定の長さの必要にも応じられるように、ほぼ無制限の数の支持要素及び管状多孔性セグメントの部分で容易に構成することができるので、横型井戸スクリーン濾過装置として特に有用である。

同様に、本発明の濾過装置は、横型井戸穴内にしばしば位置決めされ、飲料水、養殖用水、又は冷却水の生産に役立てることができる海水取水装置として使用することもできる。

飲料水を生成するために使用する場合には、しばしば、濾過の後のステップで脱塩を含むことがある。

本発明による濾過装置のさらに別の用途は、土壌排水を行う用途である。

本発明の濾過装置のさらに別の用途は、地下汚染の除去を行う用途である。最後に挙げた２つの応用分野でも、井戸穴は横型であることが最も多い。

本発明の上記その他の利点を、添付の図面に関連して示し、説明する。

本発明の濾過装置を示す概略図である。 本発明の濾過装置の一実施形態を示す詳細断面図である。 線３−３に沿って取った図２の濾過装置の断面図である。 本発明の濾過装置の別の実施形態を示す断面図である。 線５−５に沿って取った図４の濾過装置の断面図である。 本発明の濾過装置のさらに別の実施形態を示す図である。 線７−７に沿って取った図６の濾過装置の断面図である。

発明の詳細な説明

図１は、多孔性濾過材１６の支持要素１２及び複数の管状セグメント１４を備える本発明の濾過装置１０を示す概略図である。支持要素１２は、その管状の支持要素１２と同軸に整列した管状セグメント内に同心円状に位置決めされる。

支持要素１２は、整列され、互いに結合されて一体の支持要素１２を形成するいくつかの部分１８、２０及び２２で構成される。

支持要素の隣接する２つの部分の結合は、様々な方法で実施することができる。図１には、そのうちの２つが例示してある。

もちろん、現実の濾過装置では、図１に示すような態様よりは、支持要素１２の各部１８、２０及び２２を１つの方法だけで結合することが普通である。

図１では、部分１８と２０は、任意の適当な従来の溶接技術によって形成することができる溶接シーム２４で直接結合されている。

支持要素の２つの部分を結合する別の例を挙げるために、図１に示す部分２０と２２は、その両側の軸方向面で部分２０及び２２の両方に結合された中間環状要素２６で結合されている。この場合も、任意の従来の適当な溶接又は結合技術を使用して、環状要素２６と部分２０及び２２との結合を実施することができる。

管状支持要素は、径方向に延びる突起２８、３０を備える。これらの突起の構造も異なっているが、単に様々な可能性があることを示すためのものであり、通常は１つの支持要素１２全体で同じである。

支持要素１２の部分１８及び２２は、円筒形（管状）の壁面１９及び２３をそれぞれ有し、管状壁面１９及び２３から径方向外側に延びる突起２８を下側部分に担持する。したがって、支持要素１２の部分１８及び２２のそれぞれに濾過材１６の管状セグメント１４を取り付けた後で、これらの部分を組み立てて一体の支持要素１２を形成することが可能である。

支持要素１２の部分２０は、本質的に、突起を担持しない管状壁面２１から構成される。

部分１８及び２０が溶接シーム２４において溶接されると、管状セグメント１４はこれらの管状支持要素の部分の上で軸方向に固定され、適所に保持される。

或いは、壁面部分２１及び２３からそれらの外周表面を越えて径方向に延びて多孔性濾過材１６の対応する管状セグメント１４を支持する環状要素２６によって突起を形成してもよい。

各管状セグメントのそれぞれの端部において支持要素への液密な結合を実現するためには、同様に支持要素の本体１２と管状セグメント１４の間の液密封止を実現する封止リング３２を、突起２８に溶接すればよい。図１の参照番号３３は、考えられる別の封止領域を指すが、簡単のためにその詳細は示していない。

環状要素２６を使用する場合には、支持要素１２の２つの部分２０と２２を結合するために、環状要素は、同様に管状セグメント１４を液密に支持要素１２に封止するために使用することができるフランジ構造３４を予め備えていてもよい。代替の封止点を、参照番号３５で示す。

或いは、環状要素２６は周方向垂直フランジ３４を備えず、周方向垂直フランジ３４を、部分１８と２０の接合部における支持要素１２の管状セグメント１４への結合に関連して説明した封止リング３２と同様に、後から適用することもできる。

同じことが、支持要素の部分２２の下端及びその突起２８への管状セグメント１４の結合にも当てはまる。この場合も、管状セグメント１４と、支持要素１２、すなわち支持要素１２の部分２２の下端との間の封止のために、封止リング３２を設けることができる。

部分２２が支持要素１２の端部である場合には、もちろん、突起２８は、この封止リングとなる直立環状フランジを一体的に含んでいてもよい。

支持要素１２は、その壁面部分１９、２１及び２３に、円形又はその他の任意の断面形状を有することができる貫通孔３６の形態をした穿孔を備え、それにより、濾過材１６から支持要素１２の内部空間３８へ、ある程度妨げられずに流体が流れる。さらに、これらの穿孔は、支持要素の引張強度が最大限維持されるように設計し、位置決めしなければならない。

例えば、貫通孔３６の断面の直径が約１０ｍｍであれば、この目的には十分である。貫通孔３６は、壁面１９、２１及び２３の表面に螺旋状に位置決めされることが好ましい。

もちろん、細長い貫通孔又は穿孔３６も同様に使用することができる。引張強度を最大限に保つためには、それらを長手方向、すなわち濾過装置１０の軸と平行に配向すればよい。

この目的のために、支持要素１２及びその部分１８、２０及び２２を製造するために選択される材料は、濾過装置１０に必要とされる引張強度が本質的に支持要素１２のみによって与えられるように選択される。

この場合は、濾過材１６は、特定の濾過作業のために設計すればよく、この材料が濾過操作中、並びに濾過装置の製造、移送及び位置決めの際の取扱い中に生じる圧力差に耐えなければならないのはもちろんであるが、材料の引張強度に注意を払い過ぎる必要はない。

通常は、焼結粒子状物質、特にＨＤＰＥ粒子状物質で、満足のいく結果、例えば約１メートルトン以上の引張強度などが得られる。これらの材料は、十分な機械的安定性を有することが分かっている。

濾過材１６の孔径は、ある程度変化してもよいが、通常は５〜３０００マイクロメートルの範囲内である。

スペーサによって、支持要素１２並びにその部分１８、２０及び２２の外周表面と管状セグメント１４の内周表面との間に規定の間隔を設けてもよい（図１には図示せず）。

図２は、その外周表面で濾過材４６の複数の管状セグメント４４を支持する支持要素４２を備える本発明の濾過装置４０の別の実施形態を示す図である。支持要素４２は、複数の部分４８及び５０で構成され、これらの部分４８及び５０は、支持要素４２の環状壁面と軸方向に位置合わせされた状態で管状セグメント４４を支持する突起としての機能を有する環状要素５２によって結合される。

図２に示すように、部分４８及び５０並びに管状セグメント４４の構造はかなり簡単であり、本質的には管状構造のみで構成される。

濾過装置の外部から内部空間５８に流体が流れるバイパス路が生じないように、各管状セグメント４４の両端部は、密閉状態で環状要素５２に結合される。

支持要素４２の外周表面と管状セグメント４４の内周表面の間の距離を調節するために、支持要素４２の部分４８及び５０の外周表面に焼き嵌めすることができるスペーサリング５４を使用する。或いは、スペーサリング５４は、外側表面に溶接しても、その他の任意の考えられる方法で結合してもよい。

これらの管状セグメント４４は、一体構造として製造することもできる。これらのセグメント４４の軸方向の長さによっては、いくつかの管状濾過材部分を軸方向に位置合わせした後で溶接して個々の管状セグメント４４を形成することによって、これらの管状セグメントを製造することが有利であることもある。このような構成では、管状濾過材のこれらの部分を接合する溶接シームは、スペーサリング５４を形成して、支持要素４２とセグメント４４との間の距離を画定するように設計することができる。その場合、別個の追加スペーサリング５４は不要とすることができる。

部分４８及び５０は、管状壁面部分に穿孔５６を備え、これらの穿孔の寸法及び数は、２つの部分４８及び５０において本質的に妨げられずに流体が濾過材４６に到達し、濾過装置４０の外側から濾過装置４０の内部空間５８に入る流体が妨げられずに排出されるように設計される。

図３は、図２の線３−３に沿った円形断面を示す図である。

図４及び図５は、本発明の濾過装置７０のさらに別の実施形態を示す縦断面図及び横断面図である。

濾過装置７０の構造は、濾過装置４０の構造と同様であり、本質的には、その外周表面上に濾過材７６の管状多孔性セグメント７４を担持する支持要素７２から構成される。支持要素７２は、環状要素８２によって結合された複数の部分７８及び８０から構成される。環状要素８２は、図２及び図３に示す実施形態の環状要素と同様の働きをして、管状セグメント７４の端部を支持要素７２に対して液密に封止する。

部分７８及び８０を備えた支持要素７２の外周表面と管状セグメント７４の内周表面との間の距離は、スペーサリング８４によって規定される。

部分７８及び８０に形成された穿孔８６により、部分７８及び８０においては、管状セグメント７４の内周表面と濾過装置７０の内部空間８８との間に、本質的に妨げられない流体連絡が形成される。図２及び図３に示す実施形態では、濾過装置４０が示す引張強度は主に支持要素４２によって与えられるが、図４及び図５に示す濾過装置７０の場合には、管状セグメント７４も、濾過装置７０の引張強度のかなりの部分を提供するように設計される。

これにより、同じ材料を使用して製造しても、また支持要素４２と支持要素７２、管状セグメント４４と管状セグメント７４の壁面の厚さがそれぞれ同じであっても、濾過装置７０全体に、濾過装置４０よりかなり高い引張強度を与えることができる。

この実施形態でも、濾過材７６の管状セグメント７４は、図２及び図３に示す実施形態の管状セグメント４４に関連して述べたように、いくつかの濾過材管状部分から製造することができる。

特別な引張強度を実現するために図４及び図５に示す実施形態でとる手段は、管状セグメント７４の濾過材の管状壁面の中の結合ロッド９０を含む。これらの結合ロッド９０は、管状セグメントの軸方向の全長にわたって延び、好ましくは環状要素８２内で端部に固定される。

これらの結合ロッド９０は、強化プラスチック材料で構成することができ、このプラスチック材料は、多孔性濾過材７６の製造に使用したプラスチック材料と同じでもよい。

同様に、結合ロッド９０は、結合ロッドの具体的性質、濾過材を構成する周囲の材料、及び／又は結合ロッド９０の所望の効果に応じて、周囲の濾過材７６に結合しても、濾過材の内部の穴に固定せずに挿入してもよい。

結合ロッド９０を結合ロープで置き換えてもよいことは、容易に考えられる。

図１から図５に示す全ての実施形態において、濾過装置１０、４０及び７０は、それぞれの支持要素１２、４２及び７２が濾過装置１０、４０及び７０の外周表面を形成するように設計することができることは、容易に理解される。

その場合には、管状セグメント１４、４４及び７４は、濾過装置１０、４０及び７０の内部空間３８、５８及び８８内に位置決めされる。

この場合には、支持要素１２、４２及び７２は、支持機能に加えて、使用する濾過材を径方向の機械的衝撃から保護する機能も有する。

図６及び図７は、本発明の装置の一部異なる構造原理を濾過装置１００の形態で示す図である。

濾過装置１００は、環状要素１０８内に固定され、それにより支持要素１０２の各部分を長さ方向に結合する働きをする結合ロッド１０４、１０６の籠状配置で本質的に構成された支持要素１０２を備える。

濾過装置１００の外周表面は、濾過材１１２の管状多孔性セグメント１１０で形成される。この場合も、管状セグメント１１０は、支持要素１０２の一部を形成する環状要素１０８に結合される。上述の実施形態に関連して述べたように、多孔性管状セグメント１１０は、いくつかの管状濾過材部分で形成することができる。

隣接する結合ロッド１０６の間に距離があることで、管状セグメント１１０の内周表面と濾過装置１００の内部空間１１４の間で実質的に妨げられない流体連絡が形成されることが保証される。例えば、図６及び図７の実施形態に示すように円形断面を有するロッド１０４及び１０６を使用した場合には、結合ロッド１０４及び１０６を管状セグメント１１０の濾過材１１２の内周表面から距離を置いて位置決めする必要はないが、それらの外周表面上の濾過材１１２に接触するほど濾過材１１２に近接して位置決めしてもよいことは容易に考えられる。この場合でも、内部空間１１４と濾過材１１２の内周表面の間に実質的に妨げられない流体連絡が形成される。

上記の本発明の様々な実施形態の説明では、本発明には、非常に限られた数の標準的な構造要素を用いて、非常に大きな長さ、すなわち数キロメートル以上の濾過装置の製造を可能にするという利点があることをかなり明確に実証した。さらに、本発明によれば、標準的な原材料、飲料水の生産等に役立つ井戸穴の応用分野で長寿命という利点を有するポリエチレン材料、具体的にはＨＤＰＥを使用して、濾過装置の様々な構成要素を製造することも可能である。

高い引張強度など、本発明の濾過装置の取扱い、移送及び位置決めに必要な機械的性質は、濾過装置を運用可能にするために除去しなければならないケーシングを使用することなく容易に提供することができる。

本発明の濾過装置を使用する代表的な応用分野としては、横型井戸穴による海水の取水がある。このような井戸穴の製造は、通常は海辺の海岸から開始され、その後、海底の地下数メートルの深さのところを本質的に水平に例えば３００ｍ掘り進む。穴の末端は海底の地下から出て、そこに開口が形成され、そこで濾過装置をドリルヘッドに接続し、ドリルヘッドを引き込む際に濾過装置も井戸穴内に引き込むことができる。代表的な構成では、例えば、濾過装置の各側に備えられた１００メートルの非孔性管、及び１００ｍの濾過装置を備える。

濾過装置は、通常は、容易に取り扱うことができ、削井場所まで容易に移送することができる、例えば１２ｍなど特定の長さの部分として予め作成しておく。その場所で、濾過装置の個々の部分を通常は溶接することによって組み立てる。井戸穴内で濾過装置を位置決めする際に安全に濾過装置を取り扱うためには、約２０メートルトンの引張強度を濾過装置が備えていなければならない。

前述のように、このことは、外径約３５５ｍｍ、内径（内部空間）２３５ｍｍの濾過装置にとって非常に大きな難問である。

このような装置で使用される濾過材の典型的な壁面の厚さは２０ｍｍであり、これは、濾過装置の通常の動作条件では、十分な耐圧性を与える。平均粒径約６００μｍ、孔径約２００μｍの粒子で構成した多孔性焼結ＨＤＰＥ濾過材の引張強度は、約１メートルトンになる。

したがって、濾過材の引張強度は、濾過装置を井戸穴内で安全に取り扱い、位置決めするには全く不十分である。

そこで、上述のように設計することができる約２３ｍｍの壁面厚さを有するＨＤＰＥ材料の支持要素は、本質的に、最適な濾過結果が得られるように濾過材を設計できるように必要な引張強度を提供する。支持要素とその外側表面上に位置決めされた濾過材との間の典型的な距離は、約１５ｍｍである。

上記で規定した例示的な濾過装置の重量は、約５０ｋｇ／ｍになる。

Claims (36)

1. 管状支持要素と、互いに軸方向に位置合わせされ、前記管状支持要素と同心に且つ本質的に同じ範囲に配置された２つ以上の多孔性濾過材の管状セグメントとを備え、前記管状支持要素が、複数の穿孔を備えた管状壁面を有し、且つ前記管状壁面から突出する複数の突起を有し、前記突起が、前記２つ以上の管状セグメントを前記管状壁面に対して軸方向に位置合わせされた状態で支持し、前記管状セグメントがそれぞれ、前記管状支持要素又は別の管状セグメントの端部と密封接触した２つの端部を有する、特に井戸スクリーンフィルタとして使用される濾過装置。
2. 前記濾過材が、３０００μｍ以下の孔径を有する、請求項１に記載の濾過装置。
3. 前記濾過材が、５μｍ以上の孔径を有する、請求項２に記載の濾過装置。
4. 前記管状支持要素が、本質的に円形の断面を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の濾過装置。
5. 前記管状セグメントが、本質的に円形の断面を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の濾過装置。
6. 多孔性濾過材の前記管状セグメントが、焼結粒子状高分子材料の多孔性管状壁面を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の濾過装置。
7. 前記支持要素の管状壁面が、非孔性材料、特に高分子材料で構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の濾過装置。
8. 前記高分子材料が、ポリエチレン材料、特にＨＤＰＥである、請求項６又は７に記載の濾過装置。
9. 前記管状支持要素が、前記多孔性管状セグメント内に位置決めされる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の濾過装置。
10. 前記管状支持要素が、前記突起を形成する環状要素を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の濾過装置。
11. 前記環状要素が、前記管状壁面と前記濾過材との間に所定の距離を設ける、請求項１０に記載の濾過装置。
12. 前記管状支持要素と前記多孔性管状セグメントとが、前記多孔性管状セグメントの両端に隣接するように配置された第１の環状要素及び第２の環状要素によって互いに接続される、請求項１０又は１１に記載の濾過装置。
13. 前記第１の環状要素及び前記第２の環状要素が、前記管状セグメントの表面を超えて径方向に延びる、請求項１２に記載の濾過装置。
14. 前記第１の環状要素と前記第２の環状要素の間の軸方向位置で、前記管状壁面と前記濾過材との間に１つ又は複数のスペーサが配置される、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の濾過装置。
15. 前記スペーサが、弾性変形可能な高分子材料で構成される、請求項１４に記載の濾過装置。
16. 前記第１及び第２の環状要素が、１から１２ｍの軸方向距離で位置決めされる、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の濾過装置。
17. 前記スペーサが、前記第１の環状要素又は前記第２の環状要素或いは隣接する別のスペーサまでの軸方向距離が１から６ｍの位置に位置決めされる、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の濾過装置。
18. 前記管状セグメントが、２つ以上の管状多孔性濾過材の部分で構成され、当該部分が互いに結合されて個々の管状セグメントを形成する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の濾過装置。
19. 管状濾過材の前記部分が、互いに溶接される、請求項１８に記載の濾過装置。
20. 互いに溶接された濾過材の前記部分が、前記セグメントの表面から突出し、前記支持要素の管状壁面と前記濾過材との間の距離を決定するスペーサを形成する溶接シームを備える、請求項１９に記載の濾過装置。
21. 前記第１の環状要素及び前記第２の環状要素が、溶接シームによって形成される、請求項１０〜２０のいずれか一項に記載の濾過装置。
22. 前記濾過装置の軸から互いに規定の距離だけ離間し、前記濾過装置の軸方向と平行に位置決めされた複数の結合ロッド又は結合ロープを備える、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の濾過装置。
23. 前記結合ロッド又は結合ロープが、各端部において第１の環状要素内及び第２の環状要素内に固定される、請求項２２に記載の濾過装置。
24. 前記結合ロッド又は結合ロープが、互いに２ｍｍ以上の距離に位置決めされる、請求項２２又は２３に記載の濾過装置。
25. 前記結合ロッド又は結合ロープが、前記管状濾過材の多孔性円筒形壁面内に収容される、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の濾過装置。
26. 前記結合ロッド又は結合ロープが、前記管状支持要素と前記濾過材との間に収容される、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の濾過装置。
27. 前記結合ロッド又は結合ロープが、前記支持要素の前記管状壁面内に収容される、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の濾過装置。
28. 前記支持要素が、複数の平行な結合ロッドで構成した籠の形態である、請求項１〜２７のいずれか一項に記載の濾過装置。
29. 前記結合ロッド又は結合ロープが、プラスチック材料、特に強化プラスチック材料で構成される、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の濾過装置。
30. 前記結合ロッド又は結合ロープが、金属で構成される、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の濾過装置。
31. 前記結合ロープが、エンドレスフィラメントの束を備える、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載の濾過装置。
32. 請求項１〜３１のいずれか一項に記載の濾過装置の、井戸スクリーン濾過装置としての使用。
33. 前記井戸スクリーン濾過装置が、横型井戸スクリーン濾過装置である、請求項３２に記載の使用。
34. 請求項１〜３１のいずれか一項に記載の濾過装置の、特に飲料水、養殖用水及び冷却水を生産するための海水取水装置としての使用。
35. 請求項１〜３１のいずれか一項に記載の濾過装置の、土壌排水を行うための使用。
36. 請求項１〜３１のいずれか一項に記載の濾過装置の、地下汚染の除去を行うための使用。

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