JP2017515673A - ベルト濾過システムを有する流体処理システム用支持構造 - Google Patents

Abstract

本技術は、一般に流体処理システムに向けられる。具体的には、いくつかの実施形態が、フィルタベルト濾過システム内にフィルタベルトに隣接して配置されるように構成されたフィルタ支持体に向けられる。一実施形態では、フィルタ支持体は、フィルタベルトの移動方向に略平行な長手方向軸を有することができる。フィルタ支持体は、複数の開口によって離間された複数のストラットを含むことができ、複数のストラットの少なくとも１つが、少なくとも１つのストラットの長手方向軸がフィルタ支持体の長手方向軸に対して角度を有して配置されるように、フィルタ支持体の一部にわたって延びる。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年５月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／００１，４８１号明細書の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本技術は、一般に流体処理システムに関する。具体的には、いくつかの実施形態は、ベルト流体濾過システムで使用するための支持構造を含む流体処理システムに向けられる。

浄水は、化学工業、電力産業、医療産業、および製薬産業、ならびに飲用を含めた多くの用途において使用される。通常は、使用前に、水を処理して汚染物質レベルを許容限度まで下げる。処理技術には、濾過、沈殿、および蒸留などの物理的プロセス、緩速濾過または活性汚泥などの生物学的プロセス、凝集および塩素処理などの化学的プロセス、および紫外線などの電磁放射線の使用が含まれる。

物理的な濾過システムは、流体のみが通り抜けることができる媒体（たとえば、メッシュまたはスクリーン）を挿入することにより、流体から固体を分離するために使用される。メッシュまたはスクリーンの開口より大きな望ましくない粒子が、流体が浄化される間に貯留される。たとえば、水処理用途において、雨水流出水などの廃水からの汚染物質、 堆積物、重金属、有機化合物、動物の排泄物、および油類は、再利用前に十分に除去されなければならない。浄水場および浄水システムは、多くの場合、多数の浄化用水濾過ユニットを使用する。このような浄化システムの費用および複雑性を減少させるため、改良型濾過ユニットを提供することが望ましい。

本技術の実施形態に従って構成された濾過システムの正面断面図である。 図１Ａの濾過システムの斜視断面図である。 本技術の実施形態に従って構成されたカートリッジの分離側面斜視図である。 本技術の実施形態に従って構成された支持体の分離上面斜視図である。 ４Ａ〜４Ｄは、本技術のいくつかの実施形態に従って構成された様々なストラットパターンを有する支持体の上面図である。 ５Ａ〜５Ｈは、本技術の実施形態に従って構成されたモジュール式支持体の上面図である。

本技術は、一般に処理システムに関する。具体的には、いくつかの実施形態は、ベルトフィルタを回転させる支持部材を含む流体処理システム、ならびに関連システムおよび方法に向けられる。たとえば、いくつかの実施形態では、本技術は、フィルタベルトの移動方向に略平行な長手方向軸を有するフィルタ支持体を含む。フィルタ支持体は、複数の開口によって離間された複数のストラットを含むことができ、複数のストラットの少なくとも１つが、少なくとも１つのストラットの長手方向軸がフィルタ支持体の長手方向軸に対して角度を有して配置されるように、フィルタ支持体の一部にわたって延びる。

本技術のいくつかの実施形態の特定の詳細が、図１Ａ〜５Ｈを参照して以下で説明される。流体濾過システムに関連する場合が多いよく知られている構造およびシステムを説明する他の詳細は、本技術の種々の実施形態の記述を不必要に不明瞭にすることを避けるため、以下の開示には記載されなかった。図面に示す詳細、寸法、角度、および他の特徴の多くは、本技術の特定の実施形態の単なる例示にすぎない。したがって、他の実施形態は、本技術の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の詳細、寸法、角度、および特徴を有することができる。したがって、それに応じて、本技術が、追加の要素を有する他の実施形態を有することができること、または、本技術が、図１Ａ〜５Ｈを参照して以下に示し説明する特徴のいくつかを有しない他の実施形態を有することができることを、当業者は理解するであろう。

Ｉ．本技術のフィルタ支持体とともに使用するために構成された回転ベルト濾過システムの概要
図１Ａは、本技術の実施形態に従って構成された処理システムまたは濾過システム１００の正面断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの濾過システム１００の斜視断面図である。図１Ａおよび１Ｂをともに参照すると、濾過システム１００は、１つまたは複数の成分（図１Ａに丸記号「○」で表される）を含む流体または流入水（図１Ａにダイヤモンド記号「◇」で表される）を受け、流体の大部分から成分を分離するように構成されている。以下でより詳細に説明されるように、濾過システム１００は、大きな割合の比較的きれいな流出水と、廃棄物水流および／または再生利用水流中の成分が濃縮された小さな割合の水とを生成することができる。本発明で使用する場合、「成分」とは、汚染物質（たとえばスケールなど）および／または一次産品（たとえば、溶解固形物、油、パラフィン、有機化合物、金属、無機物など）を指す。参照を容易にするため、このような成分を含む水は、この水が、一次産品のみを含み汚染物質を含まない場合、汚染物質のみを含み一次産品を含まない場合、または一次産品および汚染物質の両方を含む場合であっても、本明細書において「汚染水」と呼ばれる。

システム１００は、流体チャンバ１０３を少なくとも部分的に囲み、かつ画成するハウジング１０２を含み、流体チャンバ１０３は、ハウジング１０２に配置された入口１１８を介して流入水を受容する。濾過システム１００は、チャンバ１０３内に配置されたフィルタ・ベルト・カートリッジ１２６をさらに含む。いくつかの実施形態では、カートリッジ１２６は、水路または他の流体通路に収容されるように構成されることができる。カートリッジ１２６は、第１の端部１２６ａと、第１の端部１２６ａの反対側の第２の端部１２６ｂと、それぞれ第１および第２の端部１２６ａ，１２６ｂに配置された２つのローラ１２８と、ローラ１２８の周囲および間に配置されたフィルタベルト１０４（図示を容易にするため、図１Ｂには図示しない）と、フィルタベルト１０４の少なくとも一部の下に配置され、ローラ１２８間の距離の少なくとも一部で延びるフィルタ支持体１２９とを含むことができる。フィルタ支持体１２９は、図２〜５Ｈを参照して以下でより詳細に説明される。

いくつかの実施形態では、カートリッジ１２６は、ハウジング１０２の一部に固定され、他の実施形態では、カートリッジ１２６は、整備、交換、または操作の低減／拡張性のため、チャンバ１０３および／またはハウジング１０２から取り外し可能である。単一のカートリッジ１２６のみが図１Ａに示してあるが、他の実施形態では、システム１００は２つ以上のカートリッジ１２６を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、チャンバ１０３は、各々がそれ自体のカートリッジ１２６を有する複数の区画に分けることができる。本技術のフィルタ支持体１２９とともに使用するためのこのような濾過システムの例は、２０１５年１月２日に出願された米国特許出願第１４／４１２，６２５号明細書に開示され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

フィルタベルト１０４は、流体中の浮遊物質レベルを除去または低減するように構成されたメッシュなどの、一体型エンドレスまたはループ濾過ベルトであることができる。たとえば、フィルタベルト１０４は多孔質であることができ、したがって、フィルタベルト１０４は、フィルタベルト１０４の孔径より大きな流体および／または汚染物質がフィルタベルト１０４を通過するのを防ぐ。したがって、大きすぎてフィルタベルト１０４を通過することができない汚染物質はフィルタベルト表面に蓄積され、蓄積固体層１４０（図１Ａに概略的にのみ示す）を形成する。図１Ａでは、蓄積固体層１４０は２つの別個の離間した部分として示されているが、これは単に図示を容易にするためである。流体処理プロセスの間、蓄積固体層１４０は、フィルタベルト１０４の全長にわたって延び、および／またはチャンバ１０３に面するフィルタベルト１０４の表面領域をほぼ覆うことができる。蓄積固体層１４０は、様々な大きさの汚染物質により形成された多孔質の少なくとも部分的に固体の層を備えることができる。動作時には、蓄積固体層１４０を含む大きさの異なる汚染物質により形成された斜面が、ベルト１０４の濾過能力を増強することができる。フィルタベルト１０４は、雨水流出水、藻、堆積物、重金属、有機化合物、動物の排泄物、および／または油類などの汚染物質を遮断するように構成されることができる。代替的実施形態では、フィルタベルト１０４および蓄積固体層１４０は、雨水流出水、藻、堆積物、重金属、有機化合物、動物の排泄物、および／または油類などの汚染物質を遮断するように構成されることができる。

システム１００は、ローラ１２８に結合され、ローラ１２８を回転させるように構成された、１つもしくは複数の駆動軸、モータ、および／または変速機（表示なし）を含むことができる。フィルタベルト１０４は、矢形Ｂで示す方向にローラ１２８を通過する（たとえば周りを回転する）ように構成される。図１Ａおよび１Ｂに示すように、カートリッジ１２６は、カートリッジの第１の端部１２６ａがカートリッジ１２６の第２の端部１２６ｂより高い高さに位置するように、チャンバ１０３内に（地面に対して）傾斜して配置されることができる。したがって、システム１００の動作中、フィルタベルト１０４は、カートリッジ１２６の第１の端部１２６ａに向けて上向きに蓄積固体層１４０を運搬し、蓄積固体層１４０の少なくとも一部を固体回収システム１２２に供給する。

ＩＩ．回転ベルト濾過システムとともに使用するためのフィルタ支持体の選択された実施形態
図２および３は、それぞれ図１Ａおよび１Ｂに示すカートリッジ１２６およびフィルタ支持体１２９の分離図である。図２および図３をともに参照すると、フィルタ支持体１２９は、カートリッジ１２６のフレームおよび／または濾過システム１００の他の構成要素に結合するように構成される。たとえば、いくつかの実施形態では、フィルタ支持体１２９はカートリッジ１２６に固定され、他の実施形態では、フィルタ支持体１２９はカートリッジ１２６のフレームに配置され、フレームに対して移動可能なままであることができる（図５Ｆに関して詳細に後述する）。

本技術のフィルタ支持体１２９は、開口１６２によって離間された１つまたは複数のストラット１６０を含むことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、フィルタ支持体１２９は、１枚の材料（たとえば、金属、プラスチック、複合材料など）で作られてもよく、露出したフィルタベルト領域を改善しこれにより濾過効率を改善するように構成されたストラット構造を形成するように切断（たとえば、レーザ切断）されてもよい。ストラット構造の種々の実施形態について、図４Ａ〜４Ｄを参照して以下で述べる。特定の実施形態では、フィルタ支持体１２９はモジュール式であってもよく、すなわち、図５Ａ〜５Ｈを参照して以下でより詳細に述べるように、フィルタ支持体１２９は、同一のまたは異なるストラット配置を有する２つ以上の部材を備えることができる。

図３に最もよく示されているように、ストラット１６０の少なくとも１つは、ストラット１６０の中央長手方向軸Ｓ_aがフィルタ支持体１２９の長手方向軸Ｌ₀に対して非ゼロの角度θを成すように、配置されることができる。参照を容易にするため、このようなストラットは、本明細書において「非長手方向ストラット」と呼ばれる。さらに、本発明で使用される場合、「フィルタ支持体１２９の長手方向軸Ｌ₀」は、フィルタ支持体１２９の上面に直接隣接するフィルタベルト１０４の一部の方向ベクトルと平行するフィルタ支持体１２９の本体を通る、あらゆる線を指す。いくつかの実施形態では、角度θは４度以上（たとえば、１０度以上、２０度以上など）である。

本技術のフィルタ支持体１２９中に非長手方向ストラットを含めることは、従来のフィルタベルト支持体に優るいくつかの利点を提供する。従来のフィルタベルト支持体は、ベルトの幅方向に離間した一連の長手方向ストラットを備える。従来の長手方向ストラットは、ベルトが進むのと同じ方向に延びているので、ストラットは長手方向ストラットと整列したフィルタの部分を常に妨げ、したがって、それらの部分を濾過に使用できなくする。しかし、本技術のストラット配置は、支持ストラット１６０の少なくとも１つを、フィルタベルト１０４の方向ベクトルに沿って互い違いに配置し、その結果、角度を有し互い違いに配置されたストラットは、常にフィルタベルト１０４表面領域のいかなる部分も妨げたりまたは隠したりせず、それによってフィルタベルト１０４の露出部を増加させる。本技術のストラット構造は、従来の長手方向ストラットと比較して、フィルタ支持体１２９の幅のより広い部分にわたって蓄積固体層１４０の重量を分散させるという点で、さらなる利点を提供し、それによってベルトへの応力を低減し、より長いベルト耐用年数をもたらす。従来の支持体上のフィルタベルトは、常に支持されていない部分を長手方向ストラット間に有し、それによって、それらの部分が蓄積固体層の重みで伸びたり曲がったりする。

図３に示す実施形態のストラット１６０は、略山形パターンで配置されている。本技術のフィルタ支持体１２９が、あらゆる構成および／または少なくとも１つの非長手方向ストラットを含むストラットの配置を有することができることが理解されよう。たとえば、いくつかの実施形態では、全てのストラット１６０が非長手方向ストラットであってもよい。図４Ａ〜４Ｄは、本技術に従って構成されたストラット配置のいくつかの実施例を示す。図４Ａに示すように、いくつかの実施形態では、フィルタ支持体１２９は、第１の配置のストラット１６０を有する第１の部分１７０と、第２の配置のストラット１６０を有する第２の部分１７２とを含むことができる。ストラット１６０は、ハニカムパターン（図４Ａ）、ダイヤモンドパターン（図４Ｂ）、三角パターン（図４Ｃ）、または他の適切な幾何学的パターンで配置されることができる。特定の実施形態では、ストラット１６０はどのようなパターンでも配置されない。さらに、非長手方向ストラット（および／またはその部分）は、直線状（図４Ａ〜４Ｃ）、曲線状（図４Ｄ）、またはその両方（図４Ｄ）であることができる。

いくつかの実施形態では、フィルタ支持体１２９はモジュール式であることができ、および／または２つ以上の別個の部材からなることができる。図５Ａ〜５Ｈは、モジュール式フィルタ支持体１２９のいくつかの実施形態を示す。図５Ａは、第１の部材１８０ａと第２の部材１８０ｂとを有するモジュール式フィルタ支持体１２９を示す。図５Ｂに示すように、同一のフィルタ支持体１２９内の異なる部材は、異なる形状、異なる大きさ、および他の部材に対して異なる方向を有することができる。部材は、図５Ｃに示すように、フィルタ支持体１２９の長さに沿って縁から縁まで配置されることができ、かつ／または、図５Ｄに示すように、フィルタ支持体１２９の幅に沿って縁から縁まで配置されることができる。図５Ｅは、フィルタ支持体１２９が連動部材を有する一例を示す。いくつかの実施形態では、図５Ｆに示すように、部材はフレーム１６４（および／またはカートリッジフレーム）に沿って離間することができる。離間した部材は、所定位置で固定されてよく、かつ／またはフレーム１６４（および／またはカートリッジ１２６）に対して移動可能であってもよい。さらに、部材は積層式または層状であってもよい。たとえば、図５Ｇに示すように、フィルタ支持体１２９は、第１の高さで配置された１つもしくは複数のストラット１９６と、第１の高さより高い第２の高さで配置された１つもしくは複数のストラット１９４とを有することができる。図５Ｈに示すように、いくつかの実施形態では、フィルタ支持体１２９は、第１のフィルタ支持体１２９ａと、第１のフィルタ支持体１２９ａに重ね合わされた第２の支持体１２９ｂとを備えることができる。第１および第２のフィルタ支持体１２９ａ，１２９ｂは、異なるストラット配置および／または互いにずれた同様のストラット配置を有することができる。

上述の事項から、本明細書では、例示の目的のために本技術の特定の実施形態について説明したが、本開示から逸脱することなく種々の変更を行ってもよいことが理解されよう。たとえば、流体の流れまたは濾過装置の様々な属性が、「上部の」、「下部の」、「左側の」、「右側の」、「上向きに」、「下向きに」などのように示されるが、これらの用語は、添付図面の説明の目的のためだけに使用される。たとえば、いくつかの実施形態では、入口は出口よりも低い高さにあってもよく、かつ／または流体はフィルタメッシュを通して上向きに濾過されてもよく、したがって、重力が、汚染物質が頭上フィルタを貫通するのを防ぐことを補助する。さらに別の実施形態では、濾過システムは、オーバフローチャンバ、流体ルーティングシステム、または追加の流路などの追加の特徴を含むことができる。さらに、本新技術の特定の実施形態に関連する利点が、それらの実施形態に照らして説明されてきたが、他の実施形態もこのような利点を示すことができ、本技術の範囲内にあるために、全ての実施形態が必ずしもこのような利点を示すとは限らない。したがって、本開示および関連する技術は、本明細書で明示的に図示または説明されない他の実施形態を網羅することができる。このため、本開示は、添付の請求項による場合を除き限定されない。

Claims (24)

1. フィルタベルト濾過システム内にフィルタベルトに隣接して配置されるように構成され、前記フィルタベルトの移動方向に略平行な長手方向軸を有する、フィルタ支持体を備え、
   前記フィルタ支持体が、複数の開口によって離間された複数のストラットを含み、
   前記複数のストラットの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのストラットの長手方向軸が前記フィルタ支持体の前記長手方向軸に対して角度を有して配置されるように、前記支持体の一部にわたって延びる、装置。
2. 前記角度が０度超１８０度未満である、請求項１に記載の装置。
3. 前記角度が２度超１７８度未満である、請求項１に記載の装置。
4. 前記角度が３度超１７７度未満である、請求項１に記載の装置。
5. 前記角度が４度以上１７６度以下である、請求項１に記載の装置。
6. 前記角度が４度超１７６度未満である、請求項１に記載の装置。
7. 前記フィルタ支持体が、前記フィルタ支持体の前記長手方向軸と平行する少なくとも１つの長手方向ストラットを含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記ストラットが山形構造に配置された、請求項１に記載の装置。
9. 前記フィルタ支持体が、前記フィルタ支持体の前記長手方向軸に対して角度を有して前記支持体の一部にわたって延びる複数の支持ストラットを含み、前記複数の支持ストラットの少なくとも１つが、前記複数の支持ストラットのもう１つと平行である、請求項１に記載の装置。
10. 前記角度が９０度である、請求項１に記載の装置。
11. 前記フィルタ支持体が、第１の部材と、前記第１の部材と異なる第２の部材とを備える、請求項１に記載の装置。
12. フィルタベルト濾過システム内にフィルタベルトに隣接して配置されるように構成された支持体であって、前記フィルタベルトの移動方向に略平行な長手方向軸を有する支持体を備える装置であって、
    前記支持体が、
    複数の第１の開口によって離間された複数の第１のストラットを備える第１の部材であって、前記複数のストラットの少なくとも１つが、前記支持体の前記長手方向軸に対して角度を有して前記第１の部材の一部にわたって延びる、第１の部材と、
    複数の第２の開口によって離間された複数の第２のストラットを備える第２の部材であって、前記複数の第２のストラットの少なくとも１つが、前記支持体の前記長手方向軸に対して角度を有して前記第２の部材の一部にわたって延びる、第２の部材と、を備える、装置。
13. 前記第１の部材が、前記フィルタベルトの長さに沿って、前記第２の部材に隣接して配置されるように構成された、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第１の部材が前記第２の部材と前記フィルタベルトとの間にあるように、前記第１の部材が、前記第２の部材上に積層されるように構成された、請求項１２に記載の装置。
15. 前記第１の角度および前記第２の角度の両方が４度以上である、請求項１２に記載の装置。
16. 前記複数の第１のストラットの少なくとも１つが、前記複数の第２のストラットの少なくとも１つと平行である、請求項１２に記載の装置。
17. 前記第１の部材の端部が前記第２の部材の端部と接触するように、前記第１の部材が、前記ベルトの長さに沿って、前記第２の部材に隣接して配置されるように構成された、請求項１２に記載の装置。
18. 前記第１の部材の一部が、前記第２の部材の一部に重なるように構成された、請求項１２に記載の装置。
19. 前記第１の部材が、前記第２の部材に対して横方向に移動することを防ぐように、前記第１の部材および前記第２の部材が連動した、請求項１２に記載の装置。
20. 前記第１の部材が、前記第２の部材に対して長手方向に移動することを防ぐように、前記第１の部材および前記第２の部材が連動した、請求項８に記載の装置。
21. 流体を受容するように構成されたチャンバと、
    前記チャンバ内に配置されたカートリッジと
    を備え、
    前記カートリッジが、
    １組のローラと、
    前記ローラの周囲および間に配置されたフィルタベルトと、
    前記フィルタベルトが、前記支持体と前記受容された流体との間に配置されるように構成されるように、前記フィルタベルトに隣接して配置されたフィルタ支持体と、を含み、
    前記支持体が、複数の開口によって離間された複数のストラットを含み、
    前記複数のストラットの少なくとも１つが、前記支持体の前記長手方向軸に対して角度を有して前記支持体の一部にわたって延びる、処理システム。
22. 前記角度が４度以上である、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記フィルタ支持体が、前記フィルタ支持体の前記長手方向軸と平行する少なくとも１つの長手方向ストラットを含む、請求項２１に記載のシステム。
24. 前記ストラットが山形構造に配置された、請求項２１に記載のシステム。

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