JP4003193B2 - 連続濾過分離装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、流体の取入れ口や流体を移送する管路内に設置されて、その流体中に含まれる塵埃や異物を分離・除去する濾過分離装置に関し、特に、濾過スクリーンの目詰まりを容易にしかも連続的に排除する機能を備えた濾過分離装置に関する。なお、本明細書において、「流体」の語は液体及び気体を総称的に代表するものとする。又、「異物」の語は、各種の塵埃や分離すべき異物、例えば流体が液体の場合においては砂礫、草藻、スラリー、粒体、物質片等、流体が気体の場合においては、各種の埃、粒体、物質片等、を総称的に代表するものとする。
背景技術
従来、一般的な濾過装置として、例えば、金網、多孔板、スリット板等からなるスクリーンを張設する方式、サイクロン方式、遠心分離方式等があり、又、それらのスクリーンの目詰まりを取り除くために、篩い落とし方式、掻き取り方式、逆洗方式等があり、それらが広く使用されてきたことはよく知られているところである。
従来技術の濾過装置の最大の課題は、スクリーン部分に堆積した異物の排出方法即ち目詰まりへの対処方法であり、前記のように篩い落とし方式、掻き取り方式、逆洗方式など各種の提案が行われて来ているが、いずれも、一旦装置前後の管路を締め切って異物排出・清掃作業を行わねばならなかったり、又、連続的に異物排出できるものにおいても、その排出手段が本来のスクリーンよりも大掛かりな装置となったり、製作コスト高となったりしており、又、いずれの方法でも完璧な目詰まり対策には程遠く、依然として種々の技術的問題点があった。
本発明は、簡潔で合理的な構造によって、これら未到の技術的問題点を抜本的に解決し、設計・製作が容易で、目詰まりした異物を簡便にしかも連続的に排出でき、小型化しても大型化しても問題を生じない、高性能且つ経済的な濾過分離装置を得ることを目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するため、本発明の連続濾過分離装置は、容器の中に、該容器に横断的に装着され駆動力によって回転する回転軸と、
該回転軸に所定の間隔をもって積層状に装着された同芯のスクリーン円板からなる回転スクリーンと、
該容器の内壁部から該回転スクリーンに向かって延設された第一隔壁と第二隔壁とを備え、
該第一隔壁の先端部は、該回転スクリーンの回転外周部と間隙少なく滑り可能に形成され、
該第二隔壁の先端部は、該回転スクリーンの回転外周部と間隙少なく滑り可能に形成されると共に、該回転スクリーンの回転外周部から回転中心部に向かって、該回転スクリーンの回転方向とは逆の方向に渦巻き状に巻込まれるように縮径しつつ該スクリーン円板の間の間隙部を進入する形状の櫛歯状突起を有し、その櫛歯状突起は該スクリーン円板の各板面と間隙少なく滑り可能に形成され、
そして、該回転スクリーンの回転方向に沿って、該容器の該第一隔壁から該第二隔壁に至る区域内に流体入口と異物排出口が形成され、該第二隔壁から該第一隔壁に至る区域内に流体出口が形成されたことを特徴とする。
本発明は、前記流体入口と前記異物排出口とが、共に流入側の流体域に開放された構成としてもよい。
本発明の連続濾過分離装置における作用は以下の通りである。
本装置の流体入口から流体出口に向けて流過しようとする流体は、第一隔壁及び櫛歯状突起付きの第二隔壁に遮られているため、残された通過可能な流路即ち、回転スクリーンの積層間隙(回転スクリーンを構成する積層状の各スクリーン円板間の間隙)の内の、第一隔壁先端部と回転中心部との間の部分を通過することとなる。
その時に、回転スクリーンの積層間隙を通過できない大きさの異物は、回転スクリーンの外周部に取り残され、そして回転スクリーンが回転する際には、第二隔壁の流体入口側の面に押し付けられるように寄せ集められ、回転スクリーンから離脱し、第二隔壁の流体入口側に滞留する。
又、回転スクリーンの積層間隙とほぼ等しい大きさで積層間隙を通過しきれず挟まった状態になった異物は、回転スクリーンが回転する際には、回転中心部から外周部に向けて渦巻き状に形成されている櫛歯状突起に押し付けられつつ外周部に誘導され、その後第二隔壁の流体入口側の面に押し付けられるように寄せ集められ、回転スクリーンから離脱し、第二隔壁の流体入口側に滞留する。
この回転スクリーンは間欠的に回転させてもよく、連続的に回転させてもよい。この結果として回転スクリーンから離脱し第二隔壁の流体入口側に滞留した異物は、適宜に異物排出口から取り出せばよい。
本発明はこのようにして、前述の未到の課題を明快に、しかも経済的に解決できたものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施例の縦断面図(第２図のＸ−Ｘ断面図）である。
第２図は、本発明の第１実施例の横断面図（第１図のＹ−Ｙ断面図）である。
第３図は、本発明の第２実施例の縦断面図（第４図のＸ−Ｘ断面図）である。
第４図は、本発明の第２実施例の横断面図（第３図のＹ−Ｙ断面図）である。
第５図は、本発明の第３実施例の縦断面図である。
第６図は、本発明の第３実施例の側面図である。
第７図は、本発明の第４実施例の縦断面図である。
第８図は、本発明の第４実施例の平面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、実施例を示した図面に基づき本発明をより詳細に説明する。なお、各図にわたって共通の部分には同じ符号を付してある。
第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示したもので、流体移送管路中に設置した適用例である。１は容器であり、その中に回転軸３が横断的に装着され、外部動力装置４の駆動力によって回転（図中においては時計回り方向に回転）するようになっている。その回転軸３には、同芯のスクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……が所定の間隔をもって積層状に装着されて回転スクリーン２を形成している。（このスクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……の個数は、第２図においては説明の便宜上５枚の場合を例示しているが、勿論この個数に限定されるものではない。）
一方、容器１の内壁部から回転スクリーン２に向かって第一隔壁５と第二隔壁６の２つの固定隔壁が延設されている。第一隔壁５の先端部は、回転スクリーン２の回転外周部と間隙少なく滑り可能に形成されている。又、第二隔壁６の先端部は、回転スクリーン２の回転外周部と間隙少なく滑り可能に形成されると共に、回転スクリーン２の回転外周部から回転中心部に向かって、回転スクリーン２の回転方向とは逆の方向に巻込まれるように縮径しつつスクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……の間の間隙部を進入する形状の櫛歯状突起Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……を有し、該櫛歯状突起は該スクリーン円板の各板面と間隙少なく滑り可能に形成されている。
そして、回転スクリーン２の回転方向に沿って、容器１の第一隔壁５から第二隔壁６に至る区域内には流体入口７と異物排出口９が順次形成され、第二隔壁６から第一隔壁５に至る区域内には流体出口８が形成されている。
この構成の装置を管路中に介設して流体を流すと、入口流路ａから出口流路ｃに向けて流過しようとする流体は、第一隔壁５及び櫛歯状突起Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……付きの第二隔壁６に遮られているため、残された通過可能な流路、即ち、回転スクリーン２の積層間隙（回転スクリーン２を構成する積層状の各スクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……の間の間隙）の内の、第一隔壁５先端部と回転中心部との間の部分を、回転スクリーン２の回転方向に逆らうように通過することとなる。この通過可能な流路が濾過流路ｂである。
その時に、回転スクリーン２の積層間隙を通過できない大きさの異物は、回転スクリーン２の外周部に取り残され、そして回転スクリーン２が回転する際には、第二隔壁６の流体入口側の面に押し付けられるように寄せ集められ、回転スクリーン２から離脱し、第二隔壁６の流体入口側即ち異物滞留室ｄに滞留する。
又、回転スクリーン２の積層間隙とほぼ等しい大きさで積層間隙を通過しきれず挟まった状態になった異物は、回転スクリーン２が回転する際には、回転中心部から外周部に向けて渦巻き状に形成されている櫛歯状突起Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……に押し付けられつつ外周部に誘導され、その後第二隔壁６の流体入口側の面に押し付けられるように寄せ集められ、回転スクリーン２から離脱し、第二隔壁６の流体入口側即ち異物滞留室ｄに滞留する。
回転スクリーン２は間欠的に回転させてもよく、連続的に回転させてもよい。この結果として回転スクリーン２から離脱し異物滞留室ｄに滞留した異物は、適宜に異物排出口９を開けて取り出せばよい。
本発明の装置においては、この回転スクリーン２が連続的に回転できる構造であり、濾過と異物の目詰まり排除が絶え間なく繰り返されることとなり、装置前後の管路を締め切って目詰まり排除をすることなく連続運転ができるという、格段の特長を有する。又、図示したように、回転スクリーン２の外周部と第一隔壁５及び第二隔壁６の先端部との滑動面積はもとより小さい上に、櫛歯状突起Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……の形状もスクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……との滑動面積を小さくするよう形成できるので、それらの隙間に微小な異物が噛込まれた場合でも容易に離脱可能であり、軋みや噛り少なく回転させることができる。
回転軸３の駆動方式については、第２図においては、容器１に付設された外部動力装置４によって駆動する方式を例示してあり、その動力源はアクチュエーター、発動機、モーター等の適宜の動力でよく、又、回転軸３の回転数が極めて低くても充分に作動するので、大きな減速比をとれ、従って動力源も小さくてよい。又、この駆動の動力源が小さくてもよいということは、外部動力でなくとも、流体の流れそのものの力を利用した内部動力でも駆動可能ということを意味しており、後述するように管路中に羽根車や水車を設けてその回転力を減速して動力として利用してもよく、又、外部動力と内部動力とを併用してもよく、更には、回転スクリーン２の駆動が常時でなくてもよいことから、異物の滞留量が所定量になった時に手動で回転させることすら可能である。
又、本発明の装置においては、スクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……の個数、厚さ、直径、及びそれに対応する櫛歯状突起Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……の個数、厚さ、形状は、仕様に応じて柔軟に選択できる。例えば、両部材を極薄にして個数を増やせば粉塵や粒子用の細目の濾過分離装置となり、極厚にすれば塵芥や塊状物質用の粗目の濾過分離装置となる。又、スクリーン円板Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……は、図示のような単純な円板形状の平板でもよいが、そのスクリーン円板の表面（外周部や板面）に凹凸を設けるなどして異物の捕捉を促進するためのスリップ止めとしてもよく、更には、その凹凸をカッター状にして第二隔壁６の先端部や櫛歯状突起Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……との間に異物破砕機構を構成することも可能である（図示は省略）。
なお、該円板の回転軸３への装着の方法は、固着でもよいが、回転力伝達のための回り止めを設けた上で積層状に重ねて両端をねじで止める等の方法にすれば、保守点検時の分解掃除が容易で好都合である。
第３図及び第４図は、本発明の第２実施例を示したものである。この実施例は、回転スクリーン２の回転駆動のための動力装置４を、第１実施例における外部動力方式から、流体の流れそのものの力を利用した内部動力方式に置き換えたものである。即ち、管路中に羽根車を設けてその回転力を減速して動力装置とした例を示した。
又、異物排出の方法について、本装置が吸込管路中に介設された場合、即ち流体が流体入口７側から押し込まれるのでなく、流体出口８側から負圧装置やポンプ等（図示は省略）によって吸引されて通過するという使い方をする場合に、異物滞留室ｄに溜まった異物を排出するたびに本装置前後の管路を締め切るというのは繁雑であり、その繁雑な作業を避けて本装置の濾過作動中でも異物排出を可能とする方法として、異物排出口９から外部に向けて異物を吸引排出する異物排出装置１０を付設した例も図示した。この異物排出装置１０の吸引力としては、前記負圧装置やポンプ等とは別の吸引源を備えてもよいし、前記負圧装置やポンプ等の吸引管路から分岐配管してその吸引力を活用してもよい。但し後者の場合には、折角に濾過した異物が再び主流路に混入するのを避けるための濾過装置を異物排出装置１０の後に追加設備する必要がある。
一方、この異物排出の方法について、本装置が押込管路中に介設された場合、即ち流体が流体入口７側から押し込まれて通過するという使い方をする場合には、異物滞留室ｄに溜まった異物を排出する際に、異物排出装置１０によらなくても、本装置の濾過作動中でも適宜に異物排出口９を開ければ、異物は入口流路ａの圧力で流れ込む流体によって押し流されるように排出されることになる。異物排出口９には、任意の形式の開閉装置や開閉弁を付設しておけば操作上好都合である。又、通過流量や圧力が充分にあるような管路条件の場合は、異物の排出の行先を本装置よりも高い場所に持ち上げてその後の異物の回収を容易にする等の方法も考えられる。異物の排出の勢いを調整するために流体入口７側に調整弁を設けてもよい。なお、本装置の前後を締め切ってから異物を排出する方式にしてもよいことは勿論である。
その他の構成及び作動態様は第１実施例のものと同様であるので、詳説は省略する。
第５図及び第６図は、本発明の第３実施例を示したものである。この実施例は、第１実施例のものの流体入口７と異物排出口９とを相兼ねる形とし、共に流入側の流体域に開放したものであり、例えば槽に浸した吸込管路１１の先端の吸込口として使用する例を示したものである。
この場合、積層スクリーン円板Ｐからなる回転スクリーン２が回転（図中においては時計回り方向に回転）するに従って、濾過流路ｂを通過できない異物が櫛歯状突起Ｑ付き第二隔壁６近辺の流入域に留まるので、吸込口が目詰まりすることなく連続的に使用可能となる。そして、その滞留異物を速やかに排除してその後の吸込作動を更に円滑なものとするために、図示したような異物移動装置１２を設けてもよい。この異物移動装置１２は、図示したベルトコンベア形式の他にも、スクリューコンベア形式、回転ブラシ形式、撹拌羽根形式のもの等の種々形態が考えられ、又、異物移動装置１２本体を移動可能にして、滞留異物の集積の厚みに応じて回転スクリーン２との間隔を柔軟に変化させるなどして、噛み込みを極力避ける構造とすることもできる。異物移動装置１２の駆動のためには、回転スクリーン２の駆動力源とは別の力源を備えてもよいし、回転スクリーン２と連動して駆動される機構としてもよい。
その他の構成及び作動態様は第１実施例のものと同様であるので、詳説は省略する。
第７図及び第８図は、本発明の第４実施例を示したものである。この実施例は、第３実施例のものに走行輪１３を付加したものであり、例えば槽や流れ通路の底部を這い回って吸込を行う吸込口として使用する例を示したものである。
この場合、回転スクリーン２が回転（図中においては、本装置を右方向に移動させるにつれて走行輪１３と共に時計回り方向に回転）するに従って、濾過流路ｂを通過できない異物が第二隔壁６近辺の流入域に留まるので、吸込口が目詰まりすることなく連続的に使用可能となる。図示は省略したが、分離した異物を収容する異物捕集網やバケットを背負わせてもよい。なお、走行輪１３は、図示のような回転スクリーン２の回転軸３と同軸連動とする他にも、異なる軸系でもよく、又、回転スクリーン２と別々に駆動してもよいし、駆動せずに自然な転がりに任せる方式にしてもよい。走行輪１３の形状もタイヤ形式や種々突起を設ける等、現地の仕様に応じて適宜設計可能である。
その他の構成及び作動態様は第３実施例のものと同様であるので、詳説は省略する。
なお、上記いずれの実施例においても、回転スクリーン２を形成しているスクリーン円板Ｐ；Ｐ１；Ｐ２；Ｐ３……と、それと対向する第一隔壁５及び櫛歯状突起Ｑ；Ｑ１；Ｑ２；Ｑ３……付きの第二隔壁６との間の間隙は僅少とすることによって、異物が挟まり込む恐れは極めて少なくなるが、回転スクリーン２の更にスムーズな回転を確保するために、これら部材の滑動し合う部位に異物掻き取り部材を装着してもよい（図示は省略）。その異物掻き取り部材の形状は、掻き取りたい異物の性質等によって、板片状、爪状、ブラシ状など各種の形態が考えられ、弾性材質を適用することも考えられる。その装着場所は、回転側でも固定側でもいずれでもよく、対向する部材に対して摺接しつつ異物を掻き取り清掃する役割を果たす。
又、本発明の装置の濾過運転・異物排出のプロセスは、現地での必要性に応じて更に自動化を計ることができる。例えば、回転スクリーン２の駆動については、連続的に回転駆動させておくのが高性能を維持するためには望ましいが、駆動エネルギーを節約したい場合や異物の混入量が少ない環境の場合には、タイマーによって定期的に駆動させてもよく、更には、回転スクリーン２付近での異物の集積に伴なう流動抵抗の増加によって回転スクリーン２前後の差圧が上昇したのを検出する差圧検出装置や、異物の堆積を機械的に検出する装置を設けたりして（いずれの検出装置も周知のもので充分であるから、その図示詳説は省略する）、それらからの検出信号に基づいて回転スクリーン２を駆動させる方式としてもよい。
又、第１実施例や第２実施例における異物排出の時期についても、異物排出口９を随時手動で開口してもよいが、タイマーによって定期的に開口させたり、前記の検出装置からの検出信号に基づいて開口させてもよい。その他、異物排出装置１０や異物移動装置１２の起動・停止についても、同様に手動操作も自動操作も可能である。更には、種々検出信号に基づくシークエンス制御機能を付加して、上記の一連の作動の全てを自動操作する構成としてもよい。
以上の各実施例において説明した通り、本発明の連続濾過分離装置は、画期的な作用効果を生み出すが、更に、本発明の各構成要素にわたって、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数や、構成要素間の位置関係を変更したり、従来技術を援用するなど、種々設計変更可能であり、又、その素材材質も適宜現地仕様に適合したものを選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。
又、本発明においては、濾過の対象物の大きさに制約はなく、前述の通り、回転スクリーンのスクリーン円板及びそれと対向する第二隔壁の櫛歯状突起の厚みや間隙を適切に選択することによって、下水等における粗大な異物から高純度流体等における微小な異物に至るまで幅広い濾過作業に適用可能である。又、異物を排除するいわゆる「濾過」作業のみならず、物体をその大きさによって選別する「分離」作業にも適用できることは自明である。更に、通過可能な異物の大きさが異なる本装置を複数組み合わせることによって更に高度な多段階の濾過・分離を行うことも当然に可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。
産業上の利用可能性
本発明は以上のように、スクリーン円板を積層してなる回転スクリーンの積層間隙の部分に流体を通過させ、しかも積層間隙を通過できない大きさの異物を回転スクリーンの外周部に寄せ集めるという、新しい技術思想に基づき、簡潔且つ明快な構造によって、従来の濾過装置における目詰まりの処理の技術的問題を抜本的に解決し、設計・製作が容易で、目詰まりした異物を簡便にしかも連続的に排出でき、小型化しても大型化しても問題を生じない、高性能且つ経済的な濾過分離装置を得たものであり、設計・製作・維持管理など広汎にわたり優れた成果をあげることができ、実施効果の顕著さは従来技術と比較して極めて大きいものである。

Claims (2)

1. 容器の中に、
   該容器に横断的に装着され駆動力によって回転する回転軸と、
   該回転軸に所定の間隔をもって積層状に装着された同芯のスクリーン円板からなる回転スクリーンと、
   該容器の内壁部から該回転スクリーンに向かって延設された第一隔壁と第二隔壁とを備え、
   該第一隔壁の先端部は、該回転スクリーンの回転外周部と間隙少なく滑り可能に形成され、
   該第二隔壁の先端部は、該回転スクリーンの回転外周部と間隙少なく滑り可能に形成されると共に、該回転スクリーンの回転外周部から回転中心部に向かって、該回転スクリーンの回転方向とは逆の方向に渦巻き状に巻込まれるように縮径しつつ該スクリーン円板の間の間隙部を進入する形状の櫛歯状突起を有し、その櫛歯状突起は該スクリーン円板の各板面と間隙少なく滑り可能に形成され、
   そして、該回転スクリーンの回転方向に沿って、該容器の該第一隔壁から該第二隔壁に至る区域内に流体入口と異物排出口が形成され、該第二隔壁から該第一隔壁に至る区域内に流体出口が形成されたことを特徴とする連続濾過分離装置。
2. 前記流体入口と前記異物排出口とが、共に流入側の流体域に開放されていることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の連続濾過分離装置。

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