JP4274467B2 - 濾過装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体濾過装置に関し、特に、固形物を除去するために水などの液体を濾過することができる装置に関する。

従来より、例えば水の流れから固形ごみを除去するための回転ドラムスクリーンが知られている。このようなスクリーンは、一般に、産業設備の取入れ口で川の水から葉や木片のような浮遊くずを除去するために使用されているが、池から水があふれるときに小さい魚が流出するのを防ぐために養殖場においても使用されている。回転ドラムスクリーンにおいて、穴があいた円筒ドラムは、水平軸を中心に回転するように水路内に支持されており、水路を通る水流に部分的に沈められている。水は、穴のあいたドラムの内部に入り、ドラムが支持されている水路の側壁にある簡単な円形開口部を通ってドラムの一端部から出てゆく。ドラムは、水流がドラムを回転させるように配置される。

ドラムの回転は、ドラムの外面に一時的に付着することになる主要な水流中の固形物を洗い流させる。或る公知の構成では、ドラム下の水の流れが伝統的な下位射水式水車と同じ方法でその回転を補助するが、水が流出するドラム端部へのインペラの設置とドラム内部へのらせん羽根の設置によりドラムにはさらなるトルクが作用する。ドラムに入った水は、ドラムの一端部に向かって流れ、羽根およびインペラとの相互作用によってドラムを回転させることになる。

公知の回転ドラムスクリーンは、外部の電源を必要としない点において特に好ましい。スクリーンは、目詰まりせず、定期的メンテナンスも必要としない。その結果、公知の回転ドラムスクリーンは、比較的きれいな水の連続的で比較的多量の流れにおいて有用であることが証明されている。

水産業が直面している問題の１つは、下水道からあふれ出る雨水を処理することである。或る情況では、非常に激しい雨のときに、地上水が下水道に入って、処理設備に送られる下水と混じる。下水と雨水が合わさった流れは、下水道が送ることができる最大流量よりも多くなることがある。このような一時的な情況に適応するために、過剰な流れを一時的に蓄えるために下水道にオーバーフロー室を設けることが従来より行われている。残念なことに、このような室が非常に大きなものでない限り、例外的な気象条件において、未処理下水が前記室から例えば地上の水路にあふれ出ることがある。例えば例外的な豪雨のようなオーバーフローが起こりそうな情況では、下水道から流れ出る下水が非常に速く希釈されるので大きな問題にならないことがよくある。しかし、下水道からあふれた下水が地上水路に固形物をもたらすことは容認できない。

前記問題と、下水処理作業において固形物から液体を最初に分離処理するための効果的な機構を見つける問題とに対処するために、従来からの回転ドラムスクリーンを使用する可能性が考えられた。しかし、例えば洪水のようなかなり珍しい場合にドラムが回転されるとき、ドラム内の羽根に沿った軸流によって生じる比較的低いトルクはドラムの回転を確実に開始するには不十分であるために、従来からの回転ドラムスクリーンは適当ではないことが判明した。また、下水流に含まれる固形物の性質から、スクリーン表面を清掃することなしに固形物でスクリーンが目詰まりするのを避けるのが困難であり、これは従来からの回転ドラムスクリーン装置から得られる動力よりも大きな動力を必要とした。

この問題は、液体に部分的に沈められる円筒体を構成する透水性の濾過スクリーンが記載されている公開特許明細書第ＷＯ−Ａ−９６／２７４２２号において扱われている。その装置は、本体の室内に配置される水の重量によって駆動される。入口水(inlet water)は、側部排水管によって排水される低い室を有する高い位置の室内へと濾過される。これにより、高い位置の室内の水の重量が駆動トルクを与える。しかし、液体入口と円筒体からの排水との関係からして、その装置は少量の水を処理できるだけであり、かつ、少ない水量では全く機能しないことが判明した。

本発明の目的は、上述した問題を除去または軽減することにある。

本発明によれば、入口および排出口を形成するハウジング内に取り付けられる液体濾過装置が提供される。前記液体濾過装置は、前記入口から前記排出口に流れる液体を濾過するための使用において配置される。前記装置は、ほぼ水平な軸を中心に回転可能で前記入口と前記排出口との間の仕切りを形成する透水性スクリーンと、前記スクリーン内に配置され、それ自身の回転が前記スクリーンの回転を生じさせるように前記スクリーンに連結された回転可能なホイールとを備えている。前記ホイールは、周囲に前記スクリーンが配置されている空間を前記排出口を除いて互いにほぼ隔離された部分に区画するように、前記スクリーンに向かって延びる羽根を有する。また、前記装置は、前記スクリーンの一部分を通って液体が前記ホイールへと流れるのを防止するために前記スクリーンの前記一部分の近傍に配置された静止したバッフルを備えている。前記バッフルは、液体が前記回転軸を通る垂直面の一方の側の前記ホイールの区画部分に他の区画部分よりも容易に流れるように配置されている。これにより、前記ホイールは、前記ホイールの区画部分に保持された液体によってアンバランスになり、その結果、前記ホイールが回転する。

このように、前記回転可能なスクリーンは、前記ホイールの１つ以上の区画部分内の液体の重量によって生じる力で回転する。液体は、適用されるトルクを最大限にするように前記ホイールによって保持される。

本発明の装置は、比較的少ない水流量でも速くかつ確実に回転できることが判明した。この特徴は、本発明の装置が少ない水量でも有効であるだけでなく従来装置よりも多量の水を処理できることを意味する。

前記装置は、前記排出口と液体が容易に流れ込む前記ホイールの上部区画部分との間の連通を遮断するように形成されたプレートを有してもよい。

前記バッフルは、前記スクリーンと前記ホイールとの間に配置されてもよい。前記バッフルは、前記ホイールの下部および一方の側の周囲に延びていてもよい。前記バッフルは、前記回転軸に対して１８０°以上にわたって延びていてもよく、前記バッフルの一端が前記回転軸の上に位置するとともに他端が前記回転軸の一方の側に位置してもよい。前記バッフルは、前記軸の上の垂直な位置から前記軸から水平に離れた位置まで延びていてもよい。

前記羽根は、前記ホイールの回転軸を構成するシャフトから径方向に延びていてもよい。または、前記羽根は、前記ホイールの回転方向に対して後退角(swept back)を有してもよい。前記シャフトは、室の対向する壁に取り付けられたベアリングの間に延びていてもよい。

排出口は、前記室の一方または両方の壁に形成されてもよい。

前記本発明の装置は、室の一方の壁に片持ち梁状に取り付けられてもよい。

本発明の実施の形態は、添付図面を参照して、例示の方法で以下に説明される。

図１ないし３を参照すると、図示される実施形態は、コンクリート壁３，４に取り付けられたベアリング２で回転可能に支持されたシャフト１を備えている。シャフト１は、シャフト１と共に回転する８枚の平面状の羽根５，６，７，８，９，１０，１１，１２を支持している。

バッフル１３は、シャフト１の回転軸の周囲に２７０°にわたって延びている。壁３近傍のバッフル１３の一端部は、シャフト１で支持されるがシャフト１と一緒には回転しない円板によって閉じられている。バッフルの他端部は、プレート１４上に支持されている。プレート１４には、壁４に形成された円形穴と同じ形状の穴が形成されている。図２に示すように、その円形穴は、シャフト１の軸の周囲に３６０°にわたって延びる縁部１５を有している。（好ましくはステンレス鋼からなる）プレート１４の延長部１６は、前記縁部１５内で、シャフト１の上に垂直な縁部１５の位置からシャフト１から水平方向に離れた縁部１５の位置まで９０°にわたって延びる仕切り(barrier)を形成する。仕切り１６は、（垂直に延びる）内側縁部１７ａと（水平に延びる）内側縁部１７ｂとを有する。内側縁部１７ａ，１７ｂは、ベアリング２の支持部を提供する仕切り１６の部分の周囲に延びる別の縁部１８によって接続されている。ベアリング２の支持のための別の手段が設けられてもよいことが認識されるであろう。

円筒状のスクリーン（または網）１９は、シャフト１と共に回転するようにシャフト１に取り付けられた円形端部プレート２０から延びている。スクリーン１９の他端部は、スクリーンをプレート１４に対して回転可能にする図示しない手段によって取り付けられている。

羽根５ないし１２は、スクリーン１９に向かって延びている。（図３において、スクリーン１９の周縁部を表すようにスクリーン１９の一部が破線で示されており、これにより羽根をより明確に見ることができる。また、仕切り１６は明瞭化のために図３から省略されている。）羽根の径方向外側縁部は、バッフル１３の径方向内側表面の近傍まで延びており、その結果、周囲にスクリーン１９が延びている空間は、壁４近傍の装置の端部を除いて互いにほぼ隔離された８つの部分に区画されている。このように、シャフト１、シャフト１に支持された羽根、および、スクリーン１９は、単一ユニットとして回転可能なホイールを構成し、バッフル１３は羽根の径方向外側縁部とスクリーン１９との間に挟まれている。

図２に示される縁部１５，１７ａ，１７ｂ，１８によって画定される開口部は、羽根８，９，１０，１１，１２のいずれかの側でホイールによって保持された水が例えば水路に流れ出る排出口を表す。図２において縁部１７ａ，１７ｂの間の位置にある２つの羽根の間に形成される区画部分は、少なくとも１つの羽根が縁部１７ｂを通過するまでホイールが回転しない限り、仕切り１６の部分に保持されることになる。

図４ないし７を参照すると、これらの図は図１ないし３に示す装置の動作を示している。装置は、図１の壁３，４の間に延びる２つの端部壁２１，２２の間に取り付けられる。４つの壁３，４，２１，２２によって形成される室は、入口２３および出口２４を有する水路から上方に延びている。通常時には、下水などの汚れた水が入口２３から前記室に入って、出口２４から出ていき、水の上面は線２５で表される。スクリーン１９は、十分に高く位置しているため、通常時には水表面２５より上にある。これは図４に表されている。

例えば非常に激しい雨の後である豪雨時には、入口２３から流入する水が、前記室から水を排出する出口２４の能力よりも多くなることがある。このような情況においては、水位２５が図５，６，７に線２６で示される位置まで上昇する。水は水面２６の下に浸っているスクリーン１９のすべての部分を通って流れるが、バッフル１３があるために、水は羽根５，６の間、および、羽根６，７の間のホイール部分にだけ入ることができる。ホイールの残りの部分にも少しの水が漏れ込むことがあるが、このような水は図２に示す開口部から速やかに排出されることになる。その結果、ホイールはアンバランスになり、羽根５，６，７の間に保持された水の重量がホイールに対して矢印２７で示す方向のトルクを与える。これにより、ホイールが図５に示す位置から図６に示す位置に向かって回転する。その位置では、水は、羽根５，６間になお保持されているが、羽根６，７間に形成されるホイール部分からの流出が始まる。羽根６がシャフト１の軸と同じ垂直高さにあるバッフル１３の縁部を通過するまで、羽根５，６，７間の区画部分への水の流入が続く。その後、水は羽根５，１２間の区画部分に流れ込む。ホイールが約３６０°回転したとき、ホイールは図７に示す位置にある。水は、図２に示す開口部に連通するホイールの相互に隔離された区画部分から流れて、図７に示すホイールの位置では、ほぼ全ての水が羽根５，７間に形成される区画部分から排出されている。羽根６の径方向外側縁部が水面２６の下の水中に浸るようになるとすぐに、そのサイクルが繰り返される。

少量の漏れがあったとしても、排出口から排水される全ての水は、スクリーン１９を通過しなければならない。スクリーンで保持される固形物は、前記室内の水に対するスクリーンの比較的速い動作のために、スクリーン１９の表面から洗い流される。水位がホイールの回転軸と同じ垂直高さにあるバッフル１３の縁部の下に下がると、水はホイールに流れ込まず、これによりホイールは停止する。

図１ないし７に示す本発明の実施形態では、ホイールの一端部だけが排水開口部に開放している。しかし、図８に示されるように、本発明の２重端部の実施形態が可能である。図８においては、図１ないし７の実施形態と同じ構成部品について同じ参照符号が使用されている。図８に示す実施形態は、単一のスクリーン１９を備えているが、２つの分離したバッフル１３を支持しており、各バッフル１３はシャフト１によって支持されるがシャフト１と一緒には回転しない。バッフル１３は図８の装置を２つの部分に分けており、一方の部分は壁３の開口部に連通し、他方の部分は壁４の開口部に連通する。

図１ないし８に示す本発明の実施形態では、スクリーン１９は、プレート１４との間に環状の隙間を形成するように示されている。この隙間は、スクリーン１９とプレート１４との間の多量の漏れを防止するために小さいものにするか、または、シールによって閉じられるかのどちらかである。図９は、一つの可能なシール構成を示す。

図９を参照すると、バッフル１３はプレート１４から延びるように示される。スクリーン１９は、バッフル１３の外側で回転する。プレート１４近傍のスクリーン１９の端部は、スクリーン１９の端部から例えば１２ｍｍの距離に位置する環状リング２８によって強化されている。スクリーン１９の端部は、矢印２９で示される寸法の隙間だけプレートから離れている。その隙間は、重合体シール３０によって閉じられている。重合体シール３０は、スクリーン１９の端部に嵌め込まれるとともに、プレート１４に対して延びる柔軟なリップ部３１が形成されている。これにより、スクリーン１９の端部とプレート１４との間の多量の漏れが防止される。

本発明の実施形態は、回転スクリーンと回転羽根部材との間にバッフルが挟まれているというよりは、バッフルがスクリーンの外側に位置すると考えられてもよい。例えば、ホイールシャフトの上に垂直な上部縁部からホイールシャフトの下に垂直な下部縁部まで延びるバッフルは、シャフト軸を通る垂直平面の一方の側に位置するホイールの区画部分だけに水が入るのを確実にする。このような実施形態において、スクリーンの外面に保持された固形物は、バッフルの上部縁部および下部縁部から径方向内側に延びた例えばブラシによって前記下面から掻き落とされてもよい。図１ないし７の実施形態および図８の実施形態と同様に、バッフルは、ホイールをアンバランスにするように水がホイールに入るのを確実にしてもよい。

図１ないし７の実施形態では、バッフルがホイール軸の周囲に２７０°にわたって延びており、プレート１６がホイールの周囲の残り９０°の間のホイール部分内に水を保持する。バッフルは、２７０°より大きいか小さい角度にわたってシャフトの周囲に延びていてもよい。水流にさらされるスクリーンの最大表面積（図１ないし７の実施形態では９０°）、水が排出口に排出される速度、および、ホイールの異なる区画部分に保持された水の異なる重量により生じるアンバランスによってホイールに作用するトルクの大きさの間において、種々の変更(trade off)があってもよい。バッフルの角度範囲およびプレート１６の角度範囲は、特定の適用に応じて適当に調整されてもよい。

本発明の図示された実施形態では、羽根がホイールシャフトから径方向に延びているが、他の構成も可能である。例えば、ホイールに作用するトルクを滑らかにするために、羽根がホイールの回転方向に対して後退角を有してもよい。後退角の羽根構成は、上述した特許明細書第ＷＯ−Ａ−９６−２７４２２号に記載される従来の装置において説明されている。

本発明の実施形態の説明では、濾過装置が室の２つの対向する壁の間に取り付けられたが、他の構成も可能である。例えば、装置は、室の１つの壁の開口部の上に取り付けられてもよいし、片持ち梁状に壁から突出して設けられてもよい。

本発明の第１実施形態の概略水平断面図。 図１の２−２線断面図。 図１に示す実施形態の構成部品の端部斜視図。 第１実施形態の動作を説明する図１の実施形態の構成部品の端面図。 第１実施形態の動作を説明する図１の実施形態の構成部品の端面図。 第１実施形態の動作を説明する図１の実施形態の構成部品の端面図。 第１実施形態の動作を説明する図１の実施形態の構成部品の端面図。 本発明の第２実施形態の図１と同様の概略断面図。 図１の実施形態の一端部に設けられるシール構成を示す図。

符号の説明

１…シャフト
２…ベアリング
３，４…壁
５−１２…羽根
１３…バッフル
１４…プレート
１９…スクリーン
２３…入口
２４…出口

Claims (11)

1. 入口および排出口を形成するハウジング内に取り付けられ、前記入口から前記排出口に流れる液体を濾過するための使用において配置される液体濾過装置であって、
   前記装置は、ほぼ水平な軸を中心に回転可能で前記入口と前記排出口との間の仕切りを形成する透水性のスクリーンと、前記スクリーン内に配置され、それ自身の回転が前記スクリーンの回転を生じさせるように前記スクリーンに連結された回転可能なホイールとを備え、前記ホイールは、周囲に前記スクリーンが配置されている空間を前記排出口を介する場合を除いて互いにほぼ隔離された部分に区画するように前記スクリーンに向かって延びる羽根を有しており、
   前記装置は、前記スクリーンの一部分の近傍に配置されて前記スクリーンの前記一部分を介して前記ホイールに液体が流れ込むのを防止する静止したバッフルをさらに備え、前記バッフルは、他の区画部分よりも前記回転軸を含む鉛直面の一方の側にある区画部分に水が容易に流れ込むように配置されており、これにより前記ホイールに回転を生じさせるように前記ホイールは前記ホイールの区画部分に保持された液体によってアンバランスになることを特徴とする液体濾過装置。
2. 前記ハウジングは、前記排出口と、液体が容易に流れ込むことができる前記ホイールの上部区画部分との間の連通を遮断するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記バッフルは前記スクリーンと前記ホイールとの間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記バッフルは、前記ホイールの下部および前記回転軸を含む鉛直面の一方の側の周囲に延びていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記バッフルは前記回転軸に対して１８０°以上の周囲に延びており、前記バッフルの１つの縁部は上記回転軸の上に位置する一方、前記バッフルの他方の縁部は前記回転軸を含む鉛直面の一方の側に位置することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記バッフルは前記軸の上の鉛直な位置から前記軸から水平に離れた位置まで延びていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記羽根は前記ホイールの回転軸を構成するシャフトから径方向に延びていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 前記羽根は、前記ホイールの回転方向に対して後退角を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
9. 前記シャフトは、室の対向する壁にそれぞれ取り付けられたベアリングの間に延びていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
10. 前記排出口は、前記室の両側の壁に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記装置は、室の１つの壁に片持ち梁状に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。

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