JP5173996B2 - 濾過装置および濾過設備 - Google Patents

Description

本発明は、濾過装置および濾過設備に関する。さらに詳しくは、河川水や地下水などの自然水に含まれる藻や濁泥などの固形不純物を濾過したり、製紙工場その他の工場内の処理水から種々の懸濁物質を濾過するなど、様々な濾過用途に用いられる濾過装置および濾過設備に関する。

特許文献１の従来技術は、水に含まれる不純物を濾過して取り除くための濾過装置である。その構成は、内部を水が通水可能なように、筒形状に形成してある濾過ケースと、濾過ケースの内部において通水方向に所要間隔を以て設けてある一対のフィルターと、一対のフィルターの間において、上部に空間部が形成されるようにして粒状の活性炭を充填した濾過部と、濾過部内において下部側から空間部の方向へ水流を与え、活性炭を濾過部内で遊動させる逆洗浄装置を備えている。逆洗浄装置は、下部側から上部側にかけて窄まった筒形状を有する吸込部材と、吸込部材の内部を通過して上部側に抜ける方向に水流を与える噴射ノズルを備えている。この逆洗浄装置によると、濾材を濾過部内で遊動させることができ、濾材の隙間に詰っている不純物を取り除きやすいという効果がある。

特許文献２の従来技術は、工業用冷却水等の取水用のストレーナ−装置である。その構成は、濾過室の濾過円筒の内空中心部に回転可能に竪設した中空回転シャフトと、濾過円筒の内空部半径方向線上に配置した中空支持腕と、中空支持腕の先端に連通接続固定した翼とからなり、中空回転シャフトに吸引ポンプ付設の吸引管を連通接続し吸引管に吸引固形物沈殿分離タンクを介設してなる逆洗浄装置を設けている。この装置によると、逆洗浄時に翼によって振動を与え、金網に付着した塵等を離脱除去させることができる。

特許文献３の従来技術は、膜ろ過装置で発生した懸濁液の固形分を容易に脱水処理することを目的としている。膜モジュールを備える水ろ過手段、逆流洗浄手段、およびプレコート層形成手段を備える膜ろ過装置において、前記膜モジュールの近くの逆流洗浄水の排出配管に、固液分離装置を配置し、逆流洗浄工程排水を主成分とするプレコート液を固液分離するようにしている。この装置によると、懸濁液の固形分を容易に脱水処理することができる。

しかるに、特許文献１〜３の上記従来例はいずれも逆洗浄手段を備えるもので、濾過装置に逆洗浄手段を組込む結果、装置が大形化する欠陥を解消しえない。また、濾過操業中に定期的に逆洗浄作業をしなければならないので、長期でみたときの濾過効率が劣るという問題がある。

特開２０００−９３７１１号公報 特開２００４−２６８００４号公報 特開２００７−８３１５８号公報

本発明は上記事情に鑑み、逆洗浄手段を組込まなくても網の洗浄が自動的に行えて装置がコンパクトとなり、逆洗浄操作をしなくても長期にわたって高い濾過効率を維持できる濾過装置および濾過設備を提供することを目的とする。

第１発明の濾過装置は、円筒形の濾過網と、その内側に設けた噴射ノズル群とを備え、前記濾過網は浄水を通過させるが固定不純物を通過させない網目を有しており、噴射ノズル群から濾過網に原水を噴射して、浄水を通過させ固形不純物を通過させないで濾過する濾過装置であって、前記濾過網は、垂直な中心軸上に位置すると共に回転駆動源に連結された支軸で、回転可能に支持されており、前記噴射ノズルは濾過網の内面に向けて原水を噴射するように設けられており、前記噴射ノズル群は、上下方向に複数段かつ円周方向に間隔をあけて設けられた複数個の噴射ノズルからなり、前記濾過網の上下に延びる濾過面に対し、前記噴射ノズル群の原水噴射角度は下向きの角度で傾斜しており、前記噴射ノズル群は、該噴射ノズル群から噴射される噴射水形状が濾過網に対して連続して螺旋状になるように配置されていることを特徴とする。
第２発明の濾過装置は、第１発明において、前記噴射ノズル群の各噴射ノズルが原水を噴射するときの噴射水形状は、平面視で略三角形であり、断面が長四角形であって、かつ該長四角形は一端が高く他端が低くなるように傾斜しており、前記円筒形の濾過網の回転方向は、前記噴射水形状における長四角形断面の高さが高い一端側から高さが低い他端側に向けて変移する方向であることを特徴とする。
第３発明の濾過装置は、第２発明において、前記噴射ノズル群の各噴射ノズルは、前記濾過網の円周方向に沿って間隔をあけて取付けられており、かつ隣り合う噴射ノズルから噴射される噴射水形状の断面である長四角形は、平面視で見て濾過網の内面において、連続して一周分を形成するようになっていることを特徴とする。
第４発明の濾過設備は、第１発明の濾過装置が複数台配置され、該複数台の濾過装置がケーシングで囲まれており、各濾過装置における円筒形の濾過網の外周には、半径方向外側に延びた羽根が取付けられていることを特徴とする。

第１発明によれば、つぎの効果を奏する。
ａ）回転駆動源で回転している状態の円筒形の濾過網に対し、噴射ノズルから原水が濾過網の内面に向け噴射されると、濾過網に対し原水が噴射ノズルから下向きに噴き付けられ、しかも、濾過網と噴射ノズルの相対位置は変化するので、いったん原水中の固形不純物が網面に付着しても、その後で噴き付けられる原水によって下方にたたき落とされる。
ｂ）噴射ノズルから噴射される噴射水は直線状に飛ぶので、背面側の圧力が常時高くなっており、原水の濾過網による濾過作用も高く、また濾過網内面に付着した固形不純物をたたき落とす作用も強くなるので、瞬間的にも長期的にも濾過効率を高く維持できる。
ｃ）噴射ノズル群から噴射される噴射水形状が濾過網に対して連続した螺旋状となるので固形不純物の分離残しが濾過網の全面積で生じない。このため逆洗浄を要することなく、長期にわたって濾過効率を高く維持できる。
ｄ）このような原水の噴射による不純物除去作用により、逆洗浄を要することなく濾過網の目詰まりを解消でき、逆洗浄手段を組込む必要がないので濾過装置をコンパクトにできる。
第２発明によれば、円筒形の濾過網の回転方向からみると噴射水形状の長四角形断面が傾斜しており、高さが高い方から噴射水が衝突し始め高さの低い噴射水が後から衝突するので、網目に付着している固形不純物は常時下向きの力を受けることになる。このため、濾過網から固形不純物を除去する効率が高くなる。
第３発明によれば、複数本の噴射ノズルから噴射される噴射水が濾過網の内面に対して連続して衝突するので、円周方向での固形不純物の分離残しが生じにくい。このため逆洗浄を要することなく、長期にわたって濾過効率を高く維持できる。
第４発明によれば、複数台の濾過装置のうち１台でも回転駆動源で回転させると、濾過網の外周の羽根がケーシング内の水をかき混ぜて他方の濾過装置の濾過網に対し外側から内側への水圧をかけるので、逆洗浄ができる。このため、濾過網に詰りが生じたときは、濾過設備自体の運転で逆洗浄が行えるので、逆洗浄手段を設ける必要がない。

本発明の一実施形態に係る濾過装置の要部側面図である。 噴射ノズルの噴射水形状の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 噴射ノズルの説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線横断面図である。 図１の濾過装置Ａ１，Ａ２を用いた濾過設備Ｂの全体側面図である。 図４のＶ−Ｖ線矢視横断面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、図１に基づき本発明の濾過装置Ａの要部を説明する。
１は濾過網で円筒形に作られている。円筒形の上部には天板１ａが取付けられ、その中心には垂直な支軸１ｂが取付けられている。この支軸１ｂには後述する回転駆動源が連結され、濾過網１は垂直な中心軸まわりに回転するようになっている。

前記濾過網１の円筒形の中心位置には、原水導入管２が上下方向に延びるように立てて設けられている。この原水導入管２は、上端が塞がれ、底部から矢印ａで示すように、原水が導入されるようになっている。

図２に示すように、原水導入管２の外周には複数本の噴射ノズル３からなる噴射ノズル群３Ａ〜３Ｃが取付けられ、各噴射ノズル３は前記濾過網１の円周方向に沿って等間隔に取付けられている。図示の実施形態では、１周１２本で一群のノズル群を構成しているが、１２本より少なくてもよく、多くてもよい。この本数は濾過網１の直径や噴射ノズル３の噴射量などから任意に選択すればよい。

また、図１に示すように、前記噴射ノズル群３Ａ〜３Ｃは、原水導入管２の外周において上下方向に複数段設けられている。図示の実施形態では３段の噴射ノズル群３Ａ〜３Ｃを設けているが、３群より少なくてもよく多くてもよい。この段数は濾過網１の上下寸法などに基づき任意に選択すればよい。

図３は噴射ノズル３のノズル部の一例を示している。原水を通すパイプ３０の上端にはナット３１が溶接等で固定されており、ナット３１の一部にはハの字状に切り欠いた切り欠き３２が形成されている。そして、このナット３１の内部にボルト３３をねじ込んでいる。３４はボルト３３のロックナットである。切り欠き３２の形状がハの字状であることによって、図２（Ａ）に示すように噴射水形状Ｗｓの平面形状を略三角形にすることができる。

また、ボルト３３の底端と切り欠き３２の下面は平行になるので、図２（Ｂ）に示すように噴射水形状Ｗｓの断面は長四角形となる。そして、ボルト３３のねじ込み量によって、噴射水形状Ｗｓの断面の厚さを、厚くも薄くも自在に調節することができる。

図１に示すように、各噴射ノズル３は、円筒濾過網１の半径方向に延びる垂直面内で、角度θ１で傾斜しているので、原水噴射角度θは濾過網１の上下に延びる濾過面に対し、下向きに傾斜している。
また、各噴射ノズル３は円筒濾過網１の周方向平面内で、角度θ２で傾斜している。この傾斜は、噴射ノズル３の上端が下端よりも円筒濾過網１の回転方向下流に向くようになっている。

このため、図２（Ｂ）に示すように、噴射ノズル３が原水を噴射するときの噴射水形状Ｗｓの断面は長四角形であって、かつ長四角形は一端ｏｅが高く他端ａｅが低くなるように傾斜している。そして、濾過網１の回転方向Ｒは、噴射水形状Ｗｓにおける長四角形の高さが高い一端ｏｅから高さが低い他端ａｅに向けて変移する方向となっている。

上記構成の濾過装置Ａにおいて、原水の濾過は、つぎのように行われる。
円筒形の濾過網１を回転させつつ、原水導入管２に供給された原水は噴射ノズル３から濾過網１に噴射される。この結果、水分は濾過網１を通り抜けて外側に出ていき、不純物等は濾過網１を通過できないので、そのまま落下していく。このため、原水の濾過が行える。

上記の濾過作業がある時間経過すると、濾過網１の内面には不純物が付着して、網目が詰ってくるが、本発明では、以下の要領で不純物をたたき落とす洗浄が行われる。
この洗浄作用の詳細は以下のとおりである。図１および図２を参照して説明する。

１）濾過網１の上下に延びる濾過面に対し、噴射ノズル３の原水噴射角度θは下向きに傾斜していることから濾過網１に対して原水が下向きに傾斜して噴き付けられる。しかも、噴射ノズル３は固定されているので、噴射水は直線状に飛ぶことから背面側の圧力が常時高くなる。そして、濾過網１は回転することにより、原水との衝突位置は変化するので、いったん原水中の固形不純物が網面に付着しても、その後で噴き付けられる原水によって下方にたたき落とされる。

２）噴射ノズル３が原水を噴射するときの噴射水形状Ｗｓは、断面が長四角形であって、かつ円筒形の濾過網１の回転方向Ｒは、噴射水形状Ｗｓの長四角形断面の高さが高い一端ｏｅから高さが低い他端ａｅに向けて変移する方向である。このため、高さが高い方から噴射水が衝突し始め高さの低い噴射水が後から衝突するので、網目に付着している固形不純物は常時下向きの力を受けることになる。このため、濾過網から固形不純物を除去する効率が高くなる。

３）複数本の噴射ノズル３は原水導入管２の外周で円周方向に沿って等間隔に取付けられており、かつ隣り合う噴射ノズル３から噴射される噴射水形状は、平面視で見て濾過網１の内面において連続して一周分を形成する。複数本の噴射ノズル３から噴射される噴射水形状が濾過網の内面において連続することから、固形不純物の分離残しが生じにくい。

４）噴射ノズル群３Ａ〜３Ｂにおける各段の噴射ノズル３から噴射される噴射水は、濾過網１の内面において螺旋状に連続するようにつながっている。すなわち、図１の上段の噴射ノズル３ａ、中段の噴射ノズル３ｂおよび下段の噴射ノズル３ｃから出た噴射水は濾過網１内面において、螺旋状につながっている。逆にいうと、このような螺旋状のつながりが発生するように各噴射ノズル３・・・が原水導入管２の外周に取付けられている。このような噴射水形状のつながりは、他の噴射ノズル３，３・・・においても同様である。このため、回転する濾過網１の周方向と上下方向において固形不純物の分離残しが濾過網の全面積で生じない。このため逆洗浄を要することなく、長期にわたって濾過効率を高く維持できる。

つぎに、図１の濾過装置Ａを用いた濾過設備Ｂを説明する。
図４および図５は図１の濾過装置Ａ１、Ａ２を２台組込んだ濾過設備Ｂである。
この濾過設備Ｂでは、平面視で楕円形のケーシング１０の中に２台の濾過装置Ａ１、Ａ２が並んで配置されている。モータ５と減速器からなる回転駆動源はケーシング１０の天板１１に固定されている。ケーシング１０の側壁１２は概ね、楕円形であって、２台の濾過装置Ａ１、Ａ２を囲んでいる。

一方、各濾過装置Ａ１、Ａ２における円筒形の濾過網１の外周面には、半径方向外側に延びる複数枚の羽根６が円周方向で等間隔に取付けられている。この羽根６は本発明において必須ではないが、設けておくと、２台の濾過装置の一方Ａ１だけでも回転させると、ケーシング１０内で循環する水流が生じるので、それによって他方の濾過装置Ａ２の濾過網１に対し外側から内側に向けた水圧をかけることができ、これにより濾過網１の逆洗浄をすることができる。なお、他方の濾過装置Ａ２も低回転で良いから回転させると濾過網１の全面を逆洗浄することができる。

２個の濾過網１の羽根６の下方には、円形に形成された仕切板１４が、それぞれ立設されている。この仕切板１４は、濾過網１の外径より少し大きく、羽根６の外縁より少し小さい直径である。そして、２個の円形の仕切板１４とケーシング１０の側壁との間は底板１３で塞がれている。

そして、２個の仕切板１４の間の底板１３には、仕切板１４の外周部、すなわちケーシング１０との間に洗浄水を取り出すための取出管１６が接続されている。
前記仕切板１４の内側の底は開放されており、その下方には排出シュート１５が配置されている。

図４の濾過設備Ｂを運転するときは、原水パイプ１７から原水導入管２に原水を導き噴射ノズル３から原水を回転している濾過網１に向けて噴射する。
すると、濾過網１を通り抜けた浄化水は仕切板１４の外に貯められてから取出管１６を経て、外部に取り出すことができる。

原水に含まれていた固形不純物は、濾過網１の内面に当って、そのまま落下するか、あるいは濾過網１の内面に付着しても、後から噴射される原水で下向きにたたき落とされる。そして、仕切板１４の内側は底がないので、固形不純物はそのまま落下して、シュート１５に排出される。

このようにして、本実施形態の濾過設備によれば、原水中の懸濁物質や固形不純物等の不純物を濾過水と分離することができる。
そして、本発明によると、濾過設備自体の運転で逆洗浄が行えるので、逆洗浄手段を設ける必要がなく、濾過装置をコンパクトにでき、しかも長期にわたって濾過効率を高く維持できる。

つぎに、本発明の他の実施形態を説明する。
前記実施形態の濾過装置Ａでは、噴射ノズル３を固定し、濾過網１を回転させたが、反対に噴射ノズル３を原水導入管２ごと回転させ、濾過網１を固定しておいてもよい。要するに噴射ノズルと濾過網の相対位置が変化するものであれば、本発明に含まれる。
この実施形態でも、逆洗浄を要しない濾過装置が得られる。

前記濾過設備Ｂでは、濾過装置Ａ１，Ａ２の２台を備えていたが、これを３台以上備えたものであってもよい。このような実施形態でも、基本的には逆洗浄を要しない濾過ができ、しかも場合により逆洗浄を行うこともできる。

１ 濾過網
２ 原水導入管
３ 噴射ノズル
６ 羽根
１０ ケーシング
１３ 底板
１４ 仕切板

Claims (4)

1. 円筒形の濾過網と、その内側に設けた噴射ノズル群とを備え、前記濾過網は浄水を通過させるが固定不純物を通過させない網目を有しており、
   噴射ノズル群から濾過網に原水を噴射して、浄水を通過させ固形不純物を通過させないで濾過する濾過装置であって、
   前記濾過網は、垂直な中心軸上に位置すると共に回転駆動源に連結された支軸で、回転可能に支持されており、
   前記噴射ノズルは濾過網の内面に向けて原水を噴射するように設けられており、
   前記噴射ノズル群は、上下方向に複数段かつ円周方向に間隔をあけて設けられた複数個の噴射ノズルからなり、
   前記濾過網の上下に延びる濾過面に対し、前記噴射ノズル群の原水噴射角度は下向きの角度で傾斜しており、
   前記噴射ノズル群は、該噴射ノズル群から噴射される噴射水形状が濾過網に対して連続して螺旋状になるように配置されている
   ことを特徴とする濾過装置。
2. 前記噴射ノズル群の各噴射ノズルが原水を噴射するときの噴射水形状は、平面視で略三角形であり、断面が長四角形であって、かつ該長四角形は一端が高く他端が低くなるように傾斜しており、
   前記円筒形の濾過網の回転方向は、前記噴射水形状における長四角形断面の高さが高い一端側から高さが低い他端側に向けて変移する方向である
   ことを特徴とする請求項１記載の濾過装置。
3. 前記噴射ノズル群の各噴射ノズルは、前記濾過網の円周方向に沿って間隔をあけて取付けられており、かつ隣り合う噴射ノズルから噴射される噴射水形状の断面である長四角形は、平面視で見て濾過網の内面において、連続して一周分を形成するようになっている
   ことを特徴とする請求項２記載の濾過装置。
4. 請求項１の濾過装置が複数台配置され、
   該複数台の濾過装置がケーシングで囲まれており、各濾過装置における円筒形の濾過網の外周には、半径方向外側に延びた羽根が取付けられている
   ことを特徴とする濾過設備。

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