JP5886964B2 - フィルタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、濾過される流体のためのフィルタ入口と濾過された流体のためのフィルタ出口とを有するフィルタハウジング内に受容可能な複数のフィルタエレメントを有するフィルタ装置であって、濾過や逆洗のためにフィルタエレメントを双方向に流れが通過し、同時に少なくとも１つのフィルタエレメントが濾過を実行し、活性フィルタ面をクリーニングするために少なくとも１つの別のフィルタエレメントが逆洗機構によって逆洗可能であり、その逆洗機構は逆洗処理をサポートするための圧力制御機構を備え、圧力制御機構は圧力制御要素を有すると共に、逆洗処理中、フィルタ入口とクリーニングされるべきフィルタエレメントとの間の流体接続部における流体流れが圧力制御要素によって制御可能な上記フィルタ装置に関する。

この種のフィルタ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。その既知装置には円錐形のフィルタエレメントが、特に、所謂“スロット付きスクリーンパイプエレメント”の形態で設けられている。その円錐型デザインにより、個々のスロット付きスクリーンパイプ間の間隔は各部位において増加し、その結果フィルタハウジングの渦巻きも又、増大する。逆洗の場合、円錐型フィルタエレメントは円筒形フィルタエレメントよりも明確な利点を有する。この１つの理由に、同一のフィルタ面を持つ円筒状フィルタエレメントに比べて、下端でのフィルタエレメントの出口断面が比較的大きいことがある。何故なら、下端での出口断面が大きければそれだけ逆洗流体によって汚染物質を排出することが容易になるからである。圧力制御機構の圧力制御要素は、逆洗処理をサポートするために逆洗中のフィルタエレメントへの未濾過物の流れを制御し、その円錐形状により一層小さな開口断面を有する関連フィルタエレメントの上方開口端に割り当てられる。

従って、既知装置では、フィルタエレメント上に未濾過物を供給するためのフィルタ入口が配置されているため、濾過中では、より小さな開口断面を有する開口部を介して未濾過物がフィルタキャビティ内に流入し、それは流動抵抗という観点では最適とは言えない。

欧州特許第２２０７６０９号

従来技術の観点から、本発明の目的は、処理中に改善された流動特性によって特徴付けられるフィルタ装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的は全体として請求項１の特徴を備えるフィルタ装置によって達成される。

本発明の基本的な特徴は、請求項１の特徴部分によれば、フィルタハウジングのフィルタ入口とクリーニングされるべき各フィルタエレメントとの間にある流体接続部は、エレメント穴を有する接続チャンバを備え、そのエレメント穴の夫々は各フィルタエレメントの未濾過側を形成するフィルタキャビティの開口端に接続可能であり、濾過中において前記接続チャンバ内に未濾過物を流入させる流体経路が設けられ、さらに既知装置の場合にもあるように、逆洗を補助する吸引効果がクリーニング対象のフィルタエレメントの未濾過側に生じるように、クリーニング対象のフィルタエレメントに対応するエレメント穴を通る未濾過物の流れは圧力制御要素によって制御可能であるということである。この目的を達成するために、フィルタハウジングのフィルタ入口の直接接続により、未濾過物は比較的小さな開口断面を有するフィルタキャビティ上端を通らず、むしろ接続チャンバから通り、そのエレメント穴はフィルタエレメントの未濾過側に接続されているため、濾過処理中、未濾過物の流れがより小さい断面の開口部を通ってフィルタキャビティ内に流れ込むようにハウジングのフィルタ入口を配置する必要性がなくなる。このため、より大きな断面を有する下方開口部が濾過用流体入口を形成するようにフィルタ入口を配置することが可能になり、低流動抵抗を伴う向上した流動状態が達成される。

夫々の逆洗作業の枠の中で洗浄性能を向上するため、逆洗対象エレメントにおいて接線流（直交流）を上部から底部へと非常に高い流速で流すことは特に好ましいものであり、それはバイパス接続の方法において特筆すべき洗浄結果を導く。圧力制御機構によってエレメント穴を閉じることは、システムにおいてある種の圧力サージを導くことになり、エレメントに残留する如何なる粒子汚染も圧力サージによってエレメントからパルス式に除去されることになる。全体としては、クリーニング対象となるフィルタ面にある種の自由噴流効果があり、接線方向で見れば吸引を伴ったある種のせん断層が存在する。

本発明による装置は、船舶のバラスト水システムに特に適しており、本来水中には常在しないような外来微生物、植物等の好ましからざる侵入を回避するものである。従来の自動フィルタでは、装置の濾過側と逆洗ラインとの間の差圧Δｐは、それによってその程度まで制限されるというクリーニング結果を決定するものであり、それは圧力制御機構を有する本発明の解決策に伴うものではない。何故なら、本発明の場合、Δｐの一層高い差圧が確実に制御可能であるからである。接続チャンバにより大量の接線洗浄用流体が最初の洗浄段階において利用でき、それは同様に装置の洗浄性能を向上する。

追加として高いレベルの汚染進入を伴う逆洗処理を持った従来システムと比較した場合、エレメントが定期的な手動洗浄を必要とする程の閉塞状態となることはもはや不可能であり、むしろ圧力制御機構を用いたパルスクリーニングは、増加する汚染を制御して、常時エレメントを成功裏にクリーニングするには常に充分であることが分かっている。本発明による解決策は又、船舶で見られるような非常に長い逆洗処理を行うことができ、理想的にフィルタエレメントはかなり低い濾過圧力で洗浄される。各装置は夫々独立して標準化された部品から構成することができ、この点では様々な用途に容易に適応できるモジュラーシステムにつながるものである。

濾過中において、フィルタエレメントのフィルタキャビティは未濾過側となるために、未濾過側を成すフィルタキャビティの開口端と接続チャンバのエレメント穴は、接続チャンバ内へ未濾過物が流入するための流体通路部分を形成することができる。

変形実施形態では、流体通路が、フィルタ入口を接続チャンバに接続するバイパスラインを持つような配置構造になるかもしれない。加えて、バイパスラインにおいては、未濾過物の流入を促進するようなポンプを設けることができ、必要なら逆洗開始時、適当な強さの未濾過物の流れが提供されるようにポンプを制御することも可能である。

好ましい実施形態では、別個の圧力制御要素に対し接続チャンバの各エレメント穴が割り当てられる。

或いは、エレメント穴に対し共同で割り当てられた圧力制御要素を設けることができ、逆洗されるべき各フィルタエレメントのエレメント穴と作動連結した状態にある変位機構によって圧力制御要素を移動させることも可能である。

特に好ましい実施形態では、各圧力制御要素は空気圧で作動する遮断弁である。フィルタ装置の作動のため、この種のフィルタ装置が頻繁に使用されるような設備や建造物に頻繁に装着されるように圧縮空気源を使用できることが好ましい。

特に好ましい実施形態では、フィルタエレメントは、フィルタカートリッジの形、特にスロット付きスクリーンパイプエレメントの形態でフィルタハウジングの中で垂直方向に配置され、未濾過側を形成するそのフィルタキャビティの上方開口端は、濾過中は接続チャンバのエレメント穴に接続され、フィルタエレメントは、それらの濾過中空チャンバの開口した下端において流入空間に隣接し、この空間内にフィルタハウジングのフィルタ入口が開口して未濾過物を供給する。濾過処理の間、より大きな断面を有するフィルタエレメントの下方開口部は、フィルタハウジングの流入空間から流れる未濾過物の入口開口部を形成する一方、逆洗対象となる各フィルタエレメントの下方開口部は汚染物を含んだ逆洗流体を排出するための出口開口部を形成する。代替実施形態において、少なくとも１本のバイパスラインは又、流体を誘導する形、好ましくはフィルタカートリッジに平行な構造で、流入空間を接続チャンバに接続することができる。

逆洗処理のため、クリーニングされるべき各フィルタエレメントのフィルタキャビティの開口下端は、逆洗ラインに接続しても良く、その場合、逆洗ラインを介して逆洗中に汚染された流体が排出され、逆洗ラインは弁機構によって随意に閉じたり解放したりすることができる。

以下、図面に示した実施形態を参照し、本発明をより詳細に説明する。

本発明の実施形態の縦断面をノンスケールで概略的に示した図である。 図１のIIで示した部分の図１の部分的拡大図である。 選択されたフィルタエレメントの逆洗を実行する前の流動パターンを示した、図１のそれに類似する図である。 選択されたフィルタエレメントの逆洗中の流動パターンを示した、図３のそれに類似する図である。 図４のＶで示した部分だけの図４の拡大図である。 図５とほぼ同じスケールの、変更実施形態による装置の上部の部分的破断面図である。 先の図面よりも小さいスケールの更なる変更実施形態の縦断面図である。

図１〜図５に示すフィルタ装置は、本体３と上方カバー部５と下方ハウジングクロージャ７を有する円筒状のフィルタハウジング１を有している。中間底９はこのハウジングクロージャと本体３の間に位置する。カバー板１１がハウジング本体３とカバー部５の間を延びる。図面が示すように、これらの部品はフランジ接続部１３によって互いにフランジが付けられている。中間底９は、フィルタ入口１９を介して未濾過物が流入可能なハウジングクロージャ７内側の流入空間１７から、本体３内に位置して濾過空間のクリーン側を成す内方空間１５を分割する。濾過空間１５からの濾過物送達のために設けられるフィルタ出口２１はハウジング本体３の中央域に配置される。

中間底９は、フィルタカートリッジ式のフィルタエレメント２３のためのエレメント容器を形成し、本例では同エレメントは円錐状のスロット付きスクリーンパイプエレメントとなる。フィルタエレメント２３の内方フィルタキャビティが中間底９にある貫通路２５を介してハウジングクロージャ７の流入空間１７、即ち未濾過空間に接続されるように、大径のエレメント下端が、エレメント容器として作用する中間底９上に適合される。フィルタエレメント２３はフィルタハウジング１の中心軸に同心の円弧に沿って互いに間隔をおいて配置される。図６に示した実施形態ではフィルタエレメントは又、複数の円弧に沿う組になって配置される。

中間底９とは反対側にあるフィルタエレメント２３の上方開口端は、カバー板１１に形成されたエレメント穴２７に接続され、さらにエレメント穴はカバー板１１とカバー部５の間に位置する接続チャンバ２９の開口部を形成する。図２を参照するとより明確にわかるが、これはオーバフローダクトを形成するものであり、同ダクトはエレメント穴２７を通じてフィルタエレメント２３のフィルタキャビティ同士を相互に接続する。濾過時、フィルタキャビティは流入空間１７を介して未濾過物用フィルタ入口１９に接続されるため、接続チャンバ２９は未濾過空間となる。

濾過処理状態にある時の流動パターンが、全部は番号付けしていないが図１と図２の流動矢印３１で示されており、ここでは侵入したものが中間底９の貫通路２５を通ってフィルタエレメント２３の内方フィルタキャビティに流入し、さらにフィルタエレメント２３を通過して、その内側から外側へと濾過空間１５に向かって流れ、そこから濾過されたものがフィルタ出口２１を経て外に出る。クリーニングされるべきフィルタエレメント２３に逆洗処理を実行するために、外側へと導く逆洗ライン３５に接続された可動逆洗アーム３３が、クリーニングのために選択されたフィルタエレメント２３の貫通路２５に接続される。逆洗ライン３５は弁機構３７によって選択的に閉止・解放することができる。適切な逆洗位置に逆洗アーム３３を移動するために駆動装置が設けられ、それにより逆洗アーム３３は、フィルタエレメント２３の配置に沿った円弧状に旋回することができる。駆動機構はカバー部５上に設置された駆動モータ３９を有し、フィルタハウジング１と同軸状に配置された駆動シャフト装置４１を介して逆洗アーム３３を駆動する。

逆洗処理を容易にするため、逆洗機構は圧力制御機構を有し、同機構は圧力制御要素によって、クリーニングされるべきフィルタエレメント２３の未濾過側を形成するフィルタキャビティ内に吸引効果を生成する。これは、逆洗アーム３３がクリーニング対象のフィルタエレメント２３と並ぶような形でなされるが、図の例ではそれは各フィルタエレメント２３の左側に位置した状態で見ることができる。弁３７を開口させることにより逆洗ライン３５が解放された後は、接続チャンバ２９によるオーバフロー効果の結果として、選択されたフィルタエレメント２３内では未濾過物の流れが生じ、それは上方エレメント穴２７から中間底９の貫通路２５を経て逆洗アーム３３へと流れる。圧力制御機構の可動圧力制御要素により、その流速は、流体力学的吸引効果がフィルタキャビティ内に生じるように対応エレメント穴２７における絞りを調整することにより減速される。

図３〜図５は機能の対応配列を示している。本例では圧力制御機構は、可動弁体４５を有した圧力制御要素としての空気圧作動遮断弁４３を有し、その弁体によって対応フィルタエレメント２３の各エレメント穴２７の絞りが制御可能となっている。本例では、弁体４５は、カバー板１１のエレメント穴２７の端縁部との組み合わせることで、ある種の円板弁を形成する。その結果、遮断弁４３を閉じることによって流れは急激に妨害され、圧力サージという形での吸引効果が生まれる。弁を急激及び／又は完全に閉じる代わりに、流れを完全に止めずにむしろを絞り込むことで所望の流量減速を達成することができる。

既に記述したように、図１及び図２は処理の際の濾過作用を示しており、図２においてより明確にわかるように、全フィルタエレメント２３のエレメント穴２７は開放状態にある。このため、それ自身の遮断弁４３に各エレメント穴２７を割り当てるようにした遮断弁４３の弁体４５は、図１及び図２に示すように上昇位置にある。逆洗処理を開始するためには、選択されたフィルタエレメント２３のエレメント穴２７の遮断弁４３が閉じられ、逆洗アーム３３が中間底９の選択されたフィルタエレメント２３の貫通路２５に並べられて、逆洗ライン３５が弁機構３７によって解放される。選択されたフィルタエレメント２３の遮断弁４３を短時間開くことにより、接続チャンバ２９からフィルタキャビティを介して逆洗ライン３５へと向かう未濾過物の流れが起こる。この作動状態は図３に示されている。図４及び図５は、遮断弁４３の事前の短時間の開口による流動遮断状態を示しており、実線の流れ矢印４７が示すように、ハウジング空間１５から流入する濾過物に対して吸引効果をもたらすことになる。これにより、クリーン側にかかる圧力は逆洗用として利用されるだけでなく、増加した圧力勾配も又、フィルタエレメント２３の洗浄に利用でき、その結果、弁機構３７が開いた際には頑固な汚染物さえもクリーニングでき逆洗ライン３５を介して排出することができる。

図１〜図５の例では、圧力制御機構としての別個の遮断弁４３に対して各フィルタエレメント２３のためのエレメント穴２７が割り当てられる。空気圧作動の遮断弁４３は夫々、空気圧シリンダ５１を有し、同シリンダは関連する弁体４５のためにピストンロッド５５によって移動可能なピストン５３を有している。

図６の実施形態では、フィルタエレメント２３は２つの円弧に沿って配置されることで、カバー板１１には２つの孔サークルが配置され、それらが接続チャンバ２９のエレメント穴２７を形成する。しかしながら、図６は、外側の孔サークルに割り当てられた２つのフィルタエレメント２３を示すのみである。上述した例との比較において更なる違いは、唯一の遮断弁４３に対して夫々の孔のサークルが割り当てられているということである。これらの空気圧作動弁４３の夫々は弁ステム５７上に配置され、同ステムは逆洗アーム３３と共に駆動モータ３９によって回転され、そこでは制御と作動が空気圧ライン５９によってなされると共に、図６からは見ることはできないがフィルタエレメント２３の各列に対して逆洗アーム３３が設けられる。尚、機能は上述した例のそれに対応している。

図７は更なる実施形態を示しており、図６の例と異なる点は、濾過時において接続チャンバ２９内に未濾過物を流入させる流体通路は、接続チャンバ２９内のエレメント穴２７、即ちフィルタエレメント２３の内方フィルタキャビティの外側で独占的に作られず、それに加えた形で、フィルタ入口１９と接続チャンバ２９を接続してバイパスを成したものが流体通路として提供される。図７の例では、この目的のために外部バイパスライン６３が設けられ、そのラインはハウジングの外側に沿って延び、その中には流れをサポートするためにポンプ６５も配置されている。

図面には示されていないが、外部バイパスライン６３の代わりに、少なくとも１本の分岐ラインをハウジング本体３の内部であって、下方流入空間１７と接続チャンバ２９の間に設けることも可能である。

図６及び図７の例では、弁ステム７５にある単一の遮断弁４３に対してエレメント穴２７を有するサークルの各孔が割り当てられているが、各エレメント穴２７に対して固定状態の遮断弁４３を設け、オーバフローが起こった場合には、旋回可能な弁アーム５７が閉じ力に対抗してこれらの固定遮断弁４３を開放位置へと機械的に移動させても良い。さらに、図示した空気圧作動の代わりに、例えば油圧アクチュエータや電動弁アクチュエータを設けるようにしても良い。

Claims (11)

1. 濾過される流体のためのフィルタ入口（１９）と濾過された流体のためのフィルタ出口（２１）とを有するフィルタハウジング（１）内に受容可能な複数のフィルタエレメント（２３）を有するフィルタ装置であって、該フィルタ装置内では、濾過又は逆洗のためにフィルタエレメント（２３）を双方向に流れが通過することができ、同時に少なくとも１つのフィルタエレメント（２３）が濾過を実行し、少なくとも１つの別のフィルタエレメント（２３）はその活性フィルタ面をクリーニングするために逆洗機構によって逆洗可能であり、その逆洗機構は逆洗をサポートするための圧力制御機構（４３）を備え、該圧力制御機構は圧力制御要素（４５）を有すると共に、逆洗処理中はフィルタ入口（１９）とクリーニングされるべきフィルタエレメント（２３）との間の流体接続部における流体流れは前記圧力制御要素によって制御可能であり、
   前記流体接続部はエレメント穴（２７）を有する接続チャンバ（２９）を備え、前記エレメント穴の夫々は各フィルタエレメント（２３）の未濾過側を形成するフィルタキャビティの開口端に接続可能であり、濾過中において前記接続チャンバ（２９）内に未濾過物を流入させる流体経路（２７；６３）が設けられ、さらにクリーニングすべきフィルタエレメント（２３）に対応する前記エレメント穴（２７）を介する未濾過物の流れは、前記圧力制御要素（４５）によって制御可能である、フィルタ装置において、
   前記各圧力制御要素は、突然の遮断処理を可能にする遮断弁（４３）を備えることを特徴とするフィルタ装置。
2. 未濾過側を形成する前記フィルタキャビティの前記エレメント穴（２７）は、前記接続チャンバ（２９）への未濾過物の流入のための流体経路部分を形成することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
3. 前記流体経路は、前記フィルタ入口（１９）を前記接続チャンバ（２９）に接続するバイパスライン（６３）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ装置。
4. 前記バイパスライン（６３）内への未濾過物の流入を促進させるポンプ（６５）が設けられることを特徴とする請求項３に記載のフィルタ装置。
5. 各エレメント穴（２７）は、それ自身の圧力制御要素（４５）に割り当てられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
6. 複数のエレメント穴（２７）に対して合同で割り当てられた圧力制御要素（４５）が設けられ、該圧力制御要素は、逆洗される各フィルタエレメント（２３）のエレメント穴（２７）と作動連結状態にある変位機構（４１、５７）によって移動可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
7. 前記遮断弁（４３）は空気圧で作動されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
8. 前記フィルタエレメント（２３）は、フィルタカートリッジの形で前記フィルタハウジング（１）の中で垂直方向に配置され、未濾過側を形成するそのフィルタキャビティの上方開口端は、濾過処理中は前記接続チャンバ（２９）のエレメント穴（２７）に接続され、フィルタエレメントの下方開口端は流入空間（１７）に隣接し、この空間内には未濾過物の供給のため、フィルタハウジング（１）のフィルタ入口（１９）が開口することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
9. 逆洗処理のため、クリーニングされる各フィルタエレメント（２３）のフィルタキャビティの下方開口端は逆洗ライン（３５）に接続可能であり、このラインによって逆洗中に汚染流体が排出されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルタ装置。
10. 前記逆洗ライン（３５）は、弁機構（３７）によって随意に閉塞・解放可能であることを特徴とする請求項９に記載のフィルタ装置。
11. 前記逆洗機構は可動な逆洗アーム（３３）を有し、そのアームは駆動機構（３９、４１によって、クリーニングされるフィルタエレメント（２３）の下方開口端に接続可能であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のフィルタ装置。

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