JP6740958B2 - 流体の濾過装置 - Google Patents

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Description

本発明は、配管内の流体に含有される微細な異物を濾過する流体の濾過装置に関するものであり、特に、微細な水砕スラグを含有する水砕装置の流水路における流体の濾過装置に関する。
配管内に流体を通して移送することは、一般的に利用される手段である。配管に流体を通して移送する際、流体中に微細な異物が含まれると、配管内面の摩耗等の問題が生じるおそれがある。また、微細な異物が配管に付着、凝集しやすい性質を有する物質である場合には、配管内面に付着、凝集して流体の抵抗を上昇させ、さらには配管閉塞の原因となることもある。従って、流体に微細な異物が含まれる場合には、なるべく早く除去することが好ましい。
一般的に配管内の流体中の異物を除去する方法としては、配管経路にストレーナーを設置し、当該ストレーナーで異物を除去するとともに、所定のタイミングでストレーナーを清掃することが行われている。しかしながら、流体中の異物の量がある程度多い場合には、ストレーナーの清掃の頻度が高くなり、作業量が大きくなるという問題がある。
図1は、高炉スラグの水砕製造装置の模式図である。図1に示す高炉スラグの水砕製造装置では、高炉10から排滓された高温の高炉スラグを流す溶滓樋12の先端に吹製函14が設けられており、ここに流れ込む高炉スラグに多量の水42を噴射して粉状の水砕スラグ44を含有する水スラリー40としている。水スラリー40は、水砕槽20に貯留された後に脱水機22に導入されて水42と水砕スラグ44とに分離される。分離された水砕スラグ44は、コンベア32で製品槽34に搬送され、その後、セメント原料に用いられる。分離された水42は温水槽24へ送られ、流体ポンプ26で冷却塔28へ送られて冷却される。冷却された水42は、流体ポンプ30で吹製函14に送られ、再び、高温の高炉スラグに噴射される。高炉スラグの水砕製造装置では、このように水が循環使用されている。
脱水機22で水砕スラグ44から分離された水42には、分離しきれない微細な水砕スラグ(以後、微細スラグと記載する)が混入している。水砕スラグ44は凝集性を有することから微細スラグも凝集性を有し、微細スラグが混入した水が配管内を通ると、配管の内面に微細スラグが付着、凝集して成長し、配管閉塞の原因となる。
特許文献1には、水スラリーを沈殿槽や沈降槽で水砕スラグを沈降分離した後に、除去装置や脱水装置といった特殊な設備を用いて水中に残っているウール状および微細粉状の水砕スラグを除去し、これらを除去した水を冷却して、再度水砕スラグ製造用の噴射水として利用する水砕製造装置が開示されている。
特開昭64−79044号公報
特許文献1に開示された水砕製造装置を用いることで水砕スラグを除去できるが、特殊な設備を流水経路内に設ける必要がある。このような特殊な設備を設置するには、広いスペースが必要となる。また、水砕スラグは当該設備の内面等にも付着するので、これらを定期的に取り除くためのメンテナンスに多大な時間を要する、という課題があった。
本発明は、配管内の流体中に含まれる微細な異物を一般的な配管の設備構成である濾網を用いて効果的に除去することを目的とし、特に、高炉スラグの水砕製造装置で発生する微細な水砕スラグを配管に設けた濾網で除去するとともに、配管に設けた濾網の目詰まりを抑制できる流体の濾過装置を提供することを目的とする。
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
(1)1つの配管が複数の分岐管に分岐した後に1つの配管に合流する流体の配管流路と、制御装置とから構成される流体の濾過装置であって、前記複数の分岐管のそれぞれは、濾網と、前記濾網の下流側に設けられた流体ポンプとを備え、前記制御装置は、前記複数の分岐管のそれぞれに備えられた前記流体ポンプを切り換えて動作させる、流体の濾過装置。
(2)前記複数の分岐管のそれぞれは、前記濾網の上流側および前記流体ポンプの下流側のそれぞれに設けられた開閉バルブをさらに備える、(1)に記載の流体の濾過装置。
(3)前記複数の分岐管のそれぞれは、前記流体ポンプの下流側と、前記濾網の上流側とを接続するバイパス管をさらに備え、前記濾網よりも上流側の分岐管に接続された前記バイパス管の端部は、前記濾網の上流側の面に向けて前記流体が噴出されるように設置される、(1)に記載の流体の濾過装置。
(4)前記複数の分岐管のそれぞれは、濾網の上流側であって前記分岐管と前記バイパス管との接続部の上流側および前記濾網の下流側であって前記分岐管と前記バイパス管との接続部の下流側のそれぞれ設けられた開閉バルブをさらに備える、(3)に記載の流体の濾過装置。
(5)前記配管流路は、一の分岐管に設けられた前記流体ポンプの下流側と、他の分岐管に設けられた前記濾網の上流側と、を接続するバイパス管をさらに備え、前記濾網の上流側に接続された前記バイパス管の端部は、前記濾網の上流側の面に向けて前記流体が噴出されるように設置される、(1)または(3)に記載の流体の濾過装置。
本発明の流体の濾過装置は、それぞれに濾網が設けられた複数の分岐管を備え、予め定められた時間ごとに複数の分岐管の1つに流路を切り換えることができる。この流路の切り換えによって濾網に堆積した微細スラグの一部を除去でき、濾網の目詰まりを抑制できる。
高炉スラグの水砕製造装置の模式図である。 本実施形態に係る流体の濾過装置の一例を示す断面模式図である。 図2の矢印A方向から見た断面模式図である。 図2の矢印B方向から見た断面模式図である。 本実施形態に係る別の流体の濾過装置を示す断面模式図である。 本実施形態に係る別の流体の濾過装置を示す断面模式図である。 本実施形態に係る別の流体の濾過装置を示す断面模式図である。
以下、本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。高炉10において、出銑口を開口させてから閉塞させるまでの時間は、通常、3〜4時間程度であるが、出銑口を開口させた直後は溶銑のみが排出されるので、高炉スラグの水砕製造装置の吹製函14に水42を噴出させる必要がない。また、水砕スラグを製造しない場合には、高炉スラグを別途スラグピットやスラグ鍋へ送ることもできる。このように、高炉スラグの水砕製造装置は、常時運転される設備ではない。しかしながら、水砕スラグを製造する場合において、出銑の後半では、出銑口が広がり多量の高炉スラグが流出される。この場合においても高炉スラグを水砕スラグにするため、高炉スラグの水砕製造装置では、例えば、内容積5000m3規模の高炉では、最大で42t/min程度の水42を循環させる能力が必要とされている。
図2は、本実施形態に係る流体の濾過装置の一例を示す断面模式図である。本実施形態に係る流体の濾過装置50は、図1に示した高炉スラグの水砕製造装置における冷却塔28の下流側の破線36の位置に設けられ、微細スラグ46を含む水42から微細スラグ46を除去する。なお、本実施形態における水は、流体の一例である。また、本実施形態において、上流側および下流側は、水42が高炉スラグの水砕製造装置を循環する方向に基づいて定められる。
流体の濾過装置50は、配管流路52と、制御装置54とから構成される。配管流路52は、1つの配管60が2つの分岐管62、64に分岐した後に1つの配管66に合流するように構成されている。配管60には、流体ポンプ30が設けられており、当該流体ポンプ30によって、分岐管62、64が設けられている方向へ微細スラグ46を含む水42が圧送される。
分岐管62、64のそれぞれは、濾網と、流体ポンプと、バイパス管とを備える。本実施形態において、分岐管62は、濾網70と、流体ポンプ72と、バイパス管74とを備え、分岐管64は、濾網80と、流体ポンプ82と、バイパス管84とを備える。なお、分岐管64の構成は、分岐管62と同じなので、分岐管64の説明は省略する。
分岐管62において、流体ポンプ72は、濾網70の下流側に設置される。また、バイパス管74は、流体ポンプ72の下流側と濾網70の上流側とを接続している。濾網70の下流側に接続されたバイパス管74は、流体ポンプ72によって圧送された水42がバイパス管74に入り込みやすくなるような形で分岐管62に接続している。
図3は、図2の矢印A方向から見た断面模式図である。また、図4は、図2の矢印B方向から見た断面模式図である。図3に示すように、濾網70の上流側に接続された側のバイパス管74の端部は、分岐管62の内側に入り込み、濾網70の上流側の面に向けて水42が噴出されるよう配置される。また、図4に示すように、バイパス管84も同様に配置される。また、図3、図4に示すように、濾網70の下方には、清掃用フランジ92で下方が閉止され、下方に向って狭くなる斜面が設けられた収容部90が設けられる。また、清掃用フランジ92の下方には、堆積物受入箱94が設けられる。
制御装置54は、2つの分岐管62、64に設けられた流体ポンプ72、82の動作を制御する。制御装置54は、流体ポンプ72、82を、例えば、15分ごとに切り換えて動作させる。すなわち、制御装置54は、流体ポンプ72を動作させている間は流体ポンプ82を動作させず、流体ポンプ82を動作させている間は流体ポンプ72を動作させない。このように、2つの流体ポンプ72、82を切り替えて動作させることで、分岐管62と分岐管64との間で、微細スラグ46を含む水42の流路を切り換えることができる。なお、15分は、予め定められた時間の一例である。流体ポンプの動作を切り換える予め定められた時間は、濾網70、80が微細スラグによって目詰まりして水42の流量が低下しない程度の時間であればよい。予め定められた時間は、脱水機22の脱水能力、流体の濾過装置50に流される水42の流量および濾網70、80の目開き径により影響を受ける。従って、上記を同じとした装置の過去の操業実績に基づいて、予め定められた時間を定めることができる。
次に、流体の濾過装置50の動作について説明する。冷水槽28で冷却された微細スラグ46を含む水42は、流体ポンプ30によって、分岐管62、64が設けられている方向へ圧送される。例えば、制御装置54の制御によって流体ポンプ72が動作し、流体ポンプ82が停止しているとすると、微細スラグ46を含む水42は、分岐管62を通って配管66へ圧送される。分岐管62の流路には濾網70が設けられているので、圧送された微細スラグ46を含む水42は、当該濾網70によって微細スラグ46と水42とに分離される。分離された微細スラグ46は、後に濾網70に向けて圧送されてくる微細スラグ46を含む水42によって濾網70の上流側の面に押し付けられる。これにより、微細スラグ46は、濾網70の上流側の面に堆積し、その堆積量が増えると濾網70は目詰まりする。
制御装置54は、流体ポンプ72を動作させてから15分が経過したことを条件に、流体ポンプ72を停止させて流体ポンプ82を動作させる。これにより、微細スラグ46を含む水42の流路は、分岐管62から分岐管64切り換えられる。すると、濾網70の上流側の面に微細スラグ46を押し付けていた力が開放されるとともに、流体ポンプ72の動作によって生じていた水圧差の解消と流体ポンプ82の始動によって若干量の水42が濾網70を逆流する。これにより、濾網70の上流側の面に堆積していた微細スラグ46の一部は、濾網70から除去される。濾網70から除去された微細スラグ46は、自重によって下方へ移動して収容部90に収容される。収容部90に収容された微細スラグ46は、清掃用フランジ92を取り外すことにより、堆積物受入箱94に排出させることができる。収容部90には、少なくとも1回の出銑における水砕スラグの製造で生じる微細スラグ46を収容できる容量が確保されている。このため、収容部90に収容された微細スラグ46は、水砕製造装置を停止している時間帯等に、適宜、堆積物受入箱94に排出させることができる。微細スラグ46が除去された水42は、配管66を通って吹製函14に圧送される。水42は、吹製函14において高温の高炉スラグに噴射され、水砕スラグ44を含む水スラリー40にされる。
このように、本実施形態に係る流体の濾過装置50では、2つの分岐管62、64のそれぞれに流体ポンプ72、82を設け、これらを切り換えて動作させることができる。これにより、濾網70、80の面に堆積した微細スラグ46の一部を除去できるので、濾網70、80の目詰まりを抑制でき、この結果、濾網70、80のメンテナンスの周期の延長が実現できる。
また、分岐管62にはバイパス管74が設けられ、当該バイパス管74を通じて、微細スラグ46が除去された水42を濾網70の上流側の面に噴出させる。この水42の噴出によって、濾網70の上流側の面に堆積した微細スラグ46の一部は、濾網70から除去され、収容部90に収容される。
このように、分岐管62にバイパス管74を設け、バイパス管74の端部が濾網70の上流側の面を向くように配置することで、濾網70の上流側の面に堆積した微細スラグ46を除去することができる。この結果、濾網70の目詰まりをさらに抑制でき、濾網70のメンテナンスの周期のさらなる延長が実現できる。
なお、バイパス管74の内径を分岐管62の内径よりも小径にすることで、バイパス管74を通る水42の流速を早めることができる。バイパス管74から濾網70の上流側の面に噴出させる水42の流速を早めると、水42が濾網70に与える衝撃力が高まるので、濾網70の面に堆積した微細スラグ46を除去する能力も高まる。このため、バイパス管74の内径を分岐管62の内径よりも小径とすることが好ましい。また、本実施形態に係る流体の濾過装置50では1つの配管60から2つの分岐管62、64に分岐した例を示したが、これに限らず、3つ以上の分岐管に分岐させてもよい。
図5は、本実施形態に係る別の流体の濾過装置を示す断面模式図である。図5に示した流体の濾過装置100において、図1に示した流体の濾過装置50と同じ構成には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
図5に示した流体の濾過装置100は、分岐管110、112が開閉バルブ102、104、106、108を備える点で、流体の濾過装置50と構成が異なる。分岐管110は、開閉バルブ102、104を備える。また、分岐管112は、開閉バルブ106、108を備える。流体の濾過装置100においても分岐管112の構成は分岐管110と同じなので、分岐管112の説明は省略する。
開閉バルブ102は、濾網70の上流側であって分岐管110とバイパス管74との接続部の上流側に設けられる。また、開閉バルブ104は、濾網70の下流側であって分岐管110とバイパス管74との接続部の下流側に設けられる。制御装置54は、開閉バルブ102、104の開閉を制御する。制御装置54は、流体ポンプ72を動作させ流体ポンプ82を停止させる場合には、開閉バルブ102、104を開け、開閉バルブ106、108を閉じる。反対に、制御装置54は、流体ポンプ82を動作させ流体ポンプ72を停止させる場合には、開閉バルブ106、108を開け、開閉バルブ102、104を閉じる。
図5は、流体ポンプ72を動作させ流体ポンプ82を停止させ、開閉バルブ102、104を開き、開閉バルブ106、108を閉じた状態の例を示している。以後の図面において、開閉バルブを示す白抜きの四角形は、開いている開閉バルブを示し、開閉バルブを示す黒色の四角形は、閉じている開閉バルブを示す。なお、流体の濾過装置100が、バイパス管74、84を備えていない場合には、開閉バルブ102を濾網70の上流側に設け、開閉バルブ104を流体ポンプ72の下流側に設ければよい。
流体の濾過装置100は、分岐管110、112のそれぞれに開閉バルブ102、104、106、108が設けられ、流体ポンプ72、82の動作の切り換えとともに、流体ポンプを動作させない分岐管の開閉バルブを閉じる。これにより、微細スラグ46を含む水42の流路を完全に切り離すことができ、例えば、濾網80やバイパス管84になんらかの問題が生じた場合に、開閉バルブ106、108を閉じ、この間の分岐管112を取り外して洗浄することができる。
図6は、本実施形態に係る別の流体の濾過装置を示す断面模式図である。図6に示した流体の濾過装置120において、図1に示した流体の濾過装置50と同じ構成には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
図6に示した流体の濾過装置120は、分岐管122が、濾網70と他の分岐管124に設けられた濾網80に水42を噴出できるように端部が配置されたバイパス管126を備え、分岐管124が、濾網80と他の分岐管122に設けられた濾網70に水42を噴出できるように端部が配置されたバイパス管128を備える点で、流体の濾過装置50と構成が異なる。流体の濾過装置120においても分岐管124の構成は、分岐管122と同じなので、分岐管124の構成の説明は省略する。
図6に示した例において、制御部54は、流体ポンプ72を動作させ、流体ポンプ82を停止させているとすると、水42は、バイパス管126を通じて濾網70および濾網80の上流側の面に噴出される。この水42の噴出によって、濾網70の上流側の面に堆積した微細スラグ46だけでなく、流路として用いられていない炉網80の上流側の面に堆積した微細スラグ46も除去できる。なお、図6に示した例では、濾網80の下方に設けられた清掃用フランジ92を開放させて、濾網80の上流側の面に噴出された水42を抜いている。
このように、濾網70と濾網80に水42が噴出されるように、端部を濾網70と濾網80に向けて配置されたバイパス管126と、バイパス管128とを備えることで、濾網70の上流側の面に堆積した微細スラグ46だけでなく、炉網80の上流側の面に堆積した微細スラグ46も除去できる。これにより、濾網70、80の目詰まりはさらに抑制され、濾網70、80のメンテナンスの周期のさらなる延長が実現できる。なお、図6に示した例においては、途中で分岐しその端部が濾網70および濾網80の上流側の面に向けて、水42が噴出されるように配置されたバイパス管126を備える例を示したが、これに限られず、濾網70および濾網80に向けた2つのバイパス管を備えてもよい。
図7は、本実施形態に係る別の流体の濾過装置を示す断面模式図である。図7に示した流体の濾過装置130において、図1に示した流体の濾過装置50と同じ構成には同じ参照番号を付して、その説明を省略する。
図7に示した流体の濾過装置130は、分岐管132、134が開閉バルブ102、136、106、138を備える点で、流体の濾過装置50と構成が異なる。分岐管132は、開閉バルブ102、136を備える。また、分岐管134は、開閉バルブ106、138を備える。流体の濾過装置130においても分岐管134の構成は、分岐管132と同じなので、分岐管134の説明は省略する。
開閉バルブ102は、濾網70の上流側であって分岐管132とバイパス管74との接続部の上流側に設けられる。また、開閉バルブ136は、流体ポンプ72の下流側であって、バイパス管74の上流側に設けられている。
図7に示した例において、制御部54は、流体ポンプ72を動作させ、流体ポンプ82を停止させ、開閉バルブ102、136を開き、開閉バルブ106、138を閉じている。流体ポンプ72によって圧送された水42は、バイパス管74を通って濾網70の上流側の面に噴出されるとともに、水42の一部は、分岐管134を逆流する。分岐管134を逆流した水42は、バイパス管84を通って濾網80の上流側の面に噴出される。これにより、濾網70の上流側の面に堆積した微細スラグ46だけでなく、炉網80の上流側の面に堆積した微細スラグ46も除去できる。なお、図7に示した例においては、濾網80の下方に設けられた清掃用フランジ92を開放させて、濾網80の上流側の面に噴出された水42を抜いている。あるいは、清掃用フランジ92に替えて、図示しない清掃用開閉バルブを設けてもよい。清掃用開閉バルブに替えることで、水砕製造装置の運転中においても濾網80の下方の収容部に堆積した微細スラグ46を適切なタイミングで排出させることができる。
このように、開閉バルブを流体ポンプの下流であって、バイパス管の上流側に設けることで、バイパス管74の端部を濾網80の上流側の面に向けて設置しなくても、水42を逆流させて、濾網80の上流側の面に水42を噴出させることができる。これにより、濾網70の上流側の面に堆積した微細スラグ46だけでなく、炉網80の上流側の面に堆積した微細スラグ46も除去できる。これにより、濾網70、80の目詰まりはさらに抑制され、濾網70、80のメンテナンスの周期のさらなる延長が実現できる。
なお、本実施形態において、制御装置54が流体ポンプ72、82のうちの1つを15分ごとに切り換えて動作させる例を示したが、これに限らない。例えば、濾網70、80の上流側および下流側に水圧計を設け、濾網70、80による圧損を用いて流体ポンプ72、82の切り換えを制御してもよい。この場合に、制御装置54は、流体ポンプが動作している分岐管の濾網における上流側の水圧と下流側の水圧とから濾網による圧損を算出し、算出された圧損が予め定められた閾値を上回ったことを条件として、流体ポンプ72、82の切り換えを制御してもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲に限定するものではない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
10 高炉
12 溶滓樋
14 吹製函
20 水砕槽
22 脱水機
24 温水槽
26 流体ポンプ
28 冷却塔
30 流体ポンプ
32 コンベア
34 製品槽
40 水スラリー
42 水
44 水砕スラグ
46 微細スラグ
50 流体の濾過装置
52 配管流路
54 制御装置
60 配管
62 分岐管
64 分岐管
70 濾網
72 流体ポンプ
74 バイパス管
80 濾網
82 流体ポンプ
84 バイパス管
90 収容部
92 清掃用フランジ
94 堆積物受入箱
100 流体の濾過装置
102 開閉バルブ
104 開閉バルブ
106 開閉バルブ
108 開閉バルブ
110 分岐管
112 分岐管
120 流体の濾過装置
122 分岐管
124 分岐管
126 バイパス管
128 バイパス管
130 流体の濾過装置
132 分岐管
134 分岐管
136 開閉バルブ
138 開閉バルブ

Claims (4)

  1. 1つの配管が複数の分岐管に分岐した後に1つの配管に合流する流体の配管流路と、制御装置とから構成される流体の濾過装置であって、
    前記複数の分岐管のそれぞれは、濾網と、前記濾網の下流側に設けられた流体ポンプと、前記流体ポンプの下流側と、前記濾網の上流側とを接続するバイパス管を備え、
    前記濾網よりも上流側の分岐管に接続された前記バイパス管の端部は、前記濾網の上流側の面に向けて前記流体が噴出されるように設置され、
    前記制御装置は、前記複数の分岐管のそれぞれに備えられた前記流体ポンプを切り換えて動作させる、流体の濾過装置。
  2. 1つの配管が複数の分岐管に分岐した後に1つの配管に合流する流体の配管流路と、制御装置とから構成される流体の濾過装置であって、
    前記複数の分岐管のそれぞれは、濾網と、前記濾網の下流側に設けられた流体ポンプとを備え、
    前記配管流路は、一の分岐管に設けられた前記流体ポンプの下流側と、他の分岐管に設けられた前記濾網の上流側と、を接続するバイパス管を備え、
    前記濾網の上流側に接続された前記バイパス管の端部は、前記濾網の上流側の面に向けて前記流体が噴出されるように設置され、
    前記制御装置は、前記複数の分岐管のそれぞれに備えられた前記流体ポンプを切り換えて動作させる、流体の濾過装置。
  3. 前記配管流路は、一の分岐管に設けられた前記流体ポンプの下流側と、他の分岐管に設けられた前記濾網の上流側と、を接続するバイパス管をさらに備え、
    前記濾網の上流側に接続された前記バイパス管の端部は、前記濾網の上流側の面に向けて前記流体が噴出されるように設置される、請求項1に記載の流体の濾過装置。
  4. 前記複数の分岐管のそれぞれは、濾網の上流側であって前記分岐管と前記バイパス管との接続部の上流側および前記濾網の下流側であって前記分岐管と前記バイパス管との接続部の下流側のそれぞれに設けられた開閉バルブをさらに備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の流体の濾過装置。
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