JPWO2015107624A1 - フィルターエレメント及び濾過装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメント３であって、筒状の濾過材３１と、前記濾過材の一方の端部に設けられ、開口部を有する第１の端部部材３２と、前記濾過材の他方の端部に設けられ、開口部を有する第２の端部部材３３と、前記濾過材の内側に設けられ、流体の流れによって該濾過材の内側を移動し、外周部が前記濾過材の内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具３４と、を有し、前記濾過材の他方の端部側に、前記第２の端部部材を通過する流体の量を制限する流量制限手段を設けたものである。

Description

本発明は、長手方向の両端部が開口され、濾過の方向が内側から外側の筒状のフィルターエレメントに濾過時と逆向きに流体を流して該フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離する逆洗可能な濾過装置に関し、詳しくは、前記フィルターエレメントの両端部の開口から濾過及び逆洗を行い、該フィルターエレメントの内部に設けた捕捉物除去具を、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによってその軸方向に確実に移動させて捕捉物を除去するフィルターエレメント、及び、これを用いた濾過装置に係るものである。
従来、海水、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過、各種装置の冷却水又はプロセス液等の産業一般に用いられる液体の濾過、化学工場等で使用される各種原料の気体等の濾過において、それらに含まれる微粒子や塵埃等を捕捉除去する目的で、種々の濾過装置が用いられている。
前記濾過装置による濾過を長期間続けていると、フィルターエレメントに捕捉された固形分やゲル状の塵埃等が該フィルターエレメントに蓄積し、濾材を通過する流体に対する抵抗が上昇し、最終的には対象となる流体の濾過が困難になる。これに対処するため、例えば定期的に、前記フィルターエレメントに濾過時と逆向きに流体を通して該フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離させる「逆洗」と呼ばれる操作を行い、フィルターエレメントの濾過性能を回復させる。
前記逆洗の操作は有効なものであるが、フィルターエレメントに付着した捕捉物が完全に除去されずに残存することがある。その場合は、逆洗の操作を繰り返しても前記フィルターエレメントの濾材の流体に対する抵抗が上昇し、対象となる流体の濾過が困難になることがあった。特に、液体を濾過した場合のように、ゲル状の塵埃等や、粘着性の強い物質で覆われた塵埃等がフィルターエレメントの表面に強固に付着している場合は、濾過時と逆向きに流体を流す逆洗のみでフィルターエレメントの濾過性能を回復させることは難しい。中でも、目の大きさが200μｍより細かいフィルターエレメントを使用している濾過装置においてはその傾向が強い。
また、フィルターエレメントに繊維状の塵埃等が絡まっている状態の濾過においても同様である。このような状態の濾過になり易いのは、海水、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過のように、対象となる流体に微生物を含む場合に顕著である。例えば、船舶のバラストタンクに積み込まれたバラスト水（海水）を濾過すると、海水中の藻がたくさん捕捉されるが、繊維状の藻やセルロースその他の繊維状の物質がフィルターエレメントに絡みついて容易には取れない。
これに対処して、フィルターエレメントの濾過性能を回復させるための濾過装置が提案されている。この種の濾過装置としては、濾過すべき流れ用の入口チャネルと、濾過済み流れ用の出口チャネルと、両端部で開放した多数の平行な濾過エレメントであって、該濾過エレメントに濾過すべき流れを送り込むことによって、前記エレメントを通って前記エレメント外へ向かう浸透が起きるようにしている濾過エレメントと、該濾過エレメントの両端部において前記エレメントの異なった端部に交互に接続する少なくとも１つの洗浄機構とを含み、該洗浄機構が、濾過済みの流体の圧力で発生した前記エレメントの逆流フラッシュ流の排出チャネルを形成しているものがある。さらに、前記濾過エレメントの各々が、その端部間で２分割されて、前記エレメントの各端部に接続された前記洗浄機構が、一度に前記エレメントの長さのある部分だけに逆流フラッシュを発生するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、本発明者らも、上記問題に対処するため、フィルターエレメントの内側に、濾過時又は逆洗時の流体の流れによって該フィルターエレメント内をその軸方向に移動し、外周部の部材が上記フィルターエレメントの内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具を設けた濾過装置を提案している（特許文献２参照）。
特表２００３−５０９２００号公報 特開２０１３−９１０４６号公報
しかし、特許文献１に記載の濾過装置においては、フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離させる逆洗を、該フィルターエレメントの両端部側の開口からタイミングをずらせて行っているが、流体の流れによる圧力のみによる逆洗であり、前記フィルターエレメントに繊維状の塵埃等が絡まっている場合、さらにそれが粘性や付着力の強い物質で覆われている場合には、流体の流れによる逆洗のみでフィルターエレメントの濾過性能を回復させるのは難しいものであった。
一方、特許文献２に記載の濾過装置においては、濾過時又は逆洗時の流体の流れによって該フィルターエレメント内をその軸方向に移動し、外周部の部材が上記フィルターエレメントの内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具を設けているが、フィルターエレメントの入口と反対側の端部が閉塞端となっているので、該閉塞端近傍では十分な軸方向流が得られないことがあり、その結果、捕捉物除去具を前記閉塞端まで移動させることができない場合もあった。
さらに、前記各先行技術文献において、各フィルターエレメントに逆洗用パイプを接続して該フィルターエレメントを逆洗する逆洗方式が記載されているが、この逆洗方式を採用する濾過装置の濾過動作時には、逆洗用パイプは一部のフィルターエレメントに接続されたままになっているので、該接続されているフィルターエレメントには原液が供給できず、そのフィルターエレメントでは濾過が行われないとの問題もあった。
そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、フィルターエレメントの両端部の開口から濾過及び逆洗を行い、該フィルターエレメントの内部に設けた捕捉物除去具を、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによってその軸方向に確実に移動させて捕捉物を除去するフィルターエレメント、及び、これを用いた濾過装置を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明によるフィルターエレメントは、長手方向の両端が開口され、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントであって、両端が開口され所定の長さで伸びる濾過材と、前記濾過材の一方の端部に結合してこれを支持するとともに、流体が通過できる開口部を有する第１の端部部材と、前記濾過材の他方の端部に結合してこれを支持するとともに、流体が通過できる開口部を有する第２の端部部材と、前記濾過材の内側に設けられ、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材の内側を、前記第１及び第２の端部部材の間で移動し、外周部が前記濾過材の内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具と、を有し、前記濾過材の他方の端部側に、前記第２の端部部材を通過する流体の量を制限する流量制限手段を設けたものである。
また、本発明による濾過装置は、外部から流体が流入する流体入口を有するとともに、内部で濾過された流体を外部へ流出する流体出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部を、前記流体入口に連通し濾過前の流体で満たされる原液室と前記流体出口に連通し濾過後の流体で満たされる濾液室とに隔離する第１の隔壁と、前記第１の隔壁に形成された複数の貫通孔に一方の端部が嵌合保持され、内部が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられ、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントと、前記フィルターエレメントの他方の端部側にて前記第１の隔壁と平行に設けられ、該フィルターエレメントの他方の端部を複数の貫通孔に各々嵌合保持し、前記フィルターエレメントの他方の端部側の濾液室を他の部分から隔離して、該フィルターエレメント内を流れる流体が連通する連通室を形成する第２の隔壁と、前記複数のフィルターエレメントのうち一部のフィルターエレメントに、前記一方の端部側に接続され、前記フィルターエレメントの外側から内側に向けて流体を流して逆洗する逆洗用パイプと、前記逆洗用パイプの排出側に接続され、前記フィルターエレメントの逆洗によって除去された捕捉物を前記ケーシングの外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプと、を備える濾過装置であって、前記フィルターエレメントとして、前述の本発明のフィルターエレメントを用い、第１の端部部材が前記一方の端部側になり、第２の端部部材が前記他方の端部側となるように配置したものである。
また、本発明による他の濾過装置は、外部から流体が流入する流体入口を有するとともに、内部で濾過された流体を外部へ流出する流体出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部を、前記流体入口に連通し濾過前の流体で満たされる原液室と前記流体出口に連通し濾過後の流体で満たされる濾液室とに隔離する第１の隔壁と、前記第１の隔壁に形成された複数の貫通孔に一方の端部を嵌合保持され、内部が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられ、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントと、前記複数のフィルターエレメントの他方の端部に接続され、該他方の端部同士を前記濾液室から隔離しつつ連通する連通管と、前記複数のフィルターエレメントのうち一部のフィルターエレメントに、前記一方の端部側に接続され、前記フィルターエレメントの外側から内側に向けて流体を流して逆洗する逆洗用パイプと、前記逆洗用パイプの排出側に接続され、前記フィルターエレメントの逆洗によって除去された捕捉物を前記ケーシングの外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプと、を備える濾過装置であって、前記フィルターエレメントとして、前述の本発明のフィルターエレメントを用い、第１の端部部材が前記一方の端部側になり、第２の端部部材が前記他方の端部側となるように配置したものである。
本発明によるフィルターエレメントによれば、濾過材と、その一方の端部に結合し開口部を有する第１の端部部材と、他方の端部に結合して開口部を有する第２の端部部材と、前記濾過材の内側に設けられる捕捉物除去具とを有し、前記濾過材の他方の端部側に流量制限手段を設けたので、前記第２の端部部材を通過する流体の量を制限することができる。これにより、適切な量の流体が前記第２の端部部材を通過できるので、フィルターエレメントにおいて捕捉物除去具を該第２の端部部材に当接する位置まで確実に移動できる。したがって、該フィルターエレメントを本発明による濾過装置に用いることにより、捕捉物除去具が濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材の内側を、前記第１及び第２の端部部材の間で移動でき、捕捉物を確実に除去することができる。
また、本発明による濾過装置によれば、ケーシングと、前記ケーシングの内部を原液室と濾液室とに隔離する第１の隔壁と、一方の端部側が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられたフィルターエレメントと、濾液室の一部を他の部分から隔離して前記フィルターエレメントの他方の端部側が連通する連通室を形成する第２の隔壁と、一部のフィルターエレメントに接続され該フィルターエレメントを逆洗する逆洗用パイプと、逆洗により除去された捕捉物を外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプとを備え、前記フィルターエレメントとして本発明のフィルターエレメントを用いたので、前記フィルターエレメントの他方の端部を通過する流体の量を制限しつつ適切な量の流体が該他方の端部を通過可能となり、フィルターエレメントにおいて捕捉物除去具を該他方の端部まで確実に移動できる。したがって、フィルターエレメント内の捕捉物除去具が濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって濾過材の内側を、一方及び他方の端部の間で移動して捕捉物を確実に除去し、該除去した捕捉物を前記逆洗用パイプおよび逆洗流体ドレンパイプを通じて排出することができる。これにより逆洗効果を高めることが可能になる。また、濾過動作時において、前記逆洗用パイプに一方の端部が接続されているフィルターエレメントにも前記連通室を経由して流体が流入できるので、該フィルターエレメントにおいても濾過が可能になり、フィルターエレメントの利用効率を向上できる。さらに、前記逆洗用パイプをフィルターエレメントの一方の端部側に配置すれば足りるので、逆洗用パイプを両側に配置した場合に比較して装置構造が単純になり、装置コストの低減を図ることができる。
また、本発明による他の濾過装置によれば、ケーシングと、前記ケーシングの内部を原液室と濾液室とに隔離する第１の隔壁と、一方の端部側が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられたフィルターエレメントと、前記フィルターエレメントの他方の端部に接続され該他方の端部同士を前記濾液室から隔離しつつ連通する連通管と、一部のフィルターエレメントに接続され該フィルターエレメントを逆洗する逆洗用パイプと、逆洗により除去された捕捉物を外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプとを備え、前記フィルターエレメントとして本発明のフィルターエレメントを用いたので、前記フィルターエレメントの他方の端部を通過する流体の量を制限しつつ適切な量の流体が該他方の端部を通過可能となり、フィルターエレメントにおいて捕捉物除去具を該他方の端部まで確実に移動できる。したがって、逆洗時には、各フィルターエレメント内の捕捉物除去具が濾過材の内側を、一方及び他方の端部の間で移動して捕捉物を確実に除去し、該除去した捕捉物を前記逆洗用パイプおよび逆洗流体ドレンパイプを通じて排出することができる。これにより逆洗効果を高めることが可能になる。濾過動作時において、前記逆洗用パイプに一方の端部が接続されているフィルターエレメントにも前記連通管を経由して流体が流入できるので、該フィルターエレメントにおいても濾過が可能になり、フィルターエレメントの利用効率を向上できる。さらに、逆洗用パイプをフィルターエレメントの一方の端部側に配置すれば足りるので、逆洗用パイプを両側に配置した場合に比較して装置構造が単純になり、装置コストの低減を図ることができる。
本発明による濾過装置の第１の実施形態を示す正面断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明によるフィルターエレメントの第１の実施形態を示す正面断面図である。 図３に示すフィルターエレメントの平面図（ａ）、及び底面図（ｂ）である。 前記フィルターエレメントにおいて、逆洗用パイプが接続されていない場合の濾過時の状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、逆洗用パイプが接続されている場合の濾過時の状態を示す正面断面図である。 図５に示すフィルターエレメントにおいて、逆洗用パイプが接続されて逆洗が開始された直後の状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、図７の状態からわずかに後の状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、逆洗が終わり、原液室から流体が流入し始めた状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、図９の状態の後、捕捉物除去具が上端に達したときの状態を示す正面断面図である。 本発明によるフィルターエレメントの第２の実施形態を示す要部断面説明図であり、（ａ）は濾過時の上端部の状態、（ｂ）は逆洗時の下端部の状態を示す。 本発明によるフィルターエレメントの第３の実施形態を示す要部断面説明図である。 前記濾過装置の濾過時の状態を示す正面断面図である。 前記濾過装置の逆洗時の状態を示す正面断面図である。 本発明による濾過装置の第２の実施形態を示す正面断面図である。 図１５のＤ−Ｄ線断面図である。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による濾過装置の第１の実施形態を示す正面断面図であり、図２は図１のＣ−Ｃ線断面図ある。この濾過装置は、海水（例えば船舶のバラスト水）、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過、各種装置の冷却水又はプロセス液等の産業一般に用いられる液体の濾過、化学工場等で使用される各種原料の気体等の濾過に適用されるもので、それらに含まれる微粒子や塵埃等を捕捉除去するようになっており、図１に示すように、ケーシング１と、第１の隔壁２と、フィルターエレメント３と、第２の隔壁４と、逆洗用パイプ５と、逆洗流体ドレンパイプ６とを備えて成る。
前記ケーシング１は、濾過装置の外殻をなすもので、有底有蓋の筒状（例えば円筒形状）、直方体形状などに形成され、例えば側壁下端部に外部から矢印Ａのように流体が流入する流体入口７を有すると共に、側壁上部に内部で濾過された流体を矢印Ｂのように外部へ流出する流体出口８を有している。ケーシング１の材質は、金属又は合成樹脂などであり、その形状・大きさは、濾過装置の使用目的、通過させる液体、気体等の種類、量、設置場所などに応じて適宜決めればよい。
前記ケーシング１の内部の下部には、第１の隔壁２が水平に設けられている。この第１の隔壁２は、ケーシング内部を流体入口７と連通し濾過前の流体で満たされる原液室９と、前記流体出口８と連通し濾過後の流体で満たされる濾液室１０とに隔離する隔壁である。その複数箇所には、前記フィルターエレメントの一方の端部（下端部）を嵌合保持するための貫通孔１１が形成されている。
前記第１の隔壁２の上側には、複数のフィルターエレメント３が、その下端部が前記貫通孔１１に嵌合保持されて、内部が前記原液室９と連通して前記濾液室１０内に垂直方向に平行に設けられている。このフィルターエレメント３は、対象となる流体を内側から外側に向けて通過させ流体中に含まれる固形分やゲル状の塵埃等を捕捉して濾過するとともに、流体を外側から内側に向けて通過させて逆洗されるもので、筒状、例えば円筒状に形成されている。前記フィルターエレメント３は、図２では１つの円周上に８本配置した例を示したが、８本以外の複数本でもよく、また、複数の同心円上に配列されていても良い。
前記フィルターエレメント３の他方の端部（上端部）側には、第２の隔壁４が、前記第１の隔壁２と平行に水平に設けられている。この第２の隔壁４は、該フィルターエレメント３の上端部を複数の貫通孔１２で嵌合保持するとともに、該上端部側の濾液室１０を他の部分から隔離して、フィルターエレメント３内を流れる流体が連通する連通室１３を形成する隔壁である。
この連通室１３は、ケーシング１の上端蓋と前記第２の隔壁４との間に形成されている。連通室１３は、フィルターエレメント３の上端部側同士を連通し、これらの間を流体が行き来できるようにする部屋であり、原液室９、濾液室１０及び逆洗用パイプ５から隔離されて形成されている。連通室１３の容量は大きい必要はなく、流体がスムーズに流れられる容量があれば足りる。
前記第１の隔壁２の下側には、逆洗用パイプ５が配置されている。該逆洗用パイプ５は、図１において、基端部１４から左に半径方向に伸び、前記第１の隔壁２に穿孔された貫通孔１１を介してフィルターエレメント３に接続される。図１では、逆洗用パイプ５が１本の場合を示したが、これを２本以上設けて同時に２本以上のフィルターエレメント３に接続できるようにしても良い。
前記の逆洗用パイプ５の基端部１４には、その中心軸上には、シャフト１５が上向きに取り付けられてケーシング１の外部に張り出しており、該シャフト１５の端部にはギアードモータ１６が設けられて回転駆動されるようになっている。したがって、該ギアードモータ１６を回転駆動することによって前記シャフト１５が回転し、図２に示すように、逆洗用パイプ５が例えば時計回りに矢印Ｐ方向に回転して、例えば円周状に配列された複数のフィルターエレメント３の下端部の開口部に、逆洗用パイプ５が順次接続される。
前記逆洗用パイプ５の排出側、すなわち該逆洗用パイプ５の基端部１４には、図１に示すように、逆洗流体ドレンパイプ６が接続されている。この逆洗流体ドレンパイプ６は、前記フィルターエレメント３の逆洗時に除去された捕捉物を前記ケーシング１の外部へ排出するもので、ケーシング１の半径方向に伸びる直線状のパイプに形成されている。前記逆洗流体ドレンパイプ６の基端部１７には、上向きに開口した接続口部１８が設けられ、この接続口部１８に前記逆洗用パイプ５の基端部１４が回転自在に接続されている。また、前記逆洗流体ドレンパイプ６の先端部の排出口２０は、ケーシング１の外部へ突出している。
前記逆洗流体ドレンパイプ６は、ケーシング１に対して固定されており、その基端部１７の接続口部１８に対する逆洗用パイプ５の基端部１４との接続部には、ベアリング等の軸受機構が介在して支持すると共に、排出物が未濾過の流体に混じらないようにシール機構が設けられている。したがって、前記ギアードモータ１６を回転駆動することにより、前記接続口部１８を回転支持部として前記逆洗用パイプ５の基端部１４と接続口部１８のシールを保ちながら、該逆洗用パイプ５を回転する。
前記逆洗流体ドレンパイプ６の排出口２０の排出側には、図示省略のバルブが接続されている。このバルブは、前記逆洗用パイプ５および逆洗流体ドレンパイプ６を含む逆洗流体排出系を開閉するもので、濾過装置の逆洗時には開放され濾過時には閉塞されるようになっている。このバルブの排出側は、前記流体出口８の圧力より低圧側、例えば大気圧に開放されている。
ここで、本発明においては、前記フィルターエレメント３は、次のように構成されている。
図３は、本発明のフィルターエレメント３の第１の実施形態を示す正面断面図であり、図４（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。このフィルターエレメント３は、対象となる流体の濾過に用いられるもので、濾過材３１と、第１の端部部材３２と、第２の端部部材３３と、捕捉物除去具３４とを含んで構成され、本発明の濾過装置において、第１の端部部材３２が前記一方の端部（下端部）側になり、第２の端部部材３３が前記他方の端部（上端部）側となるように配置されている。
前記濾過材３１は、流体を濾過するもので、筒状、例えば円筒状に形成される。濾材が複数層に重ねられており最内層が最も細かい網目になっているものであればよく、例えば、複数積層した金網を焼結して保形性を高め円筒状に成形した焼結メッシュフィルターや、円筒状のノッチワイヤーフィルター、ウェッジワイヤーフィルター等がある。焼結メッシュフィルターの場合は、最内層の網目の大きさは10〜200μｍのもの、それより外側の層の網目の大きさは最内層のものより粗ければ良いが、200〜5000μｍのものが適当であり、その中から適宜選定すればよい。この場合、最内層以外の補強メッシュや保護メッシュは、フィルターエレメントの強度に係わるものであり、必要な強度が得られるようにその層数、網目の大きさ及び線材径を選択する。また、メッシュの織り方は、平織り、綾織り、朱子織り、畳織り、綾畳織り等が適用できる。なお、最内層を金網として、その外側に例えば角穴が無数に穿設された円筒状のパンチングチューブや、複数本の細いロッドを軸方向に沿って並べた補強部材を配設した状態で焼結してもよい。
例えば、海水のバラスト水の濾過用の濾過材の場合、濾過精度を決める細かいファインメッシュと、濾過時の内側から外側に向かう力及び逆洗時の外側から内側に向かう力に対して濾過材に強度を与える粗い金網からなり、互いに接合されているのが好ましい。さらに前記粗い金網とファインメッシュとの間に、両者の中間の細かさの金網を挟んで焼結することがより好ましい。ファインメッシュとしては、400〜100メッシュ（63.5〜254μｍ）、中間の金網としては、100〜20メッシュ（254〜1270μｍ）、強度を与える金網としては、50〜5メッシュ（508〜5080μｍ）が適当である。
前記濾過材３１の形状、大きさなどは、濾過装置の使用目的、濾過性能、ケーシング１の大きさ、対象の流体の種類などに応じて適宜決めればよい。例えば、円筒状の濾過材３１の場合には、外径は300mm〜1000mmの範囲で、長さは5000mm以内で種々の寸法を選択すればよい。
前記濾過材３１の一方の端部（下端部）には、第１の端部部材３２が結合されている。この第１の端部部材は、円筒状の部材であり、濾過材３１の開口端部を補強すると共に、前記捕捉物除去具３４の抜け落ちを防ぐものである。また、フィルターエレメント３の原液入口側の端部部材を構成している。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、円形の開口部の中心を横切るステー３６を架設して、その中心に後述するガイドシャフト３５が挿通される中心孔を設けてある。
前記濾過材３１の原液入口側端部と反対側の他方の端部（上端部）には、第２の端部部材３３が結合されている。この第２の端部部材３３は、所定の開口を有する円筒蓋状の部材であり、濾過材３１の開口端部を補強すると共に、前記捕捉物除去具３４の抜け落ちを防ぐものである。平面視では、図４（ａ）に示すように円形の蓋状に閉じており、後述するガイドシャフト３５が挿通される中心孔と、これを取り囲む４つの開口部３７が設けられている。この開口部３７は、後述する流量制限手段の構成要素となっている。
前記濾過材３１の内側には、捕捉物除去具３４が設けられている。この捕捉物除去具３４は、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材３１の内側を、前記第１及び第２の端部部材３３の間で移動し、外周部が前記濾過材３１の内周面に摺接して捕捉物を除去するものである。移動の安定性の観点から、該捕捉物除去具３４は中心軸上に貫通孔を有し、前記第１の端部部材３２及び第２の端部部材３３に両端部が固定されたガイドシャフト３５に挿通されて、濾過材３１の軸方向に移動できるように構成されることが望ましい。
前記捕捉物除去具３４は、例えば図３に示すような除去ブラシに構成されている。
この除去ブラシ３４は、前記フィルターエレメント２の内側にてそのガイドシャフト３５に沿って上下に移動するもので、ブラシ本体３４ａの外周部にブラシ毛３４ｂを植え付けて成る。ブラシ本体３４ａは、その中心部に前記ガイドシャフト３５が挿通する孔が形成され、外径は濾過材３１の内径よりも小さい径とされており、所定の厚みを有するドーナツ盤状に形成されている。このブラシ本体３４ａの外周部には、毛先が前記濾過材３１の内周面に摺接できるブラシ毛３４ｂがリング状に植え付けられている。ブラシ毛３４ｂの毛足の長さは、少なくとも前記濾過材３１の内周面に該ブラシ毛３４ｂの先端がある程度の圧力をもって接触する程度にすることが必要である。
前記ブラシ毛３４ｂの材質は、例えば天然若しくは合成の繊維、又は鋼、銅、真鍮などの金属線等の一般にブラシの毛として使用されているものならば何でもよい。なお、ブラシ毛３４ｂは、フィルターエレメント２内を流れる流体の圧力により撓む程度の柔軟性を有している。これにより、流体の圧力によりブラシ毛３４ｂが撓んだ際には、濾過材３１の内周面とブラシ毛３４ｂの毛先との間に隙間ができて、流体が流通可能となる。
図３に示すように、前記フィルターエレメント３内のガイドシャフト３５の上端部及び下端部には、ストッパ３８ａ，３８ｂが取り付けられている。このストッパ３８ａ，３８ｂは、捕捉物除去具（除去ブラシ）３４が前記フィルターエレメント３の内側にてそのガイドシャフト３５に沿って上下に移動した際に、上下の終端部で補足物除去具３４の移動を止めるものである。なお、ストッパ３８ａ，３８ｂの材質としては、ゴムやバネの様に衝撃を吸収できるものがより好ましい。
ここで、本発明においては、前記濾過材３１の他方の端部（上端部）側に、流量制限手段が設けられている。この流量制限手段は、前記第２の端部部材３３を通過する流体の量を制限するもので、一定量の流体の通過を許すことにより
ａ）フィルターエレメント３の逆洗開始時に第２の端部部材３３側当接位置にある前記捕捉物除去具３４が、第１の端部部材３２側へスムーズに離間できるようにすること、
ｂ）フィルターエレメント３の逆洗終了時に捕捉物除去具３４が第２の端部部材３３側当接位置までスムーズに移動できるようにすること、
ｃ）濾過時において、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３には、前記原液室９からは流体が流入できないので、前記連通室１３経由で流体が流入して濾過できるようにすること、を実現する。
一方、流量を制限することにより、
ｄ）逆洗中のフィルターエレメント３に連通室１３経由で過大な量の流体が流入し、濾過材３１の内外逆圧力差が低下して逆洗の効率が低下することを防ぐこと、を実現する。
本実施形態の流量制限手段は、図３において、第２の端部部材３３に設けられた開口３７と前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａとからなり、該第２の端部部材３３側に移動して当接した該捕捉物除去具３４の取付部材３４ａが前記開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにした。図３の例では、該捕捉物除去具３４が前記第２の端部部材３３側のストッパ３８ａから離間しているときは、該開口部３７は、前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａの端面３４ｃによって閉塞されず、当該開口面積に応じた量の流体が通過できる。一方、該捕捉物除去具３４が前記第２の端部部材３３側の前記ストッパ３８ａに当接しているときは、前記取付部材３４ａの端面３４ｃが該開口部３７と近接するように構成されており、通過できる流体の量は、該開口部３７と該端面３４ｃとの間隙３９に応じた量に制限される。
なお、以上では、前記捕捉物除去具３４が前記ストッパ３８ａに当接しているときは、通過できる流体の量は、前記開口部３７とこれに近接する前記取付部材３４ａの端面３４ｃとの間隙３９に応じた量に制限される構成としたが、本発明の第１の実施形態はこれに限られず、前記取付部材３４ａの端面３４ｃが該開口部３７のすべてを封止せずに残った隙間の量に応じて制限される構成としてもよい。さらに、複数の開口部３７のうち一部の開口部３７のみを前記端面３４ｃで封止し、封止していない開口部３７の開口面積に応じた流体の通過を許すように制限する構成でもよい。請求項７の記載「該第２の端部部材側に移動して当接した捕捉物除去具の取付部材が前記開口部を通過する流体の流路を制限するようにした」とは、これらの構成を含むものとする。
次に、このように構成された第１の実施形態によるフィルターエレメント３の動作について、図５〜１０を参照して説明する。
図５は、濾過装置の濾過時における、逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。原液が、第１の端部部材３２側、すなわち下端部側から、フィルターエレメント３内部に流入し、濾過材３１の内側から外側の濾液室１０へ通過する際に濾過される一方、これにより捕捉物除去具３４が押し上げられて第２の端部部材３３側ストッパ３８ａに当接している。このとき、前記のように、前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａの端面３４ｃは、開口３７に対し近接するが当接せず、わずかな間隙３９が残っている。該間隙３９は濾過装置の連通室１３へ連通しているが、連通室１３の流体は後述するように逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３へ流出するため、該連通室１３の圧力は濾過中のフィルターエレメント３内部より低圧である。したがって、該濾過中のフィルターエレメント３内部の流体の一部は、当該間隙３９を通過して、該連通室１３に流出する。
図６は、濾過装置の濾過時における、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。濾過時には前記逆洗流体排出系のバルブは閉じられているが、該逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３には、前記原液室９からは流体が流入できない。しかし、流体は、他のフィルターエレメント３から連通室１３を経由し、前記第２の端部部材３３の開口３７を通過して流入する。これにより、該フィルターエレメント３内部の圧力は濾液室１０より高くなり、流体は該フィルターエレメント３内部から濾過材３１を通過して外部の濾液室１０へ流出することにより、濾過が行われる。このとき、前記捕捉物除去具３４は連通室１３から流入する流体により押し下げられて、下端の第１の端部部材３２側ストッパ３８ｂに当接した位置にある。
次に図７は、逆洗が開始され、逆洗用パイプ５が回転して図５の濾過状態にあったフィルターエレメント３に該逆洗用パイプ５が接続された直後の該フィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。フィルターエレメント３内部では、流体が逆洗用パイプ５に接続された前記逆洗流体ドレンパイプ６を通じて蘆液室１０より低圧側へ導かれ（以下、この状態を「逆洗用パイプ５による吸引」という）圧力が低下するため、前記濾液室１０側から流体がフィルターエレメント３内部へ逆流し、逆洗が始まる。このとき、前記捕捉物除去具３４はまだ上端位置にあるため、それより上側には濾液室１０から濾過材３１を通過してくる流体の流入は困難で、捕捉物除去具３４は下がりにくい。しかし、本発明のフィルターエレメント３では、前記第２の端部部材３３が開口３７を有しており、これを介して連通する連通室１３には、前記逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３（図１０参照）の全てから、制限されつつも流体が供給されている。したがって、図７のフィルターエレメント３には、前記開口３７を介して前記連通室１３からも流体が流入し、該捕捉物除去具の上側の空間の圧力が下側より高くなるため、該捕捉物除去具３４は確実に押し下げられる。
図８は、図７の状態からわずかに後のフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。前記捕捉物除去具３４は、前記第２の端部部材３３から離れ、両者の間に所定の空間ができている。この空間の圧力は該捕捉物除去具３４の下側の圧力よりも高いが、このとき濾過中の別のフィルターエレメント３０から前記連通室１３へ流入する流体の量が該別のフィルターエレメント３０の間隙３９で絞られる上に、該連通室１３から図８のフィルターエレメントの前記空間へ流入する流体の量が前記開口部３７で絞られるため、該空間の圧力は外側の濾液室１０の圧力よりが低い。したがって、この空間にも流体が濾液室側１０から流入するとともに、捕捉物除去具３４をその後下端の前記第１の端部部材３２に当接するまで押し下げる。これにより、濾過材３１内側表面の捕捉物は該捕捉物除去具３４により掻き取られ、逆流した流体とともに前記逆洗用パイプ５へ流入して排出される。
なお、捕捉物除去具３４が下端の前記第１の端部３２側ストッパ３８ｂに当接している状態では、該捕捉物除去具３４の外周部（ブラシ毛３４ｂ等）は、流体の流れにより下側へ撓み、濾過材３１との間に隙間が生ずるので、流体は通過して逆洗用パイプ５に流入できる。
図９は、逆洗用パイプ５がさらに回転して次のフィルターエレメント３との接続位置に移動したときの、元のフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。該フィルターエレメント３への逆洗用パイプ５の接続は外れたので、再度原液室９から流体が流入し、濾過材３１の内側から外側の濾液室１０へ通過する際に濾過される一方、これにより捕捉物除去具３４が押し上げられる。ここでフィルターエレメント３の上端が閉塞端になっている場合、捕捉物除去具３４が該閉塞端に近づくと両者の間にある流体がスムーズに逃げられないため、捕捉物除去具３４が十分上昇できない場合がある。しかし、本発明のフィルターエレメント３では、第２の端部部材３３が開口部３７を有するので、これを通して流体が前記連通室１３を通して逆洗中の他のフィルターエレメント３に流出することができ、捕捉物除去具３４はスムーズに上端位置まで移動できる。
特に、本実施形態では、前記第２の端部部材３３側に移動して当接した前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａが前記開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにしたので、該捕捉物除去具３４が該第２の端部部材３３側にに到達する前は、該部材を通過する流量の制限は緩やかであるため、逆洗時における短周期の濾過・逆洗の繰り返し動作においても、捕捉物除去具３４は上端まで確実に上昇できる。
図１０は、図９の状態の後、前記捕捉物除去具３４が上端部側に到達した時のフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。図５の状態とほぼ同じであるが、連通室１３を介して連通する他のフィルターエレメント３が逆洗中で圧力が低く、これに伴って連通室１３の圧力も低くなるので、図５の状態より多くの流体が該連通室１３へ流出しやすくなる。しかし、本実施形態では、図１０の状態のように、前記第２の端部部材３３側に当接した捕捉物除去具３４の取付部材３４ａが前記開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにしたので、連通室１３を経由して逆洗中の他のフィルターエレメント３に過大な量の流体が流入し、その濾過材３１の内外逆圧力差が減少して逆洗の効率が低下するのを防ぐことができる。つまり、図１０の状態のフィルターエレメント３からの流体の連通室１３への流入を制限する一方、図９に示す捕捉物除去具３４が上昇途中にあるフィルターエレメント３からの流体を連通室１３に流入しやすくしたので、逆洗の効果を低下させずに該捕捉物除去具３４を上昇させることができる。
前記逆洗用パイプ５を回転させて接続するフィルターエレメント３を順次変えることにより、図７〜１０に示したように補足物除去部３４が各フィルターエレメント３内を往復して確実に捕捉物をかき落とすことができる。
前記開口３７の開口面積及び、前記当接時の間隙３９は、以下のように設定する。すなわち、当接時の間隙３９については、これが大きいと、原液室９から流体が供給されて濾過が行われているフィルターエレメント３から連通室１３へ流入する流体の量が増加するので、これと接続されている他のフィルターエレメント３への流入流量が増加し、段落００３９の前記ａ）及びｃ）は実現しやすくなる一方、前記ｄ）は実現が難しくなる。したがって、当接時の間隙３９は、前記ａ），ｃ）及びｄ）を実現するように実験等により最適な間隙量に設定するのが良い。
一方、前記開口３７の開口面積については、これが大きいと、補足物除去部３４が第２の端部３３側に当接していない時にはフィルターエレメント３から連通室１３へ流体が逃げやすくなるので、前記ｂ）は実現しやすくなる。その反面、逆洗中の濾過装置において、逆洗用パイプが接続されていないフィルターエレメント３内で何らかの原因で捕捉物除去具３４が第２の端部部材３３側に当接できない場合、前記開口部３７だけでは連通室１３へ流出する流量があまり制限されず、また、開口部３７の開口面積が大きいと該連通室１３からそのとき逆洗中の他のフィルターエレメント３へ流入する流量もあまり制限されないので、前記ｄ）の実現が難しくなる。したがって、開口３７の開口面積は、前記ｂ）が実現できる限りあまり大きくしないほうが良い。
前記ｄ）を実現するには、あるフィルターエレメント３が逆洗されているとき、該フィルターエレメント３へ濾液室１０から濾過材３１を通過して流入する流量の５〜２０％の流量が前記連通室１３から流入するように、前記間隙３９の間隙量及び前記開口３７の開口面積を調整するのが望ましい。
次に本発明のフィルターエレメント３の第２の実施形態について説明する。
図１１（ａ）および（ｂ）は、本発明のフィルターエレメント３の第２の実施形態を示す正面断面図である。第１の実施形態との相違点は、前記流量制限手段が、前記第２の端部部材３３の開口部３７と前記除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂとからなり、前記第２の端部部材３３側に当接した該除去ブラシ３４のブラシ毛が該開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにしたことである。具体的には、前記補足物除去手段３４として除去ブラシを用いる。一方、前記第２の端部部材３３は開口部３７を有している。前記除去ブラシ３４が、該第２の端部部材３３側ストッパ３８ａとの当接位置にあるとき、図１１（ａ）のように該除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂと濾過材３１内周面との間に隙間は生じず、ブラシ本体３４ａの外周面と濾過材３１内周面との間の空間を覆っている。したがって、前記開口部３７を通過する流体は必然的に前記ブラシ毛３４ｂの隙間を通過しなければならないので、除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂ自体が第２の端部部材３３を通過する流量を制限する。なお、除去ブラシ３４が第１の端部部材３２側ストッパ３８ｂとの当接位置にあるときは、図１２（ｂ）のようにブラシ毛３４ｂは撓み、濾過材３１の内周面との間に隙間が生じて、流体が通過できるようになっている。
このように構成されたフィルターエレメント３の第３の実施形態の動作は、基本的には第１の実施形態と同様である。第２の端部部材３３との当接時には、前記開口部３７の通過流量はブラシ毛３４ｂの配置密度、柔軟性、ブラシ本体３４ａの外周面と濾過材３１内周面との間隔等により変わるので、前記ａ）ｃ）ｄ）の条件を満たすように、これらの条件を設定する。第２端部部材の開口部の開口面積は、第１の実施形態の場合と同様、ｂ）の条件を満たすように設定する。
次に本発明のフィルターエレメント３の第３の実施形態について説明する。
図１２は、本発明のフィルターエレメント３の第３の実施形態を示す正面断面図である。第１及び第２の実施形態との相違点は、前記流量制限手段は、前記第２の端部部材３３の開口部３７をオリフィスとしたことである。
具体的には、該オリフィス３７自体が第２の端部部材３３を通過する流量を制限する。前記取付部材３４ａやブラシ毛３４ｂは、前記補足物除去手段３４が第２の端部部材３３側ストッパ３８ａに当接してもオリフィス３７を通過する流体の流路を制限しないか、これによる流量の制限はオリフィス３７自体による流量の制限に比較して小さい。例えば、捕捉物除去具３４を除去ブラシとした場合、第２の実施形態と異なり、該除去ブラシ３４が第２の端部部材３３に当接しても、ブラシ毛３４ｂが撓んで濾過材３１との間に隙間を生じて流体の流れを妨げないようになっている。
このように構成されたフィルターエレメント３の第３の実施形態の動作は、基本的には第１及び第２の実施形態と同様である。但し、前記オリフィス３７の開口面積自体が通過流量を制限するので、前記ａ）〜ｄ）の条件を満たすように、オリフィスの開口面積を設定する必要がある。
なお、以上の説明では、捕捉物除去具３４として、除去ブラシの例を示したが、本発明はこれに限られず、フィルターエレメント３の内側にて、濾過時又は逆洗時の流体の流れによってその軸方向に移動し、外周部の部材が上記フィルターエレメント３の内周面に摺接して捕捉物を除去することができるならば、例えば、刃状又はヘラ状に形成された金属製、樹脂製あるいはゴム製のスクレーパ等であってもよい。
次に、以上のように構成された濾過装置の第１の実施形態の動作について、図１３および図１４を参照して説明する。なお、濾過装置の動作の各段階におけるフィルターエレメント３内部の流体の流れや捕捉物除去具３４の動きの詳細については、フィルターエレメント３の第１の実施形態についての説明で行っているので、ここでは概略の説明に留める。
図１３は、前記濾過装置の濾過時の状態を示す正面断面図である。濾過時においては、前記逆洗流体排出系のバルブは閉じられ、前記逆洗用パイプ５による吸引は行われず、該逆洗用パイプ５は回転されず静止している。
濾過すべき流体は、流体入口７から矢印Ａのようにハウジング１の原液室９に流入し、これに連通するフィルターエレメント３ａの内部からその外側の濾液室１０へ通過することにより、濾過され、流体出口８から矢印Ｂのように送出される。このとき、このフィルターエレメント３ａ内の捕捉物除去具３４は、流体により押し上げられて上端部にある。なお、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３ｂには前記原液室９からは流体が流入できないが、該フィルターエレメント３ｂにも他のフィルターエレメント３ａから連通室１３を経由して流体が流入するので、同様に濾過が行われる。
一方、図１４は、前記濾過装置の逆洗時の状態を示す正面断面図である。逆洗時においては、前記逆洗流体排出系のバルブは開放され、前記逆洗用パイプ５による吸引が開始されるとともに、該逆洗用パイプ５はギアードモータ１６により回転され接続するフィルターエレメント３が順次変更される。
前記逆洗用パイプ５が回転されてきてこれと接続されたフィルターエレメント３ｂは、その内部が該逆洗用パイプ５により吸引されて圧力が低下するので、外側の前記濾液室１０の流体が濾過時とは逆方向にフィルターエレメント３ｂ内部へ通過することにより、逆洗される。このとき、フィルターエレメント３ｂ内の捕捉物除去具３４が、逆洗により生じる軸方向の流体の流れによって上端部から下端部まで移動しながら濾過材３１内側の捕捉物をかき取って除去する。該除去された捕捉物は、逆洗流体とともに前記逆洗用パイプ５および逆洗流体ドレンパイプ６を通じて排出される。このときに、前記逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３ａには、濾過時と同様に原液室９から流体が流入し濾過が継続され、該フィルターエレメント３ａから連通室１３を経由して流体が前記逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３ｂに流入するので、逆洗開始時に該フィルターエレメント３ｂ内上端部にある前記捕捉物除去具３４がスムーズに下降できる。なお、前記連通室１３から流入する流体は、前記流量制限手段によりその流量が絞られているので、逆洗の効率には影響を与えない。
前記逆洗用パイプ５との接続が終了したフィルターエレメント３ａ内では、原液室９からの流体の流入により捕捉物除去具３４が上昇するが、該捕捉物除去具３４の上側の流体が連通室１３を通して逆洗中の他のフィルターエレメント３に流出することができるため、該捕捉物除去具はスムーズに上端部まで移動できる。前記逆洗用パイプ５は、ギアードモータ１６により回転されて、接続するフィルターエレメント３が順次変更されることにより、補足物除去部３４が各フィルターエレメント３内を往復して確実に逆洗することができる。
例えば、海水のバラスト水の濾過用の濾過材の場合、例えば、濾過は１次圧は3.0ｋｇ、２次圧は2.8〜2.9ｋｇの条件で行い、逆洗は１〜１０時間の濾過運転にごとに１回、逆洗流体ドレンパイプ６の出口を大気圧に開放して逆洗用パイプ５の回転速度１ｒｐｍで２分間行う。
次に、前記フィルターエレメント３を用いた本発明の濾過装置の第２の実施形態の構成を説明する。
図１５は、本発明による濾過装置の第２の実施形態を示す正面断面図である。第２の実施形態による濾過装置は、前記第１の実施形態と比較して、第２の隔壁６及びこれにより形成される連通室１３がなく、その代わりに、フィルターエレメント３の原液室９と反対側の端部に接続され、該端部同士を前記濾液室から隔離しつつ連通する連通管１９を設けたものである。
前記連通管１９は、各フィルターエレメント３内部の流体が周囲から隔離された状態で相互に流通できるようにするもので、配管部分１９ａと、各フィルターエレメント３の第２の端部部材３３と連結する継手部分１９ｂとからなっている。配管部分１９ａの形態については、本発明の濾過装置では、原理上、逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３と接続されていないフィルターエレメント３を接続すれば足りるので、２つのフィルターエレメント３ずつペアで接続する形態でも良い。しかし、動作の安定性の観点からすべてのフィルターエレメント３を相互に連結する形態が望ましい。具体的には、図１６のように円周状の連結等が考えられる。前記配管部分１９ａの材質は、配管として公知のものが使用できる。例えば、ステンレス鋼などの金属、天然ゴムやポリ塩化ビニル等の樹脂であっても良い。周囲との圧力差でつぶれない程度の強度を有するものであれば、柔軟性のある材質でもよい。着脱時の作業性に優れるからである。前記継手部分１９ｂとしては、所定の強度が得られ、気密性が保たれるものであれば、公知の継手手段が採用できる。
このように構成された濾過装置の動作は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、前記連通管１９の動作について説明する。
濾過時においては、図１５に示すように、濾過すべき流体は原液室９へ供給され、これに連通したフィルターエレメント３ａ内部からその外側の濾液室１０へ通過することにより濾過される。ここで、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３ｂには、前記原液室９からは流体が流入できないが、該フィルターエレメント３ｂにも前記連通管１１を経由して他のフィルターエレメント３ａから流体が流入するので、同様に濾過が行われる。
一方、逆洗時においては、図示しないが、前記逆洗流体排出系のバルブは開放され、これと接続されたフィルターエレメント３ｂは、その内部が該逆洗用パイプ５により吸引されて圧力が低下するので、外側の前記濾液室１０の流体が濾過時とは逆方向にフィルターエレメント３ｂ内部へ通過することにより、逆洗される。このとき、前記逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３ａから連通管１９を経由して流体が前記逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３ｂに流入するので、逆洗開始時に該フィルターエレメント３ｂ内上端部にある捕捉物除去具３４がスムーズに下降でき、捕捉物を除去できる。なお、前述の流量制限手段により流量は絞られているので、逆洗の効率には影響を与えない。逆洗終了直後のフィルターエレメント３内では、捕捉物除去具３４が上昇するが、該捕捉物除去具３４と上端部との間の流体が連通管１９を通して逆洗中の他のフィルターエレメント３に流出することができるため、該捕捉物除去具３４はスムーズに上端部まで上昇できる。
上述の第２の実施形態の場合は、フィルターエレメント３の長さが２つの隔壁の間隔に依存しないので、様々な長さのフィルターエレメント３を使用できる。
１…ケーシング
２…第１の隔壁
３，３ａ，３ｂ…フィルターエレメント
４…第２の隔壁
５…逆洗用パイプ
６…逆洗流体ドレンパイプ
７…流体入口
８…流体出口
９…原液室
１０…濾液室
１１…貫通孔
１２…貫通孔
１３…連通室
１４…逆洗用パイプ基端部
１５…シャフト
１６…ギアードモータ
１７…逆洗流体ドレンパイプ基端部
１８…接続口部
１９…連通管
１９ａ…配管部分
１９ｂ…継手部分
２０…排出口
３１…濾過材
３２…第１の端部部材
３３…第２の端部部材
３４…捕捉物除去具（除去ブラシ）
３４ａ…取付部材（ブラシ本体）
３４ｂ…ブラシ毛
３４ｃ…端面
３５…ガイドシャフト
３６…ステー
３７…開口部（オリフィス）
３８，３８ａ，３８ｂ…ストッパ
３９…間隙
本発明は、長手方向の両端部が開口され、濾過の方向が内側から外側の筒状のフィルターエレメントに濾過時と逆向きに流体を流して該フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離する逆洗可能な濾過装置に関し、詳しくは、前記フィルターエレメントの両端部の開口から濾過及び逆洗を行い、該フィルターエレメントの内部に設けた捕捉物除去具を、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによってその軸方向に確実に移動させて捕捉物を除去するフィルターエレメント、及び、これを用いた濾過装置に係るものである。
従来、海水、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過、各種装置の冷却水又はプロセス液等の産業一般に用いられる液体の濾過、化学工場等で使用される各種原料の気体等の濾過において、それらに含まれる微粒子や塵埃等を捕捉除去する目的で、種々の濾過装置が用いられている。
前記濾過装置による濾過を長期間続けていると、フィルターエレメントに捕捉された固形分やゲル状の塵埃等が該フィルターエレメントに蓄積し、濾材を通過する流体に対する抵抗が上昇し、最終的には対象となる流体の濾過が困難になる。これに対処するため、例えば定期的に、前記フィルターエレメントに濾過時と逆向きに流体を通して該フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離させる「逆洗」と呼ばれる操作を行い、フィルターエレメントの濾過性能を回復させる。
前記逆洗の操作は有効なものであるが、フィルターエレメントに付着した捕捉物が完全に除去されずに残存することがある。その場合は、逆洗の操作を繰り返しても前記フィルターエレメントの濾材の流体に対する抵抗が上昇し、対象となる流体の濾過が困難になることがあった。特に、液体を濾過した場合のように、ゲル状の塵埃等や、粘着性の強い物質で覆われた塵埃等がフィルターエレメントの表面に強固に付着している場合は、濾過時と逆向きに流体を流す逆洗のみでフィルターエレメントの濾過性能を回復させることは難しい。中でも、目の大きさが200μｍより細かいフィルターエレメントを使用している濾過装置においてはその傾向が強い。
また、フィルターエレメントに繊維状の塵埃等が絡まっている状態の濾過においても同様である。このような状態の濾過になり易いのは、海水、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過のように、対象となる流体に微生物を含む場合に顕著である。例えば、船舶のバラストタンクに積み込まれたバラスト水（海水）を濾過すると、海水中の藻がたくさん捕捉されるが、繊維状の藻やセルロースその他の繊維状の物質がフィルターエレメントに絡みついて容易には取れない。
これに対処して、フィルターエレメントの濾過性能を回復させるための濾過装置が提案されている。この種の濾過装置としては、濾過すべき流れ用の入口チャネルと、濾過済み流れ用の出口チャネルと、両端部で開放した多数の平行な濾過エレメントであって、該濾過エレメントに濾過すべき流れを送り込むことによって、前記エレメントを通って前記エレメント外へ向かう浸透が起きるようにしている濾過エレメントと、該濾過エレメントの両端部において前記エレメントの異なった端部に交互に接続する少なくとも１つの洗浄機構とを含み、該洗浄機構が、濾過済みの流体の圧力で発生した前記エレメントの逆流フラッシュ流の排出チャネルを形成しているものがある。さらに、前記濾過エレメントの各々が、その端部間で２分割されて、前記エレメントの各端部に接続された前記洗浄機構が、一度に前記エレメントの長さのある部分だけに逆流フラッシュを発生するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、本発明者らも、上記問題に対処するため、フィルターエレメントの内側に、濾過時又は逆洗時の流体の流れによって該フィルターエレメント内をその軸方向に移動し、外周部の部材が上記フィルターエレメントの内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具を設けた濾過装置を提案している（特許文献２参照）。
特表２００３−５０９２００号公報 特開２０１３−９１０４６号公報
しかし、特許文献１に記載の濾過装置においては、フィルターエレメントに付着した捕捉物をはく離させる逆洗を、該フィルターエレメントの両端部側の開口からタイミングをずらせて行っているが、流体の流れによる圧力のみによる逆洗であり、前記フィルターエレメントに繊維状の塵埃等が絡まっている場合、さらにそれが粘性や付着力の強い物質で覆われている場合には、流体の流れによる逆洗のみでフィルターエレメントの濾過性能を回復させるのは難しいものであった。
一方、特許文献２に記載の濾過装置においては、濾過時又は逆洗時の流体の流れによって該フィルターエレメント内をその軸方向に移動し、外周部の部材が上記フィルターエレメントの内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具を設けているが、フィルターエレメントの入口と反対側の端部が閉塞端となっているので、該閉塞端近傍では十分な軸方向流が得られないことがあり、その結果、捕捉物除去具を前記閉塞端まで移動させることができない場合もあった。
さらに、前記各先行技術文献において、各フィルターエレメントに逆洗用パイプを接続して該フィルターエレメントを逆洗する逆洗方式が記載されているが、この逆洗方式を採用する濾過装置の濾過動作時には、逆洗用パイプは一部のフィルターエレメントに接続されたままになっているので、該接続されているフィルターエレメントには原液が供給できず、そのフィルターエレメントでは濾過が行われないとの問題もあった。
そこで、このような問題点に対処し、本発明が解決しようとする課題は、フィルターエレメントの両端部の開口から濾過及び逆洗を行い、該フィルターエレメントの内部に設けた捕捉物除去具を、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによってその軸方向に確実に移動させて捕捉物を除去するフィルターエレメント、及び、これを用いた濾過装置を提供することにある。
前記課題を解決するために、本発明によるフィルターエレメントは、長手方向の両端が開口され、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントであって、両端が開口され所定の長さで伸びる濾過材と、前記濾過材の一方の端部に結合してこれを支持するとともに、流体が通過できる開口部を有する第１の端部部材と、前記濾過材の他方の端部に結合してこれを支持するとともに、流体が通過できる開口部を有する第２の端部部材と、前記濾過材の内側に設けられ、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材の内側を、前記第１及び第２の端部部材の間で移動し、外周部が前記濾過材の内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具と、を有し、前記濾過材の他方の端部側に、前記第２の端部部材を通過する流体の量を制限する流量制限手段を設けたものである。
また、本発明による濾過装置は、外部から流体が流入する流体入口を有するとともに、内部で濾過された流体を外部へ流出する流体出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部を、前記流体入口に連通し濾過前の流体で満たされる原液室と前記流体出口に連通し濾過後の流体で満たされる濾液室とに隔離する第１の隔壁と、前記第１の隔壁に形成された複数の貫通孔に一方の端部が嵌合保持され、内部が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられ、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントと、前記フィルターエレメントの他方の端部側にて前記第１の隔壁と平行に設けられ、該フィルターエレメントの他方の端部を複数の貫通孔に各々嵌合保持し、前記フィルターエレメントの他方の端部側の濾液室を他の部分から隔離して、該フィルターエレメント内を流れる流体が連通する連通室を形成する第２の隔壁と、前記複数のフィルターエレメントのうち一部のフィルターエレメントに、前記一方の端部側に接続され、前記フィルターエレメントの外側から内側に向けて流体を流して逆洗する逆洗用パイプと、前記逆洗用パイプの排出側に接続され、前記フィルターエレメントの逆洗によって除去された捕捉物を前記ケーシングの外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプと、を備える濾過装置であって、前記フィルターエレメントとして、前述の本発明のフィルターエレメントを用い、第１の端部部材が前記一方の端部側になり、第２の端部部材が前記他方の端部側となるように配置したものである。
また、本発明による他の濾過装置は、外部から流体が流入する流体入口を有するとともに、内部で濾過された流体を外部へ流出する流体出口を有するケーシングと、前記ケーシングの内部を、前記流体入口に連通し濾過前の流体で満たされる原液室と前記流体出口に連通し濾過後の流体で満たされる濾液室とに隔離する第１の隔壁と、前記第１の隔壁に形成された複数の貫通孔に一方の端部を嵌合保持され、内部が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられ、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントと、前記複数のフィルターエレメントの他方の端部に接続され、該他方の端部同士を前記濾液室から隔離しつつ連通する連通管と、前記複数のフィルターエレメントのうち一部のフィルターエレメントに、前記一方の端部側に接続され、前記フィルターエレメントの外側から内側に向けて流体を流して逆洗する逆洗用パイプと、前記逆洗用パイプの排出側に接続され、前記フィルターエレメントの逆洗によって除去された捕捉物を前記ケーシングの外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプと、を備える濾過装置であって、前記フィルターエレメントとして、前述の本発明のフィルターエレメントを用い、第１の端部部材が前記一方の端部側になり、第２の端部部材が前記他方の端部側となるように配置したものである。
本発明によるフィルターエレメントによれば、濾過材と、その一方の端部に結合し開口部を有する第１の端部部材と、他方の端部に結合して開口部を有する第２の端部部材と、前記濾過材の内側に設けられる捕捉物除去具とを有し、前記濾過材の他方の端部側に流量制限手段を設けたので、前記第２の端部部材を通過する流体の量を制限することができる。これにより、適切な量の流体が前記第２の端部部材を通過できるので、フィルターエレメントにおいて捕捉物除去具を該第２の端部部材に当接する位置まで確実に移動できる。したがって、該フィルターエレメントを本発明による濾過装置に用いることにより、捕捉物除去具が濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材の内側を、前記第１及び第２の端部部材の間で移動でき、捕捉物を確実に除去することができる。
また、本発明による濾過装置によれば、ケーシングと、前記ケーシングの内部を原液室と濾液室とに隔離する第１の隔壁と、一方の端部側が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられたフィルターエレメントと、濾液室の一部を他の部分から隔離して前記フィルターエレメントの他方の端部側が連通する連通室を形成する第２の隔壁と、一部のフィルターエレメントに接続され該フィルターエレメントを逆洗する逆洗用パイプと、逆洗により除去された捕捉物を外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプとを備え、前記フィルターエレメントとして本発明のフィルターエレメントを用いたので、前記フィルターエレメントの他方の端部を通過する流体の量を制限しつつ適切な量の流体が該他方の端部を通過可能となり、フィルターエレメントにおいて捕捉物除去具を該他方の端部まで確実に移動できる。したがって、フィルターエレメント内の捕捉物除去具が濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって濾過材の内側を、一方及び他方の端部の間で移動して捕捉物を確実に除去し、該除去した捕捉物を前記逆洗用パイプおよび逆洗流体ドレンパイプを通じて排出することができる。これにより逆洗効果を高めることが可能になる。また、濾過動作時において、前記逆洗用パイプに一方の端部が接続されているフィルターエレメントにも前記連通室を経由して流体が流入できるので、該フィルターエレメントにおいても濾過が可能になり、フィルターエレメントの利用効率を向上できる。さらに、前記逆洗用パイプをフィルターエレメントの一方の端部側に配置すれば足りるので、逆洗用パイプを両側に配置した場合に比較して装置構造が単純になり、装置コストの低減を図ることができる。
また、本発明による他の濾過装置によれば、ケーシングと、前記ケーシングの内部を原液室と濾液室とに隔離する第１の隔壁と、一方の端部側が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられたフィルターエレメントと、前記フィルターエレメントの他方の端部に接続され該他方の端部同士を前記濾液室から隔離しつつ連通する連通管と、一部のフィルターエレメントに接続され該フィルターエレメントを逆洗する逆洗用パイプと、逆洗により除去された捕捉物を外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプとを備え、前記フィルターエレメントとして本発明のフィルターエレメントを用いたので、前記フィルターエレメントの他方の端部を通過する流体の量を制限しつつ適切な量の流体が該他方の端部を通過可能となり、フィルターエレメントにおいて捕捉物除去具を該他方の端部まで確実に移動できる。したがって、逆洗時には、各フィルターエレメント内の捕捉物除去具が濾過材の内側を、一方及び他方の端部の間で移動して捕捉物を確実に除去し、該除去した捕捉物を前記逆洗用パイプおよび逆洗流体ドレンパイプを通じて排出することができる。これにより逆洗効果を高めることが可能になる。濾過動作時において、前記逆洗用パイプに一方の端部が接続されているフィルターエレメントにも前記連通管を経由して流体が流入できるので、該フィルターエレメントにおいても濾過が可能になり、フィルターエレメントの利用効率を向上できる。さらに、逆洗用パイプをフィルターエレメントの一方の端部側に配置すれば足りるので、逆洗用パイプを両側に配置した場合に比較して装置構造が単純になり、装置コストの低減を図ることができる。
本発明による濾過装置の第１の実施形態を示す正面断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明によるフィルターエレメントの第１の実施形態を示す正面断面図である。 図３に示すフィルターエレメントの平面図（ａ）、及び底面図（ｂ）である。 前記フィルターエレメントにおいて、逆洗用パイプが接続されていない場合の濾過時の状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、逆洗用パイプが接続されている場合の濾過時の状態を示す正面断面図である。 図５に示すフィルターエレメントにおいて、逆洗用パイプが接続されて逆洗が開始された直後の状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、図７の状態からわずかに後の状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、逆洗が終わり、原液室から流体が流入し始めた状態を示す正面断面図である。 前記フィルターエレメントにおいて、図９の状態の後、捕捉物除去具が上端に達したときの状態を示す正面断面図である。 本発明によるフィルターエレメントの第２の実施形態を示す要部断面説明図であり、（ａ）は濾過時の上端部の状態、（ｂ）は逆洗時の下端部の状態を示す。 本発明によるフィルターエレメントの第３の実施形態を示す要部断面説明図である。 前記濾過装置の濾過時の状態を示す正面断面図である。 前記濾過装置の逆洗時の状態を示す正面断面図である。 本発明による濾過装置の第２の実施形態を示す正面断面図である。 図１５のＤ−Ｄ線断面図である。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による濾過装置の第１の実施形態を示す正面断面図であり、図２は図１のＣ−Ｃ線断面図ある。この濾過装置は、海水（例えば船舶のバラスト水）、湖水、河川水、上水道、下水道等の水の濾過、各種装置の冷却水又はプロセス液等の産業一般に用いられる液体の濾過、化学工場等で使用される各種原料の気体等の濾過に適用されるもので、それらに含まれる微粒子や塵埃等を捕捉除去するようになっており、図１に示すように、ケーシング１と、第１の隔壁２と、フィルターエレメント３と、第２の隔壁４と、逆洗用パイプ５と、逆洗流体ドレンパイプ６とを備えて成る。
前記ケーシング１は、濾過装置の外殻をなすもので、有底有蓋の筒状（例えば円筒形状）、直方体形状などに形成され、例えば側壁下端部に外部から矢印Ａのように流体が流入する流体入口７を有すると共に、側壁上部に内部で濾過された流体を矢印Ｂのように外部へ流出する流体出口８を有している。ケーシング１の材質は、金属又は合成樹脂などであり、その形状・大きさは、濾過装置の使用目的、通過させる液体、気体等の種類、量、設置場所などに応じて適宜決めればよい。
前記ケーシング１の内部の下部には、第１の隔壁２が水平に設けられている。この第１の隔壁２は、ケーシング１内部を流体入口７と連通し濾過前の流体で満たされる原液室９と、前記流体出口８と連通し濾過後の流体で満たされる濾液室１０とに隔離する隔壁である。その複数箇所には、前記フィルターエレメント３の一方の端部（下端部）を嵌合保持するための貫通孔１１が形成されている。
前記第１の隔壁２の上側には、複数のフィルターエレメント３が、その下端部が前記貫通孔１１に嵌合保持されて、内部が前記原液室９と連通して前記濾液室１０内に垂直方向に平行に設けられている。このフィルターエレメント３は、対象となる流体を内側から外側に向けて通過させ流体中に含まれる固形分やゲル状の塵埃等を捕捉して濾過するとともに、流体を外側から内側に向けて通過させて逆洗されるもので、筒状、例えば円筒状に形成されている。前記フィルターエレメント３は、図２では１つの円周上に８本配置した例を示したが、８本以外の複数本でもよく、また、複数の同心円上に配列されていても良い。
前記フィルターエレメント３の他方の端部（上端部）側には、第２の隔壁４が、前記第１の隔壁２と平行に水平に設けられている。この第２の隔壁４は、該フィルターエレメント３の上端部を複数の貫通孔１２で嵌合保持するとともに、該上端部側の濾液室１０を他の部分から隔離して、フィルターエレメント３内を流れる流体が連通する連通室１３を形成する隔壁である。
この連通室１３は、ケーシング１の上端蓋と前記第２の隔壁４との間に形成されている。連通室１３は、フィルターエレメント３の上端部側同士を連通し、これらの間を流体が行き来できるようにする部屋であり、原液室９、濾液室１０及び逆洗用パイプ５から隔離されて形成されている。連通室１３の容量は大きい必要はなく、流体がスムーズに流れられる容量があれば足りる。
前記第１の隔壁２の下側には、逆洗用パイプ５が配置されている。該逆洗用パイプ５は、図１において、基端部１４から左に半径方向に伸び、前記第１の隔壁２に穿孔された貫通孔１１を介してフィルターエレメント３に接続される。図１では、逆洗用パイプ５が１本の場合を示したが、これを２本以上設けて同時に２本以上のフィルターエレメント３に接続できるようにしても良い。
前記の逆洗用パイプ５の基端部１４には、その中心軸上には、シャフト１５が上向きに取り付けられてケーシング１の外部に張り出しており、該シャフト１５の端部にはギアードモータ１６が設けられて回転駆動されるようになっている。したがって、該ギアードモータ１６を回転駆動することによって前記シャフト１５が回転し、図２に示すように、逆洗用パイプ５が例えば時計回りに矢印Ｐ方向に回転して、例えば円周状に配列された複数のフィルターエレメント３の下端部の開口部に、逆洗用パイプ５が順次接続される。
前記逆洗用パイプ５の排出側、すなわち該逆洗用パイプ５の基端部１４には、図１に示すように、逆洗流体ドレンパイプ６が接続されている。この逆洗流体ドレンパイプ６は、前記フィルターエレメント３の逆洗時に除去された捕捉物を前記ケーシング１の外部へ排出するもので、ケーシング１の半径方向に伸びる直線状のパイプに形成されている。前記逆洗流体ドレンパイプ６の基端部１７には、上向きに開口した接続口部１８が設けられ、この接続口部１８に前記逆洗用パイプ５の基端部１４が回転自在に接続されている。また、前記逆洗流体ドレンパイプ６の先端部の排出口２０は、ケーシング１の外部へ突出している。
前記逆洗流体ドレンパイプ６は、ケーシング１に対して固定されており、その基端部１７の接続口部１８に対する逆洗用パイプ５の基端部１４との接続部には、ベアリング等の軸受機構が介在して支持すると共に、排出物が未濾過の流体に混じらないようにシール機構が設けられている。したがって、前記ギアードモータ１６を回転駆動することにより、前記接続口部１８を回転支持部として前記逆洗用パイプ５の基端部１４と接続口部１８のシールを保ちながら、該逆洗用パイプ５を回転する。
前記逆洗流体ドレンパイプ６の排出口２０の排出側には、図示省略のバルブが接続されている。このバルブは、前記逆洗用パイプ５および逆洗流体ドレンパイプ６を含む逆洗流体排出系を開閉するもので、濾過装置の逆洗時には開放され濾過時には閉塞されるようになっている。このバルブの排出側は、前記流体出口８の圧力より低圧側、例えば大気圧に開放されている。
ここで、本発明においては、前記フィルターエレメント３は、次のように構成されている。
図３は、本発明のフィルターエレメント３の第１の実施形態を示す正面断面図であり、図４（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。このフィルターエレメント３は、対象となる流体の濾過に用いられるもので、濾過材３１と、第１の端部部材３２と、第２の端部部材３３と、捕捉物除去具３４とを含んで構成され、本発明の濾過装置において、第１の端部部材３２が前記一方の端部（下端部）側になり、第２の端部部材３３が前記他方の端部（上端部）側となるように配置されている。
前記濾過材３１は、流体を濾過するもので、筒状、例えば円筒状に形成される。濾材が複数層に重ねられており最内層が最も細かい網目になっているものであればよく、例えば、複数積層した金網を焼結して保形性を高め円筒状に成形した焼結メッシュフィルターや、円筒状のノッチワイヤーフィルター、ウェッジワイヤーフィルター等がある。焼結メッシュフィルターの場合は、最内層の網目の大きさは10〜200μｍのもの、それより外側の層の網目の大きさは最内層のものより粗ければ良いが、200〜5000μｍのものが適当であり、その中から適宜選定すればよい。この場合、最内層以外の補強メッシュや保護メッシュは、フィルターエレメントの強度に係わるものであり、必要な強度が得られるようにその層数、網目の大きさ及び線材径を選択する。また、メッシュの織り方は、平織り、綾織り、朱子織り、畳織り、綾畳織り等が適用できる。なお、最内層を金網として、その外側に例えば角穴が無数に穿設された円筒状のパンチングチューブや、複数本の細いロッドを軸方向に沿って並べた補強部材を配設した状態で焼結してもよい。
例えば、海水のバラスト水の濾過用の濾過材３１の場合、濾過精度を決める細かいファインメッシュと、濾過時の内側から外側に向かう力及び逆洗時の外側から内側に向かう力に対して濾過材３１に強度を与える粗い金網からなり、互いに接合されているのが好ましい。さらに前記粗い金網とファインメッシュとの間に、両者の中間の細かさの金網を挟んで焼結することがより好ましい。ファインメッシュとしては、400〜100メッシュ（63.5〜254μｍ）、中間の金網としては、100〜20メッシュ（254〜1270μｍ）、強度を与える金網としては、50〜5メッシュ（508〜5080μｍ）が適当である。
前記濾過材３１の形状、大きさなどは、濾過装置の使用目的、濾過性能、ケーシング１の大きさ、対象の流体の種類などに応じて適宜決めればよい。例えば、円筒状の濾過材３１の場合には、外径は300mm〜1000mmの範囲で、長さは5000mm以内で種々の寸法を選択すればよい。
前記濾過材３１の一方の端部（下端部）には、第１の端部部材３２が結合されている。この第１の端部部材３２は、円筒状の部材であり、濾過材３１の開口端部を補強すると共に、前記捕捉物除去具３４の抜け落ちを防ぐものである。また、フィルターエレメント３の原液入口側の端部部材を構成している。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、円形の開口部の中心を横切るステー３６を架設して、その中心に後述するガイドシャフト３５が挿通される中心孔を設けてある。
前記濾過材３１の原液入口側端部と反対側の他方の端部（上端部）には、第２の端部部材３３が結合されている。この第２の端部部材３３は、所定の開口を有する円筒蓋状の部材であり、濾過材３１の開口端部を補強すると共に、前記捕捉物除去具３４の抜け落ちを防ぐものである。平面視では、図４（ａ）に示すように円形の蓋状に閉じており、後述するガイドシャフト３５が挿通される中心孔と、これを取り囲む４つの開口部３７が設けられている。この開口部３７は、後述する流量制限手段の構成要素となっている。
前記濾過材３１の内側には、捕捉物除去具３４が設けられている。この捕捉物除去具３４は、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材３１の内側を、前記第１及び第２の端部部材３２，３３の間で移動し、外周部が前記濾過材３１の内周面に摺接して捕捉物を除去するものである。移動の安定性の観点から、該捕捉物除去具３４は中心軸上に貫通孔を有し、前記第１の端部部材３２及び第２の端部部材３３に両端部が固定されたガイドシャフト３５に挿通されて、濾過材３１の軸方向に移動できるように構成されることが望ましい。
前記捕捉物除去具３４は、例えば図３に示すような除去ブラシに構成されている。
この除去ブラシ３４は、前記フィルターエレメント３の内側にてそのガイドシャフト３５に沿って上下に移動するもので、ブラシ本体３４ａの外周部にブラシ毛３４ｂを植え付けて成る。ブラシ本体３４ａは、その中心部に前記ガイドシャフト３５が挿通する孔が形成され、外径は濾過材３１の内径よりも小さい径とされており、所定の厚みを有するドーナツ盤状に形成されている。このブラシ本体３４ａの外周部には、毛先が前記濾過材３１の内周面に摺接できるブラシ毛３４ｂがリング状に植え付けられている。ブラシ毛３４ｂの毛足の長さは、少なくとも前記濾過材３１の内周面に該ブラシ毛３４ｂの先端がある程度の圧力をもって接触する程度にすることが必要である。
前記ブラシ毛３４ｂの材質は、例えば天然若しくは合成の繊維、又は鋼、銅、真鍮などの金属線等の一般にブラシの毛として使用されているものならば何でもよい。なお、ブラシ毛３４ｂは、フィルターエレメント３内を流れる流体の圧力により撓む程度の柔軟性を有している。これにより、流体の圧力によりブラシ毛３４ｂが撓んだ際には、濾過材３１の内周面とブラシ毛３４ｂの毛先との間に隙間ができて、流体が流通可能となる。
図３に示すように、前記フィルターエレメント３内のガイドシャフト３５の上端部及び下端部には、ストッパ３８ａ，３８ｂが取り付けられている。このストッパ３８ａ，３８ｂは、捕捉物除去具（除去ブラシ）３４が前記フィルターエレメント３の内側にてそのガイドシャフト３５に沿って上下に移動した際に、上下の終端部で捕捉物除去具３４の移動を止めるものである。なお、ストッパ３８ａ，３８ｂの材質としては、ゴムやバネの様に衝撃を吸収できるものがより好ましい。
ここで、本発明においては、前記濾過材３１の他方の端部（上端部）側に、流量制限手段が設けられている。この流量制限手段は、前記第２の端部部材３３を通過する流体の量を制限するもので、一定量の流体の通過を許すことにより
ａ）フィルターエレメント３の逆洗開始時に第２の端部部材３３側当接位置にある前記捕捉物除去具３４が、第１の端部部材３２側へスムーズに離間できるようにすること、
ｂ）フィルターエレメント３の逆洗終了時に捕捉物除去具３４が第２の端部部材３３側当接位置までスムーズに移動できるようにすること、
ｃ）濾過時において、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３には、前記原液室９からは流体が流入できないので、前記連通室１３経由で流体が流入して濾過できるようにすること、を実現する。
一方、流量を制限することにより、
ｄ）逆洗中のフィルターエレメント３に連通室１３経由で過大な量の流体が流入し、濾過材３１の内外逆圧力差が低下して逆洗の効率が低下することを防ぐこと、を実現する。
本実施形態の流量制限手段は、図３において、第２の端部部材３３に設けられた開口部３７と前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａとからなり、該第２の端部部材３３側に移動して当接した該捕捉物除去具３４の取付部材３４ａが前記開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにした。図３の例では、該捕捉物除去具３４が前記第２の端部部材３３側のストッパ３８ａから離間しているときは、該開口部３７は、前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａの端面３４ｃによって閉塞されず、当該開口面積に応じた量の流体が通過できる。一方、該捕捉物除去具３４が前記第２の端部部材３３側の前記ストッパ３８ａに当接しているときは、前記取付部材３４ａの端面３４ｃが該開口部３７と近接するように構成されており、通過できる流体の量は、該開口部３７と該端面３４ｃとの間隙３９に応じた量に制限される。
なお、以上では、前記捕捉物除去具３４が前記ストッパ３８ａに当接しているときは、通過できる流体の量は、前記開口部３７とこれに近接する前記取付部材３４ａの端面３４ｃとの間隙３９に応じた量に制限される構成としたが、本発明の第１の実施形態はこれに限られず、前記取付部材３４ａの端面３４ｃが該開口部３７のすべてを封止せずに残った隙間の量に応じて制限される構成としてもよい。さらに、複数の開口部３７のうち一部の開口部３７のみを前記端面３４ｃで封止し、封止していない開口部３７の開口面積に応じた流体の通過を許すように制限する構成でもよい。請求項７の記載「該第２の端部部材側に移動して当接した捕捉物除去具の取付部材が前記開口部を通過する流体の流路を制限するようにした」とは、これらの構成を含むものとする。
次に、このように構成された第１の実施形態によるフィルターエレメント３の動作について、図５〜１０を参照して説明する。
図５は、濾過装置の濾過時における、逆洗用パイプ５（図１参照）が接続されていないフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。原液が、第１の端部部材３２側、すなわち下端部側から、フィルターエレメント３内部に流入し、濾過材３１の内側から外側の濾液室１０へ通過する際に濾過される一方、これにより捕捉物除去具３４が押し上げられて第２の端部部材３３側のストッパ３８ａに当接している。このとき、前記のように、前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａの端面３４ｃは、開口部３７に対し近接するが当接せず、わずかな間隙３９が残っている。該間隙３９は濾過装置の連通室１３へ連通しているが、連通室１３の流体は後述するように逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３へ流出するため、該連通室１３の圧力は濾過中のフィルターエレメント３内部より低圧である。したがって、該濾過中のフィルターエレメント３内部の流体の一部は、当該間隙３９を通過して、該連通室１３に流出する。
図６は、濾過装置の濾過時における、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。濾過時には前記逆洗流体排出系のバルブは閉じられているが、該逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３には、前記原液室９からは流体が流入できない。しかし、流体は、他のフィルターエレメント３から連通室１３を経由し、前記第２の端部部材３３の開口部３７を通過して流入する。これにより、該フィルターエレメント３内部の圧力は濾液室１０より高くなり、流体は該フィルターエレメント３内部から濾過材３１を通過して外部の濾液室１０へ流出することにより、濾過が行われる。このとき、前記捕捉物除去具３４は連通室１３から流入する流体により押し下げられて、下端の第１の端部部材３２側のストッパ３８ｂに当接した位置にある。
次に図７は、逆洗が開始され、逆洗用パイプ５が回転して図５の濾過状態にあったフィルターエレメント３に該逆洗用パイプ５が接続された直後の該フィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。フィルターエレメント３内部では、流体が逆洗用パイプ５に接続された前記逆洗流体ドレンパイプ６を通じて濾液室１０より低圧側へ導かれ（以下、この状態を「逆洗用パイプ５による吸引」という）圧力が低下するため、前記濾液室１０側から流体がフィルターエレメント３内部へ逆流し、逆洗が始まる。このとき、前記捕捉物除去具３４はまだ上端位置にあるため、それより上側には濾液室１０から濾過材３１を通過してくる流体の流入は困難で、捕捉物除去具３４は下がりにくい。しかし、本発明のフィルターエレメント３では、前記第２の端部部材３３が開口部３７を有しており、これを介して連通する連通室１３には、前記逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３（図１０参照）の全てから、制限されつつも流体が供給されている。したがって、図７のフィルターエレメント３には、前記開口部３７を介して前記連通室１３からも流体が流入し、該捕捉物除去具３４の上側の空間の圧力が下側より高くなるため、該捕捉物除去具３４は確実に押し下げられる。
図８は、図７の状態からわずかに後のフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。前記捕捉物除去具３４は、前記第２の端部部材３３から離れ、両者の間に所定の空間ができている。この空間の圧力は該捕捉物除去具３４の下側の圧力よりも高いが、このとき濾過中の別のフィルターエレメント３から前記連通室１３へ流入する流体の量が該別のフィルターエレメント３の間隙３９で絞られる上に、該連通室１３から図８のフィルターエレメントの前記空間へ流入する流体の量が前記開口部３７で絞られるため、該空間の圧力は外側の濾液室１０の圧力より低い。したがって、この空間にも流体が濾液室１０側から流入するとともに、捕捉物除去具３４をその後下端の前記第１の端部部材３２側に当接するまで押し下げる。これにより、濾過材３１内側表面の捕捉物は該捕捉物除去具３４により掻き取られ、逆流した流体とともに前記逆洗用パイプ５へ流入して排出される。
なお、捕捉物除去具３４が下端の前記第１の端部部材３２側のストッパ３８ｂに当接している状態では、該捕捉物除去具３４の外周部（ブラシ毛３４ｂ等）は、流体の流れにより下側へ撓み、濾過材３１との間に隙間が生ずるので、流体は通過して逆洗用パイプ５に流入できる。
図９は、逆洗用パイプ５がさらに回転して次のフィルターエレメント３との接続位置に移動したときの、元のフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。該フィルターエレメント３への逆洗用パイプ５の接続は外れたので、再度原液室９から流体が流入し、濾過材３１の内側から外側の濾液室１０へ通過する際に濾過される一方、これにより捕捉物除去具３４が押し上げられる。ここでフィルターエレメント３の上端が閉塞端になっている場合、捕捉物除去具３４が該閉塞端に近づくと両者の間にある流体がスムーズに逃げられないため、捕捉物除去具３４が十分上昇できない場合がある。しかし、本発明のフィルターエレメント３では、第２の端部部材３３が開口部３７を有するので、これを通して流体が前記連通室１３を通して逆洗中の他のフィルターエレメント３に流出することができ、捕捉物除去具３４はスムーズに上端位置まで移動できる。
特に、本実施形態では、前記第２の端部部材３３側に移動して当接した前記捕捉物除去具３４の取付部材３４ａが前記開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにしたので、該捕捉物除去具３４が該第２の端部部材３３側に到達する前は、該部材を通過する流量の制限は緩やかであるため、逆洗時における短周期の濾過・逆洗の繰り返し動作においても、捕捉物除去具３４は上端まで確実に上昇できる。
図１０は、図９の状態の後、前記捕捉物除去具３４が上端部側に到達した時のフィルターエレメント３の状態を示す正面断面図である。図５の状態とほぼ同じであるが、連通室１３を介して連通する他のフィルターエレメント３が逆洗中で圧力が低く、これに伴って連通室１３の圧力も低くなるので、図５の状態より多くの流体が該連通室１３へ流出しやすくなる。しかし、本実施形態では、図１０の状態のように、前記第２の端部部材３３側に当接した捕捉物除去具３４の取付部材３４ａが前記開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにしたので、連通室１３を経由して逆洗中の他のフィルターエレメント３に過大な量の流体が流入し、その濾過材３１の内外逆圧力差が減少して逆洗の効率が低下するのを防ぐことができる。つまり、図１０の状態のフィルターエレメント３からの流体の連通室１３への流入を制限する一方、図９に示す捕捉物除去具３４が上昇途中にあるフィルターエレメント３からの流体を連通室１３に流入しやすくしたので、逆洗の効果を低下させずに該捕捉物除去具３４を上昇させることができる。
前記逆洗用パイプ５を回転させて接続するフィルターエレメント３を順次変えることにより、図７〜１０に示したように捕捉物除去具３４が各フィルターエレメント３内を往復して確実に捕捉物をかき落とすことができる。
前記開口部３７の開口面積及び、前記当接時の間隙３９は、以下のように設定する。すなわち、当接時の間隙３９については、これが大きいと、原液室９から流体が供給されて濾過が行われているフィルターエレメント３から連通室１３へ流入する流体の量が増加するので、これと接続されている他のフィルターエレメント３への流入流量が増加し、段落００４１の前記ａ）及びｃ）は実現しやすくなる一方、前記ｄ）は実現が難しくなる。したがって、当接時の間隙３９は、前記ａ），ｃ）及びｄ）を実現するように実験等により最適な間隙量に設定するのが良い。
一方、前記開口部３７の開口面積については、これが大きいと、捕捉物除去具３４が第２の端部部材３３側に当接していない時にはフィルターエレメント３から連通室１３へ流体が逃げやすくなるので、前記ｂ）は実現しやすくなる。その反面、逆洗中の濾過装置において、逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３内で何らかの原因で捕捉物除去具３４が第２の端部部材３３側に当接できない場合、前記開口部３７だけでは連通室１３へ流出する流量があまり制限されず、また、開口部３７の開口面積が大きいと該連通室１３からそのとき逆洗中の他のフィルターエレメント３へ流入する流量もあまり制限されないので、前記ｄ）の実現が難しくなる。したがって、開口部３７の開口面積は、前記ｂ）が実現できる限りあまり大きくしないほうが良い。
前記ｄ）を実現するには、あるフィルターエレメント３が逆洗されているとき、該フィルターエレメント３へ濾液室１０から濾過材３１を通過して流入する流量の５〜２０％の流量が前記連通室１３から流入するように、前記間隙３９の間隙量及び前記開口部３７の開口面積を調整するのが望ましい。
次に本発明のフィルターエレメント３の第２の実施形態について説明する。
図１１（ａ）および（ｂ）は、本発明のフィルターエレメント３の第２の実施形態を示す正面断面図である。第１の実施形態との相違点は、前記流量制限手段が、前記第２の端部部材３３の開口部３７と前記除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂとからなり、前記第２の端部部材３３側に当接した該除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂが該開口部３７を通過する流体の流路を制限するようにしたことである。具体的には、前記捕捉物除去具３４として除去ブラシを用いる。一方、前記第２の端部部材３３は開口部３７を有している。前記除去ブラシ３４が、該第２の端部部材３３側のストッパ３８ａとの当接位置にあるとき、図１１（ａ）のように該除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂと濾過材３１内周面との間に隙間は生じず、ブラシ本体３４ａの外周面と濾過材３１内周面との間の空間を覆っている。したがって、前記開口部３７を通過する流体は必然的に前記ブラシ毛３４ｂの隙間を通過しなければならないので、除去ブラシ３４のブラシ毛３４ｂ自体が第２の端部部材３３を通過する流量を制限する。なお、除去ブラシ３４が第１の端部部材３２側のストッパ３８ｂとの当接位置にあるときは、図１１（ｂ）のようにブラシ毛３４ｂは撓み、濾過材３１の内周面との間に隙間が生じて、流体が通過できるようになっている。
このように構成されたフィルターエレメント３の第２の実施形態の動作は、基本的には第１の実施形態と同様である。第２の端部部材３３との当接時には、前記開口部３７の通過流量はブラシ毛３４ｂの配置密度、柔軟性、ブラシ本体３４ａの外周面と濾過材３１内周面との間隔等により変わるので、前記ａ）ｃ）ｄ）の条件を満たすように、これらの条件を設定する。第２の端部部材３３の開口部３７の開口面積は、第１の実施形態の場合と同様、ｂ）の条件を満たすように設定する。
次に本発明のフィルターエレメント３の第３の実施形態について説明する。
図１２は、本発明のフィルターエレメント３の第３の実施形態を示す正面断面図である。第１及び第２の実施形態との相違点は、前記流量制限手段は、前記第２の端部部材３３の開口部３７をオリフィスとしたことである。
具体的には、該オリフィス３７自体が第２の端部部材３３を通過する流量を制限する。前記取付部材３４ａやブラシ毛３４ｂは、前記捕捉物除去具３４が第２の端部部材３３側のストッパ３８ａに当接してもオリフィス３７を通過する流体の流路を制限しないか、これによる流量の制限はオリフィス３７自体による流量の制限に比較して小さい。例えば、捕捉物除去具３４を除去ブラシとした場合、第２の実施形態と異なり、該除去ブラシ３４が第２の端部部材３３側に当接しても、ブラシ毛３４ｂが撓んで濾過材３１との間に隙間を生じて流体の流れを妨げないようになっている。
このように構成されたフィルターエレメント３の第３の実施形態の動作は、基本的には第１及び第２の実施形態と同様である。但し、前記オリフィス３７の開口面積自体が通過流量を制限するので、前記ａ）〜ｄ）の条件を満たすように、オリフィスの開口面積を設定する必要がある。
なお、以上の説明では、捕捉物除去具３４として、除去ブラシの例を示したが、本発明はこれに限られず、フィルターエレメント３の内側にて、濾過時又は逆洗時の流体の流れによってその軸方向に移動し、外周部の部材が上記フィルターエレメント３の内周面に摺接して捕捉物を除去することができるならば、例えば、刃状又はヘラ状に形成された金属製、樹脂製あるいはゴム製のスクレーパ等であってもよい。
次に、以上のように構成された濾過装置の第１の実施形態の動作について、図１３および図１４を参照して説明する。なお、濾過装置の動作の各段階におけるフィルターエレメント３内部の流体の流れや捕捉物除去具３４の動きの詳細については、フィルターエレメント３の第１の実施形態についての説明で行っているので、ここでは概略の説明に留める。
図１３は、前記濾過装置の濾過時の状態を示す正面断面図である。濾過時においては、前記逆洗流体排出系のバルブは閉じられ、前記逆洗用パイプ５による吸引は行われず、該逆洗用パイプ５は回転されず静止している。
濾過すべき流体は、流体入口７から矢印Ａのようにケーシング１の原液室９に流入し、これに連通するフィルターエレメント３ａの内部からその外側の濾液室１０へ通過することにより、濾過され、流体出口８から矢印Ｂのように送出される。このとき、このフィルターエレメント３ａ内の捕捉物除去具３４は、流体により押し上げられて上端部にある。なお、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３ｂには前記原液室９からは流体が流入できないが、該フィルターエレメント３ｂにも他のフィルターエレメント３ａから連通室１３を経由して流体が流入するので、同様に濾過が行われる。
一方、図１４は、前記濾過装置の逆洗時の状態を示す正面断面図である。逆洗時においては、前記逆洗流体排出系のバルブは開放され、前記逆洗用パイプ５による吸引が開始されるとともに、該逆洗用パイプ５はギアードモータ１６により回転され接続するフィルターエレメント３が順次変更される。
前記逆洗用パイプ５が回転されてきてこれと接続されたフィルターエレメント３ｂは、その内部が該逆洗用パイプ５により吸引されて圧力が低下するので、外側の前記濾液室１０の流体が濾過時とは逆方向にフィルターエレメント３ｂ内部へ通過することにより、逆洗される。このとき、フィルターエレメント３ｂ内の捕捉物除去具３４が、逆洗により生じる軸方向の流体の流れによって上端部から下端部まで移動しながら濾過材３１内側の捕捉物をかき取って除去する。該除去された捕捉物は、逆洗流体とともに前記逆洗用パイプ５および逆洗流体ドレンパイプ６を通じて排出される。このときに、前記逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３ａには、濾過時と同様に原液室９から流体が流入し濾過が継続され、該フィルターエレメント３ａから連通室１３を経由して流体が前記逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３ｂに流入するので、逆洗開始時に該フィルターエレメント３ｂ内上端部にある前記捕捉物除去具３４がスムーズに下降できる。なお、前記連通室１３から流入する流体は、前記流量制限手段によりその流量が絞られているので、逆洗の効率には影響を与えない。
前記逆洗用パイプ５との接続が終了したフィルターエレメント３ａ内では、原液室９からの流体の流入により捕捉物除去具３４が上昇するが、該捕捉物除去具３４の上側の流体が連通室１３を通して逆洗中の他のフィルターエレメント３に流出することができるため、該捕捉物除去具３４はスムーズに上端部まで移動できる。前記逆洗用パイプ５は、ギアードモータ１６により回転されて、接続するフィルターエレメント３が順次変更されることにより、捕捉物除去具３４が各フィルターエレメント３内を往復して確実に逆洗することができる。
例えば、海水のバラスト水の濾過用の濾過材３１の場合、例えば、濾過は１次圧は3.0ｋｇ、２次圧は2.8〜2.9ｋｇの条件で行い、逆洗は１〜１０時間の濾過運転にごとに１回、逆洗流体ドレンパイプ６の出口を大気圧に開放して逆洗用パイプ５の回転速度１ｒｐｍで２分間行う。
次に、前記フィルターエレメント３を用いた本発明の濾過装置の第２の実施形態の構成を説明する。
図１５は、本発明による濾過装置の第２の実施形態を示す正面断面図である。第２の実施形態による濾過装置は、前記第１の実施形態と比較して、第２の隔壁４及びこれにより形成される連通室１３がなく、その代わりに、フィルターエレメント３の原液室９と反対側の端部に接続され、該端部同士を前記濾液室１０から隔離しつつ連通する連通管１９を設けたものである。
前記連通管１９は、各フィルターエレメント３内部の流体が周囲から隔離された状態で相互に流通できるようにするもので、配管部分１９ａと、各フィルターエレメント３の第２の端部部材３３と連結する継手部分１９ｂとからなっている。配管部分１９ａの形態については、本発明の濾過装置では、原理上、逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３と接続されていないフィルターエレメント３を接続すれば足りるので、２つのフィルターエレメント３ずつペアで接続する形態でも良い。しかし、動作の安定性の観点からすべてのフィルターエレメント３を相互に連結する形態が望ましい。具体的には、図１６のように円周状の連結等が考えられる。前記配管部分１９ａの材質は、配管として公知のものが使用できる。例えば、ステンレス鋼などの金属、天然ゴムやポリ塩化ビニル等の樹脂であっても良い。周囲との圧力差でつぶれない程度の強度を有するものであれば、柔軟性のある材質でもよい。着脱時の作業性に優れるからである。前記継手部分１９ｂとしては、所定の強度が得られ、気密性が保たれるものであれば、公知の継手手段が採用できる。
このように構成された濾過装置の動作は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、前記連通管１９の動作について説明する。
濾過時においては、図１５に示すように、濾過すべき流体は原液室９へ供給され、これに連通したフィルターエレメント３ａ内部からその外側の濾液室１０へ通過することにより濾過される。ここで、逆洗用パイプ５が接続されているフィルターエレメント３ｂには、前記原液室９からは流体が流入できないが、該フィルターエレメント３ｂにも前記連通管１９を経由して他のフィルターエレメント３ａから流体が流入するので、同様に濾過が行われる。
一方、逆洗時においては、図示しないが、前記逆洗流体排出系のバルブは開放され、これと接続されたフィルターエレメント３ｂは、その内部が該逆洗用パイプ５により吸引されて圧力が低下するので、外側の前記濾液室１０の流体が濾過時とは逆方向にフィルターエレメント３ｂ内部へ通過することにより、逆洗される。このとき、前記逆洗用パイプ５が接続されていないフィルターエレメント３ａから連通管１９を経由して流体が前記逆洗用パイプ５に接続されたフィルターエレメント３ｂに流入するので、逆洗開始時に該フィルターエレメント３ｂ内上端部にある捕捉物除去具３４がスムーズに下降でき、捕捉物を除去できる。なお、前述の流量制限手段により流量は絞られているので、逆洗の効率には影響を与えない。逆洗終了直後のフィルターエレメント３内では、捕捉物除去具３４が上昇するが、該捕捉物除去具３４と上端部との間の流体が連通管１９を通して逆洗中の他のフィルターエレメント３に流出することができるため、該捕捉物除去具３４はスムーズに上端部まで上昇できる。
上述の第２の実施形態の場合は、フィルターエレメント３の長さが２つの隔壁の間隔に依存しないので、様々な長さのフィルターエレメント３を使用できる。
１…ケーシング
２…第１の隔壁
３，３ａ，３ｂ…フィルターエレメント
４…第２の隔壁
５…逆洗用パイプ
６…逆洗流体ドレンパイプ
７…流体入口
８…流体出口
９…原液室
１０…濾液室
１１…貫通孔
１２…貫通孔
１３…連通室
１４…逆洗用パイプ基端部
１５…シャフト
１６…ギアードモータ
１７…逆洗流体ドレンパイプ基端部
１８…接続口部
１９…連通管
１９ａ…配管部分
１９ｂ…継手部分
２０…排出口
３１…濾過材
３２…第１の端部部材
３３…第２の端部部材
３４…捕捉物除去具（除去ブラシ）
３４ａ…取付部材（ブラシ本体）
３４ｂ…ブラシ毛
３４ｃ…端面
３５…ガイドシャフト
３６…ステー
３７…開口部（オリフィス）
３８ａ，３８ｂ…ストッパ
３９…間隙

Claims (10)

  1. 長手方向の両端が開口され、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントであって、
    両端が開口され所定の長さで伸びる濾過材と、
    前記濾過材の一方の端部に結合してこれを支持するとともに、流体が通過できる開口部を有する第１の端部部材と、
    前記濾過材の他方の端部に結合してこれを支持するとともに、流体が通過できる開口部を有する第２の端部部材と、
    前記濾過材の内側に設けられ、濾過時又は逆洗時に生じる軸方向の流体の流れによって該濾過材の内側を、前記第１および第２の端部部材の間で移動し、外周部が前記濾過材の内周面に摺接して捕捉物を除去する捕捉物除去具と、を有し、
    前記濾過材の他方の端部側に、前記第２の端部部材を通過する流体の量を制限する流量制限手段を設けたことを特徴とするフィルターエレメント。
  2. 前記濾過材の中心軸上に配置され、その両端部が前記第１の端部部材および第２の端部部材に固定されたガイドシャフトを更に有し、
    前記捕捉物除去具は、その中心軸上に貫通孔を有し、前記ガイドシャフトに挿通されて濾過材の軸方向に移動可能とした、ことを特徴とする請求項１記載のフィルターエレメント。
  3. 前記捕捉物除去具は、ブラシ本体の外周部にブラシ毛を植え付けた除去ブラシであることを特徴とする請求項１記載のフィルターエレメント。
  4. 前記捕捉物除去具は、刃状又はヘラ状に形成された金属製、樹脂製あるいはゴム製のスクレーパであることを特徴とする請求項１記載のフィルターエレメント。
  5. 前記流量制限手段は、前記第２の端部部材の開口部と前記除去ブラシのブラシ毛とからなり、該第２の端部部材側に移動して当接した除去ブラシのブラシ毛が前記開口部を通過する流体の流路を制限するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のフィルターエレメント。
  6. 前記流量制限手段は、前記第２の端部部材に形成された開口部をオリフィスとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルターエレメント。
  7. 前記流量制限手段は、前記第２の端部部材の開口部と前記捕捉物除去具の取付部材とからなり、該第２の端部部材側に移動して当接した捕捉物除去具の取付部材が前記開口部を通過する流体の流路を制限するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルターエレメント。
  8. 前記濾過材は、最内層とその外側の１以上の層とが焼結により一体化された金属メッシュフィルタであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルターエレメント。
  9. 外部から流体が流入する流体入口を有するとともに、内部で濾過された流体を外部へ流出する流体出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングの内部を、前記流体入口に連通し濾過前の流体で満たされる原液室と前記流体出口に連通し濾過後の流体で満たされる濾液室とに隔離する第１の隔壁と、
    前記第１の隔壁に形成された複数の貫通孔に一方の端部が嵌合保持され、内部が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられ、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントと、
    前記フィルターエレメントの他方の端部側にて前記第１の隔壁と平行に設けられ、該フィルターエレメントの他方の端部を複数の貫通孔に各々嵌合保持し、前記フィルターエレメントの他方の端部側の濾液室を他の部分から隔離して、該フィルターエレメント内を流れる流体が連通する連通室を形成する第２の隔壁と、
    前記複数のフィルターエレメントのうち一部のフィルターエレメントに、前記一方の端部側に接続され、前記フィルターエレメントの外側から内側に向けて流体を流して逆洗する逆洗用パイプと、
    前記逆洗用パイプの排出側に接続され、前記フィルターエレメントの逆洗によって除去された捕捉物を前記ケーシングの外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプと、を備える濾過装置であって、
    前記フィルターエレメントとして、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルターエレメントを用い、第１の端部部材が前記一方の端部側になり、第２の端部部材が前記他方の端部側となるように配置したことを特徴とする濾過装置。
  10. 外部から流体が流入する流体入口を有するとともに、内部で濾過された流体を外部へ流出する流体出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングの内部を、前記流体入口に連通し濾過前の流体で満たされる原液室と前記流体出口に連通し濾過後の流体で満たされる濾液室とに隔離する第１の隔壁と、
    前記第１の隔壁に形成された複数の貫通孔に一方の端部を嵌合保持され、内部が前記原液室と連通して前記濾液室内に複数平行に設けられ、内側から外側に向けて流体が通過して濾過するとともに外側から内側に向けて流体が通過して逆洗される筒状のフィルターエレメントと、
    前記フィルターエレメントの他方の端部に接続され、該他方の端部同士を前記濾液室から隔離しつつ連通する連通管と、
    前記複数のフィルターエレメントのうち一部のフィルターエレメントに、前記一方の端部側に接続され、前記フィルターエレメントの外側から内側に向けて流体を流して逆洗する逆洗用パイプと、
    前記逆洗用パイプの排出側に接続され、前記フィルターエレメントの逆洗によって除去された捕捉物を前記ケーシングの外部へ排出する逆洗流体ドレンパイプと、を備える濾過装置であって、
    前記フィルターエレメントとして、請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルターエレメントを用い、第１の端部部材が前記一方の端部側になり、第２の端部部材が前記他方の端部側となるように配置したことを特徴とする濾過装置。
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