濾材支持具及びこの支持具を有する濾過装置
【課題】濾材を流出させずに確実に支持することができる濾材支持具を提供する。
【解決手段】濾過装置中の処理液用流路内に充填された粒状濾材を液圧に抗して支えるための器具であって、流路を流れる処理液が全て内部を通過するようにループ状に形成された、流路内面への装着用の枠体３２と、この枠体内に固定した、粒状濾材を支えるための複数の平行な支持棒３６とを有し、これら支持棒は、枠体３２の一半側から他半側へ横断するとともに、枠体３２内の流路面の全体に分散するように配置されており、これら支持棒間のスリットを通液孔４０としたことを特徴とする、濾材支持具。
【解決手段】濾過装置中の処理液用流路内に充填された粒状濾材を液圧に抗して支えるための器具であって、流路を流れる処理液が全て内部を通過するようにループ状に形成された、流路内面への装着用の枠体３２と、この枠体内に固定した、粒状濾材を支えるための複数の平行な支持棒３６とを有し、これら支持棒は、枠体３２の一半側から他半側へ横断するとともに、枠体３２内の流路面の全体に分散するように配置されており、これら支持棒間のスリットを通液孔４０としたことを特徴とする、濾材支持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾材支持具及びこの支持具を有する濾過装置、特に高速濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
濾過装置としては、濾材を支持砂利の上に積層したものが知られている（特許文献１）。しかしこうした構造であると、支持砂利の大きさや砂利間の隙間は均等ではな いので、この隙間を介して濾材が流出する可能性がある。
【０００３】
そこで、支持砂利を省略するとともに、断面楔（ウェッジ）状の棒状体を間隙を存して複数並設させ、これと直交する力骨に結合した構造（いわゆるウェッジワイヤー）を濾材として使用する濾過装置が提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、上記支持砂利に代えて、波板状のプレートの稜線や谷線に、濾材の寸法より小径の通水孔を穿設したもの（巣板）を用いた濾過装置も提案されている（特許文献３の図８、図９参照）。
【特許文献１】特開平７−２５１００８号
【特許文献２】特開平１０−２７２４９３号
【特許文献３】特開平７−００７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の濾過装置は、ウェッジワイヤーである棒状体の間隙以上の異物を処理液から取り除くように構成されているが、構造的に設計可能な間隙の大きさには下限（一般的には１ｍｍ程度）があり、その下限以下の異物を対象とする精密濾過に適用することは不可能である。
【０００６】
また特許文献３の濾過装置は、板材に孔を空けた構造であるので、流路抵抗が大きくなり、送水能力の大きいポンプを使用しなければならない。またこの構造では、長年使用していると、その孔縁から腐食が進行し易い。特に谷線に孔を穿設しているが、谷線付近にはフラットな箇所に比べて気泡が水流に流されずに溜まることがある。そうすると水＋空気＋金属という腐食の条件が揃うので、谷線に沿って腐食が進む可能性がある。
【０００７】
本発明は、濾材を流出させずに確実に支持することができる濾材支持具、あるいはこれと併せて耐久性に優れた濾材支持具、及びこの支持具を装備した濾過装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の手段は、
濾過装置中の処理液用流路内に充填された粒状濾材を液圧に抗して支えるための器具であって、
流路を流れる処理液が全て内部を通過するように形成された、流路内面への装着用の枠体３２と、
この枠体内に固定した、粒状濾材を支えるための複数の平行な支持棒３６とを有し、
これら支持棒は、枠体３２の一半側から他半側へ横断し、かつ枠体３２内の流路面の全体に分散するように配置されており、
これら支持棒間のスリットを通液孔４０としている。
【０００９】
本手段では、枠体内に平行な複数の支持棒を並設した構造（前述のウェッジワイヤーを含む）を、濾材を支えるために提供している。この構成の特徴は次の通りである。第１に、前述の通り支持棒間の間隙を濾過に利用するときには、微小な粒子を除去することができないが、濾材の支持に利用するときには、濾材の性能如何で精密濾過に使用できる。第２に、巣板を支持に使用する場合と同様に濾材の流出を確実に防止できるとともに、その巣板に対して「棒」で支持しているので、腐食により支持の機能が失われるまでの時間を長くすることができる。支持棒を流路方向に巾長に形成すると、腐食に対する耐用期間が長くなる。
【００１０】
「枠体」は、その内部を処理液が全て通過するように取り付けることが望ましい。取り付け方としては、枠体を直接流路の内面に固定してもよいし、流路の内面に構設した支え板の上に枠体を載せ、支え板のうち枠体内方の部分に通水孔を穿設するようにしてもよい。前者の場合には、枠体は流路内面に沿った平面形状とすることが望ましいが、後者の場合には、枠体が流路内面から離れていても構わない。
【００１１】
「支持棒」は、粒状濾材を支える機能を有し、これら濾材の粒径よりも小さい間隔で並設されている。後述の実施形態の如く濾過装置のサイズが大きく濾材の荷重が大であるときには、支持棒がたわまないように支持棒の下方に支持棒と直交する適数の力骨（リブ）を枠体内に横設し、この力骨で支持棒を支えるようにするとよい。これら支持棒と力骨とは交差箇所で溶接などにより接合することが望ましい。支持棒及び力骨はステンレスなどで形成すればよいが、金属と同程度の強度を有するプラスチックで形成することもできる。
【００１２】
なお、本手段において、上記各支持棒３６の上流側の端面がほぼ面一になるように支持棒３６…を配置してもよい。特許文献３のように波板状のプレートの上に濾材を載置すると、濾材を交換する際に波板の凹部に濾材がひっかかって取り出しにくい。そこで、支持棒の上流側の端面が面一となるようにすると、この端面を上にして濾材を載置すれば濾材を取り出すときにひっかかりが少ないので、濾材をかき出すことが簡単である。
【００１３】
また、本手段において、各支持棒の両端部は枠体３２の内面に結合させてもよい。支持棒の両端部を枠体に接合することで、支持棒に係る荷重の全部又は一部を枠体に負担させている。これにより、支持棒を下支えする力骨の全部又は一部を省略することができ、流路抵抗が減少する。
【００１４】
第２の手段は、第１の手段から第３の手段のいずれかを有し、かつ
上記支持棒３６の横断面を、上流側に濾材の支持面３８を向けた楔状に形成するとともに、各支持棒３６の間の通液孔４０を、この孔の上流側端部で流路が一旦窄まり、下流側に向かって拡開するように形成している。
【００１５】
本手段では、腐食に対して抵抗力のある支持棒の構造を提案している。一般に水中の金属などが腐食するためには空気が必要である。なんらかの理由で流水中に空気が含まれ、それが支持棒の表面に付着することで腐食が開始するものと理解される。特に支持棒の上に多数の粒状濾材を投入すると、通水後も粒状濾材の間に空気の泡が残り、腐食行程を進行させる可能性がある。本手段では、粒状濾材を支えるための支持棒に、断面楔状のものを採用することで、通液孔の上端部で流路が窄まるようにしている。流路の狭窄箇所では流速が速くなるので、支持面付近の気泡を下流に押し流す作用が強い。従って支持面近傍での腐食を抑制することができる。
【００１６】
第３の手段は、第２の手段を有し、かつ
上記支持棒３６の横断面を、流路方向の背が支持面の巾の１／４以上で３／４以下の範囲の大きさである扁平な形状としている。
【００１７】
本手段では、流体抵抗の少ない支持棒の形状を提案している。抵抗が小さい方が濾過装置のポンプ容量を低減する上で有利だからである。出願人は、支持棒の断面形状が二等辺三角形状のものに関して、流体抵抗を計算した。その結果、その底面の巾Ｇ１に比べて三角形の高さＧ２が１／４から３／４の範囲で流体抵抗が最も小さくなることを発見した。
【００１８】
なお、上記各手段において、上記枠体３２及び支持棒３６からなる器具全体を複数のパーツ３０Ａ、３０Ｂ…に分割して形成し、各パーツ毎に濾過装置の流路に対して着脱可能としてもよい。この構成では、濾材支持具全体をいくつかの部品に分割して、一部の部品に腐食ないし破損が起きたときに交換できるようにしている。前述のウェッジワイヤーのような商品は比較的高価であるので、交換部分を一部とすることで経済性が高まる。濾材支持具を分割するときには、適数の分割線に沿って、支持棒（又は力骨）と、枠体とを切断するが、枠体は、支持棒を並列状態で結束する機能を有しているので、枠体や支持棒を単に分割すると結束力が弱まる。そこで分割線に沿って、各パーツ毎に枠体と支持棒（又は力骨）の各端部を接合した縁材を設け、各パーツがばらばらにならないようにすると良い。
【００１９】
第４の手段は、
流路の一部を形成するケース体の中に、第１の手段から第３の手段の何れかに記載した濾材支持具３０を横設するとともに、
この濾材支持具３０の枠体内方を全ての処理液が通過するように構成し、
この濾材支持具３０の上流側に濾材を投入してなる濾過装置であって、
上記ケース体４を、上流側の部分4aと下流側の部分4bとの分割可能に形成するとともに、これら両部分の端面間に台板１４の外周部を台板の着脱自在にかつ液密に挟持させることが出来るように設け、
この台板の中央部に濾材支持具３０を設置し、
この設置状態で濾材支持具の枠体内方に位置するように上記台板に通液用のオリフィス１６を穿設している。
【００２０】
本手段は、濾過装置への濾材支持具の取り付け方式として、濾材の流出を確実に防止できるものを提案している。即ち、ケース体を２つの部分に分割可能とし、これら部分の間に外周部を挟持させた台板の中央部に濾材支持具を載せ、濾材支持具の枠体内方に通液用のオリフィスを開口した。従って枠体の外側を流水が通過することがなく、従ってそこから濾材が流れ出すこともない。なお、通液用のオリフィスの径を濾材の粒径よりも小さくすると、たとえ支持棒が破損しても台板で濾材の流出を食い止めることができる。
【００２１】
第５の手段は、
第４の手段に記載の濾過装置において、
台板を設ける代わりに、濾材支持具３０の枠体３２の外側に鍔板５２を付設し、この鍔板をケース体４の上流側部分４ａと下流側部分４ｂとの間に濾材支持具の着脱自在に挟持している。
【００２２】
本手段もまた、濾過装置への濾材支持具の取り付け方式であって、濾材の流出を確実に防止できるものを提案している。鍔板の基端は枠体の外側に液密に固着することが望ましい。
【００２３】
第６の手段は、第４の手段又は第５の手段を有し、かつ
上記流路１２のうち濾材支持具３０の設置箇所又はその下流側に、濾材支持具３０の破損による濾材の流出を検知する検知器７８を付設している。
【００２４】
平行支持棒を主体とする本発明の濾材支持具は支持手段として種々の利点を有するが、その反面、一本の支持棒が腐食などにより切れると、一度に大量の濾材が流出する可能性がある。こうした不都合な事態をいち早く検知するために、本発明では濾材流出検知器を設置している。
【００２５】
また本手段では、さらに上記濾材支持具３０の下流の流路部分に、処理液を通すが濾材８０を通さない程度の目の細かさの仮止め材７６を横断させ、上記検知器７８として仮止め材７６の上流側と下流側との間の圧力差を測定する差圧センサーを設けている。この構成によれば、更に検知器が濾材の流出を検知したときには、その濾材の流出を一時的に仮止め材で食い止めるようにしている。仮止め材は、金網、ネット、多孔板などで形成することができる。この場合において、仮止め材の設置箇所において、流路を分割して蓄積された濾材を取り出すことができるようにすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
第１の手段に係る発明によれば次の効果を奏する。
○複数の平行な支持棒を並設した構造を、濾材ではなく、濾材の支持手段としたから、濾材の性能如何では精密濾過にも使用できる。
○濾材を支持「棒」で支えるので、多孔板で濾材を支持する場合に比べて、流体抵抗が少なく、腐食に対する寿命が長い。
○濾過装置内の流路への装着用の枠体内に支持棒を配置したから、流路内の液体を確実に濾過することができる。
【００２７】
第２の手段に係る発明によれば、支持棒を断面楔状とするととともに、通液孔を上端で流路が窄まることにしたから、その上端部で腐食の原因となる気泡が留まることができず、腐食を抑制することができる。
【００２８】
第３の手段に係る発明によれば、支持棒３６の横断面を扁平な形状としたから、通液孔４０での流路抵抗を更に小さくすることができる。
【００２９】
第４の手段及び第５の手段に係る発明によれば、次の効果を奏する。
○濾材支持具３０を設置した台板１４の外周部、或いは濾材支持具の鍔板５２を、ケース体の上流側部分４ａ及び下流側の４ｂの間に挟持させたから、処理液の全てが枠板内を通ることを確実として、濾材の流出を有効に防止することができる。
○上記台板１４の外周部乃至鍔板５２を台板乃至濾材支持具の着脱自在にケース体の両部分間に挟持させたから、濾材支持具のメンテナンスが容易である。
【００３０】
第６の手段に係る発明によれば、支持棒の破損による濾材の流出をいち早く検知して適切な対応措置をとることができ、また、仮止め材により濾材の流出を阻止するから、濾材の損失を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１から図５は、本発明の第１の実施形態の濾過装置を、これら図面のうち図３から図５は、第１の実施形態の濾材支持具を示している。説明の便宜上、濾過装置全体の構成を説明する。
【００３２】
濾過装置２は、ケース体４と、台板１４と、濾材支持具３０と、濾材８０とで形成している。図示例では、圧力式の濾過装置を示しているが、従来公知の濾過池式のものとして構成することもできる。この濾過装置は、小型のものとしても製造することができるが、一般的には例えば直径１ｍ以上の大きなサイズのものとして設計されることが多い。以下の説明でもそうしたサイズのものであるとして説明する。
【００３３】
ケース体４は、上流側部分（上半部）4aと下流側部分（下半部）4bとに分割され、その間に台板を挟持できるように形成している。図示例において、上流側部分4aは上端閉塞の筒状（図示例では円筒形）、下流側部分4bは漏斗状に形成しているが、その構造は適宜変更することができる。上流側部分4aの下端部及び下流側部分4bの上端部には、それぞれ台板の外周部を挟持するためのフランジ６，６を付設している。このフランジ及び台板の外周部を貫通するボルトとナットとで台板を保持するとともにケース体の上流側部分及び下流側部分を連結している。ケース体４の上流側部分内には原水供給管８を貫入し、かつケース体の下流側部分から排水管１０を延長している。これらケース体４の内部と原水供給管８と排水管１０とで濾過装置の流路１２を形成している。上記ケース体の上流側部分4aの下部分には、図示しないマンホール（人通孔）を形成することができ、これにより濾材の交換や内部の検査などが容易となる。
【００３４】
台板（巣板）１４は、内周部にオリフィス１６を、また外周部にボルト挿通孔１８を、それぞれ開口している。それらオリフィス１６は後述の枠体３２内方に位置するように配置する。
【００３５】
濾材支持具３０は、図３及び図４に示すように枠体３２と、力骨３４と、支持棒３６と、スペーサ４４とで形成されている。図示例の濾材支持具は台板の上に載せている。
【００３６】
上記枠体３２は、ケース体の上流側部分4a内面に対応した形状（ループ状）であり、この内面にフィットさせて、ケース体の上流側部分4a内に注入された水の全てが通過するように形成されている。図示の枠体３２は、枠筒であり、平面視円形の短筒形に形成している。
【００３７】
上記力骨３４は、筒形の枠体３２の筒軸方向中間部に図４の左右方向に平行に複数本架設している。この力骨３４はスペーサとともに濾材の荷重を支えるものであり、その目的を達することができればどのような形状であってもよい。また装置が小サイズであって濾材の荷重が小さいときには、力骨を１本にしてもよく、さらに力骨及びスペーサを省略してもよい。
【００３８】
上記支持棒３６は、枠体の筒軸方向上流側（図４では上部側）に、力骨３４と直交する方向に複数本等間隔に設置している。各支持棒３６は、図３に示す状態で枠体３２の上半分から下半分へ横断している。これら支持棒の横断面は、二等辺三角形であり、その底辺を濾過装置の上流側に配向して、この底辺を形成するフラットな面を、濾材の支持面３８としている。各支持棒の支持面及び枠体３２の端面は、面一に形成している。支持棒３６の長手方向両端部は、枠体３２の内面に、また支持棒の下流側端部（下端部）は力骨３４にそれぞれ溶接して濾材の荷重を十分に支えることができるように設けるとよい。支持棒３６間のスリットを通液孔４０としている。このスリット間の間隙は、濾材の粒径よりも小さくする。通液孔４０は、上流側の端部が狭窄部４２に形成している。
【００３９】
なお、横断面楔状の複数の平行な棒体を直交する力骨に溶接してなる構造は、前述の通りウェッジワイヤーとして知られている。ウェッジワイヤーは、一般的には目詰まりの少なく、強靭な多目的スクリーンとして知られており、その性能を実現するために背高の２等辺三角形としている。しかし特許文献２のようにウェッジフィルターを濾材として用いるときにも背高の形にすることが理に適っている。通水孔の流路方向の孔長を長くすると流路抵抗が大きくなり、フィルターを通過する際の流速が遅くなるが、ウェッジワイヤーを濾材として用いるときには、通液孔内の流速が大き過ぎると異物がワイヤーの間をすり抜けてしまうという可能性があるからである。しかし、本発明のように、支持棒と力骨との組み合わせの構造を濾材の支持具として利用するときには、この構造にフィルタリングの機能が要求されるものではないので、流体抵抗が小さくなるように背低の形としている。出願人の研究では、この底辺の長さをＧ１、三角形の高さをＧ２とするとき、Ｇ２／Ｇ１が１／４から３／４のときに流路抵抗が最も小さくなるのであるが、本実施形態では、強度的なことにも配慮して、支持棒の横断面形状をほぼ正三角形状としている。
【００４０】
上記スペーサ４４は、台板１４の上面と力骨３４の下面との間に挿入されている。図示のスペーサは、力骨３４と交差する方向に配置された棒材として形成されているが、その形状は適宜変更することができる。スペーサの両側には連結紐の取付部４６を形成し、この取付部に付設した連結紐４８を、図１の如く台板１４のオリフィス１６に通すことで台板とスペーサとを連結させている。
【００４１】
濾材８０は、濾材支持具３０の上に積み重ねている。濾材８０は粒状のものとすることができる。粒状といっても球である必要はなく、短い円柱のもの（例えば高さ６ｍｍで直径６ｍｍ）などもよく使用される。こうした濾材は繊維濾材（例えばポリエステル樹脂製繊維濾材）とすることができる。
【００４２】
上記構成において、複数の支持棒３６と力骨３４を枠体３２内に架設しているので、支持棒の間の隙間が濾材の重みで広がることを規制することができ、濾材が支持棒３６をすり抜けて流出することを阻止することができる。原水を注入すると、原水中の異物が濾材８０に捕捉され、通液孔４０を通って排水管１０から排水される。通液孔４０は上流側の端部が狭窄部となっており、流速が大きくなるので、この端部付近に気泡が付着しにくく、腐食を生じにくい。
【００４３】
以下、本発明の他の実施形態を示している。これらの形態において、第１実施形態と同じ構成については同一符号を付することで説明を省略する。
【００４４】
図６から図８は、本発明の第２の実施形態に係る濾過装置２を示している。本実施形態は、第１の実施形態のように濾材支持具を台板の上に載置する代わりに、ケース体に直接取り付けている。
【００４５】
そのために図７に示すように枠体３２の外面にフランジ状の鍔板５２を固設している。鍔板には、ボルト挿通孔１８を貫設している。第１実施形態の構成のうち、スペーサ４４を省略する。その代わり力骨の径又は本数を増やすなどして、力骨の支持力を向上させることが望ましい。
【００４６】
図９から図１４は、本発明の第３の実施形態に係る濾材支持具を示している。本実施形態は、一つ濾材支持具３０を複数のパーツ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに分割可能に構成している。
【００４７】
このために各パーツの間に仕切り材６０を形成している。各仕切り材６０は、図１０に示す如く横断面Ｌ字形の第１の縁材６２と、横断面逆Ｌ字形の第２の縁材６４とを組み合わせて形成している。前者は、一方のパーツの支持棒３６に、後者は、他方のパーツの支持棒３６を連結している。そして第１、第２縁材を相互に組み合わせた状態で、上下方向に貫通する係止棒（ボルト）６６で結合している。図示の例では、平行な複数の仕切り材により分割しているが、例えば直径方向の複数の仕切り材に従って扇形の４つ（或いは他の適数の）パーツに分割できるようにしてもよい。仕切り材は、支持棒及び力骨の一方に平行に、他方に垂直に形成すると製作が容易となる。
【００４８】
また、枠体３２の上部内面に切欠き６８を周設して、図１１に示すようにこの切欠きに力骨３４の両端部を係止させ、溶接などにより固設している。
【００４９】
さらに力骨３４と設置面Ｓとの間に図１２の如くスペーサ４４を挿入している。
【００５０】
仕切り材６０の両端付近では、枠体３２に切割り７０を穿設し、各パーツ毎に枠体が分離できるように設けている。なお、図１３の如く切割り箇所の一方から、他方と係合する重なり部分７２を設けると、各パーツ相互のガタつきを防止することができる。
【００５１】
図１５から図１９は、本発明の第４の実施形態を示している。この実施形態では、支持棒の形状をさまざまに変えて流体抵抗を計算している。図１５は、支持棒の第１態様であり、横断面形状を背高の三角形状としている。図１６は、支持棒の第２態様であり、横断面形状を背低の三角形状としている。シミュレーションの方法として、図１７のような流路に、横断面三角形状であって、底辺の長さがＧ１で高さをＧ２の複数の支持棒を等間隔Ｓを存して並設したモデルを想定した。そして他の要素を固定してＧ２を変更させていき、支持棒の上流側と下流側との間での圧力損失ΔＰを計算した。計算に使用した数値は次の通りである。
【００５２】
Ｇ１：支持棒底辺の幅 ０．２ｃｍ
Ｇ２：支持棒の高さ ０．５ｃｍ （初期値）
Ｇ３：支持棒の断面積 ０．０５ｃｍ２
Ｓ：スリット ２ｍｍ
Ｃ１：水の密度 １．０ｇ／ｃｍ３
Ｃ：水の粘性 ０．０１ｐ
Ｘ：流速 １００ｍ／ｈ＝２．７８ｃｍ／ｓ
Ｄ：目開き Ｓ／１０＝０．２ｃｍ
Ａ：かさ体積当りの表面積 ｃｍ２
Ｅ：空孔率
Ｌ：水の通る長さ ＝Ｇ２
支持棒の上流と下流との間の圧力損失ΔＰは次式で与えられる。
［数式１］ΔＰ＝Ｆ×Ｃ１×Ｌ×（Ｘ／Ｅ）２／（９８０×Ｄ）
但し、損失係数Ｆ及び空孔率Ｅは次式で与えられる。
［数式２］Ｆ＝（８．６１／Ｒｅ）＋０．５２
［数式３］Ｅ＝１−｛Ｇ０／Ｇ２×（Ｄ＋Ｇ１）｝
レイノルズ数Ｒｅ及びかさ体積当りの表面積Ａ及びＧ０は次式で与えられる。
［数式４］Ｒｅ＝Ｃ１×Ｘ／｛Ａ２×Ｃ×Ｄ｝
［数式５］Ａ＝Ｇ６／｛Ｇ２×（Ｄ＋Ｇ１）｝
［数式６］Ｇ０＝Ｇ３×（０．３／Ｓ）０．１２×（Ｇ１／０．２４）０．２
さらにＧ４〜Ｇ６は次式で与えられる。
［数式７］Ｇ４＝２×（Ｇ０／Ｇ２）−Ｇ１
［数式８］Ｇ５＝［｛（Ｇ１−Ｇ４）／２｝２＋Ｇ２２］０．５
［数式９］Ｇ６＝Ｇ１＋Ｇ４＋２Ｇ５
これらの式を元に計算をするとＸ＝１００ｍ／ｈ、Ｇ１＝０．２ｃｍ、Ｇ２＝０．５ｃｍのときにΔＰ＝１．９６Ｐａとなる。Ｇ２を変更して計算値をプロットすると図１８の×のラインを得る。流速を変えて同じような計算をすると、同図の□・◇・△のラインを得る。Ｇ２が小さい範囲では圧力損失がフラットな部分があり、この範囲を拡大すると図１９となる。おおよそＧ２／Ｇ１＝０．５のとき圧力損失は極小である。また０．２５≦Ｇ２／Ｇ１≦０．７５の範囲では圧力損失はほぼ一定であり、さらに０．１５≦Ｇ２／Ｇ１≦１の範囲でも圧力損失はおおよそ一定とみなせる。それよりＧ２が大きくても小さくても圧力損失は急に上昇する。以上のことから圧力損失がもっとも小さな三角形（ウェッジ）は、Ｇ２／Ｇ１＝０．５のものである。
【００５３】
なお、上記実施形態は好適な一例であり、本発明の技術的意義に照らして適宜変更できることはいうまでもない。特に実施形態の中で述べた各部材の寸法・材質などは本発明の技術的理解を容易にするために挙げており、なんらそれに限定されるものではない。
【００５４】
図２０及び図２１は、本発明の第５の実施形態に係る濾過装置を示している。この濾過装置は、濾材支持具の破損による濾材の流出を制限する仮止め材７６と、濾材の流出を検知する検知器７８とを設けたものである。
【００５５】
まず図２０の実施例では、排出管１０を漏斗部１０ａと管路１０ｂとに分割し、これらの対向端部にそれぞれフランジを付設し、これらフランジ間に仮止め材７６を挟持している。この仮止め材は、例えば金網として形成することができる。
【００５６】
また検知器７８である差圧センサの２つのセンサ部を、仮止め材の上流側と下流側とに設置している。この構成によれば、支持棒が破断していない状態では、仮止め材の圧力損失を除いて、その上流部と下流部との圧力は同じである。しかし、濾材支持具の支持棒の一つが破断し、この仮止め材の上流側に濾材８０が蓄積すると、上流側の圧力が大きく変化し、圧力差が大となるので、これを濾材の流出状態として検知する。この検知信号を図示しない警報機に伝えて警報を発したり、あるいは制御装置に送って送水を停止することができる。なお、この図示例では、台板１４のオリフィス１６は濾材８０の粒径よりも大きい。
【００５７】
図２１では、外周部を除く台板部分を仮止め材７６としており、この仮止め材の上流側及び下流側に、検知器７８である差圧センサの検知部を設置している。この図示例では、台板のオリフィスは濾材の粒径より小さい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第1の実施形態に係る濾過装置の縦断面図である。
【図２】図１の装置の一部（台板）の平面図である。
【図３】図１の装置の他の一部（濾材支持具）の平面図である。
【図４】図４の一部のＩＶ−ＩＶ方向断面図である。
【図５】図４の一部のＶ−Ｖ方向断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る濾過装置の要部の縦断面図である。
【図７】図６の装置の一部（濾材支持具）の平面図である。
【図８】図７の一部のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る濾材支持具の平面図である。
【図１０】図９の濾材支持具のＸ−Ｘ方向の部分断面図である。
【図１１】図９の濾材支持具のＸＩ−ＸＩ方向の部分断面図である。
【図１２】図９の濾材支持具の一部拡大図である。
【図１３】図９の濾材支持具の要部の平面図である。
【図１４】図９の濾材支持具の作用説明図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る濾過装置の支持棒の断面形状の一の実施例である。
【図１６】本形態の支持棒の断面形状の他の一の実施例である。
【図１７】本発明の支持棒の断面形状と流体抵抗のシミュレーションのための模型図である。
【図１８】上記シミュレーションの結果を示す図である。
【図１９】上記シミュレーションの結果を、一部の範囲を拡大して示す図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る濾過装置の縦断面図である。
【図２１】図２０の濾過装置の変形例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２…濾過装置 ４…ケース体 4a…上流側部分 4b…下流側部分 ６…フランジ
８…原水供給管 １０…排水管 １０ａ…漏斗部 １０ｂ…管路
１２…流路 １４…台板 １６…オリフィス １８…ボルト挿通孔
３０…濾材支持具 ３２…枠体 ３４…力骨 ３６…支持棒 ３８…支持面
４０…通液孔 ４２…狭窄部 ４４…スペーサ ４６…連結紐の取付部
４８…連結紐 ５２…鍔板
６０…仕切り材 ６２…第１縁材 ６４…第２縁材 ６６…係止棒
６８…切欠き ７０…切割り ７２…重なり部分
７６…仮止め材 ７８…差圧センサー ８０…濾材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾材支持具及びこの支持具を有する濾過装置、特に高速濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
濾過装置としては、濾材を支持砂利の上に積層したものが知られている（特許文献１）。しかしこうした構造であると、支持砂利の大きさや砂利間の隙間は均等ではな いので、この隙間を介して濾材が流出する可能性がある。
【０００３】
そこで、支持砂利を省略するとともに、断面楔（ウェッジ）状の棒状体を間隙を存して複数並設させ、これと直交する力骨に結合した構造（いわゆるウェッジワイヤー）を濾材として使用する濾過装置が提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、上記支持砂利に代えて、波板状のプレートの稜線や谷線に、濾材の寸法より小径の通水孔を穿設したもの（巣板）を用いた濾過装置も提案されている（特許文献３の図８、図９参照）。
【特許文献１】特開平７−２５１００８号
【特許文献２】特開平１０−２７２４９３号
【特許文献３】特開平７−００７２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の濾過装置は、ウェッジワイヤーである棒状体の間隙以上の異物を処理液から取り除くように構成されているが、構造的に設計可能な間隙の大きさには下限（一般的には１ｍｍ程度）があり、その下限以下の異物を対象とする精密濾過に適用することは不可能である。
【０００６】
また特許文献３の濾過装置は、板材に孔を空けた構造であるので、流路抵抗が大きくなり、送水能力の大きいポンプを使用しなければならない。またこの構造では、長年使用していると、その孔縁から腐食が進行し易い。特に谷線に孔を穿設しているが、谷線付近にはフラットな箇所に比べて気泡が水流に流されずに溜まることがある。そうすると水＋空気＋金属という腐食の条件が揃うので、谷線に沿って腐食が進む可能性がある。
【０００７】
本発明は、濾材を流出させずに確実に支持することができる濾材支持具、あるいはこれと併せて耐久性に優れた濾材支持具、及びこの支持具を装備した濾過装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の手段は、
濾過装置中の処理液用流路内に充填された粒状濾材を液圧に抗して支えるための器具であって、
流路を流れる処理液が全て内部を通過するように形成された、流路内面への装着用の枠体３２と、
この枠体内に固定した、粒状濾材を支えるための複数の平行な支持棒３６とを有し、
これら支持棒は、枠体３２の一半側から他半側へ横断し、かつ枠体３２内の流路面の全体に分散するように配置されており、
これら支持棒間のスリットを通液孔４０としている。
【０００９】
本手段では、枠体内に平行な複数の支持棒を並設した構造（前述のウェッジワイヤーを含む）を、濾材を支えるために提供している。この構成の特徴は次の通りである。第１に、前述の通り支持棒間の間隙を濾過に利用するときには、微小な粒子を除去することができないが、濾材の支持に利用するときには、濾材の性能如何で精密濾過に使用できる。第２に、巣板を支持に使用する場合と同様に濾材の流出を確実に防止できるとともに、その巣板に対して「棒」で支持しているので、腐食により支持の機能が失われるまでの時間を長くすることができる。支持棒を流路方向に巾長に形成すると、腐食に対する耐用期間が長くなる。
【００１０】
「枠体」は、その内部を処理液が全て通過するように取り付けることが望ましい。取り付け方としては、枠体を直接流路の内面に固定してもよいし、流路の内面に構設した支え板の上に枠体を載せ、支え板のうち枠体内方の部分に通水孔を穿設するようにしてもよい。前者の場合には、枠体は流路内面に沿った平面形状とすることが望ましいが、後者の場合には、枠体が流路内面から離れていても構わない。
【００１１】
「支持棒」は、粒状濾材を支える機能を有し、これら濾材の粒径よりも小さい間隔で並設されている。後述の実施形態の如く濾過装置のサイズが大きく濾材の荷重が大であるときには、支持棒がたわまないように支持棒の下方に支持棒と直交する適数の力骨（リブ）を枠体内に横設し、この力骨で支持棒を支えるようにするとよい。これら支持棒と力骨とは交差箇所で溶接などにより接合することが望ましい。支持棒及び力骨はステンレスなどで形成すればよいが、金属と同程度の強度を有するプラスチックで形成することもできる。
【００１２】
なお、本手段において、上記各支持棒３６の上流側の端面がほぼ面一になるように支持棒３６…を配置してもよい。特許文献３のように波板状のプレートの上に濾材を載置すると、濾材を交換する際に波板の凹部に濾材がひっかかって取り出しにくい。そこで、支持棒の上流側の端面が面一となるようにすると、この端面を上にして濾材を載置すれば濾材を取り出すときにひっかかりが少ないので、濾材をかき出すことが簡単である。
【００１３】
また、本手段において、各支持棒の両端部は枠体３２の内面に結合させてもよい。支持棒の両端部を枠体に接合することで、支持棒に係る荷重の全部又は一部を枠体に負担させている。これにより、支持棒を下支えする力骨の全部又は一部を省略することができ、流路抵抗が減少する。
【００１４】
第２の手段は、第１の手段から第３の手段のいずれかを有し、かつ
上記支持棒３６の横断面を、上流側に濾材の支持面３８を向けた楔状に形成するとともに、各支持棒３６の間の通液孔４０を、この孔の上流側端部で流路が一旦窄まり、下流側に向かって拡開するように形成している。
【００１５】
本手段では、腐食に対して抵抗力のある支持棒の構造を提案している。一般に水中の金属などが腐食するためには空気が必要である。なんらかの理由で流水中に空気が含まれ、それが支持棒の表面に付着することで腐食が開始するものと理解される。特に支持棒の上に多数の粒状濾材を投入すると、通水後も粒状濾材の間に空気の泡が残り、腐食行程を進行させる可能性がある。本手段では、粒状濾材を支えるための支持棒に、断面楔状のものを採用することで、通液孔の上端部で流路が窄まるようにしている。流路の狭窄箇所では流速が速くなるので、支持面付近の気泡を下流に押し流す作用が強い。従って支持面近傍での腐食を抑制することができる。
【００１６】
第３の手段は、第２の手段を有し、かつ
上記支持棒３６の横断面を、流路方向の背が支持面の巾の１／４以上で３／４以下の範囲の大きさである扁平な形状としている。
【００１７】
本手段では、流体抵抗の少ない支持棒の形状を提案している。抵抗が小さい方が濾過装置のポンプ容量を低減する上で有利だからである。出願人は、支持棒の断面形状が二等辺三角形状のものに関して、流体抵抗を計算した。その結果、その底面の巾Ｇ１に比べて三角形の高さＧ２が１／４から３／４の範囲で流体抵抗が最も小さくなることを発見した。
【００１８】
なお、上記各手段において、上記枠体３２及び支持棒３６からなる器具全体を複数のパーツ３０Ａ、３０Ｂ…に分割して形成し、各パーツ毎に濾過装置の流路に対して着脱可能としてもよい。この構成では、濾材支持具全体をいくつかの部品に分割して、一部の部品に腐食ないし破損が起きたときに交換できるようにしている。前述のウェッジワイヤーのような商品は比較的高価であるので、交換部分を一部とすることで経済性が高まる。濾材支持具を分割するときには、適数の分割線に沿って、支持棒（又は力骨）と、枠体とを切断するが、枠体は、支持棒を並列状態で結束する機能を有しているので、枠体や支持棒を単に分割すると結束力が弱まる。そこで分割線に沿って、各パーツ毎に枠体と支持棒（又は力骨）の各端部を接合した縁材を設け、各パーツがばらばらにならないようにすると良い。
【００１９】
第４の手段は、
流路の一部を形成するケース体の中に、第１の手段から第３の手段の何れかに記載した濾材支持具３０を横設するとともに、
この濾材支持具３０の枠体内方を全ての処理液が通過するように構成し、
この濾材支持具３０の上流側に濾材を投入してなる濾過装置であって、
上記ケース体４を、上流側の部分4aと下流側の部分4bとの分割可能に形成するとともに、これら両部分の端面間に台板１４の外周部を台板の着脱自在にかつ液密に挟持させることが出来るように設け、
この台板の中央部に濾材支持具３０を設置し、
この設置状態で濾材支持具の枠体内方に位置するように上記台板に通液用のオリフィス１６を穿設している。
【００２０】
本手段は、濾過装置への濾材支持具の取り付け方式として、濾材の流出を確実に防止できるものを提案している。即ち、ケース体を２つの部分に分割可能とし、これら部分の間に外周部を挟持させた台板の中央部に濾材支持具を載せ、濾材支持具の枠体内方に通液用のオリフィスを開口した。従って枠体の外側を流水が通過することがなく、従ってそこから濾材が流れ出すこともない。なお、通液用のオリフィスの径を濾材の粒径よりも小さくすると、たとえ支持棒が破損しても台板で濾材の流出を食い止めることができる。
【００２１】
第５の手段は、
第４の手段に記載の濾過装置において、
台板を設ける代わりに、濾材支持具３０の枠体３２の外側に鍔板５２を付設し、この鍔板をケース体４の上流側部分４ａと下流側部分４ｂとの間に濾材支持具の着脱自在に挟持している。
【００２２】
本手段もまた、濾過装置への濾材支持具の取り付け方式であって、濾材の流出を確実に防止できるものを提案している。鍔板の基端は枠体の外側に液密に固着することが望ましい。
【００２３】
第６の手段は、第４の手段又は第５の手段を有し、かつ
上記流路１２のうち濾材支持具３０の設置箇所又はその下流側に、濾材支持具３０の破損による濾材の流出を検知する検知器７８を付設している。
【００２４】
平行支持棒を主体とする本発明の濾材支持具は支持手段として種々の利点を有するが、その反面、一本の支持棒が腐食などにより切れると、一度に大量の濾材が流出する可能性がある。こうした不都合な事態をいち早く検知するために、本発明では濾材流出検知器を設置している。
【００２５】
また本手段では、さらに上記濾材支持具３０の下流の流路部分に、処理液を通すが濾材８０を通さない程度の目の細かさの仮止め材７６を横断させ、上記検知器７８として仮止め材７６の上流側と下流側との間の圧力差を測定する差圧センサーを設けている。この構成によれば、更に検知器が濾材の流出を検知したときには、その濾材の流出を一時的に仮止め材で食い止めるようにしている。仮止め材は、金網、ネット、多孔板などで形成することができる。この場合において、仮止め材の設置箇所において、流路を分割して蓄積された濾材を取り出すことができるようにすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
第１の手段に係る発明によれば次の効果を奏する。
○複数の平行な支持棒を並設した構造を、濾材ではなく、濾材の支持手段としたから、濾材の性能如何では精密濾過にも使用できる。
○濾材を支持「棒」で支えるので、多孔板で濾材を支持する場合に比べて、流体抵抗が少なく、腐食に対する寿命が長い。
○濾過装置内の流路への装着用の枠体内に支持棒を配置したから、流路内の液体を確実に濾過することができる。
【００２７】
第２の手段に係る発明によれば、支持棒を断面楔状とするととともに、通液孔を上端で流路が窄まることにしたから、その上端部で腐食の原因となる気泡が留まることができず、腐食を抑制することができる。
【００２８】
第３の手段に係る発明によれば、支持棒３６の横断面を扁平な形状としたから、通液孔４０での流路抵抗を更に小さくすることができる。
【００２９】
第４の手段及び第５の手段に係る発明によれば、次の効果を奏する。
○濾材支持具３０を設置した台板１４の外周部、或いは濾材支持具の鍔板５２を、ケース体の上流側部分４ａ及び下流側の４ｂの間に挟持させたから、処理液の全てが枠板内を通ることを確実として、濾材の流出を有効に防止することができる。
○上記台板１４の外周部乃至鍔板５２を台板乃至濾材支持具の着脱自在にケース体の両部分間に挟持させたから、濾材支持具のメンテナンスが容易である。
【００３０】
第６の手段に係る発明によれば、支持棒の破損による濾材の流出をいち早く検知して適切な対応措置をとることができ、また、仮止め材により濾材の流出を阻止するから、濾材の損失を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１から図５は、本発明の第１の実施形態の濾過装置を、これら図面のうち図３から図５は、第１の実施形態の濾材支持具を示している。説明の便宜上、濾過装置全体の構成を説明する。
【００３２】
濾過装置２は、ケース体４と、台板１４と、濾材支持具３０と、濾材８０とで形成している。図示例では、圧力式の濾過装置を示しているが、従来公知の濾過池式のものとして構成することもできる。この濾過装置は、小型のものとしても製造することができるが、一般的には例えば直径１ｍ以上の大きなサイズのものとして設計されることが多い。以下の説明でもそうしたサイズのものであるとして説明する。
【００３３】
ケース体４は、上流側部分（上半部）4aと下流側部分（下半部）4bとに分割され、その間に台板を挟持できるように形成している。図示例において、上流側部分4aは上端閉塞の筒状（図示例では円筒形）、下流側部分4bは漏斗状に形成しているが、その構造は適宜変更することができる。上流側部分4aの下端部及び下流側部分4bの上端部には、それぞれ台板の外周部を挟持するためのフランジ６，６を付設している。このフランジ及び台板の外周部を貫通するボルトとナットとで台板を保持するとともにケース体の上流側部分及び下流側部分を連結している。ケース体４の上流側部分内には原水供給管８を貫入し、かつケース体の下流側部分から排水管１０を延長している。これらケース体４の内部と原水供給管８と排水管１０とで濾過装置の流路１２を形成している。上記ケース体の上流側部分4aの下部分には、図示しないマンホール（人通孔）を形成することができ、これにより濾材の交換や内部の検査などが容易となる。
【００３４】
台板（巣板）１４は、内周部にオリフィス１６を、また外周部にボルト挿通孔１８を、それぞれ開口している。それらオリフィス１６は後述の枠体３２内方に位置するように配置する。
【００３５】
濾材支持具３０は、図３及び図４に示すように枠体３２と、力骨３４と、支持棒３６と、スペーサ４４とで形成されている。図示例の濾材支持具は台板の上に載せている。
【００３６】
上記枠体３２は、ケース体の上流側部分4a内面に対応した形状（ループ状）であり、この内面にフィットさせて、ケース体の上流側部分4a内に注入された水の全てが通過するように形成されている。図示の枠体３２は、枠筒であり、平面視円形の短筒形に形成している。
【００３７】
上記力骨３４は、筒形の枠体３２の筒軸方向中間部に図４の左右方向に平行に複数本架設している。この力骨３４はスペーサとともに濾材の荷重を支えるものであり、その目的を達することができればどのような形状であってもよい。また装置が小サイズであって濾材の荷重が小さいときには、力骨を１本にしてもよく、さらに力骨及びスペーサを省略してもよい。
【００３８】
上記支持棒３６は、枠体の筒軸方向上流側（図４では上部側）に、力骨３４と直交する方向に複数本等間隔に設置している。各支持棒３６は、図３に示す状態で枠体３２の上半分から下半分へ横断している。これら支持棒の横断面は、二等辺三角形であり、その底辺を濾過装置の上流側に配向して、この底辺を形成するフラットな面を、濾材の支持面３８としている。各支持棒の支持面及び枠体３２の端面は、面一に形成している。支持棒３６の長手方向両端部は、枠体３２の内面に、また支持棒の下流側端部（下端部）は力骨３４にそれぞれ溶接して濾材の荷重を十分に支えることができるように設けるとよい。支持棒３６間のスリットを通液孔４０としている。このスリット間の間隙は、濾材の粒径よりも小さくする。通液孔４０は、上流側の端部が狭窄部４２に形成している。
【００３９】
なお、横断面楔状の複数の平行な棒体を直交する力骨に溶接してなる構造は、前述の通りウェッジワイヤーとして知られている。ウェッジワイヤーは、一般的には目詰まりの少なく、強靭な多目的スクリーンとして知られており、その性能を実現するために背高の２等辺三角形としている。しかし特許文献２のようにウェッジフィルターを濾材として用いるときにも背高の形にすることが理に適っている。通水孔の流路方向の孔長を長くすると流路抵抗が大きくなり、フィルターを通過する際の流速が遅くなるが、ウェッジワイヤーを濾材として用いるときには、通液孔内の流速が大き過ぎると異物がワイヤーの間をすり抜けてしまうという可能性があるからである。しかし、本発明のように、支持棒と力骨との組み合わせの構造を濾材の支持具として利用するときには、この構造にフィルタリングの機能が要求されるものではないので、流体抵抗が小さくなるように背低の形としている。出願人の研究では、この底辺の長さをＧ１、三角形の高さをＧ２とするとき、Ｇ２／Ｇ１が１／４から３／４のときに流路抵抗が最も小さくなるのであるが、本実施形態では、強度的なことにも配慮して、支持棒の横断面形状をほぼ正三角形状としている。
【００４０】
上記スペーサ４４は、台板１４の上面と力骨３４の下面との間に挿入されている。図示のスペーサは、力骨３４と交差する方向に配置された棒材として形成されているが、その形状は適宜変更することができる。スペーサの両側には連結紐の取付部４６を形成し、この取付部に付設した連結紐４８を、図１の如く台板１４のオリフィス１６に通すことで台板とスペーサとを連結させている。
【００４１】
濾材８０は、濾材支持具３０の上に積み重ねている。濾材８０は粒状のものとすることができる。粒状といっても球である必要はなく、短い円柱のもの（例えば高さ６ｍｍで直径６ｍｍ）などもよく使用される。こうした濾材は繊維濾材（例えばポリエステル樹脂製繊維濾材）とすることができる。
【００４２】
上記構成において、複数の支持棒３６と力骨３４を枠体３２内に架設しているので、支持棒の間の隙間が濾材の重みで広がることを規制することができ、濾材が支持棒３６をすり抜けて流出することを阻止することができる。原水を注入すると、原水中の異物が濾材８０に捕捉され、通液孔４０を通って排水管１０から排水される。通液孔４０は上流側の端部が狭窄部となっており、流速が大きくなるので、この端部付近に気泡が付着しにくく、腐食を生じにくい。
【００４３】
以下、本発明の他の実施形態を示している。これらの形態において、第１実施形態と同じ構成については同一符号を付することで説明を省略する。
【００４４】
図６から図８は、本発明の第２の実施形態に係る濾過装置２を示している。本実施形態は、第１の実施形態のように濾材支持具を台板の上に載置する代わりに、ケース体に直接取り付けている。
【００４５】
そのために図７に示すように枠体３２の外面にフランジ状の鍔板５２を固設している。鍔板には、ボルト挿通孔１８を貫設している。第１実施形態の構成のうち、スペーサ４４を省略する。その代わり力骨の径又は本数を増やすなどして、力骨の支持力を向上させることが望ましい。
【００４６】
図９から図１４は、本発明の第３の実施形態に係る濾材支持具を示している。本実施形態は、一つ濾材支持具３０を複数のパーツ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃに分割可能に構成している。
【００４７】
このために各パーツの間に仕切り材６０を形成している。各仕切り材６０は、図１０に示す如く横断面Ｌ字形の第１の縁材６２と、横断面逆Ｌ字形の第２の縁材６４とを組み合わせて形成している。前者は、一方のパーツの支持棒３６に、後者は、他方のパーツの支持棒３６を連結している。そして第１、第２縁材を相互に組み合わせた状態で、上下方向に貫通する係止棒（ボルト）６６で結合している。図示の例では、平行な複数の仕切り材により分割しているが、例えば直径方向の複数の仕切り材に従って扇形の４つ（或いは他の適数の）パーツに分割できるようにしてもよい。仕切り材は、支持棒及び力骨の一方に平行に、他方に垂直に形成すると製作が容易となる。
【００４８】
また、枠体３２の上部内面に切欠き６８を周設して、図１１に示すようにこの切欠きに力骨３４の両端部を係止させ、溶接などにより固設している。
【００４９】
さらに力骨３４と設置面Ｓとの間に図１２の如くスペーサ４４を挿入している。
【００５０】
仕切り材６０の両端付近では、枠体３２に切割り７０を穿設し、各パーツ毎に枠体が分離できるように設けている。なお、図１３の如く切割り箇所の一方から、他方と係合する重なり部分７２を設けると、各パーツ相互のガタつきを防止することができる。
【００５１】
図１５から図１９は、本発明の第４の実施形態を示している。この実施形態では、支持棒の形状をさまざまに変えて流体抵抗を計算している。図１５は、支持棒の第１態様であり、横断面形状を背高の三角形状としている。図１６は、支持棒の第２態様であり、横断面形状を背低の三角形状としている。シミュレーションの方法として、図１７のような流路に、横断面三角形状であって、底辺の長さがＧ１で高さをＧ２の複数の支持棒を等間隔Ｓを存して並設したモデルを想定した。そして他の要素を固定してＧ２を変更させていき、支持棒の上流側と下流側との間での圧力損失ΔＰを計算した。計算に使用した数値は次の通りである。
【００５２】
Ｇ１：支持棒底辺の幅 ０．２ｃｍ
Ｇ２：支持棒の高さ ０．５ｃｍ （初期値）
Ｇ３：支持棒の断面積 ０．０５ｃｍ２
Ｓ：スリット ２ｍｍ
Ｃ１：水の密度 １．０ｇ／ｃｍ３
Ｃ：水の粘性 ０．０１ｐ
Ｘ：流速 １００ｍ／ｈ＝２．７８ｃｍ／ｓ
Ｄ：目開き Ｓ／１０＝０．２ｃｍ
Ａ：かさ体積当りの表面積 ｃｍ２
Ｅ：空孔率
Ｌ：水の通る長さ ＝Ｇ２
支持棒の上流と下流との間の圧力損失ΔＰは次式で与えられる。
［数式１］ΔＰ＝Ｆ×Ｃ１×Ｌ×（Ｘ／Ｅ）２／（９８０×Ｄ）
但し、損失係数Ｆ及び空孔率Ｅは次式で与えられる。
［数式２］Ｆ＝（８．６１／Ｒｅ）＋０．５２
［数式３］Ｅ＝１−｛Ｇ０／Ｇ２×（Ｄ＋Ｇ１）｝
レイノルズ数Ｒｅ及びかさ体積当りの表面積Ａ及びＧ０は次式で与えられる。
［数式４］Ｒｅ＝Ｃ１×Ｘ／｛Ａ２×Ｃ×Ｄ｝
［数式５］Ａ＝Ｇ６／｛Ｇ２×（Ｄ＋Ｇ１）｝
［数式６］Ｇ０＝Ｇ３×（０．３／Ｓ）０．１２×（Ｇ１／０．２４）０．２
さらにＧ４〜Ｇ６は次式で与えられる。
［数式７］Ｇ４＝２×（Ｇ０／Ｇ２）−Ｇ１
［数式８］Ｇ５＝［｛（Ｇ１−Ｇ４）／２｝２＋Ｇ２２］０．５
［数式９］Ｇ６＝Ｇ１＋Ｇ４＋２Ｇ５
これらの式を元に計算をするとＸ＝１００ｍ／ｈ、Ｇ１＝０．２ｃｍ、Ｇ２＝０．５ｃｍのときにΔＰ＝１．９６Ｐａとなる。Ｇ２を変更して計算値をプロットすると図１８の×のラインを得る。流速を変えて同じような計算をすると、同図の□・◇・△のラインを得る。Ｇ２が小さい範囲では圧力損失がフラットな部分があり、この範囲を拡大すると図１９となる。おおよそＧ２／Ｇ１＝０．５のとき圧力損失は極小である。また０．２５≦Ｇ２／Ｇ１≦０．７５の範囲では圧力損失はほぼ一定であり、さらに０．１５≦Ｇ２／Ｇ１≦１の範囲でも圧力損失はおおよそ一定とみなせる。それよりＧ２が大きくても小さくても圧力損失は急に上昇する。以上のことから圧力損失がもっとも小さな三角形（ウェッジ）は、Ｇ２／Ｇ１＝０．５のものである。
【００５３】
なお、上記実施形態は好適な一例であり、本発明の技術的意義に照らして適宜変更できることはいうまでもない。特に実施形態の中で述べた各部材の寸法・材質などは本発明の技術的理解を容易にするために挙げており、なんらそれに限定されるものではない。
【００５４】
図２０及び図２１は、本発明の第５の実施形態に係る濾過装置を示している。この濾過装置は、濾材支持具の破損による濾材の流出を制限する仮止め材７６と、濾材の流出を検知する検知器７８とを設けたものである。
【００５５】
まず図２０の実施例では、排出管１０を漏斗部１０ａと管路１０ｂとに分割し、これらの対向端部にそれぞれフランジを付設し、これらフランジ間に仮止め材７６を挟持している。この仮止め材は、例えば金網として形成することができる。
【００５６】
また検知器７８である差圧センサの２つのセンサ部を、仮止め材の上流側と下流側とに設置している。この構成によれば、支持棒が破断していない状態では、仮止め材の圧力損失を除いて、その上流部と下流部との圧力は同じである。しかし、濾材支持具の支持棒の一つが破断し、この仮止め材の上流側に濾材８０が蓄積すると、上流側の圧力が大きく変化し、圧力差が大となるので、これを濾材の流出状態として検知する。この検知信号を図示しない警報機に伝えて警報を発したり、あるいは制御装置に送って送水を停止することができる。なお、この図示例では、台板１４のオリフィス１６は濾材８０の粒径よりも大きい。
【００５７】
図２１では、外周部を除く台板部分を仮止め材７６としており、この仮止め材の上流側及び下流側に、検知器７８である差圧センサの検知部を設置している。この図示例では、台板のオリフィスは濾材の粒径より小さい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第1の実施形態に係る濾過装置の縦断面図である。
【図２】図１の装置の一部（台板）の平面図である。
【図３】図１の装置の他の一部（濾材支持具）の平面図である。
【図４】図４の一部のＩＶ−ＩＶ方向断面図である。
【図５】図４の一部のＶ−Ｖ方向断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る濾過装置の要部の縦断面図である。
【図７】図６の装置の一部（濾材支持具）の平面図である。
【図８】図７の一部のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る濾材支持具の平面図である。
【図１０】図９の濾材支持具のＸ−Ｘ方向の部分断面図である。
【図１１】図９の濾材支持具のＸＩ−ＸＩ方向の部分断面図である。
【図１２】図９の濾材支持具の一部拡大図である。
【図１３】図９の濾材支持具の要部の平面図である。
【図１４】図９の濾材支持具の作用説明図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る濾過装置の支持棒の断面形状の一の実施例である。
【図１６】本形態の支持棒の断面形状の他の一の実施例である。
【図１７】本発明の支持棒の断面形状と流体抵抗のシミュレーションのための模型図である。
【図１８】上記シミュレーションの結果を示す図である。
【図１９】上記シミュレーションの結果を、一部の範囲を拡大して示す図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る濾過装置の縦断面図である。
【図２１】図２０の濾過装置の変形例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２…濾過装置 ４…ケース体 4a…上流側部分 4b…下流側部分 ６…フランジ
８…原水供給管 １０…排水管 １０ａ…漏斗部 １０ｂ…管路
１２…流路 １４…台板 １６…オリフィス １８…ボルト挿通孔
３０…濾材支持具 ３２…枠体 ３４…力骨 ３６…支持棒 ３８…支持面
４０…通液孔 ４２…狭窄部 ４４…スペーサ ４６…連結紐の取付部
４８…連結紐 ５２…鍔板
６０…仕切り材 ６２…第１縁材 ６４…第２縁材 ６６…係止棒
６８…切欠き ７０…切割り ７２…重なり部分
７６…仮止め材 ７８…差圧センサー ８０…濾材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過装置中の処理液用流路内に充填された粒状濾材を液圧に抗して支えるための器具であって、
流路を流れる処理液が全て内部を通過するように形成された、流路内面への装着用の枠体３２と、
この枠体内に固定した、粒状濾材を支えるための複数の平行な支持棒３６とを有し、
これら支持棒は、枠体３２の一半側から他半側へ横断し、かつ枠体３２内の流路面の全体に分散するように配置されており、
これら支持棒間のスリットを通液孔４０としていることを特徴とする、濾材支持具。
【請求項２】
上記支持棒３６の横断面を、上流側に濾材の支持面３８を向けた楔状に形成するとともに、
各支持棒３６の間の通液孔４０を、この孔の上流側端部で流路が一旦窄まり、下流側に向かって拡開するように形成したことを特徴とする、請求項１に記載の濾材支持具。
【請求項３】
上記支持棒３６の横断面を、流路方向の背が支持面の巾の１／４以上で３／４以下の範囲の大きさである扁平な形状としたことを特徴とする、請求項２に記載の濾材支持具。
【請求項４】
流路の一部を形成するケース体の中に、請求項１から請求項３の何れかに記載した濾材支持具３０を横設するとともに、
この濾材支持具３０の枠体内方を全ての処理液が通過するように構成し、
この濾材支持具３０の上流側に濾材を投入してなる濾過装置であって、
上記ケース体４を、上流側の部分4aと下流側の部分4bとの分割可能に形成するとともに、これら両部分の端面間に台板１４の外周部を台板の着脱自在にかつ液密に挟持させることが出来るように設け、
この台板の中央部に濾材支持具３０を設置し、
この設置状態で濾材支持具の枠体内方に位置するように上記台板に通液用のオリフィス１６を穿設したことを特徴とする、濾過装置。
【請求項５】
請求項４に記載の濾過装置において、
台板を設ける代わりに、濾材支持具３０の枠体３２の外側に鍔板５２を付設し、この鍔板をケース体４の上流側部分４ａと下流側部分４ｂとの間に濾材支持具の着脱自在にかつ液密に挟持することが出来るように設けたことを特徴とする、濾過装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の要件を備え、さらに上記流路１２のうち濾材支持具３０の設置箇所又はその下流側に、濾材支持具３０の破損による濾材の流出を検知する検知器７８を付設した濾過装置において、
上記濾材支持具３０の下流の流路部分に、処理液を通すが濾材８０を通さない程度の目の細かさの仮止め材７６を横断させ、上記検知器７８として仮止め材７６の上流側と下流側との間の圧力差を測定する差圧センサーを設けたことを特徴とする、濾過装置。
【請求項１】
濾過装置中の処理液用流路内に充填された粒状濾材を液圧に抗して支えるための器具であって、
流路を流れる処理液が全て内部を通過するように形成された、流路内面への装着用の枠体３２と、
この枠体内に固定した、粒状濾材を支えるための複数の平行な支持棒３６とを有し、
これら支持棒は、枠体３２の一半側から他半側へ横断し、かつ枠体３２内の流路面の全体に分散するように配置されており、
これら支持棒間のスリットを通液孔４０としていることを特徴とする、濾材支持具。
【請求項２】
上記支持棒３６の横断面を、上流側に濾材の支持面３８を向けた楔状に形成するとともに、
各支持棒３６の間の通液孔４０を、この孔の上流側端部で流路が一旦窄まり、下流側に向かって拡開するように形成したことを特徴とする、請求項１に記載の濾材支持具。
【請求項３】
上記支持棒３６の横断面を、流路方向の背が支持面の巾の１／４以上で３／４以下の範囲の大きさである扁平な形状としたことを特徴とする、請求項２に記載の濾材支持具。
【請求項４】
流路の一部を形成するケース体の中に、請求項１から請求項３の何れかに記載した濾材支持具３０を横設するとともに、
この濾材支持具３０の枠体内方を全ての処理液が通過するように構成し、
この濾材支持具３０の上流側に濾材を投入してなる濾過装置であって、
上記ケース体４を、上流側の部分4aと下流側の部分4bとの分割可能に形成するとともに、これら両部分の端面間に台板１４の外周部を台板の着脱自在にかつ液密に挟持させることが出来るように設け、
この台板の中央部に濾材支持具３０を設置し、
この設置状態で濾材支持具の枠体内方に位置するように上記台板に通液用のオリフィス１６を穿設したことを特徴とする、濾過装置。
【請求項５】
請求項４に記載の濾過装置において、
台板を設ける代わりに、濾材支持具３０の枠体３２の外側に鍔板５２を付設し、この鍔板をケース体４の上流側部分４ａと下流側部分４ｂとの間に濾材支持具の着脱自在にかつ液密に挟持することが出来るように設けたことを特徴とする、濾過装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の要件を備え、さらに上記流路１２のうち濾材支持具３０の設置箇所又はその下流側に、濾材支持具３０の破損による濾材の流出を検知する検知器７８を付設した濾過装置において、
上記濾材支持具３０の下流の流路部分に、処理液を通すが濾材８０を通さない程度の目の細かさの仮止め材７６を横断させ、上記検知器７８として仮止め材７６の上流側と下流側との間の圧力差を測定する差圧センサーを設けたことを特徴とする、濾過装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−１４２７１４（Ｐ２００９−１４２７１４Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１９８３３（Ｐ２００７−３１９８３３）
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１５０１１０）株式会社竹中土木 (101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１５０１１０）株式会社竹中土木 (101)
【Ｆターム（参考）】
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