説明

特に井戸スクリーンフィルタとして使用される濾過装置

本発明は、特に井戸スクリーンフィルタとして使用されるように設計された濾過装置に関する。この濾過装置は、管状支持要素(12)と、互いに軸方向に位置合わせされ、管状支持要素(12)と同心に且つ本質的に同じ範囲に配置された2つ以上の多孔性濾過材の管状セグメント(14)とを備える。管状支持要素(12)は、複数の穿孔(36)を備えた管状壁面を有し、且つ管状壁面から突出する複数の突起を有する。これらの突起は、2つ以上の管状セグメントを管状壁面に対して軸方向に位置合わせされた状態で支持する。管状セグメントはそれぞれ、管状支持要素又は別の管状セグメントの端部と密封接触した2つの端部を有する。

【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【0001】
本発明は、特に井戸スクリーンフィルタとして使用されるように設計された濾過装置に関する。
【0002】
一般に、井戸穴は縦型又は横型のいずれかである。縦型の井戸穴の方がより一般的に知られているが、応用分野によっては、横型の井戸にもいくつかの利点がある。特に、横型の井戸は、数百メートル、若しくはそれをはるかに超える長さで設計することが容易であり、したがって非常に大きな濾過面積を見込むことができる。
【0003】
この横型井戸技術の詳細並びにそれに関する問題点は、参照によってその全体を本明細書に組み込む米国特許出願公開2001/0003313A1号明細書から知ることができる。
【0004】
この文献には、縦型井戸に関する問題点も記載されているので、従来技術のさらなる詳細については、この米国特許出願を再度参照されたい。
【0005】
横型井戸並びに縦型井戸に関する1つの問題は、必要とされる濾過装置の寸法が大きいことから生じている。濾過装置は、軸方向の大きな応力に耐えなければならない。井戸スクリーンフィルタに使用される従来の濾過材は、1メートルトン以上の引張強度を有することができ、これは井戸スクリーンフィルタを設置した後に濾過材の完全性を維持するには十分であるが、井戸計画が大きくなると、製造中、並びに特に井戸穴内での濾過装置の移動及び位置決めの際に濾過装置を安全に取り扱うためには、20メートルトン以上の引張強度が必要となる。このような大きな機械的力に対応するためには、濾過装置の管状ケーシングを使用して必要な引張強度を与えることが必要であり、このケーシングも、濾過装置を井戸穴内に設置した後で除去しなければならない。
【0006】
しかし、ケーシングの製造、位置決め、及び井戸穴からの取外しのために大幅な時間増が必要となり、その間も削井装置は必要であるため、大幅なコスト増の原因となる。
【0007】
例えば、濾過装置を備えた長さ300mの横型井戸を掘るには、約1週間必要である。井戸穴の長さが約15kmに伸びると、この井戸穴にそれに応じた濾過装置を備え付けるには1年かかる。
【0008】
本発明の目的は、より低いコストで井戸穴内に位置決めすることができ、且つ井戸穴の場所で容易に製造及び搬送することができる濾過装置を提供することである。
【発明の簡単な概要】
【0009】
この目的は、請求項1に記載の濾過装置によって達成される。
【0010】
濾過装置全体に十分な引張強度を与える管状支持要素を使用することで、移送及び位置決めの際に濾過装置を保護するケーシングは不要となり、最適な濾過特性になるように多孔性濾過材を設計することができる。
【0011】
同時に、管状支持要素及び多孔性濾過材の管状セグメントが一体として穴の中で位置決めされ、濾過装置の全ての動作の間そこにとどまるので、井戸穴内に濾過装置を位置決めするための従来の手順の一部、すなわち管状ケーシングの除去は不要となり、位置決めに必要な時間も約半分以下に短縮することができる。
【0012】
数百メートルの長さを有する井戸穴内に濾過装置を位置決めするのに必要な時間を考慮すると、かなりのコスト削減を達成することができる。
【0013】
複数の穿孔を備えた管状壁面と、この管状壁面を越えて延びる複数の突起とを有する支持要素は、多孔性濾過材の管状セグメントを安全に収容するが、濾過装置の濾過材を通る流体の流れを妨害しない。
【0014】
管状支持要素の管状壁面に形成された穿孔は、多孔性濾過材への、又はそこからの、本質的に妨げられない流体の流れを形成するように設計される。
【0015】
このため、濾過材の空隙率は、濾過装置を通る流体の流れを支配する1つのパラメータである。Δpが本質的に多孔性濾過材の性質及び特徴のみによって支配されるように、管状支持要素の管状壁面の穿孔は、濾過装置全体にわたってΔpに影響を及ぼさないように設計される。
【0016】
本発明による濾過装置は、実質的に円形の断面を有する井戸穴で使用されることがほとんどであるため、管状支持要素及び/又は多孔性濾過材の管状セグメントも、本質的に円形の断面を有することが有利である。
【0017】
好ましい実施形態では、多孔性濾過材の管状セグメントは、焼結粒子状高分子材料の多孔性管状壁面を備える。多くの応用分野で、この高分子材料は、ポリエチレンを含むことが好ましく、HDPEを含むことがより好ましい。このような焼結材料は、1メートルトン以上の軸方向引張強度を有することができる。
【0018】
同様に、支持要素の管状壁面も高分子材料で構成することができるが、この場合には、支持要素に例えば20メートルトン以上など十分な引張強度を与えるために、焼結多孔性材料ではなく非孔性の押出し又は成形材料である。
【0019】
管状多孔性セグメントは、管状支持要素の内部に位置決めしても、管状支持要素の外周表面上に位置決めしてもよい。
【0020】
多孔性管状セグメントの内部に管状支持要素を位置決めすることは、このように配置すると所与の井戸穴で利用可能な濾過面積が最大になるので好ましい。この代替形態では、井戸穴の直径をさらに小さくし、井戸穴の掘削コストを削減することが可能となる。管状支持要素は、多孔性濾過材の管状セグメント内に位置決めすると、井戸スクリーン分野で典型的な通常の流量の範囲内では流体の流れに著しい影響を及ぼさないことが分かっている。
【0021】
しかし、特定の状況、特に特定の応用分野で多孔性濾過材の機械的保護が必要なときには、多孔性管状セグメントを管状支持要素内に位置決めして、管状支持要素が引張強度を提供すると同時に、径方向の機械的衝撃から濾過材を恒久的に保護するようにすることもできる。
【0022】
支持要素の管状壁面の穿孔は、管状壁面が濾過材を囲んでいる場合に、流入する未濾過の流体に含まれる粒子状物質によって穿孔の開口が閉塞しないように設計される。井戸スクリーンの応用分野では、通常は直径10mmの穴に相当する穿孔の断面積があれば足りるが、穿孔の断面は必ずしも円形でなくてもよく、様々な形状を有することができることを理解されたい。
【0023】
さらに、穿孔の形状及び数は、Δpの相対的な増加に寄与しないように選択される。
【0024】
支持要素が多孔性濾過材の管状セグメント内に位置決めされる実施形態では、前述の穿孔が閉塞する危険はないので、穿孔の開口の設計は、濾過装置のΔpの過度な増加を回避するように調節しさえすればよい。
【0025】
穿孔の開口に関する前述の例示的な寸法は、この実施形態にも当てはまる。
【0026】
好ましい実施形態では、管状支持要素は、その外周表面、又は適用可能な場合には内周表面の全体にわたって延びる突起を形成する環状要素を備える。
【0027】
環状要素は、支持要素の管状壁面と濾過材との間に所定の距離を設けることが好ましい。これにより、流体が妨げられずに濾過材に到達する、又は流体が妨げられずに濾過材から管状壁面及びその穿孔を通って流れるようになる。代替形態では、スペーサ要素を使用して、この距離を規定してもよい。
【0028】
管状支持要素及び濾過材の多孔性管状セグメントは、多孔性管状セグメントの両端に隣接して配置された第1の環状要素及び第2の環状要素によって互いに接続されることが好ましい。管状支持要素と軸方向に位置合わせされて位置決めされた連続するいくつかの管状セグメントにおいて、1つの環状要素で、隣接する管状セグメントの端部について第1の環状要素及び第2の環状要素の働きをさせることもできる。したがって、隣接する2つの管状セグメントの端部が接触する箇所では、それらの管状セグメントの各端部に別個の環状要素を使用する必要はなく、1つの環状要素で、両方の管状セグメントの端部を収容することができる。
【0029】
好ましい実施形態では、特に管状セグメントが管状支持要素の周囲に位置決めされているときには、第1の環状要素及び第2の環状要素が管状セグメントの表面を越えて径方向に延びていると有利である。この場合、環状要素は、一種のフランジとなり、濾過材を地面と接触させることなく、平坦な領域に濾過装置を設置することが可能となる。
【0030】
これにより、濾過装置の取扱いが大幅に容易になり、同時に、濾過材の表面が機械的損傷から保護される。
【0031】
比較的長い管状セグメントを利用する場合、及び/又は大きな径方向の力が管状セグメントにかかる可能性がある場合には、第1の環状要素と第2の環状要素の間の軸方向位置で、管状壁面と濾過材との間に、1つ又は複数のスペーサを位置決めすることが望ましいこともある。
【0032】
軸方向に測定した第1の環状要素と第2の環状要素の間の距離は1から12mにすることができるが、スペーサと第1又は第2の環状要素或いは隣接する別のスペーサとの間の距離は、1から6mの範囲にすることが好ましい。
【0033】
焼結粒子状材料については、各セグメントを2つ以上の管状部分として製造し、それらを結合して、個々の管状セグメントを形成すると好都合であることが多い。特に、管状セグメントの各部分は、溶接してもよい。
【0034】
一実施形態では、溶接されて1つの管状セグメントを形成する管状濾過材の各部分は、隣接する2つの部分の接合部に溶接シームを備え、この溶接シームは、そのセグメントの表面から突出することにより、支持要素の管状壁面と濾過材(管状セグメント)との間の距離を決定するスペーサとなるので有利である。
【0035】
スペーサは、濾過装置の引張強度に影響を及ぼすことなく濾過装置全体にさらなる弾性を与える、弾性変形可能な高分子材料で構成されることが好ましい。スペーサを製造するための弾性変形可能な高分子材料としては、特に、EPDM及びFPMなどがある。
【0036】
多くの応用分野では、本発明の濾過装置の軸方向長さは、管状支持要素を一体構造として製造することが不可能であるような長さである。その場合には、管状支持要素は、例えば数メートルの長さのいくつかの部分で構成し、濾過装置を井戸穴内に位置決めする場所で、これらを例えば溶接して管状支持要素を形成すればよい。
【0037】
2つの部分を直接溶接する代替形態として、環状要素を、例えば溶接ステップにおいて管状支持要素の軸方向に隣接する2つの部分の間に配置し、これらの部分を接続する働きをする構造として設計してもよい。
【0038】
別の好ましい実施形態では、第1の環状要素及び第2の環状要素を、管状支持要素の2つの部分を接続する溶接シームによって構成する。この場合には、一般には、溶接シームが環状要素の代わりとなることがあり、その場合には、同時に、管状支持要素の2つの部分を結合し、多孔性セグメントを支持する働きをすることができる。
【0039】
多くの応用分野では、支持要素の製造は、支持要素のいくつかの部分を準備し、これらの部分を溶接することによって行われる。この手段では、支持要素の製造が容易になるだけでなく、井戸スクリーンが必要な場所に濾過装置を移送することも簡単になる。さらに、この手段により、標準的な構造要素を用いて、任意の所望の長さを有する濾過装置を製造することも可能になる。
【0040】
本発明のさらに別の実施形態では、濾過装置は、複数の結合要素、特に、濾過装置の軸から離間して、互いに規定の距離の位置に、濾過装置の軸方向に平行に位置決めされた結合ロッド又は結合ロープを備える。結合ロッド又は結合ロープにより、濾過材及び/又は支持要素の選択及び構成に過度な制限を加えることなく、本発明の濾過装置の応力抵抗をさらに適応させることが可能になる。
【0041】
したがって、複数の結合ロッド又は結合ロープを使用することにより、これらの構造要素を濾過装置の引張強度の大部分を与えるように設計して、濾過装置のその他の部分の構造が、濾過装置全体の引張強度も同時に改善する必要なくその他の所望の特徴を考慮できるようにすることができる。
【0042】
一実施形態では、結合ロッド又は結合ロープは、各端部において第1の環状要素及び第2の環状要素内に固定される。したがって、これらの第1の環状要素及び第2の環状要素は、これらの結合ロッド及び結合ロープの固定機能を有する。
【0043】
結合ロッド又は結合ロープを濾過装置内に位置決めすることができるときには、結合ロッド又は結合ロープは、互いに2mm以上の距離に位置決めされることにより、濾過装置の機能を妨げないだけの間隔をそれらの間に残すことが好ましい。
【0044】
実際に、結合ロッド及び結合ロープを濾過装置内に位置決めする様々な可能性がある。1つの可能性は、濾過材の多孔性円筒形壁面内に結合ロッド又は結合ロープを収容することである。
【0045】
この位置決めの代替形態としては、結合ロッド又は結合ロープを、管状支持要素と濾過材との間に収容するものがある。この場合、結合ロッド又は結合ロープは、スペーサとして働くことができる。さらに別の代替形態では、結合ロッド又は結合ロープを、支持要素の管状壁面内に収容することができる。
【0046】
本発明のさらに別の実施形態では、支持要素自体を、複数の平行な結合ロッドで構成した籠の形態にすることもできる。離間した結合ロッドは濾過材と当接していても大きな濾過材アクセス面積を与えるので、この支持要素の結合ロッドは、濾過材と物理的に接触していてもよい。
【0047】
多くの場合には、結合ロッド又は結合ロープをプラスチック材料で製造することが望ましく、特に、有利に強化することができる非孔性プラスチック材料が使用される。
【0048】
結合ロッド又は結合ロープを使用する代わりに、或いはそれらに加えて、支持要素のプラスチック材料と、任意的に濾過材も強化して、引張強度をさらに高めることもできる。
【0049】
さらに、特に環状要素が結合ロッド又は結合ロープの固定手段として働くときには、環状要素を強化プラスチック材料で構成することが好ましい。
【0050】
最後に、結合ロッド又は結合ロープの製造では、強化プラスチック材料を使用すると有利であることもある。
【0051】
強化のためには、広範囲の材料を使用することができ、例えば、アラミド繊維、グラス繊維、炭素繊維、金属繊維のような有機又は無機の繊維などの有機又は無機の濾過材などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの繊維は、平均して3mm以下の長さの短い繊維であってもよいし、例えば5から10mmの長さの長い繊維であってもよいし、或いは、エンドレスファイバを使用してもよい。
【0052】
支持要素及び結合ロッド又は結合ロープを、主に軸方向の応力を吸収するように設計することを考慮すると、プラスチック材料を強化する繊維を軸方向に沿って配向することが、強化繊維材料の利点を最大限に得ることができるので、強く推奨される。
【0053】
代替形態では、結合ロッド又は結合ロープは、金属材料で構成することもできる。結合ロープは、エンドレスフィラメントの束を備えることもでき、このエンドレスフィラメントは、金属フィラメントだけでなく、プラスチック材料のフィラメント、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維などであってもよく、必要なら結合材で互いに結合して、その取扱いを容易にすることもできる。
【0054】
本発明の濾過装置の最も重要な用途の1つは、井戸スクリーン濾過装置として使用することである。横型井戸スクリーンフィルタで必要となる可能性がある非常に大きな長さを考慮すると、本発明は、井戸スクリーンフィルタのいかなる特定の長さの必要にも応じられるように、ほぼ無制限の数の支持要素及び管状多孔性セグメントの部分で容易に構成することができるので、横型井戸スクリーン濾過装置として特に有用である。
【0055】
同様に、本発明の濾過装置は、横型井戸穴内にしばしば位置決めされ、飲料水、養殖用水、又は冷却水の生産に役立てることができる海水取水装置として使用することもできる。
【0056】
飲料水を生成するために使用する場合には、しばしば、濾過の後のステップで脱塩を含むことがある。
【0057】
本発明による濾過装置のさらに別の用途は、土壌排水を行う用途である。
【0058】
本発明の濾過装置のさらに別の用途は、地下汚染の除去を行う用途である。最後に挙げた2つの応用分野でも、井戸穴は横型であることが最も多い。
【0059】
本発明の上記その他の利点を、添付の図面に関連して示し、説明する。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の濾過装置を示す概略図である。
【図2】本発明の濾過装置の一実施形態を示す詳細断面図である。
【図3】線3−3に沿って取った図2の濾過装置の断面図である。
【図4】本発明の濾過装置の別の実施形態を示す断面図である。
【図5】線5−5に沿って取った図4の濾過装置の断面図である。
【図6】本発明の濾過装置のさらに別の実施形態を示す図である。
【図7】線7−7に沿って取った図6の濾過装置の断面図である。
【発明の詳細な説明】
【0061】
図1は、多孔性濾過材16の支持要素12及び複数の管状セグメント14を備える本発明の濾過装置10を示す概略図である。支持要素12は、その管状の支持要素12と同軸に整列した管状セグメント内に同心円状に位置決めされる。
【0062】
支持要素12は、整列され、互いに結合されて一体の支持要素12を形成するいくつかの部分18、20及び22で構成される。
【0063】
支持要素の隣接する2つの部分の結合は、様々な方法で実施することができる。図1には、そのうちの2つが例示してある。
【0064】
もちろん、現実の濾過装置では、図1に示すような態様よりは、支持要素12の各部18、20及び22を1つの方法だけで結合することが普通である。
【0065】
図1では、部分18と20は、任意の適当な従来の溶接技術によって形成することができる溶接シーム24で直接結合されている。
【0066】
支持要素の2つの部分を結合する別の例を挙げるために、図1に示す部分20と22は、その両側の軸方向面で部分20及び22の両方に結合された中間環状要素26で結合されている。この場合も、任意の従来の適当な溶接又は結合技術を使用して、環状要素26と部分20及び22との結合を実施することができる。
【0067】
管状支持要素は、径方向に延びる突起28、30を備える。これらの突起の構造も異なっているが、単に様々な可能性があることを示すためのものであり、通常は1つの支持要素12全体で同じである。
【0068】
支持要素12の部分18及び22は、円筒形(管状)の壁面19及び23をそれぞれ有し、管状壁面19及び23から径方向外側に延びる突起28を下側部分に担持する。したがって、支持要素12の部分18及び22のそれぞれに濾過材16の管状セグメント14を取り付けた後で、これらの部分を組み立てて一体の支持要素12を形成することが可能である。
【0069】
支持要素12の部分20は、本質的に、突起を担持しない管状壁面21から構成される。
【0070】
部分18及び20が溶接シーム24において溶接されると、管状セグメント14はこれらの管状支持要素の部分の上で軸方向に固定され、適所に保持される。
【0071】
或いは、壁面部分21及び23からそれらの外周表面を越えて径方向に延びて多孔性濾過材16の対応する管状セグメント14を支持する環状要素26によって突起を形成してもよい。
【0072】
各管状セグメントのそれぞれの端部において支持要素への液密な結合を実現するためには、同様に支持要素の本体12と管状セグメント14の間の液密封止を実現する封止リング32を、突起28に溶接すればよい。図1の参照番号33は、考えられる別の封止領域を指すが、簡単のためにその詳細は示していない。
【0073】
環状要素26を使用する場合には、支持要素12の2つの部分20と22を結合するために、環状要素は、同様に管状セグメント14を液密に支持要素12に封止するために使用することができるフランジ構造34を予め備えていてもよい。代替の封止点を、参照番号35で示す。
【0074】
或いは、環状要素26は周方向垂直フランジ34を備えず、周方向垂直フランジ34を、部分18と20の接合部における支持要素12の管状セグメント14への結合に関連して説明した封止リング32と同様に、後から適用することもできる。
【0075】
同じことが、支持要素の部分22の下端及びその突起28への管状セグメント14の結合にも当てはまる。この場合も、管状セグメント14と、支持要素12、すなわち支持要素12の部分22の下端との間の封止のために、封止リング32を設けることができる。
【0076】
部分22が支持要素12の端部である場合には、もちろん、突起28は、この封止リングとなる直立環状フランジを一体的に含んでいてもよい。
【0077】
支持要素12は、その壁面部分19、21及び23に、円形又はその他の任意の断面形状を有することができる貫通孔36の形態をした穿孔を備え、それにより、濾過材16から支持要素12の内部空間38へ、ある程度妨げられずに流体が流れる。さらに、これらの穿孔は、支持要素の引張強度が最大限維持されるように設計し、位置決めしなければならない。
【0078】
例えば、貫通孔36の断面の直径が約10mmであれば、この目的には十分である。貫通孔36は、壁面19、21及び23の表面に螺旋状に位置決めされることが好ましい。
【0079】
もちろん、細長い貫通孔又は穿孔36も同様に使用することができる。引張強度を最大限に保つためには、それらを長手方向、すなわち濾過装置10の軸と平行に配向すればよい。
【0080】
この目的のために、支持要素12及びその部分18、20及び22を製造するために選択される材料は、濾過装置10に必要とされる引張強度が本質的に支持要素12のみによって与えられるように選択される。
【0081】
この場合は、濾過材16は、特定の濾過作業のために設計すればよく、この材料が濾過操作中、並びに濾過装置の製造、移送及び位置決めの際の取扱い中に生じる圧力差に耐えなければならないのはもちろんであるが、材料の引張強度に注意を払い過ぎる必要はない。
【0082】
通常は、焼結粒子状物質、特にHDPE粒子状物質で、満足のいく結果、例えば約1メートルトン以上の引張強度などが得られる。これらの材料は、十分な機械的安定性を有することが分かっている。
【0083】
濾過材16の孔径は、ある程度変化してもよいが、通常は5〜3000マイクロメートルの範囲内である。
【0084】
スペーサによって、支持要素12並びにその部分18、20及び22の外周表面と管状セグメント14の内周表面との間に規定の間隔を設けてもよい(図1には図示せず)。
【0085】
図2は、その外周表面で濾過材46の複数の管状セグメント44を支持する支持要素42を備える本発明の濾過装置40の別の実施形態を示す図である。支持要素42は、複数の部分48及び50で構成され、これらの部分48及び50は、支持要素42の環状壁面と軸方向に位置合わせされた状態で管状セグメント44を支持する突起としての機能を有する環状要素52によって結合される。
【0086】
図2に示すように、部分48及び50並びに管状セグメント44の構造はかなり簡単であり、本質的には管状構造のみで構成される。
【0087】
濾過装置の外部から内部空間58に流体が流れるバイパス路が生じないように、各管状セグメント44の両端部は、密閉状態で環状要素52に結合される。
【0088】
支持要素42の外周表面と管状セグメント44の内周表面の間の距離を調節するために、支持要素42の部分48及び50の外周表面に焼き嵌めすることができるスペーサリング54を使用する。或いは、スペーサリング54は、外側表面に溶接しても、その他の任意の考えられる方法で結合してもよい。
【0089】
これらの管状セグメント44は、一体構造として製造することもできる。これらのセグメント44の軸方向の長さによっては、いくつかの管状濾過材部分を軸方向に位置合わせした後で溶接して個々の管状セグメント44を形成することによって、これらの管状セグメントを製造することが有利であることもある。このような構成では、管状濾過材のこれらの部分を接合する溶接シームは、スペーサリング54を形成して、支持要素42とセグメント44との間の距離を画定するように設計することができる。その場合、別個の追加スペーサリング54は不要とすることができる。
【0090】
部分48及び50は、管状壁面部分に穿孔56を備え、これらの穿孔の寸法及び数は、2つの部分48及び50において本質的に妨げられずに流体が濾過材46に到達し、濾過装置40の外側から濾過装置40の内部空間58に入る流体が妨げられずに排出されるように設計される。
【0091】
図3は、図2の線3−3に沿った円形断面を示す図である。
【0092】
図4及び図5は、本発明の濾過装置70のさらに別の実施形態を示す縦断面図及び横断面図である。
【0093】
濾過装置70の構造は、濾過装置40の構造と同様であり、本質的には、その外周表面上に濾過材76の管状多孔性セグメント74を担持する支持要素72から構成される。支持要素72は、環状要素82によって結合された複数の部分78及び80から構成される。環状要素82は、図2及び図3に示す実施形態の環状要素と同様の働きをして、管状セグメント74の端部を支持要素72に対して液密に封止する。
【0094】
部分78及び80を備えた支持要素72の外周表面と管状セグメント74の内周表面との間の距離は、スペーサリング84によって規定される。
【0095】
部分78及び80に形成された穿孔86により、部分78及び80においては、管状セグメント74の内周表面と濾過装置70の内部空間88との間に、本質的に妨げられない流体連絡が形成される。図2及び図3に示す実施形態では、濾過装置40が示す引張強度は主に支持要素42によって与えられるが、図4及び図5に示す濾過装置70の場合には、管状セグメント74も、濾過装置70の引張強度のかなりの部分を提供するように設計される。
【0096】
これにより、同じ材料を使用して製造しても、また支持要素42と支持要素72、管状セグメント44と管状セグメント74の壁面の厚さがそれぞれ同じであっても、濾過装置70全体に、濾過装置40よりかなり高い引張強度を与えることができる。
【0097】
この実施形態でも、濾過材76の管状セグメント74は、図2及び図3に示す実施形態の管状セグメント44に関連して述べたように、いくつかの濾過材管状部分から製造することができる。
【0098】
特別な引張強度を実現するために図4及び図5に示す実施形態でとる手段は、管状セグメント74の濾過材の管状壁面の中の結合ロッド90を含む。これらの結合ロッド90は、管状セグメントの軸方向の全長にわたって延び、好ましくは環状要素82内で端部に固定される。
【0099】
これらの結合ロッド90は、強化プラスチック材料で構成することができ、このプラスチック材料は、多孔性濾過材76の製造に使用したプラスチック材料と同じでもよい。
【0100】
同様に、結合ロッド90は、結合ロッドの具体的性質、濾過材を構成する周囲の材料、及び/又は結合ロッド90の所望の効果に応じて、周囲の濾過材76に結合しても、濾過材の内部の穴に固定せずに挿入してもよい。
【0101】
結合ロッド90を結合ロープで置き換えてもよいことは、容易に考えられる。
【0102】
図1から図5に示す全ての実施形態において、濾過装置10、40及び70は、それぞれの支持要素12、42及び72が濾過装置10、40及び70の外周表面を形成するように設計することができることは、容易に理解される。
【0103】
その場合には、管状セグメント14、44及び74は、濾過装置10、40及び70の内部空間38、58及び88内に位置決めされる。
【0104】
この場合には、支持要素12、42及び72は、支持機能に加えて、使用する濾過材を径方向の機械的衝撃から保護する機能も有する。
【0105】
図6及び図7は、本発明の装置の一部異なる構造原理を濾過装置100の形態で示す図である。
【0106】
濾過装置100は、環状要素108内に固定され、それにより支持要素102の各部分を長さ方向に結合する働きをする結合ロッド104、106の籠状配置で本質的に構成された支持要素102を備える。
【0107】
濾過装置100の外周表面は、濾過材112の管状多孔性セグメント110で形成される。この場合も、管状セグメント110は、支持要素102の一部を形成する環状要素108に結合される。上述の実施形態に関連して述べたように、多孔性管状セグメント110は、いくつかの管状濾過材部分で形成することができる。
【0108】
隣接する結合ロッド106の間に距離があることで、管状セグメント110の内周表面と濾過装置100の内部空間114の間で実質的に妨げられない流体連絡が形成されることが保証される。例えば、図6及び図7の実施形態に示すように円形断面を有するロッド104及び106を使用した場合には、結合ロッド104及び106を管状セグメント110の濾過材112の内周表面から距離を置いて位置決めする必要はないが、それらの外周表面上の濾過材112に接触するほど濾過材112に近接して位置決めしてもよいことは容易に考えられる。この場合でも、内部空間114と濾過材112の内周表面の間に実質的に妨げられない流体連絡が形成される。
【0109】
上記の本発明の様々な実施形態の説明では、本発明には、非常に限られた数の標準的な構造要素を用いて、非常に大きな長さ、すなわち数キロメートル以上の濾過装置の製造を可能にするという利点があることをかなり明確に実証した。さらに、本発明によれば、標準的な原材料、飲料水の生産等に役立つ井戸穴の応用分野で長寿命という利点を有するポリエチレン材料、具体的にはHDPEを使用して、濾過装置の様々な構成要素を製造することも可能である。
【0110】
高い引張強度など、本発明の濾過装置の取扱い、移送及び位置決めに必要な機械的性質は、濾過装置を運用可能にするために除去しなければならないケーシングを使用することなく容易に提供することができる。
【0111】
本発明の濾過装置を使用する代表的な応用分野としては、横型井戸穴による海水の取水がある。このような井戸穴の製造は、通常は海辺の海岸から開始され、その後、海底の地下数メートルの深さのところを本質的に水平に例えば300m掘り進む。穴の末端は海底の地下から出て、そこに開口が形成され、そこで濾過装置をドリルヘッドに接続し、ドリルヘッドを引き込む際に濾過装置も井戸穴内に引き込むことができる。代表的な構成では、例えば、濾過装置の各側に備えられた100メートルの非孔性管、及び100mの濾過装置を備える。
【0112】
濾過装置は、通常は、容易に取り扱うことができ、削井場所まで容易に移送することができる、例えば12mなど特定の長さの部分として予め作成しておく。その場所で、濾過装置の個々の部分を通常は溶接することによって組み立てる。井戸穴内で濾過装置を位置決めする際に安全に濾過装置を取り扱うためには、約20メートルトンの引張強度を濾過装置が備えていなければならない。
【0113】
前述のように、このことは、外径約355mm、内径(内部空間)235mmの濾過装置にとって非常に大きな難問である。
【0114】
このような装置で使用される濾過材の典型的な壁面の厚さは20mmであり、これは、濾過装置の通常の動作条件では、十分な耐圧性を与える。平均粒径約600μm、孔径約200μmの粒子で構成した多孔性焼結HDPE濾過材の引張強度は、約1メートルトンになる。
【0115】
したがって、濾過材の引張強度は、濾過装置を井戸穴内で安全に取り扱い、位置決めするには全く不十分である。
【0116】
そこで、上述のように設計することができる約23mmの壁面厚さを有するHDPE材料の支持要素は、本質的に、最適な濾過結果が得られるように濾過材を設計できるように必要な引張強度を提供する。支持要素とその外側表面上に位置決めされた濾過材との間の典型的な距離は、約15mmである。
【0117】
上記で規定した例示的な濾過装置の重量は、約50kg/mになる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
管状支持要素と、互いに軸方向に位置合わせされ、前記管状支持要素と同心に且つ本質的に同じ範囲に配置された2つ以上の多孔性濾過材の管状セグメントとを備え、前記管状支持要素が、複数の穿孔を備えた管状壁面を有し、且つ前記管状壁面から突出する複数の突起を有し、前記突起が、前記2つ以上の管状セグメントを前記管状壁面に対して軸方向に位置合わせされた状態で支持し、前記管状セグメントがそれぞれ、前記管状支持要素又は別の管状セグメントの端部と密封接触した2つの端部を有する、特に井戸スクリーンフィルタとして使用される濾過装置。
【請求項2】
前記濾過材が、3000μm以下の孔径を有する、請求項1に記載の濾過装置。
【請求項3】
前記濾過材が、5μm以上の孔径を有する、請求項2に記載の濾過装置。
【請求項4】
前記管状支持要素が、本質的に円形の断面を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項5】
前記管状セグメントが、本質的に円形の断面を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項6】
多孔性濾過材の前記管状セグメントが、焼結粒子状高分子材料の多孔性管状壁面を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項7】
前記支持要素の管状壁面が、非孔性材料、特に高分子材料で構成される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項8】
前記高分子材料が、ポリエチレン材料、特にHDPEである、請求項6又は7に記載の濾過装置。
【請求項9】
前記管状支持要素が、前記多孔性管状セグメント内に位置決めされる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項10】
前記管状支持要素が、前記突起を形成する環状要素を備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項11】
前記環状要素が、前記管状壁面と前記濾過材との間に所定の距離を設ける、請求項10に記載の濾過装置。
【請求項12】
前記管状支持要素と前記多孔性管状セグメントとが、前記多孔性管状セグメントの両端に隣接するように配置された第1の環状要素及び第2の環状要素によって互いに接続される、請求項10又は11に記載の濾過装置。
【請求項13】
前記第1の環状要素及び前記第2の環状要素が、前記管状セグメントの表面を超えて径方向に延びる、請求項12に記載の濾過装置。
【請求項14】
前記第1の環状要素と前記第2の環状要素の間の軸方向位置で、前記管状壁面と前記濾過材との間に1つ又は複数のスペーサが配置される、請求項10〜13のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項15】
前記スペーサが、弾性変形可能な高分子材料で構成される、請求項14に記載の濾過装置。
【請求項16】
前記第1及び第2の環状要素が、1から12mの軸方向距離で位置決めされる、請求項10〜15のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項17】
前記スペーサが、前記第1の環状要素又は前記第2の環状要素或いは隣接する別のスペーサまでの軸方向距離が1から6mの位置に位置決めされる、請求項14〜16のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項18】
前記管状セグメントが、2つ以上の管状多孔性濾過材の部分で構成され、当該部分が互いに結合されて個々の管状セグメントを形成する、請求項1〜17のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項19】
管状濾過材の前記部分が、互いに溶接される、請求項18に記載の濾過装置。
【請求項20】
互いに溶接された濾過材の前記部分が、前記セグメントの表面から突出し、前記支持要素の管状壁面と前記濾過材との間の距離を決定するスペーサを形成する溶接シームを備える、請求項19に記載の濾過装置。
【請求項21】
前記第1の環状要素及び前記第2の環状要素が、溶接シームによって形成される、請求項10〜20のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項22】
前記濾過装置の軸から互いに規定の距離だけ離間し、前記濾過装置の軸方向と平行に位置決めされた複数の結合ロッド又は結合ロープを備える、請求項1〜21のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項23】
前記結合ロッド又は結合ロープが、各端部において第1の環状要素内及び第2の環状要素内に固定される、請求項22に記載の濾過装置。
【請求項24】
前記結合ロッド又は結合ロープが、互いに2mm以上の距離に位置決めされる、請求項22又は23に記載の濾過装置。
【請求項25】
前記結合ロッド又は結合ロープが、前記管状濾過材の多孔性円筒形壁面内に収容される、請求項22〜24のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項26】
前記結合ロッド又は結合ロープが、前記管状支持要素と前記濾過材との間に収容される、請求項22〜24のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項27】
前記結合ロッド又は結合ロープが、前記支持要素の前記管状壁面内に収容される、請求項22〜24のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項28】
前記支持要素が、複数の平行な結合ロッドで構成した籠の形態である、請求項1〜27のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項29】
前記結合ロッド又は結合ロープが、プラスチック材料、特に強化プラスチック材料で構成される、請求項22〜28のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項30】
前記結合ロッド又は結合ロープが、金属で構成される、請求項22〜28のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項31】
前記結合ロープが、エンドレスフィラメントの束を備える、請求項22〜30のいずれか一項に記載の濾過装置。
【請求項32】
請求項1〜31のいずれか一項に記載の濾過装置の、井戸スクリーン濾過装置としての使用。
【請求項33】
前記井戸スクリーン濾過装置が、横型井戸スクリーン濾過装置である、請求項32に記載の使用。
【請求項34】
請求項1〜31のいずれか一項に記載の濾過装置の、特に飲料水、養殖用水及び冷却水を生産するための海水取水装置としての使用。
【請求項35】
請求項1〜31のいずれか一項に記載の濾過装置の、土壌排水を行うための使用。
【請求項36】
請求項1〜31のいずれか一項に記載の濾過装置の、地下汚染の除去を行うための使用。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公表番号】特表2010−511809(P2010−511809A)
【公表日】平成22年4月15日(2010.4.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−538653(P2009−538653)
【出願日】平成19年12月4日(2007.12.4)
【国際出願番号】PCT/EP2007/010521
【国際公開番号】WO2008/067990
【国際公開日】平成20年6月12日(2008.6.12)
【出願人】(596064112)ポール・コーポレーション (70)
【氏名又は名称原語表記】Pall Corporation
【Fターム(参考)】