(57)【要約】汚染物質を含んだ原水の処理に際して分離膜に付着した固形分を除去するせん断力を発生させる渦流発生用ローターを開示すると共に、かかるローターを用いた濾過装置を開示する。本発明のローターは、第１ブレードを備えた第１ローターおよび第２ブレードを備えた第２ローターから構成されている。第１ブレードと第２ブレードとはローターの回転軸を中心に半径方向に延在し、第１ブレードと第２ブレードとが回転軸方向の相異なる位置に配置されている。第１ブレードと第２ブレードとは円周方向の幅が相異なるように形成されていたり、円周方向の相異なる位置に配置されていたりする。第１ブレードおよび第２ブレードの面上に異形部を設けてもよい。本発明では、種々の形態の乱流が広範囲に発生するので、分離膜に付着した汚染物質が効果的に除去され、濾過装置の動力損失が低減される。
2007528293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦流を発生させるためのローターであって、
前記ローターの回転軸を中心に半径方向に延在する複数の第１ブレード；および、
前記回転軸を中心に前記半径方向に延在し、前記第１ブレードに対して回転軸方向の相異なる位置に配置された複数の第２ブレード
を有して成ることを特徴とする渦流発生用ローター。
【請求項２】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記回転軸を中心にした円周方向の幅が相異なることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項３】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、互いに重なるように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の渦流発生用ローター。
【請求項４】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記回転軸を中心にした円周方向の相異なる位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項５】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、相互に部分的に重なっていることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項６】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向に互いに離隔していることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項７】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向にて相互の離隔距離が均一となるように等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の渦流発生用ローター。
【請求項８】
前記第１ブレードおよび／または前記第２ブレードの外面に設けられた少なくとも１つの異形部を更に有して成ることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項９】
前記異形部は、前記円周方向の幅が変化するように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１０】
前記異形部は、前記円周方向に流線型の幅を有するように形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１１】
前記異形部は、前記円周方向の後方に湾曲した形状の後端部を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１２】
前記異形部は、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１３】
複数の前記異形部は、前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間にそれぞれ設けられており、複数の前記異形部のサイズが前記半径方向に徐々に大きくなっていることを特徴とする、請求項７に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１４】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向の幅が同一となっていることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１５】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向に交互に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１６】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、それらの少なくとも一部分が前記回転軸方向にて互いに重なり、前記回転軸を中心にした円周方向に互いに離隔して配置されており、
少なくとも１つの異形部が前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１７】
前記異形部は、前記円周方向の幅が変化するように形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１８】
前記異形部は、前記円周方向に流線型の幅を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１９】
前記異形部は、前記円周方向の後方に湾曲した形状の後端部を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１８に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２０】
前記異形部は、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２１】
複数の前記異形部は、前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間にそれぞれ設けられており、複数の前記異形部のサイズが前記半径方向に徐々に大きくなっていることを特徴とする、請求項１６に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２２】
前記第１ブレードと一体的に形成され、前記回転軸と同軸となるように配置された第１リング；および、
前記第２ブレードと一体的に形成され、前記回転軸に同軸となるように配置された第２リング
を更に有して成ることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２３】
前記第１リングと前記第２リングとは、相異なる半径を有していることを特徴とする、請求項２２に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２４】
前記第１ブレードを備えた第１ローターおよび前記第２ブレードを備えた第２ローターを更に有して成り、
前記第１ローターと第２ローターとが相互に結合していることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２５】
前記第１ブレードを備えた第１ローターおよび前記第２ブレードを備えた第２ローターを更に有して成り、
前記第１ローターと第２ローターとが一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２６】
原水流入口、処理水排出口および濃縮水排出口を備えたバレル；
前記バレル内に設置され、請求項１〜請求項２５のいずれかに記載の構成を有する少なくとも１つのローター；ならびに、
前記バレル内に前記ローターと交互に配置される少なくとも１つのフィルター・トレー
を有して成る濾過装置。
【請求項２７】
前記フィルター・トレーが、前記バレル内に取り付けられていることを特徴とする、請求項２６に記載の濾過装置。
【請求項２８】
前記フィルター・トレーが、その面を貫通するような流路孔を一つ以上有していることを特徴とする、請求項２６に記載の濾過装置。
【請求項２９】
前記フィルター・トレーが、円板状の支持板、前記支持板の両面に設けられたドレーン・クロス、前記ドレーン・クロスの外面に設けられた分離膜を含んでいることを特徴とする、請求項２８に記載の濾過装置。
【請求項３０】
前記ドレーン・クロスおよび前記分離膜が前記支持板に熱硬化性接着剤によって接着されていることを特徴とする、請求項２９に記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦流発生用ローター（もしくは水流れに渦流状態を発生させるローター）およびこれを用いた濾過装置に関する。より詳細には、本発明は、汚染物質を含んだ原水を濾過して綺麗な処理水へと浄化するための分離膜濾過装置及びこれに用いる渦流発生用ローターに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染した原水内の汚染物質をフィルタリングして浄化する濾過装置は、通常、汚染した原水が通過する多孔質分離膜（membrane）を備えている。多孔質分離膜によって原水内の汚染物質が濾過に付されることで、多孔質分離膜を通過した原水が綺麗な処理水となって排出される。
【０００３】
多孔質分離膜を利用した液相−固相分離技術では、分離過程で固形分が分離膜表面や分離膜の孔（pore） 内部に付着することによって、濾過された液体の通路である孔の大きさが減少したり目詰まりが生じたりする場合があるので、分離膜の液相（又は気相）−固相分離能力が急激に低下してしまう問題があった。このような問題を解決すべく、ここ数十年に亘って種々の方法が提案されてきた。
【０００４】
ＵＳＰ３,４３７,２０８号（Apparatus for Dynamic Filtration for Liquids）では、積層された固定型（又は回転型）分離膜の間に羽根付きの回転型（又は固定型）ディスクを装着し回転させることによって、分離膜の表面に固着された汚染物質を落とすようなせん断応力を発生させ、分離膜のせん断能力（shear intensity）低下を防止する構造が提案されている。
【０００５】
ＵＳＰ４,０３６,７５９号（Apparatus and System for Stabilizing the Disk elements of a rotary concentrator for solids containing fluids）では、回転する部分、即ち、回転型ディスク又は回転型分離膜支持板の外径部にシュー（shoe）を装着しハウジングのガイド溝に沿って回転するようにした構造が開示されている。この構造では、上述のＵＳＰ３,４３７,２０８号でのように、積層された固定型（又は回転型）分離膜の間の回転型（又は固定型）ディスク構造において発生する問題点、即ち、ディスク両面の圧力差に起因したディスクの変形及び軸推力による軸方向変位を防止でき、システムの安定性が増加する。
【０００６】
ＵＳＰ５,２７５,７２５号（Flat separation membrane leaf and rotary separation apparatus Containing flat membranes）では、積層された回転型分離膜ユニットの間に柔軟な材質から成る固定型仕切りを配置して、圧力差に起因した変形及びこれによる分離膜の損傷を防止する構造が提示されている。
【０００７】
ＵＳＰ５,４１５,７８１号（Dynamic filter separator and separation device）およびＵＳＰ５,６７９,２４９号（Dynamic filter system）においても、固定型分離膜及び羽根付きの回転型ディスクの構造を有する分離装置の構造が開示されている。
【０００８】
このような従来の濾過装置では、上述したように分離膜と分離膜との間にディスクを設置することで、分離膜とディスクとの相対運動によって分離膜表面に大きなせん断速度（又はずり速度、shear rate）を発生させ、固形分の表面への付着を減じている。しかしながら、相対運動に起因した膜表面におけるせん断速度は、分離膜とディスクとの間隔が大きければ大きいほど急激に減少する。せん断速度を増加させるために分離膜とディスクとの間隔を小さくすると、ディスク両面の圧力差に因って分離膜とディスクが互いに接触して、膜の損傷をもたらす可能性があり、これを防止するには部品の精密加工及び精密組立が必要となるが、このことは製作コストが増加してしまう。また、積層した分離膜−ディスク−分離膜間の長い流路にて流体が移送されることに起因して圧力降下が生じるが、これを補償して適正な濾過圧力を保持し、性能低下が起らないようにするには、高い圧力でもって流体を供給する必要がある。しかしながら、これは動力コストおよび運転管理コストが増加をもたらすので装置の経済性が低下してしまう。
【０００９】
ＵＳＰ６,１６５,３６５号（Shear localized filtration system）およびＵＳＰ６,４１６,６６６号（Simplified filtration system）では、積層した分離膜を回転させることで、流体の粘性により遠心力と回転力とを流体に作用させる技術が開示されている。これによって、分離膜間の流体の流動を誘発して固形分の膜表面への付着を減じている。また、分離膜と分離膜との間の半径方向にて固定型スポーク（spoke）（４〜１６個、最適個数は８個）を設けることで、圧力分布を均一にし、スポークと膜との間の流速を速くしており、それによって、膜表面におけるせん断力を増加させ固形分の付着を防止している。
【００１０】
上記の特許明細書には、スポークが膜表面での流動の乱流現象を促進すると記載されている。しかしながら、円周方向及び半径方向の流動が層流であるため、乱流発生の効果は非常に小さいものと判断される。従って、その特許のスポークは、単にフィルターパック内部で均一な圧力分布が形成されているといった効果、および、分離膜との間隙内での体積変化に起因した膜表面の流速変化によって固形分付着を最少化しているといった効果を有するにすぎない。
【００１１】
上述したように、分離膜表面への固形分の付着を最少化するには、分離膜の表面周囲の流動を活性化してせん断速度を増加させることが最善の方法である。しかし、かかる目的で提示された既存の分離膜−ディスク−分離膜または分離膜−スポーク−分離膜の相対運動に起因した流速変化だけでは、膜表面における流体のせん断速度の増加には限界がある。
【００１２】
ＳＥ４５１４２９およびＳＥ４５９４７５号では、上述した分離膜−ディスク−分離膜、または分離膜−スポーク−分離膜構造とは異なる構造の分離膜−ローター−分離膜構造の分離装置が開示されている。これらの特許では、ローターの形状がディスク形状ではなく棒形状を有しており、ローター回転時に分離膜と分離膜との間にてせん断流れ（shear flow）だけでなく乱流を発生させている。従って、ディスク型ローターを備えたシステムに比べて膜と膜との間の流路が小さくて圧力の損失が少なくなっており、これらの特許に提示された棒形状のローターは固形分の付着防止に効果的な作用を有している。しかしながら、実際にはその効果が充分とはいえず、一定時間の間隔をあけて分離膜の再生処理を行わなければならない。
【００１３】
上述のＳＥ４５１４２９号では、分離膜の再生処理は、ブラシやバルブのような機械的要素をローターの羽根に取り付けた後、これを回転させて分離膜の表面に付着している物質を取り除く方法であるが、この処理では分離膜表面の多孔質コーティング（coating）も一緒に取り除かれてしまうという欠点がある。この欠点を補完するために、膜表面に多孔質コーティングを新しく施すことも考えられるが、このような機械的な分離膜の再生法は、孔に要求される所望のサイズをそのまま保持できないばかりか、再生が難しい場合には分離膜を取り替えなければならないといった欠点を有している。上述のＳＥ４５９４７５号は、フィルターユニットを積層して容量を増加させる方法を提示している。
【００１４】
ＵＳＰ６,０２７,６５６号では、ＳＥ４５１４２９号の棒形状ローターの形状に変更を加えたローターを用いることによって、膜の間でより大きな乱流を発生させており、機械的な再生法を必要としない分離装置を提案している。しかしながら、ローターの形状が単に二つの羽根から構成されているにすぎず、大きな乱流を発生させることは期待できない。そのうえ、処理しようとする流体の種類および性状に応じて乱流の大きさを制御する変数としては、ローターの速度のみを用いているため、その特性の異なる種々の液体の分離には多くの制約が伴う。このような欠点を補完するために、上記特許では種々の形状のローター断面を提案すると共に、ローターに超音波又は電気場発生装置を加える方法を提案している。
【００１５】
以上説明したように、分離膜を利用した液相−液相（Liquid-Liquid）、液相−固相（Liquid-Solid）分離装置において最も大きな難題となっている膜表面への異物付着現象を防止する最も効果的な方法としては、膜表面でのせん断力を最大限に増加させることである。そのためには、乱流を発生させることが必須であるが、現在までに提案されている方法はいずれも制限的な範囲での乱流を発生させているにすぎない。特に、分離膜−ディスク−分離膜構造のフィルターユニットまたはＵＳＰ６,１６５,３６５号の回転型分離膜−固定型スポーク構造のフィルターユニットよりも良好な乱流を促進させるものと判断されるＵＳＰ６,０２７,６５３号のユニットの場合では、単に二つの羽根を備えたローターを使用して、乱流を局部的に発生しているにすぎず、より大きな乱流を発生させるには回転速度を増加させなければならない。
【００１６】
また、密度または粘度などの特性の異なる流体を用いる場合には、それぞれ異なる大きさの乱流が必要であるにも拘わらず、ローターの形状が一定の形状となっているので、専らローターの回転速度を変化させるしか、所望の大きさの乱流を発生させることができない。従って、流体の粘度および密度が大きいほど、回転速度を増加させて、より大きな乱流を発生させなければならないが、これにより、所要動力が増大して動力損失が非常に大きくなるといった欠点がもたらされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上述のような問題点を解決するために創作されたものである。本発明の目的は、分離膜に対するせん断力が十分に大きく、動力消耗の少ない渦流を発生することが可能な渦流生成用ローターであって、しかも、物性値の異なる流体の分離に適した最適の乱流（特に、渦流）を発生させることの可能な渦流生成用ローターを提供することであり、更には、そのローターを用いた回転型分離膜濾過装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成する本発明の渦流発生用ローターは、
回転軸を中心に半径方向に延在する複数の第１ブレード；および
回転軸を中心に半径方向に延在し、第１ブレードに対して回転軸方向の相異なる位置に配置された複数の第２ブレード
を有して成ることを特徴としている。
【００１９】
本発明の望ましい第１実施例では、第１ブレードと第２ブレードとは回転軸を中心にした円周方向（または周方向）の幅が相異なっており、第１ブレードと第２ブレードとが互いに重なるように配置されている。
【００２０】
本発明の望ましい第２実施例では、第１ブレードと第２ブレードとは回転軸を中心にした円周方向の相異なる位置に配置されており、第１ブレードと第２ブレードとが部分的に重なるように配置されている。
【００２１】
本発明の望ましい第３実施例では、第１ブレードと第２ブレードとは回転軸を中心にした円周方向の相異なる位置に配置されており、第１ブレードと第２ブレードとが円周方向にて互いに離隔するように配置されている。この際、第１ブレードと第２ブレードとは、円周方向にて相互間の離隔距離が均一となるように等間隔で配置されている。
【００２２】
本発明の望ましい第４実施例では、第１ブレードおよび／または第２ブレードの外面には少なくとも１つの異形部が設けられている。そのような異形部は、円周方向の幅が変化するように形成されている（または円周方向幅が異なっている）。例えば、異形部は、円周方向に流線型の幅（または流線形幅、streamlined width）を有するように形成されていたり、あるいは、円周方向の後方に湾曲した形状の後端部を有するように形成されていたり、更には、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成されている。望ましくは、複数の異形部が第１ブレードと第２ブレードとの間にそれぞれの設けられており、複数の異形部のサイズ（または大きさ）が半径方向に徐々に大きくなるように形成されている。
【００２３】
第１ブレードと第２ブレードとは、円周方向の幅が同じとなるように形成されており、円周方向に交互に配置されている。
【００２４】
本発明の望ましい第５実施例では、第１ブレードと第２ブレードとは、それらの少なくとも一部分が回転軸方向にて互いに重なり、その回転軸を中心にした円周方向に互いに離隔して配置されており、少なくとも１つの異形部が第１ブレードと第２ブレードの間に設けられている。
【００２５】
本発明のローターは、第１ブレードの各々と一体的に形成されており、回転軸と同軸となるように形成された第１リング；および、第２ブレードの各々と一体的に形成され、回転軸と同軸となるように形成された第２リングを備えている。尚、第１リングと第２リングとは、その半径が相異なるように形成されている。これによって、第１リングと第２リングにより形成された階段状の端部がガイドによって支持されるので、濾過装置内でローターが分離膜に接触しないようになる。
【００２６】
第１ブレードを備えた第１ローターと第２ブレードを備えた第２ローターは、一つの部材として一体的に作製することもでき、別途製作した後に相互に結合させることもできる。
【００２７】
上記目的を達成するための本発明の濾過装置は、
原水流入口、処理水排出口および濃縮水排出口を備えたバレル；
バレル内に設置され、特許請求の範囲の請求項１〜２５のいずれかに記載の構成を有する少なくとも１つのローター；ならびに、
バレル内にローターと交互に配置された少なくとも１つのフィルター・トレー
を有して成ることを特徴としている。
【００２８】
フィルター・トレーは、バレル内に取り付けられており（または固定されており）、そのフィルター・トレーの面を貫通するような流路孔（water passage port）を一つ以上有している。尚、かかる流路孔を介して、バレル内の原水がバレル内で円滑に流れることになる。
【００２９】
フィルター・トレーは、円板状（またはディスク形状）の支持板、支持板の両面に設けられたドレーン・クロス（drain cloth）、ドレーン・クロスの外面に設けられた分離膜を含んでおり、ドレーン・クロスおよび分離膜は支持板に熱硬化性接着剤によって接着されている。これによって、製作工程が相当に簡素化される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明では、種々の形態の乱流が広範囲に発生するので、分離膜に付着した汚染物を効果的に除去することができる。これにより、濾過装置の廃水処理効率が向上し、濾過装置の動力損失が低減られることになる。また、密度や粘度などの特性の異なる流体を用いた場合にも、小さな動力で適切な渦流の発生させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら本発明をより詳しく説明する。
【００３２】
図１は、本発明による渦流生成用ローターを使用した濾過装置の側断面図である。本発明では、回転型分離膜濾過装置、より詳しくは、固定された分離膜と回転型ローターを備えた濾過装置を開示する。
【００３３】
濾過装置５０は、バレル６０、及びバレル６０内に積層されている多数のフィルター・トレー７０とローター８０を含んで構成される。バレル６０は、原水流入口６１、処理水排出口６５、及び濃縮水排出口６３を備えている。フィルター・トレー７０はバレル６０の内側面にボルト９１によって固定されており、ローター８０は回転軸９５によってバレル６０内で回転可能に設置されている。フィルター・トレー７０とローター８０はディスク形状を有し、バレル６０内に交互に配置されている。
【００３４】
原水流入口６１からバレル６０内に汚染物質を含有した原水が流入すれば、原水内の汚染物質はフィルター・トレー７０によってフィルタリングされ綺麗な処理水となって処理水排出口６５からバレル６０外部に排出され、汚染物質が濃縮された濃縮水は濃縮水排出口６３からバレル６０外部に排出される。この時、濾過装置５０の浄化動作が行われる間では、回転軸９５を回転させるモーター（図示せず）によってローター８０が持続的に回転し、これにより発生したせん断応力によってフィルター・トレー７０の膜に付着した固形の汚染物質が膜から除去される。除去された汚染物質は、濃縮水に含まれた状態で濃縮水排出口６３から外部に排出される。
【００３５】
図２は、図１におけるフィルター・トレー７０とローター８０とが積層される状態を示している。フィルター・トレー７０とローター８０とが交互に積み重ねられることによって、上部のフィルター・トレー７０ａおよび下部のフィルター・トレー７０ｂは、それらの間に配置されたローター８０と共に一つの濾過ユニットを構成することになる。一つの濾過ユニットでは、ローター８０はその上部のフィルター・トレー７０ａの下面とその下部のフィルター・トレー７０ｂの上面に付着した膜上の固形の汚染物質を除去する。
【００３６】
図３は、フィルター・トレーの詳細な構成を示した図である。フィルター・トレー７０は、円板状の支持板７１、支持板７１の上下面にそれぞれ取り付けられたドレーン・クロス７３、及び各ドレーン・クロス７３の外面に取り付けられた膜７５で構成されている。支持板７１はステンレス鋼で製造され、フィルター・トレー７０の円形の外形を保持する機能をする。支持板７１の外側縁部にはバレル６０内側にボルト９１によって固定される多数の固定部７２が形成されている。膜７５は、流入した原水を濾過する機能をし、ドレーン・クロス７３は膜７５の外形が適切に保持されるように膜７５を支持する機能をすると同時に、濾過された処理水を処理水排出口６５にガイドする機能をする。
【００３７】
各フィルター・トレー７０の板面には二つの流路孔７９が形成されている。この流路孔７９を介してバレル６０内で原水が円滑に流れるようになる。
【００３８】
かかる回転型分離膜濾過装置の基本的な構成及びその動作は、基本的に従来のそれと同一であるため、具体的な濾過装置の構成に対する説明は省略し、以下では本発明による渦流発生用ローターの構成について詳しく説明する。
【００３９】
本発明による渦流発生用ローターは、 基本的にその回転軸方向の相異なる位置に配置された複数の第１ブレードと複数の第２ブレードを含むことを特徴とする。
【実施例】
【００４０】
以下では、この本願発明の特徴を具現化した各実施例について説明する。
【００４１】
図４は本発明による渦流発生用ローターの第１実施例を示す図であり、 図５は図１８のI−I線で切断した断面図を含んだ図１のＡの拡大図である。
【００４２】
本発明の第１実施例による渦流発生用ローター１００は、第１ローター１１０と第２ローター１２０とで構成されている。ローター１００の中心部には濾過装置５０の回転軸９５に結合される結合リング１５０が設けられており、この結合リング１５０が第１ローター１１０および第２ローター１２０と結合されている。これにより、モーターによって回転軸９５が回転する際に、結合リング１５０を介して回転軸９５に結合されたローター１００も一緒に回転することになる。
【００４３】
第１ローター１１０は、回転軸を中心に半径方向に延在する複数の第１ブレード１１１を備えている。第１ローター１１０の中心部には結合リング１５０に結合されるリング形状の第１結合部１１５が設けられ、第１ローター１１０の外側部には各第１ブレード１１１を互いに連結する第１リング１１７が設けられている。第１ブレード１１１、第１結合部１１５及び第１リング１１７は、一体に形成されている。従って、第１ローター１１０は全体として一つのスポーク（spoke）型ホイール（wheel）の形状を有している。
【００４４】
第２ローター１２０もまた、第１ローター１１０と同一構造の第２ブレード１２１、第２結合部１２５および第２リング１２７を備えている。
【００４５】
前述した通り、第１ブレード１１１と第２ブレード１２１とは、ローター１００の回転軸に沿って相異なる位置に配置されている。即ち、第１ブレード１１１と第２ブレード１２１とは回転軸方向に連続して配置されている。また、本実施例において、第１ブレード１１１および第２ブレード１２１は、回転軸を中心にしたローター１００の円周方向の幅が相異なるように形成されており、より具体的には、図５に示されるように、第２ブレード１２１の幅が第１ブレード１１１の幅に比べて小さく形成されると共に、第１ブレード１１１と第２ブレード１２１とが互いに重なるように配置されている。このような構造の第１ローター１１０および第２ローター１２０は、電気溶接又は超音波溶接のような手法で相互に取り付けられる。また、第１ローター１１０および第２ローター１２０は、一つの部材として一体的に作製することもできる。
【００４６】
第１ローター１１０の第１リング１１７の半径は、第２ローター１２０の第２リング１２７の半径に比べて大きく形成されている。これにより、図６（図４のI'−I'線による断面が示された図１のＡ部分の拡大図）に示されるように、ローター１００の外側端部は段差のついた階段状を成している（図４および図５では図示の便宜上、ローター１００がひっくり返された形態で示されているが、実際の使用時には、図４および図５に示されたローター１００がひっくり返された状態で図１のようにバレル６０内に設置される）。図６に示されるように、バレル６０の内側面には階段状に形成されたガイド６０ａが設けられており、このガイド６０ａとローター１００の外側端部とが互いに接するように置かれることで、ガイド６０ａによって第１ローター１１０の外側が支持される。これによって、ローター１００の垂れ（または垂れ下がること、ｄｒｏｏｐ）が防止される。  
【００４７】
図７は、上述の構造を有する本発明の第１実施例によるローター１００が回転した際に、上部のフィルター・トレー７０ａと下部のフィルター・トレー７０ｂとの間に発生する渦流の形態を示した図である。本実施例では、上部と下部とでブレードの幅が異なるので、上部のブレード１１１によって回転方向の後端部（または後側）に形成される渦流の位置と、下部のブレード１２１によって回転方向の後端部（または後側）に形成される渦流の位置とが相異なることになる。従って、単一層のスポーク形態で作製された従来のローターが回転した場合と比べ、より複雑な形態の渦流が効果的に形成される。
【００４８】
図８は本発明の第２実施例のローターを示した斜視図であり、 図９は図８のII−II線で切断した断面図である。以下の実施例において、第１ローターおよび第２ローターから構成されたローターの構造、ならびに、各サブローターにおける結合部およびリングの構造は、第１実施例の場合と同様である。従って、以下の実施例の説明は、ブレードの構造に対してのみ説明を行う。
【００４９】
第２実施例では、 第１ブレード２１１と第２ブレード２２１とは、ローター２００の回転軸を中心にした円周方向の相異なる位置に配置されている。より具体的にいうと、第１ブレード２１１と第２ブレード２２１とは同一形状および幅を有しており、それらは円周方向の配列位置のみが異なっている。
【００５０】
図８および図９に示されるように、第１ブレード２１１と第２ブレード２２１とは部分的に重なるように配置されている。即ち、第１ブレード２１１と第２ブレード２２１とは、全体幅の半分程度が互いに重なるように配置されている。このような構造では、図１０に示されるように、上部のブレード２１１によって回転方向の先端部（または内側）および後端部（または外側）に形成される渦流の位置と、下部のブレード２２１により回転方向の先端部（または内側）および後端部（または外側）に形成される渦流の位置とが異なることになる。従って、単一層のスポーク形態で作製された従来のローターが回転する場合と比べ、より複雑な形態の渦流が効果的に形成されることになる。
【００５１】
図１１は、本発明の第３実施例の渦流生成用ローターを示した図であり、 図２３は図１１のIII-IIIで切断した断面図である。
【００５２】
第３実施例では、第１ブレード３１１と第２ブレード３２１とは、ローター３００の回転軸を中心にした円周方向にて相異なる位置に配置されていると共に、円周方向に相互に離隔して配置されている。また、第１ブレード３１１と第２ブレード３２１とは、円周方向にて相互の離隔距離が均一となるように等間隔で配置されている。第１ブレード３１１および第２ブレード３２１の幅および形状は同一である。図１２に示されるように、第１ブレード３１１と第２ブレード３２１とはジグザグ（zig-zag）に配置されている。
【００５３】
このような構造では、図１３に示されるような形態の渦流が形成されることになる。図１３に示されるように、各ブレード３１１,３２１の各々は、スポーク形状に起因して渦流を発生させ、またジグザグ型の配置に起因して正弦波形状（sinusoidal）を有するように流れる大きな流れの渦流を発生させる。これにより、より複雑な形態の渦流が発生することになる。
【００５４】
図１４は本発明の第４実施例の渦流発生用ローターを示したものであり、図１５は図１４のIV−IV線で切断した断面図である。
【００５５】
第４実施例のローター４００は、第３実施例と同一構造の第１ブレード４１１および第２ブレード４２１の構造を備えており、各ブレード４１１,４２１の外面には複数の異形部（または突出部もしくは突起部）４１３,４２３が設けられている。各ブレード４１１,４２１ごとに複数の異形部４１３,４２３を設けてもよく、あるいは、１つの異形部４１３,４２３を設けてもよく、更には、ブレード４１１,４２１の一方に対してのみ選別的に異形部を設けてもよい。複数の異形部４１３,４２３がそれぞれのブレード４１１,４２１に設けられる場合には、複数の異形部４１３,４２３のサイズがローター４００の半径方向に徐々に大きくなるようにするのが望ましい。
【００５６】
異形部４１３,４２３は、別個の部材でもって製作して、各ブレード４１１,４２１に設けてよく、あるいは、各ブレード４１１,４２１と一体的に形成してもよい。また、異形部４１３,４２３は、円周方向の幅が変化するように形成してもよく、 望ましくは、図１４に示されるように、平断面が円形を成す形状を有するようにしてもよい。また、効果的な渦流を発生させるためには、一つのブレードに配列された異形部の各々が、ローター４００の半径方向にそのサイズが徐々に大きくなることが望ましい。
【００５７】
図１４に示されるように、第１ブレード４１１の異形部４１３は第１ブレード４１１の上面に、そして、第２ブレード４２１の異形部４２３は第２ブレード４２１の下面にそれぞれ設けられる。従って、異形部４１３,４２３の各々は、ディスク形状のローター４００の面に対して内側に突出するように構成されている。
【００５８】
図１６および図１７は、上記のような本発明の第４実施例のローター４００によって形成される渦流を示したものである。図１６は渦流を側方から見た状態を示しており、図１７は渦流を上方から見た状態を示している。
【００５９】
図１６に示されるように、側方から見た渦流は、異形部４１３,４２３が形成された部分においては図７の第１実施例の渦流と類似した形態となっており、また、異形部４１３,４２３の形成されていない部分においては図１３の第３実施例の渦流と類似した形態となっている。従って、上記２種類の渦流が複合された形態が図１６のように形成されている。また、図１７に示されるように、上方から見た渦流は、異形部４１３,４２３が形成された部分の後端部（外側）で小さな渦巻きが複合的に生成される形態を有している。従って、かかる構造では、より複雑な形態の渦流を発生させることができる。
【００６０】
図１８は本発明の第５実施例のローターを示した図であり、図１９〜図２１は図１８の異形部の種々の変形例を示した図である。
【００６１】
第５実施例は、 第１ローター５１０と第２ローター５２０とが回転軸方向にて互いに離隔した形態を有している。従って、第１ブレード５１１と第２ブレード５２１とが回転軸方向で互いに離隔して両者の間には一定な大きさのギャップが形成されている。また、第１ブレード５１１と第２ブレード５２１とは少なくとも一部分が互いに重なるように形成されている（図１８の実施例では、全体が重なるように形成されている）。
【００６２】
第１ブレード５１１と第２ブレード５２１との間には、少なくとも１つの異形部５３０が介在している。第４実施例と同様、異形部５３０の個数および配置については種々の変形が可能である。第４実施例との相違点は、実質的に二つの同一形状のサブローターの間に異形部５３０が配置されているという点である。
【００６３】
異形部５３０は、ローター５００の円周方向の幅が変化するように形成され、望ましくは、ローター５００の回転方向に流線型の幅（streamlined width）を有するように形成される。例えば、図１９に示されるように、異形部５３０ａは、水平方向断面が三角形を有するように形成してよい。また、図２０に示されるように、異形部５３０ｂは、三角形の形状を基本とし、その回転方向後方（または円周方向後方）の端部が後方へと湾曲した形状に形成してもよい。このような形状にすると、回転方向前方の端部が受ける水の抵抗が小さくなり、ローター５００の回転エネルギーの損失が低減されることになると共に、回転方向後方の端部では渦流が効果的に発生することになる。尚、図２１に示されるように、異形部５３０ｃは、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成してもよい（図１９〜図２１は、異形部の形状を明確に表すために、第２ローター５２０を除いた状態で示している）。
【００６４】
上記の第５実施例では、第４実施例の場合の渦流を示した図１７と類似した渦流が形成されることになる。
【００６５】
上述のような本発明の種々の実施例では、回転するローターの各ブレードの表面と静止した膜表面との間での流速が速くなり、膜表面に大きなせん断応力を発生させるので、固形分の付着を防止することができる。また、回転するローターの各ブレードの後側（または外側）で発生する渦流は、チャンネルの内部壁面、即ち、フィルター板の分離膜表面にて膜表面に垂直な速度分布および水平な速度分布を正弦的に変化させるので、膜表面近傍の固形分の移動が促進され、表面への固形分の付着が防止されることになる。
【００６６】
従来技術として例示したＵＳＰ６,０２７,６５６号におけるローターを十分な乱流流動を起こす角速度で回転させた時に発生する渦流形状と、本発明の多重羽根型ローターを同一の速度で回転させた時に発生する渦流形状とを比較すると、本発明のローターの渦度（Vorticity）の方が相当に大きいことが分かる。特に、第３実施例（図１１）のジグザグ型（zig-zag type）ローターの場合には、流動を円滑にしながらも渦流の発生効果に優れている。また、第４実施例（図１４）のローターの形状は円周方向の渦流だけでなく半径方向の渦流も発生させるので、チャンネル内部の全区間に渡って洗浄効果が促進される。
【００６７】
上述のＵＳＰ６,０２７,６５６号の棒形状のローターの性能と、本発明のローターの性能とを実験的に比較した結果を、図２２および図２３に示す。図２２および図２３において従来の棒形状ローターと比べると、本発明の多重羽根型ローターは、同一の運転条件下（供給圧力、運転速度）にてほぼ２倍の性能を有していると共に、同一の処理量を基準とした所要動力も、棒形状ローターと比べて約５０〜６０％のレベルであることが分かる。これは、全体として本発明の多重羽根型ローターが棒形状に比べ約３００％程度の効率向上をもたらすことを意味しており、それゆえ、本発明のローターは既存のものよりも優れた効果を有するといえる。
【００６８】
従来のフィルター・トレーは、分離膜およびドレーン・クロスを固定するために、複雑な形状のシーリング構造を有しているが、図３に示されるような本発明のフィルター・トレー７０は、分離膜７５およびドレーン・クロス７３を熱硬化性接着剤で支持板７１に取り付けることによって、製作工程を画期的に単純化しており、生産性が向上している。
【００６９】
特に、本発明では、既存品の構造とは異なり、供給されるスラリーの流路および排出される透過（permeate）流路がフィルター・トレー７０の二つの流路孔７９によって形成されるので、フィルター・トレー７０の外側に別途に流路を形成しなくてもよい。その結果、システムのサイズを面積基準で１２０％以上低減することができ、単位面積当りの処理効率が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明では、種々の形態の乱流が広範囲に発生するので、分離膜に付着する汚染物質を効果的に除去できる。従って、濾過装置の廃水処理の効率が向上し、濾過装置の動力損失が低減する。また、密度や粘度などの点で特性の異なる流体を用いた場合であっても、小さな動力によって適切に渦流を形成できるといった利点がある。
【００７１】
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されるものではなく、当該技術分野における通常の知識を有する者ならば本発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々の変形実施が可能であり、そのような変形実施は本発明の特許請求範囲内にあるものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明による回転型分離膜濾過装置の断面図。
【図２】図２は、図１における濾過ユニットを示した図。
【図３】図３は、図２のフィルター・トレーの部分断面図。
【図４】図４は、本発明の第１実施例による渦流生成用ローターの斜視図。
【図５】図５は、図４のI−I線による断面図。
【図６】図６は、図４のI'−I'線による断面を含む図１のＡ部分の拡大図。
【図７】図７は、図４におけるローターの動作時に生成される渦流を示した図。
【図８】図８は、本発明の第２実施例による渦流生成用ローターの斜視図。
【図９】図９は、図８のII−II線による断面図。
【図１０】図１０は、図８におけるローターの動作時に生成される渦流を示した図。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施例による渦流生成用ローターの斜視図。
【図１２】図１２は、図１１のIII−III線による断面図。
【図１３】図１３は、図１１におけるローターの動作時に生成される渦流を示した図。
【図１４】図１４は、本発明の第４実施例による渦流生成用ローターの斜視図。
【図１５】図１５は、図１４のIV−IV線による断面図。
【図１６】図１６は、図１４におけるローターの動作時に生成される渦流を示した図。
【図１７】図１７は、図１４におけるローターの動作時に生成される渦流を示した図。
【図１８】図１８は、本発明の第５実施例による渦流生成用ローターの斜視図。
【図１９】図１９は、図１８の異形部の変形例を示した図。
【図２０】図２０は、図１８の異形部の変形例を示した図。
【図２１】図２１は、図１８の異形部の変形例を示した図。
【図２２】図２２は、本発明による渦流生成用ローターを採用した濾過装置を利用した実験結果を示す表である。
【図２３】図２３は、本発明による渦流生成用ローターを採用した濾過装置を利用した実験結果を示す表である。
【図１】
2007528293.tif 000003
【図２】
2007528293.tif 000004
【図３】
2007528293.tif 000005
【図４】
2007528293.tif 000006
【図５】
2007528293.tif 000007
【図６】
2007528293.tif 000008
【図７】
2007528293.tif 000009
【図８】
2007528293.tif 000010
【図９】
2007528293.tif 000011
【図１０】
2007528293.tif 000012
【図１１】
2007528293.tif 000013
【図１２】
2007528293.tif 000014
【図１３】
2007528293.tif 000015
【図１４】
2007528293.tif 000016
【図１５】
2007528293.tif 000017
【図１６】
2007528293.tif 000018
【図１７】
2007528293.tif 000019
【図１８】
2007528293.tif 000020
【図１９】
2007528293.tif 000021
【図２０】
2007528293.tif 000022
【図２１】
2007528293.tif 000023
【図２２】
2007528293.tif 000024
【図２３】
2007528293.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月10日(2006.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦流を発生させるためのローターであって、
前記ローターの回転軸を中心に半径方向に延在する複数の第１ブレード；および、
前記回転軸を中心に前記半径方向に延在し、前記第１ブレードに対して回転軸方向の相異なる位置に配置された複数の第２ブレード
を有して成ることを特徴とする渦流発生用ローター。
【請求項２】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記回転軸を中心にした円周方向の幅が相異なることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項３】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、互いに重なるように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の渦流発生用ローター。
【請求項４】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記回転軸を中心にした円周方向の相異なる位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項５】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、相互に部分的に重なっていることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項６】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向に互いに離隔していることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項７】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向にて相互の離隔距離が均一となるように等間隔で配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の渦流発生用ローター。
【請求項８】
前記第１ブレードおよび／または前記第２ブレードの外面に設けられた少なくとも１つの異形部を更に有して成ることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項９】
前記異形部は、前記円周方向の幅が変化するように形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１０】
前記異形部は、前記円周方向に流線型の幅を有するように形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１１】
前記異形部は、前記円周方向の後方に湾曲した形状の後端部を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１２】
前記異形部は、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１３】
複数の前記異形部は、前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間にそれぞれ設けられており、複数の前記異形部のサイズが前記半径方向に徐々に大きくなっていることを特徴とする、請求項７に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１４】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向の幅が同一となっていることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１５】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記円周方向に交互に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１６】
前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、それらの少なくとも一部分が前記回転軸方向にて互いに重なり、前記回転軸方向において互いに離隔して配置されており、
少なくとも１つの異形部が前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１７】
前記異形部は、前記円周方向の幅が変化するように形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１８】
前記異形部は、前記円周方向に流線型の幅を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の渦流発生用ローター。
【請求項１９】
前記異形部は、前記円周方向の後方に湾曲した形状の後端部を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１８に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２０】
前記異形部は、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２１】
複数の前記異形部は、前記第１ブレードと前記第２ブレードとの間にそれぞれ設けられており、複数の前記異形部のサイズが前記半径方向に徐々に大きくなっていることを特徴とする、請求項１６に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２２】
前記第１ブレードと一体的に形成され、前記回転軸と同軸となるように配置された第１リング；および、
前記第２ブレードと一体的に形成され、前記回転軸に同軸となるように配置された第２リング
を更に有して成ることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２３】
前記第１リングと前記第２リングとは、相異なる半径を有していることを特徴とする、請求項２２に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２４】
前記第１ブレードを備えた第１ローターおよび前記第２ブレードを備えた第２ローターを更に有して成り、
前記第１ローターと第２ローターとが相互に結合していることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２５】
前記第１ブレードを備えた第１ローターおよび前記第２ブレードを備えた第２ローターを更に有して成り、
前記第１ローターと第２ローターとが一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の渦流発生用ローター。
【請求項２６】
原水流入口、処理水排出口および濃縮水排出口を備えたバレル；
前記バレル内に設置され、請求項１〜請求項２５のいずれかに記載の構成を有する少なくとも１つのローター；ならびに、
前記バレル内に前記ローターと交互に配置される少なくとも１つのフィルター・トレー
を有して成る濾過装置。
【請求項２７】
前記フィルター・トレーが、前記バレル内に取り付けられていることを特徴とする、請求項２６に記載の濾過装置。
【請求項２８】
前記フィルター・トレーが、その面を貫通するような流路孔を一つ以上有していることを特徴とする、請求項２６に記載の濾過装置。
【請求項２９】
前記フィルター・トレーが、円板状の支持板、前記支持板の両面に設けられたドレーン・クロス、前記ドレーン・クロスの外面に設けられた分離膜を含んでいることを特徴とする、請求項２８に記載の濾過装置。
【請求項３０】
前記ドレーン・クロスおよび前記分離膜が前記支持板に熱硬化性接着剤によって接着されていることを特徴とする、請求項２９に記載の濾過装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の望ましい第５実施例では、第１ブレードと第２ブレードとは、それらの少なくとも一部分が回転軸方向にて互いに重なり、その回転軸方向において互いに離隔して配置されており、少なくとも１つの異形部が第１ブレードと第２ブレードの間に設けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図４は本発明による渦流発生用ローターの第１実施例を示す図であり、図５は図４のI−I線で切断した断面図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図１１は、本発明の第３実施例の渦流生成用ローターを示した図であり、 図１２は図１１のIII-IIIで切断した断面図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
第３実施例では、第１ブレード３１１と第２ブレード３２１とは、ローター３００の回転軸を中心にした円周方向にて相異なる位置に配置されており、更に、円周方向に相互に離隔して配置されている。また、第１ブレード３１１と第２ブレード３２１とは、円周方向にて相互の離隔距離が均一となるように等間隔で配置されている。第１ブレード３１１および第２ブレード３２１の幅および形状は同一である。図１２に示されるように、第１ブレード３１１と第２ブレード３２１とはジグザグ（zig-zag）に配置されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
異形部５３０は、ローター５００の円周方向の幅が変化するように形成され、望ましくは、ローター５００の回転方向に流線型の幅（streamlined width）を有するように形成される。例えば、図１９に示されるように、異形部５３０ａは、水平方向断面が三角形を有するように形成してよい。また、図２０に示されるように、異形部５３０ｂは、三角形の形状を基本とし、その回転方向後方（または円周方向後方）の端部が後方へと湾曲した形状に形成してもよい。このような形状にすると、回転方向前方の端部が受ける水の抵抗が小さくなり、ローター５００の回転エネルギーの損失が低減されることになると共に、回転方向後方の端部では渦流が効果的に発生することになる。尚、図２１に示されるように、異形部５３０ｃは、水平方向断面が実質的に円形を有するように形成してもよい（図１９〜図２１は、異形部の形状を明確に表すために、第２ローター５２０を分解した状態で示している）。
【国際調査報告】
2007528293.tif 000026
2007528293.tif 000027