专利名称：密闭水平流式自动清洗滤层过滤机及其过滤方法
技术领域：
本发明涉及一种自流体中去除悬浮微粒及其它不要之物质之际，亦可同时对拦截流体中悬浮微粒的滤材进行涡旋清洗作业，使滤材能随时保持畅通而进行连续式过滤的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机及其过滤方法。
自流体中去除悬浮微粒之过滤设施由来已久，最常使用方式是于密闭钢筒内置放不随过滤液流动之滤材，原水以加压方式通过滤材，待滤材堵塞再以反向水流冲洗滤层将悬浮微粒冲洗出来恢复原有过滤能力，其优点为原水以加压方式通过固定式滤床使过滤流量可较大，其缺点为过滤流量随过滤时间之沿伸而渐减，滤材逆洗需停机，且需具备逆洗水槽。近来针对固定床式过滤机之缺点，已有自动清洗滤层过滤机之问市，如
图1所示品牌为DYNA-SAND之自动清洗滤层过滤机，及台湾专利公告195839号均属此类过滤机，如图1所示之自动清洗滤层过滤机是于开放的过滤筒58内装设单一滤材61，于滤材61之中间插入主干管11，于主干管11之管内中心穿设气升泵62与气升管63，气升管63被气升泵62环绕向上沿伸至低于溢流堰66液位的适当位置与洗砂装置相连接，当进行过滤作业时原水10自主干管11通入均配器59向上流动穿越滤材61，悬浮微粒SS被截留于滤材61上，澄清流体41则越过溢流堰66沿管路40排放至使用点，于过滤作业进行中气升泵62于气升管63之底部管内通入压缩空气，此压缩空气藉浮力向上移动，利用气泡上升于气升管63底部产生负压将气升管63外之滤材61吸入气升管63底部后，循上升气泡流动进入防溅管67，压缩空气于防溅管67排除，于防溅管67，压缩空气于防溅管67排除，于防溅管67内之液位较溢流堰66为低，集污管70四周之澄清液41沿洗砂管64向上流入防溅管67而与气升管63溢出之砂流混合，滤材61之沉速因较洗砂管64内澄清液41之上升流速快遂掉入洗砂管64，于洗砂管64内与阻砂环65碰撞，滤材61中所夹杂的悬浮微粒SS被释出且随上升水流进入液位控制管68，再沿液位控制管68上所开设的溢流环69流入排污管30排放出去，而往下穿越洗砂管64之滤材61历经洗砂过程掉入滤床顶层再进行过滤作业，于过滤过程中滤材61缓缓向下移动，其方向与原水10穿透滤材61方向相反。
如上所述习用自动清洗滤层过滤机之过滤筒58采开放型，原水10以向上流动方式穿越滤材61，且以气升泵62导引滤材61向上流动，因此有如下缺点一、处理流量小，滤层需较厚由于原水10以向上流动方式穿越滤材61，且过滤筒58为开放型因此原水10于滤床内之上升流速不得大于滤材61之沉降速度，否则会导致滤材61随原水10流出过滤筒58，或因滤层之浮动使悬浮微粒SS自滤材61中逃逸造成澄清液水质恶化，为了避免滤材61之浮动，因此滤层需较厚，连带使过滤筒58之体积增大，占用空间增大较不经济。
二、滤材61清洗效率不彰，气升管63易堵塞滤材61仅借穿透洗砂管64时与阻砂环65之轻微碰撞而与附于其上之悬浮微粒SS分离，由于滤材61之沉降速度有限因此仍有些许稍黏的悬浮微粒SS黏附于滤材61上，经久过滤会使滤材61黏结成粒，由于滤层的压力滤材61于底层被压实且底层滤材61所含流体少较扎实，使得底层滤材61之流动性不佳，单凭于气升管63底部通入压缩空气上升流动所形成的有限负压，往往无法使气升管63四周流动性不佳之滤材61顺畅地流入气升管63且滤材61于气升管63内以砂流方式流动，其流动阻力大洗砂速率低，若原水10所含悬浮微粒SS升高则滤床将渐次堵塞而降低过滤机能；而因洗砂管64之洗砂作业无法使凝结成粒的滤材61分离，使滤材61循环清洗效率不彰；而若停机过久则过滤筒58底部滤材61将凝结成团，且被压实，使气升管63堵塞洗砂作业停止，且气升管63亦极易因原水10中之杂物而堵塞，使其洗砂作业之稳定性较差。
三、设备制造繁琐，维修不易，成本较高于过滤筒58之轴线上需同心装设均配器59，导砂锥60，主干管11，气升管63，气升泵62及洗砂单元67、68、69、70使制造安装均较为困难，当气升管63气升泵62及其它元件发生故障时，将使维修作业进行不易。
四、材61清洗速率无法依原水10污染程度自动调整清洗速率，使过滤流量无法保持常数气升泵62于气升管63底部通入压缩空气上升所形成的负压为定值，且其最大值无法大于一大气压，其洗砂速率为常速，当原水10中悬浮微浮SS浓度升高时滤材61堵塞速率将渐渐超越洗砂速率，使滤材61渐次堵塞，导致过滤压损升高过滤流量降低，使过滤流量无法于原水10之污染程度发生改变时保持常数，且因过滤筒58之内压将随原水10之污染程度渐升而升高，使滤材61浮动过滤水质恶化。
五、过滤对象、滤材种类有限由于气升泵62于气升管63底部通入压缩空气上升所形成的负压有限，因此过滤筒58中填放的滤材61比重需较低，其使用之滤材61种类有限，且因洗砂单元67、68、69、70之清洗力量有限，当面对所过滤流体中所含悬浮微粒SS较黏时，则滤材61仅凭沉降速度将无法确切与悬浮微粒SS分离，致使过滤之对象有限。
鉴于习用过滤设施由于以上几项缺失，使得过滤流量及过滤之稳定性均较差，本发明的目的在于提供一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，以提升过滤稳定性及过滤流量。
本发明的技术方案是一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，包括压滤筒、涡旋洗砂器、均配管、洗砂管路、减压阀、抗衡泵及主干管，其特征在于原水沿主干管与洗砂管路分成两路流动，原水沿主干管通入压滤筒中央之均配管以稳定之水平流并以均配管为中心穿透环绕均配管四周之滤材并辐射状流向集液环，再循澄清管排放至使用点，原水中所夹杂的悬浮微粒及其它欲去除物质被滤材截留；于原水过滤作业之同时洗砂水沿洗砂管路升压流动，将被压滤筒压入出砂管之饱和滤材冲激成浮动状态送往压滤筒上方之涡旋洗砂器，于涡旋洗砂器内滤材与含悬浮微粒之洗砂废水分离，清洗干净之滤材掉入压滤筒内的滤材顶层，洗砂废水则沿排污管流出，于过滤作业期间压滤筒底端出砂管饱和滤材流出量，等于落入压滤筒之干净滤材量，使滤材于压滤筒内保持一定厚度向下移动接受原水之循环过滤。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于其中压滤筒是圆锥形密闭容器，于其筒腹等距钻设若干溢水孔并以隔网环状覆盖，于钻设溢水孔的筒腹外周缘套一圆形外罩将其封闭成一密闭环状空间；于压滤筒顶侧正中央开一出入口并以涡旋洗砂器封闭此出口；于压滤筒底部锥顶焊设出砂管，出砂管再与洗砂管路之吸砂狭道相连，涡旋洗砂器则以洗砂管路、与主干管相连通；主干管于筒腹的上缘插入压滤筒内并与置于压滤筒圆心的均配管相连，藉以形成一密闭之过滤设施。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于出砂管内之饱和滤材是藉吸砂狭道与压滤筒之压力差及其自重而向下流。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于洗砂管路于吸砂管与吸砂狭道间设一减压阀，藉以调整吸砂狭道与压滤筒之压力差。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于洗砂管路于洗砂管与吸砂狭道间设一抗衡泵，藉以使洗砂管之内压大于压滤筒之内压，促使洗砂管路内之流体向涡旋洗砂器流动。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于洗砂管路于吸砂狭道与减压阀间设一节流阀藉以控制洗砂管内之水砂混合液于涡旋洗砂器内的自地转速度。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于原水是以垂直压滤筒轴心线的水平流方式穿越环绕于均配管四周的滤材，且滤材于与原水相互垂直的方向缓缓沿轴心线下移。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于涡旋洗砂器是于导旋管之轴向对焊导旋锥管，再于导旋管之轴顶端焊设维修凸缘，于维修凸缘以下焊设一个与导旋管相切的近似阿基米得螺旋线型导流涡旋管，藉以使入流之水砂混合液于通入导旋管时能与管中流体以同心圆方式绕圆心旋转而不致发生乱流；于导旋管距轴向底端某一位置焊设定位凸缘，藉此定位凸缘将压滤筒顶面封闭；涡旋洗砂器顶面以盲法阑与维修凸缘组合封闭，于盲法阑中心穿设排污管，排污管的流体吸入侧低于导流涡旋管，藉以使导流涡旋管通入之水砂混合液能绕排污管向下旋转，使洗砂废水能沿排污管排出。
所述的密封水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于排污管设一控制压滤筒中二次洗砂水之上升速率以控制洗砂废水之流出量的节流阀。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于均配管是圆管，其管壁上钻设若干溢水孔，溢水孔表面则以逆止片覆盖，藉以使原水通入均配管能被均匀分配成稳定流体以穿透滤床，并藉逆止片于停机时将溢水孔闭锁，避免滤材流出压滤筒。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于涡旋洗砂器是利用绕导旋管旋转的向下旋转涡流使滤材与悬浮微粒及洗砂废水分离。
一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于原水于穿透压滤筒滤床的同时，滤材清洗作业亦同时进行，其中洗砂管路所输送的饱和滤材与洗砂水的混合液，经由粒度筛分器之筛选作用颗粒较小的外层滤材分布于分隔管的四周，颗粒较大之内层滤材则分布于粒度筛分器与分隔管所区隔空间内，压滤筒内的滤材以分隔管区分成两层接受原水过滤。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于粒度筛分器的导旋管于定位凸缘以下的管壁上钻设若干筛分孔，其孔径大小介于内层滤材与外层滤材之间，藉以使于导旋管内旋转的涡流中的外层滤材以离心力穿透筛分孔沿套环掉入压滤筒内。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于粒度筛分器、分隔管及套环的轴心线是重合，粒度筛分器于定位凸缘以下被套环环状包围，粒度筛分器再与分隔管对接连成管状通道，藉以区隔内层滤材与外层滤材于压滤筒中的分布。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于分隔管是一圆状管，其管壁钻设若干孔洞，其轴向底侧为开放口，藉以使均配管流出的原水能循此孔洞进入外层滤材过滤，同时亦使内层滤材亦能自分隔管底侧开口流向出砂管进行滤材清洗作业。
一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于原水于穿透压滤筒滤床的同时，滤材清洗作业亦同时进行，其中洗砂管路所输送的饱和滤材与洗砂水的混合液，经由涡旋洗砂器使滤材、与悬浮微粒分层旋转，经由沉降管的重力沉降作用，比重及颗粒均较大的内层滤材于沉降管中落入分隔管并环绕于均配管的四周，流出沉降管的水砂混合液则因压滤筒顶部的上升流速有限，比重较低的外层滤材藉自重掉入压滤筒分布于分隔管的周缘，使压滤筒内的滤材、按其颗粒大小分层装置。
所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于涡旋洗砂器、反向管、导管、沉降管、分隔管是同心配置；涡旋洗砂器顶侧以盲法兰封闭，底侧的导旋锥管与插入沉降管的导管连接，导管的出口以反向管环状包围，反向管的轴向底面予以封闭轴向底面则为开放，反向管则为沉降管环状包围，沉降管的轴向底侧与分隔管相连形成管状空间，沉降管的轴顶端则为开放口。
综上所述本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机具有如下优点及功效一、滤材清洗速率随原水污染程度自动调整，过滤流量保持常数本发明之滤材3藉压滤筒1与吸砂狭道19之压力差而挤入吸砂狭道19中，因此当原水10之污染程度升高时，滤材3阻塞速率升高使压滤筒1之内压升高，而吸砂狭道19之内压经减压阀17设定为定值，因此使两者之差压随之增大，滤材3挤入吸砂狭道19之速率增快，以致滤材3之清洗速率加快，而后依原水10之污染程度变化，滤材3清洗速率会随之变化并保持于某一定值，使过滤流量能保持常数。
二、滤材清洗作业迅速，稳定由于滤材3藉压力筒1与吸砂狭道19之压力差及其自重向下流动，其差值大于一个大气压不会堵塞，且滤材3清洗速率可藉减压阀17调整，使滤材3清洗作业稳定滤床得以随时保持干净，原水10过滤作业得以稳定进行。
三、滤材较为干净由于涡旋洗砂器24是藉旋转涡流28所产生的离心力使滤材3与不同比重之悬浮微粒SS分离，同时藉滤材3于涡旋洗砂器24内涡旋运动时彼此间的相对摩擦而将结粒的滤材3分离，因此清洗后滤材3较为干净，且涡旋洗砂器24并非藉滤材3沉降速度大于洗砂水上升流速之原理使滤材3与悬浮微粒SS分离，其是藉旋转涡流28所产生之离心力贴管壁旋转，待往下旋转到达压力平衡向下速度等于零时，与往管心向上流动之涡流28分离，再藉自重往下旋而与悬浮微粒SS分离，因此不仅涡旋洗砂器24较小，且清洗速率可较高。
四、压滤筒1体积小，维护简易且处理流量大压滤筒1是密闭式因此原水10可加压过滤通过滤床因此处理流量大，而滤材3无浮动流出现象，因此滤层厚度可较薄，使压滤筒1之体积大为缩小，且主要操作元件均置于筒外因此维修简易。
五、压滤筒1内填放之滤材3种类较广，过滤之对象较广由于滤材3藉压力筒1与吸砂狭道19之压力差及其自重向下流动，其差值大于一个大气压不会堵塞，因此使用之滤材3可不用考虑其比重，且因滤材3清洗作业确实因此选择过滤流体的范围较广。
为能更了解本创作之目的，原理，功效流程及其结构特征并配合图示说明于后。
图示简单说明图1是习用自动清洗滤层过滤机的示意图。
图2是本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的结构原理示意图。
图3是本发明之闭水平流式自动清洗滤层过滤机的立体剖面图。
图4系本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机之均配管立体分解图。
图5系本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机之均配管立体组合图。
图6系本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机之涡旋洗砂器正视图。
图7系图6中1-1剖面线的示意图。
图8系本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机之涡旋洗砂器立体分解图。
图9系本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机之涡旋洗砂器立体组合图。
图10系本发明之第一个实施例的粒度筛分器正视图。
图11系本发明之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机之压滤筒与外罩分解图。
图12系依据本发明之第一个实施例的具双粒度滤材的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的示意图。
图13系依据本发明之第二个实施例的具双性质滤材的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的示意图。
如图2，图3所示本发明其是由压滤筒1、滤材3、涡旋洗砂器24、均配管12、洗砂管路16、19、22、减压阀17，抗衡泵20，及主干管11所组成。于密闭之压滤筒1内填装滤材3，令流体于通过滤床时所夹杂的悬浮微粒SS及其它不要之物质被截留于滤材3上使穿越滤材3之流体成为所想要的品质，于过滤作业之同时部分待过滤之原水10流入吸砂管16与压滤筒1底部出砂管21相连之通路，压滤筒1内滤材3籍内压挤入吸砂狭道19中，旋即被洗砂水15冲激成浮动状态再以抗衡泵20将此水砂混合液23升压，再沿洗砂管22流入压滤筒1上方之涡旋洗砂器24，于涡旋洗砂器24内以稳定流速沿轴心线向下涡旋，比重大之滤材3因离心力作用而贴管壁旋转，悬浮微粒SS则于洗砂废水33中旋转而与滤材3分离，此向下旋转水流于下旋过程中因旋转的能量损失以及涡旋洗砂器24之内径渐缩使流动阻力渐增，当旋至一定深度达到压力平衡，此旋转水流向属于低压侧之排污管30产生向上涡旋水流排出，而贴管壁旋转之滤材3则籍自重向下旋落入压滤筒1内之滤材3顶层，如此于过滤作业进行中过滤原水10与清除堵塞滤材3之悬浮微粒SS可同时进行使过滤作业可连续进行而不会堵塞。压滤筒1系一密闭容器其外观为上圆柱下尖锥形，于筒腹42上环状等距钻设滤水孔43，如图11所示，筒腹42内侧周缘以隔网7环状覆盖再以孔状压迫网板8将隔网7压迫固定于筒腹42上，压滤筒1内部填充滤材3，藉隔网7之拦阻使滤材3不会随滤液35流入集液环6，压滤筒1之筒腹42外周以外罩5环状封闭形成集液环6，藉此集液环6收集穿透滤层之澄清液41，压滤筒1之底部尖锥顶设一出砂管21与吸砂狭道19相连接，使饱和滤材2能沿此通道进入吸砂管16，压滤筒1之顶面中央开设出入口，涡旋洗砂器24架设于此出入口上以定位凸缘9彼此组合，压滤筒1于相对筒腹42之圆心位置上设一均配管12，均配管12再与自沉降区4穿入压滤筒1之主干管11相连接，原水10循此管路通入压滤筒1，压滤筒1之外罩5则设一澄清管40将过滤后之澄清液41排放至使用点，如此压滤筒1将得以成为密闭体。
涡旋洗砂器24如图6所示系于圆形之导旋管29之轴顶端焊设维修凸缘26，于维修凸缘26以下适当位置焊设导流涡旋管25，此导流涡旋管25系一渐近的阿基米德螺旋线，其与导旋管29相切得以使通入之水砂混合液23通入导旋管29之际即能形成旋转水流而与导旋管29内流体以同心圆方式绕轴心线旋转，使其不致发生乱流现象；于导旋管29距轴向底端某一位置焊设定位凸缘9，藉定位凸缘9能使涡旋洗砂器24将压滤筒1顶面封闭，涡旋洗砂器24顶面则以盲法阑39与维修凸缘26组合封闭，于盲法阑39中心穿设排污管30，排污管30上再装设节流阀32，藉以使导流涡旋管25通入之水砂混合液23能绕排污管30向下旋转，完成清洗滤材3作业，洗砂废水33再沿排污管30排出。洗砂管路16、19、22则系主干管11之分支，其以吸砂管16与主干管11相接，以洗砂管22与涡旋洗砂器24之导流涡旋管25相连，以吸砂狭道19与出砂管21相连，并于洗砂管22上装设抗衡泵20，于吸砂管16上装设减压阀17与洗砂水节流阀18，如此主干管11与涡旋洗砂器24将藉洗砂管16、19、22连成通路，当其操作时藉着主干管11分流来的洗砂水15水压及抗衡泵20运转提供的增压，将使洗砂管路16、19、22内之流体以比涡旋洗砂器24内部较高的压力流入涡旋洗砂器24进行洗砂作业。
如图2、图4、图5所示均配管12系于圆管之管壁上钻设若干溢水孔14，于溢水孔14之表面覆盖可弹性伸张之逆止片13，此逆止片13是弹性，板其以螺丝37与均配管12上之螺丝孔38配合而将逆止片13固定于均配管12上，均配管12之轴端底侧予以封闭，轴端顶面与主干管11配合，如此将使均配管12与滤材3隔绝，当进行过滤作业时原水10沿主干管11通入均配管12，均配管12瞬间增压逆止片13承受此水压遂以螺丝39为支点自溢水孔38表面移开，原水10遂沿溢水孔38以稳流方式穿透滤材3，当停止过滤作业时逆止片承受滤材3压力被迫回缩压在溢流孔14表面，使滤材3不会进入均配管12。
如图2所示压滤筒1中之滤材3将相当于泵输送流体之管路中的球阀，当滤材间隙被悬浮微粒SS渐次占满时，将相当于球阀之开口面积转小，如此将导致球阀来源端管路内流体压力上升，同理可推，当原水10自主干管11通入压滤筒1时，因为滤材3的阻碍相当于管路流动截面积缩小，将使得压滤筒1及主干管11之压力上升，而主干管11、涡旋洗砂器24、及减压阀17与主干管11间之吸砂管16将呈等压状态，如果此时抗衡泵20启动运转则吸砂管16与抗衡泵20间之管路将降压，遂使减压阀17与主干管11间管路内之升压流体流向抗衡泵20，由于抗衡泵20与吸砂管16是串连，将使得抗衡泵20出水端压力成为减压后之吸砂管16内压与涡旋洗砂器24之内压力之和，如此将使洗砂管路16、19、22内之流体向涡旋洗砂器24流动，而出砂管21内之饱和滤材2因为压滤筒1之内压远较减压阀17减压后之吸砂狭道19内之压力高，将被挤入吸砂狭道19旋即被洗砂水15冲激成浮动状态后被抗衡泵20增压输往涡旋洗砂器24；洗砂管22内的水砂混合液23沿导流涡旋管25流入涡旋洗砂器24时，将因导流涡旋管25的导引以渐近之涡转流线与涡旋洗砂器24之导旋管29内的流体相切，并以同心圆方式绕排污管30向下旋转，滤材3因为比重较高藉着旋转产生的离心力将被迫流向导旋管29之内壁，由于导旋管29是静止不动将使滤材3与管壁间有相对摩擦存在，连带使滤材3颗粒间亦产生相对摩擦，藉此相对摩擦接触使滤材3间的悬浮微粒SS被完全刮除释放，此一涡流28于下旋过程中因为旋转能量损失及涡旋洗砂器24之内径渐缩使流动阻力渐增，当旋至一定深度后与压滤筒1之内压力达到平衡，于此一平衡位置流体之向下流速等于零，涡流28无法继续往下旋转，遂向属于低压侧之排污管30产生向上旋转水流排出，此向上旋转水流是于原向下旋转涡流28之内部同心且同向旋转，而贴管壁旋转滤材3于下旋涡流28到达向下流速等于零之位置时仍继续旋转贴于管壁上而不会随转向上之涡流沿排污管30排出，贴管壁旋转之滤材3遂藉自重向下旋落入压滤筒1内，于下落过程中残余的悬浮微粒SS再被往排污管30流动之二次洗砂水31洗涤排出；当原水10悬浮微粒SS浓度发生改变时，将连带使滤床之堵塞速率发生变化，同时亦使压滤筒1之内压发生变化，此时出砂管21内之饱和滤材2流量亦自动变化使清洗滤材3速率自动改变，如此即能依原水10中污染物之浓度自动调整饱和滤材2之洗涤速率，而使过滤流量能保持常数。
如图2所示当进行过滤作业时原水10沿主干管11与吸砂管16分成两路流动。原水10沿主干管11通入压滤筒1中央之均配管12形成稳定之水平流，而以均配管12为中心穿透环绕均配管12四周之滤材3再辐射状流向集液环6，随即沿澄清管40排放至使用点；而洗砂水33则自与主干管11相连之吸砂管16引流，当其通过吸砂狭道19时，往下移之含大量悬浮微粒SS之饱和滤材2被冲激成浮动状态后被抗衡泵20增压后循洗砂管22流入涡旋洗砂器24，于涡旋洗砂器24内完成滤材3与悬浮微粒SS分离作业后，洗砂废水33沿排污管30排出，滤材3则掉入压滤筒1内，而于过滤作业进行中原水10与滤材3之移动方向互相垂直，其中滤材3是缓缓向下移动，而原水10则水平快速流动，当滤材3往下移至压滤筒1底部尖锥时其夹杂悬浮微粒SS浓度最高成为饱和滤材2，当原水10穿透滤材3时成为澄清液41。当过滤作业进行中调整减压阀17可控制压滤筒1与吸砂狭道19之压力差进而控制出砂管21之出砂速率，当压力差增大时则出砂管21之饱和滤材2流量增加，反之亦然；当过滤作业进行中调整节流阀32则可控制压滤筒1中之二次洗砂水31上升速率，若节流阀32开口面积加大，则二次洗砂水31上升流速增快，反之亦然，只要藉着控制节流阀32之开口面积即可控制残余悬浮微粒SS之清洗速率；同时籍着调整节流阀18之开口面积可调整洗砂管22中水砂混合液23之流量，进而控制旋转涡流28之自转速率，从而影响滤材3间之相对摩擦速度及滤材3之清洗效率；当运转一段时日后由于滤材3间的磨耗，需于涡旋洗砂器24内部再涂覆耐磨层。
如图2所示本发明于操作中其清洗滤材3步骤可区分为连续式与批次式。于连续清洗滤材3作业时主干管11通入原水10进行过滤，抗衡泵20亦同时启动清洗滤材3，此两项程序是同时进行的；批次式滤材3清洗方式是原水10经过滤一段时间后待压滤筒1内压达到设定值方启动抗衡泵20进行滤材3清洗作业，至压滤筒1内压低于设定值则停止滤材3清洗作业，而于滤材3清洗期间仍进行原水10过滤作业。
利用上述之涡旋洗砂器24清洗滤材3原理，可将涡旋洗砂器24予以适当改变，而可于压滤筒1中填放两种不同性质或不同粒度之滤材，并可对此两种滤材进行清洗与分层置放。当原水通过滤床进行过滤作业时，由于原水中悬浮微粒SS有大有小，若采单一粒度滤材，则于实际过滤作业进行中因为悬浮微粒SS无法依颗粒大小被滤床渐次截留，因此各类型悬浮微粒SS均被截留于滤材表层，导致滤材堵塞速率增快且过滤之水头损失较大，而习用自动清洗滤层过滤机则仅采用单粒度滤材堵塞较速，因此针对此缺点将涡旋洗砂器24之配置予以适当改变以改善过滤效能。
如图12所示是可填装2种不同粒度滤材之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，于其中内层滤材49之颗粒大于外层滤材50，且内层滤材49和外层滤材50之性质相同，当压滤筒1之过滤对象使筒内仅能容许单一滤材且必需按滤材颗粒大小分成两层以提高过滤效率时，则必需使用此种粒度筛分法来使滤材49、50于压滤筒1内分成两层。其分离原理如图12所示首先水砂混合液23沿洗砂管22通入粒度筛分器47，藉着粒度筛分器47上的导流涡旋管25之导流作用令此水砂混合液23绕排污管30旋转，由于排污管30之轴端入水口较导流涡旋管25低且是低压侧，此水砂混合液23遂向下旋转再沿排污管30将洗砂废水33排出；粒度筛分器47自定位凸缘9 以下于导旋管29及导旋锥管27表面钻满比外层滤材50大比内层滤材49小之筛分孔46，于粒度筛分器47内向下旋转流体中的滤材49、50受离心力作用甩向粒度筛分器47之内壁，因外层滤材49之颗粒较筛分孔46为小遂穿透粒度筛分器47进入套环44，有部分之洗砂废水33亦随之进入套环44，因为粒度筛分器47持续离心力的推挤，外层滤材50及洗砂废水33遂往下流动，当其落入压滤筒1时，由于流体均向属于低压侧之排污管30流动，洗砂废水33遂自粒度筛分器47之导旋锥管27上之筛分孔46往上流入粒度筛分器47内之排污管30，而内层滤材49则藉自重掉入分隔管48内，使内层滤材49和外层滤50能藉此分隔管48之区隔而分开，而内层滤材49和外层滤材50于分隔管48以下适当位置开始混合，最后随着出砂管21之饱和滤材2不断外流，整个滤材49、50遂不断往下移动，如此压滤筒1内之滤材49、50遂可按颗粒大小分层排列，使原水10中之悬浮微粒SS可依次被滤材49、50截留，而能提高原水10之过滤流量。
如图10，图12所示粒度筛分器47是于导旋管29轴端上侧焊设维修凸缘26，于导旋管29之中上侧焊定位凸缘9，于此两凸缘9、26间焊设与导旋管29相切之导流涡旋管25；于导旋管29之圆心置放排污管30，排污管30之轴向底部入口较导流涡旋管25为低，排污管30之轴向顶端焊设与维修凸缘26配合之盲法兰51再于其上装配节流阀32，藉由排污管30使粒度筛分器47之洗砂废水33循此通道排出；粒度筛分器47于定位凸缘9以下之管壁上钻设若干筛分孔46，其孔径比外层滤材50大比内层滤材49小，粒度筛分器47于定位凸缘9以下被套环44封闭，通过筛分孔46之外层滤材49被套环44环状包围，迫使外层滤材49落入压滤筒1之分隔管48四周，粒度筛分器47之导旋锥管27轴端与分隔管48相接，分隔管48是圆管，其管壁上钻满比内层滤材49小之孔洞，藉以将内层滤材49与外层滤材50分隔，而分配管48之轴端底侧并不封闭，使内层滤材49于往下移出分隔管48时能与环绕于其四周之外层滤材50混合，再一起向出砂管21流动进行滤材清洗作业，而分隔管48之轴向长度与外罩5相当，并将均配管12整个包围住，藉以使原水10能均匀穿透此双层滤材49、50，而可免仅用单一粒度滤材进行过滤作业时的缺失。
如图13所示是可填装两种具不同性质滤材之密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，此型过滤机于分隔管54内置放比重及颗粒均较大之滤材56，分隔管54外则为比重、颗粒均为较小之滤材57。其分离原理如图13所示当水砂混合液23于过旋洗砂器24内旋转，由于涡旋洗砂器24之导旋锥管27是低压侧，遂产生向导旋锥管27流动之向下涡流28，此涡流28于旋转过程中藉着滤材56、57彼此间及与管壁间之相对摩擦，悬浮微粒SS被释放出来再藉旋转产生之离心力使滤材56、57与悬浮微粒SS于向下涡流28中分层旋转，经由导管52的导引此涡流28流入分隔管54之顶部沉降管55之圆心位置，经由反向管53之阻挡向下涡流28反转向上流入沉降管55与导管52间之环状空间，此时内层滤材56因为比重较高遂开始沉降落入分隔管54而环绕于均配管12四周，当涡流28流出沉降管55后因为空间瞬间开阔上升流速递减，使得外层滤材57亦沉降落入压滤筒1而环绕于分隔管54四周，比重与水相近之悬浮微粒SS则随洗砂废水33排出，如此使得内层滤材56与外层滤材57能于压滤筒1内分层排列；内层滤材56于流出分隔管54后藉压滤筒1之内压与外层滤材57混合，随着出砂管21之饱和滤材2不断往下流动压滤筒1内整个滤材56、57不断向下移动，使滤材56、57能不断进行清洗作业，经由滤材56、57于压滤筒1内分层排列，使得进行原水10过滤作业时悬浮微粒SS可依颗粒大小依序被滤材56、57截留，而不会堵塞于滤材之表层，而能提高原水10的过滤流量。
如图13所示涡旋洗砂器24之顶端以盲法兰51封闭，涡旋洗砂器24之导旋锥管27锥顶与导管52连接再插入分隔管54顶部之沉降管55内，导管52出口端以反向管53阻挡，反向管53之管径比导管52大，且反向管53向上延伸环绕于导管52四周，藉其与沉降管55形成之环形空间使内层滤材56得以沉降，沉降管55往下则与分隔管54连接形成管状之环形空间，分隔管54管壁攒满孔洞，其直径比内层滤材56小，藉以使内层滤材56与外层滤材57分离，同时导引原水10循此孔洞水平流动穿越滤材。
权利要求
1.一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，包括压滤筒(1)、涡旋洗砂器(24)、均配管(12)、洗砂管路(16、19、22)、减压阀(17)、抗衡泵(20)及主干管(11)，其特征在于原水(10)沿主干管(11)与洗砂管路(16、19、22)分成两路流动，原水(10)沿主干管(11)通入压滤筒(1)中央之均配管(12)以稳定之水平流并以均配管(12)为中心穿透环绕均配管(12)四周之滤材(3)并辐射状流向集液环(6)，再循澄清管(4)排放至使用点，原水(10)中所夹杂的悬浮微粒(SS)及其它欲去除物质被滤材(3)截留；于原水(10)过滤作业之同时洗砂水(15)沿洗砂管路(16)、(19)、(22)升压流动，将被压滤筒(1)压入出砂管(21)之饱和滤材(2)冲激成浮动状态送往压滤筒(1)上方之涡旋洗砂器(24)，于涡旋洗砂器(24)内滤材(3)与含悬浮微粒(SS)之洗砂废水(33)分离，清洗干净之滤材(3)掉入压滤筒(1)内的滤材(3)顶层，洗砂废水(33)则沿排污管(30)流出，于过滤作业期间压滤筒(1)底端出砂管(21)饱和滤材(2)流出量，等于落入压滤筒(1)之干净滤材(3)量，使滤材(3)于压滤筒(1)内保持一定厚度向下移动接受原水(1)之循环过滤。
2.根据权利要求1所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于其中压滤筒(1)是圆锥形密闭容器，于其筒腹(42)等距钻设若干溢水孔(43)并以隔网(7)环状覆盖，于钻设溢水孔(43)的筒腹(42)外周缘套一圆形外罩(5)将其封闭成一密闭环状空间；于压滤筒(1)顶侧正中央开一出入口并以涡旋洗砂器(24)封闭此出口；于压滤筒(1)底部锥顶焊设出砂管(21)，出砂管(21)再与洗砂管路(16)、(19)、(22)之吸砂狭道(19)相连，涡旋洗砂器(24)则以洗砂管路(16)、(19)、(22)与主干管(11)相连通；主干管(11)于筒腹(42)的上缘插入压滤筒(1)内并与置于压滤筒(1)圆心的均配管(12)相连，藉以形成一密闭之过滤设施。
3.根据权利要求2所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于出砂管(21)内之饱和滤材(2)是藉吸砂狭道(19)与压滤筒(1)之压力差及其自重而向下流。
4.根据权利要求2所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于洗砂管路(16)、(19)、(22)于吸砂管(16)与吸砂狭道(19)间设一减压阀(17)，藉以调整吸砂狭道(19)与压滤筒(1)之压力差。
5.根据权利要求2所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于洗砂管路(16)、(19)、(22)于洗砂管(22)与吸砂狭道(19)间设一抗衡泵(20)，藉以使洗砂管(22)之内压大于压滤筒(1)之内压，促使洗砂管路(16)、(19)、(22)内之流体向涡旋洗砂器(24)流动。
6.根据权利要求4所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于洗砂管路(16)、(19)、(22)于吸砂狭道(19)与减压阀(17)间设一节流阀(18)藉以控制洗砂管(22)内之水砂混合液(23)于涡旋洗砂器(24)内的自转速度。
7.根据权利要求1所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于原水(10)是以垂直压滤筒(1)轴心线的水平流方式穿越环绕于均配管(12)四周的滤材(3)，且滤材(3)于与原水(10)相互垂直的方向缓缓沿轴心线下移。
8.根据权利要求1所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于涡旋洗砂器(24)是于导旋管(29)之轴向对焊导旋锥管(27)，再于导旋管(29)之轴顶端焊设维修凸缘(26)，于维修凸缘(26)以下焊设一个与导旋管(29)相切的近似阿基米得螺旋线型导流涡旋管(25)，藉以使入流之水砂混合液(23)于通入导旋管(29)时能与管中流体以同心圆方式绕圆心旋转而不致发生乱流；于导旋管(29)距轴向底端某一位置焊设定位凸缘(9)，藉此定位凸缘(9)将压滤筒(1)顶面封闭；涡旋洗砂器(24)顶面以盲法阑(39)与维修凸缘(26)组合封闭，于盲法阑(39)中心穿设排污管(30)，排污管(30)的流体吸入侧低于导流涡旋管(25)，藉以使导流涡旋管(25)通入之水砂混合液(23)能绕排污管(30)向下旋转，使洗砂废水(33)能沿排污管(30)排出。
9.根据权利要求8所述的密封水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于排污管(30)设一控制压滤筒(1)中二次洗砂水(31)之上升速率以控制洗砂废水(33)之流出量的节流阀(32)。
10.根据权利要求2所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于均配管(12)是圆管，其管壁上钻设若干溢水孔(14)，溢水孔(14)表面则以逆止片(13)覆盖，藉以使原水(10)通入均配管(12)能被均匀分配成稳定流体以穿透滤床，并藉逆止片(13)于停机时将溢水孔(14)闭锁，避免滤材流出压滤筒(1)。
11.根据权利要求1所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机，其特征在于涡旋洗砂器(24)是利用绕导旋管(29)旋转的向下旋转涡流(28)使滤材(3)与悬浮微粒(SS)及洗砂废水(33)分离。
12.一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于原水(10)于穿透压滤筒(1)滤床的同时，滤材(49)、(50)清洗作业亦同时进行，其中洗砂管路(16)、(19)、(22)所输送的饱和滤材(2)与洗砂水(15)的混合液(23)，经由粒度筛分器(47)之筛选作用颗粒较小的外层滤材(50)分布于分隔管(48)的四周，颗粒较大之内层滤材(50)则分布于粒度筛分器(47)与分隔管(87)所区隔空间内，压滤筒(1)内的滤材(49)、(50)以分隔管(48)区分成两层接受原水(10)过滤。
13.根据权利要求12所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于粒度筛分器(47)的导旋管(29)于定位凸缘(9)以下的管壁上钻设若干筛分孔(46)，其孔径大小介于内层滤材(49)与外层滤材(50)之间，藉以使于导旋管(29)内旋转的涡流(28)中的外层滤材(50)以离心力穿透筛分孔(46)沿套环(44)掉入压滤筒(1)内。
14.根据权利要求12所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于粒度筛分器(47)、分隔管(48)及套环(44)的轴心线是重合，粒度筛分器(47)于定位凸缘(9)以下被套环(44)环状包围，粒度筛分器(47)再与分隔管(48)对接连成管状通道。藉以区隔内层滤材(49)与外层滤材(50)于压滤筒(1)中的分布。
15.根据权利要求12所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于分隔管(48)是一圆状管，其管壁钻设若干孔洞，其轴向底侧为开放口，藉以使均配管(12)流出的原水(10)能循此孔洞进入外层滤材(50)过滤，同时亦使内层滤材(49)亦能自分隔管(47)底侧开口流向出砂管(21)进行滤材清洗作业。
16.一种密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于原水(10)于穿透压滤筒(1)滤床的同时，滤材(56)、(57)清洗作业亦同时进行，其中洗砂管路(16)、(19)、(22)所输送的饱和滤材(2)与洗砂水(15)的混合液(23)，经由涡旋洗砂器(24)使滤材(56)、(57)与悬浮微粒(SS)分层旋转，经由沉降管(55)的重力沉降作用，比重及颗粒均较大的内层滤材(56)于沉降管(55)中落入分隔管(54)并环绕于均配管(12)的四周，流出沉降管(55)的水砂混合液(23)则因压滤筒(1)顶部的上升流速有限，比重较低的外层滤材(57)藉自重掉入压滤筒(1)分布于分隔管(54)的周缘，使压滤筒(1)内的滤材(49)、(50)按其颗粒大小分层装置。
17.根据权利要求16所述的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机的过滤方法，其特征在于涡旋洗砂器(24)、反向管(53)、导管(52)、沉降管(55)、分隔管(54)是同心配置；涡旋洗砂器(24)顶侧以盲法兰(51)封闭，底侧的导旋锥管(27)与插入沉降管(55)的导管(52)连接，导管(52)的出口以反向管(53)环状包围，反向管(53)的轴向底面予以封闭轴向底面则为开放，反向管(53)则为沉降管(55)环状包围，沉降管(55)的轴向底侧与分隔管(54)相连形成管状空间，沉降管(55)的轴顶端则为开放口。
全文摘要
一种自流体中去除悬浮微粒的密闭水平流式自动清洗滤层过滤机及其过滤方法，是于密闭筒槽内填装滤材，令流体于通过滤层时，所夹杂之悬浮微粒被截留于滤材上，部分待过滤之流体通入吸砂管与出砂管相连通路，筒内之滤材藉内压挤入吸砂管中，以泵将吸砂管内之水砂混合液激发成升压状态后沿洗砂管流入涡旋洗砂器，使比重较大之滤材藉离心力与所夹杂的悬浮微粒分离，使过滤作业不会堵塞。
文档编号B01D24/00GK1164433SQ9610495
公开日1997年11月12日 申请日期1996年5月2日 优先权日1996年5月2日
发明者张日养 申请人:张日养