(57)【要約】【課題】使用による破損を防止しつつ、長期間安定して使用することが可能な洗浄効果を備えた濾過装置、およびそれを用いたバラスト水処理装置を提供する。【解決手段】山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とする濾過装置であって、前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出するノズルを備え、前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、前記ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たす濾過装置とした。【選択図】  図１１
2015123424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とする濾過装置であって、
前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、
前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出するノズルを備え、
前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、
前記ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、
４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たす濾過装置。
【請求項２】
前記ノズルの前記開口長さの方向の中央部が、前記プリーツフィルターの稜線方向の中央部に対向する位置に設けられている、請求項１に記載の濾過装置。
【請求項３】
前記ノズルは開口幅をＷ、開口長さをＬとする矩形ノズルである、請求項１または請求項２に記載の濾過装置。
【請求項４】
山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を、前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とするバラスト水処理装置であって、
前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、
前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出する被処理水ノズルを備え、
前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、
前記被処理水ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たし、
前記プリーツフィルターは円筒上面と円筒底面がそれぞれ水密に封止され、
前記プリーツフィルターを囲むように設けられ前記被処理水ノズルのノズル口を内部に備えた外筒部を有するケースと、
前記プリーツフィルターを透過した濾過水を前記プリーツフィルターの円筒内部から前記ケースの外部へ導出する濾過水流路と、
前記プリーツフィルターで濾過されなかった排出水を前記ケースの外部へ排出する排出流路とを備えたバラスト水処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のバラスト水処理装置を船体内に搭載し、船体外部から取得した海水を被処理水として用い、前記バラスト水処理装置により処理された濾過水にさらに殺滅処理を加えた後に、バラスト水として船体内に貯留するバラスト水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に液体の濾過に用いられるプリーツフィルターを濾過膜とする濾過装置の構造に関するものであり、特に、船舶に貯留されるバラスト水の処理システムに用いられ大量の水の濾過に用いられるプリーツフィルターおよびそれを用いた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体や液体から混入物としての固体を分離除去する目的では多種多様なフィルターが用いられており、フィルターをプリーツ形状とすることにより濾過面積を大きくしたプリーツフィルターも主に空気清浄機等の気体用途で用いられている。また、特許文献１には、工作機械の切削液からスラッジを除去するためのフィルター装置として、円筒形状に形成されたプリーツフィルターを用いた例が示されている。この装置では、円筒形状フィルターを回転させながら、フィルター外面に向かって液体を噴出させることで、フィルター洗浄効果の高いフィルター装置を提供できるとされている。
【０００３】
一方、近年、船舶に積載するバラスト水の処理が問題となっている。バラスト水は空荷状態でも安全に航行するために船舶に積載される海水であり、バラスト水を浄化処理して微生物を除去あるいは死滅、不活性化する方法が種々検討されている。比較的大きな微生物の除去の目的で濾過を用いる方法も検討されており、たとえば特許文献２には本願出願人による濾過膜を用いたバラスト水の処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９３７８３号公報
【特許文献２】特許第４８３５７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
海水淡水化やバラスト水などの汽水・海水利用、あるいは下水、生活排水、工業排水など水処理に際しては、水中の異物やゴミ、微生物を除去処理する前濾過処理が必要となる。本願発明者らは、このような濾過へのプリーツフィルターの適用を検討している。ここでは大量の水をできるだけ短時間で濾過する必要があるが、大規模・高流量の運転は概して早期の目詰まりによる処理量や濾過機能の低下を招きやすいことが技術的な問題となっている。
【０００６】
特許文献２に開示されている装置は、円筒状フィルターを筒状容器に内蔵し、円筒状フィルターの外側から内部に流入する液体を濾液として回収する濾過装置である。濾過対象液を筒状容器の側面に設けたノズルからフィルター濾過面の一部に噴出することでフィルター表面に堆積した濾過物を洗浄して透過流束を回復させると共に、洗い流した濾過物を濾過前室から排液することで、安定した濾過状態を連続して継続させている。このようなシステムが安定に連続濾過を維持するのに重要なのは、フィルター濾過面への濾過対象液の噴出による洗浄効果である。経時的にフィルターの洗浄部位を変えてフィルター全体を洗浄していくことを効率的かつ効果的に行うために、円筒状フィルターを濾過中にモーター駆動等で回転させて、噴出ノズルからの濾過対象液の噴出が当たる場所を連続的かつ周期的に変えている。
【０００７】
この回転洗浄を確実に行って高い濾過流量を安定に保つためには、ノズルからの濾過対象液の噴出をある程度以上の高い流量レベルで維持する必要があるが、発明者らの検討ではこのような高流量の濾過対象液の噴出を受けた結果、円筒状フィルターは経時的に劣化して、破損が生じ、濾過対象液の一部がフィルターを通らずに濾液に直接混入してしまう可能性があることが判明した。
そこで、本発明は、洗浄効果を高く保ちつつ、長期間安定して運転することが可能な濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理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】
本発明に係る濾過装置は、山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とする濾過装置であって、前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出するノズルを備え、前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、前記ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たす濾過装置である。
【０００９】
また本願は、山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を、前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とするバラスト水処理装置であって、前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出する被処理水ノズルを備え、前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、前記被処理水ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たし、前記プリーツフィルターは円筒上面と円筒底面がそれぞれ水密に封止され、前記プリーツフィルターを囲むように設けられ前記被処理水ノズルのノズル口を内部に備えた外筒部を有するケースと、前記プリーツフィルターを透過した濾過水を前記プリーツフィルターの円筒内部から前記ケースの外部へ導出する濾過水流路と、前記プリーツフィルターで濾過されなかった排出水を前記ケースの外部へ排出する排出流路とを備えたバラスト水処理装置を含む。
【００１０】
また本願は、当該バラスト水処理装置を船体内に搭載し、船体外部から取得した海水を被処理水として用い、前記バラスト水処理装置により処理された濾過水にさらに殺滅処理を加えた後に、バラスト水として船体内に貯留するバラスト水の処理方法を含む。
【発明の効果】
【００１１】
上記によれば、洗浄効果を高く保ちつつ、長期間安定して運転することが可能な濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理装置、バラスト水の処理方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プリーツフィルターの代表的構成例を説明する斜視模式図である。
【図２】図１のプリーツフィルターの一部であって、被処理液との関係を説明するための拡大模式図である。
【図３】（Ａ）は図１のプリーツフィルターを側面から見た一部を示す図である。（Ｂ）は（Ａ）のプリーツフィルターに破損が生じる状態の一態様を説明する図である。
【図４】本発明の実施態様としての補強板を備えたプリーツフィルターの構造例を示す斜視模式図である。
【図５】補強板の一例としてのメッシュ板の構造を説明する斜視図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の実施態様であるバラスト水処理装置の一例を示す図であり、軸線を含む垂直断面の構成を示す断面模式図である。（Ｂ）は（Ａ）における水平Ａ−Ａ断面の構成を模式的に示す図である。
【図７】ノズル開口部とプリーツフィルターの関係を説明する模式図であり、（ａ）はプリーツフィルターの中央高さ付近での断面状態、（ｂ）はプリーツフィルターを側面から見た状態である。
【図８】図７において、ノズルから洗浄水がプリーツ間隔に流れ込んだ状態を示す図である。
【図９】図７において、ノズルから洗浄水がプリーツ間隔に流れ込んだ状態を示す図であり、図８よりもプリーツフィルターが回転方向に一山分回転した状態を示す図である。
【図１０】図７とは異なる大きさのノズル開口部とプリーツフィルターの関係を説明する模式図であり、（ａ）はプリーツフィルターの中央高さ付近での断面状態、（ｂ）はプリーツフィルターを側面から見た状態である。
【図１１】図１０において、ノズルから洗浄水がプリーツ間隔に流れ込んだ状態を示す図である。
【図１２】本発明の実施態様であるバラスト水処理装置を用いたバラスト水処理システムの全体構成例を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本願発明の態様の説明］
本願発明者らは、プリーツフィルターの劣化について鋭意検討を進め、プリーツの山および谷に当たる折り曲げ部分に破損が発生しやすいことを確認している。この対策としてプリーツの折り曲げ部分が破損しにくいような補強手段を検討している。プリーツフィルターの補強により、破損の発生は抑制される一方で、目詰まりが生じやすくなる場合がある。そこで、補強されたフィルターであっても、洗浄効果を高めることで目詰まりを抑制可能な手段を考案した。
【００１４】
以下、本願発明の態様について列記して説明する。
（１）本願の一つの態様は、山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とする濾過装置であって、前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出するノズルを備え、前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、前記ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たす濾過装置である。
【００１５】
上記態様は、回転しているプリーツフィルターの外周面に向けて、洗浄液を噴出することによってフィルターを洗浄する構成において、より高い洗浄効果を得るための構成を提示する。なお、対象とする濾過装置において、被濾過液を供給するノズルと洗浄液を供給するノズルを別に設ける場合と、被濾過液を供給するノズルに洗浄の機能も持たせる場合とがあるが、以下の説明で対象とするノズルは、洗浄機能を持たせるノズルであればいずれの場合をも含む。かかる洗浄効果の優位性は、後述するような発明者らの洗浄メカニズムについての知見に基づいて得られた。プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔ｐに対して、ノズルの開口幅Ｗを大きくすることによって、洗浄液は単一のプリーツの谷間にのみ流入するのではなく、複数のプリーツ谷間に同時に流入するように出来る。４ｐ≦Ｗという条件においては、回転中のプリーツフィルターの如何なる状態においても、少なくとも隣り合う３つのプリーツ谷間に同時に洗浄液が流入することを意味している。このような状態であることで、高い洗浄効果が得られる。また、プリーツフィルターの濾過に有効な前記稜線方向の長さｈと、ノズルの開口長さＬが、ｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たすとは、ノズルからの洗浄液が１つのプリーツ谷間の全体に同時に流入するのではなく、一部にのみ流入することを表している。流入した洗浄液がプリーツ谷間のノズルと対向していない部分から流出することで洗浄効果を高めることが可能である。
【００１６】
（２）前記ノズルの前記開口長さの方向の中央部が、前記プリーツフィルターの稜線方向の中央部に対向する位置に設けられていることが好ましい。プリーツフィルターの中央部から洗浄液が流入し、両端部側に流れて流出しやすくなるためである。ノズルをプリーツフィルターの端部に対向させた場合に比べて高い洗浄効果を得ることができる。
【００１７】
（３）前記ノズルは開口幅をＷ、開口長さをＬとする矩形ノズルであると良い。上述の説明においてノズルの形状は特に限定されず、矩形、矩形の角を丸めた略矩形、矩形の端部を円弧にした陸上トラック様の形状、楕円、円をつなぎ合わせた形状など種々の形状が適用可能である。いずれにおいても、開口幅Ｗはプリーツ折り目の稜線に直交する方向の開口の最大幅、長さはプリーツ折り目方向の開口の最大長さと定義する。好ましくは略矩形を含めた矩形ノズルが良い。すなわちノズルの全長において幅がほぼ均一であるため、プリーツに洗浄液を噴出した際に、プリーツが偏った変形を起こしにくく、安定した洗浄効果が得られるためである。また、装置製造の容易さからも矩形が適している。
【００１８】
（４）さらに本願は、上述の濾過装置を用いたバラスト水処理装置を提示する。すなわち、山部と谷部を繰り返すように折り目を有するフィルター基材を、前記折り目の稜線方向を軸方向とする円筒形状としたプリーツフィルターを濾過膜とするバラスト水処理装置であって、前記プリーツフィルターは前記円筒形状の円筒軸を中心に回転可能であり、
前記プリーツフィルターの外周面に対向して設けられ、前記外周面に向けて液体を噴出する被処理水ノズルを備え、前記プリーツフィルターの外周側折り目におけるプリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、前記被処理水ノズルの開口部における前記稜線方向に垂直な開口幅をＷ、前記稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たし、前記プリーツフィルターは円筒上面と円筒底面がそれぞれ水密に封止され、前記プリーツフィルターを囲むように設けられ前記被処理水ノズルのノズル口を内部に備えた外筒部を有するケースと、前記プリーツフィルターを透過した濾過水を前記プリーツフィルターの円筒内部から前記ケースの外部へ導出する濾過水流路と、前記プリーツフィルターで濾過されなかった排出水を前記ケースの外部へ排出する排出流路とを備えたバラスト水処理装置である。このようなバラスト水処理装置であれば、大量の海水の濾過処理を行っても、洗浄効果を高く保ちつつ、長期間安定して運転することが可能である。
【００１９】
（５）さらに本願は、濾過装置の利用方法として、上述のバラスト水処理装置を船体内に搭載し、船体外部から取得した海水を被処理水として用い、前記バラスト水処理装置により処理された濾過水にさらに殺滅処理を加えた後に、バラスト水として船体内に貯留するバラスト水の処理方法を提供する。従来にも増して目詰まり発生を抑制しつつ長期間安定して濾過処理を行うことが可能となる。よって、メンテナンスの人的コストおよび交換材料としてのコストを抑制することができ、バラスト水自体の製造を一層容易にすることができる。
【００２０】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態を、以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２１】
（プリーツフィルターの構成）
対象とするプリーツフィルターの代表的構造例を図１に模式的に示す。図１のプリーツフィルター１０は、板状のフィルター基材１１を山谷交互に繰り返し折りたたむことでプリーツ形状を形成し、さらにその両端部を接続して全体を円筒状にしたものである。実際の使用時には円筒の上面および下面を別な部材にて塞ぐと共に形状を固定する。円筒フィルターの内部から外部に向けて、あるいは逆に外部から内部に向けて濾過を行う。本願の以下の説明においては、円筒内部側に突き出た折り目である図のＶ部を内端部と呼び、円筒外部側に突き出た折り目である図のＭ部を外端部と呼ぶ。円筒の内側から見た谷部は、Ｖ部とＶ部の間でＭ部の裏側の空間を表すことになる。なお、図１はプリーツ形状を模式的に表しているものであって、実際の折り目は図のような理想的な鋭角にはならない。その点については後述する。
【００２２】
フィルターの基材には多孔質樹脂シートが用いられる。材質として例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等からなる延伸多孔質体、相分離多孔体、不織布等の多孔質構造物が利用されるが、高流量処理を行う目的においては、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルからなる不織布が特に好適に用いられる。
【００２３】
図１の形状のプリーツフィルター１０の円筒外周側から被濾過液を供給し、円筒内部側に濾過する構成を想定する。図２は、その場合にフィルター基材１１に加わる力を説明する図である。図２において、５本並んだ矢印は被処理液が外端部Ｍ側から供給される方向を示している。フィルター基材１１にはプリーツが開く方向に力Ｐが加わる。さらに、被処理液の流量や圧力の変動により、加わる圧力Ｐは変動し、構成によっては振動や繰り返し曲げとしてフィルター基材１１に作用する。
【００２４】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、上述の圧力Ｐによりプリーツフィルターに生じる破損の一形態を示すものである。図３（Ａ）は破損が生じる前の状態、図３（Ｂ）は破損時の状態を模式的に示している。フィルターの上下は形状固定と密封のために固定されている。そこで、図２のように外端部を開く方向に圧力が繰り返し加わることで、図３（Ｂ）に示す方向にフィルター中央部付近Ｄ部が折れ曲がる。これにより、フィルター基材１１にＤ部において割れや破れが生じて濾過機能が損なわれる場合がある。特に、濾過対象液が水等の液体の場合は、空気等の気体の場合に比べてフィルターが受ける圧力が大きく、フィルターが折り曲げ部にて破損しやすい。
【００２５】
フィルター中央部が図３（Ｂ）のような方向に開く（曲がる）ことは、プリーツの奥まで被処理液が供給され、その流れによってフィルター表面が洗浄されやすくなる点では効果的である。しかし折れ曲がりによって破れ等が生じることは防止しなければならない。そこで、本願発明者らは筒形状の内側から見た谷部、すなわち外端部裏側に補強板を備えることで、上記の折れ曲がりを抑制することを検討してきた。
【００２６】
図４はその代表例としてのプリーツフィルター１０の構造を示す斜視図である。フィルター基材１１の内側から見た各谷部に補強部材としての補強板２をそれぞれ備えている。隣接するＶ部の中央付近に板状の補強板２を外端部となるＭ部裏側に向けて装着すると良い。かかる構造において、補強板はフィルターの折れ曲がり変形を防止する強度を持った部材であれば良く、さらにはフィルターのプリーツが被処理液の圧力によって広がることを過度に妨げないことが好ましい。すなわち、図３（Ｂ）に示すように鈍角（「く」の字状）に折れ曲がることは防止する一方で、緩やかなカーブで湾曲して、被処理液による圧力から開放された時に元の形状に戻る復元力を持つことが好ましい。図４において補強板２は固定されて描かれていないが、補強板２は、フィルター基材１１と共に、円筒上部に設けられた固定部材と円筒下部に設けられた固定部材により固定される。固定部材は円筒の上下に配置される円盤状、あるいは円環状の部材であり、フィルター基材１１と補強板２の形状と位置を固定しつつその固定部分の水密を保つ部材である。好ましくは、フィルター基材１１と補強板２の上端部および下端部をそれぞれ接着剤としての樹脂で固定すると良い。
【００２７】
補強板の材質はポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエステル、塩化ビニルからなる群から選択されるいずれかの樹脂の板状体であり、前記板状体の一方面から他方面に貫通する多数の孔を備えると良い。特に好ましくは適度な強度と復元力を備えている点でポリプロピレンである。
【００２８】
プリーツの折り目を密に配置すると、濾過された濾過対象流体の筒状体内部側への流れが阻害されやすくなる。補強板が孔等のない板である場合、流れの阻害が大きく、濾過性能を損なう事が有る。そこで、補強板はいわゆる多孔状や網目状の板状体であることが好ましい。孔の大きさは０．５〜８ｍｍ程度（網目の場合としてピッチが１〜１０ｍｍ）が濾過液の透過と板強度のバランスの点で好ましく用いられ、より好ましくは３〜５ｍｍ（網目の場合としてピッチが３〜５ｍｍ）である。板厚はプリーツのピッチ（隣接する折り目どうしの間隔）と所望の強度とを考慮して選択される。０．３〜２ｍｍが好ましく用いられ、より好ましくは０．５〜１，５ｍｍである。
【００２９】
補強部材として用いられる部材の代表例として、図５に網目状の板を示す。図５は樹脂製の網目板の一例である。補強板は、単純な板材であっても補強の効果は得られる。しかし、板状体の一方面から他方面に貫通する多数の孔を備えるものとすることが好ましい。濾過液の流れを妨げ難いからである。さらに、図５の凹凸を有する網目板のように、多孔と共に面に凹凸を備えることで、接着部以外での補強板とフィルター基材との密着を防ぐこともできる。多孔質の板材としては、網目状の板材の他、板材に多数の孔を開けたパンチング材や、三次元網目状の連通孔を有する板材などを用いることが出来る。
【００３０】
（濾過装置）
上述のプリーツフィルターを用いた濾過装置の好ましい適用例として、バラスト水処理装置の構成を、図面を参照して具体的に説明する。以下、濾過液、洗浄液の代表的事例として海水を対象に説明するため、濾過水、洗浄水、被処理水等の名称を用いる。濾過装置をバラスト水処理装置として用いる場合に限らず、以下で説明する洗浄効果が同様に効果を奏する。
【００３１】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は本発明の実施態様としての船舶用のバラスト水処理装置の一例を示す図である。図６（Ａ）は軸線を含む垂直断面の構成、図６（Ｂ）は図６（Ａ）における水平Ａ−Ａ断面の構成をそれぞれ模式的に示す図である。円筒形状のプリーツフィルター１０１は回転中心となる軸線を囲むように配置されており、中心に配置された中心配管１４０（配管は回転しない）の周囲を回転自在になるよう取り付けられている。プリーツフィルターの上下面は水密に塞がれている。回転自在な取り付け構造は、同じく水密構造とする必要があるが、特に限定されることなく既知の構造が用いられる。フィルター全体を覆うようにケース１０３が設けられる。ケース１０３は外筒部１３１、蓋部１３２、底部１３３で構成され、底部１３３には排出流路１０８が設けられる。ケース１０３内に被処理水としての海水を導入するため被処理水流路１０６と被処理水ノズル１０２が設けられる。被処理水ノズル１０２は、そのノズル口１２１をケース１０３の外筒部１３１内に備えるように被処理水流路１０６から延設され、被処理水がプリーツフィルターの外周面に向かって流出するように構成されている。また、プリーツフィルターの回転のためにモーター１９０がプリーツフィルターの中心軸に備えられている。モーター１９０はモーターカバー１９１で覆われて収納され、駆動制御部（図示せず）からの電力により駆動される。
【００３２】
本例の場合、被処理水ノズルから噴出した被処理水はプリーツフィルターのプリーツ外周面に当たり、その圧力によってプリーツフィルターの洗浄効果が得られる。濾過されない被処理水および、ケース内に沈殿した濁質分は、ケース底部の排出流路から順次排出される。このように濁質分や残った被処理水が連続的に常に排出されつつ濾過が進行される点もこの装置の特徴であり、バラスト水に求められる１００ｔｏｎ／時間を超える大量の処理量を確保するために効果がある。なお、図では排出流路にバルブなどを記載していないが、保守用や流量調節用に必要な機器が設けられる。プリーツフィルター１０１により濾過された濾過水はフィルター内部にて中心配管１４０に設けられた取水穴１４１を通して濾過水流路１０７に導かれ、ケース外部に流出される。
【００３３】
被処理水ノズル１０２はノズル口１２１が矩形開口であるとよい。被処理水ノズルから大量の水がプリーツフィルター面に噴出されることにより、プリーツフィルターの折り目が開閉する方向の振動が生じることで、折り目に裂け等の孔が開きやすくなる。本例では補強板を備えたプリーツフィルターとした場合を例示している。以下説明する洗浄効果を得るために補強板は必須ではない。
【００３４】
以下、図を参照しつつ上述の実施態様におけるノズルとプリーツフィルターの関係を説明する。図７は、被処理水ノズルの先端部分であるノズル開口部５０とプリーツフィルター５１の関係を説明する模式図であり、全体で円筒状をなすプリーツフィルターの一部分のみを示している。図７（ａ）は円筒状のプリーツフィルターの高さ方向中央付近を円筒軸に垂直に切断した断面の一部を模式的に示している。ノズル開口部に対向する側が円筒外周側である。実際には円筒外周側の方が円筒内周側よりもプリーツ間隔が広い。フィルター基材の厚さは省略して記載している。フィルターは一定の厚さと剛性を持っているため、その折り目は鋭角にはならず、丸みを帯びた折り目となっている。全体としての濾過面積を大きくするためプリーツの数は多い方が好ましく、そのためプリーツ間隔は隣接するプリーツ同士が非常に近接した密な状態となっている。以降の説明のために、プリーツの山部に順に記号ａからｊを付している。図７（ｂ）は、プリーツフィルター５１を側面から見た状態である。すなわち、（ａ）の図のノズル開口部５０の方向からプリーツフィルター５１の外周面を見た状態である。便宜的にプリーツの山折り部のみを線で示し、ノズル開口部５０の開口位置を点線で示している。プリーツフィルター５１の上下端は図示されていない固定部材によって一定のピッチｐで固定されている。上下の固定部材の間隔がｈであり、プリーツフィルターの濾過に有効な長さｈを決めている。ノズル開口部５０は代表的には矩形開口であり、その幅をＷ、長さをＬとする。開口が丸みを帯びた形状の場合は有効な最大幅をＷ、最大長さをＬと定義する。なお、この例では被処理水を洗浄水としても用いる構成を代表例とするため、ノズルは被処理水ノズルとしているが、洗浄水ノズルを別に設ける場合は洗浄水ノズルと読み替えて以下の説明を適用する。
【００３５】
図８および図９を用いて洗浄の原理を説明する。図８は、ノズル開口部５０からプリーツフィルター５１のプリーツｄとｅの間に洗浄水が流れ込んだ状態を示す。図に太矢印で示すように、洗浄水によりプリーツが押し広げられてプリーツ間（図のｄとｅの間）に洗浄水が入る。図８（ａ）ではプリーツｄがｃの方向に押し広げられ、プリーツｅがｆの方向に押し広げられている状態である。プリーツフィルターを停止して洗浄水をゆっくりと大量に流入させれば、プリーツフィルターはプリーツ谷部の奥まで十分に押し広げられることになる。実際の装置ではプリーツフィルターを回転しつつ順次隣のプリーツ間隔に洗浄水（被処理水）を流すことになるため、1つのプリーツがノズル開口部に対向した位置に留まる時間は短い。このため、洗浄水はプリーツ深さ方向の途中まで入りつつプリーツフィルターが回転方向に連続的に移動することになる。図８（ｂ）は図７と同じく図８（ａ）のプリーツフィルター５１の外周面をノズル開口部５０の方向から見た状態である。プリーツフィルターの上下端は固定されているため、ノズルに対向する付近のプリーツが両側に押し広げられている様子を示している。このように、図８ではプリーツｄとｅの間が洗浄水によって押し広げられた状態となっている。
【００３６】
図９は、図８のプリーツフィルター５１が回転方向に１ピッチ分移動した状態を示している。（ａ）と（ｂ）の関係は図８と同様である。洗浄水の流れ込む状態は図８と同じであるが、今度はプリーツｃとｄの間に洗浄水が太矢印のように流れ込む。このとき、プリーツｄがｅの方向に押し広げられるため、プリーツｄとｅの間が狭くなる方向に圧迫される。よって、図８の状態でプリーツｄとｅの間でプリーツの深さ途中まで流入した洗浄水が、図のｄとｅの間の太矢印の方向に押し出されることになる。このように、一旦プリーツ間に流入した洗浄水が押し出されることによって、プリーツフィルター表面に流れが生じ、表面の洗浄が実現されている。プリーツフィルター５１の回転によって図８から図９に状態変化する際に、洗浄水がプリーツの深部まで十分に供給されないと、プリーツフィルター外周面の全体を洗浄することが出来ない。洗浄水を十分に供給するためにはプリーツフィルターの回転を供給される流量との比較において遅くする必要があり、大量の濾過のために回転数を上げることと相反する。また、流量を上げすぎるとフィルター基材の破損を招く場合もあり、流速には限度がある。
【００３７】
図１０は、図７に比べて開口サイズの異なるノズル開口部５２を用いた構成を示している。図７と同様に、全体で円筒状をなすプリーツフィルターの一部分のみを示している。図１０（ａ）は円筒状のプリーツフィルターの高さ方向中央付近を円筒軸に垂直に切断した断面の一部を模式的に示している。ノズル開口部に対向する側が円筒外周側である。図７と同様に、プリーツの山部に順に記号ａからｊを付している。図１０（ｂ）は、プリーツフィルター５１を側面から見た状態である。すなわち、（ａ）の図のノズル側からプリーツフィルター５１の外周面を見た状態である。便宜的にプリーツの山折り部のみを線で示し、ノズル開口部５２の開口位置を点線で示している。プリーツフィルター５１の上下端は図示されていない固定部材によって一定のピッチｐで固定されている。上下の固定部材の間隔がｈであり、プリーツフィルターの濾過に有効な長さｈを決めている。ノズル開口部５２は代表的には矩形開口であり、その幅をＷ、長さをＬとする。開口が丸みを帯びた形状の場合は有効な最大幅をＷ、最大長さをＬと定義する。図１０ではＷ≧４ｐ、Ｌ≦ｈ／２の代表的状態を説明するため、ほぼＷ＝４ｐ、Ｌ＝ｈ／２の大きさで図示している。
【００３８】
図１１を用いて図８および図９と異なる洗浄の状態を説明する。図１１は、ノズル開口部５２からプリーツフィルター５１のプリーツｃからｇの間に洗浄水が流れ込んで行く状態を示す。プリーツフィルター５１は回転方向に連続的に回転している。図に太矢印で示すように、洗浄水がプリーツ間に流れ込み、プリーツが押し広げられている様子が解る。プリーツが押し広げられた結果、その両隣のプリーツ間は圧迫される。図１１（ａ）ではノズル幅が狭い図８の状態と異なり、ノズル開口部５２の幅が広いために、複数のプリーツ間に洗浄水が流れ込んでいる。このため、洗浄水はプリーツ間の谷部奥深くまで十分に流れ込むことができる。その状態をプリーツｄとｅ、プリーツｅとｆで示している。そして、流れ混んだ洗浄水は、プリーツｆとｇのように次に圧迫される状態になることで押し出され、高い洗浄効果が得られる。さらに、本例ではノズル高さが短く設定されている。このため図１１（ｂ）に示されるように、プリーツフィルター５１の中央部付近に集中して洗浄水が流れ込む。プリーツフィルター５１の中央付近が押し広げられ、その状態でプリーツフィルター５１の上下端付近は洗浄水の流入が無い。このため、洗浄水はプリーツフィルター５１の上下端側から連続的に流出することができる。この効果はノズルの幅とも関係して得られる。すなわち、図１１の例えばプリーツｄとｅの間に流入した洗浄水は、次にプリーツが１ピッチ回転した状態（つまり図でのプリーツｅとｆの位置）でも図９の場合のようにすぐに圧迫されて流出するのではなく、さらに洗浄水の流入圧力を受ける。このため、洗浄水はプリーツの上下に逃げるように流れ、上下のノズルと対向していない部分から流出出来る。このように、ノズル開口部の幅と長さを適切に選択することによって、先に説明したプリーツの開閉による洗浄水の流れに加えて、プリーツフィルターの高さ方向の連続的な流れを生じさせ、より高い洗浄効果が得られる。
【００３９】
このような効果を得るために、ノズルの開口部はプリーツフィルターの高さ方向（すなわち折り目の稜線方向）の中央部に対向する位置が好ましい。プリーツの中央部の方が上下の固定端から離れており、プリーツを効果的に拡げることができる。また、洗浄水の流れが上下方向に分散し、効率的に洗浄の流れが形成される。
【００４０】
上述の洗浄効果を得るために、プリーツ間隔をｐ、濾過に有効な前記稜線方向の長さをｈとし、ノズルの開口幅をＷ、稜線方向の開口長さをＬとしたとき、４ｐ≦Ｗであり、かつｈ／５≦Ｌ≦ｈ／２の関係を満たすことが好ましい。プリーツ間隔は最大で元の幅ｐの２〜３倍まで拡張されるため、隣のプリーツが拡張した状態でもプリーツ中央高さに洗浄水の噴流を受ける為にはノズル開口部の幅は少なくともプリーツ間隔の４倍以上が好ましい。幅を無駄に広くすることは出来ず、好ましくは４倍以上５倍以下である。ノズル開口部の長さは上下に洗浄水が抜ける道が必要なためプリーツ長さより短ければよい。効率よく排出されるためには上下にプリーツ長さの１/４程度の隙間があることが好ましい。そのため、ノズル開口部の長さはプリーツフィルター長さの１／２以下が望ましい。一方、中央からの噴流で洗浄水をプリーツ内に侵入させ、かつ中央部からの洗浄水を上下から排出させるために中央からの排出を妨げる為にはプリーツフィルター長さの１／５程度の長さが必要となる。好ましくは１／２以下、１／４以上である。
【００４１】
（実験例１）
補強板による効果を確認するため、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すバラスト水処理装置を用いて、濾過をおこなった。プリーツフィルターの外径は６８０ｍｍ、軸方向有効長２００ｍｍ、プリーツ深さ７０ｍｍ、プリーツ数４５０折である。計算上のプリーツ間隔ｐは、４．７ｍｍとなる。使用した材料は次の通りである。
フィルター基材：ポリエチレンテレフタレート製不織布（商品名：東レ製  アクスターＧ２２６０−１Ｓ  ＢＫ０）
補強板：ポリプロピレン製網目板（商品名：タキロン製  トリカルネットＳＮ−５９８）
網目ピッチ  ４．８ｍｍ×４．８ｍｍ
厚さ公称値  １．５ｍｍ（縦糸１．５ｍｍ、横糸１．２ｍｍ）
【００４２】
上記装置において、同一条件で濾過運転を行い、プリーツフィルター内外での差圧が運転当初に比べて１０ｋＰａ上昇するまでの運転時間を比較した。２種類の矩形ノズルを用いて濾過を行った結果、幅Ｗ×長さＬが８×２００（ｍｍ）のノズルにおいて１４時間であったのに対し、幅Ｗ×長さＬが３２×５０（ｍｍ）のノズルにおいては５０時間と長く、目詰まりし難いことが確認できた。
【００４３】
（実験例２）
補強板による効果を確認するため、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すバラスト水処理装置を用いて、濾過をおこなった。プリーツフィルターの外径は７９０ｍｍ、軸方向有効長３７５ｍｍ、プリーツ深さ７０ｍｍ、プリーツ数５１７折である。計算上のプリーツ間隔ｐは、４．８ｍｍとなる。使用した材料は次の通りである。
フィルター基材：ポリエチレンテレフタレート製不織布（商品名：東レ製  アクスターＧ２２６０−１Ｓ  ＢＫ０）
補強板：ポリプロピレン製網目板（商品名：タキロン製  トリカルネットＳＮ−５９８）
網目ピッチ  ４．８ｍｍ×４．８ｍｍ
厚さ公称値  １．５ｍｍ（縦糸１．５ｍｍ、横糸１．２ｍｍ）
【００４４】
上記装置において、同一条件で濾過運転を行い、プリーツフィルター内外での差圧が運転当初に比べて１０ｋＰａ上昇するまでの運転時間を比較した。２種類の矩形ノズルを用いて濾過を行った結果、幅Ｗ×長さＬが８×３００（ｍｍ）のノズルにおいて４７時間であったのに対し、幅Ｗ×長さＬが２８×１２３（ｍｍ）のノズルにおいては９９時間と長く、目詰まりし難いことが確認できた。
【００４５】
（船舶用バラスト水処理システム）
図１２は、上述したバラスト水処理装置を濾過装置として用いた船舶用バラスト水処理システムの全体構成を模式的に示した説明図である。図１２において、海洋から取水された海水である被処理水は配管３１を経てポンプ２１により送られ、配管３２を通じて濾過手段である濾過装置２２に供給される。濾過装置２２において濾過された濾過水は配管３３を経て紫外線照射装置や電解装置などの殺滅装置２３（必須ではない。）に送られる。また、濾過装置２２において濾過されなかった排出水は、配管３５を経て装置外部へ導出される。殺滅処理を経た海水は、配管３４、配管３６を経てタンク２４に送られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の濾過装置は、海水淡水化やバラスト水などの汽水・海水利用、あるいは下水、生活排水、工業排水など水処理に際して、水中の異物やゴミ、微生物を除去処理する前濾過処理に好適に利用できる。また、高濁質・高ＳＳの水処理や濃縮処理にも優れているため、食品分野などの有価物回収分野にも応用が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
２      補強板
１０、１０１、５１  プリーツフィルター
１１    フィルター基材
２１    ポンプ
２２    濾過装置
２３    殺滅装置
２４    タンク
３１、３２、３３、３４、３５、３６  配管
５０、５２  ノズル開口部
１０２  被処理水ノズル
１０３  ケース
１０６  被処理水流路
１０７  濾過水流路
１０８  排出流路
１２１  ノズル口
１３１  外筒部
１３２  蓋部
１３３  底部
１４０  中心配管
１４１  取水穴
１９０  モーター
１９１  モーターカバー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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