(57)【要約】【課題】使用による破損を防止し、長期間安定して使用することに寄与するプリーツフィルター、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と、当該プリーツフィルターの上底部および下底部にそれぞれ備えた蓋部とを有するプリーツフィルターカートリッジであって、前記円筒形状の外側から見た谷部に、前記蓋部において上下を固定された補強部材を備えるプリーツフィルターカートリッジとした。【選択図】  図２
2015136673.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と、当該プリーツフィルターの上底部および下底部にそれぞれ備えた蓋部とを有するプリーツフィルターカートリッジであって、
前記円筒形状の外側から見た谷部に、前記蓋部において上下を固定された補強部材を備えるプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項２】
前記補強部材は柱状部材であって、当該柱状部材は、前記円筒形状の軸方向に直交する断面において、前記円筒形状の半径方向の最大長さＡと、当該半径方向に直角な方向の最大長さＢとの比が、１＜Ａ／Ｂ≦５である、請求項１に記載のプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項３】
前記柱状部材は、断面が円形または正多角形である請求項２に記載のプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項４】
前記柱状部材の引張弾性率は、前記フィルター基材の引張弾性率の２０％以上８０％以下である、請求項２または請求項３に記載のプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項５】
前記柱状部材は、前記軸方向と交わる方向に複数の孔部を有する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項６】
前記柱状部材は、前記フィルター基材と接する面に複数の凹凸を有する、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項７】
前記プリーツフィルターは、プリーツ深さが浅い谷部とプリーツ深さが深い谷部を交互に有し、
前記浅い谷部のプリーツ深さ（Ｄｓ）と前記深い谷部のプリーツ深さ（Ｄｄ）との関係はＤｓ＞（１／３）Ｄｄであり、
深さの差Ｄ（＝Ｄｄ−Ｄｓ）と、前記補強部材の前記円筒形状の半径方向最大長さＡとの関係が、Ａ≦Ｄ≦１０Ａである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプリーツフィルターカートリッジ。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の円筒状のプリーツフィルターカートリッジを濾過膜として用いたバラスト水処理装置であり、
前記プリーツフィルターカートリッジは円筒軸を中心に回転可能に保持され、
前記プリーツフィルターの外周面に向けて被処理水を流出する被処理水ノズルと、
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９】
請求項８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
【特許文献３】特開２０１２−２４５４２８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。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、使用による劣化や破損を防止し、長期間安定して使用することが可能なプリーツフィルター、およびそれを用いた濾過装置としてのバラスト水処理装置および処理方法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】
【０００７】
本願発明者らは、フィルターの劣化について鋭意検討の結果、高流量の濾過対象液の噴出を受けたフィルターの、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た。特許文献３に示す本願出願人による対策は、プリーツ折り目に樹脂を塗布する等の方法による補強手段である。本願発明者は、さらに円筒状プリーツフィルターの谷部には特有の破断原因があることを見いだし、次の構成に至った。
【０００８】
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と、当該プリーツフィルターの上底部および下底部にそれぞれ備えた蓋部とを有するプリーツフィルターカートリッジであって、前記円筒形状の外側から見た谷部に、前記蓋部において上下を固定された補強部材を備えるプリーツフィルターカートリッジである。
【０００９】
また、本願は上記円筒状のプリーツフィルターカートリッジを濾過膜として用いたバラスト水処理装置であり、前記プリーツフィルターカートリッジは円筒軸を中心に回転可能に保持され、前記プリーツフィルターの外周面に向けて被処理水を流出する被処理水ノズルと、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】
さらに、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である。
【発明の効果】
【００１１】
上記によれば、使用による破損を防止し、長期間安定して使用することに寄与するプリーツフィルター、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カートリッジの基本構造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カートリッジから蓋部を除いたプリーツフィルターの構成を示す斜視模式図である。
【図３】プリーツフィルターの一部を円筒上部から見た断面模式図であって、被処理水ノズルとの関係を説明する図である。
【図４】被処理水の圧力によるプリーツフィルターの変形状態を説明する模式図である。
【図５】（ａ）から（ｅ）はそれぞれ補強部材の実施態様例を示す図である。
【図６】プリーツフィルターカートリッジの別な実施態様を説明する断面模式図である。
【図７】（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８】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］
以下、本願発明の態様について列記して説明する。
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と、当該プリーツフィルターの上底部および下底部にそれぞれ備えた蓋部とを有するプリーツフィルターカートリッジであって、前記筒形状の外側から見た谷部に、前記蓋部において上下を固定された補強部材を備えるプリーツフィルターカートリッジである。
【００１４】
上記態様によれば、補強部材によって谷部の折り目部分の変形が制約される。フィルターの使用状態において折り目部分の曲げやたわみ等の変形が繰り返されることによって生じる折り目の破損（破れ、裂け）が防止される。筒状のプリーツフィルターの外側から内側に向かって被処理水を濾過し、被処理水の流量や圧力が局所的に変動する構成の濾過装置において特に効果的である。被処理水の流量（圧力）変動によってプリーツフィルターの折り目に繰り返し曲げが加わり、応力が１点に集中して折り目に破損が生じやすいからである。補強部材は、フィルター基材の折り目の内側であるところの谷部の谷底近傍に、折り目に沿って設けられることが好ましい。
【００１５】
補強部材が折り目に沿って谷部に設けられる場合、その補強部材はプリーツフィルターの円筒半径方向の剛性が、円筒半径方向に直角な円周に沿う方向の剛性と同様に、プリーツフィルターの比例限界範囲内の変形を妨げない範囲であることが好ましい。谷部の折り目が円筒半径方向に変形することを抑止しつつ、円周方向の変形の制約の程度は小さくするためである。かかる構成の方が円筒半径方向に大きく変形をくり返すことによる折り目への応力集中を防止して、折り目の破断をより効果的に防止できる。
【００１６】
上記の剛性の違いを簡易に達成する手段として、前記補強部材は柱状部材であって、当該柱状部材は、前記円筒形状の軸方向に直交する断面において、前記円筒形状の半径方向の最大長さＡと、当該半径方向に直角な方向の最大長さＢとの比が、１＜Ａ／Ｂ≦５であるようにすると良い。
【００１７】
例えば断面四角の柱状の補強部材とする場合、円筒半径方向の長さが長い程、当該方向への補強部材の剛性が大きく、撓みが抑制される。これによって、補強部材に沿う折り目の円筒半径方向の変形も抑止される。一方、円周方向の剛性は半径方向よりも小さいので、折り目の変形は大きくは変形されず、ある程度自由な変形を許容しつつ一定の補強効果を得ることができる。柱状部材の断面は四角形には限られず、円形、多角形を基本として剛性の方向性を持たせるために突起や溝を設けるなど種々の変形が考えられる。円形や正多角形断面の柱状部材は、プリーツフィルターカートリッジの円筒軸方向及び円周方向の両方向に対してほぼ同等な歪を提供し、基材への追従性を高めることができる。また一様な断面を提供することで柱自身の全長に渡った均等な歪の提供が可能になる。柱状部材が断面内で均質な材料で構成されていると想定した場合、代表的には断面において、前記円筒形状の半径方向の最大長さＡと、当該半径方向に直角な方向の最大長さＢとの比が、１＜Ａ／Ｂ≦５であれば必要な剛性の差を得ることができる。Ａ／Ｂが５を超えると円筒半径方向の剛性が強くなりすぎ、プリーツフィルター全体の変形が制限的になりすぎて、フィルターの洗浄効果に影響が出る場合がある。Ａ／Ｂが１以下では剛性の関係が逆になり、他の手段を併用するなどしない限りは寸法効果のみでの破損防止効果の程度が小さくなる。
【００１８】
柱状部材の材料はこの目的においては特に限定されない。柱状部材の引張弾性率は、前記フィルター基材の引張弾性率の２０％以上８０％以下であることが好ましい。フィルター基材の折り目の変形を適切かつ効果的に抑止するためである。補強部材の目的はフィルター基材の形状変化を容易にしつつ、かつ変形の応力集中を避けるようにサポートすることである。２０％未満ではフィルター基材の変形を抑止して応力集中を防止するには十分ではない。８０％を超えると、補強部材の剛性が高く、フィルター形状の変形が抑止されすぎる。
【００１９】
かかる柱状部材は、被処理水の流れを円滑にするための流路部を備えていることが好ましい。流路部として好ましい代表例は、前記軸方向と交わる方向に複数の孔部である。また、柱状部材は、流路部として前記フィルター基材と接する面に複数の凹凸を有しても良い。谷部に柱状部材が存在することによって、フィルターの円筒外表面から円筒内に向けての被処理水の濾過の流れが阻害される。流れの阻害の程度を低減するため、円筒外側から谷部を見る視方向において、柱状部材によって谷底部が塞がれることを避けることが好ましい。このため、柱状部材に孔部を設けたり、柱状部材表面に凹凸を設けたりすることが有効である。孔の形状や凹凸の形状は限定されない。柱状部材の強度、剛性が損なわれない範囲で種々の形状が可能である。
【００２０】
さらに別な実施態様では、プリーツフィルターは、プリーツ深さが浅い谷部とプリーツ深さが深い谷部を交互に有している。浅い谷部のプリーツ深さ（Ｄｓ）と深い谷部のプリーツ深さ（Ｄｄ）の関係はＤｓ＞（１／３）Ｄｄの範囲内である。濾過のために必要なプリーツフィルターの面積を確保するためである。また、浅い谷部のプリーツ深さと深い谷部のプリーツ深さとの深さの差Ｄ（＝Ｄｄ−Ｄｓ）が、柱状部材の円筒形状の半径方向最大長さＡに比べて、Ａ≦Ｄ≦１０Ａの範囲であることが好ましい。
【００２１】
プリーツフィルターの濾過面積を多くするためには、プリーツ間隔を極力小さくして、プリーツ数を多く構成することが好ましい。この観点に置いて、谷部に柱状部材を挿入する場合、谷部のプリーツ間隔が、柱状部材の円周方向の幅によって制約されることになる。上記のようにプリーツ深さに差を設けることにより、柱状部材が円筒半径方向に交互にずれて存在するようにできる。これにより、プリーツ間隔を狭く構成し、プリーツ数を多くすることが可能となる。ここで、浅い谷部と深い谷部を交互にとは、典型的には１つおきに浅い谷部が存在する構成であるが、浅い谷部が２つに対して深い谷部が１つであるとか、浅い谷部２つに続いて深い谷部２つであるとか、目的とする効果を奏する範囲で種々の変形が可能である。谷部の深さは２種類（浅い谷部と深い谷部）に限られない、例えば３段階など複数段階に異なる深さの谷部を設ける構成としても良い。
【００２２】
また本願では、上述の円筒状のプリーツフィルターカートリッジを濾過膜として用いたバラスト水処理装置を示す。すなわち、上述の円筒状のプリーツフィルターカートリッジを濾過膜として用いたバラスト水処理装置であり、前記プリーツフィルターカートリッジは円筒軸を中心に回転可能に保持され、前記プリーツフィルターの外周面に向けて被処理水を流出する被処理水ノズルと、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。
【００２３】
このような構造の装置においては、円筒形状プリーツフィルターの円筒外部のノズル口から被処理水がプリーツフィルターの外側面に向かって噴出するため、プリーツの一部に被処理水の圧力が集中する。すると、プリーツが開く方向に圧力が加わり、上述の通り谷部と山部のそれぞれでフィルターが破損する可能性が高くなる。そこで、上述の補強部材を採用することにより、谷部の破損発生が防止でき、濾過不良の発生抑止、プリーツフィルターの長寿命化による装置の長期運転、運用コストの低減等の効果が期待できる。
【００２４】
また上述のプリーツフィルターを濾過に用いた方法として、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とすると良い。
【００２５】
このような装置を用い、あるいは方法を用いることにより、従来にも増してフィルターの破損が抑制され、濾過不良を起こすこと無く長期間安定して使用することが可能となる。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可能である。
【００２６】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態としてのプリーツフィルターカートリッジおよびバラスト水の処理装置の構成を、以下に図面を参照しつつ説明する。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。
【００２７】
（プリーツフィルターカートリッジの構成）
対象とするプリーツフィルターカートリッジの代表的構造例を図１および図２に模式的に示す。図１は、プリーツフィルターカートリッジの外観斜視図である。符号１０は円筒形状に折り目を配置したプリーツフィルターであり、その上下を蓋部１２および１３によって閉じている。上下の蓋部１２、１３は、プリーツフィルターの形状を固定すると共に、補強部材をも上下端にて固定する役割を持つ。また、蓋部は円筒内外を水密に塞いでいる。図１には簡略のために示さないが、後述のようにバラスト水処理装置の構成において、蓋部には回転軸と円筒内部から濾過水を取り出すための配管が設けられる。
【００２８】
図２は、図１のプリーツフィルターカートリッジから上下の蓋部１２、１３を除いたプリーツフィルター１０を示す斜視模式図である。模式図においてはプリーツの数や寸法、補強部材の形状や寸法は本図においては意味を持たず、構成を説明するために判りやすく描かれている。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。なお、説明図ではプリーツ形状を模式的に表しているので折り目は理想的な鋭角で描いているが、実際には曲線的に折り曲がっている場合が多い。また、濾過面積を大きくするために、隣り合うプリーツが互いに触れ合う程度にまで密に構成されると良い。本態様のプリーツフィルターカートリッジは円筒形状の外側から見た谷部に、補強部材１５を備えている。補強部材１５は谷部近傍においてフィルター基材表面に接する位置に配置されていることが好ましい。フィルター基材１１が濾過運転時に変形した際に、補強部材がフィルター基材に接しており、フィルター基材の変形をサポートする位置に補強部材が配置されていれば効果がある。好ましくは円柱状の補強部材であって、その円柱表面に沿ってフィルター基材が円弧状に折り目が付けられていると良い。補強部材に角部がなく、補強部材とフィルター基材との無用の擦れが生じること無く、かつ効果的にフィルター基材の変形をサポートできるからである。
【００２９】
補強部材の作用を説明する。プリーツフィルターが、円筒外部から内部に向けて濾過を行うように用いられ、円筒外部から円周の一部に集中して被処理水の圧力が加わる構成の濾過の場合に、本願補強部材が好適である。図３はプリーツフィルターの一部を円筒上部から見た断面模式図であって、被処理水ノズルとの関係を説明する図である。プリーツフィルターの外周面に対向して、被処理水を噴出する被処理水ノズル１６が設けられている。被処理水がプリーツ間に流入することにより、被処理水ノズル１６に対向する部分でプリーツ間隔が拡がる。プリーツフィルターを回転させつつ、あるいはノズル位置を順次ずらしつつ被処理水を流入させると、プリーツが拡がる部分が順に移動する。プリーツフィルターの上下が固定されていることから、プリーツフィルターの上下端は被処理水の流入によっても拡がることはない。プリーツフィルターの外周側山部において、上下方向の中央部が押し拡げられることによって、折り目が湾曲するように変形する。このとき、押し拡げされる山部に引っ張られる形で、谷部は上下方向中央部が山部側（すなわち円筒半径方向）に向けて変形する。図４はこの様子を示したものである。図４では蓋部の記載を省略しているが、プリーツフィルターの上下端は補強部材も含めて固定されている。図４は、矢印の方向に被処理水が流入し、プリーツフィルターの山部の中央部が開いた場合の、谷部の変形の様子を誇張した模式図として示している。谷部は上下が固定された状態で、中央部が山部側に引っ張られる。このため、折り目の中央部分が山部方向に引っ張られつつ折り目が開く方向に力が加わる。折り目の中央部が大きく動くと、結果として折り目の一部に応力が集中して上下方向にも折れ曲がり、破断（破損）につながる。補強部材１５は、プリーツフィルターの折れ曲がりを防ぐように、フィルター基材１１のプリーツ部分を支え、一点に応力が集中して折れ曲がることを防止するものである。図４の状態のように、補強部材がプリーツ折り目に接しつつ、全体として湾曲することで上記の作用を生じる。さらに山部の裏側にも補強部材（形状は谷部の補強部材と同じにする必要はない）を設けると、山部が開く方向にも応力の集中を抑止して破断を防止する効果が得られ、より好ましい。
【００３０】
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。
【００３１】
補強部材の構造例を図５に示す。図５（ａ）は円柱、図５（ｂ）は四角柱である。このほか、種々の多角形を断面とする柱状部材を採用できる。図５（ｃ）は断面長方形の板状部材である。図５（ｃ）において断面における長辺方向の長さをＡ、短辺方向の長さをＢとする。このように断面形状において長辺側と短辺側を有する形状の場合、長辺側がプリーツフィルターの円筒半径方向に配置されることが好ましい。上述の補強部材の作用において、補強部材はプリーツが開く方向に緩くフィルター基材の曲がりを支えつつ、プリーツが折れ曲がる方向には、より強く支えることが好ましいからである。補強部材の長さはプリーツフィルターカートリッジの円筒高さに応じて決められる。補強部材の断面サイズは、求められる強度や撓みの程度により設計される。代表的にはプリーツ高さが１００〜５００ｍｍ程度、プリーツ深さが５０〜１００ｍｍ程度の構成において、補強部材の断面代表長さが２〜１０ｍｍ程度である。ここで代表長さとは柱状部材の断面積を円相当に換算した場合の直径とする。
【００３２】
補強部材の材質は、ポリプロピレン、ポリエチレン（特に復元力の点で中〜低密度ポリエチレン）、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、塩化ビニルからなる群から選択されるいずれかの樹脂により形成されていると良い。製造上の扱いやすさ、軽量化、コスト等の面で必要な強度を持った樹脂部材が好ましく用いられる。特に好ましくは適度な曲げ強度と許容歪みを備えている点でポリプロピレンである。金属系やガラス・セラミックなど非金属系の材料には強度の面で樹脂を凌ぐ性能を持つものもある。しかし、本実施の形態において変形に対する復元力も求められる。そのため、金属ならバネ材や焼き入れ処理などが必要となるが、網構造への加工や海水による腐蝕性をも総合的に勘案すると、上述の樹脂材料が適している。
【００３３】
補強部材の別な構造例を図５（ｄ）および図５（ｅ）に示す。図５（ｄ）は断面四角の柱状部材に複数の孔を設けた構造例である。谷部に柱状部材が存在することによる被処理水の流れの阻害を抑止するべく、孔をプリーツフィルターの円筒半径方向に配置する例である。また、図５（ｅ）は断面四角の柱状部材の表面に複数の凹部を設けた構造例である。凹部である溝部の溝をプリーツフィルターの円筒半径方向に配置することで、孔と同様の効果が得られる。いずれの場合も、孔や溝（凹凸）を設ける前の柱状部材の断面形状によらず適用可能である。また、孔の形状や凹凸の形状は流れを円滑に出来る範囲で種々の変形が可能である。図では例示しないが、円筒半径方向に被処理水の流路を確保するような波型を補強部材に形成することも好ましい。被処理水の流れを、全体としてより円滑にすることができるからである。
【００３４】
図６は、プリーツフィルターカートリッジのさらに別な実施態様として、プリーツフィルターの円筒軸に垂直な断面の一部を示している。フィルター基材１１が折りたたまれたプリーツフィルターは、プリーツ深さが浅い谷部１７とプリーツ深さが深い谷部１８を交互に備えている。いずれの谷部にも補強部材１５として断面長方形の柱状部材を有する。図６では説明のための模式図であって、寸法関係は意味を持たない。円筒外周側の折り目は実質的に円周上に並んでいる。また、補強部材の形状は例示であって他の形状であっても良い。ここで、浅い谷部のプリーツ深さ（Ｄｓ）と深い谷部のプリーツ深さ（Ｄｄ）の関係は、本図ではおよそＤｓ＝（３／４）Ｄｄであって、Ｄｓ＞（１／３）Ｄｄの範囲内である。浅い谷部１７のプリーツ深さと深い谷部１８のプリーツ深さとの深さの差（すなわち円筒中心から谷部の先端までの半径方向距離の差）をＤとする。この時、柱状部材の半径方向最大長さＡに比べて、Ａ≦Ｄ≦１０Ａの範囲になるように構成する。この構成により、柱状部材が円筒半径方向に交互にずれて存在するため、プリーツを密に構成してプリーツ数を多くすることが可能である。
【００３５】
（濾過装置）
上述のプリーツフィルターカートリッジ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説明する。図７（Ａ）および図７（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７（Ａ）は軸線を含む垂直断面の構成、図７（Ｂ）は図７（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カートリッジ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カートリッジの回転のためにモーター１９０がプリーツフィルターカートリッジ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。
【００３６】
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１０〜２０ｔｏｎ／時間やさらには１００ｔｏｎ／時間を超える処理量を確保するために効果がある。なお、図７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カートリッジ１０１のフィルター基材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。
【００３７】
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に繰り返し曲げが加わる。この際、上述のように谷部の折り目には立体的に曲げが加わる。本例では補強部材１１５を谷部に備えたプリーツフィルターカートリッジとすることにより、谷部の破断が効果的に抑止でき、装置のより長期安定的な運転が可能となる。なお、折り目の他の手段による補強、山部の破断を防止する手段などを併用することを妨げるものではない。複数の手段を併用する形態が考えられ、さらに効果的にプリーツフィルター全体の山部を含めた折り目の破断を防止することが可能となる。
【００３８】
（船舶用バラスト水処理システム）
図８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８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４１により送られ、配管３２を通じて濾過手段である濾過装置４２に供給される。濾過装置４２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４３（必須ではない。）に送られる。また、濾過装置４２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４４に送られる。
【００３９】
（実験例）補強部材の効果
補強部材による効果を確認するため、図７（Ａ）、図７（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。装置の大きさは１００ｔｏｎ／時間の処理を行う装置として、プリーツフィルターの外径は７００ｍｍ、軸方向長さ３２０ｍｍ、有効面積としての高さ２８０ｍｍ、プリーツ深さ７０ｍｍ、プリーツ数４２０折である。
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）
補強部材：ポリプロピレン
【００４０】
上記補強部材を用い、図７（Ｂ）のようにフィルターに装着した。補強部材を用いない場合には２３３時間の濾過運転にてフィルター外端部に破損が生じたのに比べ、同条件の濾過において、補強部材を設けた場合には２７０時間を経過してもなお破損が生じなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のプリーツフィルターは破損による性能低下を起こさず耐久性にも優れているため、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】
【００４２】
２  補強板
１０    プリーツフィルター
１０１  プリーツフィルターカートリッジ
１１    フィルター基材
１２、１３  蓋部
１５    補強部材
１６    被処理水ノズル
１７    浅い谷部
１８    深い谷部
４１    ポンプ
４２    濾過装置
４３    殺滅装置
４４    タンク
３１、３２、３３、３４、３５、３６  配管
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
１１５  補強部材
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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