CN105246570A - 过滤装置、压载水处理方法以及使用过滤装置的压载水处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种过滤装置，其具有作为过滤膜的褶皱式过滤器，所述褶皱式过滤器包括过滤基材并且形成圆筒形状，该过滤基材具有形成重复的峰部和谷部的折叠部，圆筒形状的轴向为折叠部的脊线方向。褶皱式过滤器能够围绕圆筒形状的圆筒轴线旋转并且配备有喷嘴，该喷嘴设置为与褶皱式过滤器的外周表面相对，所述喷嘴朝向外周表面喷射液体。如果相对于褶皱式过滤器的外周折叠部，褶皱间隔为p且有效用于过滤的脊线方向长度为h，并且如果相对于喷嘴开口截面，与脊线方向垂直的开口宽度为W且沿脊线方向的开口长度为L,则过滤装置满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2。

Description

过滤装置、压载水处理方法以及使用过滤装置的压载水处理设备
技术领域
本发明涉及一种过滤装置的结构，该过滤装置包括作为过滤膜且主要用于过滤液体的褶皱式过滤器。具体而言，本发明涉及一种在储存于船舶内的压载水的处理系统中使用且用于过滤大量水的褶皱式过滤器以及使用该褶皱式过滤器的设备。
背景技术
各种各样的过滤器被用于从气体或液体中分离并除去作为污染物的固体。通过将过滤器折叠成褶状来增大过滤面积的褶皱式过滤器也主要用于涉及气体的应用，例如，用于空气净化系统。专利文献(PTL)1公开了使用筒状褶皱式过滤器作为用于从机床的切削液中除去淤渣的过滤装置的实例。关于该装置，描述了以下内容：通过在旋转筒状过滤器的同时朝向筒状过滤器的外表面喷射液体可以提供具有较好过滤器清洁效果的过滤装置。
同时，船舶所承载的压载水的处理近年来已成为一个问题。压载水是当船舶没有货物时承载在船舶中以提供安全航行的海水。已经开发出通过净化压载水来除去、杀死或者杀灭微生物的各种方法。另外，已经开发出利用过滤除去相对较大的微生物的方法。例如，专利文献2描述了使用过滤膜的压载水处理设备，该设备由本发明的申请人提出。
引用列表
专利文献
PTL1:日本未经审查的专利申请公开No.2008-93783
PTL2:日本专利No.4835785
发明内容
技术问题
在海水淡化、诸如压载水等微咸水/海水的利用、或污水、人类生活污水或工业废水等的处理的情况下，需要用于除去水中的异物、污染物和微生物的初步过滤处理。本申请的发明人一直在研究将褶皱式过滤器应用于这种过滤。在这种情况下，需要在最短的时间内过滤大量的水。然而，在一般情况下，大规模/高流量的操作会造成以下技术问题：因早期阶段的堵塞而容易造成处理量或过滤功能的下降。
专利文献2所公开的设备包括这样的过滤装置：筒状过滤器安装在管状壳体中，并且从筒状过滤器的外部流动到内部的液体被收集作为滤液。在专利文献2所公开的过滤装置中，从设置在管状壳体侧表面上的喷嘴将待过滤的液体喷射到过滤器的过滤表面的一部分上，从而清洁沉积在过滤器表面上的过滤物，以恢复渗透通量，并且从过滤前室排出已被冲洗下来的过滤物。通过这种结构，持续保持稳定的过滤状态。用于稳定保持这种系统的连续过滤的重要因素是通过将待过滤液体喷射在过滤器的过滤表面上而获得清洁效果。在专利文献2所公开的过滤装置中，为了通过随时间改变过滤器的清洁区域而高效地清洁整个过滤器，在过滤期间通过驱动电动机等来旋转筒状过滤器，由此连续且周期性地改变喷嘴施加喷射的位置。
为了可靠地进行该旋转清洁和稳定地保持高过滤流量，需要将喷嘴所喷射的待过滤液体保持在一定流量水平以上。根据发明人进行的研究，发明人发现，由于以这样高的流量喷射待过滤液体，因此筒状过滤器随时间劣化并破损，并且一部分待过滤液体可能与滤液直接混合，而不穿过过滤器。
考虑到这点，本发明的目的在于提供一种能够在保持高清洁效果的同时长时间稳定运行的过滤装置以及一种使用该过滤装置的压载水处理设备。
解决技术问题的方案
根据本发明的过滤装置，其包括作为过滤膜的褶皱式过滤器，褶皱式过滤器由过滤基材形成，过滤基材具有峰部和谷部重复的折叠部，褶皱式过滤器具有轴向为折叠部的脊线方向的圆筒形状。在过滤装置中，褶皱式过滤器能够围绕圆筒形状的圆筒轴线旋转。过滤装置包括喷嘴，该喷嘴设置为面向褶皱式过滤器的外周表面且朝向外周表面喷射液体。满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，在褶皱式过滤器的外周侧上的折叠部中，p表示褶皱之间的间隔，而h表示沿脊线方向的有效用于过滤的长度，以及在喷嘴的开口部分中，W表示沿与脊线方向垂直的方向的开口宽度，而L表示沿脊线方向的开口长度。
本发明还提供一种压载水处理设备，其包括作为过滤膜的褶皱式过滤器，褶皱式过滤器由过滤基材形成，过滤基材具有峰部和谷部重复的折叠部，褶皱式过滤器具有轴向为折叠部的脊线方向的圆筒形状。在该压载水处理设备中，褶皱式过滤器能够围绕圆筒形状的圆筒轴线旋转。压载水处理设备包括未处理水喷嘴，未处理水喷嘴设置为面向褶皱式过滤器的外周表面且朝向外周表面喷射液体。满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，在褶皱式过滤器的外周侧上的折叠部中，p表示褶皱之间的间隔，而h表示沿脊线方向的有效用于过滤的长度，以及在喷嘴的开口部分中，W表示沿与脊线方向垂直的方向的开口宽度，而L表示沿脊线方向的开口长度。褶皱式过滤器的圆筒的上表面和圆筒的下表面均以防水方式被密封。压载水处理设备包括：壳体，其包括外筒状部分，外筒状部分设置为包围褶皱式过滤器并在内部包括未处理水喷嘴的喷嘴开口；已过滤水流动路径，其将已经穿过褶皱式过滤器的已过滤水从褶皱式过滤器的圆筒的内部引导至壳体的外部；以及排出流动路径，其将未被褶皱式过滤器过滤的排出水排出至壳体的外部。
本发明还提供了一种处理压载水的方法，该方法包括：将上述压载水处理设备安装在船体中；使用从船体的外部得到的海水作为未处理水；进一步对由压载水处理设备处理的已过滤水进行杀菌处理；以及随后将所得到的水存储在船体中作为压载水。
本发明的有益效果
根据上述内容，可以提供一种能够在保持高清洁效果的同时长时间稳定运行的过滤装置、一种压载水处理方法以及一种使用该过滤装置的压载水处理设备。
附图说明
图1是示出了褶皱式过滤器的结构的典型实例的示意性透视图。
图2是图1中的褶皱式过滤器的一部分的示意性放大图，该视图示出了与未处理液体的关系。
图3A是示出了从褶皱式过滤器的侧面观察到的图1中的褶皱式过滤器的一部分的视图。
图3B是示出了图3A中的褶皱式过滤器发生破损的状态的实例的视图。
图4是示出了根据本发明实施例的包括加强片材的褶皱式过滤器的结构的实例的示意性透视图。
图5是示出了作为加强片材的实例的网状片材的结构的透视图。
图6A是示出了根据本发明实施例的压载水处理设备的实例的视图，并且图6A是示出了包含轴线的竖直截面的结构的示意性截面图。
图6B是示出了图6A中的水平A-A截面的结构的示意图。
图7包括示出了喷嘴开口部分与褶皱式过滤器之间的关系的示意图，A部分示出了褶皱式过滤器的沿高度方向的中央部分附近的截面状态，而B部分示出了从侧面观察褶皱式过滤器时的状态。
图8包括示出了在图7中清洁水从喷嘴流动到褶皱之间的空间中的状态的视图，A部分示出了褶皱式过滤器的沿高度方向的中央部分附近的截面状态，而B部分示出了从侧面观察褶皱式过滤器时的状态。
图9包括示出了在图7中清洁水从喷嘴流动到褶皱之间的空间中的状态的视图，并且图9是示出了相对于图8所示的状态褶皱式过滤器沿旋转方向旋转一个峰部的状态的视图。A部分示出了褶皱式过滤器的沿高度方向的中央部分附近的截面状态，而B部分示出了从侧面观察褶皱式过滤器时的状态。
图10包括示出了褶皱式过滤器与喷嘴开口部分之间的关系的示意图，该喷嘴开口部分具有与图7中的喷嘴开口部分的尺寸不一样的尺寸，A部分示出了褶皱式过滤器的沿高度方向的中央部分附近的截面状态，而B部分示出了从侧面观察褶皱式过滤器时的状态。
图11包括示出了在图10中清洁水从喷嘴流动到褶皱之间的空间中的状态的视图，A部分示出了褶皱式过滤器的沿高度方向的中央部分附近的截面状态，而B部分示出了从侧面观察褶皱式过滤器时的状态。
图12是示出了使用根据本发明实施例的压载水处理设备的压载水处理系统的总体结构的实例的框图。
附图标记列表
2加强片材
10，101，51褶皱式过滤器
11过滤基材
21泵
22过滤装置
23杀菌装置
24水箱
31，32，33，34，35，36管道
50，52喷嘴开口部分
102未处理水喷嘴
103壳体
106未处理水流道流动路径
107已过滤水流道流动路径
108排出流动路径
121喷嘴开口
131外部筒状部分
132盖部
133底部部分
140中央管道
141取水孔
190电动机
191电动机盖
a褶皱
b褶皱
c褶皱
d褶皱
e褶皱
f褶皱
g褶皱
h褶皱
i褶皱
j褶皱
P压力
V内端部
M外端部
D过滤器的大致中央部分
W开口宽度
L开口长度
p褶皱之间的间隔距离
h沿脊线方向的褶皱长度
具体实施方式
[本发明的各实施例的描述]
本发明的发明人对褶皱式过滤器的劣化进行了深入研究，并确认与褶皱的峰部和谷部对应的折叠部分中容易发生破损。作为解决上述问题的措施，本发明的发明人一直在研究使褶皱的折叠部分不容易破损的加强结构。在对褶皱式过滤器进行加强的情况下，虽然抑制了破损的发生，但也容易发生堵塞。考虑到这点，本发明的发明人开发出一种这样的结构：即使在被加强的过滤器的情况下也可以通过增强清洁效果来抑制阻塞。
将列出和描述本发明的各实施例。
(1)本发明的实施例提供一种过滤装置，其包括作为过滤膜的褶皱式过滤器，褶皱式过滤器由过滤基材形成，过滤基材具有峰部和谷部重复的折叠部，褶皱式过滤器具有轴向为折叠部的脊线方向的圆筒形状。在过滤装置中，褶皱式过滤器能够围绕圆筒形状的圆筒轴线旋转。过滤装置包括喷嘴，该喷嘴设置为面向褶皱式过滤器的外周表面且朝向外周表面喷射液体。满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，在褶皱式过滤器的外周侧上的折叠部中，p表示褶皱之间的间隔，而h表示沿脊线方向的有效用于过滤的长度，以及在喷嘴的开口部分中，W表示沿与脊线方向垂直的方向的开口宽度，而L表示沿脊线方向的开口长度。
在通过朝向旋转的褶皱式过滤器的外周表面喷射清洁液体来清洁褶皱式过滤器的结构中，上述实施例提供了用于得到更高清洁效果的结构。在过滤装置中，用于供应将要过滤的液体的喷嘴以及用于供应清洁液体的喷嘴可以分开设置。作为选择，用于供应将要过滤的液体的喷嘴也可以具有清洁的功能。在以下描述中，可以使用上述任一情况中的任意喷嘴，只要该喷嘴具有清洁功能即可。基于如下所述的本发明的发明人对清洁机构的研究发现而得到该清洁效果的优势。通过相对于褶皱式过滤器的外周侧上的折叠部中的褶皱之间的间隔p来增大喷嘴的开口宽度W，使得清洁液体可以同时流入到褶皱的多个谷部中，而不是流入到褶皱的单个谷部中。满足条件4p≤W意味着：在旋转的褶皱式过滤器的任意状态下，清洁液体同时流入到褶皱的至少三个相邻谷部中。在该状态下，能够得到高清洁效果。此外，满足关系h/5≤L≤h/2(h表示褶皱式过滤器的沿脊线方向的有效用于过滤的长度，而L表示喷嘴的开口长度)意味着：来自喷嘴的清洁液体不流入到褶皱的整个谷部中，而是仅流入到谷部的一部分中。因为已经流入的清洁液体从不面向喷嘴的一部分(其为褶皱的谷部的一部分)中流出，所以可以提高清洁效果。
(2)喷嘴的沿开口长度的方向的中央部分优选地设置在面向褶皱式过滤器的沿脊线方向的中央部分的位置。这是因为清洁液体从褶皱式过滤器的中央部分开始流动，并流动至两端侧，因而容易流出。与允许喷嘴面向褶皱式过滤器的端部的情况相比，可以得到高清洁效果。
(3)喷嘴优选地为矩形喷嘴，该矩形喷嘴具有用W表示的开口宽度和用L表示的开口长度。在以上描述中，喷嘴的形状不受特别限制，并且可以使用各种形状。喷嘴的形状的实例包括矩形、通过对矩形的各角进行倒圆角而形成的大致矩形形状、通过用圆弧替换矩形的端部而形成的如田径场跑道那样的形状、椭圆形以及通过将多个圆圈连接在一起而形成的形状。在任意情况下，开口宽度W定义为开口的沿与褶皱的折叠部的脊线正交的方向的最大宽度，而开口长度定义为开口的沿褶皱的折叠部的方向的最大长度。具有通过对矩形的各角进行倒圆角而形成的大致矩形形状的矩形喷嘴是优选的。这样做的原因如下所述。在本文中，术语“矩形喷嘴”包括具有矩形形状的喷嘴以及具有大致矩形形状的喷嘴。具体而言，矩形喷嘴具有在喷嘴的整个长度上大致一样的宽度。因此，当清洁液体喷射到褶皱上时，不容易发生褶皱的不均匀变形，并可以得到稳定的清洁效果。此外，从装置生产的简易性的角度来看，矩形同样适用于喷嘴的形状。
(4)本发明还提供一种使用上述过滤装置的压载水处理设备。更具体地说，压载水处理设备包括作为过滤膜的褶皱式过滤器，褶皱式过滤器由过滤基材形成，该过滤基材具有峰部和谷部重复的折叠部，褶皱式过滤器具有轴向为折叠部的脊线方向的圆筒形状。在该压载水处理设备中，褶皱式过滤器能够围绕圆筒形状的圆筒轴线旋转。压载水处理设备包括未处理水喷嘴，该未处理水喷嘴设置为面向褶皱式过滤器的外周表面且朝向外周表面喷射液体。满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，在褶皱式过滤器的外周侧上的折叠部中，p表示褶皱之间的间隔，而h表示沿脊线方向的有效用于过滤的长度，以及在喷嘴的开口部分中，W表示沿与脊线方向垂直的方向的开口宽度，而L表示沿脊线方向的开口长度。褶皱式过滤器的圆筒的上表面和圆筒的下表面均以防水方式被密封。压载水处理设备包括：壳体，其包括外筒状部分，外筒状部分设置为包围褶皱式过滤器并在内部包括未处理水喷嘴的喷嘴开口；已过滤水流动路径，其将已经穿过褶皱式过滤器的已过滤水从褶皱式过滤器的圆筒的内部引导至壳体的外部；排出流动路径，其将未被褶皱式过滤器过滤的排出水排出至壳体的外部。根据该压载水处理设备，即使当对大量海水进行过滤处理时，该设备也可以在保持高清洁效果的同时长时间稳定地运行。
(5)本发明还提供了一种使用过滤装置来处理压载水的方法，该方法包括：将上述压载水处理设备安装在船体中；使用从船体的外部得到的海水作为未处理水；进一步对由压载水处理设备处理的已过滤水进行杀菌处理；以及随后将所得到的水存储在船体中作为压载水。与现有方法相比，可以在抑制堵塞发生的同时长时间稳定地进行过滤处理。结果，可以减少维护的人工成本和要更换的材料的成本，并且还可以有助于压载水的生产。
[本发明的各个实施例的细节]
现在将参考附图对本发明的各个实施例进行详细描述。本发明的范围不限于这些实例，而是由下述权利要求限定。意图在于，本发明的范围包括权利要求的等同内容和权利要求范围内的所有变型。
(褶皱式过滤器的结构)
图1示意性地示出了褶皱式过滤器的结构的典型实例。通过反复折叠片状过滤基材11以具有交替的峰部和谷部来形成褶皱形状，并且进一步将过滤基材11的两个端部连接起来，以便整体上具有圆筒形状，从而得到图1中的褶皱式过滤器10。当实际使用过滤器10时，圆筒的上表面和下表面被其他部件密封，并且过滤器10的形状被其他部件固定。从筒状过滤器的内部至筒状过滤器的外部进行过滤，或从筒状过滤器的外部至筒状过滤器的内部反向地进行过滤。在本发明的以下描述中，附图中的作为伸出至圆筒内部的折叠部的V部分称为“内端部”，而附图中的作为伸出至圆筒外部的折叠部的M部分称为“外端部”。从圆筒的内部观察到的谷部表示位于V部分之间及M部分的后侧上的空间。值得注意的是，图1示意地示出了褶皱形状，而实际的折叠部不具有如图所示的理想的锐角。将在下文中描述这一点。
多孔树脂片材用作过滤器的基材。可以使用的基材的实例包括多孔构造物，例如，由聚酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏二氟乙烯(PVdF)等材料构成的拉伸多孔体、相分离多孔体、非织造布。为了以高流量进行处理，由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯构成的非织造布尤其适合用作过滤器的基材。
假设结构为：将要过滤的液体从具有图1所示形状的褶皱式过滤器10的圆筒的外周侧被供应，并被过滤至圆筒内部。图2是示出了在该情况下对过滤基材11施力的视图。在图2中，五个对齐的箭头表示从外端部M侧供应未处理液体的方向。力P沿褶皱打开的方向施加于过滤基材11。此外，所施加的压力P随着未处理液体的流量和压力的变化而变化，并且作用在过滤基材11上，使得结构振动和重复弯曲。
图3A和图3B示出了因上述压力P而造成在褶皱式过滤器中发生破损的实例。图3A示意地示出了破损发生之前的状态。图3B示意地示出了破损发生时的状态。过滤器的上部和底部被固定，以固定形状并实现密封。因此，因为如图2所示那样沿外端部打开的方向重复施加压力，使得过滤器的大致中央部分D沿图3B所示的方向弯曲。结果，过滤基材11的部分D中可能发生破裂和撕裂，并且过滤功能可能受损。具体而言，在将要过滤的液体为诸如水等液体的情况下，过滤器受到的压力比在诸如空气等气体的情况下的压力大，因此，过滤器在折叠部分中容易破损。
过滤器的中央部分的沿图3B所示的方向的张开(弯曲)的有利之处在于：未处理液体被供应至褶皱的内部，并且过滤器的表面容易被液体的流动清洁。然而，必须防止发生由弯曲造成的破损等。考虑到这点，本发明的发明人已经研究出：通过在从圆筒形状的内部观察到的谷部上(即，在外端部的后侧上)设置加强片材来抑制过滤器的中央部分附近的弯曲。
图4是示出了作为上述结构的典型实例的褶皱式过滤器10的结构的透视图。褶皱式过滤器10包括位于从过滤基材11的内部观察到的每个谷部上的加强片材2，加强片材2用作加强部件。片状加强片材2优选地附接至相邻V部分中央附近的一部分，以延伸至用作外端部的M部分的后侧。在该结构下，加强片材2是具有能够防止过滤器弯曲变形的强度的部件。此外，优选地，加强片材2不过度阻止过滤器的褶皱因未处理液体的压力而造成的扩张。具体而言，如图3B所示，在加强片材2防止过滤器以钝角(以形成“狗腿(dogleg)”形状)弯曲的同时，加强片材2优选地弯曲成缓和曲线，并且加强片材2优选地具有当未受到处理液体所施加的压力时返回至初始形状的恢复力。虽然在图4中以未固定的状态示出加强片材2，但加强片材2与过滤基材11被设置在圆筒上部的固定部件和设置在圆筒下部的固定部件固定在一起。固定部件是布置在圆筒上方和下方的圆盘状部件或环状部件，同时固定过滤基材11和加强片材2的形状和位置，这能够保持固定部分的水密性。优选地，使用树脂作为粘合剂来将固定部件固定至过滤基材11和加强片材2的上端和下端。
加强片材2是由选自包含有聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯和氯乙烯在内的组的树脂构成的片材，并且加强片材2优选地具有从片材的表面贯穿至另一表面的大量孔。从具有适合的强度和适合的恢复力的角度来看，聚丙烯是特别优选的。
当褶皱的折叠部被密集地布置时，容易阻塞被过滤的目标流体流动至筒状体内部。在加强片材2是不具有孔等的片材的情况下，会显著地阻塞流动并可能损害过滤性能。因此，加强片材2优选地是所谓的多孔片材或网状片材。从滤液的渗透与片材的强度之间的平衡的角度考虑，优选地使用约0.5mm至8mm的孔的尺寸(在网格的情况下，1mm至10mm的间距)。孔的尺寸更优选地为3mm至5mm(在网格的情况下，3mm至5mm的间距)。在考虑褶皱间距(相邻折叠部之间的间隔)和所需强度的情况下选择片材厚度。优选地使用0.3mm至2mm的片材厚度。片材厚度更优选地为0.5mm至1.5mm。
作为用作加强部件的部件的典型实例，在图5中示出网状片材。图5示出由树脂构成的网状片材的实例。即使使用简单片材作为加强片材也可以得到加强效果。然而，加强片材优选地具有从片材的表面贯穿至片材的另一表面的大量孔。这是因为此类加强片材不容易阻塞滤液的流动。此外，当加强片材的表面上除了具有大量孔之外还具有不规则体时，如在具有不规则体且如图5所示的网状片材中，还可以防止加强片材与过滤基材之间的除了结合部分之外的部分的紧密接触。除了网状片材之外，还可以使用通过在片材中形成大量孔而得到的穿孔材料以及具有呈三维网状结构的连续孔的片材等作为多孔材料。
(过滤装置)
作为包括上述褶皱式过滤器的过滤装置的优选应用实例，将参考附图具体地描述压载水处理设备的结构。现在将描述使用海水作为滤液和清洁液体的典型实例，因此，下文使用诸如已过滤水、清洁水、未处理水等名称。不仅在过滤装置用作压载水处理设备的情况下，而且在其他情况下，同样取得下述清洁效果。
图6A和图6B是示出了根据本发明实施例的用于处理船舶压载水的设备的实例的视图。图6A是示出了包含轴线的竖直截面的结构的示意图。图6B是示出了图6A中的水平A-A截面的结构的示意图。筒状褶皱式过滤器101围绕作为旋转中心的轴线布置，并安装为能够围绕布置在中央的中心管道140旋转(管道不旋转)。褶皱式过滤器101的上表面和下表面以防水方式被密封。可旋转的附接结构也需要具有防水结构。然而，附接结构不受特别限制，并可以使用已知的结构。壳体103设置为覆盖整个过滤器。壳体103包括外筒状部分131、盖件部分132和底部部分133。在底部部分133上设置有排出流动路径108。设置有未处理水流动路径106和未处理水喷嘴102，以将作为未处理水的海水引入到壳体103中。未处理水喷嘴102设置为从未处理水流动路径106延伸成具有位于壳体103的外筒状部分131内的喷嘴开口121，并且未处理水喷嘴102构造为使未处理水朝向密封褶皱式过滤器101的外周表面流动。为了使褶皱式过滤器101旋转，在褶皱式过滤器的中心轴线上设置有电动机190。电动机190容纳在电动机盖191中，并且被驱动控制单元(未示出)提供的电力驱动。
在该实施例中，从未处理水喷嘴102中喷射的未处理水施加于褶皱式过滤器101的褶皱的外周表面上，并且利用未处理水的压力得到清洁褶皱式过滤器101的效果。未被过滤的未处理水和沉积在壳体103中的悬浮体从位于壳体103的底部部分133上的排出流动路径108顺次排出。以下这点也是该设备的特征：在以上述方式连续不断地排出悬浮体和残留的未处理水的同时进行过滤。该特征的有利之处在于：可靠地实现压载水所需的100吨/小时以上的大处理量。尽管在附图中的排出流动路径108中未示出阀门等，但提供了维护和流量控制所需的装置。被褶皱式过滤器101过滤的已过滤水经由设置在过滤器中的中心管道140中的取水孔141被引导至已过滤水流动路径107，并被排出至壳体103的外部。
未处理水喷嘴102的喷嘴开口121可以具有矩形开口。大量的水从未处理水喷嘴102喷射到褶皱式过滤器表面上，从而产生沿褶皱式过滤器101的折叠部张开和闭合的方向的振动。结果，容易在折叠部中形成诸如裂口等孔。在该实施例中，将褶皱式过滤器包括加强片材的情况作为实例进行描述。为了得到下述清洁效果，加强片材不是必需的。
将参考附图对上述实施例中的喷嘴与褶皱式过滤器之间的关系进行描述。图7包括示出了作为未处理水喷嘴的端部的喷嘴开口部分50与褶皱式过滤器51之间的关系的示意图，并且图7仅示出整体上形成圆筒形状的褶皱式过滤器51的一部分。图7的A部分示意性地示出通过沿着筒状褶皱式过滤器51的沿高度方向的中央附近的线在与圆筒轴线垂直的方向上切开筒状褶皱式过滤器51而形成的截面的一部分。面向喷嘴开口部分的一侧是圆筒的外周侧。实际上，圆筒的外周侧上的褶皱之间的间隔比圆筒的内周侧上的褶皱之间的间隔大。附图中省略了过滤基材的厚度。因为过滤器具有一定厚度和刚度，所以过滤器的每个折叠部均不形成锐角并具有圆形形状。为了增大整体的过滤面积，褶皱的数量优选地较大。因此，褶皱之间的间隔较小，即，相邻褶皱非常紧密地布置。为了下文描述的缘故，褶皱的峰部依次分配符号a至j。图7的B部分示出了当从侧面观察褶皱式过滤器51时的状态。具体而言，图7的B部分示出了从图7的A部分中的喷嘴开口部分50的方向观察到的褶皱式过滤器51的外周表面的状态。为方便起见，仅用实线示出褶皱的山形折叠(mountain-fold)部分，而用虚线示出喷嘴开口部分50的开口部分。褶皱式过滤器51的上端和下端被固定部件(未示出)以一样的间距p固定。上固定部件与下固定部件之间的距离用h表示，因此，确定了有效用于褶皱式过滤器51的过滤的长度h。喷嘴开口部分50通常是矩形开口。喷嘴开口部分50的宽度用W表示，并且喷嘴开口部分50的长度用L表示。当开口具有圆形形状时，喷嘴开口部分50的最大有效宽度定义为W，并且喷嘴开口部分50的最大有效长度定义为L。该实施例描述了未处理水也用作清洁水的结构作为典型实例。因此，术语“喷嘴”指的是未处理水喷嘴。然而，在清洁水喷嘴分开设置的情况下，在术语“喷嘴”被看作清洁水喷嘴的同时，适用以下描述。
将参考图8和图9对清洁的原理进行描述。图8示出了清洁水从喷嘴开口部分50流动到褶皱式过滤器51的褶皱d与褶皱e之间的空间中的状态。如附图中的粗箭头所示，清洁水使褶皱扩张，并且清洁水进入到褶皱之间的空间(图中的d与e之间的空间)。在图8的A部分中，褶皱d朝褶皱c的方向扩张，而褶皱e朝褶皱f的方向扩张。如果停止褶皱式过滤器51并允许大量的清洁水缓慢流动，则褶皱式过滤器51的褶皱充分地扩张直到谷部的内部。在实际的设备中，在褶皱式过滤器旋转的同时，顺次允许清洁水(未处理水)在下一个褶皱之间的空间中流动。因此，一个褶皱停留在面向喷嘴开口部分的位置处的时间较短。因此，在清洁水进入沿褶皱深度方向的中途位置的同时，褶皱式过滤器连续地沿旋转方向移动。类似于图7，图8的B部分示出了从喷嘴开口部分50的方向观察到的图8的A部分中的褶皱式过滤器51的外周表面的状态。图8的B部分示出了因褶皱式过滤器51的上端和下端被固定而造成大致面向喷嘴的褶皱被扩张至两侧的状态。如上所述，在图8所示的状态下，清洁水使褶皱d与褶皱e之间的空间扩张。
图9示出了图8中的褶皱式过滤器51沿旋转方向移动一个间距的状态。A部分与B部分之间的关系与图8中的A部分与B部分之间的关系一样。清洁水流入的状态与图8中的清洁水流入的状态一样。然而，在该情况下，如粗箭头所示那样清洁水流动到褶皱c与褶皱d之间的空间中。这时，因为褶皱d朝褶皱e的方向扩张，所以褶皱被压向使褶皱d与褶皱e之间的空间变窄的方向。结果，已经流动到褶皱d与褶皱e之间的空间的沿褶皱深度方向的中途位置中的清洁水沿图中的褶皱d与褶皱e之间的粗箭头所示的方向被压出。以这种方式，曾经流动到褶皱之间的空间中的清洁水被压出，从而在褶皱式过滤器的表面上产生流动并实现表面的清洁。在因褶皱式过滤器51的旋转而造成的从图8中的状态变为图9中的状态的过程中，除非将清洁水充分地供应到褶皱的深处部分，否则不能够清洁褶皱式过滤器的整个外周表面。为了充分供应清洁水，需要相对于所供应的清洁水的流量降低褶皱式过滤器的旋转速度。这与为了进行大量过滤而增大旋转数相反。此外，过度增加流量可能导致过滤基材的破损，因此，流量存在限制。
图10示出了使用具有与图7中的喷嘴开口部分的开口尺寸不同的开口尺寸的喷嘴开口部分52的结构。与图7类似，图10仅示出整体上形成圆筒形状的褶皱式过滤器51的一部分。图10的A部分示意地示出通过沿着筒状褶皱式过滤器51的沿高度方向的中央附近的线在与圆筒轴线垂直的方向上切开筒状褶皱式过滤器51而形成的截面的一部分。面向喷嘴开口部分的一侧是圆筒的外周侧。与图7类似，褶皱的峰部依次分配符号a至j。图10的B部分示出了当从侧面观察褶皱式过滤器51时的状态。具体而言，图10的B部分示出了从图10的A部分中的喷嘴侧观察到的褶皱式过滤器51的外周表面的状态。为方便起见，仅用实线示出褶皱的山形折叠部分，而用虚线示出喷嘴开口部分52的开口部分。褶皱式过滤器51的上端和下端被固定部件(未示出)以一样的间距p固定。上固定部件与下固定部件之间的距离用h表示，因此，确定了有效用于褶皱式过滤器51的过滤的长度h。喷嘴开口部分52通常是矩形开口。喷嘴开口部分52的宽度用W表示，而喷嘴开口部分52的长度用L表示。当开口具有圆形形状时，喷嘴开口部分52的最大有效宽度定义为W，而喷嘴开口部分52的最大有效长度定义为L。在图10中，为了示出喷嘴开口部分与褶皱式过滤器之间的关系满足W≥4p和L≤h/2的典型状态，喷嘴开口部分52被示出具有约为W＝4p和L＝h/2的尺寸。
将参考图11对与图8和图9中的清洁状态不同的清洁状态进行描述。图11示出了清洁水从喷嘴开口部分52流动到褶皱式过滤器51的褶皱c与褶皱g之间的空间中的状态。褶皱式过滤器51沿旋转方向连续地旋转。如图中的粗箭头所示，可以发现：清洁水流动至褶皱之间的空间中并使褶皱扩张。由于褶皱的扩张，所以位于扩张的褶皱两侧的褶皱之间的空间减小。与图8中的喷嘴宽度较窄的状态不同，在图11的A部分中，因为喷嘴开口部分52的宽度较宽，所以清洁水流动至多个褶皱之间的空间中。在该结构的情况下，清洁水可以充分流动到褶皱之间的内谷部中。该状态由褶皱d、e和褶皱e、f示出。如褶皱f和褶皱g所示的那样褶皱之间的空间受到压力而减小，结果，已经流动到该空间中的清洁水被压出。因此，得到高清洁效果。此外，在该实施例中，确定了喷嘴高度较短。因此，如图11的B部分所示，清洁水流动为集中在褶皱式过滤器51的中央部分附近。褶皱式过滤器51的中央附近的一部分扩张，并且在该状态下，清洁水不在褶皱式过滤器51的上端和下端附近流动。因此，清洁水可以从褶皱式过滤器51的上端和下端连续地流出。该效果的取得也与喷嘴的宽度有关。具体而言，例如，与图9所示的褶皱之间的空间受到压力而立即减小且清洁水流出的情况不同，即使在使褶皱随后旋转一个间距(即，在图中褶皱e和褶皱f的位置)的状态下，已经流动到褶皱d与褶皱e之间的空间中的清洁水进一步接收清洁水的流入压力。因此，清洁水流动为漏出至褶皱的上部和下部，并可以从不面向喷嘴的上部和下部中流出。以这种方式，通过适当地选择喷嘴开口部分的宽度和长度，除了通过使上述褶皱张开和闭合来产生流动之外，还可以沿褶皱式过滤器的高度方向产生清洁水的连续流动。因此，得到更高的清洁效果。
为了得到该效果，喷嘴开口部分优选地位于面向沿褶皱式过滤器51的高度方向(即，折叠部的脊线方向)的中央部分的位置。褶皱的中央部分远离上固定端和下固定端，因此，褶皱可以有效地扩张。此外，清洁水的流动沿竖直方向分散，并有效地形成清洁的流动。
为了得到上述清洁效果，优选地满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，p表示褶皱之间的间隔，h表示沿脊线方向的有效用于过滤的长度，W表示喷嘴的开口宽度，而L表示喷嘴的沿脊线方向的开口长度。褶皱之间的空间最大扩张至初始宽度p的2至3倍。因此，即使在相邻褶皱扩张的情况下，为了在褶皱中央高度处接收清洁水的射流，喷嘴开口部分的宽度优选地至少为褶皱之间的间隔的4倍。该宽度不可以无益地增大并优选地为4倍以上且5倍以下。因为开口的上部和下部中需要清洁水离开的路径，所以喷嘴开口部分的长度比褶皱的长度短。为了有效地排出清洁水，优选地在上部和下部存在尺寸均为褶皱长度的约1/4的空间。因此，喷嘴开口部分的长度优选地为褶皱式过滤器的长度的1/2以下。另一方面，为了将清洁水与来自中央的射流一起引入到褶皱中，并防止从中央部分引入的清洁水从中央排出以便将清洁水从上部和下部排出，需要褶皱式过滤器的长度的约1/5的长度。喷嘴开口部分的长度优选地为1/2以下且1/4以上。
(实例1)
为了确认加强片材所得到的效果，使用如图6A和图6B中所示的压载水处理设备进行过滤。褶皱式过滤器51具有680mm的外径、200mm的沿轴向的有效长度、70mm的褶皱深度和450个褶皱数量。褶皱之间的间隔p计算为4.7mm。使用以下材料。
过滤基材：聚对苯二甲酸乙二醇酯非织造布(商品名称：AXTARTMG2260-1SBK0，东丽工业公司(TorayIndustries,Inc.)制造)
加强片材：聚丙烯网状片材(商品名称：TRICALNETSN-598，他喜龙有限公司(TakironCo.,Ltd)制造)
网格间距4.8mm×4.8mm
名义厚度1.5mm(经线1.5mm，纬线1.2mm)
在该设备中，在相同的条件下进行过滤操作。对褶皱式过滤器的内部和外部之间的压差与开始时的该压差相比直到增加了10kPa为止的操作时间进行对比。使用两种类型的矩形喷嘴进行过滤。根据结果，在宽度W×长度L的尺寸为8×200(mm)的喷嘴中，操作时间是14个小时。另一方面，在宽度W×长度L的尺寸为32×50(mm)的喷嘴中，操作时间更长，即，50个小时，并且可以确认的是，不容易发生堵塞。
(实例2)
为了确认加强片材所得到的效果，使用如图6A和图6B中所示的压载水处理设备进行过滤。褶皱式过滤器51具有790mm的外径、375mm的沿轴向的有效长度、70mm的褶皱深度和517个褶皱数量。褶皱之间的间隔p计算为4.8mm。使用以下材料。
过滤基材：聚对苯二甲酸乙二醇酯非织造布(商品名称：AXTARTMG2260-1SBK0，东丽工业公司(TorayIndustries,Inc.)制造)
加强片材：聚丙烯网状片材(商品名称：TRICALNETSN-598，他喜龙有限公司(TakironCo.,Ltd)制造)
网格间距4.8mm×4.8mm
名义厚度1.5mm(经线1.5mm，纬线1.2mm)
在该设备中，在相同的条件下进行过滤操作。对褶皱式过滤器的内部和外部之间的压差与开始时的该压差相比直到增加了10kPa为止的操作时间进行对比。使用两种类型的矩形喷嘴进行过滤。根据结果，在宽度W×长度L的尺寸为8×300(mm)的喷嘴中，操作时间是47个小时。另一方面，在宽度W×长度L的尺寸为28×123(mm)的喷嘴中，操作时间更长，即，99个小时，并且可以确认的是，不容易发生堵塞。
(用于处理船舶压载水的系统)
图12是示意性地示出了用于处理船舶压载水的系统的总体结构的说明图，其中，上述压载水处理设备用作过滤装置。在图12中，未处理水是从海洋中得到的海水，利用泵21经由管道31供给，并经由管道32供应至过滤装置22。在过滤装置22中过滤的过滤水穿过管道33，并供给至诸如紫外线照射装置或电解质装置等杀菌装置23(不是必需的)。没有在过滤装置22中过滤的排出水经由管道35被导向至装置的外部。已经经过杀菌处理的海水经由管道34和36被供给至水箱24。
工业实用性
在海水淡化、诸如压载水等微咸水/海水的利用或诸如污水、人类生活污水、工业废水等的水处理的情况下，本发明的过滤装置适于在用于除去水中的异物、污染物和微生物的初步过滤处理中使用。此外，过滤装置适用于高悬浊质/高SS含量的水处理和浓缩处理，因此也可以在收集有价值的可回收材料的领域中使用，例如，在食品领域中使用。

Claims (5)

1.一种过滤装置，其包括作为过滤膜的褶皱式过滤器，所述褶皱式过滤器由过滤基材形成，所述过滤基材具有峰部和谷部重复的折叠部，所述褶皱式过滤器具有轴向为所述折叠部的脊线方向的圆筒形状，
其中，所述褶皱式过滤器能够围绕所述圆筒形状的圆筒轴线旋转，
所述过滤装置包括喷嘴，所述喷嘴设置为面向所述褶皱式过滤器的外周表面且朝向所述外周表面喷射液体，并且
满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，
在所述褶皱式过滤器的外周侧上的所述折叠部中，p表示褶皱之间的间隔，而h表示沿所述脊线方向的有效用于过滤的长度，以及
在所述喷嘴的开口部分中，W表示沿与所述脊线方向垂直的方向的开口宽度，而L表示沿所述脊线方向的开口长度。
2.根据权利要求1所述的过滤装置，其中，所述喷嘴的沿所述开口长度的方向的中央部分设置在面向所述褶皱式过滤器的沿所述脊线方向的中央部分的位置。
3.根据权利要求1或2所述的过滤装置，其中，所述喷嘴是具有用W表示的所述开口宽度和用L表示的所述开口长度的矩形喷嘴。
4.一种压载水处理设备，其包括作为过滤膜的褶皱式过滤器，所述褶皱式过滤器由过滤基材形成，所述过滤基材具有峰部和谷部重复的折叠部，所述褶皱式过滤器具有轴向为所述折叠部的脊线方向的圆筒形状，
其中，所述褶皱式过滤器能够围绕所述圆筒形状的圆筒轴线旋转，
所述压载水处理设备包括未处理水喷嘴，所述未处理水喷嘴设置为面向所述褶皱式过滤器的外周表面且朝向所述外周表面喷射液体，
满足关系4p≤W和h/5≤L≤h/2，在所述褶皱式过滤器的外周侧上的所述折叠部中，p表示褶皱之间的间隔，而h表示沿所述脊线方向的有效用于过滤的长度，以及
在所述未处理水喷嘴的开口部分中，W表示沿与所述脊线方向垂直的方向的开口宽度，而L表示沿所述脊线方向的开口长度，
所述褶皱式过滤器的所述圆筒的上表面和所述圆筒的下表面均以防水方式被密封，并且
所述压载水处理设备包括：
壳体，其包括外筒状部分，所述外筒状部分设置为包围所述褶皱式过滤器并在内部包括所述未处理水喷嘴的喷嘴开口，
已过滤水流动路径，其将已经穿过所述褶皱式过滤器的已过滤水从所述褶皱式过滤器的所述圆筒的内部引导至所述壳体的外部，
排出流动路径，其将未被所述褶皱式过滤器过滤的排出水排出至所述壳体的外部。
5.一种处理压载水的方法，所述方法包括：将根据权利要求4所述的压载水处理设备安装在船体中；使用从所述船体的外部得到的海水作为未处理水；进一步对由所述压载水处理设备处理的已过滤水进行杀菌处理；以及随后将所得到的水存储在所述船体中作为压载水。
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