CN106457096A - 褶皱式滤筒、使用褶皱式滤筒的压载水处理设备以及压载水处理方法 - Google Patents

褶皱式滤筒、使用褶皱式滤筒的压载水处理设备以及压载水处理方法 Download PDF

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Abstract

一种褶皱式滤筒具有：褶皱式过滤器，其包含过滤器基材，过滤器基材具有包括重复的峰部和谷部的折叠部并且其轴向是折叠部的脊线方向；以及固定部件，其位于褶皱式过滤器的上底部和下底部。褶皱式滤筒包括位于峰部中的用于折叠部的加强结构，峰部是朝向圆筒形状的外侧突出的部分。该加强结构包括以下两者：树脂加强结构，其具有作为其加强体的树脂，该树脂覆盖折叠部中的基材的表面，或者该树脂浸透在折叠部中的基材中；以及部件加强结构，其具有加强部件，加强部件与过滤器基材分离并且被设置成跟随折叠部。

Description

褶皱式滤筒、使用褶皱式滤筒的压载水处理设备以及压载水 处理方法
技术领域
本发明涉及一种主要用于过滤液体的褶皱式过滤器的结构。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具有褶皱形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公开了使用圆筒形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：通过在旋转圆筒形过滤器的同时朝向圆筒形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设备。
近年来，船舶中所承载的压载水的处理已成为一个问题。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。专利文献3(其同样涉及由本发明的申请人提交的发明)描述了褶皱式过滤器的谷部的开裂等可能会引起问题，并公开了用于加强褶皱式过滤器的手段。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2008-93783
专利文献2：日本专利No.4835785
专利文献3：日本未审查专利申请公开No.2012-245428
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、或诸如污水、人类生活污水或工业废水等的水处理的情况下，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发生处理量或过滤功能的下降。
专利文献2中公开的设备是这样一种过滤设备：圆筒形过滤器安装在管状壳体中，并且从圆筒形过滤器的外部流动到内部的液体被收集作为滤液。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。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未过滤液体喷射在过滤器的过滤表面上而获得清洁效果。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圆筒形过滤器，由此连续且周期性地改变喷嘴所喷射的未过滤液体在过滤器的过滤表面上的施加位置。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未过滤液体保持在一定的高流量水平以上。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未过滤液体，因此圆筒形过滤器随时间劣化并发生破损，并且部分未过滤液体可能与滤液直接混合，而不穿过过滤器。
如专利文献3所描述的那样，本发明的申请人关注谷部中发生的破损。本发明的申请人假设因以下机制而发生破损。具体而言，力沿打开谷部中的折叠部的方向被施加到谷部上，并且拉伸应力集中在过滤器基材处。鉴于此，本发明的申请人一直研究用于加强谷部的装置。然而，可以发现，即使谷部被加强，也可能在长时间运转期间发生破损。
因此，本发明的目的在于提供一种能够防止因使用而造成的劣化和破损且能够被长时间稳定地使用的褶皱式过滤器和褶皱式滤筒、一种使用褶皱式过滤器或褶皱式滤筒且作为过滤设备的压载水处理设备、一种使用该压载水处理设备的压载水处理方法。
解决技术问题的方案
作为对过滤器劣化的深入研究的结果，本发明的发明人确认了以下现象：在与受到高流量的未过滤液体的喷射的过滤器的褶皱的峰部侧对应的折叠部中发生破损，并得出以下构造。
具体而言，褶皱式过滤器包括过滤器基材，所述过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，所述圆筒形状的轴向是折叠部的脊线方向，其中，所述褶皱式过滤器包括位于所述峰部中的用于折叠部的加强结构，所述峰部是朝向所述圆筒形状的外侧突出的突出部。一种褶皱式滤筒，包括：褶皱式过滤器，其包含过滤器基材，所述过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，所述圆筒形状的轴向是所述折叠部的脊线方向；以及固定部件，其设置在所述褶皱式过滤器的上底部和下底部，其中，所述褶皱式过滤器包括位于所述峰部中的用于折叠部的加强结构，所述峰部是朝向所述圆筒形状的外侧突出的突出部，并且所述加强结构包括：树脂加强结构，其包括作为加强体的树脂，所述树脂覆盖所述折叠部中的所述基材的表面，或者所述树脂被允许浸透在所述折叠部中的所述基材中；以及部件加强结构，在所述部件加强结构中，与所述过滤器基材分离地设置的加强部件被布置成沿着所述折叠部延伸。
本发明公开了一种包括过滤用的褶皱式过滤器或褶皱式滤筒的压载水处理设备，所述褶皱式过滤器的圆筒顶面和圆筒底面均以不透水的方式被密封，所述褶皱式过滤器围绕圆筒轴线被可旋转地保持；未处理水喷嘴将未处理水喷向所述褶皱式过滤器的外周表面；壳体包括外筒部，所述外筒部设置为围绕所述褶皱式过滤器，并且所述外筒部中包括所述未处理水喷嘴的喷管开口；已过滤水流动路径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；以及排出流动路径将未被所述褶皱式过滤器过滤的排出水排出到所述壳体的外部。
本发明还公开了一种用于处理压载水的方法，所述方法包括：将压载水处理设备安装到船体中；使用取自所述船体外部的海水作为未处理水；对所述压载水处理设备所处理的已过滤水进一步施加灭菌处理；以及随后将所得到的水储存在所述船体中作为压载水。
本发明的有益效果
可以提供一种能够防止因使用而造成的破裂从而有助于被长时间稳定使用的褶皱式过滤器和褶皱式滤筒、一种使用该褶皱式过滤器或褶皱式滤筒的压载水处理设备。
附图说明
图1是示出褶皱式过滤器的典型结构实例的示意性透视图。
图2是图1中的褶皱式过滤器的横截面的局部放大图。
图3A是示出从侧面观察到的图1中的褶皱式过滤器的一部分的视图，并且是示意性地示出弯曲发生之前的状态的视图。
图3B是示出从侧面观察到的图1中的褶皱式过滤器的一部分的视图，并且是示意性地示出弯曲(这可能导致破损)的状态的视图。
图4是示出用树脂进行了加强的折叠部(作为加强结构的实例)的放大示意图。
图5是示出用树脂进行了加强的折叠部的另一实施例(作为加强结构的实例)的示意图。
图6是示出用树脂进行了加强的折叠部的另一实施例(作为加强结构的实例)的示意图。
图7是褶皱式过滤器的折叠部的放大示意图。
图8是示出用树脂进行了加强的折叠部的另一实施例(作为加强结构的实例)的示意图。
图9是示出包括加强片材(其为加强结构的实施例)的褶皱式过滤器的结构的实例的示意性透视图。
图10是示出图9中的褶皱式过滤器的一部分的示意性放大俯视图。
图11是示出图9中的褶皱式过滤器的固定结构的示意性侧视图。
图12是示出网状片材(其作为加强片材的实例)的结构的透视图。
图13是示出以下结构(作为加强结构的组合的实例)的示意性放大剖视图：树脂加强结构设置在位于峰部M处的折叠部中，并且用作加强部件的加强片材设置在峰部的背侧。
图14是示出以下结构(作为加强结构的组合的实例)的示意性放大剖视图：树脂加强结构设置在位于峰部M处的每个折叠部中，用作加强部件的加强片材设置在每个峰部的背侧，并且树脂加强结构还设置在位于谷部V处的每个折叠部中。
图15是示出包括加强片材(其为加强结构的实施例)的褶皱式过滤器的结构的另一实例的示意性放大俯视图。
图16是示出经过压花加工的过滤器基材的实例的视图。
图17是示出褶皱式滤筒的结构的典型实例的示意性透视图。
图18是示出根据本发明实施例的压载水处理设备的实例的视图，并且是示出包含轴线的竖直截面的结构的示意性剖视图。
图19是示出图18中的水平A-A截面的结构的示意图。
图20是示出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整体结构的实例的图。
图21是示出通过威伯尔图表获得的寿命估计结果的曲线图。
附图标记列表
1、11 基材
2 树脂
3 树脂片材
10、101 褶皱式过滤器
12、13 固定部件
20、22 加强片材
51 水箱
53 过滤装置
54 灭菌装置
52 泵
31、32、33、34、35、36 管道
102 未处理水喷嘴
103 壳体
106 未处理水流动路径
107 已过滤水流动路径
108 排出流动路径
121 喷管开口
131 外筒状部分
132 盖件部分
133 底部部分
140 中心管道
141 取水孔
190 电动机
具体实施方式
[本发明的各实施例的描述]
现在将列出并描述本发明的各实施例。
本发明公开的实施例是褶皱式过滤器，褶皱式过滤器包括过滤器基材，过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，圆筒形状的轴向是折叠部的脊线方向，其中，褶皱式过滤器包括位于峰部中的用于折叠部的加强结构，峰部是朝向圆筒形状的外侧突出的突出部。换言之，褶皱式过滤器整体具有环形形状，同时折叠部的脊线交替平行地形成多个峰部和谷部。褶皱式过滤器可以用于从圆筒形状的外侧到内侧的过滤或从内侧到外侧的过滤。
在本文中，术语“加强”指的是减少在过滤器基材的折叠部中产生破裂的发生，也就是说，增加抵抗破裂的强度。术语“加强”不用于指过滤器基材本身的机械强度的增加或作为结构的整个褶皱式过滤器的机械强度的增加。在这个意义上，加强结构与当过滤器基材由非常薄的膜等形成时为了保持过滤器的形状而使用的骨结构和框架区别开来。术语“破裂”指的是形成在过滤器基材中的裂纹或细孔，并且指的是这样的损坏：原始过滤功能受损；以及应当通过过滤被去除的物质穿过过滤器基材。术语“加强结构”一般来说指的是用于进行加强的结构，并且也可以指的是“加强装置”或“加强部”。术语“加强结构”是表示减少或防止破裂的结构的通用术语，并且指的是添加到过滤器以减少此类破损的产生的结构、过滤器基材加工、它们的组合、包括过滤器基材的加强部。
在褶皱式过滤器中，由于待过滤流体的压力或压力的变化，应力或应力变化被施加到折叠部(其为褶皱的被折叠部分)上。具体而言，当待过滤流体为诸如水等液体时，施加到过滤器上的压力比在诸如空气等气体的情况下施加到过滤器上的压力大。因此，折叠部变形，并且容易发生破裂。即使在均匀压力施加到整个褶皱式过滤器的状态下使用褶皱式过滤器的情况下，压力也集中在折叠部处。此外，当压力变化时，折叠部容易变形，并且破裂的可能性增加。根据发明人进行的实验，可以确认，在形成峰部和谷部的折叠部中容易发生破裂。还发现，折叠部的表现是不同的，并且在峰部与谷部之间，破裂发生的条件也是不同的。
现在将在以下情况的假设下描述峰部和谷部：从圆筒外侧供应待过滤液体，并且从圆筒内侧排出已被过滤器的基材过滤的液体。当待过滤液体(未过滤液体)的流动方向逆转时，峰部变为谷部，反之亦然。具体而言，接收待过滤液体流一侧的表面(与待过滤液体接触的表面)位于峰部侧的折叠部被称为峰部。与此相反，接收待过滤液体流一侧的表面位于谷部侧的折叠部被称为谷部。如果过滤器不具有圆筒形状，而是具有平板形状，则对于加强而言，可以根据过滤方向来解释该定义。
当待过滤液体进入褶皱内侧时，褶皱的宽度扩展。作为这种运动的结果，在褶皱中产生待过滤液体的流动，并且褶皱中的过滤器被充分地清洗。此时，因为待过滤液体的压力，力沿折叠部打开的方向施加到谷部。此外，由于折叠部的弯曲角度随压力的变化而改变(即，褶皱开闭)，因此谷部破裂的可能性因拉伸应力和重复弯曲而增加。
另一方面，因为待过滤液体的应力，应力沿使折叠部闭合的方向施加到峰部。因此，与谷部不同，沿折叠部打开的方向的应力不太可能施加到峰部。因此，可以认为，不太可能发生因相同机制而造成的破裂。在峰部中，当待过滤液体的应力集中在一个峰部或多个连续布置的峰部中的峰部之间的间隙处时，力沿使峰部变得分离的方向施加。对于褶皱式过滤器整体，折叠部的上端和下端是固定的。因此，当峰部移动成彼此分离时，张力施加在峰部的脊线上，并且容易发生变形，其中，峰部的脊线在中央附近急剧地弯曲。容易在这种弯曲部中发生破裂。
为了防止这种破裂，通过提供加强结构，可以减少过滤不良的发生，提高褶皱式过滤器的强度从而延长寿命，并且还能够实现过滤装置的长期运转。对于过滤装置而言，可以减少包括更换过滤器所需的组件和工作在内的操作成本。此外，可以提高过滤装置的过滤量和过滤速度。
加强结构的实施例是树脂加强结构，该树脂加强结构包含作为加强体的树脂，树脂覆盖折叠部中的基材的表面，或者树脂被允许浸透在折叠部中的基材中。可以通过将树脂材料(其不太可能破裂)与过滤器基材组合来减少破裂的可能性。当诸如无纺布等纤维基材用作过滤器基材时，这种结构特别有效。具体而言，允许树脂浸透在过滤器基材中的结构能够实现更显著的效果。
诸如聚对苯二甲酸乙二酯无纺布等无纺布特别优选地用作过滤器基材。从微观上看，由无纺布等形成的过滤器基材具有以下结构：纤维多重交织在一起。过滤器基材的破裂形式是作为基材的折叠部的反复变形的结果由施加到基材上的局部力造成的一些纤维的断裂。在容易发生破裂的这种折叠部中，通过用树脂覆盖基材表面，或者特别是通过允许树脂浸透在基材中，可以加强纤维之间的连接并且减少破裂。
优选地通过用树脂浸渍基材来进行树脂的浸透。这种方法的优选之处在于：可以通过相对简单的手段用树脂对基材的内部进行强固地加强。基材和树脂的一体化(形成加强体)提高了强度，或者破裂的减少有效地提高了寿命。可以采用诸如树脂的涂覆和浸没在树脂中(其中，树脂在被允许浸透在基材中之后固化)等各种手段作为渗透用的手段。聚氨酯特别优选地用作浸渍树脂。最简单的浸渍方法是包括以下步骤的方法：沿着折叠部涂覆树脂；以及在允许所涂覆的树脂渗透到过滤器基材中的状态下，固化树脂。为了获得高防破裂效果，优选地允许树脂从涂覆树脂的基材表面浸透到相反侧的表面。优选地用辊或刷子涂覆树脂，以便至少包含折叠部的端部。优选地涂覆成覆盖整个折叠部。术语“整个折叠部”指的是在与褶皱的折叠部垂直的横截面中曲率的两个拐点之间的折叠部，每个拐点位于以下位置：在该位置处，原始直线部通向弯曲部。
可以通过将树脂部件涂覆于基材的表面来形成树脂加强结构。这种方法的优选之处在于：可以特别增加覆盖表面的树脂的厚度，以实现强固的加强。可以使用粘合剂或使用树脂本身的粘附性来进行该涂覆。在这种结构的实施例中，当通过热熔接来应用作为加强体的树脂片材时，基材可以浸渍有一部分熔接树脂。
将描述本发明所包括的另一实施例。一种褶皱式过滤器包括过滤器基材，该过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，圆筒形状的轴向是折叠部的脊线方向，其中，褶皱式过滤器包括用于峰部的加强结构，峰部是朝向圆筒形状的外侧突出的突出部，并且加强结构是部件加强结构，在该部件加强结构中，与过滤器基材分离地设置的加强部件被布置在峰部中的折叠部的背侧，从而沿着折叠部延伸。
此外，褶皱式过滤器中的加强结构优选地包括以下两者：树脂加强结构，其包含作为加强体的树脂，该树脂覆盖折叠部中的基材的表面，或者该树脂被允许浸透在折叠部中的基材中；以及部件加强结构，在该部件加强结构中，与过滤器基材分离地设置的加强部件被布置成沿着折叠部延伸。由于部件加强结构和树脂加强结构中的每一者均比较有效，因此通过设置这两种加强结构可以更有效地实现加强。
加强部件是这样的部件：其随着折叠部的变形而变形，例如，加强部件设置成对形成峰部的折叠部进行加强，从而在折叠部的凹部侧附近沿着折叠部延伸。例如，可以使用诸如圆柱部件或棱柱部件等棒状构件或片状部件。在片状部件的情况下，该片状部件被布置成使得其端面沿着过滤器基材的折叠部延伸(该端面可以始终与折叠部接触，但不必一定与折叠部接触)。对于加强部件而言，不优选的是，以折叠部不变形的方式加强折叠部。加强部件优选地变形从而跟随折叠部的变形。优选地，加强部件是支撑基材以防止局部变形(也就是说，弯曲)并且有助于从变形恢复的部件。片状部件(在下文中，可以称为“加强片材”)适于加强折叠部，因为这种片状部件具有各向异性，其中，片状部件容易沿片材弯曲的方向(也就是说，沿与片材的表面垂直的方向)变形，但不沿片材的表面的方向变形。
作为各加强片材，优选地使用具有大量从正面穿透到背面的孔的平板状基材，即，多孔片材。具体而言，网状片材的使用是简单和容易的。加强片材是具有足以防止过滤器弯曲变形的强度的部件。另外，需要考虑的是，加强片材不过度妨碍过滤器的褶皱因未处理水的压力而造成的扩展。此外，优选的是，考虑过滤液体的平稳流动，并减少整个过滤器的重量。
加强片材的材料不受特别限制，只要能够实现上述优点即可。通常，加强片材优选地由选自由聚丙烯、聚乙烯(具体而言，在恢复力方面，为中密度至低密度聚乙烯)、诸如尼龙等聚酰胺树脂、诸如聚对苯二甲酸乙二酯等聚酯树脂、聚氯乙烯组成的组中的任意树脂形成。从例如制造期间的处理容易性、降低重量和成本等方面考虑，优选地使用具有所需强度的树脂部件。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。一些金属材料和诸如玻璃-陶瓷等非金属材料在强度方面具有比树脂的性能优异的性能。然而，在本实施例中，还需要应对变形的恢复力。因此，在金属的情况下，优选地使用弹簧材料或进行淬火处理。但是，综合考虑用于形成网状结构的加工和海水的腐蚀性，上述树脂材料更合适。
关于尺寸，考虑例如在下述压载水处理设备上的应用，从过滤液体的渗透和片材的强度之间的平衡的角度来看，优选地使用尺寸为约0.5mm至8mm(在网格的情况下，间距为1mm至10mm)的孔。更优选地，孔的尺寸为3mm至5mm(在网格的情况下，间距为3mm至5mm)。在考虑褶皱间距(相邻谷部之间的间隔)和所需强度的情况下选择片材的厚度。所使用的片材的厚度优选地为0.3mm至2mm，并且更优选为0.5mm至1.5mm。
加强片材不限于彼此独立的片材。作为选择，具有折叠部的加强片材可以设置为沿着过滤器基材的圆筒形状的内表面延伸。
此外，过滤器基材可以经过压花加工。压花加工是通常用作在过滤器基材上形成大量连续凹凸部的加工的加工方法。使用具有这种表面的过滤器基材能够抑制所得过滤器的弯曲。这种结构的优选之处在于：通过压花形成的间隙用作流动路径，该流动路径不会妨碍未处理水流入到折叠褶皱的内部和已被过滤的已处理水的排出。
除了峰部中的加强结构之外，褶皱式过滤器还特别优选地包括位于形成谷部的折叠部中的树脂加强结构，该树脂加强结构包含作为加强体的树脂，树脂覆盖基材的表面，或者树脂被允许浸透在折叠部中的基材中。这样做的原因如下所述。当待过滤液体在谷部中流动时，力沿折叠部打开的方向施加在谷部上。由于拉伸应力集中在过滤器基材处，因此容易发生诸如开裂等破损。此外，当待过滤液体在峰部中的褶皱之间流动且一个褶皱的宽度由此增大成扩展到原始宽度数倍的宽度时，与已扩展褶皱的两侧相邻的褶皱的谷部被从原始位置压向左边和右边。结果，与发生在峰部中的现象一样，也可能在谷部中发生脊线急剧弯曲的变形。
本发明的又一实施例是褶皱式滤筒，该褶皱式滤筒包括：上述褶皱式过滤器中的任一者；以及固定部件，其设置在褶皱式过滤器的上底部和下底部。为了使用过滤用的筒状褶皱式过滤器，上底部和下底部需要被密封，使得不会在圆筒的内部与外部之间发生液体泄漏。这种密封结构可以形成为过滤装置的一部分。密封结构优选地预先构成为包括褶皱式过滤器以及与褶皱式过滤器成一体的固定部件的褶皱式滤筒。褶皱式滤筒在制造和运输期间的处理比较容易。褶皱式滤筒在安装在设备中期间也容易处理。
当从褶皱式滤筒的圆筒形状的外侧观察时，上端和下端被固定部件固定的加强部件优选地设置在峰部的背侧。作为用于减少峰部中的折叠部的破损的手段，每个加强部件的上端和下端被固定部件固定的部件加强结构比较有效。加强部件的典型实例是由树脂形成的加强片材。加强部件不限于此。可以用其它部件或其它加强手段替代加强部件。作为选择，可以组合使用多其它加强手段。作为用于加强峰部的其它手段，优选地组合使用上述树脂加强结构。可以预计，能够获得协同的加强效果。加强部件的上端和下端优选地由固定部件单独固定。也就是说，优选地，未设置将彼此相邻的加强部件连接的其它部件。彼此相邻的加强部件除了其上端和下端之外可以自由移动和变形。因此，加强部件容易跟随褶皱的变形来提高加强效果。
本发明公开了一种使用褶皱式过滤器或褶皱式滤筒进行过滤的压载水处理设备。具体而言，压载水处理设备包括过滤用的上述筒状褶皱式过滤器，褶皱式过滤器的圆筒顶面和圆筒底面均以不透水的方式被密封，褶皱式过滤器围绕圆筒轴线被可旋转地保持；未处理水喷嘴将未处理水喷向褶皱式过滤器的外周表面；壳体包括外筒部，外筒部设置为围绕褶皱式过滤器，并且外筒部中包括未处理水喷嘴的喷管开口；已过滤水流动路径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；以及排出流动路径将未被褶皱式过滤器过滤的排出水排出到壳体的外部。
在具有上述结构的设备中，从圆筒形褶皱式过滤器的圆筒外部的喷管开口将未处理水喷向褶皱式过滤器的外表面，因此未处理水的压力集中在褶皱的一部分上。结果，沿褶皱打开的方向施加压力，并且在谷部和峰部的每一者中更可能发生过滤器的破损。鉴于此，通过采用上述加强结构，能够期待诸如抑制过滤不良的发生、因延长了褶状过滤器的寿命而能够实现设备的长期运转、降低操作成本等优点。
在这种情况下，褶皱式过滤器的顶部和底部可以被盖部件固定和密封。可以以褶皱式过滤器和固定部件彼此成一体的褶皱式滤筒的形式使用褶皱式过滤器。固定部件还可以用作盖件。
一种使用褶皱式过滤器或褶皱式滤筒进行过滤的方法可以是用于处理压载水的方法，该方法包括：将压载水处理设备安装到船体中；使用取自船体外部的海水作为未处理水；对压载水处理设备所处理的已过滤水进一步施加灭菌处理；以及随后将所得到的水储存在船体中作为压载水。
与现有技术相比，通过使用该设备或使用该方法，能够减少过滤器的破损，并且过滤器可以长时间稳定地使用，而不造成过滤不良。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。
[本发明的各实施例的细节]
现在将参考附图描述根据本发明的褶皱式过滤器、褶皱式滤筒和压载水处理设备的结构。本发明的范围不限于这些实施例，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是示出了根据本发明实施例的褶皱式过滤器的典型结构的示意性透视图。通过沿着平行的折叠部折叠平面带状基材1以具有交替的峰部和谷部来形成褶皱形状，并且进一步进行连接以具有圆筒形状，从而得到褶皱式过滤器10。下面将圆筒形褶皱式过滤器描述为特别有效的褶皱式过滤器的典型实例。然而，就防止破裂的效果而言，本文所公开的加强结构不仅适用于筒状褶皱式过滤器，而且还适用于平板状过滤器。
将基于以下假设进行描述：在图1中，从圆筒形褶皱式过滤器10的圆筒外侧供应待过滤液体，并且从圆筒内侧排出已被过滤器的基材1过滤的液体。即使在过滤器具有平板形状等情况下，也可以根据与过滤的使用形式对应的待过滤液体的流动方向(施加压力的方向)来解读以下描述。朝向施加待过滤液体的压力的一侧突出的折叠部被定位为峰部。在图1中，作为朝向圆筒形状外侧突出的折叠部的部分M是峰部，并且作为朝向圆筒形状内侧突出的折叠部的部分V是谷部。
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)等材料形成的拉伸多孔体、相分离多孔体、无纺布。为了以高流量进行处理，特别适合使用由诸如聚对苯二甲酸乙二酯等聚酯形成的无纺布。
在图1中，用于防止破裂的加强结构可以设置在作为折叠部的谷部或峰部中或者谷部和峰部的每一者中。将对谷部和峰部进行描述。图2是图1中的褶皱式过滤器的横截面的局部放大图，该横截面与褶皱式过滤器的圆筒轴线的方向垂直。参考字符V表示谷部，而参考字符M表示峰部。将参照图2描述施加到过滤器基材1上的力。在图2中，平行布置的箭头示出从M侧供应待过滤流体的状态。压力P沿褶皱打开的方向施加在过滤器基材1上。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，并且振动和重复弯曲作用在过滤器基材1上。在受到待过滤液体的压力的褶皱式过滤器中，压力P沿折叠部打开的方向被施加在谷部上，并且拉伸应力集中在谷部的基材1处。当压力变化时，弯曲被重复地施加到折叠部上。因此，可以认为，特别是，因基材的沿着折叠部的脊线的开裂而容易在谷部中形成孔。因此，在谷部中，优选的是，采取措施以防止破裂，使得折叠部不太可能开裂。
图3A和图3B均是示出了从圆筒的侧面观察到的图1中的褶皱式过滤器的一部分的视图。将参考图3A和图3B描述因上述压力P而在褶皱式过滤器中产生的破损的实例。图3A示意地示出了弯曲发生之前的状态。图3B示意地示出了弯曲(其可能导致破损)发生时的状态。参考字符M表示峰部，而参考字符V表示谷部。过滤器的上端和下端被固定，以固定形状并实现密封(未在图中示出固定部件)。因此，当如图2所示那样沿峰部中的折叠部打开的方向重复施加压力时，过滤器中央附近的部分D可能沿图3B所示的方向弯曲。当重复发生该弯曲时，在过滤器基材1的部分D中产生诸如龟裂或撕裂等破裂，并且过滤功能可能受损。具体而言，当待过滤液体为诸如水等液体时，过滤器受到的压力比在诸如空气等气体的情况下受到的压力大，因此，过滤器容易在折叠部中发生破损。因此，在峰部中，优选的是，采取措施以防止破裂，使得折叠部的脊线不太可能弯曲。
此外，在图3B所示的状态下，部分D与部分D之间的距离可能扩展到原始宽度数倍以上的长度，使得甚至褶皱的内部部分也可能被扩展。设置在扩展褶皱的左侧和右侧的褶皱(在图中，设置在位于扩展部分D外侧的谷部中的褶皱)被压向左侧和右侧。结果，也可能在谷部中产生与图3B的部分D类似的弯曲。因此，还可以在谷部中观察到由与图中部分E的公知破损不同的机制导致的破损，该公知破损由折叠部的开闭导致。因此，同样在谷部中，优选的是，采取措施以防止破裂，使得折叠部的脊线不太可能弯曲，并且因弯曲而造成的破裂不太可能发生。
(树脂加强结构)
在作为多孔树脂片材的过滤器基材的折叠部的防破裂结构的实施例中，折叠部附近的部分可以用树脂来加强。用于向过滤器基材施加树脂(作为加强结构)的手段的实例包括对基材表面涂覆树脂、用树脂浸渍基材表面、应用树脂片材。也可以使用任何其他方法，只要该方法是用于使树脂与基材表面成一体的手段或用树脂浸渍基材的手段即可。最简单的方法是包括沿着一个折叠基材的脊线涂覆树脂的方法。可以用诸如刷子、辊或喷雾器等公知装置来进行涂覆。在将树脂涂覆到基材表面之后，使树脂固化。过滤器基材优选用树脂进行浸渍，因为基材可以被更强固地加强。同样在将树脂涂覆到基材表面上的情况下，优选地在基材浸渍有至少一部分树脂的状态下进行固化，并且更优选地允许树脂浸透到涂覆的背面侧上并固化。
图4至图6均为褶皱式过滤器的折叠部的放大示意图，这些视图示出树脂加强结构。将基于折叠部是峰部M的假设进行描述。然而，树脂加强结构也可以同样适用于谷部V。图4示出了以下状态：在峰部M中，过滤器基材1的折叠部的内表面(凹面侧)浸渍有加强用的树脂2。过滤器基材1由多孔质树脂形成。树脂2在构成过滤器基材1的多孔质树脂的孔部中附着在基材表面上。孔部可以通过浸渍来进行填充，并且所得到的浸渍部分可以变为无孔。
图5和图6示出了浸渍的其它实施例。在图5中，折叠部中的过滤器基材1的外表面浸渍有树脂2。在图6中，允许树脂2浸透穿过基材1的两个表面。图6示出了以下状态：具有一定厚度的浸渍树脂2附着成进一步覆盖基材1的表面。在这种方式下，加强结构不限于基材1的内侧浸渍有树脂2的结构，而是树脂附着到基材1的表面上也是有效的。最优选的实施例是这样的实施例：允许树脂从基材的一个表面完全浸透到另一表面。
将参考图7描述应用了树脂加强结构的区域。图7是褶皱式过滤器的折叠部的放大示意图。从宏观上看，折叠部形成锐角。然而，在放大图中，折叠部形成具有一定曲率的弯曲部。峰部或谷部中的折叠部的加强目标区域是这样的区域：至少用作折叠部的弯曲部被添加到过滤器基材。在剖视图中，基材具有这样的形状：作为与平板对应的直线部的部分L通向作为折叠部的弯曲部的部分R，并且进一步通向作为直线部的部分L。作为与折叠部对应的弯曲部的部分R是应用加强结构的区域。
在折叠部的横截面中，优选地，树脂加强结构设置在整个部分R上，并且树脂加强部的端部(边界)位于部分L中，部分L是基材的直线部。应力容易集中在加强部和非加强部之间的边界处。因此，这样的边界最好位于不太可能变形的直线部中，因为不容易发生破裂。
树脂加强结构至少沿折叠部的纵向(脊线延伸的方向)设置在中央部中。术语“中央部”指的是当褶皱的上端和下端固定时位于褶皱的竖直方向上的长度的中央附近的部分，并且优选地为具有折叠部长度的至少1/4的长度的部分。优选地，折叠部在其纵向上整体被加强。这是因为加强部分与非加强部之间的边界具有不连续的硬度，并且因此应力容易变得集中在边界处，这可能容易在长期使用过程中导致破裂。
可以使用的浸渍树脂的实例包括诸如硅酮、环氧树脂和聚氨酯等热固性树脂；诸如聚氯乙烯(PVC)、聚酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、ETFE和PVDF等热塑性树脂；通过用溶剂稀释PVdF或硅酮而制备的溶液；以及含有其它合成橡胶或天然橡胶的弹性体。需要容易浸透到过滤器的材料中的树脂。具体而言，当褶皱形成并且随后通过涂覆进行加强时，聚氯乙烯和聚氨酯是优选的，并且聚氨酯是特别优选使用的，因为，例如容易进行涂覆。
在浸渍期间，浸渍树脂需要具有流动性，以进入多孔体。另一方面，在浸渍之后，需要使树脂与过滤器成一体，以便不容易与过滤器分离。在热固性树脂的情况下，可以在浸渍之后通过加热来固化树脂。在双组分可固化树脂的情况下，在刚完成混合之后，用混合树脂浸渍过滤器，并且然后可以固化该混合树脂。在被用溶剂稀释以降低粘度的树脂的情况下，在浸渍之后，优选地在过了一会之后进行固化，以给予溶剂时间干燥。
还更优选地，浸渍树脂是具有低硬度的树脂。浸渍树脂在以下状态下进行固化：允许树脂浸透，以便填充过滤器基材的多孔体内部或纤维之间的间隙。在软质树脂的情况下，随着过滤器基材的变形，树脂也可以以一定程度弹力柔性变形，并因此可以抑制基材的破裂。具体而言，当过滤器基材由诸如无纺布等纤维形成时，浸渍树脂覆盖纤维并将纤维彼此粘合，以减少纤维的运动。结果，可以认为，能够防止因反复变形而造成的纤维的破裂。就计示硬度而言，树脂的硬度优选地为肖氏硬度20A至60A(依据橡胶-弹性体(JIS K6253)，标准测量时间：对于硫化橡胶而言为3秒，对于弹性体而言为15秒)或者肖氏硬度5D至30D(塑料(JIS K7215)在一秒内读取指示器的最大值)。树脂需要具有以下特性：该树脂不会过度妨碍过滤器的形状的变形(褶皱的扩展)，并且减少过滤器基材的破损。如果该硬度小于20A(或5D)，则树脂的强度不足，并且树脂可能随着过滤器的变形而破损。因此，例如，不能防止无纺布的纤维的散开。如果硬度超过60A(或30D)，则柔性变形性变差，从过度妨碍褶皱式过滤器的变形的角度来看，这并非是优选的。
具体而言，从例如与无纺布粘合的粘合强度、涂覆的方便性、抑制破裂的效果、成本等综合观点来看，优选地使用软质聚氨酯。关于软质聚氨酯与硬质聚氨酯之间的差异的知识，例如，与包括由Sanyu Rec株式会社制造的SA-7073A和SA-7068B的两个组分的硬质聚氨酯相比，包括由Sanyu Rec株式会社制造的SA-7073A和SA-7502B的两个组分的软质聚氨酯是柔软的并且具有良好的防破裂效果。
图8示出了树脂加强结构的又一实例，其中，树脂片材3附接到基材1的表面上。利用不包括浸渍的上述手段，也可以通过接收待过滤液体的压力，并通过将树脂片材粘合到基材1上以分担基材1所受到的力，来实现加强。树脂片材附接到基材1的突出表面侧上的结构或树脂片材附接到基材1的两个表面上的结构也能够实现相同的效果，尽管在图中没有示出这些结构。
(树脂加强结构的制造方法)
作为除涂覆树脂以外的树脂加强结构的制造方法，将描述使用树脂片材的方法。以片材的形式制备将附接到过滤器基材上的树脂或允许浸透到过滤器基材中的树脂。根据将被树脂加强的部分的尺寸确定片材的尺寸。首先，将片状树脂放置在过滤器基材的一个表面上。该树脂是熔点比过滤器基材的熔点低的热塑性树脂。例如，作为多孔树脂片材，可以适当地使用含有熔点为约260℃的聚对苯二甲酸乙二酯(作为主要成分)的聚酯无纺布。作为浸渍型热塑性树脂，可以适当地使用聚甲基戊烯、66-尼龙、或熔点为约230℃的聚碳酸酯、熔点通常为约120℃的聚乙烯、或熔点通常为约160℃的聚丙烯。通过利用诸如热封机等加热加压装置加热树脂片材和过滤器基材来熔化树脂片材的一部分或全部。在此步骤中，构成过滤器基材的多孔体的内部浸渍有树脂的一部分或全部。在加热之后或在加热时使过滤器基材弯曲。在这种弯曲中，通过在使具有所需半径的金属夹具与过滤器基材接触的同时弯曲过滤器基材，可以使折叠部的曲率比较均匀。
上述方法是褶皱式过滤器的制造方法，该方法包括周期性地弯曲平面状基材，以连续且重复地形成峰部和谷部。褶皱式过滤器的制造方法包括如下步骤：将树脂片材放置在形成折叠部的基材的至少一个表面上；通过加热树脂片材和基材的具有树脂片材的一部分来使基材浸渍有树脂片材的至少一部分的浸渍步骤；以及在折叠部被弯曲的状态下进行冷却和固定的冷却步骤。
上面描述了基材浸渍有加强用树脂的情况。作为选择，可以通过包括用粘合剂粘合树脂片材的方法或包括经由热熔接粘合树脂片材的方法来形成除了通过浸渍而得到的结构以外的树脂加强结构。即使在浸渍的情况下，基材的预定部分也可以通过另一方法浸渍树脂而无需使用树脂片材，然后可以弯曲该部分。作为选择，也可以使用以下方法：基材被弯曲，然后浸渍树脂。此外，在弯曲时使用夹具来确定曲率不是必需的，而是可以通过常用折叠操作来弯曲基材。即使在不使用特定夹具的情况下折叠过滤器基材，也可以根据过滤器基材的材料和厚度以弯曲方式以一定以上半径弯曲折叠部。涂覆树脂的方法可以是公知的涂覆方法。涂覆的实例不仅包括用辊涂覆和用刷子或毛笔涂覆，而且还包括将树脂直接浇注到基材的表面上的方法。
(部件加强结构)
将参考附图描述沿着折叠部布置与过滤器基材分离地设置的加强部件的部件加强结构的实施例。图9是示出了作为部件加强结构的典型实例的褶皱式过滤器10的结构的示意性透视图。彼此独立的加强片材20设置在圆筒形状内侧的各凹部中，凹部布置在峰部M的背侧，以便沿峰部中的折叠部延伸。图10是示出图9的一部分的示意性放大图，以使该状态能够被容易地理解。短语“具有位于折叠部的凹部侧附近的加强部件”意指加强片材20设置在从谷部侧观察到的凹部中，该凹部被布置在峰部的背侧，也就是说，加强片材20在图中设置在谷部V与相邻谷部V之间的凹部侧。如图10所示，板状加强片材20优选地设置在位于相邻谷部V中央附近的位置并且朝向峰部M的背侧。图11是从圆筒内侧观察到的图10的一部分的示意性侧视图，并且是示出形状的固定状态的视图。通过设置在圆筒上部的固定部件12和设置在圆筒下部的固定部件13将加强片材20与过滤器基材11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20的布置形状，这能够保持固定部分的水密性。过滤器基材11和加强片材20的上端和下端的固定方法的实例是使用作为粘合剂的树脂进行固定的方法。
在这种结构中，当力沿折叠部弯曲的方向被施加到过滤器基材11的折叠部时，加强片材20支撑过滤器基材11，使得折叠部不太可能弯曲。加强片材20是具有足够强度以防止通过弯曲进行变形的部件。此外，优选地，加强片材20不会过度妨碍相应褶皱的因待过滤液体的压力而造成的扩展。具体而言，当加强片材20防止过滤器基材如图3B的部分D所示那样弯曲时，加强片材20优选地弯曲成平缓的曲线。加强片材20优选地具有恢复力，当加强片材20不受到压力时，该恢复力使加强片材20返回到原始形状。
图12示出了网状加强片材20，加强片材20是用作加强片材的部件的典型实例。图12示出由树脂形成的网状片材的实例。使用这种具有凹凸部的网状片材能够防止加强片材与过滤器基材之间的密切接触，并提供了防止已过滤液体的流动被干扰的效果。可以使用的多孔片材的实例还包括通过在片材中形成大量孔而获得的穿孔材料以及具有三维网状结构的连续孔的片材。
图13示出了以下结构(作为加强结构的组合的实例)：树脂加强结构设置在位于峰部M中的折叠部中，并且用作加强部件的加强片材设置在峰部的背侧。加强片材20设置为沿着浸渍有树脂2的部分延伸。为了便于理解，在该图中，加强片材20不与过滤器基材11接触。然而，在实际结构中，加强片材20的一部分或全部可以与过滤器基材11接触。通过以这种方式提供组合的两个加强结构，可以互补地实现这两个加强结构的功能，并且可以进一步提高防破裂效果。
图14是示出以下结构(作为加强结构的组合的另一实例)的示意性剖视图：树脂加强结构设置在位于峰部M中的每个折叠部中，用作加强部件的加强片材设置在每个峰部的背侧，并且树脂加强结构还设置在位于谷部V中的每个折叠部中。图14仅示出连续成具有圆筒形状的褶皱的截面的一部分。除了树脂加强结构设置在谷部V中之外，该结构与图13所示的结构相同。通过以这种方式组合加强结构，可以互补地实现两个加强结构的功能，可以进一步提高防破裂效果，并且能够在峰部M和谷部V这两者中获得防破裂效果。
图15示出了又一实施例。图15示出了这样的加强片材22：该加强片材22设置成沿着谷部侧的内表面的一个表面延伸。在这种方式下，加强片材不限于布置在谷部中央的加强片材和均等地布置成沿着谷部侧的过滤器表面延伸的加强片材。通过如图15所示那样将加强片材设置为覆盖过滤器基材11的谷部，也可以得到加强谷部的效果。
在加强片材布置成沿着过滤器基材延伸的结构中，优选地，过滤器基材还经过压花加工。图16是示出经过压花加工的过滤器基材11的实例的视图。在过滤器基材11上重复且连续地形成大量圆形凹部和凸部。压花的形状不受限制，只要连续地形成凹部、凸部或凹部和凸部这两者即可。压花能够抑制过滤器的表面与过滤器的相邻表面或加强片材的表面之间的密切接触。因为合适的间隙被可靠地形成在过滤器表面上，所以过滤器能够防止已过滤液体的流动被干扰。
(褶皱式滤筒)
图17是示出褶皱式滤筒的结构的典型实例的示意性透视图。固定部件12设置在褶皱式过滤器10的圆筒的上底部，而固定部件13设置在圆筒的下底部。为了使用过滤用的筒状褶皱式过滤器，上底部和下底部需要被密封，使得不会在圆筒的内部与外部之间发生液体泄漏。为此，褶皱式过滤器10与固定部件12和固定部件13中的每一者之间用粘合剂进行密封。最简单的方法是包括以下步骤的方法：将粘合剂涂覆到板状固定部件的平板表面上；以及在如下状态下固化粘合剂：褶皱式过滤器的过滤器基材的端面被按压到固定部件的具有粘合剂的平坦表面上。制造方法不受限制，并且也可以采用其它方法。例如，可以在固定部件上形成沿着过滤器基材的端面的凹槽。作为选择，可以在固定部件上形成要被填充粘合剂的凹槽。作为选择，可以采用这样的方法：将粘合剂涂覆在过滤器基材侧，并且过滤器基材与固定部件相结合。该粘合剂不特别限制，并且可以从以下粘合剂选择：该粘合剂将过滤器基材与要使用的固定部件彼此粘合在一起，并能够承受过滤运转。图17示出了盘状固定部件。作为选择，固定部件可以具有其它结构。例如，可以使用环状固定部件。
当褶皱式过滤器包括部件加强结构时，在加强结构中使用的加强部件被固定到固定部件上。与褶皱式过滤器的固定一样，加强部件优选地使用粘合剂进行固定。当使用相同的粘合剂同时粘合和固定过滤器基材和加强部件时，可以简化组装步骤。
(过滤装置)
作为使用上述褶皱式过滤器的过滤装置的优选应用实例，将参考附图描述压载水处理设备的结构。图18和图19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18是示出了包含轴线的竖直截面的结构的示意图。图19是示出了图18中的水平A-A截面的结构的示意图。筒状褶皱式过滤器(或包括固定部件的褶皱式滤筒)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，并可以使用公知的结构。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内的喷管开口121，并且未处理水喷嘴102构造为使未处理水朝向褶皱式过滤器101的外周表面流动。为了使褶皱式过滤器旋转，在褶皱式过滤器101的中心轴线上设置有电动机190。电动机190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中的悬浮物从位于壳体的底部部分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物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50-100吨/小时的大处理量以及较大系统中的4,000吨/小时的大处理量。在处理大量水的这种大型过滤装置中，褶皱式过滤器的尺寸较大，因此特别重要的是防止褶皱式过滤器的破裂。尽管在附图中的排出流动路径108中未示出阀门和其它组件，但可以设置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内部的中心管道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。
以100吨/小时的速率进行处理的装置的实例包括如下褶皱式过滤器：该褶皱式过滤器的外径为700mm、轴向长度为320mm、有效面积的高度为200mm、褶皱深度为70mm以及褶皱数量为420。以250吨/小时的速率进行处理的装置的另一实例包括如下褶皱式过滤器：该褶皱式过滤器的外径为810mm、轴向长度为399mm、有效面积的高度为377mm、褶皱深度为70mm以及褶皱数量为517。未处理水喷嘴102的喷管开口121优选地具有矩形开口。大量的水从未处理水喷嘴喷射到褶皱式过滤器表面上，从而沿褶皱式过滤器的峰部被推动并变得分离的方向施加力。峰部变得分离，并且液体从褶皱之间的间隙流入和流出。结果，在过滤器基材的表面上产生流动，并且获得清洁过滤器的效果。当峰部以这种方式分离并且峰部中的折叠部弯曲时，容易发生折叠部的破裂。应力在谷部处的集中也容易形成孔，例如谷部中的折叠部的开裂。通过使用折叠部被如上所述那样加强的褶皱式过滤器，可以有效地减少这样的破裂，并且该装置可以长时间稳定地运转。具体而言，为了防止峰部弯曲，具有加强片材的部件加强结构比较有效。通过组合部件加强结构与树脂加强结构，能够获得更强的防破裂结构。每个谷部也优选地包括树脂加强结构。为了抑制破裂并有效地获得清洁效果，树脂的硬度优选地为肖氏硬度20A-60A或5D-30D。当过滤器基材由无纺布形成时，特别优选地使用聚氨酯树脂。
图20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框图，其中，上述压载水处理设备用作过滤装置。在图20中，未处理水是从海洋中得到的海水，利用泵52经由管道31供给，并经由管道32供应至过滤装置53(其为过滤设备)。在过滤装置53中过滤的已过滤水穿过管道33，并供给至诸如紫外线照射装置、电解装置或化学处理装置等灭菌装置54(不是必需的)。没有在过滤装置53中过滤的排出水经由管道35被导向至装置的外部。已经经过灭菌处理的海水经由管道34和36被供给至水箱51。在本实例中，使用上述褶皱式过滤器的压载水处理设备用作过滤装置53。
(实验例1)
为了确认由树脂加强结构获得的效果，进行树脂的浸渍，并进行经过弯曲的部分的强度的比较。所使用的材料如下。
多孔过滤器：聚对苯二甲酸乙二酯无纺布(商品名称：Toray Industries,Inc.制造的AXTARTM G2260-1S BK0)
浸渍树脂：聚丙烯无纺布(商品名称：Idemitsu Unitech Co.,Ltd.制造的STRATECH RW2100)
热封机：ISHIZAKI ELECTRIC MFG.CO.,LTD.制造的台式封口机NL-301J
将浸渍树脂放置在用作基材的多孔过滤器的折叠部上，并且在热封机的密封计时器被设定为4(加热时间：约一秒钟)的同时进行热密封。在以下状态下进行冷却：浸渍树脂被完全热熔融，并且多孔过滤器浸渍有树脂。紧接着，在相同加热条件下进一步进行加热，将直径为3mm的不锈钢棒插入到折叠部中，并且沿着不锈钢棒的形状弯曲折叠部。具有曲率半径为1.5mm的折叠部的所得到的多孔过滤器用作实例的过滤器。相同类型的多孔过滤器以180度的角度弯曲，而没有进一步处理。所得到的多孔过滤器用作比较例的过滤器。
各个多孔过滤器的折叠部被打开，并且多孔过滤器被裁成哑铃形状，使得折叠部位于哑铃的中心附近的位置并在与拉伸方向垂直的方向上。此外，不具有折叠部的过滤器基材被裁成具有相同的形状。因此，制备了比较用的样本。使用这些哑铃状物作为样本，在卡盘间隔为3cm、拉伸速度为100mm/分钟的条件下测定抗断强度。根据结果，在比较例中，所有样本在折叠部中破损，并且抗断强度为33MPa。不具有折叠部的基材的测定结果为40MPa。这些结果表明弯曲降低了强度。与此相反，在实例中，在浸渍有树脂的折叠部中没有出现破损，并且所有样本在其他平坦部分中破损。其抗断强度为41MPa。具体而言，可以确认，折叠部具有高于41MPa的强度。
(实验例2)
进行用于确认通过涂覆聚氨酯树脂而得到的防破裂效果的实验。以180度的角度折叠过滤器基材，并且用辊将聚氨酯树脂涂覆到过滤器基材的峰部上。所得到的过滤器基材用作实例的样本。所涂覆的树脂浸透到基材的背侧并固化。将同样折叠但没有涂覆树脂的过滤器基材制备作为比较例的样本。所使用的过滤器和树脂如下。应该注意的是，制造商、产品名称等不限于此。可以在能够实现本实施例的优点的范围内使用相同类型的替代品。
多孔过滤器：聚对苯二甲酸乙二酯无纺布(商品名称：Toray Industries,Inc.制造的AXTARTM G2260-1S BK0)
所涂覆的浸渍树脂：软质聚氨酯树脂(商品名称：由Sanyu Rec Co.,Ltd制造且混合比例为23:100的主剂SA-7073A和硬化剂SA-7502B)
通过与实验例1中使用的方法相同的方法测定抗断强度。关于树脂的浸渍，观察到实例与比较例之间在强度方面没有显著差异。接下来，将折叠部弯曲(开闭)50,000次，然后用相同的方法测定抗断强度。对未经过弯曲的样本与弯曲后的样本之间在强度下降率方面进行比较。在实例中，多孔过滤器浸渍有聚氨酯树脂，强度因弯曲而降低了约10％。另一方面，在比较例中，多孔过滤器未浸渍有树脂，强度降低了约40％。根据样本的观察，在浸渍有树脂的样本中，该样本浸渍有树脂，从而将基材的纤维彼此连接。因此，可以确认，能够防止纤维的散开和断裂。
(实验例3)
为了确认通过涂覆树脂而获得的效果，使用包括圆筒形褶皱式过滤器的压载水处理设备检查防破裂结构的有效性。通过将树脂涂覆在褶皱式过滤器的所有峰部上而得到的树脂加强结构用作防破裂结构。所使用的过滤器基材和树脂与实验例2中的过滤器基材和树脂相同。用辊仅在峰部上进行涂覆。为了进行比较，使用未涂覆树脂的褶皱式过滤器。此外，同样确认样本中的效果，该样本在实验例1中使用，并且在该样本中峰部和谷部浸渍有聚丙烯。
所使用的压载水处理设备具有图18和图19所示的结构。关于褶皱式过滤器，使用滤筒形式的单体褶皱式过滤器，并且三个滤筒彼此连接，以便在轴向方向上进行堆叠。最下段的底部和最上段的盖部用平板状的固定部件密封。位于滤筒之间的部分用环状固定部件固定。三段褶皱式过滤器的圆筒的内部彼此连通，以形成空间。这种结构可以提供三倍的有效面积。单体褶皱式过滤器的外径为700mm、轴向长度为320mm、有效面积的高度为280mm、褶皱深度为70mm以及褶皱数量为420。喷管开口是矩形开口，该矩形开口具有沿褶皱的长度方向的长边和沿褶皱之间的间隔的方向的短边。取自佐贺县伊万里市的标准海水(盐浓度：2％至4％，浊度：1至1000NTU(浊度单位))用作作为未处理水的海水。
随着运转时间的增加，在褶皱的突出部中发生破损，并且破损点逐渐增加。基于发生这种破损的时间和破损的数量，通过威伯尔图表进行寿命估计。图21是通过威伯尔图表估计过滤器的寿命的曲线图。威伯尔图表通常用于质量保证、寿命估计等。在该实验中，绘制随运转时间变长而增加的破损次数，从而用一定斜率估计寿命，其中，纵轴表示破损概率(＝破损褶皱的数量/褶皱的总数)，而横轴表示时间。在本文中，术语“破损”用作具有与“破裂”相同的含义。根据发明人所进行的前述实验，约1.4％的破损概率是压载水处理的限值。具体而言，可以发现，发生包含在海水中的浮游生物的显著泄漏。参考图21，在未被加强的过滤器中，在破损变为1.4％的时间为50小时。另一方面，在通过用聚氨酯浸渍而被加强的过滤器中，时间为约180小时。在通过用聚丙烯浸渍而被加强的过滤器中，时间为约140小时。这些结果表明，通过加强，寿命被显著延长。在使用其它树脂材料的情况下，同样能够得到树脂加强结构的效果，但效果程度可能不同。应当注意的是，在本文中，寿命的绝对值不具有特定含义，仅被用于同一实验中的效果的比较。也就是说，褶皱式过滤器的破损寿命随褶皱式过滤器的形状(例如，折叠部的尺寸和数量)、过滤操作用的条件(例如，流量)变化而变化。
(实验例4)
进行用于确认聚氨酯树脂涂覆与否以及峰部加强的效果的实验。所使用的褶皱式过滤器是单体褶皱式过滤器，该单体褶皱式过滤器的外径为350mm、轴向长度为200mm、褶皱深度为70mm以及褶皱数量为210。其它结构和条件与实验例3中的结构和条件相同。如表1中的样本1到样本7所示那样，软质聚氨酯树脂和硬质聚氨酯树脂被涂覆到峰部或谷部上。用辊在褶皱式过滤器的固定部件之间的整个高度上进行涂覆。所使用的聚氨酯树脂(PU)如下所述。在本文中，在防破裂的效果中，用于聚氨酯的术语“软质”指的是就硬度而言为肖氏硬度20A-60A(依据橡胶-弹性体(JIS K6253)，标准测量时间：对于硫化橡胶而言为3秒，对于弹性体而言为15秒)。作为所有褶皱的峰部的加强，形成了具有加强片材的部件加强结构。所使用的加强片材如下所述。如图9至图13所示，加强片材沿着峰部布置在峰部的背侧。每个加强片材的长度为约200mm，这与褶皱式过滤器的轴向上的长度基本相同。与过滤器基材一样，加强片材的上端和下端由固定部件固定。加强片材均具有60mm的宽度(在与轴线垂直的方向上)。应该注意的是，各材料的制造商、产品名称等不限于此。可以在能够实现本实施例的优点的范围内使用相同类型的替代品。
加强片材：聚丙烯网状片材(商品名称：Takiron Co.,Ltd.制造的TRICAL NET SN-598)，网格间距：4.8mm×4.8mm，厚度：1.5mm(经线1.5mm，纬线1.2mm)
软质聚氨酯树脂：由Sanyu Rec Co.,Ltd制造且混合比例为23:100的主剂SA-7073A和硬化剂SA-7502B硬度：23A(在23℃)
硬质聚氨酯树脂：由Sanyu Rec Co.,Ltd制造且混合比例为1:2的主剂SA-7073A和硬化剂SA-7068B硬度：90A(在23℃)
[表1]
褶皱式滤筒的210个折叠部被分成多个组，每组包括30个折叠部。这些组具有样本4-1至样本4-7的结构。通过使用该滤筒同时进行过滤操作，可以确认因结构差异而造成的效果。在加速试验条件(流量高于通常条件下的流量)下进行50小时的过滤运转。在过滤运转之后，检查峰部的破损数量。在样本4-7(其在峰部和谷部中不具有树脂加强结构)中，30个折叠部中的25个折叠部观察到破损。与此相反，在样本4-1至样本4-6(其峰部用树脂进行了加强)中，可以确认树脂浸渍的效果。另外，样本4-1至样本4-3(具有低硬度的软质PU用作树脂)中的破损数量小于样本4-4至样本4-6(使用硬质PU)中的破损数量。这些结果表明，在样本4-1至样本4-3中获得了高防破裂效果。此外，样本4-1和4-2与样本4-3的比较以及样本4-4和4-5与样本4-6的比较表明，通过将树脂组合地涂覆到谷部，还提高了峰部中的防破损效果。
(实验例5)
进行用于确认通过涂覆聚氨酯树脂而得到的防破裂效果的另一实验。所使用的褶皱式过滤器是单体褶皱式过滤器，该单体褶皱式过滤器的外径为810mm、轴向长度为380mm、褶皱深度为70mm以及褶皱数量为517。其它结构和条件与实验例3中的结构和条件相同。将与实验例4中使用的软质聚氨酯树脂相同的聚氨酯树脂涂覆到所有峰部上。在褶皱式过滤器的固定部件之间的整个高度上进行涂覆。作为所有褶皱的峰部的加强，形成了具有加强片材的部件加强结构。除了长度变为约380mm从而调节至褶皱式过滤器的长度之外，所使用的加强片材与实验例4中的加强片材相同。
如下所述，进行谷部的三种加强，并且制备样本5-1至样本5-3。比较样本的破损寿命。在样本5-1至样本5-3中，仅谷部的树脂加强结构不同。峰部的软质聚氨酯(PU)涂覆和具有加强片材的加强结构相同。在样本5-1中，每个谷部的高度方向上的仅中央的1/3通过浸渍软质PU而被加强。在样本5-2中，谷部在其整个高度上浸渍有软质PU。在样本5-3中，谷部未浸渍有树脂。所使用的树脂与涂覆到峰部上的树脂相同。
表2示出了结果。样本5-1和5-2与样本5-3的比较表明，通过在谷部中进一步设置树脂加强结构，可以显著改善破裂寿命(小时)。除了峰部的加强结构之外，通过采用谷部的加强，可以更有效地防止破损。因为谷部中央附近容易发生谷部的破裂，因此通过经由浸渍加强中央附近的部分(实验中的中央的1/3)能够得到显著的效果(样本5-1)。然而，在这种情况下，未涂覆部分变得相对较弱，并且发生破裂。因此，如样本5-2中那样，通过在谷部的整个高度上涂覆软质聚氨酯，可以特别有效地防止谷部的破裂。
[表2]
(实验例6)
为了确认加强片材所获得的效果，利用与实验例5中使用的装置相同的装置进行过滤。所使用的过滤器基材和加强片材与实验例5中的过滤器基材和加强片材相同。加强片材被切成条带。作为独立加强片材的条带通过图9至图13所示的方法附接到过滤器的峰部的背侧。当不使用加强片材时，在50小时的过滤运转之后，在过滤器的峰部中发生破损。与此相反，在相同条件下进行过滤的情况下，当设置有加强片材时，直到155小时之后才发生破损。另外，在诸如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚氯乙烯等其它树脂用作加强片材的情况下，能够得到类似的加强效果，但破损寿命可能在一定程度上有所不同。
工业实用性
根据本发明的褶皱式过滤器，不会发生因堵塞而造成的性能下降，并且褶皱式过滤器具有良好的耐久性。因此，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、工业废水等水的处理的情况下，本发明的褶皱式过滤器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，褶皱式过滤器适用于高悬浮物/高SS(悬浮固体)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 (13)

1.一种褶皱式滤筒，包括：褶皱式过滤器，其包含过滤器基材，所述过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，所述圆筒形状的轴向是所述折叠部的脊线方向；以及固定部件，其设置在所述褶皱式过滤器的上底部和下底部，其中，所述褶皱式过滤器包括位于所述峰部中的用于折叠部的加强结构，所述峰部是朝向所述圆筒形状的外侧突出的突出部，并且所述加强结构包括：树脂加强结构，其包括作为加强体的树脂，所述树脂覆盖所述折叠部中的所述基材的表面，或者所述树脂被允许浸透在所述折叠部中的所述基材中；以及部件加强结构，在所述部件加强结构中，与所述过滤器基材分离地设置的加强部件被布置成沿着所述折叠部延伸。
2.根据权利要求1所述的褶皱式滤筒，其中，所述树脂的肖氏硬度为20A至60A(依据橡胶-弹性体(JIS K6253)，标准测量时间：对于硫化橡胶而言为3秒，对于弹性体而言为15秒)，或者所述树脂的肖氏硬度为5D至30D(塑料(JIS K7215)在一秒内读取指示器的最大值)。
3.根据权利要求1或2所述的褶皱式滤筒，其中，所述树脂是聚氨酯。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的褶皱式滤筒，其中，所述加强部件均为片状体，所述片状体由选自聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯和聚氯乙烯所组成的组中的任何树脂形成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的褶皱式滤筒，其中，所述加强部件仅被所述固定部件固定，并且未设置将彼此相邻的加强部件连接的其它部件。
6.一种褶皱式滤筒，包括：褶皱式过滤器，其包含过滤器基材，所述过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，所述圆筒形状的轴向是所述折叠部的脊线方向；以及固定部件，其设置在所述褶皱式过滤器的上底部和下底部，其中，所述褶皱式过滤器包括位于所述峰部中的用于折叠部的加强结构，所述峰部是朝向所述圆筒形状的外侧突出的突出部，并且
所述加强结构是树脂加强结构，所述树脂加强结构包含作为加强体的树脂，所述树脂覆盖所述折叠部中的所述基材的表面，或者所述树脂被允许浸透在所述折叠部中的所述基材中。
7.根据权利要求6所述的褶皱式滤筒，其中，所述树脂的肖氏硬度为20A至60A(依据橡胶弹性体(JIS K6253)，标准测量时间：对于硫化橡胶而言为3秒，对于弹性体而言为15秒)，或者所述树脂的肖氏硬度为5D至30D(塑料(JIS K7215)在一秒内读取指示器的最大值)。
8.根据权利要求6或7所述的褶皱式滤筒，其中，所述树脂是聚氨酯。
9.一种褶皱式滤筒，包括：褶皱式过滤器，其包含过滤器基材，所述过滤器基材具有重复地形成峰部和谷部的折叠部并且具有圆筒形状，所述圆筒形状的轴向是所述折叠部的脊线方向；以及固定部件，其设置在所述褶皱式过滤器的上底部和下底部，其中，所述褶皱式过滤器包括位于所述峰部中的用于折叠部的加强结构，所述峰部是朝向所述圆筒形状的外侧突出的突出部，所述加强结构是部件加强结构，在所述部件加强结构中，与所述过滤器基材分离地设置的加强部件被布置在所述峰部中的所述折叠部的背侧，从而沿着所述折叠部延伸，并且
所述加强部件仅被所述固定部件固定，并且未设置将彼此相邻的加强部件连接的其它部件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的褶皱式滤筒，还包括树脂加强结构，所述树脂加强结构位于形成作为朝向所述圆筒形状的内侧突出的突出部的谷部的折叠部中，并且所述树脂加强结构包含作为加强体的树脂，所述树脂覆盖所述基材的表面，或者所述树脂被允许浸透在所述基材中。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的褶皱式滤筒，其中，所述过滤器基材是聚对苯二甲酸乙二酯无纺布。
12.一种压载水处理设备，其包括根据权利要求1至11中任一项所述的褶皱式滤筒，所述褶皱式滤筒被用于过滤，
所述褶皱式过滤器的圆筒顶面和圆筒底面均以不透水的方式被密封，所述褶皱式过滤器围绕圆筒轴线被可旋转地保持；
未处理水喷嘴将未处理水喷向所述褶皱式过滤器的外周表面；
壳体包括外筒部，所述外筒部设置为围绕所述褶皱式过滤器，并且所述外筒部中包括所述未处理水喷嘴的喷管开口；
已过滤水流动路径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；以及
排出流动路径将未被所述褶皱式过滤器过滤的排出水排出到所述壳体的外部。
13.一种用于处理压载水的方法，所述方法包括：将根据权利要求12所述的压载水处理设备安装到船体中；使用取自所述船体外部的海水作为未处理水；对所述压载水处理设备所处理的已过滤水进一步施加灭菌处理；以及随后将所得到的水储存在所述船体中作为压载水。
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