JP2014111230A - プリーツフィルター、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、およびプリーツフィルターの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用による劣化や破断を防止し、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とその製造方法、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】山部と谷部が交互に連続するように基材が折り曲げられた構造をなすプリーツフィルターであって、折り曲げ部である前記谷部もしくは前記山部、または前記谷部と前記山部の両方に破断防止構造を備えるプリーツフィルターを用いた。
【選択図】 図１

Description

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。

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、円筒形状に形成されたプリーツフィルターを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、フィルターの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。

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。

特開２００８−９３７８３号公報 特許第４８３５７８５号公報

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。

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、破断が生じ、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断を防止し、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を提供することを目的とする。

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断が発生しやすいことを確認し、本願発明に至った。

すなわち本願１の発明は、
（１）山部と谷部が交互に連続するように基材が折り曲げられた構造をなすプリーツフィルターであって、折り曲げ部である前記谷部もしくは前記山部、または前記谷部と前記山部の両方に破断防止構造を備えるプリーツフィルターである。

上記発明によれば、使用による破断を防止し、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とその製造方法、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が可能となる。

本発明にかかる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１のプリーツフィルターの横断面の一部を拡大した図である。 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。 本発明による破断防止構造の一例として樹脂補強された折り曲げ部を拡大した模式図である。 本発明による破断防止構造の一例として樹脂補強された折り曲げ部の別な態様を説明する模式図である。 本発明による破断防止構造の一例として樹脂補強された折り曲げ部の別な態様を説明する模式図である。 本発明による破断防止構造の一例として樹脂補強された折り曲げ部の別な態様を説明する模式図である。 図５と類似の樹脂補強構造の一例を説明する模式図である。 本発明による破断防止構造の一例としての折り曲げ部と先端曲げ半径を説明する模式図である。 本発明による破断防止構造の一例として縫製補強された折り曲げ部を断面で表した模式図である。 図１０の折り曲げ部全体を模式的に表す斜視図である。 本発明の破断防止構造の一実施態様である樹脂補強構造の製造方法の一例を説明する図である。 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。 図１３における水平Ａ−Ａ断面の構成を模式的に示す図である。 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図である。 ワイブルプロットによる寿命推定結果を示すグラフである。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の内容を列記して説明する。本願発明は、（１）山部と谷部が交互に連続するように基材が折り曲げられた構造をなすプリーツフィルターであって、折り曲げ部である前記谷部もしくは前記山部、または前記谷部と前記山部の両方に破断防止構造を備えるプリーツフィルターである。

ここで破断とは、後述のように、フィルター基材に生じる裂け目や微細な孔などであって、本来の濾過機能を損ねて濾過すべき対象物が通り抜ける程の損傷をいう。破断防止構造とは、そのような破断が生じ難くするためにフィルターに部材、変形、加工等を付加した構造の総称である。

プリーツフィルターにおいては、濾過対象液の圧力によって、あるいはその圧力の変動によってプリーツの折り曲げ部分に応力や応力変動が集中しやすい。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断しやすい。さらに、プリーツフィルター全体に均一の圧力が加わる場合でもプリーツフィルターの一部に圧力が集中したり変動したりする場合に破断の可能性が高くなる。発明者らの検討によると、この破断は、前述の山部や谷部となる折り曲げ部にて生じやすいことが確認できた。また、山部と谷部とでは、破断が生じやすい原因が異なることも判明した。

谷部には濾過対象液の圧力により折り曲げを開こうとする方向の力が加わり、また圧力変動によって折り曲げ部の曲げ角度が変動（すなわちプリーツが開閉）することから、引張応力と繰り返し曲げによって破断の可能性が高まるものと考えられる。

山部では濾過対象液の圧力によって折り曲げが閉じる方向に圧力が加わるので、谷部のような開く方向の応力は加わらないものの、繰り返し曲げは加わる。さらに山部では、複数連続した山部のうちの特定の２つの山部間に濾過対象液の圧力が集中した場合に、山部同士が開こうとする力が加わる。プリーツフィルター全体として上下端は固定されているため、山部同士が開こうとすると、山部の中央付近にて山部の稜線が鋭利に折れ曲がる変形を生じることとなる。このため、折れ曲がり部に破断が生じやすい。

このような破断を防止するために、破断防止構造を設けることによって、濾過不良の発生を抑止できると共に、プリーツフィルターの強度が増し、寿命を延ばし、ひいては濾過装置の長期運転が可能となる。また、濾過装置としてはフィルターの交換にかかる部品および作業を含めた運用コストの低減を図ることが可能となる。さらには、濾過装置の濾過量や濾過速度を向上することが可能となる。

（２）破断防止構造は、基材の表面を覆う樹脂または基材の内部に浸透した樹脂を補強体とする樹脂補強構造であると良い。フィルター基材に、より破断しにくい樹脂材料を複合することによって、破断の可能性を低くできる。

（３）樹脂補強構造は、基材に樹脂を含浸して形成されても良い。比較的簡便な手段により樹脂を内部まで強固に補強できる点で好ましい。基材と補強体樹脂が一体となることで強度と寿命が効果的に向上する。含浸の手段は樹脂の塗布や浸漬など、基材中に樹脂が浸透して硬化する種々の手段を採用できる。なお、含浸により多孔質である基材の孔部を埋め、含浸部分が無孔質となる態様をも含む。無孔質となることで折り曲げ部の強度は一層補強される。含浸は、特に谷部の谷側表面、すなわち、濾過対象液が供給される側の表面に含浸されることが好ましい。また、山部の稜線に沿って含浸されると好ましい。

（４）樹脂補強構造は、基材の表面に樹脂部材を貼付して形成されても良い。特に表面を覆う樹脂を厚くすることが可能となり、強固に補強できる点で好ましい。貼り付けは接着剤を用いても良く、樹脂自体の接着性を利用してもよい。これらの一形態として、補強体としての樹脂シートを熱融着により貼り付ける際に、融着された樹脂の一部が基材中に含浸する形態も挙げられる。

（５）樹脂補強構造は、基材の表面に樹脂を塗布して形成されていると良い。簡便な手段により樹脂を複合することができ、製造が容易な点で好ましい。

（６）破断防止構造は、プリーツフィルターの谷部または山部の頂部を縫製した縫製補強構造としても良い。縫製とは糸により縫い合わせる構造である。谷部または山部の稜線に沿って縫製補強することができる。具体的な縫製方法は一般に衣料等の布地端部を補強するために用いられる縫製方法を適用することができる。

（７）プリーツフィルターの一の面から他の面に液体を濾過する場合に、前記一の面側に突出した折り曲げ部を山部、前記他の面側に突出した折り曲げ部を谷部と呼ぶ場合であって、破断防止構造は、谷部の折り曲げ部の曲げ半径Ｒであって、曲げ半径Ｒ（ｍｍ）と前記基材の厚さｔ（ｍｍ）が、２ｔ≦Ｒ≦１０ｔの関係であると良い。基材に折り曲げ加工を施すことで、折り曲げ部の頂部の基材の厚さは一般には元の基材の厚さより薄くなり、特に鋭角に折り曲げると、その部分に応力集中が生じて破断しやすい。折り曲げ部の曲げ半径を上述のようにすることで、破断を抑止できる。２ｔより小さくなると曲げ径による破断防止の効果が十分に得られない。また、プリーツの目的が折り畳むことによって体積当たりのフィルター面積を大きくすることであることを勘案すると、フィルターの隙間は数ｍｍ以内にすることが望ましく、これにともなって曲げ半径は１０ｔより小さくすること好ましい。好ましくは５ｔ以下、２ｔ以上である。例えば、基材として５００μｍの不織布を用いた場合には、曲げ半径Ｒを１ｍｍ以上とすることが好ましい。より好ましい範囲は１〜２．５ｍｍである。ここで、曲げ半径Ｒは、折り曲げられた谷部側表面に接する円の最小半径を指し、使用するプリーツフィルターの複数の谷部から抜き取った２０サンプル以上の曲げ半径を、拡大鏡や写真等を用いて通常の寸法測定手法により測定して平均した値とする。

（８）破断防止構造は、前記谷部の折り曲げ部に設けられた樹脂補強構造であり、かつ、前記谷部の折り曲げ部の曲げ半径Ｒと前記基材の厚さｔ（ｍｍ）が、２ｔ≦Ｒ≦１０ｔの関係であるとさらに良い。双方の効果を併せ持つことで、より補強の効果が発揮されるからである。

プリーツフィルターが円筒形状フィルターである場合について以下説明する。（９）山部の稜線方向を円筒軸の方向として全体が円筒状をなし、円筒外側から円筒内側に向けて液体を濾過するためのプリーツフィルターであって、破断防止構造が円筒外側方向に突出した山部もしくは円筒内側方向に突出した谷部、またはそれら両方に設けられているプリーツフィルターである。円筒形状のプリーツフィルターにおいても好ましく上述の破断防止構造が適用できる。

（１０）山部の稜線に沿って樹脂を塗布して形成された樹脂補強構造を用いると好ましい。この場合、（１１）樹脂はポリウレタンを用いると効果的である。また、（１２）山部をその稜線に沿って縫製した縫製補強構造としても良い。

一方、（１３）谷部に設けられた破断防止構造は、前記基材表面を覆う樹脂または基材内部に浸透した樹脂を補強体とする樹脂補強構造とし、前記樹脂はポリプロピレンであることが好ましい。

本願は、以下の通り上述の円筒形状のプリーツフィルターを用いた濾過装置として、バラスト水処理装置を開示する。

すなわち、（１４）プリーツフィルターは円筒上面と円筒底面をそれぞれ水密に封止し、かつ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。

かかる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断する可能性が高くなる。そこで、上述の破断防止構造を採用することにより、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。

したがって、（１５）上記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設けたタンクに貯留するバラスト水の処理方法を採用することで、同様の効果を得ることが可能となる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明にかかるプリーツフィルター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。

（プリーツフィルターの構成）
図１は、本発明の実施形態としてプリーツフィルターの代表的構成を説明する斜視模式図である。このプリーツフィルター１０は平面帯状の基材１を山谷交互に折りたたむことで、いわゆるプリーツ形状とし、さらに円筒状につなぎ合わせて構成されたものである。以下、特に効果的な代表例として円筒状のプリーツフィルターについて説明するが、本発明による破断防止構造はプリーツフィルターを円筒にすることなく平板状のフィルターとして用いる場合にも適用でき、同様の効果を奏するものである。

図１において円筒状プリーツフィルター１０の円筒外側から濾過対象液が供給され、フィルターの基材１によって濾過された液が円筒内側から排出される場合を想定する。濾過対象液（被濾過液）が接する側の面を濾過前面、濾過された濾過液が排出される側の面を濾過後面と呼び、以下の説明を行う。本例の構成では円筒外側のフィルター面が濾過前面、円筒内側のフィルター面が濾過後面に該当する。フィルターが平板等の場合においても、濾過の利用形態に応じて濾過前面か濾過後面かを読み替えれば良い。濾過前面から見てプリーツ形状の折り曲げ部の山部と谷部を定義する。図１においては、例えば図中のＶ部が谷部であり、Ｍ部が山部である。

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。

図１において、折り曲げ部である谷部もしくは山部、または谷部と山部の両方に破断防止構造を設ける。谷部と山部についてそれぞれ説明する。図２は、図１のプリーツフィルターの円筒軸方向に直角な横断面の一部を拡大した図である。Ｖは谷部、Ｍは山部を指す。濾過前面からの濾過対象液の圧力を受けたプリーツフィルターにおいて、谷部には拡がろうとする向きの力Ｐが加わり、谷部の基材１に引っ張り応力が集中する。また、圧力の変動があると、折り曲げ部に繰り返し曲げが加わる。これらによって、特に谷部においては、折り曲げ部稜線に沿って裂けることによる孔が生じやすいと考えられる。このように、谷部においては、折り曲げ部を裂け難くする破断防止をおこなうことが好ましい。

図３は、図１のプリーツフィルターの一部を円筒側面方向から見た図である。Ｖは谷部、Ｍは山部を指す。濾過前面からの濾過対象液の圧力を受けたプリーツフィルターにおいて、全てのプリーツにほぼ均一の圧力が加わっている場合は、谷部とは逆に山部には山の位置はそのままで山を閉じようとする方向の力が加わることになる。一方、１つのプリーツ間（山と山との間）に、それと隣接するプリーツ間よりも大きな圧力が加わった場合には、その力は山部の稜線間隔を拡げようとする力となる。プリーツ全体がフリーな状態であれば、プリーツ全体の伸縮によりこの力を吸収する。しかし、濾過装置として構成されたプリーツフィルターは濾過のために端部は固定封止されている場合が多い。図３であれば図の上下にあたるフィルター端部は他の部材に固定されている状態である。よって、上述の力が加わった場合、山部稜線の上下中央付近が拡がろうとする一方で上下端部は固定されていることから、稜線全体を引き延ばす方向の力が加わることとなる。さらに、このような圧力を繰り返し受けることにより、山部稜線が左右方向に繰り返し変形することとなる。その結果、図３（Ｂ）に示すようにその中央部付近において折れ曲がる場合（図のＤ）があり、その部分に孔が生じやすい。このように、山部においては、折り曲げ部の稜線が屈曲し難いような破断防止を行うことが好ましい。

（樹脂補強構造）
このような多孔質樹脂シートである基材を折り曲げた部分の破断防止構造の１つとして、折り曲げ部近傍を樹脂により補強することができる。樹脂を基材に適用するためのもっとも簡便な方法は、折り曲げた基材の稜線に沿って樹脂を塗布することである。塗布は筆やローラー等の既知の手段により行うことができる。塗布された樹脂は基材表面に付着した後に硬化させる。また、樹脂を補強体とした補強構造の一例として、基材への樹脂の含浸が好ましく用いられる。基材を一層強固に補強できるからである。樹脂を基材表面に塗布した場合においても、樹脂の少なくとも一部が基材内に含浸された状態で硬化することが、より好ましい。

図４から図７は、プリーツフィルターの折り曲げ部を拡大して説明するための模式図である。これらの図により、谷部Ｖを例として樹脂補強構造を説明するが、山部においても同様である。図４は、谷部Ｖにおいて、基材１の折り曲げ内側面に補強用の樹脂２が含浸されている様子を示す。基材１は多孔質樹脂であり、樹脂２は基材１の多孔質の孔部において孔部表面の基材表面に付着している。含浸により孔部を埋め、含浸部分が無孔質となると、濾過液の圧力により孔が拡がり裂けようとする力が生じないことによる折り曲げ部の補強効果も得られることでさらに強い補強効果が得られる。

図５および図６は含浸の別な態様を例示したものであり、図５では折り曲げ部の基材１の外側表面に樹脂２を含浸、図６では基材１の両面に亘って全体に樹脂２を含浸している。図６ではまた、含浸した樹脂２がさらに基材１の表面を覆うように厚みを持って付着している。このように基材１の内部に含浸させるのみに限定されることなく表面への樹脂の付着であっても効果がある。谷部においては少なくとも濾過前面に樹脂が含浸されている方が、引っ張り応力への補強として好ましい。

含浸される樹脂は、シリコーンやエポキシ、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＴＦＥ、ＰＶｄＦ等の熱可塑性樹脂、またはＰＶｄＦやシリコーンを溶剤で希釈したもの等が利用可能であり特に限定されないが、フィルターの素材になじみやすいものが望ましい。基材に不織布を用いる場合、濾過前面からみて谷部の補強にはポリプロピレンが好ましい。特にプリーツ構造を製造する際に熱含浸させることができ、折り曲げ部を裂け難くする破断防止を行うことができるためである。また、プリーツ形成後に塗布により補強する場合には、ポリ塩化ビニルやポリウレタンが好ましく、塗布が容易等の理由でポリウレタンが特に好ましく用いられる。

また、含浸される樹脂は、含浸時には多孔質内に浸入する流動性が必要であるが、含浸後はフィルターと一体となって容易に分離できないようにすることが必要である。熱硬化性樹脂では含浸後加熱硬化すれば良い。２液性硬化樹脂では混合後すぐに含浸させた後に硬化させることができる。溶剤希釈して粘度を下げた樹脂の場合は含浸後に溶剤を乾燥するためにしばらく時間を置いて硬化させると良い。

図７は、さらに別な樹脂補強構造を例示したものであり、基材１の表面に樹脂シート３を貼り付けた例である。このように含浸を伴わない手段によっても、濾過対象液の圧力を受け止め、また基材１との接着により基材の受ける力を分担することによって補強が可能である。図示はしないが基材１の濾過後面への樹脂シートの貼り付け、あるいは両面への貼り付けによっても効果が得られる。

図８は、図５と類似の樹脂補強構造を、鋭利な折り曲げ部としての山部Ｍを例に、山部の稜線に沿って樹脂を塗布した場合の一例を示す図である。稜線に沿って塗布された樹脂が塗布後に基材１に一部含浸されて硬化した状態を表している。

（曲げ半径）
次に、折り曲げ部と曲げ半径について説明する。折り曲げ部の曲げ半径は、谷部の濾過前面の最小半径で定義する。図９は折り曲げ部と先端曲げ半径を説明する模式図であり、谷部を拡大した図である。ここで谷の内側が濾過前面である。折り曲げ部とは、折り曲げ前の平板状基材が曲げられた部分を言う。図９を参照して断面で見ると、直線部Ｌが曲げられていない部分であり、曲線部をなす区間Ｃが折り曲げ部となる。かかる折り曲げ部の濾過前面の折り曲げた曲面への内接円のうち最小の半径Ｒ（ｍｍ）を曲げ半径とする。Ｒが小さい程折り曲げ部の破断、すなわち裂けや孔などが生じやすい。適切な曲げ半径Ｒは、基材の厚さｔ（ｍｍ）との関係において、２ｔ≦Ｒ≦１０ｔである。より好ましくは３ｔ≦Ｒ≦５ｔである。

また、樹脂により補強する場合においては、樹脂補強構造は、折り曲げ部の全体に亘って補強するように設けられていることが好ましい。補強された部分と補強されていない部分の境界部分は堅さが不連続となることから、応力が集中しやすい。折り曲げ部にそのような境界が存在すると、長期の使用において破断しやすい。そのため、樹脂補強構造は折り曲げ部全体に亘っており、その端部（境界部）が基材の直線部に存在するように設けられていることがより好ましい態様である。言い換えると、樹脂補強構造による補強部分の補強長さ（幅）が折り曲げ部の長さ（幅）よりも長いと好ましい。また、折り曲げ部をほぼ均等な円に接するような形状で形成する場合では、折り曲げ部Ｃの濾過前面側の表面長さが曲げ半径のほぼ２倍となるため、補強長さが曲げ半径の２倍より長いことが好ましい。

上述の樹脂の含浸等を行った上で、さらに曲げ半径を上記の範囲にすることが、さらに好ましい。樹脂補強を行った後に、あるいは補強の工程において曲げ半径が所望の範囲になるように折り曲げ部を固定することで製造することが可能である。

（縫製構造）
さらに別な破断防止構造の例として、折り曲げ部の縫製による補強について説明する。図１０は、折り曲げ部の山部Ｍの１つを断面で表した図である。折り曲げ部の頂部において基材１が縫製材５によって縫い合わされている。図１１は図１０の折り曲げ部を模式的に表す斜視図である。基材１が縫製材５によって、山部の稜線に沿って縫い合わされている様子を示す。縫製材５は基材を縫製するのに適し、濾過対象物により劣化等し難い材料であれば良い。一般には木綿糸、ナイロン糸、ポリエステル糸等の糸状材料を用いることができる。縫製の方法は図１１に示されるような単純な本縫い（なみ縫い）のみならず、返し縫い、半返し縫い、かがり縫いなどの一般的に生地を縫い合わせる手法を用いることができる。

（樹脂補強構造の製造方法）
以下、樹脂補強構造の製造方法の一例について説明する。樹脂補強構造として熱融着樹脂の含浸を行い、併せて形状を所望の曲げ半径に収める場合の代表例を図１２を参照して説明する。図１２（Ａ）は、基材１の折り曲げ部を形成する部分の片側表面にシート状の樹脂２を添えたところを示している。この例では、谷部の内側である濾過前面に含浸する場合として説明するが、補強用の樹脂シートは樹脂を含浸させたい面に添えれば良い。図１２において、基材１は、多孔体であることを模式的に判りやすくするための表記としている。また、本例では、好ましい製造方法の例として、基材１は多孔質樹脂シート、補強用の樹脂２は、基材１よりも融点の低い熱可塑性樹脂の場合を示す。例えば、多孔質樹脂シートに融点が２６０℃前後のポリエチレンテレフタレートを主材料とするポリエステル製不織布を用い、含浸させる熱可塑性樹脂として、融点が２３０℃前後のポリメチルペンテンや６６ナイロン、ポリカーボネート、さらには融点が一般に１２０℃前後のポリエチレン、１６０℃近辺のポリプロピレン等を好適に用いることができる。

ヒートシーラー等の加熱加圧装置（図示しない）によって、図１２（Ａ）の矢印の方向に圧力を加えながら加熱することにより、補強用の樹脂２が溶融しつつ基材１の多孔体内部に含浸される。かかる含浸の後、あるいは含浸と並行して所望の曲率に折り曲げる工程を説明する。図１２（Ｂ）は含浸と並行して曲げる場合の例を示しており、図１２（Ａ）の加熱に際して、樹脂２の上に所望の半径をもつ金属治具４を当接させた状態である。かかる状態で含浸を行いつつ折り曲げることで、図１２（Ｃ）の如くに、基材１に樹脂２が含浸した状態で所望の曲率に折り曲げられる。この例以外の方法として、含浸は図１２（Ａ）のような基材と樹脂のみの状態で行った後に、図１２（Ｃ）のように金属治具４を冷却部材として当接させながら曲げと冷却を行って折り曲げ部を形成しても良い。当接させる部材は金属に限定されるものではないが、冷却効果を考慮すると、金属棒やパイプ、あるいはセラミックスやガラスなど、加熱温度で変形せず、かつ熱伝導が比較的良好な部材であると良い。

以上説明した製造方法は、平面状の基材を周期的に折り曲げることにより、山部と谷部が繰り返し連続して形成されるプリーツフィルターの製造方法であって、前記折り曲げ部となる基材の少なくとも一方面に樹脂シートを添える工程と、前記樹脂シートが添えられた部分の前記基材と前記樹脂シートとを加熱することにより、前記樹脂シートの少なくとも一部を前記基材内に含浸する含浸工程と、前記折り曲げ部を折り曲げた状態で冷却固定する冷却工程とを備えた、プリーツフィルターの製造方法である。ここで、前記冷却工程は、一定半径の金属治具を前記折り曲げ部に当接させた状態で冷却する工程である。

以上は、基材中に補強用の樹脂を含浸する場合について記載したが、樹脂シートを接着剤により貼り合わせる方法や、熱融着で接着する方法により、含浸以外の樹脂補強構造を形成することが可能である。また、含浸させる場合であっても、予め熱可塑性樹脂以外の樹脂を基材の所定の部分に含浸させた後に、当該部分を折り曲げることでも良いし、折り曲げる際に、加熱をともなって柔軟な状態で所望の曲率に変形させるようにしても良い。その他、樹脂の塗布方法や縫製方法については既知の塗布方法や縫製方法によることができるため、ここには詳述しない。

（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説明する。図１３および図１４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１３は軸線を含む垂直断面の構成、図１４は図１３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。

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／時間という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を設けることはできる。一方、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１０４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。

１００ｔｏｎ／時間の処理を行う装置の一例として、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、が挙げられる。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特に谷部への応力集中が生じ、また谷部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。上述のように折り目が補強されたプリーツフィルターを用いることで、破断が効果的に抑止でき、装置の長期安定的な運転が可能となる。

（実験例１）
樹脂補強構造による効果を確認するため、樹脂の含浸と折り曲げを行った部分の強度比較を行った。使用した材料は次の通りである。
多孔質フィルター：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）
含浸樹脂：ポリプロピレン製不織布（商品名：出光ユニテック製 ストラテックＲＷ２１００）
ヒートシール機：石崎電気製卓上シーラーＮＬ−３０１Ｊ
基材となる多孔質フィルターの折り曲げ部に含浸樹脂を載せて、ヒートシール機のシールタイマーの設定４（加熱時間約１秒）にてヒートシールをした。含浸樹脂を完全に熱溶融して多孔質フィルターに含浸させた状態でいったん冷やした。さらに同じ加熱条件で加熱したあと、直ちに直径３ｍｍのステンレス棒を挟んでステンレス棒の形状に添って折り曲げ部を曲げて曲げ半径１．５ｍｍとなったものを実施例とした。また、同多孔質フィルターをそのまま１８０度折り曲げて戻らないまで折れクセを付けたものを比較例とした。

折り曲げ部を開いて折り曲げ部がダンベルの中心付近で引張方向に垂直になるようにダンベル型に打ち抜き、チャック間隔３ｃｍ，引張スピード１００ｍｍ／分にて破断強度を測定した。結果、比較例は全て折り曲げた部分で破断し破断強度は３３ＭＰａであった。また、折り曲げ無しの基材そのものでの測定結果は４０ＭＰａであったため、折り曲げによって強度が低下していることが示唆された。これに対し、実施例では、樹脂を含浸した折り曲げ部分では破断せず全てが他の平坦部で破断し、その破断強度は４１ＭＰａであった。すなわち折り曲げ部は４１ＭＰａ以上の強度であることが確認できた。

図１５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１５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１２に供給される。濾過装置１２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などの殺滅手段１３（必須ではない。）に送られる。また、濾過装置１２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１１に送られる。

（実験例２）
樹脂塗布による効果を確認するため、円筒状プリーツフィルターを用いたバラスト水処理装置を用いて破断防止構造の有効性を確認した。破断防止構造は、プリーツフィルターの全ての山部に樹脂を塗布した樹脂補強構造を採用した。塗布はローラーにより山部にのみ施した。比較のために樹脂の塗布を行わないプリーツフィルターを用いた。また、実験例１で用いたポリプロピレン含浸を山部と谷部に施したものの効果を合わせて確認した。

使用したフィルターと樹脂は次の通りである。
多孔質フィルター：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）
塗布含浸樹脂：ポリウレタン樹脂（商品名：サンユレック製 ＳＡ−７０７３）

使用したバラスト水処理装置は図９に示す構造である。プリーツフィルターは単体プリーツフィルターをフィルターカートリッジとして、３つのフィルターカートリッジを軸方向に積み重ねるように接続したものである。これにより３倍の有効面積が得られる。単体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。ノズル口はプリーツの長さ方向に長辺、プリーツ間隔方向に短辺を持つ長形開口である。被処理水としての海水として、佐賀県伊万里市において採取した標準的な海水（塩分濃度２〜４％、濁度１〜１０００ＮＴＵ（Ｎｅｐｈｅｌｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ Ｕｎｉｔｓ））を用いた。

運転時間が長くなるにつれ、プリーツ凸部に破損が発生し、破損箇所が次第に増えて行く。このような破損の発生時間と個数からワイブルプロットによる寿命推定を行った。図１６にフィルターの寿命をワイブルプロットにより推定したグラフを示す。ワイブルプロットは品質保証や寿命推定等で一般的に利用されるものである。本実験では縦軸に破損確率（＝破損プリーツ数／全プリーツ数）、横軸に時間をとり、運転時間と共に増える破損数をプロットして一定の傾きで寿命推定したものである。発明者らの過去の実験によると、破損確率が１．４％程度になるとバラスト水処理としては限界である。すなわち、海水中に含まれるプランクトンの有意な漏れが生じてしまうことが判っている。図１６を参照して、補強を施していないフィルターでは１．４％破損となる時間が５０時間であるのに対して、ウレタン含浸補強では約１８０時間、ＰＰ含浸補強では約１４０時間と、顕著に寿命が延びていることが確認できた。ここには記載していないが、他の樹脂材料を用いた場合にも程度の違いはあるものの、同様に樹脂による破断防止構造の効果が得られる。

本発明のプリーツフィルターは目詰まり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。

１ 基材
２ 樹脂
３ 樹脂シート
４ 金属治具
５ 縫製材
１０，１０１ プリーツフィルター
１１ タンク
１２ 濾過装置
１３ 紫外線照射装置
２１、２２ ポンプ
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８ 配管
１０２ 被処理水ノズル
１０３ ケース
１０４ 中心配管
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

Claims (17)

1. 山部と谷部が交互に連続するように基材が折り曲げられた構造をなすプリーツフィルターであって、
   折り曲げ部である前記谷部もしくは前記山部、または前記谷部と前記山部の両方に破断防止構造を備えるプリーツフィルター。
2. 前記破断防止構造は、前記基材の表面を覆う樹脂または前記基材の内部に浸透した樹脂を補強体とする樹脂補強構造である、請求項１に記載のプリーツフィルター。
3. 前記樹脂補強構造は、前記基材に樹脂を含浸して形成されている、請求項２に記載のプリーツフィルター。
4. 前記樹脂補強構造は、前記基材の表面に樹脂部材を貼付して形成されている、請求項２に記載のプリーツフィルター。
5. 前記樹脂補強構造は、前記基材の表面に樹脂を塗布して形成されている、請求項２に記載のプリーツフィルター。
6. 前記破断防止構造は、プリーツフィルターの谷部または山部の頂部を縫製した縫製補強構造である、請求項１に記載のプリーツフィルター。
7. 前記プリーツフィルターの一の面から他の面に液体を濾過する場合に、前記一の面側に突出した折り曲げ部を山部、前記他の面側に突出した折り曲げ部を谷部と呼ぶ場合であって、
   前記破断防止構造は、前記谷部の折り曲げ部の曲げ半径Ｒであって、
   該曲げ半径Ｒ（ｍｍ）と前記基材の厚さｔ（ｍｍ）が、
   ２ｔ≦Ｒ≦１０ｔ
   の関係である、請求項１に記載のプリーツフィルター。
8. 前記破断防止構造は、前記谷部の折り曲げ部に設けられた樹脂補強構造であり、
   かつ、前記谷部の折り曲げ部の曲げ半径Ｒと前記基材の厚さｔ（ｍｍ）が、２ｔ≦Ｒ≦１０ｔの関係である、請求項６に記載のプリーツフィルター。
9. 前記山部の稜線方向を円筒軸の方向として全体が円筒状をなし、円筒外側から円筒内側に向けて液体を濾過するためのプリーツフィルターであって、
   前記破断防止構造が前記円筒外側方向に突出した山部もしくは前記円筒内側方向に突出した谷部、またはそれら両方に設けられている、請求項１に記載のプリーツフィルター。
10. 前記山部に設けられた破断防止構造は、前記山部の稜線に沿って樹脂を塗布して形成された樹脂補強構造である、請求項９に記載のプリーツフィルター。
11. 前記樹脂はポリウレタンである、請求項１０に記載のプリーツフィルター。
12. 前記山部に設けられた破断防止構造は、前記山部をその稜線に沿って縫製した縫製補強構造である、請求項９に記載のプリーツフィルター。
13. 前記谷部に設けられた破断防止構造は、前記基材の表面を覆う樹脂または前記基材の内部に浸透した樹脂を補強体とする樹脂補強構造であり、前記樹脂はポリプロピレンである、請求項９に記載のプリーツフィルター。
14. 請求項９〜１３のいずれか１項に記載の円筒状のプリーツフィルター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は円筒上面と円筒底面をそれぞれ水密に封止し、かつ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。
15. 請求項１４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設けたタンクに貯留するバラスト水の処理方法。
16. 平面状の基材を周期的に折り曲げることにより、山部と谷部が繰り返し連続して形成されるプリーツフィルターの製造方法であって、
    前記折り曲げ部となる基材の少なくとも一方面に樹脂シートを添える工程と、
    前記樹脂シートが添えられた部分の前記基材と前記樹脂シートとを加熱することにより、前記樹脂シートの少なくとも一部を前記基材内に含浸する含浸工程と、
    前記折り曲げ部を折り曲げた状態で冷却固定する冷却工程とを備えた、プリーツフィルターの製造方法。
17. 前記冷却工程は、一定半径の金属治具を前記折り曲げ部に当接させた状態で冷却する工程である、請求項１６に記載のプリーツフィルターの製造方法。

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