JP5761614B2 - フィルタ固定構造、フィルタ分離装置、船舶、およびフィルタ固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルタを固定する構造に係り、特に水の浄化処理に用いるフィルタ分離装置の膜エレメントを固定する構造、並びにこの構造を採用したフィルタ分離装置、並びにフィルタ分離装置を搭載した船舶、およびフィルタ固定方法に関する。

フィルタ固定の例として、水の浄化処理に関する技術を挙げると、下水や工場排水等の原水中に存在する汚濁物質を除去する装置がある。このような装置では、金属のフィルタや有機膜を用いた濾過が行われている。こうした濾過装置の中で、本願のフィルタ固定に係るフィルタ分離装置は、汚濁物質により目詰まりを発生する濾過膜を、間欠または連続的に洗浄することで汚濁物質と処理水を分離し、継続して原水を浄化することができることが知られている。

フィルタ分離装置は、フィルタを回転する筒状体の表面に配したドラム型と、フィルタを放射状に配した円板を回転させるディスク型に大別できる。ドラム型のフィルタを使用して原水中の汚濁物質を除去するドラム型フィルタ分離装置が特許文献１に開示されている。このフィルタ分離装置によれば、原水が供給管を介してドラム型フィルタの内部に供給されることにより、汚濁物質がドラム型フィルタの内部に残り、原水中から汚濁物質が除去される。また、ドラム型フィルタの上方には、洗浄水供給管が配置されており、この洗浄水供給管の下端部から洗浄水が噴射されると、この洗浄水によってドラム型フィルタに付着した汚濁物質が洗い流される。そして、この汚濁物質は、洗浄水とともに回収パンに回収されてドラム型フィルタから排出される。

一方、ディスク型フィルタ分離装置については、特許文献２に開示されている。このフィルタは、中央に設けられた回転ドラムの外周にディスク型フィルタが配置されることを基本として構成されている。このような基本構成を有するフィルタ分離装置では、原水が回転ドラムの一端から流入し、ドラム円周に設けられた開口を通ってディスク型フィルタのフィルタ室に流れ込む。フィルタ室は、２枚の円板型フィルタによって側壁を構成されると共に、外周側端部を封止された空間である。このような構成とすることで、水がフィルタ部分を通って流出するとき、汚濁物質はフィルタ室内部に残り、原水中から汚濁物質が除去される。

ディスク型フィルタは、回転ドラムの軸線に沿って複数、並列配置されており、ドラム型フィルタ分離装置に比べ、装置体積に対する膜面積の比率が高く、処理水量が高い。
ディスク型フィルタの上方には、洗浄水供給管が配置されており、各ディスク型フィルタ間に配置された分岐管から、処理水層から露出した各ディスク型フィルタの膜面に対して洗浄水が吹き付けられる。膜面に吹き付けられた洗浄水は、フィルタ室に付着した汚濁物質と共に回転ドラムに配置された回収パンに回収され、ディスク型フィルタから排出される。

また、特許文献２に開示されたフィルタ分離装置では、フィルタ部材の交換を容易にするために、フィルタ部材を分割したフレームに貼付し、これを膜エレメントとして用いることで、輸送も容易になると記載されている。

特開２００９−８２８２２号 特表２００２−５０８２３５号

特許文献１および２に記載されているフィルタ分離装置は、その形態は異なるものの、フィルタの内側から外側に原水を流し、外側から洗浄水でフィルタの目詰まりを防止するという基本的な仕組みは同様である。特許文献１については、フィルタを分割して個片フレームに貼付し、これをエレメントとする構成は記載されていないが、特許文献２と同様に、輸送、交換の容易さを考慮すると、個片化されたフレームにフィルタ貼付したエレメントを用いる構成の方が好ましい形態である。

しかしながら、フィルタをエレメントのフレームに固定する場合、膜面に張りを持たせた状態としなければならない。これは、洗浄水を吹き付ける洗浄を行う際、膜面にたるみがあると吹き付け力が分散してしまうため、付着した汚濁物質を除去することができず、フィルタの目詰まりを解消できないからである。
そして、フィルタの固定状態が弛んだ状態の場合、フィルタの振動等によりフィルタに繰り返し曲げがかかることとなり、疲労破壊の原因となる。

また、フィルタとフレーム、およびドラム、並びにディスクの表面は、適切な固定方法で完全にシールがなされていなければならず、これが不完全であると、処理水に汚濁物質がリークするといった問題がある。

さらに、フィルタをフレームに張りを持たせた状態で固定するには、フィルタの引張力とフレームが、引っ張り状態を維持する力を拮抗させる必要があり、フレームの剛性を高める必要が生じる。このような構成とした場合、本来は、交換容易とするはずのエレメントが、重く、厚く、高価なものとなってしまうといった問題がある。

さらにまた、フィルタとフレームを固定する手段として接着を用いた場合、フィルタに張りを持たせた状態で固定するには、接着剤が硬化するまでの間、フィルタに張力を与えている必要があり、大量生産が困難となるといった問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、フィルタに張りを持たせた状態で容易に固定する構造、および方法を提供することである。
また、その他の目的として、上記構造を有するフィルタを備えたフィルタ分離装置、および当該フィルタ分離装置を搭載した船舶を提供することを挙げることができる。

上記目的を達成するための本発明に係るフィルタ固定構造は、可撓性を有するフィルタと、少なくとも前記フィルタにおける膜面の一部を露出させる第１開口部と、少なくとも前記フィルタにおける膜面の外縁部を覆う第１枠部とを有する固定フレームと、少なくとも前記第１開口部と対向する位置に設けられた第２開口部と、前記第１枠部との間に前記フィルタを挟み込む第２枠部とを有する押圧フレームとを備え、前記フィルタと前記第１枠部との間、および前記フィルタと前記第２枠部との間にそれぞれ、膜面方向に加えられた押圧力の少なくとも一部を前記膜面の外縁部側へ向かう力に変換する弾性部材を設け、前記押圧フレームを前記固定フレームへ押圧固定したことを特徴とする。

また、上記特徴を有するフィルタ固定構造において、前記フィルタの外縁には、当該フィルタの膜面形状を設置形状に維持するためのフィルタフレームが備えられるようにすると良い。
このような特徴を有することによれば、膜面形状の安定化を図ることができるため、フィルタの設置や持ち運びを、より簡易に行うことが可能となる。

さらに、上記のような特徴を有するフィルタ固定構造において、前記フィルタと前記第１枠部との間、および前記フィルタと前記第２枠部との間にそれぞれ設けられる前記弾性部材は、前記フィルタフレームの外周側を通過して両者を連結する連結部を有することが望ましい。

このような特徴を有することによれば、フィルタに予め弾性部材を組み付けた状態でフィルタ固定を行うことができる。よって、フィルタ固定に要する施工時間の短縮を図ることができる。

また、上記目的を達成するためのフィルタ分離装置は、上記いずれかの特徴を有するフィルタ固定構造を採用したことを特徴とする。
また、上記特徴を有するフィルタ分離装置では、複数のフィルタを放射状に配置して構成されるディスクフィルタを採用することができる。

このような特徴を有することによれば、フィルタ分離装置の占有容積に対する膜面の面積割合の増加を図ることができる。よって、原水の処理効率の向上、またはフィルタ分離装置の小型化を図ることができる。

また、上記目的を達成するための船舶は、上記いずれかの特徴を有するフィルタ分離装置を搭載したことを特徴とする。
また、上記目的を達成するためのフィルタ固定方法は、フィルタの外縁を当該フィルタの表裏から弾性部材により挟持し、前記弾性部材に付与される膜面方向の力の少なくとも一部を、前記弾性部材を介して前記フィルタの外縁部側へ向かう力に変換し、前記フィルタの膜面に、外縁部側へ向かう張力を付与することを特徴とする。

さらに、上記のような特徴を有するフィルタ固定方法では、前記フィルタの外縁部に、当該フィルタの膜面形状を設置形状に維持するためのフィルタフレームを備えた後、前記フィルタフレームの内周側に前記弾性部材を配置すると良い。

上記のような特徴を有するフィルタ固定構造、および方法によれば、フィルタに張りを持たせた状態で容易に固定することが可能となる。
また、上記のような特徴を有するフィルタ分離装置によれば、洗浄水を膜面に吹き付ける洗浄を行う際、高圧水の力を分散させることがなく、フィルタの目詰まりを解消することができる。また、膜面の撓みに起因したフレーム境界部分における繰り返し屈曲による疲労破壊を抑制することができる。また、押圧する弾性部材がシール効果を発揮するため、別途Ｏ−リングや弾性部材を設ける必要が無く、これらを嵌め込むための溝等の形成も不要となる。さらに、膜面の張り具合は、弾性部材による押圧状態に起因するため、弾性部材の不具合箇所を膜面の張り具合から推定、検知することができる。

また、フィルタの張り具合は、フレームに対する弾性部材の押し付け状態で調節できるため、フィルタを設けるフレームの剛性を高める必要性が少ない。このため、フレームを軽く、薄く、安価に製造することが可能となる。

第１の実施形態に係るフィルタ固定構造を示す分解斜視図である。 第１の実施形態に係るフィルタ固定構造を示す正面断面図である。 第１の実施形態に係るフィルタ固定構造における弾性部材押し込み量とフィルタ引っ張り量の関係を説明するための図である。 第１の実施形態に係るフィルタ固定構造に用いる弾性部材の断面構造において、平行四辺形の鋭角部分の角度を４５度とした場合の弾性部材押し込み量に対するフィルタの引っ張り量の関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係るフィルタ固定構造に用いる弾性部材の断面構造において、平行四辺形の鋭角部分の角度を６０度とした場合の弾性部材押し込み量に対するフィルタの引っ張り量の関係を示すグラフである。 一体型弾性部材を組み付けた、フィルタの構成を示す平面図である。 第２の実施形態に係るフィルタ固定構造を示す部分拡大断面図である。 フィルタ固定構造に適用可能な弾性部材の断面形状の変形例を説明するための図である。 第１の実施形態に係るフィルタ分離装置の構成を示す斜視図である。 ディスクフィルタの構成を示す部分拡大分解斜視図である。 フィルタエレメントの構成を示す斜視図である。 フィルタとフィルタフレームの関係を示す部分拡大断面図である。 ディスクフィルタの構成を示す部分拡大断面図である。 一体型弾性部材を組み付けたフィルタエレメントの構成を示す斜視図である。 一体型弾性部材を組み付けたフィルタエレメントを採用したディスクフィルタの構成を示す部分拡大断面図である。 第２の実施形態に係るフィルタ分離装置の構成を示す斜視図である。 ドラムフィルタの構成を示す部分拡大分解斜視図である。 フィルタ分離装置を搭載した船舶の構成を示す図である。

以下、本発明のフィルタ固定構造、フィルタ分離装置、船舶、およびフィルタ固定方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１、図２を参照して、本実施形態に係るフィルタ固定構造の基本形態について説明する。なお、図１は、本発明のフィルタ固定構造の分解斜視図であり、図２は、フィルタ固定構造の正面断面図である。

本実施形態に係るフィルタ固定構造１０は、フィルタ１４と、固定フレーム１２、押圧フレーム１６、および弾性部材１８ａ，１８ｂを基本として説明することができる。フィルタ１４は、外縁部分を固定された状態で膜面を構成するものであれば良く、その素材等に関しては特に限定するものでは無い。すなわち、樹脂性の網や、有機膜等により構成されたフィルタでも良いが、本実施形態では、伸縮性が小さく、張りを持たせた状態で固定することが難しいとされる金属網をフィルタ１４として採用する場合の例を挙げて説明する。フィルタ１４の形状は、固定状態で膜面を構成可能な形態であれば、特に限定するものでは無く、図１に示す例では外形形状を矩形としている。

固定フレーム１２は、フィルタ１４を固定する枠部である。固定フレーム１２は、開口部１２ａ（第１開口部）と、枠部１２ｂ（第１枠部）を有する。開口部１２ａは、上述したフィルタ１４を重ねた際、少なくともフィルタ１４における膜面の一部を露出させることが可能なものであれば良い。また、枠部１２ｂは、少なくともフィルタ１４における膜面の外縁部を覆うことが可能なものであれば良い。図１に示す例では、固定フレーム１２の外形形状をフィルタ１４に合わせて矩形とし、開口部１２ａも矩形とした。このため、枠部１２ｂの形状も矩形とされている。

押圧フレーム１６は、詳細を後述する弾性部材１８ａ，１８ｂにより挟持されたフィルタ１４を、当該弾性部材１８ａ，１８ｂと共に上記固定フレーム１２に押し付ける役割を担う枠部である。押圧フレーム１６も、固定フレーム１２と同様に、開口部１６ａ（第２開口部）と、枠部１６ｂ（第２枠部）を有する。開口部１６ａは、上述したフィルタ１４に重ねた際、少なくともフィルタ１４における膜面の一部を露出させることが可能なものであれば良い。本実施形態では、開口部１６ａの形状を、上記固定フレーム１２における開口部１２ａの形状に合わせている。また、枠部１６ｂは、少なくともフィルタ１４における膜面の外縁部を覆うことが可能なものであれば良い。本実施形態では、枠部１６ｂの形状も、上記固定フレーム１２における枠部１２ｂの形状に合わせるように構成している。

弾性部材１８ａ，１８ｂは、フィルタ１４と枠部１２ｂとの間、およびフィルタ１４と枠部１６ｂとの間にそれぞれ配置されるシール部材である。弾性部材１８ａ，１８ｂは、フィルタ１４の外縁部分を１周するように配置される。また、本実施形態に係る弾性部材１８ａ，１８ｂは、弾性部材により構成され、膜面方向に加えられた押圧力の少なくとも一部をフィルタ１４の外縁部側へ向かう力に変換する機能を有する。

このような機能は、弾性部材１８ａ，１８ｂの断面形状に基づく。即ち、図３（Ｂ）における押圧時の弾性部材１８ａ，１８ｂの撓み方向（座屈方向）により、力の伝達方向を定めることができる。図２は、上記機能を発揮することが可能な弾性部材断面の一例である。図２に示す例では、弾性部材１８ａ，１８ｂの断面は、平行四辺形としており、固定フレーム１２における枠部１２ｂ、あるいは押圧フレーム１６における枠部１６ｂに接触している辺よりも、フィルタ１４に接触している辺の方が、フィルタ１４の外縁側に位置する構成とされている。このような構成の断面を持つ弾性部材１８ａ，１８ｂでは、図３に示すように、フィルタの膜面方向へ加えられた押圧力によって弾性部材１８ａ，１８ｂがＸ軸方向（膜面方向）に潰されると、フィルタ１４に接触している側の辺は、フィルタ１４の外縁部側へ向かう方向へ移動するように撓もうとする。一方で、枠部１２ｂや枠部１６ｂに接触している辺は、フィルタ１４の中心側へ向かう方向へ移動するように撓もうとする。

このとき、各接触辺には摩擦力が働くため、各接触辺に滑りが生ずることはほとんど無い。ただし、フィルタ１４の張りは相対する向きにどれだけ引っ張られるかによるため、必ずしも外縁部分を一周する弾性部材１８ａ，１８ｂが全周に渡って均一なΔｙを得る必要は無い。押圧力が小さいうちは、摩擦力が小さいため滑りが生じるので、この特性を利用し、特にコーナー部などは押圧の付加を後回しにし、適度のすべりを与えた方がフィルタ１４の張りを均等にするのに好都合である。そして、フィルタ１４に比べ、固定フレーム１２や押圧フレーム１６の剛性は高い。このため、弾性部材１８ａ，１８ｂに膜面方向の力が加えられた際には、弾性部材１８ａ，１８ｂがＸ軸方向にΔｘ潰れ、固定フレーム１２との接触辺、および押圧フレームと１６の接触辺を基点として、フィルタ１４との接触辺が、フィルタ外縁部側へ向けてΔｙだけ移動することとなる。このため、フィルタ１４には、フィルタ外縁部側へ向かう力が付与され、フィルタ１４に張力が付加される。これにより、フィルタ１４に張りを持たせた状態で固定することができる。

弾性部材１８ａ，１８ｂの押し込み量（長さ）と、フィルタ１４の引っ張り量（長さ）との関係は、弾性部材１８ａ，１８ｂの断面形状に依存する。例えば弾性部材１８ａ，１８ｂの断面形状を平行四辺形とした場合であっても、その鋭角部分の角度を４５°とした場合と、６０°とした場合とでは、図４、図５に示すような相違が生ずる。すなわち、鋭角部分の角度を４５°とした場合には図４に示すように、弾性部材１８ａ，１８ｂの押し込み量を増加させた分だけフィルタ１４の引っ張り量も増加し、双方には比例関係があるように読み取ることができる。一方、鋭角部分の角度を６０°とした場合には図５に示すように、弾性部材１８ａ，１８ｂの押し込み量が１ｍｍを超えたあたりでフィルタ１４の引っ張り量は変わらなくなり、押し込み量が４ｍｍを超えたあたりでは、弾性部材１８ａ，１８ｂが座屈して、引っ張り量が減衰していることを読み取ることができる。

このような傾向に基づくと、弾性部材断面を平行四辺形とした場合には、鋭角部分の角度は、６０°とするよりも４５°とした方が望ましいということができる。
上記のようなフィルタ固定構造１０では、まず固定フレーム１２と押圧フレーム１６の対向面に、それぞれ弾性部材１８ａ，１８ｂを配置する。次に固定フレーム１２と押圧フレーム１６の間にフィルタ１４を配置し、弾性部材１８ａ，１８ｂを介してフィルタ１４を挟持する。

押圧フレーム１６を固定フレーム１２に押し付ける押圧力により弾性部材１８ａ，１８ｂを膜面方向へ押し込み、弾性部材１８ａ，１８ｂの変形を利用してフィルタ１４の膜面に張りを持たせる。なお、押圧フレーム１６による押圧力の付与は、押圧フレーム１６を固定フレーム１２に対してボルト固定する際の締め込みによるものが良い。ボルトは固定フレーム１２と押圧フレーム１６の枠部１６ｂに複数取り付けるのが良く、複数の各ボルトの締め付け力を加減することで弾性部材１８ａ，１８ｂの押し込み量を調整することができる。このため、弾性部材１８ａ，１８ｂの押し込み量と比例関係にあるフィルタ１４の引っ張り量を調整し、フィルタ１４の張りを均等化することができる。

このような構造、および方法によりフィルタ１４を固定することによれば、フィルタ１４を弾性部材１８ａ，１８ｂで挟持して押圧するだけで、フィルタ１４の膜面に張りを持たせることができる。また、膜面に接触している弾性部材１８ａ，１８ｂを押圧変形させてフィルタ１４を固定しているため、シール性も良い。また、フィルタ１４の固定は、固定フレーム１２に押圧フレーム１６をボルト等で締め付けるだけで良いため、各フレーム自体に過大な剛性が必要となることは無く、重く、厚く、高価なものとなる虞が無い。また、固定は挟持のみであるため、接着剤等を用いる必要が無い。このため、接着剤の硬化時間を待つ必要が無く、生産性が高い。

次に、本発明のフィルタ固定構造に係る第２の実施形態について、図６、図７を参照して説明する。
本実施形態に係るフィルタ固定構造の基本的構成は、上述した第１の実施形態に係るフィルタ固定構造と同様である。すなわち、フィルタ１４と固定フレーム１２、押圧フレーム１６、および弾性部材を基本として構成されている。本実施形態に係るフィルタ固定構造の相違点としては、フィルタフレーム２０と、一体型弾性部材１８を挙げることができる。

フィルタフレーム２０は、フィルタ外縁部に備えられ、フィルタ１４の膜面形状を設置状態に維持するための役割を担う。フィルタフレーム２０は、膜面形状を維持することができる程度の剛性を備えていれば良く、その材質については特に限定するものでは無い。また、図７においては、断面形状を円形としているが、断面形状を楕円や長円の他、多角形であっても良い。フィルタフレーム２０の取り付けは、フィルタ１４の外縁部分を筒状に形成し、ここに通すようにすれば良い。外縁部分の筒状形成は、外縁部分の折返しと接合によれば良い。なお、接合に関しては、接着剤を用いる他、縫製などの手法によっても良い。

このようにしてフィルタフレーム２０を設けることで、フィルタ１４の膜面形状を設置状態に保つことができ、フィルタ１４の固定が容易となる。
また、本実施形態で用いている一体型弾性部材１８は、フィルタ１４の表裏面に配置された２つの弾性部材１８ａ，１８ｂを連結する連結部１８ｃを有する。なお、連結部１８ｃは、フィルタ１４の外縁部を通過して２つの弾性部材１８ａ，１８ｂを連結する構成としている。連結部１８ｃは、フィルタ１４の表裏面に配置された弾性部材１８ａ，１８ｂよりも肉厚が薄くなるように構成し、設置状態において上述したフィルタフレーム２０を包み込むようにする。このような構成とすることで、フィルタフレーム２０が一体型弾性部材１８の抜け止めとしての機能も持つこととなる。このため、図６に示すように、外力を加えることなく、一体型弾性部材１８をフィルタ１４に組み付けた状態を維持することが可能となる。

このような特徴を有するフィルタ固定構造であっても、上述した第１の実施形態に係るフィルタ固定構造と同様な効果を得ることができる。
また、上記実施形態ではいずれも、弾性部材の断面形状を平行四辺形である場合の例を挙げて説明した。しかしながら、本発明に適用可能な弾性部材１８ａ，１８ｂは、膜面方向に加えられた押圧力の少なくとも一部を、フィルタ１４の外縁部側へ向かう力へと変換することができれば良い。このため、その断面形状としては、図８（Ａ）〜（Ｉ）に示すようなものであっても良い。

具体的には、図８（Ａ）は、直角三角形の断面をした弾性部材１８ａ，１８ｂである。直角部をフィルタ１４の外縁部側へ配置することで、押圧と共に傾斜面がフィルタ１４の外縁部側へ潰れることとなり、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

図８（Ｂ）も三角形の断面を有する弾性部材１８ａ，１８ｂであるが、フィルタ１４の外縁部側に配置する頂点の角度を鈍角とすることで、フィルタ１４の外縁部側に配置される辺がフィルタ１４の外縁部側へ向けた傾斜を持つ構成としている。このような断面形状であっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

図８（Ｃ）は、矩形断面を有する弾性部材１８ａ，１８ｂである。図８（Ｃ）に示す弾性部材１８ａ，１８ｂは、弾性部材断面に、貫通孔を形成することで、弾性部材１８ａ，１８ｂの座屈性を調整している。図８（Ｃ）に示す例では、貫通孔として、フレーム（固定フレーム１２、および押圧フレーム１６）側からフィルタ１４側に向けて設けられる辺が、フィルタ１４側に近づくにつれてフィルタ１４の外縁部側へ向かうように形成された平行四辺形を形成することとしている。

図８（Ｄ）は、ベース部１９ａとフィン部１９ｂから構成される断面を有する弾性部材１８ａ，１８ｂである。ベース部１９ａは矩形、フィン部１９ｂは平行四辺形として、これを複数、フィルタ１４の膜面に沿って配置している。フィン部１９ｂの平行四辺形は、上記実施形態と同様に、フィルタ１４の外縁部側へ向けた傾きを持つように構成されている。

図８（Ｅ）は、直角三角形の断面を有する弾性部材１８ａ，１８ｂである。図８（Ｅ）に示す弾性部材１８ａ，１８ｂは、図８（Ａ）の弾性部材１８ａ，１８ｂの配置形態を異ならせた形態であるが、弾性部材１８ａ，１８ｂの潰れ方の特性を活かせば、このような配置形態であっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。また、図８（Ｆ）は同図（Ｂ）、図８（Ｇ）は同図（Ｄ）の配置形態をそれぞれ逆転させた形態である。配置形態を変えた場合であっても、弾性部材１８ａ，１８ｂの潰れ方の特性を活かすことで、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。

図８（Ｈ）は、上記実施形態に示した一体型弾性部材１８に近似しているが、弾性部材１８ａと弾性部材１８ｂの連結部１８ｃをフィルタ１４の膜面に沿って配置した点が異なる。このような構成とした場合であっても、弾性部材１８ａ，１８ｂとしての効果に変わりは無い。

さらに、図８（Ｉ）は、同図（Ｆ）に示す弾性部材１８ａ，１８ｂに連結部１８ｃを設け、一体型弾性部材１８としたものである。このような構成とした場合であっても、弾性部材としての効果に変わりは無い。

次に、上述したフィルタ固定構造を適用したフィルタ分離装置に係る第１の実施形態について、図９〜図１３を参照して説明する。なお、図９は、本実施形態に係るフィルタ分離装置の全体構成を示す斜視図であり、図１０は、ディスクフィルタの構成を示す部分分解斜視図である。また、図１１は、実施形態で用いるフィルタエレメントの構成を示す斜視図であり、図１２は、フィルタに対するフィルタフレームの組付け状態を示す部分拡大断面図である。さらに、図１３は、ディスクフィルタの部分拡大断面図である。

本実施形態に係るフィルタ分離装置３０は、ディスクフィルタ型のフィルタ分離装置であり、ケーシング３２と、回転ドラム４２、ディスクフィルタ３４、および洗浄水供給管４６を基本として構成されている。

ケーシング３２は、詳細を後述する回転ドラム４２やディスクフィルタ３４を配置するための水槽である。ケーシング３２には、ディスクフィルタ３４で処理された処理水が貯留される。貯留される処理水は、ディスクフィルタ３４が半分ほど浸かる程度の水位が保持されるように保たれ、余剰分は、処理水出口３２ａから排出される。

回転ドラム４２は、処理対象となる原水が流入する原水流入経路である。回転ドラム４２の外周には、ディスクフィルタ３４が設けられており、回転ドラム４２を回転可能に配置することで、外周に設けられたディスクフィルタ３４が浸水と水揚げを繰り返すこととなる。回転ドラム４２に流入した原水は、外周に設けられたディスクフィルタ３４内に流入する。このため、回転ドラム４２におけるディスクフィルタ３４との連結部には、図示しない原水流通路が設けられている。なお、回転ドラム４２に流入する原水の水位は、ケーシング３２内に貯留される処理水の水位と同等とされ、回転ドラム４２内径の半分程度の水位が維持されることとなる。回転ドラム４２内周の上半部では、フィルタ１４が大気中に引き上げられ、フィルタ１４に付着した汚れを水切りし、その後洗浄して汚れを排除するようになっている。

回収パン４４は、詳細を後述するディスクフィルタ３４から剥離・除去された汚濁物質を回収し、系外へ排出するための樋である。回収パン４４は、詳細を後述する洗浄水供給管４６における分岐管４６ａの下部に配置され、洗浄水と共にディスクフィルタ３４から落下する汚濁物質を回収する。

ディスクフィルタ３４は、原水から汚濁物質を除去し、処理水を精製するろ過器としての役割を担う。ディスクフィルタ３４は、図１０に示すように、ディスク本体３６（固定フレーム１２に相当）と、フィルタエレメント１４ａ、押圧フレーム４０、および弾性部材１８ａ，１８ｂを基本として構成されている。ディスク本体３６は図１０、図１３から読み取れるように、円板型の平状鋼板の間にスペーサ３８を介在させて構成され、円板の中心には、上述した回転ドラム４２を挿通させるための開口部３６ｂを備えている。スペーサ３８を介在させて構成された内部空間は、原水が流れ込む流通空間であり、当該流通空間の両サイドにフィルタエレメント１４ａを設けるための開口部３６ａが形成されている。ディスク本体３６の両サイドにフィルタエレメント１４ａを設ける構成とすることで、原水の処理量を増やすことができる。開口部３６ａは、円形の板面に沿って放射状に形成されており、その具体的形状は特に限定するものでは無いが、本実施形態では図１１に示すように台形とし、円板の内周側に短辺を配置している。

フィルタエレメント１４ａは、上述したフィルタ固定構造１０で説明したフィルタ１４と同様な構成であれば良く、本実施形態では、フィルタフレーム２０を備えることで、ディスク本体３６に設けた開口部３６ａの形状に合わせた台形状の膜面を保持することを可能な構成としている。なお、フィルタエレメント１４ａにおけるフィルタフレーム２０の組付け状態は、図１２に示すように、フィルタの外縁部を袋状に折り返し、袋状部分にフィルタフレーム２０を配置する構成としている。また、折り返し部分の接合は、接着剤を用いている。

押圧フレーム４０は、フィルタエレメント１４ａの外周形状に合わせた枠状平板であり、ディスク本体３６における開口部３６ａに合致する開口部４０ａを備えると共に、本実施形態では台形状の外形を成す。

弾性部材１８ａ，１８ｂは、フィルタエレメント１４ａの表裏、すなわちフィルタエレメント１４ａとディスク本体３６との間、及びフィルタエレメント１４ａと押圧フレーム４０との間にそれぞれ設けられる。弾性部材１８ａ，１８ｂの平面視形状は、フィルタエレメント１４ａの平面視形状に合わせた形状（本実施形態では台形）であれば良い。弾性部材１８ａ，１８ｂの具体的構成は、上述したフィルタ固定構造１０で説明したように、フィルタエレメント１４ａの膜面方向に加えられた押圧力の少なくとも一部を膜面の外縁部側へ向かう力に変換することができる断面形状を有するものであれば良い。

このような構成の弾性部材１８ａ，１８ｂを用いてフィルタエレメント１４ａを挟持し、押圧フレーム４０によりディスク本体３６へ押し付けることによれば、組み付けたフィルタエレメント１４ａの膜面に張りを持たせることができる。また、押圧フレーム４０により弾性部材１８ａ，１８ｂを押し潰すようにしてフィルタエレメント１４ａを固定する構成としているため、Ｏ−リング等のシール部材を用いる事無く接合部間のシールを図ることができる。このため、ディスク本体３６や押圧フレーム４０に、弾性部材１８ａ，１８ｂやＯ−リングを嵌め込むための溝を形成する必要が無く、製作コストの低減を図ることができる。

本実施形態に係るフィルタ分離装置３０では、上記のような構成のディスクフィルタ３４を複数、回転ドラム４２の回転軸に沿って並列に配置している。このような構成とすることで、フィルタ分離装置３０における装置容積に対するフィルタ膜面の面積の割合を大きくすることができ、所定時間あたりにおける原水の処理量を増やすことができる。

洗浄水供給管４６は、フィルタエレメント１４ａの膜面に付着した汚濁物質を洗浄するための洗浄水を供給するための配管である。洗浄水供給管４６は、ディスクフィルタ３４の上部に配置されており、並列配置された複数のディスクフィルタ３４間にそれぞれ配置される分岐管４６ａを備えている。分岐管４６ａの側面には、フィルタエレメント１４ａの膜面と対向する位置に噴出口が設けられている。このような構成とすることで、洗浄水供給管４６から分岐管４６ａへ供給された洗浄水が、噴出口から噴出される。噴出された洗浄水は、ケーシング３２に貯留された処理水から露出したディスクフィルタ３４におけるフィルタエレメント１４ａの膜面に吹き付けられて、汚濁物質が洗浄される。

このような構成のフィルタ分離装置３０では、回転ドラム４２からディスクフィルタ３４に流入した原水がフィルタエレメント１４ａを通過することで汚濁物質の除去が行われ、処理水が精製される。膜面に汚濁物質が付着したフィルタエレメント１４ａは、回転ドラム４２の回転によって処理水中から引き揚げられる。引き揚げられたフィルタエレメント１４ａは、洗浄水供給管４６の分岐管４６ａから噴出された洗浄水を膜面に受けることで洗浄され、付着した汚濁物質が除去される。除去された汚濁物質は、洗浄水と共に回収パン４４に落とし込まれ、洗浄水排水出口から系外へと排出される。

上記のような構成のフィルタ分離装置３０では、ディスクフィルタ３４に組み付けたフィルタエレメント１４ａの膜面に張りを持たせることができる。このため、膜面の洗浄（逆洗）を行う際に膜面に吹き付ける洗浄水の圧力の分散が少ない。よって、膜面に付着した汚濁物質を除去するための圧力を保持することができ、フィルタエレメント１４ａの目詰まり解消効果を高めることができる。

また、フィルタエレメント１４ａの膜面に弛みが無いため、開口部３６ａとディスク本体３６や押圧フレーム４０との間の境界部分における屈曲が生じ難い。このため、当該境界部分における繰り返し屈曲による疲労破壊を抑制することができる。

なお、本実施形態に係るフィルタ分離装置３０におけるフィルタエレメント１４ａも、上述したフィルタ固定構造１０と同様に、一体型弾性部材１８を採用することができる。一体型弾性部材１８を採用することによれば、一体型弾性部材１８をフィルタエレメント１４ａに組付けた状態のまま持ち運ぶことが可能となり、施工がより簡易なものとなる。一体型弾性部材１８を組み付けたフィルタエレメントの構成を図１４に示すと共に、一体型弾性部材１８を用いたフィルタエレメント１４ａのディスクフィルタ３４への組付け状態を図１５に示す。

次に、本発明のフィルタ分離装置に係る第２の実施形態について、図１６、図１７を参照して説明する。なお、図１６は、本実施形態に係るフィルタ分離装置の全体構成を示す斜視図であり、図１７は、回転ドラムの部分分解斜視図である。

本実施形態に係るフィルタ分離装置５０は、ドラムフィルタ型のフィルタ分離装置であり、ケーシング６２と、回転ドラム５２、および洗浄水供給管６０を基本として構成されている。ケーシング６２や洗浄水供給管６０を備える等の殆どの構成は、上述したディスクフィルタ型のフィルタ分離装置３０と同様であり、回転ドラム５２に直接フィルタエレメント１４ａを備える構成とした点が異なる。よって、以下の説明では、第１の実施形態に係るフィルタ分離装置３０との相違点である回転ドラム５２の構成について詳細に説明する。

回転ドラム５２は、原水が流入する円筒状のドラム本体５４と、フィルタエレメント１４ａ、押圧フレーム５６、および回収パン５８を基本として構成される。ドラム本体５４の側面には、水処理を行うフィルタエレメント１４ａを設置するための開口部５４ａが複数設けられている。本実施形態では、開口部５４ａの形状の簡素化、および開口面積の確保を目的として、開口部５４ａの形状を矩形としている。フィルタエレメント１４ａ、および押圧フレーム５６は、上述した第１の実施形態に係るフィルタ分離装置３０と同様であり、フィルタエレメント１４ａは、ドラム本体５４に設けた開口部５４ａの形状に合わせて外形形状が形成され、押圧フレーム５６は、開口部５４ａの形状に合わせて開口部５６ａが形成されている。また、フィルタエレメント１４ａ、押圧フレーム５６の組付けも、上述した第１の実施形態に係るフィルタ分離装置３０と同様に、ドラム本体５４とフィルタエレメント１４ａの間、および押圧フレーム５６とフィルタエレメント１４ａの間に、それぞれ弾性部材１８ａ（１８ｂ：不図示）を配置する。

回収パン５８は、回転ドラム５２の内周側上部に配置され、洗浄水供給管６０から噴出される洗浄水により除去された膜面の汚濁物質を回収する。
このような相違点を有するドラムフィルタ型のフィルタ分離装置５０によれば、第１の実施形態に係るフィルタ分離装置３０と同様な効果を得ることができる。また、第１の実施形態に係るフィルタ分離装置３０に比べ、構成を簡素化することができる。なお、このような基本構成を有するフィルタ分離装置５０でも、第１の実施形態に係るフィルタ分離装置３０と同様に、一体型弾性部材１８を採用することができることはいうまでも無い。

次に、本発明の船舶に係る実施の形態について、図１８を参照して説明する。本発明に係る船舶７０は、例えば液化天然ガスや原油、コンテナなどを貨物として運ぶためのものである。船舶７０の構成を大別すると、船首部７２、中央部７４、および船尾部７６に分けることができる。本実施形態に係る船舶７０では、上記実施形態に係るフィルタ分離装置３０（またはフィルタ分離装置５０）を搭載したことを特徴的な構成としている。

本実施形態に係る船舶７０では、中央部７４に貨物を搭載する荷室を備え、船尾部７６に舵取り機室７８やフィルタ分離装置３０を備える構成としている。
このような基本構成を有する船舶７０では、貨物を荷室に搭載して目的地まで航行した後、貨物を降ろす。貨物を降ろした後、フィルタ分離装置３０（またはフィルタ分離装置５０）を稼動させ、処理水として排出される水を、バラスト水として図示しないバラストタンクに導入する。バラスト水は、貨物を搭載する港湾に到達した際には、海洋に放出される。このため、フィルタ分離装置３０（またはフィルタ分離装置５０）によりバラスト水への水生生物等の進入を防ぐことにより、放出海域における生態系への影響を少なくすることができる。

また、バラスト水の導入により、荷降ろしにより低下した船体の喫水を増やすことができ、船体の安定性、および推進力の増加、操舵性の向上を図ることができる。
また、フィルタ分離装置として、ディスク型のフィルタ分離装置３０を搭載した場合には、装置の占有容積に対する処理水の処理効率を高めることができる。

１０………フィルタ固定構造、１２………固定フレーム、１２ａ………開口部、１２ｂ………枠部、１４………フィルタ、１６………押圧フレーム、１６ａ………開口部、１６ｂ………枠部、１８………一体型弾性部材、１８ａ………弾性部材、１８ｂ………弾性部材、１８ｃ………連結部、２０………フィルタフレーム、３０………フィルタ分離装置、３２………ケーシング、３２ａ………処理水出口、３４………ディスクフィルタ、３６………ディスク本体、３６ａ………開口部、３６ｂ………開口部、３８………スペーサ、４０………押圧フレーム、４０ａ………開口部、４２………回転ドラム、４４………回収パン、４６………洗浄水供給管、４６ａ………分岐管。

Claims (9)

1. 可撓性を有するフィルタと、
   少なくとも前記フィルタにおける膜面の一部を露出させる第１開口部と、少なくとも前記フィルタにおける膜面の外縁部を覆う第１枠部とを有する固定フレームと、
   少なくとも前記第１開口部と対向する位置に設けられた第２開口部と、前記第１枠部との間に前記フィルタを挟み込む第２枠部とを有する押圧フレームとを備え、
   前記フィルタと前記第１枠部との間、および前記フィルタと前記第２枠部との間にそれぞれ、膜面方向に加えられた押圧力の少なくとも一部を前記膜面の外縁部側へ向かう力に変換する弾性部材を設け、
   前記押圧フレームを前記固定フレームへ押圧固定したことを特徴とするフィルタ固定構造。
2. 前記フィルタと前記第１枠部との間、および前記フィルタと前記第２枠部との間にそれぞれ設けられる前記弾性部材は、それぞれの弾性部材同士を、フィルタの外周側で連結した一体構造であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ固定構造。
3. 前記フィルタの外縁には、当該フィルタの膜面形状を設置形状に維持するためのフィルタフレームが備えられることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ固定構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィルタ固定構造を採用したことを特徴とするフィルタ分離装置。
5. 複数のフィルタを放射状に配置し、ディスク型にしたことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ分離装置。
6. 複数のフィルタを円筒状に配置し、ドラム型にしたことを特徴とする請求項４に記載のフィルタ分離装置。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載のフィルタ分離装置を搭載したことを特徴とする船舶。
8. フィルタの外縁を当該フィルタの表裏から弾性部材により挟持し、
   前記弾性部材に付与される膜面方向の力の少なくとも一部を、前記弾性部材を介して前記フィルタの外縁部側へ向かう力に変換し、
   前記フィルタの膜面に、外縁部側へ向かう張力を付与することを特徴とするフィルタ固定方法。
9. 前記フィルタの外縁部に、当該フィルタの膜面形状を設置形状に維持するためのフィルタフレームを備えた後、
   前記フィルタフレームの内周側に前記弾性部材を配置することを特徴とする請求項８に記載のフィルタ固定方法。