JP6051669B2 - バラスト水処理装置およびフィルターカートリッジ - Google Patents

Description

この発明は、濁質分等を濾過するためのフィルターを備えた液体濾過装置に関し、特に船舶搭載用の海水を処理する液体濾過装置およびそれを用いたバラスト水処理装置に関する。

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。バラスト水は船舶が空荷の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。特許文献１には、本願発明者らによるバラスト水処理装置が開示されている。当該装置は、軸線を囲むように円筒配置され、該軸線を中心に回転自在に設けられており、円筒半径方向に折り曲げられたプリーツ形状を有するフィルターと、該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、フィルターを囲むように設けられ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、フィルターを透過した濾過水をフィルターの円筒内部からケースの外部へ導出する濾過水流路と、フィルターで濾過されなかった排出水をケースの外部へ排出する排出流路とを備えた濾過装置である。

特許第４８３５７８５号公報

特許文献１に記載の装置は、回転フィルターにより濾過を行いながらフィルター表面を被処理水によって断続的に洗浄する構成としていることにより、特に逆洗浄などを行わずに連続的な高流量の濾過処理が可能である。ここで、タンカーや荷物運搬船等のように数万トン、数１０万トンという大容量の積載船ではバラスト水の処理を港湾に停泊中の短時間で行う必要がある。よって、時間当たりのバラスト水の処理量は数１００トン、数千トンというレベルに達する。このため、このような処理装置は大型の設備となるが、船舶内でのこのような装置を設置する場所は船底等の限られた空間であり、装置の小型化が望まれると共に、フィルターの交換や装置内部の清掃など、そのメンテナンスに必要な空間も限定されることが一般的である。

バラスト水処理問題は、環境保全や生物多様性保護を目的として近年問題となり、遅くとも数年内に規制条約が発効されるものである。このため、現存する船舶への装置の導入を考える必要があり、設置スペースの問題は設備の導入に大きな支障となりうる。例えば、既存の船舶の船室内に装置を設置出来たとしても、フィルターの交換等の作業には装置と同程度の周囲の空間が必要になるなどの問題が生じる。特に、船室内の天井高さの制限は装置メンテナンスにおけるフィルター交換等の制約となる。そこで本発明では、バラスト水処理装置に適用できるように、高い濾過処理能力と、小さい設置面積を両立し、簡易な構造でメンテナンスに要するスペースを抑制することが可能な液体濾過装置を提供することを目的とする。

本願発明者らは、鋭意検討の結果、特にフィルターの交換等のためにフィルターの取り外しと取り付けが限られたスペース内で可能な構造に着目し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、円筒の側面に濾過面が配置された円筒状フィルターを、該円筒の軸を中心に回転させつつ濾過を行う液体濾過装置であって、前記円筒状フィルターを有する少なくとも１つのフィルターカートリッジと、上蓋部材と、底蓋部材とを備え、前記上蓋部材と前記フィルターカートリッジ、および前記底蓋部材と前記フィルターカートリッジが、それぞれシール部材を介して着脱可能に構成されている液体濾過装置である。

特に、フィルターカートリッジを複数同軸状に備え、該フィルターカートリッジ同士がシール部材を介して着脱可能に構成されているようにすると効果的である。

このようにフィルターをカートリッジ構造として分解着脱可能に構成することで、装置からのフィルターカートリッジの取り出し等の作業に必要な装置上部や周囲のスペースを抑制することが可能となり、結果として狭いスペースに効率よく大型の濾過装置を設置することが可能となる。

前記フィルターカートリッジは、前記円筒状フィルターと、前記円筒状フィルターを円筒形状に保持する枠部材と、前記円筒状フィルターの円筒上面側から円筒下面側に亘って同心状に配置された支持部材とを含むようにするとよい。フィルターは不織布等の膜材料であるが、それをカートリッジとしての独立構造体として取り扱うために補強材を適切に配置するためである。

また、前記円筒状フィルターは円筒半径方向に折り曲げられた山部と谷部が複数連続したプリーツ形状を成すプリーツフィルターであるとよい。濾過面積を効果的に大きく確保することができ、限られたスペース内で多くの処理水量を確保できるからである。

さらに、前記上蓋部材および前記底蓋部材は耐食性金属により構成されており、前記枠部材は樹脂により構成されているとよい。特に海水等の腐食性の液体を処理する場合に、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などの耐食性の高いステンレス鋼で各部材を構成することが好ましい。一方フィルターカートリッジ自体は限られた空間内で交換等の作業を容易にするために軽量化も求められる。そこで金属と樹脂を部材として適切に使い分けることによって全体の強度と重量をバランス良く構成することが可能とするためである。

以上の発明は、液体濾過装置に用いられるフィルターカートリッジ、およびこれらの液体濾過装置を海水の濾過装置として用い、船舶に搭載されるバラスト水処理装置を含む。

以上の発明によれば、フィルターの取り外しと取り付けが限られたスペース内で可能となり、高い濾過処理能力と小さい設置面積を両立し、簡易な構造でメンテナンスに要するスペースを抑制することが可能な液体濾過装置、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出来る。

本発明の液体濾過装置の構成例を示す縦断面模式図である。 図１のＡ−Ａ横断面を示す横断面模式図である。 本発明の液体濾過装置に供される円筒状フィルターのプリーツ構造を説明する模式図である。 本発明に用いられるフィルターカートリッジと上蓋部材と底蓋部材とシール部材が組み立てられた構成例を示す斜視図である。 図４の構成例における内部構造を説明する斜視模式図である。 図４の構成例における上蓋部材、シール部材、フィルターカートリッジの構成を説明する図である。 フィルターカートリッジの構成を説明する模式図である。 フィルターカートリッジの連結構造例を示す図である。 本発明のバラスト水処理装置の構成を説明するブロック図である。

本発明にかかる液体濾過装置の構成を、代表的な船舶用バラスト水処理装置として用いる場合の構成について図面を参照して説明する。異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一または相応する要素を示す。なお、本発明はこれ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。

図１は、本発明による液体濾過装置の一例を示す図であり、装置縦断面を模式的に示している。また図２は、図１におけるＡ−Ａ横断面を模式的に示したものである。両図を参照して以下説明する。円筒側面に濾過膜を備えたフィルターカートリッジ１０は回転中心となる中心軸Ｃを囲むように配置されている。本例では２つのフィルターカートリッジ１０を円筒軸方向に重ねた構造を示しているが、重ねる個数は装置の大きさ、濾過水量などの設計により任意に選択可能である。複数のフィルターカートリッジ１０の間はシール部材２３を介して液漏れが無いように接続されている。フィルターカートリッジ１０の最上部はシール部材２３を介して上蓋部材２１により閉じられ、また、フィルターカートリッジ１０の最下部は同じくシール部材２３を介して底蓋部材２２により閉じられている。上蓋部材２１には中心軸上に回転軸２４が接続されており、回転軸２４はモーター５０により回転可能に構成されている。底蓋部材２２は中心に円筒内部と円筒外部を繋ぐ配管が貫通しており、当該配管の周囲をフィルターカートリッジ１０が回転可能なように、底蓋部材２２には円筒内外のシールが可能な軸受け２５が設けられている。

上記のフィルターカートリッジ１０を主要構成部材とする円筒状の濾過膜部分全体を収納するようにケース３０が設けられる。ケース３０は、ケース蓋部３２、ケース外筒部３１、ケース底部３３から構成される。大きさの目安として１００ｔｏｎ／時間を超えるバラスト水処理に用いる場合では、ケース外筒部３１の外径が４００ｍｍφ程度となる。ケース蓋部３２は回転軸が貫通しており、貫通部にもシール可能な軸受け（図示せず）が設けられる。本例では、ケース外筒部３１に被処理水流路４１が接続されており、被処理水がケース３０内部の被処理水ノズル４２に供給される。また、ケース外筒部３１に、濾過水流路４５が貫通している。ケース底部３３には排出水流路４６が設けられる。

図３は、フィルターカートリッジに用いられる円筒状のフィルター１１の構成例としてのプリーツフィルター構造を説明する図である。フィルター１１は帯状の平面基材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。このように、円筒半径方向に折り曲げられた山部と谷部が複数連続したプリーツ形状を成す事により、濾過面積を大きくすることができ、大容量の濾過処理に好適である。図３においてフィルター１１の円筒外側から濾過対象となる被濾過液が供給され、フィルター１１によって濾過された濾過液が円筒内側に得られる。フィルター１１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。バラスト水処理などの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。また、寸法例として、外径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、必要な処理水量に応じて有効面積を変えたり、複数のフィルターを並列に用いたりすることで対応可能である。

以上の構成において、濾過処理の作用を図１を参照して説明する。被処理水流路４１を通って供給される被処理水は、被処理水ノズル４２からフィルターカートリッジ１０のフィルター面に向けて噴出される。ケース３０内部に充満した被処理水の一部はフィルターにより濾過され、フィルターカートリッジ１０の円筒内部に透過する。また、濾過されない一部の被処理水および沈殿した濁質分は、排出水流路４６を通ってケース３０の外部に排出される。フィルターにより濾過された濾過水は、フィルター内部の中心配管４３に開けられた濾過水開口４４から中心配管４３内部に導かれ、濾過水流路４５を通ってケース外部に導出される。

ここで、濾過処理においてフィルターカートリッジはモーター５０により回転されている。したがって、フィルター面は被処理水ノズル４２から噴出する被処理水によって順次洗浄されつつ、同時にフィルター外周面全体で濾過が進行することとなる。これにより、フィルターの目詰まりを抑制しつつ長時間の濾過処理が可能となるのである。また、回転速度を任意に設定、変更できることで濾過流量等を調節できるメリットがある。モーター５０は駆動制御部（図示せず）からの電力により駆動される。回転数は一定でも良いし、人為的に任意に定めることも可能であるが、濾過の状態に応じて制御するとより好ましい。濾過水の状態や流量などを検出する検出部を設け、検出情報に応じて回転数を変化させるように制御を行うと良い。濾過水の検出部としては、具体的には、濾過水流量検出部、濾過水圧力検出部や、濁度検出部等が挙げられる。

図４から図８を用いて、フィルターカートリッジを複数組み合わせた濾過膜部分の構造を詳しく説明する。図４は一実施例としての液体濾過装置の濾過膜部分を示す斜視図である。本例では３つのフィルターカートリッジ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを円筒軸方向に重ね合わせた構造である。フィルターカートリッジ間は、シール部材２３ｂ，２３ｃにより液漏れが無いようにシールされている。最上段のフィルターカートリッジ１０ａの上部開口は、シール部材２３ａを介して上蓋部材２１により閉じられている。最下段のフィルターカートリッジ１０ｃの下部開口は、シール部材２３ｄを介して底蓋部材２２が設けられている。ここで、それぞれのフィルターカートリッジは、枠部材１２とフィルター１１により構成されている。フィルター１１は図３に例示した構造の円筒プリーツフィルターを用いることが出来る。

図５は、図４に示した濾過膜部分の内部構造を更に説明するための斜視模式図である。フィルターカートリッジ１０ａ，１０ｂ，１０ｃのプリーツフィルターの内部は円筒状の空間となっている。被濾過水はフィルターによって濾過され、円筒内部が濾過水で満たされる。かかる濾過水を取り出すため、円筒軸には中心配管４３が設けられている。この例では組立を容易にするために中心配管４３も３分割された構造を図示している。濾過水は、中心配管４３に備わる濾過水開口４４を通って、中心配管内部に流れ出す。中心配管４３は装置外部へ通じる濾過水流路４５に接続されており、かかる流路を通じて濾過水が外部に取り出される。

図６は、図５の組み立て構造を説明するために、フィルターカートリッジ１０ａと上蓋部材２１付近を分解拡大したものである。フィルターカートリッジ１０ａの円筒上部開口を塞ぐべく、上蓋部材２１を取り付ける。ここで、フィルターカートリッジ内外の液漏れが生じないように、シール部材２３ａを間に設ける。シール部材は本例では上蓋部材２１やフィルターカートリッジ１０ａとは別部材として組み立てているが、もちろん予めいずれかの部材側に固定されていても良いし、いずれかの部材と一体に成形されていても良い。フィルターカートリッジ１０ａとフィルターカートリッジ１０ｂとの間にも同様にシール部材２３ｂが設けられる。

図７は、フィルターカートリッジ１０の構成例を説明する図である。円筒状のフィルター１１自体は不織布等の膜部材であって、機械的な強度には乏しい。そこで、フィルター１１の円筒形状を保持すると共に、上下および円周方向からの外力等によって変形しないように、枠部材１２が設けられる。すなわち、枠部材１２にフィルター１１が固定されている。固定方法はフィルター内外の液漏れが無く、かつ形状を保持できる方法であればよく、接着剤や樹脂による固定が好ましい。さらに、円筒内部に支持部材１３を設けることが好ましい。支持部材１３は、円筒側面形状で側面に多数の開口を備えた円筒板状の部材であり、フィルターカートリッジの形状保持、強度補強を高めると共に濾過水の流通を阻害しない構造物である。支持部材１３はステンレス鋼等の耐腐食性の金属が強度の点で好ましく、また、軽量化のために高強度の樹脂材を用いることもできる。

次に図８にフィルターカートリッジ同士の連結構造例を示す。本発明の液体濾過装置においては、フィルターカートリッジの交換の便宜ために複数のフィルターカートリッジを重ね合わせている。そこで、個々のフィルターカートリッジは容易に着脱可能なことが好ましい。このため、フィルターカートリッジの枠部材外周面に、いわゆる一般にプラスチックバックル（ワンタッチバックル）やパチン錠と呼ばれる類の着脱具を設けると良い。図８は、プラスチックバックル１４を用いて、フィルターカートリッジの枠部材同士を連結した部分を示している。同様の構造を、フィルターカートリッジと上蓋部材、フィルターカートリッジと底蓋部材との連結にも用いることができる。このようにフィルターカートリッジが上下に分割可能であり、さらに容易に着脱可能であることにより、装置上部からフィルターカートリッジを交換する際にはフィルターカートリッジを分割して取り扱うことが容易になる。したがって、装置上部のスペースや周囲の仮置き等のスペースの制約が少なくなり空間の有効活用が可能となる。また、フィルターカートリッジの個々の重量が軽くなることで、交換時の吊り上げ機構等も簡略化できることでもスペース効率を高めることに寄与できる。

以上に説明した液体濾過装置をバラスト水処理装置として用いるシステム構成例を図９にブロック図として示す。図９で示されるシステムを船舶に搭載し、海水を濾過貯留するものである。バラスト水の処理装置は濾過装置部と紫外線等の手段による殺菌部とから構成されるものが多く、本発明は濾過装置部として適用できる。海水は、ポンプ１１０の作用によって、船舶外部の海洋から取水流路４７を通じて装置に取り込まれる。液体処理装置１００は、前述の通り円筒の側面に濾過面が配置された円筒状フィルターを回転させつつ濾過を行う液体濾過装置である。被処理水流路４１を通じて液体濾過装置１００に送られた海水は濾過水と排出水に分かれる。排出水は排出水流路４６を通じて再び海洋に戻され、濾過水は濾過水流路４５に送られる。濾過水は次に紫外線照射装置１２０により微生物等の殺菌が行われ、タンク流路を通じてバラスト水タンク１３０に貯留される。なお、殺菌部の手段は紫外線照射装置１２０を例示しているが薬剤を用いる等の公知の他の手段に置き換えても良い。バラスト水の処理は大量の海水を出来るだけ短時間で処理するという要求から、フィルターの大型化、連続的な洗浄などが求められるところ、本発明の装置によれば比較的簡便な構造により実現することが可能である。

本発明の液体濾過装置は、回転洗浄による安定した高透過流量の連続運転が可能であるため、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、特に処理水量の大きな水処理に際して、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。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ フィルターカートリッジ
１１ フィルター
１２ 枠部材
１３ 支持部材
１４ 連結具
２１ 上蓋部材
２２ 底蓋部材
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ シール部材
２４ 回転軸
２５ 軸受け
３０ ケース
３１ ケース外筒部
３２ ケース蓋部
３３ ケース底部
４１ 被処理水流路
４２ 被処理水ノズル
４３ 中心配管
４４ 濾過水開口
４５ 濾過水流路
４６ 排出水流路
４７ 取水流路
４８ タンク流路
５０ モーター
１００ 液体濾過装置
１１０ ポンプ
１２０ 紫外線照射装置
１３０ バラスト水タンク

Claims (3)

1. 円筒の側面に濾過面が配置された円筒状フィルターを、該円筒の軸を中心に回転させつつ濾過を行う液体濾過装置であって、
   前記円筒状フィルターを有する複数のフィルターカートリッジと、上蓋部材と、底蓋部材とを備え、前記上蓋部材と前記フィルターカートリッジ、および前記底蓋部材と前記フィルターカートリッジが、それぞれシール部材を介して着脱可能に構成されており、
   前記フィルターカートリッジ同士が直接シール部材を介して着脱可能に同軸上に構成されており、
   前記複数の各フィルターカートリッジは、前記円筒状フィルターと、前記円筒状フィルターを円筒形状に保持する枠部材と、前記円筒状フィルターの円筒上面側から円筒下面側に亘って同心状に配置された支持部材とを含み、
   前記円筒状フィルターは円筒半径方向に折り曲げられた山部と谷部が複数連続したプリーツ形状を成すプリーツフィルターである、液体濾過装置を、
   海水の濾過装置として用い、船舶に搭載されるバラスト水処理装置。
2. 前記上蓋部材および前記底蓋部材は耐食性金属により構成されており、前記枠部材は樹脂により構成されている請求項１に記載のバラスト水処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバラスト水処理装置に用いられるフィルターカートリッジ。

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