(57)【要約】【課題】円筒ケースハウジング端部に被せたキャップに対する補強機能が高められた中空糸膜モジュールの提供。【解決手段】円筒ケースハウジング11の端部にキャップ40が被せられており、キャップ40を貫通して軸方向に延ばされた連結管50を有している。連結管50は、集水管12に固定された筒部材30の内壁面に対して接着部60において接着剤により固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒ケースハウジング内に集水管と中空糸膜束が収容されており、
前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも一端側の中空糸膜束が封止用樹脂で一体化されており、
円筒ケースハウジングの少なくとも一端側が液出入口を有しているキャップで覆われている中空糸膜モジュールであって、
前記の少なくとも一端側の中空糸膜束が封止用樹脂で一体化された部分において、前記封止用樹脂の内側に筒部材が配置されており、前記筒部材の一端開口部側が前記集水管の端部開口部に対して固定されており、
さらにキャップを貫通して軸方向に延ばされた連結管を有しており、前記連結管が前記筒部材の内壁面に対して固定されている、中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記連結管と前記筒部材が、前記連結管の一端開口部側の外周面と前記筒部材の内壁面との間に介在させた接着剤により固定されているものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記連結管が一端開口部側にフランジ部を有しているものであり、
前記連結管と前記筒部材が、
前記連結管の一端開口部側のフランジ部の半径方向の環状周面が前記筒部材の内壁面に当接されており、
前記連結管のフランジ部、前記連結管の外周面、および前記連結管の外周面に正対する前記筒部材の内壁面により形成される筒状空間内に充填された接着剤により固定されているものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記筒部材が、内壁面に環状段差面を有しているものであり、
前記連結管が一端開口部側にフランジ部を有しているものであり、
前記連結管と前記筒部材が、
前記連結管の一端開口部側のフランジ部の環状平面が前記筒部材の環状段差面に当接されており、
前記連結管のフランジ部、前記連結管の外周面、および前記連結管の外周面に正対する前記筒部材の内壁面により形成される筒状空間内に充填された接着剤により固定されているものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記連結管と前記筒部材が、前記連結管の一端開口部側の外周面に設けられたネジ部と前記筒部材の内壁面に設けられたネジ部がネジ合わされることで固定されているものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記連結管が、
一端開口部側の外周面にネジ部を有しており、
前記ネジ部と軸方向に接した外周面において、軸方向に間隔をおいて形成された複数の環状凸部と、前記環状凸部間に形成された複数の環状溝部を有しているものであり、
前記連結管の環状凸部が、前記筒部材のネジ部がない内壁面に当接されないように高さが調整されている、請求項５記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記筒部材が、内壁面に環状段差面を有しているものであり、
前記連結管の一端開口部側の環状端面が前記環状段差面に当接されている、請求項５または６記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種水処理分野で使用する中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜モジュールは、各種水処理分野において汎用されており、一般に流体の出入口を有したケーシング、キャップ、中空糸膜束及び中空糸膜束の端部を樹脂封止固定した樹脂封止部分から構成されているものが多い（特許文献１の図１）。
【０００３】
特許文献２の中空糸膜モジュールは、円筒ケース内の中心部に配置された集水管の周囲に中空糸膜束が配置されており、集水管と中空糸膜束が封止用樹脂で一体化されている。そして、前記封止用樹脂で一体化された集水管と中空糸膜束が、前記集水管の端面が前記中空糸膜束の端面よりも内側に引っ込んだ状態で固定されている。
集水管の開口部付近の内周壁は、他部材、例えば、パイプと接続できるような内部構造（例えば、ねじ込むためのねじ山、嵌め込むための段差を有している）をしており、ＵＳ２００３／０１５０８０７公報の図１のような公知の中空糸膜モジュールと同様に両端側に液出入口を有するキャップを被せられることが記載されている（段落番号００１４、００１５）。
【０００４】
特許文献３の中空糸膜モジュールは、円筒ケース内の中心部に配置された集水管の周囲に中空糸膜束が配置されており、集水管と中空糸膜束が封止用樹脂で一体化されている。そして、前記封止用樹脂で一体化されている端部において、前記集水管端部と前記中空糸膜束端部の間に樹脂製リングが介在されており、前記集水管端部、前記中空糸膜束端部及び前記樹脂製リングが前記封止用樹脂で一体化されている。
樹脂製リングの端面は、中空糸膜束の端面と同一面を形成しているが、樹脂製リングの端面は、中空糸膜束の端面よりも２〜１０ｍｍ程度内側に引っ込んだ状態で固定されていてもよいこと、ＵＳ２００３／０１５０８０７公報の図１のような公知の中空糸膜モジュールと同様に、両端側に液出入口を有するキャップを被せられることが記載されている（段落番号００１５、００１６）。
【０００５】
中空糸膜モジュールにキャップを被せたとき、集水管はキャップの中心部を貫通して延ばされることになり、さらにキャップの周面にも液出入口（例えば、濃縮水出口や原水入口）が設けられることが多い。
このため、中空糸膜モジュールの濾過運転時には、キャップに対して、原水を圧入するときの圧力、濃縮水が流入するときの圧力、集水管や液出入口を通って液体が移動するときの圧力（荷重）が加えられるため、高い耐久性が要求されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１５０８０７号明細書
【特許文献２】特開２０１０−３６１２２号公報
【特許文献３】特開２０１０−５１８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、濾過運転時においてキャップに加えられる圧力を軽減することができる中空糸膜モジュールと、その製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、課題の解決手段として、
円筒ケースハウジング内に集水管と中空糸膜束が収容されており、
前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも一端側の中空糸膜束が封止用樹脂で一体化されており、
円筒ケースハウジングの少なくとも一端側が液出入口を有しているキャップで覆われている中空糸膜モジュールであって、
前記の少なくとも一端側の中空糸膜束が封止用樹脂で一体化された部分において、前記封止用樹脂の内側に筒部材が配置されており、前記筒部材の一端開口部側が前記集水管の端部開口部に対して固定されており、
さらにキャップを貫通して軸方向に延ばされた連結管を有しており、前記連結管が前記筒部材の内壁面に対して固定されている、中空糸膜モジュールを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の中空糸膜モジュールは、キャップ中心部を連結管が貫通しており、前記連結管がキャップに対する補強機能を発揮するものであるため、運転時においてキャップに対して継続して圧力が加えられたときであっても、キャップが破損することがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの軸方向（縦方向）への部分断面図。
【図２】図１の部分断面図。
【図３】図１とは別実施形態の中空糸膜モジュールの図２に相当する部分断面図。
【図４】図３の中空糸膜モジュールの組立方法を説明するための部分断面図。
【図５】本発明の中空糸膜モジュールで使用する集水管の部分断面図。
【図６】（ａ）は図５の集水管の部分断面図、（ｂ）は他実施形態の集水管の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（１）図１、図２の中空糸膜モジュール
中空糸膜モジュール１０は、円筒状のケースハウジング１１内に集水管１２と中空糸膜束１３が収容されている。
ケースハウジング１１は、必要に応じて原水入口、透過水出口、濃縮水出口等を備えることができる。
ケースハウジング１１の両端には、ヘッダー１５が取り付けられている。これらのヘッダー１５に対して、液出入口（例えば、原水入口や濃縮水出口）４１を有しているキャップ４０が被せられている。
【００１２】
ケースハウジング１１、集水管１２、ヘッダー１５、キャップ４０は、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂製や金属製のものを用いることができる。
前記の合成樹脂を使用するときは、ケースハウジング１１、集水管１２、ヘッダー１５、キャップ４０の強度を高めたり光を遮断したりする目的で、充填剤や顔料等を含有することができる。
【００１３】
中空糸膜束１３の両端側は、それらの間に配置された筒部材３０と共に樹脂封止部３５にて封止用樹脂で一体化されている。
筒部材３０の周壁部３１の外周面３１ａと中空糸膜束１３が封止用樹脂で固着されており、集水管１２は樹脂と接していない。
なお、集水管１２自体の長さをより長くして、筒部材３０の長さをより短くすることで、集水管１２の端部と筒部材３０の両方が樹脂と接触するようにしてもよい。
【００１４】
筒部材３０は、周壁部３１の下方において、下部外周壁部３２ａと下部内周壁部３２ｂの間に形成された筒状溝部３３を有している。
筒部材３０の内側には、筒状溝部３３と軸方向に対向する位置に環状段差面３１ｃが形成されている。
筒部材３０と集水管１２は、筒部材３０の筒状溝部３３内に集水管１２の端部が嵌め込まれた状態で固定されている。
【００１５】
筒部材３０は、目視で反対側の樹脂封止部３５が容易に見える程度の透明性を有するものにすることができる。
筒部材３０を透明にするときは、ＰＥＴ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂製のものが好ましい。
【００１６】
樹脂封止部３５を形成するために用いる封止用樹脂としては、尿素樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レソルシノール樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリウレタン接着剤、ビニルウレタン接着剤を挙げることができ、これらの中でもポリウレタン接着剤が好ましい。
【００１７】
集水管１２は公知のパイプを使用できるほか、コルゲート管を使用することができる。
集水管（コルゲート管）１２は各種分野において汎用されているものであり、図５及び図６に示すように、周方向に連続して形成された凹部２１と周方向に連続して形成された凸部２２が、それぞれ軸方向に交互に形成されたものである。
【００１８】
集水管（コルゲート管）１２は、図５に示すように、周面の凹部２１に通水孔２５を有しているものである。通水孔２５は凹部２１のみに形成され、凸部２２には形成されていない。
【００１９】
通水孔２１は、１つの凹部２１に等間隔で２〜１２個形成されていることが好ましく、４〜１０個形成されていることがより好ましく、６〜８個形成されていることがさらに好ましい。
例えば、１つの凹部２１に１０個の通水孔２５が形成され、凹部２１が全体で１００あれば、合計で１０００個の通水孔２５が形成されていることになる。
表面が平滑な集水管の場合、余りに多くの通水孔を形成すると、集水管自体の強度が低下して実用できなくなるが、集水管１２としてコルゲート管を使用すると、凸部２２が補強用のリブとして作用することから、表面が平滑な集水管と比べるより多くの通水孔を形成することができる。
【００２０】
通水孔２５の開口部径は、集水管１２の大きさにより調整することができるが、２〜１０ｍｍが好ましく、３〜８ｍｍがより好ましく、４〜５ｍｍがさらに好ましい。なお、通水孔２５が円形の場合には前記開口部径は内径であり、円形以外の場合には同面積の円に換算したときの内径である。
上記したとおり、コルゲート管を使用することによって、表面が平滑な集水管と比べるとより多くの通水孔２５を形成することができるため、通水孔２５全体の総開口面積を大きくしたまま（あるいは従来と同程度に維持したまま）、開口部径を小さくすることができる。通水孔２５の開口部径を小さくすることで、通水孔２５から集水管１２内に透過水が流入するときの水圧を減少させることができるため、通水孔２５に近接する位置にある中空糸膜１３への影響を小さくできるので好ましい。
【００２１】
通水孔２５の総開口面積は、集水管１２の半径方向断面積の３倍以上であることが好ましく、３〜６倍であることがより好ましい。なお、集水管１２の半径方向断面積は、半径方向に正対する凹部同士間の断面積である。
前記断面積比が３以上であると、通水孔２５から集水管１２内に透過水が流入するときの水圧をより減少させることができるため好ましい。
【００２２】
集水管（コルゲート管）１２の凹凸部の軸方向断面形状は、図６（ａ）、（ｂ）に示すような台形状のものが好ましく、前記台形の角部分は中空糸膜１３と接触した場合でも損傷させることがないように丸みを付けたものが好ましい。
図６（ａ）は、凸部２２が閉塞面２０で閉塞されたものであり、図６（ｂ）は、閉塞面２０に相当するものがなく、凸部２２が開口したものであり、どちらの構造のものでも使用することができる。
軸方向に隣接する凸部２２同士の間隔（ｐ1）は、軸方向に隣接する凹部２１同士の間隔と同じであるから、凹部２１に形成する通水孔２５の開口径を考慮して決定される。
凸部２２の高さ（凹部２１の深さ）（ｈ1）は６〜８ｍｍ程度にすることができる。
【００２３】
図１では、集水管１２の周囲を覆った状態で保護ネット４０を配置することができる。
また、保護ネットは、中空糸膜束１３を包み込むようにして配置することもできる。
【００２４】
図１に示す中空糸膜モジュール１０は、さらにキャップ４０を貫通して軸方向に延ばされ、筒部材３０に対して固定された連結管５０を有している。連結管５０は、透過水出口または透過水ラインとして使用される。
【００２５】
連結管５０は、周壁部５１と、一端開口部側に形成されたフランジ部５２を有している。
連結管５０は、フランジ部５２の半径方向の環状周面５３が筒部材３０の内周面３１ｂに当接されている。
また、連結管５０は、フランジ部の環状平面５２ａが筒部材の環状段差面３１ｃに当接された状態であってもよい。
【００２６】
連結管５０は、連結管のフランジ部５２、連結管の周壁部５１の外周面、および連結管の周壁部５１の外周面に正対する筒部材の内周面３１ｂにより形成される筒状空間（接着部６０）内に充填された接着剤により筒部材３０に対して固定されている。
【００２７】
次に図１、図２に示す中空糸膜モジュールの作製方法を説明する。
本発明の中空糸膜モジュールは、周知の遠心接着法（特開昭５１−９３７８８号公報、特開昭５２−３８７９７号公報、特開昭６１−１７１５０３号公報、特開昭６１−１７１５０４号公報等）のほか、特開２００５−５２７３６号公報の段落番号００２９〜００３１に記載された製造方法、特開２００６−２８１０５１号公報の段落番号００１０〜００２４に記載された製造方法を利用することで、集水管１２、中空糸膜（束）１３及び筒部材３０を封止用樹脂で一体化することで製造することができる。
その後、樹脂封止部３５を切断して中空糸膜（束）１３の端部を開口させる。
その後、連結管５０を所定位置に配置した状態で、筒状空間（接着部６０）内に接着剤を充填して筒部材３０に対して固定する。
その後、キャップ４０を取り付ける。キャップ４０は、中心部を連結管５０が貫通するようにして、開口周縁部をヘッダー１５に対して嵌め込んで取り付ける。
キャップ４０と連結管５０の接触部分にはシール部材を介在させたり、締め付け具で外側から締め付けたりすることができる。
また、キャップ４０とヘッダー１５との接触部分にもシール部材を介在させることができる。
【００２８】
集水管として図５に示すようなコルゲート管を使用した図１、図２に示す中空糸膜モジュールの濾過運転方法について説明する。なお、連結管５０を透過水出口および透過水ラインとし、液出口４１を濃縮水出口とした場合について説明する。
中空糸膜モジュール１０の運転時においては、中空糸膜１３で濾過して得られた透過水は、集水管１２の凹部２１に形成されている通水孔２５を通って集水管１２内部に入る。
その後、集水管１２の端部に接続された筒部材３０および連結管５０を経て排水されるか、又は透過水タンクに送られて貯水される。透過水タンクに貯水された透過水は中空糸膜１３の逆圧洗浄等に再利用することができる。
【００２９】
集水管１２としてコルゲート管を使用した場合には、凹部２１に形成された通水孔２５と中空糸膜１３は凸部２２の高さ分だけの間隔が存在している。
このため、公知の表面が平坦な集水管のように通水孔と中空糸膜が実質的に接触した状態にある場合と比べると、通水孔２５から集水管１２内部に透過水が流れ込むときの中空糸膜１３に対する水圧（吸引圧）の影響が緩和される。
また、通水孔２５の総開口面積を減少させることなく、１つの通水孔２５の開口径も小さくできるので、より前記水圧（吸引圧）の影響を緩和する効果が大きくなる。
そして、通水孔２５側に中空糸膜１３が引き寄せられたとしても、凸部２２の存在によって凹部２１に形成された通水孔２５が閉塞されることもない。
よって、集水管としてコルゲート管を使用した中空糸膜モジュール１０を濾過運転するときは、中空糸膜１３が変形したり、損傷したりすることが防止されるほか、透過水が流れ込むときの抵抗も非常に小さくできるため、濾過能力も高いレベルで維持することができる。
【００３０】
このような濾過運転過程において、透過水出口および透過水ラインとして機能する連結管５０には、透過水の排水に伴い圧力が加えられ、その圧力はキャップ４０の中心部に対しても伝えられる。
また、透過水の生成に伴って生じる濃縮水は、キャップ４０内の空間４２内を満たした後、濃縮水出口４２から排水されるが、このときキャップ４０には内側から圧力が加えられる。この圧力は、キャップ４０の中心部分がもっとも大きくなるものと考えられる。
このようにして濾過運転時にはキャップ４０に対して（特にキャップ４０の中心部に対して）、継続的に圧力が加えられることになる。
しかし、本発明の中空糸膜モジュール１０では、キャップ４０は開口周縁部がヘッダー１５により支持され、中心部には連結管５０が貫通されている。
連結管５０は、筒部材３０に対して固定されており、筒部材３０は、中空糸膜束３３と共に封止用樹脂で一体化され、集水管１２に取り付けられている。
運転時においてキャップ４０に対して圧力が加えられた場合には、ヘッダー１５と連結管５０がキャップ４０に対する補強機能を発揮するため、特に連結管５０がキャップ４０の中心部分に対する補強機能を発揮するため、キャップ４０が割れるなどの破損が発生することが防止される。
【００３１】
（２）図３、図４の中空糸膜モジュール
図３、図４の中空糸膜モジュールは、図１、図２の中空糸膜モジュール１０とは、連結管の形状および構造が異なっており、それに伴い筒部材の形状および構造が異なっている。さらに連結管と筒部材の固定方法が異なっている。但し、その他は図１、図２の中空糸膜モジュール１０と同じものである。
【００３２】
筒部材１３０は、中空糸膜束１３の両端側において樹脂封止部３５にて封止用樹脂で中空糸膜束１３と共に一体化されている。
筒部材１３０は、第１周壁部１３１の下方において、第１周壁部１３１よりも厚い第２周壁部１３２を有している。
筒部材１３０の第１周壁部１３１の外周面１３１ａ、第２周壁部１３２の外周面１３２ａと中空糸膜束１３が封止用樹脂で固着されており、集水管１２は樹脂と接していない。
【００３３】
筒部材１３０の第２周壁部１３２の内周面には、ネジ部１３２が設けられている。
第２周壁部１３２の下方には、下部外周壁部１３３ａと下部内周壁部１３３ｂの間に形成された筒状溝部１３４を有している。
第１周壁部１３１と第２周壁部１３２の境界部分には、それらの厚みの大小により第１環状段差面１３１ｃが形成されている。
第２周壁部１３２（ネジ部１３２）と筒状溝部１３４の境界部分には、筒状溝部１３４と軸方向に対向する位置に第２環状段差面１３２ｂが形成されている。
筒部材１３０は、筒状溝部１３４内に集水管１２の端部が嵌め込まれることで集水管１２に対して固定されている。
【００３４】
連結管１５０は、筒部材１３０側の開口部１５１側の外周面にネジ部１５２を有している。ネジ部１５２は、筒部材１３０のネジ部１３１とネジ合わせできるものである。
ネジ部１５２の軸方向長さｍ１とネジ部１３２の軸方向長さＭ１は、同じ長さである。
【００３５】
連結管１５０は、ネジ部１５２と軸方向に接した外周面において、軸方向に間隔をおいて形成された複数の環状凸部１５３と、複数の環状凸部１５３間に形成された複数の環状溝部１５４を有している。
環状凸部１５３の先端部は、平面でもよいし、丸みを帯びた形状でもよい。
環状凸部１５３を含む外径ｄ１は、第１周壁部１３１の内径Ｄ１よりも小さくなるように調整されている。
なお、連結管１５０のネジ部１５２の外径ｄ２は、第１周壁部１３１の内径Ｄ１よりも小さくなっている。
【００３６】
連結管１５０は、ネジ部１５２が筒部材１３０のネジ部１３３にネジ合わされることで筒部材１３０に対して固定されている。
なお、筒部材１３０に対して連結管１５０を取り付けるとき、連結管１５０のネジ部１５２の外径ｄ２は、第１周壁部１３１の内径Ｄ１よりも小さくなっているため、ネジ部１５２とネジ部１３３のネジ合わせは円滑に実施される。
また連結管１５０を筒部材１３０に取り付けるとき、複数の環状溝部１５４にＯリングを嵌め込んだ状態でネジ込んで装着する方法を適用することができる。このような装着方法を適用するとき、連結管１５０は、Ｏリングと内周面１３１ｂの摩擦抵抗を受けながら筒部材１３０に装着される。また前記の装着方法を適用するときには、必要に応じて潤滑剤（例えば石鹸水）を介在させながら装着することができる。
図３では、連結管１５０の開口部１５１の環状端面１５５が第２環状段差面１３２ｂに当接されているが、当接されていなくてもよい。
また図３では、連結管１５０の環状凸部１５３は第１環状段差面１３１ｃに当接されていないが、当接されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  中空糸膜モジュール
１１  ケースハウジング
１２  集水管
１３  中空糸膜（束）
２１  凹部
２２  凸部
２５  通水孔
３０  筒部材
３５  樹脂封止部
４０  キャップ
５０  連結管
６０  接着部
【図１】
2014226607.tif 000003
【図２】
2014226607.tif 000004
【図３】
2014226607.tif 000005
【図４】
2014226607.tif 000006
【図５】
2014226607.tif 000007
【図６】
2014226607.tif 000008