(57)【要約】【課題】  逆圧洗浄水の圧力を緩和できる中空糸膜モジュール用の提供。【解決手段】  ハウジング本体部12の側面から突き出して液出入口20が設けられ、液出入口20には送液ラインとなるパイプが接続される。液出入口20は、ハウジング本体部12側に面した第１開口部22と、パイプ側に面した第２開口部26を有しており、第１開口部22の径が第２開口部26の径よりも大きくなるように設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースハウジング内に所要数の中空糸膜束が収容され、前記ケースハウジングの側面から突き出して液出入口が設けられた中空糸膜モジュールであり、
前記液出入口が、前記ケースハウジング側に面した第１開口部と、前記送液ラインとなるパイプ側に面した第２開口部を有しており、
前記第１開口部の径が前記第２開口部の径よりも大きくなるように設定されている、中空糸膜モジュール。
【請求項２】
第１開口部と第２開口部との径の変化が段階的である、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
第１開口部と第２開口部との径の変化が連続的である、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
中空糸膜モジュール運転時における、第１開口部での流体の線速が１ｍ／sec以下である、請求項１〜３のいずれかに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、各種排水、天然水等の浄化処理に好適な中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
液出入口を有するケースハウジング内に所要数の中空糸膜束を収容し、ケースハウジング内への液（原水、透過水等）の出入りを前記液出入口のみにより行うタイプの中空糸膜モジュールがあり、このようなタイプのものは、比較的大型のモジュールに適用されることが多い。
【０００３】
このようなタイプの中空糸膜モジュールを用いて濾過運転するとき、液出入口から逆圧洗浄水等が出入りする場合があるが、液出入口の径が小さいと、逆圧洗浄水の圧力が過度になり、中空糸膜束を損傷するおそれがある。
【０００４】
また、液出入口には送液ラインとなるパイプを接続するため、パイプ径に応じた開口径に設定せざるを得ない場合もあり、単純に液出入口の開口径を大きくすればよいものでもない。
【特許文献１】特開平８−２０６４６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７４３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、ケースハウジング側面に設けられた液出入口の開口径は単一径であるから、前記液出入口から逆圧洗浄水を圧入する場合のような液出入りにおける問題点が解決できないことが考えられる。特許文献２の図に開示された液出入口では、緩衝用キャップによって液の出入りに伴う液圧が緩和されるとあるが、液出入口の径については記載されていない。
【０００６】
本発明は、中空糸膜モジュールの液出入口付近において、液出入りに伴う液圧を緩和することで、中空糸膜の損傷を防止し、長期間継続して安定した濾過運転ができるようにする、中空糸膜モジュール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】
【０００７】
本発明は、課題の解決手段として、
ケースハウジング内に所要数の中空糸膜束が収容され、前記ケースハウジングの側面から突き出して液出入口が設けられた中空糸膜モジュールであり、
前記液出入口が、前記ケースハウジング側に面した第１開口部と、前記送液ラインとなるパイプ側に面した第２開口部を有しており、
第１開口部の径が第２開口部の径よりも大きくなるように設定されている、中空糸膜モジュールを提供する。
【０００８】
このように第１開口部の径を第２開口部の径よりも大きくすることで、送液ラインとなるパイプから逆圧洗浄水を圧入したときでも、洗浄水の圧力を緩和することができる。このため、逆圧洗浄時における中空糸膜束の損傷が防止できる。
【０００９】
本発明は、課題の他の解決手段として、第１開口部と第２開口部との径の変化が段階的であるか、又は第１開口部と第２開口部との径の変化が連続的である、請求項１記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１０】
本発明は、課題の他の解決手段として、中空糸膜モジュール運転時における、第１開口部での流体の線速が１ｍ／sec以下（より好ましくは０．８ｍ／sec以下）である、請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１１】
第１開口部の径（Ｄ１）と第２開口部の径（Ｄ２）との比率を適正範囲に設定し、好ましくは更に液出入口の長さ（Ｌ）と第１開口部の径（Ｄ１）との比率を適正範囲に設定して、流体の線速が１ｍ／sec以下になるようにすることにより、上記した中空糸膜の損傷防止効果が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の中空糸膜モジュールは、ケースハウジング側面に設けられた液出入口から逆圧洗浄水を圧入する際、洗浄力を低下させることなく、逆圧洗浄水の圧力を緩和することで、液出入口に面した位置にある中空糸膜の損傷を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明の中空糸膜モジュールの実施の形態を説明する。図１は、中空糸膜モジュール１０の縦方向の断面図（但し内部の図示は省略している）である。図２は、中空糸膜モジュールからケースハウジングを取り去った状態（一部断面図を含む）の図である。図３〜図５は、中空糸膜モジュールの液出入口の異なる形態の断面図である。
【００１４】
中空糸膜モジュール１０は、筒状のハウジング本体部１２と、上部キャップ１４と下部キャップ１５とから外殻（ケースハウジング）が形成されている。なお、下部キャップ１５を設けずに、ハウジング本体部１２の下部を閉塞して底部を設けても良い。これらのハウジング本体部１２、上部キャップ１４、下部キャップ１５は、繊維強化樹脂又はステンレス製であることが好ましい。
【００１５】
上部キャップ１４には上部出入口（原水供給口、透過水出入口又は逆圧洗浄水出入口）１４ａが設けられており、下部キャップ１５には下部液出入口（原水供給口、透過水出入口又は逆圧洗浄水出入口）１５ａが設けられている。
【００１６】
上部出入口１４ａには、例えば濃縮液ラインを形成するパイプを接続するが、このとき、上部出入口１４ａとパイプとの間にはシール材を介在させることが望ましい。
【００１７】
下部出入口１５ａには、例えば原水供給ラインを形成するパイプを接続するが、このとき、下部出入口１５ａとパイプとの間にはシール材を介在させることが望ましい。
【００１８】
ハウジング本体部１２の側面中央部には、前記側面から外側に突き出た状態で、液出入口２０（透過水出入口、原水供給口又は濃縮液出口にすることができる。）が設けられている。
【００１９】
液出入口２０は、ハウジング本体部１２側の大径部２１と、透過水ライン等となるパイプに接続する側の小径部２５とを有している。大径部２１は第１開口部２２を有し、小径部２５は第２開口部２６を有している。第１開口部２２の径（Ｄ１）は第２開口部２６の径（Ｄ２）よりも大きくなるように設定されている。
【００２０】
第１開口部２２の径（Ｄ１）と第２開口部２６の径（Ｄ２）の変化は、図３、図４に示すように連続的でもよいし、図５に示すように段階的でもよい。
【００２１】
図３では、小径部２５から大径部２１への変化（径の変化）がアール（例えば、Ｒ＝１５０）の付いた曲面２３により形成されている。図３で示す角度θ１（Ｄ１とＤ２の変化の度合いを示す）は５０〜８０°が好ましい。θ１は、図示するとおり、小径部２５から延ばされた線ａ１と、第２開口部２６の周縁と大径部２１の周面の一端側周縁とを結ぶ線ｂ１とがなす角度である。
【００２２】
図４では、小径部２５から大径部２１への変化（径の変化）が斜面２３により形成されている。図４で示す角度θ２（Ｄ１とＤ２の変化の度合いを示す）は２５〜４５°が好ましい。角度θ２は、小径部２５から延ばされた線ａ２と、斜面２３とがなす角度である。
【００２３】
図５では、小径部２５から大径部２１への変化（径の変化）が階段面により形成されている。図５で示す角度θ３（Ｄ１とＤ２の変化の度合いを示す）は１５〜３５°が好ましい。角度θ３は、小径部２５から延ばされた線ａ３と、第１開口部２２の周縁と第２開口部２６の周縁とを結ぶ線ｂ３とがなす角度である。
【００２４】
中空糸膜モジュール運転時において、液出入口２０での流体の線速は１ｍ／sec以下であることが好ましく、０．８ｍ／sec以下であることがより好ましい。本発明における線速は、第１開口部２２における流体の速度を意味する。このような線速の範囲は、第１開口部の径（Ｄ１）と第２開口部の径（Ｄ２）との比率（即ち、θ１、θ２、θ３の範囲）と、液出入口の長さ（Ｌ）と第１開口部の径（Ｄ１）との比率、特にＤ１／Ｄ２（θ１、θ２、θ３の範囲）を調整することで達成できる。
【００２５】
このような線速範囲に設定することにより、パイプから液出入口２０に逆圧洗浄水を圧入したとき、洗浄水の圧力が緩和されるため、第２開口部２２に面した位置にある中空糸膜束への圧力が緩和されるため、中空糸膜の損傷が防止される。
【００２６】
第１開口部２２の径（Ｄ１）と第２開口部２６の径（Ｄ２）との比率（Ｄ１／Ｄ２）は１．２〜２．５が好ましく、１．３〜１．６がより好ましい。
【００２７】
液出入口の長さ（Ｌ）と第１開口部２１の径（Ｄ１）との比率（Ｌ／Ｄ１）は、１〜１．５が好ましく、１．２〜１．４がより好ましい。
【００２８】
図２に示す中空糸膜束１６は、複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤１８で一体化された小さな束の集合体であり、小さな束同士は、それらの両端部において互いに接しており、接着剤１８で一体化されている。一番外側の中空糸膜束１６は、接着剤１８によりハウジング本体部１２端部の内壁面に固着されている。
【００２９】
このようにして中空糸膜束１６同士を樹脂封止することにより、液の出入り（例えば、逆圧洗浄水の供給）に伴う流れによって中空糸膜束１６同士が揺れて衝突を繰り返し、破損することが防止される。なお、下部キャップ１５側は樹脂封止しなくても良いが、中空糸膜束１６を液圧で揺れ難くする観点からは、上部キャップ１４側と同様にして樹脂封止した方が好ましい。
【００３０】
中空糸膜束１６の充填率は特に制限されるものはないが、外側の中空糸膜束１６の表面と、ハウジング本体部１２の内周面１２ａとの間隔が、５ｍｍ以上であることが好ましく、５〜１０ｍｍであることがより好ましい。
【００３１】
図２では、複数の中空糸膜束１６がネット２６で被覆されている。ネット２６は、透水性である。また、伸縮性を有していてもよい。ネット２６は、長さ方向の両端部が接着剤１８の部分で中空糸膜束１６と一体化されている。
【００３２】
図１に示す中空糸膜モジュール１０を濾過運転したときの液出入口２０の作用について説明する。
【００３３】
濾過運転中に逆圧洗浄するとき、透過水タンクに貯蔵された水がパイプから送られ、液出入口２０に圧入される。このとき、第２開口部２６の径（Ｄ２）と第１開口部２２の径（Ｄ１）の大小関係又は大小比率、好ましくは更に液出入口の長さ（Ｌ）と第１開口部２２の径（Ｄ１）の大小比率が関係づけられているため（好ましくは所定の線速が得られるように関係づけられているため）、逆圧洗浄水の圧力が緩和される。
【００３４】
その結果、液出入口２０（第１開口部２２）に面した位置にある中空糸膜束１６に対する圧力も緩和されるため、長期間の濾過運転時において、定期的に逆圧洗浄した場合であっても、中空糸膜を損傷させることなく、高い洗浄力を発揮できる。
【実施例】
【００３５】
実施例１
図１及び図２に示す中空糸膜モジュールを作製した。
【００３６】
１０６６ｍｍ長の筒状ケースハウジングに、内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍの分離性能を有する酢酸セルロース系中空糸膜２２３２０本を収容した。ウレタン系接着剤を用いた公知の遠心接着法により、中空糸膜端部相互間及び膜束とケースハウジング内面の間を接着した（有効膜面積５０ｍ２）。
【００３７】
なお、液出入口２０は、図４に示す形状のもので、筒状ケースハウジングの長さ方向中央に位置し、第１開口部２２の口径（Ｄ１）は１２５Ａ（１４０ｍｍ）、第２開口部２６の口径（Ｄ２）は８０Ａ（８９．１ｍｍ）、θ２は３５°とした。
【００３８】
上記中空糸膜モジュールを用い、河川表流水を供給原水とした除濁試験を下記の条件で行った。
【００３９】
通水方向：膜モジュール下部キャップ１５側を原水入口とする
ろ過方法：クロスフローろ過
処理能力：５ｍ／日
回収率：９５％
逆圧洗浄流量：ろ過運転透過水流量の４倍
ろ過時間／逆圧洗浄時間：５９分／１分
逆圧洗浄時における液出入口２０での流量線速は、次式から求めた。
【００４０】
Ｔ＝Ｈ／Ｓｉ
Ｔ：流量線速Ｔ（ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｈ：逆圧洗浄時の流量（ｍｌ／ｓｅｃ）
Ｓ１：第１開口部２２の断面積（ｃｍ２）
Ｈ＝５ｍ／日×５０ｍ２×４＝１１５７４．１ｍｌ／ｓｅｃ
Ｓｉは、口径１２５Ａ（１４０ｍｍ）から１５３．８６ｃｍ２
よって、Ｔ（ｃｍ／ｓｅｃ）＝１１５７４．１／１５３．８６＝７５．３となる。
【００４１】
上記した運転条件で、運転を６ヶ月間継続したところ、中空糸膜モジュールの中空糸に破断等の損傷は見られなかった。
【００４２】
比較例１
液出入口２０が口径８０Ａ（８９．１ｍｍ）の単一径であるハウジング本体を用いたほかは実施例１と同様にして、中空糸膜モジュール（有効膜面積５０ｍ２）を作製した。この中空糸膜モジュールを用い、河川表流水を供給原水とした除濁試験を実施例１と同じ条件で行った。
【００４３】
但し、Ｈは、５ｍ／日＝１０．４２ｍ３／Ｈｒの４倍で１１５８３．３ｍｌ／ｓｅｃであり、Ｓｉは、８０Ａ（８９．１ｍｍφ）から６２．３２ｃｍ２であり、流量線速Ｔ（ｃｍ／ｓｅｃ）＝Ｈ／Ｓｉ＝１１５８３．３／６２．３２＝１８５．９となる。
上記した条件で、運転を６ヶ月間継続したところ、液出入口２０直下の中空糸膜数本に破断が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】中空糸膜モジュールの長さ方向の断面図。
【図２】図１の中空糸膜モジュールからケースハウジングを取り去ったものの一部断面図を含む正面図。
【図３】液出入口の断面図。
【図４】別実施形態の液出入口の断面図。
【図５】別実施形態の液出入口の断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０  中空糸膜モジュール
１２  ハウジング本体
１６  中空糸膜束
２０  液出入口
２１  大径部
２２  第１開口部
２５  小径部
２６  第２開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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