(57)【要約】【課題】運搬時や運転時の中空糸膜の損傷を低減し、水やスクラビングエアーの流れを均一にする浸漬型中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】複数本の中空糸膜が開放型の筒状ケース内に配置され、該筒状ケースの端部には筒状ケースの外径よりも大きい内径の筒状の第１部分と、該第１部分の筒状ケース長手方向の外側に前記筒状ケースの内径よりも小さい内径の筒状の第２部分を備えた端筒を有し、かつ、前記複数本の中空糸膜、前記筒状ケース、および前記端筒の内部で樹脂により固定されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の中空糸膜が開放型の筒状ケース内に配置され、該筒状ケースの端部には筒状ケースの外径よりも大きい内径の筒状の第１部分と、該第１部分の筒状ケース長手方向の外側に前記筒状ケースの内径よりも小さい内径の筒状の第２部分を備えた端筒を有し、かつ、前記複数本の中空糸膜および前記筒状ケースは前記端筒の内部で樹脂により固定されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記端筒の第２部分の内側にまで前記複数本の中空糸膜と前記樹脂が存在することを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記端筒が、貫通孔を有してなることを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部が、前記端筒の中心軸方向に凸の曲面形状で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部が、実質的に前記端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記端筒の第１部分の内周面が、前記筒状ケースが延在する方向に向かってその内法が拡大するテーパ形状の面であることを特徴とする請求項１〜５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、上水処理用途などに好適に用いられる浸漬型中空糸膜モジュールに関し、さらに詳しくは、当該浸漬型中糸膜モジュールの内部欠陥を発生させず、中空糸膜束の偏りを抑え、かつ生産効率向上に好適な浸漬型中空糸膜モジュールを提供することにある。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上水用の浸漬型中空糸膜モジュールは、上水用、産業水用途などに広く利用されており、幾多の実施形態と多種多様の用途が広く知られている。一般に浸漬型中空糸膜モジュールは、例えば特許文献１にも示され、図７に示すように、透水可能な開放型の筒状ケース３内に複数本の中空糸膜２を収納して構成されている。
【０００３】
図７に示す浸漬型中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜２の一方の端部（上端部）は、端面が開口された状態で筒状ケース３に樹脂４で固定され、一方、中空糸膜２の他方の端部（下端部）は、端面が閉塞された状態で筒状ケース３に樹脂４で固定されている。これらの浸漬型中空糸膜モジュールを用いる場合、通常、垂直に配置し、上部キャップ５の流入口から吸引しながら、原水（被処理水）を開放型の筒状ケース３から投入し、中空糸膜を透過し中空部に達した濾過水を上部のキャップ５から外部に取り出している。このとき、濾過を進行させると、中空糸膜外表面に原水中の懸濁物質が付着し濾過抵抗が大きくなり膜透過流速（ＦＬＵＸ）が徐々に低下する。そこで、濾過抵抗を元の低い状態に回復させるため、原水の供給を停止し、濾過水を上キャップ５側から所定量供給するいわゆる逆洗を行うと共に、下部に設けられた流入口７から空気を吹き込んでエアースクラビングを行い、懸濁物質を落脱せしめ下キャップ６や筒状ケース３の開口部から筒状ケース内の水と共に外部へ排出する。
【０００４】
通常、浸漬型中空糸モジュールは中空糸膜束の少なくとも片端部を樹脂で接着固定するとともに前記ケース内面に接着した構成になっているため、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜と筒状ケース内面との擦過が大きく、糸損傷が発生しやすくなる。さらに筒状ケースの壁面は、ネットや格子状の開放型の筒状ケースで、実質的に中空糸膜が外部に露出しているため、運搬時や据付時に筒状ケースや中空糸膜を損傷させる問題があった。
【０００５】
また、この中空糸膜モジュールを水平において回転させながら接着する遠心接着法により製造する場合には、中空糸膜束自身の自重で中空糸束がケースの下方に偏って接着されたり、中空糸膜がケース内壁面近傍に孤立して接着され、モジュール運搬時の衝撃や使用時の液流動により糸切れが発生したり、運転時に供給される原水やエアースクラビング時のエアーの流れが不均一になり、部位によって膜の濾過性能が大きく異なり、濾過性能の低下をきたすという問題が発生する。
【特許文献１】特開２００２−３４６３４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題を解消し、安価で製作が容易な中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記目的を達成するものである。すなわち本発明は、
（１）複数本の中空糸膜が開放型の筒状ケース内に配置され、該筒状ケースの端部には筒状ケースの外径よりも大きい内径の筒状の第１部分と、該第１部分の筒状ケース長手方向の外側に前記筒状ケースの内径よりも小さい内径の筒状の第２部分を備えた端筒を有し、かつ、前記複数本の中空糸膜および前記筒状ケースは前記端筒の内部で樹脂により固定されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【０００８】
（２）前記端筒の第２部分の内側にまで前記複数本の中空糸膜と前記樹脂が存在することを特徴とする（１）に記載の中空糸膜モジュール。
【０００９】
（３）前記端筒が、貫通孔を有してなることを特徴とする（１）または（２）に記載の中空糸膜モジュール。
【００１０】
（４）前記端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部が、前記端筒の中心軸方向に凸の曲面形状で構成されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【００１１】
（５）前記端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部が、実質的に前記端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部で構成されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【００１２】
（６）前記端筒の第１部分の内周面が、前記筒状ケースが延在する方向に向かってその内法が拡大するテーパ形状の面であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１、２記載の発明によれば、キャップと接続する第１部分と第２部分をもつ端筒において、第２部分の内周面が、筒状ケース内周面よりも内側にあるので、中空糸膜が筒状ケースと接触しないようにすることができ、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜が筒状ケースに擦過することを軽減でき、糸損傷を発生させることがない。また、端筒の第１部分の内周面が筒状ケース外周面よりも外側にあるので筒状ケースや中空糸膜同士を接触させることなく運搬や据付を行うことができる。また、ポッティング時に上記端筒が樹脂により筒状ケースと一体化することができ、後工程で端筒を取り付けるといったような手間が省け加工工程を簡略化できる。
【００１４】
また、端筒の第２部分が中空糸膜束を筒状ケースより中央方向へ収束して密集させるので、中空糸膜モジュールを水平において回転させながら接着する遠心接着法により製造する場合でも、中空糸膜束自身の自重で中空糸膜束がケースの下方に偏って接着されたり、中空糸膜がケース内壁面近傍に孤立して接着されたりすることがなくなる。これにより、モジュール運搬時の衝撃や使用時の液流動により糸切れが発生せず、水やエアーの流れを比較的均一にでき、濾過性能や洗浄性能を向上できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、端筒に貫通孔を設けることで、ポッティング時には封止剤としての樹脂注入孔として使用でき、さらに濾過運転時には原水の流入孔として兼用することができる。
【００１６】
請求項４、５に記載の発明によれば、端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部を、端筒の中心方向に凸の曲面形状とするか、端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部とすることで中空糸膜束挿入時に中空糸膜への損傷を防ぐことができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、端筒を筒状ケースに取り付ける際にスムーズに挿入でき、組立てを容易なモジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る中空糸膜モジュールを、以下、上水濾過に用いられる浸漬型中空糸膜モジュールを例にとって説明する。なお、本発明は、上水用の浸漬型中空糸膜モジュールに限定されるものでなく、産業用水、下水用など中空糸膜モジュールにも適用することができる。
【００１９】
先ず、本発明の中空糸膜モジュールの構成について、図を参照しながら説明する。図１は本発明の浸漬型中空糸膜モジュールの概略縦断面図、図２は図１の端筒１０近傍の部分拡大図である。
【００２０】
浸漬型中空糸膜モジュール１は、図１に示すように原水が通水可能な開放系である筒状ケース３の両端部に端筒１０a、１０ｂを有し、該端筒を有する筒状ケース３に複数本の中空糸膜２を収納し、中空糸膜２の両端部を上方の端部は、端面を開口状態としつつ、筒状ケース３の両端に端筒１０ａと共に樹脂４で液密に固定し、下方の端部は中空糸束内部に空気を導入できる構造を有し、端筒１０ｂと共に樹脂４で液密に固定している。
【００２１】
そして、筒状ケース３の上部の端筒１０ａに濾過液出口９を有する上キャップ５を、筒状ケース３の下部の端筒１０ｂにはエアーの流入口８を有する下キャップ６を液密に接続している。なお、液密にする手段として特に限定しないが、パッキンを挟み込みサニタリクランプなどで取り付ければよい。下キャップ６の流入口８には、エアー源に接続したエアー導入バルブ（図示せず）と排水路に接続した第１排水バルブ（図示せず）を接続している。また上キャップ５の濾過液出口９には、濾過液導出路に接続した吸引ポンプ（図示せず）と濾過液バルブ（図示せず）を接続している。
【００２２】
筒状ケース３や端筒１０ａ，１０ｂの材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィンやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレンパーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、４フッ化エチレンエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、３フッ化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、エチレンクロロトリフロロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂、そしてポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素樹脂、さらにポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独もしくは混合で用いられる。また、樹脂以外ではアルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用してもかまわない。また、筒状ケース３の形状はネット状、格子状など通水が可能で、中空糸膜に原水が供給されるような構造であればよい。
【００２３】
中空糸膜２の素材は特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられ、また、これらの複合でもかまわない。
【００２４】
中空糸膜２、筒状ケース３、および端筒１０を該端筒１０の内部で固定する樹脂４としては、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂が例示される。
【００２５】
次に、図１に示す中空糸膜モジュールの使用手順について説明する。
【００２６】
まず、原水を濾過する工程においては、エアー導入バルブと第１排水バルブを閉じ、濾過液バルブを開けた状態で吸引ポンプを駆動し、中空糸膜モジュール１を囲う浸漬タンク（図示せず）に満たされた原水を筒状ケース３から流し込み、濾過液を濾過液出口９から濾過液導出路に導出する。
【００２７】
このとき、図１に示す中空糸膜モジュールと同様に濾過を進行させるに従い中空糸膜外表面に原水中の懸濁物質が付着し濾過抵抗が大きくなり膜透過流速が低下する。そこで、逆洗とエアースクラビングを行う。
【００２８】
逆洗は、吸引ポンプを停止し、第１排水バルブを閉じ、濾過液バルブを所定時間開け、中空糸内部から逆に水を透過せしめる。
【００２９】
また、エアースクラビングは、吸引ポンプを停止し、第１排水バルブと濾過液バルブを閉じ、エアー導入バルブを所定時間開け、中空糸膜モジュール１内にエアーを導入する。
【００３０】
このように、逆洗とエアースクラビングを行った後排水を行うが、排水時には、吸引ポンプを停止し、第１排水バルブおよび、浸漬タンクに設けられた処理水出口から浸漬タンクの外部に排出する。
【００３１】
以上説明してきた本発明でいう端筒とは、中空糸膜と筒状ケースを離間させ、接触しないようする機能をもつスリーブを意味する。ここでスリーブとはキャップや配管を接続するコネクターを意味する。前記端筒は、筒状ケースの外径よりも大きい内径の筒状の第１部分と、該第１部分の筒状ケース長手方向の外側に前記筒状ケースの内径よりも小さい内径の筒状の第２部分を備えていることを必要とする。ここで、端筒の第１部分の内径２０、端筒の第２部分の内径１７とは、端筒の両底面部のうち、第１部分に属する側の内径を端筒の第１部分の内径２０、第２部分に属する側の内径を端筒の第２部分の内径１７とそれぞれ定義する（図２参照）。なお、中空糸膜と筒状ケースを離間でき、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜が筒状ケースに擦過することを軽減でき、糸損傷を発生させることがなく、筒状ケースや中空糸膜同士を接触させることなく運搬や据付を行うことができ、かつ、ポッティング時に上記端筒が樹脂により筒状ケースと一体化することができる、という本発明の効果を十分に発現させるためには、端筒の第２部分が、端筒の第２部分の内周面の全てにおいて筒状ケース内周面よりも内側にあり、かつ、端筒の第１部分が、端筒の第１部分の内周面の全てにおいて筒状ケース外周面よりも外側にあることが好ましい。
【００３２】
かかる端筒の形状については、第２部分１２の開口（内径１７）は、例えば筒状ケース３の全長が１ｍ、外径１５０ｍｍの場合、筒状ケースの開口（内径１８）よりも半径方向に４〜４０ｍｍ内側（端筒の中心軸方向）の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、１０〜２０ｍｍの範囲内とすることである。かかる範囲内にすることにより、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜が筒状ケースに擦過することをより低減でき、かつ、中空糸膜束挿入面積も大きくとれるので、膜の充填率を高くすることができるからである。第１部分１１の開口（内径２０）は、筒状ケースの断面の外周（外径１９）よりも半径方向に０．５〜５ｍｍ外側（端筒の中心軸と反対方向）の範囲にあればよい。かかる範囲内にすることにより、端筒の筒状ケースへの挿入が容易となるだけでなく、筒状ケースに端筒を取り付けた際にそれぞれの中心軸同士が偏心しにくく、かつ端筒内面と筒状ケース外面との間に確実に樹脂が含浸できるからである。
【００３３】
さらに、図５の１５に示す第１部分の内周面は、筒状ケースが延在する方向に向かってその内法が拡大するテーパ形状の面であることが、端筒を筒状ケースに容易に挿入することが可能となり好ましい。端筒の長手方向の長さはポッティング用の樹脂部長さ１３よりも５〜５０ｍｍ長いものが好ましく、さらに好ましくは１０〜３０ｍｍ長くすることである。かかる場合には、貫通孔の加工も容易となり、筒状ケースの露出面積も多くとれ、好都合だからである。そして、ポッティング用の樹脂部の界面近傍に、直径５〜２０ｍｍの貫通孔１４を設けることが好ましい。かかる貫通孔１４はポッティング時には樹脂の注入口として、また、濾過運転時には原水の流入孔としても兼用することができる。このようにして設けられる貫通孔の孔数は、端筒の円周上に１〜１２個、さらに２〜４個を均一に分散させて配置するのが好ましい。かかる理由は、ポッティング時には１つの孔から樹脂を含浸させるので、その際にその他の孔をシリコン栓などで閉塞する手間が省け、均一に貫通孔を設けることで濾過運転時には円周方向にバランスよく原水を流入でき、中空糸膜の濾過のばらつきが低減できるからである。
【００３４】
また、第２部分の内周面の第１部分側端部１６をなめらかに曲線状に加工、または面取りを施すことにより、例えば、図５に示すように、端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部を該端筒の中心軸方向に凸の曲面形状としたり、図６に示すように、端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部を実質的に該端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部で構成したりすることができる。このような加工、面取りを施すことで、中空糸膜束を挿入するときに中空糸がひっかかり、中空糸膜へ傷が生じることを防ぐことができるのである。
【００３５】
そして、端筒１０を筒状ケース３に取付けた後、中空糸膜を挿入して、この貫通孔１４より、ポッティング用樹脂を遠心法で含浸させることで筒状ケースと中空糸束を離間させ、樹脂により中空糸膜、筒状ケース、および端筒が一体化されたモジュールを製造することができるので、後工程で端筒を取り付けるといったような手間が省け、加工工程を簡略化できる。
【００３６】
また第２部分１２の内径１７を小さくすることで中空糸膜束を筒状ケースのより中央方向へ収束させるので膜束を遠心接着法によりポッティングする場合において、膜充填率の小さい中空糸膜束でも中空糸膜束自身の自重で中空糸膜束がケースの下方に偏って接着されたり、中空糸膜がケース内壁面近傍に孤立して接着されることがなくなる。これによりモジュール運搬時の衝撃や使用時の液流動により糸切れが発生せず、水やエアーの流れを比較的均一にでき、濾過性能や洗浄性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る浸漬型中空糸膜モジュールの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明に係る端筒により中空糸膜束と筒状ケースが離間している状態を示す、図１の浸漬型中空糸膜モジュールの部分拡大図である。
【図３】本発明に係る端筒の一実施形態を示す外観図である。
【図４】図３の端筒を下側から見た外観図である。
【図５】本発明の好ましい一実施態様を示す端筒の横断面図（図４の端筒の横断面図）である。
【図６】本発明の好ましい別の実施態様を示す端筒の横断面図である。
【図７】従来の浸漬型中空糸膜モジュールの概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ：浸漬型中空糸膜モジュール
２  ：中空糸膜
３  ：筒状ケース（開放系）
４  ：樹脂
５  ：上キャップ
６  ：下キャップ
７  ：散気孔
８  ：流入口
９  ：濾過液出口
１０、１０ａ，１０ｂ：端筒
１１：端筒の第１部分
１２：端筒の第２部分
１３：樹脂部長さ
１４：貫通孔
１５：端筒の第１部分の内周面
１６：端筒の第２部分の内周面の第１部分側端部
１７：端筒の第２部分の内径
１８：筒状ケースの内径
１９：筒状ケースの外径
２０：端筒の第１部分の内径
Ａ：筒状ケースの長手方向の外側
Ｂ：端筒の中心軸
Ｃ：端筒の中心軸上に存在する円錐の頂点
Ｄ：端筒の中心軸上に頂点を有する円錐の側面
【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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【図６】
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【図７】
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