(57)【要約】【課題】所望の機能を容易に追加可能なセラミック膜構造体を提供する。【解決手段】セラミック膜構造体１００は、セラミック膜１０と、三次元構造体３０とを備える。セラミック膜１０は、濾過セルＣｆを有する。三次元構造体３０は、セラミック膜１０に接続され、濾過セルＣｆの流入口１０ａを覆っている。【選択図】図１
2015150541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有するセラミック膜と、
前記セラミック膜に接続され、前記貫通孔の開口を覆う三次元構造体と、
を備えるセラミック膜構造体。
【請求項２】
前記三次元構造体は、セラミック材料によって構成される、
請求項１に記載のセラミック膜構造体。
【請求項３】
前記三次元構造体は、溶射法によって前記セラミック膜と一体的に形成されている、
請求項１又は２に記載のセラミック膜構造体。
【請求項４】
前記三次元構造体は、内部を貫通する流路が形成された緻密体であり、
前記流路は、前記セラミック膜の前記開口に連なる、
請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミック膜構造体。
【請求項５】
前記三次元構造体の外形寸法は、前記セラミック膜から離れるほど細い、
請求項４に記載のセラミック膜構造体。
【請求項６】
前記三次元構造体の先端部分に取り付けられる環状部材を備える、
請求項５に記載のセラミック膜構造体。
【請求項７】
前記流路は、螺旋状に形成される螺旋流路と、前記螺旋流路の軸心を中心とする径方向外向きに前記螺旋流路からそれぞれ延びる複数の捕獲穴とを有する、
請求項４乃至６のいずれかに記載のセラミック膜構造体。
【請求項８】
前記三次元構造体は、前記開口を覆う多孔体である、
請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミック膜構造体。
【請求項９】
前記三次元構造体は、前記開口を覆う多孔体と、前記多孔体を収容する筒状の緻密体とを有する、
請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミック膜構造体。
【請求項１０】
前記多孔体の内部には、触媒又は吸着剤が担持されている、
請求項８又は９に記載のセラミック膜構造体。
【請求項１１】
前記緻密体の外形寸法は、前記セラミック膜から離れるほど細い、
請求項１０に記載のセラミック膜構造体。
【請求項１２】
前記緻密体の先端部分に取り付けられる環状部材を備える、
請求項１１に記載のセラミック膜構造体。
【請求項１３】
前記セラミック膜は、前記三次元構造体との間に介挿される端面封止部を備える、
請求項８に記載のセラミック膜構造体。
【請求項１４】
前記セラミック膜は、前記貫通孔を含む複数の貫通孔を有する、
請求項１乃至１３のいずれかに記載のセラミック膜構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック膜構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多成分の混合流体から特定成分を選択的に分離するためのセラミック膜が用いられている。セラミック膜は、機械的強度、耐久性、耐食性などに優れているため、水処理、排ガス処理、細菌や粉塵の除去処理、或いは特定成分の濃縮処理などの広範な用途に好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１４３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、分離機能以外の新たな機能をセラミック膜に追加することによって、セラミック膜の組み付け性を向上させたり、セラミック膜の用途を広げたり、或いはセラミック膜の分離機能を向上させたりすることが期待されている。そこで、セラミック膜上に他の機能膜を形成する手法が考えられるが、この手法では分離機能自体を向上させることはできるものの組み付け性の向上や用途の拡大を図ることはできない。そのため、セラミック膜に所望の機能を容易に追加するには新たな手法の開発が必須である。
【０００５】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、所望の機能を容易に追加可能なセラミック膜構造体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】
【０００６】
本発明に係るセラミック膜構造体は、セラミック膜と、三次元構造体とを備える。セラミック膜は、貫通孔を有する。三次元構造体は、セラミック膜に接続され、貫通孔の開口を覆う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、所望の機能を容易に追加可能なセラミック膜構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係るセラミック膜構造体の斜視図
【図２】第１実施形態に係るセラミック膜を第１端面側から見た斜視図
【図３】第１実施形態に係るセラミック膜を第２端面側から見た斜視図
【図４】第２実施形態に係るセラミック膜構造体の斜視図
【図５】第３実施形態に係るセラミック膜構造体の斜視図
【図６】第４実施形態に係るセラミック膜構造体の斜視図
【図７】第５実施形態に係るセラミック膜構造体の斜視図
【図８】攪拌板の構成を示す斜視図
【図９】攪拌板の構成を示す斜視図
【図１０】攪拌板の構成を示す斜視図
【図１１】攪拌板の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なっている場合がある。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
以下の実施形態では、本発明をモノリス型のセラミック膜構造体に適用した場合について説明する。「モノリス」とは、長手方向に形成された複数の連通孔を有する形状を意味し、ハニカム形状を含む概念である。ただし、本発明はモノリス型のセラミック膜構造体だけでなくチューブ型のセラミック膜構造体などにも適用可能である。
【００１１】
［第１実施形態］
（セラミック膜構造体１００の構成）
図１は、第１実施形態に係るセラミック膜構造体１００の斜視図である。図２は、第１実施形態に係るセラミック膜１０を第１端面Ｓ１側から見た斜視図である。図３は、第１実施形態に係るセラミック膜１０を第２端面Ｓ２側から見た斜視図である。図２では、セラミック膜構造体１００の内部構造が部分的に示されている。図２中の矢印は、濾過対象の混合流体に含まれる透過分離成分（水、水蒸気、ガス、有機溶媒など）の流れを示している。
【００１２】
セラミック膜構造体１００は、セラミック膜１０と、複数の分離膜２０と、三次元構造体３０と、第１環状部材４０と、第２環状部材５０とを備える。分離膜２０は、セラミック膜１０の内部に支持される。三次元構造体３０は、セラミック膜１０の端部に接続される。
【００１３】
セラミック膜１０は、円柱状に形成される。長手方向におけるセラミック膜１０の長さは１５０〜２０００ｍｍとすることができ、短手方向におけるセラミック膜１０の直径は３０〜２５０ｍｍとすることができるが、これに限られるものではない。セラミック膜１０は、第１端面Ｓ１と、第２端面Ｓ２と、側面Ｓ３とを有する。第１端面Ｓ１は、第２端面Ｓ２の反対に設けられる。側面Ｓ３は、第１端面Ｓ１と第２端面Ｓ２に連なる柱面である。
【００１４】
セラミック膜１０は、本体部１１と、複数の第１目封止部１２と、複数の第２目封止部１３と、複数の排出流路１４と、第２端面封止部１５とを含む。本体部１１は、円柱状に形成される。本体部１１には、複数の第１連通孔ＴＨ１と複数の第２連通孔ＴＨ２が形成されている。
【００１５】
第１連通孔ＴＨ１と第２連通孔ＴＨ２のそれぞれは、第１端面Ｓ１と第２端面Ｓ２に連通する。第１連通孔ＴＨ１と第２連通孔ＴＨ２の断面形状は、例えば円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形、七角形などを採用することができる。第１連通孔ＴＨ１と第２連通孔ＴＨ２の内径は、例えば１〜５ｍｍとすることができる。第２連通孔ＴＨ２の両端は、一対の第１目封止部１２と第２目封止部１３によって封止されている。図２に示すように、第１目封止部１２と第２目封止部１３の間には、透過分離成分である水を排出流路１４に導くための集水セルＣｗが形成される。本実施形態では、複数の集水セルＣｗが所定方向に所定間隔で並んでいる。
【００１６】
本体部１１は、多孔質材料によって構成される。本体部１１の多孔質材料としては、セラミック、金属、樹脂などを用いることができ、特に多孔質セラミック材料が好適である。多孔質セラミック材料の骨材粒子としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、チタニア（ＴｉＯ２）、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、セルベン及びコージェライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）などを用いることができ、入手容易性と坏土安定性と耐食性を考慮すると特にアルミナが好適である。セラミック膜１０は、多孔質材料に加えて、無機結合材を含んでいてもよい。無機結合材としては、チタニア、ムライト、易焼結性アルミナ、シリカ、ガラスフリット、粘土鉱物、易焼結性コージェライトのうち少なくとも一つを用いることができる。セラミック膜１０の気孔率は、２５％〜５０％とすることができる。本体部１１の平均細孔径は、５μｍ〜２５μｍとすることができる。本体部１１を構成する多孔質材料の平均粒径は、１μｍ〜１００μｍとすることができる。本実施形態において、「平均粒径」とは、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた断面微構造観察によって測定される３０個の測定対象粒子の最大直径の算術平均値である。
【００１７】
排出流路１４は、図２に示すように、所定方向に並んだ複数の集水セルＣｗを連結するように本体部１１を貫通する。排出流路１４の両端は、側面Ｓ３に開口する。本実施形態では、６本の排出流路１４が設けられているが、排出流路１４の本数及び位置は適宜変更可能である。
【００１８】
第２端面封止部１５は、後述する流出口１０ｂ（図３参照）を除いた第２端面Ｓ２の全面と側面Ｓ３の一部とを覆う。第２端面封止部１５は、流出口１０ｂから流出する混合流体が第２端面Ｓ２から本体部１１に侵入することを抑制する。第２端面封止部１５は、ガラス材料、金属材料、ゴム材料、或いは樹脂材料などによって構成することができるが、本体部１１の熱膨張係数との整合性を考慮するとガラス材料が好適である。
【００１９】
分離膜２０は、第１連通孔ＴＨ１の内表面上に配置される。分離膜２０は、筒状に形成される。分離膜２０の内側の空間が、混合流体の流通する濾過セルＣｆ（貫通孔の一例）である。濾過セルＣｆは、第１端面Ｓ１に開口する流入口１０ａ（開口の一例）と第２端面Ｓ２に開口する流出口１０ｂとを有する。
【００２０】
分離膜２０は、浸透気化法に用いられる浸透気化膜、蒸気透過法に用いられる蒸気透過膜、或いはガス分離膜である。分離膜２０としては、公知の一酸化炭素分離膜（例えば、特許第４００６１０７号公報参照）、ヘリウム分離膜（例えば、特許第３９５３８３３号公報参照）、水素分離膜（例えば、特許第３９３３９０７号公報参照）、炭素膜（例えば、特開２００３−２８６０１８号公報参照）、ＤＤＲ型ゼオライト膜（例えば、特開２００４−６６１８８号公報参照）、シリカ膜（例えば、国際公開第２００８／０５０８１２号パンフレット参照）などが挙げられる。分離膜２０が浸透気化膜である場合、例えばエタノール水溶液が流入口１０ａから濾過セルＣｆ内に流入すると、分離膜２０を透過した水は排出流路１４や側面Ｓ３から流出し、分離膜２０を透過しないエタノールは流出口１０ｂから流出する。
【００２１】
なお、分離膜２０は第２連通孔ＴＨ２の内表面上には配置されていない。また、分離膜２０は、第１連通孔ＴＨ１の内表面上に形成されることとしたが、第１連通孔ＴＨ１の内表面上に中間層や表層が形成されている場合には、中間層や表層の内表面上に分離膜２０が形成されることになる。中間層や表層は、本体部１１と同様の材料によって構成することができ、本体部１１よりも小さい平均細孔径と平均粒径を有していてもよい。
【００２２】
三次元構造体３０は、セラミック膜１０の第１端面Ｓ１上に配置され、流入口１０ａを覆っている。三次元構造体３０は、溶射法によって形成されており、セラミック膜１０と一体的に接続されている。三次元構造体３０は、セラミック材料や金属材料によって構成することができるが、セラミック膜１０との接合性を考慮するとセラミック材料が好適である。セラミック材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、クロミア、ムライト（Ｃｒ２Ｏ３，）、窒化物（ＴｉＮ、ＺｒＮ）、炭化物（Ｂ４Ｃ、ＺｒＣ）、硼化物（ＴｉＢ２、ＭｏＢ２、ＺｒＢ２）、及びこれらの固溶体のほかガラス材料などが挙げられる。ガラス材料としては、Ｄｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系や、Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系などの公知のガラス材料を用いることができる。金属材料としては、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、銅、ニッケル、チタン、ジルコニウム、タンタル、コバルト、及びこれらの合金のほか、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼などが挙げられる。三次元構造体３０が溶射法によって形成される場合、三次元構造体３０の構成粒子は扁平に潰れていてもよい。
【００２３】
本実施形態に係る三次元構造体３０は、混合流体を透過させない程度の緻密性を有する緻密体である。そのため、三次元構造体３０は、セラミック膜１０と流入配管とを繋ぐシール部材として機能する。三次元構造体３０の密度、細孔径及び気孔率などは、混合流体の特性に応じて変更すればよく、溶射条件（溶射ガンの吹きつけ条件、材料粉末の投入条件、電力条件など）を制御することによって容易に変更可能である。
【００２４】
三次元構造体３０は、テーパー状、漏斗状或いは略円錐状に形成される。従って、三次元構造体３０の外形寸法は、セラミック膜１０から離れるほど細い。本実施形態に係る三次元構造体３０は、筒状に形成されており、内部を貫通する流路３０Ｐを有する。流路３０Ｐは、混合流体をセラミック膜１０の流入口１０ａに導くための孔である。流路３０Ｐは、流入配管（不図示）に連なる第１開口３０ａと、セラミック膜１０の流入口１０ａに連なる第２開口３０ｂとを有する。流路３０Ｐの内径は、セラミック膜１０から離れるほど細い。
【００２５】
第１環状部材４０は、三次元構造体３０の先端部分に取り付けられる。第１環状部材４０は、いわゆるＯ−リングである。第１環状部材４０は、セラミック膜構造体１００と流入配管との間の水密性及び気密性を確保するために設けられる。第１環状部材４０は、混合流体に対する耐性を有する材料（例えばゴム材料など）によって構成される。三次元構造体３０がテーパー状であるため、第１環状部材４０のサイズは第２環状部材５０よりも小さくなっている。
【００２６】
第２環状部材５０は、セラミック膜１０の側面Ｓ３のうち第２端面封止部１５によって覆われた部分に取り付けられる。第２環状部材５０は、セラミック膜構造体１００と流出配管（不図示）との間の水密性及び気密性を確保するために設けられる。第２環状部材５０は、第１環状部材４０と同様の材料によって構成することができる。第２環状部材５０のサイズは、第１環状部材４０よりも大きい。
【００２７】
（セラミック膜構造体１００の製造方法）
まず、上述した本体部１１の多孔質材料を用いて、第１連通孔ＴＨ１と第２連通孔ＴＨ２を有する本体部１１の成形体を形成する。成形方法としては、真空押出成形機を用いた押出成形法のほかプレス成型法や鋳込み成型法を用いることができる。
【００２８】
次に、鋭利な治具を用いて、所定方向に並んだ第２連通孔ＴＨ２に連なるように成形体を貫通する排出流路１４を形成する。
【００２９】
次に、第１及び第２目封止部１２，１３の多孔質材料に有機バインダ、焼結助剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤などを添加して目封止部用スラリーを作製する。続いて、成形体の両端面にポリエステル等のフィルムを貼付し、フィルムのうち第２連通孔ＴＨ２に対応する部分に孔を穿設する。その後、成形体の両端部を容器に入れられた目封止部用スラリーに押し付けて、第１及び第２目封止部１２，１３の成形体を形成する。
【００３０】
次に、成形体を焼成（例えば、５００℃〜１５００℃、０．５時間〜８０時間）することによって、本体部１１及び第１及び第２目封止部１２，１３を形成する。
【００３１】
次に、流出口１０ｂ以外の第２端面Ｓ２全面と側面Ｓ３の一部とを覆うように第２端面封止部１５の材料を塗布して焼成する。これにより、セラミック膜１０が形成される。
【００３２】
次に、第１連通孔ＴＨ１の内表面上に分離膜２０を形成する。分離膜２０の形成方法としては、分離膜２０の種類に応じた周知の方法を用いればよい。
【００３３】
次に、セラミック膜１０の第１端面Ｓ１上に三次元構造体３０を溶射法によって形成する。溶射法とは、加熱により溶融もしくは軟化させた材料粒子を溶射ガンから第１端面Ｓ１に向けて発射することによって、第１端面Ｓ１上に溶射材料を凝固及び堆積させる手法である。溶射法によると、一般的な焼結法に比べて低温で溶射材料を堆積させられるため、セラミック膜１０との熱膨張率差に起因するクラックなどを抑制できる。また、溶射法によると、接着剤などを用いることなく三次元構造体３０をセラミック膜１０に一体的に接続できるため、接続部分の耐熱性や強度を向上させることができる。さらに、溶射法によると、溶射ガンを適宜移動させることによって所望の三次元形状の構造物を容易に形成できるため、三次元構造体３０の設計自由度を向上させることができる。
【００３４】
溶射法は、溶射材料や三次元構造体３０の形状に応じて、プラズマ溶射法、アーク溶射などの電気式溶射法、フレーム溶射や爆発溶射などのガス式溶射法、レーザー溶射法、コールドスプレー溶射法などから選択することができる。溶射条件には特に制限がなく、セラミック加工分野や金属加工分野において通常採用されている条件に従えばよい。例えば、プラズマ溶射法を用いてアルミナで三次元構造体３０を作製する場合には、以下の溶射条件を採用することができる。
【００３５】
・プラズマガス種：Ａｒ、Ｈ２
・ガス流量：Ａｒ＝４１Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２＝１４Ｌ／ｍｉｎ
・電流：６００Ａ
・溶射ガンと衝突面までの距離：１２０ｍｍ
・溶射ガンのスキャンスピード：１０００ｍｍ／ｓ
・アルミナ粉末投入量：２０〜３０ｇ／ｍｉｎ
（作用及び効果）
（１）第１実施形態に係るセラミック膜構造体１００は、セラミック膜１０と、三次元構造体３０とを備える。セラミック膜１０は、濾過セルＣｆ（貫通孔の一例）を有する。三次元構造体３０は、セラミック膜１０に接続され、濾過セルＣｆの流入口１０ａ（開口の一例）を覆っている。従って、三次元構造体３０に所望の機能を持たせることにより、分離機能以外の新たな機能を容易に追加することができる。
【００３６】
具体的に、第１実施形態に係る三次元構造体３０は、内部を貫通する流路３０Ｐが形成された緻密体であり、三次元構造体３０の外形寸法は、セラミック膜１０から離れるほど細くなっている。このように、第１実施形態に係る三次元構造体３０は、セラミック膜１０と流入配管とを繋ぐシール部材としての機能を有しており、流入配管との接続部分が細くなっているため、セラミック膜構造体１００を流入配管に接続する際の組み付け性を向上することができる。また、第１環状部材４０のサイズを小さくできるため、三次元構造体３０と流入配管との間の水密性及び気密性の確保、第１環状部材４０自体の強度の向上、或いは流入配管の形状に合わせた第１環状部材４０の形状変更などが容易になる。
【００３７】
（２）三次元構造体３０がセラミック材料によって構成される場合には、金属材料を用いる場合に比べて、セラミック膜１０と三次元構造体３０との接合性やセラミック膜構造体１００全体の耐熱性を向上させることができる。
【００３８】
（３）三次元構造体３０は、溶射法によってセラミック膜１０と一体的に形成されている。そのため、接着剤などを用いる場合に比べて、セラミック膜１０との接続部分の耐熱性や強度を向上させることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るセラミック膜構造体１０１の構成について、図面を参照しながら説明する。ただし、上記第１実施形態に係るセラミック膜構造体１００との相違点は三次元構造体３１の構成にあるため、以下の説明においては当該相違点について主に説明する。
【００４０】
図４は、第２実施形態に係るセラミック膜構造体１０１の斜視図である。セラミック膜構造体１０１は、セラミック膜１０と、分離膜２０（図４において不図示）、三次元構造体３１と、第１環状部材４０と、第２環状部材５０とを備える。セラミック膜１０、分離膜２０、第１環状部材４０及び第２環状部材５０の構成は上記第１実施形態において説明したとおりである。
【００４１】
三次元構造体３１は、セラミック膜１０の第１端面Ｓ１上に配置され、流入口１０ａを覆っている。三次元構造体３１は、溶射法によって形成されており、セラミック膜１０と一体的に接続されている。三次元構造体３１は、上記第１実施形態に係る三次元構造体３０と同様の材料によって構成することができる。
【００４２】
三次元構造体３１は、混合流体を透過させない程度の緻密体である。三次元構造体３１は、テーパー状、漏斗状或いは略円錐状に形成される。従って、三次元構造体３１の外形寸法は、セラミック膜１０から離れるほど細い。
【００４３】
三次元構造体３０は、内部を貫通する流路３１Ｐを有する。流路３１Ｐは、混合流体をセラミック膜１０の流入口１０ａに導くための孔である。流路３１Ｐは、流入配管（不図示）が接続される第１開口３１ａと、セラミック膜１０の流入口１０ａに連なる第２開口３１ｂとを有する。
【００４４】
流路３１Ｐは、螺旋流路Ｐ１と複数の捕獲穴Ｐ２とを有する。螺旋流路Ｐ１は、軸心ＡＸ周りを回転しながら長手方向に延びる三次元曲線状に形成されている。複数の捕獲穴Ｐ２それぞれは、軸心ＡＸを中心とする径方向外向きに螺旋流路Ｐ１から延びる。複数の捕獲穴Ｐ２は、互いに離れた位置に形成される。複数の捕獲穴Ｐ２は、混合流体に混入した異物を捕獲するための穴である。複数の捕獲穴Ｐ２それぞれは、混合流体が遠心力によって捕獲穴Ｐ２に入りやすいように、混合流体の進行方向に沿って延びていることが好ましい。捕獲穴Ｐ２の数や位置は任意に設定することができる。
【００４５】
このような三次元構造体３１は、混合流体中の異物を取り除く機能を有しており、処理可能な混合流体の種類を増やすことができるため、セラミック膜構造体１００の用途を広げることができる。
【００４６】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係るセラミック膜構造体１０２の構成について、図面を参照しながら説明する。ただし、上記第１実施形態に係るセラミック膜構造体１００との相違点は三次元構造体３２の構成にあるため、以下の説明においては当該相違点について主に説明する。
【００４７】
図５は、第３実施形態に係るセラミック膜構造体１０２の斜視図である。セラミック膜構造体１０２は、セラミック膜１０と、分離膜２０（図５において不図示）、三次元構造体３２と、第１環状部材４１と、第２環状部材５０とを備える。セラミック膜１０、分離膜２０及び第２環状部材５０の構成は上記第１実施形態において説明したとおりである。なお、セラミック膜構造体１０２は、上記第１実施形態に係る分離膜２０を備えていないものとする。
【００４８】
セラミック膜１０は、第１端面封止部１６を含む。第１端面封止部１６は、流入口１０ａを除いた第１端面Ｓ１の全面と側面Ｓ３の一部とを覆う。第１端面封止部１６は、本体部１１と三次元構造体３０との間に介挿されている。第１端面封止部１６は、第１連通孔ＴＨ１の流入口１０ａから流入する混合流体が第１端面Ｓ１から本体部１１に侵入することを抑制する。第１端面封止部１６は、第２端面封止部１５と同様の材料によって構成することができる。
【００４９】
三次元構造体３２は、第１端面封止部１６上に配置され、流入口１０ａを覆っている。三次元構造体３２は、溶射法によって形成されており、セラミック膜１０と一体的に接続されている。
【００５０】
三次元構造体３２は、柱状に形成される。三次元構造体３２は、混合流体を透過させる程度の多孔体である。三次元構造体３２は、溶射ガンから第１端面封止部１６に向かって構成粒子を発射することによって形成することができる。この際、構成粒子間に隙間が形成されるように溶射条件を調整する。三次元構造体３２は、上記第１実施形態に係る三次元構造体３０と同様の材料によって構成することができる。
【００５１】
このような三次元構造体３２は、混合流体を攪拌する機能を有しており、混合流体における分離成分の分布状態を均一化できるため、セラミック膜構造体１０２の分離性能を向上させることができる。
【００５２】
また、多孔体である三次元構造体３２の内部には、触媒や吸着剤が担持されていてもよい。三次元構造体３２の内部に触媒や吸着剤を担持することによって、混合流体に所望の前処理を施すことができる。触媒と吸着剤の材質は、混合流体に施す前処理の目的に応じて適宜選択すればよい。
【００５３】
第１環状部材４１は、セラミック膜１０の側面Ｓ３のうち第１端面封止部１６によって覆われた部分に取り付けられる。第１環状部材４１は、セラミック膜構造体１００と流入配管（不図示）との間の水密性及び気密性を確保するために設けられる。第１環状部材４１は、上記第１実施形態に係る第１環状部材４０と同様の材料によって構成することができる。第１環状部材４１のサイズは、第２環状部材５０と同等である。
【００５４】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態に係るセラミック膜構造体１０３の構成について、図面を参照しながら説明する。ただし、上記第１実施形態に係るセラミック膜構造体１００との相違点は三次元構造体３３の構成にあるため、以下の説明においては当該相違点について主に説明する。
【００５５】
図６は、第４実施形態に係るセラミック膜構造体１０３の斜視図である。セラミック膜構造体１０３は、セラミック膜１０と、分離膜２０（図６において不図示）、三次元構造体３３と、第１環状部材４０と、第２環状部材５０とを備える。セラミック膜１０、分離膜２０、第１環状部材４０及び第２環状部材５０の構成は上記第１実施形態において説明したとおりである。なお、セラミック膜構造体１０３は、上記第１実施形態に係る分離膜２０を備えていないものとする。
【００５６】
三次元構造体３３は、セラミック膜１０上に配置される。三次元構造体３３は、多孔体３３Ａと緻密体３３Ｂとを有する。多孔体３３Ａは、流入口１０ａを覆っている。多孔体３３Ａは、混合流体を透過させる程度に多孔質である。多孔体３３Ａは、第１端面Ｓ１のうち外周領域以外の内部領域に向かって溶射ガンから構成粒子を発射することによって作製することができる。この際、構成粒子間に隙間が形成されるように溶射条件を調整する。このような多孔体３３Ａは混合流体を攪拌する機能を有しており、混合流体における分離成分の分布状態を均一化できるため、セラミック膜構造体１０３の分離性能を向上させることができる。
【００５７】
なお、多孔体３３Ａの内部には、触媒や吸着剤が担持されていてもよい。多孔体３３Ａの内部に触媒や吸着剤を担持することによって、混合流体に所望の前処理を施すことができる。触媒と吸着剤の材質は、混合流体に施す前処理の目的に応じて適宜選択すればよい。
【００５８】
緻密体３３Ｂは、筒状に形成される。緻密体３３Ｂは、内側に多孔体３３Ａを収容している。緻密体３３Ｂは、混合流体を透過させない程度に緻密質である。緻密体３３Ｂは、多孔体３３Ａを作製した後において、第１端面Ｓ１の外周領域に向かって溶射ガンから構成粒子を発射することによって作製することができる。この際、構成粒子間に隙間が形成されないように溶射条件を調整する。緻密体３３Ｂの外形寸法は、セラミック膜１０から離れるほど細くなっている。このような緻密体３３Ｂは、セラミック膜１０と流入配管とを繋ぐシール部材としての機能を有しており、流入配管との接続部分が細くなっているため、セラミック膜構造体１００を流入配管に接続する際の組み付け性を向上することができる。
【００５９】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態に係るセラミック膜構造体１０４の構成について、図面を参照しながら説明する。図７は、第５実施形態に係るセラミック膜構造体１０４の斜視図である。セラミック膜構造体１０４は、いわゆるチューブ型分離膜である。
【００６０】
セラミック膜構造体１０４は、セラミック膜１０と、分離膜２１と、一対の三次元構造体３４と、一対の第１環状部材４０とを備える。第１環状部材４０の構成は上記第１実施形態において説明したとおりである。
【００６１】
セラミック膜１０は、筒状に形成されており、１つの貫通孔ＴＨ３を有する。貫通孔ＴＨ３は、第１端面Ｓ１に形成される第１流出口１０ｃと、第２端面Ｓ２に形成される第２流出口１０ｄとを有する。
【００６２】
分離膜２１は、セラミック膜１０の側面Ｓ３の略全面を覆うように形成される。本実施形態では、混合流体が分離膜２１の外周に供給されると、分離膜２１を透過した透過分離成分（水、水蒸気、ガス、有機溶媒など）が貫通孔ＴＨ３内に流入する。貫通孔ＴＨ３に流入した水は第１流出口１０ｃ及び第２流出口１０ｄから流出する。
【００６３】
各三次元構造体３４は、上記第１実施形態に係る三次元構造体３０と同じ構成を有する緻密体である。ただし、各三次元構造体３４の第２開口３４ｂには貫通孔ＴＨ３から流出した水が流入し、各三次元構造体３４の第１開口３４ａから水が外部に流出する。三次元構造体３４の外形寸法は、セラミック膜１０から離れるほど細くなっている。
【００６４】
このように、第５実施形態に係る各三次元構造体３４は、セラミック膜１０と流出配管とを繋ぐシール部材としての機能を有しており、流出配管との接続部分が細くなっているため、セラミック膜構造体１０４を流出配管に接続する際の組み付け性を向上することができる。
なお、セラミック膜構造体１０４は、一対の三次元構造体３４のうち一方のみを備えていてもよい。
【００６５】
［その他の実施形態］
以上、本発明の第１乃至第５実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６６】
例えば、第１乃至第５実施形態では特に触れていないが、三次元構造体３０〜３４は、異なる材料によって構成される多層構造を有していてもよい。このような多層構造は、三次元構造体３０〜３４を形成する途中で溶射材料を変更することによって作製することができる。
【００６７】
また、第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態及び第５実施形態において、三次元構造体３０，３１，３３，３４は、テーパー状、漏斗状或いは略円錐状に形成されることとしたが、これに限られるものではない。三次元構造体の形状は任意に変更可能である。
【００６８】
また、第１乃至第５実施形態において、三次元構造体３０〜３４は、所定の軸心を中心とする対称な形状を有することとしたが、中心軸を有さない複雑な非対称形状を有していてもよい。
【００６９】
また、第１乃至第４実施形態において、三次元構造体３０〜３３は、セラミック膜１０の流入口１０ａを覆うように配置されることとしたが、流出口１０ｂを覆うように配置されていてもよい。
【００７０】
また、第１乃至第５実施形態において、セラミック膜構造体１００は、分離膜２０又は分離膜２１を備えることとしたが、分離膜２０又は分離膜２１を備えていなくてもよい。この場合には、セラミック膜１０自体が分離機能を発揮する。
【００７１】
また、第１乃至第５実施形態では、環状部材を用いることによって、流入配管及び流出配管のそれぞれとセラミック膜構造体１００との間をシールすることとしたが、これに限られるものではない。例えば、環状部材の代わりにガスケットやパッキンなどを用いてシールすることができる。
【００７２】
また、第１乃至第５実施形態において、セラミック膜構造体１００は、集水セルＣｗを有することとしたが、これに限られるものではない。セラミック膜構造体１００は、濾過セルＣｆのみを有していてもよい。この場合、セラミック膜構造体１００は、排出流路１４を備えていなくてもよい。
【００７３】
また、第４実施形態において、三次元構造体３１は、テーパー状に形成されており内部に螺旋状の流路３１Ｐを有することとしたが、三次元構造体３１自体が螺旋状の筒体であってもよい。
【００７４】
また、第１実施形態では特に触れていないが、図８に示すように、三次元構造体３０は、流路３０Ｐ内に配置された攪拌板６０を備えていてもよい。攪拌板６０は、流路３０Ｐの中心線ＣＬと交差するように配置されている。このような攪拌板６０は、混合流体を攪拌する機能を有する。攪拌板６０は、複数本の脚部７０によって三次元構造体３０の本体部に連結されている。ただし、脚部７０は、図９に示すように、三次元構造体３０の本体部ではなくセラミック膜１０に接続されていてもよい。図９に示す例では、４本の脚部７０が第１端面Ｓ１上に立設されている。また、攪拌板６０は、図１０に示すように、複数本の脚部７０を介することなく三次元構造体３０の本体部に直接接続されていてもよい。さらに、攪拌板６０は、図１０に示すように複数の孔６０ａを有するパンチングプレート状に形成されていてもよいし、図１１に示すようにメッシュ状に形成されていてもよい。このような攪拌板６０及び脚部７０は、セラミック材料や金属材料によって構成することができる。攪拌板６０及び脚部７０は、溶射法によって一体的に形成することができるが、これに限られるものではない。例えば、事前に作製しておいた攪拌板６０を溶射法で形成した脚部７０に取り付けてもよいし、事前に作製しておいた脚部７０を三次元構造体３０の本体部に取り付けた後に攪拌板６０を溶射法で形成してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１００      セラミック膜構造体
１０        セラミック膜
１０ａ      流入口（開口の一例）
Ｃｆ        濾過セル（貫通孔の一例）
Ｃｗ      集水セル
１１        本体部
１２        第１目封止部
１３        第２目封止部
１４        排出流路
１５        第２端面封止部
１６        第１端面封止部
２０、２１  分離膜
３０〜３４  三次元構造体
３３Ａ      多孔体
３３Ｂ      緻密体
４０，４１，４２，５０  環状部材
６０        攪拌板
７０        脚部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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