(57)【要約】【課題】内圧式中空糸型液体分離膜モジュールにおいて、透過水および逆洗液の流動抵抗を低減でき、逆洗性に優れ、なおかつ生産性に優れる構造を提供する。【解決手段】中空糸膜束の位置を透過水出口の反対側に偏心して設置することにより、中空糸膜の充填量を減らすことなく透過水出口側の中空糸膜束とケースの間隙を大きくし、透過水および逆洗液の流路断面積を大きくした内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。【選択図】図１
2008221107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に一つまたは複数の透過水出口を備える筒状ケースを備え、
前記筒状ケース内に中空糸膜束を備え、
前記中空糸膜束は、その両端部において中空糸型分離膜相互間および中空糸型分離膜と前記ケースの間隙が封止され、前記筒状ケースの両端部で中空糸型分離膜内腔部が開口されており、
前記中空糸膜束と前記略円筒状ケースとの間隙である断面略環状の空間からなり、前記透過水出口と連通する透過液室を備え、
前記透過水出口の中心を含み前記ケースの長軸と直行する断面における前記透過液室について、前記透過水出口側の幅をＬｆ、前記透過水出口の反対側の幅をＬｂとしたとき、Ｌｆ／Ｌｂ＞１である
ことを特徴とする内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
【請求項２】
前記中空糸膜束が、そのケース軸方向最大長さが中空糸膜有効長の６０％以上かつケース長さ以下であり、かつ透過液室と連通する小束間透水性充填体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
【請求項３】
前記透過液室の幅が、Ｌｆ／Ｌｂ≧１．５である請求項１または２に記載の内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
【請求項４】
前記透過液室の透過水出口の幅Ｌｆが、前記ケースの内径の２０％以下である請求項１から３いずれかに記載の内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内圧式中空糸型液体分離膜モジュールの内部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離技術による分離精製技術は、その高度な分離機能や省エネルギー性等の特長を高く評価され、一段と普及が進みつつある。その適用分野を例示すると、海水及びかん水の脱塩による淡水の製造、表流水や地下水の飲料水化、半導体工業や医薬品工業において用いられる純水・超純水の製造、家庭排水や工業排水、都市下水等の下排水処理および下排水からの水回収、発酵液や廃液からの有価物の回収、等々の液体処理分野、空気からの酸素富化や窒素富化、天然ガスからのヘリウムの回収、石油の３次回収での炭酸ガスの分離等のガス分離分野等の幅広い分野に渡っている。
【０００３】
流体分離膜は、その分離対象および分離メカニズムに基づき、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜等の液体分離膜、または、酸素富化膜、窒素分離膜、炭酸ガス分離膜等のガス分離膜等に分類される。一方、流体分離膜の形態に着目すると、中空糸膜、管状膜、平膜、スパイラル膜等に分類される。本発明においては流体分離膜のうち、とくに内圧式中空糸型液体分離膜についての発明である。なお以降、本発明において、特に断りのない限り、膜モジュールとは、内圧式中空糸型液体分離膜を、配管を接続することにより使用可能な状態に組み立てたもののことを指すものとする。
【０００４】
近年、限外濾過膜および精密濾過膜による膜濾過法を浄水処理における除濁手段として活用する動きが世界的に高まっている。従来浄水処理に汎用されてきた砂濾過法に比べて濾過精度が高く、クリプトスポリジウム等の耐塩素性を有する病原性原虫等の除去性が高い点等が高く評価されていることがその一因と考えられる。膜濾過法の更なる普及に向けて、設備コストと運転コストの低減が求められており、このような要求に応えるため、膜モジュールおよび膜濾過システムに種々の改良が進められている。例えば運転コストを低減するためには、運転圧力あたり透水量を増加させること、供給水量に対する生産水量の比率すなわち回収率を向上させること、薬洗頻度を低減させること、膜寿命を延長させること、等が有効であると考えられる。また、設備コストの低減については、膜モジュール体積あたりの透水量を増加させること、膜モジュールを大型化すること、等が有効であると考えられる。
【０００５】
このような背景から、従来、膜モジュールの改良として、膜モジュールの大型化と膜面積あたり透過水量の向上が進められてきた。しかしながら、これにより、膜モジュール内の透過水流動に関する圧力損失が増大して運転圧力あたり透水量が低下、膜モジュール内の逆洗液流動に関する圧力損失が増大して洗浄効率が低下しそれを補うため洗浄液量の増大と回収率の低下、逆洗時に逆洗液入口から遠い部分の逆洗圧力が低下してその部分が十分に洗浄されず逆洗不均一となりそれを補うための洗浄液量の増大と回収率の低下あるいは膜寿命の低下または薬洗頻度の増大、といった問題点が顕在化してきた。これらの問題点を解決するのに有用と思われる下記のような技術が、特許文献に開示されている。
【０００６】
特許文献１には、毛管濾過膜の長手方向略全長に渡り、波型または穴の開いた二重壁からなる排出薄膜を設ける技術が開示されている。前記排出薄膜は、ケースの中心部にケース長軸方向に設けられた排出導管と接続され、透過水はこの排出導管を経てモジュールの外部に排出される。一方、排出薄膜は、逆洗時にはモジュール外に逆洗液を導入する逆洗液流路となる。この構成により、透過水の強い流れによる中空糸膜損傷を防ぐことができる上、排出パイプを設ける場合に比べて充填膜面積を増すことができ、モジュールの濾過能力を向上させることができる旨、記載されている。しかしながら、排出薄膜を排出導管に接続する構造をとっているため、部材点数が多くかつ構造が複雑で、生産性に劣るとの問題がある。また、断面扇形の排出薄膜の間隙に中空糸膜を均一かつ密に充填することは困雑であり、膜の充填密度を上げることができないため、コンパクト性に劣り、また生産性にも劣る点で問題である。
【特許文献１】特開２０００−２４６０６３号公報
【０００７】
特許文献２には、ケースの中央部に、少なくとも一部がネット状部分を有する筒状集水体を設け、これを介して透過水のモジュール外への排出および逆洗時の逆洗液のモジュール内への導入を行う技術が開示されている。ケースの外周面に透過水出口を備える膜モジュールにこの技術を適応する場合、集水体と透過水出口を連通する連絡流路が必要である。このため、モジュール内部構造が複雑となり、生産性に劣るとの問題が生じる。また、前記した集水体と透過水出口を連結する流路を形成するために、その部分に中空糸膜を充填することができなくなり、このため有効膜面積が減少し、コンパクト性にも欠けるものとなってしまう。
【特許文献２】特開２００５−２７０９４４号公報
【０００８】
特許文献３には、中空芯膜束をくびれ部を形成した保護筒内に設置する技術が記載され、この発明により、中空糸膜外側の流れが良くなり、かつ、安価にモジュールができる旨記載されている。しかしながら、くびれをつけた保護筒へ中空糸膜を充填する操作が煩雑かつ困難であり、生産性に劣るだけでなく、生産工程において中空糸膜を損傷させる恐れがあるとの問題を含んでいる。
【特許文献３】特開平１０−３３７４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、第一に、透過時に透過水の流路となる透過液室における圧力損失が低く、逆洗時に逆洗液の流路となる透過液室における圧力損失が低く、なおかつ膜モジュール全体が均一に洗浄される、エネルギー効率が高く長寿命の内圧式中空糸型液体分離膜モジュールを提供することにある。第二に、第一の課題を解決しておりながら、構造的に簡素で生産性に優れる内圧式中空糸型流体分離膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記二つの課題を同時に解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
（１）外周面に一つまたは複数の透過水出口を備える筒状ケースを備え、
前記筒状ケース内に中空糸膜束を備え、
前記中空糸膜束は、その両端部において中空糸型分離膜相互間および中空糸型分離膜と前記ケースの間隙が封止され、前記筒状ケースの両端部で中空糸型分離膜内腔部が開口されており、
前記中空糸膜束と前記略円筒状ケースとの間隙である断面略環状の空間からなり、前記透過水出口と連通する透過液室を備え、
前記透過水出口の中心を含み前記ケースの長軸と直行する断面における前記透過液室について、前記透過水出口側の幅をＬｆ、前記透過水出口の反対側の幅をＬｂとしたとき、Ｌｆ／Ｌｂ＞１であること
を特徴とする内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
（２）  前記中空糸膜束が、そのケース軸方向最大長さが中空糸膜有効長の６０％以上かつケース長さ以下であり、かつ透過液室と連通する小束間透水性充填体を備えていることを特徴とする（１）記載の内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
（３）  前記透過液室の幅が、Ｌｆ／Ｌｂ≧１．５である（１）または（２）に記載の内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
（４）  前記透過液室の透過水出口の幅Ｌｆが、前記ケースの内径の２０％以下である（１）〜（３）いずれかに記載の内圧式中空糸型液体分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、運転圧力および逆洗圧力を低減することが可能となり、エネルギー効率が向上し、運転コストを低減させることができる。また、逆洗時、膜全体を均一に洗浄できるので、逆洗時間低減、逆洗液使用量低減、逆洗間隔延長、膜寿命延長が可能となり、運転の際のエネルギー効率を向上させ、運転コストを低減させる効果がある。さらに、膜モジュールの内部構造が単純なので膜モジュールの製造コストも低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、内圧式中空糸型液体分離膜モジュールを用いて表流水や地下水から浄水を得る場合を例にとって、本発明について説明を行う。
【００１３】
図１は、透過水出口１１０がケースの軸方向に対して端部付近に１つある場合の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの全体を示す模式図である。この膜モジュールは、円筒状のケース１００と、その軸方向の端部を塞ぐ一対のキャップ２００，３００とを備え、ケース１００とキャップ２００，３００は締結手段７００によって締結されている。ケース１００の内部には、中空糸膜保護筒４２０に包まれた多数の中空糸膜４１０からなる外周の断面外径が円形である中空糸膜束４００がケースの軸方向に延びるように配置されている。中空糸膜束４００は透過水出口１１０と反対側に偏心した位置に設置されており、このため中空糸膜束４００の外周とケース１００の内周の間隙が、透過水出口側で広く、透過水出口の反対側で狭くなっている。中空糸膜保護筒４２０の外周面は、膜間差圧に比べて無視できる程度に小さな通水抵抗で通水可能な網状または多数の穴の開いた壁状となっている。中空糸膜４１０によって原水がろ過され、水の浄化が行われる。各中空糸膜４１０の上端部及び下端部は封止樹脂５００によりケース本体１００に封止固定されている。すなわち、中空糸膜４１０の相互間隙および中空糸膜４１０とケース本体１００の内壁面との間隙に封止樹脂５００が充填され、これによって中空糸膜４１０は液密に固定されている。中空糸膜４１０は、その上下両端が開口された状態で、上端部及び下端部のみが封止樹脂５００で固定されており、それ以外の中間部分が浄水機能を果たす。透過液室８００は、ケース１００と中空糸膜束４００の間隙である断面が略環状の空間からなり、その上下端、上端部および下端部の封止樹脂５００で区切られる。透過液室８００の上端部付近には透過水出口１１０が形成されている。一方、各キャップ２００，３００は鏡板状のキャップ本体２１０，３１０からなり、各々開口２２０、３２０が形成されている。透過液室８００の上端付近にはエア抜き口１２０（非図示）が形成されていてもよい。また、透過液室８００の下端付近にはドレン口１３０（非図示）が形成されていても良い。
【００１４】
図２は、透過水出口１１０がケースの軸方向に対して端部付近に１つある場合の従来技術の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの全体を示す模式図である。中空糸膜束４００がケース１００の中心に同軸に設置されている点が、図１に示した本発明の実施態様の一例とは異なり、このため中空糸膜束４００の外周とケース１００の内周の間隙が、透過水出口側と透過水出口の反対側で均等となっている。
【００１５】
膜濾過をクロスフローで行う場合および逆洗する場合の水の流れを図４および図５で説明する。図４に示すように、加圧された原水は開口２２０を介して中空糸膜の内側に供給され、原水の一部または全量は中空糸膜を透過して透過水出口１１０から膜モジュールの外部に流出しこれが生産水となり、残りは開口３２０から膜濾過されないまま膜モジュールの外部に流出する。原水には種々の夾雑物質が含まれるため、膜濾過を継続すると前記夾雑物質が膜面に蓄積して膜濾過抵抗を上昇させる。前記夾雑物質を除去し膜濾過抵抗が上昇していくことを防ぐために数十分〜数時間の間隔で定期的に逆洗を行うことが一般的である。その際には、図５に示すように、透過水出口１１０から清浄な水または塩素等の酸化剤や酸、アルカリ、界面活性剤またはこれらの混合物等の適切な洗浄剤を含む清浄な水を加圧供給し、開口２２０、３２０の一方または双方から排出する。逆洗流量は、膜濾過抵抗の上昇具合や夾雑物質の量と種類、逆洗時間、洗浄液の種類等の条件によりに適切に調整され、逆洗を効率よく行うために、生産水の流量の１．５〜５倍程度とすることが一般的である。透過水出口１１０から流入する大流量の洗浄液の直撃により透過水出口１１０の正面部分の中空糸膜４１０に大きな力がかかり、中空糸膜に破損を生じることがないように、透過水出口１１０に分散板６００を設置している。図３に分散板６００の斜視模式図を示した。なお、逆洗液に含まれる洗浄剤が生産水に混入することが好ましくない場合には、清浄な水によるすすぎや初期濾過水の廃棄等の操作により、生産水に洗浄剤が混入することを防ぐことができる。
【００１６】
膜モジュール内における透過水の流れについて考察すると、中空糸膜束４００の内部には高密度で中空糸膜４１０が充填されているため、中空糸膜束の外部に流路が形成されていれば、透過水は中空糸膜束内部を通過するよりも中空糸膜束の外部を主に流れる。中空糸膜束外部に流出した透過水は、図４に太い矢印で示したように、膜モジュールから透過水を排出する透過水出口１１０側に向かって流れる。透過水の流量は、透過水出口１１０から遠い位置では小さく、透過水出口１１０に近づくにつれて累積的に大きくなる。このため、透過水出口１１０からの距離に関わらず中空糸膜束４００の外周とケース１００の内周の距離が均等である従来の膜モジュールにおいては、透過水出口１１０に近づくにつれて流路断面積あたり通水量が大きくなり、大きな圧力損失が発生し、モジュール内の流動に無駄なエネルギーが消費されていた。これに対し、左記流量の大小に応じて流路断面積の大小を調整すれば、膜モジュール全体の流動抵抗を低減できるものと考えられる。ここで左記流路断面積の調整手段をケース長軸に対して垂直な面内について考えたところ、中空糸膜束４００を透過水出口１１０の反対側に偏った位置に設置すれば、透過水出口１１０側の中空糸膜束４００とケース１００の間隙が大きくなり、透過水出口１１０側の流路断面積が大きくなり、透過水の流動抵抗を低減できることに想到し、本発明をなすにいたった。また、左記発明の変形として、中空糸膜束４００の断面形状を工夫して透過水出口１１０側の中空糸膜束４００とケース１００の間隙を広げることによって、同様の効果を得ることができることに想到した。
【００１７】
一方、逆洗の場合について、本発明の効果を考察すると、図５に太い矢印で示したように、透過水出口１１０から供給された逆洗液は、一部を中空糸膜の内部に透過させながら、残部は膜モジュールの奥に向かって流れていく。このため、透過水出口１１０に近い部分では逆洗液の流量は大きく、透過水出口１１０から遠ざかるにつれて、累積的に逆洗液の流量は小さくなる。流量の大小と流路断面積の大小が対応しているため、中空糸膜に付与される逆洗流体の圧力は平準化され、中空糸膜全体が均一に洗浄される効果がある。
【００１８】
本発明において、ケースと中空糸膜束の隙間である透過液室が、透過の際の透過水の流路となる。また、透過液室は、逆洗の際には逆洗液の流路として機能する。本発明において、透過液室の流路幅Ｌｆ、Ｌｂを以下のように規定する。図８は本発明の種々の実施態様の例における、図１のＡ−Ａ断面に相当する部分における断面模式図である。左記断面上において、
(1)  前記ケースの中心を原点とし、前記特定の一つの透過水出口の中心を結ぶ補助線１００１を想定する。前記原点から前記特定の一つの透過水出口の中心を向く方向を０°とする。
(2) ケースと中空糸膜束の隙間の幅のうち、０°方向における幅をＬｆ、１８０°方向における幅をＬｂとする。
但し、前記円筒状ケースの長軸に対して垂直でありかつ前記特定の一つの透過水出口の中心を含む断面上における中空糸膜束の外形と、モジュール端面における中空糸膜束の外形が同じである場合には、モジュール端面において上記と同様の測定を行うこととする。また、いずれの場合においても、中空糸膜束が網状体等の透水性素材で覆われている場合には、前記透水性素材の厚みは中空糸膜束とケースの隙間の幅に含めるものとする。
【００１９】
Ｌｆ／Ｌｂが１をわずかでも超えていれば、多少なりとも本発明の効果を奏するが、はっきりした効果を得るにはＬｆ／Ｌｂが１．５以上であることが好ましく、２以上であればさらに好ましい。一方、透過水出口１１０の反対側の中空糸膜束は、ケース内周と接触していても差し支えないので、Ｌｆ／Ｌｂの上限は無限大である。但し、Ｌｆをみだりに大きくすることは、膜モジュール内に充填できる中空糸膜量を減らすことにつながるので得策ではなく、この点を考慮するとＬｆはケース内径の２０％以下とすることが好ましく、１０％以下にすることがさらに好ましい。
【００２０】
前記中空糸膜束４００は、複数の中空糸型分離膜の小束から構成されていても差し支えない。前記小束の断面外形は、円形、楕円形、多角形、扇形等、いかなる形状であっても差し支えない。また、前記小束の相互間に隙間（以下、小束間隙間と呼ぶ）が形成されていても差し支えない。前記小束間隙間が形成されている場合には、前記小束間隙間も、中空糸膜束外周とケース内面の間隙と共同して、透過水および逆洗水の流路として機能し、前記中空糸膜束内４００の流動圧損を低減する効果がある。前記小束間隙間を設けることは前記中空糸膜束の外径が大きい場合に効果的であり、特に前記中空糸膜束の外径が１００ｍｍ以上の場合に特に効果的が高い。前記小束間隙間には透水性の充填体が充填されていてもよく、そのような実施態様は、透過水および逆洗水の高流速での流動があっても小束の変形による前記小束間隙間の閉塞が起こらず、流動圧損効果が確実に発揮されるので好ましい。
【００２１】
前記小束間隙間に透水性充填体を充填する場合、必ずしも小束間隙間全体に充填する必要はない。一部充填であっても良く、特に透過液出口から遠い部分等、透過液および逆洗液の流量の小さい部分では充填体が充填されていなくてもよい。小束間透水性充填体は、ケース軸方向最大長さが中空糸膜有効長の６０％以上かつケース長さ以下であり、かつ透過液室と連通することが好ましい。小束間透水性充填体としては、網状シートの積層体や、空孔率が高く空孔径も大きい立体網目状体を好適な例として挙げることができる。例えば、厚さ０．５〜５ｍｍ程度の網状シートを積層したものや、線径０．５〜５ｍｍ程度の多数の屈曲した糸状体がその接触部で相互に結合した構造からなる立体網目状体が挙げられる。断面半円形の小束２個の間に板状の小束間透水性充填体９００を挟んだ場合の透過時および逆洗時の水の流れを図６および図７に模式的に示した。このように、中空糸膜束４００とケース１００の内周の間隙である透過液室８００に加え、小束間透水性充填体９００も透過水および逆洗水の流路として機能する。また、小束間透水性充填体９００に剛性の高いものを用いると、膜モジュールを大流量で運転する際、中空糸膜束の変形を抑制する効果があり、好ましい。小束間透水性充填体の横断面形状は特に限定されないが、矩形、十字型、放射状等の形状であってその一部が透過液室と連通するように配置すると、逆洗圧が中空糸膜束全体に均等に付与されまた製造が容易であり、好ましい。
【００２２】
透過液室８００には、透過水および逆洗水の流動抵抗を大きく増やさない範囲において、その一部または全体に透水性の充填体が充填されていてもよい。透過液室８００に透水性充填体を充填する場合、必ずしも透過液室全体に充填する必要はない。一部充填であっても良く、特に透過液出口１１０から遠い部分等、透過液および逆洗液の流量の小さい部分には充填されていなくてもよい。また、透過液出口１１０の直近部分は充填体が充填されていないか、あるいは特に透水性の低い充填体を用いることが好ましい。この部分の流路断面積あたり流量は膜モジュール内の他の部分に比べて特別に高いため、この部分の流動抵抗を低減させることは透過液室の流動圧損低減に効果が高いからである。透過液室透水性充填体は、その長さがケース端部から透過液出口までの距離の６０％〜１００％であり、かつ透過液室と連通するように設置することが好ましい。透過液室充填体としては、網状シートの積層体や、空孔率が高く空孔径も大きい立体網目状体を好適な例として挙げることができる。例えば、厚さ０．５〜５ｍｍ程度の網状シートを積層したものや、線径０．５〜５ｍｍ程度の多数の屈曲した糸状体がその接触部で相互に結合した構造からなる立体網目状体が挙げられる。また、透過液室充填体に剛性の高いものを用いると、膜モジュールを大流量で運転する際、中空糸膜束の変形を抑制する効果があり、好ましい。
【００２３】
本発明における中空糸膜束外周の断面外形は、略円形である。中空糸膜束外周の断面外径が略円形であれば、ケース内に無駄な空間が生じず、中空糸膜の充填効率を高くとることができ、コンパクト性に優れた膜モジュールとすることができるため好ましい。中空糸膜束外周の断面外形の好ましい実施態様の一部を図８に示した。本発明における略円形には、円形、楕円形、辺の数が６以上の正多角形、前記正多角形の角を丸めたものを含む。また、本発明における略円形は、半円形と長軸長が左記半円形の直径と等しい半楕円形を結合した形状、あるいは長軸長が等しい２つの半楕円を結合した形状であってもよく、この場合は短軸側を透過水出口１１０側に向けて配置することが好ましい。あるいは、これらの断面形状の透過水出口１１０対向部を切り落とした形状であっても良い。さらには、あらかじめこれらの断面外形のいずれかの形状で中空糸膜束を形成しておき、中空糸膜束４００とケース１００の間隙にスペーサーを挿入する等の手段によって透過水出口１１０側の流路が広くなるように中空糸膜束の一部または全体を変形させた状態で端部接着を行うと、中空糸膜束外形を歪ませた形状が固定される。このようにして得られた中空糸膜束外形も、本発明における略円形に含める。中空糸膜束の外周断面形状を円形、楕円形およびこれらの一部を変形させた形状とすることは、中空糸膜束の製造工程を簡略且つ再現性の高いものとし製造コストを低減させる観点から、特に好ましい。
【００２４】
図１には透過水出口１１０の位置がケース１００の端部付近にある場合を示したが、図９に示すようにケース１００の長さ方向中央付近にあっても良い。また、図７の実施態様の一例においては、透過液室８００の上端付近にエア抜き口１２０、透過液室８００の下端付近にはドレン口１３０を設けている。膜モジュールの運転を立ち上げる際等、透過液室８００内に空気がある場合、エア抜き口１２０を開きドレン口１３０を閉じて原水の供給を開始すると透過液室８００内の空気が透過水によって追い出され、次いでエア抜き口１２０を閉じて膜濾過運転を開始する。また、膜モジュールを膜濾過装置から脱着する際等、透過液室８００内の液体を排出したい場合、エア抜き口１２０を開きドレン口１３０を開くと、エア抜き口１２０から透過液室に空気が流入し、透過液室８００内の液体が排出される。
【００２５】
本発明におけるケース１００は、その内部に流体分離膜が充填される略円筒状の容器であり、その外周面には少なくとも一つの透過水出口を有する。左記透過水出口は流体の出入口として機能する。流体分離膜の使用状態においては、ケースの両端は、キャップと結合され、あるいはケースと一体の底部が形成される。左記キャップまたはケースと一体の底には、開口が形成されていてもよい。ケースおよびキャップの材質は特に限定されないが、塩化ビニル樹脂、ポリスルホン樹脂等のエンジニアリングプラスチック、ガラス繊維強化樹脂等の各種強化樹脂、ステンレス鋼等の耐蝕性金属材料が好適である。ガラス繊維強化樹脂は、軽量かつ耐蝕性に優れ、液体分離膜封止樹脂との接着性も良好であり、ケースの材質として特に好ましい。ステンレス鋼は強度と耐食性に優れ、外部配管との接続が容易なことからキャップの材質として特に好ましい。ケースおよびキャップには機能上あるいは意匠上の要求により、凹凸や彩色が施されていても差し支えない。
【００２６】
本発明におけるキャップ２００、３００は、鏡板を構成要素として備えることが好ましい。鏡板には、皿型、正半楕円体型、近似半楕円型、半球型、平鏡型等、種々の種類があるが、いずれの形であってもよい。鏡板を構成要素として備えることにより、単純な底つき円筒型とする場合に比べて肉厚を薄くすることができ、軽量化およびコストダウンが可能である。
【００２７】
本発明におけるケース１００とキャップ２００、３００の締結方法は、特定の方式に限定されない。螺合であってもよく、あるいはケースとキャップに設けたフランジをボルトとナットあるいはスイングボルトとナットによって締結してもよい。また各種管継手によって接続することも可能であり、Ｖバンドカップリング、ヴィクトリックジョイント、ストラブカップリング（登録商標）等は好適な締結方法の例である。
【００２８】
本発明における中空糸型分離膜の材質は特に限定されない。膜の材質の好適な例としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、酢酸セルロース等の有機高分子化合物およびこれらを含む共重合体、混合物、変成物を挙げることができ、また、セラミック膜であっても良い。また、中空糸型分離膜の分離モードは、特に限定されない。逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜等、どのような分離モードであっても良い。
【００２９】
以上、本発明の実施形態の例について説明を加えたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３０】
また、液体分離膜モジュールが内圧式中空糸膜からなる浄水膜モジュールであり、クロスフローろ過方式で運転する場合を例に説明を行ったが、全量ろ過方式で運転する場合についても、本発明は同様に適用でき効果を発揮する。また、その用途についても浄水処理に限定されるものではなく、廃水処理や海水淡水化逆浸透膜の前処理等、用途の異なる液体分離膜についても、同様に適用できる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３２】
（中空糸膜の製造方法および透水性能の測定方法）
ポリエーテルスルホン（住友化学工業製、スミカエクセル（登録商標）４８００Ｇ）とポリビニルピロリドン（日本触媒製、Ｋ−３０）をジメチルアセトアミドとトリエチレングリコールの混合液に加温・溶解し、紡糸原液とした。二重管ノズルの外側スリットから左記紡糸原液を、同時に二重管ノズルの内管からジメチルアセとアミドとトリエチレングリコールの水溶液を吐出させ、空中走行部を経た後、ジメチルアセトアミドとトリエチレングリコールの水溶液からなる凝固浴に導いて固化させた。水洗と熱水洗浄を行い、熱風乾燥機で乾燥し、内径０．８ｍｍ、外径１．４ｍｍの中空糸膜を得た。水温２５℃における水透過流束の膜間差圧０外挿値は、３０ｍ３／ｍ２／ｄ／１００ｋＰａであった。
【００３３】
（膜モジュールの製造）
前記した中空糸膜２２５６０本を用いて、長さ１．２ｍの中空糸膜の束を作り、束の外周部をポリエチレン製網状体（厚さ２ｍｍ）で覆った。一方のケース端部から１３０ｍｍの位置に中心を有する内径９０ｍｍの透過水出口を備える、長さ１０６６ｍｍ、内径３００ｍｍのガラス繊維強化樹脂からなる略円筒状のケースに、左記網状体で覆われた中空糸膜束を挿入した。両端部をウレタン樹脂接着剤で接着して中空糸膜相互間およびケースと中空糸膜の間隙を封止し、次いで、ケース端部からはみ出した部分を切り落として中空糸膜を開口させた。中空糸膜の有効長（封止部に埋もれていない部分の長さ）は８９０ｍｍであった。ケースの両端部にステンレス鋼製のキャップを、透過水出口にステンレス鋼製の分散板を装着し、膜モジュールとした。
【００３４】
（膜モジュールの透水性能の測定方法）
膜モジュールの透水性能の測定に使用した装置の概略フロー図を図１０に示した。水温２５±１℃に調整し、流量調整バルブ２１０１，２１０２，２１０３の調整により流量および圧力を調整し、全量濾過運転を行った。その際、供給水温、透過水流量および運転圧力を測定した。供給水には水道水を逆浸透膜に透過させた水を用いた。膜間差圧Ｐは、圧力計２２０１，２２０２，２２０３の圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対し、Ｐ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２−Ｐ３とした。
【００３５】
（実施例１、２および比較例１）
ケース内径３００ｍｍ、中空糸膜束を外径２８０ｍｍの円形とし、Ｌｆ，Ｌｂの値を変更して３本のテストモジュールを製作した。各々について、透過水流量１８ｍ３／ｈｒを得るのに必要な膜間差圧を測定したところ、Ｌｆ／Ｌｂ＝１の場合（比較例１）、膜間差圧は４５ｋＰａであった。一方、Ｌｆ／Ｌｂ＝３，１．５の場合（実施例１，２）、膜間差圧は３２，３６ｋＰａであり、膜間差圧の低減効果が認められた。他の実施例とともに、測定結果を表１および図１１にまとめた。
【００３６】
（実施例３）
比較例１において、透過水出口１１０から分散板を用いて中空糸膜束の断面形状を歪めた状態で端部接着を行い、Ｌｆ＝２０ｍｍ、Ｌｂ＝１０ｍｍ、Ｌｆ／Ｌｂ＝２としてテストモジュールを製作した。比較例１と同様に、透過水流量１８ｍ３／ｈｒを得るのに必要な膜間差圧を測定したところ、膜間差圧は３３ｋＰａであり、膜間差圧の低減効果が認められた。他の実施例、比較例とともに、測定結果を表１および図１１にまとめた。
【００３７】
【表１】
2008221107.tif 000003
【００３８】
（実施例４、５および比較例２）
厚さ２ｍｍのポリエチレン製網状体を３枚重ね、幅２８０ｍｍ、長さ１．２ｍの小束間透水性充填体を作成した。左記小束間透水性充填体を中空糸膜束の半径方向に１枚挿入し、束の外周部をポリエチレン製網状体（厚さ２ｍｍ）で覆って、中空糸膜束を外径２８０ｍｍの円形とした。ケース内径は実施例１と同様に３００ｍｍとし、Ｌｆ，Ｌｂの値を変更して３本のテストモジュールを製作した。各々について、透過水流量１８ｍ３／ｈｒを得るのに必要な膜間差圧を測定したところ、Ｌｆ／Ｌｂ＝１の場合（比較例２）、膜間差圧は３５ｋＰａであった。一方、Ｌｆ／Ｌｂ＝３，１．５の場合（実施例４，５）、膜間差圧は３０，３１ｋＰａであり、膜間差圧の低減効果が認められた。他の実施例とともに、測定結果を表２および図１２にまとめた。
【００３９】
（実施例６）
比較例２において、透水性充填体の幅を２７５ｍｍ、中空糸膜束外形を長軸２８５ｍｍ、短軸２７５ｍｍの楕円形とし、短軸を０°方向に向け、Ｌｆ＝２０ｍｍ、Ｌｂ＝５ｍｍ、Ｌｆ／Ｌｂ＝４とした。比較例２と同様に、透過水流量１８ｍ３／ｈｒを得るのに必要な膜間差圧を測定したところ、膜間差圧は３０ｋＰａであり、膜間差圧の低減効果が認められた。他の実施例、比較例とともに、測定結果を表２および図１２にまとめた。
【００４０】
【表２】
2008221107.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る流体分離膜モジュールによれば、運転圧力の低減が可能となり、運転コストの低減およびエネルギー効率の向上が可能である。また、逆洗に際して洗浄液が膜モジュール全体を均一に洗浄できるので、薬洗頻度の低減および膜寿命の延長効果がある。これらの効果により、流体分離膜装置のユーザーにとって有益である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの模式図である。図１（ａ）は膜モジュール全体の模式図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面における模式図である。
【図２】従来の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの一例の模式図である。図２（ａ）は膜モジュール全体の模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面における模式図である。
【図３】図１で用いた分散板６００の斜視模式図である。
【図４】本発明の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールのろ過時の水の流れを示す模式図である。図４（ａ）は縦断面、図４（ｂ）はＡ−Ａにおける横断面の状態を模式的に示す。
【図５】本発明の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの逆洗時の水の流れを示す模式図である。図５（ａ）は縦断面、図５（ｂ）はＡ−Ａにおける横断面の状態を模式的に示す。
【図６】本発明の他の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールのろ過時の水の流れを示す模式図である。図６（ａ）は縦断面、図６（ｂ）はＡ−Ａにおける横断面の状態を模式的に示す。
【図７】本発明の他の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの逆洗時の水の流れを示す模式図である。図７（ａ）は縦断面、図７（ｂ）はＡ−Ａにおける横断面の状態を模式的に示す。
【図８】本発明の図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面に相当する断面の他の実施態様の例を示す模式図である。
【図９】本発明の他の実施態様の一例の内圧式中空糸型浄水膜モジュールの模式図である。図９（ａ）は膜モジュール全体の模式図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面における模式図である。
【図１０】本発明の実施例および比較例にて膜モジュールの透水性能測定を行った装置の概略フロー図である。
【図１１】本発明の実施例１〜３および比較例１におけるＬｆ／Ｌｂと透過水流量１８ｍ３／ｈｒを得るのに必要な膜間差圧の関係をグラフ化したものである。
【図１２】本発明の実施例４〜６および比較例２におけるＬｆ／Ｌｂと透過水流量１８ｍ３／ｈｒを得るのに必要な膜間差圧の関係をグラフ化したものである。
【符号の説明】
【００４３】
１００：ケース
１１０：透過水出口
１２０：エア抜き口
１３０：ドレン口
２００：下側キャップ
２１０：下側キャップ本体
２２０：下側キャップ開口
３００：上側キャップ
３１０：上側キャップ本体
３２０：上側キャップ開口
４００：中空糸膜束
４１０：中空糸膜
４２０：中空糸膜保護筒
５００：封止樹脂
６００：分散板 
６１０：分散板遮蔽部
６２０：分散板固定部
６３０：分散板支持部
７００：締結手段
８００：透過液室
９００：小束間透水性充填体
１００１：補助線
２００１：供給水タンク
２００２：温度調節装置
２００３：撹拌機
２００４：供給ポンプ
２００５：膜モジュール
２１０１，２１０２，２１０３：流量調節バルブ
２２０１，２２０２，２２０３：圧力計
２３０１：流量計
【図１】
2008221107.tif 000005
【図２】
2008221107.tif 000006
【図３】
2008221107.tif 000007
【図４】
2008221107.tif 000008
【図５】
2008221107.tif 000009
【図６】
2008221107.tif 000010
【図７】
2008221107.tif 000011
【図８】
2008221107.tif 000012
【図９】
2008221107.tif 000013
【図１０】
2008221107.tif 000014
【図１１】
2008221107.tif 000015
【図１２】
2008221107.tif 000016