(57)【要約】【課題】  安定した濾過運転ができる中空糸型膜モジュールの提供。【解決手段】  筒状ハウジング11内に保護ネット15で覆われた複数本の中空糸膜束16、17等が収容されている。膜束16、17を被覆する保護ネット15内には、平面板21と曲面板22からなる保護板20が配置されている。保護板20の作用により、液出入口13からの液の出入りに伴う液圧が緩和されるため、中空糸膜の損傷がなくなる。【選択図】  図２
2008296190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に液出入口を有し、両端が閉塞された筒状ケース内に、保護ネットで覆われた中空糸膜束が複数束収容されている中空糸型膜モジュールであって、
前記複数の中空糸膜束が、平面形状が半円形の２つの組み合わせ又は平面形状が扇形の３つ以上の組み合わせであり、
前記複数の中空糸膜束が、それぞれの曲面が前記筒状ケースの内壁面に対向し、それぞれの平面が周方向に隣接する他の中空糸膜束の平面と対向するように配置されており、
前記液出入口に正対する位置にある中空糸膜束の保護ネットの内側に、平面板と曲面板からなる保護板が配置されており、
前記保護板が、前記平面板の少なくとも一辺側に曲面板を有するものである、中空糸型膜モジュール。
【請求項２】
前記複数の中空糸膜束が、周方向に隣接する中空糸膜束の平面同士が正対している部分が前記液出入口に正対するように配置されており、
前記隣接する２つの中空糸膜束のそれぞれの保護ネット内に１枚ずつの保護板が配置されており、
前記保護板が、平面板の一辺側にのみ曲面板を有するものであり、前記平面板が前記液出入口に正対するように配置されている、請求項１記載の中空糸型膜モジュール。
【請求項３】
前記複数の中空糸膜束が、１つの中空糸膜束の円弧部分が前記液出入口に正対するように配置されており、
前記１つの中空糸膜束の保護ネット内に１枚の保護板が配置されており、
前記保護板が、平面板の両辺側に曲面板を有するものであり、前記平面板が前記液出入口に正対するように配置されている、請求項１記載の中空糸型膜モジュール。
【請求項４】
側面に液出入口を有し、両端が閉塞された筒状ケース内に、保護ネットで覆われた中空糸膜束が１束収容されている中空糸型膜モジュールであって、
前記液出入口に正対する位置にある中空糸膜束の保護ネットの内側に、平面板と曲面板からなる保護板が配置されており、
前記保護板が、前記平面板の両辺側に曲面板を有するものであり、前記平面板が前記液出入口に正対するように配置されている中空糸型膜モジュール。
【請求項５】
前記保護板が、同一又は異なる径の複数の穴を有している、請求項１〜４のいずれか１項記載の中空糸型膜モジュール。
【請求項６】
前記液出入口の直径が１４０ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれか１項記載の中空糸型膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理に使用する中空糸型膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸型膜モジュールは、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、それを保護するネット、中空糸膜束の端部を樹脂封止した固定部分からなるものが多い。このような膜モジュールを用いて濾過運転するとき、処理原液や透過水は、ケーシングの出入口から流入又は流出する。
【０００３】
処理原液や透過水がケーシングの出入口から流入又は流出するとき、前記出入口付近にある中空糸膜は液体の流れを受けて激しく揺動等を起こすことがある。このような場合、中空糸膜束が保護ネットで保護されていても、中空糸膜が破損を生じることがある。
【特許文献１】特開平８−２０６４６８号公報
【特許文献２】特開２００４−８９７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、液出入口付近に平板状の液当たり板を配置し、中空糸膜束に対する液圧を緩和することで、中空糸膜の損傷を抑制する技術が開示されている。しかし、平面のみの当たり板では、液出入口の口径が大きな場合には、当たり板により形成される空間（デッドボリューム）が大きくなって、中空糸膜の充填率が低下するという問題がある。
【０００５】
特許文献２では、外枠と一体になった曲面の緩衝板を有する中空糸膜束用補強材を用いることにより、液出入口からの液出入りによる液圧を緩和する技術が開示されている。この場合には、外枠と緩衝板が一体になっているため、取り付けの自由度の点で問題がある。また、曲面の緩衝板であると、緩衝板と膜束が接触した状態にあるため、上記したデッドボリュームは殆どなくなるが、液圧が大きい場合には、緩衝板と接触している中空糸膜が損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明は、濾過運転時において、液出入口付近の中空糸膜の損傷を抑制でき、デッドボリュームを抑制して、中空糸膜の充填率を高めることができる、中空糸型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】
請求項１の発明は、課題の解決手段として、
側面に液出入口を有し、両端が閉塞された筒状ケース内に、保護ネットで覆われた中空糸膜束が複数束収容されている中空糸型膜モジュールであって、
前記複数の中空糸膜束が、平面形状が半円形の２つの組み合わせ又は平面形状が扇形の３つ以上の組み合わせであり、
前記複数の中空糸膜束が、それぞれの曲面が前記筒状ケースの内壁面に対向し、それぞれの平面が周方向に隣接する他の中空糸膜束の平面と対向するように配置されており、
前記液出入口に正対する位置にある中空糸膜束の保護ネットの内側に、平面板と曲面板からなる保護板が配置されており、
前記保護板が、前記平面板の少なくとも一辺側に曲面板を有するものである、中空糸型膜モジュールを提供する。
【０００８】
このように平面と曲面を有する保護板を使用することにより、下記のとおり、特有の作用効果１〜３を得ることができる。
【０００９】
作用効果１：平面と曲面を有する保護板を使用した場合、平面のみの保護板を使用した場合と比べて、デッドボリュームを小さくできるため、中空糸膜の充填率を高めることができる。
【００１０】
作用効果２：平面と曲面を有する保護板を使用した場合、平面部分と膜束の間には小さなデッドボリュームが存在しているため、大きな液圧が加えられた場合でも、中空糸膜が、液出入口の方へ押し曲げられることがなく、曲面のみの保護板を使用した場合と比べると、中空糸膜が損傷するおそれが著しく軽減される。
【００１１】
作用効果３：平面と曲面を有する保護板を使用した場合、液出入口から液が出て行く運転状態で、流量が大きいとき、保護板が液出入口方向に押し付けられても、平面と保護ネットの間にはデッドボリュームが存在するため、液流れが阻害されるおそれがない。一方、曲面のみの保護板の場合、保護ネットとの間にデッドボリュームがないため、液流れが阻害されるおそれがある。
【００１２】
本発明において、上記した作用効果１〜３を得るためには、保護板の平面の幅は、液出入口の直径の５０〜８０％の範囲であることが好ましい。
【００１３】
請求項２の発明は、課題の他の解決手段として、
前記複数の中空糸膜束が、周方向に隣接する中空糸膜束の平面同士が正対している部分が前記液出入口に正対するように配置されており、
前記隣接する２つの中空糸膜束のそれぞれの保護ネット内に１枚ずつの保護板が配置されており、
前記保護板が、平面板の一辺側にのみ曲面板を有するものであり、前記平面板が前記液出入口に正対するように配置されている、請求項１記載の中空糸型膜モジュールを提供する。
【００１４】
中空糸膜束が２束以上である場合で、周方向に隣接する中空糸膜束の平面同士が正対している部分が前記液出入口に正対するように配置されている場合には、隣接する２つの膜束の保護ネット内に１枚ずつの所定の保護板を配置することにより、本発明の作用効果１〜３を得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、課題の他の解決手段として、
前記複数の中空糸膜束が、１つの中空糸膜束の円弧部分が前記液出入口に正対するように配置されており、
前記１つの中空糸膜束の保護ネット内に１枚の保護板が配置されており、
前記保護板が、平面板の両辺側に曲面板を有するものであり、前記平面板が前記液出入口に正対するように配置されている、請求項１記載の中空糸型膜モジュールを提供する。
【００１６】
中空糸膜束が２束以上である場合で、１つの中空糸膜束の円弧部分が前記液出入口に正対するように配置されている場合には、１つの膜束の保護ネット内に１枚の所定の保護板を配置することにより、本発明の作用効果１〜３を得ることができる。
【００１７】
請求項４の発明は、課題の他の解決手段として、
側面に液出入口を有し、両端が閉塞された筒状ケース内に、保護ネットで覆われた中空糸膜束が１束収容されている中空糸型膜モジュールであって、
前記液出入口に正対する位置にある中空糸膜束の保護ネットの内側に、平面板と曲面板からなる保護板が配置されており、
前記保護板が、前記平面板の両辺側に曲面板を有するものであり、前記平面板が前記液出入口に正対するように配置されている中空糸型膜モジュールを提供する。
【００１８】
中空糸膜束が１束である場合、保護ネット内に１枚の所定の保護板を配置することにより、本発明の作用効果１〜３を得ることができる。
【００１９】
本発明で用いる保護板は、同一又は異なる径の複数の穴を有しているものが好ましい。このような穴を有していると、前記穴からも液が出入りするため、濾過効率（単位時間当たりの濾過量）を高めることができる。
【００２０】
本発明は、筒状ケースに形成されている液出入口の直径が１４０ｍｍ以上のものの場合に特に適している。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の中空糸型膜モジュールは、濾過運転による中空糸膜の損傷が殆どなく、安定した濾過運転を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（１）図１〜図３の中空糸型膜モジュール
図１〜図３により、本発明の実施形態を説明する。図１（Ａ）は、本発明の中空糸型膜モジュール１０の縦方向への部分断面図を含む正面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の液出入口を含む部分の横断面図、図２は、図１（Ｂ）の部分拡大図、図３は、保護板の斜視図である。図２では、中空糸膜の表示は一部を略している。
【００２３】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、筒状ケース１１は、両端側が、それぞれパイプと接続される出入口を有するキャップ１２ａ、１２ｂで閉塞されており、側面の高さ方向のほぼ中央部に液出入口１３を有している。
【００２４】
筒状ケース１１のキャップ１２ａ、１２ｂを除いた高さは１０６６ｍｍ、外径は３１０ｍｍ、液出入口１３の口径は１４０ｍｍである。
【００２５】
筒状ケース１１内には、周囲が保護ネット１５で覆われた中空糸膜束１６〜１９が計４束収容されている。中空糸膜束の数は特に制限されないが、２〜８束程度にすることができる。中空糸膜は、周知の寸法、材質のものを使用することができる。
【００２６】
中空糸膜束１６〜１９は、上端側が樹脂１４で封止され、筒状ケース１１の内壁面に固定されており、下端側も同様に固定されている。保護ネット１５は、１重でも２重以上でもよい。
【００２７】
中空糸膜束１６〜１９は、平面形状が、円が４等分された扇形のものであり、それぞれの曲面が筒状ケース１１の内壁面に対向し、それぞれの２つの平面（側面）が、周方向に隣接する他の中空糸膜束の平面（側面）と対向するように配置されている。例えば、膜束１６の２つの平面（側面）は、膜束１７の一方の平面（側面）と膜束１９の一方の平面（側面）と対向している。
【００２８】
図２に示すとおり、４つの中空糸膜束１６〜１９は、中空糸膜束１６の平面１６ａと、周方向に隣接している中空糸膜束１７の平面１７ｂが正対している部分が液出入口１３に正対するようにして配置されている。
【００２９】
液出入口１３に正対する位置にある中空糸膜束１６の保護ネット１５の内側と、中空糸膜束１７の保護ネット１５の内側には、それぞれ中空糸膜を液の出入りに伴う液圧から保護するための保護板２０が配置されている。保護ネット１５が多重である場合には、保護板２０は、最外層の保護ネット１５の内側（例えば、３重ネットの場合、２層と３層の間）に配置する。
【００３０】
図３に示すとおり、保護板２０は、平面板２１とその一側辺と一体になった曲面板２２とを有している。保護板２０の大きさは、液出入口１３の開口面積と同等以上のものである。
【００３１】
図１（Ｂ）に示すとおり、保護板２０は、上端側２０ａが中空糸膜束１６〜１９と共に樹脂１４で筒状ケース１１の内壁面に固定されている。また、保護板２０の固定強度を高めるため、図示していない下端側も同様にして固定することができる。
【００３２】
中空糸膜束１６側の保護板２０は、膜束１６の平面（側面）側の保護ネット１５に平面板２１の側辺２１ａが近接し（平面板２１は、液出入口１３に正対している）、膜束１６の曲面側の保護ネット１５に曲面板２２が近接するように配置されている。平面板２１と曲面板２２と保護ネット１５との間には、液の流通が可能な程度の間隔が存在していることが好ましい。このように保護板２０は、平面板２１と曲面板２２とを有しているため、同じ大きさの平面板のみからなる保護板と比べると、平面板２１と保護ネット１５との間のデッドボリューム３０を小さくすることができる。
【００３３】
保護板２０は、平面板２１と曲面板２２にまたがって、計６個の大径穴２３が上下に分離した状態で形成されており、中間位置には、平面板２１側に５個、曲面板側に５個の小径穴２４が形成されている。
【００３４】
大径穴２３と小径穴２４は、いずれも保護板２０を通して液の流通を可能にするためのものであるから、形成位置、大きさ、数等は特に制限されるものではない。大径穴は、直径４０〜５０ｍｍ程度にすることができ、小径穴は直径１０〜２０ｍｍ程度にすることができる。
【００３５】
保護板２０は、液出入口１３に正対する位置に小径穴２４が位置し、大径穴２３は液出入口１３には正対していない。
【００３６】
図３に示すとおり、平面板２１の側辺２１ａ側の表面には、上部突起群２５と下部突起群２６が形成されている。保護板２０は、上部突起群２５と下部突起群２６が保護ネット１５側になるように取り付けることで、デッドスペース３０が維持される。
本発明の作用効果１〜３を得るため、２枚の保護板２０と液出入口１３の直径（Ｄ）との関係は、保護板２０の平面板２１の幅をＷとしたとき、次式：Ｄ／２Ｗ＝５０〜８０％（好ましくは６５〜７５％）を満足することが好ましい。
【００３７】
筒状ケース１１や保護板２０の材質は特に制限されず、例えば、特許文献１に記載された各種合成樹脂を挙げることができる。
【００３８】
次に、中空糸型膜モジュール１０の運転方法について説明する。なお、キャップ１２ａ、１２ｂ側から処理原液が供給され、液出入口１３から透過液が排出される場合について説明する。
【００３９】
キャップ（処理原液の供給口）１２ａ、１２ｂから送られる原液は、樹脂１４の端面で開口している中空糸膜束１６〜１９中の中空糸膜の内側に入って濾過される。膜面を外側に透過した透過液は、液出入口１３に向かって移動し、平面１６ａと平面１７ｂの間や、保護板２０の穴（大径穴２３と小径穴２４）を通った後、上下方向に流れ、液出入口１３から排出される。このとき、液圧により、中空糸膜は液出入口の方に押されるが、液出入口の方に押し曲げられることはない。
【００４０】
また逆圧洗浄時には、液出入口１３から筒状ケース１１内に向かって洗浄液が導入されるが、保護板２０があるため、中空糸膜の損傷が防止される。
【００４１】
本発明の中空糸型膜モジュール１０は、保護板２０の作用により、作用効果１〜３が発揮されるため、長期間、安定した濾過性能を維持することができる。
【００４２】
（２）図４、図５の中空糸型膜モジュール
図４は、図２と同じ膜モジュールであって、液出入口１３に膜束１７の円弧部分が正対している形態である。図４では、中空糸膜の表示は一部を略している。
【００４３】
保護板１２０は、平面板１２１の両側辺に曲面板１２２ａ、１２２ｂを有しており、平面板１２１が液出入口１３に正対するようにして、保護ネット１５内に配置されている。平面板１２１と保護ネット１５の間には、小さなデッドボリューム１３０が存在している。
【００４４】
保護板１２０は、図３で示される保護板２０において、平面板２１の側辺２１ａ側にも曲面板２２を取り付けたような形状のものである。保護板２０の大径穴２３と小径穴２４に相当する穴、上部突起群２５と下部突起群２６に相当する突起群は、同様の作用を得る目的で、適宜形成することができる。
【００４５】
図５は、中空糸膜束が１つの膜モジュールの幅方向断面図である。図５では、中空糸膜の表示は略している。
【００４６】
保護板１２０は、図４のものと同じであり、平面板１２１が液出入口１３に正対するようにして、保護ネット１５内に配置されている。平面板１２１と保護ネット１５の間には、小さなデッドボリューム１３０が存在している。
【００４７】
図４、図５において、保護板１２０の平面板１２１の幅（Ｗ）と液出入口１３の直径（Ｄ）との関係は、次式：Ｄ／Ｗ＝５０〜８０％（好ましくは６５〜７５％）を満足することが好ましい。
【００４８】
図４、図５の膜モジュールは、図１、図２の膜モジュールと同様に、本発明の作用効果１〜３を得ることができる。
【実施例】
【００４９】
実施例１
図３で示す２枚の保護板を用い、図１、図２に示す中空糸型膜モジュールを作製した（Ｄ／２Ｗ＝７１％）。酢酸セルロース系樹脂製の中空糸膜（ＦＵＣ−１５８３，ダイセル化学工業（株）製）を使用し、１つの中空糸膜束には５５８０本（４本で合計２２３２０本）を充填した。中空糸膜、保護ネット、保護板は、いずれも両端部をウレタン樹脂系の接着剤で固定した。
【００５０】
作製した中空糸型膜モジュールを用いて、耐久試験を行った。試験方法は、キャップ１２ａ、１２ｂから、中空糸膜束１６〜１９の各中空糸膜の内側に１０ｍ３／ｈｒで２６秒間通水した後、逆方向に４０ｍ３／ｈｒで６秒間通水して逆圧洗浄する操作を１回として、これを繰り返した。５０，０００回繰り返した時点で中空糸膜束１６、１７から中空糸膜を取り出し、肉眼で観察したが、損傷は見あたらなかった。
【００５１】
比較例１
図２、図３の保護板２０の代わりに、同じ面積の曲面のみからなる２枚の保護板を用いたほかは同様にして、中空糸型膜モジュールを作製した。
【００５２】
この中空糸型膜モジュールを用いて、実施例１と同じ耐久試験を行った。その結果、１０，０００回繰り返した時点で中空糸膜束１６、１７から中空糸膜を取り出し、肉眼で観察したところ、中空糸膜束１６、１７の両方で、平均２５本の中空糸膜が損傷（部分的な断線等）していた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）は、本発明の中空糸型膜モジュールの縦方向の部分断面図を含む正面図、（ｂ）は、（ａ）の幅方向の断面図。
【図２】図１（ｂ）の部分拡大図。
【図３】図１（ｂ）とは膜束の収容状態が異なる形態の断面図。
【図４】保護板の斜視図。
【図５】別実施形態である中空糸型膜モジュールの幅方向の断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１０  中空糸型膜モジュール
１１  筒状ケース
１３  液出入口
１５  保護ネット
１６〜１９  中空糸膜束
２０  保護板
２１  平面板
２２  曲面板
【図１】
2008296190.tif 000003
【図２】
2008296190.tif 000004
【図３】
2008296190.tif 000005
【図４】
2008296190.tif 000006
【図５】
2008296190.tif 000007