(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束と、
該中空糸膜束が収容され、液体が出入可能な少なくとも１つのノズルを側部に有する筒
状のケーシングと、
前記ノズルが形成された側の前記中空糸膜束端部において、前記各中空糸膜同士を接着
固定してなる接着部と、
前記ケーシングの内側面側の前記ノズルの開口と前記中空糸膜束との間に設けられ、前
記中空糸膜束の外周を囲むように筒状に形成された整流筒とを備え、
前記整流筒が、前記ノズルが形成された側を下にして立設した場合における前記ノズル
の開口の下端位置から該ノズルに近い方の前記中空糸膜束の一端に向かって延設された、
前記中空糸膜束の前記ケーシングの中心軸から外側に向かう方向への移動を規制する延設
部を有し、該延設部が、前記接着部の前記ケーシングの内面に対向する外周面と前記ケー
シングの内面とに直接接合されており、
かつ前記接着部が、前記ノズルの開口の下端位置から前記ケーシングの一端までの範囲全体に亘って設けら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】
前記ノズルが形成された側を下にして立設した場合に、前記整流筒の前記接着部に接着
されていない方の一端が、前記ノズルの開口の上端位置と該上端位置から前記開口の内径
の長さだけ前記ケーシングの長手方向上側に延ばした位置との間の位置であることを特徴
とする請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記整流筒の前記接着部に接着されていない方の一端が、前記ノズルの開口の上端位置
であることを特徴とする請求項２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記整流筒の前記接着部に接着されていない方の一端が、前記ノズルの開口の上端位置
よりも上方にあり、かつ前記整流筒の前記接着部に接着されていない方の外周側面の一部
に、前記整流筒の搖動を規制する規制部が設けられていることを特徴とする請求項２記載
の中空糸膜モジュール。 
【請求項５】
前記整流筒の前記接着部と接合される内側面に環状凹凸構造が形成されていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記環状凹凸構造の表面に該環状凹凸構造よりも細かい凹凸が形成されていることを特
徴とする請求項５記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記整流筒に複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか
１項記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
前記貫通孔が、前記ノズルの開口に対向する面以外の箇所に形成されていることを特徴
とする請求項７記載の中空糸膜モジュール。
【請求項９】
前記貫通孔が、前記ノズルが形成された側を下にして立設した場合に、前記中空糸膜束
の下端に向けて数が漸減するように形成されていることを特徴とする請求項７または８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、複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束を備えた中空糸膜モジュールに関するものであり、特に、整流筒が設けられた中空糸膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造や食品工業等の分野において、気液吸収、脱気およびろ過用等の用途で、複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束をケーシング内に収容した中空糸膜モジュールが用いられている。この中空糸膜モジュールは、各中空糸膜の端部同士をポッティング材により固定して一体化してなるものであり、中空糸膜としては、多孔質フッ素樹脂からなるものが広く用いられている。中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールは、膜面積が大きく、かつ装置を小型化できるため、様々な分野で利用されている。
【０００３】
一般的な中空糸膜モジュールは、そのケーシングの側部に、液体が出入可能なノズルが設けられている。そして、外圧ろ過方式によるろ過処理を行う際には、ノズルから液体が流入し、その液体が各中空糸膜の外表面から染み込み、各中空糸膜の中空部を通過した液体が中空糸膜モジュールの端部に設けられた管路から流出する。また、内圧ろ過方式によるろ過処理を行う際には、中空糸膜モジュールの端部に設けられた管路から液体が流入し、その液体が各中空糸膜の中空部を通過し、その液体が通過する過程において、各中空糸膜の外表面から滲み出した液体がノズルから流出する。
【０００４】
ここで、上述したような外圧ろ過方式のろ過処理を行う際、ノズル近傍に配設されている中空糸膜束に液体が直接当たると、その液体の流れの勢いによって中空糸膜が損傷する可能性がある。また、内圧ろ過方式のろ過処理を行う際においても、液体の供給量が多くなると中空糸膜モジュール内を水が高速で流れることになり、それによって中空糸膜が激しく振動する。この振動によって中空糸膜同士が擦れたり、中空糸膜の接着部分近傍に大きな負荷がかかったりして中空糸膜が損傷する恐れがある。
【０００５】
そこで、このような水流による中空糸膜の損傷を防止する方法として、特許文献１〜特許文献３などにおいては、中空糸膜モジュールのケーシングと中空糸膜束の間に保護用の整流筒を設ける方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−４５４５３号公報
【特許文献２】特開平１１−９０１８２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６６９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、たとえば特許文献１においては、整流筒に設けられたフランジをケーシングを構成する２つの筒所部材によって挟み込むことによって整流筒をケーシングに固定するようにしている。また、特許文献２においては、整流筒に設けられた突起をケーシングに設けられた溝に嵌合させることによって整流筒を固定するようにしている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１のようにして整流筒を固定したのでは、フランジの一方の面と筒状部材との間とフランジの他方の面と筒状部材との間の２か所の円周方向に微小な隙間が発生し、その隙間に対して汚れの付着が発生する問題がある。また、特許文献２のようにして整流筒を固定したのでは、突起状部分を窪みに嵌合するので、特許文献１と同様に、その嵌合部分に微小な隙間が発生し、その隙間に対して汚れの付着が発生する問題がある。すなわち、特許文献１および特許文献２に記載の整流筒の固定方法では、その固定部分に液体中に含まれる汚れなどが付着し易くなり、食品などをろ過する場合には衛生面で問題が生じる場合がある。
【０００９】
一方、中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねて中空糸膜束を形成し、ケーシング内に中空糸膜束を収容して両端をポッティング材で接着固定することによって製造されるが、この際、中空糸膜束がケーシングの中央に配置されず、処理能力にばらつきが出てしまう可能性がある。
【００１０】
そこで、中空糸膜束をケーシングの中央に配置する方法として、たとえばリング状部材をケーシングの端部の内側面に接着し、そのリング状部材の中央に中空糸膜束の端部を挿入する方法が考えられる。
【００１１】
しかしながら、上述したようなリング部材を用いたのでは、部品点数が増え、コストアップとなる問題がある。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、コストアップを招くことなく、中空糸膜束をケーシング内の中央に配置することができ、さらに、上述したような衛生面の問題を生じることなく整流筒を固定することができる中空糸膜モジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束と、中空糸膜束が収容され、液体が出入可能な少なくとも１つのノズルを側部に有する筒状のケーシングと、ノズルが形成された側の中空糸膜束端部において、各中空糸膜同士を接着固定してなる接着部と、ケーシングの内側面側のノズルの開口と中空糸膜束との間に設けられ、中空糸膜束の外周を囲むように筒状に形成された整流筒とを備え、整流筒が、ノズルの開口の位置からそのノズルに近い方の中空糸膜束の一端に向かって延設された、中空糸膜束のケーシングの内面方向への移動を規制する延設部を有し、その延設部が、接着部の側面とケーシングの内面とに接合されていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、ノズルが形成された側を下にして立設した場合に、整流筒の接着部に接着されていない方の一端は、ノズルの開口の上端位置とその上端位置から開口の内径の長さだけケーシングの長手方向に延ばした位置との間の位置とすることができる。
【００１５】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、整流筒の接着部に接着されていない方の一端は、ノズルの開口の上端位置とすることができる。
【００１６】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、整流筒の接着部に接着されていない方の一端は、ノズルの開口の上端位置よりも上方とし、かつ整流筒の接着部に接着されていない方の外周側面の一部に、整流筒の搖動を規制する規制部を設けることができる。
【００１７】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、整流筒の延設部とケーシングとは、ノズルの開口の下端位置からケーシングの一端までの範囲で接合することができる。
【００１８】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、整流筒の接着部と接合される内側面に環状凹凸構造を形成することができる。
【００１９】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、環状凹凸構造の表面にその環状凹凸構造よりも細かい凹凸を形成することができる。
【００２０】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、整流筒に複数の貫通孔を形成することができる。
【００２１】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、貫通孔は、ノズルの開口に対向する面以外の箇所に形成することができる。
【００２２】
また、上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、貫通孔は、中空糸膜束の一端に向けて数が漸減するように形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、整流筒が、ノズルの開口の位置から中空糸膜束の一端に向かって延設された延設部を備える。そして、その延設部によって中空糸膜束のケーシングの内面方向への移動を規制するようにしたので、新たな部材を設けることなく、中空糸膜束をケーシングの中央に配置することができる。また、整流筒の延設部を接着部の側面とケーシングの内面とに接合することによって整流筒をケーシングに固定するようにしたので、従来の整流筒の固定方法のような衛生面の問題が発生することもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態の構成を示す断面図
【図２】本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態の構成を示す断面斜視図
【図３】Ｏリングとキャップおよび接着部との接触面の拡大図
【図４】中空糸膜束の端面を示す図
【図５】第１整流筒および第２整流筒の斜視図
【図６】第１整流筒および第２整流筒を構成する成形部材の斜視図
【図７】第１整流筒の好ましい長さを説明するための図
【図８】第２整流筒の好ましい長さを説明するための図
【図９】中空糸膜モジュールのシミュレーションモデルを示す図
【図１０】中空糸膜モジュール内を流れる水の速度のシミュレーション結果を示す図
【図１１】中空糸膜モジュール内を流れる水の速度のシミュレーション結果を示す図
【図１２】中空糸膜モジュール内を流れる水の速度のシミュレーション結果を示す図
【図１３】整流筒のその他の実施形態を示す斜視図および上面図
【図１４】中空糸膜モジュールの分解斜視図
【図１５】本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態を用いたろ過装置の概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の中空糸膜モジュールは、上下水道、食品工業、一般工業、医療、理化学といった様々な分野で利用されるものである。図１は、本実施形態の中空糸膜モジュールの長手方向の断面図であり、図２は、本実施形態の中空糸膜モジュールの長手方向の断面斜視図である。
【００２６】
図１および図２に示されるように、本実施形態の中空糸膜モジュール１は、複数の中空糸膜２が束ねられた中空糸膜束３と、中空糸膜束３を収容する筒状のケーシング５とを備えるものである。なお、図２においては、中空糸膜束３の部分（接着部２０の一部も含む）を２点鎖線で示している。
【００２７】
ケーシング５の両端開口には、配管が接続される管路１０ａ，１１ａが形成された配管接続用のキャップ１０，１１がそれぞれ設けられており、配管接続用のキャップ１０，１１はナット１３によってケーシング５に固定装着されている。ナット１３は、ケーシング５の両端の側面に形成された雄ネジに螺合し、ナット１３を締めることによって、キャップ１０，１１の溝に配置されたＯリング１２によりケーシング両端とキャップ１０，１１の間がシールされる。
【００２８】
図３は、Ｏリング１２とキャップ１０，１１および接着部２０との接触面の拡大図を示すものである。接着部２０は、中空糸膜束３の端部において、ポッティング材によって各中空糸膜２同士を接着固定するものである。ポッティング材としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、オレフィン系ポリマー、シリコーン樹脂、およびフッ素含有樹脂等の高分子材料が好ましく、これらの高分子材料のいずれかでもよいし、複数の高分子材料を組み合わせて用いるようにしてもよい。また、ポッティング材は、ろ過時に加圧によって生ずる一次側と二次側の差圧に耐え得る耐圧性を有することが必要であり、そのためには適度な強度および弾性率を有している必要がある。
【００２９】
図３に示すように、接着部２０のキャップ１０側を向く端面に環状溝２０ａが形成されているとともに、その端面側を向くキャップ１０の一部の面に環状溝１０ｂが形成されている。そして、接着部２０の端面に形成された環状溝２０ａと、キャップ１０の一部の面に形成された環状溝１０ｂとの間にＯリング１２が収容されて、Ｏリング１２の内側と外側とが液密化されている。
【００３０】
より具体的には、図１〜図３に示すように、キャップ１０の内面は、ケーシング５に近づくに連れて次第に径が拡大するテーパ面を有しており、そのテーパ面と接着部２０の端面とが、間にＯリング１２の周面のみを介して連なるように構成されている。なお、図２は、キャップ１０側の拡大図であるが、キャップ１１側についても同様の構成である。
【００３１】
ケーシング５は、第１筒状部材５１と第２筒状部材５２との２つの筒状部材から形成されるものである。第１筒状部材５１と第２筒状部材５２とには、それぞれ液体が出入可能な第１ノズル５１ａと第２ノズル５２ａとが設けられている。第１筒状部材５１と第１ノズル５１ａとは一体的に形成され、また、第２筒状部材５２と第２ノズル５２ａとも一体的に成形されている。第１ノズル５１ａと第２ノズル５２ａとは、ケーシング５の側部に設けられ、長手方向に直交する方向に突き出すように設けられている。
【００３２】
ケーシング５の長さは、８００ｍｍ程度であり、内径は２３０ｍｍ程度である。
【００３３】
そして、第１筒状部材５１と第２筒状部材５２とは、ケーシング５の長手方向（筒軸方向）の中間位置で互いに接合されている。なお、第１筒状部材５１と第２筒状部材５２との接合位置は、ケーシング５の一端から他端までの間の位置であればどの位置でも良いが、中央位置であることが望ましい。
【００３４】
また、第１筒状部材５１と第２筒状部材５２とは、第１筒状部材５１の接合部分５１ｂが筒内周側に位置し、第２筒状部材５２の接合部分５２ｂが筒外周側に位置する状態で組み合わされて接合されている。第１筒状部材５１の接合部分５１ｂと第２筒状部材５２の接合部分５２ｂとは溶剤などによって接着される。
【００３５】
図４は、中空糸膜束３をケーシング５に収容し、キャップ１０，１１を装着する前の状態の端面とその一部拡大図を示すものである。図４に示すように、中空糸膜束３の両端面においては、開口Ｐを有する中空糸膜２が配列され、各中空糸膜２間がポッティング材で充填されて接着部２０が形成されている。
【００３６】
上記構成により、キャップ１０，１１の管路１０ａ，１１ａから流入した流体は、接着部２０によって中空糸膜２同士の間に漏れることなく、各中空糸膜２の中空部だけを通過する。そして、両端部に位置する両接着部２０の間の各中空糸膜２の外表面から滲み出した流体が、第１ノズル５１ａおよび第２ノズル５２ａから流出する。または、第１ノズル５１ａおよび第２ノズル５２ａから流入された流体が、両端部の接着部２０の間の各中空糸膜２の外表面から染み込み、各中空糸膜２の中空部を通過した流体が、キャップ１０，１１の管路１０ａ，１１ａから流出される。
【００３７】
中空糸膜２としては、精密ろ過膜および限外ろ過膜等を用いることができる。中空糸膜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、ポリ（４−メチルペンテン）、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等が挙げられ、また、これらの複合素材も使用できる。
【００３８】
中空糸膜２の内径は５０μｍ〜３０００μｍであり、好ましくは５００μｍ〜２０００μｍである。内径が小さい場合、圧損が大きくなり、ろ過に悪影響を及ぼすため、中空糸膜２の内径は５０μｍ以上とすることが好ましい。また、内径を大きくした場合、紡糸時に膜の形状を保持することが困難になるため、３０００μｍ以下とすることが好ましい。
【００３９】
また、中空糸膜束３の中空糸膜２の本数は、例えば、ケーシング５の内径が１５０ｍｍの場合、２５００本程度であり、ケーシング５の内径が２５０ｍｍの場合、５０００本程度である。
【００４０】
図１および図２に戻り、中空糸膜束３の両端部には、第１整流筒６および第２整流筒７がそれぞれ装着されている。図５は、第１整流筒６および第２整流筒７の斜視図を示すものである。図５に示すように、第１整流筒６および第２整流筒７は、筒状に形成されたものである。
【００４１】
そして、図１および図２に示すように、第１整流筒６は、ケーシング５の内側面５ａ側の第１ノズル５１ａの開口と中空糸膜束３との間に設けられ、第２整流筒７は、ケーシング５の内側面５ａ側の第２ノズル５２ａの開口と中空糸膜束３との間に設けられ、それぞれ中空糸膜束３の外周を囲むように設けられている。
【００４２】
第１整流筒６および第２整流筒７は、第１ノズル５１ａおよび第２ノズル５２ａから液体が流入される場合には、その液体が中空糸膜束３に直接当たった衝撃によって中空糸膜２が破損してしまうのを防止することができる。また、キャップ１０の管路１０ａまたはキャップ１１の管路１１ａから液体が流入されて第１ノズル５１ａまたは第２ノズル５２ａから液体が排出される場合には、各中空糸膜２の中空部を通過した液体が第１整流筒６および第２整流筒７によって迂回しながら第１ノズル５１ａまたは第２ノズル５２ａから排出されることになり、局所的な高速な液体の流れの発生を抑制することができ、中空糸膜２に対するダメージを抑制することができる。
【００４３】
また、第１整流筒６は、第１ノズル５１ａの開口の位置から第１ノズル５１ａに近い方の中空糸膜束３の一端に向かって延設された延設部６ａを備えている。延設部６ａは、中空糸膜束３のケーシング５の内面方向への移動を規制するものであり、接着部２０の側面とケーシング５の内面とに接合されている。第１整流筒６の延設部６ａとケーシング５の内面とは溶剤などによって接合されている。
【００４４】
また、第２整流筒７も、第１整流筒６と同様に、第２ノズル５２ａの開口の位置から第２ノズル５２ａに近い方の中空糸膜束３の一端に向かって延設された延設部７ａを備えている。延設部７ａは、中空糸膜束３のケーシング５の内面方向への移動を規制するものであり、接着部２０の側面とケーシング５の内面とに接合されている。第２整流筒７の延設部７ａとケーシング５の内面とは溶剤などによって接合されている。
【００４５】
本実施形態の中空糸膜モジュール１は、上述したように第１および第２整流筒６，７が有する延設部６ａ，７ａによって中空糸膜束３のケーシング５の内面方向への移動を規制するようにしたので、新たな部材を設けることなく、中空糸膜束３をケーシング５の中央に配置することができる。また、第１および第２整流筒６，７の延設部６ａ，７ａを接着部２０の側面とケーシング５の内面とに接合することによって第１および第２整流筒６，７をケーシング５に固定するようにしたので、従来の整流筒の固定方法のような衛生面の問題が発生することもない。
【００４６】
また、図５に示すように、第１整流筒６の延設部６ａの接着部２０と接合される内側面には、環状凹凸構造６ｂが形成されている。環状凹凸構造６ｂは、その断面形状が鋸歯状となるように形成されている。この環状凹凸構造６ｂにより延設部６ａと接着部２０との接着面積を広くすることができ、より高い接着力を得ることができる。さらに、延設部６ａの内側面に対して、上述した環状凹凸構造６ｂよりも細かい凹凸を形成することが望ましい。具体的には、延設部６ａの内側面に対して梨地加工を施すことが望ましい。これにより延設部６ａと接着部２０との接着力をさらに向上させることができる。
【００４７】
また、第２整流筒７の延設部７ａについても、第１整流筒６の延設部６ａと同様に、接着部２０と接合される内側面に環状凹凸構造７ｂが形成されている。この環状凹凸構造７ｂにより延設部７ａと接着部２０との接着面積を広くすることができ、より高い接着力を得ることができる。さらに、延設部７ａの内側面に対しても梨地加工を施すことが望ましい。
【００４８】
また、図５に示すように、第１整流筒６および第２整流筒７には、複数の貫通孔３０が形成されている。第１整流筒６における貫通孔３０は、第１ノズル５１ａの開口に対向する面以外の箇所に形成され、第２整流筒７における貫通孔３０は、第２ノズル５２ａの開口に対向する面以外の箇所に形成されている。本実施形態では、図６に示すような半円筒形状の成形部材６ｃ，７ｃを２つ組み合わせて第１整流筒６および第２整流筒７が形成されているので、図５に示すような貫通孔３０の群が、第１整流筒６および第２整流筒７における対向した位置の２か所に形成される。
【００４９】
さらに、第１整流筒６および第２整流筒７に形成される貫通孔３０の群は、その数が、中空糸膜束３の一端に向けて漸減するように形成されている。中空糸膜束３の一端に向かうほど液体の流速が早くなるので、貫通孔３０の数をより少なくすることによって液体の流速をより制限することができる。また、本実施形態においては、各貫通孔３０の径を同一径としているので、上述したように中空糸膜束３の一端に向けて数が漸減するように形成しているが、貫通孔３０の数の変更するのではなく、貫通孔３０の径が中空糸膜束３の一端に向けて漸減するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
また、図７に示すように、第１整流筒６は、第１整流筒６に対向して形成されている第１ノズル５１ａ側を下にして立設した場合に、第１整流筒６の接着部２０に接着されていない方の一端６１が、第１ノズル５１ａの開口の上端位置５１ｂとなる長さで形成されている。また、図８に示すように、第２整流筒７も、第１整流筒６と同様に、第２整流筒７に対向して形成されている第２ノズル５２ａ側を下にして立設した場合に、すなわち図１に示す状態とは上下逆に立接した場合に、第２整流筒７の接着部２０に接着されていない方の一端７１が、第２ノズル５２ａの開口の上端位置５２ｂとなる長さで形成されている。
【００５１】
なお、第１整流筒６の長さは、上記の長さに限られないが、第１整流筒６の一端６１が、第１ノズル５１ａの開口の上端位置５１ｂとその上端位置５１ｂから開口の内径Ｄ１の長さだけケーシング５の長手方向に延ばした位置Ｐ１との間の位置となる長さとすることが望ましい。また、第２整流筒７の長さについても同様に、第２整流筒７の一端７１が、第２ノズル５２ａの開口の上端位置５２ｂとその上端位置５２ｂから開口の内径Ｄ２の長さだけケーシング５の長手方向に延ばした位置Ｐ２との間の位置となる長さとすることが望ましい。
【００５２】
ここで、第１整流筒６と第２整流筒７の好ましい長さについて、図１０〜図１２に示すシミュレーションデータを参照しながら説明する。図１０〜図１２に示すシミュレーションデータは、中空糸膜モジュール１内を流れる水の速度をシミュレーションした結果であり、第１整流筒６および第２整流筒７の長さを変化させた場合の水の流れの速度変化を示したものである。なお、以下のシミュレーションの説明では、第１整流筒６および第２整流筒７を単に整流筒という。
【００５３】
まず、図１０〜図１２に示すシミュレーションデータを算出するために用いたシミュレーション条件について説明する。シミュレーションソフトは、ＣＨＡＭ（Concentration Heat and Momentum Limited.）製の熱流体解析ソフト「ＰＨＯＥＮＩＣＳ」を用い、計算式は、ＫＥ−ＣＨＥＮの式を用いた。また、流体は２０℃の水としてシミュレーションを行った。また、中空糸膜モジュール１のシミュレーションモデルとしては、図９に示すような円筒の両端側面にノズルout_1，out2を設け、縦方向（長さ方向）に１／２に分割した３Ｄモデルを用いた。図９に示すシミュレーションモデルのノズルout_1とノズルout2との間の距離Ｌ１を０．８０６ｍ、円筒の最大内径の１／２を０．１２３ｍ、ノズルout_1，out_2の上端から円筒の下端までの長さＬ２を０．２７３ｍとした。シミュレーションモデルのmeshセル数（モデルの分割数）は、２４９２１００個とした。流体のSWEEP数は１０００回とし、円筒の端部からの水の流入量を２．０８×１０−４ｍ３／ｓとした場合におけるノズル近傍の水の速度のシミュレーションを行った。円筒内の中空糸膜束のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の抵抗値はそれぞれ０．４とし、空隙率は０．７とした。
【００５４】
図１０〜図１２は、上述したシミュレーション条件でシミュレーションを行った結果を示すものであり、水の速度分布を濃淡で表し、水が流れる方向を矢印で表し、水の速度の大きさを矢印の長さで表している。すなわち、矢印が長いほど水の速度が大きいことを示している。また、図１０〜図１２は、ノズルout_1近傍の水の流れのシミュレーション結果を示すものであり、図１０〜図１２に示すＭ１〜Ｍ４が、整流筒の長さを変えてモデル化したものである。また、図１０は、整流筒のモデルとケーシング５のモデルの内面との距離を５ｍｍとした場合のシミュレーション結果であり、図１１は、整流筒のモデルとケーシング５のモデルの内面との距離を８ｍｍとした場合のシミュレーション結果であり、図１２は、整流筒のモデルとケーシング５のモデルの内面との距離を３ｍｍとした場合のシミュレーション結果である。
【００５５】
図１０Ｉは、整流筒の一端が、ノズルの内側面の位置となるようにした場合のシミュレーション結果を示すものである。すなわち、上記実施形態のように、第１ノズル５１ａを下にして立設した場合に、第１整流筒６の一端６１が、第１ノズル５１ａの開口の上端位置５１ｂとなる場合または第２ノズル５２ａを下にして立設した場合に、第２整流筒７の一端７１が、第２ノズル５２ａの開口の上端位置５２ｂとなる場合を想定したシミュレーション結果である。図１０IIは、図１０Ｉの場合よりも整流筒の長さをノズルの内径分だけ延ばした場合のシミュレーション結果である。図１０IIIは、整流筒の長さをノズルの内径の１／２とした場合のシミュレーション結果である。図１０IVは、整流筒の長さをノズルの内径の３倍とした場合のシミュレーション結果を示すものである。
【００５６】
図１０Ｉのシミュレーション結果と図１０IIIのシミュレーション結果とを比較すると、図１０Ｉのシミュレーション結果の方が全体的に矢印の長さが短く、水の流れを整流筒によって十分に抑制できていることがわかる。すなわち、水の流れによって中空糸膜が搖動し、これにより中空糸膜が損傷してしまうのを十分に抑制できていることがわかる。
【００５７】
また、図１０Ｉのシミュレーション結果と図１０IVのシミュレーション結果とを比較すると、図１０IVのシミュレーション結果では、図１０Ｉのシミュレーション結果よりも全体的に矢印が短くなっており水の流れを十分に抑制できているが、逆に矢印が短すぎて全体的に水の流れが遅く、すなわちこれはろ過処理自体が進んでいないことを意味し、ろ過効率の低下を招いている。したがって、図１０IVのシミュレーション結果よりも図１０Ｉのシミュレーション結果の方がより好ましいと言える。
【００５８】
次に、図１０IIのシミュレーション結果と図１０IVのシミュレーション結果とを比較すると、図１０IIのシミュレーション結果では、ケーシングの端部（図１０IIの左端部）近傍では水の流れが遅くなっているものの、その他の場所では図１０Ｉに示すシミュレーション結果に近い水の流れとなっている。したがって、図１０IIの場合も、ろ過効率の著しい低下を招くことなく、中空糸膜の損傷の発生を十分に抑制できていると言える。
【００５９】
図１１Ｉ〜IVおよび図１２Ｉ〜IVは、上述したように図１０Ｉ〜図１０IVとは、整流筒とケーシングの内面との距離が異なるものである。なお、整流筒の長さについては、図１０Ｉと図１１Ｉと図１２Ｉが同じであり、図１０IIと図１１IIと図１２IIが同じであり、図１０IIIと図１１IIIと図１２IIIが同じであり、図１０IVと図１１IVと図１２IVが同じである。図１１Ｉ〜IVおよび図１２Ｉ〜IVのシミュレーション結果からも、図１１Ｉと図１１IIの場合および図１２Ｉと図１２IIの場合がより好ましいシミュレーション結果であることがわかる。
【００６０】
なお、第１ノズル５１ａを下にして立設した場合に、第１整流筒６の一端６１が、第１ノズル５１ａの開口の上端位置５１ｂより上方となるような長さで第１整流筒６を形成する場合、または第２ノズル５２ａを下にして立設した場合に、第２整流筒７の一端７１が、第２ノズル５２ａの開口の上端位置５２ｂより上方となるような長さで第２整流筒７を形成する場合には、図１３に示すように、第１整流筒６または第２整流筒７の接着部２０に接着されていない方の外周側面の一部に、第１整流筒６または第２整流筒７の搖動を規制する規制部８を形成するようにしてもよい。なお、図１３Ｉは、第１整流筒６または第２整流筒７の外観斜視図、図１３IIは、第１整流筒６または第２整流筒７の上面図である。
【００６１】
規制部８は、凸形状に形成された突起である。ケーシング５内の液体の流れが速い場合でも、規制部８がケーシング５内の内側面に当接することによって第１整流筒６または第２整流筒７の搖動を規制することができる。これにより第１整流筒６または第２整流筒７が搖動して中空糸膜束３に接触することによる中空糸膜２の損傷を防止することができる。なお、規制部８は、ケーシング５内の内側面に接着されていることが望ましいが、接着されていなくてもよい。
【００６２】
また、規制部８の位置は、図１３Ｉおよび図１３IIに示すように、対向する１組の貫通孔３０の群を結ぶ軸方向と同じ方向と、上記軸方向に対して直交する方向（第１整流筒６または第２整流筒７の中心軸を回転軸として、上記軸方向を９０°回転させた方向）とに設けることが望ましい。
【００６３】
次に、図５および図７に戻り、第１整流筒６の延設部６ａとケーシング５との接合部分について説明する。図５および図７に示すように、第１整流筒６の延設部６ａとケーシング５の内面とは、第１ノズル５１ａの開口の下端位置５１ｃからケーシング５の一端までの間の範囲で接合されている。なお、本実施形態のように、第１ノズル５１ａの開口の下端位置５１ｃまで延設部６ａまたは接着部２０が設けられていることが望ましい。これにより第１ノズル５１ａの開口近傍に液体の滞留部分が形成されるのを防止することができる。
【００６４】
また、第２整流筒７の延設部７ａとケーシング５との接合部分については、図８に示すように、第２ノズル５２ａの開口の下端位置５２ｃからケーシング５の一端までの間の範囲で、延設部６ａとケーシング５の内面とが接合されている。なお、この接合部分についても、第２ノズル５２ａの開口の下端位置５２ｃまで延設部７ａまたは接着部２０が設けられていることが望ましい。これにより第２ノズル５２ａの開口近傍に液体の滞留部分が形成されるのを防止することができる。
【００６５】
次に、上述した中空糸膜モジュール１の製造工程について説明する。
【００６６】
まず、所定の本数の中空糸膜２を束として整え、中空糸膜束３を作製する。続いて、中空糸膜束３の各中空糸膜２の中空部開口を封止物で封止する。
【００６７】
次に、第１筒状部材５１内に第１整流筒６が挿入され、第１筒状部材５１の端部の内側面と第１整流筒６とが接合され、第２筒状部材５２内に第２整流筒７が挿入され、第２筒状部材５２の端部の内側面と第２整流筒７とが接合される。そして、第１筒状部材５１の接合部分５１ｂが筒内周側に位置し、第２筒状部材５２の接合部分５２ｂが筒外周側に位置する状態で組み合わされて接合され、ケーシング５が形成される。
【００６８】
次いで、第１整流筒６および第２整流筒７が接合されたケーシング５内に、各中空糸膜２の中空部が封止された中空糸膜束３が挿入され、ポッティング材を用いて各中空糸膜２の端部同士を接着するとともに、中空糸膜束３と第１整流筒６および第２整流筒７とを接着固定した。
【００６９】
中空糸膜束３とケーシング５とを接着固定するには、中空糸膜束３が収容されたケーシング５を水平方向に回転させながら接着する遠心接着、またはケーシング５の長手方向を鉛直方向に配置し、ポッティング材をケーシング５の下端から注入する静置接着にて行うことができる。遠心接着は、中空糸膜束３の両端を同時に接着することができる反面、多額の設備投資や高速で回転させるための電力が必要となる。一方、静置接着は、片側ずつ接着する必要があるため接着に必要な時間は増加するものの、大型の設備投資の必要がなく、簡素な治具で実施できる。なお、ポッティング材が硬化した後、必要に応じて高温での完全硬化を実施しても良い。
【００７０】
次に、ケーシング５内のポッティング材が硬化したことを確認した後、封止物によって目止めしていた部分を切断し、中空糸膜束３の端部を開口させる。
【００７１】
最後に、図１４に示されるように、中空糸膜束３が接着固定されたケーシング５の両端部のそれぞれに、配管接続用のキャップ１０，１１がＯリング１２を介して装着され、ナット１３によって締結固定された後、リーク検査、試運転等を実施し、規定通りに製造できていることを確認して中空糸膜モジュール１が完成する。
【００７２】
次に、本実施形態の中空糸膜モジュール１をろ過装置１００に設置した態様の一例について図１５を参照して説明し、さらに、本実施形態の中空糸膜モジュール１を用いたろ過方法について説明する。なお、このろ過装置１００において、内圧ろ過でのクロスフローろ過方式を想定している。
【００７３】
ろ過装置１００は、中空糸膜モジュール１のキャップ１１の管路１１ａに接続されて被処理水を供給する供給配管１０１と、キャップ１０の管路１０ａに接続されて循環水を送り出す循環配管１０２とを備えている。さらに、供給配管１０１や循環配管１０２の途中には、圧力計Ｐｉ，Ｐｏや弁１０１ａ，１０２ａなどが配設されている。また、ろ過装置１００は、ろ過水の流路となる上部ろ過水排出管１０３と下部ろ過水排出管１０４とを備えている。上部ろ過水排出管１０３や下部ろ過水排出管１０４はろ過水の合流管１０５に接続されており、合流管１０５は外部の配管（図示せず）に連絡している。なお、合流管１０５には、圧力計Ｐｆや弁１０５ａなどが配設されている。
【００７４】
中空糸膜モジュール１は縦に配置され、第２ノズル５２ａが上部ろ過水排出管１０３に接続され、第１ノズル５１ａが下部ろ過水排出管１０４に接続される。
【００７５】
被処理水は、供給配管１０１から管路１１ａを通じて所定の圧力で中空糸膜モジュール１に導入される。被処理水は、各中空糸膜２の中空部に導入され、中空糸膜２でろ過され、そのろ過水は各中空糸膜２の外表面から滲み出す。ろ過水は、上部ろ過水排出管１０３または下部ろ過水排出管１０４を通って合流管１０５に排出され、外部配管を通じて採取される。一方で、中空糸膜２を透過した被処理水は、循環水としてキャップ１０の管路１０ａから排出され、循環配管１０２に送り出される。
【００７６】
なお、上記説明では、被処理水を管路１１ａから供給し、循環水（濃縮水）を管路１０ａから排出するようにしたが、逆に、被処理水を管路１０ａから供給し、循環水（濃縮水）を管路１１ａから排出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１     中空糸膜モジュール
２     中空糸膜
３     中空糸膜束
５     ケーシング
６     第１整流筒
６ａ   延設部
６ｂ   環状凹凸構造
７     第２整流筒
７ａ   延設部
７ｂ   環状凹凸構造
８     規制部
１０，１１     キャップ
１０ａ，１１ａ 管路
１０ｂ 環状溝
１２   リング
１３   ナット
２０   接着部
２０ａ 環状溝
３０   貫通孔
５１   第１筒状部材
５１ａ 第１ノズル
５２   第２筒状部材
５２ａ 第２ノズル
１００ ろ過装置
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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