(57)【要約】【課題】長期間、安定した濾過運転ができる中空糸膜モジュールの提供。【解決手段】中空糸膜束１６の両端側が接着剤１８で固着されており、更に中央部が結束手段２６で結束されている。このため、濾過運転時、透過水出入口２０からの液出入りにより、中空糸膜束同士１６が揺れて衝突を繰り返し、損傷することが防止される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液出入口を有する縦長のケースハウジング内に複数の中空糸膜束が収容されており、中空糸膜束が複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤で一体化されたものである中空糸膜モジュールであり、前記複数の中空糸膜束が結束手段により結束されている中空糸膜モジュール。
【請求項２】
液出入口を有する縦長のケースハウジング内に複数の中空糸膜束が収容されており、中空糸膜束が複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤で一体化されたものである中空糸膜モジュールであり、前記複数の中空糸膜束が、ケースハウジングの一端又は両端側に配置された枠体からなる補強材内に収容固定され、更に前記複数の中空糸膜束が結束手段により結束されている中空糸膜モジュール。
【請求項３】
結束手段により結束された中空糸束の複数又は全部が、更に結束手段で結束されている請求項１又は２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
液出入口がケースハウジングの側面の長さ方向中央部又はその近傍に設けられており、中空糸膜束の結束部が液出入口に対向する位置になるように調整されている請求項１〜３のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
中空糸膜束の非結束部における最大径（ｄ１）と、結束部における最小径（ｄ２）との比（ｄ２／ｄ１）が０．２５〜１である請求項１〜４のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
結束手段が透水性で、かつ伸縮性を有するものである請求項１〜５のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
結束手段が透水性で、かつ伸縮性を有するものであり、中空糸膜モジュールを運転する際に生じる液圧の変化に対応して、中空糸膜束の結束部における径が最大１１０％まで増加できる請求項１〜６のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
結束手段が、幅が２〜１３００ｍｍ、厚みが０．１〜３０ｍｍの帯状部材、環状部材又は管状部材である請求項１〜７のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項９】
結束手段が、１又は２以上の中空糸膜束の全体を覆うものであり、前記結束手段の長さ方向の一端部又は両端部が接着剤により中空糸膜束と一体化されている請求項１〜７のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１０】
ケースハウジングの内径（Ｄ）と、中空糸膜束に含まれる中空糸膜１本の外径（Ｄ１）との比（Ｄ１／Ｄ）が１／１２５〜１／９００である請求項１〜９のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１１】
ケースハウジングの内径（Ｄ）と、中空糸膜束全体の外径（Ｄ２）との比（Ｄ２／Ｄ）が０．７８〜０．９６である請求項１〜１０のいずれか１記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
液出入口を有するケースハウジング内に所要数の中空糸膜束を収容し、ケースハウジング内への液（原水、透過水等）の出入りを前記液出入口のみにより行うタイプの中空糸膜モジュールがあり、このようなタイプのものは、比較的大型のモジュールに適用されることが多い。
【０００３】
しかし、このようなタイプの中空糸膜モジュールを用いて濾過運転するとき、液出入口から原水等が出入りすることなるため、液出入口に面した位置にある中空糸膜束のみが、原水等の出入りに伴う圧力を受け続ける結果、複数の中空糸膜束が揺れて、互いに衝突を繰り返すことになる。
【０００４】
このような事態が生じた場合、中空糸膜束を構成する中空糸膜の断線等の破損が生じやすく、中空糸膜束の内、特定部位の中空糸膜の交換頻度が高くなるという問題があり、交換作業による濾過運転の中断、運転コストの上昇等の問題が生じる。
【０００５】
本発明は、中空糸膜束の取付構造等を改善することにより、長期間継続して安定した濾過運転ができる中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、課題の解決手段として、液出入口を有する縦長のケースハウジング内に複数の中空糸膜束が収容されており、中空糸膜束が複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤で一体化されたものである中空糸膜モジュールであり、前記複数の中空糸膜が束結束手段により結束されている中空糸膜モジュールを提供するものである。
【０００７】
この発明は、全ての中空糸膜束が結束手段で結束されているものだけではなく、本発明の課題を解決できる限りにおいて、一部中空糸膜束（例えば、中空糸膜束が環状に多重配置されている場合の内環に位置する中空糸膜束）が結束されていないものも含む。
【０００８】
このように複数の中空糸膜束の一端又は両端が接着剤で一体化され、更に結束手段で結束されていることにより、液出入り口からの液出入りに伴う液圧により、中空糸膜束同士が揺れて、互いに衝突を繰り返すことを防止するように作用する。
【０００９】
請求項２の発明は、課題の他の解決手段として、液出入口を有する縦長のケースハウジング内に複数の中空糸膜束が収容されており、中空糸膜束が複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤で一体化されたものである中空糸膜モジュールであり、前記複数の中空糸膜束が、ケースハウジングの一端又は両端側に配置された枠体からなる補強材内に収容固定され、更に前記複数の中空糸膜束が結束手段により結束されている中空糸膜モジュールを提供するものである。
【００１０】
この発明は、全ての中空糸膜束が結束手段で結束されているものだけではなく、本発明の課題を解決できる限りにおいて、一部中空糸膜束（例えば、中空糸膜束が環状に多重配置されている場合の内環に位置する中空糸膜束）が結束されていないものも含む。
【００１１】
このように複数の中空糸膜束が補強材内に収容固定され、更に結束手段で結束されていることにより、液出入り口からの液出入りに伴う液圧により、中空糸膜束同士が揺れて、互いに衝突を繰り返すことを防止するように作用する。
【００１２】
請求項３の発明は、上記各発明において、結束手段により結束された中空糸束の複数又は全部が、更に結束手段で結束されているものである。このように結束手段で結束された複数又は全部の中空糸膜束を、更に結束手段で結束することにより、上記作用をより強く発現させることができる。
【００１３】
請求項４〜１１は、本発明の課題を解決する上で、請求項１、２等の発明の好ましい態様に係る発明である。
【００１４】
本発明でいう「中空糸膜束」は、複数の中空糸膜が束ねられたもの、又は複数の中空糸膜が接着剤で一体化された小さな束を複数束ねた集合体の意味であり、前記した小さな束同士は、接着剤で一体化されていても良く、接着剤で一体化されていなくても良い。また、１つの中空糸膜束を形成する中空糸本数は特に制限されず、作業性等を考慮して適宜決定する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の中空糸膜モジュールを説明する。図１は中空糸膜モジュールの概略部分断面図、図２は他実施形態である中空糸膜モジュールの概略部分断面図であり、いずれの図面も筒状本体部とキャップは断面を示すが、他は断面ではなく、ハッチングは部材ごとの区別を明確にするために付した。図３は、図２で用いた補強材の平面図、図４は、図３の正面図である。図５は他実施形態である中空糸膜モジュールの概略部分断面図である。
【００１６】
まず図１で示す中空糸膜モジュール１０について説明する。中空糸膜モジュール１０は、筒状本体部１２と、上部キャップ１４と下部キャップ１５とから外殻（ケースハウジング）が形成されている。なお、下部キャップ１５を設けずに、筒状本体部１２の下部を閉塞して底部を設けても良い。これらの筒状本体部１２、上部キャップ１４、下部キャップ１５は、繊維強化樹脂又はステンレス製であることが好ましい。
【００１７】
上部キャップ１４には、フランジ１４ｂを有する上部出入口（濃縮液出口、透過水出口、逆圧洗浄水の供給口又は原水供給口）１４ａが設けられており、下部キャップ１５には、フランジ１５ｂを有する下部液出入口（原水供給口、濃縮液出口、透過水出口、又は逆圧洗浄水の供給口）１５ａが設けられている。
【００１８】
上部出入口１４ａには、例えば濃縮液ラインを形成するパイプ４０を接続するが、このとき、上部出入口１４ａのフランジ１４ｂと、パイプ４０のフランジ４１との間にはシール材を介在させることが望ましい。
【００１９】
下部出入口１５ａには、例えば原水供給ラインを形成するパイプ４２を接続するが、このとき、上部出入口１５ａのフランジ１５ｂと、パイプ４２のフランジ４３との間にはシール材を介在させることが望ましい。
【００２０】
筒状本体部１２の側面中央部には、前記側面から外側に突き出た状態で、筒状の透過水出入口２０（以下、２０は透過水出入口とするが、原水供給口又は濃縮液出口にすることもできる。）が設けられている。これらの透過水出入口２０の開口部側には、フランジ２２を有する透過水キャップ２１が取付られている。透過水キャップ２１は、先端にフランジ４５を有する透過水ラインを形成するパイプ４４とシール材を介して接続される。
【００２１】
中空糸膜束１６は、複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤１８で一体化された小さな束の集合体であり小さな束同士は、それらの両端部において互いに接しているが、接着剤１８で一体化されていない。一番外側の中空糸膜束１６は、接着剤１８により筒状本体部１２端部の内壁面に固着されている。
【００２２】
このようにして中空糸膜束１６同士を樹脂封止することにより、液の出入り（例えば、逆圧洗浄水の供給）に伴う流れによって中空糸膜束１６同士が揺れて衝突を繰り返し、破損することが防止される。なお、下部キャップ１５側は樹脂封止しなくても良いが、中空糸膜束１６を液圧で揺れ難くする観点からは、上部キャップ１４側と同様にして樹脂封止した方が好ましい。
【００２３】
中空糸膜束１６は、長さ方向中央部において、結束手段２６により結束されている。このとき、複数の中空糸膜束１６、又は全ての中空糸膜束１６を結束手段により結束することもできる。
【００２４】
結束手段２６は、帯状部材、環状部材（例えばＯリング）又は管状部材（例えば樹脂又はゴムチューブ）にすることができる。帯状部材及び管状部材は巻き付け、更に締め付けて使用するため、それらの長さは中空糸膜束１６の結束部の直径より長く、環状部材は穴に中空糸束を挿入して使用するため、その直径は、中空糸膜束１６の結束部の直径以下である。
【００２５】
結束手段２６による結束部は、透過水出入口２０に対向する位置になるように調整されている。このような結束手段２６により中空糸膜束１６の中央部を結束することで、濾過運転時、透過水出入口２０からの逆圧洗浄水等の出入りに伴う液圧により、中空糸膜束１６同士が揺れて衝突を繰り返し、破損することが防止される。
【００２６】
結束手段２６は、透水性でかつ伸縮性を有するものであることが好ましい。透水性を有するものにすることにより、結束部分においても濾過をすることができるので、膜の有効面積を低下させることがない。更に、伸縮性を有するものにすることにより、例えば逆圧洗浄水等の液圧により中空糸膜束１６が揺れた場合においても、中空糸膜束１６同士が衝突を繰り返さない程度の結束強度を維持できるほか、揺れた場合には揺れを吸収して抑えるように作用する。
【００２７】
結束手段は、上記作用をなすため、幅が好ましくは２〜１３００ｍｍ、より好ましくは５〜１００ｍｍ、厚みが好ましくは０．１〜３０ｍｍ、より好ましくは帯状部材であることが好ましい。
【００２８】
中空糸膜束１６の非結束部における最大径（ｄ１）と、結束部における最小径（ｄ２）との比（ｄ２／ｄ１）は、好ましくは０．２５〜１、より好ましくは０．５０〜０．９０、更に好ましくは０．７５〜０．８５である。
【００２９】
ｄ２／ｄ１が前記範囲内であると、結束手段２６による上記作用を高めることができると共に、結束力を適度にすることで、結束部における中空糸膜に対して過度の圧力を加えることがない。
【００３０】
更に結束手段２６は、透水性で、かつ伸縮性を有するものであり、中空糸膜モジュール１０を運転する際に生じる液圧の変化に対応して、中空糸膜束１６の結束部における径が、好ましくは最大１１０％、より好ましくは最大１２０％、更に好ましくは最大１５０％まで増加できるものが望ましい。
【００３１】
このような性質を有する結束手段２６を用いることにより、濾過運転時、逆圧洗浄水等の液圧により中空糸膜束１６が揺れた場合においても、中空糸膜束１６同士が衝突を繰り返さない程度の結束強度を維持できるほか、揺れた場合には揺れを吸収して抑えるように作用する。
【００３２】
中空糸膜モジュール１０では、筒状本体部１２の内径（Ｄ）と、中空糸膜束１６に含まれる中空糸膜１本の外径（Ｄ１）との比（Ｄ１／Ｄ）は、好ましくは１／１２５〜１／９００、より好ましくは１／２００〜１／７００、更に好ましくは１／３００〜１／５００である。
【００３３】
中空糸膜モジュール１０では、筒状本体部１２の内径（Ｄ）と、中空糸膜束全体の外径（Ｄ２）との比（Ｄ２／Ｄ）は、好ましくは０．７８〜０．９６、より好ましくは０．８０〜０．９４、更に好ましくは０．８５〜０．９２である。
【００３４】
Ｄ１／Ｄ比又はＤ２／Ｄ比を上記範囲に設定することにより、単位面積当たりの中空糸膜の充填率（収容本数）を増加させることができ、その結果、有効膜面積を増加させることができるので、中空糸膜モジュールの濾過性能を向上させることができる。
【００３５】
図１で示す中空糸膜モジュール１０では、濾過運転時、透過水出入口２０から逆圧洗浄水を供給する際、中空糸膜束１６に対して液圧が加えられるが、中空糸膜束１６の両端側が樹脂で固定されており、更に中央部が結束手段２６で結束されているので、前記液圧を受けた場合でも、中空糸膜束１６の揺れを小さくして、中空糸膜束１６同士が衝突を繰り返して損傷することを防止できる。
【００３６】
次に、図２で示す中空糸膜モジュール１００について説明する。中空糸膜モジュール１００は、補強材５０を用いたほかは中空糸膜モジュール１０と同一のものであるため、同一部分は同一番号を付して説明を略す。
【００３７】
筒状本体部１２の両端開口部においては、上部キャップ１４及び下部キャップ１５側に中空糸膜束用補強材５０が配置されている。中空糸膜束用補強材５０は、筒状本体部１１２の内周面に接着固定されている。
【００３８】
補強材５０は、環状外枠５１と、環状外枠５１内を仕切る複数の仕切り板５２との組み合わせからなり、複数の仕切り板５２は、環状外枠５１と中央部の基点部５３との間を連結している。補強材５０は、軽量で高強度にするため、繊維強化樹脂製であることが好ましい。
【００３９】
環状外枠５１内は、環状外枠５１の一部周辺（円弧）と、２つの仕切り板５２とで囲まれた８つの扇形孔ａ〜ｈを有しており、扇形孔は８以上であれば特に上限は制限されず、適用する中空糸膜モジュールの大きさ等に応じて適宜設定する。
【００４０】
環状外枠５１内の面積Ａ１に対する扇形孔ａ〜ｈの全占有面積Ａ２の割合（Ａ２／Ａ１）は、好ましくは６５％以上、より好ましくは７０％以上、更に好ましくは８０％以上である。前記割合を６５％以上にすることにより、単位面積当たりの中空糸膜束の充填率（収容本数）増加させることができ、その結果、有効膜面積を増加させることができるので、中空糸膜モジュールの濾過性能を向上させることができる。なお、Ａ２は、Ａ１から仕切り板５２の面積を引いた値である。
【００４１】
環状外枠５１の幅Ｗ１は、好ましくは１〜３０ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは７〜１５ｍｍであり、厚みＴ１は、好ましくは１０〜２００ｍｍ、より好ましくは２０〜１００ｍｍ、更に好ましくは３０〜６０ｍｍである。
【００４２】
仕切り板５２の幅Ｗ２は、好ましくは１〜３０ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは７〜１５ｍｍであり、厚みＴ２は、好ましくは１０〜２００ｍｍ、より好ましくは２０〜１００ｍｍ、更に好ましくは３０〜６０ｍｍである。
【００４３】
中空糸膜束用補強材５０の扇形孔ａ〜ｈ内には、中空糸膜束１６の上端部又は下端部が挿入され、中空糸膜束１６を構成する中空糸膜同士、並びに中空糸膜束１６、環状外枠５１及び仕切り板５２が互いに樹脂（接着剤）で固着一体化されている。なお、下部キャップ１４側の補強材５０は、必要に応じて配置すれば良い。
【００４４】
このような補強材５０を併用することにより、中空糸膜束１６の支持固定が容易となるほか、逆圧洗浄水等の液の出入りに伴う流れによって中空糸膜束１６同士が揺れて衝突を繰り返し、破損することが防止される。
【００４５】
次に、図５で示す中空糸膜モジュール２００について説明する。中空糸膜モジュール１００は、結束手段の形態が異なるほかは中糸膜モジュール１０と同一のものであるため、同一部分は同一番号を付して説明を略す。
【００４６】
図５で示すものでは、１つの中空糸膜束１６の全体が、１つの結束手段２２６で被覆されている。
【００４７】
結束手段２２６は、透水性でかつ伸縮性を有する筒状部材（但し、直径は中空糸膜束１６の直径以下で、長さは中空糸膜束の長さと同程度のもの）、又は帯状部材（但し、幅は中空糸膜束の直径より大きくて、長さは中空糸膜束の長さと同程度のもの）を用いることができる。結束手段２２６として帯状部材を用いたときは、合わせ部分を接着する。
【００４８】
結束手段２２６は、長さ方向の両端部が接着剤１８の部分で中空糸膜束１６と一体化されている。このように中空糸膜束１６と一体化されていることにより、結束手段２２６が剥がれたり、脱落したりすることが防止される。
【００４９】
図１、図２、図５で示した各中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の全体を、帯状部材、環状部材（例えばＯリング）又は管状部材（例えば樹脂又はゴムチューブ）のような１つの結束手段で結束することもできる。
【００５０】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００５１】
実施例１
図５に示すような中空糸膜モジュール１００を作製するに当たり、下記の各部材を用いた。補強材は図２、３で示すものである。
【００５２】
（ケースハウジング）
筒状本体部１２は、内径４５０ｍｍ（Ｄ）、外径４６５ｍｍ、長さ１１１０ｍｍのＦＲＰ製のものを用い、両端にはＳＵＳ製の上部及び下部キャップ１４、１５を取り付けた。１４ａが濃縮液出口、１５ａが原水供給口となる。
【００５３】
透過水出入口２０は、筒状本体部１２の長さ方向の中央位置に、開口径３００ｍｍのものを設けた。
【００５４】
（補強材５０）
環状外枠５１の幅（Ｗ１）は１２ｍｍ、厚み（Ｔ１）は５０ｍｍ、仕切り板５２の幅（Ｗ２）は１０ｍｍ、厚み（Ｔ２）は５０ｍｍ
環状外枠５１内の面積（Ａ１）は１５８．９６３ｍｍ２
扇形ａ〜ｈの全占有面積（Ａ２）は１２０，０００ｍｍ２
Ａ２／Ａ１＝０．７５
（中空糸膜束）
内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍ（Ｄ１）、長さ１１１０ｍｍの酢酸セルロース系中空糸膜を用い、２０５０本を１束とした。
【００５５】
Ｄ１／Ｄ＝１．３／４５０
以上の各部材を用い、次のようにして中空糸膜モジュールを作製した。大日本プラスチック社製のネトロン軽包装「ＨＲ３Ｌ白７０」（袋状の網からなるもの）に中空糸膜束を挿入し、中央部を含む長さ１０６０ｍｍの部分が被覆された状態で、端部を接着剤で固定した。同様にして計２４束を作製した。
【００５６】
補強材５０の扇形孔ａ〜ｈには、それぞれ３束ずつを挿入し、遠心シール機（東邦機械工業（株）製，横型遠心成型機）により、筒状本体部１２の両端側に位置する中空糸膜束相互、及び中空糸膜束と補強材５０の環状外枠５１の内周面とをウレタン系接着剤で接着封止した。接着剤の厚み（接着剤で固着一体化された中空糸膜の一端側の長さ）は５０ｍｍ（両端で１００ｍｍ）、有効膜面積は１２０ｍ２であった。
【００５７】
更に、計２４束の中空糸膜束全体の直径（Ｄ２）が約３９０ｍｍ（Ｄ２／Ｄ＝３９０／４５０＝０．８７）になるように、内径０．６ｍｍ、外径１．０ｍｍの軟質ポリ塩化ビニル製チューブを巻いて結束し、中空糸膜モジュールを得た。
【００５８】
この中空糸膜モジュールは、各中空糸膜束の長さ方向中央部が結束手段で結束されている上に、中空糸膜束全体が１つの結束手段で結束されているため、濾過運転時の液の出入り（特に透過水出入口２０からの逆圧洗浄水の供給）に伴う液圧が加えられた場合であっても、中空糸膜束が揺れ動くことがなく、長期間（１年）にわたって中空糸膜の損傷も起こらず、安定運転ができた。
【００５９】
実施例２
中空糸膜束の結束手段として、三菱電線社製のＯリング（線径２．６２ｍｍ、ＩＤ７２．７０）を用いたほかは実施例１と同様にして、中空糸膜モジュールを得た。
【００６０】
この中空糸膜モジュールは、各中空糸膜束の長さ方向中央部が結束手段で結束されている上に、中空糸膜束全体が１つの結束手段で結束されているため、濾過運転時の液の出入り（特に透過水出入口２０からの逆圧洗浄水の供給）に伴う液圧が加えられた場合であっても、中空糸膜束が揺れ動くことがなく、長期間（１年）にわたって中空糸膜の損傷も起こらず、安定運転ができた。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の一端又は両端側が樹脂又は補強材と樹脂で固定されており、更に結束手段で結束されているので、濾過運転時においても、中空糸膜束同士が衝突して損傷することが防止される。このため、長期間、安定した濾過運転ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空糸膜モジュールの概略部分断面図。
【図２】他実施形態の中空糸膜モジュールの概略部分断面図。
【図３】中空糸膜束用補強材の平面図。
【図４】図３の正面図。
【図５】他実施形態の中空糸膜モジュールの概略部分断面図。
【符号の説明】
１０、１００　中空糸膜モジュール
１２　筒状本体部
１４　上部キャップ
１５　下部キャップ
１６　中空糸膜束
１８　封止樹脂
２０　透過水出入口
２６　結束手段
５０　補強材
【図１】
2004089800.tif 000003
【図２】
2004089800.tif 000004
【図３】
2004089800.tif 000005
【図４】
2004089800.tif 000006
【図５】
2004089800.tif 000007