(57)【要約】【課題】中空糸膜が筒状ケース内周面に樹脂により接着され、濾過運転中に前記接着部が剥離することにより中空糸膜が損傷することによるリーク不良を確実に防止する中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納した筒状ケースと、前記中空糸膜束の少なくとも片側の端部を前記筒状ケースに接着固定した樹脂部とを有する中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜モジュールの、長手方向に関して前記樹脂部が設けられている部分の少なくとも一部には、前記筒状ケースの内周面に溝が設けられるとともに、該溝に嵌合しながら、かつ、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に位置するように円弧リングが設けられており、前記円弧リングは、周方向にオーバーラップ部を有するとともに、内周面が前記中空糸膜束の外周に当接している中空糸膜モジュールとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納した筒状ケースと、前記中空糸膜束の少なくとも片側の端部を前記筒状ケースに接着固定した樹脂部とを有する中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜モジュールの、長手方向に関して前記樹脂部が設けられている部分の少なくとも一部には、前記筒状ケースの内周面に溝が設けられるとともに、該溝に嵌合しながら、かつ、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に位置するように円弧リングが設けられており、前記円弧リングは、周方向にオーバーラップ部を有するとともに、内周面が前記中空糸膜束の外周に当接していることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記円弧リングは外周面に凹凸を有する、請求項１に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、流体分離用中空糸膜モジュールに関わるものである。さらに詳しくは、河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工業用排水等を原水とし、膜濾過により工業用水や水道水を大量に製造するのに好適な中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密濾過膜や限外濾過膜は、河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工業用排水から工業用水や水道水を製造する水処理プロセスへ適用が進められている。また、これら水処理プロセスでは、比較的濁質分の多い大量の原液に対して長期間使用するため、大量の原水を処理するための高濾過膜面積、強い濾過圧に長期間耐えられる耐圧構造、濁質で汚れた中空糸膜を洗浄するためのエアースクラビング機能が求められている。
【０００３】
このような水処理プロセスでは、中空糸膜の外側から内側へ濾過する外圧式中空糸膜モジュールが多用されている。外圧式中空糸膜モジュールは、数百本〜数万本の中空糸膜を束ねてストレート状にした中空糸膜束を筒状ケースに充填し、その中空糸膜束の両端部を樹脂で前記筒状ケースに接着固定するように構成され、原水を中空糸膜束の外側に供給することにより中空糸膜内に透過させ、その透過した濾過水を中空糸膜の開口端から取り出すようになっている。
【０００４】
外圧式中空糸膜モジュールの運転に際しては、エアースクラビングという、膜外表面側に吹き込んだエアーで中空糸膜表面を振動させ、原水を濾過する過程で膜外表面に付着した濁質分をはく離させる洗浄方法が間欠的に採用され得る。この方法では中空糸膜の中空部が封止されている側の樹脂隔壁部に１つまたは複数の貫通口を形成し、前記貫通口より中空糸膜束全域にエアーを吹き込む事で洗浄を効率的に行うことが出来る。このとき、予め中空糸膜束が外筒内で弛みを持つように中空糸膜束の両端をハウジング内壁に固着しておくことで、エアースクラビング時に揺れた中空糸膜同士が擦れ合い、洗浄をさらに効率的に行うことが出来る。また、エアースクラビング以外に、中空糸膜モジュールの濾過水側から原水側へと逆洗水を流し、膜の細孔を閉塞している濁質分を除去する洗浄方法も間欠的に採用され得る。
【０００５】
このような中空糸膜モジュールは、膜濾過前の原液と膜濾過後の透過液とを隔てるシール構造が単純であること、運転管理が容易であることなど種々の利点を有しているが、その最大の特徴は、モジュールの単位容積当りの濾過膜面積を非常に大きく取れる、すなわち濾過能力（濾過水量）を向上しやすいことである。モジュールの単位容積当りの濾過膜面積を大きくするための一つの方法としては、基本的に出来るだけ多数本の中空糸膜で中空糸膜束を構成し、中空糸膜の充填率を高くすることが望ましい。しかし、その一方で、中空糸膜の本数を多くするほど、筒状ケースへの中空糸膜束の装填が困難になる。さらに、中空糸膜が筒状ケース内周面に接近しすぎると、中空糸膜と筒状ケース内周面との間に樹脂が毛管現象によりしみ込みやすくなり、中空糸膜束の両端部を接着固定した樹脂部のモジュール長手方向内側の端面付近で、中空糸膜外周が少ない面積で樹脂により筒状ケース内周面に接着されることになる。かかる状態で濾過の運転に供すると、運転中にエアースクラビング等の外力により、中空糸膜と筒状ケース内周面との前記接着部が剥離し、その際に、中空糸膜が損傷して、濾過前の原水が濾過後の透過水に混ざる、いわゆるリークが発生する。
【０００６】
これを改善するため、例えば特許文献１には、筒状ケーシングの外部に面したポッティング部端面において、中空糸膜束の最外周に配設された中空糸膜により囲まれた部分の面積Ａ１と、筒状ケーシングの内部に面したポッティング部端面において、中空糸膜束の最外周に配設された中空糸膜により囲まれた部分の面積Ａ２とが、Ａ１≦０．８５×Ａ２を満足するようにする旨が開示されている。具体的手段として、ポッティング治具に小径部を設けて、中空糸膜を、中空糸膜モジュールの断面における径方向の中心に集束する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、中空糸膜を集束支持する箇所が、中空糸膜と筒状ケースとを接着固定する樹脂の、中空糸膜モジュール長手方向中央側の界面から距離が離れているため、その間で中空糸膜が自重で垂れ下がり、結局、中空糸膜と筒状ケース内周面とが接近してしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２７６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来の問題を解消し、中空糸膜のリークをより確実に防止する中空糸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】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の中空糸膜モジュールは、以下のいずれかに記載の構成を有する。
（１）  中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納した筒状ケースと、前記中空糸膜束の少なくとも片側の端部を前記筒状ケースに接着固定した樹脂部とを有する中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜モジュールの、長手方向に関して前記樹脂部が設けられている部分の少なくとも一部には、前記筒状ケースの内周面に溝が設けられるとともに、該溝に嵌合しながら、かつ、前記筒状ケースと前記中空糸膜束との間に位置するように円弧リングが設けられており、前記円弧リングは、周方向にオーバーラップ部を有するとともに、内周面が前記中空糸膜束の外周に当接していることを特徴とする、中空糸膜モジュール。
（２）  前記円弧リングは外周面に凹凸を有する、前記（１）に記載の中空糸膜モジュール。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の中空糸膜モジュールにおいては、中空糸膜モジュールの、長手方向に関してポッティング樹脂部が設けられている部分であって、かつ、筒状ケースと中空糸膜束との間に位置するように円弧リングが設けられる。そして前記円弧リングは、周方向にオーバーラップ部を有するとともに、内周面が前記中空糸膜束の外周に当接している。そのため、中空糸膜束を構成する中空糸膜を、ポッティング樹脂部のモジュール長手方向内側界面近くでモジュールの径方向の中心に向かって集束でき、これにより、中空糸膜と筒状ケース内周面との接近を回避できる。その結果、樹脂部のモジュール長手方向内側界面近くで中空糸膜が筒状ケースに近すぎる位置で接着されて運転中に該接着が剥離して中空糸膜が損傷しリークに至るという事態を防止できる。また、本発明においては、円弧リングが周方向にオーバーラップ部を有しているため、該円弧リングを広げて中空糸膜束に装着することも可能であり、中空糸膜束への装着時に中空糸膜の損傷発生を防止することができ、かつ、もれなく中空糸膜を集束することができる。さらに、本発明の中空糸膜モジュールにおいては、筒状ケースの内周面に溝が設けられ、前記円弧リングが該溝に嵌合するように設けられている。そのため、中空糸膜と筒状ケースとの接着部での中空糸膜損傷、リーク発生を防止するだけでなく、円弧リングと筒状ケースとの接着部での剥離をも防ぐことができ、リークの発生をより確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の中空糸膜モジュールに使用される円弧リングの一実施形態を示す概略模式図である。
【図３】本発明の中空糸膜モジュールに使用される断面Ｌ字形の円弧リングの一実施形態を示す概略模式図である。
【図４】比較例２で用いた一部、切り欠きのあるＣ型リングの概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る中空糸膜モジュール１の一実施形態を示す概略縦断面図である。
【００１４】
中空糸膜モジュール１は、数百本〜数万本の中空糸膜を束ねてストレート状にした中空糸膜束２と筒状ケース１０などにより構成されている。筒状ケース１０は、ケース胴部１１の円筒側面にノズル１３ａ，１３ｂを設けて構成されている。ノズル１３ａは原水の排水口として使用でき、またノズル１３ｂは原水供給口として使用できる。この筒状ケース１０に、両端を切断して一定長にした中空糸膜束２が挿入され、その両端部が樹脂２０により接着固定されている。なお、ノズル１３ａ，１３ｂは必要に応じて設ければよく、特に本実施形態に制約されるものではない。
【００１５】
本発明に用いる中空糸膜の材質については、多孔質の中空糸膜であれば特に限定されるものではないが、ポリエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パ−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホン、その他の材質の限外ろ過膜または精密ろ過膜を適宜使用することができる。さらに、これらの高分子の焼結体からなるろ過材料も好ましく使用することができる。中空糸膜の内外径は特に限定されるものではなく、種々の内外径、断面構造のものを使用することができる。
【００１６】
筒状ケース１０の両端部には、それぞれキャップ１４ａ，１４ｂが、例えば、袋ナット１５ａ，１５ｂにより締め付け固定されている。キャップ１４ａ，１４ｂは、筒状ケース１０に、螺合等の直接の係合手段により固定されていても良い。
【００１７】
中空糸膜束２を筒状ケース１０の両端部内周面に樹脂２０により接着固定するにあたっては、ノズル１３ａ側（原水の排水口となるノズル側）では中空糸膜の相互間を封止し、かつ、各中空糸膜の中空部は端部で開口状態にしてある。他方、ノズル１３ｂ側（原水の供給口となるノズル側）の中空糸膜束２の端部は、中空糸膜の端部内側に樹脂２０が侵入して封止されている。但し、こちらもノズル１３ａ側同様に、中空糸膜の中空部が端部で開口していても良い。
【００１８】
本発明においては、このように中空糸膜束２の両端部を樹脂２０で接着固定する際に、筒状ケース１０の端部内壁に円弧リング１６を挿入固定する。
【００１９】
図２は、上記のように中空糸膜束２の両端部を樹脂２０で接着固定する際に、中空糸膜束の集束手段として使用される円弧リング１６を例示したものである（（ａ）正面図、（ｂ）側面図）。
【００２０】
円弧リング１６は、閉じた円環の部材ではなく、交差する部分が互い違いにオーバーラップしており、円形に中空糸膜束全周を覆うように形作られている。円弧リング１６は円環に閉じていないので、例えばＣ型止め輪のように、変形により縮径させることが可能となり、筒状ケースに挿入しやすい。また、該円弧リングを広げて中空糸膜束に装着することもできるので、中空糸膜の損傷発生を防止することができる。また、円弧リング１６は交差する部分が互い違いにオーバーラップしているので、中空糸膜が円弧リング１６の繋がっていない部分に入る込むことが無い。したがって、筒状ケース１０の端部において中空糸膜束２の端部を樹脂２０で接着固定するとき、筒状ケース１０の端部に上記のように円弧リング１６を挿入することで、中空糸膜束２の端部を、径方向の中心に向かってより確実に集束することができる。そして、この集束により、中空糸膜を筒状ケース内周面から遠ざけることができる。
【００２１】
また、円弧リング１６の装着にあたっては、筒状ケース１０に溝部１２を設け、該溝部１２に円弧リング１６を嵌合固定する。そのため、例えば樹脂固定にあたって、樹脂２０を筒状ケース１０の端部に充填するために遠心力を作用させる等しても、その位置ずれを防ぐことができ、さらに、濾過圧力や洗浄時の圧力により円弧リングと筒状ケースとの接着部で剥離が生じることを防ぐことができ、リークの発生をより確実に防ぐことができる。
【００２２】
中空糸膜モジュール１において、円弧リング１６は樹脂２０に入るように設置されているが、円弧リング１６の位置は、樹脂２０のモジュール長手方向内側界面２１に対して、中空糸膜モジュール長手方向の外側である。円弧リング１６と該界面２１とが近いほど、原水の排水口や原水供給口に近い位置で、中空糸膜束２を、筒状ケース１０の内周面から離すことができる。また、中空糸膜と筒状ケース１０の内周面との隙間において毛管現象で樹脂がしみ上がり濾過運転時等にその部分の中空糸膜が損傷するという問題は、樹脂２０のモジュール長手方向内側界面２１で発生するが、円弧リング１６と該界面２１とが近いほど、界面２１付近で、中空糸膜束２を筒状ケース１０の内周面からより確実に離すことができるので、該問題の発生を回避できる。
【００２３】
さらに、図２には断面形状が四角形の円弧リング１６を示したが、これに代えて、図３に示すようなＬ字形の円弧リング１７を用いてもよい（（ａ）正面図、（ｂ）側面図）。このＬ字形の円弧リング１７では、筒状ケース１０の長手方向に深く円弧リング１７が入り込む。そのため、中空糸膜束を集束支持する長さが伸び、図２に示す円弧リングよりも更に高い集束効果を得ることができる。なお、断面形状はこれらの例にとらわれず、不規則な多角形や、曲線を含むその他の形状を選択することができる。
【００２４】
また、円弧リング１６、１７の外周には、図２、３に示すように樹脂等の流路１８を形成するような凹凸を設けることが好ましい。筒状ケース１０と、円弧リング１６、１７と、中空糸膜束２とを接着固定するための樹脂２０を注入する際に、前記流路１８を、樹脂２０または／かつ樹脂２０が埋めるべき空間に存在する空気（図示せず）が、前記流路１８を介して流通できるので、樹脂２０と空気との置換が容易になされ、樹脂２０の内部に空気のボイド（図示せず）が形成されることを防止できる。
【００２５】
なお、筒状ケース１０のならびにノズル１３ａ，１３ｂ、ならびに円弧リング１６、１７の材質は、ステンレスなどの金属、ＦＲＰ、ＡＢＳ、ＡＥＳ、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、などのプラスチック類から便宜選択することができる。特には、軽量化および安価に量産することが容易な、プラスチック類が好ましい。
【００２６】
また、図２または図３の円弧リング１６、１７を複数設けることで、さらに集束効果を増すことができる。
【００２７】
なお、上述した実施形態では、中空糸膜束を筒状ケースにストレート状に収納する場合について説明したが、Ｕ字状に折り曲げて筒状ケースに収納するようにしたものであってもよい。
【００２８】
上記中空糸膜モジュール１による原水の処理は、次のようにして行われる。
【００２９】
原水を原水供給口１３ｂから筒状ケース１０内に供給する。原水は筒状ケース１０内を経由して排水口１３ａから排出される間に、一部が中空糸膜束２の各中空糸膜を透過して中空糸膜の中空部に浸入する。各中空糸膜中空部に浸入した濾過水は、中空糸膜束２の端部からキャップ１４ａに集められて取り出される。また、排出口１３ａを閉めきることで、供給した原水の全量を各中空糸膜を透過させて中空糸膜中空部に浸入させるようにしてもよい。
【実施例】
【００３０】
＜実施例１＞
ＶＰ２０パイプ（水道用塩化ビニールパイプ）を定長切断した、内径／外径が１９３ｍｍ／２１６ｍｍのケース胴部１１に、ノズル１３ａ、およびノズル１３ｂを設けて、筒状ケース１０を構成した。そして、筒状ケース１０の両端内部に、溝部１２を設け、５０ｋＰａにおける膜透過係数が１ｍ３／ｍ２／ｈの中空糸膜９０００本を挿入するとともに、内径／外径が１７０ｍｍ／２００ｍｍ、筒状ケース１０の長手方向に２１ｍｍの幅を有する円弧リング１６を挿入し、溝部１２と嵌合することでノズル内面に固定した。さらに筒状ケース１０の両端に樹脂注入キャップ（図示せず）を取り付けた後、遠心樹脂注入機で樹脂２０を筒状ケース１０の両端部に封入した。樹脂２０の界面２１から、円弧リング１６までの深さは約４０ｍｍになるように、樹脂２０の量を調整した。
【００３１】
樹脂２０が硬化した後、樹脂注入キャップを取り外して筒状ケース１０の片端部の樹脂固定部を切断した。上記の方法で中空糸膜モジュールを２個製作し、中空糸膜間に樹脂２０が充填されているかを目視にて確認したところ、２個とも中空糸膜は筒状ケースの内壁から離れて集束されていた。
【００３２】
＜比較例１＞
円弧リング１６を用いない以外は実施例１と同様に中空糸膜モジュール１を１個製作した。
【００３３】
樹脂２０が硬化した後、樹脂注入キャップを取り外して筒状ケース１０の片端部の樹脂固定部を切断して、中空糸膜間に樹脂２０が充填されているかを目視にて確認したところ、中空糸膜束２は均一な円形に集束されておらず、中空糸膜束２が自重により中空糸膜モジュールの断面における径方向の下部に偏り、中空糸膜が筒状ケース１０の内周面に接近していた。
【００３４】
＜比較例２＞
円弧リング１６の形状をオーバーラップしたものではなく、図４のように一部切り欠きがあるＣ型リング１９を用いた以外は、実施例１と同様に中空糸膜モジュール１を１個製作した。
【００３５】
樹脂２０が硬化した後、樹脂注入キャップを取り外して筒状ケース１０の片端部の樹脂固定部を切断して、中空糸膜間に樹脂２０が充填されているかを目視にて確認したところ、中空糸膜束２は均一な円形に集束されておらず、切り欠き部に中空糸膜が入り込んでおり、中空糸膜が筒状ケース１０の内周面に接近していた。
【符号の説明】
【００３６】
１  中空糸膜モジュール
２  中空糸膜束
１０  筒状ケース
１１  ケース胴部
１２  溝部
１３ａ，１３ｂ  ノズル
１４ａ，１４ｂ  キャップ
１５ａ，１５ｂ  袋ナット
１６  円弧リング
１７  Ｌ字形の円弧リング
１８  流路
１９  Ｃ型リング
２０  樹脂
２１  樹脂のモジュール長手方向内側の界面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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