(57)【要約】【課題】  外部配管を省略することにより、省スペース化および低コスト化、かつメンテナンス時における高い作業効率を実現することができる中空糸膜モジュール、および中空糸膜モジュールユニット。【解決手段】  筒状容器３と、筒状容器３内に配置される多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束２と、筒状容器３の両端に配置されるふた体６ａ，６ｂとを備え、中空糸膜束２は、その片端側または両端側が開口状態となるように筒状容器３の両端部に接着固定されている中空糸膜モジュール１であって、筒状容器３の外周面に、対向する一対以上のサイドノズル５が形成されていることを特徴とする中空糸膜モジュール１。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状容器と、前記筒状容器内に配置される多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記筒状容器の両端に配置されるふた体とを備え、前記中空糸膜束は、その片端側または両端側が開口状態となるように前記筒状容器の両端部に接着固定されている中空糸膜モジュールであって、前記筒状容器の外周面に、対向する一対以上のサイドノズルが形成さ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】
前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルの中心線が、前記筒状容器の長手方向の中心線と垂直の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルの中心線が、前記筒状容器の長手方向の中心線とねじれの関係にあることを特徴とする請求項２に記載の中空糸膜モジュール
【請求項４】
前記筒状容器の長手方向において、前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルが形成される部分の内径が、前記サイドノズルが形成されない部分の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記ふた体が、透明な部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの複数本を、前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルどうしにおいて連結して構成されることを特徴とする中空糸膜モジュールユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水を濾過処理する中空糸膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上等の特長を有するため、様々な分野で使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜を河川水や地下水や下水処理水から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへ適用する場合が挙げられる。
【０００３】
さらに中空糸膜モジュールは、単位面積あたりの膜面積が大きく確保可能であることから、多数の流体処理分野、たとえば、限外ろ過膜による酵素の濃縮・脱塩、注射用水の製造、電着塗料の回収、超純水のファイナルフィルトレーション、下排水処理、河川水・湖沼水・伏流水の除濁、精密濾過膜による薬品精製、除菌、除濁等に適用されている。
【０００４】
中空糸膜モジュールには、大きく分けて、加圧型中空糸膜モジュールと浸漬型中空糸膜モジュールが存在する。加圧型中空糸膜モジュールは多数本の多孔質中空糸膜束を耐圧性の筒状容器内に装填し、中空糸膜束の両端及び筒状容器を接着固定し、接着固定部を切断して中空糸膜の内部を開口した構造となっており、加圧した原水を膜モジュール内に導入し、中空糸膜面によってろ過を行うタイプの膜モジュールである。一方、浸漬型中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の両端部をそれぞれ接着剤で接着固定した後、接着固定部を切断して中空糸膜の内部を開口させた構造の膜モジュールであって、透過水側を吸引してろ過する吸引ろ過方式を採用するタイプの膜モジュールである。
【０００５】
加圧型中空糸膜モジュールは、浸漬型に比べろ過圧力をより大きく設定できることから、膜面積あたりの処理量が増加し、そのため処理に必要な中空糸膜本数を減らすことができる、設置面積を小さくすることができる等の長所をもつ。
【０００６】
一般に、図１３に示すように、中空糸膜モジュール１は、筒状容器３の両端部に、ノズル７ａ、ノズル７ｂが形成されたふた体６ａ、ふた体６ｂを液密に係合し、さらに筒状容器３の外周面には、筒状容器３の長手方向の中心線１０と垂直方向にサイドノズル５が形成されている。ろ過を中空糸膜の外周膜面から内周方向に行う外圧式ろ過の場合、一端のふた体６ｂのノズル７ｂから加圧した原水を導入し、中空糸膜面によってろ過された透過水をもう一端のふた体６ａのノズル７ａから取り出す。一方、ろ過されなかった濃縮水や中空糸膜モジュール１内の空気等は、サイドノズル５から排出される。
【０００７】
さらに、図１６に示すように、中空糸膜モジュール１は１本ごとに、各サイドノズル５から排出された排水を通す外部配管１１と継手（図示しない）を介してそれぞれ接続し、複数本の中空糸膜モジュール１を外部配管１１の長手方向に隣接して配置し、これらを一つの運転単位とした中空糸膜モジュールユニット１６の形態で膜ろ過運転を行う。
【０００８】
このような中空糸膜モジュールユニット１６においては、外部配管１１およびこれを支持するフレーム類（図示しない）が必要となるため、中空糸膜モジュールユニット１６全体の製造コストが高くなり、さらにサイドノズル５が外部配管１１と垂直方向に形成されているため、外部配管１１の上下にデッドスペースが生じ、中空糸膜モジュールユニット１６全体の設置面積が大きくなるという課題があった。
【０００９】
これを解決する方法として、個々の中空糸膜モジュールのサイドノズルに個別に配管を取付けて、例えば、中空糸膜モジュール上部に設置した外部配管に連結することなどが一般的に知られている。これによって設置部のデッドスペースの減少を図り、中空糸膜モジュールユニットの設置面積を小さくすることを可能としている。しかしながら、この構成においてもサイドノズルの分の設置面積は必要である。また、外部配管は依然として必要であり、製造コスト面での優位性は見当たらなかった。
【００１０】
これらの問題を解決する方法として、ふた体にサイドノズルを一体形状とすることで設置面積の省スペース化を実現する手段が開示されている（特許文献１）。さらに、この方式では中空糸膜モジュールとサイドノズルとの流れの圧力損失を低減するために、同部中心線から偏った位置にサイドノズルを設置し、連結部の開口面積を大きくすることによって、中空糸膜モジュールとサイドノズルとの連結部の流れに大きな圧力損失を与えることなく、モジュール設置面積の省スペース化が可能であった。
【００１１】
中空糸膜に破損があった場合、中空糸膜はろ過膜としての役割を果たさず、供給液とろ過液とが混合してしまうという問題が発生し、これを防ぐために、一般的には破損した中空糸膜の開口端を目止めして封止することによってモジュール補修することが必要となる。しかし、特許文献１に開示された中空糸膜モジュールでは、この中空糸膜の開口端の目止め作業において、ふた体とサイドノズルが一体形状となっているため、補修作業においてふた体の脱着作業を行う場合、連結されユニット化されたモジュールのふた体の連結だけでなく、サイドノズルの連結も解除する必要があり、作業として大がかりなものになってしまう問題があった。
【００１２】
また、膜ろ過運転時に中空糸膜に破損が無いかを日常的に確認するなどの中空糸膜モジュールの定期的なメンテナンスが必要となるが、中空糸膜モジュール同士を連結する特許文献１に開示された中空糸膜モジュールにおいては、ろ過運転時のメンテナンス作業における作業効率が低下するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
特許第２６０７５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、外部配管を省略し、さらに組立部材を簡略化することで、省スペースおよび低コスト、かつメンテナンス性に優れた中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するための本発明の中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールユニットは、次の通り特定される。
【００１６】
（１）筒状容器と、前記筒状容器内に配置される多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記筒状容器の両端に配置されるふた体とを備え、前記中空糸膜束は、その片端側または両端側が開口状態となるように前記筒状容器の両端部に接着固定されている中空糸膜モジュールであって、前記筒状容器の外周面に、対向する一対以上のサイドノズルが形成されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【００１７】
（２）前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルの中心線が、前記筒状容器の長手方向の中心線と垂直の関係にあることを特徴とする（１）に記載の中空糸膜モジュール。
【００１８】
（３）前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルの中心線が、前記筒状容器の長手方向の中心線とねじれの関係にあることを特徴とする（２）に記載の中空糸膜モジュール
（４）前記筒状容器の長手方向において、前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルが形成される部分の内径が、前記サイドノズルが形成されない部分の内径よりも大きいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【００１９】
（５）前記ふた体が、透明な部材で構成されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【００２０】
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの複数本を、前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズルどうしにおいて連結して構成されることを特徴とする中空糸膜モジュールユニット。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外部配管を省略することにより、省スペースおよび低コストであり、かつメンテナンス時において、高い作業効率を有することを実現することができる中空糸膜モジュールおよび中空糸膜モジュールユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの例を示す概略図である。
【図２】図１の中空糸膜モジュールの縦断面図である。
【図３】図１の中空糸膜モジュールにおけるサイドノズルの中心面における横断面図である。
【図４】本発明の中空糸膜モジュールユニット（１列）の例を示す概略図である。
【図５】本発明の中空糸膜モジュールユニット（多列）の例を示す概略図である。
【図６】本発明の中空糸膜モジュールの別の例を示す概略図である。
【図７】図６の中空糸膜モジュールにおけるサイドノズルの中心面における横断面図である。
【図８】本発明の中空糸膜モジュールのさらに別の例を示す概略図である。
【図９】図８の中空糸膜モジュールにおけるサイドノズルの中心面における横断面図である。
【図１０】本発明の中空糸膜モジュールのさらに別の例を示す概略図である。
【図１１】本発明の中空糸膜モジュールのさらに別の例を示す概略図である。
【図１２】本発明の中空糸膜モジュールのさらに別の例を示す概略図である。
【図１３】従来の中空糸膜モジュールの例を示す概略図である。
【図１４】図１３の中空糸膜モジュールの縦断面図である。
【図１５】図１３の中空糸膜モジュールにおけるサイドノズルの中心面における横断面図である。
【図１６】従来の中空糸膜モジュールユニットの例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明について、最良の実施形態を模式的に示す図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。
【００２４】
本発明における加圧型中空糸膜モジュール１の例を図１に、その縦断面図を図２に示す。中空糸膜モジュール１は、数百本から数万本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束２が耐圧性の筒状容器３の内部に装填され、中空糸膜束２の両端が接着剤４で接着固定されてなる構造である。図１の中空糸膜モジュール１では、その接着固定部の片端側は中空糸膜端面が開口した状態で接着固定され、もう一方の片端側は中空糸膜端面が閉塞された状態で接着固定されているが、接着固定部の両端とも中空糸膜端面が開口した状態で接着固定されたタイプの中空糸膜モジュールでもよい。
【００２５】
なお、中空糸膜端面が開口した状態とする方法としては公知の方法を採用することができる。例えば、中空糸膜端の開口部（または中空部）をあらかじめ接着剤などで封止した状態で、流動性の樹脂を複数の中空糸膜の間に流入せしめて固化させることにより接着固定部を形成し、該接着固定部および中空糸膜端の封止部を切断することで開口部を露出させる方法を挙げることができる。
【００２６】
また、中空糸膜モジュール１は、膜ろ過運転時に縦置き、つまり両端接着固定部を略鉛直方向に配置して膜ろ過運転を行ってもよいし、横置き、つまり両端接着固定部を略水平方向に配置して膜ろ過運転を行ってもよい。しかしながらエアスクラビング（エアによる膜面洗浄）の際の必要エア量が少ないという点で縦置きによる運転の方が好ましい。
【００２７】
筒状容器３については、素材は特に限定しないが、生産性、コスト、軽量化の観点から、また、原水に含まれる様々な物質に対する耐薬品性、屋外での使用を想定した耐候性も考慮し、通常はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ）等の樹脂や、これらの複合素材（ポリマアロイ等）が選択される。
【００２８】
中空糸膜については、多孔質の中空糸膜であれば特に限定しないが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等の有機素材やセラミック等の無機素材から形成される中空糸膜であることが好ましく、さらに膜強度の観点からポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系中空糸膜であることがより好ましい。中空糸膜表面の細孔径についても特に限定しないが、０．００１μｍ〜１μｍの範囲内で便宜選択することができる。また、中空糸膜の外径についても特に限定しないが、中空糸膜の揺動性が高く、洗浄性に優れるため、２５０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００２９】
中空糸膜束２の両端部を筒状容器３に接着固定する際の接着剤４については、特に限定しないが、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明の中空糸膜モジュール１は、図１に示すように、筒状容器３の外周面に、対向する一対以上のサイドノズル５が形成されていることを特徴とする。図１に示す例では、対向する一対のサイドノズル５の中心線９が、筒状容器３の長手方向の中心線１０と直交しており、図３にサイドノズル５の中心面における横断面図を示す。
【００３１】
筒状容器３の外周面に、対向する一対以上のサイドノズル５が形成されていることにより、図４に示すように、中空糸膜モジュール１の複数本を、前記対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズル５どうしにおいて連結して１列の中空糸膜モジュールユニットを構成することができるため、従来では各々の中空糸膜モジュールから個別に接続していた外部配管の省略が可能となる。サイドノズル５どうしの連結には、従来のサイドノズルと外部配管との接続と同様、クランプ状等の継手１２を用いればよい。
【００３２】
さらに図５に示すように、１列の中空糸膜モジュールユニットをその列と直角の方向に並列して多列に配置し、各列において一方の末端に連結された中空糸膜モジュール１のサイドノズル５の開口部の各々に集水配管１５を接続し、もう一方の末端に連結された中空糸膜モジュール１のサイドノズル５の開口部の各々を液密に塞ぐことで、多列の中空糸膜モジュールユニット１６となる。従来の中空糸膜モジュールユニットの態様では、図１６に示すように、外部配管１１の両側に中空糸膜モジュール１を並べて配置し個々のサイドノズル５で接続した、２列の中空糸膜モジュールユニット１６が基本であった（図１６においては、２列の中空糸膜モジュールユニット１６が２組示されている。）が、本発明の態様では、中空糸膜モジュールユニット１６の構成単位は１列が基本となるため、より自由度の高い中空糸膜モジュールユニット１６の設計が可能となる。
【００３３】
ここで、本発明の中空糸膜モジュール１を用いたろ過機構について、中空糸膜の外周膜面から内周方向に行う外圧式ろ過の場合において説明する。この場合、図３に示すように、各々の中空糸膜モジュール１においてろ過されなかった濃縮水や中空糸膜モジュール１内の空気等はサイドノズル５から排出されるが、各々の中空糸膜モジュール１はサイドノズル５どうしにおいて連結されているため、下流側（集水配管１５側）の中空糸膜モジュール１への流入、筒状容器３の内周面と中空糸膜束２との間隙１３における通過および合流、さらに下流側の中空糸膜モジュールへの排出、を繰り返しながら排出されていく。
【００３４】
したがって、サイドノズル５の内部を流れる水量は下流側ほど増大するため、サイドノズル５の内径は中空糸膜モジュール１の連結本数分の水量に見合う内径にする必要があり、一般に連結本数をＮとすると、サイドノズル５の内径は従来のサイドノズルの内径の√Ｎ倍であることが好ましい。
【００３５】
本発明においては、対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズル５の中心線９が、筒状容器３の長手方向の中心線１０が垂直の関係にある形態が好ましい。特に好ましくは、例えば図６もしくは図７に示すように、対向する一対のサイドノズル５の中心線９と筒状容器３の長手方向の中心線１０とが垂直、かつ、ねじれの関係にある形態があげられる。なお、ここでサイドノズルおよび筒状容器の中心線とは、長手方向に垂直な任意の断面における中心を長手方向に結んだ直線を意味する。垂直とは、２つの直線が直角の関係にあることを表すものであり、同時に、必ずしも全ての場合において、２つの直線が交わっていることを意味するものではない関係のことを示す。さらに、ねじれの関係とは、空間内の２本の直線が平行でなく、かつ、交わっていないとき、つまり２本の直線が同一平面に存在しないときの、２直線の位置関係のことである。これはすなわち、サイドノズル５の開口方向から見てサイドノズル５が水平方向にオフセットされている形態であることを示す。
【００３６】
この形態では、対向する一対のサイドノズル５の中心線９が、筒状容器３の長手方向の中心線１０と直交する形態と比較して、サイドノズル５および筒状容器３の内部における流れの圧力損失を低減することができる。一方、対向する一対のサイドノズル５の中心線９が、筒状容器３の長手方向の中心線１０と直交する形態であれば、筒状容器３およびサイドノズル５の形状がコンパクトかつシンプルとなり、成形コストを低減することができる。
【００３７】
本発明の中空糸膜モジュールにおいては、求められる機能に応じて筒状容器３の長手方向の中心線９の関係を適宜決定するとよい。
【００３８】
また、本発明においては、図８もしくは図９に示すように、筒状容器３の長手方向において、対向する一対以上のサイドノズルから選ばれる一対のサイドノズル５が形成される部分の内径が、サイドノズルが形成されない部分の内径よりも大きい形態であることが好ましい。この形態では、筒状容器３の内周面と中空糸膜束２との間隙１３を広くすることができるため、筒状容器３の内径が均一である形態と比較して、筒状容器３の内部における流れの圧力損失を低減することができる。
【００３９】
さらに、サイドノズルを構成する部材とふた体とは、別々の部材であることが好ましい。中空糸膜に破損があった場合、中空糸膜はろ過膜としての役割を果たさず、供給液とろ過液とが混合してしまうという問題が発生し、これを防ぐために、一般的には破損した中空糸膜の開口端を目止めして封止することによってモジュール補修することが必要となるが、サイドノズルを構成する部材とふた体とが別々の部材であることによって、ろ過運転時のメンテナンス作業における作業効率が高められるためである。
【００４０】
したがって、ふた体は容易に脱着が可能であり、かつ、内液の漏れを防ぐために液密にシールされている状態で接続されていることが好ましい。これを達成する接続手段としては、ネジ接続、クランプ接続、フランジ接続などの方法があげられる。
【００４１】
また、前記メンテナンスにおける中空糸膜に破損の有無を簡潔に確認する手段のひとつとして、ふた体が透明な部材で構成されていることが好ましい。これによって、ふた体を取り外すことなく、ろ過運転中においても視覚的に中空糸膜に破損の有無を確認することが可能になる。ふた体を構成する透明な部材は、ふた体の内側を流れる流体の様子を、その外側から見てとれる程度のものであれば特に限定はされないが、例えば透明タイプのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリル樹脂、またはポリカーボネートといった樹脂などがあげられる。
【００４２】
なお、一対以上のサイドノズルについては、筒状容器の外周面に形成されることに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、外周面に一対以上のサイドノズル５が形成された筒状体８を、筒状容器３に液密に係合させる構成であっても良い。
【００４３】
さらに、本発明においては、対向するサイドノズルは一対に限定するものではなく、二対以上であってもよい。対向するサイドノズルを二対以上有する形態としては、図１１や図１２で示される形態が挙げられる。
【００４４】
以上のように、本発明の中空糸膜モジュールにおいては、サイドノズルが配管の役割も果たすため、外部配管を省略でき、中空糸膜モジュールユニット全体の製造コストを低減することができる。さらに中空糸膜モジュールユニットの設置面積を小さくして省スペース化を実現すること、かつ、組立部材の形状簡略化により高いメンテナンス性を両立することができる。また、本発明の中空糸膜モジュールの製作にあたっては、従来と同様の加工方法で対応できるものであり、ふた体等の別の構成部材の変更も不要であるため、容易に採用が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１    中空糸膜モジュール
２    中空糸膜束
３    筒状容器
４    接着剤
５    サイドノズル
６ａ、６ｂ    ふた体
７ａ、７ｂ    ノズル
８    筒状体
９    サイドノズルの中心線
１０    筒状容器の長手方向の中心線
１１    外部配管
１２    継手
１３    筒状容器内周面と中空糸膜束との間隙
１４    中空糸膜モジュールの内部における水の流れ
１５    集水配管
１６    中空糸膜モジュールユニット
【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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【図１６】
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