(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜モジュールであって、
複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜の少なくとも一端を開口させた状態で、前記中空糸膜束の両端部をカートリッジアダプタ内で一体的に固定している固定用樹脂層と、
前記固定用樹脂層の一方に配置され、前記中空糸膜束にスクラビング用気体を送り込み、先端が、多重円と放射状線のとの交点、格子の交点、或いは多数の正三角形の頂点位置のいずれかになるように配置された複数本のスクラビング管に分岐したスクラビングパイプと、
前記スクラビング管の各々を、前記一方の固定用樹脂層に対して位置決めする位置決め手段であって、一端が前記カートリッジアダプタの内周面に、他端が前記スクラビング管に接続されている位置決め手段と、を備えている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記固定用樹脂層が、前記中空糸膜の両端を開口させた状態で、前記中空糸膜束の両端部を一体的に固定している、
請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記位置決め手段が、板状体である、
請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記スクラビング管の本数が２ないし１６本である、
請求項１ないし３のいずれか１項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、中空糸膜モジュール等に関し、詳細には、微粒子や懸濁物質等を含んだ液体を濾過するために使用される中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子や懸濁物質等を含んだ液体を濾過するための濾過装置に使用される中空糸膜モジュールは、数百本ないし数万本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束の少なくとも一方の端部が樹脂によって接着されている。
【０００３】
中空糸膜モジュールでは、一定量の濾過を行った後、濾過性能を回復させるため、中空糸膜の表面に付着した堆積物を取り除く洗浄作業が行われる。この洗浄作業として、原水を満たした浸漬槽内に中空糸膜モジュールを浸漬し、中空糸膜モジュールの下部から中空糸膜束内に空気を導入して気液混合流体中で中空糸膜に振動を与え、中空糸膜の外表面に付着した堆積物を剥離して除去する方法（エアースクラビング）がある。
【０００４】
中空糸膜モジュールとして、多数の中空糸膜を、一端側で開口端が封止され他端側では開口端が開放されるように接着固定し、一端側の接着固定部に、濾過時には原水の供給口として洗浄作業時には空気の導入口及び剥離させた体積物の排出口として機能する複数の貫通孔を設けた中空糸膜モジュール（中空糸膜カートリッジ）が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
この中空糸膜モジュールでは、濾過時には、一端側の接着固定部に設けられた貫通口から原水を注入するとともに、中空糸膜の開口端が開放している他端側で開口した中空糸膜の中空部を吸引し、中空糸膜を通して濾過された水（濾水）を取り出す。また、洗浄時には、接着固定部に形成された貫通孔を通して、気体を中空糸膜間に導入し、中空糸膜の外表面に付着した堆積物を除去し、エアースクラビングを行っている。
【０００６】
一方、両端から濾水を取り出すタイプの中空糸膜モジュールも提案されている（特許文献２参照）。この中空糸膜モジュールでは、束ねられた多数の中空糸膜が、両開口端が開口した状態で、両端部で接着固定され、一端側の接着固定部に、濾過時には原水の供給口として洗浄時にはエアースクラビングの空気の導入口及び縣濁物質の排出口として機能する複数個の通路が設けられている。
【０００７】
【特許文献１】特開平２００３−２４７５１号公報
【特許文献２】特開平２００５−３４７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような従来の中空糸膜モジュールは、中空糸膜の端部を接着固定する接着固定部に、エアースクラビング用の気体を導入する貫通孔あるいは通路が設けられた構成を備えている。
しかしながら、これら貫通孔等のスクラビング用空気の導入部は、結束された中空糸膜の間に形成されるものであるため、上記特許文献１または２のように接着固定部に直接形成される場合のほか、接着固定部に管を貫通させて形成される場合であっても、製造時に中空糸膜同士のずれ等によってスクラビング用空気の導入部を所望位置に正確に配置することが困難であるという問題を有している。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、スクラビング用空気の導入部を、中空糸膜束を固定する端部の接着固定部に対して正確な位置に容易に位置決めすることできるの中空糸膜モジュール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】
【００１０】
本発明によれば、
中空糸膜モジュールであって、
複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜の少なくとも一端を開口させた状態で、前記中空糸膜束の両端部をカートリッジアダプタ内で一体的に固定している固定用樹脂層と、
前記固定用樹脂層の一方に配置され、前記中空糸膜束にスクラビング用気体を送り込み、先端が、多重円と放射状線のとの交点、格子の交点、或いは多数の正三角形の頂点位置のいずれかになるように配置された複数本のスクラビング管に分岐したスクラビングパイプと、
前記スクラビング管の各々を、前記一方の固定用樹脂層に対して位置決めする位置決め手段であって、一端が前記カートリッジアダプタの内周面に、他端が前記スクラビング管に接続されている位置決め手段と、を備えている、
ことを特徴とする中空糸膜モジュールが提供される。
【００１１】
このような構成によれば、スクラビング用空気の導入部であるスクラビング管を、中空糸膜の端部を接着固定する固定用樹脂層に対して位置決めする位置決め手段を備えているので、中空糸膜の端部を樹脂で接着固定する際に、スクラビング管を確実に所望位置に配置させることができる。
【００１２】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記固定用樹脂層が、前記中空糸膜の両端を開口させた状態で、前記中空糸膜の両端部を一体的に固定している。
【００１３】
本発明の他の好ましい態様によれば、前記位置決め手段が、板状体である。
【００１４】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記スクラビング管の本数が２ないし１６本である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スクラビング用空気の導入部を、中空糸膜束を固定する端部の接着固定部に対して正確な位置に容易に位置決めすることできるの中空糸膜モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の中空糸膜カートリッジの構成を説明する。図１は、本発明の好ましい実施形態の中空糸膜モジュール１を示す一部分を破断した模式的な側面図である。図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図３は、図１のIII−III線に沿った一部分を破断した図である。
【００１７】
図１に示されているように、中空糸膜モジュール１は、所定長に切断された多数本の中空糸膜２を備えている。各中空糸膜２は略円筒状に束ねられ、中空部の両開口端が開口するように両端部が接着固定層４、６によって互いに固定一体化されて中空糸膜束８とされている。
【００１８】
本実施態様で用いられる中空糸膜２としては、内径５０μｍ〜３０００μｍで、内／外径比が０．２〜０．８の範囲で、一般的に知られている逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜及び大孔径膜等の孔径のものを用いることが出来るが、好ましくは限外濾過膜、精密濾過膜及び大孔径膜の範囲で、０．０００５〜５．０μｍの範囲である。また、中空糸膜２の素材は、特に限定されるものではなく、ポリスルホン、ポリエーテルスルフォン、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、ポレエーテルケトン、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、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン−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る。またこれらの複合素材膜も使用できる。
【００１９】
中空糸膜束８の両端には、円筒状のカートリッジアダプタ１０、１２を介してカートリッジヘッド１４、１６が取付けられている。カートリッジヘッド１４、１６は、カートリッジアダプタ１０、１２の外径と略等しい内径を有する大径部１４ａ、１６ａと、この大径部１４ａ、１６ａより小径の小径部１４ｂ、１６ｂとを備えた筒状部材である。
【００２０】
カートリッジアダプタ１０、１２、およびカートリッジヘッド１４、１６の素材は、特に限定されず、また、同一でも異なっても良いが、熱可塑性樹脂やステンレス鋼が好ましい。
【００２１】
カートリッジアダプタ１０、１２、及びカートリッジヘッド１４、１６の直径は、２０ｍｍ〜５００ｍｍ、好ましくは２５ｍｍ〜４００ｍｍ、より好ましくは３０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲である。カートリッジヘッド１４、１６間の距離は、２００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲で、好ましくは３００ｍｍ〜２５００ｍｍ、より好ましくは４００ｍｍ〜２２００ｍｍの範囲である。
【００２２】
本実施態様では、カートリッジアダプタ１０、１２、及びカートリッジヘッド１４、１６の断面形状は三角形、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形、扇形、Ｃ字形、又は星形等の形状から任意に選定することが出来るが、コスト削減の観点からは円形が好ましい。
【００２３】
中空糸膜束８は、接着固定層４、６が、カートリッジヘッド１４、１６の大径部１４ａ、１６ａの終端部より手前側に位置するように、カートリッジヘッド１４、１６に接着固定されている。すなわち、中空糸膜束８の各中空糸膜２の開口端は、大径部１４ａ、１６ａ内の空間に対して開口している。
【００２４】
本実施態様で用いられる接着剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂等の高分子材料が挙げられる。接着方法としては、遠心接着法や静置接着法等の公知の方法が用いられる。接着剤の効果収縮や強度を改善したい場合、上記接着剤にガラスファイバー、カーボンフィバー等の繊維状物、カーボンブラック、アルミナ、シリカ等の微粉体を含有させても良い。
【００２５】
また、中空糸膜束８の接着固定層４、６の外周面と、カートリッジアダプタ１０、１２と、カートリッジヘッド１４、１６とは互いに流体密状態となるように接着剤等で連結されている。このような構成によって、各中空糸膜８の中空部は、両端で、カートリッジヘッド１４、１６の内部空間と連通することになる。
【００２６】
各カートリッジヘッド１４、１６には、濾過処理水送液管１８（図１では一方のみを図示）が取付けられる。図１に示されているように、本実施態様では、下方の濾過処理水送液管１８はＴ字型の分岐パイプ１８とされている。この分岐パイプ１８の分岐部分１８ａからスクラビング空気を供給するスクラビングパイプ２０が挿入されている。スクラビングパイプの先端部分は、接着固定層６内で複数本（本実施態様では６本）のスクラビング管２２に分岐している。なお、分岐部分１８ａの開口端部とスクラビングパイプ２０の外周面との間は接着剤２４で封止されている。
【００２７】
本実施態様では、スクラビング管２２の内径は、１〜４０ｍｍ、好ましくは２〜３５ｍｍ、特に好ましくは３〜３０ｍｍである。スクラビング管２２の断面形状は、三角形、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形、扇形、Ｃ字形又は星形で、特に限定されるものではない。
【００２８】
また、スクラビング管２２の数は、中空糸膜束８の断面積や、中空糸膜２の本数に応じて、２〜１６の間で適宜設定されるが、中空糸膜の洗浄効率やモジュールのコスト・生産性の点から、好ましくは２〜１４、特に好ましくは２〜１０である。
【００２９】
接着固定層６内でのスクラビング管２２は、多重円と放射状線のとの交点、格子の交点、或いは多数の正三角形の頂点位置などのように接着固定層６の断面に均一に分散するように配置すると、中空糸膜をより均一に洗浄できるので好ましい。また、スクラビング管２２の素材は、熱可塑性樹脂、ステンレス鋼、或いはアルミ鋼が好ましい。
【００３０】
中空糸膜モジュール１は、複数のスクラビング管２２を接着固定層６内の所定位置に位置決めする固定板（位置決め手段）２６を備えている。図２に示されているように、本実施態様では、６本のスクラビング管２２のそれぞれに１枚づつの固定板２６が設けられている。詳細には、固定板２６は、一端がカートリッジアダプタ１２の内周面に接続され、径方向内方に位置する他端がスクラビング管２２を支持している。
【００３１】
固定板２６の片端は、スクラビング管２２に接着または溶接によって固定され、同様に固定板２６の他端は、カートリッジアダプタ１２の内周面に接着または溶接によって固定されている。尚、固定板２６は径方向内方に対して配置されることが望ましい。
【００３２】
本実施形態では、カートリッジアダプタ１２、固定板２６及びスクラビング管２２を接着若しくは溶接によって固定して後、カートリッジアダプタ１２に中空糸膜束８の一端を挿入し、中空糸膜束８の一端が挿入されたカートリッジアダプタ１２内に接着剤を注入し、この接着剤を固化させることによって樹脂固定層６が形成される。
【００３３】
本実施態様の中空糸膜モジュール１では、全長に渡って中空糸膜２が露出している。中空糸膜２のねじれ防止或いは中空糸膜モジュール１のねじれ防止を目的に、保護カバーまたは保護棒等で、カートリッジアダプタ１０、１２を連結してもよい。保護カバーは、スクラビング用空気の排出、及び中空糸膜モジュール外周部原水の排出を容易にするため開口していることが望ましい。また、保護カバー、または保護棒を、中空糸膜束８に接着固定してもよい。
【００３４】
このような構成を有する本実施態様の中空糸膜モジュールは、使用時には濾過すべき原水に浸漬される。原水は、カートリッジヘッド１４、１６の小径部１４ｂ、１６ｂに接続された吸引ポンプ（図示せず）からの吸引で、中空糸膜２の外部から内部に陰圧濾過される。さらに、濾過水は中空糸膜２の開口端が開口する中空糸膜束８の両端面からカートリッジヘッド１４、１６内に流れ出し、小径部１４ｂ、１６ｂに接続された濾過処理水送液管１８（一方のみ図示）を通って（矢印Ａ方向）外部に取り出される。
【００３５】
また、中空糸膜２を濾水により逆洗する場合は、濾過処理水送液管から濾水を供給して逆洗させ、中空糸膜２の外壁に蓄積した縣濁物質（非透過物）を除去する。
【００３６】
さらに、中空糸膜２をエアースクラビングする場合は、原水を満たした浸漬槽に中空糸膜モジュール１を浸漬し、スクラビングパイプ２０、およびスクラビング管２２を通して矢印Ｂ方向に中空糸膜束８内に気体を圧入する。圧入する気体は、空気、窒素、二酸化炭素、酸素等を用いることが出来るが、経済性の観点から空気が望ましい。圧入された気体は、各中空糸膜束８内の水を攪拌すると共に、各中空糸膜２を踊動・振動させて各中空糸膜２の表面に付着している縣濁物質を剥離させる。このようなエアースクラビング後、上述した逆洗運転を行い剥離した縣濁物質を押し流す。尚、エアースクラビング運転は、逆洗運転と同時に行っても良い。
【００３７】
このような構成を有する本実施態様の中空糸膜モジュールによれば、スクラビング管２２が固定板２６によって支持固定されているので、樹脂を用いて中空糸膜束８の端部を接着固定して接着固定層６を形成する際などに、スクラビング管２２が中空糸膜束８の端部内で所定位置に確実に保持される。
【００３８】
また、固定板２６によって、中空糸膜モジュール１の端部が構造的に補強されるので、中空糸膜モジュール１の形状が安定する。
【００３９】
本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【００４０】
上記実施態様の中空糸膜モジュール１は、中空糸膜２の両端が開口した構成であったが、本願発明は、中空糸膜の一方の開口端が接着固定層で封止されている特許文献１のような構成を有する中空糸膜モジュールにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好ましい実施形態の中空糸膜モジュールを示す一部分を破断した模式的な側面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った一部分を破断した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：中空糸膜モジュール
２：中空糸膜
４、６：接着固定層
８：中空糸膜束
１０、１２：カートリッジアダプタ
１４、１６：カートリッジヘッド
１８：分岐パイプ
２０：スクラビングパイプ
２２：スクラビング管
２６：固定板（位置決め手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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