(57)【要約】  膜蒸留用膜カートリッジ１０と膜蒸留用ハウジング２０とを有する膜蒸留モジュールであって、膜カートリッジ１０は固定用樹脂によって多孔質膜１１が固定された膜固定部１２を有し、ハウジング２０はハウジング本体３０とハウジング蓋部４０とを有し、膜蒸留モジュール１００は、膜固定部１２の外側面がシール用部材５０を介してハウジング２０の内側面に支持されている支持部６０を有し、支持部６０の断面において、膜固定部１２の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、ハウジング２０の内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、ハウジング２０がシール用部材５０と接する部分の線膨張係数をｋＥ（１／℃）として、2020111158.tif 000017で表される値Ｃが３０℃以上である、膜蒸留モジュール１００。
2020111158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状又は中空糸状の疎水性多孔質膜を含む膜蒸留用膜カートリッジ。
【請求項２】
請求項１に記載の膜蒸留用膜カートリッジと、
前記膜蒸留用膜カートリッジを収納する膜蒸留用ハウジングと
を有する膜蒸留モジュール。
【請求項３】
前記膜蒸留用膜カートリッジは、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有し、
前記膜蒸留モジュールは、前記膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な断面において、前記膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、前記膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、前記膜蒸留用ハウジングを構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数１】
2020111158.tif 000015
で表される値Ｃが３０℃以上である、請求項２に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項４】
シート状又は中空糸状の疎水性多孔質膜を含む膜蒸留用膜カートリッジと、
前記膜蒸留用膜カートリッジを収納する膜蒸留用ハウジングと
を有する膜蒸留モジュールであって、
前記膜蒸留用膜カートリッジは、
略柱状又は略多角柱状の形状を有し、
前記略柱状又は略多角柱状の軸方向の両端部に、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有し、
前記膜蒸留用ハウジングは、前記膜蒸留用膜カートリッジを収納するためのハウジング本体と、前記ハウジング本体に装着される１個又は２個のハウジング蓋部とを有し、
前記膜蒸留モジュールは、前記膜蒸留用ハウジング内に前記膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、
前記膜固定部の外側面がシール用部材を介して前記膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されることによって、前記膜蒸留用膜カートリッジが前記膜蒸留用ハウジング内に固定されている支持部を有し、
前記疎水性多孔質膜、前記膜固定部、及び前記シール用部材によって、被処理液が流通する液相部と、前記被処理液から発生した蒸気が前記疎水性多孔質膜を通過して拡散して行く気相部と、に分割されており、そして、
前記支持部の、前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向に垂直な断面において、
前記膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、前記膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、前記膜蒸留用ハウジングが前記シール用部材と接する部分における前記ハウジング本体を構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数２】
2020111158.tif 000016
で表される値Ｃが３０℃以上である、膜蒸留モジュール。
【請求項５】
前記シール用部材が、前記膜蒸留用膜カートリッジの前記膜固定部の外周面と接触しており、
前記シール用部材の前記膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な方向の長さが１ｍｍ以上である、請求項４に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項６】
前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向両端部以外の部分のうちの少なくとも一部がネット及び不織布のうちの少なくとも一方に覆われている、請求項４又は５に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項７】
前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向両端部の固定用樹脂によって固定された少なくとも１本の棒状体を更に有する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項８】
前記棒状体が中空であり、かつ、側面に孔を有し、
前記棒状体の中空の内部が前記膜蒸留モジュールの気相部と連通している、請求項７に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項９】
前記棒状体が多孔質体であり、
前記棒状体の細孔が前記膜蒸留用膜カートリッジの気相部と連通している、請求項８に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１０】
前記シート状の疎水性多孔質膜が、プリーツ状疎水性多孔質膜である、請求項４〜９のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１１】
前記疎水性多孔質膜が、スパイラル状疎水性多孔質膜である、請求項４〜９のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１２】
前記膜蒸留用膜カートリッジは、軸方向の両端部以外の部分がカートリッジケースで覆われており、
前記カートリッジケースは、カートリッジケース開口部を有し、
前記カートリッジケース開口部の面積は、前記疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上であり、かつ、
前記カートリッジケースを構成する材料の線膨張係数ｋＣと、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦとの比（ｋＣ／ｋＦ）が０．３以上４．０未満である、請求項１０に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１３】
前記ハウジング本体が、その側面部に、前記膜蒸留モジュールの気相部に連通して、気相部内の蒸気を前記膜蒸留モジュールの外部に取り出すための蒸気取出口を有し、
前記蒸気取出口の面積は、前記疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上である、
請求項４〜１０又は１２に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１４】
前記ハウジング本体が、
前記膜蒸留モジュールの気相部と接触して、前記気相部内の前記蒸気を凝縮させるための冷却体、及び
前記冷却体によって前記蒸気が凝縮した蒸留水を取り出すための蒸留水取出部
を有する、
請求項４〜１２のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１５】
前記ハウジング本体が、前記気相部を減圧にするための排気口を有する、請求項１４に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１６】
前記ハウジング本体が、デミスターを有する、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１７】
前記疎水性多孔質膜が、複数の中空糸状疎水性多孔質膜から成り、
前記複数の中空糸状疎水性多孔質膜が、複数の小束に分割され、前記複数の小束が、前記膜固定部を前記膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な方向の断面に分散して配置されている、
請求項４〜９及び１２〜１６のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１８】
前記膜蒸留用ハウジング内に前記膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、前記膜蒸留モジュールの気相部に連通して、気相部内の蒸気を前記膜蒸留モジュール外部に取り出すための蒸気取出管が、前記膜蒸留用ハウジングから外部に突出している、請求項１１に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項１９】
前記膜蒸留用ハウジングの外側の少なくとも一部に、保温層を有する、請求項４〜１８のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
【請求項２０】
少なくとも、請求項４〜１３及び１６〜１９のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール、及び
前記膜蒸留モジュールから発生した蒸気を凝縮するための蒸気凝縮ユニットを具備する、膜蒸留装置。
【請求項２１】
少なくとも、請求項１４又は１５に記載の膜蒸留モジュールを具備する、膜蒸留装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜蒸留用膜カートリッジとハウジングとから構成される膜蒸留モジュール、及びそれを具備する膜蒸留装置に関する。
本発明では、疎水性多孔質膜が収容されたカートリッジをハウジングに収納した状態のモジュールを用い、該モジュールの液相部に被処理水を通し、その気相部から水蒸気を取出して冷却・凝集させ、蒸留水として回収するための膜蒸留モジュール、及びそれを用いる膜蒸留装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜蒸留法は、被処理水のうち水蒸気のみを透過する疎水性の多孔質膜を用いて、加温された被処理水（高温水）から、飽和水蒸気圧差によって多孔質膜を通過した水蒸気を凝縮させて、蒸留水を得る方法である。膜蒸留法は、圧力を掛けて被処理水をろ過して精製水を得る逆浸透法と比べて、高い駆動力を必要としないため、動力エネルギーを低減することができる。また、膜蒸留法は、塩分等の不揮発性の溶質の分離性能が極めて高いため、高純度の水を得ることが可能である。
従来の膜蒸留法では、膜が乾いた状態においては、膜内部へは液体が侵入せず、蒸気のみが膜を通過するため、高純度の蒸留水が得られる利点がある。しかしながら、膜を長期間使用した場合、表面張力の小さな被処理水を使用した場合等においては、膜を被処理水が通過する「通液」（ウェッティング（Ｗｅｔｔｉｎｇ））が起こり、蒸留水への原水（被処理水）の混入、蒸留効率の低下等の問題が生じることがある。ウェッティングには、膜の孔径、膜の疎水性、被処理液の表面張力等が関与する。一方、膜の蒸気透過性能、それに付随する膜蒸留装置のコンパクト性等には、膜蒸留に使用される多孔質膜の孔径又は表面開口率が寄与することが知られている（特許文献１及び２）。【０００３】
特許文献１には、蒸気透過性能保持率及び膜面擦傷耐性の観点から、２０％以上５０％未満の外表面開口率を有し、かつポリオレフィン、オレフィン−ハロゲン化オレフィンコポリマー、ハロゲン化ポリオレフィン等で構成される多孔質中空糸膜を、膜蒸留用の多孔質膜として用いることが提案されている。
特許文献２には、水処理能力とコンパクト性を有する膜蒸留装置に使用される膜として、被処理水に接する膜表面の表面開口率が２０％以上７０％以下である疎水性多孔質中空糸膜が提案されており、かつウェッティングを抑制するという観点から１０μｍ以下の平均孔径が検討されている。
また、膜蒸留におけるウェッティングを抑制するために、多孔質膜の表面を改質することも知られている（特許文献３）。特許文献３には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等で構成された多孔質膜の表面が油分に覆われて濡れ易くなることを抑制するために、フッ素化モノマー又はその重合体で多孔質膜の表面を処理して撥液性にすることが記載されている。【０００４】
なお、前記したように、膜蒸留法は、疎水性多孔質膜を介して生じる蒸気圧差を駆動力とする。多孔質表裏の蒸気圧差を大きくするためには、膜の蒸気透過側を減圧状態にすること、被処理水をより高温に加熱すること等の方法が例示できる。これらの方法を用いて疎水性多孔質膜表裏の蒸気圧差を大きくすることにより、膜面積当たりの造水量を向上させることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００１／０５３２１３号
【特許文献２】国際公開第２０１６／００６６７０号
【特許文献３】国際公開第２０１５／０８０１２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
減圧下で膜蒸留を行う場合、造水量の向上による蒸気量の増大、減圧状態における蒸気容積の増大のため、蒸気流速が大幅に増大する。そのため、減圧下の膜蒸留では、多孔質膜表裏の圧力損失が生じ、蒸気圧差が失われる懸念がある。また、膜蒸留モジュールのハウジングの構成部材と、多孔質膜を膜蒸留モジュールのハウジングに固定するための接着剤とは、線膨張係数が相違することが多い。そのため、特に高温条件下においては、各部の寸法変化量に差が生じ、接着剤（特に接着界面）が剥離して、膜蒸留モジュール内の密閉性が損なわれる懸念があった。
更に、膜蒸留を長時間継続実施すると、多孔質膜が汚染され、又は劣化する場合がある。このようなときには、膜を洗浄又は交換することを要するが、従来の膜蒸留装置では、これらの操作が煩雑であった。
本発明は、これらの懸念が払拭され、減圧及び高温の条件下においても、線膨張係数の相違に基づく各部材の寸法変化量の差を吸収することにより、モジュール内の密閉性を維持して減圧状態を保つことができ、高い効率の膜蒸留を長時間継続して実施することができるとともに、膜が汚染され又は劣化したときに膜の洗浄及び交換が容易な膜蒸留モジュール及び膜蒸留装置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】
【０００７】
本件発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討し実験を重ねた結果、膜蒸留用膜カートリッジとハウジングとから構成される膜蒸留モジュールを発明するに至った。本発明は、以下のとおりである。【０００８】
《態様１》
シート状又は中空糸状の疎水性多孔質膜を含む膜蒸留用膜カートリッジ。
《態様２》
態様１に記載の膜蒸留用膜カートリッジと、
前記膜蒸留用膜カートリッジを収納する膜蒸留用ハウジングと
を有する膜蒸留モジュール。
《態様３》
前記膜蒸留用膜カートリッジは、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有し、
前記膜蒸留モジュールは、前記膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な断面において、前記膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、前記膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、前記膜蒸留用ハウジングを構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数１】
2020111158.tif 000003
で表される値Ｃが３０℃以上である、態様２に記載の膜蒸留モジュール。
《態様４》
中空糸状又はシート状の疎水性多孔質膜を含む膜蒸留用膜カートリッジと、
前記膜蒸留用膜カートリッジを収納する膜蒸留用ハウジングと
を有する膜蒸留モジュールであって、
前記膜蒸留用膜カートリッジは、
略円柱状又は略多角柱状の形状を有し、
前記略円柱状又は略多角柱状の軸方向の両端部に、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有し、
前記膜蒸留用ハウジングは、前記膜蒸留用膜カートリッジを収納するためのハウジング本体と、前記ハウジング本体に装着される１個又は２個のハウジング蓋部とを有し、
前記膜蒸留モジュールは、前記膜蒸留用ハウジング内に前記膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、
前記膜固定部の外側面がシール用部材を介して前記膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されることによって、前記膜蒸留用膜カートリッジが前記膜蒸留用ハウジング内に固定されている支持部を有し、
前記疎水性多孔質膜、前記膜固定部、及び前記シール用部材によって、被処理液が流通する液相部と、前記被処理液から発生した蒸気が前記疎水性多孔質膜を通過して拡散して行く気相部と、に分割されており、そして、
前記支持部の、前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向に垂直な断面において、
前記膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、前記膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、前記膜蒸留用ハウジングが前記シール用部材と接する部分における前記ハウジング本体を構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数２】
2020111158.tif 000004
で表される値Ｃが３０℃以上である、膜蒸留モジュール。
《態様５》
前記シール用部材が、前記膜蒸留用膜カートリッジの前記膜固定部の外周面と接触しており、
前記シール用部材の前記膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な方向の長さが１ｍｍ以上である、態様４に記載の膜蒸留モジュール。
《態様６》
前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向両端部以外の部分のうちの少なくとも一部がネット及び不織布のうちの少なくとも一方に覆われている、態様４又は５に記載の膜蒸留モジュール。
《態様７》
前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向両端部の固定用樹脂によって固定された少なくとも１本の棒状体を更に有する、態様４〜６のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様８》
前記棒状体が中空であり、かつ、側面に孔を有し、
前記棒状体の中空の内部が前記膜蒸留モジュールの気相部と連通している、態様７に記載の膜蒸留モジュール。
《態様９》
前記棒状体が多孔質体であり、
前記棒状体の細孔が前記膜蒸留モジュールの気相部と連通している、態様８に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１０》
前記シート状の疎水性多孔質膜が、プリーツ状疎水性多孔質膜である、態様４〜９のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１１》
前記疎水性多孔質膜が、スパイラル状疎水性多孔質膜である、態様４〜９のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１２》
前記膜蒸留用膜カートリッジは、軸方向の両端部以外の部分がカートリッジケースで覆われており、
前記カートリッジケースは、カートリッジケース開口部を有し、
前記カートリッジケース開口部の面積は、前記疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上であり、かつ、
前記カートリッジケースを構成する材料の線膨張係数ｋＣと、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦとの比（ｋＣ／ｋＦ）が０．３以上４．０未満である、態様１０に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１３》
前記ハウジング本体が、その側面部に、前記膜蒸留モジュールの気相部に連通して、気相部内の蒸気を前記膜蒸留モジュールの外部に取り出すための蒸気取出口を有し、
前記蒸気取出口の面積は、前記疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上である、
態様４〜１０又は１２に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１４》
前記ハウジング本体が、
前記膜蒸留モジュールの気相部と接触して、前記気相部内の前記蒸気を凝縮させるための冷却体、及び
前記冷却体によって前記蒸気が凝縮した蒸留水を取り出すための蒸留水取出部
を有する、
態様４〜１２のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１５》
前記ハウジング本体が、前記気相部を減圧にするための排気口を有する、態様１４に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１６》
前記ハウジング本体が、デミスターを有する、態様１３〜１５のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１７》
前記疎水性多孔質膜が、複数の中空糸状疎水性多孔質膜から成り、
前記複数の中空糸状疎水性多孔質膜が、複数の小束に分割され、前記複数の小束が、前記膜固定部を前記膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な方向の断面に分散して配置されている、
態様４〜９及び１２〜１６のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１８》
前記膜蒸留用ハウジング内に前記膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、前記膜蒸留モジュールの気相部に連通して、気相部内の蒸気を前記膜蒸留モジュール外部に取り出すための蒸気取出管が、前記膜蒸留用ハウジングから外部に突出している、態様１１に記載の膜蒸留モジュール。
《態様１９》
前記膜蒸留用ハウジングの外側の少なくとも一部に、保温層を有する、態様４〜１８のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール。
《態様２０》
少なくとも、態様４〜１３及び１６〜１９のいずれか一項に記載の膜蒸留モジュール、及び
前記膜蒸留モジュールから発生した蒸気を凝縮するための蒸気凝縮ユニットを具備する、膜蒸留装置。
《態様２１》
少なくとも、態様１４又は１５に記載の膜蒸留モジュールを具備する、膜蒸留装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の膜蒸留モジュールは、膜蒸留用膜カートリッジと膜蒸留用ハウジングとに分割されていることにより、膜蒸留用膜カートリッジのみを取り外して運搬し、又は容易に交換することができる。また、膜蒸留用膜カートリッジと膜蒸留用ハウジングとの隙間に適当なシール用部材を用いることにより、高温運転下での寸法変化を吸収することができ、高効率の膜蒸留を長時間継続して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の膜蒸留モジュールの一例の構成を示す概略図である。図１（Ａ）は概略断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２は、中空糸状の疎水性多孔質膜の形状及び機能を説明するための概略図である。
【図３】図３は、プリーツ状の疎水性多孔質膜の形状及び機能を説明するための概略図である。
【図４】図４は、スパイラル状の疎水性多孔質膜の形状及び機能を説明するための概略図である。
【図５】図５は、複数の中空糸状の疎水性多孔質膜が小束に分割されて配置されている態様の一例を示す概略図である。図５（Ａ）は概略断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図６は、本発明における膜蒸留用膜カートリッジの一例の構成を示す、概略断面図である。
【図７】図７は、本発明における膜蒸留用膜カートリッジの別の一例の構成を示す、概略断面図である。
【図８】図８は、本発明における膜蒸留用膜カートリッジの更に別の一例の構成を示す、概略断面図である。
【図９】図９は、本発明における膜蒸留用膜カートリッジの更に別の一例の構成を示す、概略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明における膜蒸留用膜カートリッジが任意的に有する棒状体の一例を説明するための概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明における膜蒸留用膜カートリッジが任意的に有する棒状体の別の一例を説明するための概略断面図である。
【図１２】図１２は、本発明における膜蒸留用ハウジングの一例の構成を説明するための概略断面図である。
【図１３】図１３は、本発明における膜蒸留用ハウジングの別の一例の構成を説明するための概略断面図である。
【図１４】図１４は、本発明における膜蒸留用ハウジングの更に別の一例の構成を説明するための概略断面図である。
【図１５】図１５は、本発明における膜蒸留用ハウジングの更に別の一例の構成を説明するための概略断面図である。
【図１６】図１６は、本発明における膜蒸留用ハウジングの更に別の一例の構成を説明するための概略断面図である。
【図１７】図１７は、本発明における膜蒸留用ハウジングの更に別の一例の構成を説明するための概略部分断面図である。
【図１８】図１８は、膜蒸留用膜カートリッジがシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングに固定されている態様の一例を示す、概略断面図である。
【図１９】図１９は、膜蒸留用膜カートリッジがシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングに固定されている態様の別の一例を示す、概略断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の膜蒸留装置の一例の構成を示す概略図である。
【図２１】図２１は、本発明の膜蒸留装置の別の一例の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」ともいう。）について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。本開示において、図面に付与された同一の符号は、同様又は類似の要素を示す。
【００１２】
本発明の膜蒸留モジュールは、膜蒸留用膜カートリッジと、この膜蒸留用膜カートリッジを収納する膜蒸留用ハウジングとを有する。
【００１３】
膜蒸留用膜カートリッジは、シート状又は中空糸状の疎水性多孔質膜を含む。この膜蒸留用膜カートリッジは、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有することが好ましい。より好ましい態様における膜蒸留用膜カートリッジは、略柱状又は略多角柱状の形状を有し、上記の膜固定部は、略柱状又は略多角柱状の軸方向の両端部に存在する。
膜蒸留用ハウジングは、膜蒸留用膜カートリッジを収納するためのハウジング本体と、ハウジング本体に装着される１個又は２個のハウジング蓋部とを有することが好ましい。
【００１４】
本発明の膜蒸留モジュールは、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な断面において、膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、膜蒸留用ハウジングを構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数３】
2020111158.tif 000005
で表される値Ｃが３０℃以上であることが好ましい。
【００１５】
本発明の膜蒸留モジュールでは、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部の外側面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されることによって、膜蒸留用膜カートリッジが膜蒸留用ハウジング内に固定されている支持部を有していてよい。
本発明の膜蒸留モジュールは、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、膜蒸留用膜カートリッジの疎水性多孔質膜及び膜固定部、並びにシール用部材によって、被処理液が流通する液相部と、被処理液から発生した蒸気が疎水性多孔質膜を通過して拡散して行く気相部と、に分割されていてよい。
膜蒸留用膜カートリッジの「軸方向」とは、膜蒸留用膜カートリッジにおける略円柱状又は略多角柱状の形状の軸方向であってよい。更に、上記数式によって値Ｃを算出する際の、膜蒸留用ハウジング構成材料の線膨張係数ｋＥとしては、膜蒸留用ハウジングがシール用部材と接する部分における、ハウジング本体を構成する材料の線膨張係数を採用してよい。
【００１６】
換言すると、本発明の好ましい態様における膜蒸留モジュールは、
中空糸状又はシート状の疎水性多孔質膜を含む膜蒸留用膜カートリッジと、
前記膜蒸留用膜カートリッジを収納する膜蒸留用ハウジングと
を有する膜蒸留モジュールであって、
前記膜蒸留用膜カートリッジは、
略円柱状又は略多角柱状の形状を有し、
前記略円柱状又は略多角柱状の軸方向の両端部に、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有し、
前記膜蒸留用ハウジングは、前記膜蒸留用膜カートリッジを収納するためのハウジング本体と、前記ハウジング本体に装着される１個又は２個のハウジング蓋部とを有し、
前記膜蒸留モジュールは、前記膜蒸留用ハウジング内に前記膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、
前記膜固定部の外側面がシール用部材を介して前記膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されることによって、前記膜蒸留用膜カートリッジが前記膜蒸留用ハウジング内に固定されている支持部を有し、
前記疎水性多孔質膜、前記膜固定部、及び前記シール用部材によって、被処理液が流通する液相部と、前記被処理液から発生した蒸気が前記疎水性多孔質膜を通過して拡散して行く気相部と、に分割されており、そして、
前記支持部の、前記膜蒸留用膜カートリッジの前記軸方向に垂直な断面において、
前記膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、前記固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、前記膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、前記膜蒸留用ハウジングが前記シール用部材と接する部分における前記ハウジング本体を構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数４】
2020111158.tif 000006
で表される値Ｃが３０℃以上であることを特徴とする。
以下、本発明の好ましい態様における膜蒸留モジュールが有する各要素について、順に説明する。
【００１７】
《膜蒸留用膜カートリッジ》
膜蒸留用膜カートリッジは、シート状又は中空糸状の疎水性多孔質膜を含み、
略円柱状又は略多角柱状の形状を有し、
前記略円柱状又は略多角柱状の軸方向の両端部に、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている膜固定部を有する。
膜蒸留用膜カートリッジの形状における「略円柱状」とは、例えば、円柱状、楕円柱状等、及びこれらに類似する形状を包含する。「略多角柱状」とは、例えば、頂点の数が３〜１００の多角形を底面とする多角柱状、及びこれらに類似する形状を包含する。「これらに類似する形状」とは、円柱、多角柱等の角がカットされている形状、角が丸みを帯びている形状、軸が屈曲又は湾曲している形状、及びこれらの組み合わせ等を含む概念である。膜蒸留用膜カートリッジの形状としては、円柱状、楕円柱状、頂点の数が４〜１２の多角形を底面とする多角柱状、及びこれらに類似する形状が好ましく、円柱状、楕円柱状、４角柱状、及びこれらに類似する形状がより好ましい。
膜蒸留用膜カートリッジは、疎水性多孔質膜及び固定用樹脂のみから構成されていてもよいし、これら以外に、例えば、棒状体、ネット、不織布、カートリッジケース等から選択される１種以上の部材を、任意的に有していてもよい。
本発明における膜蒸留用カートリッジは、後述の膜蒸留用ハウジングとセットにして、膜蒸留モジュールとして使用することにより、有用な効果を奏する他、他の機能を有するシステムの中に組み込むためのエレメントとして用いることも可能である。
【００１８】
〈疎水性多孔質膜〉
本実施形態に係る疎水性多孔質膜は、膜の一方の面から他方の面まで連通している細孔（連通孔）を持つことが必要である。この連通孔は、ポリマー等の膜材料のネットワークに包含されてよく、枝分かれした孔でも直通孔でもよい。この細孔は、蒸気を通すが、被処理水（液体）を通さないことが必要である。
多孔質膜は、疎水性であることがウェッティング防止に必要である。疎水性を表す指標に水接触角がある。本実施形態では、疎水性多孔質膜のいずれの部位も、水接触角が９０°以上であることが好ましく、より好ましくは１１０°以上、更に好ましくは１２０°以上である。水接触角には特に上限はないが、現実的には１５０°程度以下とすることが好ましい。
水接触角は、液滴法により測定される。液滴法は、例えば２μＬの純水を測定対象物の表面に滴下し、測定対象物と液滴とにより形成される角度を、投影画像からの解析によって数値化する方法である。
【００１９】
疎水性多孔質膜の孔径及び孔径分布も、ウェッティング抑制との因果関係が強い。
疎水性多孔質膜の平均孔径は、０．０１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、０．０３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内であることがより好ましい。平均孔径が０．０１μｍ未満では、蒸気の透過抵抗が大きくなり過ぎて、蒸留水の生産速度が遅くなり、１．０μｍより大きいと膜の疎水性を向上してもウェッティング抑制が困難になるため、適さない。蒸留水の生産速度とウェッティング抑制との両立の観点から、疎水性多孔質膜の孔径分布は狭い方が好ましい。具体的には、平均孔径に対する最大孔径の比が１．２〜２．５の範囲内である孔径分布を有することが好ましい。
蒸留水の生産速度の面から、疎水性多孔質膜の空孔率は、５０体積％以上８５体積％以下であることが好ましい。この値が５０体積％未満では蒸留水の生産速度が遅く、８５体積％より大きい場合は膜自体の強度が低下し、長期使用の際に破断等の問題が発生するおそれがあるため適さない。
【００２０】
疎水性多孔質膜の形状は、中空糸状又はシート状である。
シート状の疎水性多孔質膜は、プリーツ状又はスパイラル状であってよい。
図２に、中空糸状疎水性多孔質膜の一例を示した。
図２の疎水性多孔質膜（１１）は、中空の糸状（筒状）の形状を有し、外壁部分が疎水性多孔質膜によって構成されている。被処理水（Ａ）は、例えば疎水性多孔質膜（１１）の中空部分に導入される。そして、被処理水から分離された蒸気（Ｂ）が中空糸の外壁を通過して中空糸外部に拡散するとともに、蒸留後の被処理水（Ａ’）が疎水性多孔質膜（１１）の中空部分を通過して、外部に排出される。被処理水（Ａ）が疎水性多孔質膜（１１）の外壁から導入され、被処理水から分離された蒸気（Ｂ）が中空糸の外壁を通過して中空糸の中空部分に拡散する構成であってもよい。
疎水性多孔質膜が中空糸状である場合、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向は、中空糸状疎水性多孔質膜の軸方向と一致していることが好ましい。
【００２１】
図３に、プリーツ状疎水性多孔質膜の一例を示した。
図３の疎水性多孔質膜（１１）は、例えば矩形のシート状疎水性多孔質膜を、矩形の一辺に平行な折れ線によって交互に山折り及び谷折りとしたうえで、折れ線に平行な方向を軸として丸め、多数のヒダ（プリーツ）を有する筒状に構成されている。被処理水（Ａ）は、例えば疎水性多孔質膜（１１）の中央の空洞部分に導入される。そして、被処理水から分離された蒸気（Ｂ）が疎水性多孔質膜（１１）を通過して外部に拡散するとともに、蒸留後の被処理水（Ａ’）が疎水性多孔質膜（１１）の中央の空洞部分を通過して、外部に排出される。被処理水（Ａ）が疎水性多孔質膜（１１）の外側から導入され、被処理水から分離された蒸気（Ｂ）が疎水性多孔質膜（１１）を通過して中央の空洞部分に拡散する構成であってもよい。
疎水性多孔質膜がプリーツ状である場合、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向は、ヒダを有する筒状に丸められた疎水性多孔質膜における筒の軸方向と一致していることが好ましい。
【００２２】
図４に、スパイラル状疎水性多孔質膜の一例を示した。
図４では、例えば２枚の疎水性多孔質膜（１１）が、液相部スペーサー（１８）及び気相部スペーサー（１９）とともに、疎水性多孔質膜（１１）、液相部スペーサー（１８）、疎水性多孔質膜（１１）、及び気相部スペーサー（１９）の順に積層された４層構成の積層体とされた状態で、棒状体（１７）を巻回軸として巻回された構成が示されている。被処理水（Ａ）は、例えば液相部スペーサー（１８）によって形成される液相部に導入される。被処理水（Ａ）から分離された蒸気（Ｂ）は、疎水性多孔質膜（１１）を通過して、気相部スペーサー（１９）によって形成される気相部に拡散し、棒状体（１７）を通って外部に排出される。図４における符号「Ｂ＊」は、被処理水（Ａ）から分離された蒸気が疎水性多孔質膜（１１）を通過して気相部に拡散して行く様子を示している。
棒状体（１７）は、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、膜蒸留モジュールの気相部に連通して、気相部内の蒸気を膜蒸留モジュール外部に取り出すための蒸気取出管として機能する。したがってこの棒状体（１７）は、棒の側面から棒内部へと気体が通過可能な構成であってよく、例えば、中空であって側壁面に孔を有する構成であってもよいし、多孔質体であってもよい。また、この棒状体（１７）は、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納したときに、膜蒸留用ハウジングから外部に突出していてよい。
なお、膜蒸留用膜カートリッジにおける棒状体について、詳しくは後述する。
疎水性多孔質膜がスパイラル状である場合、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向は、２枚の疎水性多孔質膜、液相部スペーサー、及び気相部スペーサーから成る巻回体の巻回軸の方向と一致していることが好ましい。
【００２３】
本実施形態において、膜蒸留における透水性能、及び膜の機械的強度の観点から、疎水性多孔質膜の膜厚は、１０μｍ〜１，０００μｍであることが好ましく、１５μｍ〜１，０００μｍであることがより好ましい。膜厚が１，０００μｍ以下であれば、蒸留水の生産効率低下を抑制することができる。他方、膜厚が１０μｍ以上であれば、減圧下使用において膜が変形することを防止することができる。
上記のとおり、疎水性多孔質膜は中空糸状又はシート状であるが、本実施形態の膜蒸留モジュールでは、コンパクト化の観点から、単位体積当たりの膜面積を大きくすることができる中空糸状の疎水性多孔質膜を用いることが好ましい。
中空糸状の疎水性多孔質膜の場合、その外径は、例えば、０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、好ましくは０．３５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であり、内径は、例えば、０．２ｍｍ以上４．０μｍ以下、好ましくは０．２５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
【００２４】
本実施形態に係る膜蒸留用多孔質膜は、主たる構成成分として疎水性高分子を含む。疎水性高分子は、水に対する親和性が低い高分子であり、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、及びエチレン・四フッ化エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン等から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含むことができる。疎水性、製膜性、機械的耐久性、及び熱的耐久性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン等が好ましく、これらの高分子の重合後又はこれらから膜を形成した後の精練によって、可塑剤等の不純物を除去することがより好ましい。
疎水性多孔質膜の製造方法としては、溶融状態の樹脂膜を冷却することにより相分離を起こして多孔質層を形成させる熱誘起相分離法、又は溶液状体の樹脂膜を非溶剤と接触させることで相分離を起こして多孔質層を形成させる乾湿式法（非溶媒相分離法）を好適に用いることができる。
【００２５】
蒸留水の生産効率向上と塩の透過抑制とをバランスさせる観点から、熱誘起相分離法又は非溶媒相分離法により得られた多孔質膜に、疎水性ポリマーのコーティングを適用することが好ましい。疎水性ポリマーは、多孔質膜の被処理水側（液相部側）表面、蒸気透過側（気相部側）表面、及び膜内部（細孔内の壁面）のうちの全部又は一部に疎水性の被膜を形成することにより、膜に撥水性を与えるか、又は膜の撥水性を向上させるものである。例えば、疎水性多孔質膜が中空糸状の場合、膜の内側表面、外側表面、及び膜壁内部の細孔表面の内の少なくとも一部分に疎水性ポリマーをコーティングして、当該部分に高い撥水性を付与してもよい。
【００２６】
多孔質膜にコーティングされる疎水性ポリマーとしては、例えば、以下が挙げられる：
（ア）シランカップリング剤と反応させることで、架橋構造を形成するシリコーン系ポリマー、及びポリマーゲル；
（イ）シロキサン結合を持つ樹脂、例えば、ジメチルシリコーンゲル、メチルフェニルシリコーンゲル、アミノ基等の有機官能基が導入された反応性変性シリコーンゲル、フロロアルキル変性を行ったシリコーンゲル；
（ウ）側鎖に（パー）フルオロアルキル基、（パー）フルオロポリエーテル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基等を持つポリマーを溶剤に溶かしたもの；
（エ）側鎖にフルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基等を持つ疎水
性ポリマー薄膜；
（オ）側鎖にフルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基等を持つ撥水
剤、等。
疎水性ポリマーとしては、特に、炭素数１〜１２の（パー）フルオロアルキル基、（ パー） フルオロポリエーテル基を有する（メタ）アクリレート系モノマー、及びビニル系モノマーから選択される１種以上の重合体が、好ましい。
【００２７】
〈膜固定部〉
膜蒸留用膜カートリッジにおける膜固定部は、カートリッジの軸方向両端部において、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜が固定されている部分である。
【００２８】
疎水性多孔質膜を接着固定する固定用樹脂は、機械的強度があり、かつ１００℃での耐熱性を有する必要がある。固定用樹脂として使用できる樹脂としては、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂、熱硬化性のウレタン樹脂等が挙げられる。耐熱性の観点ではエポキシ樹脂が好ましいが、ハンドリング性はウレタン樹脂が好ましい。
【００２９】
疎水性多孔質膜として中空糸状の疎水性多孔質膜を用いる場合、膜固定部を、カートリッジの軸方向に垂直な面で切断した断面積基準での中空糸状疎水性多孔質膜の充填率は、膜蒸留モジュールの小型化の観点から、好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上である。また、固定用樹脂による中空糸の固定を均一に行うため、この充填率は、好ましくは７４％以下、より好ましくは７０％以下である。中空糸状疎水性多孔質膜の充填率（％）は、（中空糸疎水性多孔質膜の断面積の合計）÷（膜固定部の断面積）×１００で計算される。中空糸疎水性多孔質膜の断面積とは、中空糸の外周で囲まれる部分の面積をいい、中空部分の面積を含む概念である。
【００３０】
疎水性多孔質膜として中空糸状の疎水性多孔質膜を用いる場合、中空糸状の膜を小束化し、小束単位で離隔して膜固定部に配置することにより、膜の小束の中心部から外周部までの距離を一定値以内に抑えながら、カートリッジ全体としての膜面積を増やすことができる。
具体的には、小束内の中空糸膜間の距離を３ｍｍ未満とすることが好ましく、より好ましくは２ｍｍ未満である。小束の直径は、６０ｍｍ未満とすることが好ましく、より好ましくは５０ｍｍ未満である。小束間の距離は、３ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは４ｍｍ以上である。
【００３１】
図５に、中空糸状疎水性多孔質膜が複数の小束に分割され、これら複数の小束が、膜固定部を膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な方向の断面に分散して配置されている態様の一例を示した。図５（Ａ）は、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に平行な平面における断面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図５の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、その軸方向の両端部に、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜（１１）が固定されている膜固定部（１２）を有する。図５（Ｂ）を参照すると、複数の疎水性多孔質膜（１１）が、各７本ずつの小束（１１ａ）を１単位として７単位に分割され、それらが膜固定部（１２）の断面に分散して配置されている様子が理解される。図５（Ｂ）において、小束の直径は符号「ｄ１１ａ」で表される長さであり、小束内の中空糸膜間の距離は符号「ｉ１」で表される長さであり、小束間の距離は符号「ｉ２」で表される長さである。
【００３２】
膜蒸留用膜カートリッジの軸方向両端部にそれぞれ配置された２つの膜固定部間の最短距離として定義される疎水性多孔質膜の有効長は、多孔質膜全長当たりの有効長比率を高める（すなわち膜をより有効的に使用する）観点から、好ましくは６０ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上、更に好ましくは２００ｍｍ以上であり、被処理水が膜蒸留モジュールの液相部を通過する際に生じる圧力損失を抑制するため、好ましくは２，０００ｍｍ以下、好ましくは１，５００ｍｍ以下、更に好ましくは１，２００ｍｍ以下である。
【００３３】
膜固定部は、カートリッジの軸方向両端部において、固定用樹脂を接着剤として用いて疎水性多孔質膜を接着して固定することにより、形成することができる。接着方法は、膜蒸留モジュール作製に関する既知の接着方法に従えばよい。
疎水性多孔質膜として中空糸状の疎水性多孔質膜を用いる場合、接着方法として、例えば、遠心接着、静置接着等の公知の接着方法を採用することができる。
遠心接着は、中空糸状の疎水性多孔質膜を束ね、その両端部を目止めしたうえで、中空糸の長さ方向の中央部から両端部へと遠心力がかかるように回転させながら、接着剤を流し込む方法である。その後、中空糸両端部の目止めされた部分を切断することにより、中空糸の束の開口した端部が固定用樹脂によって固定された膜固定部を得ることができる。
静置接着は、中空糸状の疎水性多孔質膜を束ね、その端部を目止めしたうえで、目止めした端部を下にして立たせた状態で、接着剤を流し込む方法である。その後、中空糸端部の目止めされた部分を切断することにより、中空糸の束の開口した端部が固定用樹脂によって固定された膜固定部を得ることができる。静置接着は、中空糸の片端ごとに順次に行われてよい。
【００３４】
〈圧縮応力について〉
本実施形態における膜蒸留は、疎水性多孔質膜の気相部を減圧状態にして運転されるため、膜蒸留用膜カートリッジにはその軸方向に下記式で示される圧縮応力がかかる。
圧縮応力［ｋｇｆ］＝（膜固定部の断面積［ｃｍ２］）×｛（液相部の被処理水圧力［ｋＰａ］）−（気相部の圧力［ｋＰａ］）｝×９８．０６６５
膜蒸留用膜カートリッジが上記圧縮応力により寸法変化してしまうと、カートリッジとハウジングとの間のシール性が損なわれ、気密性を保てなくなる。そこで、膜蒸留用膜カートリッジは、圧縮応力に対する耐圧性を有する必要がある。具体的には、上記圧縮応力が付加される前後でのカートリッジの軸方向における寸法変化が、５％未満であることが好ましく、より好ましくは３％未満である。
膜蒸留膜カートリッジにこのような耐圧性を付与するには、例えば、後述の棒状体を側芯棒として機能させる方法、膜蒸留用膜カートリッジを膜蒸留用ハウジングに挿入した後にカートリッジの膜固定部とハウジングとをネジ止め等によって固定する方法、疎水性多孔性膜及びこれを固定する膜固定部のうちの両端部以外の側面の少なくとも一部をカートリッジケースで覆う方法等を採用できる。膜蒸留用膜カートリッジと膜蒸留用ハウジングとのネジ止めについては、両者間を直接ネジ止めしてもよいし、両者間に配置された適当な部材を介して間接的にネジ止めしてもよい。カートリッジケースについては後述する。
【００３５】
〈棒状体〉
膜蒸留用膜カートリッジは、カートリッジ軸方向両端部の固定用樹脂によって固定された少なくとも１本の棒状体を更に有していてもよい。この棒状体は、例えば、カートリッジの機械的強度を補強し、特に圧縮応力に対する耐久性を付与する「側芯棒」としての機能を有していてよく、又は、被処理水から発生してカートリッジ内の気相部に拡散した蒸気を膜蒸留モジュールの気相部に誘導し、膜蒸留モジュール外部への排出を促進する「蒸気取出棒」としての機能を有していてもよい。
【００３６】
（側芯棒）
側芯棒として機能する棒状体は、例えば、金属製又は樹脂製の、中実の棒又は中空の棒（パイプ）を用いてよい。
側芯棒は、膜蒸留用膜カートリッジ両端部の膜固定部間を連結するように配置されてよく、これにより、膜蒸留用膜カートリッジに圧縮応力に対する抵抗力を付与することができる。
側芯棒の長さは、例えば、疎水性多孔質膜の有効長よりも長く、疎水性多孔質膜の全長よりも短くてよい。
側芯棒の数は、１本以上であってよく、好ましくは１〜１２本であり、より好ましくは２〜６本である。
【００３７】
（蒸気取出棒）
膜蒸留用膜カートリッジの径が太くなると、膜束の中心部から外周部までの圧力損失によって、膜束中心部の蒸気発生量が減少することが懸念される。そこで、膜束中心部に蒸気取出棒として機能する棒状体を配置すると、膜束中心部からカートリッジ外部への蒸気の通り道が作られ、膜束全体を均一に使用することができる。
蒸気取出棒としての棒状体は、例えば、中空であって側面に孔を有する形態、多孔質体等であってよい。中空であって側面に孔を有する棒状体は、膜蒸留モジュールにおいて、棒状体の中空の内部が膜蒸留モジュールの気相部と連通することができ、蒸気取出棒として機能する。多孔質体である棒状体は、膜蒸留モジュールにおいて、棒状体の細孔が膜蒸留モジュールの気相部と連通することができ、蒸気取出棒として機能する。
多孔質体は、例えば、スポンジ、メッシュ等であってよい。多孔質体は、蒸気通過の際の抵抗にならないよう、空隙率の大きなものがよく、具体的には、空隙率５０体積％以上が好ましく、より好ましくは７０体積％以上である。
蒸気取出棒の数は、１本以上であってよく、好ましくは１〜６本であり、より好ましくは１〜３本である。
【００３８】
〈ネット及び不織布〉
膜蒸留用膜カートリッジは、その軸方向両端部以外の部分のうちの少なくとも一部がネット及び不織布のうちの少なくとも一方に覆われていてよい。
（ネット）
高温運転時の疎水性多孔質膜のたるみ、運搬時の接触による疎水性多孔質膜の損傷の防止等を目的として、膜蒸留用膜カートリッジ内の疎水性多孔質膜の外周部の全部又は一部は、ネットで覆われていてもよい。
ネットの素材としては、特に制限はなく、例えば、樹脂、金属等であることができる。ネットは、単一の素材で構成されていてもよいし、異なる素材が組み合わさった構成でもよい。
ネットを構成する樹脂としては、例えば、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、ポリフェニレンサルファイド、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、エチレン酢酸ビニル、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、ポリ塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、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、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等が挙げられる。これらの複合素材であってもよい。疎水性多孔質膜への装着性及び耐熱性を考慮すれば、ネットを構成する樹脂としては、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等が好ましい。
ネットを構成する金属としては、網目状に加工できる一般的な金属を用いることができ、例えば、鉄、銅、真鍮、チタン、ニッケル、プラチナ、純銀、モリブデン、タングステン、アルミニウム、亜鉛、タンタル等、及びこれらの２種以上を含む合金等が挙げられる。ネットを構成する金属としては、加工の容易性の観点から、好ましくは、ステンレス、アルミ、鉄、及びチタンからなる群から選択される少なくとも１種を含む。
【００３９】
（不織布）
ウェッティングにより被処理水が疎水性多孔質膜の蒸気透過面側（気相部側）に漏れ出た際に、漏れ出た被処理水が製品の蒸留水に直接混入することの防止を目的として、膜蒸留用膜カートリッジの外周部の全部又は一部は、不織布に覆われていてもよい。
不織布の素材としては、特に制限はない。不織布は、単一の素材で構成されていてもよいし、異なる素材が組み合わさった構成でもよい。
不織布の素材としては、例えば、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、ポリフェニレンサルファイド、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、エチレン酢酸ビニル、ナイロン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、ポリ塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、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、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等が挙げられる。これらの複合素材であってもよい。中空糸膜束への装着性及び耐熱性を考慮すれば、不織布の素材としては、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等が好ましい。
不織布は、透過する蒸気の抵抗にならないよう、十分な透気度を有することが好ましい。具体的には、不織布の空気の透気度は、０．５ｍＬ／ｃｍ２・ｓｅｃ以上であることが好ましく、より好ましくは２．０ｍＬ／ｃｍ２・ｓｅｃ以上である。
【００４０】
〈カートリッジケース〉
上記したとおり、本実施形態における膜蒸留は、疎水性多孔質膜の気相部を減圧状態にして運転されるため、膜蒸留用膜カートリッジにはその軸方向に圧縮応力がかかる。この圧縮応力による膜蒸留用膜カートリッジの寸法変化を抑制するため、膜蒸留用膜カートリッジは、軸方向の両端部以外の部分がカートリッジケースで覆われていてもよい。
カートリッジケースは、被処理水から発生した蒸気の流れを妨げないように、十分な面積を有するカートリッジケース開口部を有していてよい。カートリッジケース開口部の面積は、膜蒸留用膜カートリッジが有する疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上であることが好ましく、より好ましくは２００分の１以上である。
また、カートリッジケースは、膜固定部と直接接着されて固定されることが好ましい。この場合、温度変化に伴う寸法変化による両者の接着部分の剥離を防ぐため、カートリッジケースを構成する材料の線膨張係数（ｋＣ）と固定用樹脂の線膨張係数（ｋＦ）との比（ｋＣ／ｋＦ）は、０．３以上４．０未満であることが好ましく、より好ましくは０．３以上２．０未満である。
カートリッジケースの材料は、例えば、エポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂、繊維強化プラスチック、塩化ビニル樹脂等の樹脂から選択されることが好ましい。
カートリッジケースは、２つ以上に分割されていてもよい。
【００４１】
〈膜蒸留用膜カートリッジの具体例〉
以下、膜蒸留用膜カートリッジの具体的態様について、図を参照しながら説明する。
疎水性多孔質膜が中空糸状であり、複数の中空糸状疎水性多孔質膜が束にまとめられており、膜蒸留用膜カートリッジが略円柱状の形状を有する場合を例として、幾つかの実施形態の概略断面図を図６〜図１１に示した。
図６の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、その軸方向の両端部に、固定用樹脂によって中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）が固定されている膜固定部（１２）を有する。この膜蒸留用膜カートリッジ（１０）において、中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）の全長は「ＬＡＬＬ」で表される長さであるが、その有効長は、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向両端部にそれぞれ配置された２つの膜固定部間の最短距離として定義され、符号「ＬＥＦＦ」で表される長さである。
【００４２】
図７の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、軸方向の両端部以外の部分がカートリッジケース（１３）で覆われている他は、図６の膜蒸留用膜カートリッジと概略同様である。図７における膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、軸方向の両端部以外の側面のほぼ全面がカートリッジケース（１３）で覆われているが、カートリッジケース開口部（１４）を有する。
図７における膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、カートリッジケース開口部（１４）を有するカートリッジケース（１３）で覆われていることにより、蒸留運転時の圧縮応力に対して高い耐性を有しながら、カートリッジ内部で被処理水から発生した蒸気の流れを妨げることがない。
【００４３】
図８の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、その軸方向両端部以外のほぼ全面が、ネット（１５）及び不織布（１６）の順で覆われている他は、図６の膜蒸留用膜カートリッジと概略同様である。図８では、この膜蒸留用膜カートリッジの構造理解を助けるため、図の下方のネット（１５）及び不織布（１６）は一部が除去された状態で描かれているが、このカートリッジの側面全体がネット（１５）及び不織布（１６）によって覆われていると考えてよい。
図８の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、ネット（１５）及び不織布（１６）で覆われていることによって、高温運転時の疎水性多孔質膜のたるみ、及び運搬時の接触による疎水性多孔質膜の損傷が防止されており、更に、被処理水が疎水性多孔質膜の気相部側に漏れ出た際でも、漏れ出た被処理水の蒸留水への混入が防止される。
【００４４】
図９の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、その軸方向両端部の固定用樹脂によって固定された棒状体（１７）を有する他は、図６の膜蒸留用膜カートリッジと概略同様である。図９における棒状体（１７）は、側芯棒として機能してよく、中実の棒又は中空の棒（パイプ）であってよい。側芯棒として機能する棒状体（１７）の長さ（Ｌ１７）は、例えば、疎水性多孔質膜の有効長（ＬＥＦＦ）よりも長く、疎水性多孔質膜の全長（ＬＡＬＬ）よりも短くてよい。側芯棒として機能する棒状体（１７）は、疎水性多孔質膜の外側に、膜固定部（１２）の断面の外周付近に略均等に２本以上配置されることが好ましく、より好ましくは２〜８本、更に好ましくは２〜６本配置される。
図９の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、側芯棒として機能する棒状体（１７）を有することにより、蒸留運転時の圧縮応力に対して高い耐性を有する。
【００４５】
図１０及び図１１の膜蒸留用膜カートリッジは、それぞれ、その軸方向両端部の固定用樹脂によって固定された棒状体（１７）を有する他は、図６の膜蒸留用膜カートリッジと概略同様である。
図１０の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）における棒状体（１７）は、側面に孔を有するパイプ状であり、中空の内部が膜蒸留モジュールの気相部と連通することができ、蒸気取出棒として機能する。図１０における棒状体（１７）は、中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）の束の略中央に配置され、端部が膜固定部（１２）の端部から突出している。しかしこの棒状体（１７）の端部は、膜固定部（１２）の端部から突出していなくてもよい。
図１１の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）における棒状体（１７）は、多孔質体であり、細孔が膜蒸留モジュールの気相部と連通することができ、蒸気取出棒として機能する。図１１における棒状体（１７）は、中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）の束の略中央に配置され、端部が膜固定部（１２）の端部と略同一平面状にある。しかしこの棒状体（１７）の端部は、膜固定部（１２）の端部から突出していてもよい。
図１０及び図１１の膜蒸留用膜カートリッジは、それぞれ、蒸気取出棒として機能する棒状体（１７）を有することにより、膜蒸留膜カートリッジの径が太い場合でも、圧力損失による膜束中心部の蒸気発生量の減少が緩和されて、膜束全体を均一に使用することができる。
【００４６】
《膜蒸留用ハウジング》
本実施形態に係る膜蒸留用ハウジングは、膜蒸留用膜カートリッジを収納するためのハウジング本体と、ハウジング本体に装着される１個又は２個のハウジング蓋部とを有する。
本実施形態の膜蒸留用ハウジングは、これに膜蒸留用膜カートリッジを収納して膜蒸留モジュールとしたときに、被処理液が流通する液相部と、被処理液から発生した蒸気が拡散して行く気相部と、に分割されるような構造を有していてよい。
【００４７】
〈ハウジング本体〉
本実施形態の膜蒸留用ハウジングにおけるハウジング本体は、膜蒸留用膜カートリッジを収納することができる形状を有する。したがってハウジング本体は、典型的には膜蒸留用膜カートリッジと略相似の形状（例えば、略円柱状又は略多角柱状）を有し、膜蒸留用膜カートリッジの軸と同じ方向の軸を有していてよいが、これに限られない。
本実施形態において、略円柱状又は略多角柱状のハウジング本体は、その軸方向の両端に、それぞれ１個ずつ、合計２個のハウジング蓋部を装着可能であり、ハウジング本体の軸方向の両端から膜蒸留用膜カートリッジの出し入れができる態様であってもよいし、ハウジング本体の軸方向の片端に１個のハウジング蓋部を装着可能であり、この一方の端部のみから膜蒸留用膜カートリッジの出し入れができる態様であってもよい。
【００４８】
本実施形態の膜蒸留用ハウジングのハウジング本体は、その側面部に蒸気取出口を有していてよい。膜蒸留用膜カートリッジを収納して膜蒸留モジュールとしたときに、蒸気取出口は膜蒸留モジュールの気相部に連通することが好ましい。この場合、この蒸気取出口から、気相部の蒸気を膜蒸留モジュールの外部に取り出すことができる。膜蒸留モジュールの外部に取り出された蒸気は、例えば後述の蒸気凝縮ユニットによって凝縮され、回収されてよい。
高温かつ減圧下での蒸気流速増大に伴う圧力損失を防ぐため、蒸気取出口は、蒸気流速を一定値以下に留めるのに十分な面積を有することが好ましい。この観点から、ハウジング本体の蒸気取出口の面積は、膜蒸留用膜カートリッジに収容される疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上であることが好ましく、より好ましくは２００分の１以上である。ハウジング本体が複数の蒸気取出口を有する場合、蒸気取出口の面積は開口部全部の合計面積として評価される。ハウジング本体の蒸気取出口の面積の上限は、ハウジング本体の機械的強度を損なわない範囲で、当業者によって適宜定められてよい。
【００４９】
本実施形態の膜蒸留用ハウジングのハウジング本体は、その内部に、膜蒸留モジュールの気相部と接触して気相部内の前記蒸気を凝縮させるための冷却体を有していてよい。ハウジング本体が冷却体を有する場合、膜蒸留モジュールから膜蒸留用ハウジング外部の凝縮部までの配管を省略することができ、蒸気の凝縮を効率的に行うことが可能となる。
冷却体としては、従来技術の凝縮器で一般的に用いられている構造をとることができる。冷却体は、例えば、シェル・アンド・チューブ熱交換器、プレート熱交換器等であってよい。シェル・アンド・チューブ熱交換器は、複数の配管を平行に並べた構造を有し、配管内に冷媒を通過させることにより、配管の外部表面で蒸気を凝縮することができる。シェル・アンド・チューブ熱交換器を用いるとき、配管の長手方向が、膜蒸留用膜カートリッジの長手方向と、平行又は直行するように配置することが、蒸気の凝縮の効率性、及び膜蒸留モジュールのコンパクト化の観点から好ましい。プレート熱交換器は、複数のプレートを積層させて、これらの間隙に冷媒と蒸気とを交互に通過させることにより、蒸気側のプレートの表面で蒸気を凝縮することができる。プレートは、平板状、波板状等の形状であってよい。
【００５０】
ハウジング本体が冷却体を有するとき、膜蒸留用膜カートリッジの装着予定場所から冷却体までの蒸気通過部の最小面積は、膜蒸留用膜カートリッジに収容される疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上であることが好ましい。蒸気通過部の最小面積が疎水性多孔質膜の膜面積の２５０分の１以上であれば、膜蒸留用膜カートリッジから冷却体に至る上記の流速が過度に速くなることが抑制され、蒸気の凝縮を効率的に行うことができる。蒸気通過部の最小面積は、膜蒸留用膜カートリッジに収容される疎水性多孔質膜の膜面積の２００分の１以上であることがより好ましい。
【００５１】
膜蒸留用ハウジングのハウジング本体が冷却体を有するとき、ハウジング本体は、冷却体によって蒸気が凝縮した蒸留水を取り出すための蒸留水取出口を有していてもよい。ハウジング本体が蒸留水取出口を有する態様では、ハウジング本体は、ハウジング本体の気相部を減圧にするための排気口を有していてもよく、又は、蒸留水取出口が排気口の機能を合わせ持っていてもよい。
【００５２】
ハウジング本体を構成する材料は、耐圧性、耐熱性、耐衝撃性、耐候性等の観点から適宜に選定される。ハウジング本体の構成材料としては、例えば、樹脂、金属等が使用できるが、上記の観点から、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂、繊維強化プラスチック、塩化ビニル樹脂等の樹脂、及びステンレス、真鍮、黄銅、チタン等の金属から選択されることが好ましい。
【００５３】
ハウジング本体は、中実の材料から構成される単層体であってもよいし、空気又はその他の適当な保温材を間に挟んだ多層体（例えば、金属層、空気層、及び金属層から成る３層体等）であってもよい。ハウジング本体が多層体である場合、各層は同種の材料から構成されていてもよいし、それぞれ異なる材料から構成されていてもよい。
【００５４】
ハウジング本体がその内部に冷却体を有する場合、該冷却体の材料は、蒸気と冷媒との熱交換効率を高める観点から、熱伝導率の高い材料が好ましく、金属を用いることが好適である。冷却体の材料として用いられる金属としては、例えば、ステンレス、真鍮、黄銅、チタン等が挙げられる。
ハウジング本体の材料と、冷却体の材料とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５５】
ウェッティングにより被処理水が疎水性多孔質膜の気相側に漏れ出た際に、漏れ出た被処理水が蒸留水に直接混入することの防止を目的として、ハウジング本体は、デミスターを有していてもよい。
ハウジング本体が、冷却体を有さず、蒸気取出口を有するとき、デミスターは、該蒸気取出口の全部又は一部に設置されてよい。一方、ハウジング本体が、内部に冷却体を有するとき、デミスターは、膜蒸留用膜カートリッジの装着予定場所から冷却体までの蒸気通過部の全部又は一部に設置されてよい。
デミスターは、疎水性多孔質膜を透過した蒸気と直接接触するため、その構成材料は、耐熱性、耐候性等の観点から選定される。デミスターの構成材料としては、例えば、樹脂、金属等が使用できるが、上記の観点から、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂、繊維強化プラスチック、塩化ビニル樹脂等の樹脂、及びステンレス、真鍮、チタン等の金属から選択されることが好ましい。
デミスターは、透過する蒸気の抵抗にならないよう、高い空隙率を有することが好ましい。具体的には、デミスターの空隙率は、５０体積％以上が好ましく、より好ましくは７０体積％以上である。デミスターの空隙率は、１００体積％未満、９８体積％以下、９５体積％以下、又は９０体積％以下であってよい。
【００５６】
発生した蒸気がハウジング外壁で凝縮することを防ぐため、ハウジング本体は、その外周部に、保温層を有していてよい。保温層は、例えば、ガラスウール、スポンジ等の構造物であることができ、又はジャケット構造であってもよい。
【００５７】
〈ハウジング蓋部〉
本実施形態の膜蒸留用ハウジングにおけるハウジング蓋部は、膜蒸留用膜カートリッジを収納した後のハウジング本体に装着され、シール用部材とともに膜蒸留モジュールを構成する。
膜蒸留モジュールとしたときに、ハウジング蓋部の内部は、疎水性多孔質膜の例えば液相部と連通し、被処理水がハウジング蓋部の内部を介して疎水性多孔質膜の液相部内を流通し得る構成であってよい。したがってハウジング蓋部は、該ハウジング蓋部の内部から外部に開口する被処理水流通用蓋部開口部を有していてよい。
ハウジング蓋部は、ハウジング本体を構成する材料として上記に例示した材料群から適宜選択された材料から構成されていてよい。ハウジング蓋部を構成する材料は、ハウジング本体を構成する材料と同じであってもよいし、相違していてもよい。しかしながら、膜蒸留運転の高温時に、線膨張率の違いに起因する漏れの発生を防止するため、ハウジング蓋部は、ハウジング本体と同種の材料から構成されることが好ましい。
【００５８】
〈膜蒸留用ハウジングの具体例〉
以下、膜蒸留用ハウジングの具体的態様について、図を参照しながら説明する。
膜蒸留用ハウジングが略円柱状の形状を有する場合を例として、幾つかの実施形態の概略断面図を図１２〜図１７に示した。
【００５９】
図１２の膜蒸留用ハウジング（２０）は、ハウジング本体（３０）、及びハウジング本体（３０）の軸方向の両端部に配置された２つのハウジング蓋部（４０）を有する。図１２には、シール用部材（５０）も合わせて示した。このシール用部材（５０）は、例えばＯリング形状であってよいが、図１２の断面図では黒色中実の円として描かれている。
図１２の膜蒸留用ハウジング（２０）のハウジング本体（３０）は、その側面部に開口する蒸気取出口（３１）を有している。
図１２の膜蒸留用ハウジング（２０）の２つのハウジング蓋部（４０）は、それぞれ、ハウジング蓋部の内部から外部に開口する被処理水流通用蓋部開口部（４１）を有している。この被処理水流通用蓋部開口部（４１）は、膜蒸留モジュールとしたときに該膜蒸留モジュールの液相部（例えば中空糸状の疎水性多孔質膜の中空部分）と連通して、膜蒸留モジュールの液相部内に被処理水を流通させる機能を有する。
ハウジング本体（３０）とハウジング蓋部（４０）とは、例えば、ハウジング本体（３０）の有するハウジング本体フランジ（３０ａ）と、ハウジング蓋部（４０）の有するハウジング蓋部フランジ（４０ａ）とによって固定されていてよい。このとき、ハウジング本体フランジ（３０ａ）とハウジング蓋部フランジ（４０ａ）との間に、適当なシール材を介在させてもよい。
ハウジング本体フランジ（３０ａ）とハウジング蓋部フランジ（４０ａ）とは、接触部の内側端に切り欠きを有し、シール用部材（５０）の設置を容易化する構成であってもよい。この切り欠きは必須の要件ではない。
【００６０】
図１３の膜蒸留用ハウジング（２０）は、ハウジング本体（３０）の側面部に開口する蒸気取出口（３１）にデミスター（３２）が配置されている他は、図１２の膜蒸留用ハウジングと同様である。
図１３の膜蒸留用ハウジング（２０）は、ハウジング本体（３０）の蒸気取出口（３１）に配置されたデミスター（３２）を有するため、疎水性多孔質膜のウェッティングによって被処理水が気相側に漏れ出た場合でも、漏れ出た被処理水が蒸留水に混入することが防止されている。
【００６１】
図１４の膜蒸留用ハウジング（２０）は、ハウジング本体（３０）の側面部に、保温層（３３）が配置されている他は、図１２の膜蒸留用ハウジングと同様である。
図１４の膜蒸留用ハウジング（２０）は、ハウジング本体（３０）の側面部に保温層（３３）を有するため、被処理水から発生した蒸気が膜蒸留用ハウジング外壁で凝縮することが防止されており、発生した蒸気を効率よく膜蒸留用ハウジングの外部に取り出すことができる。
【００６２】
図１５の膜蒸留用ハウジング（２０）は、膜蒸留用膜カートリッジを収納するためのハウジング本体と、ハウジング本体に装着される１個のハウジング蓋部（４０）とを有する。図１５の膜蒸留用ハウジング（２０）において、膜蒸留用膜カートリッジが収納される部分、及びハウジング蓋部（４０）が装着される側の膜蒸留用ハウジング（２０）の構造は、図１２の膜蒸留用ハウジングと同様である。
しかしながら図１５の膜蒸留用ハウジング（２０）では、ハウジング蓋部が装着されない側の端部において、ハウジング本体（３０）が、シール用部材（５０）を介して膜蒸留用膜カートリッジを支持するためのハウジング本体顎部（３０ｂ）を有しており、更に被処理水流通用蓋部開口部の代わりに被処理水を膜蒸留モジュールの液相部内に取り入れて流通させるための被処理水流通用ハウジング本体開口部（３４）を有している。ハウジング本体顎部（３０ｂ）は、ハウジング本体（３０）の内壁から内側に向かって突出する凸部であり、内壁を一周するように突出していてもよいし、内壁を一周する軌道上に断続的に突出していてもよい。
【００６３】
図１６の膜蒸留用ハウジング（２０）は、図１２のハウジング本体において、蒸気通過部（３８）を介して、冷却体（３５）を有する。図１６の膜蒸留用ハウジング（２０）の有する冷却体（３５）は、シェル・アンド・チューブ熱交換器である。このシェル・アンド・チューブ熱交換器である冷却体（３５）は、複数の配管（３５ａ）を平行に並べた構造を有し、配管（３５ａ）内に冷媒（例えば冷却水（ＣＷ））を通過させることにより、配管（３５ａ）の外部表面で蒸気を凝縮することができる。この冷却体（３５）は、配管（３５ａ）の長手方向が、膜蒸留用膜カートリッジ（図示せず）の長手方向と平行に配置されている。
冷媒は、冷却体（３５）の上下の開口部（３５ｂ）を介して、配管（３５ａ）の内部を流通することができる。冷媒の流通方向は、上から下、及び下から上のどちらでもよいが、配管（３５ａ）内部の空気の除去が容易であることから、下から上の方向に流通させることが好ましい。
図１６の膜蒸留用ハウジング（２０）は、冷却体（３５）近傍の下部に、蒸留水取出口（３６）を有し、この蒸留水取出口（３６）から回収溶媒（Ｓ）、すなわち蒸留水を取り出すことができる。
【００６４】
図１６の膜蒸留用ハウジング（２０）は、冷却体（３５）近傍の上部に、ハウジング本体の気相部を減圧にするための排気口（３７）を有する。膜蒸留用ハウジング（２０）は、排気口（３７）に例えば真空ポンプ（図示せず）を接続して稼働させることにより、ハウジング本体の気相部を減圧にして、減圧蒸留を行うことが可能になる。この排気口（３７）は、膜蒸留用ハウジング（２０）の任意の位置に配置されてよく、又は蒸留水取出口（３６）が排気口の機能を合わせ持っていてもよい。
なお、図１６中の符号「Ｅ」は、排気口（３７）からの排気を示す。
図１６の膜蒸留用ハウジング（２０）では、冷却体（３５）として、シェル・アンド・チューブ熱交換器に代えて、プレート熱交換器等の他の冷却体を配置してもよい。
【００６５】
図１７には、膜蒸留用ハウジングが有するハウジング蓋部のバリエーションを、部分断面図として示した。
図１７のハウジング蓋部（４０）は、シール用部材（５０）を介して膜蒸留用膜カートリッジを支持するためのハウジング蓋部顎部（４０ｂ）を有している。このハウジング蓋部顎部（４０ｂ）は、ハウジング蓋部（４０）の内壁から内側に向かって突出する凸部であり、内壁を一周するように突出していてもよいし、内壁を一周する軌道上に断続的に突出していてもよい。図１７のハウジング蓋部（４０）におけるハウジング蓋部顎部（４０ｂ）は、ハウジング蓋部フランジ（４０ａ）と略対称の位置に突出しているけれども、この態様に限られない。
図１７の膜蒸留用ハウジング（２０）におけるハウジング本体（３０）は、図１２の膜蒸留用ハウジングにおけるハウジング本体と同様であってもよいし、図１５の膜蒸留用ハウジングにおけるハウジング本体と同様であってもよい。膜蒸留用ハウジングに２つのハウジング蓋部が装着される場合、ハウジング蓋部の２つとも図１７に示したようなハウジング蓋部（４０）であってもよいし、ハウジング蓋部のうちの１つが図１７に示したハウジング蓋部（４０）であり、他の１つが別の態様（例えば図１２に示された態様）のハウジング蓋部であってもよい。
【００６６】
《シール用部材》
シール用部材は、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納して膜蒸留モジュールとしたときに、膜蒸留用ハウジングと膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部との間をシールして、膜蒸留モジュール内を、被処理液が流通する液相部と、被処理液から発生した蒸気が疎水性多孔質膜を通過して拡散して行く気相部と、に分割する機能を有する。適当な材料及びサイズのシール用部材として用いることにより、膜蒸留モジュール内で疎水性多孔質膜を通過する以外の処理液及び蒸気の移動が遮断され、効率的な膜蒸留の実施が可能となる。
【００６７】
シール用部材としては、例えば、リングシール、ガスケット、パッキン等を使用することができる。リングシールとしては、例えば、Ｏ（オー）リング等が挙げられる。ハウジング本体にＯリングを介してハウジング蓋部を装着したとき、Ｏリングは、その断面が圧縮されて潰されることにより、膜蒸留ハウジングと膜蒸留用膜カートリッジとの隙間を埋める機能を有している。このＯリングに柔軟な材料を用いることにより、温度変化によるハウジングとカートリッジの寸法変化量の差を吸収し、膜蒸留モジュールの気密性が維持される。
上記の観点から、シール用部材は、柔軟であることが好ましい。また、シール用部材を介して圧力差が存在する状態で減圧を維持するために、シール用部材は適度な硬さを有することが好ましい。具体的には、タイプＡデュロメータによって測定される押し込み硬さ（デュロメータ硬さ）が、Ａ２０以上Ａ９０以下であることが好ましく、Ａ４０以上Ａ９０以下であることがより好ましい。
【００６８】
シール用部材の構成材料は、例えば、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、及びフッ素含有樹脂から成る群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、耐熱性、耐薬品性、柔軟性等の観点から、オレフィン系ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素含有樹脂等から選択される１種又は２種以上を含むことがより好ましい。
【００６９】
《膜蒸留モジュール》
本実施形態の膜蒸留モジュールでは、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納して構成され、膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部の外側面が、シール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されて、両者間がシールされている。
膜蒸留モジュールの内部は、疎水性多孔質膜、膜固定部、及びシール用部材によって、被処理液が流通する液相部と、被処理液から発生した蒸気が疎水性多孔質膜を通過して拡散して行く気相部と、に分割されている。
本実施形態の膜蒸留モジュールでは、膜固定部の外側面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されることにより、膜蒸留用膜カートリッジが膜蒸留用ハウジング内に固定されている。本明細書では、膜蒸留用膜カートリッジが膜蒸留用ハウジング内に支持及び固定されている、シール用部材近傍の部分を「支持部」と称する。
本実施形態の膜蒸留モジュールでは、この支持部の、膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な断面において、
膜固定部の外周の円換算径をｄＦ（ｍｍ）、固定用樹脂の線膨張係数をｋＦ（１／℃）、膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径をｄＥ（ｍｍ）、膜蒸留用ハウジングがシール用部材と接する部分における膜蒸留用ハウジングを構成する材料の線膨張係数をｋＥ（１／℃）としたとき、下記数式：
【数５】
2020111158.tif 000007
で表される値Ｃが３０℃以上である。
【００７０】
ここで「円換算径」とは、ある平面図形を考えたときに、当該図形と面積が同じ円（換算円）の直径をいう。したがって例えば、膜蒸留用膜カートリッジが円柱状であり、支持部における膜固定部断面が円形である場合には、この膜固定部の円換算径は膜固定部の直径と等しい。膜蒸留用膜カートリッジが正４角柱状であり、支持部における膜固定部断面が１辺の長さがａの正方形である場合、その円換算径ｄは以下のように計算できる。
正方形の面積＝ａ２
換算円の面積＝π×（ｄ／２）２
これらが等しいから、π×（ｄ／２）２＝ａ２
したがって、ｄ＝√｛（４×ａ２）／π｝
具体的には、例えば１辺の長さａ＝３０ｍｍの場合、ｄ＝３３．９ｍｍ；ａ＝５０ｍｍの場合、ｄ＝５６．４ｍｍ；ａ＝１００ｍｍの場合、ｄ＝１１３ｍｍ；ａ＝３００ｍｍの場合、ｄ＝３３９ｍｍと計算でき、支持部における膜固定部断面が正方形である場合、その円換算径ｄは正方形の１辺の長さａよりも少し大きな値（約１．１３倍の値）となる。
【００７１】
上記数式の右辺分子の「ｄＥ−ｄＦ」は、ある温度、例えば室温における、ハウジングの内表面と膜固定部の外周との間の間隙（ｍｍ）を示す。右辺分母のｄＦ（ｋＦ−ｋＥ）は、ハウジングの内表面及び膜固定部の外周において、温度上昇に伴う熱膨張による寸法変化率の差（ｍｍ／℃）を示す。したがって、上記数式によって計算されるＣの値は、温度上昇に伴う熱膨張によって、ハウジングの内表面と膜固定部の外周との間の間隙が埋まるために必要な温度の上昇量（℃）を示している。
なお、ハウジングの内表面と膜固定部の外周との間の間隙が、測定箇所によって異なる場合、ｄＥ及びｄＦの値としては、「ｄＥ−ｄＦ」が最小となる場所の値を用いる。
また、ハウジングが複数種類の材料から構成される場合、ｋEの値としては、ハウジングの内表面のうち、膜固定部に最も近い部分を構成する材料の線膨張係数を用いる。ハウジングの内表面のうち、膜固定部に最も近い部分が複数種類の材料から構成されている場合には、ｋEの値としては、ｋF−ｋE値が最も大きくなるような材料の線膨張係数を用いる。ハウジングの内表面のうち、膜固定部に最も近い部分が複数種類の材料から構成されている場合としては、例えば、ハウジング本体の構成材料とハウジング蓋部の構成材料とが異なる場合等が挙げられる。
【００７２】
膜蒸留が実施される高温条件下においては、膜蒸留用膜カートリッジの固定用樹脂と、ハウジング本体のうちのシール用部材と接する部分との線膨張係数の違いに起因する寸法変化量の差が大きいと、膜蒸留用ハウジングの密閉性を損ねる懸念がある。そのため、膜蒸留モジュールの支持部断面において、膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部と、ハウジング本体のうちのシール用部材と接する部分とのクリアランスが、一定値以上であることが好ましい。具体的には、上記数式で計算される値Ｃが、３０℃以上であることを要し、好ましくは５０℃以上であり、より好ましくは１００℃以上、１２０℃以上、又は１５０℃以上である。一方で、シール用部材による膜蒸留用ハウジングと膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部との間のシールを確実にするために、この値Ｃは、１０，０００℃以下であることが好ましく、より好ましくは５，０００℃以下である。
【００７３】
上記数式で計算される値Ｃの更に好ましい範囲は、ハウジング本体を構成する材料の種類によって異なる。
ハウジング本体が樹脂製である場合、Ｃの更に好ましい範囲は、例えば、２００℃以上、５００℃以上、１，０００℃以上、１，２００℃以上、又は１，５００℃以上であってよく、例えば、３，０００℃以下、２，５００℃以下、又は２，０００℃以下であってよい。
ハウジング本体が金属製である場合、Ｃの更に好ましい範囲は、例えば、５０℃以上、７０℃以上、又は８０℃以上であってよく、例えば、３，０００℃以下、２，５００℃以下、２，０００℃以下、１，５００℃以下、１，２００℃以下、又は１，０００℃以下であってよい。
【００７４】
本実施形態の膜蒸留モジュールでは、膜蒸留用ハウジング内に膜蒸留用膜カートリッジを収納した状態で、
膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部の外側面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されていてもよいし、
膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部の端面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側に突出する顎部に支持されていてもよい。
【００７５】
膜固定部の外側面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されている場合、シール用部材の膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に垂直な方向の長さ（すなわちシール状態におけるシール用部材の厚み）は、十分なシール性を確保する観点から、１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。同様の観点から、この長さは、２０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５ｍｍ以下であり、更に好ましくは１０ｍｍ以下である。
一方、膜固定部の端面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側に突出する顎部に支持されている場合、シール用部材の膜蒸留用膜カートリッジの軸方向と平行な方向の長さは、十分なシール性を確保する観点から、１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。同様の観点から、この長さは、２０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５ｍｍ以下であり、更に好ましくは１０ｍｍ以下である。
【００７６】
疎水性多孔質膜が中空糸状であり、複数の中空糸状疎水性多孔質膜が束にまとめられており、膜蒸留用膜カートリッジ及び膜蒸留用ハウジングがそれぞれ略円柱状の形状を有する場合を例として、膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部の外側面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されている場合の典型例を、図１８に概略断面図として示した。
図１８において、膜蒸留モジュールの支持部における、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）の膜固定部（１２）の外周の円換算径は、符号「ｄＦ」で表される長さである。膜蒸留用ハウジング（２０）の内周の円換算径は、符号「ｄＥ」で表される長さである。ここで、膜蒸留用ハウジング（２０）の内周の円換算径としては、支持部（６０）におけるハウジング本体（３０）の内周の円換算径と、ハウジング蓋部（４０）の内周の円換算径と、のうちの小さい方を採用する。また、ハウジング本体フランジ（３０ａ）の内側若しくはハウジング蓋部フランジ（４０ａ）の内側、又はこれらの双方に切り欠きを有するとき、円換算径の算出にこの切り欠きは考慮されない。このように解することにより、上記数式によってＣ値を計算するに際して、膜蒸留用ハウジングと膜蒸留用膜カートリッジと間のクリアランスを計算に含めることができる。
図１８において、シール用部材（５０）の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）の軸方向に垂直な方向の長さは、符号「ｗ５０」で表される長さである。
なお、ハウジング本体（３０）を構成する材料と、ハウジング蓋部（４０）を構成する材料とが相違する場合、Ｃ値を計算する上記数式における膜蒸留用ハウジング構成材料の線膨張係数（ｋＥ）としては、両者のうちの線膨張係数が小さい方の値を採用する。
【００７７】
疎水性多孔質膜が中空糸状であり、複数の中空糸状疎水性多孔質膜が束にまとめられており、膜蒸留用膜カートリッジ及び膜蒸留用ハウジングがそれぞれ略円柱状の形状を有する場合を例として、膜蒸留用膜カートリッジの膜固定部の端面がシール用部材を介して膜蒸留用ハウジングの内側に突出する顎部に支持されている場合の典型例を、図１９に概略断面図として示した。
図１９では、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）の膜固定部（１２）の端面が、シール用部材（５０）を介して膜蒸留用ハウジング（２０）の内側に突出するハウジング蓋部顎部（４０ｂ）に支持されている。
図１９において、シール用部材（５０）の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）の軸方向に平行な方向の長さは、符号「ｈ５０」で表される長さである。
【００７８】
以下、膜蒸留モジュールの具体的態様について、図を参照しながら説明する。
疎水性多孔質膜が中空糸状であり、複数の中空糸状疎水性多孔質膜が束にまとめられており、膜蒸留モジュールが略円柱状の形状を有する場合を例とする概略断面図として示した。図１（Ａ）は膜蒸留用膜カートリッジの軸方向に平行な方向の断面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００７９】
図１に示された膜蒸留モジュール（１００）は、中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）の束を含み、円柱状の膜蒸留用膜カートリッジ（１０）と、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）を収納する膜蒸留用ハウジング（２０）とを有する。
膜蒸留用膜カートリッジ（１０）は、円柱状の軸方向の両端部に、固定用樹脂によって疎水性多孔質膜（１１）が固定されている膜固定部（１２）を有する。
膜蒸留用ハウジング（２０）は、ハウジング本体（３０）とこれに装着される２個のハウジング蓋部（４０）とを有する。
ハウジング本体（３０）とハウジング蓋部（４０）とは、それぞれが有するハウジング本体フランジ（３０ａ）及びハウジング蓋部フランジ（４０ａ）によって固定されている。このハウジング本体（３０）とハウジング蓋部（４０）との固定部分の近傍に、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）の膜固定部（１２）の外側面がＯリング状のシール用部材（５０）を介して膜蒸留用ハウジングの内側面に支持されることによって、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）が膜蒸留用ハウジング（２０）内に固定されている支持部（６０）を有する。
【００８０】
膜蒸留用ハウジング（２０）の内部は、疎水性多孔質膜（１１）、膜固定部（１２）、及びシール用部材（５０）によって、被処理液が流通する液相部（７０）と、被処理液から発生した蒸気が疎水性多孔質膜（１１）を通過して拡散して行く気相部（８０）と、に分割されている。液相部（７０）は、例えば、ハウジング蓋部（４０）の内部空間、及び中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）の中空部分から構成されていてよい。気相部（８０）は、例えば、ハウジング本体（３０）の内壁、疎水性多孔質膜（１１）の外壁、及び膜固定部（１２）に囲まれた空間であってよい。
ハウジング本体（３０）は、その側面部に、膜蒸留モジュール（１００）の気相部（８０）に連通して、気相部（８０）内の蒸気を膜蒸留モジュール（１００）の外部に取り出すための蒸気取出口（３１）を有している。２つのハウジング蓋部（４０）は、それぞれ、ハウジング蓋部の内部から外部に開口する被処理水流通用蓋部開口部（４１）を有している。
図１において、液相部と気相部とを逆転させ、ハウジング蓋部（４０）の内部空間、及び中空糸状の疎水性多孔質膜（１１）の中空部分を気相部とし、ハウジング本体（３０）の内壁、疎水性多孔質膜（１１）の外壁、及び膜固定部（１２）に囲まれた空間を液相部とする構成も、本発明に包含される。
【００８１】
図１（Ｂ）を参照すると、複数の疎水性多孔質膜（１１）が、互いに間隔を保った状態で束ねられて膜固定部（１２）に固定されている様子が理解できる、複数の疎水性多孔質膜（１１）が、互いに間隔を保った状態で固定されていることにより、疎水性多孔質膜（１１）の間隙は、蒸気の流通が容易な気相部を構成することができる。
図１（Ｂ）には、膜蒸留用ハウジング（２０）の内周の円換算径（ｄＥ）、及び膜固定部（１２）の外周の円換算径（ｄＦ）の長さが示されている。両者の差分（ｄＥ−ｄＦ）は、膜蒸留用ハウジング（２０）と膜固定部（１２）との間のクリアランスの２倍にほぼ等しい。膜蒸留用ハウジング（２０）と膜固定部（１２）との間のクリアランスは、Ｏリング状のシール用部材（５０）で充填されている。
【００８２】
本実施形態の膜蒸留モジュールを用いて、膜蒸留を行うとき、該モジュールに導入されるときの被処理水の温度は、良好な蒸留効率を得る観点から、好ましくは５０℃以上、より好ましくは６５℃以上である。一方、膜蒸留に要する消費エネルギーを抑える観点から、導入時の被処理水温度は、好ましくは９５℃以下、より好ましくは９０℃以下である。
被処理水の温度は、例えば、熱交換器、ヒーター等の熱源により加熱してもよいし、太陽熱、産業プロセス等からの排熱を活用して加熱してもよい。太陽熱又は排熱を利用することが、被処理水の加熱に要する熱エネルギーコストを削減する観点から好ましい。加熱前の被処理水の温度が５０℃以上であれば、排熱を有効利用することができる。
【００８３】
上記のような本実施形態の膜蒸留モジュールは、極めて高い透過水量（Ｆｌｕｘ、蒸留水の収量）を示すことができる。
膜蒸留で実現しうる透過水量（Ｆｌｕｘ）は、被処理水の温度に応じて適宜設定されてよい。しかしながら、蒸留水の生産効率の向上と塩の透過抑制とをバランスさせる観点から、例えば、以下の設定を例示できる。
被処理水（原水）として６５℃、３．５質量％の塩水を用い、該被処理水を、線速１００ｃｍ／秒で有効長が８ｃｍの中空糸状疎水性多孔質膜の内側に接触させ、かつ、疎水性多孔質膜の外側を−９０ｋＰａ（Ｇ）の減圧とする条件下で、１時間連続運転したときの透過水量（Ｆｌｕｘ）は、１０ｋｇ／ｍ２／ｈｒ以上とすることが好ましく、１０ｋｇ／ｍ２／ｈｒ以上１，０００ｋｇ／ｍ２／ｈｒ以下とすることがより好ましい。同条件下で、疎水性多孔質膜の外側に析出する塩（溶質）の量は、０．４ｍｇ／ｃｍ２／ｈｒ以下とすることが好ましい。
Ｆｌｕｘ及び塩の析出量は、それぞれ、下記数式：
Ｆｌｕｘ＝所定時間の運転で得られた蒸留水の質量÷疎水性多孔質膜の面積÷運転時間
塩の析出量＝所定時間の運転で析出した塩の質量÷疎水性多孔質膜の面積÷運転時間
により算出できる。
【００８４】
《膜蒸留装置》
本実施形態の膜蒸留装置は、
本実施形態におけるハウジング本体が冷却体を有さない場合には、本実施形態の膜蒸留モジュール、及び膜蒸留モジュールから発生した蒸気を凝縮するための蒸気凝縮ユニットを具備していてよく、又は
本実施形態におけるハウジング本体が冷却体を有する場合には、蒸気凝縮ユニットは不要であり、本実施形態の膜蒸留モジュールを具備していてよい。ハウジング本体が冷却体を有する場合には、蒸気凝縮ユニットの具備は必須ではないが、これを具備していてもよい。
本実施形態の膜蒸留装置は、膜蒸留モジュール、及び存在する場合には蒸気凝縮ユニットを有し、それ以外に、例えば、凝縮液タンク、圧力調整器、減圧装置等を、更に備えていてよい。
【００８５】
蒸気凝縮ユニットは、膜蒸留モジュールの蒸気取出口と連通する気相部と、膜蒸留モジュールの蒸気取出口から拡散してきた蒸気を凝集するための冷却体とを有していてよい。冷却体は、内部に冷却媒（例えば、冷却水）が流通することによって低温が維持されている。冷却体の構造は、管が集まった構造でもよいし、板が重なった構造でもよい。冷却体部が、蒸気凝縮ユニットの気相部に拡散してきた蒸気に接触すれば、該蒸気は冷却、凝縮されて、蒸留水（透過水）となる。これを凝集液タンクに貯留して、回収することにより、製品の蒸留水を得ることができる。
【００８６】
図２０に、本実施形態の膜蒸留装置の一例を示した。
図２０の膜蒸留装置（５００）は、膜蒸留モジュール（１００）及び蒸気凝縮ユニット（２００）を具備し、膜蒸留モジュール（１００）の気相部は、蒸気取出口（３１）を介して蒸気凝縮ユニット（２００）の気相部と連通している。蒸気凝縮ユニット（２００）は、配管によって凝縮液タンク（２１０）、圧力調整器（２２０）、及び減圧装置（２３０）と連結されている。
【００８７】
膜蒸留モジュール（１００）における膜蒸留用膜カートリッジの機能は上記に説明したとおりである。
蒸気凝縮ユニット（２００）の気相部は、凝縮液タンク（２１０）を介して圧力調整器（２２０）及び減圧装置（２３０）により、適当な減圧に調整されている。蒸気凝縮ユニット（２００）の冷却体は、冷却水（ＣＷ）によって冷却されている。図２０の膜蒸留装置（５００）では、冷却水（ＣＷ）は、蒸気凝縮ユニット（２００）の上部から導入されて、蒸気凝縮ユニット（２００）の内部を下向きに流通し、下部から排出されている。しかし、冷却水（ＣＷ）は、蒸気凝縮ユニット（２００）の下部から導入されて、蒸気凝縮ユニット（２００）の内部を上向きに流通し、上部から排出されてもよい。冷却水（ＣＷ）は、蒸気凝縮ユニット（２００）の内部を上向きに流通させる方が、配管内部の空気の除去が容易であるため、好ましい。
膜蒸留モジュール（１００）の膜蒸留用膜カートリッジによって被処理水（Ａ）から発生した蒸気は、蒸気取出口（３１）を介して蒸気凝縮ユニット（２００）の気相部に拡散して行く。そして、拡散していった蒸気が蒸気凝縮ユニット（２００）の冷却体に触れると、凝縮されて凝縮水となり、凝集液タンクに貯留され、製品の蒸留水（Ｓ）として所定の用途に供される。
なお、図２０中の符号「Ｅ」は減圧装置（２３０）からの排気を示す。
【００８８】
図２１に、本実施形態の膜蒸留装置の別の一例を示した。
図２１の膜蒸留装置（６００）は、膜蒸留モジュール（１１０）を具備する。この膜蒸留モジュール（１１０）の膜蒸留用ハウジングは、図１６に示した膜蒸留用ハウジングのように、冷却体（３５）を有する。膜蒸留モジュール（１１０）は、膜蒸留用膜カートリッジの気相部が蒸気通過部（３８）を介して冷却体（３５）の気相部と連通するように構成されている。膜蒸留装置（６００）は、冷却体（３５）側の下方に蒸留水取出口（３６）を有し、冷却体（３５）側の上方に排気口（３７）が設置されている。蒸留水取出口（３６）及び排気口（３７）は、それぞれ、配管によって凝縮液タンク（２１０）、圧力調整器（２２０）、及び減圧装置（２３０）と連結されている。
【００８９】
膜蒸留モジュール（１１０）における膜蒸留用膜カートリッジの機能は上記に説明したとおりである。
膜蒸留装置（６００）の冷却体（３５）の気相部は、凝縮液タンク（２１０）を介して圧力調整器（２２０）及び減圧装置（２３０）により、適当な減圧に調整されている。冷却体（３５）は、冷却水（ＣＷ）によって冷却されている。図２１の膜蒸留装置（６００）では、冷却水（ＣＷ）は、冷却体（３５）の上部から導入されて、冷却体（３５）の内部を下向きに流通し、下部から排出されているが、この方向は逆でもよい。
膜蒸留モジュール（１１０）の膜蒸留用膜カートリッジによって被処理水（Ａ）から発生した蒸気は、蒸気通過部（３８）を介して冷却体（３５）の気相部に拡散して行く。そして、拡散していった蒸気が冷却体（３５）に触れると、凝縮されて凝縮水となり、凝集液タンクに貯留され、製品の蒸留水（Ｓ）として所定の用途に供される。
図２１中の符号「Ｅ」は減圧装置（２３０）からの排気を示す。
【００９０】
冷却媒は、冷却体の内部を流れ、蒸気を冷却して凝縮させることができるものであれば特に限定されない。冷却媒としては、冷却水が好適であり、例えば、水道水、工業用水、河川水、井水、湖沼水、海水、産業廃水（食品工場、化学工場、電子産業工場、製薬工場、清掃工場等からの廃水）の他、石油、天然ガス生産時に排出される随伴水等が挙げられる。膜蒸留に供される被処理水を冷却媒として使用してもよい。冷却媒は、冷却及び凝縮効率の観点から、膜蒸留モジュールに導入される時点の被処理水の温度に比べて、２℃以上低い温度であることが好ましく、より好ましくは５℃以上低い温度である。冷却媒は、熱交換器、ヒーター等の熱源により加熱して用いてもよい。好ましい態様において、冷却媒は、蒸気の流通方向と対向方向に流通する。
【００９１】
減圧装置としては、例えば、ダイアフラム真空ポンプ、ドライポンプ、油回転真空ポンプ、エジェクタ、アスピレーター等が挙げられる。圧力調整器を含む圧力制御方法としては、真空レギュレーター、リークバルブ等を用いる方法、電子式真空コントローラー及び電磁弁を用いる方法等が挙げられる。
膜蒸留装置の気相部圧力は、減圧装置の減圧に要する消費エネルギーを抑える観点から、好ましくは１ｋＰａ以上、より好ましくは５ｋＰａ以上であり、効率的な造水量を得る観点から、被処理水導入地点の被処理水温度における水の飽和蒸気圧以下であることが好ましい。
【００９２】
《疎水性多孔質膜の洗浄》
本実施形態の膜蒸留モジュールを用いて膜蒸留の運転を長時間続けると、被処理水に含まれる無機塩、有機物、微粒子、油分、金属等が、疎水性多孔質膜の液相部側（被処理水側）の上に析出、付着して、多孔質膜の貫通孔が閉塞（目詰まり）し、蒸留水の生産効率が低下することがある。その場合、運転を一旦中断して、疎水性多孔質膜を洗浄して生産効率を回復することができる。
疎水性多孔質膜の洗浄は、目詰まりの原因となった析出物を溶解し得る洗浄液を、多孔質膜と接触させることによって行うことができる。具体的には例えば、洗浄液を疎水性多孔質膜の表面、膜内部に高流速で流す等の方法により、洗浄してよい。
【００９３】
洗浄液は、析出物の種類に応じて適宜に選択されてよい。析出物が無機塩、金属等の場合、洗浄液として酸性水等を用いることができる。具体的には例えば、析出物がスケールとして一般的な炭酸カルシウムの場合、洗浄液として塩酸、クエン酸水溶液等を用いてよい。析出物が、有機物微生物（スライム）等の場合、洗浄液としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いてよい。析出物が、微粒子の場合、適当な溶媒を高流速で流すことにより、多孔質膜の表面から微粒子を物理的に排除してもよい。
【００９４】
疎水性多孔質膜の細孔内に付着した析出物を洗浄する場合には、例えば、多孔質膜をアルコール又はアルコールと水との混合溶液で濡らした後、適当な溶媒を流す方法によって洗浄することができる。このとき、多孔質膜の厚み方向に対して圧力をかけながら溶媒を流すことにより、細孔内の洗浄を行うことができる。或いは、被処理水として精製水を用いて膜蒸留を行うことにより、析出物を細孔内から膜表面に移動させ、次いで膜表面を洗浄する手法によってもよい。
【００９５】
疎水性多孔質膜の洗浄は、膜蒸留用膜カートリッジを膜蒸留用ハウジングに取り付けたまま行ってもよい。しかし、膜蒸留用膜カートリッジを膜蒸留用ハウジングから取り外したうえで洗浄することにより、洗浄操作をより簡便にすることができる。
【００９６】
《膜蒸留の用途》
本実施形態に係る膜蒸留モジュール、及びこれを含む膜蒸留装置は、被処理水に含まれるイオン、有機物、無機物等を高度に除去して精製する用途、又は被処理水から水を除去して濃縮する用途に好適に用いることができる。これらの用途の具体例として、例えば、海水淡水化、船舶用水製造、超純水製造（半導体工場等）、ボイラー水製造（火力発電所等）、燃料電池システム内水処理、産業廃水処理（食品工場、化学工場、電子産業工場、製薬工場、清掃工場等）、透析用水製造、注射用水製造、随伴水処理（例えば、重質油、シェールオイル、シェールガス、コールシームガス、その他の天然ガス等の採掘時の随伴水）、海水からの有価物回収等が挙げられる。
【００９７】
《他の技術との組み合わせ》
本実施形態に係る膜蒸留モジュール、及びこれを含む膜蒸留装置は、他の水処理技術と組み合わせた複合システムとして使用してもよい。例えば、ＲＯ（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ、逆浸透）法で処理した際に生成する濃縮水を、本実施形態に係る膜蒸留装置を用いて更に精製することにより、水の回収率をより高めることができる。また、ＦＯ（Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｏｓｍｏｓｉｓ、正浸透）法で使用するＤＳ（Ｄｒａｗ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ、誘導溶液）の回収手段として本実施形態に係る膜蒸留モジュール、及びこれを含む膜蒸留装置を使用することができる。
【実施例】
【００９８】
以下、実施例の形式により、本発明の構成と効果を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。【００９９】
《多孔質中空糸膜の諸物性の測定》
［外径、内径、及び膜厚］
多孔質中空糸膜の外径及び内径は、中空糸膜を、その長手方向に垂直な方向にカミソリで薄く切り、顕微鏡を用いて断面の外径及び内径をそれぞれ測定した。膜厚は下記数式（１）により算出した。
【数６】
2020111158.tif 000008
【０１００】
［平均孔径］
多孔質中空糸膜の平均孔径は、ＡＳＴＭ：Ｆ３１６−８６に記載されている平均孔径の測定方法（別称：ハーフドライ法）により測定した。
測定は、約１０ｃｍ長の多孔質中空糸膜に対し、液体としてエタノールを用いて、２５℃、昇圧速度０．０１ａｔｍ／秒の標準測定条件において行った。
平均孔径は、下記数式（２）により求めた。
平均孔径［μｍ］＝２，８６０×（使用液体の表面張力［ｄｙｎｅ／ｃｍ］）／（ハーフドライ空気圧力［Ｐａ］）      （２）
ここで、エタノールの２５℃における表面張力としては、２１．９７ｄｙｎｅ／ｃｍの値を用いた。【０１０１】
［最大孔径］
多孔質中空糸膜の最大孔径は、バブルポイント法を用いて測定した。長さ８ｃｍの多孔質中空糸膜の一方の末端を閉塞し、他方の末端に圧力計を介して窒素ガス供給ラインを接続した。この状態で窒素ガスを供給してライン内部を窒素に置換した後、多孔質中空糸膜をエタノールに浸漬した。このとき、エタノールがライン内に逆流しないように、ラインに極僅かに窒素で圧力をかけた状態として、多孔質中空糸膜をエタノール中に浸漬した。多孔質中空糸膜を浸漬した状態で、窒素ガスの圧力をゆっくりと増加させ、多孔質中空糸膜の外壁から窒素ガスの泡が安定して出始めた圧力Ｐを記録した。この値から、多孔質中空糸膜の最大孔径ｄ［μｍ］を、下記数式（３）：
ｄ＝Ｃ１γ／Ｐ      （３）
｛式中、Ｃ１は定数、γは表面張力［ｄｙｎｅ／ｃｍ］、Ｐは圧力［Ｐａ］である。｝により算出した。エタノールを浸漬液としたときの定数Ｃ１と表面張力γとの積の値は、Ｃ1γ＝０．０８７９［Ｎ／ｍ］とした。【０１０２】
［空隙率］
多孔質中空糸膜の空隙率は、下記に記載の方法により求めた。
中空糸膜を一定長さに切り、その重量を測定し、空隙率を下記数式（４）：
【数７】
2020111158.tif 000009
により求めた。【０１０３】
《膜蒸留の実施》
実施例１〜１１及び比較例１における膜蒸留は、図２０に示した構成の膜蒸留装置によって行った。
膜蒸留モジュール（１００）中の膜蒸留用膜カートリッジとしては、各実施例及び比較例に記載のとおりの構成とし、蒸気凝縮ユニット（２００）の出口は、配管によって凝縮液タンク（２１０）に連結されている。そして、凝縮液タンク（２１０）の気相部を、圧力調整器（２２０）を介して減圧装置（２３０）と連結することにより、系内の圧力調整を行った。
膜蒸留モジュール（１００）内の疎水性多孔質中空糸膜の中空内腔に、被処理水（Ａ）として９０℃に温度調整された模擬海水（３．５質量％塩化ナトリウム水溶液）を５Ｌ／ｍｉｎの流量で循環させた。蒸気凝縮ユニット（２００）には３０℃の冷却水（ＣＷ）を１０Ｌ／ｍｉｎの流量で循環させた。そして、系内の圧力を−７０ｋＰａＧに調整して、膜蒸留を行った。
膜蒸留による被処理水の体積減少分は、随時回収溶媒（Ｓ）（蒸留水）を添加することによって補填した。【０１０４】
実施例１２〜１４及び比較例２における膜蒸留は、図２１に示した構成の膜蒸留装置によって行った。
膜蒸留用膜カートリッジとしては、各実施例及び比較例に記載のとおりの構成とし、それ以外の実施態様については、上記の実施例１等と同じにした。【０１０５】
［Ｆｌｕｘの測定］
膜蒸留を行い、積算流量計を用いて凝縮液タンク（２１０）に流入した蒸留水の重量を測定し、下記数式（５）：
Ｆｌｕｘ＝運転時間１時間の膜蒸留で得られた蒸留水の重さ÷膜面積÷運転時間（１時間）      （５）
に従ってＦｌｕｘを算出した。【０１０６】
《実施例１》
［多孔質中空糸膜の疎水化］
内径０．７ｍｍ、外径１．３ｍｍ、ＡＳＴＭ−Ｆ３１６−８６から求めた平均孔径０．２１μｍ、最大孔径０．２９μｍ、空隙率７２％、画像解析により求めた表面開口率２８％のＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製の多孔質中空糸膜５００本を長さ５０ｃｍに切出した。この多孔質中空糸膜を、フロロテクノロジー社製のフッ素樹脂系撥水剤ＦＳ−３９２Ｂ（０．５重量％）に一度完全に浸漬した後に、引き上げ、乾燥を行うことにより、多孔質中空糸膜の内側及び外側表面に疎水性ポリマーを塗布して、多孔質中空糸膜の疎水化を行い、中空糸状の疎水性多孔質膜（以下、単に「中空糸膜」という。）を得た。【０１０７】
［カートリッジの作製］
図９に示した構成の膜蒸留用膜カートリッジを作製した。ここで、棒状体（１７）としては、外径６ｍｍΦ、内径５ｍｍΦ、長さ３４０ｍｍのステンレス製パイプ２本を使用し、側芯棒として機能させた。
上記の中空糸膜５００本を束ね、その側面外周部を、繊維径１００μｍ、縦３５０ｍｍ×横２００ｍｍのネットで覆い、その両端を側芯棒とともに、熱硬化性エポキシ樹脂から成る固定用樹脂を用いて遠心接着の手法により固定して、膜固定部を形成した。このとき、ネットの端部は片端当たり２５ｍｍずつ、ステンレス製パイプの端部は片端当たり２０ｍｍずつ、それぞれ膜固定部内に埋没させた。その後、中空糸膜束両端のはみ出し分とともに、膜固定部の両端を５ｍｍずつ切断して、膜固定部の縦方向の長さを片端当たり３０ｍｍに調整した。
ネットで被覆した後の中空糸の束の側面外周部を、不織布（通気度５．０ｍＬ／ｃｍ２・ｓｅｃ、縦２９０ｍｍ×横１００ｍｍのポリプロピレン製不織布）で覆った後、タコ糸で縛って固定することにより、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）を作製した。
得られたカートリッジの全長は３６０ｍｍ、カートリッジ両端の膜固定部の外径は６０ｍｍΦ、膜固定部の厚みは３０ｍｍ、両端の膜固定部間の距離（中空糸膜の有効長）は３００ｍｍ、中空糸膜束の充填率は２４％、中空糸膜の有効膜面積は０．３３ｍ２であった。また、このカートリッジの膜固定部における固定用樹脂の線膨張係数は、８０×１０−６［１／℃］であった。【０１０８】
［モジュールの作製］
ハウジングとしては、太さの異なる２種のポリカーボネート（ポリカ）管を用い、空気の層を保温層として含む、ポリカーボネート／空気／ポリカーボネートから成る３層構造のハウジング本体、及び上下２つのハウジング蓋部から成るハウジングを用いた。このハウジングの、カートリッジ挿入部の内径は６１ｍｍΦであり、当該部分の線膨張係数は７０×１０−６［１／℃］であった。このハウジングは、外周側面に、面積０．００３０ｍ２（概ね５．５ｃｍ四方）の蒸気取出口が開口している。
上記［カートリッジの作製］で得られた膜蒸留用膜カートリッジ（１０）を、その膜固定部に、シール用部材としてＰ−６０規格、デュロメータ硬さＡ７０のＦＫＭ（フッ化ビニリデン系ゴム）製Ｏリングを装着した状態で、ハウジングに挿入し、ハウジング蓋部を装着して固定することにより、膜蒸留モジュールを作製した。【０１０９】
［膜蒸留の実施及び評価］
上記［モジュールの作製］で得られた膜蒸留モジュールを使用して、図２０に示した構成の膜蒸留装置を組み立て、上記の方法に従って膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３３ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた回収溶媒（蒸留水）の導電率は、２５℃において３．０μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２８ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において８．０μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例１の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１０】
《実施例２》
［カートリッジの作製］において、カートリッジケースとして、外径６０ｍｍΦ、内径５５ｍｍΦ、長さ７０ｍｍのポリスルホン製のパイプ２本を使用した以外は、実施例１と同様の方法で膜蒸留用膜カートリッジを作製した。
カートリッジケースは、２本のパイプが中空糸束の軸方向両端部をそれぞれ覆い、中空糸束の中央部が長さ２３０ｍｍにわたって覆われないように配置し、軸方向両端側の各パイプ端部が膜固定部によりそれぞれ固定されるように配置した（カートリッジケースの端部３０ｍｍは、膜固定部中に埋没している）。
得られたカートリッジのサイズは、実施例１と同じであり、ただし、カートリッジケースのカートリッジケース開口部の面積は０．０４３ｍ２であった。また、このカートリッジの膜固定部の線膨張係数は、８０×１０−６［１／℃］であった。
得られた膜蒸留用膜カートリッジを用いた以外は、実施例１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立て、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３１ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において２．５μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２７ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において６．０μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例２の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１１】
《実施例３》
ハウジングとして、ハウジング本体におけるカートリッジ挿入部の内径が６１ｍｍΦのチタン製ハウジングを用いた以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製した。ここで使用したハウジングのカートリッジ挿入部の線膨張係数は８．５×１０−６［１／℃］であった。
得られた膜蒸留モジュールを用いて膜蒸留装置を組み立て、膜蒸留を行った。
蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３０ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において２．０μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２５ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において５．０μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例３の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１２】
《実施例４》
［モジュールの作製］において、図１７に示したハウジング蓋部顎部を有するハウジング蓋部を２つ有する膜蒸留用ハウジングを用い、シール用部材としてＰ−５０Ａ規格、デュロメータ硬さＡ７０のＦＫＭ製Ｏリングを用いた以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて膜蒸留を行った。
蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３３ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において５．０μＳ／ｃｍであった。また、蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２６ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において６．４μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例４の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１３】
《実施例５》
［カートリッジの作製］において、棒状体として、側芯棒として機能するステンレス製パイプ２本の代わりに、側面に直径５ｍｍΦの孔が２０ｍｍ間隔で計３０個設置された、外径２０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ３４０ｍｍ、中空有孔のステンレス製パイプ１本を使用し、中空糸膜束の中央に設置した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留用膜カートリッジを作製した。得られたカートリッジにおいて、ステンレス製パイプの端部は片端当たり２０ｍｍずつ、膜固定部内に埋没している。
得られた膜蒸留用膜カートリッジを用いた以外は、実施例１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立て、膜蒸留を行った。
蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３４ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において４．３μＳ／ｃｍであった。また、蒸留開始後１，０００時間経過から１時間Ｆｌｕｘは２９ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において６．２μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例５の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１４】
《実施例６》
［カートリッジの作製］において、棒状体として、側芯棒として機能するステンレス製パイプ２本の代わりに、厚さ（横幅）５ｍｍ、縦幅４０ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、空隙率９０体積％のポリプロピレン製スポンジを使用し、中空糸膜束の中央に設置した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留用膜カートリッジを作製した。得られたカートリッジにおいて、ポリプロピレン製スポンジの端部は片端当たり３０ｍｍずつ、膜固定部内に埋没している。
得られた膜蒸留用膜カートリッジを用いた以外は、実施例１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立て、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３５ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において５．０μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２８ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において５．５μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例６の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１５】
《実施例７》
実施例１と同様の方法で中空糸状の疎水性多孔質膜（以下、「中空糸膜」）を得た。該中空糸膜を１００本の束にまとめ、ネットで束ねた小束を５束用意した。これら５束の小束を、小束内の中空糸膜間の距離０．２ｍｍ、小束の短径１０ｍｍ、各小束間の距離５ｍｍとなるように、側芯棒及びカートリッジケースとともに膜固定部に固定すること以外は、実施例２と同様の方法で膜蒸留用膜カートリッジを作製した。
得られた膜蒸留用膜カートリッジを用いた以外は、実施例１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３４ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において３．８μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２７ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた膜蒸留水の導電率は２５℃において７．０μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例７の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１６】
《実施例８》
ハウジングの蒸気取出口に、デミスターとして空隙率９０体積％のステンレスウールを設置した以外は実施例２と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３０ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において２．２μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１，０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２２ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において４．３μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例８の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を良好に維持できることが検証された。【０１１７】
《実施例９》
ハウジングの蒸気取出口の面積を０．００２０ｍｍ２としたこと以外は実施例１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは１８ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において７．０μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１,０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは１５ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において９．２μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例９の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を維持できることが検証された。【０１１８】
《実施例１０》
［カートリッジの作製］において、膜固定用樹脂として、熱硬化性ウレタン樹脂から成る固定用樹脂を用いた以外は、実施例１と同様の方法で膜蒸留カートリッジを作製した。
得られた膜蒸留用膜カートリッジを用いて、Ｐ−６０規格、デュロメータ硬さＡ４０のシリコーン製Ｏリングを用いた以外は、実施例３と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３１ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において２．８μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１,０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２８ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において６．５μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例１０の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を維持できることが検証された。【０１１９】
《比較例１》
比較例１では、接着樹脂によって中空糸膜束を膜蒸留用ハウジングの内側に直接固定する構造の膜蒸留モジュールを作製し、評価を行った。
膜蒸留用ハウジングとして、外径６０ｍｍΦ、内径５４ｍｍΦ、長さ３６０ｍｍ、蒸気取出口の面積０．００３０ｍｍ２であるステンレス（ＳＵＳ）製ハウジングを用い、接着樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂を使用し、中空糸膜束の両端を遠心接着によりハウジングに固定することにより、膜蒸留モジュールを作製した。この膜蒸留モジュールにおいて、接着剤の線膨張係数は８０×１０−６［１／℃］であり、ハウジングの線膨張係数は１７×１０−６［１／℃］であった。
この膜蒸留モジュールを用いて膜蒸留装置を組み立て、膜蒸留を実施した。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３０ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において７．０μＳ／ｃｍであった。しかしながら膜蒸留開始から２５０時間経過したときに、ハウジングと接着層との界面で剥離が発生し被処理水が透過側に漏れ出たため、運転を終了した。【０１２０】
《実施例１１》
膜蒸留用膜カートリッジとしては、実施例１の膜蒸留用膜カートリッジと同じタイプのものを使用した。
Ｇ−６０規格、デュロメータ硬さＡ７０のＦＫＭ製Ｏリングを用いて、この膜蒸留用膜カートリッジを膜蒸留用ハウジングに収納して、膜蒸留モジュールを作製した。
本実施例で用いた膜蒸留ハウジングは、ハウジング本体、及び上下２つのハウジング蓋部から成る。ハウジング本体は、膜蒸留用膜カートリッジ収納部の他に、冷却体を有しており、膜蒸留用膜カートリッジの気相部と、冷却体の気相部とが、蒸気通過部を介して連結された構造を有するものを用いた。
膜蒸留ハウジングの膜蒸留用膜カートリッジ収納部は、内径１４０ｍｍΦ、厚さ５ｍｍΦ、長さ３１０ｍｍのポリカーボネート（ポリカ）管から構成されるものとした。冷却体は、外径１．２ｍｍΦ、厚さ０．２ｍｍ、有効長３００ｍｍのＳＵＳ３０４製パイプ３６０本から構成されており、その総伝熱面積は、０．４１ｍ２であった。また、蒸気通過部の面積は、０．０４３４０ｍ２（概ね１４ｃｍ×３１ｃｍ）であった。
このハウジングの、膜蒸留用膜カートリッジ挿入部の内径は６１ｍｍΦであり、当該部分の線膨張係数は７０×１０−６［１／℃］であった。【０１２１】
得られた膜蒸留モジュールを用いて膜蒸留装置を組立て、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３７ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において５．４μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１,０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは３０ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において７．６μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例１１の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を維持できることが検証された。【０１２２】
《実施例１２》
シール用部材として、Ｇ−６０規格、デュロメータ硬さＡ９０のＮＢＲ製Ｏリングを用いること以外は実施例１１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３５ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において４．８μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１,０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２９ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において７．３μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例１２の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を維持できることが検証された。【０１２３】
《実施例１３》
シール用部材として、Ｇ−６０規格、デュロメータ硬さＡ７０のＥＰＤＭ製Ｏリングを用い、ハウジング本体の膜蒸留用膜カートリッジ収納部に内径１４０ｍｍΦ、厚さ３ｍｍΦ、長さ３１０ｍｍのＳＵＳ３０４製パイプを用いたこと以外は実施例１１と同様の方法で膜蒸留モジュールを作製し、膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を行った。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは３３ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において３．２μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１,０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２６ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において５．５μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例１３の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を維持できることが検証された。【０１２４】
《実施例１４》
実施例１と同様の多孔質中空糸膜５，０００本を長さ８０ｃｍに切り出し、実施例１と同様の方法で疎水化を行い、中空糸状の疎水性多孔質膜（中空糸膜）を得た。【０１２５】
［カートリッジの作製］
図９に示した構成の膜蒸留用膜カートリッジを作製した。ここで、棒状体（１７）としては、外径８ｍｍΦ、内径６ｍｍΦ、長さ６００ｍｍのステンレス製パイプ６本を使用し、側芯棒として機能させた。
上記の中空糸膜５，０００本を束ね、その側面外周部を、繊維径１００μｍ、縦６００ｍｍ×横６００ｍｍのネットで覆い、その両端を側芯棒とともに、熱硬化性エポキシ樹脂から成る固定用樹脂を用いて遠心接着の手法により固定して、膜固定部を形成した。このとき、ネットの端部とステンレス製パイプの端部は片端当たり５０ｍｍずつ、それぞれ膜固定部内に埋没させた。その後、中空糸膜束両端のはみ出し分とともに、膜固定部の両端を５ｍｍずつ切断して、膜固定部の縦方向の長さを片端当たり１００ｍｍに調整した。
ネットで被覆した後の中空糸の束の側面外周部を、不織布（通気度５．０ｍＬ／ｃｍ２・ｓｅｃ、縦４９０ｍｍ×横６００ｍｍのポリプロピレン製不織布）で覆った後、タコ糸で縛って固定することにより、膜蒸留用膜カートリッジ（１０）を作製した。
得られたカートリッジの全長は７００ｍｍ、カートリッジ両端の膜固定部の外径は１３０ｍｍΦ、膜固定部の厚みは１００ｍｍ、両端の膜固定部間の距離（中空糸膜の有効長）は５００ｍｍ、中空糸膜束の充填率は５０％、中空糸膜の有効膜面積は５．５０ｍ２であった。また、このカートリッジの膜固定部における固定用樹脂の線膨張係数は、８０×１０−６［１／℃］であった。【０１２６】
Ｐ−１３０規格、デュロメータ硬さＡ７０のＥＰＤＭ製Ｏリングを用いて、この膜蒸留用膜カートリッジを膜蒸留用ハウジングに収納して、膜蒸留モジュールを作製した。
本実施例で用いた膜蒸留ハウジングは、ハウジング本体、及び上下２つのハウジング蓋部から成る。ハウジング本体は、膜蒸留用膜カートリッジ収納部の他に、冷却体を有しており、膜蒸留用膜カートリッジの気相部と、冷却体の気相部とが、蒸気通過部を介して連結された構造を有するものを用いた。
膜蒸留ハウジングは、ハウジング本体、及び上下２つのハウジング蓋部から成る。ハウジング本体は、膜蒸留用膜カートリッジ収納部の他に、冷却体を有しており、膜蒸留用膜カートリッジの気相部と、冷却体の気相部とが、蒸気通過部を介して連結された構造を有するものを用いた。
膜蒸留ハウジングの膜蒸留用膜カートリッジ収納部は、ＳＵＳ３０４管から構成されるものとした。冷却体は、外径１７．３ｍｍΦ、厚さ１．２ｍｍ、長さ５００ｍｍのＳＵＳ３０４製パイプ１３９本から構成されており、その総伝熱面積は３．８４ｍ２であった。また、蒸気通過部の面積は、０．１００ｍ２（概ね２０ｃｍ×５０ｃｍ）であった。
このハウジングの、膜蒸留用膜カートリッジ挿入部の内径は１３６ｍｍΦであり、当該部分の線膨張係数は１４×１０−６［１／℃］であった。【０１２７】
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは２５ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において４．６μＳ／ｃｍであった。また、膜蒸留開始後１,０００時間経過から１時間のＦｌｕｘは２１ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において７．２μＳ／ｃｍであった。
以上の結果から、実施例１４の膜蒸留モジュールは、１，０００時間の運転後にも、その機能を維持できることが検証された。【０１２８】
《比較例２》
［カートリッジの作製］において、膜固定用樹脂として、熱硬化性ウレタン樹脂から成る固定用樹脂を用い、膜固定部の外径を１３５．４ｍｍΦ、中空糸膜束の充填率を４６．１％としたこと以外は実施例１４と同様の方法で膜蒸留カートリッジを作製し、これを用いて実施例１４と同様の方法で膜蒸留装置を組み立てて、膜蒸留を実施した。
膜蒸留開始から１時間のＦｌｕｘは２９ｋｇ／ｍ２／ｈであり、得られた蒸留水の導電率は２５℃において４．４μＳ／ｃｍであった。しかしながら膜蒸留開始から４６０時間経過したときに、接着層に亀裂が発生して被処理水が透過側に漏れ出たため、運転を終了した。【０１２９】
以上の結果を下記表１〜５にまとめて示す。
【表１】
2020111158.tif 000010
【０１３０】
【表２】
2020111158.tif 000011
【０１３１】
【表３】
2020111158.tif 000012
【０１３２】
【表４】
2020111158.tif 000013
【０１３３】
【表５】
2020111158.tif 000014
【符号の説明】
【０１３４】
１０    膜蒸留用膜カートリッジ
１１    疎水性多孔質膜
１１ａ    中空糸状疎水性多孔質膜の小束
１２    膜固定部
１３    カートリッジケース
１４    カートリッジケース開口部
１５    ネット
１６    不織布
１７    棒状体
１８    液相部スペーサー
１９    気相部スペーサー
２０    膜蒸留用ハウジング
３０    ハウジング本体
３０ａ    ハウジング本体フランジ
３０ｂ    ハウジング本体顎部
３１    蒸気取出口
３２    デミスター
３３    保温層
３４    被処理水流通用ハウジング本体開口部
３５    冷却体
３５ａ    配管
３５ｂ    開口部
３６    蒸留水取出口
３７    排気口
３８    蒸気通過部
４０    ハウジング蓋部
４０ａ    ハウジング蓋部フランジ
４０ｂ    ハウジング蓋部顎部
４１    被処理水流通用蓋部開口部
５０    シール用部材
６０    支持部
７０    液相部
８０    気相部
１００、１１０、１２０    膜蒸留モジュール
２００    蒸気凝縮ユニット
２１０    凝縮液タンク
２２０    圧力調整器
２３０    減圧装置
５００、６００、７００    膜蒸留装置
Ａ    被処理水
Ａ’    蒸留後の被処理水
Ｂ    被処理水から分離された蒸気
Ｂ＊    被処理水から分離され、疎水性多孔質膜を通過して気相部に拡散して行く蒸気
ＣＷ    冷却水
Ｅ    排気
ＬＥＦＦ    有効長
ＬＡＬＬ    全長
Ｌ１７    棒状体の長さ
Ｓ    回収溶媒
ｄＥ    膜蒸留用ハウジングの内周の円換算径
ｄＦ    膜固定部の外周の円換算径
ｄ１１ａ    中空糸状疎水性多孔質膜の小束直径
ｈ５０    シール用部材５０の縦方向の高さ
ｗ５０    シール用部材５０の横方向の幅
【図１】
2020111158.tif 000018
【図２】
2020111158.tif 000019
【図３】
2020111158.tif 000020
【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】
2020111158.tif 000025
【図９】
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【図１０】
2020111158.tif 000027
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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