JP7003685B2 - 濾過モジュール - Google Patents

Description

本発明は、濾過モジュールに関する。

様々な被処理液を濾過するために、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜を筒状のケーシングに収容し、ケーシングの一方の端部に設けられる被処理液ノズルから被処理液をケーシング内に供給し、ケーシングの他方の端部に設けられる濾過液ノズルから中空糸膜の内部空間に透過した濾過液を排出し、ケーシングの他方の端部近傍の側面に設けられる濃縮液ノズルから被処理液を濃縮した濃縮液を排出するいわゆるクロスフロー式の濾過モジュールが使用されている。

このような濾過モジュールでは、ケーシングの濃縮液ノズルが配設される領域の内側に、多数の整流孔を形成した整流筒を中空糸膜の束を取り囲むように配置して中空糸膜が濃縮液ノズルに引き込まれないようにしている（特許第５２６２１１１号公報参照）。

特許第５２６２１１１号公報

上記公報に開示されるような整流筒を設けた濾過モジュールでは、被処理液が繊維状の夾雑物を含む場合、夾雑物が絡みついて整流筒の整流孔が閉塞するおそれがある。一度、夾雑物により整流孔が閉塞すると、濾過モジュールを分解することなく夾雑物を取り除くことは容易ではない。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、夾雑物によって流路が閉塞しても、容易に夾雑物を取り除くことができる濾過モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る濾過モジュールは、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜と、これらの複数本の中空糸膜を格納する筒状に形成され、側面に濃縮液を排出する濃縮液ノズルを有するケーシングと、上記濃縮液ノズルに挿入され、上記中空糸膜が上記濃縮液ノズル内に進入することを防止する引込阻止部材とを備える。

本発明の一態様に係る濾過モジュールは、夾雑物によって流路が閉塞しても、容易に夾雑物を取り除くことができる。

図１は、本発明の一実施形態の濾過モジュールを示す模式的断面図である。 図２は、図１の濾過モジュールの引込阻止部材の模式的拡大斜視図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る濾過モジュールは、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜と、これらの複数本の中空糸膜を格納する筒状に形成され、側面に濃縮液を排出する濃縮液ノズルを有するケーシングと、上記濃縮液ノズルに挿入され、上記中空糸膜が上記濃縮液ノズル内に進入することを防止する引込阻止部材とを備える。

当該濾過モジュールは、上記中空糸膜が上記濃縮液ノズル内に進入することを防止する上記引込阻止部材が上記濃縮液ノズルに挿入されるよう構成されていることによって、被処理液中の夾雑物により上記引込阻止部材が閉塞した場合には、この引込阻止部材を上記濃縮液ノズルから引き抜いてクリーニングすることができるので、容易に夾雑物を取り除いて濾過能力を回復することができる。

上記引込阻止部材が、上記濃縮液ノズルの内側に配置される内筒部と、この内筒部の先端を封止するドーム状に形成され、上記濃縮液を通過させる複数の開口を有する封止部とを有し、上記封止部が上記ケーシング内に突出し、上記複数の開口が上記封止部の先端に向かって延びる長穴状に形成されてもよい。この構成によれば、上記引込阻止部材が上記濃縮液ノズルの内側に配置される内筒部を有することによって、封止部をケーシングの内側に配置することができ、濃縮液の流れによる中空糸膜の濃縮液ノズル内への引き込みをより確実に防止することができる。また、上記引込阻止部材が上記内筒部の先端を封止するドーム状に形成されることによって、上記濃縮液を通過させる複数の開口の合計面積を大きくして十分な流路面積を確保することができる。さらに、上記複数の開口が上記封止部の先端に向かって延びる長穴状に形成されることによって、前記開口に中空糸膜が接触することがあっても、開口が延びる方向と中空糸膜が延びる方向とが異なる方向となるため、中空糸膜が開口内に引き込まれにくく、開口を閉塞しにくい。

上記長穴状の開口が上記封止部の先端に向かって長手方向に並んで複数形成されてもよい。このように、上記長穴状の開口が上記封止部の先端に向かって長手方向に並んで複数形成されることによって、上記複数の開口の合計面積を大きくすることができる。

上記封止部が突出方向先端に上記開口が存在しない領域を有してもよい。このように、上記封止部が、上記中空糸膜を引き込んで閉塞し易い突出方向先端に上記開口が存在しない領域を有することによって、上記中空糸膜を引き込むことをより確実に防止すると共に上記封止部の強度を確保することがより簡単となる。

上記引込阻止部材が上記濃縮液ノズルの外側端部に係止される係止部を有してもよい。このように、上記引込阻止部材が上記濃縮液ノズルの外側端部に係止される係止部を有することによって、上記封止部を容易且つ確実に適切な位置に配置することができるので、中空糸膜の引き込みをより確実に防止できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る濾過モジュールの各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

図１に、本発明の一実施形態に係る濾過モジュールを示す。当該濾過モジュールは、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜１を有する膜エレメント２と、この複数本の中空糸膜１を有する膜エレメント２を格納する筒状のケーシング３とを備える。

膜エレメント２は、複数本の中空糸膜１の一方の端部を保持する第１保持部材４と、複数本の中空糸膜１の他方の端部を保持する第２保持部材５とを有する。また、膜エレメント２は、第１保持部材４及び第２保持部材５間を接続し、両者の相対位置を定める連結部材６を有する。

ケーシング３は、一方の端部の端面に被処理液が供給される被処理液ノズル７を有し、他方の端部の端面に複数本の中空糸膜１を透過した濾過液を排出する濾過液ノズル８を有し、他方の端部近傍の側面に被処理液から濾過液を差し引いた濃縮液を排出する濃縮液ノズル９を有する。

当該濾過モジュールは、濃縮液ノズル９に外側から挿入され、中空糸膜１が上記濃縮液ノズル９内に進入することを防止する引込阻止部材１０をさらに備える。

当該濾過モジュールは、濃縮水が中空糸膜１を濃縮液ノズル９内に引き込むことを防止する引込阻止部材１０が濃縮液ノズル９に外側から挿入されるので、引込阻止部材１０の流路が被処理液（濃縮液）中の夾雑物によって閉塞した場合に、引込阻止部材１０を濃縮液ノズル９から引き抜いて夾雑物を取り除くことができる。このため、当該濾過モジュールは、濃縮液の流路が閉塞しても、全体を分解することなく、容易に濾過能力を回復することができる。

以下、当該濾過モジュールの各構成要素について詳述する。

＜濾過エレメント＞
膜エレメント２は、複数の中空糸膜１を第１保持部材４、第２保持部材５及び連結部材６によって一体化し、ケーシング内で複数の中空糸膜１を一方向に引き揃えた状態で保持することを容易にする。

（中空糸膜）
中空糸膜１は、被処理液中の溶媒を透過させる一方、被処理液に含まれる一定粒径以上の不純物の透過を阻止する多孔性の膜を管状に成形したものであり、例えば熱可塑性樹脂を主成分とするものを用いることができる。ここで、「主成分」とは、最も含有量の多い成分を意味する。

上記熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも機械的強度、耐薬品性、耐熱性、耐候性、不燃性等に優れ、多孔質性であるＰＴＦＥが好ましく、１軸又は２軸延伸したＰＴＦＥがより好ましい。なお、中空糸膜１の形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。

中空糸膜１の平均外径に対する平均ピッチの比の下限としては、１が好ましい。一方、中空糸膜１の平均外径に対する平均ピッチの比の上限としては、３／２が好ましく、７／５がより好ましい。中空糸膜１の平均外径に対する平均ピッチの比が上記下限に満たない場合、中空糸膜１が径方向に押し潰された状態で配置されることになるので膜エレメント２の製造が困難となるおそれがある。一方、中空糸膜１の平均外径に対する平均ピッチの比が上記上限を超える場合、中空糸膜１の密度が小さくなることによって十分な濾過効率が得られないおそれがある。

中空糸膜１の平均外径の下限としては、１ｍｍが好ましく、１．５ｍｍがより好ましく、２ｍｍがさらに好ましい。一方、中空糸膜１の平均外径の上限としては、６ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましく、４ｍｍがさらに好ましい。中空糸膜１の平均外径が上記下限に満たない場合、中空糸膜１の機械的強度が不十分となるおそれがある。一方、中空糸膜１の平均外径が上記上限を超える場合、中空糸膜１の可撓性が不足することにより気泡の接触による中空糸膜１の振動及び搖動が不十分となり、中空糸膜１間の隙間を拡げて気泡を中空糸膜１の束の中心部まで案内することができないおそれや、中空糸膜１の断面積に対する表面積の比が小さくなって濾過効率が低下するおそれがある。

中空糸膜１の平均内径の下限としては、０．３ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましく、０．９ｍｍがさらに好ましい。一方、中空糸膜１の平均内径の上限としては、４ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。中空糸膜１の平均内径が上記下限に満たない場合、中空糸膜１内の処理済液を排出するときの圧損が大きくなるおそれがある。一方、中空糸膜１の平均内径が上記上限を超える場合、中空糸膜１の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。

中空糸膜１の平均外径に対する平均内径の比の下限としては、３／１０が好ましく、２／５がより好ましい。一方、中空糸膜１の平均外径に対する平均内径の比の上限としては、４／５が好ましく、３／５がより好ましい。中空糸膜１の平均外径に対する平均内径の比が上記下限に満たない場合、中空糸膜１の厚さが必要以上に大きくなって中空糸膜１の透液性が低下するおそれがある。一方、中空糸膜１の平均外径に対する平均内径の比が上記上限を超える場合、中空糸膜１の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。

（第１保持部材）
第１保持部材４は、複数の中空糸膜１の一方側の端部を気密に保持し、これら複数の中空糸膜１の一方側の端部を開放すると共に、ケーシング３の一方側の端部近傍の内壁に気密に係合することによりケーシング３内の空間を区分し、一方側に複数の中空糸膜１の内腔に連通する小空間を形成する。

第１保持部材４は、ケーシング３に係合する係合形状を画定すると共に、複数の中空糸膜１の一方側の端部を位置決めする複数の貫通穴を有する支持体と、この支持体と複数の中空糸膜１との隙間に充填される充填材とを有する構成とすることができる。

上記支持体の材質としては、例えばＰＴＦＥ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂等を主成分とする樹脂組成物が挙げられる。

上記樹充填材としては、中空糸膜１に対して高い接着性を有し、支持体内で硬化できるものであればよい。特に中空糸膜１の主成分としてＰＴＦＥを用いる場合、充填材の主成分としては、ＰＴＦＥに対して高い接着性を有し、中空糸膜１の脱落を確実に防止できるエポキシ樹脂及びポリウレタンが好ましい。支持体に充填材を充填することにより、中空糸膜１と支持体との間の空間を気密に封止することができ、濾過された処理済液に濾過されていない被処理液が外部から混入することを防止できる。

（第２保持部材）
第２保持部材５は、複数の中空糸膜１の他方側の端部を保持することで、複数の中空糸膜１を絡み合うことなく一方向に引き揃えた状態に保持する。この第２保持部材５は、中空糸膜１の内部空間を開放させないように複数の中空糸膜１の他方側の端部を保持する。また、第２保持部材５は、ケーシング３の中空糸膜１の引き揃え方向両側の内部空間を隔離しないために、ケーシング３の内壁との間に隙間を形成するか、被処理液が通過可能な開口を有するよう構成される。

第２保持部材５は、複数の中空糸膜１の他方側の端部を位置決めする複数の非貫通穴を有する支持体と、この支持体と複数の中空糸膜１との隙間に充填される充填材とを有する構成とすることができる。

第２保持部材５の支持体及び充填材の材質としては、第１保持部材４の支持体及び充填材の材質と同様とすることができる。

（連結部材）
連結部材６は、上下に対向する第１保持部材４と第２保持部材５との間を連結して、第２保持部材５をケーシング３内の所定位置に保持する。また、連結部材６は、第１保持部材４及び第２保持部材５並びにこれらの間に配設される複数の中空糸膜１を一体化して、当該濾過モジュールの分解及び組み立てを容易にする。

この連結部材６としては、例えば樹脂製、金属製の支持棒等を用いることができる。

＜ケーシング＞
ケーシング３は、筒状の本体１１と、この本体１１の一方側の端部に装着され、濃縮液ノズル９及び第１保持部材４が係合する係合構造が設けられた第１スリーブ１２と、このスリーブ１２の本体１１と反対側の端部を封止し、濾過液ノズル８が設けられた第１キャップ１３と、本体１１の他方側の端部に装着される第２スリーブ１４と、この第２スリーブ１４の本体１１と反対側の端部を封止し、被処理液ノズル７が設けられた第２キャップ１５とを有する構成とすることができる。

このような構成とすることによって、本体１１として例えば市販のパイプ等を用いることができるので、使用する中空糸膜１の長さつまり濾過面積を比較的自由に選択することができる。特に、本体１１と第１スリーブ１２と分離して作成することで、ノズル９及び第１保持部材４との係合構造を正確且つ安価に形成することができる。

また、第１キャップ１３及び第２キャップ１５を第１スリーブ１２及び第２スリーブ１４に対して着脱可能に構成することにより、当該濾過モジュールを分解洗浄することが可能となる。この第１キャップ１３及び第２キャップ１５の着脱構造としては、例えばねじ、フランジ、フェルール等、配管の継ぎ手として用いられる任意の構造を採用することができる。

これらケーシング３の各構成要素の材質としては、例えば鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属、例えばＰＴＦＥ、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂等を主成分とする樹脂組成物などを挙げることができ、構成要素毎に異なる材質を採用してもよい。

被処理液ノズル７、濾過液ノズル８及び濃縮液ノズル９は、外側の端部に配管を接続可能な継ぎ手構造を有する。この継ぎ手構造としては、図示するような外ねじの他、フランジ、フェルール等を採用してもよい。

＜引込阻止部材＞
図２に、引込阻止部材１０を詳しく示す。この引込阻止部材１０は、濃縮液ノズル９の内側に配置される内筒部１６と、この内筒部１６の先端を封止する封止部１７と、濃縮液ノズル９の外側端部に係止される係止部１８とを有する。

この引込阻止部材１０は、濃縮液ノズル９の継ぎ手構造に接続され、係止部１８を濃縮液ノズル９の外側端部に押圧する取付部材１９によって、濃縮液ノズル９内に挿入状態に固定される。

（内筒部）
内筒部１６は、濃縮液ノズル９に抜き差し可能となるよう、濃縮液ノズル９の内壁面との間に最低限度のクリアランスを有する外径を有する筒状に形成されることが好ましい。また、内筒部１６は、封止部１７及び係止部１８と一体に射出成型によって形成可能とするために、封止部１７に向かって僅かに縮径してもよい。

内筒部１６は、濃縮液を排出する配管の先端に接続されていてもよく、濃縮液を排出する配管の先端に接続された取付部材１９によって濃縮液ノズル９内に固定されるものであってもよい。

内筒部１６の平均厚さとしては、十分な強度を確保できる厚さであればよく、材質にもよるが、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

（封止部）
封止部１７は、ドーム状に形成され、濃縮液を通過させる複数の開口２０を有する。また、封止部１７は、ケーシング３内に突出する。なお、「ドーム状」とは、例えば球面状、楕円球面状、頂部を面取りした円錐面状等の滑らかに膨出した角のない形状全般を意味する。

封止部１７がドーム状に形成されることによって、中空糸膜１に接触しても中空糸膜１を損傷しにくくなると共に、開口２０の合計面積を大きくして十分な流路面積を確保することができる。

封止部１７は、突出方向先端に開口２０が存在しない領域を有することが好ましい。このように、中空糸膜１と接触しやすい突出方向先端に開口２０が存在しない領域を有することによって、中空糸膜１の損傷をより確実に防止することができる。また、封止部１７の突出方向先端部は、中空糸膜１の延在方向と略平行な面となるため、濃縮液の流れによって中空糸膜１が吸い付きやすく、中空糸膜１が吸い付いて面積が小さくなった開口２０には夾雑物が付着しやすくなるため、この領域に開口２０を形成しないことで、夾雑物の付着を抑制することができる。

封止部１７の厚さは、十分な強度を確保できる厚さであればよいが、流路面積を大きくするために、内筒部１６よりも僅かに小さくするとよい。封止部１７の平均厚さとしては、材質にもよるが、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

封止部１７の開口２０は、封止部１７の先端に向かって延びる長穴状に形成されることが好ましい。このように、開口２０が封止部１７の先端に向かって延びる長穴状であることによって、開口２０に中空糸膜１が接触することがあっても、開口２０が延びる方向と中空糸膜１が延びる方法とが異なる方向となるため、中空糸膜１が開口を閉塞しにくい。

また、封止部１７には、開口２０が封止部１７の先端に向かって長手方向に並んで複数形成されることがより好ましい。封止部１７の内筒部１６の近傍から封止部１７の先端近傍まで延びる長い長穴を形成すると封止部１７の強度が不十分となるおそれがあるが、長手方向に複数の開口２０に分割して形成することによって封止部１７の強度を確保することが容易となる。このため、複数の開口２０を長手方向に並んで形成することによって、封止部１７の周方向における開口率を大きくすることができるため、複数の開口２０の合計面積を大きくすることができる。

開口２０は、中空糸膜１が接触しても損傷しないよう、少なくとも封止部１７の外面側の周縁部が面取りされていることが好ましい。

開口２０の短径（長穴の幅が一定である部分の幅）の下限としては、３ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。一方、開口２０の短径の上限としては、１２ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。開口２０の短径が上記下限に満たない場合、夾雑物により開口２０が閉塞しやすくなるおそれがある。一方、開口２０の短径が上記上限を超える場合、中空糸膜が開口内に引き込まれやすく、開口が閉塞するおそれがある。

開口２０の長径（長穴の長さ）の下限としては、１０ｍｍが好ましく、１５ｍｍがより好ましい。一方、開口２０の長径の上限としては、３０ｍｍが好ましく、２５ｍｍがより好ましい。開口２０の長径が上記下限に満たない場合、封止部１７における開口２０の面積率を大きくすることができず、流路面積を十分に大きくできないおそれがある。一方、開口２０の長径が上記上限を超える場合、封止部１７の強度を確保しにくくなるおそれがある。
複数の開口２０の合計開口面積の下限としては、内筒部１６内の断面積の１１０％が好ましく、１３０％がより好ましい。一方、複数の開口２０の合計開口面積の上限としては、内筒部１６内の断面積の１８０％が好ましく、１６０％がより好ましい。複数の開口２０の合計開口面積が上記下限に満たない場合、開口２０が夾雑物により閉塞しやすくなるおそれがある。一方、複数の開口２０の合計開口面積が上記上限を超える場合、封止部１７の強度が不十分となるおそれや、封止部１７が大きくなり過ぎて中空糸膜１に過度に干渉しやすくなるおそれがある。

（係止部）
係止部１８は、内筒部１６から外側に突出し、濃縮液ノズル９の外側端部に当接することによって、引込阻止部材１０のケーシング３に対する位置を定める。これにより、引込阻止部材１０を適切な位置に固定して、中空糸膜１の濃縮液ノズル９への引き込みをより確実に防止することができる。

係止部１８は、内筒部１６の外周の一部分にのみ突設されてもよいが、濃縮液ノズル９との間を気密に封止するために、内筒部１６の全周に亘って環状に突設されることが好ましい。係止部１８は、濃縮液ノズル９の外側端部との間を封止する例えばＯリング２１等のシール部材を保持する保持構造を有してもよい。

＜取付部材＞
取付部材１９は、被処理液ノズル７の継ぎ手構造に対応する継ぎ手構造を有し、係止部１８を濃縮液ノズル９の外側端部に当接する状態に保持する。この取付部材１９の構成としては、図示するようなユニオンナットの他、フランジ、フェルール等とすることができる。

この取付部材１９は、被処理液ノズル７の継ぎ手構造によっては、その一部又は全部が引込阻止部材１０と一体に形成されてもよい。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

当該濾過モジュールにおいて、複数の中空糸膜を有する膜エレメントの構成は任意である。また、着脱可能な膜エレメントを形成せず、ケーシング内に複数の中空糸膜を恒久的に配設してもよい。

当該濾過モジュールの引込阻止部材は、濃縮液が濃縮液ノズルに流出することを許容し、中空糸膜が濃縮液ノズル内に進入することを防止できるものであればよく、内筒部と封止部とを有するものに限られない。また、引込阻止部材における係止部も任意の構成である。

本発明に係る濾過モジュールは、特に繊維質の夾雑物を含有する被処理液を濾過するために特に好適に利用することができる。

１ 中空糸膜
２ 膜エレメント
３ ケーシング
４ 第１保持部材
５ 第２保持部材
６ 連結部材
７ 被処理液ノズル
８ 濾過液ノズル
９ 濃縮液ノズル
１０ 引込阻止部材
１１ 本体
１２ 第１スリーブ
１３ 第１キャップ
１４ 第２スリーブ
１５ 第２キャップ
１６ 内筒部
１７ 封止部
１８ 係止部
１９ 取付部材
２０ 開口
２１ Ｏリング

Claims (4)

1. 一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜と、
   これらの複数本の中空糸膜を格納する筒状に形成され、側面に濃縮液を排出する濃縮液ノズルを有するケーシングと、
   上記濃縮液ノズルに挿入され、上記中空糸膜が上記濃縮液ノズル内に進入することを防止する引込阻止部材と
   を備え、
   上記引込阻止部材が、上記濃縮液ノズルの内側に配置される内筒部と、この内筒部の先端を封止するドーム状に形成され、上記濃縮液を通過させる複数の開口を有する封止部とを有し、
   上記封止部が上記ケーシング内に突出し、
   上記複数の開口が上記封止部の先端に向かって延びる長穴状に形成される濾過モジュール。
2. 上記長穴状の開口が上記封止部の先端に向かって長手方向に並んで複数形成される請求項１に記載の濾過モジュール。
3. 上記封止部の突出方向先端に上記開口が存在しない領域を有する請求項１又は請求項２に記載の濾過モジュール。
4. 上記引込阻止部材が上記濃縮液ノズルの外側端部に係止される係止部を有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の濾過モジュール。

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