TWI391179B - A hollow yarn film member, a frame for a hollow yarn film member, and a filter membrane device - Google Patents

Description

中空紗膜元件、中空紗膜元件用框架及過濾膜裝置

本發明係關於一種浸漬於存有原水之處理水槽內並對原水進行過濾處理之過濾膜裝置。更詳細而言，本發明係關於如下之過濾膜裝置，以容易與元件支持體卡合之方式，對捆束有中空紗膜之中空紗膜元件之集水蓋進行凹槽加工，使該凹槽卡合於元件支持體之樑，藉此可容易地裝脫中空紗膜元件。

一般對於使用有浸漬型中空紗膜之過濾膜裝置而言，使該過濾膜裝置浸漬於處理水槽內，經由中空紗膜而對處理水槽內之含有懸浮物質之原水進行抽吸過濾，從而獲得過濾水。

對於中空紗膜而言，於多數情形下，通常將多數之細長之中空紗膜捆束而用作細長之筒狀濾筒。於濾筒內捆束有多數之中空紗膜，該等多數之中空紗膜之一端已封鎖，而另一端為開口狀態。自該筒狀濾筒之中空紗膜處於開口狀態之一側進行抽吸，藉此可獲得透過中空紗膜之過濾水。

過濾膜裝置自身之集水效率與抽吸力成比例，但為了增加集水量，有效的是將多個上述濾筒集中浸漬於處理水槽中。其原因在於：即使來自各個濾筒之過濾水之集水量較少，亦可藉由同時使用多個濾筒而增加集水量。

因此，於專利文獻1中揭示了一種過濾器，其集中地固定有由筒狀濾筒狀之中空紗膜構成之4個過濾器子模組，並將複數個過濾器子模組排列並固定於框架。該過濾器中，藉由一個岐管而將4個過濾器子模組之上部液密固定。而且，集水管卡合於岐管，可自一個岐管收集來自4個過濾器子模組之過濾水。

並排地配置多數個彙集有上述4個過濾器子模組之單元，作為一個過濾膜裝置。

又，原水內之懸浮物質會附著於中空紗膜，從而產生過濾效率降低之問題。因此，於過濾器子模組之下部設置散氣管，每隔固定期間通入空氣。藉由該空氣而剝離並除去附著於中空紗膜之懸浮物質。該處理稱為氣體沖洗。

[專利文獻1]日本專利特表2002-542013號公報

如此，對複數個過濾器子模組之進行固定之岐管具有鎖定機構與夾具機構，從而可與過濾器子模組裝脫。其原因在於：岐管與過濾器子模組必需液密卡合，另一方面，過濾器子模組無法避免年久劣化，必需進行更換。而且，浸漬於處理水槽中之過濾器子模組非常重，為了將該過濾器子模組連同固定於框架之岐管一併提起，岐管與過濾器子模組之卡合必需牢固。

然而存在以下問題：無法將長期浸漬於處理水槽中之岐管與過濾器子模組拆開，更換作業極為困難。

本發明係鑒於上述問題而完成者，提供一種中空紗膜元件，其係與集水管液密卡合，於自處理水槽中提起時可牢固地固定於框架，於更換時可容易地拆下並更換。

亦即，本發明之中空紗膜元件係液密卡合具有已捆束之中空紗膜與集水口之集水蓋，於該集水蓋中設置有用以與設置於框架側之支持樑嵌合之凹槽。

又，本發明亦提供一種具有支持樑之框架，該支持樑係與具有如上所述之附凹槽之集水蓋之中空紗膜元件嵌合。再者，本發明亦提供一種過濾膜裝置，其係將具有附凹槽之集水蓋之中空紗膜元件設置於具有支持樑之框架而成者。

本發明之中空紗膜元件具有與中空紗膜液密卡合之附凹槽之集水蓋，因此藉由使框架側之支持樑嵌合於該凹槽，可固定於框架。尤其若於水平方向上預先形成集水蓋之凹槽，並使其嵌合於自框架水平地突出之支持樑，則可於垂直方向上獲得較高之耐載荷性。因此具有如下效果：於更換中空紗膜元件時容易自處理水槽中提起。

又，本發明之中空紗膜元件僅使形成於集水蓋之凹槽嵌合於框架之支持樑，因此具有極易拆卸之效果。

又，由於集水蓋與框架卡合，故而具有如下效果：僅藉由以金屬箍環固定一般之套圈構造之方法使集水口與集水管結合即可。

本發明之框架具有用以保持中空紗膜元件之支持樑。該支持樑為嵌合於集水蓋之凹槽之樑即可。若可確保所期望之強度，則其形狀為直線狀亦可利用，因此具有可容易製作之效果。

本發明之過濾膜裝置具有如上所述之中空紗膜元件與框架，因此具有如下效果：易於製作，且更換中空紗膜元件簡單。

根據圖式來說明本發明之實施形態。圖1係表示本發明之中空紗膜元件之一實施形態之圖。本發明之中空紗膜元件1中包含中空紗膜10及集水蓋20。又，亦可包含蓋形螺帽30及筒狀容器40。

將50至2000個中空紗膜10捆束為一個小束13，以中空紗膜閉塞構件12堵住該小束13之一端。小束13彼此係利用中空紗膜固定構件11對由中空紗膜閉塞構件12所閉塞之相反之一端進行固定。中空紗膜固定構件11將複數個小束13捆束為一束，並且以開口狀態對中空紗膜10進行固定。亦即，1根中空紗膜10成為袋狀。

中空紗膜之素材無特別限定，可為具有膜面透過性之中空紗狀纖維。例如，可利用聚碸、聚醚碸、聚丙烯晴、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚乙烯，聚丙烯，乙烯-乙烯醇共聚物，纖維素、醋酸纖維素，聚偏二氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯等或該等之複合素材。

集水蓋20於本體內具有岐管25、集水口22以及凹槽21。集水蓋20係液密卡合於中空紗膜10，但其卡合方法並無特別限定。圖1中，中空紗膜10係暫時利用中空紗膜固定構件11而受到固定，進而液密卡合於筒狀容器40之內壁。進而，利用蓋形螺帽30來固定筒狀容器40與集水蓋20，藉此，集水蓋20與中空紗膜10液密卡合。

集水口22係自集水蓋20之岐管25穿通至外部之貫穿孔，利用負壓自此處吸引，藉此可經由岐管而獲得過濾水，該過濾水為藉由中空紗膜10對原水進行過濾而成者。

集水口22處具有與連接於集水管之管結合之結合機構。其原因在於：在更換中空紗膜元件1時，利用結合機構來切斷與集水管之連接。關於該結合機構無特別限定，只要為可於液密狀態下進行結合之機構即可。

圖1中表示了於集水口22處形成有套圈接頭23作為結合機構之情形。套圈接頭23於凸緣狀之接頭之表面上形成有填料用之凹處24。繼而，以夾持填料之方式將相同形狀之套圈接頭23與上述套圈接頭23對接，並由金屬箍環加以固定，藉此可容易地實現液密狀態之結合。

本發明之中空紗膜元件1中，由於利用凹槽21承受全部重量，故而設置於集水口22之結合機構不負擔荷重。因此，只要可保持液密狀態，則結合機構自身無需具有延伸或耐荷重性能。

凹槽21形成於集水蓋20之外周。圖2A係自存在套圈接頭23之側觀察集水蓋20所得之平面圖。凹槽21係插入集水口22並平行地實施開槽加工而形成。亦即，圖2A係將凹槽21設置於集水蓋20之外周之複數個部位之例，於此情形時係相對於集水蓋20之水平方向之剖面中之中線(圖2A中之上下方向)，於線對稱之位置設置有2處凹槽之例。

於該凹槽21中插入有來自框架60側之支持樑65(參照圖6)，該支持樑65與凹槽21嵌合，藉此集水蓋20卡合於支持樑65(圖2B)。於該情形時，凹槽21相對於集水蓋20之水平方向之剖面中之中線(圖2B中之上下方向)，形成於線對稱之位置，其原因在於：藉由平行地插入支持樑65，集水蓋20之旋轉方向之動作受到限制，從而不會損傷集水口22與集水管70之間之管71。

如此，集水蓋21之凹槽不僅可使中空紗膜元件1卡合於框架60之支持樑65，而且更好的是可限制旋轉方向之動作。圖3A~3C以及4A及4B中例示了集水蓋20之凹槽21之其他形態。所形成之凹槽21之形狀不限定於該等形態。

圖3A中，將凹槽21形成為「八字」形，亦即將凹槽21設置於集水蓋20之外周上之複數個部位，於此情形時設置於2處。於此情形時，更較好的是框架側之支持樑65亦成為該形狀。

圖3B係將凹槽21形成為三角形狀之情形，即為如下形態：將凹槽21相對於集水蓋20之水平方向之剖面中之中線(圖3B中之上下方向)，設置於線對稱之位置。於此情形時，較好的是支持樑65亦成為「八字」形。

圖3C係將凹槽21形成為四角形狀之情形。此係2組平行且成對之凹槽21形成為直角，且係如下形態：將凹槽21設置於集水蓋20之整個外周上，且將凹槽21相對於集水蓋20之水平方向之剖面中之中線(圖3C中之上下方向)，設置於線對稱之位置。

圖4A係將凹槽21形成為六角形狀之情形。如此，凹槽21亦可為多角形，此情形成為如下形態：凹槽21設置於集水蓋20之整個外周上，且凹槽21相對於集水蓋20之水平方向之剖面中之中線(圖4A中之上下方向)，設置於線對稱之位置。

圖4B表示將凹槽21呈圓狀地形成於集水蓋20之外周之情形。本發明之中空紗膜元件1並不排除圓狀或圓弧狀之凹槽21。然而，於此情形時，集水蓋20有時會於圓周方向上移動，較理想的是於框架60之支持樑65側具有用以限制集水蓋20之旋轉之機構。

然而，凹槽21不僅要承受含有原水之中空紗膜元件1之荷重，而且必需具備如下強度，即，即使因在處理水槽中注入或排出原水而產生之水流起作用，該凹槽21亦不會破損。因此，考慮中空紗膜元件1之垂直方向之荷重以及作用於水平方向之荷重之後，決定凹槽21之構成及形狀，以及決定將凹槽21設置於集水蓋20之何處。

圖5中表示了集水蓋20之立體圖。於集水蓋20之上部具有集水口，利用套圈接頭23將集水蓋20連接於自集水管70延伸之管71。集水蓋20液密連接於筒狀容器40。於集水蓋20之側面形成有凹槽21。亦可於形成有該凹槽21之部分設置加強肋27。

集水蓋20可使用樹脂材料，多數情形下，集水蓋20之直徑為超過100mm之數百mm左右。於存在厚壁部之情形時，該厚壁部之形狀不適合於射出成形，於切削加工中變重。因此，亦可自集水蓋20設置薄壁部分28。此時，較好的是設置加強肋27以加強凹槽21之部分之強度。

再次回到圖1，筒狀容器40於側面具有開口部41。又，於下方設置有空氣導入筒42。於空氣導入筒42之下設置有散氣管，於自空氣導入筒42進入筒狀容器40內之空氣上升之同時，使中空紗膜10搖晃而將該空氣自開口部41排出。藉由對中空紗膜10進行搖晃，使附著於中空紗膜10之表面之懸浮物質自表面剝離，結果可維持中空紗膜10之過濾效率。

對於上述開口部41之設置位置而言，較好的是於筒狀容器40之垂直方向(圖1中之上下方向)上，在上半部分之區域中，該開口部41之開口面積佔據75%，更好的是於筒狀容器40之上半部分之區域中，開口部41之開口面積佔據100%。原因在於：當於筒狀容器40之下半部分之區域中設置多數個開口部41時，空氣之一部分不會於筒狀容器40內上升，亦即，空氣會在不對中空紗膜10進行搖晃之狀態下自下方之開口部41排出，自中空紗膜10之表面剝離懸浮物質之效果下降。

蓋形螺帽30係以將對接之部分包入之方式而將集水蓋20及筒狀構件40之端卡合。為了於集水蓋20與中空紗膜10成為一體之狀態下，對本發明之中空紗膜元件1進行更換，如圖1所示，於中空紗膜10與筒狀構件40成為一體之情形時，亦可藉由接著或焊接等方法將集水蓋20與筒狀構件40接合。

蓋形螺帽30、筒狀容器40、集水蓋20以及空氣導入筒42通常由樹脂形成。作為形成該等構件之樹脂，例如可單獨或混合地使用聚乙烯樹脂、聚丙烯、聚丁烯等之聚烯系樹脂，或聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene，PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene，PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯(Fluorinated ethylene propylene，FEP)、乙烯-四氟乙烯(ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)、三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene，PCTFE)、乙烯-三氟氯乙烯(Ethylene-chlorotrifluororthylene，ECTFE)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)等之氟系樹脂，聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等之氯系樹脂，聚碸樹脂，聚醚碸樹脂，聚芳碸樹脂，聚苯醚樹脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS)，丙烯腈-苯乙烯共聚物樹脂樹脂，聚苯硫醚樹脂，聚醯胺樹脂，聚碳酸酯樹脂，聚醚酮樹脂，以及聚醚醚酮樹脂等。

又，蓋形螺帽30、筒狀容器40、集水蓋20以及空氣導入筒42亦可由樹脂以外之材料形成。作為此情形時之材料，可使用鋁、不鏽鋼等。進而，亦可使用樹脂與金屬之複合體、或玻璃纖維強化樹脂、碳纖維強化樹脂等之複合材料。再者，筒狀容器40、集水蓋20以及空氣導入筒42可由相同之材料形成，亦可由各不相同之材料形成。

將用以連接與配置於框架60側之集水管70之間之管71液密連接於集水口22，並利用框架60之支持樑與凹槽21嵌合，藉此將如上所述之中空紗膜元件1保持於特定位置，並使之浸漬於處理水槽中。集水管70與負壓泵結合，經由歧管而自各中空紗膜10之內側抽吸外側之原水。此時，藉由中空紗膜10對原水中之懸浮物質進行過濾，將過濾水自歧管經由集水口而送往集水管70。

固定時間之過濾步驟結束之後，進行逆流沖洗或氣體沖洗，其中該逆流沖洗係使過濾水或壓縮空氣自集水蓋20側流向原水側之沖洗，上述氣體沖洗係自設置於中空紗膜元件1下方之散氣管供給壓縮空氣，並將積蓄於中空紗膜10之懸浮物質排除之沖洗。

於逆流沖洗中，由於過濾水或壓縮空氣自中空紗膜之內部流向外部，故而附著於中空紗膜之外部表面之懸浮物質變成為剝離或容易剝離之狀態。繼而，上述懸浮物質藉由氣體沖洗而剝離，並堆積於處理水槽之底面。

圖6中表示了保持本發明之中空紗膜元件1之框架60。框架60具有基座61、支柱62以及複數根平行之支持樑65。基座61連接於支柱。支柱62藉由固定架63而與其他支柱固定，框架藉由基座61、支柱62及固定架63而維持形狀。

支持樑65係卡合本發明之中空紗膜元件1之部分。支持樑65可為能夠與設置於中空紗膜元件1之集水蓋20之凹槽21嵌合的形狀。

框架60與支持樑65之固定可採用任意方法，並無特別限定，但圖6中表示了如下構造：為了牢固地固定平行之支持樑65，將支持樑65固定於支柱與支柱之間之固定架63。亦可框架60中設置集水管70與散氣管75。集水管70係用以將來自中空紗膜元件1之過濾水集中地排出之管。配管76係用以朝散氣管75輸送空氣之配管，已揭示了截止於中途之配管76，但該配管76可用以自處理水槽之外部供給空氣。散氣管75自中空紗膜元件1之下方供給空氣，藉由進行氣體沖洗而將中空紗膜10之表面之懸浮物質剝離。因此，為了實現穩定之運轉，較好的是散氣管75位於中空紗膜元件1之下部，且相對於中空紗膜元件1之相對性之位置變化較小。因此，散氣管75較好的是不易變形，材質較好的是使用鋼材或硬質樹脂。又，由於散氣管75長期浸漬於處理水槽，故而更好的是以不鏽鋼或者與其同等之金屬或合金來製作該散氣管75。

散氣管75具有用以供給空氣之孔(未圖示)。孔位於中空紗膜元件1之水平剖面中之大致中心處，進而，相對於一個中空紗膜元件1而配置至少一個孔。然而，如上所述，散氣管之目的在於將積蓄於中空紗膜10之懸浮物質剝離，因此並不限定於上述之孔之配置，可根據處理水槽之形狀或原水之性狀等之條件，調整為能夠高效率地以較少之空氣供給量來達成懸浮物質之排出之孔之位置以及孔之數量。

由於框架60必需保持中空紗膜元件1，故而該框架60較好為金屬製，由於長期浸漬於處理水槽，故而考慮到耐蝕性，較好的是以不鏽鋼或者與其同等之金屬或合金來製作該框架60。

對於支持樑65之材質而言，考慮到耐蝕性，較好的亦是以不鏽鋼或者與其同等之金屬或合金來製作該支持樑65。進而，支持樑65必需具備如下強度，即，不僅要承受含有原水之中空紗膜元件1之荷重，而且要承受在處理水槽中注入或排出原水時產生之水流作用於中空紗膜元件1而產生之荷重，並且不發生破損或影響實用之變性。因此，考慮含有原水之中空紗膜元件1之重量、個數、處理水槽之容量、以及注水時及排水時之原水所產生之水流賦予中空紗膜元件1之荷重之後，決定支持樑65之構成及形狀。

圖7中表示了使2行×4列之8個中空紗膜元件1卡合於框架60之過濾膜裝置3。此處，所謂行係指與支持樑65之長度方向正交之方向。又，所謂列係指支持樑65之長度方向。於中空紗膜元件1中，框架60之支持樑65以嵌合之方式卡合於設置於集水蓋20之凹槽21。於圖7之情形時，在除兩端之支持樑65以外之3根支持樑65中，2個中空紗膜元件卡合於與支持樑65之長度方向正交之方向，即卡合於行方向，因此無需使用8根支持樑來卡合4個元件。亦即，各個中空紗膜元件沿與支持樑之長度方向正交之方向，配置於由相鄰接之2根支持樑之間所定義之各個空間中，並卡合於相鄰接之2根支持樑。如上所述，卡合於框架60之中空紗膜元件1利用管71而自集水口連結於集水管70。

又，圖7中亦表示除了於行方向上，亦使每2個中空紗膜元件1位於並卡合於支持樑65之長度方向即列方向上。亦即，於上述支持樑上，在該支持樑之長度方向上卡合有2個上述中空紗膜元件。再者，雖表示了於框架60中卡合有8個中空紗膜元件之情況，但無需將8個中空紗膜元件1全部卡合，例如亦可卡合7個中空紗膜元件1。進而，例如於卡合7個中空紗膜元件1之情形時，並未特別限制將中空紗膜元件1卡合於哪根支持樑65。又，卡合於一個框架60之中空紗膜元件1之數量亦無特別限制，根據將要製作之過濾膜裝置3之規模來適當地決定即可。

由於只需將支持樑65插入至集水蓋20之凹槽，故而可非常容易地卡合於框架60。又，即使對中空紗膜元件1施加旋轉方向之力，由於支持樑65插入於集水蓋20，故而安裝位置受到限制，中空紗膜元件1不會旋轉。

再者，亦可構成為將中空紗膜元件1之下側固定於框架60。然而，由於中空紗膜元件1之大部分係由樹脂所形成且該中空紗膜元件1為組裝品，故而尺寸精度並不十分高。因此，於集水蓋20以外，即使於下方藉由固定而對位置進行限制，反而固定時之調整等會花費工夫。因此，除了如本發明般，使用凹槽來進行卡合以外，為了保持中空紗膜元件1，與對中空紗膜元件1之下方進行固定之方法相比較，較好的是於中空紗膜元件1之上方進行輔助性之位置限制。

已參照特定之形態對本發明進行了詳細說明，但對於業者而言，顯然可於不脫離本發明之精神與範圍之前提下進行各種變更及修正。

再者，本申請案係基於2008年1月31日提出申請之日本專利申請案(特願2008-020710)，並將該申請案之全部內容以引用之方式而援用於本申請案。

又，將此處所引用之全部參照作為整體而編入本申請案。

[產業上之可利用性]

本發明可較好地用於製作膜元件以及使用該膜元件之膜分離裝置，該膜元件除了用於對河川水或湖水等地表水進行淨化，及對地下水進行淨化之外，亦於在處理水槽內對污水或自生產工場、餐館、水產品加工工場、及食品工場產生之廢水進行淨化時被使用。

1．．．中空紗膜元件

3．．．過濾膜裝置

10．．．中空紗膜

20．．．集水蓋

21．．．凹槽

22．．．集水口

27．．．加強肋

30．．．蓋形螺帽

40．．．筒狀容器

60．．．框架

70．．．集水管

75．．．散氣管

圖1係對本發明之中空紗膜元件1進行例示之剖面圖；

圖2A及2B係自存在套圈接頭23之側觀察集水蓋20所得之平面圖；

圖3A、3B及3C係表示集水蓋20之凹槽21之形狀之變化例的圖；

圖4A及4B係表示集水蓋20之凹槽21之形狀之變化例的圖；

圖5係集水蓋20之立體圖；

圖6係對卡合本發明之中空紗膜元件1之框架60進行例示之立體圖；及

圖7係對於框架60上卡合有中空紗膜元件1之過濾膜裝置3進行例示之立體圖。

1．．．中空紗膜元件

3．．．過濾膜裝置

20．．．中空紗膜

40．．．筒狀容器

41．．．開口部

60．．．框架

65．．．支持樑

71．．．管

Claims (10)

1. 一種過濾膜裝置，其包含中空紗膜元件及中空紗膜元件用框架；該中空紗膜元件具有：複數個中空紗膜；中空紗膜固定構件，其係將上述複數個中空紗膜之上部以捆束開放之方式加以固定；中空紗膜閉塞構件，其係將上述複數個中空紗膜之下部以捆束閉塞之方式加以固定；及集水蓋，其係與上述中空紗膜固定構件液密卡合，且具有集水口與形成於外周之凹槽；且該中空紗膜元件用框架係中空紗膜元件支持體，在與中空紗膜元件之卡合部具有複數個平行之支持樑；其中上述中空紗膜元件之凹槽與上述中空紗膜元件用框架之支持樑卡合。
2. 如請求項1之過濾膜裝置，其中複數個上述中空紗膜元件安裝於上述框架，各個中空紗膜元件配置於由鄰接之2個支持樑之間所定義之各個空間中，且卡合於鄰接之2個支持樑。
3. 如請求項1之過濾膜裝置，其中複數個上述中空紗膜元件安裝於上述框架，2個上述中空紗膜元件在上述支持樑之長度方向上分別卡合於上述支持樑。
4. 如請求項2之過濾膜裝置，其中複數個上述中空紗膜元件安裝於上述框架，2個上述中空紗膜元件在上述支持 樑之長度方向上分別卡合於上述支持樑。
5. 如請求項1~4中任一項之過濾膜裝置，其中進而具有與上述集水蓋液密卡合之筒狀容器，上述中空紗膜固定構件與上述筒狀容器之內壁液密卡合。
6. 如請求項5之過濾膜裝置，其中上述凹槽設置於上述集水蓋外周上之複數個部位或者整個外周上。
7. 如請求項6之過濾膜裝置，其中上述凹槽對於上述集水蓋之水平方向之截面中的任意中線，係設置於線對稱之位置。
8. 如請求項7之過濾膜裝置，其中上述凹槽設置有2個部位。
9. 如請求項1~4、6~8中任一項之過濾膜裝置，其中上述框架具有散氣管，上述散氣管安裝於上述中空紗膜元件之下方。
10. 如請求項5之過濾膜裝置，其中上述框架具有散氣管，上述散氣管安裝於上述中空紗膜元件之下方。