JP2002336658A - 集水管ヘッダ用部材およびこれを用いた集水管ヘッダならびに集水管ヘッダを備えた分離膜ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理水槽中の水温が変動した場合でも、分離
膜モジュールの集水管における接続部と、集水管ヘッダ
の接続口との間の水密性を維持でき、低コストで簡単に
製造できる軽量な集水管ヘッダを提供する。 【解決手段】 集水管を備えた中空糸膜モジュールなど
の分離膜モジュールを、複数通水可能に連結する集水管
ヘッダ１０であり、この集水管ヘッダ１０には、前記集
水管を接続する複数の接続口１３が側面に形成された中
空管からなり、前記接続口１３が、当該中空管の側面か
ら内方に突出したスリーブ部１３ａを有して形成された
集水管ヘッダ用部材を使用する。このような集水管ヘッ
ダ１０を分離膜ユニットに使用すると、水温が変動した
場合などでも水処理を安定に行える。また、軽量で強度
にも優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸膜モジュー
ルなどの分離膜モジュールを複数通水可能に連結する集
水管ヘッダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より無菌水、飲料水、高純度水の製
造や、河川水の処理、生活排水、工業廃水の処理などに
は、分離膜ユニットが処理水槽中に備えられた形態の膜
式分離槽が使用されている。膜式分離槽に使用される分
離膜ユニットとしては、図７に示すような複数の中空糸
膜モジュール７１を備えた分離膜ユニット７０を例示で
きる。ここで使用されている中空糸膜モジュール７１
は、略平行に引き揃えられた多数本の中空糸膜７２と、
これらの両端部に接続された樹脂製の集水管７３とを備
えている。中空糸膜７２の両端部は開口を維持した状態
で集水管７３と接続されていて、中空糸膜７２と集水管
７３とは通水可能になっている。図７の例の中空糸膜ユ
ニット７０においては、４つの中空糸膜モジュール７１
が互いに平行かつ等間隔に配列され、中空糸膜モジュー
ル７１の各集水管７３はその上方に配置された集水管ヘ
ッダ７４によって通水可能に連結され、さらに２本の集
水管ヘッダ７４は通水管７５によって連結されている。
なお、各集水管７３の下部は固定治具７６によって固定
されている。このような分離膜ユニット７０を処理水槽
中に浸漬し、通水管７５に吸引ポンプを接続してこれを
作動させることにより、各中空糸膜７２の膜面で水中の
汚濁物が除去された処理水が、集水管７３および集水管
ヘッダ７４を経て、通水管７５より得られるようになっ
ている。

【０００３】図７のような分離膜ユニット７０における
集水管ヘッダ７４としては、図８に示すような、側面に
各中空糸膜モジュール７１の集水管７３と接続するため
の接続口７７が複数開けられたステンレス製中空管から
なるものなどが使用されている。この集水管ヘッダ７４
の接続口７７に、中空糸膜モジュール７１の集水管７３
の一方の端部に開口状態を維持して形成され、弾性体か
らなるＯリング７８ａが嵌められた接続部７８を挿入す
ることにより、各中空糸膜モジュール７１と集水管ヘッ
ダ７４とを通水可能に接続できるようになっている。

【０００４】そして、このような集水管ヘッダ７４にお
いて接続口７７が形成される側面には、厚みｔが１ｃｍ
程度の比較的厚いステンレス板が使用されていて、接続
口７７はその厚み分の長さ（奥行）ｔを有している。こ
のように接続口７７がある程度の長さを有して形成され
ることによって、集水管７３の接続部７８は常時安定に
接続口７７内に保持される。例えば、塩化ビニル樹脂な
どの樹脂からなる集水管７３は、ステンレスなどの金属
からなる集水管ヘッダ７４よりも熱膨張率が大きいため
に、処理水槽内の水の温度が変動した場合、その変動に
ともなって膨張したり収縮したりしやすい。そこで、水
温が上昇して集水管７３の長さが長くなったり、あるい
は、水温が下降して集水管７３の長さが短くなったりし
た場合でも、集水管７３が歪んだり、あるいは集水管７
３の接続部７８が集水管ヘッダ７４の接続口７７から抜
けて外れたりせずに、集水管７３の接続部７８が集水管
ヘッダ７４の接続口７７の内壁との間に常時水密性を維
持しつつ接続口７７内を摺動できるように、接続口７７
にはある程度の長さを持たせている。接続口７７は、通
常１ｃｍ程度の厚みのステンレス板にドリルで穴を開け
ることにより形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１ｃｍ
程度の厚みのステンレス板にドリルで複数の穴を開ける
と大きな摩擦熱が生じ、その熱によりステンレスが反っ
て変形する場合があった。よって、形成可能な穴の数、
穴の大きさ、穴間ピッチには限界があり、多数の分離膜
モジュールを連結する長尺の集水管ヘッダの製造は困難
であった。また、このような変形により、接続口と集水
管の接続部との水密性が不十分となる場合があった。さ
らに、穴あけ作業自体にも長時間を要し、作業が効率的
でないうえ、ステンレスの厚板を使用しているため重
く、取扱性、溶接加工性も劣っていた。集水管ヘッダと
して塩化ビニル樹脂などの樹脂製のものを使用する方法
もあるが、樹脂製集水管ヘッダでは強度がなく、分離膜
ユニットの支持体としての機能が不十分であった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、処理水槽中の水温が大きく変動した場合などでも、
中空糸膜モジュールの集水管における接続部と、集水管
ヘッダの接続口との間の水密性を維持でき、低コストで
簡単に製造でき、高強度で軽量な集水管ヘッダを提供す
ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の集水管ヘッダ用
部材は、集水管を備えた分離膜モジュールを複数通水可
能に連結する集水管ヘッダに使用される集水管ヘッダ用
部材であって、前記集水管を接続する複数の接続口が側
面に形成された中空管からなり、前記接続口は、当該中
空管の側面から内方に突出したスリーブ部を有して形成
されていることを特徴とする。前記スリーブ部は、中空
管の側面から内方にスリーブ管を貫通させて形成されて
いることが好ましい。本発明の集水管用ヘッダ部材は、
金属製であることが好ましい。本発明の集水管ヘッダ
は、上記集水管ヘッダ用部材を使用したことを特徴とす
る。本発明の分離膜ユニットは、上記集水管ヘッダを備
えたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の集水管ヘッダ１０の一例であって、中空
糸膜モジュールなどの分離膜モジュールを複数通水可能
に連結するものである。図２は図１の集水管ヘッダ１０
を形成するために使用される集水管ヘッダ用部材２０で
ある。図３は図１の集水管ヘッダ１０によって連結され
る中空糸膜モジュール３０の一例である。そして図４
は、図１の集水管ヘッダ１０によって図３の中空糸膜モ
ジュール３０が複数連結され構成された分離膜ユニット
４０であって、無菌水、飲料水、高純度水の製造や、河
川水の処理、生活排水、工業廃水の処理などにおいて、
処理水槽中に備えられて使用されるものである。図１の
集水管ヘッダ１０は、図２に示す断面形状が四角形のス
テンレス製中空管からなる集水管ヘッダ用部材２０の一
方の端部に底板１１が設けられ、他方の端部には通水管
５０を連結するための連結部１２が形成された底板１
１’が設けられたものである。図２の集水管ヘッダ用部
材２０は、中空管の一側面に、中空糸膜モジュール３０
の集水管３１を接続するための接続口１３が、当該側面
から中空管の内方に突出したスリーブ部１３ａを有し
て、互いに略等間隔に複数形成されたものである。

【０００９】図３に示す形態の中空糸膜モジュール３０
は、平行に引き揃えられた多数本の中空糸膜３２の両端
部に、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＰＥ樹脂、変性
ノリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、
エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂
およびこれらのガラス繊維強化樹脂などからなる集水管
３１が接続されたものであって、各中空糸膜３２と２本
の集水管３１とは通水可能となるように、中空糸膜３２
の両端部が開口を維持した状態で集水管３１に接続され
ている。中空糸膜３２はセルロース系、ポリオレフィン
系（ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリビニルアル
コール系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリ
エーテル系、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）系、
ポリスルフォン系、ポリアクリロニトリル系、ポリフッ
化エチレン（テフロン（登録商標））、ポリカーボネー
ト系、ポリエステル系、ポリアミド系、芳香族ポリアミ
ド系等の各種材料からなる。そして、中空糸膜モジュー
ル３０における２本の集水管３１のそれぞれの両端には
突出した接続部３３、３４が形成されていて、この例の
中空糸膜モジュール３０においては、集水管３１の一方
の端部（図中上方）に形成された接続部３３はその端部
が開口状態を維持して形成されていて、集水管３１の他
方の端部（図中下方）に形成された接続部３４はその端
部が閉じて形成されている。

【００１０】図１の例の集水管ヘッダ１０を使用して図
３の例の中空糸膜モジュール３０を連結し、図４の例の
分離膜ユニット４０を製造する場合には、中空糸膜モジ
ュール３０における開口している方の接続部３３に弾性
体からなるＯリング３３ａを嵌めた後、図１の集水管ヘ
ッダ１０の接続口１３にこれを挿入する。一方、集水管
３１の閉じている方の接続部３４を図示略の固定穴が形
成された集水管固定治具４１の当該固定穴に挿入する。
そしてこの際、集水管ヘッダ１０と集水管固定治具４１
との距離は、中空糸膜モジュール３０を集水管ヘッダ１
０と集水管固定治具４１で固定した場合に若干の「あそ
び」が生じるようにあらかじめ余裕をもって設定してお
く。このようにして、複数の中空糸膜モジュール３０を
集水管ヘッダ１０で連結して、さらに２本の集水管ヘッ
ダ１０を通水管５０で連結することにより、図４の形態
の分離膜ユニット４０を形成できる。このとき、接続部
３３と接続部３４を概ね同寸法に設定しておけば、集水
管ヘッダ用部材２０を集水管固定治具４１として使用す
ることもできる。また、ここで図示はしていないが、中
空糸膜モジュール３０の接続部３３、３４が、いずれも
開口しているものを使用して、集水管固定治具４１の代
わりに集水管ヘッダ１０を用いて、集水管ヘッダ１０を
４本備えた分離膜ユニットとすることもできる。

【００１１】このような図４の分離膜ユニット４０を処
理水槽中に浸漬し、通水管５０に吸引ポンプを接続して
これを作動させることにより、各中空糸膜３２の膜面で
水中の汚濁物が除去された処理水が、集水管３１および
集水管ヘッダ１０を経て、通水管５０より得られる。そ
して、ここで使用されている集水管ヘッダ１０において
は、特にその接続口１３が中空管の側面から内方に突出
したスリーブ部１３ａを有して形成されている。また、
集水管ヘッダ１０と集水管固定治具４１との距離は、若
干の「あそび」を有して設定されている。よって、塩化
ビニル樹脂やＡＢＳ樹脂などから形成され、ステンレス
などの金属に比べて熱膨張率の大きな集水管３１が、処
理水槽内の水温の変動にともなって膨張したり収縮した
りした場合でも、その接続部３３がＯリング３３ａによ
って集水管ヘッダ１０のスリーブ部１３ａの内壁との間
に水密性を維持しつつ、スリーブ部１３ａ内を適宜摺動
するため問題は発生しない。したがって、水温が変動し
た場合でも、集水管３１の接続部３３、３４が集水管ヘ
ッダ１０の接続口１３および集水管固定治具４１の固定
穴から抜けて外れたり、あるいは集水管３１が歪んだり
することがなく、安定に水処理を行うことができる。

【００１２】なお、Ｏリング３３ａの外径とスリーブ部
１３ａの内径とをきつく調整して摺動を抑え、集水管固
定治具４１の固定穴内で集水管の接続部３４が伸縮する
ようにして長さの調整を行うことも可能である。また、
ここでスリーブ部１３ａの長さおよび集水管ヘッダ１０
と集水管固定治具４１との距離などは、処理水槽内の水
の温度が大きく変動して集水管３１の長さが変化した場
合でも、集水管３１の接続部３３、３４が接続口１３の
スリーブ部１３ａや集水管固定治具４１の固定穴から外
れたり集水管３１が歪んだりしないように、集水管３１
の熱膨張率や水温の変動範囲などを考慮して適宜決定さ
れる。また、図４の分離膜ユニット４０では、中空糸膜
３２は図中横方向になるように配置されているが、この
配置に限定されない。中空糸膜３２が縦方向、斜め方向
になるように配置されてもよい。中空糸膜３２が縦方向
に配置されるとき、集水管３１は横方向に、集水管ヘッ
ダ１０は縦方向に配置されることになる。

【００１３】このような集水管ヘッダ１０の製造方法に
は特に制限はないが、例えば図５〜６に示すような方法
で、低コストかつ簡単に製造できる。まず、厚さ１ｍ
ｍ、幅４０ｍｍ、長さ１２９２ｍｍの１枚のステンレス
板５１を用意し、これにプレス加工で直径１１ｍｍの穴
５２を複数、等間隔に開けて図５（ａ）に示すような板
を製造する。なお、ここでステンレス板５１に開ける隣
接した穴の位置を千鳥状にしてもよい。このように配置
すると、分離膜モジュールを高密度に配置でき、かつ、
隣接する穴間距離を広げることができるため加工性も向
上する。ついで図５（ｂ）に示すように、一組の雄型５
３ａと雌型５３ｂからなる金型５３を使用して、これら
の穴５２の周縁部を曲げるとともに径を拡大する。つい
で図５（ｃ）〜（ｄ）に示すように、さらに径の大きな
一組の金型５４を使用して、当該周縁部をさらに曲げる
とともに径を拡大する。なお、この例では穴５２の内径
Ｄは１３ｍｍとなるようにする。

【００１４】一方、図６（ａ）に示すような外径１３ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍ、長さ１２．５ｍｍのステンレス製
のスリーブ管５５を用意し、これに図６（ｂ）に示すよ
うに１組の雄型５６ａおよび雌型５６ｂからなる金型５
６を使用してフランジ部５５ａを形成する。そして図６
（ｃ）に示すように、図５（ｃ）〜（ｄ）のように形成
された穴５２に、図６（ｂ）で得られたスリーブ管５５
を圧入して、貫通させる。この際、フランジ部５５ａや
その近傍におけるステンレス板５１との接触部分には、
エポキシ系、テフロン（登録商標）系などの接着剤をあ
らかじめ塗布しておく。ここで、マイクロカプセル化さ
れたエポキシ系、テフロン（登録商標）系などの高反応
性固着剤をスリーブ管５５に機械塗布後、約２００℃で
焼き付け、スリーブ管５５自体にシールとロック剤を一
体化させるメック加工を行うことが好ましい。このメッ
ク加工を行えば、スリーブ管５５をステンレス板５１に
圧入した時、マイクロカプセルが破壊して固着剤が滲み
出し、瞬時に重合反応が開始されスリーブ管５５のゆる
みと、ゆるみによる漏れを防止することができる。この
ような作業を図５（ａ）の板に形成された全ての穴５２
について繰り返し、或いは一度に行って加工されたステ
ンレス板５１に、図６（ｄ）に示すような断面コの字状
の枠部材５７を溶接することによって、図２の集水管ヘ
ッダ用部材２０を製造できる。そして、さらに、底面を
形成する底板１１と、通水管５１との連結部１２が形成
された底板１１’とをそれぞれ溶接加工することによっ
て、図１の集水管ヘッダ１０を製造できる。なお、ステ
ンレス板５１は平板状に限らない。断面コの字状のもの
を使用して、同様の断面コの字状の枠部材５７と溶接す
れば、溶接熱などの影響による歪も生じにくい。

【００１５】このような方法によれば、高強度かつ軽量
で取り扱い性に優れ、集水管３１との接続部分の水密性
を備えた集水管ヘッダ１０を、短時間で簡単に低コスト
で製造できる。こうして製造された集水管ヘッダ１０に
は、外径がおよそ１１．８ｍｍの開口した接続部３３を
有する中空糸膜モジュール３０を複数連結し、閉じた方
の接続部３４を集水管固定治具４１で固定し、さらに通
水管５０を接続することにより、図４の分離膜ユニット
４０を製造することができる。

【００１６】なお、集水管ヘッダ用部材２０の材質とし
てはステンレスを例示して説明したが、耐水性、耐薬品
性に優れる材料であれば特に制限はなく、チタン、塩化
ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂等の樹脂などを使用できる。ま
た、中空管の断面形状にも特に制限はない。また、上述
の例では、集水管ヘッダ用部材２０の一方の端部に底板
１１を溶接し、他方の端部に連結部１２が形成された底
板１１’を溶接して集水管ヘッダ１０としたが、例えば
集水管ヘッダ用部材２０の両端部に連結部１２が形成さ
れていない通常の底板１１を溶接して、通水管５０との
連結部は中空管の側面に形成してもよい。さらに集水管
ヘッダ１０の大きさにも特に制限はなく、接続する中空
糸膜モジュール３０の大きさや数、さらには処理水槽の
大きさなどに応じて適宜決定できる。また、使用される
分離膜モジュールとしても、中空糸膜モジュール３０に
限定ざれず、図９に示すように、２枚の平膜８２を略平
行に設置して、この平膜８２を枠体８１（図中上下）と
集水管３１（図中左右）とで囲むように配置し、２枚の
平膜８２間に処理水を集め、集水口８３から集水管３１
に処理水が得られるような平膜モジュール８０を使用し
てもよい。ここでは片側１枚ずつ、計２枚の平膜８２を
使用したが、片側に用途に応じ種類の異なる平膜を複数
枚設置してもよいし、スペーサー、支持枠体などを間に
いれてもよい。また、平膜のかわりに、金属製焼結フィ
ルタ、プラスチック製焼結フィルタなども使用できる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の集水管ヘッ
ダ用部材を使用した集水管ヘッダによれば、処理水槽中
の水の温度が変動した場合でも、分離膜モジュールの集
水管における接続部と、集水管ヘッダの接続口との間の
水密性を維持でき、水処理を安定に行うことができる。
また高強度、軽量で取り扱いが容易であり安価であるう
え、簡単に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 集水管ヘッダの一例を示す斜視図である。

【図２】 集水管ヘッダ用部材の一例を示す斜視図であ
る。

【図３】 図１の集水管ヘッダで連結される中空糸膜モ
ジュールの一例を示す斜視図である。

【図４】 図１の集水管ヘッダと図３の中空糸膜モジュ
ールを備えた分離膜ユニットの一例を示す斜視図であ
る。

【図５】 集水管ヘッダ用部材の製造工程を示す説明図
である。

【図６】 図５以降の集水管ヘッダ用部材および集水管
ヘッダの製造工程を示す説明図である。

【図７】 従来の分離膜ユニットの一例を示す斜視図で
ある。

【図８】 従来の集水管ヘッダに中空糸膜モジュールを
接続する様子を示す説明図である。

【図９】 図１の集水管ヘッダで連結される平膜モジュ
ールの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０・・・集水管ヘッダ、１３・・・接続口、１３ａ・
・・スリーブ部、２０・・・集水管ヘッダ用部材、４０
・・・分離膜ユニット、３１・・・集水管、３０・・・
中空糸膜モジュール、５５・・・スリーブ管、８０・・
・平膜モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 裕 東京都葛飾区青戸１丁目19番15号 セイリ ュウ株式会社内 (72)発明者 井原 邦宜 東京都板橋区高島平５丁目６番11号 共栄 バルブ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA02 HA02 HA12 HA19 HA41 HA93 JA19A JA19C JA23A MA01 MA03 MC11 MC22 MC28 MC33 MC34 MC37 MC39 MC45 MC48 MC49 MC54 MC62 PA01 PB04 PB08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集水管を備えた分離膜モジュールを複数
   通水可能に連結する集水管ヘッダに使用される集水管ヘ
   ッダ用部材であって、 前記集水管を接続する複数の接続口が側面に形成された
   中空管からなり、 前記接続口は、当該中空管の側面から内方に突出したス
   リーブ部を有して形成されていることを特徴とする集水
   管ヘッダ用部材。
2. 【請求項２】 前記スリーブ部は、中空管の側面から内
   方にスリーブ管を貫通させて形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の集水管ヘッダ用部材。
3. 【請求項３】 金属からなることを特徴とする請求項１
   または２に記載の集水管ヘッダ用部材。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の集
   水管ヘッダ用部材を使用したことを特徴とする集水管ヘ
   ッダ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の集水管ヘッダを備えた
   ことを特徴とする分離膜ユニット。