JP2003154239A - セラミック膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜エレメント間における流路閉塞の発生を防
止することが可能なセラミック膜モジュールを提供す
る。 【解決手段】 ケーシング内に、被処理水を濾過するエ
レメント集合体１３を水平方向に設けた膜モジュールで
あって、エレメント集合体１３は、先端を閉塞した細い
直管状をなすセラミック製の複数の膜エレメント１６
と、各膜エレメント１６を集束固定する集束プレート１
７とで構成されており、エレメント集合体１３には、濃
縮水の排出を促す濃縮水排出流路１９が形成されてお
り、膜エレメント１６は濃縮水排出流路１９の領域を除
いて千鳥状に配列されており、ケーシングに、濃縮水排
出流路１９の下部に連通する濃縮水排出口３０が設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミック膜モジュ
ールに関し、上下（浄水）処理、下水・廃水処理、ガス
分離、ダスト分離の技術に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の膜モジュールとしては、
例えば図７に示すような中空糸形モジュール１がある。
すなわち、ケーシング２の内部に複数の直管状の中空糸
膜３を平行に充填し、ケーシング２の両側にキャップ４
ａ，４ｂを装着している。複数の中空糸膜３は両側端部
で中空糸膜３の相互間およびケーシング２との間を水密
に集束固定している。いずれか一方のキャップ４ａに
は、被処理水（被処理流体）を供給する供給部５が設け
られ、ケーシング２には、上記各中空糸膜３で濾過され
た濾過水（濾過流体）を排出する濾過水排出部６が設け
られ、他方のキャップ４ｂには、濾過水排出部６から排
出されずに中空糸膜３内に残った濃縮水（濃縮流体）を
排出する濃縮水排出部７が形成されている。

【０００３】これによると、上記供給部５から供給され
た被処理水は、各中空糸膜３の内側から外側へ流れる際
に濾過され、その後、濾過水排出部６から濾過水として
ケーシング２の外部へ排出される。また、各中空糸膜３
内の濃縮水は濃縮水排出部７からケーシング２の外部へ
排出される。

【０００４】また、上記のような中空糸形モジュール１
は、被処理水を中空糸膜３の内側から外側へ流して濾過
する形式であるが、別の形式の膜モジュールとして、図
８に示すように、被処理水を膜エレメント８の外側から
内側へ流して濾過する形式のものがある。すなわち、上
記膜エレメント８は、直管状に形成されており、ケーシ
ング９の内部に水平方向に多数設けられ、図９に示すよ
うに千鳥状に配列されている。供給部５はケーシング９
の上部に設けられ、濾過水排出部６はケーシング９の両
端部に設けられ、濃縮水排出部７はケーシング９の下部
に設けられている。

【０００５】これによると、上記供給部５からケーシン
グ９内に供給された被処理水は、各膜エレメント８の外
側から内側へ流れる際に濾過され、その後、各膜エレメ
ント８の内部流路を通って濾過水排出部６から排出され
る。また、ケーシング９内の濃縮水は濃縮水排出部７か
らケーシング９の外部へ排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図７に示
した上記の中空糸形モジュール１では、限られたケーシ
ング２の内部領域に高密度に中空糸膜３を配置すること
ができる利点を有する一方において、中空糸膜３の束を
その両端において接着等によってケーシング２と水密に
固定するので、中空糸膜３の束をケーシング２から取出
す場合にはケーシング２と中空糸膜３の束とのシール構
造を破壊して分解する必要があり、そのメンテナンスは
不可能であった。

【０００７】また、中空糸膜３をＵ字状に折り曲げてフ
ランジ等で集束固定する場合には、ケーシング２の一方
の開口部から出し入れ可能であるが、ケーシング２の内
部に中空糸膜３のＵ字状の湾曲部が存在することで、限
られたケーシング２の内部領域に高密度に中空糸膜３を
配置することができなくなるといった問題があった。

【０００８】さらに、図８，図９に示した別の形式の膜
モジュール１０では、被処理水中の濁質成分もしくは浮
遊物質が増加した場合、各膜エレメント８間に上記濁質
成分や浮遊物質が堆積して、膜エレメント８間で流路閉
塞が発生し、その結果、濃縮水の排出が阻害されて、濾
過分離機能が低下してしまうといった問題があった。

【０００９】本発明は上記した課題を解決するものであ
り、膜エレメント間における流路閉塞の発生を防止する
ことができ、さらに、上記膜エレメントを高密度に配置
することができるとともに、ケーシングに対して膜エレ
メントを容易に着脱することが可能なセラミック膜モジ
ュールを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る本発明のセラミック膜モジュール
は、ケーシング内に、被処理流体を濾過するエレメント
集合体を横方向に設けたセラミック膜モジュールであっ
て、上記エレメント集合体は、先端を閉塞した細い直管
状をなすセラミック製の複数の膜エレメントを集束固定
し、濃縮流体の排出を促す濃縮流体排出流路を形成する
領域を除いて、上記膜エレメントを格子状又は千鳥状に
配列して成り、上記ケーシングは、被処理流体を供給す
る供給部と、上記各膜エレメントの内部流路に連通する
濾過流体排出部と、上記濃縮流体排出流路に連通する濃
縮流体排出部とを有するものである。

【００１１】これによると、供給部からケーシング内に
供給された被処理流体は、各膜エレメントの外側から内
側へ流れる際に濾過され、その後、各膜エレメントの内
部流路を通って濾過流体排出部から濾過流体として排出
される。また、ケーシング内の濃縮流体は、濃縮流体排
出流路を流れて濃縮流体排出部へ導かれ、濃縮流体排出
部からケーシングの外部へ排出される。したがって、濃
縮流体中の濁質成分や浮遊物質も上記濃縮流体排出流路
を通ってスムーズに濃縮流体排出部から排出されるた
め、各膜エレメント間に上記濁質成分や浮遊物質が堆積
して流路閉塞が発生するといった不具合を防止すること
ができる。

【００１２】請求項２に係る本発明のセラミック膜モジ
ュールは、濃縮流体排出流路は、濃縮流体を集める集合
流路部と、濃縮流体を上記集合流路部に導く複数の導流
路部とから成り、上記各導流路部は、膜エレメントの軸
心方向に直交する縦方向において所定高さに形成されて
いるとともに、上記軸心方向と直交する横方向において
所定幅に形成されており、上記集合流路部が濃縮流体排
出部に連通するものである。

【００１３】これによると、ケーシング内の濃縮流体
は、濃縮流体排出流路の複数の導流路部を流れて集合流
路部に導かれ、さらに上記集合流路部を経て濃縮流体排
出部からケーシングの外部へ排出される。したがって、
濃縮流体中の濁質成分や浮遊物質は、上記導流路部を通
って集合流路部に集められ、さらに集合流路部から濃縮
流体排出部を通ってスムーズに排出される。

【００１４】請求項３に係る本発明のセラミック膜モジ
ュールは、エレメント集合体は、複数の膜エレメント
と、これら膜エレメントの基端部を集束固定して各膜エ
レメントを片持ち状に支持する集束プレートとで構成さ
れており、かつ、ケーシングに形成されたエレメント装
入口を通して、ケーシング内に着脱自在に設けられてい
るものである。

【００１５】これによると、エレメント集合体は複数の
膜エレメントを集束プレートで片持ち状に支持する構造
であるため、上記膜エレメントを高密度に配置すること
ができるとともに、エレメント装入口を通して、上記エ
レメント集合体を容易にケーシング内に着脱することが
可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明における第１の実施
の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１，図２に
示すように、セラミック膜モジュール１１は、水平状に
設置されたケーシング１２内に、被処理水（被処理流体
の一例）を濾過するエレメント集合体１３を横方向に設
けた構成を有している。

【００１７】尚、上記ケーシング１２は種々の形状を採
用できるが本実施の形態では直管円筒状のものについて
説明する。すなわち、ケーシング１２は両端がエレメン
ト装入口１４ａ，１４ｂとして開口し、両エレメント装
入口１４ａ，１４ｂの外周縁にそれぞれフランジ１５を
有している。

【００１８】上記エレメント集合体１３はケーシング１
２内の一端部側と他端部側とにそれぞれ設けられてお
り、一方のエレメント集合体１３は一方のエレメント装
入口１４ａを通してケーシング１２内に着脱自在であ
り、また、他方のエレメント集合体１３は他方のエレメ
ント装入口１４ｂを通してケーシング１２内に着脱自在
である。

【００１９】上記両エレメント集合体１３はそれぞれ、
先端を閉塞した細い直管状をなすセラミック製の複数の
膜エレメント１６と、これら膜エレメント１６の基端部
を集束固定して各膜エレメント１６を水平方向（横方
向）で片持ち状に支持する円板形状の集束プレート１７
とで構成されている。尚、上記各膜エレメント１６は、
管壁を膜形成材のみで成形してなり、管外径１〜４ｍｍ
φ、管壁肉厚０．１〜０．８ｍｍの形状をなすものであ
る。また、図５に示すように、各膜エレメント１６の基
端部は、集束プレート１７に形成された貫通孔に装入さ
れており、各膜エレメント１６の基端部間に充填された
接着材層１８によって集束プレート１７に水密に接着さ
れている。

【００２０】また、図３に示すように、上記両エレメン
ト集合体１３にはそれぞれ、濃縮水（濃縮流体の一例）
の排出を促す濃縮水排出流路１９（濃縮流体排出流路に
相当）が形成されている。すなわち、膜エレメント１６
は、集束プレート１７上において、上記濃縮水排出流路
１９を形成した領域（エリア）を除いて、千鳥状に配列
されている。

【００２１】上記濃縮水排出流路１９は、エレメント集
合体１３の下部に位置する集合流路部２１と、濃縮水を
上記集合流路部２１に導く上下方向に長い複数の導流路
部２２ａ，２２ｂとから成る。上記各導流路部２２ａ，
２２ｂは、膜エレメント１６の軸心方向に直交する縦方
向（上下方向）において所定高さＨに形成されていると
ともに、上記軸心方向と直交する横方向において所定幅
Ｗに形成されている。このうち、中央部に位置する導流
路部２２ａの高さＨは、両側部に位置する導流路部２２
ｂの高さＨよりも高く形成されている。

【００２２】図１，図２に示すように、ケーシング１２
内において、両エレメント集合体１３間には給水空間２
４が形成され、ケーシング１２の上部には、ケーシング
１２内の給水空間２４に被処理水を供給する原水供給口
２５（供給部の一例）が設けられている。また、ケーシ
ング１２の両端部にはそれぞれ、膜エレメント１６の内
部流路２６に連通する濾過水排出部２７（濾過流体排出
部に相当）が設けられている。上記濾過水排出部２７
は、各膜エレメント１３の基端開口部を覆って配置され
る集水部２８と、この集水部２８に形成された濾過水排
出口２９とで構成されている。さらに、ケーシング１２
の両端下部には、上記濃縮水排出流路１９の集合流路部
２１に連通する濃縮水排出口３０（濃縮流体排出部に相
当）が設けられている。

【００２３】上記両エレメント集合体１３の集束プレー
ト１７はシール材３２を介してフランジ１５に水密に配
置され、また、上記濾過水排出部２７の集水部２８はシ
ール材３３を介して集束プレート１７に水密に配置さ
れ、固定ボルト３４によってフランジ１５と集束プレー
ト１７と濾過水排出部２７とが一体に締め付けて固定さ
れる。

【００２４】以下、上記した構成における作用を説明す
る。原水供給口２５から供給された被処理水は、ケーシ
ング１２内の給水空間２４に流入し、各膜エレメント１
６の閉塞した先端に対向する位置から基端側に向けて通
水する。このことで各膜エレメント１６の間の流路に均
等に被処理水をクロスフローで供給できる。このような
クロスフローで供給される被処理水は、各膜エレメント
１６の外側から内側へ流れる（透過する）際に濾過さ
れ、その後、各膜エレメント１６の内部流路２６を通っ
て基端開口部から集水部２８に流入し、濾過水排出口２
９から濾過水としてケーシング１２の外部へ排出され
る。

【００２５】また、ケーシング１２内の濃縮水は、図３
に示すように、濃縮水排出流路１９の複数の導流路部２
２ａ，２２ｂを流れて集合流路部２１に導かれ、さらに
上記集合流路部２１を経て濃縮水排出口３０からケーシ
ング１２の外部へ排出される。したがって、濃縮水中の
濁質成分や浮遊物質は、各導流路部２２ａ，２２ｂを通
って集合流路部２１に集められ、さらに集合流路部２１
から濃縮水排出口３０を通ってスムーズに排出される。
このため、各膜エレメント１６間に濃縮水中の濁質成分
や浮遊物質が堆積して流路閉塞が発生するといった不具
合を防止することができ、これにより、濃縮水の排出が
阻害されることはなく、濾過分離機能の低下を防止でき
る。

【００２６】また、膜エレメント１６はセラミック材質
に由来する剛性を有するがゆえに、片持ち支持すること
が可能であり、自重による破損を招くことなく片持ち支
持可能な長さは管外径および管壁肉厚を小さくして細管
状に形成して自重量を少なくするほどに大きくなる。よ
って、膜エレメント１６はセラミック材により先端を閉
塞した細い直管状に形成することで、集束プレート１７
で片持ち支持された状態で所定長さにわたって直線的に
配置することができる。

【００２７】このため、集束プレート１７で片持ち支持
して複数の膜エレメント１６を高密度で水平方向に配置
することが可能となり、ケーシング１２の内部に膜エレ
メント１６を高密度に充填してケーシング１２の単位容
積当たりにおける膜面積を大きくすることができる。

【００２８】また、剛性を有する膜エレメント１６を集
束プレート１７で片持ち支持することで、膜エレメント
１６の閉塞した先端側がフリーとなるので、従来の図７
に示したような膜エレメント（中空糸膜）の両側を集束
固定する場合のようにケーシングの長さ等の形状が限定
されることがなくなり、槽体等の任意の形状のケーシン
グに膜エレメント１６を配置することが可能となる。

【００２９】さらに、両エレメント集合体１３はそれぞ
れ片側のみに配置された集束プレート１７でケーシング
１２に固定されるので、メンテナンス時には固定ボルト
３４を取り外すことで、フランジ１５と集束プレート１
７と濾過水排出部２７とを容易に分離して、両エレメン
ト集合体１３をエレメント装入口１４ａ，１４ｂからケ
ーシング１２の外部へ取出すことができる。

【００３０】尚、一般的なセラミック製の膜モジュール
は膜支持材の表面に膜形成材をコーティングする二重構
造であるために小径化には構造的な限界があったが、本
実施の形態においては、管壁を膜形成材のみで成形する
ことで所定強度を備えた細い直管状に膜エレメント１６
を形成することが可能となり、管外径１〜４ｍｍφ、管
壁肉厚０．１〜０．８ｍｍの形状とすることで膜透過抵
抗を抑制して所定のフラックスを得ることが可能とな
る。

【００３１】上記第１の実施の形態では、エレメント集
合体１３を水平に設けているが、若干斜めにしてもよ
い。上記第１の実施の形態では、図２に示すように、ケ
ーシング１２を水平に設置し、ケーシング１２内に２個
のエレメント集合体１３を装着しているが、以下に説明
する第２の実施の形態では、図６に示すように、ケーシ
ング１２内にエレメント集合体１３を１個だけ装着し、
ケーシング１２を所定角度αだけ傾斜して設置してい
る。

【００３２】すなわち、エレメント装入口１４ａがケー
シング１２の一端部に形成され、ケーシング１２の他端
部は閉塞されている。ケーシング１２は、その一端部が
他端部よりも上位となるように傾斜しており、原水供給
口２５はケーシング１２の一端上部に設けられ、濃縮水
排出口３０はケーシング１２の他端下部に設けられ、濾
過水排出口２９が集水部２８の上部に設けられている。
尚、この場合、エレメント集合体１３もケーシング１２
と共に所定角度αだけ傾斜する。

【００３３】これによると、ケーシング１２内の濃縮水
は、濃縮水排出流路１９の複数の導流路部２２ａ，２２
ｂを流れて集合流路部２１に導かれ、さらに上記集合流
路部２１を経て濃縮水排出口３０からケーシング１２の
外部へ排出される。したがって、濃縮水中の濁質成分や
浮遊物質は、各導流路部２２ａ，２２ｂを通って集合流
路部２１に集められ、さらにケーシング１２の傾斜に沿
ってケーシング１２内の下部を一端部側から他端部側へ
流れ落ち、濃縮水排出口３０からスムーズに排出され
る。上記のようにケーシング１２を傾斜したことによ
り、濃縮水中の濁質成分や浮遊物質をケーシング１２内
の下部他端側へ集めることができるため、上記濁質成分
や浮遊物質を確実に濃縮水排出口３０から排出すること
ができる。

【００３４】尚、上記第２の実施の形態では、ケーシン
グ１２を、一端部が他端部よりも上位となるように傾斜
しているが、反対に、他端部が一端部よりも上位となる
ように傾斜してもよい。この場合、濃縮水排出口３０は
ケーシング１２の一端下部に設けられる。

【００３５】上記各実施の形態では、図４（ａ）に示す
ように各膜エレメント１６を千鳥状（互い違い）に配列
しているが、図４（ｂ）に示すように格子状（碁盤の目
状）に配列してもよい。

【００３６】上記各実施の形態では、流体の一例として
水を挙げたが、水以外の液体または気体であってもよ
い。上記各実施の形態では、図３に示すように、エレメ
ント集合体１３に３本の導流路部２２ａ，２２ｂを形成
しているが、３本以外の複数本または１本であってもよ
い。また、各導流路部２２ａ，２２ｂを平行に形成して
いるが、平行でなくてもよい。

【００３７】上記各実施の形態では、ケーシング１２の
上部に原水供給口２５を設け、ケーシング１２の下部に
濃縮水排出口３０を設けているが、上記の位置に限定さ
れるものではない。また、集合流路部２１はエレメント
集合体１３の下部に位置しているが、下部に限定される
ものではない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、各膜エレ
メント間に濃縮流体中の濁質成分や浮遊物質が堆積して
流路閉塞が発生するといった不具合を防止することがで
きるため、濃縮流体の排出が阻害されることはなく、濾
過分離機能の低下を防止できる。

【００３９】また、膜エレメントを高密度に配置するこ
とができるとともに、ケーシングに対して膜エレメント
を容易に着脱することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態におけるセラミック
膜モジュールを示す斜視図である。

【図２】同、セラミック膜モジュールの断面図である。

【図３】図２におけるＸ−Ｘ矢視図である。

【図４】図３におけるＹ部の拡大図であり、（ａ）は膜
エレメントを千鳥状に配列したものを示し、（ｂ）は膜
エレメントを格子状に配列したものを示す。

【図５】同、セラミック膜モジュールの集束固定部を示
す要部拡大図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態におけるセラミック
膜モジュールの断面図である。

【図７】従来の中空糸形モジュールを示す斜視図であ
る。

【図８】従来の膜モジュールの一部切欠き側面図であ
る。

【図９】同、膜モジュールの膜エレメントの配列を示す
正面図である。

【符号の説明】

１１ セラミック膜モジュール １２ ケーシング １３ エレメント集合体 １４ａ，１４ｂ エレメント装入口 １６ 膜エレメント １７ 集束プレート １９ 濃縮水排出流路（濃縮流体排出流路） ２１ 集合流路部 ２２ａ，２２ｂ 導流路部 ２５ 原水供給口（供給部） ２６ 内部流路 ２７ 濾過水排出部（濾過流体排出部） ３０ 濃縮水排出口（濃縮流体排出部） Ｈ 所定高さ Ｗ 所定幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 GA41 GA44 HA28 JA02A JA12A JA24A JA25A JB11 KA12 MA02 MC03X PA01 PA02 PB02 PB08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に、被処理流体を濾過する
   エレメント集合体を横方向に設けたセラミック膜モジュ
   ールであって、上記エレメント集合体は、先端を閉塞し
   た細い直管状をなすセラミック製の複数の膜エレメント
   を集束固定し、濃縮流体の排出を促す濃縮流体排出流路
   を形成する領域を除いて、上記膜エレメントを格子状又
   は千鳥状に配列して成り、上記ケーシングは、被処理流
   体を供給する供給部と、上記各膜エレメントの内部流路
   に連通する濾過流体排出部と、上記濃縮流体排出流路に
   連通する濃縮流体排出部とを有することを特徴とするセ
   ラミック膜モジュール。
2. 【請求項２】 濃縮流体排出流路は、濃縮流体を集める
   集合流路部と、濃縮流体を上記集合流路部に導く複数の
   導流路部とから成り、上記各導流路部は、膜エレメント
   の軸心方向に直交する縦方向において所定高さに形成さ
   れているとともに、上記軸心方向と直交する横方向にお
   いて所定幅に形成されており、上記集合流路部が濃縮流
   体排出部に連通することを特徴とする請求項１記載のセ
   ラミック膜モジュール。
3. 【請求項３】 エレメント集合体は、複数の膜エレメン
   トと、これら膜エレメントの基端部を集束固定して各膜
   エレメントを片持ち状に支持する集束プレートとで構成
   されており、かつ、ケーシングに形成されたエレメント
   装入口を通して、ケーシング内に着脱自在に設けられて
   いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセラ
   ミック膜モジュール。