JP2003334427A - 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出し入
れすることが容易に行える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１２内に、被処理水を濾過す
るエレメント集合体１３が設けられ、エレメント集合体
１３は、一端部を閉塞した細い直管状をなすセラミック
製でかつ複数本平行に配置された膜エレメント１６と、
プラスチック材で各膜エレメント１６と一体に射出成形
された集束プレート１７とからなる。各膜エレメント１
６の他端部は集束プレート１７で水密に集束固定されて
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、上水（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５に示すようなものがあり、ケーシング１の内
部に複数の中空糸膜２を平行に充填し、ケーシング１の
両側にキャップ３を装着している。複数の中空糸膜２は
両側端部で中空糸膜２の相互間およびケーシング１との
間を水密に集束固定している。尚、中空糸膜２は有機高
分子材等で製作されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したようにケーシ
ング１の内部に複数の中空糸膜２を平行に充填する構造
では、限られたケーシング１の内部領域に高密度に中空
糸膜２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２の束をその両端において接着剤によって
ケーシング１と水密に接着固定するので、接着剤の塗布
作業が非常に面倒であり、十分な接着力が得られない恐
れがあった。また、中空糸膜２の束をケーシング１から
取出す場合にはケーシング１と中空糸膜２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。

【０００４】さらに、中空糸膜２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１の一
方の開口部から出し入れ可能であるが、ケーシング１の
内部に中空糸膜２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１の内部領域に高密度に中空糸膜２を
配置することができないといった問題があった。

【０００５】また、上記中空糸膜２を用いたものとはタ
イプの異なる膜モジュールとして、図６に示すように、
細い直管状の膜エレメント５を複数本平行に配置し、こ
れら膜エレメント５の端部を集束プレート６で水密に集
束固定した形式のものがある。これによると、各膜エレ
メント５の端部は、集束プレート６に形成された複数の
貫通孔７に装入され、接着剤８によって集束プレート６
に接着固定されている。尚、上記接着剤８としては、ポ
リウレタン樹脂，エポキシ樹脂，シリコン樹脂等が用い
られている。

【０００６】しかしながら図６に示すものでは、十分な
接着力を確保しようとすれば、粘性の高い接着剤８を使
用する必要があるため、集束プレート６に接着剤８を塗
布する際の作業性が悪くなった。また、作業性を良くす
るために粘性の低い接着剤８を使用した場合、十分な接
着力が得られず、接着力が不足するといった問題があっ
た。

【０００７】本発明は、膜エレメントと集束プレートと
の接合力が大きく、接合時の作業性が良く、さらには、
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出し入れするこ
とが容易に行えるセラミック膜モジュールを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本第１発明における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
が設けられてなり、エレメント集合体は、細い直管状を
なすセラミック製でかつ複数本平行に配置された膜エレ
メントと、熱可塑性樹脂材で各膜エレメントと一体に射
出成形された集束プレートとからなり、各膜エレメント
の端部を上記集束プレートで水密に集束固定したもので
ある。

【０００９】これによると、集束プレートは熱溶融した
熱可塑性樹脂材で各膜エレメントと一体に射出成形され
るため、集束プレートを射出成形した後、集束プレート
が冷えて温度低下するのにともなって集束プレートが僅
かに収縮し、各膜エレメントの端部と集束プレートとの
接合力が大きくなり、十分な接合力が確保される。これ
により、従来のように各膜エレメントを集束プレートに
接着するための抜止用の接着剤を不要にしたり、或いは
上記接着剤の量を低減することができるため、作業性も
良好になる。

【００１０】また、本第２発明におけるセラミック膜モ
ジュールは、各膜エレメントは一端部が閉塞され、各膜
エレメントの他端部が集束プレートで水密に集束固定さ
れているものである。

【００１１】これによると、膜エレメントはセラミック
材質に由来する剛性を有しており、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。

【００１２】したがって、膜エレメントをセラミック材
により一端部を閉塞した細い直管状に形成することで、
所定長さにわたって直線的に配置する複数の膜エレメン
トを平行に、かつ高密度に配置して集束プレートで片持
ち支持することが可能となり、ケーシング内に膜エレメ
ントを高密度に充填してケーシング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。また、各膜エ
レメントを他端部においてのみ集束プレートで集束固定
することで、ケーシングへの膜エレメントの着脱を容易
に行うことができる。さらに、剛性を有する膜エレメン
トを片持ち支持することで、膜エレメントの閉塞した一
端側がフリーとなるので、従来のような膜エレメントの
両端側を集束固定する場合のようにケーシングの形状が
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を配置することが可能となり、各
膜エレメントの閉塞した一端部に対向する位置から他端
側に向けて被処理水を通水することで各膜エレメント間
の流路に均等に被処理水をクロスフローで供給できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４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を設けた構成を有してい
る。

【００１４】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、エレメント装入口１
４ａ，１４ｂの外周縁にフランジ１５を有している。

【００１５】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。

【００１６】図３，図４に示すように、上記エレメント
集合体１３はそれぞれ、一端部（先端部）を閉塞した細
い直管状をなすセラミック製の複数本の膜エレメント１
６と、これら各膜エレメント１６の他端部１６ａ（基端
部）を水密に集束固定する円板状の集束プレート１７と
からなる。すなわち、各膜エレメント１６の他端部１６
ａが集束プレート１７を貫通しており、各膜エレメント
１６は、平行に配置され、集束プレート１７によって水
平方向（横方向）で片持ち状に支持されている。尚、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１〜４ｍｍφ、管壁肉厚０．１〜０．８ｍｍ
の形状をなすものである。

【００１７】また、上記集束プレート１７は、プラスチ
ック材（熱可塑性樹脂材の一例）で各膜エレメント１６
と一体に射出成形されている。すなわち、集束プレート
１７を射出成形する際、金型内に、各膜エレメント１６
の他端部１６ａを挿入した状態で、熱溶融したプラスチ
ック材を圧入することにより、各膜エレメント１６と一
体に集束プレート１７を成形している。

【００１８】図１に示すように、上記ケーシング１２内
において、両エレメント集合体１３間には給水空間１９
が形成されており、ケーシング１２の上部には、ケーシ
ング１２内の給水空間１９に被処理水を供給する原水供
給口２０（供給部の一例）が設けられている。

【００１９】また、ケーシング１２の両端部にはそれぞ
れ、各膜エレメント１６で濾過された濾過水（濾過流
体）をケーシング１２の外部へ排出する濾過水排出部２
１（濾過流体排出部）が設けられている。上記濾過水排
出部２１は、各膜エレメント１６の基端開口部を覆って
配置される集水部材２２と、この集水部材２２に設けら
れた濾過水排出口２３とで構成されている。上記集水部
材２２の内側には集水室２４が形成されており、各膜エ
レメント１６の基端開口部は上記集水室２４に連通して
いる。

【００２０】さらに、ケーシング１２の両端下部には、
ケーシング１２内で濃縮された濃縮水（濃縮流体の一
例）を排出する濃縮水排出口２５（濃縮流体排出部）が
設けられている。

【００２１】上記両エレメント集合体１３の集束プレー
ト１７はそれぞれ、シール材２７を介してフランジ１５
に水密に配置されている。また、上記濾過水排出部２１
の集水部材２２がシール材２８を介して集束プレート１
７に水密に配置され、固定ボルト２９によってフランジ
１５と集束プレート１７と濾過水排出部２１とが一体に
締め付けられて固定される。

【００２２】以下、上記構成における作用を説明する。
原水供給口２０から供給された被処理水（被処理流体）
は給水空間１９に流入し、各膜エレメント１６の閉塞し
た一端部に対向する位置から他端部１６ａ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。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で濾過さ
れ、膜エレメント１６を外側から内側へ透過した濾過水
は膜エレメント１６の内部流路３０を通って他端開口部
から集水室２４に流入し、濾過水排出口２３から排出さ
れる。また、被処理水は膜エレメント１６に沿って流
れ、その濃縮水が濃縮水排出口２５から排出される。

【００２３】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一端部を閉塞し
た細い直管状に形成することで、集束プレート１７で片
持ち支持する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。

【００２４】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を平行に、かつ高密度に配
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。

【００２５】各膜エレメント１６は片側のみに配置する
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２９を取り外すことで、
フランジ１５と集束プレート１７と集水部材２２とを容
易に分離し、各エレメント装入口１４ａ，１４ｂを通し
て、各膜エレメント１６をケーシング１２の外部へ容易
に取出すことができる。

【００２６】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の閉塞した一端側がフリーとなるので、従来のよう
な膜エレメントの両端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。

【００２７】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
発明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。

【００２８】さらに、上記集束プレート１７は熱溶融し
たプラスチック材で各膜エレメント１６と一体に射出成
形されるため、集束プレート１７を射出成形した後、集
束プレート１７が冷えることにより、図３に示すよう
に、集束プレート１７の温度が低下するのにともなって
集束プレート１７が径方向に僅かに収縮し、各膜エレメ
ント１６の他端部１６ａが非常に強固に集束プレート１
７に固定される。したがって、各膜エレメント１６と集
束プレート１７との接合力が大きくなり、十分な接合力
が確保される。これにより、従来のように各膜エレメン
ト１６を集束プレート１７に接着するための抜止用の接
着剤を不要にしたり、或いは上記接着剤の量を低減する
ことができるため、作業性も良好になる。

【００２９】尚、膜エレメント１６はセラミック製であ
るため耐熱性に優れており、したがって、上記のように
射出成形しても、膜エレメント１６が熱による悪影響を
受けることはない。これに対して、従来のように有機高
分子材を用いた中空糸膜では熱による悪影響を受け易い
ため、射出成形を採用することはできなかった。

【００３０】上記実施の形態では、熱可塑性樹脂材の一
例としてプラスチック材を使用しているが、プラスチッ
ク材に限定されるものではない。上記実施の形態では、
図１に示すように、ケーシング１２とエレメント集合体
１３とを水平方向に設置しているが、傾斜させてもよ
く、或いは鉛直方向に設置してもよい。

【００３１】上記実施の形態では、図１に示すように、
ケーシング１２の両端部にエレメント装入口１４ａ，１
４ｂ（開口部）を形成し、エレメント集合体１３をケー
シング１２内に２個設けているが、ケーシング１２のい
ずれか一端を閉塞し、エレメント集合体１３をケーシン
グ１２内に１個だけ設けてもよい。

【００３２】上記実施の形態では、被処理流体の一例と
して被処理水を挙げたが、水以外の液体又は気体であっ
てもよい。上記実施の形態では、各膜エレメント１６の
他端部１６ａを集束プレート１７で集束固定している
が、各膜エレメント１６の両端部を集束プレート１７で
集束固定して、両持ち支持してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本第１発明によれば、集束
プレートは熱溶融した熱可塑性樹脂材で各膜エレメント
と一体に射出成形されるため、集束プレートを射出成形
した後、集束プレートが冷えて温度低下するのにともな
って集束プレートが僅かに収縮し、各膜エレメントの端
部と集束プレートとの接合力が大きくなり、十分な接合
力が確保される。これにより、従来のように各膜エレメ
ントを集束プレートに接着するための抜止用の接着剤を
不要にしたり、或いは上記接着剤の量を低減することが
できるため、作業性も良好になる。

【００３４】また、本第２発明によれば、膜エレメント
をセラミック材により一端部を閉塞した細い直管状に形
成することで、複数の膜エレメントを集束プレートで片
持ち支持する状態で所定長さにわたって直線的に、かつ
平行に配置でき、ケーシング内に膜エレメントを高密度
に充填してケーシング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、剛性を有する膜エレメントを
他端部においてのみ集束固定することで、ケーシングに
対する膜エレメントの着脱を容易に行うことができ、膜
エレメントの閉塞した一端側がフリーとなって任意の形
状のケーシングに膜エレメントを配置することが可能と
なり、閉塞した一端部に対向する位置から他端側に向け
て被処理水を通水することで各膜エレメント間の流路に
均等に被処理水をクロスフローで供給できる。膜エレメ
ント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形成することが可能で、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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２】同、セラミック膜モジュールの斜視図である。

【図３】同、セラミック膜モジュールのエレメント集合
体の断面図である。

【図４】図３におけるＸ−Ｘ矢視図である。

【図５】従来の膜モジュールを示す斜視図である。

【図６】従来の膜モジュールの膜エレメントと集束プレ
ートとの接合部分の図である。

【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 １６ 膜エレメント １７ 集束プレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉崎 健 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目２番47号 株式会社クボタ内 Ｆターム(参考） 4D006 GA02 GA41 HA22 JA07C JB01 KA12 MA02 MC03 PA01 PB02 PB08

Claims (2)

【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
   エレメント集合体が設けられてなり、エレメント集合体
   は、細い直管状をなすセラミック製でかつ複数本平行に
   配置された膜エレメントと、熱可塑性樹脂材で各膜エレ
   メントと一体に射出成形された集束プレートとからな
   り、各膜エレメントの端部を上記集束プレートで水密に
   集束固定したことを特徴とするセラミック膜モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 各膜エレメントは一端部が閉塞され、各
   膜エレメントの他端部が集束プレートで水密に集束固定
   されてい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。