JP2012179505A - 膜エレメント、膜モジュール、及び膜エレメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品歩留まりを向上させるとともに製造工程を簡素化して、生産性がよく、且つ、濾過流体の流動抵抗が小さい膜エレメントを提供する。
【解決手段】被処理流体から被処理流体に含まれる固体を分離する膜エレメント２であって、一対の対向面６ａ，６ｂ間に貫通し被処理流体を案内する複数本の流体通流孔３と、前記流体通流孔３に沿って少なくとも前記対向面６ａ，６ｂの一方の面６ａで閉塞され側面６ｃで開口するように形成されたスリット５とが形成された多孔質体６が、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように複数段接合され、各流体通流孔３の内周面に濾過膜層４が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、被処理流体から被処理流体に含まれる固体を分離する膜エレメント、膜モジュール、及び膜エレメントの製造方法に関する。

水の浄化装置、排ガスの浄化装置、化学反応用触媒の担体等、各種の流体を処理する装置にセラミックス等の多孔質体フィルタが用いられている。

ビルや工場内で使用する循環水の浄化設備や、生物処理された汚水の浄化設備に中空糸膜や平膜等の有機性の濾過膜が多用されているが、寿命が短いという問題があり、必要に応じてこれらに比較して十分に寿命が長いセラミックス等の多孔質体フィルタでなる膜エレメントが用いられる場合がある。

このような例として、特許文献１には、隔壁内における濾液の流動抵抗を小さく抑えた高濾過面積のセラミックフィルタとして、ハニカム構造体のセルからセル壁を介して離隔して成り、ハニカム構造体の外部に連通する連通空隙を有するモノリス型セラミックフィルタが提案されている。

特許文献２には、背圧を小さくし、多孔の表面積を有効に利用することを目的とする供給原料を変更する装置が提案されている。即ち、該装置がその中に供給原料を通過させる構造物からなり、該構造物が、押出一体構造物及び組込構造物からなる群より選択され、内側区域、外側区域、縦軸、及び該縦軸に沿って延在する２組の開放端通路を定義する壁からなり、該２組の通路が、互いに異なる断面形状または寸法を有し、一方の組の各々の通路が、他方の組の少なくとも１つの通路か、または該構造物の外部に隣接し、該構造物が組込構造物である場合には、少なくともいくつかの通路が円弧形状の断面を有することを特徴とする装置である。

上述した従来の多孔質体フィルタを用いた膜エレメントは、混練されたセラミックス材料を押出し成形することにより製造されるものであったため、大型で長尺の膜エレメントを成形できるという良さがあるものの、歩留まりが悪く生産性が上がらないという問題があった。

押出し成形された成形品は、含水率が比較的高いために、保形性の観点等から押出成形後に乾燥工程を経なければ焼成工程を実行することができず、最終の多孔質体フィルタを得るまでの成形工程、乾燥工程、焼成工程の各段階で変形や割れが生じても焼成後でないと不良品であるか否かの判別ができないという理由による。さらに、大型の多孔質体フィルタを製造するための専用の押出成形装置に対する設備投資額が嵩むという問題もある。

そこで、特許文献３には、所定の開孔セルを備え、所定厚みのハニカム状セラミックモジュールを複数、開孔セルの軸方向が連通するように、開孔セルの軸方向に積層して所定厚みの前記ハニカム状セラミックモジュールを複数配設して成るハニカム状セラミック構造体が提案されている。

特開平６−９９０３９号公報 特開平９−３１３８３１号公報 特開平８−１２４６０号公報

しかし、特許文献３に記載された構造体であっても、上述の問題が効果的に解消されるものではなく、さらに、押出成形された所定厚みのハニカム状セラミックモジュールを積層するための焼成工程を実行する前に、個々のハニカム状セラミックモジュールを仮焼成して保形性を確保しなければならず、製造上手間が掛かる二度の焼成工程が必要になるという問題があった。

さらに、特許文献３に記載された構造体には、特許文献１に記載されたような、外部に連通する連通空隙が形成されていないため、モジュールの外周面から離れた位置の開孔セルに供給された被処理流体に大きな流動抵抗がかかり、濾過効率が低下するという問題もあった。

さらには、押出成形法では、押出方向に垂直な方向の加工が困難なため、そのような必要性がある場合には、仮焼成した後に機械加工工程を経なければならないという問題もあった。

本発明の目的は、製品歩留まりを向上させるとともに製造工程を簡素化して、生産性がよく、且つ、濾過流体の流動抵抗が小さい膜エレメント、膜モジュール、及び膜エレメントの製造方法を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による膜エレメントの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、被処理流体から被処理流体に含まれる固体を分離する膜エレメントであって、一対の対向面間に貫通し被処理流体を案内する複数本の流体通流孔と、前記流体通流孔に沿って少なくとも一部が閉塞され側面で開口するように形成されたスリットとが形成された多孔質体が、各多孔質体に形成された流体通流孔同士が連通するように複数段接合されている点にある。

上述の構成によれば、流体通流孔に圧入された被処理流体が多孔質体で濾過され、固体が分離された濾過流体が多孔質体の細孔を経由してスリットに流出する。多孔質体の細孔に流れる濾過流体には大きな流動抵抗が働くが、各流体通流孔の近傍にスリットが形成されているため、流動抵抗が大きくなる前にスリットに流出するようになり、濾過流体の流速の低下を来たすことなく効率的に濾過できるようになる。このような流体通流孔とスリットが形成された多孔質体の個々は、体積が小さく一連の製造工程での変形や収縮が小さいので、良好な歩留まりで効率的に製造できる。従って、各多孔質体を流体通流孔同士が連通するように複数段接合すれば、生産性がよく、且つ、濾過流体の流動抵抗が小さい膜エレメントを製造することができるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記スリットは、複数本の流体通流孔を均等に分散させるように区画形成されている点にある。

スリットが流体通流孔に対して均等に分散配置されているため、濾過膜層から多孔質体の細孔に流れる濾過流体の流体抵抗が全体として小さくなり、効率的に濾過できるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記スリットは、前記対向面の一方の面で閉塞されている点にある。

上述の構成によれば、多孔質体、特にスリット及びその周辺部の保形性を確保することができるようになるとともに、十分な強度を確保することができるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、被処理流体から被処理流体に含まれる固体を分離する膜エレメントであって、一対の対向面間に貫通し被処理流体を案内する複数本の流体通流孔と、前記流体通流孔に対して分散配置された濾過流体流出孔とが形成された多孔質体が、各多孔質体に形成された流体通流孔同士が連通するように複数段接合されている点にある。

上述の構成によれば、流体通流孔に圧入された被処理流体が多孔質体で濾過され、固体が分離された濾過流体が多孔質体の細孔を経由して濾過流体流出孔に流入する。流体通流孔から多孔質体の細孔に流れる濾過流体には大きな流動抵抗が働くが、濾過流体流出孔が流体通流孔に対して分散配置されており、流動抵抗が大きくなる前に濾過流体流出孔に流れ出すので、濾過流体の流速の低下を来たすことなく効率的に濾過できるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、各流体通流孔の内周面に濾過膜層が形成されている点にある。

上述の構成によれば、各流体通流孔に圧入された被処理流体が、流体通流孔の内周面に形成された濾過膜層を介して濾過されるので、多孔質体の細孔径よりも小さな濾過孔径の濾過膜層によって、被処理流体に含まれる固体の分離精度を向上させることができるようになる。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五の特徴構成に加えて、前記流体通流孔が形成されている端面に目止め層または濾過膜層が形成されている点にある。

上述の構成によれば、流体通流孔の端部が露出する膜エレメントの端面から被処理流体が滲入するという不都合な事態を回避することができるようになる。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記多孔質体は、スプレードライ法を用いて所定の粒径に造粒したセラミック粒状体をプレス成形することにより得られたものである点にある。

上述した多孔質体をプレス成形法で成形する場合には、シンプルな製造工程で、しかも成形精度がよいために高い歩留まりで製造することができるようになる。そして、スプレードライ法を用いて所定の粒径に造粒したセラミック粒状体をプレス成形すると、それより粒径が小さなセラミックスそのものをプレス成形する場合よりも多孔質体の微小開口径が大きくなり、それだけ濾過流体の流動抵抗の上昇を抑制することができる。また、成形体の含水率が低いため、流体通流孔同士が連通するように多孔質体を複数段接合するために必要となる焼成工程を実行する前の乾燥工程を省略することができる。

同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、各流体通流孔の端部に面取りが施されている点にある。

上述の構成によれば、流体通流孔同士が連通するように多孔質体を接合する際に、流体通流孔に多少の位置ズレがあっても、面取り部によってズレが吸収されるので、高精度な位置決め工程が不要となり製造工程がより簡略化できる。

本発明による膜モジュールの特徴構成は、同請求項９に記載した通り、前記流体通流孔に被処理流体を供給する流体供給部と、前記多孔質体により被処理流体から固体が分離された濾過流体を排出する濾過流体排出部とを備えたケースに上述した第一から第八の何れかの特徴構成を備えた膜エレメントが収容されている点にある。

流体供給部から膜エレメントの流体通流孔に圧入される被処理流体が、濾過膜層で濾過されてケースに溜った濾過流体が濾過流体排出部から外部に排出される。濾過流体が各膜エレメントのスリットから濾過流体排出部へ導かれやすくなるように、複数の膜エレメントをケース内に合理的に収容することで、被処理流体の透水性を高めることができる。また、ケース内に膜エレメントを収容する構成のため、膜モジュールの設計の自由度が高くなる。さらに、各膜エレメントの逆洗浄を均一にすることができるので長期間安定して浄化処理できるようになる。

本発明による膜エレメントの製造方法の第一の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、セラミック粒状体をダイスに充填してプレス成形することにより、一対の対向面間を貫通する複数本の流体通流孔と、前記流体通流孔に沿って少なくとも一部が閉塞され側面で開口するように形成されたスリットとを備えた多孔質体を成形する成形工程と、各流体通流孔が連通するように配列した複数の多孔質体の対向面に接合材を介在させて焼成して、複数の多孔質体を一体に接合する接合工程と、接合された複数の多孔質体の流体通流孔の内周面に濾過膜層を形成する膜形成工程と、を含む点にある。

プレス成形法で成形された多孔質体は、含水率を低く抑えることができるため、直ちに接合工程を実行することができる。従来の押出成形法で成形される場合には、比較的含水率が高い多孔質体となるため、保形性のために乾燥工程、仮焼成工程が必要になるが、本発明によれば、直ちに接合工程を実行することができるため、製造工程を簡素化できるようになる。

また、押出成形法によれば、少なくとも一対の対向面の一方の面で閉塞され側面で開口するようなスリットを形成するためには、成形後に仮焼成した多孔質体に機械加工してスリットを形成する必要があるが、プレス成形法によれば、このようなスリットであっても、成形時に同時に形成できるため、製造工程を一層簡素化することができる。

同第二の特徴構成は、同請求項１１に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記成形工程の前段で、スラリー状のセラミックスからスプレードライ法を用いて前記セラミック粒状体に造粒する造粒工程を備えている点にある。

上述の構成によれば、多孔質体の微小開口径が大きくなり、それだけ濾過流体の流動抵抗の上昇を抑制することができる。また、プレス成形時のセラミック粒状体の含水率も安定的に維持できるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、製品歩留まりを向上させるとともに製造工程を簡素化して、生産性がよく、且つ、濾過流体の流動抵抗が小さい膜エレメント、膜モジュール、及び膜エレメントの製造方法を提供することができるようになった。

本発明による膜モジュールの説明図 本発明による膜エレメントの説明図 膜エレメントの構成要素である多孔質体の説明図で、（ａ）は正面、平面及び右側面を表す図、（ｂ）は背面、底面及び左側面を表す図 接合工程を説明する斜視図 （ａ）は濾過工程で動作する膜モジュールの説明図、（ｂ）は逆洗浄工程で動作する膜モジュールの説明図 別実施形態を示す多孔質体の説明図で、（ａ）は正面、平面及び右側面を表す図、（ｂ）は背面、底面及び左側面を表す図、（ｃ）は別実施形態を示す多孔質体の正面、平面及び右側面を表す図 （ａ），（ｂ）ともに、別実施形態を示す膜エレメントの説明図で、多孔質体の配列姿勢を一部異ならせた膜エレメントの説明図 別実施形態を示す多孔質体の説明図で（ａ）は正面、平面及び右側面を表す図、（ｂ）は背面、底面及び左側面を表す図 別実施形態を示す多孔質体の説明図で、（ａ）は正面、平面及び右側面を表す図、（ｂ）は背面、底面及び左側面を表す図、（ｃ）別実施形態を示す多孔質体の正面、平面及び右側面を表す図 図９（ａ）,（ｂ）に示す多孔質体の接合工程を説明する斜視図 別実施形態を示す多孔質体の説明図

以下に本発明による膜エレメント、膜モジュール、及び膜エレメントの製造方法を説明する。

図１には、例えば上水用の水処理装置に用いられる膜モジュール１が示されている。尚、当該膜モジュール１は、上水用に限らず下水、産業廃水等の水処理や食品工業等の固液分離、有用物の回収等にも使用できる。

水処理装置には、被処理水に含まれる微小な汚物等を除去するために、当該膜モジュール１が一から数千個組み込まれる。各膜モジュール１は、外形が略直方体の複数本のセラミック製の膜エレメント２と、膜エレメント２を収容する樹脂製のケース７を備えている。

ケース７には、膜エレメント２に被処理流体を供給する流体供給部（以下、「給水部」と記す。）８と、流体排出部（以下、「排水部」と記す。）９と、膜エレメント２で濾過された濾過流体を排出する濾過流体排出部（以下、「濾過水排出部」と記す。）１０が設けられている。給水部８及び排水部９にはそれぞれ流路を開閉するバルブ８ｂ，９ｂが設置されている。

ケース７内部に、縦横に３本ずつ合計９本の膜エレメント２が並設され、各膜エレメント２の一端部にヘッダ８ａを介して給水部８が接続され、他端部にヘッダ９ａを介して排水部９が接続されている。膜エレメント２の周壁から滲みだし、ケース７に溜った濾過流体が濾過水排出部１０から外部に排出される。

図２には、ブロック状の多孔質体６が複数段接合された膜エレメント２が示され、図３（ａ），（ｂ）には、ブロック状の多孔質体６が示されている。

各多孔質体６の一対の対向面６ａ，６ｂ間には、被処理水を案内する複数本の流体通流孔３が高さ方向に貫通形成され、各流体通流孔３の内周面には濾過膜層４が形成されている。

多孔質体６には、さらに、複数本の流体通流孔３を均等に分散させるように区画形成する複数のスリット５が、流体通流孔３に沿って形成されている。各スリット５は少なくとも対向面６ａ，６ｂの一方の面６ａで閉塞され、側面６ｃで開口するように形成されている。

多孔質体６は縦が約７０ｍｍ、横が約７０ｍｍ、高さが約４０ｍｍに形成され、縦７０ｍｍ×横７０ｍｍの平面に、約２ｍｍ径の３５３本の流体通流孔３が高さ方向に沿って形成されている。中心部の流体通流孔３を除いて、中心から横方向に延びるように形成された２本のスリット５と、当該２本のスリット５と直交するように縦方向に延びるように形成された１４本のスリット５によって、流体通流孔３が２２本ずつの１６ブロックに区画されている。端面６ａとスリット５との間の厚さは約３ｍｍである。

膜エレメント２は、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように、複数の多孔質体６が接合されて構成される。本実施形態では、高さ方向に沿って９個の多孔質体６が接合されて膜エレメント２が構成されている。

図２では、スリット５が閉塞された面６ａが非処理流体の流入口側を向くように、全ての多孔質体６が同じ配列姿勢で配置されているが、少なくとも最後段の多孔質体６のスリット５が閉塞された面６ａが反転するように、他の多孔質体６の配列姿勢と反対姿勢で配置すれば、水処理装置を上下反転して使用することが可能になる。

流体通流孔３の内周面に形成された濾過膜層４には、約０．１μｍ程度の多数の細孔が形成され、その層厚が約２０μｍ程度に形成されている。

図５（ａ）に示すように、給水部８のバルブ８ｂを開放し、バルブ９ｂを閉塞した状態で、給水部８から被処理水を加圧供給すると、被処理水が流体通流孔３に案内され、その内周面の濾過膜層４で濾過される。濾過膜層４を透過した濾過水は、多孔質体６の内部の微小流路を辿って多孔質体６の側面６ｃ及びスリット５の表面から滲みだしてケース７に溜り、濾過水排出部１０から排出される。

複数本のスリット５は、濾過膜層４で濾過され、多孔質体６の内部の微小流路を流れる濾過水に、大きな流動抵抗がかかって濾過速度が低下することを回避するために設けられている。複数本の流体通流孔３が均等に分散するように区画形成されているため、多孔質体６の内部の微小流路を流れる濾過水にかかる流動抵抗が全域で偏ることなく低減させることができ、これにより濾過速度が確保されるようになる。

図５（ｂ）に示すように、ある程度の期間、濾過処理が行なわれ、濾過膜層４に閉塞物質等が付着すると、濾過性能を回復させるために逆洗浄が行なわれる。逆洗浄では、給水部８のバルブ８ｂが閉塞され、排水部９のバルブ９ｂは開放された状態で濾過水排出部１０から洗浄水が圧入され、濾過工程とは逆の経路に沿って濾過膜層４に到達した洗浄水が流体通流孔３から排水部９を介して排水される。その際、エアブローを併用してもよい。

上述した多孔質体６は、スプレードライ法を用いて所定の粒径に造粒したムライト系のセラミック粒状体をプレス成形することにより得られたものであり、濾過膜層４は、球状アルミナを主材としたスラリーをコーティングして形成されたものである。

以下、膜エレメント２の製造方法の一例を詳述する。
上述の膜エレメント２は、造粒工程と、成形工程と、接合工程と、膜形成工程を経て製造される。

造粒工程では、数μｍから数十μｍのムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）系セラミックスに水と有機バインダ等を添加してスラリー状のセラミックスを生成し、当該スラリー状のセラミックスをスプレで噴霧しながら乾燥させるスプレードライ法を用いて、１００μｍ前後の粒径のセラミック粒状体に造粒する。

成形工程では、スリット５に対応した複数本の突起が形成された下パンチに、流体通流孔３を形成するためのコアピンを立設し、セラミック造粒体をダイスに投入した後に上パンチを下パンチに向けて押圧して図３（ａ），（ｂ）に示した多孔質体６のベースを形成するプレス成形が実行される。

図４に示すように、接合工程では、成形工程で得られた多孔質体６の対向面６ａ，６ｂ間に、接合材となるシリカシート１１を介在させて、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように複数段積層した後に、約１時間、約１０００〜１３００℃程度の温度で焼成処理する。当該焼成処理によって各多孔質体６の対向面６ａ，６ｂ同士がシリカを介して焼結接合される。尚、シリカシート１１は、焼成工程で流体通流孔３にシリカが流れ込まないように、予め流体通流孔３に対応する部位が開口されている。

多孔質体６の原材料としてムライト（3Al₂O₃・2SiO₂）系セラミックスを採用した例を示したが、これに限るものではなく、アルミナ（Al₂O₃）やコージュライト等、多孔質体が形成可能なセラミックスであれば適宜用いることができる。

接合材としてシリカ（酸化ケイ素）以外に、母材であるセラミックスと焼結可能な材料であれば適当な種類のものを用いることも可能である。但し、母材であるセラミックスの焼結温度以下で焼結する材料が望ましい。さらに母材であるセラミックスの収縮率に近い収縮率の材料であればなお望ましい。

プレス成形法で成形された多孔質体６は、比較的含水率を低く抑えることができるため、押出成形法で成形され、含水率が数％と高い多孔質体６で保形性のために必要とされる仮焼成を行なわずに、直ちに接合工程を実行することができるため、製造工程を簡素化できるようになる。

また、押出成形法によれば、少なくとも一対の対向面６ａ，６ｂの一方の面６ａで閉塞され側面６ｃで開口するようなスリット５を形成するためには、成形後に仮焼成した多孔質体６に機械加工してスリット５を形成する必要があるが、プレス成形法によれば、このようなスリット５であっても、成形時に同時に形成できるため、製造工程を一層簡素化することができる。

尚、少なくともヘッダ８ａに接続される多孔質体６の端面は、スリット５が形成されていない平坦な一方の対向面６ａが配置され、当該対向面６ａにも濾過膜層が形成されていることが好ましい。対向面６ａに濾過膜層が形成されない場合には、端面６ａを流体が通過しないように処理することが好ましい。例えば、焼成工程前に釉薬を塗布したり、焼成工程後に樹脂を塗布する等の処理が可能である。対向面６ａの微小開口から濾過膜層４を介さずに流れ込んだ被処理水が濾過膜層４を通過した濾過水に混入することを回避するためである。

膜成形工程では、粒径０．１μｍ〜１μｍの球状アルミナに水とバインダを添加したスラリーを、接合した多孔質体６の流体通流孔３に一端側から圧入する等して流体通流孔３の内周面に塗布し、その後、約１時間、約１０００〜１３００℃程度の温度で焼成処理する。

このようにして得られた膜エレメント２をケース７に収容することにより、膜モジュール１が製造される。

つまり、膜エレメント２は、一対の対向面間に貫通し被処理流体を案内する複数本の流体通流孔３と、流体通流孔３に沿って少なくとも対向面の一方の面で閉塞され側面で開口するように形成されたスリット５とが、プレス成形法により形成された多孔質体６が、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように複数段接合され、各流体通流孔３の内周面に濾過膜層４が形成されている。

以下に、本発明による膜エレメント２を構成する多孔質体６の別実施形態について説明する。

図６（ａ），（ｂ）には、別実施形態によるブロック状の多孔質体６が示されている。各多孔質体６の一対の対向面６ａ，６ｂ間には、被処理水を案内する複数本の流体通流孔３が高さ方向に貫通形成され、各流体通流孔３の内周面には濾過膜層４が形成されている。

多孔質体６には、さらに、複数本の流体通流孔３を均等に分散させるように区画形成する複数のスリット５が、流体通流孔３に沿って形成されている。各スリット５は少なくとも対向面６ａ，６ｂの一方の面６ａで閉塞され、側面６ｃで開口するように形成されている。

多孔質体６は縦が約３６ｍｍ、横が約４０ｍｍ、高さが約４０ｍｍに形成され、縦３６ｍｍ×横４０ｍｍの平面に、約３ｍｍ径の６５本の流体通流孔３が高さ方向に沿って形成されている。中心部の流体通流孔３を除いて、中心から横方向に延びるように形成された２本のスリット５と、当該２本のスリット５と直交するように縦方向に延びるように形成された６本のスリット５によって、流体通流孔３が８本ずつの８ブロックに区画されている。端面６ａとスリット５との間の厚さは約３ｍｍである。

図７（ａ）,（ｂ）に示すように、膜エレメント２は、図６（ａ），（ｂ）に示す各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように、複数の多孔質体６が接合されて構成される。本実施形態では、高さ方向に沿って９個の多孔質体６が接合されて膜エレメント２が構成されている。

図７（ａ）では、スリット５が閉塞された面６ａが非処理流体の流入口側を向くように、全ての多孔質体６が同じ配列姿勢で配置されているが、図７（ｂ）に示すように、少なくとも最後段の多孔質体６のスリット５が閉塞された面６ａが反転するように、他の多孔質体６の配列姿勢と反対姿勢で配置すれば、水処理装置を上下反転して使用することが可能になる。

尚、図６（ｃ）に示すように、各スリット５に、少なくとも対向面６ａ，６ｂ間の何れかの位置で一部を閉塞する閉塞部５ａが形成されていてもよい。スリット５の一部を閉塞する閉塞部５ａによって、多孔質体６、特にスリット５及びその周辺部の保形性と十分な強度を確保することができるようになる。対向面６ａ，６ｂの一方の面が多孔質体で閉塞されていない場合には、被処理流体が直接スリット５に流入しないように、対向面６ａ，６ｂの一方の面に開口したスリット５の端部に目止め層を設ける必要がある。

図８（ａ），（ｂ）には、さらに、別実施形態によるブロック状の多孔質体６が示されている。多孔質体６には、約３ｍｍ径の６５本の流体通流孔３が高さ方向に沿って形成され、中心部の流体通流孔３を除いて、中心から縦及び横方向に延びるように形成された４本のスリット５によって、流体通流孔３が１６本ずつの４ブロックに区画された形状であってもよい。スリット５は、一方の対向面６ａで閉塞され側面６ｃ及び他方の対向面６ｂで開口するように形成されている。

このような多孔質体６は、図７（ａ），（ｂ）に示す膜エレメント２と同様に、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように、複数の多孔質体６が接合されて膜エレメントを構成する。

図９（ａ），（ｂ）には、さらに、別実施形態によるブロック状の多孔質体６が示されている。多孔質体６は、断面が方形の縦横面に約３ｍｍ径の６５本の流体通流孔３が高さ方向に沿って形成され、中心部の流体通流孔３を除いて、中心から横方向に延びるように形成された２本のスリット５ａと、中心から縦方向に延びるように形成された２本のスリット５ｂとによって、流体通流孔３が１６本ずつの４ブロックに区画された形状であってもよい。

スリット５ａは、一方の対向面６ａで閉塞され側面６ｃ及び他方の対向面６ｂで開口するように形成され、スリット５ｂは、他方の対向面６ｂで閉塞され側面６ｃ及び一方の対向面６ａで開口するように形成されている。スリット５ａが閉塞された対向面６ａにはスリット５ａに対応する位置にスリット５ａより僅かに幅狭の突起５ｃが形成され、スリット５ｂが閉塞された対向面６ｂにはスリット５ｂに対応する位置にスリット５ｂより僅かに幅狭の突起５ｄが形成されている。

図１０に示すように、各多孔質体は、上段側の多孔質体６のスリット５ａに下段側の多孔質体６の突起５ｃが嵌入するように配置され、下部の多孔質体６のスリット５ｂに上部の多孔質体６の突起５ｄが嵌入するように交互に配置されて膜エレメントを構成する。

尚、図９（ｃ）に示すように、多孔質体６は、断面が方形の縦横面に約３ｍｍ径の６５本の流体通流孔３が高さ方向に沿って形成され、中心部の流体通流孔３を除いて、中心から横方向に延びるように形成された４本のスリット５ｆによって、流体通流孔３が１６本ずつの４ブロックに区画された形状であってもよい。

スリット５ｆは、一方の対向面６ａで閉塞され側面６ｃ及び他方の対向面６ｂで開口するように形成されている。スリット５ｆが閉塞された対向面６ａにはスリット５ｅに対応する位置にスリット５ｆより僅かに幅狭の突起５ｇが形成されている。

このように構成された多孔質体は、上段側の多孔質体６のスリット５ｆに下段側の多孔質体６の突起５ｇが嵌入するように配置されて膜エレメントを構成する。

図１１に示すように、多孔質体６の一対の対向面６ａ，６ｂ間には、被処理水を案内する１４本の流体通流孔３が高さ方向に貫通形成され、各流体通流孔３の内周面には濾過膜層４が形成され、複数本の流体通流孔３を分散させるように区画形成する４本の濾過流体流出孔５が、多孔質体６の高さ方向に貫通形成されたものと、多孔質体６の一対の対向面６ａ，６ｂ間には、被処理水を案内する１４本の流体通流孔３が高さ方向に貫通形成され、各流体通流孔３の内周面には濾過膜層４が形成され、複数本の流体通流孔３を分散させるように区画形成する４本の濾過流体流出孔５と、濾過流体流出孔５と連通し側面６ｃで開口するようなスリット５ｅとが多孔質体６の高さ方向に貫通形成されたものを、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように複数段接合して構成してもよい。

また、多孔質体６の一対の対向面６ａ，６ｂ間には、被処理水を案内する１４本の流体通流孔３が高さ方向に貫通形成され、各流体通流孔３の内周面には濾過膜層４が形成され、複数本の流体通流孔３を均等に分散させるように区画形成する４本の濾過流体流出孔５が、多孔質体６の高さ方向に貫通形成されたものだけを、各多孔質体６に形成された流体通流孔３同士が連通するように複数段接合して構成してもよい。

この場合、被処理流体の流入側である最上段の多孔質体６の面６ａでは、濾過流体流出孔５を塞いで被処理流体が直接流入しないように構成し、最下段の多孔質体６の面６ｂでは、流体通流孔３を塞いで被処理流体が直接濾過水排出部１０へと流出しないように構成すればよい。

以上、被処理流体が上水用の被処理水である場合を例に本発明による膜エレメント及び膜モジュールを説明したが、本発明による膜エレメント及び膜モジュールの用途は上水用に限るものではなく、下水や汚水等の浄化処理、排ガスの浄化処理等、様々な流体の浄化処理に用いることが可能である。

尚、上述の何れの実施形態でも、多孔質体の一対の対向面間に貫通形成された各流体通流孔の端部に面取りを施してもよい。流体通流孔同士が連通するように多孔質体を接合する際に、流体通流孔に多少の位置ズレがあっても、面取り部によってズレが吸収されるので、高精度な位置決め工程が不要となり製造工程がより簡略化できる。

また、上述の何れの実施形態でも、流体通流孔の内周面に濾過膜層を形成する構成について説明したが、濾過膜層の孔径や層厚は、被処理流体に含まれる固体の大きさに応じて適宜設定されるものである。また、流体通流孔の内周面に濾過膜層を形成せずに多孔質体を構成してもよい。

また、上述の何れの実施形態でも、多孔質体をスプレードライ法を用いて所定の粒径に造粒したセラミック粒状体をプレス成形して得る構成について説明したが、多孔質体は、射出成形により形成することも可能である。但し、製造工程を簡素化できる点でプレス成形法を採用することが好ましい。

また、膜エレメントのサイズや形状、及び膜モジュールを構成する膜エレメントの数等の具体的構成は上述した実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：膜モジュール
２：膜エレメント
３：流体通流孔
４：濾過膜層
５：スリットまたは濾過流体流出孔
６：多孔質体
６ａ，６ｂ：一対の対向面
７：ケース
８：流体供給部（給水部）
９：流体排出部（排水部）
１０：濾過流体排出部（濾過水排出部）

Claims (11)

1. 被処理流体から被処理流体に含まれる固体を分離する膜エレメントであって、
   一対の対向面間に貫通し被処理流体を案内する複数本の流体通流孔と、前記流体通流孔に沿って少なくとも一部が閉塞され側面で開口するように形成されたスリットとが形成された多孔質体が、各多孔質体に形成された流体通流孔同士が連通するように複数段接合されている膜エレメント。
2. 前記スリットは、複数本の流体通流孔を均等に分散させるように区画形成されている請求項１記載の膜エレメント。
3. 前記スリットは、前記対向面の一方の面で閉塞されている請求項１または２記載の膜エレメント。
4. 被処理流体から被処理流体に含まれる固体を分離する膜エレメントであって、
   一対の対向面間に貫通し被処理流体を案内する複数本の流体通流孔と、前記流体通流孔に対して分散配置された濾過流体流出孔とが形成された多孔質体が、各多孔質体に形成された流体通流孔同士が連通するように複数段接合されている膜エレメント。
5. 各流体通流孔の内周面に濾過膜層が形成されている請求項１から４の何れかに記載の膜エレメント。
6. 前記流体通流孔が形成されている端面に目止め層または濾過膜層が形成されている請求項５記載の膜エレメント。
7. 前記多孔質体は、スプレードライ法を用いて所定の粒径に造粒したセラミック粒状体をプレス成形することにより得られたものである請求項１から６の何れかに記載の膜エレメント。
8. 各流体通流孔の端部に面取りが施されている請求項１から７の何れかに記載の膜エレメント。
9. 前記流体通流孔に被処理流体を供給する流体供給部と、前記多孔質体により被処理流体から固体が分離された濾過流体を排出する濾過流体排出部とを備えたケースに請求項１から８の何れかに記載の膜エレメントが収容されている膜モジュール。
10. セラミック粒状体をダイスに充填してプレス成形することにより、一対の対向面間を貫通する複数本の流体通流孔と、前記流体通流孔に沿って少なくとも一部が閉塞され側面で開口するように形成されたスリットとを備えた多孔質体を成形する成形工程と、
    各流体通流孔が連通するように配列した複数の多孔質体の対向面に接合材を介在させて焼成して、複数の多孔質体を一体に接合する接合工程と、
    接合された複数の多孔質体の流体通流孔の内周面に濾過膜層を形成する膜形成工程と、
    を含む膜エレメントの製造方法。
11. 前記成形工程の前段で、スラリー状のセラミックスからスプレードライ法を用いて前記セラミック粒状体に造粒する造粒工程を備えている請求項１０記載の膜エレメントの製造方法。

Images