JP4261082B2 - 集水管ヘッダ用部材とその製造方法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

Description

【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７３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、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。
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用部材の製造方法は、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の製造方法であって、板材に複数の穴を穿孔する穿孔工程と、前記穴の周縁部を曲げるとともに穴の径を拡大する拡大工程と、該拡大工程により径が拡大された穴にスリーブ管を貫通させてスリーブ部を形成することで、該スリーブ部を有する接続口を形成する貫通工程と、接続口が形成された板材に枠部材を溶接して中空管を形成する溶接工程とを有し、前記溶接工程は、前記スリーブ管が当該中空管の側面から内方に貫通するように、かつ前記スリーブ部が当該中空管の側面から内方に突出するように、前記接続口が形成された板材に前記枠部材を溶接することを特徴とする。
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１１’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１０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１ｍｍ、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５３ａ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１３ｍｍ、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５６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

Claims (5)

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、
   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集水管ヘッダ用部材。
2. 金属からな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. 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の製造方法であって、
   板材に複数の穴を穿孔する穿孔工程と、前記穴の周縁部を曲げるとともに穴の径を拡大する拡大工程と、該拡大工程により径が拡大された穴にスリーブ管を貫通させてスリーブ部を形成することで、該スリーブ部を有する接続口を形成する貫通工程と、接続口が形成された板材に枠部材を溶接して中空管を形成する溶接工程とを有し、
   前記溶接工程は、前記スリーブ管が当該中空管の側面から内方に貫通するように、かつ前記スリーブ部が当該中空管の側面から内方に突出するように、前記接続口が形成された板材に前記枠部材を溶接することを特徴とする集水管ヘッダ用部材の製造方法。
4. 請求項１または２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。

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