JP5691487B2 - 中空糸膜モジュールユニット - Google Patents

Description

本発明は、複数の中空糸膜モジュールを用いて水処理等の固液分離操作を行う中空糸膜モジュールユニットに関する。

中空糸膜モジュールは、無菌水、飲料水、高度純水の製造、空気の浄化等の数多くの用途でろ材として使用されている。中空糸膜モジュールとしては、中空糸膜を束状にした形態、中空糸膜をシート状にしてこれを積層した形態等、各種の形態を有するものが製造されている（特許文献１参照）。

中空糸膜を積層した形態の中空糸膜モジュールは、平型中空糸膜モジュールとも呼ばれ、積層された複数の中空糸膜の端部をハウジングで固定したものである（特許文献２参照）。ハウジングの内部には、複数の中空糸膜の少なくとも一方の端部が開口された状態で収容されている。また、ハウジングと中空糸膜との間はポッティング樹脂で封止されており、中空糸膜をシート状にした集合体をハウジング内で支持・固定した構造を有している。

近年、処理される原水量の増大により、複数の平型中空糸膜モジュールを組み合わせて中空糸膜モジュールユニットとすることが行われている。中空糸膜モジュールユニットは複数の平型中空糸膜モジュールを具備しているため、下水などの処理量を向上でき、大規模な水処理装置に特に好適である。

中空糸膜モジュールユニットは、平型中空糸膜モジュールのシート状の中空糸膜の面が互いに対面するように、かつ、モジュールが一定間隔で配置される構成とすることが一般的である。
特許文献３には、平型の膜モジュールを、一定間隔で形成された複数の溝が設けられたパネルの溝に固定する、膜モジュールの固定方法が開示されている。このような固定方法とすることによって、膜モジュールが互いに対面し、かつ、一定間隔でユニット内に配置される。

特開平４−３１０２１９号公報 特開２００９−１９５８４４号公報 特開平１０−９９８８１号公報

ところで、近年、処理される原水量の更なる増大により、平型中空糸膜モジュール及びそのユニットが大型化しているため、平型中空糸膜モジュールを簡便に取り扱うことが困難になりつつある。また、平型中空糸膜モジュールの大型化に伴って、フレームや平型中空糸膜モジュール自身の寸法に誤差が生じやすくなったり、歪みやすくなったりするため、複数の平型中空糸膜モジュールを確実に連結、固定することが困難になりつつある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、構造が単純で、組み立て、解体、及び保守を簡便に行うことができ、かつ、複数の中空糸膜モジュールをより確実に固定できる中空糸膜モジュールユニットを提供することにある。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、フレームの上部に、下側に開口する複数の溝を備えた上部保持部材が設けられ、前記フレームの下部に、前記上部保持部材の各溝に対向した上側に開口する溝を備えた下部保持部材が設けられ、前記上部保持部材の複数の溝と前記下部保持部材の複数の溝との間に、上部ハウジングと下部ハウジングとが保持された複数の中空糸膜モジュールが一定間隔をもって配置される中空糸膜モジュールユニットであって、前記上部保持部材の溝は、前記中空糸膜モジュールの前記上部ハウジングを幅方向で受け入れる受け入れ部と、該受け入れ部の奥側で前記上部ハウジングを幅方向で位置決めする固定部とが段差部を介して連続的に形成され、前記上部保持部材を前記フレームに対して上下移動可能に支持したことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記上部保持部材と前記下部保持部材は、フレームの上部両側及び下部両側に一対設けられ、前記上部ハウジング及び前記下部ハウジングの両端部を位置決めすることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記保持手段を形成する材料の硬度は、前記ハウジングを形成する材料の硬度と同じか、前記ハウジングを形成する材料の硬度よりも低硬度であることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、中空糸膜モジュールをフレームに挿入する際、受け入れ部をガイドとして利用できるため、挿入が容易となるとともに、挿入後は、固定部によって中空糸膜モジュールを確実に固定することができる。
また、請求項１に記載した発明によれば、中空糸膜モジュールの挿入時に上部保持部材を上方向に移動させ、挿入後に下方向に移動させることができるため、中空糸膜モジュールの挿入及び固定作業をより簡便に行うことができる。

請求項２に記載した発明によれば、中空糸膜モジュールの上部ハウジング及び下部ハウジングの両端部のみを固定する構造となるため、単純な構造で中空糸膜モジュールを固定することが可能となる。
請求項３に記載した発明によれば、中空糸膜モジュールの固定の際に、上部ハウジングが上部保持部材によって破損する可能性を低減することができる。

本発明の実施形態の中空糸膜モジュールユニットの分解斜視図である。 フレームの詳細を示す斜視図である。 上部保持部材の斜視図である。 図３のＡ方向から見た上部保持部材の側面図である。 上部保持部材の動きを示す図である。 図５のＢ方向から見た断面図である。 上部保持部材の動きを示す図である。 下部保持部材の側面図である。

以下、本発明の実施形態の中空糸膜モジュールユニット１について図面を参照して詳細に説明する。図１は、中空糸膜モジュールユニット１の分解斜視図である。
本実施形態の中空糸膜モジュールユニット１は、各構成要素を設置可能に構成されたフレーム２と、フレーム２の下部に配置されている膜洗浄用の散気装置３と、フレーム２に水平方向に挿入されて固定される複数の中空糸膜モジュール１０と、フレーム２の上方に配置される合流管４とを主な構成要素として備えている。散気装置３には図示しないブロワーが接続されており、合流管４は図示しない吸引ポンプと接続されている。

中空糸膜モジュール１０は、上部ハウジング１１、下部ハウジング１２、複数の中空糸膜をシート状とした中空糸膜シート状物１３と、一対の支柱１４，１４から構成されている。中空糸膜シート状物１３は、その両端部が、各ハウジング１１，１２内に挿入され、各ハウジング１１，１２内に画定されている集水部内で開口されている。支柱１４，１４は、ハウジング１１，１２の両端部同士を接続する棒状部材であり、この支柱１４，１４によって、上部ハウジング１１と下部ハウジング１２とは一定の間隔を保持しており、中空糸膜シート状物１３の面形態を維持して全体として平型の中空糸膜モジュールを構成している。

フレーム２は、チャンネル材から成る４本の縦フレーム２Ｔを備えている。各縦フレーム２Ｔの上部及び下部は互いに横フレーム２Ｙで接続され、枠状の骨格が形成されている。図２に拡大図として示すように、縦フレーム２Ｔは、フランジ部２Ｔｆをフレーム両側外側に向け、互いに底壁２Ｔｂを対向させた状態で前側と後側とに各一対配置されている。

フレーム２の下部には散気装置３が縦フレーム２Ｔに囲まれた範囲内で横フレーム２Ｙに固定され、フレーム２の上部には前面と後面に合流管４が各々横フレーム２Ｙに固定されている。フレーム２の前面、両側面、後面は、板材２Ｐによって覆われ、散気装置３による洗浄効果をフレーム内に集中的に作用させるようになっている。ただし、図１においては、前面の板材２Ｐは省略してある。

フレーム２の内部には複数の中空糸膜モジュール１０が前面から後面に向かって挿入されて固定されている。複数の中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜シート状物１３を構成する面が互いに対面するように、かつ、ハウジング１１，１２の長手方向が揃うように一定間隔でフレーム２内に配置されている。具体的には、対向する縦フレーム２Ｔの底壁２Ｔｂ間にフレーム２の前面と後面にまたがって配置されている。
また、各上部ハウジング１１には取水口１５形成されており、この取水口１５が取水管２０によって合流管４と接続される。

複数の中空糸膜モジュール１０は、一対の上部保持部材５，５（図１には、一方の符号５のみ示す）、及び一対の下部保持部材６，６（図１には、一方の符号６のみ示す）を介してフレーム２に固定さている。上部保持部材５，５は、後述する上下動部材９（図５〜７参照）を介して縦フレーム２Ｔに支持される。
図３に示すように、上部保持部材５，５は長尺形状の部材であり、フレーム２の上部前面側、及び上部後面側、つまりフレーム２の上部両側に一対設けられている。同様に、下部保持部材６，６もフレーム２の下部の前面側及び後面側、つまりフレーム２の下部両側に一対設けられている。

上部保持部材５，５には、中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１を受け入れて固定するための上部溝７（溝）が、その長手方向に一定間隔で形成されている。また、下部保持部材６，６には、中空糸膜モジュール１０の下部ハウジング１２を固定するための下部溝８（溝）が、その長手方向に一定間隔で形成されている。
上部溝７及び下部溝８は、概略コ字状の切欠きが、保持部材５，６の一側面から他側面に貫通することで形成されており、保持部材５，６は側面から見た形状が櫛歯形状となっている。また、上部溝７は、上部保持部材５がフレーム２の上部に固定された際、下側に開口するように形成され、下部溝８は、下部保持部材６がフレームの下部に固定された際、上側に開口するように形成される。

中空糸膜モジュール１０は、上部ハウジング１１の両端がそれぞれ上部保持部材５によって保持されるとともに、下部ハウジング１２の両端がそれぞれ下部保持部材６に保持されることによって、一定間隔を持ってフレーム２内に位置決めされる。固定することのできる中空糸膜モジュール１０の数は、上部保持部材５、及び下部保持部材６に形成された溝の数に依存する。

次に、上部保持部材５に形成された複数の上部溝７の詳細形状について説明する。
図３に示すように、上部溝７は断面概略コ字状の溝であり、上部保持部材５の一側面５１から他側面５２まで貫通している。
上部溝７は、受け入れ部７１と受け入れ部７１の奥側の固定部７２とから構成されており、受け入れ部７１と固定部７２とは段差部７３を介して連続して形成されている。受け入れ部７１の幅（図４の左右方向の幅）は、固定部７２の幅に対してやや大きい。段差部７３は、受け入れ部７１の側壁７１ａと固定部７２の側壁７２ａとを、なだらかに接続する斜面である。

図４に示すように、固定部７２の幅Ｗ１は、固定する上部ハウジング１１の幅に対して、僅かに大きく形成されている。具体的には、上部ハウジング１１の幅２７．４ｍｍに対して、固定部７２の幅Ｗ１は、２８．２ｍｍである。固定部７２の幅Ｗ１を上部ハウジング１１の幅と、略同じ幅とすることによって、後述する上下移動機構により、上部ハウジング１１を上部溝７に挿入した際、上部ハウジング１１は上部保持部材５に対して正確に固定される。

受け入れ部７１の幅Ｗ２は、固定部７２の幅Ｗ１よりも更に幅広に形成されている。具体的には、固定部７２の幅Ｗ１が２８．２ｍｍに対して、受け入れ部７１の幅Ｗ２は、３３ｍｍである。受け入れ部７１の幅を上部ハウジング１１の幅よりも十分広くしたことによって、後述する上下移動機構により、上部保持部材５を上方に配置した場合、この受け入れ部７１が、中空糸膜モジュール１０をフレームに挿入する際のガイドとして機能する。

上部溝７の深さは、上部ハウジング１１の形状及び寸法に依存して決められるが、本実施形態の深さは、２５ｍｍである。上部ハウジング１１の高さは、７５ｍｍであるため、上部ハウジング１１が、上部溝７の底面７４に当接するまで差し込まれた際、上部ハウジング１１の上側約１／３が上部溝７に挿入される。また、上部溝７の深さ２５ｍｍのうち、段差部７３は８ｍｍであり、受け入れ部７１の側面に対する段差部７３の側面の角度は約１７°である。
また、上部溝７同士の間隔は、中空糸膜モジュール１０及び中空糸膜モジュールユニット１の仕様によって決められるが、本実施形態の間隔は、４５ｍｍとされている。また、上部保持部材５には、後述する上下動部材９を固定するためのネジ孔が形成されている。

一方、下部保持部材６の下部溝８の形状は、図８に示すような単純なコ字状である。具体的には、幅３２ｍｍ、深さ２５ｍｍである。下部溝８同士の間隔は、上部溝７同士の間隔と同一であり、上部保持部材５と下部保持部材６は、これらがフレーム２に固定された際に、溝７，８が対向するように固定される。

上部保持部材５及び下部保持部材６の材料としては、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂等のエンジニアリングプラスチックが好適であり、本実施形態においては、ＡＢＳ樹脂を採用している。例えば、ＡＢＳ樹脂で形成された保持部材５，６と、ＡＢＳ樹脂で形成されたハウジング１１，１２の組合せが好ましい。
さらに、上部保持部材５及び下部保持部材６の材料は、中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１と下部ハウジング１２の材料よりも硬度の低い材料がより好適である。ハウジングは、基本的にＡＢＳ樹脂であるため、保持部材をより低硬度のもの（例えば、低硬度ウレタン樹脂、低硬度ポリエチレンやポリプロピレン等）とした場合がより好ましい。

図５、図６に示すように、上部保持部材５は、上下動部材９を介して縦フレーム２Ｔの底壁２Ｔｂに上下移動可能に固定されている。上下動部材９は、長尺状のＬ字部９１と該Ｌ字部９１の両端に取りつけられた一対の固定板部９２，９２とから構成される。上下動部材９の長さは、上部保持部材５と略同一である。

Ｌ字部９１は、断面Ｌ字状のアングル材であって、一面を水平にして他面をフレーム２の前面側に立ち上がるようにして配置されている。Ｌ字部９１は、上部保持部材５の上面に複数のボルト２１によって締結されている。
固定板部９２，９２は板状の部材であり、Ｌ字部９１の両端部に固定板部９２の面がＬ字部９１の長手方向に直交し、フレーム２の後面側に延びるように取り付けられている。各固定板部９２の裏面には、２つのウェルドナット９３，９３がフレーム２の前後方向に離間して溶接されているとともに、このウェルドナット９３，９３に対応する箇所に貫通孔が形成されている。
上下動部材９の材料としては、アルミニウム、ステンレス等の耐錆性を有する金属が好ましく、本実施形態においては、ステンレス（ＳＵＳ３０４）を採用している。

上下動部材９に対応して縦フレーム２Ｔの底壁２Ｔｂには、２つの上下方向に長い長孔２３，２３が形成されており、上下動部材９は、長孔２３，２３に挿入されたボルト２２，２２と上下動部材９のウェルドナット９３，９３とによって締め付け固定されている。
長孔２３，２３の上下方向の上端は、ボルト２２が長孔２３の上端にあるときに、中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１の上端が少なくとも上部保持部材５の段差部７３よりも下方、かつ、上部保持部材５の下端より上方に位置するように設定されている。長孔２３，２３の上下方向の下端は、ボルト２２が長孔２３の下端に至る手前で少なくとも中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１の上部が固定部７２に位置決めされるように設定されている。

上記実施形態によれば、中空糸膜モジュール１０をフレーム２内に固定するにあたっては、図５に示すように、上部保持部材５を上方に移動させ、ボルト２２によって固定した状態としておく。この状態で図１に示すように、中空糸膜モジュール１０を下部保持部材６の下部溝８に合わせて、上部溝７の受け入れ部７１の溝内に収めた状態でスライドさせて順次フレーム２に挿入する。全ての中空糸膜モジュール１０を挿入し終えたら、図７に示すように、ボルト２２を緩めると、上部保持部材５は下方に移動し、上部保持部材５の上部溝７の受け入れ部７１により相対的に中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１を受け入れて、上部溝７の固定部７２まで中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１を案内する。
その後、ボルト２２を締め付けて、上部保持部材５を縦フレーム２Ｔに固定すれば、中空糸膜モジュール１０の取付作業が終了する。

ここで、中空糸膜モジュール１０をフレーム２に挿入する際は、上部保持部材５の受け入れ部７１がガイドとなるため、中空糸膜モジュール１０の位置決め作業が行い易い。また、上部保持部材５を下方に移動させ、上部保持部材５の固定部７２に中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１を挿入することによって、中空糸膜モジュール１０を確実に固定することができるなど、中空糸膜モジュール１０の挿入及び固定作業をより簡便に行うことができる。

また、フレーム２の上部両側及び下部両側にそれぞれ一対設けられた長尺状の上部保持部材５，５及び下部保持部材６，６によって、中空糸膜モジュール１０の上部ハウジング１１及び下部ハウジング１２の両端部のみを固定する構造としたため、挿入の時の摩擦も少なく、単純な構造で中空糸膜モジュール１０を固定することが可能となる。
また、段差部７３が形成され、受け入れ部７１の側面に対する段差部７３の側面の角度は約１７°と、なだらかに形成されていることにより、上部保持部材５を下方に移動させ、中空糸膜モジュール１０を固定部７２に挿入する際、上部ハウジング１１が、段差部７３に引っ掛かることがなくスムーズに案内できる。

また、上下動部材９はフレーム２に前後方向に離間した２つのボルトで固定されているため、固定箇所を中心に回転しにくくなっている。
さらに、上部保持部材５及び下部保持部材６をＡＢＳ樹脂で形成すると共に、ハウジング１１，１２をＡＢＳ樹脂で形成したことによって、中空糸膜モジュール１０の固定の際に、ハウジング１１，１２が保持部材５，６によって破損する可能性を低減することができる。

なお、本実施形態においては、下部保持部材６の下部溝８の形状を単純なコ字状としたが、これに限ることはなく、下部保持部材６の溝形状を上部保持部材５と同様の形状として、挿入初期において、中空糸膜モジュール１０の下部保持部材６への挿入作業を容易化することもできる。

１ 中空糸膜モジュールユニット
２ フレーム
５ 上部保持部材
６ 下部保持部材
７ 上部溝（溝）
８ 下部溝（溝）
９ 固定部材
１０ 中空糸膜モジュール
１１ 上部ハウジング
１２ 下部ハウジング
７１ 受け入れ部
７２ 固定部
７３ 段差部

Claims (3)

1. フレームの上部に、下側に開口する複数の溝を備えた上部保持部材が設けられ、前記フレームの下部に、前記上部保持部材の各溝に対向した上側に開口する溝を備えた下部保持部材が設けられ、
   前記上部保持部材の複数の溝と前記下部保持部材の複数の溝との間に、上部ハウジングと下部ハウジングとが保持された複数の中空糸膜モジュールが一定間隔をもって配置される中空糸膜モジュールユニットであって、
   前記上部保持部材の溝は、前記中空糸膜モジュールの前記上部ハウジングを幅方向で受け入れる受け入れ部と、該受け入れ部の奥側で前記上部ハウジングを幅方向で位置決めする固定部とが段差部を介して連続的に形成され、
   前記上部保持部材を前記フレームに対して上下移動可能に支持したことを特徴とする中空糸膜モジュールユニット。
2. 前記上部保持部材と前記下部保持部材は、フレームの上部両側及び下部両側に一対設けられ、前記上部ハウジング及び前記下部ハウジングの両端部を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュールユニット。
3. 前記保持手段を形成する材料の硬度は、前記ハウジングを形成する材料の硬度と同じか、前記ハウジングを形成する材料の硬度よりも低硬度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールユニット。

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