JP6089776B2 - 濾過膜モジュールとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、濾過部材の一端部と他端部にフッターとヘッダーを設けた濾過膜モジュールとその製造方法に関し、特に、フッターとヘッダーを自硬性無機質部材で形成するとともに、前記自硬性無機質部材を構成する各種素材を選択して使用することにより、濾過膜モジュールの用途に応じて必要とされる特性、例えば耐熱性、耐薬品性などの必要とされる特性を持たせることを可能にしたものである。

濾過膜モジュールは、その用途に応じて各種のものが開発されている。
例えば、被処理水の濾過処理に使用する濾過膜モジュールとしては、図１６に示すように、シート状に収束された中空糸膜１０１が帯状の熱可塑性樹脂製の固定部材１０２で端部の開口状態を保って固定されていて、上記固定部材１０２は、熱可塑性樹脂製の集水部材１０３に融着固定されているものが開発されている。（例えば、特許文献１）。

また、高温のガスから各種物質を捕捉する分離膜としては、図１７に示すように、筒状のアルミナ質多孔体１１１の内周にゼオライト膜を形成した無機分離膜１１２の一端にアルミナ質ガス管１１３を差し込み、合せ部にガラス粉末やアルミ粉末を主成分とするシール用ペースト１１４を塗布する一方、無機分離膜１１２の他端の開口をアルミ質端板１１５にシール用ペースト１１６を塗布して塞いでから加熱焼成してシールする構成になっている。（例えば、特許文献２）。

また、図１８に示すように、多数の膜モジュール１２１を束ねたセラミック中空繊維膜１２２の一端をセラミックフランジ１２３で固定して端部を開口１２４させた膜モジュール１２５も開発されている。（例えば、特許文献３）。

特開平１１−７６７６４号公報 特開平１０−１８００６０号公報 特表２００８−５０７３９２号公報

特許文献１の膜モジュールは、中空糸膜１０１、固定部材１０２、集水部材１０３が同様の樹脂で形成されている場合には、これら相互を融着や接着等により比較的強固に結合することができるが、中空糸膜１０１が無機質であるセラミックスで形成され、集水部材１０３が高分子樹脂で形成されているような場合には、高分子樹脂からなる接着剤では、十分な結合強度を得ることができない。

また、特許文献２においては、上述したように、加熱焼成してシールを行なわなければならず加熱焼成炉等が必要となるために設備費コストが高くなる。

また、特許文献３においては、セラミック中空繊維膜１２１の一端を自硬性無機質部材（コンクリート）１２２で束ねているので、加熱焼成等を必要とせずに、自硬性無機質部材（コンクリート）１２２を自然硬化によりでセラミック中空繊維膜１２１の一端を結束することが出来るが、セラミック中空繊維膜１２１の端部は、開口１２４された侭の状態になっているので、これを実際に使用するためには、セラミック中空繊維膜１２２の両端部に集水部材を取り付け、或いは特許文献２のように、セラミック中空繊維膜１２２の一端を閉塞し、他端にアルミナ質ガス管１１２を取り付けて処理したガスを取り出す必要がある。

本発明は、濾過部材の一端部と他端部にフッターとヘッダーを設け、濾過部材で処理した被処理体をヘッダー内に設けた集合部材で集合して取り出すようにした濾過膜モジュールであり、フッターとヘッダーを自硬性無機質部材でモールド成形することにより、接着剤や加熱焼成を必要とせずにフッターとヘッダーを形成し、ヘッダーに設けた集合部材から被処理体を取り出すようにしたものである。

請求項１の発明は、膜本体に濾過膜及び該濾過膜で濾過した被処理体が流通する多数の流通路を形成した濾過部材と、前記濾過部材の一端部に設けられたフッターと、前記濾過部材の他端部に設けられていて該濾過部材で処理された被処理体を集合して導出するヘッダーと、を備え、前記ヘッダーは、前記濾過部材で濾過された被処理体を集めて外部に取り出す集合部材を中心部に備え、前記フッターとヘッダーは、前記濾過部材の一端部と他端部に自硬性無機質部材によりモールド形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の濾過膜モジュールにおいて、前記集合部材は、前記濾過部材の端部に接続されて該濾過部材で濾過された被処理体を集める本体部と、該本体部から被処理体を取り出す取出部と、を備え、前記濾過部材と前記集合部材の接続部は、前記ヘッダーにより包み込まれて一体的に結合されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の濾過膜モジュールにおいて、前記本体部は、前記濾過部材の端部を嵌合する長孔状の切欠部を周面に備えていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の濾過膜モジュールにおいて、前記集合部材は、耐熱性、機械的強度、耐薬品性を有する金属、セラミックス又は樹脂の何れかの材料で形成されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の濾過膜モジュールにおいて、前記濾過部材は、セラミックスフィルタ膜であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の濾過膜モジュールにおいて、前記自硬性無機質部材は、水硬性セメントと水とを混合して流動性を持たせ、水和反応により凝固して所望の強度、耐水性、耐薬品性、耐熱性を得られるものであることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の濾過膜モジュールにおいて、前記フッター及び／又は前記ヘッダーの表面を保護皮膜で被覆したことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかに記載の濾過膜モジュールにおいて、前記フッターと前記濾過部材の境界部分及び／又は前記ヘッダーと前記濾過部材の境界部分の表面を保護皮膜で被覆したことを特徴とする。

請求項９の発明は、膜本体に濾過膜及び該濾過膜で濾過された被処理体が流通する多数の流通路を形成した濾過部材と、該濾過部材の一端部に設けられたフッターと、前記濾過部材の他端部に設けられて前記濾過膜で濾過された被処理体を集合して導出するヘッダーと、を備えた濾過膜モジュールの製造方法において、
前記濾過部材の一端部に筒状の集合部材を接続し、該集合部材と前記濾過部材の接続部を自硬性無機質部材のヘッダーで包み込んで両者を一体的に結合することを特徴とする濾過膜モジュールの製造方法。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の濾過膜モジュールの製造方法において、前記筒状の集合部材内に棒状のシール部材を挿入した状態で前記ヘッダーを成形し、ヘッダー成形後に、前記棒状のシール部材を前記集合部材内から抜き出すことを特徴とする。

（１）請求項１の発明は、特許文献１〜３のように、加熱焼成等を使用せずに自硬性無機質部材の自然硬化でフッターとヘッダーを形成することができる。
また、ヘッダーの中心部に前記濾過部材で濾過された被処理体を集めて外部に取り出す集合部材を配置したので、ヘッダーの中心部に、直接、中空の被処理体流路を形成する場合に較べて、被処理体流路の形成が容易になる。（ヘッダーの中心に直接、中空を容易に形成する場合には、ヘッダーを成形後に中子の除去作業が必要となる）。さらに、ヘッダーの中心部に集合部材を配置したので、該集合部材でヘッダーの機械的強度を補強することができる。
（２）請求項２の濾過膜モジュールは、濾過部材と集合部材の本体部との接続部を自硬性無機質部材のヘッダーで包み込んで一体に結合したので、濾過部材とヘッダーを接着剤などで結合固定する場合に較べて耐久性や耐薬品性等を向上させることができる。
（３）請求項３の濾過膜モジュールは、管状の集合部材の周面に濾過部材の端部を嵌合する長孔状の切欠部を設け、該切欠部に濾過部材の端部を嵌合し、濾過部材と集合部材を位置決めした状態で前記ヘッダーを成形することができる。
（４）請求項４の濾過膜モジュールは、前記集合部材を、耐熱性、機械的強度、耐薬品性に優れたもので形成したので、濾過体集合部材の劣化を防止し、濾過膜モジュールの耐久性を向上させることができる。
（５）請求項５の濾過膜モジュールは、濾過部材にセラミックスフィルタ膜を使用したので、耐熱性や耐薬品性等に優れ、且つ濾過性能にも優れたものになる。従って、この濾過膜モジュールは、河川水、湖水、各種下廃水などの濾過や、酸やアルカリ廃液から固形混入物質を分離するための耐薬品性を有する分離膜、或いは焼却炉などから発生する高温（例えば２００〜８００℃）の排気ガス中の各種物質を捕捉し浄化する煤塵除去用バグフィルタ或いはオイルサンドからビッチュメンを生産する場合の加温含油水に含まれる油分を除去する油水分離膜などの被処理物が高温で耐熱性や耐薬品性が要求される場合にも使用することが可能になる。
（６）請求項６の濾過膜モジュールは、水硬性セメントと水とを混合して自硬性無機質部材に流動性を持たせたので、金型に流し込んでモールド成形することができる。そして、金型に流し込んだ後は放置しておくことにより、水和反応により凝固して所望の強度、耐水性、耐薬品性、耐熱性を有するフッターとヘッダーを得ることができる。
（７）請求項７の濾過膜モジュールは、フッター及び／又はヘッダーの表面を保護皮膜で被覆したので、フッター及び／又はヘッダーの水密性や耐薬品性を向上させることができる。
（８）請求項８の濾過膜モジュールは、フッターと濾過部材の境界部分及び／又はヘッダーと濾過部材の境界部分の表面を保護皮膜で被覆したので、フッターと濾過部材の境界部分やヘッダーと濾過部材の境界部分の防水性を向上させることができる。
（９）請求項９の濾過膜モジュールの製造方法は、濾過部材の一端の集合部材を結合する部分を、ヘッダー成形用の金型内に挿入する一方、濾過部材の他端部をフッター成型用の金型内に挿入して、これらヘッダー成形用の金型及びフッター成型用の金型内に流動性を有する未硬化の自硬性無機質部材を注入して硬化させることにより、ヘッダー及びフッターを形成することができる。特に、濾過部材の一端に集合部材を突き合せた状態で、該突き合せ部をフッター成型用の金型内に挿入して、該成形金型内に未硬化の流動性を有する自硬性無機質部材を注入して硬化させることにより、前記突き合せ部をヘッダーで包み込んだ状態で、ヘッダーを濾過部材の一端に形成することが出来る。
（１０）請求項１０の濾過膜モジュールの製造方法は、濾過部材の端部に取り付けた管状の集合部材内に棒状のシール部材を装填した後に、前記濾過部材と集合部材の結合する部分を成形金型内に収容してヘッダーを形成するので集合部材内への自硬性無機質部材の浸入を阻止することができる。そして、ヘッダー成形後に、前記シール部材を抜き取ることにより集合部材を元の管状に戻すことができる。

第１の実施形態の濾過膜モジュールの正面図。 同側面図。 セラミックスフィルタ膜の断面図。 セラミックスフィルタ膜と集合部材の結合状態を示す説明図。 集合部材の側面図。 集合部材の他の例の側面図。 フッターの一部を拡大して示す説明図。 ヘッダーの断面図。 ヘッダーの側面図。 金型にフィルタ膜等をセットした状態を示す説明図。 成形後に金型からフッターやヘッダーを取り外した状態を示す説明図。 第１の金型の側面図。 Ａは棒状のシール部材の一例を示す説明図、Ｂは棒状のシール部材の他の例を示す説明図。 第２の実施形態の濾過膜モジュールの正面図。 第２の実施形態の濾過膜モジュールの側面図。 従来例を示す説明図。 他の従来例を示す説明図。 更に他の従来例を示す説明図。

図１〜図１３は、第１の実施形態の濾過膜モジュール１を示す。この実施形態は、主に河川水、湖水、各種下廃水などの濾過や、酸やアルカリ廃液から固形混入物質を分離するための耐薬品性を有する分離膜など液体の濾過に用いる濾過膜モジュールを例にとって説明する。

図１と図２は、濾過膜モジュール１を縦配置方式のモジュールユニット５に設置した形態を示す。図１は濾過膜モジュール１の正面図である。濾過膜モジュール１は、濾過部材としてのセラミックスフィルタ膜（以下、濾過部材をセラミックスフィルタ膜と称する）２と、セラミックスフィルタ膜２の一端側に設けられたフッター３と、セラミックスフィルタ膜２の他端側に設けられたヘッダー４と、を備えている。フッター３とヘッダー４は、自硬性無機質部材で形成されている。

図２に示すように、濾過膜モジュール１は、フッター３を下にし、ヘッダー４を上にした状態で所定の間隔Ｄをもって複数並列に配置されて縦配置方式のモジュールユニット５として構成されている。

フッター３は、断面コ字状のフッター間隔保持部材６に下端を嵌合した状態でフッター支持部材７に支持されている。

ヘッダー４は、ヘッダー間隔保持部材８により両側を挟まれた状態でヘッダー支持部材９に支持されている。なお、１０はヘッダー３の上部に配置されたヘッダー上部押さえ、１１はヘッダー上部押さえ１０を支持しているフレームである。

図１に示すように、縦配置方式のモジュールユニット５は、被処理水槽１２の中に配置されている。そして、被処理水槽１２内の被処理水１３は、セラミックスフィルタ膜２により濾過されて処理水（以下、濾過水）となり、該濾過水は、前記ヘッダー４の一端部に接続された接続配管１４を介して導水部材としての濾過水導管１５に供給され、該濾過水導管１５によって所望の場所、例えば濾過水貯水槽等に供給される。

図３はセラミックスフィルタ膜２の断面図である。セラミックスフィルタ膜２は、膜本体２ａに濾過膜２ｂ及び該濾過膜２ｂで濾過した被処理体が流通する多数の流通路（以下、濾過水流通路と称する）２ｃを設けることにより形成されている。

図４に示すように、セラミックスフィルタ膜２の上端には、前記濾過水流通路２ｂを流れてきた濾過水を集める集合部材（以下、濾過水集合部材と称する）２１が接続されている。濾過水集合部材２１は、筒状に形成されていて、内部を濾過水が流れる構成になっている。

図５,図６に示すように、濾過水集合部材２１は、セラミックスフィルタ膜２の濾過水流通路２ｃから流入してきた濾過水を受ける本体部（以下、集水部と称する）２１ａと、集水部２１ａの濾過水を外部に取り出す取出部（以下、濾過水取出部と称する）２１ｂを備えている。

集水部２１ａの周面には、長さ方向の一端部から他端部の濾過水取出部２１ｂ側に向けて延びる長孔状の切欠部２１ｃが形成されていて、図４に示すように、長孔状の切欠部２１ｃには、セラミックスフィルタ膜２の一端部が嵌合される。

濾過水集合部材２１は、図５に示すように、全長に亘って直管状に形成されたものであっても、或いは図６に示すように、濾過水取出口２１ｂ側の外周に、接続した接続配管１４の脱落を防止する配管脱落防止ストッパー２１ｄを設けたものであってもよい。濾過水取出部２１ｂには、２点鎖線で示すように接続配管１４が接続される。

濾過水集合部材２１は、ＳＵＳ材或いはセラミックス繊維筒を無機接着剤などで硬化したものが用いられる。濾過水集合部材２１は、使用温度が２００℃程度以下であれば、有機系材料、例えばポリテトラフルオルレチン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、ポリフェニリンサルファイト（ＰＰＳ）、セラミックフッ素繊維からなるパイプであってもよい。

濾過水集合部材２１は、ヘッダー４の中心部に配置されていて、自硬性無機質部材製のヘッダー４を補強している。フッター３やヘッダー４に用いられる自硬性無機質部材は、ポリマーセメントを除いて曲げ強度が低い傾向にある。濾過水集合部材２１は、ヘッダー４の中心部に配置されていてヘッダー４の補強材として機能する。

図７に示すように、フッター３は、セラミックスフィルタ膜２の下端部に設けられていて、濾過水流通路２ｂの下端部を閉塞している。

図８,図９に示すように、ヘッダー４は、セラミックスフィルタ膜２の上端部に設けられていて、セラミックスフィルタ膜２の上端部及び濾過水集合部材２１の集水部２１ａを包み込んで両者を一体的に結合している。フッター３とヘッダー４は、前述したように、自硬性無機質部材で形成されている。

ここで、自硬性無機質部材とは、粉末状の材料、例えばセメントや骨材に適量の水を混合して流動性を確保し、流し込み用モールド部材として使用可能なものであり、水和反応により凝結して強度が得られ、その後、水中に置いても強度が低下しない水硬性を発現する性質を持つ材料である。

自硬性無機質部材として各種組成からなるキャスタブル材や各種組成からなるセメント系材料を使用できる。

各種組成からなるキャスタブル材としては、水硬性セメント（アルミナセメントなど）を結合材として使用し、耐火骨材と混合した耐火物であり各種製品が市販されている。

骨材には粘土質、高アルミナ質などの種々の耐火物が用いられ、結合材としてリン酸塩（例えば第一リン酸アルミニウム）やケイ酸ナトリウムを配合すると耐酸性をもたせることができる。

市販されているキャスタブル材の最高使用温度は、使用する骨材の種類により差があり、高アルミナ質耐火物は、粘土質耐火物よりも最高使用温度が高い。ただし、粘土質耐火物であっても最高使用温度は９００℃以上あるので、濾過膜モジュールを、焼却炉などから発生する高温（例えば２００〜８００℃）の排気ガス中の各種物質を捕捉し浄化する煤塵除去用バグフィルタに使用する場合でも十分に耐熱条件を果たす。

キャスタブル材の選択基準は、使用環境（耐熱性、耐薬品性など）、材料特性（要求される圧縮強度・熱膨張率・熱伝導率など）や作業性に基づいて行われる。

また、自硬性無機質部材には靭性強化のために必要に応じて繊維物質が混入される。繊維物質としては、ガラス繊維、ロックウール、セラミックファイバー、（Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２からなるファイバー）、Ａｌ２Ｏ３含有量の高いアルミナ繊維などが使用される。

繊維の大きさは、直径６〜１０μm程度、繊維の長さは１〜５ｍｍ程度（適用する長さは、成形体の厚みを考慮する）とする。

繊維物質の使用量は、無機質部材１００重量部に対して、０．５〜３重量部程度とする。０．５重量部未満では、機械的強度向上の効果は少なく、３重量部を超えると、混練物の流動性が低下して作業性が悪くなる。

また、上記キャスタブル材に代えて、各種組成からなるセメント系材料（セメント、骨材）も使用することができる。

セメントと水を練り混ぜたものはセメントペーストと呼ばれ、セメント、水、砂などを練り混ぜたものがモルタルである。また、セメント、水、砂などの細骨材、砂利などの粗骨材を練り混ぜたものがコンクリートである。そして、使用環境の要求仕様を満たす濾過膜モジュールを成形するために、その条件を満たすセメント系材料であるセメントペースト、モルタルやコンクリートにて上記キャスタブル材の場合と同様にして製造する。

粗骨材は、５ｍｍ以上のものが重量で８５％以上含まれる骨材であり、細骨材とは、１０ｍｍ篩を全て通過し、５ｍｍ以下のものが重量で８５％以上含まれる骨材を指し、これらの含有率を含めたセメント系材料の種類は、フッター、ヘッダー部分の平滑程度などを含めて膜モジュールの機能上、使用に支障の無いことを条件に選択される。

ここで、セメントは、「ポルトランドセメント」、ポルトランドセメントを主体として混合材料を混ぜ合わせた「混合セメント」、その他の「特殊セメント」の３つに大別されるが、用途に応じて選択すれば良い。

成形したセメント材料の強度、耐久性、水密性は、セメントと水を練り混ぜる際の水・セメント比と密接な関係があるので、膜モジュールの用途に応じた水・セメント比を選択すれば良い。例えば、水密性の高いセメント系材料とするならば水・セメント比は、５５％以下にすると良い。

また、耐酸性、耐熱性をもたせる場合には、セメントとしては特殊セメントに分類されるアルミナセメントを選択し、骨材としては、耐熱性の富むアルミナ、コージェライト、ムライト、シリカなどの微粉末や粒子を適用することが好ましい。

さらに、上記セメント系材料以外にも、ポリマーセメントモルタルやポリマーセメントコンクリートを使用できる。ポリマーセメントモルタルやポリマーセメントコンクリートとは、セメント、水、骨材を練り混ぜる際にセメント改質材としてポリマー混和剤を混和したコンクリート及びモルタルのことであり、各種ポリマー混和剤があり普通のモルタルに比べて接着性、耐薬品性、水密性などに優れた性質をもたせることができる。

なお、水・セメント比の調整と併せて、フッターやヘッダーの表面に合成樹脂塗料を塗布する等して、フッターやヘッダーに保護皮膜を形成することで、フッターやヘッダーの水密性や耐薬品性などを更に向上させることができる。

更に、フッターと濾過部材の境界部分及び／又はヘッダーと濾過部材の境界部分の表面に合成樹脂塗料を塗布し、保護被覆を形成することで耐薬品性が向上するとともに、フッターと濾過部材の境界部分やヘッダーと濾過部材の境界部分の防水性が向上するので膜モジュールの信頼性をさらに向上させることができる。

前記合成樹脂塗料として、フェノール樹脂塗料、合成樹脂調合ペイント、フタル酸樹脂塗料、エポキシ樹脂塗料、変性エポキシ樹脂塗料、タールエポキシ樹脂塗料、ポリウレタン樹脂塗料、アルキド変性シリコン樹脂塗料、アクリルシリコン樹脂塗料、塩化ゴム系樹脂塗料、塩化ビニル樹脂塗料、フッ素樹脂塗料などが使用できる。また、上記合成樹脂塗料は、使用目的に応じて１つ又は複数を組み合わせて選択できる。

第１の実施形態のセラミックス濾過膜モジュール１は、前述のような構成であって、セラミックスフィルタ膜２で濾過された濾過水は、セラミックスフィルタ膜２の一端部に取り付けた濾過水集合部材２１で集水され、該濾過水集合部材２１の端部の濾過水取出部２１ｂに接続された接続配管１４を介して濾過水導管１５に供給され、該濾過水導管１５を介して濾過水貯水槽等に供給される。

なお、上記実施形態では、濾過膜モジュール１にセラミックスフィルタ膜２を使用した場合を説明したが、セラミックスフィルタ膜２に限定されるものではなく、例えば、有機中空糸膜、有機平膜、無機平膜、無機単管膜などを用いることもできる。この濾過部材の材料としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）などが例示される。

次に、前記セラミックス濾過膜モジュール１の製造方法について説明する。なお、前記本発明のセラミックス濾過膜モジュール１と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１０,図１１は、前記濾過膜モジュールの製造に用いる第１の金型３１と、第２の金型４１を示し、第１の金型３１で前記フッター３を形成し、第２の金型４１でヘッダー４を形成する。

図１２に示すように、第１の金型３１は、一対の割型３１ａ，３１ｂからなっている。（一方の割型３１ｂは図示省略）。

図１０,図１１に示すように、第１の金型３１の割型３１ａ，３１ｂの間にはフッター３をモールド形成するためのキャビティ（成形空間）３２と、キャビティ３２内にセラミックスフィルタ膜２の一端部を導入するための膜導入用凹部３３と、第１のシールパッキン受溝３４が設けられている。

第１のシールパッキン受溝３４内には前記セラミックスフィルタ膜２の一端部（濾過水集合部材２１と反対側の端部）の外周に巻き付けた角リングやＯリングからなる第１のシールパッキン３５が収容される。

第１のシールパッキン３５は、第１の金型３１の割型３１ａ，３１ｂを型締めしたときに、前記第１のシールパッキン受溝３４内で圧縮されて、金型３１とセラミックスフィルタ膜２の間をシールしてキャビティ３２内の流動性のある自硬性無機質部材が外部に漏れるのを防止する。

また、第２の金型４１は、第１の金型３１と同様に一対の割型４１ａ，４１ｂからなっている。（一方の割型４１ｂは図示省略）。第２の金型４１は、割型４１ａ，４１ｂの間にヘッダー４を成形するためのキャビティ（成形空間）４２と、キャビティ４２内にセラミックスフィルタ膜２の一端部を導入するための膜導入用凹部４３と、濾過水集合部材２１の濾過水取出部２１ｂ側の端部を第１の金型４１の下端から突出させるための集合部材導出部４４と、第１、第２のシールパッキン受溝４５，４６を備えている。

前記濾過水集合部材２１の下端側の外周にはＯリング等からなる第２のシールパッキン４７が取り付けられている。第２のシールパッキン４７は、第２の金型４２の割型４２ａ，４２ｂを型締めしたときに、第２のシールパッキン受溝４５内で圧縮されて、第２の金型４２と濾過水集合部材２１の間をシールしてキャビティ４２内に注入した流動性を有する自硬性無機質部材が第２の金型４２の外部に漏れるのを防止している。

また、セラミックスフィルタ膜２の他端部（濾過水集合部材２１側の端部）の外周には角リングやＯリングからなる第３のシールパッキン４８が巻き付けられている。第３のシールパッキン４８は、第２の金型４１の割型４１ａ，４１ｂを型締めしたときに、第３のシールパッキン受溝４６内で圧縮されて、第２の金型４１とセラミックスフィルタ膜２の間をシールして、キャビティ４２内に注入した流動性のある自硬性無機質部材が第２の金型４１の外部に漏れるのを防止している。

流動性を有する自硬性無機質部材とは、粉末状の材料、例えばセメントや骨材に適量の水を混合して流動性を確保し、流し込み用モールド部材として使用可能なものであり、水和反応により凝結して強度が得られ、その後、水中に置いても強度が低下しない水硬性を発現する性質を持つ材料をいう。

なお、モジュールユニット５を高温仕様とする場合には、第１，第２，第３のシールパッキン３５，４７，４８は、金属系又は耐熱性の有機物系（例えばポリテトラフルオロレチン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、ポリフェニリンサルファイト（ＰＰＳ）とする。また、配管やフレーム等も同様の仕様とする。

図１０に示すように、管状の濾過水集合部材２１内には、棒状のシール部材５１が挿抜可能に取り付けられていて、ヘッダー４を成形する際に自硬性無機質部材が濾過水集合部材２１内に浸入するのを防止している。

シール部材５１は、図４に示すように、前記長孔状の切欠部２１ｃにセラミックスフィルタ膜２の先端を嵌合する際に、セラミックスフィルタ膜２の先端が当接して必要以上に濾過水集合部材２１内に入り込まないようにするストッパーとしても機能している。

シール部材５１は、適度の弾性を有する合成樹脂等の素材で、図１３Ａに示すように棒状に、或いは図１３Ｂに示すように、中心に心材５１ａを有する棒状に形成されている。シール部材５１は、濾過水集合部材２１内に予め挿入しておくことにより、ヘッダー４を成形する際に、第２の金型４１内において、流動性を有する自硬性無機質部材が濾過水集合部材２１内に浸入するのを防止する。

図１０に示すように、棒状のシール部材５１は、その上端を濾過水集合部材２１の上端に至るまで挿入したときに棒状のシール部材５１の下端５１ｂが濾過水集合部材２１の下端から突出する長さに形成されている。

図１２に示すように、第１，第２の金型３１，４１は、それぞれの割型３１ａ，３１ｂ、４１ａ，４１ｂ（図１２において第２の金型４１は図示省略）を開閉可能にした状態で、架台６０上に配置されている。

次に、前記第１，第２の金型３１，４１を使用して、濾過膜モジュール１を
製造する方法の一例を説明する。

図１１に示すように、濾過部材としてのセラミックスフィルタ膜２の一端側（フッター３を形成する側の端部）の外周に前記第１のシールパッキン３５を巻き付ける一方、セラミックスフィルタ膜２の他端側（ヘッダー４を形成する側の端部）の外周に前記第３のシールパッキン４８を巻き付ける。

そして、セラミックスフィルタ膜２の先端に濾過水集合部材２１を取り付ける。濾過水集合部材２１の下端側には前記第２のシールパッキン４７を巻き付ける。

濾過水集合部材２１内には予め前記棒状のシール部材５１を挿入しておいて、該シール部材５１の下端５１ｂを濾過水集合部材２１の下端から突出させる。

次に、第１の金型３１の割型３１ａ，３１ｂを開き、これら割型３１ａ，３１ｂ間にセラミックスフィルタ膜２の一端部（フッター３を形成する側の端部）を挿入して、前記キャビティ３２の中央部に位置させると共に、前記第１のシールパッキン３５を前記第１のシールパッキン受溝３４の位置に対応させる。

そして、第１の金型３１の割型３１ａ，３１ｂを閉じると、前記第１のシールパッキン受溝３４内で圧縮されて、金型３１とセラミックスフィルタ膜２の間をシールしてキャビティ３２内に注入した流動性のある自硬性無機質部材が外部に漏れるのを防止する。

また、第２の金型４１の割型４１ａ，４１ｂを開き、これら割型４１ａ，４１ｂ間にセラミックスフィルタ膜２の他端部（ヘッダー４を形成する側の端部）を挿入し、前記濾過水集合部材２１を前記キャビティ４２の中央部に位置させると共に、前記第２のシールパッキン４７を前記第２のシールパッキン受溝４５の位置に対応させる。また、第３のシールパッキン４８を前記第３のシールパッキン受溝４６の位置に対応させる。

そして、第２の金型４２の割型４２ａ，４２ｂを型締めすると、第２のシールパッキン受溝４５内で第２のシールパッキン４７が圧縮されて、第２の金型４２と濾過水集合部材２１の間をシールしてキャビティ４２内に注入した流動性を有する自硬性無機質部材が外部に漏れるのを防止すると共に、第３のシールパッキン４８が第３のシールパッキン受溝４６内で圧縮されて、第２の金型４１とセラミックスフィルタ膜２の間をシールして、キャビティ４２内に注入した流動性のある自硬性無機質部材が外部に漏れるのを防止する。

前述したように、第１の金型３１のキャビティ３２内にセラミックスフィルタ膜２の一端部をセットし、第２の金型４１のキャビティ４２内にセラミックスフィルタ膜２の他端部をセットしたら、キャビティ３２，４２内に流動性を有する自硬性無機質部材を注入して、フッター３とヘッダー４を成形する。

キャビティ３２，４２内に注入した自硬性無機質部材をキャビティ３２，４２内の隅々に行き渡らせせるには水分が多いほどよいが、水分が多すぎると硬化するまでの時間が長くなり、硬化後のフッター３やヘッダー４の強度にも悪影響を及ぼす。過剰にならない水分量として、例えば１８〜２４質量％程度が適当である場合が多い。

キャビティ３２，４２内に注入した自硬性無機質部材にバイブレータで振動を与え、或いは棒等で突いて脱気を行なえば、より確実に自硬性無機質部材をキャビティ３２，４２の隅々に行き渡らせることができる。自硬性無機質部材をキャビティ３２，４２の隅々に行き渡らせた後は、外力を加えずに静置して十分に乾燥硬化させる。乾燥硬化を促進させるために加熱しても良い。なお、キャビティ３２，４２内に自硬性無機質部材を注入する前に、キャビティ３２，４２の周面にグリース等の油を塗布しておくと製品の型離れを良くすることが出来る。

フッター３とヘッダー４が硬化したら、金型３１，４１から濾過膜モジュール１を取り出し、濾過水集合部材２１から棒状のシール部材５１を引き抜くことにより、ヘッダー４の中心部に濾過水集合部材２１を有する濾過膜モジュールが形成される。

図１４〜図１５は、第２の実施形態のセラミックス濾過膜モジュール１を示す。第２の実施形態において、セラミックス濾過膜モジュール１の長さ方向の一端部にフッター３Ａが設けられ、他端部にヘッダー４Ａが設けられている。

フッター３Ａとヘッダー４Ａは、前記第１の実施形態のヘッダー４と略同様に形成されている。

そして、多数の濾過膜モジュール１を横長状に、且つ濾過膜モジュール１相互間に所定の間隔Ｄを持たせて配置し、小ユニット６１を形成し、これら小ユニット６１を多段積みすることにより中型或いは大型のモジュール横配置方式のユニット６２が形成される。６３は、多段積みした小ユニット６１を連結している連結ボルトである。

多数の濾過膜モジュール１のヘッダー３の下部にはコネクター６４を介して第１の濾過水導管６５が接続、配置されている。そして、各濾過膜モジュール１で濾過された濾過水は、第１の濾過水導管６５で集められて、該第１の濾過水導管６５の一端部に接続された第２の濾過水導管６６を介して所望の場所、例えば濾過水貯水槽等に供給される。

第２の実施形態の濾過膜モジュール１は、濾過膜モジュール１の一端部に設けたフッター３Ａと、他端部に設けたヘッダー４Ａを、前記第１の実施形態のヘッダー４と略同様の構成としたので、濾過水をヘッダー４Ａ側から取り出すことができるのは勿論のこと、フッター３Ａ側からも濾過水を取り出すことができるので、第１の実施形態のセラミックスフィルタ膜２の一端側に設けたヘッダー４のみから濾過水を取り出すものに較べて濾過水の取り出し効率を倍増させることができる。

上記実施例では、濾過膜モジュールを、河川水、湖水、各種下廃水などの濾過に用いる場合を例にとって説明したが、酸やアルカリ廃液から固形混入物質を分離するための耐薬品性を有する分離膜、或いは焼却炉などから発生する高温（例えば２００〜８００℃）の排気ガス中の各種物質を捕捉し浄化する煤塵除去用バグフィルタ或いはオイルサンドからビッチュメンを生産する場合の加温含油水に含まれる油分を除去する油水分離膜などの被処理物が高温で耐熱性や耐薬品性が要求される場合にも使用できる。

１…濾過膜モジュール
２…セラミックスフィルタ膜（濾過部材）
２ａ…濾過部材
２ｂ…濾過膜
２ｃ…流通路
３…フッター
４…ヘッダー
２１…集合部材（濾過水集合部材）
２１ａ…本体部
２１ｂ…取出部
２１ｃ…長孔状の切欠部
３１…第１の金型
４１…第２の金型
５１…棒状のシール部材

Claims (10)

1. 膜本体に濾過膜及び該濾過膜で濾過した被処理体が流通する多数の流通路を形成した濾過部材と、
   前記濾過部材の一端部に設けられたフッターと、
   前記濾過部材の他端部に設けられていて該濾過部材で処理された被処理体を集合して導出するヘッダーと、を備え、
   前記ヘッダーは、前記濾過部材で濾過された被処理体を集めて外部に取り出す集合部材を中心部に備え、
   前記フッターとヘッダーは、前記濾過部材の一端部と他端部に自硬性無機質部材によりモールド形成されていることを特徴とする濾過膜モジュール。
2. 前記集合部材は、前記濾過部材の端部に接続されて該濾過部材で濾過された被処理体を集める本体部と、該本体部から被処理体を取り出す取出部と、を備え、前記濾過部材と前記集合部材の接続部は、前記ヘッダーにより包み込まれて一体的に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の濾過膜モジュール。
3. 前記本体部は、前記濾過部材の端部を嵌合する長孔状の切欠部を周面に備えていることを特徴とする請求項２に記載の濾過膜モジュール。
4. 前記集合部材は、耐熱性、機械的強度、耐薬品性を有する金属、セラミックス又は樹脂の何れかの材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の濾過膜モジュール。
5. 前記濾過部材は、セラミックスフィルタ膜であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の濾過膜モジュール。
6. 前記自硬性無機質部材は、水硬性セメントと水とを混合して流動性を持たせ、水和反応により凝固して所望の強度、耐水性、耐薬品性、耐熱性を得られるものであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の濾過膜モジュール。
7. 前記フッター及び／又は前記ヘッダーの表面を保護皮膜で被覆したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の濾過膜モジュール。
8. 前記フッターと前記濾過部材の境界部分及び／又は前記ヘッダーと前記濾過部材の境界部分の表面を保護皮膜で被覆したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の濾過膜モジュール。
9. 膜本体に濾過膜及び該濾過膜で濾過された被処理体が流通する多数の流通路を形成した濾過部材と、該濾過部材の一端部に設けられたフッターと、前記濾過部材の他端部に設けられて前記濾過膜で濾過された被処理体を集合して導出するヘッダーと、を備えた濾過膜モジュールの製造方法において、
   前記濾過部材の一端部に筒状の集合部材を接続し、該集合部材と前記濾過部材の接続部を自硬性無機質部材のヘッダーで包み込んで両者を一体的に結合することを特徴とする濾過膜モジュールの製造方法。
10. 前記筒状の集合部材内に棒状のシール部材を挿入した状態で前記ヘッダーを成形し、ヘッダー成形後に、前記棒状のシール部材を前記集合部材内から抜き出すことを特徴とする請求項９に記載の濾過膜モジュールの製造方法。

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