JP6264938B2

JP6264938B2 - 中空糸膜モジュール

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Publication number: JP6264938B2
Application number: JP2014035521A
Authority: JP
Inventors: 一成丸井; 倫宏岡村; 熊野　淳夫; 淳夫熊野
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: JP2015160157A; WO2015129674A1

Description

本発明は、中空糸膜モジュールに関する。

膜分離法による液状混合物の分離・濃縮は、蒸留などの従来の分離技術に比べて相変化を伴わないため省エネルギー法であり、かつ物質の状態変化を伴わないことから、果汁の濃縮、ビール酵母の分離などの食品分野、あるいは工業排水からの有機物の回収といった多分野において幅広く利用されており、膜による水処理は、最先端技術を支える不可欠のプロセスとして定着している。

このような膜を用いた水処理では、膜を集合させて一つの構成要素とした膜エレメントを圧力容器に装填した膜モジュールが用いられており、特に、中空糸膜エレメントは、スパイラル型膜エレメントに比べ単位膜面積当たりの透水量は大きくないが、膜モジュール容積当たりの膜面積を大きくとることができるため、全体として透水量を大きくとることができ、容積効率が非常に高いという利点があり、コンパクト性に優れる。また、高濃度水溶液と淡水の両方をモジュール内に供給して半透膜を介して接触させる場合に、膜表面の濃度分極を小さく抑えられる。

このような中空糸膜エレメントを備える中空糸膜モジュールを用いて、大量の処理を行う場合に、中空糸膜モジュールを複数本配列し、それぞれを配管接続してなる中空糸膜モジュール配列群を、大型プラントとして用いることが検討されている。しかし、中空糸膜モジュールの本数が多くなり、必要な配管も複雑になって、中空糸膜モジュールの設置面積が多くなるため、プラント全体をコンパクト化し、効率化することが望まれる。

プラントをコンパクト化する方法の１つとしては、１本の中空糸膜エレメントの長さを長くして中空糸膜モジュール当りの膜面積を大きくする方法が考えられる。これにより、モジュール当りの中空糸膜の比率が高められ、コンパクト化が可能となる。しかし、特に正浸透処理の場合、中空糸膜の中空部内を流れる液体は中空部の一方の端部から他方の端部に亘る全長を流れるため、中空糸が長くなると中空部内での圧力損失が大きくなってしまうという問題がある。さらに、例えば、海水等の高浸透圧のドローソリューション（ＤＳ）が中空糸膜の中空部を流れ、淡水等の低浸透圧のフィードソリューション（ＦＳ）が中空糸膜の外側を流れる場合は、膜透過水は中空糸膜の外側から内側に向かって流れるため、中空糸膜の中空部内を流れる流量は多くなり、上記の圧力損失の影響が大きくなる。

一方、逆浸透用のモジュールとしては、１つの圧力容器に２つの中空糸膜エレメントが装填された所謂ダブルエレメント型の中空糸膜モジュールが知られている（例えば、特許文献１：国際公開第２００４／０６９３９１号）。ダブルエレメント型の中空糸膜モジュールは、１つの圧力容器に対して１つの中空糸膜エレメントが装填された所謂シングルエレメント型の中空糸膜モジュールよりも、中空糸膜エレメント１本当たりの圧力容器の容積が減少するとともに、中空糸膜モジュール間の接続配管も少なくなるため、処理プラントのコンパクト化が可能となる利点を有している。

ただし、正浸透用のモジュールとしては、通常、１つの圧力容器に１本の中空糸膜エレメントが装填された所謂シングルエレメント型の中空糸膜モジュールが使用されていた(図９、図１０参照）。もしダブルエレメント型の中空糸膜モジュールを用いて正浸透処理を行った場合、例えば、ＦＳが、１本目の中空糸膜エレメントの中空糸膜の中空部内を流れ、その後に２本目の中空糸膜エレメントの中空糸膜の中空部内を流れるため、中空糸膜エレメントの長さを長くした場合と同様に、ＦＳの流動圧損が大きくなってしまうという問題がある(図１１参照）。このため、正浸透用のダブルエレメント型モジュールはこれまで知られていなかった。

国際公開第２００４／０６９３９１号

本発明は、上記の従来技術の現状に鑑み創案されたものであり、その目的は、浸透処理プラントのコンパクト化を実現でき、かつ、中空糸膜での圧力損失を低減できる中空糸膜モジュールを提供することである。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、マルチエレメント型の中空糸膜モジュールにおいて、液が１つの中空糸膜エレメントの中空糸膜内を流れる前後において、他の中空糸膜エレメントの中空糸膜内を通過しないような、特別な構造を採用することで、プラントのコンパクト化を実現しつつ、中空糸膜での圧力損失も低減できる中空糸膜モジュールが得られることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明は、以下の（１）〜（５）の構成を有するものである。
（１）１つの圧力容器と、前記圧力容器内に装填され、軸方向に連結された複数の中空糸膜エレメントと、を備える中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜エレメントは複数の中空糸膜を含み、複数の前記中空糸膜は少なくとも一端に開口部を有し、
複数の前記中空糸膜の内部および前記中空糸膜モジュールの外部に連通する外部ポートを備え、
各々の前記中空糸膜エレメントにおいて、複数の前記中空糸膜の開口部は、他の前記中空糸膜エレメントの前記中空糸膜の内部を介さずに、前記外部ポートに接続されていることを特徴とする、中空糸膜モジュール。
（２）複数の前記中空糸膜エレメントの複数の前記中空糸膜は、両端に前記開口部を有する、（１）に記載の中空糸膜モジュール。
（３）各々の前記中空糸膜エレメントにおいて、複数の前記中空糸膜の少なくとも１端の前記開口部は、他の前記中空糸膜エレメント内を前記軸方向に通過するバイパス管を介して前記外部ポートに接続されている、（１）に記載の中空糸膜モジュール。
（４）正浸透用である、（１）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
（５）前記中空糸膜エレメントは、複数の前記中空糸膜が中心軸の周りに螺旋状に巻回されてなる中空糸膜巻上げ体を含む、（１）〜（４）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。

本発明によれば、浸透処理プラントのコンパクト化を実現でき、かつ、中空糸膜での圧力損失を減少させることのできる中空糸膜モジュールを提供することができる。

また、特に加圧下で正浸透処理を行う場合、中空糸膜での圧力損失の減少によって処理に必要な電力等を低減することができるため、運転コスト面で有利であり、また、比較的高価な圧力容器等の構成部材が減少するため、製造コスト面でも有利である。

実施形態１の中空糸膜モジュールの一例を示す断面模式図である。実施形態１の中空糸膜モジュールの変形例を示す断面模式図である。実施形態１の中空糸膜モジュールの別の変形例を示す断面模式図である。実施形態２の中空糸膜モジュールの一例を示す断面模式図である。実施形態２の中空糸膜モジュールの一例について、液の流れを説明するための断面模式図である。実施形態２の中空糸膜モジュールの一例について、液の流れを説明するための別の断面模式図である。実施形態２の中空糸膜モジュールの変形例を示す断面模式図である。実施形態２の中空糸膜モジュールの別の変形例を示す断面模式図である。従来のシングルエレメント型の中空糸膜モジュールの一例を示す断面模式図である。従来のシングルエレメント型の中空糸膜モジュールの別の例を示す断面模式図である。従来のダブルエレメント型の中空糸膜モジュールについて説明するための断面模式図である。

本発明の中空糸膜モジュールは、１つの圧力容器と、圧力容器内に装填され、軸方向に連結された複数の中空糸膜エレメントと、を備える、マルチエレメント型の中空糸膜モジュールである。

マルチエレメント型の中空糸膜モジュールは、１つの圧力容器に対して１つの中空糸膜エレメントが装填された所謂シングルエレメント型の中空糸膜モジュールよりも、中空糸膜エレメント１本当たりの圧力容器の容積が減少するとともに、中空糸膜モジュール間の接続配管も少なくなるため、処理プラントのコンパクト化が可能となる利点を有している。

複数の中空糸膜は、少なくとも一端（両端または片端）に開口部を有しており、好ましくは両端に開口部を有している。

中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜の内部および中空糸膜モジュールの外部に連通する外部ポートを備えている。そして、各々の中空糸膜エレメントにおいて、複数の中空糸膜の開口部は、他の中空糸膜エレメントの中空糸膜の内部を介さずに、外部ポートに接続されている。

各々の中空糸膜エレメントにおいて、複数の中空糸膜の少なくとも１端の開口部は、他の中空糸膜エレメント内を軸方向に通過するバイパス管を介して外部ポートに接続されている。

本発明の中空糸膜モジュールは、好ましくは正浸透用のモジュールであり、例えば、大型の正浸透処理プラント等に好適に使用することができる。

以下、本発明の中空糸膜モジュールについて図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

（実施形態１）
図１を参照して、本実施形態の中空糸膜モジュールは、１つの圧力容器１に２つの中空糸膜エレメント（第１中空糸膜エレメントおよび第２中空糸膜エレメント）が装填されたダブルエレメント型の中空糸膜モジュールである。いずれの中空糸膜エレメントにおいても、海水等の高浸透圧のドローソリューション（ＤＳ）が中空糸膜４１，４２の外側３１，３２を流れ、淡水等の低浸透圧のフィードソリューション（ＦＳ）が中空糸膜４１，４２の内部（中空部）を流れる。

これにより、低濃度供給液から淡水を取出したり、淡水を取出すことにより、低濃度供給液を濃縮したり、浸透流からエネルギーを回収することができる。エネルギーを回収する方法としては、例えば、中空糸膜の外側に高濃度で浸透圧が高い海水等を加圧状態で流し、中空糸膜の中空部に低濃度で浸透圧が低い淡水等を低圧で流すことで、中空糸膜の外側に淡水が移動して加圧状態の海水の量が増加し、その増加分でタービン等を回転させてエネルギーを得る方法が挙げられる。

特に、このような加圧状態の液体を流す場合には、圧力容器は耐圧性が必要であり、大型プラントでは膜モジュールが１本の中空糸膜エレメントで構成される場合は圧力容器が多くなり、配管等含め、スペース的にも経済的にも好ましくない場合がある。なお、加圧状態ではない通常の正浸透処理の場合も、モジュール本数が増えて、配管等含め、スペース的にも経済的にも好ましくない場合がある。

第１中空糸膜エレメントは、中心に配置された複数の孔２１ａを有する多孔分配管２１と、その周囲に配置された複数の中空糸膜４１と、多孔分配管２１および複数の中空糸膜４１をそれらの両端で固定する樹脂壁６１とを備える。なお、複数の中空糸膜４１はその両端に開口部を有している。該第１中空糸膜エレメントは、保持部材５１にＯ−リング５１ａが介在した状態で保持されている。

同様に、第２中空糸膜エレメントは、中心に配置された複数の孔２２ａを有する多孔分配管２２と、その周囲に配置された複数の中空糸膜４２と、多孔分配管２２および複数の中空糸膜４２をそれらの両端で固定する樹脂壁６２とを備える。なお、複数の中空糸膜４２はその両端に開口部を有している。該第２中空糸膜エレメントは、保持部材５２にＯ−リング５２ａが介在した状態で保持されている。

本実施形態では、各々の中空糸膜エレメントにおいて、中空糸膜の開口部は、各々の中空糸膜エレメントに対応した独立の外部ポートに接続されている。すなわち、各々の中空糸膜エレメントは、複数の中空糸膜４１，４２の内部および中空糸膜モジュールの外部に連通する外部ポートとして、ＦＳ供給口１１ａ，１２ａおよびＦＳ排出口１１ｂ，１２ｂを有し、中空糸膜４１，４２の一端の開口部である第１開口部４１ａ，４２ａがＦＳ供給口１１ａ，１２ａに接続され、他端の開口部である第２開口部４１ｂ，４２ｂがＦＳ排出口１１ｂ，１２ｂに接続されている。

ＤＳは、ＤＳ供給口１０ａより、第１中空糸膜エレメント内の多孔分配管２１内に流入し、一部は中空糸膜４１の外側３１に供給され、一部は中間接続部材７１の流路７１ａを経て第２中空糸膜エレメントの多孔分配管２２に供給され、中空糸膜４２の外側３２に供給される。第１中空糸膜エレメントを通過したＤＳと第２中空糸膜エレメントを通過したＤＳが合流して、ＤＳ排出口１０ｂから取り出される。

ＦＳ供給口１１ａより供給されるＦＳは、一部は、中空糸膜４１の第１開口部４１ａより中空糸膜４１の内部（中空部）に流入して、中空糸膜４１の第２開口部４１ｂから流出し、中間接続部材７１の流路７１ｂを通じて、ＦＳ排出口１１ｂよりモジュール外に取り出される。

一方、ＦＳ供給口１２ａから供給されるＦＳは、中間接続部材７１の流路７１ｃを通じて、中空糸膜４２の第１開口部４２ａより中空糸膜４２の内部に流入し、中空糸膜４２の第２開口部４２ｂより流出し、ＦＳ排出口１２ｂより取り出される。

ここで、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の内部のＦＳは、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の内部を通過せずに、ＦＳ排出口１１ｂから排出される。また、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の内部に供給されるＦＳは、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の内部を通過していない。これにより、中空糸膜での圧力損失を低減することが可能となる。

なお、多孔分配管２１，２２は、複数の孔を有する管状体であれば特に限定されないが、例えば、正浸透用中空糸膜モジュール内に供給された供給液を中空糸膜層へ供給もしくは分配できるもの、または、膜モジュール内の中空糸膜層から排出される液体を集合もしくは排出できるものである。孔は、放射状に各方向に設けられていることが好ましい。また、多孔分配管は、中空糸膜エレメントの略中心部に位置させることが好ましい。

多孔分配管２１，２２の径は大きすぎると、膜モジュール内の中空糸膜が占める領域が減少し、結果として中空糸膜エレメントまたは膜モジュールの膜面積が減少するため容積あたりの透水量が低下することがある。また、多孔分配管の径が小さすぎると、供給流体が多孔分配管内を流動する際に圧力損失が大きくなり、結果として中空糸膜にかかる有効差圧が小さくなり処理効率が低下することがある。また、強度が低下して、供給流体が中空糸膜層を流れる際に受ける中空糸膜の張力により多孔分配管が破損する場合がある。これらの影響を総合的に考慮し、最適な径を設定することが重要である。中空糸膜エレメントの断面積に対して多孔分配管の断面積の占める面積割合は、４〜２０％が好ましい。

中間接続部材７１は、中空糸膜モジュール内の２つの中空糸膜エレメントを接続する部材である。本実施形態において、中間接続部材７１は、第１中空糸膜エレメントの多孔分配管２１と第２中空糸膜エレメントの多孔分配管２２とを連通させるための流路７１ａを有し、かつ、中空糸膜エレメントの中空糸膜の開口部と中空糸膜モジュールの側面部に設けられた外部ポート（ＦＳ排出口１１ｂ、ＦＳ供給口１２ａ）とを連通させるための流路を有している。

なお、図１において、ＤＳ供給口１０ａは壁部材１３に設けられ、ＤＳ排出口１０ｂは圧力容器１の外周部に設けられているが、このような形態に限定されず適宜変更することができる。例えば、図２に示すように、ＤＳ排出口１０ｂを壁部材１４に設けてもよい。また、図３に示すように、ＤＳ供給口１０ａおよびＤＳ排出口１０ｂを、共に圧力容器１の外周部に２つずつ設けてもよく、この場合、複数の中空糸膜モジュールをこれらのＤＳ供給口１０ａおよびＤＳ排出口１０ｂを介して接続することで、中空糸膜モジュールを用いたプラントにおいて、中空糸膜モジュール間を接続する配管を短くし、効率的に中空糸膜モジュールを配置することができる。なお、図３では、ＤＳ供給口１０ａの一方およびＤＳ排出口１０ｂの一方は閉栓されているが、複数の中空糸膜モジュールを接続する場合は、これらを開栓する。

複数の中空糸膜は、多孔分配管の周りに中空糸膜または中空糸膜の束を螺旋状に巻上げることによって、中空糸膜が半径方向に積層されることにより形成された中空糸膜巻上げ体であることが好ましい。中空糸膜巻上げ体では、中空糸膜は交差状に配置される場合もある。一般的に、交差配置を取ることにより、中空糸膜の交差部に空隙が規則的に形成される。この規則的な空隙が存在するため、中空糸膜の外側を流れる流体中の非溶解成分や粒子成分等が、中空糸膜間に捕捉されることが少なく、圧力損失の増大が生じにくくなる。

中空糸膜巻上げ体は、従来公知の方法により製造することができる。例えば、特許４４１２４８６号公報、特許４２７７１４７号公報、特許３５９１６１８号公報、特許３００８８８６号公報などに記載されているように、中空糸膜を４５〜９０本またはそれ以上を集めて１つの中空糸膜集合体とし、さらにこの中空糸膜集合体を複数横に並べて偏平な中空糸膜束として、多数の孔を有する有孔分配管にトラバースさせながら巻き付ける。この時の有孔分配管の長さ及び回転速度、中空糸膜束のトラバース速度を調節することによって、巻き上げ体の特定位置の周面上に交差部が形成するように巻き上げる。

また、中空糸膜エレメントは、例えば、中空糸膜および多孔分配管の両端を樹脂で封止した後、樹脂の一部を切断し中空糸膜の両端部を開口させることで製造できる。例えば、上記の中空糸膜巻上げ体を、長さと交差部の位置を調整し、所定の位置で切断し、この巻き上げ体の両端部を接着した後、両側を切削して、中空糸膜の両端に開口部を有する中空糸膜エレメントを作製することができる。

中空糸膜の素材は、特に限定されず、例えば、酢酸セルロース系、ポリアミド系、ポリビニルアルコール系、スルホン化ポリスルホン系等の樹脂が使用可能である。この中では、酢酸セルロース系樹脂、スルホン化ポリスルホンやスルホン化ポリエーテルスルホンなどのスルホン化ポリスルホン系樹脂が、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を容易に抑制することができる点で好ましい。特に、膜面での微生物汚染を効果的に抑制できる特徴がある。酢酸セルロースの中では、耐久性の点で三酢酸セルロースが好ましい。

中空糸膜は、例えば、特許３５９１６１８号公報に記載されているように、三酢酸セルロース、エチレングリコール（ＥＧ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）よりなる製膜溶液を３分割ノズルより吐出し、空中走行部を経て、水／ＥＧ／ＮＭＰよりなる凝固液中に浸漬させて中空糸膜を得、次いで中空糸膜を水洗した後、熱処理することにより酢酸セルロース系中空糸膜を製造することができる。また、テレフタル酸ジクロリド及び４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、ピペラジンより低温溶液重合法で得た共重合ポリアミドを精製した後、ＣａＣｌ_２及びジグリセリンを含むジメチルアセトアミド溶液に溶解して製膜溶液とし、この溶液を３分割ノズルより空中走行部を経て凝固液中に吐出させ、得られた中空糸膜を水洗した後、熱処理することによりポリアミド系中空糸膜を製造することができる。

中空糸膜の外径は、浸透処理等に用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、１６０〜３２０μｍである。外径が前記範囲より小さいと、必然的に内径も小さくなるため、中空糸膜の中空部を流れる流体の流動圧損が大きくなり問題が生じうる。一方、外径が前記範囲より大きいと、モジュールにおける単位容積あたりの膜面積を大きくすることができなくなり、中空糸膜モジュールのメリットの一つであるコンパクト性が損なわれる。

中空糸膜の中空率は、浸透処理等に用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、１５〜４５％である。中空率が前記範囲より小さいと、中空部の流動圧損が大きくなり、所望の透過水量が得られない可能性がある。また、中空率が前記範囲より大きいと、浸透処理の際に十分な耐圧性を確保できない可能性がある。なお、中空率（％）は下記式：
中空率（％）＝（内径／外径）^２×１００
により求めることができる。

なお、本発明の中空糸膜エレメントは、スパイラル型の平膜と比べてエレメントあたりの膜面積を多くとることができ、中空糸膜の大きさにもよるが、ほぼ同サイズのエレメントの場合、スパイラル型のおよそ１０倍の膜面積を得ることができる。従って、中空糸膜は、同じ透水量を得る際に単位膜面積あたりの処理量が極めて少なくて良く、スパイラル型に比べて供給水が膜を透水する際に生じる膜面の汚れを減少でき、膜の洗浄までの運転時間を長くとることができる。さらに、エレメント内の偏流が生じにくいため、濃度差を駆動力として水処理を行う場合に好適である。

（実施形態２）
図４を参照して、本実施形態の中空糸膜モジュールは、各々の中空糸膜エレメント（第１中空糸膜エレメントおよび第２中空糸膜エレメント）において、複数の中空糸膜４１，４２の少なくとも１端の開口部は、他の中空糸膜エレメント内を軸方向に通過するバイパス管８１，８２を介して、両中空糸膜エレメントに共通の外部ポート（ＦＳ供給口１１ａ，ＦＳ排出口１１ｂ）に接続されている点で、主に実施形態１と相違している。

すなわち、図５を参照して、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の第２開口部４１ｂは、中間接続部材７２の流路７２ａ、および、第２中空糸膜エレメントの多孔分配管２２内を通過するバイパス管８２を介して、両中空糸膜エレメントに共通のＦＳ排出口１１ｂに接続されている。また、図６を参照して、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の第１開口部４２ａは、中間接続部材７２の流路７２ｂ、および、第１中空糸膜エレメントの多孔分配管２１内を通過するバイパス管８１を介して、両中空糸膜エレメントに共通のＦＳ供給口１１ａに接続されている。

バイパス管８１，８２は、中空糸膜エレメント内をその軸方向に通過する（貫通する）配管であり、膜モジュール内のもう一方の中空糸膜エレメントの中空糸膜の内部と、外部ポート（供給口または排出口）に連通させることが可能なものである。ただし、軸方向に平行である必要はなく、中空糸膜エレメントの両端を貫通するような配管であればよい。また、本実施形態では、多孔分配管の内部に設置されているが、このような形態に限定されず、中空糸膜エレメント内の他の部分を通過していてもよい。

中間接続部材７２は、中空糸膜モジュール内の２本の中空糸膜エレメントを接続する部材である。本実施形態において、中間接続部材７２は、第１中空糸膜エレメントの多孔分配管２１とバイパス管８１との間の空間を通る流体を第２中空糸膜エレメントの多孔分配管２２とバイパス管８２との間の空間とを連通させるための流路７２ｃと、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の内部と第２中空糸膜エレメントのバイパス管８２とを連通させるための流路７２ａと、第１中空糸膜エレメントのバイパス管８１と第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の内部とを連通するための流路７２ｃとを有している。

ＤＳは、ＤＳ供給口１０ａより第１中空糸膜エレメントの多孔分配管２１とバイパス管８１との間隙に入り、一部は中空糸膜４１の外側３１に供給され、一部は中間接続部材７２の流路７２ｃを経て、第２中空糸膜エレメントの多孔分配管２２とバイパス管８２との間隙に入り、中空糸膜４２の外側３２に供給される。第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の外側３１を通過したＤＳと、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の外側３２を通過したＤＳとが、合流してＤＳ排出口１０ｂから取り出される。

一方、図５を参照して、ＦＳ供給口１１ａより供給されたＦＳの一部は、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の第１開口部４１ａより中空糸膜４１の内部に流入し、他端側の第２開口部４１ｂから流出し、中間接続部材７２の流路７２ａを通じて、第２中空糸膜エレメントのバイパス管８２に流れ、ＦＳ排出口１１ｂより外部に取り出される。また、図６を参照して、ＦＳ供給口１１ａより供給されたＦＳの残りの一部は、バイパス管８１に供給され、中間接続部材７２の流路７２ｂを通じて、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の第１開口部４２ａより中空糸膜４２の内部に供給され、第２開口部４２ｂから流出し、ＦＳ排出口１１ｂより外部に取り出される。

ここで、実施形態１と同様に、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の内部のＦＳは、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の内部を通過せずに、ＦＳ排出口１１ｂから排出される。また、第２中空糸膜エレメントの中空糸膜４２の内部に供給されるＦＳは、第１中空糸膜エレメントの中空糸膜４１の内部を通過していない。これにより、中空糸膜での圧力損失を低減することが可能となる。

また、実施形態２においては、ＦＳは、両中空糸膜エレメントに共通の外部ポート（ＦＳ供給口１１ａ，ＦＳ排出口１１ｂ）を介して、供給および排出されるため、実施形態１に比べて、中空糸膜モジュールに接続する配管の数を減らすことができ、浸透処理プラントのコンパクト化を実現することができる。

なお、図４において、ＤＳ供給口１０ａは壁部材１３に設けられ、ＤＳ排出口１０ｂは圧力容器１の外周部に設けられているが、このような形態に限定されず適宜変更することができる。例えば、図７に示すように、ＤＳ排出口１０ｂを壁部材１４に設けてもよい。また、図８に示すように、ＤＳ供給口１０ａおよびＤＳ排出口１０ｂを、共に圧力容器１の外周部に２つずつ設けてもよく、この場合、複数の中空糸膜モジュールをこれらのＤＳ供給口１０ａおよびＤＳ排出口１０ｂを介して接続することで、中空糸膜モジュールを用いたプラントにおいて、中空糸膜モジュール間を接続する配管を短くし、効率的に中空糸膜モジュールを配置することができる。なお、図８では、ＤＳ供給口１０ａの一方およびＤＳ排出口１０ｂの一方は閉栓されているが、複数の中空糸膜モジュールを接続する場合は、これらを開栓する。

上記の実施形態１および２では、ＤＳが、中空糸膜の外側に連通する供給口（ＤＳ供給口１０ａ）から供給されて、中空糸膜の外側に連通する排出口（排出口１０ｂ）から排出され、ＦＳが、中空糸膜の内部に連通する供給口（供給口１１ａ，１２ａ）から供給されて、中空糸膜の内部に連通する排出口（排出口１１ｂ，１２ｂ）から排出される形態について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、反対に、ＦＳが、中空糸膜の外側に連通する供給口（供給口１０ａ）から供給されて、中空糸膜の外側に連通する排出口（排出口１０ｂ）から排出され、ＤＳが、中空糸膜の内部に連通する供給口（供給口１１ａ，１２ａ）から供給されて、中空糸膜の内部に連通する排出口（排出口１１ｂ，１２ｂ）から排出される形態も、本発明の範囲に包含される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の中空糸膜モジュールは、適用プラントにおいて、従来よりも中空糸膜モジュールの本数が低減され、中空糸膜モジュールの設置面積を小さくでき、配管接続も少なくコンパクトであり、例えば、水処理や濃度差を駆動力としてエネルギーを生成する分野において極めて有用である。

具体的には、有機物の濃縮および回収、排水の濃縮による減容化、海水の淡水化などに利用することができる。また、低濃度の水溶液と高濃度の加圧状態の水溶液との濃度差を駆動力として淡水を透過させ、透過した淡水により増加した加圧状態の高濃度側の水溶液の流量と圧力でタービンを回すなどしてエネルギーを生成させるために利用することができる。特に、海水または濃縮海水と淡水との濃度差による浸透圧を利用して電力などのエネルギーを生成するための造水処理などに好適に利用することができる。

１容器、１０ａＤＳ供給口、１０ｂＤＳ排出口、１１ａ，１２ａＦＳ供給口、１１ｂ，１２ｂＦＳ排出口、１３，１４壁部材、２１，２２多孔分配管、２１ａ，２２ａ孔、３１，３２中空糸膜の外側、４１，４２中空糸膜、４１ａ，４２ａ第１端、４２ａ，４２ｂ第２端、５１，５２保持部材、５１ａ，５２ａＯ−リング、６１，６２樹脂壁、７１，７２中間接続部材、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ流路、８１，８２バイパス管。

Claims

１つの圧力容器と、前記圧力容器内に装填され、軸方向に連結された複数の中空糸膜エレメントと、を備える正浸透用の中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜エレメントは複数の中空糸膜を含み、複数の前記中空糸膜は少なくとも一端に開口部を有し、
複数の前記中空糸膜の内部および前記中空糸膜モジュールの外部に連通する外部ポートを備え、
各々の前記中空糸膜エレメントにおいて、複数の前記中空糸膜の開口部は、他の前記中空糸膜エレメントの前記中空糸膜の内部を介さずに、前記外部ポートに接続されていることを特徴とする、中空糸膜モジュール。
複数の前記中空糸膜エレメントの複数の前記中空糸膜は、両端に前記開口部を有する、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
各々の前記中空糸膜エレメントにおいて、複数の前記中空糸膜の少なくとも１端の前記開口部は、他の前記中空糸膜エレメント内を前記軸方向に通過するバイパス管を介して前記外部ポートに接続されている、請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
前記中空糸膜エレメントは、複数の前記中空糸膜が中心軸の周りに螺旋状に巻回されてなる中空糸膜巻上げ体を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。