JP6972737B2 - 中空糸膜モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、中空糸膜モジュールに関する。
膜分離法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いる。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。このため、モジュール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く、コンパクト性に優れる。
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（例えば、特許文献１：国際公開第２００４／０６９３９１号、特許文献２：特開２０１５−１６０１５７号公報）。
中空糸膜モジュールの内部に装填して使用する中空糸膜エレメントは性能の低下に伴い定期的に交換する必要がある。しかしながら、通常、中空糸膜の内部に流体を供給するための供給口は、中空糸膜エレメントの一端に配置され、中空糸膜の内部を通過した流体を排出するための排出口は、供給口の反対側の端に配置されている。
このため、１つの中空糸膜エレメントを交換する場合でも、交換の作業（配管を外して、使用済みの中空糸膜エレメントを圧力容器から取り出し、新しい中空糸膜エレメントを圧力容器内に装填し、配管を再度接続する作業）の際に、中空糸膜モジュールが数十本単位で並列的に組み込まれたラックの両側で作業をする必要がある。したがって、一方側で作業をした後のラックの反対側への移動や作業人員の増加が必要となり、作業負荷が大きいという問題があった。特にラックの上部の中空糸膜モジュールでは、リフターや足場を組んで交換作業を行うため、中空糸膜モジュール配列群の両側での作業が必要であると、作業負荷が大幅に増えてしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、中空糸膜エレメントの交換等における作業効率を向上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である。
（１）１つの圧力容器と、
前記圧力容器内に装填された少なくとも１つ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、
前記少なくとも１つの中空糸膜エレメントの各々は、両端に開口部を有する複数の中空糸膜と、バイパス管と、長手方向の一方端側に設けられた供給口および排出口と、を含み、
前記供給口は、前記複数の中空糸膜の流入側開口部に連通し、
前記バイパス管は、前記少なくとも１つの中空糸膜エレメントの長手方向に設けられており、前記中空糸膜の流出側開口部側の端部にバイパス管流入口を有し、前記中空糸膜の流入側開口部側の端部にバイパス管流出口を有し、
前記複数の中空糸膜の流出側開口部は、前記バイパス管流入口に連通し、前記バイパス管流出口は、前記排出口に連通する、中空糸膜モジュール。
前記圧力容器内に装填された少なくとも１つ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、
前記少なくとも１つの中空糸膜エレメントの各々は、両端に開口部を有する複数の中空糸膜と、バイパス管と、長手方向の一方端側に設けられた供給口および排出口と、を含み、
前記供給口は、前記複数の中空糸膜の流入側開口部に連通し、
前記バイパス管は、前記少なくとも１つの中空糸膜エレメントの長手方向に設けられており、前記中空糸膜の流出側開口部側の端部にバイパス管流入口を有し、前記中空糸膜の流入側開口部側の端部にバイパス管流出口を有し、
前記複数の中空糸膜の流出側開口部は、前記バイパス管流入口に連通し、前記バイパス管流出口は、前記排出口に連通する、中空糸膜モジュール。
（２）前記少なくとも１つの中空糸膜エレメントは、２つの中空糸膜エレメントであり、前記２つの中空糸膜エレメントの各々において、前記供給口および前記排出口が、他方の中空糸膜エレメントの反対側に設けられている、（１）に記載の中空糸膜モジュール。
（３）等張加圧膜分離用である、（１）または（２）に記載の中空糸膜モジュール。
（４）前記少なくとも１つの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）〜（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
（４）前記少なくとも１つの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）〜（３）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、中空糸膜エレメントの交換等における作業効率を向上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。
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た少なくとも１つの中空糸膜エレメントと、を備える。
少なくとも１つの中空糸膜エレメントの各々は、両端に開口部を有する複数の中空糸膜と、バイパス管と、長手方向の一方端側に設けられた供給口および排出口と、を含む。
供給口は、複数の中空糸膜の流入側開口部に連通し、
バイパス管は、中空糸膜エレメントの長手方向に設けられており、中空糸膜の流出側開口部側の端部にバイパス管流入口を有し、中空糸膜の流入側開口部側の端部にバイパス管流出口を有し、
複数の中空糸膜の流出側開口部は、バイパス管流入口に連通し、バイパス管流出口は、排出口に連通する。
バイパス管は、中空糸膜エレメントの長手方向に設けられており、中空糸膜の流出側開口部側の端部にバイパス管流入口を有し、中空糸膜の流入側開口部側の端部にバイパス管流出口を有し、
複数の中空糸膜の流出側開口部は、バイパス管流入口に連通し、バイパス管流出口は、排出口に連通する。
前記少なくとも１つの中空糸膜エレメントは、２つの中空糸膜エレメントであり、
前記２つの中空糸膜エレメントの各々において、前記供給口および前記排出口が、他方の中空糸膜エレメントの反対側に設けられていることが好ましい。
前記２つの中空糸膜エレメントの各々において、前記供給口および前記排出口が、他方の中空糸膜エレメントの反対側に設けられていることが好ましい。
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、１つの中空糸膜エレメントが装填されたシングルエレメント型中空糸膜モジュールである。図１では、フィードソリューション（ＦＳ）は中空糸膜４１の外側３１を流れ、ドローソリューション（ＤＳ）は中空糸膜４１の内部（中空部）を流れる。これにより、ＦＳ中の淡水をＤＳへ取出すことで、ＤＳを希釈したり、ＦＳを濃縮したりすることができる。
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、１つの中空糸膜エレメントが装填されたシングルエレメント型中空糸膜モジュールである。図１では、フィードソリューション（ＦＳ）は中空糸膜４１の外側３１を流れ、ドローソリューション（ＤＳ）は中空糸膜４１の内部（中空部）を流れる。これにより、ＦＳ中の淡水をＤＳへ取出すことで、ＤＳを希釈したり、ＦＳを濃縮したりすることができる。
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の各々はその両端に開口部を有している。
中空糸膜エレメントにおいて、中空糸膜の開口部は、独立して供給口および排出口に接続されている。すなわち、中空糸膜エレメントは、複数の中空糸膜４１の内部および中空糸膜モジュールの外部に連通するＤＳ供給口１１ａおよび排出口１１ｂを有し、中空糸膜４１の流入側開口部４１ａはＤＳ供給口１１ａに接続され、流出側開口部４１ｂはＤＳ排出口１１ｂに連通している。
なお、多孔分配管２１は、複数の孔を有する管状体であれば特に限定されない。多孔分配管２１により、例えば、ＦＳ供給口１０ａから中空糸膜モジュール内に供給されたＦＳを中空糸膜の外側３１へ分配することができる。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（バイパス管の断面積を除く）の占める面積割合は、４〜２０％が好ましい。
バイパス管８１は、中空糸膜エレメント内においてその長手方向に設けられた配管であり、中空糸膜の流出側開口部側の端部にバイパス管流入口８１ａを有し、中空糸膜の流入側開口部側の端部にバイパス管流出口８１ｂを有する。バイパス管流入口８１ａはディストリビューター５１の流路５１ａ（図５参照）に連通しており、バイパス管流出口８１ｂはディストリビューター５３の内側の流路５３ａ（図６参照）に連通している。なお、ディストリビューター５１の流路５１ｃは、プラグ５５によって流体が通過できないように封止されている。
なお、バイパス管８１は、中空糸膜エレメントの長手方向に平行である必要はなく、中空糸膜エレメントを長手方向に通過するような配管であればよい。また、本実施形態では、バイパス管８１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。
図７を参照して、スラストパイプ９１は、開口９１ｂを有する２枚の円盤状の部材９１ａが、４本の円柱を介して接合された構造体である。スラストパイプ９１は、中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜エレメントと壁部材１３，１４の間に設置されている。スラストパイプ９１は、開口９１ｂを有しているため、ＦＳがＦＳ供給口１０ａより流入した際にその流れを妨げずに、２枚の円盤状の部材９１ａによって中空糸膜エレメントを固定することができる。このため、中空糸膜モジュールの中が流体で満たされた際に、中空糸膜エレメントが浮遊して中空糸膜モジュール内で不安定になることを防ぐことができる。
図１を参照して、ＤＳ供給口１１ａより供給されたＤＳは、中空糸膜エレメント内の中空糸膜４１の流入側開口部４１ａから中空糸膜４１の内部に流入し、他端側の流出側開口部４１ｂから流出する。流出したＤＳは、ディストリビューター５１の流路５１ｂから５１ａに流れ（図５参照）、バイパス管８１のバイパス管流入口８１ａからバイパス管８１の内部に流入する。その後、バイパス管流出口８１ｂが接続されたディストリビューター５３の内側の流路５３ａ（図６参照）を通って、ＤＳ排出口１１ｂから外部に取り出される。
図５、６に示すように、ディストリビューターの構造がシンプルであるため、低コストかつ高精度で中空糸膜モジュールを作製することができる。これにより中空糸膜エレメントの交換等における作業効率（装脱着の容易さ、組立て精度等）を向上させることが可能となる。
ＦＳは、ＦＳ供給口１０ａよりディストリビューター５３の外側の流路５３ｃを介して（図６参照）、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、孔２１ａから流出して、中空糸膜４１の外側３１に供給される。中空糸膜４１の外側３１を通過したＦＳは、ＦＳ排出口１０ｂから外部に取り出される。
実施形態１においては、ＤＳ供給口１１ａおよびＤＳ排出口１１ｂの両方が中空糸膜エレメントの長手方向の一方端側に設けられている。このため、中空糸膜エレメントの装填、交換等の作業の際に、中空糸膜モジュールの長手方向の一方端側（中空糸膜モジュール配列群が組み込まれたラックの片側）のみで作業をすればよく、作業効率を向上させることができる。
なお、図１ではＦＳ供給口１０ａの一方（下側）およびＦＳ排出口１０ｂの一方（下側）は閉栓されているが、複数の中空糸膜モジュールを並列的に接続する場合、これらを開栓すればよい。また、図１において、ＦＳ供給口１０ａおよびＦＳ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、ＦＳ供給口１０ａおよびＦＳ排出口１０ｂは、壁部材１３，１４に設けてもよい。
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。このときの有孔分配管の長さおよび回転速度、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。
中空糸膜を構成する半透膜としては、例えば、逆浸透膜（ＲＯ膜：Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、正浸透膜（ＦＯ膜：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｏｓｍｏｓｉｓ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、ナノろ過膜（ＮＦ膜：Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）、限外ろ過膜（ＵＦ膜：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ）と呼ばれる半透膜が挙げられる。半透膜は、好ましくは逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜である。なお、半透膜として逆浸透膜または正浸透膜、ナノろ過膜を用いる場合、対象溶液の圧力は、好ましくは０．５〜１０．０ＭＰａである。
通常、ＲＯ膜およびＦＯ膜の孔径は約２ｎｍ以下であり、ＵＦ膜の孔径は約２〜１００ｎｍである。ＮＦ膜は、ＲＯ膜のうちイオンや塩類の阻止率が比較的低いものであり、通常、ＮＦ膜の孔径は約１〜２ｎｍである。半透膜としてＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜を用いる場合、ＲＯ膜またはＦＯ膜、ＮＦ膜の塩除去率は好ましくは９０％以上である。
半透膜を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、セルロース系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアミド系樹脂などが挙げられる。半透膜は、セルロース系樹脂およびポリスルホン系樹脂の少なくともいずれかを含む材料から構成されることが好ましい。
セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロース系樹脂である。酢酸セルロース系樹脂は、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を抑制できる特徴を有している。酢酸セルロース系樹脂は、好ましくは酢酸セルロースであり、耐久性の点から、より好ましくは三酢酸セルロースである。
ポリスルホン系樹脂は、好ましくはポリエーテルスルホン系樹脂である。ポリエーテルスルホン系樹脂は、好ましくはスルホン化ポリエーテルスルホンである。
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および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、ＣａＣｌ２およ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。
中空率（％）＝（内径／外径）２×１００
により求めることができる。
なお、本実施形態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当たりの膜面積を多くとることができる。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、浸透効率を高めることができる点で有利である。
本実施形態の中空糸膜モジュールは、特に限定されず、正浸透処理、逆浸透処理などの水処理（膜分離処理）に使用することができる。本実施形態の中空糸膜モジュールは、好ましくは等張加圧膜分離（ブラインコンセントレーション）用のモジュールであり、例えば、大型の等張加圧膜分離用プラント等に好適に使用することができる。
等張加圧膜分離法は、分離膜の両側に同じ濃度の対象液（同じ浸透圧を有する液）を流して、分離膜の一方側の対象液（ＦＳ）を加圧することにより、その分離膜の一方側の対象液（ＦＳ）中の水を分離膜を介して分離膜の他方側の対象液（ＤＳ）側に浸透させて、分離膜の一方側の対象液（ＦＳ）を濃縮する方法である。この方法によれば、対象液（ＦＳ，ＤＳ）の濃度が高くなっても、分離膜の両側での浸透圧差が基本的に生じないため、低圧力で濃縮を進行させることができ、より高濃度の対象液に対して低エネルギーで膜分離を行うことが可能となる。
なお、本実施形態では、ＦＳが、中空糸膜の外側に連通する供給口（ＦＳ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（ＦＳ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（ＤＳ供給口１１ａ）から供給されて、中空糸膜の内部に連通する排出口（ＤＳ排出口１１ｂ）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、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（ＤＳ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（ＦＳ供給口１１ａ）から供給されて、中空糸膜の内部に連通する排出口（ＦＳ排出口１１ｂ）から排出される形態も、本発明の範囲に包含される。
（実施形態２）
図３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）が直列的に装填されたダブルエレメント型中空糸膜モジュールである点で、主に実施形態１と相違している。
図３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）が直列的に装填されたダブルエレメント型中空糸膜モジュールである点で、主に実施形態１と相違している。
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場合、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大きくなるという問題が生じるため、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たりの中空糸膜の比率を高め、モジュール当たりの膜面積を大きくする方法が考えられる。しかし、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、中空糸膜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。
このため、１つの圧力容器に２つの中空糸膜エレメントが直列的に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の使用が検討されている（例えば、特許文献１：国際公開第２００４／０６９３９１号、特許文献２：特開２０１５−１６０１５７号公報）。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。
以下、図面を参照して、本実施形態の中空糸膜モジュールについて具体的に説明する。なお、実施形態１と重複する説明はここでは省略する。
本実施形態において、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の各々はその両端に開口部を有している。
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の各々はその両端に開口部を有している。
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供給口および排出口に接続されている。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の内部と中空糸膜モジュールの外部との両方に連通するＤＳ供給口１１ａ，１２ａおよび排出口１１ｂ，１２ｂを有している。中空糸膜４１，４２の流入側開口部４１ａ，４２ａはＤＳ供給口１１ａ，１２ａにそれぞれ接続され、流出側開口部４１ｂ，４２ｂはＤＳ排出口１１ｂ，１２ｂにそれぞれ接続されている。
バイパス管８１，８２は、中空糸膜エレメント内においてその長手方向に設けられた配管であり、中空糸膜の流出側開口部４１ｂ，４２ｂ側の端部にバイパス管流入口８１ａ，８２ａを有し、中空糸膜の流入側開口部４１ａ，４２ａ側の端部にバイパス管流出口８１ｂ，８２ｂを有する。バイパス管流入口８１ａ，８２ａはディストリビューター５１，５２の内側の流路５１ａ，５２ａ（図５参照）にそれぞれ連通しており、バイパス管流出口８１ｂ，８２ｂはディストリビューター５３，５４の内側の流路５３ａ，５４ａ（図６参照）にそれぞれ連通している。なお、ディストリビューター５４の流路５４ｃはプラグ５５によって、液体が通過できないように封止されている。
中間コネクター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、中間コネクター７１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との間を通る流路と、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との間を通る流路とを連通させるための流路を有している。
なお、第１中空糸膜エレメントと壁部材１３との間にはスラストパイプ９１（図７参照）が設置され、第２中空糸膜エレメントと壁部材１４との間にはスラストパイプ９２（図７参照）が設置されている。
図３を参照して、ＤＳ供給口１１ａ，１２ａより供給されたＤＳは、中空糸膜エレメント内の中空糸膜４１，４２の流入側開口部４１ａ，４２ａから中空糸膜４１，４２の内部に流入し、他端側の流出側開口部４１ｂ，４２ｂからそれぞれ流出する。流出したＤＳは、ディストリビューター５１，５２の流路５１ｂ，５２ｂから流路５１ａ，５２ａを通って（図５参照）、バイパス管８１，８２のバイパス管流入口８１ａ，８２ａからバイパス管の内部にそれぞれ流入する。その後、ＤＳはバイパス管流出口８１ｂ，８２ｂに接続されたディストリビューター５３，５４の流路５３ａ，５４ａ（図６参照）を介して、ＤＳ排出口１１ｂ，１２ｂから外部に取り出される。
ＦＳは、ＦＳ供給口１０ａよりディストリビューター５３の外側の流路５３ｃ（図６参照）を介して、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、一部は孔２１ａから流出して、中空糸膜４１の外側３１に供給される。ＦＳの残りの一部は、ディストリビューター５１の外側の流路５１ｃ（図５参照）を介して中間コネクター７１を通り、ディストリビューター５２の外側の流路５２ｃ（図５参照）を介して第２中空糸膜エレメントの多孔分配管２２とバイパス管８２の間隙に入り、孔２２ａから流出して、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ＦＳ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ＦＳとが合流して、ＦＳ排出口１０ｂから取り出される。
実施形態２においても、実施形態１と同様に、ＤＳ供給口１１ａとＤＳ排出口１１ｂとの両方が第１中空糸膜エレメントの長手方向の一方端側（第２中空糸膜エレメントと反対側）に設けられ、ＤＳ供給口１２ａとＤＳ排出口１２ｂとの両方が第２中空糸膜エレメントの長手方向の一方端側（第１中空糸膜エレメントと反対側）に設けられ、且つ、それぞれの供給口および排出口は、ダブルエレメント型中空糸膜モジュールの外側に連通している。このため、例えば、１つの中空糸膜エレメントの装填、交換等の作業を行う際には、中空糸膜モジュールの長手方向の一方端側（中空糸膜モジュール配列群が組み込まれたラックの片側）のみで作業をすればよく、作業効率を向上させることができる。
また、実施形態２によれば、各々の中空糸膜エレメントを通過したＤＳは、独立してＤＳ排出口１１ｂまたは１２ｂから排出されるため、２つの中空糸膜エレメントの性能を個別に評価することができる。これにより、中空糸膜エレメントの交換時期を個々の中空糸膜エレメントごとに判断して交換することができるため、コストの削減および作業効率の向上が可能となる。
また、従来のダブルエレメント型の中空糸膜モジュール（例えば、特開２０１５−１６０１５７号公報参照）では、１つのＤＳ供給口から流入したＤＳは２つの中空糸膜エレメントに流れ込むところ、第１中空糸膜エレメントと第２中空糸膜エレメントへのＤＳの供給量を均等にすることが難しいという問題があった。本発明によれば、２つの中空糸膜エレメントに対して独立にＤＳを供給するため、第１中空糸膜エレメントと第２中空糸膜エレメントへのＤＳの供給量を均等に制御することが容易であり、エレメントの性能を効率よく発現させることが可能となる。
なお、図３ではＦＳ供給口１０ａの一方（下側）およびＦＳ排出口１０ｂの一方（下側）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、これらを開栓すればよい。また、図３において、ＦＳ供給口１０ａおよびＦＳ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４に示すように、ＦＳ供給口１０ａおよびＦＳ排出口１０ｂは、壁部材１３，１４に設けてもよい。
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、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、ブラインコンセントレーション法などを用いた、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、本発明の中空糸膜モジュールを用いた膜分離法による水処理は、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液状混合物の分離、濃縮等にも利用可能である。
１ 圧力容器、１０ａ ＦＳ供給口、１０ｂ ＦＳ排出口、１１ａ，１２ａ ＤＳ供給口、１１ｂ，１２ｂ ＤＳ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 流入側開口部、４１ｂ，４２ｂ 流出側開口部、５１，５２，５３，５４ ディストリビューター、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５３ａ，５３ｃ，５４ａ，５４ｃ 流路、５５ プラグ、６１，６２ 樹脂壁、７１ 中間コネクター、８１，８２ バイパス管、８１ａ，８２ａ バイパス管流入口、８１ｂ，８２ｂ バイパス管流出口、９１，９２ スラストパイプ、 ９１ａ 円盤状の部材、 ９１ｂ 開口。
Claims (4)
- １つの圧力容器と、
前記圧力容器内に装填された１つまたは２つ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１つまたは２つの中空糸膜エレメントの各々は、両端に開口部を有する複数の中空糸膜と、バイパス管と、長手方向の一方端側に設けられた第１供給口および第１排出口と、を含み、
前記第１供給口は、前記複数の中空糸膜の流入側開口部に連通し、
前記バイパス管は、前記１つまたは２つの中空糸膜エレメントの各々の長手方向に設けられており、前記中空糸膜の流出側開口部側の端部にバイパス管流入口を有し、前記中空糸膜の流入側開口部側の端部にバイパス管流出口を有し、
前記複数の中空糸膜の流出側開口部は、前記バイパス管流入口に連通し、前記バイパス管流出口は、前記第１排出口に連通し、
前記中空糸膜モジュールは、前記中空糸膜の外側に連通する第２供給口および第２排出口をさらに備え、
前記１つまたは２つの中空糸膜エレメントの各々は、前記中空糸膜の外側に流体を供給する多孔分配管をさらに含み、
前記バイパス管は前記多孔分配管の内部に設置されている、中空糸膜モジュール。 - 前記１つまたは２つの中空糸膜エレメントは、２つの中空糸膜エレメントであり、
前記２つの中空糸膜エレメントの各々において、前記第１供給口および前記第１排出口が、他方の中空糸膜エレメントの反対側に設けられている、
請求項１に記載の中空糸膜モジュール。 - 等張加圧膜分離用である、請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記１つまたは２つの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。
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