JP6986168B2 - 平膜支持板 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、出願番号が２０１８１０９０４２２３．９及び２０１８２１２７９６７５．４で、出願日が２０１８年８月９日の中国特許出願に基づいて提出され、当該中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願の全ての内容は参照により本願に組み込まれる。

本願は、汚水処理設備部材の分野に関し、具体的には、平膜支持板（flat membrane supporting plate）に関する。

膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ,membrane Bio-Reactor）は高効率膜分離技術と従来の活性汚泥法を組み合わせた新規な高効率汚泥処理技術であり、従来の活性汚泥法における最終沈殿池に代わって膜分離装置を採用して、大量の微生物を引き留められるため、システム内の微生物の種類及び数量を大幅に増やし、汚水処理能力及び効率を高めることができ、システムの出水時水質及び容積負荷がいずれも大幅に向上され、従来のプロセスと比べて、敷地面積が小さく、出水時水質が安定的であり、汚泥量が少なく、操作しやすい等の利点を有する。

膜型バイオリアクタは構成形態によって主に平膜式、多管式、中空繊維式等に分けられ、そのうち平膜式は主な形態の一つとして幅広く用いられ、その中核的な部分は平膜部材であり、膜部材は一般に支持板、裏地及び膜シートからなる。

従来の平膜支持板は主に次のいくつかの欠点がある。（１）大平面という寸法上の要件を満たすために、支持板に一定の剛性が求められ、そのため一般には厚い支持板構造が用いられ、平膜部材のコストでは、これが占める割合が７０％以上で、コストの大半以上を占めている。これは膜部材のコストが高く、普及させるのが難しいことの主な要因の一つであり、しかしながら、板の厚さを減らすと剛性が不十分になり、立っている状態では平面の状態で支持することはできない。（２）大平面の膜部材では一般にエッジで位置決めする（Ｕ状溝に挿入する）ことで、構成部材のピッチを保持するが、広い平面で且つ分厚いプラスチック支持板において、２つのエッジだけで位置決めするのでは、実際の使用中に歪みや反りが避けられず、歪みと反りにより、反り箇所では隣り合う２つの膜部材はピッチが変わり、接触し、特にピッチが小さくなると膜部材間でガスと水による洗浄が十分に行われず、汚泥の蓄積が生じてしまうと、膜表面が塞がられ、出水フラックスの低下を招く。（３）従来の長方形の支持板は縦方向の寸法がはるかに幅を上回り、濾過後の出水は間隔をあけて配置された縦方向の導流凹溝によって最上部に導かれて排出させるのが一般的であり、動作中には重力圧力差ではなく、ポンプで吸引して水を排出させる必要があるため、動作中のエネルギー消費が高い。吸引排水においては、水圧差が等しくない等が原因で、膜表面の上方と下方では吸引力が均一になることができず、膜シートの有効利用面積が限られ、平面の上下各点の吸引力が不均一になることで、膜表面の汚染状態に差異がある。

従来技術の上記の欠点に鑑みてなされたのが特許文献１であり、支持板の両側の膜間圧力差にバランスを取るために、ＭＢＲ膜部材支持板を提供し、出水装置と互いに連通する凹溝流路を含み、前記凹溝流路は凹溝を設けた支持ブロックと、前記支持ブロックに接続された支持バーと、前記支持バーの間に位置し前記凹溝に連通する透かし彫り領域とを含む。しかしながら、このようなＭＢＲ膜部材は支持ブロック、支持バー上の凹溝と透かし彫り領域とが互いに接続して構成された液体流路であり、しかも透かし彫り領域の開孔面積が小さいため、実際の使用中に液体の流動抵抗が大きく膜間圧力差の低減効果に限界があり、開孔の大きさを増やして支持板の両面における水の生成の均一性を高めることで膜間圧力差を減らそうとすれば構造全体の安定性に影響があり、その結果、支持板の堅牢性が低下し反りや歪みが生じやすい。

理論的には支持板の厚さを増やすことで反りや歪みを克服することは考えられるが、総コストに占めるその割合が高いことから、厚さを増やせばコスト増につながり、膜型バイオリアクタの普及や適用にも影響が響く。一方、支持板の厚さが増えれば、単位体積あたりの有効濾過面積の低減（部品の厚さが同じである場合に数量が低減）、重量の増加を招く。したがって、従来の支持板は使用中に歪みや反りが生じやすいが、様々な要因を総合的に考慮すると実際に使用するのは厚さが５〜６ｍｍのものが殆どで、上記の欠点が解消されていないままである。平膜部材の支持板が厚くコストが高く、しかも使用中に歪みや反りが生じやすいことが、浸没式平膜部品の使用において大きな難題となっている。

したがって、支持板の構造を改善し、支持板の支持強度及び剛性を保ちながら、支持板の加工コストを増やすことなく膜シートの膜間圧力差を低減させることが必要である。

中国特許公開第ＣＮ１０５９８４９３５Ａ号

よって、本願の解決しようとする技術的課題が、従来の平膜支持板は膜間圧力差が大きく、支持強度及び剛性を満たすために板材の厚さを増やす必要がありコストが増えるという課題を解決し、平膜支持板を提供することである。

本願は、膜シートを密封して前記平膜支持板に接続させるために用いられ、前記平膜支持板の縁部に位置し、少なくとも１つの出水口が設けられる接続部と、
前記平膜支持板で前記接続部によって画成された領域内に位置するハニカム状構造部であって、前記ハニカム状構造部全体が連通し且つ前記ハニカム状構造部と前記出水口が連通するようにするための第１流路が設けられ、前記ハニカム状構造部の中空部の面積は平膜支持板全体の面積の３０〜７０％を占めるハニカム状構造部と、
前記ハニカム状構造部を補強するために用いられ、前記ハニカム状構造部と前記接続部との間に設けられる支持部とを含む平膜支持板を提供する。

さらに、前記ハニカム状構造部は形状が規則的な複数のハニカムユニットによって構成され、前記ハニカムユニットは内部の貫通孔と、前記貫通孔を形成し且つ隣接する貫通孔を隔てる外周の孔壁部分によって構成され、前記第１流路は前記ハニカムユニットの孔壁に設けられる。

さらに、前記第１流路は隣接する前記ハニカムユニットの孔壁の節点に設けられ、隣接する２つの前記ハニカムユニットの貫通孔内の液体は少なくとも２つの前記第１流路によって互いに連通する。

さらに、前記第１流路はテーパー状の連通孔又はテーパー状の凹溝であり、前記第１流路の開孔のサイズは前記平膜支持板の表面から内部へと漸次縮小していく。

さらに、前記ハニカムユニットの断面は正六角形であり、前記第１流路は隣接する３つの前記ハニカムユニットの孔壁の節点に設けられ、又は、前記ハニカムユニットの断面は長方形もしくは菱形であり、前記第１流路は隣接する４つの前記ハニカムユニットの孔壁の節点に設けられる。

さらに、前記支持部は形状が規則的な複数の支持ユニットによって構成され、前記支持ユニットには、横方向及び縦方向に互い違いに分布し且つ前記出水口にも貫通孔にも連通する第２流路が設けられ、複数の前記支持ユニットによってハニカム状構造部は互いに連通する複数のハニカムに分割される。

さらに、前記支持ユニットは十字形の構造であり、前記十字形の構造は少なくとも１つ設けられ、前記支持ユニットは横方向スペーサー及び縦方向スペーサーを含む。

さらに、前記支持ユニットの断面は六角形の構造又は半六角形の構造であり、複数の前記ハニカムユニットは一部又は全体が前記支持部内に嵌着される。

さらに、前記接続部の内周とハニカム状構造部の外周との間には、補強リブがさらに設けられ、前記補強リブには、横方向及び縦方向に互い違いに分布し且つ出水口及び貫通孔に互いに連通する第３流路が設けられる。

さらに、前記接続部に格子状の模様が設けられる。

本願に係る技術的解決手段は、次の利点を有する。
１．本願に係る平膜支持板では、平膜支持板の内部に開孔してハニカム状構造が形成されるため、支持板全体に高い安定性及び支持強度が保たれ、大量の開孔が支持板の剛性に与える影響を避けることができ、前記ハニカム状構造部と前記接続部との間に設けられた支持部と組み合わせれば、平膜支持板の支持強度を明らかに高めることができ、このような平膜支持板は５〜６ｍｍの厚さにおいては、反りや歪みが生じる可能性が大幅に減り、開孔面積は７０％にまで引き上げることができる。開孔面積が増えることで支持板の加工に使用する材料が減らされ、加工コストが削減されるだけでなく、ハニカム状構造部の中空部の面積が支持板全体の面積の３０〜７０％を占める場合に、生産コストは２０〜５０％削減され、輸送や吊り上げ運搬等のコストも削減される。ハニカムユニットに、隣り合うハニカムユニットの貫通孔に連通する第１流路を設けることで、単一のハニカムユニットが第１流路によって貫通孔と互いに連通するだけでなく、前記ハニカム状構造部全体が正逆方向に貫通し、且つ前記ハニカム状構造部は前記出水口に連通して、より滑らかな出水通路が形成され、出水口から導き出される出水への抵抗が最小になり、平膜外の液体が膜部材の内部に流入することに役立ち、膜間圧力差を低減し、膜汚染を緩和するとともに、膜フラックスを増やす役割を果たし、出水を吸引するために必要な圧力を低減し、システム動作中のエネルギー消費を大幅に減らす。

２．本願に係る平膜支持板では、隣接する２つの前記ハニカムユニットの貫通孔内の液体は少なくとも２つの前記第１流路によって互いに連通し、複数の第１流路が互いに連通すれば、支持強度に影響を与えることなく液体の流動抵抗を一層低減し、液体の流通を加速させて、膜汚染を一層緩和することができ、しかも第１流路を隣接する前記ハニカムユニットの孔壁の節点に設けることで、１つの第１流路を使用するだけで隣接する複数のハニカムユニットの貫通孔と互いに連通するという目的を達成でき、ハニカム状構造部全体はより円滑なものになるとともに、ハニカム構造の堅牢性及び支持板の剛性への影響が低減される。

３．本願に係る平膜支持板では、第１流路を節点に設け、且つ節点での第１流路をテーパー状とすることにより、第１流路の開孔が過度に大きい場合に支持板の強度に影響があることや、液体流路の開孔が過度に小さい場合に流体の流動抵抗が増大することが緩和されながら、液体流路の十分な大きさが確保される。前記第１流路は連通孔であってもよいし、凹溝であってもよく、連通孔状の第１流路とする場合に、連通孔のサイズは支持板の両側から内部へと漸次縮小していき、互いに貫通することで、ハニカム状構造部の節点での支持効果が保たれるだけでなく、平膜の両側の圧力に一層バランスがとれる。

４．本願に係る平膜支持板では、支持部に設けた、互いに連通し縦横に互い違いになる第２流路が出水口及び第１流路に互いに連通することで、支持部の両側の液体が互いに連通し、支持部の両側の圧力にバランスがとれ、膜汚染を一層緩和することに役立ち、液体が支持部に遮られて局所的に液体の流動抵抗が増大するようなことは防げる。

５．本願に係る平膜支持板では、十字形の構造又は六角形の構造になる複数の支持ユニットが支持部を構成することで、支持板の全体の強度及び剛性を大幅に高めることができ、開孔により支持板全体の強度が下がり支持板は使用中に反りや歪みが生じるような状況が緩和され、六角形の構造の支持ユニットの支持効果が最も優れている。

６．本願に係る平膜支持板では、補強リブを設けることで支持板のフレームの強度が上がるだけでなく、接続部とハニカム状構造部及び接続部と支持部を隔てることができ、溶接中にハニカム状構造部又は支持部が加熱されて歪むと凹溝流路を塞ぐような状況は避けられる。

以下、本願の実施形態又は従来技術による技術的解決手段を一層明らかに説明するために、実施形態又は従来技術の説明で使用する図面を簡単に説明する。
図１は本願の実施形態に係る平膜支持板の構造模式図である。 図２は本願の実施形態に係るハニカムユニットの構造模式図である。 図３は本願の実施形態に係る補強リブの構造模式図である。 図４は本願の別の実施形態に係る平膜支持板の構造模式図である。

以下、図面を参照して本願の技術的解決手段を明瞭で完全に説明し、説明される実施例は本願の実施例の全てではなく、その一部である。当業者が本願の実施例に基づいて、新規性のある作業をすることなく得ているその他の実施例は、全て本願の保護範囲に含まれる。

なお、本願の説明では、用語「内」、「外」、「上」、「下」等が指示する方位又は位置関係は図面に示す方位又は位置関係に基づくもので、本願を手短く説明するためも使用するものに過ぎず、対象となる装置や部材が特定の方位を有するものでなければならず、特定の方位から構造及び操作されなければならないということを指示又は示唆するものではないため、本願に対する制限として理解することはできない。また、用語「連通」、「接続」は広義的に理解されるべきであり、例えば、固定して接続されることであってもよいし、取り外し可能に接続されること、又は一体的に接続されることであってもよく、機械的な接続でもよいし、電気的な接続でもよく、直接的な接続であってもよいし、中間の媒体を介して間接的に接続されることであってもよく、２つの部材が内部に連通することであってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて、本願における前記用語の意味を具体的に理解することができる。

（実施例）
図１に平膜支持板が示され、前記平膜支持板１は接続部１１と、ハニカム状構造部１２と、支持部１３とを含み、前記接続部１１は前記平膜支持板１の縁部に位置し、膜シートを密封して前記平膜支持板１に接続させるために用いられ、従来技術による溶接又は接着で膜シートを密封して接続部１１に接続させてもよく、前記接続部１１に少なくとも１つの出水口１１１が設けられ、前記接続部１１の正面及び反面にはいずれも格子状の模様が設けられてもよく、これにより支持板と膜シートの溶接強度を高めることができる。前記ハニカム状構造部１２は前記平膜支持板１で前記接続部１１によって画成された領域内に位置し、前記ハニカム状構造部１２の中空部の面積は平膜支持板１全体の面積の３０〜７０％を占め、これにより加工材料の使用量を減らしてコストを削減することができ、しかも歪みや反りが生じにくい。前記支持部１３は前記ハニカム状構造部１２と前記接続部１１との間に設けられ、前記ハニカム状構造部１２を補強して、支持板の強度を高めるために用いられる。

具体的には、図２に示すように、前記ハニカム状構造部１２は形状が規則的な複数のハニカムユニット１２０によって構成され、前記ハニカムユニット１２０は内部の貫通孔１２１と、前記貫通孔１２１を形成し且つ隣接する貫通孔１２１を隔てる外周の孔壁１２２部分によって構成され、前記ハニカムユニット１２０には、隣り合うハニカムユニット１２０の貫通孔１２１に連通することにより前記ハニカム状構造部１２全体が連通し且つ前記ハニカム状構造部１２と前記出水口１１１が連通するようにするための第１流路１２３が設けられ、ハニカムユニット１２０に、隣り合うハニカムユニット１２０の貫通孔１２１に連通する第１流路１２３が設けられ、これにより単一のハニカムユニット１２０が第１流路１２３によって貫通孔１２１と互いに連通するだけでなく、前記ハニカム状構造部１２全体が正逆方向に貫通し、且つ前記ハニカム状構造部１２は前記出水口１１１に連通して、より滑らかな出水通路が形成され、平膜支持板１外の液体が膜部材の内部に流入することに役立ち、膜間圧力差を低減し、膜汚染を緩和するとともに、膜フラックスを増やす役割を果たし、吸引に必要な圧力を低減し、システム動作中のエネルギー消費を大幅に減らす。

さらに、前記第１流路１２３は前記ハニカムユニット１２０の孔壁１２２に設けられ、隣接する２つの前記ハニカムユニット１２０の貫通孔１２１内の液体は少なくとも２つの前記第１流路１２３によって互いに連通し、複数の第１流路１２３が互いに連通すれば、支持強度に影響を与えることなく液体の流動抵抗を一層低減し、液体の流通を加速させて、膜汚染を一層緩和することができ、本実施例では、隣接する２つの前記ハニカムユニット１２０の貫通孔１２１内の液体は２つの前記第１流路１２３によって互いに連通する。

さらに、前記第１流路１２３は隣接する前記ハニカムユニット１２０の孔壁１２２の節点に設けられ、これにより１つの第１流路１２３を使用するだけで隣接する複数のハニカムユニット１２０の貫通孔１２１と互いに連通するという目的を達成でき、ハニカム状構造部１２全体はより円滑なものになるとともに、ハニカム構造の堅牢性及び支持板の剛性への影響が低減される。

本願のいくつかの実施例では、前記ハニカムユニット１２０の断面は正六角形、長方形又は菱形であり、本実施例では、前記ハニカムユニット１２０の断面は正六角形であり、前記第１流路１２３は隣接する３つの前記ハニカムユニット１２０の孔壁１２２の節点に設けられ、１つの節点を共有する３つの前記ハニカムユニット１２０の貫通孔１２１内の液体は前記第１流路１２３によって互いに連通し、前記ハニカムユニット１２０の断面が長方形又は菱形である場合に、前記第１流路１２３は隣接する４つの前記ハニカムユニット１２０の孔壁１２２の節点に設けられる。

さらに、前記第１流路１２３の断面の形状はテーパー状であり、前記第１流路１２３の開孔のサイズは前記平膜支持板１の表面から内部へと漸次縮小していき、これにより第１流路１２３の開孔が過度に大きい場合に支持板の強度に影響があることや、液体流路の開孔が過度に小さい場合に流体の流動抵抗が増大することが緩和されながら、液体流路の十分な大きさが確保される。

また、前記第１流路１２３は連通孔構造であってもよいし、凹溝構造であってもよく、本実施例では、第１流路１２３は凹溝構造とされ、その連通孔のサイズは支持板の両側から内部へと漸次縮小していき、貫通せず、ハニカム状構造部１２の節点での支持効果を高めることができ、連通孔構造の第１流路１２３とされる場合に、その連通孔のサイズは支持板の両側から内部へと漸次縮小していき、互いに貫通して、砂時計状の構造が形成され、ハニカム状構造部１２の節点での支持効果が保たれるだけでなく、平膜の両側の圧力に一層バランスがとれる。

さらに、前記支持部１３は形状が規則的な複数の支持ユニットによって構成され、前記支持ユニットには、横方向及び縦方向に互い違いに分布し且つ前記出水口１１１にも貫通孔１２１にも連通する第２流路が設けられる。

いくつかの実施例では、図１に示すように、前記支持部１３の一実施形態として、前記支持ユニットは十字形の構造であり、前記支持ユニットはハニカム状構造部１２を複数のハニカムに分割する横方向スペーサー及び縦方向スペーサーを含み、十字形の構造の支持部１３とすることで、支持板全体の強度及び剛性を高めることができ、開孔により支持板全体の強度が下がり支持板は使用中に反りや歪みが生じるような状況が緩和される。

図４に示すように、前記支持部１３の別の実施形態として、前記支持ユニットの断面は六角形の構造又は半六角形の構造であり、複数の前記ハニカムユニット１２０は一部又は全体が前記支持部１３内に嵌着され、六角形の構造又は半六角形の構造の支持部１３により支持板全体の強度及び剛性を高めることができ、開孔により支持板全体の強度が下がり支持板は使用中に反りや歪みが生じるような状況が緩和される。

また、図３に示すように、前記接続部１１の内周とハニカム状構造部１２の外周との間には、補強リブ１４がさらに設けられ、前記補強リブ１４には、突起１４２と、突起１４２の間に位置する第３流路１４１が設けられ、前記第３流路１４１は横方向及び縦方向に互い違いに分布し且つ出水口１１１及び貫通孔１２１に互いに連通する。

さらに、前記接続部１１に格子状の模様が設けられる。

具体的には、本実施例の平膜支持板１は一度の射出成形によるＡＢＳ板であり、しかも平膜支持板１は互いに非対称に設けられる。

さらに、前記第１流路１２３、第２流路及び第３流路１４１は正面と反面が交互して設けられてもよく、且つ両面の抵抗が一致する。

なお、前記実施例は実施形態に対する限定ではなく、説明を明白にするために挙げた例に過ぎない。当業者であれば、前記説明を踏まえ、様々な変形や変更を行うことができる。ここで、全ての実施形態を示すことはできず、なおかつその必要はない。このようにしてなされた明白な変形や変更も本願の保護範囲に含まれる。

１...平膜支持板、１１...接続部、１１１...出水口、１２...ハニカム状構造部、１２０...ハニカムユニット、１２１...貫通孔、１２２...孔壁、１２３...第１流路、１３...支持部、１４...補強リブ、１４１...第３流路、１４２...突起。

Claims (9)

1. 平膜支持板であって、
   膜シートを密封して前記平膜支持板（１）に接続させるために用いられ、前記平膜支持板（１）の縁部に位置し、少なくとも１つの出水口（１１１）が設けられる接続部（１１）と、
   前記平膜支持板（１）で前記接続部（１１）によって画成された領域内に位置するハニカム状構造部（１２）であって、前記ハニカム状構造部（１２）全体が連通し且つ前記ハニカム状構造部（１２）と前記出水口（１１１）が連通するようにするための第１流路（１２３）が設けられ、前記ハニカム状構造部（１２）の中空部の面積は前記平膜支持板（１）全体の面積の３０〜７０％を占める前記ハニカム状構造部（１２）と、
   前記ハニカム状構造部（１２）を補強するために用いられ、前記ハニカム状構造部（１２）と前記接続部（１１）との間に設けられる支持部（１３）とを含み、
   前記第１流路（１２３）はテーパー状の連通孔又はテーパー状の凹溝であり、前記第１流路（１２３）の開孔のサイズは前記平膜支持板（１）の表面から内部へと漸次縮小していく、ことを特徴とする平膜支持板。
2. 前記ハニカム状構造部（１２）は形状が規則的な複数のハニカムユニット（１２０）によって構成され、前記ハニカムユニット（１２０）は内部の貫通孔（１２１）と、前記貫通孔（１２１）を形成し且つ隣接する貫通孔（１２１）を隔てる外周の孔壁（１２２）によって構成され、前記第１流路（１２３）は前記ハニカムユニット（１２０）の孔壁（１２２）に設けられることを特徴とする請求項１に記載の平膜支持板。
3. 前記第１流路（１２３）は隣接する前記ハニカムユニット（１２０）の前記孔壁（１２２）の節点に設けられ、隣接する２つの前記ハニカムユニット（１２０）の貫通孔（１２１）内の液体は少なくとも２つの前記第１流路（１２３）によって互いに連通することを特徴とする請求項２に記載の平膜支持板。
4. 前記ハニカムユニット（１２０）の断面は正六角形であり、前記第１流路（１２３）は隣接する３つの前記ハニカムユニット（１２０）の前記孔壁（１２２）の節点に設けられ、又は、前記ハニカムユニット（１２０）の断面は長方形もしくは菱形であり、前記第１流路（１２３）は隣接する４つの前記ハニカムユニット（１２０）の前記孔壁（１２２）の節点に設けられることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の平膜支持板。
5. 前記支持部（１３）は形状が規則的な少なくとも１つの支持ユニットによって構成され、前記支持ユニットには、横方向及び縦方向に互い違いに分布し且つ前記出水口（１１１）にも前記貫通孔（１２１）にも連通する第２流路が設けられ、複数の前記支持ユニットによって前記ハニカム状構造部（１２）は互いに連通する複数のハニカムに分割されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の平膜支持板。
6. 前記支持ユニットは十字形の構造であり、前記十字形の構造は少なくとも１つ設けられ、前記支持ユニットは横方向スペーサー及び縦方向スペーサーを含むことを特徴とする請求項５に記載の平膜支持板。
7. 前記支持ユニットの断面は六角形の構造又は半六角形の構造であり、複数の前記ハニカムユニット（１２０）は一部又は全体が前記支持部（１３）内に嵌着されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の平膜支持板。
8. 前記接続部（１１）の内周と前記ハニカム状構造部（１２）の外周との間には、補強リブ（１４）がさらに設けられ、前記補強リブ（１４）には、横方向及び縦方向に互い違いに分布し且つ前記出水口（１１１）及び前記貫通孔（１２１）に互いに連通する第３流路（１４１）が設けられることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の平膜支持板。
9. 前記接続部（１１）に格子状の模様が設けられることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の平膜支持板。
   
   
   

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