JP7442402B2 - 浄水器膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は浄水器膜モジュールに関する。

従来の浄水器膜モジュールとして、円筒状の成形活性炭と中空糸膜モジュールを一体化したタイプのものが挙げられる。このタイプは原水が成形活性炭の側面から管内部に流入し、さらに連結口を介して中空糸膜モジュールに入る構造となっている。
しかしながら、このタイプでは連結部から中空糸膜モジュールへ、集中して活性炭処理水が流れ込むため、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端に水流の負荷がかかり、中空糸膜に悪影響が及ぶ可能性もあった。
そこで、対応策として、例えば特許文献１では保護ネットを、特許文献２では分散口を、特許文献３では邪魔板を、それぞれ設けることが提案された。

特開２０１２－３０２０４号公報 特開２００６－０１５１９９号公報 特開２００５－２１１８５２号公報

特許文献１～３に記載の浄水器膜モジュールでは、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端への水流の負荷は抑制される。しかしながら、保護ネット、分散口および邪魔板によって水流抵抗が増すため、その圧力損失によって浄水器膜モジュールの透水性能が損なわれてしまう。

このように、従来、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端にかかる水流の負荷が抑制されたうえで、透水性能が高い浄水器膜モジュールは提案されていなかった。

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端にかかる水流の負荷が抑制され、かつ、透水性能が高い浄水器膜モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明者は鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は、
上流側から下流側へ、濾材充填部、分散部および中空糸膜部をこの順に有する浄水器膜モジュールであって、
前記濾材充填部は、外周側の濾材層と、前記濾材層の内周側の通水路とを備え、前記濾材層へその外周側から流入した水が前記濾材層を通過して前記通水路に到達し、前記通水路を通って前記分散部へ到達するように構成されており、
前記分散部は、前記濾材充填部と前記中空糸膜部とを接続し、前記通水路からの水が前記中空糸膜部の内部へ排出されるように前記通水路と前記中空糸膜部の内部空間とをつなぐ接続口を有する接続板と、前記接続口から排出された水の流れを遮る天板とを備え、前記天板の径（Ｘ）と前記接続口の径（Ｙ）との比（Ｘ／Ｙ）が１．５～５．０であり、前記接続板と前記天板との隙間（Ｚ）が０．５～２．０ｍｍであり、
前記中空糸膜部は、多数の中空糸からなる中空糸膜が収容されており、前記分散部を通過した水を受け入れ、前記中空糸膜を通過した水を排出するように構成されている、浄水器膜モジュール、
である。

本発明によれば、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端にかかる水流の負荷が抑制され、かつ、透水性能が高い浄水器膜モジュールを提供することができる。

本発明の浄水器膜モジュールの好適態様を示す概略断面図である。 図１における分散部のみを抜き出した図（概略断面図）である。 分散部の概略斜視図である。 分散部を中空糸膜部側から見た場合の概略平面図である。 分散部を濾材充填部側から見た場合の概略平面図である。 実施例および比較例における実験装置を説明するための概略図である。 実施例および比較例の結果をまとめたグラフである。

本発明の浄水器膜モジュールについて、図を用いて説明する。
図１は、本発明の浄水器膜モジュールの好適態様を示す概略断面図である。図１に示す好適対応は、全体が円柱状の浄水器膜モジュールである。例えば断面直径が約３２ｍｍで、長手方向の長さが約１２０ｍｍ程度のものが挙げられる。
図１は、円柱の長手方向の中心軸ωを含むように本発明の浄水器膜モジュールを２つに切った場合に得られる断面を表している。

図１において本発明の浄水器膜モジュール１は、上流側から下流側へ向かって、濾材充填部３、分散部５および中空糸膜部７を、この順に有する。

＜濾材充填部＞
本発明の浄水器膜モジュール１が有する濾材充填部３について説明する。
濾材充填部３は、外周側の濾材層３１と、濾材層３１の内周側の通水路３３とを備える。

濾材充填部３は、例えば、中心に筒状の通水路３３を有する、概ね濾材からなる円筒体であってよい。これは、例えば、円筒状の容器の中心に通水路３３を形成するための筒３５を挿入し、挿入した筒３５の外周面と容器の内周面との間に濾材を充填することで得ることができる。濾材を充填して濾材層３１を形成した後、筒３５を引き抜いて濾材層３１と分離してもよい。

ここで筒３５を分離せずに残す場合、すなわち、図１に示すように濾材充填部３が筒３５を含む場合、通水路３３を形成するための筒３５は網状または多孔状などであって、水が通過することが必要である。例えばアクリル繊維からなる筒３５を用いて通水路３３を形成することができる。

なお、濾材充填部３の形状は円筒状でなくてもよい。例えば断面が楕円状、矩形、多角形であってもよい。

また、図１に示す濾材層３１は、その外周がポリエステル等からなる不織布３７で被覆されている。本発明の浄水器膜モジュールにおいて濾材層は、その外周が不織布で被覆されていることが好ましい。
本発明の浄水器膜モジュールにおいて濾材層は、その外周がプラスチック等からなる層で覆われていてもよい。つまり、濾材層はプラスチック等からなる容器に収容されていてもよい。

濾材層３１を構成する濾材は、従来、浄水用に用いられている濾材を用いることができる。例えば粒状活性炭、繊維状活性炭、ゼオライト、イオン交換樹脂、その他吸着剤が挙げられる。濾材は残留塩素、溶解性鉛、カビ臭の原因となる２－メチルイソボルネオールを除去可能なものであることが好ましい。
濾材の形状や大きさ等についても、従来公知の浄水器膜モジュールに用いられる濾材と同様であってよい。
濾材層における濾材の充填率等についても、従来公知の浄水器膜モジュールにおける濾材層の場合と同様であってよい。

図１に示す濾材層３１は、上流側の端面にエンドキャップ３９を有する。エンドキャップ３９は濾材層３１の上流側の端面に接着剤等によって固定されている。エンドキャップ３９は、上流側から流れてきた浄化対象である水が濾材層３１の上流側の端面から濾材層３１の内部へ流入することを防ぐ。上流側から流れてきた水は、エンドキャップ３９が存在するために、濾材層３１の端面ではなく外周側（側面側）から、その内部へ流入する。

図１に示した本発明の浄水器膜モジュール１では、濾材層３１の外周側から流入した水は不織布３７および濾材層３１を通過し、さらに筒３５も通過して通水路３３に到達する。そして、通水路３３を通って分散部５へ到達する。

エンドキャップ３９の材質として、例えばＡＢＳ樹脂が挙げられる。

＜分散部＞
本発明の浄水器膜モジュール１が有する分散部５について、図を用いて説明する。
図２は図１における分散部５のみを抜き出した図（概略断面図）であり、図３は分散部５の概略斜視図であり、図４は分散部５を中空糸膜部７側から見た場合の概略平面図であり、図５は分散部５を濾材充填部３側から見た場合の概略平面図である。

図１に示すように、分散部５は、濾材充填部３と中空糸膜部７とを接続する接続板５１を有する。すなわち、接続板５１は濾材充填部３と中空糸膜部７とに挟まれる位置に配置される。
図１に示すように、本発明の浄水器膜モジュール１における接続板５１の外周端部が、中空糸膜部７の端部（後述する円筒型のケース７５の端面）に固定されている。接続板５１の外周端部と中空糸膜部７の端部（後述する円筒型のケース７５の端面）とは、例えば超音波溶着によって接合される。また、接続板５１は、次に説明する接続口５３の外周に沿って濾材充填部３側へ向かう凸部５１１を有し、この凸部５１１は通水路３３を構成する筒３５に密着して嵌るように構成されており、これによって分散部５と濾材充填部３とが固定されるか、または固定が補助される。

図１～図５に示すように、分散部５が有する接続板５１は接続口５３を有する。接続口５３は、通水路３３と中空糸膜部７の内部空間７１とをつないでいる。通水路３３の内部の水は接続口５３を通過し、中空糸膜部７の内部空間７１へ排出される。

図１～図５に示される接続板５１は円板状であり、その中心に円形の接続口５３が形成されているが、本発明の浄水器膜モジュールにおいて接続板および接続口の形状は特に限定されない。それらの形状は楕円形、矩形、多角形等であってもよい。
ただし、図１～図５に示すように、接続板および接続口が共に円形であって、その中心が一致することが好ましい。

分散部５は天板５５を有する。天板５５は図１～図５に示すように、リブ５７によって接続板５１の表面に所定の間隔を保ちながら固定されている。
天板５５は、接続口５３から排出された水の流れを遮る役割を果たす。通水路３３の内部の水は接続口５３を通過した直後に、そのほとんどが天板５５へ衝突する。そのため、通水路３３の内部の水は接続口５３を通過した直後に、直接、中空糸膜へ当たることはほぼない。したがって、接続口５３から中空糸膜部７の内部空間７１へ排出された水による、中空糸膜への流水負荷は大幅に抑制される。

また、分散部５において、天板５５の径（Ｘ）と、接続口の径（Ｙ）との比（Ｘ／Ｙ）は１．５～５．０（好ましくは１．７～３．０）であり、さらに、接続板５１と天板５５との隙間（Ｚ）は０．５～２．０ｍｍ（好ましくは１．０～１．５ｍｍ）である。
このような場合、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端にかかる水流の負荷が抑制されたうえに、透水性能を高くすることができることを、本発明者は見出した。

ここで天板５５が、図１～図５に示した例のように円板である場合、その径（Ｘ）は円板の直径を意味するが、天板５５が円板ではない場合、その径（Ｘ）は等面積円相当径を意味するものとする。すなわち、円板ではない形状の天板５５の場合、それと面積が等しい円の直径を、その天板５５の径（Ｘ）とする。なお、天板５５の径および形状は、天板５５における中空糸膜部７側の表面において測定できる径および形状とする。
同様に、接続口５３が図１～図５に示した例のように円形である場合、その径（Ｙ）は円形の接続口５３の直径であるが、接続口５３が円形ではない場合、その径（Ｙ）は等面積円相当径を意味するものとする。すなわち、円形ではない形状の接続口５３の場合、それと面積が等しい円の直径を、その接続口５３の径（Ｙ）とする。なお、接続口５３の径および形状は、接続板５１における中空糸膜部７側の表面において測定できる径および形状とする。

さらに、図１～図５に示した例のように、接続板５１および天板５５の表面が平行に配置されている場合、接続板５１と天板５５との隙間（Ｚ）はそれらの対向する表面間の距離であるが、接続板５１および天板５５の表面が平行に配置されていない場合、接続板５１と天板５５との隙間（Ｚ）は、各々の表面間の距離の平均値を意味するものとする。

＜中空糸膜部＞
本発明の浄水器膜モジュール１が有する中空糸膜部７について説明する。
中空糸膜部７は、多数の中空糸からなる中空糸膜７３が収容されている。

中空糸膜７３は、水に含まれるバクテリアや微粒子等の不純物成分を除去する役割を果たす。
中空糸膜７３は、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等の材料からなることが好ましい。

中空糸膜７３は中心から外方への放射状となるように折り返して結束されていることが好ましい。図１に示す好適態様では、中空糸膜７３をＡＢＳ等からなる円筒型のケース７５へ挿入し、円筒型のケース７５の開口部７５１へポリウレタンやエポキシ樹脂等の封止材を充填して封止部７７を形成することで、中空糸膜７３の端部を結束しつつ、開口部７５１に中空糸膜７３を固定し、加えて開口部７５１を密封することができる。

中空糸膜部７は、分散部５を通過した水を受け入れ、中空糸膜７３を通過した水を開口部７５１から排出するように構成されている。

本発明の実施例について説明する。本発明は実施例に限定されない。

天板の径（Ｘ）および接続板と天板との隙間（Ｚ）が異なる９種類の分散部を用意した。具体的には、天板の径（Ｘ）は１０ｍｍ、１２ｍｍまたは１６ｍｍの３種類であり、接続板と天板との隙間（Ｚ）は１．００ｍｍ、１．２５ｍｍまたは１．５０ｍｍの３種類であり、これらを組み合わせてなる９種類の分散部を用意した。
そして、各々の分散部を図６（ｂ）に示すような筒状の通水治具の内部に設置した後、図６（ａ）に示すようにポンプから所定の通水圧力（１０ｋＰａ）にて通水治具の内部へ通水したときの流量（モジュール流量（Ｌ／ｍｉｎ））を測定した。モジュール流量の測定結果を表１に示す。

表１の結果をグラフにまとめたものが図７である。
図７に示すグラフから明らかなように、本発明の浄水器膜モジュールに該当する実施例１～６の場合は、該当しない比較例１～３と比較して、明らかにモジュール流量が大きくなった。
また、実施例１～６の場合、中空糸膜モジュールにおける膜束の先端にかかる水流の負荷は抑制されていた。
すなわち、実施例および比較例の結果より、本発明の浄水器膜モジュールは、膜束の先端にかかる水流の負荷が抑制され、かつ、透水性能が高いことが確認できた。

本発明の浄水器膜モジュールは、水栓内蔵用として用いることが好ましい。本発明の浄水器膜モジュールは、水栓に内蔵されない浄水器としても利用することができる。

１ 本発明の浄水器膜モジュール
３ 濾材充填部
３１ 濾材層
３３ 通水路
３５ 筒
３７ 不織布
３９ エンドキャップ
５ 分散部
５１ 接続板
５１１ 凸部
５３ 接続口
５５ 天板
５７ リブ
７ 中空糸膜部
７１ 内部空間
７３ 中空糸膜
７５ ケース
７５１ 開口部
７７ 封止部
ω 浄水器膜モジュールの中心軸

Claims (1)

1. 上流側から下流側へ、濾材充填部、分散部および中空糸膜部をこの順に有する浄水器膜モジュールであって、
   前記濾材充填部は、外周側の濾材層と、前記濾材層の内周側の通水路とを備え、前記濾材層へその外周側から流入した水が前記濾材層を通過して前記通水路に到達し、前記通水路を通って前記分散部へ到達するように構成されており、
   前記分散部は、前記濾材充填部と前記中空糸膜部とを接続し、前記通水路からの水が前記中空糸膜部の内部へ排出されるように前記通水路と前記中空糸膜部の内部空間とをつなぐ接続口を有する接続板と、前記接続口から排出された水の流れを遮る天板とを備え、前記天板の径（Ｘ）と前記接続口の径（Ｙ）との比（Ｘ／Ｙ）が１．５～５．０であり、前記接続板と前記天板との隙間（Ｚ）が０．５～２．０ｍｍであり、
   前記中空糸膜部は、多数の中空糸からなる中空糸膜が収容されており、前記分散部を通過した水を受け入れ、前記中空糸膜を通過した水を排出するように構成されている、浄水器膜モジュール。

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