TWI433715B - Hollow fiber membrane module and the use of its filtration method, and ultra-pure water manufacturing system - Google Patents

Hollow fiber membrane module and the use of its filtration method, and ultra-pure water manufacturing system Download PDF

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TWI433715B TW100135344A TW100135344A TWI433715B TW I433715 B TWI433715 B TW I433715B TW 100135344 A TW100135344 A TW 100135344A TW 100135344 A TW100135344 A TW 100135344A TW I433715 B TWI433715 B TW I433715B
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Yuzuru Ishibashi
Shuichi Nakata
Tohru Taniguchi
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Asahi Kasei Chemicals Corp
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Description

中空絲膜模組及使用其之過濾方法、以及超純水製造系統
本發明係關於一種用以將河川水或地下水等比較清澈之原水或超純水作為對象進行除濁、除菌之過濾用模組及使用其之過濾方法、以及超純水製造系統。本發明特別係關於一種適合作為超純水生產線中之保安過濾器之中空絲膜模組及使用其之過濾方法。
於製造半導體或顯示元件等電子‧電氣零件之製造中所使用之超純水的生產線上，於即將向使用場所供給利用微濾膜或離子交換樹脂、逆滲透過濾膜所製造之超純水之前，使用微濾膜或超濾膜進行過濾。該微濾膜或超濾膜係承擔作為保安過濾器之功能。作為該用途之過濾膜模組，主要使用將原水供給至中空絲膜之外側，並自兩端採集過濾水之外壓式兩端集水型過濾膜模組(參照非專利文獻1)。
作為上述模組之使用形態，如圖6所示，構成如下之過濾裝置200：自中空絲模組50之一端側之噴嘴52b導入原水，一面使該原水沿著中空絲膜之外表面向中空絲模組50之另一端側之噴嘴52a流通一面使濃縮水自配管L7流出，並且自配管連接蓋56a、56b分別取出已滲透中空絲膜並透過至中空絲膜內之過濾水。而且，連接於該蓋56a之配管L6a係與連接於蓋6b之配管L6b連結，自蓋56a取出之過濾水與自蓋56b取出之過濾水分別於上述配管L6a與上述配管L6b中流動，且於上述連結點合流而被供給至使用場所。
於藉由上述兩端集水型模組而收集過濾水時，因模組內之供給水之流路狹窄，故供給側(上述噴嘴52b側)與濃縮側(上述噴嘴52a側)之間的壓力差變大。因此，供給側(上述蓋56b側)之透過水量較濃縮側(上述蓋56a側)之透過水量變多。由此，存在活菌於透過水量較少之濃縮側之流路中容易繁殖之問題。又，於為了對配管內或模組內進行除菌而實施之殺菌洗淨中，存在流量較少之側之流路內的殺菌處理操作之時間拖長之問題、或殺菌處理操作後之啟動需要長時間等問題。
作為解決此種問題之方法，提出有於一端側之過濾水配管(上述L6b)中設置流量控制機構而使供給側與濃縮側之透過水量大致相同的方法(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平06-319959號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]伊藤、小川「超純水製造製程中之膜分離技術」，清潔技術(Clean Technology)，日本工業出版，1998年10月，第8卷，第10號，p. 22-25
然而，於上述方法中，當設置節流孔或閥等流量控制機構時，必需於設置模組時預先測定流量並調整節流度，因此需要繁雜之操作。
另一方面，近年來，存在伴隨製造規模擴大，所使用之超純水量增多，且超純水製造設備亦大型化之傾向，而強烈要求將該製造設備小型化。於此種狀況下，正尋求一種具有較高之過濾能力之模組，即，每1模組之過濾流量較大、且每單位容積之過濾流量較大之模組。
因此，本發明之第一目的在於提供一種可不設置特別之流量控制機構而使流經2個過濾水流路之流量大致相等的中空絲膜模組及使用其之過濾方法、以及超純水製造系統。進而，本發明之第二目的在於提供一種裝置之規模小型化且可長時間穩定地獲得水質良好之過濾水的中空絲膜模組及使用其之過濾方法、以及超純水製造系統。
本發明者為解決上述課題而反覆銳意研究之結果，發現使用具有特定構造之中空絲膜模組進行內壓式過濾對於解決上述問題極其有用，從而完成本發明。
本發明提供一種中空絲膜模組，其包括：絲束，其包含多條中空絲膜；筒狀外殼，其收容絲束且於側面具有複數個噴嘴；以及一對固定部，其於筒狀外殼內之絲束之兩端部，將中空絲膜之外表面彼此及該外表面與筒狀外殼之內表面之間隙密封；且噴嘴之流路截面積S2 相對於筒狀外殼內之中空絲膜外側之流路截面積S1 的比(S2 /S1 )為0.15以上、0.60以下。
根據本發明之中空絲膜模組，藉由使用兩端具有噴嘴之筒狀外殼，且將噴嘴之流路截面積S2 相對於外殼內之中空絲膜外側之流路截面積S1 的比(S2 /S1 )設為0.15以上、0.60以下，即便不使用閥或節流孔等流量調節機構，亦可使自兩端之噴嘴流出之過濾水之流量大致相等，且可充分地抑制中空絲膜模組內或過濾水配管中之微生物之增殖，並且可表現出較高之過濾能力。
於本發明中，較佳為複數個噴嘴各自之流路截面積實質上彼此相同。藉此，可容易地使自各噴嘴流出之過濾水之流量大致相等。
於本發明中，較佳為絲束係將捆綁多條中空絲膜而形成之小束於筒狀外殼內並行地填充複數個而成者，且至少於固定部之界面位置，具有與其他部分相比中空絲膜之填充密度較低之部分。該低填充密度部分特佳為自一端之固定部至另一端之固定部連續地設置。藉由於筒狀外殼內設置中空絲膜之填充密度較低之部分，而可減小於筒狀外殼內流動之水之阻力。即，即便中空絲膜外側之流路截面積相同，與將所有中空絲膜彙集成1束之情形相比，將中空絲膜分割成小束且使各小束內之中空絲膜之填充密度比較高，並且於各小束間確保流路之情形更能夠減小於筒狀外殼內流動之水之阻力(總阻力)。藉此，可獲得只需較少之供給壓力便能得到相同之過濾水流量之優點。
本發明之中空絲膜模組較佳為更包括一端由固定部密封、且以分別圍繞絲束之兩端部之方式延伸的一對整流筒，且一對整流筒於自固定部隔離之位置，分別具有可使整流筒內側之水流通至噴嘴之開口。藉此，可充分地降低於固定部之附近中空絲膜自水流所受到之剪力，故而可充分地抑制由水流所引起之中空絲膜之損傷。進而，一對整流筒中之至少一個於自固定部隔離之位置設置複數個自內側貫穿至外側之貫穿孔，藉此可緩和自整流筒之開口端之整流筒內側向外側之流速，且可有效地防止由該整流筒開口端與中空絲膜之磨擦所引起之中空絲膜之損傷。藉此，可長期持續地製造水質優異之過濾水。
較佳為於將整流筒之存在貫穿孔之區域之整體二等分為靠近固定部之側的第1區域與遠離固定部之側的第2區域之情形時，第2區域中之貫穿孔之開口率高於第1區域中之貫穿孔之開口率。即，較佳為將自整流筒內側流出至外側之水量於靠近固定部之側設為少量，於遠離固定部之側設為比較多的量。藉此，可降低於固定部附近中空絲膜因水流而受到之力，並且亦可有效地降低於整流筒之開口端中空絲膜因水流而受到之力。
本發明之中空絲膜模組較佳為25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000 m3 /hr/0.1 MPa/m3 。於該情形時，能夠以較大之過濾水量長時間維持穩定之過濾水質。又，本發明之中空絲膜模組較佳為25℃下之每1模組之透水量為20~40 m3 /hr/0.1 MPa。於該情形時，可由1人手持中空絲膜模組，操作性特別良好，故亦可安裝於安裝間距間狹小之過濾裝置上。因此，若滿足上述透水性能及透水量兩者，則可使該過濾裝置更小型化。
進而，本發明提供一種使用上述中空絲膜模組之過濾方法。即，本發明之過濾方法係於使用包括：絲束，其包含多條中空絲膜；筒狀外殼，其收容絲束且於側面具有複數個噴嘴；以及一對固定部，其於筒狀外殼內之絲束之兩端部，將中空絲膜之外表面彼此及該外表面與筒狀外殼之內表面之間隙密封；且噴嘴之流路截面積S2 相對於筒狀外殼內之中空絲膜外側之流路截面積S1 的比(S2 /S1 )為0.15以上、0.60以下之中空絲膜模組進行過濾時，將被處理水自中空絲膜模組之一側端部向中空絲膜之中空部供給，且使流出至中空絲膜之外側之過濾水自筒狀外殼之兩端的噴嘴通過連接於該噴嘴之配管而流出並進行採集。
根據本發明之過濾方法，藉由使用上述中空絲膜模組進行內壓式過濾，可自兩端之噴嘴採集大致同量之過濾水，故可充分地抑制模組內或過濾水配管中之微生物之增殖。
於本發明之過濾方法中，較佳為使自兩端之噴嘴流出之過濾水於較靠近一側端部之側的噴嘴更靠近較遠之側的噴嘴之位置合流並進行採集。又，較佳為兩端之噴嘴各自之流路截面積實質上彼此相同。又，較佳為配管具有相對於所連接之噴嘴之內徑為0.80~1.20倍之內徑。又，於本發明之過濾方法中，較佳為絲束係將捆綁多條中空絲膜而形成之小束於筒狀外殼內並行地填充複數個而成者，且至少於固定部之界面位置，具有與其他部分相比中空絲膜之填充密度較低之部分。
於本發明之過濾方法中，較佳為更包括模組的一端由固定部密封、且以分別圍繞絲束之兩端部之方式延伸的一對整流筒，且一對整流筒於自固定部隔離之位置，分別具有可使整流筒內側之水流通至噴嘴之開口。藉此，即便以較高之過濾水流量進行運轉，亦可充分地降低由水流所引起之中空絲膜之損傷，故可利用小型之裝置長期穩定地製造水質優異之過濾水。於本發明之過濾方法中，進而較佳為一對整流筒中之至少一個於自固定部隔離之位置，分別具有自該整流筒之外表面貫穿至內表面的複數個貫穿孔。又，於本發明之過濾方法中，較佳為於將整流筒之存在貫穿孔之區域之整體二等分為靠近固定部之側的第1區域與遠離固定部之側的第2區域之情形時，第2區域中之貫穿孔之開口率高於第1區域中之貫穿孔之開口率。當本發明之過濾方法中所使用之中空絲膜模組具備該等構成時，本發明之上述效果得以進一步發揮。
又，本發明之過濾方法較佳為25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ，且較佳為25℃下之每1模組之透水量為20~40 m3 /hr/0.1 MPa。
又，本發明提供一種使用上述中空絲膜模組之超純水製造系統。即，提供一種超純水製造系統，其係至少包含紫外線照射機構、離子交換處理機構、及超濾膜過濾處理機構者，且超濾膜過濾處理機構為上述中空絲膜模組。藉此，可獲得與先前相比系統整體變得小型化、且只需較少之設置面積即可之優點。
根據本發明，提供一種即便不使用閥或節流孔等流量調節機構，亦可使自兩端之噴嘴流出之過濾水之流量大致相等的中空絲膜模組。又，根據使用此種中空絲膜模組之過濾方法以及超純水製造系統，不僅小型化，而且過濾水流量較高，且可長期穩定地製造水質優異之過濾水。
<中空絲膜模組>
一面參照圖1~3，一面對本發明之中空絲膜模組之實施形態進行說明。本實施形態之中空絲膜模組10包括：絲束1，其包含多條中空絲膜1a；筒狀外殼2，其收容絲束1；一對固定部3a、3b，其設置於絲束1之兩端部，並包含澆鑄劑；以及一對整流筒4、5，其係以分別圍繞絲束1之兩端部之方式配置。模組10係藉由螺母7a、7b而可將配管連接蓋6a、6b分別安裝於筒狀外殼2之兩端。藉由擰緊螺母7a、7b，並藉由配置於蓋6a、6b之槽中之O形環8a、8b而將該部位密封。
絲束1係由多條中空絲膜1a形成。雖然亦可將多條中空絲膜1a彙集成一束而形成絲束，但較佳為如圖2所示，將絲束1設為分割成複數個小束1b之狀態。尤其，更佳為設為利用網1c包裹包含多條中空絲膜1a之小束1b之狀態。藉由如上述般於模組10內設置未填充有中空絲膜之部分(膜填充密度較低之部分)，而使流經中空絲膜1a之外側之水的阻力變小，進而可實現更高之模組透水性能。再者，若為包含可覆蓋小束1b之表面且具有透水性之素材者，則亦可使用不織布等來代替網作為包裹小束者。
中空絲膜1a之種類可根據模組10之用途而適當選擇。作為中空絲膜1a之具體例，可例示超濾膜及微濾膜。例如，若將模組10用於超純水用最終過濾器之用途，則較佳為中空絲膜1a係平均孔徑為0.05 μm以下(更佳為0.02 μm以下)之超濾膜。中空絲膜1a之材質只要根據用途而適當選擇即可，例如可自聚乙烯、聚丙烯、聚碸、聚醚碸、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、乙酸纖維素及聚丙烯腈中選擇。
中空絲膜1a較佳為內面積換算之短絲透水量(25℃)為2000 L/m2 /hr/0.1 MPa(以下，將短絲透水量之單位記作「LMH」)以上，特佳為4000 LMH以上。中空絲膜1a之內徑較佳為0.7~1.0 mm，特佳為0.70 mm~0.85 mm。如後所述，本實施形態之模組10因可充分地抑制由通水時之振動所造成之影響，故藉由使用具有上述短絲透水量及內徑之中空絲膜，而可實現先前之約2倍之模組透水性能。
筒狀外殼2包含兩端具有開口之圓筒狀之構件，且具有設置於固定部3a、3b之界面Fa、Fb附近的噴嘴2a、2b。此處所述之固定部之界面係指作為固定部之一個面的包埋整流筒之基端部之側的面。筒狀外殼2之材質可根據用途而自金屬及塑膠類中適當選擇。就加工之容易性及輕量化之方面而言，筒狀外殼2較佳為由塑膠類所形成者，作為塑膠類之具體例，可列舉：聚乙烯、聚丙烯、聚碸、聚醚碸、聚偏二氟乙烯、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂及氯乙烯樹脂等。再者，分別設置於界面Fa、Fb附近之噴嘴可未必為各1個，亦可於該部位分別設置複數個噴嘴。
再者，設置於筒狀外殼2之側面之噴嘴除如上述般僅於固定部3a、3b之界面Fa、Fb附近各設置1個之情形以外，亦可於固定部3a、3b之界面附近設置複數個。又，亦可於固定部3a、3b之界面附近各設置1個，且於筒狀外殼2之中央部追加設置。較佳為僅於固定部3a、3b之界面附近各設置1個。通常，藉由僅於固定部之界面附近各設置1個而可實現採集過濾水之目的。而且，於該情形時，具有構件之件數可較少，與此同時構件之成形較容易之優點。
筒狀外殼2之大小較佳為外徑為140~200 mm，且長度為700~1400 mm，特佳為外徑160~180 mm，且長度為800~1100 mm。當使用該範圍之大小之筒狀外殼2時，可實現較高之模組透水量及最高之模組透水性能。除此以外，若為該大小，則亦可由1人手持模組10，故而具有操作性特別良好之優點。再者，此處所述之筒狀外殼2之「外徑」係指模組中央之過濾區域中之圓筒的外徑。所謂筒狀外殼2之「長度」，係指中空絲膜1a之兩端面間之距離。
若將筒狀外殼2之中央部(過濾部)之中空絲膜外側之流路截面積設為S1 (m2 )，將中空絲膜模組之最大過濾流量設為Q(m3 /s)，則流路截面積S1 較佳為滿足由以下之不等式(1)所表示之條件。
[數1]
藉由以滿足該條件之方式設定流路截面積S1 ，而可減小水流通該部分時之壓力損失，且可實現較高之模組透水量。再者，此處所述之「模組透水量」係指施加膜間差壓0.1 MPa時之25℃下之每1小時的過濾量(m3 /hr/0.1 MPa＠25℃)。又，所謂「模組透水性能」，係指上述模組透水量除以模組之視容積、或過濾部容積所得之值((m3 /hr/0.1 MPa)/m3 ＠25℃)。將前者記作「視容積基準之模組透水性能」，將後者記作「過濾部容積基準之模組透水性能」。此處，所謂「視容積」，係指根據筒狀外殼2之外徑所計算之截面積乘以配管連接蓋6a與6b之端面間之距離所得的值，所謂「過濾部容積」，係指根據筒狀外殼2之內徑所計算之截面積乘以膜有效長度(固定部之界面Fa與Fb之距離)所得的值。再者，流路截面積S1 係由下式(2)所算出之值。
[數2]
式中，D1 表示筒狀外殼之中央部之內徑(m)，d0 表示中空絲膜之外徑(m)，N表示形成絲束之中空絲膜之條數。
於將噴嘴2a、2b之流路截面積設為S2 (m2 )時，S2 與上述流路截面積S1 (m2 )之比(S2 /S1 )必需為0.15以上、0.60以下。於該範圍時，即便不使用閥或節流孔等流量調節機構，亦可使自兩端之噴嘴流出之過濾水之流量大致相同，並且可表現出較高之過濾能力。該值較佳為0.20以上、0.50以下，更佳為0.25以上、0.45以下。於未達0.15時，自各噴嘴流出之過濾水量之平衡崩潰之傾向增強，或者出現壓力損失變大，模組透水性能降低之傾向。又，於超過0.60之情形時，自各噴嘴流出之過濾水量之平衡崩潰之傾向增強。藉由設為0.60以下，相對於該噴嘴部或連接於其之配管中之流動阻力RL ，筒狀外殼內中空絲膜外側之流動阻力RM 變得比較小，故可認為筒狀外殼之中央部之過濾水係流至噴嘴2a側、還是流至噴嘴2b側之分水界的位置主要由噴嘴部或連接於其之配管中之流動阻力RL 支配，作為結果，來自各噴嘴之流量變得相等。相對於此，於超過0.60之情形時，無法忽視筒狀外殼內中空絲膜外側之流動阻力RM 之影響，可認為因由被處理水之供給側之壓力較高所造成的影響，而導致過濾水自靠近供給側之噴嘴大量地流出。
於使用本實施形態之中空絲膜模組時，通常連接由JIS(Japanese Industrial Standard，日本工業標準)等所規定之規格品之配管材料。因此，本實施形態之上述噴嘴較佳為具有以上述配管之內徑為基準之形狀之流路。即，較佳為噴嘴之流路為圓形，且具有與連接之配管大致相同之內徑。藉此，可獲得噴嘴與配管之連接變得容易之優點、及可防止於連接部分產生滯留部而導致微生物之增殖之優點。較佳為上述噴嘴之內徑DM 與配管之內徑DL 之比(DM /DL )為0.80以上、1.20以下，特佳為0.90以上、1.15以下。又，就使自各噴嘴流出之過濾水之流量大致相同之觀點而言，噴嘴2a、2b之流路截面積較佳為實質上彼此相同。
固定部3a、3b係包含澆鑄劑者，該澆鑄劑於筒狀外殼2內之絲束1之兩端部，將中空絲膜1a之外表面彼此及該外表面與筒狀外殼2之內表面之間隙密封。作為形成固定部3a、3b之澆鑄劑，較佳為環氧樹脂或胺酯樹脂等熱硬化性樹脂。藉由利用固定部3a、3b固定及密封絲束1之兩端部，中空絲膜1a之中空部於絲束1之兩端面形成開口。固定部3a、3b亦承擔密封整流筒4、5之基端部4a、5a之開口之作用。
整流筒4、5係分別自固定部3a、3b之界面Fa、Fb之位置向模組10之中央之方向延伸，且圍繞固定部3a、3b附近之絲束1。整流筒4、5之材質只要根據用途而適當選擇即可，例如可列舉：聚乙烯、聚丙烯、聚碸、聚醚碸、聚偏二氟乙烯、ABS樹脂、氯乙烯樹脂等。
如上所述，一對整流筒4、5之基端部4a、5a之開口分別由固定部3a、3b密封。即，整流筒4之基端部4a係包埋於固定部3a中，整流筒5之基端部5a係包埋於固定部3b中。整流筒4、5之配置方法通常為將各自之基端部4a、5a包埋於固定部3a、3b中並加以固定的方法。但是，亦可經過預先將整流筒4、5固定於筒狀外殼2中，其後，將整流筒4、5之基端部4a、5a包埋於固定部3a、3b中之步驟而製作模組10。
整流筒4、5之前端部4b、5b之開口未密封而開放。該等之開口係位於自固定部3a、3b之界面Fa、Fb分別隔離之位置，且承擔使整流筒4、5之內側之水向噴嘴2a、2b流通之作用。即，整流筒4內之水係自前端部4b之開口流出至絲束1與筒狀外殼2間之空間，並通過筒狀外殼2之內表面與整流筒4之外表面之間隙而自噴嘴2a排出。與其相同，整流筒5內之水係自前端部5b之開口流出至絲束1與筒狀外殼2間之空間，並通過筒狀外殼2之內表面與整流筒5之外表面之間隙而自噴嘴2b排出。
整流筒4、5之前端部4b、5b之開口較佳為分別與固定部之界面Fa、Fb相距至少30 mm，更佳為相距40 mm以上。即，較佳為以自固定部3a、3b之各自之界面Fa、Fb以上述長度突出的方式設置整流筒4、5。進而，上述前端部4b、5b之開口較佳為位於較上述噴嘴之開口部更靠近模組之中央側。藉由利用如此之長度之整流筒4、5分別圍繞絲束1之兩端部，而可有效地防止界面Fa、Fb附近之中空絲膜1a之破損。其原因可認為如下：由於橫穿中空絲膜1a之方向之水的流動係於遠離固定部3a、3b之界面Fa、Fb之位置產生，故而於界面Fa、Fb附近中空絲膜1a所受到之剪力顯著減輕。
又，較佳為整流筒4、5中之至少一個具有自其內表面貫穿至外表面之複數個貫穿孔4c。該貫穿孔4c係作為使整流筒4、5之內側之水向噴嘴2a、2b流通之開口而發揮功能。雖然於整流筒4、5之前端部4b、5b中產生橫穿中空絲膜束之水流，但當以較大之過濾水量運轉時，出現因該水流而導致中空絲膜被上述前端部擠壓而損傷之傾向。而且，甚至存在中空絲膜破損而導致過濾水之水質下降之情況。相對於此，藉由設置複數個貫穿孔4c，而可減少自上述前端部之開口部流出之水量，且可有效地防止由該水流所引起之中空絲膜之損傷。
上述貫穿孔較佳為分別與固定部之界面Fa、Fb相距至少30 mm，更佳為相距40 mm以上。藉此，可有效地防止界面Fa、Fb附近之中空絲膜1a之破損。其原因可認為如下：由於橫穿中空絲膜1a之方向之水的流動係於遠離固定部3a、3b之界面Fa、Fb之位置產生，故於界面Fa、Fb附近中空絲膜1a所受到之剪力顯著減輕。
於本實施形態之模組10中，藉由4個小束1b而形成絲束1，藉此如上所述，於模組10內形成有未填充中空絲膜1a之區域。即，如圖2所示，於由絲束1之中央部1d及鄰接之2個小束1b所形成的絲束1之最外表面之凹部1e中未填充中空絲膜1a。因該未填充之部分(例如1d、1e)作為自小束內流出之過濾水之流路而發揮功能，故可減小壓力損失，結果可實現提高模組性能之效果。
又，雖然上述貫穿孔4c之形狀可為圓形、橢圓形、多角形、星形等任何形狀，但就成形方面而言，較佳為如圖3(a)及(b)所示之圓形或(c)所示之長方形之狹縫型。又，作為貫穿孔4c之尺寸，較佳為中空絲膜長度方向之最大尺寸為1~10 mm之範圍，特佳為2~8 mm之範圍。藉由如此設定，可防止中空絲膜被拉入至該貫穿孔4c而損傷之情況。再者，於貫穿孔之尺寸在整流筒之內表面與外表面之間發生變化之情形時，較佳為內表面側之值為上述範圍。
各貫穿孔4c之開口面積之合計值(以下，記作總開口面積S3 )較佳為相對於整流筒之前端部4b、5b中之整流筒內的流路截面積S4 為0.4倍以上、1.0倍以下。更佳為0.5倍以上、0.8倍以下。再者，流路截面積S4 係由下式(3)所算出之值。
[數3]
式中，D3 表示整流筒之前端部之內徑(m)，dO 表示中空絲膜之外徑(m)，N表示形成絲束之中空絲膜之條數。
較佳為於將整流筒之存在貫穿孔4c之區域之整體二等分為靠近固定部3a、3b之側的第1區域與遠離固定部3a、3b之側的第2區域之情形時，第2區域中之貫穿孔4c之開口率高於第1區域中之貫穿孔4c之開口率。即，較佳為將自整流筒內側流出至外側之水量於靠近固定部之側設為少量，於遠離固定部之側設為比較多的量。藉此，可降低於固定部附近中空絲膜因水流而受到之力，並且亦可有效地降低於整流筒之開口端中空絲膜因水流而受到之力。
作為貫穿孔4c之配置，具體而言，如圖3(a)所示，有如下之態樣，該態樣係將以包圍圓筒周圍之方式排列之貫穿孔群於中空絲膜長度方向上等間隔地配置之情形(參照圖3(a)中之雙箭頭)，且使貫穿孔群之位於靠近固定部3a、3b之位置的貫穿孔群之開口徑比較小，使位於遠離該固定部之位置之貫穿孔群之開口徑比較大。又，如圖3(b)所示，亦可設為如下之態樣：使各貫穿孔之形狀相同，並使貫穿孔群之中空絲膜長度方向之間距自靠近固定部3a、3b之位置向遠離固定部3a、3b之位置逐漸縮小(參照圖3(b)中之雙箭頭)。又，如圖3(c)所示，亦可設為如下之態樣：於設置狹縫型貫穿孔之情形時，使狹縫之中空絲膜長度方向之開口尺寸自靠近固定部3a、3b之位置向遠離固定部3a、3b之位置逐漸擴大。
於上述實施形態中，例示了整流筒4、5之前端部4b、5b之開口作為使整流筒4、5之內側之水向噴嘴2a、2b流通的開口而發揮功能之情形，但本發明並不限定於此。例如，如圖5所示，亦可採用如下之態樣：於整流筒之前端部14b之外徑與筒狀外殼2之內徑之間不設置間隙，而於該整流筒之側面設置開口。再者，於該態樣中，較佳為使整流筒之前端部14b之內徑與筒狀外殼2之內徑實質上相等。藉由如此設定，可防止中空絲膜接觸該前端部之內表面角部而損傷之情況。
於上述圖5所示之中空絲膜模組20中，整流筒14包含直徑自基端部14a向前端部14b逐漸變大之筒狀構件且前端部14b與筒狀外殼2之內表面接合。於該整流筒之側面形成有貫穿孔14c，整流筒內之水可自貫穿孔14c流出至整流筒之外側，並通過整流筒之外表面與筒狀外殼2之內表面之間隙而流出至噴嘴。就有效地抑制由水流所引起之中空絲膜1a之損傷的觀點而言，貫穿孔4c之位置較佳為與固定部之界面Fa相距至少30 mm，更佳為相距50 mm以上。該貫穿孔之形狀或尺寸等係如上所述。再者，於圖5中，省略絲束1等之圖示。
上述噴嘴與一對整流筒可分別將一端側與另一端側設為相同之形狀、尺寸，亦可設為不同之形狀、尺寸。較佳為以使水自整流筒之內側流至噴嘴時之流動阻力變成大致相同的方式設計形狀、尺寸。於將該等設為相同之形狀、尺寸之情形時，具有可使流動阻力大致相同，並且可減少製作外殼時之構件種類之優點，故更佳。
藉由設為如上所述之構成，可獲得過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000(m3 /hr/0.1 MPa)/m3 ＠25℃的中空絲膜模組。當用於超純水製造用時，較佳為過濾部容積基準之模組透水性能為1100~2300(m3 /hr/0.1 MPa)/m3 ＠25℃，特佳為1200~2000(m3 /hr/0.1 MPa)/m3 ＠25℃。該範圍之中空絲膜模組能夠以較大之過濾水量長時間維持穩定之過濾水質。又，較佳為過濾部容積基準之模組透水性能為上述範圍內，且每1模組之透水量為20~40 m3 /h/0.1 MPa＠25℃。該範圍之中空絲膜模組可由1人手持且操作性特別良好，故亦可安裝於安裝間距間狹小之過濾裝置上。因此，與每1模組之過濾水量較大相結合，可使該過濾裝置更小型化。
再者，如圖7~9所示，作為保護絲束1之端部者，已知有具有多個孔40a之保護用圓筒體40。保護用圓筒體40係約束絲束1之外周，藉此欲防止中空絲膜1a之過度之搖晃並抑制中空絲膜1a之破損者。但是，可認為若使用安裝有保護用圓筒體40之中空絲膜模組長時間地進行過濾，則中空絲膜1a自水流持續地受到一方向的力，藉此會引起中空絲膜1a之潛變式之破裂。即，可認為藉由單純地約束絲束1之外周之方法難以防止潛變式之破損，且無法充分地降低由水流所引起之損傷。
<過濾方法>
一面參照圖4，一面對使用中空絲膜模組10過濾被處理水(原水)之方法進行說明。圖4所示之過濾裝置100係用以將被處理水供給至中空絲膜1a之中空部，並進行過濾至外側之內壓式過濾者。過濾裝置100包含：模組10；配管L1，其將被處理水供給至模組10；配管(過濾水排出管)L2、L3，其自模組10分別排出過濾水及濃縮水；以及壓力計(Pi、Pf、Po)及閥(V1~V3)等，其配設於該等配管之中途。
首先，縱向地配置模組10。將被處理水供給管L1連接於配管連接蓋6b，並且將排出濃縮水之配管L3連接於配管連接蓋6a。又，將過濾水排出管L2a、L2b分別連接於筒狀外殼2之上側噴嘴2a及下側噴嘴2b。再者，若縱向地配置模組，則於導入被處理水而使模組內充滿水時，可不產生空氣積聚而容易地將模組內之空氣置換成水。
藉由通過被處理水供給管L1將被處理水導入至模組10而將被處理水供給至中空絲膜1a之中空部。自上側噴嘴2a及下側噴嘴2b兩者採集自中空絲膜1a之外表面側流出之過濾水。利用模組10進行此種內壓式過濾，藉此可不引起中空絲膜1a之破損而長時間穩定地獲得水質良好之過濾水。
較佳為一面使所供給之水量之約2~5%作為濃縮水自上側之中空絲膜1a的中空部流出，一面進行過濾操作。若如此設定，則由中空絲膜1a排除之微粒子等被排出至模組10外，故難以引起膜面之阻塞且可更長時間地獲得穩定之過濾水量。
如圖4所示，連接於下側噴嘴2b之過濾水排出管L2b於彎管處立起，而與另一過濾水排出管L2a合流。較佳為於較位於靠近供給被處理水之側之位置的噴嘴更靠近位於較遠之位置的噴嘴處，使上下之過濾水排出配管L2a、L2b合流，並向與供給被處理水之側相反之側導出。藉此，過濾水在模組10內之流動阻力與在過濾水排出管L2內之流動阻力平衡，作為結果，來自上側噴嘴之過濾水量與來自下側噴嘴之過濾水量變得大致同量。藉此，可充分地抑制模組內或過濾水配管中之微生物之增殖。除此以外，無需為了使自噴嘴2a、2b流出之過濾水量平衡而於過濾水排出管L2上設置流量調整用閥，作為結果，具有使閥之數量減少之優點。
再者，過濾水排出管L2a、L2b較佳為具有相對於所連接之噴嘴之內徑為0.80~1.20倍之內徑。若為該範圍，則可將該連接部之壓力損失減小至可無視之程度，且不會產生由產生水之滯留部所引起之問題(殺菌處理操作之時間拖長之問題、或殺菌處理操作後之啟動需要長時間之問題)。
再者，於圖4中，揭示了安裝有1根中空絲膜模組之裝置之例，但於實際之超純水製造裝置中，通常安裝複數根中空絲膜模組，並將來自各模組之過濾水配管連接於內徑較大之集合配管而一次性採集來自各模組之過濾水。於該情形時，如圖4所示，可將來自各模組之上下噴嘴之過濾水排出管L2a、L2b加以連接，並將該連接配管連接於上述集合配管，亦可將來自各模組之上下噴嘴之過濾水排出管L2a、L2b分別獨立地連接於集合配管。
<超純水製造系統>
上述中空絲膜模組可應用於超純水製造系統。通常，於製造超純水時，利用將凝集沈澱裝置、砂過濾裝置、活性碳過濾裝置、逆滲透膜過濾裝置、離子交換樹脂塔、脫氣塔、紫外線照射裝置等組合而成之一次純水製造裝置對原水進行處理而獲得純水。而且，進而利用包含紫外線照射裝置、離子交換樹脂塔、超濾膜裝置之超純水製造裝置對該純水進行處理而獲得超純水。該超純水製造裝置有時亦可進一步包含逆滲透膜過濾裝置。
於超純水之製造中，較佳為於利用上述一次純水製造裝置獲得純水後，於至少包含上述紫外線照射裝置等紫外線照射機構、離子交換樹脂塔等離子交換處理機構、及超濾膜過濾裝置等超濾膜過濾處理機構之超純水製造系統中，使用本實施形態之中空絲膜模組作為該超濾膜過濾處理機構。藉此，可獲得與先前相比系統整體變得小型化、且只需較少之設置面積即可之優點。尤其，較佳為於利用紫外線照射機構與離子交換處理機構進行處理後，最終於使用場所(使用部位)之前利用超濾膜過濾處理機構進行處理。藉由如此設定，即便例如離子交換處理機構中所使用之離子交換樹脂之劣化物質混入，亦可藉由後續之超濾膜過濾處理而去除，且可將水質良好之超純水穩定地供給至使用場所。
於超純水之製造中，較佳為於膜間差壓(參照後述之「模組透水量之測定」一欄)為0.5~3.0 MPa之範圍內進行過濾操作。更佳為0.7~2.0 MPa，特佳為0.9~1.5 MPa。若為該範圍，則能夠以較大之過濾水量長時間穩定地獲得水質良好之過濾水。
[實施例]
於以下之實施例及參考例中，使用聚碸製超濾膜作為中空絲膜。以下表示其特性。
內徑/外徑：0.75 mm/1.35 mm、內表面積換算短絲透水量：4500 LMH(膜有效長度5 cm下之測定值)、拉伸強度：5.0 MPa、拉伸斷裂伸長率：120%。
中空絲膜之透水量係使25℃之超濾膜過濾水(已利用區分分子量為4000之超濾膜進行了過濾之水)自長度50 mm之中空絲膜之內表面向外表面透過時之過濾水的量(LMH)。於計算透水量時，將有效膜面積以內表面進行換算。中空絲膜之斷裂強度及斷裂伸長率係使用島津製作所(股)製造之自動立體測圖儀(autograph)AGS-5D，以樣本之長度30 mm、拉伸速度50 mm/分進行測定。斷裂強度(MPa)係藉由每1條中空絲膜斷裂時之負荷除以拉伸前膜之截面積所算出之值。斷裂伸長率(%)係伸長至斷裂為止之長度對於原本之長度的比。
[實施例1]
<中空絲膜模組之製作>
作為筒狀外殼，使用與圖1所示之筒狀外殼2相同之構成之透明聚碸製者。該筒狀外殼之尺寸如下。
過濾區域中之圓筒部內徑/外徑：154 mm/170 mm、噴嘴部之圓筒部內徑/外徑：162 mm/183 mm、噴嘴之內徑：58 mm、筒狀外殼之長度/噴嘴之中心間距離：1050 mm/872 mm。
準備2個用作整流筒之透明聚碸製之圓筒(尺寸如下)。
基端部之內徑/外徑：142 mm/147 mm、前端部之內徑/外徑：142 mm/146 mm、長度：135 mm、於整流筒之側面設置4個突起，並將該等突起接合於筒狀外殼之內表面，藉此將整流筒預先固定於筒狀外殼之兩端部。
準備4個利用聚乙烯製網包裹1750條中空絲膜而形成之小束。自中空絲膜之兩端起至2 mm左右之位置為止阻塞中空部。其後，將4個小束插入至設置於筒狀外殼內之整流筒內，藉由離心澆鑄法自兩端注入熱硬化性環氧樹脂，並使其固化。加熱至50℃進行硬化，然後切斷中空絲膜之兩端部而使中空絲膜之中空部開口，從而製成中空絲膜模組。
該中空絲膜模組之經切斷之端面間的長度(中空絲膜之兩端面間之距離)為1045 mm，膜有效長度為930 mm。將聚碸製之配管連接蓋介隔O形環而接合於中空絲膜模組之兩端面。兩方之配管連接蓋之端面間距離為1180 mm。而且，該中空絲膜模組之筒狀外殼部之中空絲膜外側流路截面積S1 與上述噴嘴之流路截面積S2 的值分別為8.6×10-3 m2 、2.6×10-3 m2 ，S2 /S1 為0.31。再者，於使內部之水滴完之狀態下，該模組之重量為34 kg，可由一人搬運。
<通水試驗>
使用上述中空絲膜模組，構成與圖4所示之內壓式過濾裝置相同之構成之裝置。再者，於排出濃縮水之配管L3之閥V3的下游側及過濾水排出管L2之閥V2之下游側分別設置有轉子式流量計。又，於過濾水排出管L2b與上方之配管L2a合流之前之位置設置有超音波式流量計，從而可測定自下側噴嘴3b通過配管L2b被排出之水之流量。再者，配管L2a、L2b之內徑為51 mm。
於模組中，以使過濾水流量成為10 m3 /hr、濃縮水量成為0.3 m3 /hr之方式調整閥V1與閥V3之開度而開始流通25℃之純水，利用水置換模組內之空氣。再者，於通水時，將閥V2設為全開狀態。
(模組透水量之測定)
繼而，於將濃縮水量固定為0.3 m3 /hr之狀態下，以使過濾水流量自12 m3 /hr達到最大36 m3 /hr為止之方式階段性地提高通水量。讀取各階段之壓力計Pi、Po、Pf之指示值，並求出膜間差壓。膜間差壓ΔP(MPa)係於將被處理水之壓力設為Pi、將濃縮水之壓力設為Po、將過濾水之壓力設為Pf、將高度修正值設為H時，由下式(4)所算出之值。高度修正值H(MPa)係於將Pi、Po、Pf各自之計測位置之距床面的高度設為Hi、Ho、Hf[m]時，由下式(5)所算出之值。
[數4]
描繪各過濾水量與膜間差壓之圖表，求出膜間差壓為0.1 MPa時之過濾水流量，結果為28 m3 /hr/0.1 MPa＠25℃。該值為模組透水量。根據該值與模組尺寸(外徑170 mm、配管連接蓋間距離1180 mm)算出容積基準之模組透水性能為1050 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ＠25℃。該值為非專利文獻1中記載之模組的約1.8倍。而且，根據上述模組透水量與筒狀外殼內徑(154 mm)、膜有效長度(930 mm)所計算之過濾部容積基準之模組透水性能為1620 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ＠25℃。又，於以各過濾水流量進行通水時，測定來自下側噴嘴之流量，結果來自下側噴嘴之流量顯示過濾水流量之大致1/2，從而確認自上下之噴嘴流出大致同量之過濾水。將結果示於表1。再者，將自過濾水流量Q減去來自下側噴嘴之流量Qb 所得之值設為來自上側噴嘴之流量Qa ，將來自上側噴嘴之流量Qa 與來自下側噴嘴之流量Qb 的比記作Qa /Qb 之值。
[實施例2~5、比較例1]
除使用改變了噴嘴內徑之筒狀外殼以外，以與實施例1相同之方式製作實施例2~5及比較例1之中空絲膜模組。以使該等中空絲膜模組之視容積及過濾部容積與實施例1相同之方式設定噴嘴位置。而且，除改變了配管L2a、L2b之內徑以外，以與實施例1相同之方式構成過濾裝置，並以與實施例1相同之方式進行試驗及評價。將結果示於表1。於實施例2~5中，可確認均自上下之噴嘴流出大致同量之過濾水，且顯示較大之模組透水性能。相對於此，於比較例1中，過濾阻力較大且模組透水性能下降。又，由於膜間差壓超過0.3 MPa，因此無法以過濾水流量36 m3 /h進行通水。
[實施例6]
除不將中空絲膜束分割成4束而設為1束以外，以與實施例1相同之方式製作實施例6之中空絲膜模組。即，準備1個利用聚乙烯製網包裹7000條中空絲膜而形成之束來製作中空絲膜模組。再者，該中空絲膜模組之視容積及過濾部容積係與實施例1相同。繼而，以與實施例1相同之方式構成過濾裝置，並以與實施例1相同之方式進行試驗及評價。將結果示於表1。於實施例6中，可確認自上下之噴嘴流出大致同量之過濾水，且顯示較大之模組透水性能。
[比較例2]
除使用利用聚乙烯製網包裹1550條中空絲膜而形成之小束4個，並使用噴嘴徑為42 mm之筒狀外殼以外，以與實施例1相同之方式製作比較例2之中空絲膜模組。再者，以使該中空絲膜模組之視容積及過濾部容積與實施例1相同之方式設定噴嘴位置。繼而，除將過濾水排出管變為內徑42 mm之管以外，以與實施例1相同之方式構成過濾裝置，並以與實施例1相同之方式進行試驗及評價。將結果示於表1。於本比較例2中，來自上下之噴嘴之過濾水流量的平衡大幅度崩潰，自上側噴嘴大量地流出過濾水。
[比較例3]
除將7700條中空絲膜束形成為1束並使用噴嘴徑為77 mm之筒狀外殼以外，以與實施例1相同之方式製作比較例3之中空絲膜模組。即，準備1個利用聚乙烯製網包裹7700條中空絲膜而形成之束來製作中空絲膜模組。該模組之流路截面積比S2 /S1 為0.61。再者，以使該中空絲膜模組之視容積及過濾部容積與實施例1相同之方式設定噴嘴位置。繼而，以與實施例1相同之方式構成過濾裝置，且以與實施例1相同之方式進行試驗及評價。將結果示於表1。於比較例3中，來自上下之噴嘴之過濾水流量的平衡大幅度崩潰，自下側噴嘴大量地流出過濾水。
[實施例7]
除使用整流筒之側面形成有下述貫穿孔之整流筒(參照圖3(a))這一點以外，以與實施例1相同之方式製作實施例7之中空絲膜模組。
本實施例中所使用之整流筒係如下之形狀。
基端部之內徑/外徑：142 mm/147 mm、
前端部之內徑/外徑：142 mm/146 mm、
長度：135 mm、
貫穿孔：
第1列：直徑4 mm、孔中心位置與基端部相距53.5 mm、間隔15度、18個
第2列：直徑4 mm、孔中心位置與基端部相距63.0 mm、間隔15度、17個
第3列：直徑5 mm、孔中心位置與基端部相距72.5 mm、間隔15度、18個
第4列：直徑5 mm、孔中心位置與基端部相距82.0 mm、間隔15度、14個
第5列：直徑6 mm、孔中心位置與基端部相距91.5 mm、間隔15度、18個
第6列：直徑6 mm、孔中心位置與基端部相距101.0 mm、間隔15度、17個
第7列：直徑7 mm、孔中心位置與基端部相距110.5 mm、間隔15度、24個
第8列：直徑7 mm、孔中心位置與基端部相距120.0 mm、間隔15度、24個
自第1列至第8列，貫穿孔分別呈鋸齒狀配置。
又，自第1列至第6列，相對於整流筒中心軸於左右45°之範圍內不設置孔，且以相對於噴嘴之中心軸於左右45度之範圍內不存在貫穿孔的方式將整流筒配置於筒狀外殼。又，第4列因用以固定於筒狀外殼之突起與孔位置在3個部位重合，故設為14個。
上述貫穿孔之開口面積之合計自最靠近整流筒之基端部之側(第1列)至最遠離基端部之側(第8列)分別為226、214、353、275、509、481、924、924 mm2 。貫穿孔係最遠離基端部之側大於最靠近基端部之側。
再者，本實施例之中空絲膜模組之流路截面積比S2 /S1 為0.31，於使內部之水滴完之狀態下重量為34 kg，可由一人搬運。
(模組透水量之測定)
使用本實施例之中空絲膜模組構成過濾裝置，以與實施例1相同之方式測定模組透水量。本實施例之中空絲膜模組之模組透水量為29 m3 /hr/0.1 MPa＠25℃。根據該值與模組尺寸而算出視容積基準之模組透水性能為1090 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ＠25℃、過濾部容積基準之模組透水性能為1690 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ＠25℃。又，於本實施例中，亦與實施例1同樣地，來自上側噴嘴之流量Qa 與來自下側噴嘴之流量Qb 的比Qa /Qb 之值大致為1.0，且自上下之噴嘴流出大致同量之過濾水。
(洩漏試驗)
繼而，於濃縮水量為0.3 m3 /hr、過濾水流量為36 m3 /hr之條件下通水3個月。每個月將模組自裝置卸下並以如下之方式進行洩漏檢査來確認有無洩漏。即，將兩端之配管連接用蓋卸下後，將模組浸漬於水槽中而使其內部充滿純水。繼而，於一側之噴嘴施加栓而設為密閉狀態，將空氣配管連接於其他噴嘴。緩慢地施加氣壓直至0.2 MPa為止，觀察模組兩端並確認氣泡是否不繼續自中空部出現。本實施例之中空絲膜模組即便於3個月後亦完全無洩漏。
[實施例8]
除使用作為直徑向下方變大之筒狀構件之於其側面形成有下述貫穿孔的整流筒(參照圖5)代替具有固定直徑之圓筒這一點以外，以與實施例1相同之方式製作實施例8之中空絲膜模組。本實施例中所使用之整流筒為如下之形狀。
基端部之內徑/外徑：142 mm/147 mm、
前端部之內徑/外徑：154 mm/158 mm、
長度：85 mm、
貫穿孔：
第1列：寬度50 mm、高度4 mm、中心位置與基端部相距55 mm、5個
第2列：寬度50 mm、高度6 mm、中心位置與基端部相距65 mm、4個，及寬度25 mm、高度6 mm、中心位置與基端部相距65 mm、2個
第3列：寬度50 mm、高度8 mm、中心位置與基端部相距77 mm、5個
自第1列至第8列，貫穿孔分別呈鋸齒狀配置。
又，自第1列至第3列，相對於整流筒中心軸於左右45°之範圍內不設置孔，且以相對於噴嘴之中心軸於左右45度之範圍內不存在貫穿孔之方式將整流筒配置於筒狀外殼內。
上述貫穿孔之開口面積之合計自最靠近整流筒之基端部之側(第1列)至最遠離整流筒之基端部之側(第3列)分別為1000、1500、2000 mm2 。貫穿孔係最遠離基端部之側大於最靠近基端部之側。
再者，本實施例之中空絲膜模組之流路截面積比S2 /S1 為0.31，於使內部之水滴完之狀態下重量為34 kg，可由一人搬運。
(模組透水量之測定)
使用本實施例之中空絲膜模組構成過濾裝置，以與實施例1相同之方式測定模組透水量。
本實施例之中空絲膜模組之模組透水量為28 m3 /hr/0.1 MPa＠25℃。根據該值與模組尺寸而算出視容積基準之模組透水性能為1050 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ＠25℃、過濾部容積基準之模組透水性能為1620 m3 /hr/0.1 MPa/m3 ＠25℃。又，於本實施例中，亦與實施例1同樣地，Qa /Qb 之值大致為1.0，且自上下之噴嘴流出大致同量之過濾水。
(洩漏試驗)
又，以與實施例7相同之方式連續地通水3個月，進行洩漏檢査，結果即便於3個月後亦完全無洩漏。
[實施例9]
以與實施例1相同之方式製作2根實施例9之中空絲膜模組。除使用本中空絲膜模組且改變了過濾水流量以外，以與實施例7相同之方式進行洩漏試驗。
使用1根所製作之模組以36 m3 /h之過濾水流量進行通水，結果於1個月後3條中空絲膜洩漏。又，使用另1根模組以24 m3 /h之過濾水流量進行通水，結果即便於3個月後亦完全無洩漏。
將上述洩漏之中空絲膜模組解體並進行觀察，結果於膜束之最外周之中空絲膜接觸整流筒前端部之部位發生了破損。又，於位於最外周之其他中空絲膜中亦產生了未達到破損之程度的輕微之損傷。進而，於通水試驗後將以24 m3 /h進行了通水試驗之中空絲膜模組解體並進行觀察，結果未發現如於洩漏之模組中所觀察到之中空絲膜之損傷。
[參考例1]
以與實施例1相同之方式製作參考例1之中空絲膜模組。使用該中空絲膜模組，構成與圖6所示之外壓式過濾裝置相同之構成之裝置。再者，於排出濃縮水之配管L7之閥V7的下游側及過濾水排出管L6之閥V6之下游側分別設置有轉子式流量計。又，於過濾水排出管L6b與上方之配管L6a合流之前之位置設置有超音波式流量計，從而可測定自下側通過配管L6b被排出之水之流量。再者，配管L6a、L6b之內徑為51 mm。
於中空絲膜模組中，以使過濾水流量成為10 m3 /hr、濃縮水量成為0.3 m3 /hr之方式調整閥V5與閥V7之開度而開始流通25℃之純水，利用純水對模組內進行置換。繼而，於過濾水流量為24 m3 /hr、濃縮水量為0.3 m3 /hr之條件下連續地通水3個月。再者，於通水時將閥V6設為全開狀態。每個月將該模組自裝置卸下，以與實施例7相同之方式進行洩漏檢査，結果直至2個月後無洩漏，但3個月後3條中空絲膜發生洩漏。再者，於該情形時觀察到中空絲膜劇烈地振動，相對於此，於上述內壓式過濾之情形時，即便以過濾水流量為36 m3 /h之條件進行通水，亦未觀察到中空絲膜之振動。
將該中空絲膜模組解體並觀察洩漏位置，結果於下側之固定部界面附近，絲束最外周部之中空絲膜發生了破損。
將實施例7~9、參考例1之結果示於表2。
[產業上之可利用性]
根據本發明之中空絲膜模組及使用其之過濾方法，即便不使用閥或節流孔等流量調節機構，亦可使自兩端之噴嘴流出之過濾水之流量大致相同，可充分地抑制模組內或過濾水配管中之微生物之增殖，並且可穩定而大量地獲得水質良好之水。本發明之中空絲膜模組因可設為小型化之尺寸，故作為用於超純水製造設備之保安過濾器特別合適。又，該中空絲膜模組作為用於注射用水製造設備之熱源去除用過濾器亦合適。
1．．．絲束
1a．．．中空絲膜
1b．．．小束
1c．．．網
1d．．．絲束1之中央部
1e．．．凹部
2．．．筒狀外殼
2a、2b、52a、52b．．．噴嘴
3a、3b．．．固定部
4、5、14．．．整流筒
4a、5a．．．整流筒之基端部
4b、5b．．．整流筒之前端部
4c、14c．．．貫穿孔
6a、6b、56a、56b．．．配管連接蓋
7a、7b．．．螺母
8a、8b．．．O形環
10、20．．．中空絲膜模組
14a．．．整流筒之基端部
14b．．．整流筒之前端部
40．．．圓筒體
40a．．．孔
50．．．中空絲模組
100、200．．．過濾裝置
Fa、Fb．．．固定部之界面
L1~L3、L6a、L6b、L7．．．配管
L2a、L2b、L6．．．過濾水排出管
Pi、Pf、Po．．．壓力計
V1~V3、V5~V7．．．閥
圖1係示意性地表示本發明之中空絲膜模組之一實施形態的剖面圖。
圖2係圖1所示之中空絲膜模組之II-II剖面圖。
圖3(a)係圖2所示之整流筒之III-III線剖面圖。(b)係示意性地表示整流筒之其他實施形態之剖面圖。(c)係示意性地表示整流筒之其他實施形態之剖面圖。
圖4係表示具備本發明之中空絲膜模組之過濾裝置之構成之一例的概略圖。
圖5係示意性地表示本發明之中空絲膜模組之一實施形態的部分剖面圖。
圖6係表示具備先前之中空絲膜模組之過濾裝置之構成之一例的概略圖。
圖7係示意性地表示先前之中空絲膜模組之一實施形態的剖面圖。
圖8係圖7所示之中空絲膜模組之VIII-VIII線剖面圖。
圖9係圖8所示之保護用圓筒體之IX-IX線剖面圖。
1．．．絲束
1a．．．中空絲膜
2．．．筒狀外殼
2a、2b．．．噴嘴
3a、3b．．．固定部
4、5．．．整流筒
4a、5a．．．整流筒之基端部
4b、5b．．．整流筒之前端部
4c．．．貫穿孔
6a、6b．．．配管連接蓋
7a、7b．．．螺母
8a、8b．．．O形環
10．．．中空絲膜模組
Fa、Fb．．．固定部之界面

Claims (26)

  1. 一種中空絲膜模組，其包括：絲束，其包含多條中空絲膜；筒狀外殼，其收容上述絲束且於側面具有複數個噴嘴；以及一對固定部，其於上述筒狀外殼內之上述絲束之兩端部，將上述中空絲膜之外表面彼此及該外表面與上述筒狀外殼之內表面之間隙密封；且上述噴嘴之流路截面積S2 相對於上述筒狀外殼內之中空絲膜外側之流路截面積S1 的比(S2 /S1 )為0.15以上、0.60以下。
  2. 如請求項1之中空絲膜模組，其中複數個噴嘴各自之流路截面積實質上彼此相同。
  3. 如請求項1之中空絲膜模組，其中上述絲束係將捆綁多條中空絲膜而形成之小束於上述筒狀外殼內並行地填充複數個而成者，且至少於上述固定部之界面位置，具有與其他部分相比上述中空絲膜之填充密度較低之部分。
  4. 如請求項2之中空絲膜模組，其中上述絲束係將捆綁多條中空絲膜而形成之小束於上述筒狀外殼內並行地填充複數個而成者，且至少於上述固定部之界面位置，具有與其他部分相比上述中空絲膜之填充密度較低之部分。
  5. 如請求項1至4中任一項之中空絲膜模組，其更包括模組的一端由上述固定部密封、且以分別圍繞上述絲束之兩端部之方式延伸的一對整流筒，且 上述一對整流筒於自上述固定部隔離之位置，分別具有可使上述整流筒內側之水流通至上述噴嘴之開口。
  6. 如請求項5之中空絲膜模組，其中上述一對整流筒中之至少一個於自上述固定部隔離之位置，分別具有自該整流筒之外表面貫穿至內表面的複數個貫穿孔。
  7. 如請求項6之中空絲膜模組，其中上述整流筒，於將存在上述貫穿孔之區域之整體二等分為靠近上述固定部之側的第1區域與遠離上述固定部之側的第2區域之情形時，上述第2區域中之上述貫穿孔之開口率高於上述第1區域中之上述貫穿孔之開口率。
  8. 如請求項1至4中任一項之中空絲膜模組，其中25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000m3 /hr/0.1MPa/m3 。
  9. 如請求項5之中空絲膜模組，其中25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000m3 /hr/0.1MPa/m3 。
  10. 如請求項6之中空絲膜模組，其中25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000m3 /hr/0.1MPa/m3 。
  11. 如請求項7之中空絲膜模組，其中25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000m3 /hr/0.1MPa/m3 。
  12. 如請求項8之中空絲膜模組，其中25℃下之每1模組之透水量為20~40m3 /hr/0.1MPa。
  13. 如請求項9之中空絲膜模組，其中25℃下之每1模組之透水量為20~40m3 /hr/0.1MPa。
  14. 如請求項10之中空絲膜模組，其中25℃下之每1模組之 透水量為20~40m3 /hr/0.1MPa。
  15. 如請求項11之中空絲膜模組，其中25℃下之每1模組之透水量為20~40m3 /hr/0.1MPa。
  16. 一種過濾方法，其係於使用包括：絲束，其包含多條中空絲膜；筒狀外殼，其收容上述絲束且於側面具有複數個噴嘴；以及一對固定部，其於上述筒狀外殼內之上述絲束之兩端部，將上述中空絲膜之外表面彼此及該外表面與上述筒狀外殼之內表面之間隙密封；且上述噴嘴之流路截面積S2 相對於上述筒狀外殼內之中空絲膜外側之流路截面積S1 的比(S2 /S1 )為0.15以上、0.60以下之中空絲膜模組進行過濾時，將被處理水自上述中空絲膜模組之一側端部向上述中空絲膜之中空部供給，且使流出至上述中空絲膜之外側之過濾水自上述筒狀外殼之兩端的上述噴嘴通過連接於該噴嘴之配管而流出並進行採集。
  17. 如請求項16之過濾方法，其中使自上述兩端之噴嘴流出之過濾水於較靠近上述一側端部之側的噴嘴更靠近較遠之側的噴嘴之位置合流並進行採集。
  18. 如請求項16或17之過濾方法，其中上述兩端之噴嘴各自之流路截面積實質上彼此相同。
  19. 如請求項16或17之過濾方法，其中上述配管具有相對於 上述噴嘴之內徑為0.80~1.20倍之內徑。
  20. 如請求項16或17之過濾方法，其中上述絲束係將捆綁多條中空絲膜而形成之小束於上述筒狀外殼內並行地填充複數個而成者，且至少於上述固定部之界面位置，具有與其他部分相比上述中空絲膜之填充密度較低之部分。
  21. 如請求項16或17之過濾方法，其更包括模組的一端由上述固定部密封、且以分別圍繞上述絲束之兩端部之方式延伸的一對整流筒，且上述一對整流筒於自上述固定部隔離之位置，分別具有可使上述整流筒內側之水流通至上述噴嘴之開口。
  22. 如請求項21之過濾方法，其中上述一對整流筒中之至少一個於自上述固定部隔離之位置，分別具有自該整流筒之外表面貫穿至內表面的複數個貫穿孔。
  23. 如請求項22之過濾方法，其中上述整流筒，於將存在上述貫穿孔之區域之整體二等分為靠近上述固定部之側的第1區域與遠離上述固定部之側的第2區域之情形時，上述第2區域中之上述貫穿孔之開口率高於上述第1區域中之上述貫穿孔之開口率。
  24. 如請求項16或17之過濾方法，其中25℃下之過濾部容積基準之模組透水性能為1000~3000m3 /hr/0.1MPa/m3 。
  25. 如請求項24之過濾方法，其中25℃下之每1模組之透水量為20~40m3 /hr/0.1MPa。
  26. 一種超純水製造系統，其係至少包含紫外線照射機構、離子交換處理機構、及超濾膜過濾處理機構者，且 上述超濾膜過濾處理機構為如請求項1至15中任一項之中空絲膜模組。
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