中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法
【課題】コンパクトでありながら安定して良好な水質の水を得ることができる中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る中空糸膜モジュールは、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、一端が固定部によって封止され、糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒とを備え、一対の整流筒は固定部から離隔した位置に、整流筒内側の水がノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、少なくとも一方の整流筒は固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の小穴を有する。
【解決手段】本発明に係る中空糸膜モジュールは、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、一端が固定部によって封止され、糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒とを備え、一対の整流筒は固定部から離隔した位置に、整流筒内側の水がノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、少なくとも一方の整流筒は固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の小穴を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水や地下水などの比較的清澄な原水又は超純水を対象として除濁、除菌を行うためのろ過用モジュール及びろ過方法に関する。本発明は、特に、超純水製造ラインにおける保安用フィルターとして好適な中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や表示素子等の電子・電気部品の製造で用いられる超純水を製造するラインにおいては、精密ろ過膜やイオン交換樹脂、逆浸透ろ過膜を用いて製造した超純水をユースポイントに供給する直前に精密ろ過膜又は限外ろ過膜を用いてろ過している。この精密ろ過膜又は限外ろ過膜は、保安用フィルターとしての機能を担っている。この用途のろ過膜モジュールとしては、中空糸膜の外側に原水を供給してろ過する外圧式ろ過膜モジュールが主に使用されていた（非特許文献１，２を参照）。
【０００３】
一方近年、製造規模の拡大と共に使用する超純水量が多くなっており、超純水製造設備も大型化する傾向にあり、該製造設備をコンパクトにする要求が強くなっている。このような状況において、高いろ過能力を有するモジュール、すなわち、１モジュールあたりのろ過流量が大きく、かつ、単位容積あたりのろ過流量が大きいモジュールが求められている。
【０００４】
従来の外圧式モジュールにあっては、供給水量を多くして単位時間あたりの処理量を増大させた場合、モジュール内を水が高速で流れることになり、それによって中空糸膜が激しく振動する現象が起こる。これは、長期間ろ過を継続するうちに中空糸膜同士や中空糸膜とモジュール内の構成部材とが擦れることにより膜表面の細孔が閉塞して透水性能が低下したり、中空糸膜が破損してろ過水の水質が低下する原因となる。
【０００５】
このような水流による中空糸膜のダメージを防止する方法として、ハウジングと中空糸膜束の間に保護用円筒体を設ける方法が提案されている（特許文献１−３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２０４８０４号公報
【特許文献２】特公平０７−１０２３０７号公報
【特許文献３】特開２０００−３７６１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】黒田、「超純水配管システム 超純水用ファイナルフィルターの開発」、配管と装置、三幸企画出版部、１９９７年３月、第３７巻、第３号、ｐ．２−７
【非特許文献２】伊藤、「超純水製造プロセスにおける膜分離技術」、クリーンテクノロジー、日本工業出版、１９９８年１０月、第８巻、第１０号、ｐ．２２−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような保護用円筒体を使用しても高い流量で継続的にろ過を行うと、中空糸膜の破損などによってろ過水の水質が低下してしまう問題があった。そこで、本発明は、コンパクトでありながら安定して良好な水質の水を得ることができる中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、中空糸膜を収容する筒状ケース内に特定の構造を有する整流筒を設けることが上記問題を解消するのに極めて有用であることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、一端が固定部によって封止され、糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒とを備え、一対の整流筒は固定部から離隔した位置に、整流筒内側の水が上記ノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、少なくとも一方の整流筒は固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の小穴を有する中空糸膜モジュールを提供する。
【００１１】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、所定の位置に開口及び小穴を有する整流筒を使用することにより、通水時における中空糸膜の振動を十分に抑制できる。これに加え、上記固定部の近傍において中空糸膜が水流から受ける剪断力を十分に低減できる。従って、水流による中空糸膜のダメージを十分に抑制でき、従来のろ過装置と比較し、高いろ過能力を達成できる。
【００１２】
また、本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜の糸束の上端側に残留しやすい空気を固定部の界面位置に設けられた小穴を通じて整流筒の外側へと、更にはモジュールの外へと排出できる。モジュール内に残存する空気を十分に低減することで、モジュール内における微生物の増殖を十分に抑制でき、優れた水質のろ過水を長期にわたって継続的に製造することが可能となる。
【００１３】
小穴は、整流筒の内面と糸束の最外面を成す中空糸膜との距離が５ｍｍ以上である部位に設けられていることが好ましい。かかる構成を採用することにより、整流筒内における気泡の残存をより一層低減できる。また小穴は、必ずしも整流筒に独立して形成された貫通孔である必要はなく、整流筒の端部に設けられたスリットの一部を利用したものであってもよい。すなわち、小穴を有する整流筒は一端から長手方向に延在する幅１ｍｍ以上１０ｍｍ以下のスリットを有し、当該小穴はスリットの一部が固定部によって包埋されることによって形成されたものであってもよい。
【００１４】
本発明においては、糸束が多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも固定部の界面位置に、他の部分と比較して中空糸膜の充填密度が低い部分を有することが好ましい。円筒ケース内に中空糸膜の充填密度が低い部分を設けることで、筒状ケース内を流れる水の抵抗を小さくできる。また、中空糸膜の充填密度が低い部分を通じて気泡が小穴まで移動しやすくなるという利点もある。
【００１５】
更に、本発明は、上記中空糸膜モジュールを用いたろ過方法を提供する。すなわち、本発明に係るろ過方法は、上記中空糸膜モジュールを整流筒に設けられた小穴が上方に配置されるように設置する工程と、被処理水を当該モジュールの下方から中空糸膜の中空部へと供給する工程と、中空糸膜の外側に流出したろ過水を筒状ケースのノズルから採取する工程とを備える。
【００１６】
本発明のろ過方法によれば、上記中空糸膜モジュールを使用することで、水流による中空糸膜のダメージを十分に低減できると共に、モジュール内における微生物の増殖を十分に抑制でき、優れた水質のろ過水を長期にわたって安定的に製造できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、比較的コンパクトでありながら高いろ過能力を有する中空糸膜モジュールが提供される。この中空糸膜モジュールを用いたろ過方法によれば、優れた水質のろ過水を長期にわたって安定的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す中空糸膜モジュールのII−II線断面図である。
【図３】図２に示す整流筒のIII−III線断面図である。
【図４】本発明の中空糸膜モジュールを備えたろ過装置の構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の中空糸膜モジュールを備えたろ過装置の構成の他の例を示す概略図である。
【図６】本発明に係る中空糸膜モジュールの他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図７】本発明に係る中空糸膜モジュールの更に他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図８】本発明に係る中空糸膜モジュールの更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図９】参考例４に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】図９に示す中空糸膜モジュールのX−X線断面図である。
【図１１】図１０に示す筒状部材のXI−XI線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜中空糸膜モジュール＞
図１〜３を参照しながら、本発明に係る中空糸膜モジュールの実施形態について説明する。本実施形態に係る中空糸膜モジュール１０は、多数本の中空糸膜１ａから成る糸束１と、糸束１を収容する筒状ケース２と、糸束１の両端部に設けられた注型剤から成る一対の固定部３ａ，３ｂと、糸束１の両端部をそれぞれ囲繞するように配置された一対の整流筒４，５とを備える。モジュール１０は、筒状ケース２の両端に配管接続キャップ６ａ，６ｂをナット７ａ，７ｂによってそれぞれ装着できるようになっている。ナット７ａ，７ｂを締めることで、キャップ６ａ，６ｂの溝に配置されたＯリング８ａ，８ｂによって当該箇所がシールされる。
【００２０】
糸束１は、多数本の中空糸膜１ａによって形成される。多数本の中空糸膜１ａを一束にまとめて糸束を形成することもできるが（図８参照）、図２に示すように、糸束１を複数の小束１ｂに分割した状態とすることが好ましい。特に、多数本の中空糸膜１ａから成る小束１ｂをネット１ｃで包んだ状態とすることがより好ましい。このようにしてモジュール１０内に中空糸膜が充填されていない部分（膜充填密度が低い部分）を設けることによって、中空糸膜１ａの外側を流れる水の抵抗が小さくなり、ひいてはより高いモジュール透水性能を実現することができる。なお、小束１ｂの表面を覆うことができ且つ透水性を有する素材からなるものであれば、小束を包むものとしてネットの代わりに不織布などを使用してもよい。
【００２１】
中空糸膜１ａの種類は、モジュール１０の用途に応じて適宜選択することができる。中空糸膜１ａの具体例として、限外ろ過膜及び精密ろ過膜を例示できる。例えば、モジュール１０を超純水用ファイナルフィルターの用途に用いるのであれば、中空糸膜１ａは平均孔径０．０５μｍ以下（より好ましくは０．０２μｍ以下）の限外ろ過膜であることが好ましい。中空糸膜１ａ材質は、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート及びポリアクリロニトリルから選択できる。
【００２２】
中空糸膜１ａは、内面積換算の短糸透水量（２５℃）が２０００Ｌ／ｍ２／ｈｒ／０．１ＭＰａ（以下、短糸透水量の単位を「ＬＭＨ」と記す。）以上であることが好ましく、４０００ＬＭＨ以上であることが特に好ましい。中空糸膜１ａの内径は０．７〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．７０ｍｍ〜０．８５ｍｍであることが特に好ましい。後述の通り、本実施形態のモジュール１０は、通水時の振動による影響を十分に抑制できるため、上記の短糸透水量及び内径を有する中空糸膜を用いることによって、従来の約２倍のモジュール透水性能を実現できる。
【００２３】
筒状ケース２は、両端に開口を有する円筒状の部材からなり、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂ付近に設けられたノズル２ａ、２ｂを有する。ここでいう固定部の界面とは、固定部の一方面であって整流筒の基端部が包埋されている側の面を意味する。筒状ケース２の材質は、金属及びプラスチック類のなかから用途に応じて適宜選択することができる。加工の容易性及び軽量化の点から、筒状ケース２はプラスチック類で形成されたものが好ましく、プラスチック類の具体例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂及び塩化ビニル樹脂等が挙げられる。なお、界面Ｆａ，Ｆｂ付近にそれぞれ設けるノズルは、必ずしも１個ずつでなくてもよく、当該部位に複数個のノズルをそれぞれ設けることもできる。
【００２４】
筒状ケース２の大きさは、外径が１４０〜２００ｍｍであり、かつ、長さが７００〜１４００ｍｍであることが好ましく、外径１６０〜１８０ｍｍであり、かつ、長さが８００〜１１００ｍｍであることが特に好ましい。この範囲の大きさの筒状ケース２を使用したときに高いモジュール透水量及び最も高いモジュール透水性能を実現することができる。これに加え、この大きさならモジュール１０を１人で持つことも可能であるのでハンドリング性が格段に良いという利点がある。なお、ここでいう筒状ケース２の「外径」とは、モジュール中央のろ過領域における円筒の外径を意味する。筒状ケース２の「長さ」とは、中空糸膜１ａの両端面間の距離を意味する。
【００２５】
固定部３ａ，３ｂは、筒状ケース２内の糸束１の両端部において、中空糸膜１ａの外面同士及び当該外面と筒状ケース２の内面との隙間を封止する注型剤から成るものである。固定部３ａ，３ｂをなす注型剤としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適である。固定部３ａ，３ｂで糸束１の両端部を固定及び封止することにより、糸束１の両端面に中空糸膜１ａの中空部が開口する。固定部３ａ，３ｂは、整流筒４，５の基端部４ａ，５ａの開口を封止する役割も担っている。
【００２６】
整流筒４，５は、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂの位置からモジュール１０の中央の方向に向けてそれぞれ延在しており、固定部３ａ，３ｂ付近の糸束１を囲繞している。整流筒４，５の材質は、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
【００２７】
一対の整流筒４，５は、上述の通り、基端部４ａ，５ａの開口が固定部３ａ，３ｂによってそれぞれ封止されている。すなわち、整流筒４の基端部４ａは固定部３ａに包埋され、整流筒５の基端部５ａは固定部３ｂに包埋されている。整流筒４，５の配置方法は、固定部３ａ，３ｂにそれぞれの基端部４ａ，５ａを包埋させて固定する方法が一般的である。ただし、筒状ケース２に整流筒４，５を予め固定し、その後、整流筒４，５の基端部４ａ，５ａを固定部３ａ，３ｂに包埋させる工程を経てモジュール１０を作製してもよい。
【００２８】
整流筒４，５は、先端部４ｂ，５ｂの開口は封止されることなく、開放されている。これらの開口は、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ離隔した位置にあり、整流筒４，５の内側の水をノズル２ａ，２ｂへと流通させる役割を担っている。すなわち、整流筒４内の水は先端部４ｂの開口から糸束１と筒状ケース２との間の空間に流出し、筒状ケース２の内面と整流筒４の外面との間隙を通ってノズル２ａから排出されるようになっている。これと同様に、整流筒５内の水は先端部５ｂの開口から糸束１と筒状ケース２との間の空間に流出し、筒状ケース２の内面と整流筒５の外面との間隙を通ってノズル２ｂから排出されるようになっている。
【００２９】
整流筒の先端部の開口面積をＳ１（ｍ２）とし、中空糸膜モジュールの最大ろ過流量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、開口面積Ｓ１は以下の不等式（１）で表される条件を満たすことが好ましい。
【数１】
この条件を満たすように開口面積Ｓ１を設定することにより、この部分を水が流通する際の圧損を小さくでき、高いモジュール透水量を実現できる。なお、ここでいう「モジュール透水量」とは、膜間差圧０．１ＭＰａを印加したときの２５℃における１時間当たりのろ過量（ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃）をいう。また、「モジュール透水性能」とは、上記モジュール透水量をモジュールの見かけ容積で除した値（（ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ）／ｍ３＠２５℃）をいう。なお、開口面積Ｓ１は、下記式（２）によって算出される値である。
【数２】
式中、Ｄ１は整流筒の先端部の内径（ｍ）を示し、ｄＯは中空糸膜の外径（ｍ）を示し、Ｎは糸束を成す中空糸膜の本数を示す。
【００３０】
整流筒４，５の先端部４ｂ，５ｂの開口は、固定部の界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、５０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。すなわち、固定部３ａ，３ｂのそれぞれの界面Ｆａ，Ｆｂから上記の長さで突出するように整流筒４，５を設置することが好ましい。このような長さの整流筒４，５で糸束１の両端部をそれぞれ囲繞することにより、界面Ｆａ，Ｆｂ付近における中空糸膜１ａの破損を効果的に防止できる。これは、中空糸膜１ａを横断する方向の水の流れが固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂから離れた位置で起こるため、界面Ｆａ，Ｆｂ付近において中空糸膜１ａにかかる剪断力が著しく軽減されることによるものと考えられる。
【００３１】
一対の整流筒４，５のうち一方の整流筒４は、固定部３ａの界面位置に所定の大きさの小穴４ｃが複数形成されている。小穴４ｃは、整流筒４の外面から内面にかけて貫通しており、空気や水が流通可能になっている。なお、ここでは、一方の整流筒４に小穴４ｃが形成されており、他方の整流筒５には小穴が形成されていない場合を説明するが、整流筒５にも整流筒４と同様な位置に同様な大きさの小穴を設けてもよい。
【００３２】
小穴４ｃは、モジュール１０内であって中空糸膜１ａ外の空気をモジュール１０の外に流出させる機能を有している。内圧式ろ過を行う場合、糸束１の外周部に気泡が溜まりやすく、通水時であっても空気が水で十分に置換されない場合がある。本実施形態のように、整流筒４に小穴４ｃを設けることで小穴４ｃを通じて整流筒４の外側へと、更にノズル２ａの方向へと水と共に気泡が流れ、気泡をノズル２ａからモジュール１０外へと排出できる。
【００３３】
小穴４ｃが形成されていない整流筒を使用し、糸束の外周部に気泡が溜まった状態でろ過を継続していると、気泡内に存在した微生物が増殖してしまう場合がある。中空糸膜の中空部に被処理水を導入し、中空糸膜外にろ過水を得る内圧式ろ過においては、ろ過水中に微生物が混入することになり、水質の悪化を招来することになる。従って、内圧式ろ過を行う際には、中空糸膜外、特に、糸束外の空気を十分に排除しておくことは良好な水質のろ過水を継続的に製造上で重要なポイントである。
【００３４】
小穴４ｃの相当直径は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、２ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが特に好ましい。小穴の相当直径Ｒは、下記式（３）によって算出される値である。
【数３】
式中、Ｓ２は小穴の開口面積（ｍ２）を示し、Ｌは小穴の縁の全長（ｍ）を示す。なお、整流筒の内面と外面との間で小穴の寸法が変化している場合には、最も小さい値をＬとする。
【００３５】
整流筒４に形成する小穴４ｃの数は特に限定されないが、複数の小穴４ｃの総開口面積Ｓ３が以下の不等式（４）で表される条件を満たすように設定することが好ましい。
【数４】
開口面積比（Ｓ３／Ｓ１）を上記範囲内に設定することによって、通水時において小穴４ｃから流出する水量を適度な量とすることができる。Ｓ３／Ｓ１を０．００５以上とすることによって、０．００５未満の場合と比較して小穴４ｃから空気を十分に流出させることができる。他方、Ｓ３／Ｓ１を０．１以下とすることによって、０．１を超える場合と比較して固定部３ａの界面Ｆａ付近における中空糸膜１ａへの水流による剪断力が軽減され、中空糸膜１ａのダメージを十分に抑制できる。Ｓ３／Ｓ１は、０．０１以上０．０５以下であるのが特に好ましい。なお、小穴４ｃの形状は円形や楕円形に限定されるものではなく、三角形、四角形等の多角形であってもよい。
【００３６】
小穴４ｃは、図１，３に示すように整流筒４の側面に予め独立した貫通孔として設けることができる。遠心注型法によって固定部３ａを形成する場合には、界面Ｆａが回転方向に基づいて曲面を形成するので、その曲面に応じて小穴の位置を設定しておくのが好ましい。
【００３７】
小穴４ｃは、図２に示すように固定部３ａの界面位置であって整流筒４の内面と糸束１の最外面を成す中空糸膜１ａとの距離が５ｍｍ以上離れた位置に設けられていることが好ましい。換言すると、小穴４ｃが形成された整流筒４の部位と糸束１の最外面とが５ｍｍ以上離隔するように筒状ケース２内に糸束１及び整流筒４を固定することが好ましい。
【００３８】
上記のように小穴４ｃと糸束１との間に一定の空間を設けることで、以下のような効果が奏される。すなわち、整流筒４内の気泡がこの空間を通って小穴４ｃにまで到達しやすくなり、整流筒４内における空気の残留をより一層確実に防止できる。これに加え、このような空間を設けない場合と比較し、小穴４ｃ付近における水の流路面積が大きくなり、当該領域の流速を低くできる。これにより、小穴４ｃ近傍の中空糸膜１ａに作用する力が軽減され、中空糸膜１ａの破損がより一層抑制できると考えられる。このような効果は、後述の実施例及び参考例によって確認されている。
【００３９】
本実施形態に係るモジュール１０においては、糸束１を４つの小束１ｂによって形成したことによって、上述の通り、モジュール１０内に中空糸膜１ａが充填されていない領域が形成されている。すなわち、図２に示すように、糸束１の中央部１ｄ及び隣接する２つの小束１ｂによって形成される糸束１の最外面の凹部１ｅには中空糸膜１ａが充填されていない。本実施形態においては、凹部１ｅと小穴４ｃの位置が一致するように整流筒４内に糸束１を固定することによって、小穴４ｃと糸束１の最外面との間隔が５ｍｍ以上となっている。
【００４０】
なお、図９〜１１に示すように、糸束１の端部を保護するものとして、多数の穴４０ａを有する保護用円筒体４０が知られている。保護用円筒体４０は、糸束１の外周を拘束し、それによって中空糸膜１ａの過剰な揺れを防止して中空糸膜１ａの破損を抑制しようとするものである。しかし、保護用円筒体４０を装着した中空糸膜モジュールを用いて長期間にわたってろ過を行うと、中空糸膜１ａが水流から一方向の力を継続的に受け、これによって中空糸膜１ａのクリープ的な破壊が起こると考えられる。すなわち、糸束１の外周を単に拘束する方法ではクリープ的な破損を防止することは困難であり、水流によるダメージを十分に低減できないと考えられる。
【００４１】
＜ろ過方法＞
図４を参照しながら、中空糸膜モジュール１０を用いて被処理水（原水）をろ過する方法について説明する。図４に示すろ過装置１００は、中空糸膜１ａの中空部に被処理水を供給し、外側にろ過する内圧式ろ過を行うためのものである。ろ過装置１００は、モジュール１０、これに被処理水を供給する配管Ｌ１、モジュール１０からろ過水及び循環水をそれぞれ排出する配管Ｌ２及び配管Ｌ３、並びに、これらの配管の途中に配設された圧力計及び弁などからなる。
【００４２】
まず、小穴４ｃを有する整流筒４が上になるように、モジュール１０を縦に配置する。配管接続キャップ６ｂに被処理水供給管Ｌ１を接続すると共に、配管接続キャップ６ａに循環水排出管Ｌ３を接続する。また、筒状ケース２の上側ノズル２ａ及び下側ノズル２ｂにろ過水排出管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂをそれぞれ接続する。
【００４３】
被処理水供給管Ｌ１を通じて被処理水をモジュール１０に導入することによって中空糸膜１ａの中空部に被処理水を供給する。上側ノズル２ａ及び下側ノズル２ｂの両方から中空糸膜１ａの外表面側から流出したろ過水を採取する。このような内圧式ろ過をモジュール１０によって行うことにより、中空糸膜１ａの破損を起こすことなく良好な水質のろ過水を長期間安定して得ることができる。
【００４４】
供給した水量の約２〜５％を上側の中空糸膜１ａの中空部から循環水として流出させながらろ過運転を行うのが好ましい。このようにすると、中空糸膜１ａによって排除された微粒子等がモジュール１０外に排出されるので、膜面の閉塞を起こし難くなり一層長期間にわたって安定したろ過水量を得ることができる。
【００４５】
図４に示すように、下側ノズル２ｂに接続したろ過水排出管Ｌ２ｂはエルボで立ち上がり、他方のろ過水排出管Ｌ２ａに合流している。上下両方の整流筒が同一構造である場合には、被処理水を供給する側とは反対側のノズルに近いところで上下のろ過水排出管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを合流させて、被処理水を供給する側とは反対側に導出することが好ましい。これにより、ろ過水のモジュール１０内での流動抵抗とろ過水排出管Ｌ２内での流動抵抗とがバランスし、結果として上側ノズルからのろ過水量と下側ノズルからのろ過水量がほぼ同量になる。従って、ノズル２ａ，２ｂから流出するろ過水量をバランスさせるためにろ過水排出管Ｌ２に流量調整用弁を設ける必要が無くなり、結果として弁の数を減らせるメリットがある。
【００４６】
なお、モジュール１０は、内圧式ろ過のみならず、用途によっては外圧式ろ過にも用いることができる。図５に示すろ過装置２００は、中空糸膜１ａの外側に被処理水を供給し、中空部側にろ過するためのものである。例えば、超純水のファイナルフィルター用途では、配管中に空気溜まりができないように下側から被処理水を供給し、ろ過水を上側に導出する方法が好ましい。
【００４７】
ろ過装置２００は、中空糸膜モジュール１０、これに被処理水を供給する配管Ｌ５、モジュール１０からろ過水及び循環水をそれぞれ排出する配管Ｌ６ａ，Ｌ６ｂ及び配管Ｌ７、並びに、これらの配管の途中に配設された圧力計及び弁などからなる。なお、ろ過装置２００による処理を開始するに先立ち、例えば、ろ過水排出管Ｌ６ｂを通じて水をモジュール１０内に導入し、中空糸膜１ａの中空部に供給する工程を実施することもできる。この工程を実施することでモジュール１０内の空気を小穴４ｃ及びノズル２ａを通じて十分に排出できる。モジュール１０内の空気を十分に排出した後、弁を切り替える等して外圧式ろ過を開始することが好ましい。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、小穴４ｃが整流筒４の側面に独立して形成された貫通孔である場合を例示したが、図６に示すように、貫通孔を設ける代わりに整流筒４の端部に複数のスリット４ｄを設け、これを利用して小穴を形成してもよい。整流筒４の基端部４ａを固定部３ａに包埋させることによって、固定部３ａの界面位置に小穴が形成される。
【００４９】
スリットを利用して小穴を設ける場合、予め形成する穴の位置や固定部界面の位置を厳密に制御しなくても、比較的容易に固定部３ａの界面位置に小穴を形成できるという利点がある。モジュール１０内の空気を十分に排除すると共に、通水時の水流による中空糸膜１ａのダメージを十分に抑制する点から、各スリット４ｄの幅は１〜１０ｍｍであることが好ましく、５〜８ｍｍであることが特に好ましい。なお、図６においては、糸束１等の図示は省略する。
【００５０】
また、上記実施形態においては、整流筒４の先端部４ｂの開口が整流筒４の内側の水をノズル２ａへと流通させる開口として機能する場合を例示したが、当該開口の構成はこれに限定されるものではない。当該開口は、固定部３ａの界面Ｆａから一定の距離が離れた位置であれば、例えば、図７に示すように、整流筒の側面に設けてもよい。
【００５１】
図７に示す中空糸膜モジュール２０は、整流筒１４が基端部１４ａから先端部１４ｂに向かって径が大きくなる筒状部材からなり先端部１４ｂが筒状ケース２の内面と接合されている。整流筒１４の側面に開口１４ｃが形成されており、整流筒１４内の水が開口１４ｃから整流筒１４の外側に流出し、整流筒１４の外面と筒状ケース２の内面との間隙を通ってノズル２ａに流出することができるようになっている。水流による中空糸膜１ａのダメージを効果的に抑制する観点から、開口１４ｃの位置は固定部の界面Ｆａから少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、５０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。なお、図７においては、糸束１等の図示は省略する。
【００５２】
整流筒１４の側面に形成する開口１４ｃの数や形状は特に限定されない。ただし、開口面積Ｓ１は、上記不等式（１）で表される条件を満たすことが好ましい。この場合、開口面積Ｓ１は、下記式（５）によって算出される値である。
【数５】
式中、Ｗ１及びＷ２は開口の上辺及び下辺の長さ（ｍ）をそれぞれ示し、ｈは開口の高さ（ｍ）を示し、ｎは開口の数を示す。
【実施例】
【００５３】
以下の実施例及び参考例においては、中空糸膜としてポリスルホン製限外ろ過膜を使用した。その特性を以下に示す。
内径／外径：０．７５ｍｍ／１．３５ｍｍ、
内表面積換算短糸透水量：４２００ＬＭＨ（膜有効長５ｃｍでの測定値）、
引張強さ：５．４ＭＰａ、
引張破断伸度：１００％。
【００５４】
中空糸膜の透水量は、２５℃の限外ろ過水を長さ５０ｍｍの中空糸膜の内面から外面へ透過させたときのろ過水の量（ＬＭＨ）である。透水量の計算にあたり有効膜面積は内面で換算した。中空糸膜の破断強度及び破断伸度は、（株）島津製作所製のオートグラフＡＧＳ−５Ｄを使用し、サンプルの長さ３０ｍｍ、引っ張りスピード５０ｍｍ／分で測定した。破断強度（ＭＰａ）は、中空糸膜１本当たりの破断時の荷重を、引っ張る前の膜の断面積で割ることによって算出される値である。破断伸度（％）は元の長さに対する破断に至るまでに伸びた長さの比である。
【００５５】
［実施例１］
＜中空糸膜モジュールの作製＞
【００５６】
筒状ケースとして、図１に示す筒状ケース２と同様の構成の透明ポリスルホン製のものを使用した。この筒状ケースの寸法は以下の通りである。
ろ過領域における円筒部内径／外径：１５４ｍｍ／１７０ｍｍ、
ノズル部における円筒部内径／外径：１６２ｍｍ／１８３ｍｍ、
ノズルの内径：５８ｍｍ、
筒状ケースの長さ／ノズルの中心間距離：１０５０ｍｍ／８７２ｍｍ。
【００５７】
整流筒として使用する透明ポリスルホン製の円筒（内径１４２ｍｍ、外径１４６ｍｍ、長さ１３５ｍｍ）を２つ準備した。これらの整流筒の一端にそれぞれ計８つのスリット（幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍ）を以下のように形成した。すなわち、２つのスリットが２ｍｍ間隔で形成されて成るスリットの組を、円周を４等分する位置４箇所に設けた。整流筒の側面には４箇所突起を設け、これらの突起を筒状ケースの内面に接合することによって、整流筒を筒状ケースの両端部に予め固定した。なお、上側ノズルの開口が２つのスリットの組の中間位置となるように、筒状ケース内に２つの整流筒を固定した（図２参照）。
【００５８】
中空糸膜１７５０本をポリエチレン製ネットで包んで形成した小束を４つ準備した。中空糸膜の両端から２ｍｍ程度の位置まで中空部を閉塞させた。その後、４つの小束を筒状ケース内に設けた整流筒内に挿入し、遠心注型法によって両端から熱硬化性エポキシ樹脂を注入し、これを固化させた。なお、整流筒内に４つの小束からなる糸束を挿入する際には、２つの小束の間に形成される凹部の位置と整流筒のスリットの位置とを一致させた。５０℃に加熱してキュアーし、中空糸膜の両端部を切断して中空糸膜の中空部を開口させ中空糸膜モジュールを作製した。この中空糸膜モジュールは、長さが１０４５ｍｍであり、膜有効長が９３０ｍｍであった。ポリスルホン製の配管接続キャップを中空糸膜モジュールの両端面にＯリングを介して接合した。両方の配管接続キャップの端面間距離は、１１８０ｍｍであった。
【００５９】
＜通水試験＞
上記中空糸膜モジュールを使用し、図４に示す内圧式ろ過装置と同様の構成の装置を構成した。なお、循環水排出管Ｌ３の弁Ｖ３の下流側及びろ過水排出管Ｌ２の弁Ｖ２の下流側に各々ローター式流量計を設けた。また、ろ過水排出管Ｌ２ｂが上方の管Ｌ２ａに合流する手前の位置に超音波式流量計を設け、下側ノズル２ｂから管Ｌ２ｂを通じて排出される水の流量を測定できるようにした。
【００６０】
モジュールに２５℃の純水をろ過水流量が１０ｍ３／ｈｒ、循環水量が０．３ｍ３／ｈｒとなるように弁Ｖ１と弁Ｖ３の開度を調整して通水を開始した。モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。なお、通水時には弁Ｖ２を全開状態とした。
【００６１】
（モジュール透水量の測定）
次いで、循環水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１５ｍ３／ｈｒ、２０ｍ３／ｈｒ、２５ｍ３／ｈｒ、３０ｍ３／ｈｒとなるように段階的に通水量を上げていった。各段階での圧力計Ｐｉ、Ｐｏ、Ｐｆの指示値を読み取り、膜間差圧を求めた。膜間差圧ΔＰ（ＭＰａ）は、被処理水の圧力をＰｉ、循環水の圧力をＰｏ、ろ過水の圧力をＰｆ、高さ補正値をＨとしたとき、下記式（６）で算出される値である。高さ補正値Ｈ（ＭＰａ）は、Ｐｉ、Ｐｏ、Ｐｆ各々の計測位置の床面からの高さをＨｉ、Ｈｏ、Ｈｆ〔ｍ〕としたとき、下記式（７）で算出される値である。
【数６】
【００６２】
各ろ過水量と膜間差圧のグラフを描き、膜間差圧が０．１ＭＰａのときのろ過水流量を求めたところ、２７ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値がモジュール透水量である。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は１０１０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。この値は、非特許文献１，２に記載のモジュールの透水性能の約２倍〜１．７倍である。また、各ろ過水流量で通水しているときに下側ノズルからの流量を測定したところ、下側ノズルからの流量がろ過水流量のほぼ１／２を示し、上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していることが確認された。
【００６３】
（リーク検査）
次いで、循環水量０．３ｍ３／ｈｒ、ろ過水流量３０ｍ３／ｈｒの条件で通水を１ヶ月間連続的に行った。１ヶ月後にモジュールを装置から取り外してリーク検査を以下のようにして行った。すなわち、両端の配管接続用キャップを取り外した後、モジュールを水槽に浸漬して内部を純水で満たした。次いで片側のノズルには栓を施して密閉状態とし、他のノズルには空気配管を接続した。０．２ＭＰａまで徐々に空気圧を印加し、モジュール両端を観察して中空部から気泡が継続して出てこないかどうかを確認した。本実施例に係るモジュールはリークが全く無かった。なお、当該モジュールは、内部の水を垂れきった状態では重量が３４ｋｇであり、一人で持ち運ぶことができた。
【００６４】
（モジュール内部の観察）
整流筒の小穴が形成されている位置でモジュールを割断して、内部を観察した。上側の整流筒の固定界面位置に形成されている８つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が３〜７ｍｍの範囲に収まっていた。相当直径が一定の値でないのは界面位置が円周方向で異なっており場所によって小穴の高さが異なるためである。小穴の総開口面積Ｓ３は１６０ｍｍ２であり、整流筒の先端部の開口面積Ｓ１は５８００ｍｍ２であった。開口面積比Ｓ３／Ｓ１は０．０３であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から１２５ｍｍ〜１１８ｍｍに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、８つの小穴はいずれも５〜８ｍｍの範囲に位置していた。
【００６５】
［実施例２］
以下の点の他は、実施例１と同様にして本実施例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、計８つのスリットが形成された円筒の代わりに、円周方向の所定の領域に偏在するように３つのスリット（幅８ｍｍ）が形成された円筒を上側の整流筒として使用した点、並びに、糸束を４つの小束に分割せずに中空糸膜７０００本を１束として整流筒内に挿入した点である（図８参照）。なお、遠心注型を行う際には、ノズルが水平方向を向くようにして、整流筒に設けたスリットが上側になるようにセットした。図８に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。
【００６６】
通水試験を開始し、モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。
【００６７】
本実施例に係るモジュールは、モジュール透水量が２５ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は９３０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。また、本実施例においても、実施例１と同様に上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していた。
【００６８】
また、１ヶ月間連続的に通水を行った後にリーク検査を行ったところ、リークは全く無かった。リーク検査後、モジュールを割断して内部を観察した。整流筒の固定界面位置に形成されている３つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が７〜１０ｍｍの範囲に収まっていた。小穴の総開口面積Ｓ３は１５０ｍｍ２であり、整流筒の先端部の開口面積Ｓ１は５８００ｍｍ２であった。開口面積比Ｓ３／Ｓ１は０．０３であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から１２７ｍｍ〜１２０ｍｍに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、３つの小穴はいずれも５〜７ｍｍの範囲に位置していた。
【００６９】
［実施例３］
以下の点の他は、実施例１と同様にして本実施例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、一定の径を有する円筒の代わりに、下方に向かって径が大きくなる筒状部材であり、その側面に３つの開口が形成された整流筒を用いた点である（図７参照）。本実施例で使用した整流筒は、以下のような形状である。なお、小穴を形成させるためのスリットは、実施例１における整流筒と同様にした。
基端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４６ｍｍ、
先端部の内径／外径：１５４ｍｍ／１５８ｍｍ、
長さ：８５ｍｍ、
開口の上辺／下辺／高さ／個数：１００ｍｍ／１００ｍｍ／２０ｍｍ／３個、
開口の上辺の位置：先端部の端面から２５ｍｍ。
【００７０】
図７に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。なお、ノズルの中心軸に対して左右４５°の範囲内には開口が存在しないように整流筒を筒状ケース内に配置した。
【００７１】
通水試験を開始し、モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。
【００７２】
本実施例に係るモジュールは、モジュール透水量が２７ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は１０１０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。また、本実施例においても、実施例１と同様に上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していた。
【００７３】
また、１ヶ月間連続的に通水を行った後、リーク検査を行ったところ、リークは全く無かった。リーク検査後、モジュールを割断して内部を観察した。整流筒の固定界面位置に形成されている８つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が４〜９ｍｍの範囲に収まっていた。小穴の総開口面積Ｓ３は２２０ｍｍ２であり、整流筒の先端部の開口面積Ｓ１は６０００ｍｍ２であった。開口面積比Ｓ３／Ｓ１は０．０４であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から５０ｍｍ〜５６ｍｍに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、８つの小穴はいずれも５〜８ｍｍの範囲に位置していた。
【００７４】
［参考例１］
スリットが形成されていない整流筒を使用したことの他は、実施例１と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。この中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。
【００７５】
通水を開始したところ、固定部界面付近であって小束と小束の間の位置に数ｃｍの大きさの気泡が残留しているのが観察された。循環水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１５ｍ３／ｈｒ、２０ｍ３／ｈｒ、２５ｍ３／ｈｒ、３０ｍ３／ｈｒとなるように段階的に通水量を上げていったが、残留気泡は整流筒内から流出することなく、上記の位置に残留したままであった。更に、３０ｍ３／ｈｒの条件で１ヶ月通水を継続したが、気泡の残留量や位置は殆ど変化が観られなかった。気泡残留位置の解析を行うために、筒状ケースの表面に気泡が残留している位置をマーキングした。
【００７６】
通水試験後、モジュールを割断して整流筒の内面と小束最外周の中空糸膜との距離を計測したところ、小束が整流筒に接する部分では１〜３ｍｍの範囲であった。他方、気泡が残留していた部分では整流筒内面と小束最外周の中空糸膜との距離はいずれも５ｍｍ以上であった。このことから、整流筒の内面と糸束最外周の中空糸膜との間隔が５ｍｍよりも狭い部分には気泡が溜まることはないが５ｍｍ以上離れた部分に気泡が溜まりやすいことが判明した。本参考例と実施例１の結果を対比すると、上記間隔が５ｍｍ以上の気泡が溜まりやすい箇所に小穴を設けることがモジュール内の残留する気泡の低減に極めて有用であることが示された。
【００７７】
［参考例２］
糸束を整流筒内に挿入する際、糸束の向きを４５°ずらした他は、実施例１と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、整流筒の小穴が２つの小束の間の凹部ではなく、各小束の中央部に位置するように糸束の両端部に整流筒を固定した。この中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。
【００７８】
通水を開始したところ、固定部界面付近であって小束と小束の間の位置に数ｃｍの大きさの気泡が残留しているのが観察された。循環水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１５ｍ３／ｈｒ、２０ｍ３／ｈｒ、２５ｍ３／ｈｒ、３０ｍ３／ｈｒとなるように段階的に通水量を上げていったが、残留気泡は整流筒内から流出することなく、上記の位置に残留したままであった。更に、３０ｍ３／ｈｒの条件で１ヶ月通水を継続したが、気泡の残留量や位置は殆ど変化が観られなかった。通水試験後、モジュールを割断して整流筒に形成された小穴と小束最外周の中空糸膜との距離を計測したところ、８つの小穴はいずれも１〜３ｍｍの範囲であった。
【００７９】
［参考例３］
以下の点の他は、実施例１と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、計８つのスリットが形成された円筒を上側及び下側の整流筒としてそれぞれ使用する代わりに、スリットが形成されていない円筒を下側の整流筒として使用し、実施例１と同様のスリットが形成された円筒を上側の整流筒として使用した点である。この中空糸膜モジュールを使用し、図５に示す外圧式ろ過装置と同様の構成の装置を構成した。なお、循環水排出管Ｌ７の弁Ｖ７の下流側及びろ過水排出管Ｌ６の弁Ｖ６の下流側に各々ローター式流量計を設けた。
【００８０】
モジュールに２５℃の純水をろ過水流量が１０ｍ３／ｈｒ、循環水量が０．３ｍ３／ｈｒとなるように弁Ｖ５と弁Ｖ７の開度を調整して通水を開始した。ろ過水流量３０ｍ３／ｈｒ、循環水量０．３ｍ３／ｈｒの条件で１ヶ月間連続的に通水した。なお、通水時には弁Ｖ６を全開状態とした。１ヶ月後に該モジュールを装置から取り外して、実施例１と同様にしてリーク検査を行ったところ、２８本の中空糸膜がリークしていた。
【００８１】
モジュールを解体してリーク位置を観察したところ、下側の固定部界面付近において糸束最外周部の中空糸膜が破損していた。なお、小穴の形状や糸束との位置関係、並びに、整流筒と糸束との位置関係（整流筒内面と糸束最外周部の中空糸膜との距離等）は実施例１と同様であった。
【００８２】
［参考例４］
図１１に示すような多数の貫通穴を有する円筒を上側の整流筒として使用したことの他は、実施例２と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した（図９，１０参照）。この整流筒の形状は以下のとおりである。
円筒の内径／外径：１４８ｍｍ／１５４ｍｍ、
長さ：８５ｍｍ、
貫通穴の直径／ピッチ／配列／総個数：５ｍｍ／１０ｍｍ／７行３６列／２５２個。
【００８３】
図９，１０に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。なお、ノズルの中心軸に対して左右４５°の範囲内には貫通穴が存在しないように整流筒を筒状ケース内に配置した。
【００８４】
通水試験を開始し、モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。
【００８５】
本参考例に係るモジュールは、モジュール透水量が２０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は７５０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。本参考例においては、上側ノズルからの流量は下側ノズルからの流量の約１／２であった。
【００８６】
ろ過水排出管Ｌ２ｂの途中にボール弁を取り付け、その開度を調整することによって上下ノズルからの流量を各々１５ｍ３／ｈｒとなるように調整して１ヶ月間連続的に通水した。１ヶ月間連続的に通水を行った後、リーク検査を行ったところ、５本の中空糸膜がリークしていた。リーク検査後、該モジュールを解体してリーク位置を観察したところ、上側の固定部界面付近において糸束最外周部の中空糸膜が破損していた。破損していた中空糸膜は、整流筒の貫通穴との距離が１〜２ｍｍの範囲であり、貫通穴に近接した位置に存在していた。
【００８７】
上側の整流筒の固定部界面位置に形成されている貫通穴の寸法を計測したところ、相当直径が２〜５ｍｍの範囲であった。固定部界面位置よりもモジュール中央側であって最も固定部界面に近接した貫通穴は、界面位置から５ｍｍに位置していた。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法によれば、安定して良好な水質の水を大量に得られる。本発明の中空糸膜モジュールは、コンパクトなサイズとすることができるため、特に超純水製造設備に用いる保安用フィルターとして好適である。また、当該中空糸膜モジュールは注射用水製造設備に用いるパイロジェン除去用フィルターとしても好適である。
【符号の説明】
【００８９】
１…糸束、１ａ…中空糸膜、１ｂ…小束、２…筒状ケース、２ａ，２ｂ…ノズル、３ａ，３ｂ…固定部、４，５…整流筒、４ａ，５ａ…整流筒の基端部、４ｂ，５ｂ…整流筒の先端部、４ｃ…小穴、４ｄ…スリット、１０，２０…中空糸膜モジュール、１４…整流筒、１４ａ…整流筒の基端部、１４ｂ…整流筒の先端部、１４ｃ…開口、１００，２００…ろ過装置、Ｆａ，Ｆｂ…固定部の界面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水や地下水などの比較的清澄な原水又は超純水を対象として除濁、除菌を行うためのろ過用モジュール及びろ過方法に関する。本発明は、特に、超純水製造ラインにおける保安用フィルターとして好適な中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や表示素子等の電子・電気部品の製造で用いられる超純水を製造するラインにおいては、精密ろ過膜やイオン交換樹脂、逆浸透ろ過膜を用いて製造した超純水をユースポイントに供給する直前に精密ろ過膜又は限外ろ過膜を用いてろ過している。この精密ろ過膜又は限外ろ過膜は、保安用フィルターとしての機能を担っている。この用途のろ過膜モジュールとしては、中空糸膜の外側に原水を供給してろ過する外圧式ろ過膜モジュールが主に使用されていた（非特許文献１，２を参照）。
【０００３】
一方近年、製造規模の拡大と共に使用する超純水量が多くなっており、超純水製造設備も大型化する傾向にあり、該製造設備をコンパクトにする要求が強くなっている。このような状況において、高いろ過能力を有するモジュール、すなわち、１モジュールあたりのろ過流量が大きく、かつ、単位容積あたりのろ過流量が大きいモジュールが求められている。
【０００４】
従来の外圧式モジュールにあっては、供給水量を多くして単位時間あたりの処理量を増大させた場合、モジュール内を水が高速で流れることになり、それによって中空糸膜が激しく振動する現象が起こる。これは、長期間ろ過を継続するうちに中空糸膜同士や中空糸膜とモジュール内の構成部材とが擦れることにより膜表面の細孔が閉塞して透水性能が低下したり、中空糸膜が破損してろ過水の水質が低下する原因となる。
【０００５】
このような水流による中空糸膜のダメージを防止する方法として、ハウジングと中空糸膜束の間に保護用円筒体を設ける方法が提案されている（特許文献１−３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２０４８０４号公報
【特許文献２】特公平０７−１０２３０７号公報
【特許文献３】特開２０００−３７６１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】黒田、「超純水配管システム 超純水用ファイナルフィルターの開発」、配管と装置、三幸企画出版部、１９９７年３月、第３７巻、第３号、ｐ．２−７
【非特許文献２】伊藤、「超純水製造プロセスにおける膜分離技術」、クリーンテクノロジー、日本工業出版、１９９８年１０月、第８巻、第１０号、ｐ．２２−２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような保護用円筒体を使用しても高い流量で継続的にろ過を行うと、中空糸膜の破損などによってろ過水の水質が低下してしまう問題があった。そこで、本発明は、コンパクトでありながら安定して良好な水質の水を得ることができる中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、中空糸膜を収容する筒状ケース内に特定の構造を有する整流筒を設けることが上記問題を解消するのに極めて有用であることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、一端が固定部によって封止され、糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒とを備え、一対の整流筒は固定部から離隔した位置に、整流筒内側の水が上記ノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、少なくとも一方の整流筒は固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の小穴を有する中空糸膜モジュールを提供する。
【００１１】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、所定の位置に開口及び小穴を有する整流筒を使用することにより、通水時における中空糸膜の振動を十分に抑制できる。これに加え、上記固定部の近傍において中空糸膜が水流から受ける剪断力を十分に低減できる。従って、水流による中空糸膜のダメージを十分に抑制でき、従来のろ過装置と比較し、高いろ過能力を達成できる。
【００１２】
また、本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜の糸束の上端側に残留しやすい空気を固定部の界面位置に設けられた小穴を通じて整流筒の外側へと、更にはモジュールの外へと排出できる。モジュール内に残存する空気を十分に低減することで、モジュール内における微生物の増殖を十分に抑制でき、優れた水質のろ過水を長期にわたって継続的に製造することが可能となる。
【００１３】
小穴は、整流筒の内面と糸束の最外面を成す中空糸膜との距離が５ｍｍ以上である部位に設けられていることが好ましい。かかる構成を採用することにより、整流筒内における気泡の残存をより一層低減できる。また小穴は、必ずしも整流筒に独立して形成された貫通孔である必要はなく、整流筒の端部に設けられたスリットの一部を利用したものであってもよい。すなわち、小穴を有する整流筒は一端から長手方向に延在する幅１ｍｍ以上１０ｍｍ以下のスリットを有し、当該小穴はスリットの一部が固定部によって包埋されることによって形成されたものであってもよい。
【００１４】
本発明においては、糸束が多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも固定部の界面位置に、他の部分と比較して中空糸膜の充填密度が低い部分を有することが好ましい。円筒ケース内に中空糸膜の充填密度が低い部分を設けることで、筒状ケース内を流れる水の抵抗を小さくできる。また、中空糸膜の充填密度が低い部分を通じて気泡が小穴まで移動しやすくなるという利点もある。
【００１５】
更に、本発明は、上記中空糸膜モジュールを用いたろ過方法を提供する。すなわち、本発明に係るろ過方法は、上記中空糸膜モジュールを整流筒に設けられた小穴が上方に配置されるように設置する工程と、被処理水を当該モジュールの下方から中空糸膜の中空部へと供給する工程と、中空糸膜の外側に流出したろ過水を筒状ケースのノズルから採取する工程とを備える。
【００１６】
本発明のろ過方法によれば、上記中空糸膜モジュールを使用することで、水流による中空糸膜のダメージを十分に低減できると共に、モジュール内における微生物の増殖を十分に抑制でき、優れた水質のろ過水を長期にわたって安定的に製造できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、比較的コンパクトでありながら高いろ過能力を有する中空糸膜モジュールが提供される。この中空糸膜モジュールを用いたろ過方法によれば、優れた水質のろ過水を長期にわたって安定的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す中空糸膜モジュールのII−II線断面図である。
【図３】図２に示す整流筒のIII−III線断面図である。
【図４】本発明の中空糸膜モジュールを備えたろ過装置の構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の中空糸膜モジュールを備えたろ過装置の構成の他の例を示す概略図である。
【図６】本発明に係る中空糸膜モジュールの他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図７】本発明に係る中空糸膜モジュールの更に他の実施形態を模式的に示す部分断面図である。
【図８】本発明に係る中空糸膜モジュールの更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図９】参考例４に係る中空糸膜モジュールの構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】図９に示す中空糸膜モジュールのX−X線断面図である。
【図１１】図１０に示す筒状部材のXI−XI線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜中空糸膜モジュール＞
図１〜３を参照しながら、本発明に係る中空糸膜モジュールの実施形態について説明する。本実施形態に係る中空糸膜モジュール１０は、多数本の中空糸膜１ａから成る糸束１と、糸束１を収容する筒状ケース２と、糸束１の両端部に設けられた注型剤から成る一対の固定部３ａ，３ｂと、糸束１の両端部をそれぞれ囲繞するように配置された一対の整流筒４，５とを備える。モジュール１０は、筒状ケース２の両端に配管接続キャップ６ａ，６ｂをナット７ａ，７ｂによってそれぞれ装着できるようになっている。ナット７ａ，７ｂを締めることで、キャップ６ａ，６ｂの溝に配置されたＯリング８ａ，８ｂによって当該箇所がシールされる。
【００２０】
糸束１は、多数本の中空糸膜１ａによって形成される。多数本の中空糸膜１ａを一束にまとめて糸束を形成することもできるが（図８参照）、図２に示すように、糸束１を複数の小束１ｂに分割した状態とすることが好ましい。特に、多数本の中空糸膜１ａから成る小束１ｂをネット１ｃで包んだ状態とすることがより好ましい。このようにしてモジュール１０内に中空糸膜が充填されていない部分（膜充填密度が低い部分）を設けることによって、中空糸膜１ａの外側を流れる水の抵抗が小さくなり、ひいてはより高いモジュール透水性能を実現することができる。なお、小束１ｂの表面を覆うことができ且つ透水性を有する素材からなるものであれば、小束を包むものとしてネットの代わりに不織布などを使用してもよい。
【００２１】
中空糸膜１ａの種類は、モジュール１０の用途に応じて適宜選択することができる。中空糸膜１ａの具体例として、限外ろ過膜及び精密ろ過膜を例示できる。例えば、モジュール１０を超純水用ファイナルフィルターの用途に用いるのであれば、中空糸膜１ａは平均孔径０．０５μｍ以下（より好ましくは０．０２μｍ以下）の限外ろ過膜であることが好ましい。中空糸膜１ａ材質は、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート及びポリアクリロニトリルから選択できる。
【００２２】
中空糸膜１ａは、内面積換算の短糸透水量（２５℃）が２０００Ｌ／ｍ２／ｈｒ／０．１ＭＰａ（以下、短糸透水量の単位を「ＬＭＨ」と記す。）以上であることが好ましく、４０００ＬＭＨ以上であることが特に好ましい。中空糸膜１ａの内径は０．７〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．７０ｍｍ〜０．８５ｍｍであることが特に好ましい。後述の通り、本実施形態のモジュール１０は、通水時の振動による影響を十分に抑制できるため、上記の短糸透水量及び内径を有する中空糸膜を用いることによって、従来の約２倍のモジュール透水性能を実現できる。
【００２３】
筒状ケース２は、両端に開口を有する円筒状の部材からなり、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂ付近に設けられたノズル２ａ、２ｂを有する。ここでいう固定部の界面とは、固定部の一方面であって整流筒の基端部が包埋されている側の面を意味する。筒状ケース２の材質は、金属及びプラスチック類のなかから用途に応じて適宜選択することができる。加工の容易性及び軽量化の点から、筒状ケース２はプラスチック類で形成されたものが好ましく、プラスチック類の具体例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂及び塩化ビニル樹脂等が挙げられる。なお、界面Ｆａ，Ｆｂ付近にそれぞれ設けるノズルは、必ずしも１個ずつでなくてもよく、当該部位に複数個のノズルをそれぞれ設けることもできる。
【００２４】
筒状ケース２の大きさは、外径が１４０〜２００ｍｍであり、かつ、長さが７００〜１４００ｍｍであることが好ましく、外径１６０〜１８０ｍｍであり、かつ、長さが８００〜１１００ｍｍであることが特に好ましい。この範囲の大きさの筒状ケース２を使用したときに高いモジュール透水量及び最も高いモジュール透水性能を実現することができる。これに加え、この大きさならモジュール１０を１人で持つことも可能であるのでハンドリング性が格段に良いという利点がある。なお、ここでいう筒状ケース２の「外径」とは、モジュール中央のろ過領域における円筒の外径を意味する。筒状ケース２の「長さ」とは、中空糸膜１ａの両端面間の距離を意味する。
【００２５】
固定部３ａ，３ｂは、筒状ケース２内の糸束１の両端部において、中空糸膜１ａの外面同士及び当該外面と筒状ケース２の内面との隙間を封止する注型剤から成るものである。固定部３ａ，３ｂをなす注型剤としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂が好適である。固定部３ａ，３ｂで糸束１の両端部を固定及び封止することにより、糸束１の両端面に中空糸膜１ａの中空部が開口する。固定部３ａ，３ｂは、整流筒４，５の基端部４ａ，５ａの開口を封止する役割も担っている。
【００２６】
整流筒４，５は、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂの位置からモジュール１０の中央の方向に向けてそれぞれ延在しており、固定部３ａ，３ｂ付近の糸束１を囲繞している。整流筒４，５の材質は、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
【００２７】
一対の整流筒４，５は、上述の通り、基端部４ａ，５ａの開口が固定部３ａ，３ｂによってそれぞれ封止されている。すなわち、整流筒４の基端部４ａは固定部３ａに包埋され、整流筒５の基端部５ａは固定部３ｂに包埋されている。整流筒４，５の配置方法は、固定部３ａ，３ｂにそれぞれの基端部４ａ，５ａを包埋させて固定する方法が一般的である。ただし、筒状ケース２に整流筒４，５を予め固定し、その後、整流筒４，５の基端部４ａ，５ａを固定部３ａ，３ｂに包埋させる工程を経てモジュール１０を作製してもよい。
【００２８】
整流筒４，５は、先端部４ｂ，５ｂの開口は封止されることなく、開放されている。これらの開口は、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ離隔した位置にあり、整流筒４，５の内側の水をノズル２ａ，２ｂへと流通させる役割を担っている。すなわち、整流筒４内の水は先端部４ｂの開口から糸束１と筒状ケース２との間の空間に流出し、筒状ケース２の内面と整流筒４の外面との間隙を通ってノズル２ａから排出されるようになっている。これと同様に、整流筒５内の水は先端部５ｂの開口から糸束１と筒状ケース２との間の空間に流出し、筒状ケース２の内面と整流筒５の外面との間隙を通ってノズル２ｂから排出されるようになっている。
【００２９】
整流筒の先端部の開口面積をＳ１（ｍ２）とし、中空糸膜モジュールの最大ろ過流量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、開口面積Ｓ１は以下の不等式（１）で表される条件を満たすことが好ましい。
【数１】
この条件を満たすように開口面積Ｓ１を設定することにより、この部分を水が流通する際の圧損を小さくでき、高いモジュール透水量を実現できる。なお、ここでいう「モジュール透水量」とは、膜間差圧０．１ＭＰａを印加したときの２５℃における１時間当たりのろ過量（ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃）をいう。また、「モジュール透水性能」とは、上記モジュール透水量をモジュールの見かけ容積で除した値（（ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ）／ｍ３＠２５℃）をいう。なお、開口面積Ｓ１は、下記式（２）によって算出される値である。
【数２】
式中、Ｄ１は整流筒の先端部の内径（ｍ）を示し、ｄＯは中空糸膜の外径（ｍ）を示し、Ｎは糸束を成す中空糸膜の本数を示す。
【００３０】
整流筒４，５の先端部４ｂ，５ｂの開口は、固定部の界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、５０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。すなわち、固定部３ａ，３ｂのそれぞれの界面Ｆａ，Ｆｂから上記の長さで突出するように整流筒４，５を設置することが好ましい。このような長さの整流筒４，５で糸束１の両端部をそれぞれ囲繞することにより、界面Ｆａ，Ｆｂ付近における中空糸膜１ａの破損を効果的に防止できる。これは、中空糸膜１ａを横断する方向の水の流れが固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂから離れた位置で起こるため、界面Ｆａ，Ｆｂ付近において中空糸膜１ａにかかる剪断力が著しく軽減されることによるものと考えられる。
【００３１】
一対の整流筒４，５のうち一方の整流筒４は、固定部３ａの界面位置に所定の大きさの小穴４ｃが複数形成されている。小穴４ｃは、整流筒４の外面から内面にかけて貫通しており、空気や水が流通可能になっている。なお、ここでは、一方の整流筒４に小穴４ｃが形成されており、他方の整流筒５には小穴が形成されていない場合を説明するが、整流筒５にも整流筒４と同様な位置に同様な大きさの小穴を設けてもよい。
【００３２】
小穴４ｃは、モジュール１０内であって中空糸膜１ａ外の空気をモジュール１０の外に流出させる機能を有している。内圧式ろ過を行う場合、糸束１の外周部に気泡が溜まりやすく、通水時であっても空気が水で十分に置換されない場合がある。本実施形態のように、整流筒４に小穴４ｃを設けることで小穴４ｃを通じて整流筒４の外側へと、更にノズル２ａの方向へと水と共に気泡が流れ、気泡をノズル２ａからモジュール１０外へと排出できる。
【００３３】
小穴４ｃが形成されていない整流筒を使用し、糸束の外周部に気泡が溜まった状態でろ過を継続していると、気泡内に存在した微生物が増殖してしまう場合がある。中空糸膜の中空部に被処理水を導入し、中空糸膜外にろ過水を得る内圧式ろ過においては、ろ過水中に微生物が混入することになり、水質の悪化を招来することになる。従って、内圧式ろ過を行う際には、中空糸膜外、特に、糸束外の空気を十分に排除しておくことは良好な水質のろ過水を継続的に製造上で重要なポイントである。
【００３４】
小穴４ｃの相当直径は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、２ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが特に好ましい。小穴の相当直径Ｒは、下記式（３）によって算出される値である。
【数３】
式中、Ｓ２は小穴の開口面積（ｍ２）を示し、Ｌは小穴の縁の全長（ｍ）を示す。なお、整流筒の内面と外面との間で小穴の寸法が変化している場合には、最も小さい値をＬとする。
【００３５】
整流筒４に形成する小穴４ｃの数は特に限定されないが、複数の小穴４ｃの総開口面積Ｓ３が以下の不等式（４）で表される条件を満たすように設定することが好ましい。
【数４】
開口面積比（Ｓ３／Ｓ１）を上記範囲内に設定することによって、通水時において小穴４ｃから流出する水量を適度な量とすることができる。Ｓ３／Ｓ１を０．００５以上とすることによって、０．００５未満の場合と比較して小穴４ｃから空気を十分に流出させることができる。他方、Ｓ３／Ｓ１を０．１以下とすることによって、０．１を超える場合と比較して固定部３ａの界面Ｆａ付近における中空糸膜１ａへの水流による剪断力が軽減され、中空糸膜１ａのダメージを十分に抑制できる。Ｓ３／Ｓ１は、０．０１以上０．０５以下であるのが特に好ましい。なお、小穴４ｃの形状は円形や楕円形に限定されるものではなく、三角形、四角形等の多角形であってもよい。
【００３６】
小穴４ｃは、図１，３に示すように整流筒４の側面に予め独立した貫通孔として設けることができる。遠心注型法によって固定部３ａを形成する場合には、界面Ｆａが回転方向に基づいて曲面を形成するので、その曲面に応じて小穴の位置を設定しておくのが好ましい。
【００３７】
小穴４ｃは、図２に示すように固定部３ａの界面位置であって整流筒４の内面と糸束１の最外面を成す中空糸膜１ａとの距離が５ｍｍ以上離れた位置に設けられていることが好ましい。換言すると、小穴４ｃが形成された整流筒４の部位と糸束１の最外面とが５ｍｍ以上離隔するように筒状ケース２内に糸束１及び整流筒４を固定することが好ましい。
【００３８】
上記のように小穴４ｃと糸束１との間に一定の空間を設けることで、以下のような効果が奏される。すなわち、整流筒４内の気泡がこの空間を通って小穴４ｃにまで到達しやすくなり、整流筒４内における空気の残留をより一層確実に防止できる。これに加え、このような空間を設けない場合と比較し、小穴４ｃ付近における水の流路面積が大きくなり、当該領域の流速を低くできる。これにより、小穴４ｃ近傍の中空糸膜１ａに作用する力が軽減され、中空糸膜１ａの破損がより一層抑制できると考えられる。このような効果は、後述の実施例及び参考例によって確認されている。
【００３９】
本実施形態に係るモジュール１０においては、糸束１を４つの小束１ｂによって形成したことによって、上述の通り、モジュール１０内に中空糸膜１ａが充填されていない領域が形成されている。すなわち、図２に示すように、糸束１の中央部１ｄ及び隣接する２つの小束１ｂによって形成される糸束１の最外面の凹部１ｅには中空糸膜１ａが充填されていない。本実施形態においては、凹部１ｅと小穴４ｃの位置が一致するように整流筒４内に糸束１を固定することによって、小穴４ｃと糸束１の最外面との間隔が５ｍｍ以上となっている。
【００４０】
なお、図９〜１１に示すように、糸束１の端部を保護するものとして、多数の穴４０ａを有する保護用円筒体４０が知られている。保護用円筒体４０は、糸束１の外周を拘束し、それによって中空糸膜１ａの過剰な揺れを防止して中空糸膜１ａの破損を抑制しようとするものである。しかし、保護用円筒体４０を装着した中空糸膜モジュールを用いて長期間にわたってろ過を行うと、中空糸膜１ａが水流から一方向の力を継続的に受け、これによって中空糸膜１ａのクリープ的な破壊が起こると考えられる。すなわち、糸束１の外周を単に拘束する方法ではクリープ的な破損を防止することは困難であり、水流によるダメージを十分に低減できないと考えられる。
【００４１】
＜ろ過方法＞
図４を参照しながら、中空糸膜モジュール１０を用いて被処理水（原水）をろ過する方法について説明する。図４に示すろ過装置１００は、中空糸膜１ａの中空部に被処理水を供給し、外側にろ過する内圧式ろ過を行うためのものである。ろ過装置１００は、モジュール１０、これに被処理水を供給する配管Ｌ１、モジュール１０からろ過水及び循環水をそれぞれ排出する配管Ｌ２及び配管Ｌ３、並びに、これらの配管の途中に配設された圧力計及び弁などからなる。
【００４２】
まず、小穴４ｃを有する整流筒４が上になるように、モジュール１０を縦に配置する。配管接続キャップ６ｂに被処理水供給管Ｌ１を接続すると共に、配管接続キャップ６ａに循環水排出管Ｌ３を接続する。また、筒状ケース２の上側ノズル２ａ及び下側ノズル２ｂにろ過水排出管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂをそれぞれ接続する。
【００４３】
被処理水供給管Ｌ１を通じて被処理水をモジュール１０に導入することによって中空糸膜１ａの中空部に被処理水を供給する。上側ノズル２ａ及び下側ノズル２ｂの両方から中空糸膜１ａの外表面側から流出したろ過水を採取する。このような内圧式ろ過をモジュール１０によって行うことにより、中空糸膜１ａの破損を起こすことなく良好な水質のろ過水を長期間安定して得ることができる。
【００４４】
供給した水量の約２〜５％を上側の中空糸膜１ａの中空部から循環水として流出させながらろ過運転を行うのが好ましい。このようにすると、中空糸膜１ａによって排除された微粒子等がモジュール１０外に排出されるので、膜面の閉塞を起こし難くなり一層長期間にわたって安定したろ過水量を得ることができる。
【００４５】
図４に示すように、下側ノズル２ｂに接続したろ過水排出管Ｌ２ｂはエルボで立ち上がり、他方のろ過水排出管Ｌ２ａに合流している。上下両方の整流筒が同一構造である場合には、被処理水を供給する側とは反対側のノズルに近いところで上下のろ過水排出管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを合流させて、被処理水を供給する側とは反対側に導出することが好ましい。これにより、ろ過水のモジュール１０内での流動抵抗とろ過水排出管Ｌ２内での流動抵抗とがバランスし、結果として上側ノズルからのろ過水量と下側ノズルからのろ過水量がほぼ同量になる。従って、ノズル２ａ，２ｂから流出するろ過水量をバランスさせるためにろ過水排出管Ｌ２に流量調整用弁を設ける必要が無くなり、結果として弁の数を減らせるメリットがある。
【００４６】
なお、モジュール１０は、内圧式ろ過のみならず、用途によっては外圧式ろ過にも用いることができる。図５に示すろ過装置２００は、中空糸膜１ａの外側に被処理水を供給し、中空部側にろ過するためのものである。例えば、超純水のファイナルフィルター用途では、配管中に空気溜まりができないように下側から被処理水を供給し、ろ過水を上側に導出する方法が好ましい。
【００４７】
ろ過装置２００は、中空糸膜モジュール１０、これに被処理水を供給する配管Ｌ５、モジュール１０からろ過水及び循環水をそれぞれ排出する配管Ｌ６ａ，Ｌ６ｂ及び配管Ｌ７、並びに、これらの配管の途中に配設された圧力計及び弁などからなる。なお、ろ過装置２００による処理を開始するに先立ち、例えば、ろ過水排出管Ｌ６ｂを通じて水をモジュール１０内に導入し、中空糸膜１ａの中空部に供給する工程を実施することもできる。この工程を実施することでモジュール１０内の空気を小穴４ｃ及びノズル２ａを通じて十分に排出できる。モジュール１０内の空気を十分に排出した後、弁を切り替える等して外圧式ろ過を開始することが好ましい。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、小穴４ｃが整流筒４の側面に独立して形成された貫通孔である場合を例示したが、図６に示すように、貫通孔を設ける代わりに整流筒４の端部に複数のスリット４ｄを設け、これを利用して小穴を形成してもよい。整流筒４の基端部４ａを固定部３ａに包埋させることによって、固定部３ａの界面位置に小穴が形成される。
【００４９】
スリットを利用して小穴を設ける場合、予め形成する穴の位置や固定部界面の位置を厳密に制御しなくても、比較的容易に固定部３ａの界面位置に小穴を形成できるという利点がある。モジュール１０内の空気を十分に排除すると共に、通水時の水流による中空糸膜１ａのダメージを十分に抑制する点から、各スリット４ｄの幅は１〜１０ｍｍであることが好ましく、５〜８ｍｍであることが特に好ましい。なお、図６においては、糸束１等の図示は省略する。
【００５０】
また、上記実施形態においては、整流筒４の先端部４ｂの開口が整流筒４の内側の水をノズル２ａへと流通させる開口として機能する場合を例示したが、当該開口の構成はこれに限定されるものではない。当該開口は、固定部３ａの界面Ｆａから一定の距離が離れた位置であれば、例えば、図７に示すように、整流筒の側面に設けてもよい。
【００５１】
図７に示す中空糸膜モジュール２０は、整流筒１４が基端部１４ａから先端部１４ｂに向かって径が大きくなる筒状部材からなり先端部１４ｂが筒状ケース２の内面と接合されている。整流筒１４の側面に開口１４ｃが形成されており、整流筒１４内の水が開口１４ｃから整流筒１４の外側に流出し、整流筒１４の外面と筒状ケース２の内面との間隙を通ってノズル２ａに流出することができるようになっている。水流による中空糸膜１ａのダメージを効果的に抑制する観点から、開口１４ｃの位置は固定部の界面Ｆａから少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、５０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。なお、図７においては、糸束１等の図示は省略する。
【００５２】
整流筒１４の側面に形成する開口１４ｃの数や形状は特に限定されない。ただし、開口面積Ｓ１は、上記不等式（１）で表される条件を満たすことが好ましい。この場合、開口面積Ｓ１は、下記式（５）によって算出される値である。
【数５】
式中、Ｗ１及びＷ２は開口の上辺及び下辺の長さ（ｍ）をそれぞれ示し、ｈは開口の高さ（ｍ）を示し、ｎは開口の数を示す。
【実施例】
【００５３】
以下の実施例及び参考例においては、中空糸膜としてポリスルホン製限外ろ過膜を使用した。その特性を以下に示す。
内径／外径：０．７５ｍｍ／１．３５ｍｍ、
内表面積換算短糸透水量：４２００ＬＭＨ（膜有効長５ｃｍでの測定値）、
引張強さ：５．４ＭＰａ、
引張破断伸度：１００％。
【００５４】
中空糸膜の透水量は、２５℃の限外ろ過水を長さ５０ｍｍの中空糸膜の内面から外面へ透過させたときのろ過水の量（ＬＭＨ）である。透水量の計算にあたり有効膜面積は内面で換算した。中空糸膜の破断強度及び破断伸度は、（株）島津製作所製のオートグラフＡＧＳ−５Ｄを使用し、サンプルの長さ３０ｍｍ、引っ張りスピード５０ｍｍ／分で測定した。破断強度（ＭＰａ）は、中空糸膜１本当たりの破断時の荷重を、引っ張る前の膜の断面積で割ることによって算出される値である。破断伸度（％）は元の長さに対する破断に至るまでに伸びた長さの比である。
【００５５】
［実施例１］
＜中空糸膜モジュールの作製＞
【００５６】
筒状ケースとして、図１に示す筒状ケース２と同様の構成の透明ポリスルホン製のものを使用した。この筒状ケースの寸法は以下の通りである。
ろ過領域における円筒部内径／外径：１５４ｍｍ／１７０ｍｍ、
ノズル部における円筒部内径／外径：１６２ｍｍ／１８３ｍｍ、
ノズルの内径：５８ｍｍ、
筒状ケースの長さ／ノズルの中心間距離：１０５０ｍｍ／８７２ｍｍ。
【００５７】
整流筒として使用する透明ポリスルホン製の円筒（内径１４２ｍｍ、外径１４６ｍｍ、長さ１３５ｍｍ）を２つ準備した。これらの整流筒の一端にそれぞれ計８つのスリット（幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍ）を以下のように形成した。すなわち、２つのスリットが２ｍｍ間隔で形成されて成るスリットの組を、円周を４等分する位置４箇所に設けた。整流筒の側面には４箇所突起を設け、これらの突起を筒状ケースの内面に接合することによって、整流筒を筒状ケースの両端部に予め固定した。なお、上側ノズルの開口が２つのスリットの組の中間位置となるように、筒状ケース内に２つの整流筒を固定した（図２参照）。
【００５８】
中空糸膜１７５０本をポリエチレン製ネットで包んで形成した小束を４つ準備した。中空糸膜の両端から２ｍｍ程度の位置まで中空部を閉塞させた。その後、４つの小束を筒状ケース内に設けた整流筒内に挿入し、遠心注型法によって両端から熱硬化性エポキシ樹脂を注入し、これを固化させた。なお、整流筒内に４つの小束からなる糸束を挿入する際には、２つの小束の間に形成される凹部の位置と整流筒のスリットの位置とを一致させた。５０℃に加熱してキュアーし、中空糸膜の両端部を切断して中空糸膜の中空部を開口させ中空糸膜モジュールを作製した。この中空糸膜モジュールは、長さが１０４５ｍｍであり、膜有効長が９３０ｍｍであった。ポリスルホン製の配管接続キャップを中空糸膜モジュールの両端面にＯリングを介して接合した。両方の配管接続キャップの端面間距離は、１１８０ｍｍであった。
【００５９】
＜通水試験＞
上記中空糸膜モジュールを使用し、図４に示す内圧式ろ過装置と同様の構成の装置を構成した。なお、循環水排出管Ｌ３の弁Ｖ３の下流側及びろ過水排出管Ｌ２の弁Ｖ２の下流側に各々ローター式流量計を設けた。また、ろ過水排出管Ｌ２ｂが上方の管Ｌ２ａに合流する手前の位置に超音波式流量計を設け、下側ノズル２ｂから管Ｌ２ｂを通じて排出される水の流量を測定できるようにした。
【００６０】
モジュールに２５℃の純水をろ過水流量が１０ｍ３／ｈｒ、循環水量が０．３ｍ３／ｈｒとなるように弁Ｖ１と弁Ｖ３の開度を調整して通水を開始した。モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。なお、通水時には弁Ｖ２を全開状態とした。
【００６１】
（モジュール透水量の測定）
次いで、循環水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１５ｍ３／ｈｒ、２０ｍ３／ｈｒ、２５ｍ３／ｈｒ、３０ｍ３／ｈｒとなるように段階的に通水量を上げていった。各段階での圧力計Ｐｉ、Ｐｏ、Ｐｆの指示値を読み取り、膜間差圧を求めた。膜間差圧ΔＰ（ＭＰａ）は、被処理水の圧力をＰｉ、循環水の圧力をＰｏ、ろ過水の圧力をＰｆ、高さ補正値をＨとしたとき、下記式（６）で算出される値である。高さ補正値Ｈ（ＭＰａ）は、Ｐｉ、Ｐｏ、Ｐｆ各々の計測位置の床面からの高さをＨｉ、Ｈｏ、Ｈｆ〔ｍ〕としたとき、下記式（７）で算出される値である。
【数６】
【００６２】
各ろ過水量と膜間差圧のグラフを描き、膜間差圧が０．１ＭＰａのときのろ過水流量を求めたところ、２７ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値がモジュール透水量である。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は１０１０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。この値は、非特許文献１，２に記載のモジュールの透水性能の約２倍〜１．７倍である。また、各ろ過水流量で通水しているときに下側ノズルからの流量を測定したところ、下側ノズルからの流量がろ過水流量のほぼ１／２を示し、上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していることが確認された。
【００６３】
（リーク検査）
次いで、循環水量０．３ｍ３／ｈｒ、ろ過水流量３０ｍ３／ｈｒの条件で通水を１ヶ月間連続的に行った。１ヶ月後にモジュールを装置から取り外してリーク検査を以下のようにして行った。すなわち、両端の配管接続用キャップを取り外した後、モジュールを水槽に浸漬して内部を純水で満たした。次いで片側のノズルには栓を施して密閉状態とし、他のノズルには空気配管を接続した。０．２ＭＰａまで徐々に空気圧を印加し、モジュール両端を観察して中空部から気泡が継続して出てこないかどうかを確認した。本実施例に係るモジュールはリークが全く無かった。なお、当該モジュールは、内部の水を垂れきった状態では重量が３４ｋｇであり、一人で持ち運ぶことができた。
【００６４】
（モジュール内部の観察）
整流筒の小穴が形成されている位置でモジュールを割断して、内部を観察した。上側の整流筒の固定界面位置に形成されている８つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が３〜７ｍｍの範囲に収まっていた。相当直径が一定の値でないのは界面位置が円周方向で異なっており場所によって小穴の高さが異なるためである。小穴の総開口面積Ｓ３は１６０ｍｍ２であり、整流筒の先端部の開口面積Ｓ１は５８００ｍｍ２であった。開口面積比Ｓ３／Ｓ１は０．０３であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から１２５ｍｍ〜１１８ｍｍに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、８つの小穴はいずれも５〜８ｍｍの範囲に位置していた。
【００６５】
［実施例２］
以下の点の他は、実施例１と同様にして本実施例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、計８つのスリットが形成された円筒の代わりに、円周方向の所定の領域に偏在するように３つのスリット（幅８ｍｍ）が形成された円筒を上側の整流筒として使用した点、並びに、糸束を４つの小束に分割せずに中空糸膜７０００本を１束として整流筒内に挿入した点である（図８参照）。なお、遠心注型を行う際には、ノズルが水平方向を向くようにして、整流筒に設けたスリットが上側になるようにセットした。図８に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。
【００６６】
通水試験を開始し、モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。
【００６７】
本実施例に係るモジュールは、モジュール透水量が２５ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は９３０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。また、本実施例においても、実施例１と同様に上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していた。
【００６８】
また、１ヶ月間連続的に通水を行った後にリーク検査を行ったところ、リークは全く無かった。リーク検査後、モジュールを割断して内部を観察した。整流筒の固定界面位置に形成されている３つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が７〜１０ｍｍの範囲に収まっていた。小穴の総開口面積Ｓ３は１５０ｍｍ２であり、整流筒の先端部の開口面積Ｓ１は５８００ｍｍ２であった。開口面積比Ｓ３／Ｓ１は０．０３であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から１２７ｍｍ〜１２０ｍｍに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、３つの小穴はいずれも５〜７ｍｍの範囲に位置していた。
【００６９】
［実施例３］
以下の点の他は、実施例１と同様にして本実施例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、一定の径を有する円筒の代わりに、下方に向かって径が大きくなる筒状部材であり、その側面に３つの開口が形成された整流筒を用いた点である（図７参照）。本実施例で使用した整流筒は、以下のような形状である。なお、小穴を形成させるためのスリットは、実施例１における整流筒と同様にした。
基端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４６ｍｍ、
先端部の内径／外径：１５４ｍｍ／１５８ｍｍ、
長さ：８５ｍｍ、
開口の上辺／下辺／高さ／個数：１００ｍｍ／１００ｍｍ／２０ｍｍ／３個、
開口の上辺の位置：先端部の端面から２５ｍｍ。
【００７０】
図７に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。なお、ノズルの中心軸に対して左右４５°の範囲内には開口が存在しないように整流筒を筒状ケース内に配置した。
【００７１】
通水試験を開始し、モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。
【００７２】
本実施例に係るモジュールは、モジュール透水量が２７ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は１０１０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。また、本実施例においても、実施例１と同様に上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していた。
【００７３】
また、１ヶ月間連続的に通水を行った後、リーク検査を行ったところ、リークは全く無かった。リーク検査後、モジュールを割断して内部を観察した。整流筒の固定界面位置に形成されている８つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が４〜９ｍｍの範囲に収まっていた。小穴の総開口面積Ｓ３は２２０ｍｍ２であり、整流筒の先端部の開口面積Ｓ１は６０００ｍｍ２であった。開口面積比Ｓ３／Ｓ１は０．０４であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から５０ｍｍ〜５６ｍｍに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、８つの小穴はいずれも５〜８ｍｍの範囲に位置していた。
【００７４】
［参考例１］
スリットが形成されていない整流筒を使用したことの他は、実施例１と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。この中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。
【００７５】
通水を開始したところ、固定部界面付近であって小束と小束の間の位置に数ｃｍの大きさの気泡が残留しているのが観察された。循環水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１５ｍ３／ｈｒ、２０ｍ３／ｈｒ、２５ｍ３／ｈｒ、３０ｍ３／ｈｒとなるように段階的に通水量を上げていったが、残留気泡は整流筒内から流出することなく、上記の位置に残留したままであった。更に、３０ｍ３／ｈｒの条件で１ヶ月通水を継続したが、気泡の残留量や位置は殆ど変化が観られなかった。気泡残留位置の解析を行うために、筒状ケースの表面に気泡が残留している位置をマーキングした。
【００７６】
通水試験後、モジュールを割断して整流筒の内面と小束最外周の中空糸膜との距離を計測したところ、小束が整流筒に接する部分では１〜３ｍｍの範囲であった。他方、気泡が残留していた部分では整流筒内面と小束最外周の中空糸膜との距離はいずれも５ｍｍ以上であった。このことから、整流筒の内面と糸束最外周の中空糸膜との間隔が５ｍｍよりも狭い部分には気泡が溜まることはないが５ｍｍ以上離れた部分に気泡が溜まりやすいことが判明した。本参考例と実施例１の結果を対比すると、上記間隔が５ｍｍ以上の気泡が溜まりやすい箇所に小穴を設けることがモジュール内の残留する気泡の低減に極めて有用であることが示された。
【００７７】
［参考例２］
糸束を整流筒内に挿入する際、糸束の向きを４５°ずらした他は、実施例１と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、整流筒の小穴が２つの小束の間の凹部ではなく、各小束の中央部に位置するように糸束の両端部に整流筒を固定した。この中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。
【００７８】
通水を開始したところ、固定部界面付近であって小束と小束の間の位置に数ｃｍの大きさの気泡が残留しているのが観察された。循環水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１５ｍ３／ｈｒ、２０ｍ３／ｈｒ、２５ｍ３／ｈｒ、３０ｍ３／ｈｒとなるように段階的に通水量を上げていったが、残留気泡は整流筒内から流出することなく、上記の位置に残留したままであった。更に、３０ｍ３／ｈｒの条件で１ヶ月通水を継続したが、気泡の残留量や位置は殆ど変化が観られなかった。通水試験後、モジュールを割断して整流筒に形成された小穴と小束最外周の中空糸膜との距離を計測したところ、８つの小穴はいずれも１〜３ｍｍの範囲であった。
【００７９】
［参考例３］
以下の点の他は、実施例１と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、計８つのスリットが形成された円筒を上側及び下側の整流筒としてそれぞれ使用する代わりに、スリットが形成されていない円筒を下側の整流筒として使用し、実施例１と同様のスリットが形成された円筒を上側の整流筒として使用した点である。この中空糸膜モジュールを使用し、図５に示す外圧式ろ過装置と同様の構成の装置を構成した。なお、循環水排出管Ｌ７の弁Ｖ７の下流側及びろ過水排出管Ｌ６の弁Ｖ６の下流側に各々ローター式流量計を設けた。
【００８０】
モジュールに２５℃の純水をろ過水流量が１０ｍ３／ｈｒ、循環水量が０．３ｍ３／ｈｒとなるように弁Ｖ５と弁Ｖ７の開度を調整して通水を開始した。ろ過水流量３０ｍ３／ｈｒ、循環水量０．３ｍ３／ｈｒの条件で１ヶ月間連続的に通水した。なお、通水時には弁Ｖ６を全開状態とした。１ヶ月後に該モジュールを装置から取り外して、実施例１と同様にしてリーク検査を行ったところ、２８本の中空糸膜がリークしていた。
【００８１】
モジュールを解体してリーク位置を観察したところ、下側の固定部界面付近において糸束最外周部の中空糸膜が破損していた。なお、小穴の形状や糸束との位置関係、並びに、整流筒と糸束との位置関係（整流筒内面と糸束最外周部の中空糸膜との距離等）は実施例１と同様であった。
【００８２】
［参考例４］
図１１に示すような多数の貫通穴を有する円筒を上側の整流筒として使用したことの他は、実施例２と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した（図９，１０参照）。この整流筒の形状は以下のとおりである。
円筒の内径／外径：１４８ｍｍ／１５４ｍｍ、
長さ：８５ｍｍ、
貫通穴の直径／ピッチ／配列／総個数：５ｍｍ／１０ｍｍ／７行３６列／２５２個。
【００８３】
図９，１０に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例１と同様にして試験及び評価を行った。なお、ノズルの中心軸に対して左右４５°の範囲内には貫通穴が存在しないように整流筒を筒状ケース内に配置した。
【００８４】
通水試験を開始し、モジュール内の空気を水で置換していったところ、モジュール内が全て水で置換され気泡の残留は全く観察されなかった。
【００８５】
本参考例に係るモジュールは、モジュール透水量が２０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、長さ１１８０ｍｍ）からモジュール透水性能は７５０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３と算出された。本参考例においては、上側ノズルからの流量は下側ノズルからの流量の約１／２であった。
【００８６】
ろ過水排出管Ｌ２ｂの途中にボール弁を取り付け、その開度を調整することによって上下ノズルからの流量を各々１５ｍ３／ｈｒとなるように調整して１ヶ月間連続的に通水した。１ヶ月間連続的に通水を行った後、リーク検査を行ったところ、５本の中空糸膜がリークしていた。リーク検査後、該モジュールを解体してリーク位置を観察したところ、上側の固定部界面付近において糸束最外周部の中空糸膜が破損していた。破損していた中空糸膜は、整流筒の貫通穴との距離が１〜２ｍｍの範囲であり、貫通穴に近接した位置に存在していた。
【００８７】
上側の整流筒の固定部界面位置に形成されている貫通穴の寸法を計測したところ、相当直径が２〜５ｍｍの範囲であった。固定部界面位置よりもモジュール中央側であって最も固定部界面に近接した貫通穴は、界面位置から５ｍｍに位置していた。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法によれば、安定して良好な水質の水を大量に得られる。本発明の中空糸膜モジュールは、コンパクトなサイズとすることができるため、特に超純水製造設備に用いる保安用フィルターとして好適である。また、当該中空糸膜モジュールは注射用水製造設備に用いるパイロジェン除去用フィルターとしても好適である。
【符号の説明】
【００８９】
１…糸束、１ａ…中空糸膜、１ｂ…小束、２…筒状ケース、２ａ，２ｂ…ノズル、３ａ，３ｂ…固定部、４，５…整流筒、４ａ，５ａ…整流筒の基端部、４ｂ，５ｂ…整流筒の先端部、４ｃ…小穴、４ｄ…スリット、１０，２０…中空糸膜モジュール、１４…整流筒、１４ａ…整流筒の基端部、１４ｂ…整流筒の先端部、１４ｃ…開口、１００，２００…ろ過装置、Ｆａ，Ｆｂ…固定部の界面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の中空糸膜から成る糸束と、
前記糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、
前記筒状ケース内の前記糸束の両端部において、前記中空糸膜の外面同士及び当該外面と前記筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、
一端が前記固定部によって封止され、前記糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒と、
を備え、
前記一対の整流筒は前記固定部から離隔した位置に、前記整流筒内側の水が前記ノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、
少なくとも一方の前記整流筒は前記固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の小穴を有する中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記小穴は、前記整流筒の内面と前記糸束の最外面を成す中空糸膜との距離が５ｍｍ以上である部位に設けられている、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記小穴を有する前記整流筒は前記一端から長手方向に延在する幅１ｍｍ以上１０ｍｍ以下のスリットを有し、当該小穴は前記スリットの一部が前記固定部によって包埋されることによって形成されたものである、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記糸束は、多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を前記筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも前記固定部の界面位置に、他の部分と比較して前記中空糸膜の充填密度が低い部分を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを、前記整流筒に設けられた前記小穴が上方に配置されるように設置する工程と、
被処理水を当該モジュールの下方から前記中空糸膜の中空部へと供給する工程と、
前記中空糸膜の外側に流出したろ過水を前記筒状ケースの前記ノズルから採取する工程と、
を備える、ろ過方法。
【請求項１】
多数本の中空糸膜から成る糸束と、
前記糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、
前記筒状ケース内の前記糸束の両端部において、前記中空糸膜の外面同士及び当該外面と前記筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、
一端が前記固定部によって封止され、前記糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒と、
を備え、
前記一対の整流筒は前記固定部から離隔した位置に、前記整流筒内側の水が前記ノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、
少なくとも一方の前記整流筒は前記固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の小穴を有する中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記小穴は、前記整流筒の内面と前記糸束の最外面を成す中空糸膜との距離が５ｍｍ以上である部位に設けられている、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記小穴を有する前記整流筒は前記一端から長手方向に延在する幅１ｍｍ以上１０ｍｍ以下のスリットを有し、当該小穴は前記スリットの一部が前記固定部によって包埋されることによって形成されたものである、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記糸束は、多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を前記筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも前記固定部の界面位置に、他の部分と比較して前記中空糸膜の充填密度が低い部分を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを、前記整流筒に設けられた前記小穴が上方に配置されるように設置する工程と、
被処理水を当該モジュールの下方から前記中空糸膜の中空部へと供給する工程と、
前記中空糸膜の外側に流出したろ過水を前記筒状ケースの前記ノズルから採取する工程と、
を備える、ろ過方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２３４１９８（Ｐ２０１０−２３４１９８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２８９１（Ｐ２００９−８２８９１）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
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