特許 6553419 分離膜支持体、分離膜構造体及び分離膜構造体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6553419

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】分離膜支持体、分離膜構造体及び分離膜構造体モジュール

(51)【国際特許分類】

   B01D 69/10 20060101AFI20190722BHJP

   B01D 63/06 20060101ALI20190722BHJP

   B01D 69/12 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   B01D69/10

   B01D63/06

   B01D69/12

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-119397(P2015-119397)

(22)【出願日】2015年6月12日

(65)【公開番号】特開2017-981(P2017-981A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2018年5月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】小泉 洋

(72)【発明者】

【氏名】水谷 洋一郎

【審査官】 関根 崇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１１１５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２３２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２９６２１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０５４７９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理流体を分離するための分離膜を支持する分離膜支持体であって、
多孔質である柱状の基材と、
該基材を軸方向に貫通して形成された複数のセルと、を備え、
前記基材の軸方向に直交する断面において、前記基材の重心を基点として同心状に前記基材の外形と相似形である複数の仮想線を描いた場合、該各仮想線上に複数の前記セルが並んで配置され、
同一の前記仮想線上に配置された複数の前記セルを１つのセル群とした場合、前記断面には、複数の前記セル群が設けられ、かつ、該複数のセル群のうち、前記基材の径方向に隣接して配置された２つ以上の前記セル群からなるセル群領域が設けられ、
前記セル群領域において、前記基材の径方向の外側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔は、前記基材の径方向の内側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔よりも広く、
前記複数のセル群のうち最外に位置する最外セル群は、前記セル群領域に含まれず、
前記最外セル群における前記セル同士の平均間隔は、前記セル群領域に含まれる前記セル群における前記セル同士の平均間隔よりも狭く、
前記分離膜を通過した分離処理後の前記被処理流体が前記基材の内部を通過して前記基材の外周面から外部に流出する構成であること、を特徴とする分離膜支持体。

【請求項2】

前記基材の前記断面には、前記基材の径方向の最も内側の前記セル群を含む前記セル群領域が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分離膜支持体。

【請求項3】

前記セル群領域において、前記基材の径方向に隣接する２つの前記セル群のうち、内側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔をＤ１、外側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔をＤ２とした場合に、Ｄ２／Ｄ１が１．５以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の分離膜支持体。

【請求項4】

前記セル群領域において、前記基材の径方向の外側の前記セル群における前記セルの平均断面積は、前記基材の径方向の内側の前記セル群における前記セルの平均断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分離膜支持体。

【請求項5】

前記セル群領域において、同一の前記セル群における前記セル同士の各間隔は、略均等であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の分離膜支持体。

【請求項6】

前記セル群領域において、同一の前記セル群における前記各セルの断面積は、略同一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の分離膜支持体。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の分離膜支持体と、
該分離膜支持体の前記セルの内壁面に設けられた分離膜と、を備えていることを特徴とする分離膜構造体。

【請求項8】

請求項７に記載の分離膜構造体と、
該分離膜構造体を内部に収容する筐体と、を備えていることを特徴とする分離膜構造体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分離膜支持体、分離膜構造体及び分離膜構造体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

固液分離、溶剤脱水等に用いられる分離膜構造体としては、例えば、分離膜と、その分離膜を支持する分離膜支持体とを備えたものがある（特許文献１参照）。分離膜支持体は、多孔質である柱状の基材と、その基材の軸方向の両端面を貫通するように基材の軸方向に沿って設けられ、被処理流体を流通させる複数のセルとを備えている。被処理流体を分離するための分離膜は、分離膜支持体のセルの内壁面に設けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２３７１０９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の分離膜構造体は、軸方向に直交する断面において、断面積が同じセルが例えば径方向に（中心部から外周部に向かって）等間隔に並んで配置されている。ここで、分離膜構造体において、分離膜を通過した分離処理後の流体は、基材の内部を通過し、基材の外周面から外部に取り出される。

【0005】

そのため、基材の中心部のセルに設けた分離膜を通過した流体は、基材の外周部のセルに設けた分離膜を通過した流体に比べて、基材の内部を通過して基材の外周面に到達するまでの距離が長くなる。また、基材の中心部のセルに設けた分離膜を通過した流体が、基材の内部において、基材の外周部のセルに設けた分離膜を通過した流体と干渉することにより、基材の中心部のセルに設けた分離膜を通過する被処理流体の量が低下する。

【0006】

これにより、基材の中心部のセルと外周部のセルとで分離膜による分離処理効率に差が生じる。さらに、基材の外周部のセルが中心部のセルよりも分離処理効率が高い（すなわち分離頻度が高い）ことにより、基材の外周部のセルにおいて、分離膜表面に固形物が付着することによる膜閉塞（ファウリング）が発生し、分離膜構造体として安定した分離処理を長時間行うことができないといった問題が生じる。

【0007】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、基材における内側のセルと外側のセルとの分離膜による分離処理効率の差を小さくでき、分離処理性能を向上させることができる分離膜支持体、分離膜構造体及び分離膜構造体モジュールを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の態様である分離膜支持体は、被処理流体を分離するための分離膜を支持する分離膜支持体であって、多孔質である柱状の基材と、該基材を軸方向に貫通して形成された複数のセルと、を備え、前記基材の軸方向に直交する断面において、前記基材の重心を基点として同心状に前記基材の外形と相似形である複数の仮想線を描いた場合、該各仮想線上に複数の前記セルが並んで配置され、同一の前記仮想線上に配置された複数の前記セルを１つのセル群とした場合、前記断面には、複数の前記セル群が設けられ、かつ、該複数のセル群のうち、前記基材の径方向に隣接して配置された２つ以上の前記セル群からなるセル群領域が設けられ、前記セル群領域において、前記基材の径方向の外側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔は、前記基材の径方向の内側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔よりも広い。

【0009】

前記分離膜支持体において、基材の軸方向に直交する断面には、複数のセル群が設けられ、かつ、複数のセル群のうち、基材の径方向に隣接して配置された２つ以上のセル群からなるセル群領域が設けられている。そして、セル群領域において、基材の径方向の外側のセル群におけるセル同士の平均間隔は、基材の径方向の内側のセル群におけるセル同士の平均間隔よりも広くなっている。

【0010】

そのため、例えば、セルの内壁面に分離膜が設けられ、分離膜を通過した分離処理後の流体が多孔質である基材の内部を通過して基材の外周面から外部に流出する構成の場合、基材の内側のセル群におけるセルの分離膜を通過した分離処理後の流体が、基材の外側のセル群におけるセルの分離膜を通過した分離処理後の流体と干渉することを抑制でき、基材の内側のセル群におけるセルの分離膜による分離処理効率（以下、適宜、単に分離処理効率という）を高めることができる。そして、基材の内側のセル（内側のセル群のセル）と基材の外側のセル（外側のセル群のセル）との分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。すなわち、基材の内側のセルと基材の外側のセルとの分離処理効率を均一化できる。

【0011】

これは、基材の径方向の内側に配置されたセル群における隣接するセルとセルとの平均間隔よりも、基材の径方向の外側に配置されたセル群における隣接するセルとセルとの平均間隔のほうが広いことにより、基材の内側のセル群におけるセルから基材内部に侵入した分離処理後の流体の流れを基材の外側のセル群におけるセルから基材内部に侵入した分離処理後の流体が阻害しにくい構成となるからである。

【0012】

これにより、従来のような、特定箇所のセル（セル群）において、分離膜表面に固形物が付着することによる膜閉塞（ファウリング）が発生することを抑制できる。そして、効率の良い、安定した分離処理を長期間維持して行うことができ、分離処理性能を向上させることができる。

【0013】

前述のとおり、前記分離膜構造体の前記セル群領域において、前記基材の径方向の外側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔は、前記基材の径方向の内側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔よりも広くなっている。すなわち、例えば、セル群領域内の複数のセル群のうち、任意に選択した２つのセル群を比較した場合、内側のセル群におけるセル同士の平均間隔が外側のセル群におけるセル同士の平均間隔よりも広くなっている。

【0014】

また、前記基材の前記断面には、前記基材の径方向の最も内側の前記セル群を含む前記セル群領域が設けられていてもよい。この場合には、基材における内側のセルと外側のセルとの分離処理効率の差（ばらつき）を小さくするという効果を十分に発揮することができる。

【0015】

また、前記セル群領域において、前記基材の径方向に隣接する２つの前記セル群のうち、内側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔をＤ１、外側の前記セル群における前記セル同士の平均間隔をＤ２とした場合に、Ｄ２／Ｄ１が１．５以上であってもよい。この場合には、基材における内側のセルと外側のセルとの分離処理効率の差（ばらつき）をより小さくできる。

【0016】

また、前記セル群領域において、前記基材の径方向の外側の前記セル群における前記セルの平均断面積は、前記基材の径方向の内側の前記セル群における前記セルの平均断面積よりも小さくてもよい。この場合には、基材における内側のセルと外側のセルとの分離処理効率の差（ばらつき）をより小さくできる。

【0017】

また、前記セル群領域において、同一の前記セル群における前記セル同士の各間隔は、略均等であってもよい。この場合には、同一のセル群におけるセル同士の分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。なお、セル同士の各間隔が略均等とは、セル同士の各間隔が均等又は均等に近いことを意味し、例えば製造上の誤差等を許容する。

【0018】

また、前記セル群領域において、同一の前記セル群における前記各セルの断面積は、略同一であってもよい。この場合には、同一のセル群におけるセル同士の分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。なお、各セルの断面積が略同一とは、各セルの断面積が同一又は同一に近いことを意味し、例えば製造上の誤差等を許容する。

【0019】

本発明の他の態様である分離膜構造体は、前記分離膜支持体と、該分離膜支持体の前記セルの内壁面に設けられた分離膜と、を備えている。
前記分離膜構造体は、前述した分離膜支持体を備えている。そのため、基材における内側のセル（内側のセル群のセル）と外側のセル（外側のセル群のセル）との分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。これにより、効率の良い、安定した分離処理を長期間維持して行うことができ、分離処理性能を向上させることができる。

【0020】

本発明のさらに他の態様である分離膜構造体モジュールは、前記分離膜構造体と、該分離膜構造体を内部に収容する筐体と、を備えている。
前記分離膜構造体モジュールは、前述した分離膜支持体を有する分離膜構造体を備えている。そのため、基材における内側のセル（内側のセル群のセル）と外側のセル（外側のセル群のセル）との分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。これにより、効率の良い、安定した分離処理を長期間維持して行うことができ、分離処理性能を向上させることができる。

【0021】

このように、本発明によれば、基材における内側のセルと外側のセルとの分離膜による分離処理効率の差を小さくでき、分離処理性能を向上させることができる分離膜支持体、分離膜構造体及び分離膜構造体モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態１における、分離膜構造体モジュールの構造を模式的に示す断面説明図である。

【図2】実施形態１における、分離膜構造体を示す斜視説明図である。

【図3】実施形態１における、分離膜構造体（分離膜支持体）の基材の断面（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面）を示す断面説明図である。

【図4】実施形態２における、分離膜構造体（分離膜支持体）の基材の断面を示す断面説明図である。

【図5】実施形態３における、分離膜構造体（分離膜支持体）の基材の断面を示す断面説明図である。

【図6】実施形態４における、分離膜構造体（分離膜支持体）の基材の断面を示す断面説明図である。

【図7】比較例における、分離膜構造体（分離膜支持体）の基材の断面を示す断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態の分離膜構造体モジュール１は、分離膜構造体１１と、分離膜構造体１１を内部に収容する筐体１２とを備えている。

【0024】

図１、図２に示すように、分離膜構造体モジュール１における分離膜構造体１１は、分離膜支持体２１と、分離膜２２と、第１シール層２３と、第２シール層２４とを備えている。分離膜支持体２１は、基材３１と、複数のセル３２とを備えている。

【0025】

基材３１は、直径３０ｍｍ、全長約１０００ｍｍの円柱状に形成されたアルミナ製の多孔質体である。基材３１は、円形状の第１端面３１１と、円形状の第２端面３１２と、外周面３１３とを有している。基材３１には、複数のセル３２が設けられている。各セル３２は、基材３１の軸方向の両端面（第１端面３１１、第２端面３１２）を貫通（連通）するように、基材３１の軸方向に沿って設けられている。各セル３２は、被処理流体を流通させる流路を形成している。セル３２の配置については後述する。

【0026】

分離膜２２は、基材３１よりも平均孔径が小さい微細孔を多数有するアルミナ製の多孔質膜である。分離膜２２は、基材３１のセル３２の内壁面３２１に設けられている。分離膜２２は、基材３１のセル３２内を流通する被処理流体を分離処理（ろ過）するための膜である。基材３１のセル３２の内壁面３２１と分離膜２２との間には、分離膜２２の下地となる中間膜（図示略）が設けられている。

【0027】

第１シール層２３は、基材３１の第１端面３１１と、分離膜２２の第１端面３１１近傍と、基材３１の外周面３１３の第１端面３１１近傍とを被覆している。第１シール層２３は、基材３１の第１端面３１１から連続して、分離膜２２の表面、基材３１の外周面３１３に形成されている。

【0028】

第２シール層２４は、基材３１の第２端面３１２と、分離膜２２の第２端面３１２近傍と、基材３１の外周面３１３の第２端面３１２近傍とを被覆している。第２シール層２４は、基材３１の第２端面３１２から連続して、分離膜２２の表面、基材３１の外周面３１３に形成されている。

【0029】

第１シール層２３及び第２シール層２４を構成する材料は、被処理流体が分離膜２２を通過せずに多孔質体である分離膜支持体２１内を通って漏洩することを防止できれば、特に限定されない。第１シール層２３及び第２シール層２４は、基材３１及び分離膜２２の細孔内に流入しており、基材３１及び分離膜２２との密着性を高めている。

【0030】

図１に示すように、分離膜構造体モジュール１における筐体１２は、内部に分離膜構造体１１を収容する空間を有する中空の金属製容器である。筐体１２は、被処理流体を導入する導入口１３１と、被処理液体が分離膜構造体１１によって濃縮された濃縮液を排出する排出口１３２と、被処理流体が分離膜構造体１１によってろ過されたろ過液を回収する第１回収口１３３及び第２回収口１３４とを有している。

【0031】

分離膜構造体１１における基材３１の外周面３１３に設けられた第１シール層２３上には、Ｏリング１４１が取り付けられている。このＯリング１４１を介して環状の金属製の遮断部材１４２が分離膜構造体１１の第１端面３１１側に嵌設されている。分離膜構造体１１における基材３１の外周面３１３に設けられた第２シール層２４上には、Ｏリング１５１が取り付けられている。このＯリング１５１を介して環状の金属製の遮断部材１５２が分離膜構造体１１の第２端面３１２側に嵌設されている。分離膜構造体１１は、筐体１２の内壁面と金属製の遮断部材１４２、１５２との間にＯリング１４３、１５３を介して、筐体１２内に収容されている。

【0032】

分離膜構造体１１を内部に収容した筐体１２内には、基材３１の第１端面３１１と筐体１２の内壁面とで囲まれた第１空間１６１と、基材３１の第２端面３１２と筐体１２の内壁面とで囲まれた第２空間１６２と、基材３１の外周面３１３と筐体１２の内壁面とで囲まれた第３空間１６３とが形成されている。第１空間１６１、第２空間１６２及び第３空間１６３は、それぞれ密閉性が保たれている。

【0033】

筐体１２の導入口１３１から筐体１２の第１空間１６１に導入された被処理流体は、分離膜２２構造体１１のセル３２内を流通しつつ、分離膜２２を通過可能な成分だけが分離膜２２を通過する。分離膜２２を通過したろ過液は、基材３１の内部を通過し、基材３１の外周面３１３から筐体１２の第３空間１６３に流出した後、第１回収口１３３及び第２回収口１３４から回収される。また、分離膜構造体１１を通過して濃縮された濃縮液は、筐体１２の第２空間１６２に流出した後、排出口１３２から排出される。

【0034】

次に、図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて、分離膜構造体１１（分離膜支持体２１）の基材３１におけるセル３２の配置について説明する。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）では、セル３２の内壁面３２１に形成されている分離膜２２の図示を省略している（後述する図４（Ａ）、（Ｂ）〜図７（Ａ）、（Ｂ）も同様である）。

【0035】

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、基材３１の軸方向に直交する断面３１４において、基材３１の重心（中心４０）を基点として同心状に基材３１の外形と相似形である複数の仮想線４１を描いた場合、各仮想線４１上に複数のセル３２が並んで配置されている。なお、「重心」とは、「平面図形における重心」をいう。すなわち、基材３１の重心とは、基材３１の断面図形における重心をいう。本実施形態では、基材３１の断面３１４が円形状であり、基材３１の重心が基材３１の中心４０と同じ位置である。

【0036】

本実施形態において、基材３１の断面３１４には、径方向の内側から外側に向かって、第１仮想線４１ａ、第２仮想線４１ｂ、第３仮想線４１ｃの３つの仮想線４１が描かれている。３つの仮想線４１は、基材３１の中心４０を基点として、同心状に描かれている。すなわち、３つの仮想線４１は、基材３１の中心４０からの距離がそれぞれ異なる。基材３１の中心４０からの距離は、第１仮想線４１ａが４．７ｍｍ、第２仮想線４１ｂが９．０ｍｍ、第３仮想線４１ｃが１３．０ｍｍである。なお、基材３１の中心４０から各仮想線４１までの距離は、任意で設定することができる。各仮想線４１の形状は、基材３１の外形と相似形であり、円形状である。

【0037】

基材３１の断面３１４において、各仮想線４１上には、断面が円形状の複数のセル３２が配置されている。第１仮想線４１ａ上には、６個のセル３２（直径３．６ｍｍ）が配置されている。第２仮想線４１ｂ上には、９個のセル３２（直径３．２ｍｍ）が配置されている。第３仮想線４１ｃ上には、２４個のセル３２（直径２．４ｍｍ）が配置されている。各セル３２の中心は、ほぼ仮想線４１上に位置している。また、基材３１の断面３１４において、基材３１の中心４０には、１個のセル３２（直径４．５ｍｍ）が配置されている。このセル３２の中心は、基材３１の中心４０に位置している。

【0038】

同図に示すように、同一の仮想線４１上に配置された複数のセル３２を１つのセル群５１とした場合、基材３１の断面３１４には、複数のセル群５１が設けられている。本実施形態において、基材３１の断面３１４には、径方向の内側から外側に向かって、第１セル群５１ａ、第２セル群５２ｂ、第３セル群５１ｃの３つのセル群５１が設けられている。第１セル群５１ａは、第１仮想線４１ａ上に配置された６個のセル３２からなる。第２セル群５２ｂは、第２仮想線４１ｂ上に配置された９個のセル３２からなる。第３セル群５１ｃは、第３仮想線４１ｃ上に配置された２４個のセル３２からなる。

【0039】

また、基材３１の断面３１４には、複数のセル群５１のうち、基材３１の径方向に隣接して配置された２つ以上のセル群５１からなるセル群領域６１（図３（Ｂ）の内側の点線Ａと外側の点線Ｂとの間の領域）が設けられている。本実施形態において、基材３１の断面３１４には、３つのセル群５１のうち、径方向に隣接して配置された第１セル群５１ａ及び第２セル群５１ｂを含むセル群領域６１が設けられている。セル群領域６１は、基材３１の径方向の最も内側のセル群５１である第１セル群５１ａを含んでいる。

【0040】

なお、基材３１の中心４０に配置されたセル３２は、セル群領域６１外（セル群領域６１の内側）に存在し、セル群領域６１に含まれない。基材３１の径方向の最も外側の第３セル群５１ｃ（第３セル群５１ｃを構成するセル３２）も、セル群領域６１外（セル群領域６１の外側）に存在し、セル群領域６１に含まれない。

【0041】

同図に示すように、セル群領域６１において、同一のセル群５１におけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。すなわち、第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。

【0042】

また、セル群領域６１において、基材３１の径方向の外側のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔は、基材３１の径方向の内側のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔よりも広くなっている。本実施形態において、セル群領域６１の外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔は、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の平均間隔よりも広い。さらに、外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の各間隔は、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の各間隔よりも広い。

【0043】

ここで、同一のセル群５１におけるセル３２同士の間隔とは、同一のセル群５１において、隣接する２つのセル３２のうち、一方のセル３２の外縁と仮想線４１とが交差する点（図３（Ａ）のＰ１）と他方のセル３２の外縁と仮想線４１とが交差する点（図３（Ａ）のＰ２）とを結んだ直線の距離（図３（Ａ）のＰ１とＰ２との間の距離）をいう。同一のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔とは、同一のセル群５１において、各セル３２同士の間隔の平均をいう。

【0044】

また、セル群領域６１において、基材３１の径方向に隣接する２つのセル群５１のうち、内側のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔をＤ１、外側のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔をＤ２とした場合に、Ｄ２／Ｄ１が１．５以上である。本実施形態において、基材３１の径方向に隣接する第１セル群５１ａ及び第２セル群５２ｂのうち、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ１が１．３１ｍｍであり、外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ２が３．０４ｍｍである。Ｄ２／Ｄ１は、２．３１であり、１．５以上である。

【0045】

同図に示すように、セル群領域６１において、同一のセル群５１における各セル３２の断面積は、略同一である。すなわち、第１セル群５１ａにおける各セル３２の断面積は、略同一である。第２セル群５１ｂにおける各セル３２の断面積は、略同一である。

【0046】

また、セル群領域６１において、基材３１の径方向の外側のセル群５１におけるセル３２の平均断面積は、基材３１の径方向の内側のセル群５１におけるセル３２の平均断面積よりも小さくなっている。本実施形態において、セル群領域６１の外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２の平均断面積は、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２の平均断面積よりも小さい。さらに、外側の第２セル群５１ｂにおける各セル３２の断面積は、内側の第１セル群５１ａにおける各セル３２の断面積よりも小さい。ここで、同一のセル群５１におけるセル３２の平均断面積とは、同一のセル群５１において、各セル３２の断面積の平均をいう。

【0047】

同図に示すように、第３セル群５１ｃにおけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。第３セル群５１ｃにおけるセル３２同士の平均間隔は、第３セル群５１ｃの内側にある第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔よりも狭い。第３セル群５１ｃにおけるセル３２同士の各間隔は、第３セル群５１ｃの内側にある第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の各間隔よりも狭い。

【0048】

また、第３セル群５１ｃにおける各セル３２の断面積は、略同一である。第３セル群５１ｃにおけるセル３２の平均断面積は、第３セル群５１ｃの内側にある第２セル群５１ｂにおけるセル３２の平均断面積よりも小さい。第３セル群５１ｃにおける各セル３２の断面積は、第３セル群５１ｃの内側にある第２セル群５１ｂにおける各セル３２の断面積よりも小さい。

【0049】

なお、本実施形態において、最外に位置するセル群５１である第３セル群５１ｃは、前述のとおり、セル群領域６１に含まれない。最外に位置するセル群５１は、分離膜構造体１１における基材３１の外周面３１３に最も近く、被処理流体の分離処理量に大きく関与する。そのため、最外に位置するセル群５１をセル群領域６１に含み、前述したセル群領域６１内の規則にしたがって、最外に位置するセル群５１のセル３２の径を小さくしたり、配置セル数を減らしたりすると、分離処理能力が大幅に低下する要因となり得る。よって、最外に位置するセル群５１（本実施形態では第３セル群５１ｃ）は、セル群領域６１に含まない。

【0050】

次に、分離膜構造体１１の製造方法について説明する。
＜分離膜支持体作製工程＞
この工程では、分離膜支持体２１を作製した。具体的には、アルミナ１００重量部、メチルセル３２ロース１０重量部、水２５重量部、潤滑剤５重量部をミキサーで混合・混練し、押出成形用坏土を得た。そして、押出成形機を用いて、外径３０ｍｍ、所定のセル３２配置を有する分離膜支持体２１の前駆体を成形した。その後、８０℃の温風乾燥機中で１２時間乾燥を行い、焼成前の成形体を得た。

【0051】

次いで、焼成前の成形体を大気雰囲気下で焼成し、分離膜支持体２１を得た。そして、焼成後の分離膜支持体２１の両端部を切除・研磨し、全長１０００ｍｍとなるように分離膜支持体２１の寸法を整えた。これにより、基材３１と複数のセル３２とを備えた分離膜支持体２１を得た。

【0052】

＜中間膜成膜工程＞
この工程では、分離膜支持体２１のセル３２の内壁面３２１に、分離能を有する分離膜２２の下地となる中間膜を成膜した。具体的には、アルミナ粉末１００重量部、分散剤１．５重量部、水２００重量部を混合用ポットに投入し、回転架台上で２４時間粉砕混合を行った。そして、有機バインダー３０重量部を投入し、さらに６時間混合し、アルミナスラリーを得た。

【0053】

次いで、アルミナスラリー中に分離膜支持体２１を浸漬し、各セル３２内にアルミナスラリーを接触させて成膜を行った。このとき、分離膜支持体２１の側面にマスキングを施した。その後、アルミナスラリー中から分離膜支持体２１を引き上げ、８０℃の温風乾燥機中で１２時間乾燥した。乾燥後の分離膜支持体２１を大気雰囲気下で焼成し、中間膜の焼き付けを行った。これにより、分離膜支持体２１のセル３２の内壁面３２１に、中間膜を成膜した。

【0054】

＜分離膜成膜工程＞
この工程では、中間膜上に、分離能を有する分離膜２２を成膜した。具体的には、アルミナ粉末１００重量部、分散剤２．５重量部、水２００重量部を混合用ポットに投入し、回転架台上で２４時間粉砕混合を行った。そして、有機バインダー３０重量部を投入し、さらに６時間混合し、アルミナスラリーを得た。

【0055】

次いで、アルミナスラリー中に中間膜を形成した分離膜支持体２１を浸漬し、各セル３２内にアルミナスラリーを接触させて成膜を行った。このとき、分離膜支持体２１の側面にマスキングを施した。その後、アルミナスラリー中から分離膜支持体２１を引き上げ、８０℃の温風乾燥機中で１２時間乾燥した。乾燥後の分離膜支持体２１を大気雰囲気下で焼成し、分離膜２２の焼き付けを行った。これにより、中間膜上に、分離膜２２を成膜した。

【0056】

＜端面シール工程＞
この工程では、分離膜支持体２１の基材３１の両端面（第１端面３１１、第２端面３１２）及びその近傍に、第１シール層２３及び第２シール層２４を形成した。具体的には、分離膜２２を形成した分離膜支持体２１の両端部１５ｍｍを除いた外周部をマスキングし、分離膜支持体２１の両端部１５ｍｍの範囲をガラス釉薬スラリー中に浸漬し、分離膜支持体２１（基材３１）の両端面及びその近傍をコーティングした。そして、８０℃温風乾燥機内で１時間乾燥した。その後、大気雰囲気下で釉薬部の焼き付けを行った。これにより、分離膜支持体２１の基材３１の両端面及びその近傍に、第１シール層２３及び第２シール層２４を形成した。

【0057】

以上により、前述の図１〜図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような、分離膜支持体２１（基材３１、セル３２）と、中間膜と、分離膜２２と、第１シール層２３と、第２シール層２４とを備えた分離膜構造体１１を得た。

【0058】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の分離膜構造体１１（分離膜支持体２１）において、基材３１の軸方向に直交する断面３１４には、複数のセル群５１（第１セル群５１ａ〜第３セル群５１ｃ）が設けられ、かつ、複数のセル群５１のうち、基材３１の径方向に隣接して配置された２つ以上のセル群５１（第１セル群５１ａ、第２セル群５１ｂ）からなるセル群領域６１が設けられている。そして、セル群領域６１において、基材３１の径方向の外側のセル群５１（第２セル群５１ｂ）におけるセル３２同士の平均間隔は、基材３１の径方向の内側のセル群５１（第１セル群５１ａ）におけるセル３２同士の平均間隔よりも広くなっている。

【0059】

そのため、本実施形態のように、セル３２の内壁面３２１に分離膜２２が設けられ、分離膜２２を通過した分離処理後の流体（ろ過液）が多孔質である基材３１の内部を通過して基材３１の外周面３１３から外部に流出する構成の場合、基材３１の内側のセル群５１（第１セル群５１ａ）におけるセル３２の分離膜２２を通過したろ過液が、基材３１の外側のセル群５１（第２セル群５１ｂ）におけるセル３２の分離膜２２を通過したろ過液と干渉することを抑制でき、基材３１の内側のセル群５１におけるセル３２の分離膜２２による分離処理効率を高めることができる。

【0060】

そして、基材３１の内側のセル３２（第１セル群５１ａのセル３２）と基材の外側のセル３２（第２セル群５１ｂのセル３２）との分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。すなわち、基材３１の内側のセル３２（第１セル群５１ａのセル３２）と基材３１の外側のセル３２（第２セル群５１ｂのセル３２）との分離処理効率を均一化できる。

【0061】

これにより、従来のような、特定箇所のセル３２（セル群５１）において、分離膜２２表面に固形物が付着することによる膜閉塞（ファウリング）が発生することを抑制できる。そして、効率の良い、安定した分離処理（ろ過）を長期間維持して行うことができ、分離処理性能（ろ過性能）を向上させることができる。

【0062】

また、本実施形態の分離膜構造体１１（分離膜支持体２１）において、基材３１の断面３１４には、基材３１の径方向の最も内側のセル群５１（第１セル群５１ａ）を含むセル群領域６１が設けられている。そのため、基材３１における内側のセル３２（第１セル群５１ａのセル３２）と外側のセル３２（第２セル群５１のセル３２）との分離処理効率の差（ばらつき）を小さくするという効果を十分に発揮することができる。

【0063】

また、セル群領域６１において、基材３１の径方向に隣接する２つのセル群５１（第１セル群５１ａ、第２セル群５１ｂ）のうち、内側のセル群（第１セル群５１ａ）におけるセル３２同士の平均間隔をＤ１、外側のセル群５１（第２セル群５１ｂ）におけるセル３２同士の平均間隔をＤ２とした場合に、Ｄ２／Ｄ１が１．５以上である。そのため、基材３１における内側のセル３２（第１セル群５１ａのセル３２）と外側のセル３２（第２セル群５１ｂのセル３２）との分離処理効率の差（ばらつき）をより小さくできる。

【0064】

また、セル群領域６１において、基材３１の径方向の外側のセル群５１（第２セル群５１ｂ）におけるセル３２の平均断面積は、基材３１の径方向の内側のセル群５１（第１セル群５１ａ）におけるセル３２の平均断面積よりも小さくなっている。そのため、基材３１における内側のセル３２（第１セル群５１ａのセル３２）と外側のセル３２（第２セル群５１ｂのセル３２）との分離処理効率の差（ばらつき）をより小さくできる。

【0065】

また、セル群領域６１において、同一のセル群５１におけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。そのため、同一のセル群５１におけるセル３２同士の分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。

【0066】

また、セル群領域６１において、同一のセル群５１における各セル３２の断面積は、略同一である。そのため、同一のセル群５１におけるセル３２同士の分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。

【0067】

また、基材３１の径方向の最も外側のセル群５１、すなわち基材３１の外周面３１３に最も近いセル群５１（第３セル群５１ｃ）は、その内側のセル群５１（第２セル群５１ｂ）よりもセル３２同士の各間隔及びセル３２同士の平均間隔が狭く、各セル３２の断面積及びセル３２の平均断面積が小さい。そのため、本実施形態のように、分離膜２２を通過した分離処理後の流体（ろ過液）が基材３１の内部を通過して基材３１の外周面３１３から外部に流出する構成の場合、分離膜構造体１１全体としての分離処理効率を高めることができる。

【0068】

また、基材３１の径方向の最も外側のセル群５１、すなわち基材３１の外周面３１３に最も近いセル群５１（第３セル群５１ｃ）におけるセル３２同士の各間隔は、略均等であり、各セル３２の断面積は、略同一である。そのため、分離膜構造体１１全体としての分離処理効率をさらに高めることができる。

【0069】

また、本実施形態の分離膜構造体モジュール１は、前述した分離膜支持体２１を有する分離膜構造体１１を備えている。そのため、基材３１における内側のセル３２（第１セル群５１ａのセル３２）と外側のセル３２（第２セル群５１ｂのセル３２）との分離処理効率の差（ばらつき）を小さくできる。これにより、効率の良い、安定した分離処理を長期間維持して行うことができ、分離処理性能を向上させることができる。

【0070】

このように、本実施形態によれば、基材３１における内側のセル３２と外側のセル３２との分離膜２２による分離処理効率の差を小さくでき、分離処理性能を向上さセル３２ことができる分離膜２２支持体２１、分離膜２２構造体１１及び分離膜２２構造体１１モジュール１を提供することができる。

【0071】

（実施形態２）
本実施形態は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、分離膜構造体１１（分離膜支持体２１）の基材３１におけるセル３２の配置を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

【0072】

同図に示すように、基材３１の断面３１４において、基材３１の中心４０からの距離は、第１仮想線４１ａが４．８ｍｍ、第２仮想線４１ｂが９．０ｍｍ、第３仮想線４１ｃが１２．７ｍｍである。第１仮想線４１ａ上には、５個のセル３２（直径３．６ｍｍ）が配置されている。第２仮想線４１ｂ上には、１０個のセル３２（直径３．２ｍｍ）が配置されている。第３仮想線４１ｃ上には、２０個のセル３２（直径２．４ｍｍ）が配置されている。基材３１の中心４０には、１個のセル３２（直径４．５ｍｍ）が配置されている。

【0073】

また、セル群領域６１において、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ１が２．４１ｍｍであり、外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ２が２．４９ｍｍである。Ｄ２／Ｄ１は、１．０３である。したがって、実施形態１とは異なり、Ｄ２／Ｄ１が１．５未満である。

【0074】

（実施形態３）
本実施形態は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、分離膜構造体１１（分離膜支持体２１）の基材３１におけるセル３２の配置を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

【0075】

同図に示すように、基材３１の断面３１４において、基材３１の中心４０からの距離は、第１仮想線４１ａが４．６ｍｍ、第２仮想線４１ｂが９．２ｍｍ、第３仮想線４１ｃが１２．９ｍｍである。第１仮想線４１ａ上には、５個のセル３２（直径４．５ｍｍ）が配置されている。第２仮想線４１ｂ上には、１０個のセル３２（直径３．６ｍｍ）が配置されている。第３仮想線４１ｃ上には、２０個のセル３２（直径２．６ｍｍ）が配置されている。また、実施形態１とは異なり、基材３１の中心４０には、セル３２が配置されていない。また、セル群領域６１は、図５（Ｂ）の点線Ｂより内側の領域である。

【0076】

また、セル群領域６１において、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ１が１．１３ｍｍであり、外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ２が２．１８ｍｍである。Ｄ２／Ｄ１は、１．９３であり、１．５以上である。

【0077】

（実施形態４）
本実施形態は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、分離膜構造体１１（分離膜支持体２１）の基材３１の形状及びセル３２の配置を変更した例である。なお、実施形態１と同様の構成及び作用効果については説明を省略する。

【0078】

同図に示すように、基材３１は、六角柱状に形成されている。基材３１の断面３１４において、各仮想線４１の形状は、基材３１の外形と相似形であり、六角形状である。第１仮想線上には、６個のセル３２（直径３．６ｍｍ）が配置されている。第２仮想線上には、１２個のセル３２（直径３．２ｍｍ）が配置されている。第３仮想線上には、２４個のセル３２（直径２．４ｍｍ）が配置されている。基材３１の重心４００には、１個のセル３２（直径４．５ｍｍ）が配置されている。

【0079】

また、セル群領域６１において、外側の第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ２は、内側の第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の平均間隔Ｄ１よりも広い。Ｄ２／Ｄ１は、１．５以上である。

【0080】

（実験例）
本実験例では、複数の分離膜構造体を準備した。そして、各分離膜構造体に対して、モデル液ろ過テストを行い、各分離膜構造体の分離処理性能（ろ過性能）を比較した。

【0081】

分離膜構造体としては、本発明の実施例である実施形態１の分離膜構造体１１（図１〜図３（Ａ）、（Ｂ））、実施形態２の分離膜構造体１１（図４（Ａ）、（Ｂ））、実施形態３の分離膜構造体１１（図５（Ａ）、（Ｂ））を準備した。また、比較例の分離膜構造体９１１（後述する図７）も準備した。以下、図７を用いて、比較例の分離膜構造体９１１について説明する。なお、実施形態１〜３の分離膜構造体１１（図１〜図５（Ａ）、（Ｂ））と同様の構成については説明を省略する。

【0082】

図７に示すように、基材３１の断面３１４において、基材３１の中心４０からの距離は、第１仮想線４１ａが４．１ｍｍ、第２仮想線４１ｂが８．２ｍｍ、第３仮想線４１ｃが１２．３ｍｍである。３つの仮想線４１は、基材３１の径方向において等間隔である。

【0083】

基材３１の断面３１４において、第１仮想線４１ａ上には、６個のセル３２が配置されている。第２仮想線４１ｂ上には、１２個のセル３２が配置されている。第３仮想線４１ｃ上には、１８個のセル３２が配置されている。基材３１の中心４０には、１個のセル３２が配置されている。セル３２は、すべて同じ大きさであり、直径が３．０ｍｍである。

【0084】

第１セル群５１ａにおけるセル３２同士の平均間隔ｄ１が１．３９ｍｍであり、第２セル群５１ｂにおけるセル３２同士の平均間隔ｄ２が１．３０ｍｍである。ｄ２／ｄ１は、０．９４である。同一のセル群５１におけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。すなわち、第１セル群５１ａ、第２セル群５１ｂ、第３セル群５１ｃにおけるセル３２同士の各間隔は、略均等である。

【0085】

なお、基材のセルの内表面に形成した分離膜の表面積（膜面積）は、本発明の実施例である実施形態１の分離膜構造体が０．３４５ｍ^２、実施形態２の分離膜構造体が０．３５２ｍ^２、実施形態３の分離膜構造体が０．３４９ｍ^２、比較例の分離膜構造体が０．３４９ｍ^２である。

【0086】

次いで、準備した各分離膜構造体に対して、モデル液を用いたろ過テストを実施した。具体的には、分離膜構造体に対して、供給タンクからモデル液を供給し、クロスフローろ過方式でろ過を行った。なお、分離膜構造体（分離膜）を通過した濃縮液及びろ過液は、再び供給タンクに戻る配管系とし、供給タンクから供給されるモデル液（被処理流体）の濃度は、常に一定となるようにした。モデル液としては、脱脂粉乳粉末を水で溶解した液を用いた。ろ過条件は、膜間差圧を０．２ＭＰａ、モデル液を循環させる線速を２．３ｍ／秒、モデル液の液温２５℃とした。

【0087】

そして、分離膜構造体の透水量を測定し、所定時間後の透水量の低下率を求めた。透水量とは、単位時間において、単位面積当たりの分離膜を通過したモデル液の量である。透水量の低下率とは、ろ過開始時点の透水量に対して、所定時間（３０分間）ろ過運転後の透水量がどれくらい低下したか、その低下した割合を示す。

【0088】

本発明の実施例である実施形態１の分離膜構造体は、ろ過開始時点の透水量が３４Ｌ／ｍ^２・ｈｒであり、所定時間ろ過運転後の透水量の低下率が４％であった。また、実施形態２の分離膜構造体は、ろ過開始時点の透水量が３２Ｌ／ｍ^２・ｈｒであり、所定時間ろ過運転後の透水量の低下率が４％であった。また、実施形態３の分離膜構造体は、ろ過開始時点の透水量が３０Ｌ／ｍ^２・ｈｒであり、所定時間ろ過運転後の透水量の低下率が３％であった。一方、比較例の分離膜構造体は、ろ過開始時点の透水量が３０Ｌ／ｍ^２・ｈｒであり、所定時間ろ過運転後の透水量の低下率が６％であった。

【0089】

以上の結果から、本発明の実施例である分離膜構造体（分離膜支持体）は、基材における内側のセルと外側のセルとの分離膜による分離処理効率（ろ過効率）の差を小さくでき、分離処理性能の低下を抑制でき、安定した分離処理ができることがわかった。

【0090】

（その他の実施形態）
本発明は、前述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

【0091】

（１）前述の実施形態では、基材３１の断面３１４におけるセル群５１の数は３つであるが、これに限定されるものではなく、４つ以上であってもよい。また、前述の実施形態では、セル群領域６１に含まれるセル群５１の数は２つであるが、これに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。

【0092】

（２）前述の実施形態では、セル群領域６１は、基材３１の径方向の最も内側のセル群（第１セル群５１ａ）を含んでいるが、これに限定されるものではなく、基材３１の径方向の最も内側のセル群５１を含んでいない構成としてもよい。

【0093】

（３）前述の実施形態では、基材３１の断面３１４において、基材３１の径方向の最も外側のセル群５１（第３セル群５１ｃ）は、セル群領域６１に含まれていないが、これに限定されるものではない。例えば、セル群領域６１に、基材３１の断面３１４におけるすべてのセル群５１が含まれている構成としてもよい。

【0094】

（４）前述の実施形態（実施形態１、３、４）では、セル群領域６１において、基材３１の径方向に隣接する２つのセル群５１のうち、内側のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔をＤ１、外側のセル群５１におけるセル３２同士の平均間隔をＤ２とした場合に、Ｄ２／Ｄ１が１．５以上であるが、これに限定されるものではなく、例えば、実施形態２のように、Ｄ２／Ｄ１が１．５未満であってもよい。

【0095】

（５）前述の実施形態では、セル群領域６１において、基材３１の径方向の外側のセル群５１におけるセル３２の平均断面積は、基材３１の径方向の内側のセル群５１におけるセル３２の平均断面積よりも小さくなっているが、このような構成に限定されるものではない。

【0096】

（６）前述の実施形態では、セル群領域６１において、同一のセル群５１におけるセル３２同士の各間隔が略均等であるが、これに限定されるものではなく、同一のセル群５１におけるセル３２同士の各間隔が異なっていてもよい。

【0097】

（７）前述の実施形態では、セル群領域６１において、同一のセル群５１における各セル３２の断面積が略同一であるが、これに限定されるものではなく、同一のセル群５１における各セル３２の断面積が異なっていてもよい。

【0098】

（８）前述の実施形態では、基材３１の断面３１４において、セル群領域６１の外側に１つのセル群５１（第３セル群５１ｃ）が配置されているが、セル群領域６１の外側に２つ以上のセル群５１が配置されていてもよい。

【0099】

（９）前述の実施形態１〜３では、基材３１の断面形状が円形状であり、前述の実施形態４では、基材３１の断面形状が六角形状であるが、基材３１の断面形状はこれに限定されるものではなく、例えば、楕円形状、その他の多角形状（三角形状、四角形状、五角形状等）等であってもよい。

【0100】

（１０）前述の実施形態では、セル３２の断面形状が円形状であるが、セル３２の断面形状はこれに限定されるものではなく、例えば、楕円形状、多角形状（三角形状、四角形状、五角形状、六角形状等）等であってもよい。

【0101】

（１１）前述の実施形態では、基材３１としてアルミナ製の多孔質体を用いたが、基材３１を構成する材料はこれに限定されるものではない。基材３１としては、例えば、ムライト、チタニア、ジルコニア等のセラミックを用いてもよいし、ステンレス、チタン等の金属材料を用いてもよい。

【0102】

（１２）前述の実施形態では、分離膜２２としてアルミナ製の多孔質膜を用いたが、分離膜２２を構成する材料はこれに限定されるものではない。分離膜２２としては、例えば、ムライト、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、パラジウム、カーボン、アモルファスシリカ、ＭＯＦ（金属有機構造体）等からなる固液分離膜（精密ろ過膜（ＭＦ）、ナノろ過膜（ＮＦ）、限外ろ過膜（ＵＦ）、逆浸透ろ過膜（ＲＯ））、分子レベルでの分離が可能な分離膜等を用いてもよい。

【0103】

（１３）前述の実施形態では、基材３１のセル３２の内壁面３２１と分離膜２２との間に、分離膜２２の下地となる中間膜を設けたが、このような中間膜を設けない構成としてもよい。

【符号の説明】

【0104】

１…分離膜構造体モジュール
１１…分離膜構造体
２１…分離膜支持体
３１…基材
３１４…断面
３２…セル
４０…中心（重心）
４００…重心
４１…仮想線
５１…セル群
６１…セル群領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】