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(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】6726044
(24)【登録日】2020年6月30日
(45)【発行日】2020年7月22日
(54)【発明の名称】中空糸膜モジュール
(51)【国際特許分類】
B01D 63/02 20060101AFI20200713BHJP
B01D 63/00 20060101ALI20200713BHJP
【ＦＩ】
B01D63/02
B01D63/00 500
【請求項の数】9
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2016-136591(P2016-136591)
(22)【出願日】2016年7月11日
(65)【公開番号】特開2017-39122(P2017-39122A)
(43)【公開日】2017年2月23日
【審査請求日】2019年5月17日
(31)【優先権主張番号】特願2015-160484(P2015-160484)
(32)【優先日】2015年8月17日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100090468
【弁理士】
【氏名又は名称】佐久間 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100128451
【弁理士】
【氏名又は名称】安田 隆一
(72)【発明者】
【氏名】谷口 超
【審査官】
富永 正史
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００５−１６１３０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−０８７６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−０８１５３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
欧州特許出願公開第０１６１６６１７（ＥＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ０１Ｄ ６１／００−７１／８２
Ｃ０２Ｆ １／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束を収容する筒状のハウジングケースと、
前記中空糸膜の各々の少なくとも一端部において該中空糸膜同士を接着固定し、前記ハウジングケースの内周面に達する状態に充填されたポッティング材と、
前記ハウジングケースの両端部にそれぞれ結合されたキャップと、
前記ポッティング材および前記キャップにより密接に挟持されるＯリングとを有する中空糸膜モジュールにおいて、
前記ポッティング材の前記キャップ側の端面と、前記Ｏリングの内周面、および前記キャップの内周面により画定する内空に面する、前記Ｏリングおよび前記キャップの第１の接触点と、前記内空に面する、前記Ｏリングおよび前記ポッティング材の第２の接触点との間の前記Ｏリングの全領域が前記Ｏリングの輪形状の中心を通る中心軸から見て露出しており、前記Ｏリングを挟持している前記ポッティング材および前記キャップの両方に、前記Ｏリングの外形に倣った円弧の一部をなす形状が含まれることを特徴とする中空糸膜モジュール。
前記中空糸膜束を収容する筒状のハウジングケースと、
前記中空糸膜の各々の少なくとも一端部において該中空糸膜同士を接着固定し、前記ハウジングケースの内周面に達する状態に充填されたポッティング材と、
前記ハウジングケースの両端部にそれぞれ結合されたキャップと、
前記ポッティング材および前記キャップにより密接に挟持されるＯリングとを有する中空糸膜モジュールにおいて、
前記ポッティング材の前記キャップ側の端面と、前記Ｏリングの内周面、および前記キャップの内周面により画定する内空に面する、前記Ｏリングおよび前記キャップの第１の接触点と、前記内空に面する、前記Ｏリングおよび前記ポッティング材の第２の接触点との間の前記Ｏリングの全領域が前記Ｏリングの輪形状の中心を通る中心軸から見て露出しており、前記Ｏリングを挟持している前記ポッティング材および前記キャップの両方に、前記Ｏリングの外形に倣った円弧の一部をなす形状が含まれることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項2】
前記第１の接触点が、前記Ｏリングの内周側の表面のうち前記中心軸方向について最も前記キャップ側に位置する点よりも前記ポッティング材側に位置している請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項3】
前記第２の接触点が、前記Ｏリングの内周側の表面のうち前記中心軸方向について最も前記ポッティング材側に位置する点よりも前記キャップ側に位置している請求項１または２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項4】
前記ハウジングケースの中心軸を通る断面において、前記第１の接触点および前記第２の接触点を結んだ直線と、前記キャップの内周面および前記ポッティング材の端面の少なくとも一方とがなす角度が鈍角である請求項１から３いずれか１項記載の中空糸膜モジュール。
【請求項5】
前記第１の接触点および前記第２の接触点の間隔が、Ｏリングの太さに対して１５％以上且つ５０％以下である請求項１から４いずれか１項記載の中空糸膜モジュール。
【請求項6】
前記ハウジングケースの中心軸を通る断面において、前記キャップの内周面上の直線と前記第１の接触点を通る前記Ｏリングの接線とがなす角が０度を超える請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項7】
前記ハウジングケースの中心軸を通る断面において、前記ポッティング材のキャップ側の端面上の直線と前記第２の接触点を通る前記Ｏリングの接線とがなす角が０度を超える請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項8】
前記キャップの内面が、ハウジングケースに近づくに連れて次第に径が拡大するテーパ面を有し、
前記テーパ面とポッティング材の前記端面とが、間に前記Ｏリングの周面のみを介して連なっている請求項１から７いずれか１項記載の中空糸膜モジュール。
前記テーパ面とポッティング材の前記端面とが、間に前記Ｏリングの周面のみを介して連なっている請求項１から７いずれか１項記載の中空糸膜モジュール。
【請求項9】
複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束を収容する筒状のハウジングケースと、
前記中空糸膜の各々の少なくとも一端部において該中空糸膜同士を接着固定し、前記ハウジングケースの内周面に達する状態に充填されたポッティング材と、
前記ハウジングケースの両端部にそれぞれ結合されたキャップと、
前記ポッティング材および前記キャップにより密接に挟持されるＯリングとを有する中空糸膜モジュールにおいて、
前記ポッティング材の前記キャップ側の端面と、前記Ｏリングの内周面、および前記キャップの内周面により画定する内空に面する、前記Ｏリングおよび前記キャップの第１の接触点と、前記内空に面する、前記Ｏリングおよび前記ポッティング材の第２の接触点との間の前記Ｏリングの全領域が前記Ｏリングの輪形状の中心を通る中心軸から見て露出しており、
前記ハウジングケースの中心軸を通る断面において、前記第１の接触点および前記第２の接触点を結んだ直線と前記キャップの内周面とがなす角および前記第１の接触点および前記第２の接触点を結んだ直線と前記ポッティング材の端面とがなす角度の両方が鈍角であることを特徴とする中空糸膜モジュール。
前記中空糸膜束を収容する筒状のハウジングケースと、
前記中空糸膜の各々の少なくとも一端部において該中空糸膜同士を接着固定し、前記ハウジングケースの内周面に達する状態に充填されたポッティング材と、
前記ハウジングケースの両端部にそれぞれ結合されたキャップと、
前記ポッティング材および前記キャップにより密接に挟持されるＯリングとを有する中空糸膜モジュールにおいて、
前記ポッティング材の前記キャップ側の端面と、前記Ｏリングの内周面、および前記キャップの内周面により画定する内空に面する、前記Ｏリングおよび前記キャップの第１の接触点と、前記内空に面する、前記Ｏリングおよび前記ポッティング材の第２の接触点との間の前記Ｏリングの全領域が前記Ｏリングの輪形状の中心を通る中心軸から見て露出しており、
前記ハウジングケースの中心軸を通る断面において、前記第１の接触点および前記第２の接触点を結んだ直線と前記キャップの内周面とがなす角および前記第１の接触点および前記第２の接触点を結んだ直線と前記ポッティング材の端面とがなす角度の両方が鈍角であることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束を備えた中空糸膜モジュールに関するものであり、特に、中空糸膜束を収容するハウジングケースの構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体製造や食品工業等の分野において、気液吸収、脱気、ろ過用等の用途で、複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束をハウジングケース（ケーシング）内に収容した中空糸膜モジュールが広く用いられている。
【0003】
上記ハウジングケースは、多くの場合、合成樹脂や金属等から円筒等の筒状に形成され、その両端の近傍には、被処理液や、あるいは中空糸膜束による処理後の流体を通すノズルがそれぞれ設けられる。また筒状のハウジングケースの両端には、被処理液や、あるいは中空糸膜束による処理後の流体を通す管路を備えたキャップが装着される。
【0004】
上に述べたようにハウジングケースの両端にキャップが装着される場合、ハウジングケースおよびキャップから画成されるハウジングケースの内部空間は、ハウジングケース外部に対して液密にシールされる必要がある。
【0005】
そのシールのためには、多くの場合、Ｏリングが利用されている。このＯリングを配設する具体的な構造として、従来、キャップ側に形成された平面と、この平面と平行に向い合う状態でハウジングケース側に形成された平面との間にＯリングを配置する構造が知られている。この構造においては、ハウジングケースにキャップが装着されると、それら両者が上記各平面からＯリングに圧接して、該Ｏリングによりシールがなされる状態となる。特許文献１には、そのようなシール構造の一例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１３／１３６９０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献１に示されるようなシール構造においては、Ｏリングの内側において、ハウジングケース側あるいはキャップ側の平面とＯリング表面との間に、流体が滞留する領域が生じやすい。この流体が滞留する領域が生じていると、被処理水に含まれる微小な固形物成分がその領域に入り込んで、そこに留まってしまうので、中空糸膜モジュール１のサニタリー性が損なわれることになる。
【0008】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ハウジングケースの内部空間を外部に対してシールするＯリングの周辺に、流体が滞留する領域を狭小化させ得る中空糸膜モジュール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】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜が束ねられてなる中空糸膜束と、中空糸膜束を収容する筒状のハウジングケースと、中空糸膜の各々の少なくとも一端部において中空糸膜同士を接着固定し、ハウジングケースの内周面に達する状態に充填されたポッティング材と、ハウジングケースの両端部にそれぞれ結合されたキャップと、ポッティング材およびキャップにより密接に挟持されるＯリングとを有する中空糸膜モジュールにおいて、ポッティング材のキャップ側の端面と、Ｏリングの内周面、およびキャップの内周面により画定する内空に面する、Ｏリングおよびキャップの第１の接触点と、内空に面する、Ｏリングおよびポッティング材の第２の接触点との間のＯリングの全領域がＯリングの輪形状の中心を通る中心軸から見て露出していることを特徴とする。
【0010】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、第１の接触点は、Ｏリングの内周側の表面のうち中心軸方向について最もキャップ側に位置する点よりもポッティング材側に位置することが好ましい。
【0011】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、第２の接触点は、Ｏリングの内周側の表面のうち中心軸方向について最もポッティング材側に位置する点よりもキャップ側に位置することが好ましい。
【0012】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、ハウジングケースの中心軸を通る断面において、第１の接触点および第２の接触点を結んだ直線と、キャップの内周面およびポッティング材の端面の少なくとも一方とがなす角度は鈍角であることが好ましい。
【0013】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、第１の接触点および第２の接触点の間隔は、Ｏリングの太さに対して１５％以上且つ５０％以下であることが好ましい。
【0014】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、ハウジングケースの中心軸を通る断面において、キャップの内周面上の直線と第１の接触点を通るＯリングの接線とがなす角は０度を超えることが好ましい。
【0015】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、ハウジングケースの中心軸を通る断面において、ポッティング材のキャップ側の端面上の直線と第２の接触点を通るＯリングの接線とがなす角は０度を超えることが好ましい。
【0016】
また、上記本発明の中空膜モジュールにおいて、キャップの内面は、ハウジングケースに近づくに連れて次第に径が拡大するテーパ面を有し、テーパ面とポッティング材の端面とは、間にＯリングの周面のみを介して連なっていることが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明による中空糸膜モジュールは、中空糸膜束を収容する筒状のハウジングケースと、中空糸膜同士を接着固定し、ハウジングケースの内周面に達する状態に充填されたポッティング材と、ハウジングケースの両端部にそれぞれ結合されたキャップと、ポッティング材およびキャップにより密接に挟持されるＯリングとを有する中空糸膜モジュールにおいて、ポッティング材のキャップ側の端面と、Ｏリングの内周面、およびキャップの内周面により画定する内空に面する、Ｏリングおよびキャップの第１の接触点と、上記内空に面する、Ｏリングおよびポッティング材の第２の接触点との間のＯリングの全領域がＯリングの輪形状の中心を通る中心軸から見て露出するように構成したので、Ｏリングの周辺において形成される流体が滞留する領域を狭小化できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールを示す側断面図
【図2】上記中空糸膜モジュールを示す一部破断斜視図
【図3】上記中空糸膜モジュールにおける第１成形部材と第２成形部材との接合部分を示す一部破断斜視図
【図4】上記中空糸膜モジュールにおけるキャップとハウジングケースとの固定装着部分を示す側断面図
【図6】ポッティング材およびキャップとの間に挟持されたＯリングの状態を示す図
【図7】Ｏリングの内径の中心を説明するための図
【図8】第１の接触点および第２の接触点の近傍を拡大した図
【図9】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図10】ポッティング材側に形成される環状溝のその他の例を示す図
【図11】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図12】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図13】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図14】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図15】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図16】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールの変形例を示す図
【図17】上記中空糸膜モジュールにおけるノズルの部分を示す一部破断斜視図
【図18】上記中空糸膜モジュールにおけるノズルと配管との接続構造を示す一部破断斜視図
【図19】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールを用いたろ過装置の概略構成を示す図
【図20】中空糸膜モジュール内のろ過水流速分布をシミュレーションする上で用いた、本発明に対応するモデルを示す概略図
【図23】中空糸膜モジュール内のろ過水流速分布をシミュレーションする上で用いた、従来技術に対応するモデルを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る中空糸膜モジュールは、上下水道、食品工業、一般工業、医療、理化学といった様々な分野で利用され得るものである。
【0020】
図１および図２はそれぞれ、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１を示す側断面図および一部破断斜視図である。これらの図に示される通り本実施形態に係る中空糸膜モジュール１は、複数の中空糸膜２が束ねられてなる中空糸膜束３と、この中空糸膜束３を収容する筒状、一例として円筒状のハウジングケース５とを備えるものである。なお図２は、中空糸膜モジュール１を、ハウジングケース５の筒軸（中心軸）を含む面で切断した状態を示しており、ここでは、半分に切断された状態の中空糸膜束３を２点鎖線で示している。
【0021】
ハウジングケース５の両端開口には、配管が接続される管路１０ａ，１１ａが形成された配管接続用のキャップ１０，１１が配設されている。これらのキャップ１０，１１は、それぞれナット１３によってハウジングケース５に固定装着されている。ナット１３は、ハウジングケース５の両端部の外周面に形成された雄ネジ５ｎに螺合している。このナット１３が締められると、キャップ１０，１１とハウジングケース５との間に配されたＯリング１２により、該Ｏリング１２の内側と外側とが液密にシールされる。すなわち、ハウジングケース５とキャップ１０，１１とで画成される内部空間と、ハウジングケース５およびキャップ１０，１１の外側の空間との間が液密にシールされる。なお、Ｏリング１２が配置されている部分の構造については、後に詳しく説明する。
【0022】
また、ハウジングケース５の一端、他端に近い部分には、ノズル５ｃ，５ｄがそれぞれ形成されている。これら１対のノズル５ｃ，５ｄは、ハウジングケース５の長手方向に直交する方向に突き出すように設けられており、それぞれハウジングケース５の内部に連通して流体を通過させる。
【0023】
図１に示されるように、中空糸膜束３の両端面においては、各々開口を有する複数の中空糸膜２が配列され、中空糸膜２の相互の間がポッティング材で充填されて接着部２０が形成されている。
【0024】
上記構成において、キャップ１０，１１の管路１０ａ，１１ａから流入した流体は、接着部２０が形成されていることにより、中空糸膜２同士の間に漏れることなく、各中空糸膜２の中空部だけを通過する。そして、２つの接着部２０の間の各中空糸膜２の外表面から滲み出した流体が、ノズル５ｃ，５ｄから流出する。または、ノズル５ｃ，５ｄから流入した流体が、２つの接着部２０の間の各中空糸膜２の外表面から染み込み、各中空糸膜２の中空部を通過した流体が、キャップ１０，１１の管路１０ａ，１１ａから流出する。
【0025】
中空糸膜２としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜等を用いることができる。中空糸膜の素材は特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン）、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられ、また、これらの複合素材も使用できる。
【0026】
中空糸膜２の内径は５０μｍ〜３０００μｍであり、好ましくは５００μｍ〜２０００μｍである。内径が小さい場合、圧損が大きくなり、ろ過に悪影響を及ぼすため、中空糸膜２の内径は５０μｍ以上とすることが好ましい。また、内径を大きくした場合、紡糸時に膜の形状を保持することが困難になるため、３０００μｍ以下とすることが好ましい。また、中空糸膜２の内表面の平均孔径は１〜５０μｍが好ましく、阻止孔径は０．１〜１μｍが好ましい。
【0027】
他方、中空糸膜束３の中空糸膜２の本数は、例えばハウジングケース５の内径が１５０ｍｍの場合で２５００本程度、ハウジングケース５の内径が２５０ｍｍの場合で５０００本程度とされる。
【0028】
なお、各中空糸膜２の両端部には、各中空糸膜２の外表面側に樹脂を含浸させて形成された樹脂含浸部が設けられている。そのような樹脂含浸部を設けることで、ポッティング材が中空糸膜２の細孔を通じて中空部へ侵入し、中空糸膜２の中空部が閉塞することを防止できる。さらに、中空糸膜モジュール１のろ過もしくは逆洗による洗浄を行う際、接着部２０の先端が中空糸膜２の付け根近傍の外表面に接触することで中空糸膜２の付け根近傍が損傷することを防止できる。
【0029】
次に図３も参照して、ハウジングケース５の詳細な構造について説明する。本実施形態におけるハウジングケース５は、例えば共に合成樹脂から形成された第１成形部材５ａと第２成形部材５ｂとから構成されている。第１成形部材５ａは一方のノズル５ｃと一体的に成形されて、ハウジングケース５の一端側（図１および図２中で上端側）を構成し、第２成形部材５ｂは他方のノズル５ｄと一体的に成形されて、ハウジングケース５の他端側（図１および図２中で下端側）を構成している。
【0030】
図３は、第１成形部材５ａと第２成形部材５ｂとの接合部分の断面形状を示している。この図３に示される通り第１成形部材５ａは、その他の円筒状部分と比べて厚さが１／２よりやや薄い接合部分５ｅを有し、また第２成形部材５ｂは、同じく、その他の円筒状部分と比べて厚さが１／２よりやや薄い接合部分５ｆを有している。接合部分５ｅと接合部分５ｆとは、それぞれ円筒状のハウジングケース５の筒外周側、筒内周側に位置するようにして組み合わされ、そしてその状態で互いに接合されている。
【0031】
両接合部分５ｅ，５ｆは、ハウジングケース５の筒軸方向（図１中の上下方向）内の中間位置で互いに接合されている。この「中間位置」とは、ハウジングケース５の両端の間の部分を意味するものであって特に限定されるものではない。ただし通常は、両接合部分５ｅ，５ｆの筒軸方向中央位置が、ハウジングケース５の筒軸方向中央位置と一致する状態で両接合部分５ｅ，５ｆが接合される。なお接合部分５ｅ，５ｆの筒軸方向長さは、例えばハウジングケース５の長さが８００ｍｍ、内径が２３０ｍｍ程度の場合で、一般には２５〜３０ｍｍ程度とされる。
【0032】
両接合部分５ｅ，５ｆは、例えば溶剤形の接着剤、すなわち接合部分５ｅ，５ｆを構成する合成樹脂と同等の合成樹脂を溶剤に溶解させたタイプの接着剤を用いて接合されている。より詳しく説明すれば、接合部分５ｅの接合部分５ｆ側を向く内周面５ｇと、接合部分５ｆの接合部分５ｅ側を向く外周面５ｈとが接合される。図３では接着領域を、ドットを付した領域５ｍとして示している。この接着領域５ｍは、接着剤および、接合部分５ｅ，５ｆの接着剤によって溶融した一部からなる領域である。上述のように、接合部分５ｅと接合部分５ｆとを、それぞれハウジングケース５の筒外周側、筒内周側に位置するようにして組み合わせ、接合する構造は、十分に高い接合強度を有するものとなる。
【0033】
なお、両接合部分５ｅ，５ｆの接合は、溶剤形の接着剤に限らず、その他のタイプの接着剤を用いてなされてもよいし、さらには、接着剤を用いない超音波溶着等の手法によってなされてもよい。
【0034】
ここで、一方の接合部分５ｅの先端部は、接合相手となる接合部分５ｆの外周面５ｈに対して斜めに向かい合う面取り面５ｋを有する形状とされている。この「斜めに向かい合う」とは、接合部分５ｅおよび５ｆの断面形状で考えたとき、外周面５ｈがハウジングケース５の長さ方向に延びる向きに対して、上記先端部が傾斜していることを意味する。このような面取り面５ｋを設けることにより、面取り面を形成しない場合と比べると、合成樹脂から接合部分５ｅを成形した後に残る成形歪、および接合部分５ｅを接合部分５ｆと接合したときの接合歪がそれぞれ１か所から２か所に分散されるので、接合部分５ｅの強度を高く保つことができる。
【0035】
なお本実施形態においては、接合部分５ｆの方にも、上記面取り面５ｋと向かい合う面取り面５ｓが形成されている。また、接合部分５ｆの先端部にも上記面取り面５ｋと同じような面取り面５ｔが形成され、それに対応して接合部分５ｅにも、面取り面５ｔと対面する面取り面５ｕが形成されている。以上の面取り面５ｓ，５ｔおよび５ｕを形成したことにより、上に述べたのと同様に、接合部分５ｅ，５ｆの強度を高く保つことができるという効果が得られる。
【0036】
以上述べたようにハウジングケース５を、ノズル５ｃと一体的に形成された第１成形部材５ａおよび、ノズル５ｄと一体的に形成された第２成形部材５ｂの２つの部材から構成すれば、従来なされていたようにハウジングケース５を３つの場合から構成する場合と比べて、ハウジングケース５を製造するための設備が簡素化される、各部材を接合して形成した後のハウジングケース全体の寸法誤差を小さく抑えることができる、という効果が得られる。
【0037】
次に、図４〜図８を参照して、キャップ１０，１１がハウジングケース５に固定装着される部分の構造について詳しく説明する。なお、ここでは、一方のキャップ１０とハウジングケース５との固定装着部分の構造について説明するが、別のキャップ１１側の構造も同じであるので、その構造についての説明は省略する。
【0038】
ハウジングケース５を構成する第１成形部材５ａの端部（第２成形部材５ｂと反対側の端部）において、その内周面には、例えば合成樹脂から形成された整流筒３０が接合されている。整流筒３０の接合は、例えば接着剤を用いた接着によってなされる。この整流筒３０の、第１成形部材５ａの内方側、つまりハウジングケース５の筒軸方向中央側の先端は、ノズル５ｃの内端と向かい合う延設部３０ａとされている。
【0039】
整流筒３０の内周面には、ハウジングケース５の筒軸方向に繰り返す環状凹部と環状凸部とが設けられている。これらの環状凹部および環状凸部の断面形状は、一例として鋸歯状とされている。そして、これらの環状凹部および環状凸部の上に充填される形で、ポッティング材３１が配設されている。ポッティング材３１は前述した通り、複数の中空糸膜２の各々の端部において該中空糸膜２同士を接着固定して、図１に示した接着部２０を構成している。
【0040】
上述のようにポッティング材３１が、環状凹部および環状凸部の上に充填される形で配設されていれば、ポッティング材３１がハウジングケース５から、ハウジングケース筒軸方向に離脱してしまうことを防止できる。その効果は、上記環状凹部および環状凸部の表面を梨地加工した面としておけば、より確実なものとなる。
【0041】
なお、本実施形態では整流筒３０がハウジングケース５の（より具体的には第１成形部材５ａの）内周面に接合されているので、ポッティング材３１は整流筒３０の内周面の間において充填されている。本明細書では、このようにポッティング材３１が、ハウジングケース５の内周面に固定された何らかの部材の内周面まで充填されている場合も、また、そのような部材が設けられずにポッティング材３１が直接的にハウジングケース５の内周面まで充填されている場合も、同様に「ポッティング材がハウジングケースの内周面まで充填されている」と言うこととする。
【0042】
さらに、本実施形態では整流筒３０の内周面に上記環状凹部および環状凸部が設けられているが、整流筒３０のような部材が設けられずに、ハウジングケース５の内周面に上記環状凹部および環状凸部が設けられてもよい。本明細書では、それらのいずれの場合でも「ハウジングケースの内周面に、ハウジングケースの筒軸方向に繰り返す環状凹部と環状凸部とが設けられる」と言うこととする。
【0043】
図５に拡大図示するように、ポッティング材３１のキャップ１０側を向く端面には、この端面を一周する環状溝３１ａが形成されている。また、ポッティング材３１の上記端面側を向くキャップ１０の面には、環状溝３１ａと向かい合う環状溝１０ｃが形成されている。そして図４に示すように、上記環状溝３１ａと環状溝１０ｃとの間にＯリング１２が収容されている。環状溝３１ａおよび環状溝１０ｃの各断面形状は、Ｏリング１２の外形に倣って、円弧の一部をなす形状とされている。Ｏリング１２は、ポッティング材３１およびキャップ１０により密接に挟持され、環状溝３１ａおよび環状溝１０ｃに緊密に収容される。
【0044】
図６は、ポッティング材３１およびキャップ１０によりＯリング１２が密接に挟持された状態をより詳細に示す図である。
【0045】
本実施形態においては、図６に示すように、内空ＳＰに面する、Ｏリング１２およびキャップ１０の第１の接触点Ｐ１と、内空ＳＰに面する、Ｏリング１２およびポッティング材３１の第２の接触点Ｐ２との間のＯリング１２の全領域（矢印ＡＲで示す範囲の領域）がＯリング１２の中心軸から見て露出するように構成されている。
【0046】
なお、内空ＳＰは、ポッティング材３１のキャップ１０側の端面３１ｂと、Ｏリング１２の内周面１２ａ、およびキャップ１０の内周面１０ｂにより画定される空間である。また、Ｏリング１２の輪形状の中心を通る中心軸とは、Ｏリング１２の内径の中心を通り、内径方向に垂直な直線である。また、Ｏリング１２の中心軸から見てとは、中心軸上の任意の位置から内径方向に見てという意味である。Ｏリング１２の内径の中心とは、図７に示すように、Ｏリング１２の内径ＤＲの中心Ｃのことである。
【0047】
上述のように、第１の接触点Ｐ１と第２の接触点Ｐ２との間のＯリング１２の全領域がＯリング１２の中心軸から見て露出する構成としては、例えば、第１の接触点Ｐ１および第２の接触点Ｐ２が以下の条件を満たしている構成が挙げられる。第１の接触点Ｐ１は、Ｏリング１２の内周側の接触点であって、ハウジングケース５の長手方向（図６に示すＸ方向）について、内空ＳＰに面するキャップ１０の内周面１０ｂの最もポッティング材３１側に位置する点である。また、第２の接触点Ｐ２は、Ｏリング１２の内周側の接触点であって、ハウジングケース５の長手方向（図６に示すＸ方向）について、ポッティング材３１の端面上の最もキャップ１０側に位置する点である。
【0048】
第１の接触点Ｐ１は、Ｏリング１２の内周側の表面のうち、Ｏリング１２の中心軸方向について最もキャップ１０側に位置する点Ｐ３よりもポッティング材３１側に位置していることが望ましい。また、第２の接触点Ｐ２は、Ｏリング１２の内周側の表面のうち、Ｏリング１２の中心軸方向について最もポッティング材３１側に位置する点Ｐ４よりもキャップ１０側に位置していることが望ましい。
【0049】
また、図８は、上述した第１の接触点Ｐ１および第２の接触点Ｐ２の近傍を拡大した図である。本実施形態においては、ハウジングケース５の長手方向（図６に示すＸ方向）に平行な断面において、第１の接触点Ｐ１および第２の接触点Ｐ２を結んだ直線と、キャップ１０の内周面１０ｂとがなす角度θ１が鈍角となるように構成されている。また、上記直線とポッティング材３１の端面３１ｂとがなす角度θ２が鈍角となるように構成されている。なお、角度θ１および角度θ２のいずれか一方のみが鈍角となるように構成するようにしてもよい。
【0050】
また、第１の接触点Ｐ１および第２の接触点Ｐ２の間隔Ｌは、Ｏリング１２の太さｄ１に対して１５％以上且つ５０％以下であることが好ましい。
【0051】
上記の通りにＯリング１２を配した状態で、前述したようにナット１３が第１成形部材５ａの雄ネジ５ｎに螺合され、そしてナット１３が締められると、Ｏリング１２により、該Ｏリング１２の内側と外側とが液密にシールされる。すなわち、ハウジングケース５を構成する第１成形部材５ａとキャップ１０とで画成される内部空間と、第１成形部材５ａおよびキャップ１０の外側の空間とが液密にシールされる。
【0052】
以上の説明のように、Ｏリング１２およびキャップ１０の第１の接触点Ｐ１と、Ｏリング１２およびポッティング材３１の第２の接触点Ｐ２との間のＯリング１２の全領域（矢印ＡＲで示す範囲の領域）がＯリング１２の中心軸から見て露出するように構成すれば、キャップ１０およびポッティング材３１とＯリング１２との間に形成される流体が滞留する領域を狭小化できる、という効果が得られる。なお、上記の液体が滞留する領域が広大になると、被処理水に含まれる微小な固形物成分がその当該領域に留まってしまうので、中空糸膜モジュール１のサニタリー性が損なわれることになる。
【0053】
また、本実施形態では、ハウジングケース５の中心軸を通る断面において、第１の接触点Ｐ１および第２の接触点Ｐ２を結んだ直線と、キャップ１０の内周面およびポッティング材３１の端面の少なくとも一方とがなす角度が鈍角であるように構成すれば、流体が滞留する領域をさらに狭小化できる。
【0054】
また、本実施形態では、第１の接触点Ｐ１および第２の接触点Ｐ２の、Ｏリング１２の内径に沿った間隔が、Ｏリング１２の太さに対して１５％以上且つ５０％以下であるように構成すれば、流体が滞留する領域をさらに狭小化できるとともにＯリング１２によるシール性を向上可能である。
【0055】
また、本実施形態では、ポッティング材３１側とキャップ１０側に各々環状溝３１ａ、１０ｃを形成して、それらの環状溝３１ａ、１０ｃの間にＯリング１２を収容させる構成によれば、例えば前述した特許文献１（国際公開第２０１３／１３６９０３号）に示されるように２つの平面の間にＯリング１２を配置する場合と比べて、Ｏリング１２によるシール性がより確実なものになる。
【0056】
なお、特許文献１のような構成に対して、本実施形態においては、ハウジングケース５の中心軸を通る断面において、キャップ１０の内周面１０ｂ上の直線と第１の接触点Ｐ１を通るＯリング１２の接線とがなす角が０度を超えるように構成されている。また、ハウジングケース５の中心軸を通る断面において、ポッティング材３１のキャップ１０側の端面上の直線と第２の接触点Ｐ２を通るＯリング１２の接線とがなす角が０度を超えるように構成されている。このように構成することによって、特許文献１に示される構成に対して、流体が滞留する領域を狭小化することができる。
【0057】
特に本実施形態では、環状溝３１ａおよび環状溝１０ｃの各断面形状が、Ｏリング１２の外形に倣って円弧の一部をなす形状とされ、それによりＯリング１２が環状溝３１ａおよび環状溝１０ｃに緊密に収容されているので、上記微小な隙間が生じる可能性が極めて低くなっている。それにより本実施形態の中空糸膜モジュール１は、十分に高いサニタリー性を備えたものとなっている。
【0058】
なお、ポッティング材３１側に形成される環状溝３１ａは、図６に示すような円形の凹み部分を含んでなくてもよく、図９に示すように、平坦な面と、その面からポッティング材３１側に凹むことない円弧状の曲面とから形成するようにしてもよい。このように構成することで平坦な面によってＯリング１２を押しつぶすことができ、より液密化することができる。
【0059】
また、本実施形態では、キャップ１０の内面が、第１成形部材５ａに近づくに連れて次第に径が拡大するテーパ面となっている。そしてこのテーパ面とポッティング材３１の端面とが、間にＯリング１２の周面のみを介して連なっている状態となっている。つまり、Ｏリング１２の内側において、キャップ１０の内面とポッティング材３１の端面との間に、凹んだ部分や隙間は存在しない状態となっている。そこで、中空糸膜モジュール１を用いて被処理水をろ過する際、特にキャップ１０側から被処理水を導入して、ろ過水をノズル５ｃから排出させる際に、被処理水に含まれる固形物成分が上記凹んだ部分や隙間に入り込んで、そこに留まってしまうことを防止できる。
【0060】
また、本発明は、図６に示した構成に限らず、たとえば図１０に示すように、第１の接触点Ｐ１の位置を図６に示した点Ｐ３の位置としてもよい。または、図１１に示すように、第１の接触点Ｐ１の位置を、図６に示した位置よりもポッティング材３１側に位置するようにしてもよい。
【0061】
また、図１２に示すように、ポッティング材３１に環状溝３１ａを設けない構成としてもよいし、環状溝３１ａの深さを図６に示す環状溝３１ａの深さよりも浅くするようにしてもよい。また、逆に、図１３に示すように、環状溝３１ａの深さを図６に示す環状溝３１ａの深さよりも深くするようにしてもよい。
【0062】
また、図１４に示すように、キャップ１０の内周面１０ｂの傾斜を図６に示すキャップ１０の内周面１０ｂの傾斜よりも緩傾斜としてもよい。または、逆に、図６に示すキャップ１０の内周面１０ｂの傾斜よりも急傾斜としてもよい。また、図６に示すキャップ１０の内周面１０ｂの形状を基準として、図１５に示すようにキャップ１０の内周面１０ｂの形状を凸面としてもよいし、図１６に示すように凹面としてもよい。
【0063】
ここで、ポッティング材３１としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、オレフィン系ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素含有樹脂等の高分子材料が好ましく、これらの高分子材料のいずれかでもよいし、複数の高分子材料を組み合わせて用いるようにしてもよい。また、ポッティング材３１は、ろ過時に加圧によって生ずる一次側と二次側の差圧に耐え得る耐圧性を有することが必要であり、そのためには適度な硬度を有している必要がある。
【0064】
次に図１７および図１８を参照して、第１成形部材５ａに設けられているノズル５ｃの形状について説明する。なお、第２成形部材５ｂに設けられているノズル５ｄの形状は、ノズル５ｃの形状と同じであるので、ここではノズル５ｃの形状について説明し、ノズル５ｄに関する説明は省略する。
【0065】
ノズル５ｃは、流体が通過する直管状部分と、この直管状部分の先端側に形成されたフランジ状部分５ｑとを有する、ラッパ管状のものとされている。そしてノズル５ｃの内面５ｐは、上記直管状部分の内周面から、フランジ状部分５ｑの外面（図１７中で上面）にかけて円滑に連続する形状とされている。また、上記フランジ状部分５ｑの外面には、ガスケットとしての例えばＯリング（図示せず）を収容する環状溝５ｒが形成されている。
【0066】
上記構成のノズル５ｃには、図１８に示すように配管４０が接続される。この配管４０もノズル５ｃと同様にフランジ状部分４０ａを有するものである。配管４０をノズル５ｃに接続する際には、フランジ状部分４０ａとフランジ状部分５ｑとが間に上記Ｏリングを介して突き合わされ、そして公知のサニタリークランプ４１によって締結される。それにより、ノズル５ｃと配管４０とが、互いに連通する状態に接続される。
【0067】
なおサニタリークランプ４１は、連結部４１ａによって互いに開閉し得る状態に連結された２つの挟持部４１ｂおよび４１ｃと、挟持部４１ｂおよび４１ｃの各先端部に連続して形成された締結部４１ｄおよび４1ｆと、締結部４１ｄおよび４1ｆに形成された図示外の雌ネジに螺合し得る締結ボルト４１ｇとを有するものである。挟持部４１ｂおよび４１ｃはそれぞれ内周面に、突き合わされたフランジ状部分４０ａおよびフランジ状部分５ｑの周縁部を挟持する図示外の内周溝を有している。
【0068】
配管４０をノズル５ｃに接続する際には、まず挟持部４１ｂおよび４１ｃが開いた状態とされ、それらの各内周溝に、フランジ状部分４０ａおよびフランジ状部分５ｑの周縁部が入り込むようにして挟持部４１ｂおよび４１ｃが閉じられる。次いで、締結部４１ｄおよび４1ｆの上記雌ネジに螺合させた締結ボルト４１ｇが締められることにより、フランジ状部分４０ａとフランジ状部分５ｑとが互いに強く押し付けられ、配管４０がノズル５ｃと連通した状態に接続される。
【0069】
上述した通り、ノズル５ｃの内面５ｐは、直管状部分の内周面からフランジ状部分５ｑの外面にかけて円滑に連続する形状とされていて、その形状のままノズル５ｃが配管４０と接続される。つまり、配管４０を接続する上で、別の配管要素が組み合わされてノズル５ｃや配管４０の内面に凹凸が形成されたりしないので、また、この接続を行うためにノズル５ｃや配管４０の内面に特に接触する必要も無いので、ノズル５ｃと配管４０とが高いサニタリー性を保って接続されるようになる。
【0070】
次に、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１をろ過装置１００に設置した態様の一例について図１９を参照して説明し、さらに、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１を用いたろ過方法について説明する。なお、このろ過装置１００においては、一例として内圧ろ過でのクロスフローろ過方式を想定している。
【0071】
ろ過装置１００は、中空糸膜モジュール１のキャップ１１の管路１１ａに接続されて被処理水を供給する供給配管１０１と、キャップ１０の管路１０ａに接続されて循環水を送り出す循環配管１０２とを備えている。さらに、供給配管１０１や循環配管１０２の途中には、圧力計Ｐｉ，Ｐｏや弁１０１ａ，１０２ａなどが配設されている。また、ろ過装置１００は、ろ過水の流路となる上部ろ過水排出管１０３と下部ろ過水排出管１０４とを備えている。上部ろ過水排出管１０３や下部ろ過水排出管１０４はろ過水の合流管１０５に接続されており、合流管１０５は外部の配管（図示せず）に連絡している。なお、合流管１０５には、圧力計Ｐｆや弁１０５ａなどが配設されている。
【0072】
中空糸膜モジュール１は縦に配置され、上側のノズル５ｃが上部ろ過水排出管１０３に接続され、下側のノズル５ｄが下部ろ過水排出管１０４に接続される。
【0073】
被処理水は、供給配管１０１から管路１１ａを通じて所定の圧力で中空糸膜モジュール１に導入される。被処理水は、各中空糸膜２の中空部に導入され、中空糸膜２でろ過され、そのろ過水は各中空糸膜２の外表面から滲み出す。ろ過水は、上部ろ過水排出管１０３または下部ろ過水排出管１０４を通って合流管１０５に排出され、外部配管を通じて採取される。一方で、中空糸膜２を透過した被処理水は、循環水としてキャップ１０の管路１０ａから排出され、循環配管１０２に送り出される。
【0074】
次に図２０〜図２２を参照して、本発明の中空糸膜モジュール内の流体速度分布をシミュレーションによって求めた結果について説明する。それと併せて、図２３〜図２５を参照して、比較例である従来の中空糸膜モジュール内の流体速度分布をシミュレーションによって求めた結果についても説明する。
【0075】
まず、シミュレーション条件について説明する。シミュレーションソフトは、ＣＨＡＭ社（Concentration, Heat and Momentum Limited）製の熱流体解析ソフト「ＰＨＯＥＮＩＣＳ」を用い、計算式は、ＫＥ−ＣＨＥＮの式を用いた。流体は２０℃の水とした。そして、中空糸膜モジュールのシミュレーションモデルとして、図２０に示す本発明に対応するモデルおよび、図２３に示す従来技術に対応する比較例のモデルを用いた。図２０における各要素は既に説明したものと同じであり、３が中空糸膜束、１０がキャップ、１２がＯリング、１３がナット、３０が整流筒、３１がポッティング材である。一方、図２３の比較例においては、３が中空糸膜束、１２がＯリング、２００がポッティング材、２０１がキャップである。また２００ａは、ポッティング材２００のキャップ２０１側を向く平面である。そして２０１ａは、キャップ２０１に設けられたＯリング収容溝であり、このＯリング収容溝２０１ａにもポッティング材２００の側を向く平面が形成されている。この図２３の構成においては、上記２つの平面の間にＯリング１２が挟持される。図２０および図２３の構成において、水はそれぞれキャップ１０、２０１の下方を、図中左から右に向けて流れるものとした。
【0076】
図２０のモデルおよび図２３のモデルの双方共、縦方向（ハウジングケースの長さ方向）に１／２に分割した２Ｄモデルを用いた。図２０の２Ｄモデルは、水の流入位置から中空糸膜束の一部にかかるまでの長さを０．１５７ｍ、円筒状ハウジングケースの最大半径を０．１１５ｍ、図２０の紙面と直交する方向のサイズを６×１０−４ｍ、キャップ内面の傾斜角（ハウジングケースの長さ方向に直交する面に対する角度）を１５０°とするものである。一方、図２３の比較例の２Ｄモデルは、水の流入位置から中空糸膜束の一部にかかるまでの長さを０．１５７ｍ、円筒状ハウジングケースの最大半径を０．１３２ｍ、図２３の紙面と直交する方向のサイズを６×１０−４ｍ、キャップ内面の傾斜角を１５０°とするものである。また、シミュレーションモデルのmeshセル数（モデルの分割数）は、図１９のモデルにおいて３３０００個、図２３のモデルにおいて３８６４０個とした。流体のSWEEP数は１０００回とし、水の流入量を図２０のモデルおよび図２３のモデルで共通の２．６４ｍ／ｓとした。なお、上記線速で示す水の流入量は、本来の流入量と、各モデルにおける開口断面積から算出したものである。また、円筒状のハウジングケース内の中空糸膜束のｘ方向（図２０、２３の左右方向）およびｙ方向（図２０、２３の上下方向）の抵抗値はそれぞれ０．４とし、空隙率は０．７とした。
【0077】
図２１および図２２は、図２０のモデルに関して上記シミュレーション条件でシミュレーションを行った結果を示すものである。なお図２２は、図２１に示す矩形領域Ｒ内の結果を拡大して示している。これらの図では、水の速度分布を濃淡で表し、特に図２２では水が流れる方向を矢印で表し、水の速度の大きさを矢印の長さで表している。すなわち、矢印が長いほど水の速度が大きいことを示している。
【符号の説明】
【0080】
１ 中空糸膜モジュール２ 中空糸膜
３ 中空糸膜束
５ ハウジングケース
５ａ 第１成形部材
５ｂ 第２成形部材
５ｃ，５ｄ ノズル
５ｅ，５ｆ 接合部分
５ｋ 面取り面
５ｐ ノズルの内面
５ｑ ノズルのフランジ状部分
５ｒ，１０ｃ，３１ａ 環状溝
１０，１１ キャップ
１０ａ，１１ａ 管路
１２ Ｏリング
１３ ナット
２０ 接着部
３０ 整流筒
３１ ポッティング材
４０ 配管
４１ サニタリークランプ