JP4364143B2 - 膜エレメントおよび膜エレメントを内蔵した膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の管状膜からなる膜エレメントおよびこの膜エレメントを内蔵した膜モジュールに関する。

従来、この種の膜エレメントとしては、例えば図２５に示すように、多数の中空糸膜７１を集束した集束体７２が、その端部を開口状態に保ちつつ環状部材７３の内面に固定部材７４で固定された構成のものがある。

上記環状部材７３には、集束体７２の根本部でその外周を包んで集束体７２の拡がりを抑制する保護ネット材７５が設けられている。上記保護ネット材７５と集束体７２との間隔が広いと、中空糸膜７１の外側への拡がりを抑制することができないので、上記間隔を最小にしたり、或いは、保護ネット材７５を中空糸膜７１に接触させている。

また、集束体７２の中央部には、中空糸膜７１でろ過されたろ過水を集めて排出する集水管７６が配置されている。この集水管７６の両端部は、環状部材７３に挿入され、上記固定部材７４で環状部材７３に固定されている。集水管７６の両端の開口部７６ａは膜エレメント７７の両端面に面している。また、集水管７６には、内外周面に開口する複数の集水孔７６ｂが形成されている。

尚、上記膜エレメント７７は容器（図示せず）内に収納されており、容器には、原水を各中空糸膜７１の端部の開口部７１ａへ供給する原水供給口（図示せず）と、集水管７６に集められたろ過水を容器の外部へ排出するろ過水排出通路（図示せず）とが形成されている。

尚、上記のような構成の膜エレメントは下記特許文献１に記載されている。
これによると、原水供給口から容器内へ供給された原水は、開口部７１ａから各中空糸膜７１の内部に流れ込み、中空糸膜７１の内部から外部へ透過し、ろ過水として、集水孔７６ｂから集水管７６内に集水され、集水管７６の端部の開口部７６ａからろ過水排出通路を通って容器の外部へ排出される。

また、逆洗を行う場合、ろ過水排出通路から開口部７６ａを通って集水管７６内に供給された逆洗水は、集水管７６内から集水孔７６ｂを通過し、中空糸膜７１の外側から内側へ流れ込み、中空糸膜７１の開口部７１ａから原水供給口を通って容器の外部へ排出される。

しかしながら、上記の従来形式では、中空糸膜７１は柔軟で可撓性のある膜であるため、上記のように保護ネット材７５と集束体７２との間隔を最小にした場合、中空糸膜７１の揺れや振動によって、中空糸膜７１が保護ネット材７５に接触する可能性があり、接触しても中空糸膜７１が破損しないように、保護ネット材７５が可撓性を有している。したがって、保護ネット材７５は外力に弱く、例えば、膜エレメント７７を容器から出し入れする際、保護ネット材７５が容器の角や外部にある異物等に当接すると容易に変形してしまうため、中空糸膜７１が破損する恐れがあった。このように、保護ネット材７５は中空糸膜７１を外部の物から十分に保護することができないといった問題がある。

また、中空糸膜７１の内側中央部への拡がりは集水管７６によって抑制されているが、集水管７６を中空糸膜７１の全長にわたって設ける必要があるため、膜エレメント７７の重量が増加するといった問題がある。

また、逆洗時、逆洗水が集水管７６内から集水孔７６ｂを通過するため、圧力損失が大きくなり、逆洗水の圧力が大幅にロスし、逆洗効率が低下するといった問題がある。
また、膜エレメント７７の長さは容器の長さに対応しているため、長さの異なる複数種類の容器に対して、容器の種類と同じ数の長さの異なった複数種類の膜エレメント７７を製作する必要があり、膜エレメント７７の種類が増加するといった問題がある。
特開平５−２３５５０

本発明は、管状膜を外部の物から十分に保護することが可能であり、また、集水管を無くすことができ、さらに、逆洗効率が向上する膜エレメントを提供することを目的とし、さらに、異なる長さの容器に対して共通の膜エレメントを使用することが可能な膜モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明における膜エレメントは、セラミック製の複数の管状膜を集合させた膜集合体と、この膜集合体の外周方を覆う保護筒と、上記各管状膜の両端部と保護筒の両端部とを接合する充填剤とで構成され、
上記各管状膜の両端の開口部が膜エレメントの両端面に面しており、
上記膜集合体の一部に、ろ過水を集める集水部が形成され、
上記膜エレメントの両端面に、集水部に連通する集水口が形成され、
上記管状膜の開口部から原水が流入し、上記集水口からろ過水が排出される膜エレメントであって、
筒状のケーシングと、このケーシングの両端の開口部を閉じる蓋とで構成され、原水を膜エレメントの外方へ流入させる原水流入部と、少なくとも一方の蓋に形成され且つ膜エレメントの集水部に集められたろ過水を集水口から容器の外部へ排出するろ過水排出部とが設けられた容器に収納され、
上記ろ過水排出部に対向する膜エレメントの集水口が管状集水部材を介してろ過水排出部と接続可能であるものである。

これによると、原水は、膜エレメントの端面から各管状膜の開口部を通って管状膜内へ流れ込み、管状膜の内部から外部へ透過し、ろ過水として、集水部に集水され、集水口から排出される。

管状膜はセラミック製であるため中空糸膜に比べて高い剛性を有しており、これにより、管状膜が中空糸膜のように外側へ拡がることはなく、さらに、管状膜は中空糸膜と比べて振動が少ない。したがって、管状膜と保護筒との径方向の間隔は常に保たれ、管状膜が保護筒に当接して破損することはない。これにより、保護筒を十分に強度のある部材で製作することができ、膜エレメントを容器等から出し入れする際などにおいて、保護筒によって管状膜を外部の物から十分に保護することが可能となる。

本第２発明における膜エレメントは、集水部は周囲を複数の管状膜で取り囲まれて形成された集水空間であり、
各管状膜間の軸方向に沿った間隙が上記集水空間に連通し、
集水口が膜エレメントの両端面と上記集水空間の両端部とに連通しているものである。

これによると、原水は、膜エレメントの端面から各管状膜の開口部を通って管状膜内へ流れ込み、管状膜の内部から外部へ透過し、ろ過水として、各管状膜間の軸方向に沿った間隙を通って集水空間に流れ込み、集水空間から集水口を通って排出される。

上記管状膜はセラミック製であるため高い剛性を有しており、これにより、周囲を複数の管状膜で取り囲まれた集水空間を形成することが可能となる。したがって、膜エレメントの全長にわたるような長大な集水管を不要にすることができ、膜エレメントが軽量化される。

また、上記のように、ろ過水は、各管状膜間の軸方向に沿った長い間隙を通って周囲から集水空間に流れ込むため、集水管の集水孔を通る場合に比べて、通常のろ過時における
圧力損失が小さくなり、ろ過効率が向上する。

また、逆洗時、逆洗水は、集水口から集水空間内に供給され、集水空間内から各管状膜間の軸方向に沿った間隙を通って集水空間の周囲に分散するとともに、管状膜の外側から内側へ流れ込み、管状膜内を通って管状膜の端部の開口部から膜エレメントの端面の外方へ排出される。

このように、上記逆洗水は、集水空間内から各管状膜間の軸方向に沿った長い間隙を通り、集水空間の周囲に分散するため、集水管の集水孔を通る場合に比べて、圧力損失が小さくなり、これにより、逆洗水の圧力ロスが減少し、逆洗効率が向上する。

本第３発明における膜エレメントは、集水部は周囲を複数の管状膜と保護筒とで取り囲まれて形成された集水空間であり、
各管状膜間の軸方向に沿った間隙が上記集水空間に連通し、
集水口が膜エレメントの両端面と集水空間の両端部とに連通しているものである。

これによると、上記管状膜はセラミック製であるため高い剛性を有しており、さらに、保護筒を十分に強度のある部材で製作することができるため、周囲を保護筒と複数の管状膜とで取り囲まれた集水空間を形成することが可能となる。したがって、膜エレメントの全長にわたるような長大な集水管を不要にすることができ、膜エレメントが軽量化される。

また、ろ過処理時、ろ過水は、各管状膜間の軸方向に沿った長い間隙を通って周囲から集水空間に流れ込むため、集水管の集水孔を通る場合に比べて、通常のろ過時における圧力損失が小さくなり、ろ過効率が向上する。

さらに、逆洗時、逆洗水は、集水空間内から各管状膜間の軸方向に沿った長い間隙を通り、集水空間の周囲に分散するため、集水管の集水孔を通る場合に比べて、圧力損失が小さくなり、これにより、逆洗水の圧力ロスが減少し、逆洗効率が向上する。

また、集水空間は、周囲を複数の管状膜と保護筒とで取り囲まれて形成されているため、膜エレメントの径方向における外端部に位置する。したがって、集水空間が形成されている方を上にして膜エレメントを配設することにより、膜エレメント内の空気が、容易に集水空間に集められ、集水口を通って容易に排出される。これにより、膜エレメント内の空気抜きが容易に行える。

本第４発明における膜エレメントは、膜集合体の両端部は一対の環状のヘッダーに挿入されており、
各管状膜の両端部と保護筒の両端部とヘッダーとが充填剤によって一まとめで接合されているものである。

これによると、膜エレメントを少ない工数で組上げることができ、製作効率が向上する。
本第５発明における膜エレメントは、容器内に複数の膜エレメントが収納され、
互いに隣り合う膜エレメントの集水口同士が管状接続部材を介して接続可能であるものである。

本第６発明における膜モジュールは、膜エレメントを容器に収納した膜モジュールであって、
上記膜エレメントは、セラミック製の複数の管状膜を集合させた膜集合体と、この膜集合体の外周方を覆う保護筒と、上記各管状膜の両端部と保護筒の両端部とを接合する充填剤とで構成され、
上記各管状膜の両端の開口部が膜エレメントの両端面に面しており、
上記膜集合体の一部に、ろ過水を集める集水部が形成され、
上記膜エレメントの両端面に、集水部に連通する集水口が形成され、
上記管状膜の開口部から原水が流入し、上記集水口からろ過水が排出され、
上記容器は、筒状のケーシングと、このケーシングの両端の開口部を閉じる蓋とで構成され、
上記容器に、原水を膜エレメントの外方へ流入させる原水流入部と、膜エレメントの集水部に集められたろ過水を集水口から容器の外部へ排出するろ過水排出部とが設けられ、
上記ろ過水排出部は少なくとも一方の蓋に形成され、
上記ろ過水排出部とこのろ過水排出部に対向する膜エレメントの集水口とが管状集水部材を介して接続されているものである。

これによると、原水流入部から容器内に流入した原水は、膜エレメントの端面から各管状膜内へ流れ込み、管状膜の内部から外部へ透過し、ろ過水として、集水部に集水される。このようにして集水部に集水されたろ過水は、集水口から管状集水部材を通ってろ過水排出部に流れ込み、ろ過水排出部から容器の外部へ排出される。

本第７発明における膜モジュールは、容器内に複数の膜エレメントが収納され、
互いに隣り合う膜エレメントの集水口同士が管状接続部材を介して接続されているものである。

これによると、集水部に集水されたろ過水は、管状接続部材を通って、隣り合う別の膜エレメントの集水部に流れ込むことができる。したがって、集水部に集水されたろ過水は、管状接続部材を通って、容器内の最端に配置された膜エレメントの集水部に流れ、最端の膜エレメントの集水部の集水口からろ過水排出部を通って容器の外部へ排出される。

また、容器の長さが短い場合は、それに応じて膜エレメントの収納数を減らし、容器の長さが長い場合は、それに応じて膜エレメントの収納数を増やし、これら各膜エレメントの集水口同士を管状接続部材を介して接続することで、異なる長さの容器に対して共通の膜エレメントを使用することができる。これにより、容器の種類に対する膜エレメントの種類を減らすことができる。

本第８発明における膜モジュールは、管状集水部材と管状接続部材とが同一の部材であるものである。
これによると、管状接続部材と管状集水部材とを一種類の部材として共通して使用することができる。

本第９発明における膜モジュールは、膜エレメントの外周面と容器の内周面との間に、膜エレメントの両端面に連通する通水路が形成されているものである。
これによると、原水流入部から容器内に供給された原水は、通水路を通って膜エレメントの両端面側へ分配され、各管状膜の両端の開口部から管状膜の内部へ流れ込んでろ過される。これにより、原水が各管状膜の両端部からバランス良く流入してろ過されるため、原水の大部分が各管状膜の一端から流入してろ過されるといった偏ったろ過を防止することができる。

また、複数の膜エレメントを容器に直列に収納した場合、各膜エレメント間に滞留し易い濁質を、通水路を通して外部へ排出することができる。これにより、濁質の排出が促進され、濁質の滞留を防止することができる。

以上のように、本第１発明によると、保護筒を十分に強度のある部材で製作することができ、保護筒によって管状膜を外部の物から十分に保護することが可能となる。
本第２および第３発明によると、集水管を不要にすることができ、膜エレメントが軽量化される。また、逆洗時、逆洗水の圧力ロスが減少し、逆洗効率が向上する。さらに、第３発明によると、集水空間は膜エレメントの径方向における外端部に位置するため、集水空間が形成されている方を上にして膜エレメントを配設することにより、膜エレメント内の空気抜きが容易に行える。

本第４発明によると、膜エレメントを少ない工数で組上げることができ、製作効率が向上する。

本第７発明によると、異なる長さの容器に対して共通の膜エレメントを使用することができるため、容器の種類に対する膜エレメントの種類を減らすことができる。

本第８発明によると、管状接続部材と管状集水部材とを一種類の部材として共通して使用することができるため、部品の種類を減らすことができる。
本第９発明によると、原水を各管状膜の両端部からバランス良くろ過することができ、偏ったろ過を防止することができる。また、濁質の排出が促進され、濁質の滞留を防止することができる。

以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、１は膜モジュールであり、容器２と、この容器２に収納された２個（複数個）の膜エレメント３ａ，３ｂとで構成されている。

上記容器２は、標準品である円筒状のケーシング５と、ケーシング５の両端の開口部６ａ，６ｂを閉じる円板状の蓋７ａ，７ｂとで構成されている。上記両蓋７ａ，７ｂはそれぞれ、開口部６ａ，６ｂに嵌め込まれ、Ｃ形状のリティニングリング８により外側へ外れないように固定されている。また、蓋７ａ，７ｂの外周面とケーシング５の両端部の内周面とには傾斜部１０が形成されており、この傾斜部１０によって蓋７ａ，７ｂの内側への入り込み量が規制されている。尚、蓋７ａ，７ｂの外周面とケーシング５の内周面との間はＯリング９によってシールされている。

ケーシング５の両端部には、原水を両膜エレメント３ａ，３ｂの一端面の外方へ流入させる原水流入口１１ａ，１１ｂ（原水流入部の一例）が形成されている。また、一方の蓋７ａには、両膜エレメント３ａ，３ｂでろ過されたろ過水を外部に排出するろ過水排出部１２が設けられている。このろ過水排出部１２は、一方の蓋７ａに形成された貫通孔１３と、この貫通孔１３に差し込まれて容器２の内外に連通するろ過水排出管１４とで構成されている。尚、他方の蓋７ｂにも上記貫通孔１３が形成されているが、この貫通孔１３は丸棒状の栓部材１５で閉塞されている。尚、上記ケーシング５の材質はＦＲＰ等が使用されている。

図１〜図３に示すように、上記各膜エレメント３ａ，３ｂはそれぞれ、セラミック製の複数の管状膜１７を集合させた膜集合体１８と、この膜集合体１８の外周方を覆う保護筒１９と、保護筒１９の両端部に外嵌された一対の円環状のヘッダー２０とを有しており、上記各管状膜１７の両端部と保護筒１９の両端部とヘッダー２０とを一まとめにして充填剤２２により接合して構成されている。

上記管状膜１７は、中空の円管状に形成され、両端に開口部１７ａを有している。また、膜集合体１８の両端部はヘッダー２０に挿入されており、各管状膜１７は充填剤２２によって両端部で支持されており、各管状膜１７の開口部１７ａはそれぞれ膜エレメント３ａ，３ｂの両端面に面している。また、ヘッダー２０の外径はケーシング５の内径よりも僅かに小さく設定されている。

図３，図４に示すように、上記各管状膜１７は、膜エレメント３ａ，３ｂの長手方向に直交する一方向Ｘにおいて互いに接触し、且つ、上記膜エレメント３ａ，３ｂの長手方向と一方向Ｘとに直交する他方向Ｙにおいて所定の間隙Ａをあけて配列されている。

上記膜集合体１８の中央部の１箇所で且つ両充填剤２２間には、ろ過水を集める集水空間２４が形成されている。集水空間２４は周囲を複数の管状膜１７で取り囲まれて形成された空間であり、各管状膜１７間の軸方向に沿った長い間隙Ａが上記集水空間２４に連通している。また、上記充填剤２２には短管２６が挿入されており、この短管２６によって、膜エレメント３ａ，３ｂの両端面と集水空間２４の両端部とに連通する集水口２５が形成されている。尚、上記短管２６も管状膜１７と保護筒１９とヘッダー２０と共に一まとめで接合されている。

上記両膜エレメント３ａ，３ｂの集水口２５同士は管状接続部材２７を介して接続されている。図５に示すように、この管状接続部材２７は、円管状に形成されており、間隔維持部２７ａと、間隔維持部２７ａの両端部に形成された差込部２７ｂとを有している。上記差込部２７ｂは、集水口２５に着脱自在に差し込まれ、その外径が間隔維持部２７ａの外径よりも小さく設定されている。また、間隔維持部２７ａの両端には、間隔維持部２７ａの外周面から差込部２７ｂの外周面へ落ち込む段差面２７ｃが形成されている。差込部２７ｂの先端外周部には、差込部２７ｂの外周面と集水口２５の内周面との間をシールするＯリング２８が嵌め込まれている。

上記ろ過水排出部１２のろ過水排出管１４と一方の膜エレメント３ａの集水口２５とは管状集水部材３０を介して接続されている。図５に示すように、この管状集水部材３０は、上記管状接続部材２７と形状および寸法および材質が同一の部材であり、同様に、間隔維持部３０ａと差込部３０ｂと段差面３０ｃとＯリング２８とを有している。管状集水部材３０の一方の差込部３０ｂがろ過水排出管１４に差し込まれ、他方の差込部３０ｂが集水口２５に差し込まれている。

尚、他方の膜エレメント３ｂの集水口２５と上記栓部材１５とも同様に管状集水部材３０を介して接続されている。すなわち、管状集水部材３０の一方の差込部３０ｂが栓部材１５に形成された凹部１５ａに差し込まれ、他方の差込部３０ｂが集水口２５に差し込まれている。

以下、上記構成における作用を説明する。
通常のろ過処理を行う場合、図１の実線矢印で示すように、原水は原水流入口１１ａ，１１ｂから容器２内に流入する。このうち、一方の原水流入口１１ａから流入した原水は、一方の膜エレメント３ａの一端面側から開口部１７ａを通って各管状膜１７内へ流れ込み、管状膜１７の内側から外側へ透過し、ろ過水として、各管状膜１７間の間隙Ａを通って集水空間２４に集水され、集水空間２４から集水口２５を通り、管状集水部材３０を経てろ過水排出管１４から外部へ排出される。

また、一方の原水流入口１１ａから流入した原水の一部は、一方の膜エレメント３ａの管状膜１７を通り抜けて、他方の膜エレメント３ｂの管状膜１７に流れ込み、同様にろ過されて、ろ過水として他方の膜エレメント３ｂの集水空間２４に集水される。さらに、他方の原水流入口１１ｂから流入した原水も、他方の膜エレメント３ｂの管状膜１７に流れ込み、同様にろ過されて、ろ過水として他方の膜エレメント３ｂの集水空間２４に集水される。このようにして、他方の膜エレメント３ｂの集水空間２４に集水されたろ過水は、集水口２５から管状接続部材２７を通って一方の膜エレメント３ａの集水空間２４に流れ込み、ろ過水排出管１４から外部へ排出される。

また、他方の原水流入口１１ｂから流入した原水の一部は、他方の膜エレメント３ｂの管状膜１７を通り抜けて、一方の膜エレメント３ａの管状膜１７に流れ込み、同様にろ過されて、ろ過水として一方の膜エレメント３ａの集水空間２４に集水される。

また、逆洗時、図１の点線矢印で示すように、逆洗水は、ろ過水排出管１４から管状集水部材３０を通って一方の膜エレメント３ａの集水空間２４に供給され、さらに、管状接続部材２７を通って他方の膜エレメント３ｂの集水空間２４にも供給される。このようにして両膜エレメント３ａ，３ｂの集水空間２４に供給された逆洗水はそれぞれ、各管状膜１７間の間隙Ａを通って集水空間２４の周囲に分散するとともに、管状膜１７の外側から内側へ流れ込み、管状膜１７内を通って開口部１７ａから膜エレメント３ａ，３ｂの端面の外方へ流れ出し、両原水流入口１１ａ，１１ｂから外部へ排出される。

また、リティニングリング８をケーシング５から取り外し、両蓋７ａ，７ｂの少なくとも一方をケーシング５から外すことによって、膜エレメント３ａ，３ｂをケーシング５から出し入れすることができる。

上記管状膜１７はセラミック製であるため中空糸膜に比べて高い剛性を有しており、これにより、管状膜１７が中空糸膜のように外側へ拡がることはなく、さらに、管状膜１７は中空糸膜と比べて振動が少ない。したがって、管状膜１７と保護筒１９との径方向の間隔は常に保たれ、管状膜１７が保護筒１９に当接して破損することはない。これにより、保護筒１９を十分に強度のある部材で製作することができ、膜エレメント３ａ，３ｂをケーシング５から出し入れする際などにおいて、保護筒１９によって管状膜１７を外部の物から十分に保護することが可能となる。

また、管状膜１７をセラミック製にして高い剛性を確保しているため、周囲を複数の管状膜１７で取り囲まれた集水空間２４を形成することが可能となる。したがって、各膜エレメント３ａ，３ｂの全長にわたるような長大な集水管を不要にすることができ、各膜エレメント３ａ，３ｂが軽量化される。

さらに、逆洗時、逆洗水は、集水空間２４内から各管状膜１７間の軸方向に沿った間隙Ａを通り、集水空間２４の周囲に分散するため、集水管の集水孔を通る場合に比べて、圧力損失が小さくなり、これにより、逆洗水の圧力ロスが減少し、逆洗効率が向上する。

また、図２に示すように、管状膜１７の両端部と保護筒１９の両端部とヘッダー２０と短管２６とを一まとめで充填剤２２により接合しているため、各膜エレメント３ａ，３ｂを少ない工数で組上げることができ、製作効率が向上する。

また、管状接続部材２７の一方の差込部２７ｂを一方の膜エレメント３ａの集水口２５に差し込み、他方の差込部２７ｂを他方の膜エレメント３ｂの集水口２５に差し込むことにより、両膜エレメント３ａ，３ｂが管状接続部材２７を介して接続される。この際、両膜エレメント３ａ，３ｂの集水口２５の短管２６の外端が管状接続部材２７の両段差面２７ｃに当接することによって、両膜エレメント３ａ，３ｂ間の間隔が所定の間隔よりも狭くなることはなく、間隔が保たれる。

また、管状集水部材３０の一方の差込部３０ｂをろ過水排出管１４に差し込み、他方の差込部３０ｂを一方の膜エレメント３ａの集水口２５に差し込むことにより、一方の膜エレメント３ａが管状集水部材３０を介して一方の蓋７ａに接続される。この際、ろ過水排出管１４の内端と一方の膜エレメント３ａの集水口２５の短管２６の外端とが管状集水部材３０の両段差面３０ｃに当接することによって、一方の膜エレメント３ａと一方の蓋７ａとの間の間隔が所定の間隔よりも狭くなることはなく、間隔が保たれる。

同様に、管状集水部材３０の一方の差込部３０ｂを栓部材１５の凹部１５ａに差し込み、他方の差込部３０ｂを他方の膜エレメント３ｂの集水口２５に差し込むことにより、他方の膜エレメント３ｂが管状集水部材３０を介して他方の蓋７ｂに接続される。この際、栓部材１５の内端と他方の膜エレメント３ｂの集水口２５の短管２６の外端とが管状集水部材３０の両段差面３０ｃに当接することによって、他方の膜エレメント３ｂと他方の蓋７ｂとの間の間隔が所定の間隔よりも狭くなることはなく、間隔が保たれる。

また、管状接続部材２７と管状集水部材３０とは形状・寸法・材質が同一の部材であるため、管状接続部材２７と管状集水部材３０とを一種類の部材として共通して使用することができる。

また、図４に示すように、一方向Ｘにおいて、各管状膜１７を互いに接触させて配列しているため、間隙をあけて配列した場合に比べて、一方向Ｘにおける管状膜１７の本数が増加し、これにより、各膜エレメント３ａ，３ｂの膜面積が増大する。また、他方向Ｙにおいて、各管状膜１７を所定の間隙Ａをあけて配列しているため、上記間隙Ａがろ過水および逆洗水の流路となり、ろ過水および逆洗水の流れが阻害されるのを防止することができる。

上記第１の実施の形態では、図２に示すように、各膜エレメント３ａ，３ｂにヘッダー２０を備えているが、第２の実施の形態として、図６に示すように、ヘッダー２０を設けず、各膜エレメント３ａ，３ｂを膜集合体１８と保護筒１９と充填剤２２と短管２６とで構成してもよい。この場合、管状膜１７の両端部と保護筒１９の両端部と短管２６とを一まとめで充填剤２２により接合しており、ヘッダー２０が不要になる分、各膜エレメント３ａ，３ｂをさらに少ない工数で組上げることができ、製作効率がより一層製向上する。尚、この場合、保護筒１９の外径はケーシング５の内径よりも僅かに小さく設定されている。

次に、第３の実施の形態を図７〜図９に基づいて説明する。
原水流入口１１ａ，１１ｂは蓋７ａ，７ｂの中央部に形成されている。また、集水空間２４および集水口２５が各膜エレメント３ａ，３ｂの径方向の外端部に形成されている。尚、上記集水空間２４は周囲を複数の管状膜１７と保護筒１９の一部とで取り囲まれて形成された空間である。

これによると、管状膜１７はセラミック製であるため高い剛性を有しており、さらに、保護筒１９を十分に強度のある部材で製作することができるため、周囲を保護筒１９と複数の管状膜１７とで取り囲まれた集水空間２４を形成すことが可能となる。したがって、各膜エレメント３ａ，３ｂの全長にわたるような長大な集水管を不要にすることができる。

また、集水空間２４は各膜エレメント３ａ，３ｂの径方向における外端部に位置するため、図７に示すように、集水空間２４が形成されている方を上にして各膜エレメント３ａ，３ｂを容器２内に収納することにより、各膜エレメント３ａ，３ｂ内の空気が、容易に集水空間２４に集められ、集水口２５を通って容易に外部へ排出される。これにより、各膜エレメント３ａ，３ｂ内の空気抜きが容易に行える。

上記第３の実施の形態では、図８に示すように、各膜エレメント３ａ，３ｂにヘッダー２０を備えているが、第４の実施の形態として、図１０に示すように、ヘッダー２０を設けず、各膜エレメント３ａ，３ｂを膜集合体１８と保護筒１９と充填剤２２と短管２６とで構成してもよい。

次に、第５の実施の形態を図１１〜図１３に基づいて説明する。
原水流入口１１ａ，１１ｂは各蓋７ａ，７ｂの中央部に一箇所ずつ形成されている。また、２つのろ過水排出部１２が一方の蓋７ａの１８０°振り分けられた二箇所に形成されている。これらろ過水排出部１２は原水流入口１１ａよりも径方向の外側寄りに位置している。同様に、２つの栓部材１５が他方の蓋７ｂの１８０°振り分けられた二箇所に形成されている。

集水空間２４は、一方の膜エレメント３ａの１８０°振り分けられた２箇所と、他方の膜エレメント３ｂの１８０°振り分けられた２箇所とにそれぞれ形成されている。これら集水空間２４は周囲を複数の管状膜１７と保護筒１９の一部とで取り囲まれて形成された空間である。また、上記各集水空間２４の両端部と各膜エレメント３ａ，３ｂの両端面とに連通する集水口２５が充填剤２２に形成されている。

互いに対向する両膜エレメント３ａ，３ｂの２組の集水口２５同士が２個の管状接続部材２７を介して接続されている。また、２つのろ過水排出部１２のろ過水排出管１４とこれらに対向する一方の膜エレメント３ａの２つの集水口２５とが２つの管状集水部材３０を介して接続されている。同様に、２つの栓部材１５の凹部１５ａとこれらに対向する他方の膜エレメント３ｂの２つの集水口２５とが２つの管状集水部材３０を介して接続されている。

これによると、両膜エレメント３ａ，３ｂ同士が２個の管状接続部材２７を介して２箇所で接続されているため、両膜エレメント３ａ，３ｂが、円周方向にずれることなく、また、傾くことなく、真直ぐに接続される。さらに、一方の蓋７ａと一方の膜エレメント３ａとが２個の管状集水部材３０を介して２箇所で接続されているため、一方の膜エレメント３ａが、一方の蓋７ａに対して、円周方向にずれることなく、また、傾くことなく、真直ぐに接続される。同様に、他方の蓋７ｂと他方の膜エレメント３ｂとが２個の管状集水部材３０を介して２箇所で接続されているため、他方の膜エレメント３ｂが、他方の蓋７ｂに対して、円周方向にずれることなく、また、傾くことなく、真直ぐに接続される。これにより、容器２内で、両膜エレメント３ａ，３ｂ同士が円周方向にずれて傾いて接続されるのを防止することができ、両膜エレメント３ａ，３ｂを円周方向に位置決めすることができる。

尚、上記第５の実施の形態では、集水空間２４を各膜エレメント３ａ，３ｂに２つずつ形成しているが、３つ以上の複数個形成してもよい。同様に、ろ過水排出管１４を一方の蓋７ａに２本設け、栓部材１５を他方の蓋７ｂに２本設けているが、それぞれ３本以上の複数本設けてもよい。また、上記ろ過水排出管１４の数と一方の膜エレメント３ａの集水口２５の数とに応じて、管状集水部材３０を３本以上の複数本設けて、一方の膜エレメント３ａの集水口２５とろ過水排出管１４とを接続してもよい。また、上記栓部材１５の数と他方の膜エレメント３ｂの集水口２５の数とに応じて、管状集水部材３０を３本以上の複数本設けて、他方の膜エレメント３ｂの集水口２５と栓部材１５とを接続してもよい。

同様に、管状接続部材２７を３本以上設けて、両膜エレメント３ａ，３ｂの集水口２５同士を接続してもよい。
上記第５の実施の形態では、図１２に示すように、各膜エレメント３ａ，３ｂにヘッダー２０を備えているが、第６の実施の形態として、図１４に示すように、ヘッダー２０を設けず、各膜エレメント３ａ，３ｂを膜集合体１８と保護筒１９と充填剤２２と短管２６とで構成してもよい。

次に、第７の実施の形態を図１５〜図１７に基づいて説明する。
各膜エレメント３ａ，３ｂにはそれぞれ、膜エレメント３ａ，３ｂの両端面に開口する通水管３５が設けられている。この通水管３５と集水空間２４とはそれぞれ、１８０°振り分けられて、各膜エレメント３ａ，３ｂの径方向の外端部に設けられている。尚、各膜エレメント３ａ，３ｂの集水空間２４は、周囲を複数の管状膜１７と保護筒１９の一部とで取り囲まれて形成された空間である。

管状膜１７の両端部と保護筒１９の両端部と通水管３５の両端部とヘッダー２０と短管２６とは一まとめで充填剤２２により接合されている。
これによると、原水は両原水流入口１１ａ，１１ｂから容器２内に流入する。このうち、一方の原水流入口１１ａから一方の膜エレメント３ａの一端面側の空間Ｂへ流入した原水の一部は、一方の膜エレメント３ａの通水管３５を通って、一方の膜エレメント３ａの他端面側の空間Ｃにも供給される。

これにより、原水を一方の膜エレメント３ａの両端面側の空間Ｂ，Ｃに分配することができ、原水は一方の膜エレメント３ａの各管状膜１７の両端の開口部１７ａから管状膜１７の内部へ流れ込む。したがって、原水が一方の膜エレメント３ａの各管状膜１７の両端の開口部１７ａからバランス良く流入してろ過されるため、原水の大部分が一方の膜エレメント３ａの各管状膜１７の一端の開口部１７ａから流入してろ過されるといった偏ったろ過を防止することができる。

また、他方の原水流入口１１ｂから他方の膜エレメント３ｂの一端面側の空間Ｄへ流入した原水の一部は、他方の膜エレメント３ｂの通水管３５を通って、他方の膜エレメント３ｂの他端面側の空間Ｃにも供給される。

これにより、原水を他方の膜エレメント３ｂの両端面側の空間Ｃ，Ｄに分配することができ、原水は他方の膜エレメント３ｂの各管状膜１７の両端の開口部１７ａから管状膜１７の内部へ流れ込む。したがって、原水が他方の膜エレメント３ｂの各管状膜１７の両端の開口部１７ａからバランス良く流入してろ過されるため、原水の大部分が他方の膜エレメント３ｂの各管状膜１７の一端の開口部１７ａから流入してろ過されるといった偏ったろ過を防止することができる。

また、逆洗時、両膜エレメント３ａ，３ｂ間の空間Ｃに滞留し易い濁質は、通水管３５を通って空間Ｂ，Ｄへ排出され、原水流入口１１ａ，１１ｂから容器２の外部へ排出される。これにより、濁質の排出が促進され、濁質の滞留を防止することができる。

また、管状膜１７の両端部と保護筒１９の両端部と通水管３５の両端部とヘッダー２０と短管２６とを一まとめで充填剤２２により接合しているため、各膜エレメント３ａ，３ｂを少ない工数で組上げることができ、製作効率が向上する。

上記第７の実施の形態では、図１６に示すように、各膜エレメント３ａ，３ｂにヘッダー２０を備えているが、第８の実施の形態として、図１８に示すように、ヘッダー２０を設けず、各膜エレメント３ａ，３ｂを膜集合体１８と保護筒１９と短管２６と通水管３５と充填剤２２とで構成してもよい。

次に、第９の実施の形態を図１９〜図２１に基づいて説明する。
各膜エレメント３ａ，３ｂのヘッダー２０の外周面の一部分Ｅおよび保護筒１９の一部分Ｆは、円曲状ではなく、平坦状に形成されている。これにより、各膜エレメント３ａ，３ｂの外周面の一部分Ｅ，Ｆとケーシング５の内周面との間に、各膜エレメント３ａ，３ｂの両端面に連通する通水路３７が形成される。尚、通水路３７と集水空間２４とは各膜エレメント３ａ，３ｂの中心に対して１８０°振り分けられた位置関係にある。また、各膜エレメント３ａ，３ｂの集水空間２４は、周囲を複数の管状膜１７と保護筒１９の一部とで取り囲まれて形成された空間である。

これによると、原水は両原水流入口１１ａ，１１ｂから容器２内に流入する。このうち、一方の原水流入口１１ａから一方の膜エレメント３ａの一端面側の空間Ｂへ流入した原水の一部は、一方の膜エレメント３ａとケーシング５との間の通水路３７を通って、一方の膜エレメント３ａの他端面側の空間Ｃにも供給される。

これにより、原水を一方の膜エレメント３ａの両端面側の空間Ｂ，Ｃに分配することができ、原水は一方の膜エレメント３ａの各管状膜１７の両端の開口部１７ａから管状膜１７の内部へ流れ込む。したがって、原水が一方の膜エレメント３ａの各管状膜１７の両端の開口部１７ａからバランス良く流入してろ過されるため、原水の大部分が一方の膜エレメント３ａの各管状膜１７の一端の開口部１７ａから流入してろ過されるといった偏ったろ過を防止することができる。

また、他方の原水流入口１１ｂから他方の膜エレメント３ｂの一端面側の空間Ｄへ流入した原水の一部は、他方の膜エレメント３ｂとケーシング５との間の通水路３７を通って、他方の膜エレメント３ｂの他端面側の空間Ｃにも供給される。

これにより、原水を他方の膜エレメント３ｂの両端面側の空間Ｃ，Ｄに分配することができ、原水は他方の膜エレメント３ｂの各管状膜１７の両端の開口部１７ａから管状膜１７の内部へ流れ込む。したがって、原水が他方の膜エレメント３ｂの各管状膜１７の両端の開口部１７ａからバランス良く流入してろ過されるため、原水の大部分が他方の膜エレメント３ｂの各管状膜１７の一端の開口部１７ａから流入してろ過されるといった偏ったろ過を防止することができる。

また、逆洗時、両膜エレメント３ａ，３ｂ間の空間Ｃに滞留し易い濁質は、通水路３７を通って空間Ｂ，Ｄへ排出され、原水流入口１１ａ，１１ｂから容器２の外部へ排出される。これにより、濁質の排出が促進され、濁質の滞留を防止することができる。

上記第９の実施の形態では、図２０に示すように、各膜エレメント３ａ，３ｂにヘッダー２０を備えているが、第１０の実施の形態として、図２２に示すように、ヘッダー２０を設けず、各膜エレメント３ａ，３ｂを膜集合体１８と保護筒１９と短管２６と充填剤２２とで構成してもよい。

上記各実施の形態では、容器２内に２個の膜エレメント３ａ，３ｂを収納しているが、第１１の実施の形態として、図２３（ａ）に示すように、容器２内に１個の膜エレメント３ａを収納してもよい。この場合、管状接続部材２７は不要であり、膜エレメント３ａの一方の集水口２５が管状集水部材３０を介してろ過水排出管１４に接続され、他方の集水口２５が管状集水部材３０を介して栓部材１５に接続される。

また、第１２の実施の形態として、図２３（ｂ）に示すように、容器２内に３個の膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃを収納してもよい。この場合、中間部の膜エレメント３ｃの一方の集水口２５と一端部の膜エレメント３ａの他方の集水口２５とが管状接続部材２７を介して接続され、中間部の膜エレメント３ｃの他方の集水口２５と他端部の膜エレメント３ｂの一方の集水口２５とが管状接続部材２７を介して接続されている。

これによると、図２３（ｂ）に示すように、３個の膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃを収納した膜モジュール１では、各集水空間２４に集水されたろ過水は、管状接続部材２７を通って、隣り合う別の膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃの集水空間２４に流れ込むことができる。したがって、他端部の膜エレメント３ｂの集水空間２４に集水されたろ過水は管状接続部材２７を通って中間部の膜エレメント３ｃの集水空間２４に流れ、中間部の膜エレメント３ｃの集水空間２４に集水されたろ過水は管状接続部材２７を通って一端部の膜エレメント３ａの集水空間２４に流れ、最終的に、一端部の膜エレメント３ａの集水口２５から管状集水部材３０を通りろ過水排出管１４を経て外部に排出される。

また、逆洗時においては、逆洗水は、ろ過水排出管１４から管状集水部材３０を通って一端部の膜エレメント３ａの集水空間２４に供給され、その一部が上記集水空間２４から管状接続部材２７を通って中間部の膜エレメント３ｃの集水空間２４に供給され、さらにその一部が上記集水空間２４から管状接続部材２７を通って他端部の膜エレメント３ｂの集水空間２４に供給される。これにより、逆洗水が各膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃに供給され、各膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃが逆洗される。

また、図２３（ａ）に示すように、容器２の長さが短い場合は、それに応じて膜エレメント３ａの収納数を１個に減らし、図２３（ｂ）に示すように、容器２の長さが長い場合は、それに応じて膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃの収納数を３個に増やすことで、異なる長さの容器２に対して共通の膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃを使用することができる。これにより、容器２の種類に対する膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃの種類を減らすことができる。

尚、上記第１２の実施の形態では、図２３（ｂ）に示すように、容器２内に３個の膜エレメント３ａ，３ｂ，３ｃを収納しているが、容器２の長さに応じて、４個以上の複数個収納してもよい。

上記各実施の形態では、例えば図４に示すように、各管状膜１７を一方向Ｘにおいて互いに接触させるとともに他方向Ｙにおいて所定の間隙Ａをあけて配列しているが、第１３の実施の形態として、図２４（ａ）に示すように、各管状膜１７を一方向Ｘにおいて互いに接触させるとともに他方向Ｙにおいても互いに接触させて配列してもよい。これによると、管状膜１７の本数がさらに増加し、膜エレメントの膜面積がより一層増大する。

また、第１４の実施の形態として、図２４（ｂ）に示すように、各管状膜１７を他方向Ｙにおいて所定の間隙Ａをあけるとともに一方向Ｘにおいても所定の間隙Ｇをあけて配列してもよい。これによると、両間隙Ａ，Ｇがろ過水の流路となり、ろ過水の流れが阻害されるのをより一層防止することができる。尚、間隙Ａ，Ｇは、同寸法でもよいし、異なった寸法でもよい。

上記各実施の形態では、一方の蓋７ａにろ過水排出管１４を設け、他方の蓋７ｂに栓部材１５を設けているが、逆であってもよい、また、栓部材１５の代わりに、両方の蓋７ａ，７ｂにそれぞれろ過水排出管１４を設けて、容器２の両端からろ過水を排出したり或いは逆洗水を供給してもよい。

また、上記各実施の形態では、保護筒１９を円筒状に形成しているが、各膜エレメントの両端部の外周面とケーシング５の内周面との間をＯリング等のシール材でシールすれば、保護筒１９に、内周面と外周面とに開口する孔を形成してもよい。このように孔を形成することで、膜エレメントをさらに軽量化することができ、また、膜エレメントの外側から、膜エレメントの内部すなわち管状膜１７の様子等を観察することができる。

本発明の第１の実施の形態における膜モジュールの断面図である。 同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 図２におけるＷ−Ｗ矢視図である。 図２におけるＺ−Ｚ矢視図である。 同、膜モジュールの管状接続部材と管状集水部材との断面図である。 本発明の第２の実施の形態における膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 本発明の第３の実施の形態における膜モジュールの断面図である。 同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 図８におけるＷ−Ｗ矢視図である。 本発明の第４の実施の形態における膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 本発明の第５の実施の形態における膜モジュールの断面図である。 同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 図１２におけるＷ−Ｗ矢視図である。 本発明の第６の実施の形態における膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 本発明の第７の実施の形態における膜モジュールの断面図である。 同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 図１６におけるＷ−Ｗ矢視図である。 本発明の第８の実施の形態における膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 本発明の第９の実施の形態における膜モジュールの断面図である。 同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 図２０におけるＷ−Ｗ矢視図である。 本発明の第１０の実施の形態における膜モジュールの膜エレメントの断面図である。 本発明の第１１および第１２の実施の形態における膜モジュールの断面図であり、（ａ）が第１１の実施の形態、（ｂ）が第１２の実施の形態を示す。 本発明の第１３および第１４の実施の形態における膜モジュールの膜エレメントの管状膜の配列パターンを示す図であり、（ａ）が第１３の実施の形態、（ｂ）が第１４の実施の形態を示す。 従来の膜エレメントの図である。

符号の説明

１ 膜モジュール
２ 容器
３ａ〜３ｃ 膜エレメント
５ ケーシング
７ａ，７ｂ 蓋
１１ａ，１１ｂ 原水流入口（原水流入部）
１２ ろ過水排出部
１７ 管状膜
１７ａ 開口部
１８ 膜集合体
１９ 保護筒
２０ ヘッダー
２２ 充填剤
２４ 集水空間（集水部）
２５ 集水口
２７ 管状接続部材
３０ 管状集水部材
３５ 通水管
３７ 通水路
Ａ 間隙
Ｘ 一方向
Ｙ 他方向

Claims (9)

1. セラミック製の複数の管状膜を集合させた膜集合体と、この膜集合体の外周方を覆う保護筒と、上記各管状膜の両端部と保護筒の両端部とを接合する充填剤とで構成され、
   上記各管状膜の両端の開口部が膜エレメントの両端面に面しており、
   上記膜集合体の一部に、ろ過水を集める集水部が形成され、
   上記膜エレメントの両端面に、集水部に連通する集水口が形成され、
   上記管状膜の開口部から原水が流入し、上記集水口からろ過水が排出される膜エレメントであって、
   筒状のケーシングと、このケーシングの両端の開口部を閉じる蓋とで構成され、原水を膜エレメントの外方へ流入させる原水流入部と、少なくとも一方の蓋に形成され且つ膜エレメントの集水部に集められたろ過水を集水口から容器の外部へ排出するろ過水排出部とが設けられた容器に収納され、
   上記ろ過水排出部に対向する膜エレメントの集水口が管状集水部材を介してろ過水排出部と接続可能であることを特徴とする膜エレメント。
2. 集水部は周囲を複数の管状膜で取り囲まれて形成された集水空間であり、
   各管状膜間の軸方向に沿った間隙が上記集水空間に連通し、
   集水口が膜エレメントの両端面と上記集水空間の両端部とに連通していることを特徴とする請求項１記載の膜エレメント。
3. 集水部は周囲を複数の管状膜と保護筒とで取り囲まれて形成された集水空間であり、
   各管状膜間の軸方向に沿った間隙が上記集水空間に連通し、
   集水口が膜エレメントの両端面と集水空間の両端部とに連通していることを特徴とする請求項１記載の膜エレメント。
4. 膜集合体の両端部は一対の環状のヘッダーに挿入されており、
   各管状膜の両端部と保護筒の両端部とヘッダーとが充填剤によって一まとめで接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜エレメント。
5. 容器内に複数の膜エレメントが収納され、
   互いに隣り合う膜エレメントの集水口同士が管状接続部材を介して接続可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜エレメント。
6. 膜エレメントを容器に収納した膜モジュールであって、
   上記膜エレメントは、セラミック製の複数の管状膜を集合させた膜集合体と、この膜集合体の外周方を覆う保護筒と、上記各管状膜の両端部と保護筒の両端部とを接合する充填剤とで構成され、
   上記各管状膜の両端の開口部が膜エレメントの両端面に面しており、
   上記膜集合体の一部に、ろ過水を集める集水部が形成され、
   上記膜エレメントの両端面に、集水部に連通する集水口が形成され、
   上記管状膜の開口部から原水が流入し、上記集水口からろ過水が排出され、
   上記容器は、筒状のケーシングと、このケーシングの両端の開口部を閉じる蓋とで構成され、
   上記容器に、原水を膜エレメントの外方へ流入させる原水流入部と、膜エレメントの集水部に集められたろ過水を集水口から容器の外部へ排出するろ過水排出部とが設けられ、
   上記ろ過水排出部は少なくとも一方の蓋に形成され、
   上記ろ過水排出部とこのろ過水排出部に対向する膜エレメントの集水口とが管状集水部材を介して接続されていることを特徴とする膜モジュール。
7. 容器内に複数の膜エレメントが収納され、
   互いに隣り合う膜エレメントの集水口同士が管状接続部材を介して接続されていることを特徴とする請求項６記載の膜モジュール。
8. 管状集水部材と管状接続部材とが同一の部材であることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の膜モジュール。
9. 膜エレメントの外周面と容器の内周面との間に、膜エレメントの両端面に連通する通水路が形成されていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の膜モジュール。

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