JP6880989B2

JP6880989B2 - 吸着構造体ユニット及びそれらの製造方法

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Publication number: JP6880989B2
Application number: JP2017087394A
Authority: JP
Inventors: 敬子中野; 石澤　俊崇; 俊崇石澤; 義男片山; 敦弘野口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-04-26
Also published as: PL3617157T3; WO2018198915A1; EP3617157A1; JP2018183745A; EP3617157B1; EP3617157A4; US20200048110A1; US11472718B2

Description

本発明は、吸着構造体、吸着構造体ユニット及びそれらの製造方法に係り、特に汚染物質を吸着して除去するために用いられる水処理用セラミックフィルタ、セラミックフィルタユニット、及びこれらの製造方法に関する。

水の浄化の高度処理においては、逆浸透膜を利用した水処理システムが実用化されている。逆浸透膜は分離膜の一種であり、定期的にこの膜表面に洗浄液を流して、分離膜に堆積した汚染物質を除去している。通常、洗浄液により逆浸透膜が徐々に劣化するため，逆浸透膜モジュールを交換する。逆浸透膜モジュールの交換時には水処理の運転を長時間止める必要があり，また逆浸透膜モジュールは再生利用ができないため，新しい逆浸透膜モジュールに交換する必要が生じる。そのため、稼働率低下，逆浸透膜の消耗品代，廃棄物処理費など単位水量当たりのランニングコストが上がる原因となっている。

そこで、有機物を逆浸透膜前であらかじめ汚染物質を除去する前処理工程を追加して逆浸透膜の交換までの寿命を延ばす技術が提案されている。例えば、特許文献１には、外壁と，外壁の内側に設けられた複数の流路と，それぞれを隔てる隔壁とを備え，前記隔壁は，流路の径よりも小さく，前記流路と他の流路とを連通させる連通孔を有して有機物を吸着する、ハニカム形状の吸着構造体が開示されている。この吸着構造体は、粒子状の吸着材と異なり流動性がないため、交換などの保守作業の簡便性において有利であり、コスト低減が可能である。

特開２０１２−９１１５１号公報

水処理の稼働率を上げるには、吸着構造体の使用時間を出来るだけ伸ばし（耐久性）、ハウジングに収納されている吸着構造体の交換が簡単で、かつその交換に要する時間を出来るだけ短くすることが重要である。また、水の浄化率の向上、即ち吸着構造体の吸着率を向上させるには、全ての供給水をハニカム形状の吸着構造体に通して、その吸着構造体からの漏水が無いような構造とするのが望まれる。

吸着構造体の外壁や隔壁は通常、特許文献１に開示されるように、セラミックで形成されている。外壁は緻密構造であるが、透水性がある。通常の運転では外壁に含有された水の表面張力により、側面からの漏水は生じないが、運転条件や吸着構造体の経年変化によって吸着構造体の内部圧力が大きくなると、外壁の内外の差圧により、吸着構造体の側面からの漏水が生じる。さらに、一般的に緻密構造の外壁と多孔質の隔壁は、いずれもセラミックであるが材質や強度が異なり、外壁は乾燥時よりも水中で強度が低下する場合がある。吸着構造体の保持のため、ハウジングと吸着構造体の外壁部の間には、Ｏリングなどのパッキンがあり、水中で長期間使用するとＯリングの面圧により外壁が割れて吸着構造体の側面からハウジング内に漏水することがある。吸着構造体の外壁に破壊が生じると、吸着構造体の使用時間が短縮して、その交換頻度が増し、引いては稼働率が低下する。また、吸着構造体の側面からの漏水があると吸着構造体の吸着性能が低下する。

上記の状況に鑑み、本発明者らは、吸着構造体の耐久性を向上させるために、吸着構造体の破壊とりわけ外壁の破壊を如何に防止するか、更には吸着構造体からの漏水を如何に防止するかを検討した。

そこで、本発明の目的は、吸着構造体からの漏水を防止し、吸着構造体及び吸着構造体ユニットの耐久性を向上させることにある。

本発明に係る吸着構造体は、好ましい例によれば、複数の隔壁で仕切られた複数の流路と、該複数の流路の、供給水の流入側又は流出側を封止する封止部とを有するフィルタ部と、
該フィルタ部を収容する非透水性の外筒と、
前記フィルタ部の少なくとも一方の端部において、前記フィルタ部と前記外筒との間隙を塞ぐシール材とを有する吸着構造体である。

本発明に係る吸着構造体ユニットは、好ましくは、上記のように構成された吸着構造体と、
前記吸着構造体を収納して、前記吸着構造体の一方端から供給水を供給し他方端から排出するハウジングと、
前記外筒の両側の端部と前記ハウジングの内面との間に配置されるリング部材と、
を有する吸着構造体ユニットである。

本発明に係る吸着構造体の製造方法は、好ましくは、多数の隔壁で仕切られた多数の流路を有し、かつ該隔壁が外壁を形成する筒形状のフィルタ部から所定寸法の部位を切り出す切出工程と、
該切出工程によって形成されたフィルタ部の一端側又は他端側のいずれか一方端に封止部を装填する封止部形成工程と、
該封止部形成工程の後に、該フィルタ部を非透水性の外筒に装填する装填工程と、
該外筒と該フィルタ部の外壁との間にシール材を配置するシール材配置工程とを含む吸着構造体の製造方法である。

本発明に係る吸着構造体ユニットの製造方法は、好ましくは、上記の製造方法によって製造された前記吸着構造体を、一方端から供給水を供給し他方端から排出するハウジング内に収納する収納工程と、
前記外筒の両側の端部と前記ハウジングの内面との間にリング部材を配置する配置工程と、を含む吸着構造体ユニットの製造方法である。

本発明によれば、吸着構造体からの漏水を防止して、吸着構造体ユニットの水密性が実現でき、吸着構造体及び吸着構造体ユニットの耐久性が向上する。

第１実施形態におけるセラミックフィルタを示す図。第１実施形態のセラミックフィルタユニットの構成を示す側断面図。第２実施形態におけるセラミックフィルタを示す図。第３実施形態におけるセラミックフィルタを示す図。海水淡水化システムのフローを示す図。従来例のセラミックフィルタを示す図。各実施形態の比較例の表を示す図。

本発明の実施形態を説明する前に、本発明に係る吸着構造体及び吸着構造体ユニットの好ましい構成について概略説明する。

例えば水処理用セラミックフィルタのような吸着構造体は、セラミック製のフィルタ部と、それを収納する非透水性の外筒により構成される。更に、吸着構造体がハウジングに収納されて吸着構造体ユニットが構成される。

フィルタ部は、好ましくはセラミックハニカム構造体を用いることができる。フィルタ部は、複数の流路と、隣り合う流路の間を隔てる多孔質セラミックの隔壁とを有している。複数の流路はその端面において複数の流路の断面が密に並んで配置され、流入側の端面または流出側の端面が互いに封止して形成される。具体的には、処理前の水の流入側が開口し、反対側の処理後の水の流出側が封止部によって封止された第１の流路と、処理後の水の流出側が開口し、反対側の処理前の水の流入側が封止部によって封止された第２の流路とを有する。第１の流路と第２の流路とは、それぞれ交互に配置される。このような構造とすることで、フィルタ部の流入側の端面に導かれた供給水は必ず隔壁の内部を通過し、水中に含まれる汚染物質が多孔質セラミックの隔壁の内部の細孔の表面で吸着されて除去される。

吸着構造体において、外筒を非透水性の部材とすることで、吸着構造体の側面からハウジング内への漏水を防止できる。その一方で、外筒とフィルタ部は別部材であるので、そのままではセラミックが存在しない間隙が生まれる。供給水がこの間隙を通って流入側端面から流出側端面に抜けた場合、隔壁の内部を通過しないので、汚染物質が吸着除去されずに排出されることとなり、吸着構造体の性能が十分に発揮されない。従って、フィルタ部の少なくとも一方端にはシール材が配置されて、供給水が隔壁を必ず通過する構造とする。このシール材は、水処理用セラミックフィルタとして外筒とフィルタ部を結合して一体化するものであり、かつ供給水のフィルタ部の側面と外筒との間隙の貫通を防止する。そのため、シール材は、少なくともフィルタ部の外側面まで埋め込まれていることが好ましい。

なお、本発明では、フィルタ部の少なくとも一方端にシール材を設けているが、一方だけにシール材を設けることで外筒とフィルタ部の間隙に流れ込む水の滞留を防ぐことができる。吸着時には下方から上方に通水し、逆流洗浄時に上方から下方に通水した場合を例にすると、上面だけにシール材を設けた場合にはフィルタ部の側面の隔壁が吸着に寄与して隔壁体積が大きくなるので吸着性能が向上する効果が期待でき、下面だけにシール材を設けた場合には、逆流洗浄のときに、流入側隔壁面積が流出側隔壁面積に対して大きくなることで隔壁間差圧を得ることができるために、洗浄性能の向上が期待できる。なお、両端やフィルタ部の外周側面全体にシール材を設けることもできるが、両端部や外周側面全体にシール材を設けることでフィルタ部と外筒を強固に一体化でき、フィルタ部が経年変化して内部圧力が高くなった場合でもフィルタ部と外筒が分離することがない。しかし、フィルタ部と外筒の間隙に流れ込んだ水が滞留して水質が悪化して、フィルタ部の内部を通る水の水質に悪影響を及ぼす可能性があるので、フィルタ部と外筒の間隙をできる限り小さくする必要がある。

吸着構造体ユニットについて言えば、吸着構造体の外筒の両側の端部とハウジングの内面との間にリング部材が配置される。外筒は好ましくはフィルタ部の全長を越える長さを有し、かつ外筒の両端は平坦面であるのがよい。これにより吸着構造体が収納されるハウジングとの密閉を外筒の両端面で確保することができる。また、外筒の両端面は、水密性を高めるために平坦面としている。そのため、水密性を得るためのリング部材には固形のゴム状のパッキンやOリングを用いることが可能になるため、ハウジング内のフィルタ部と外筒部は容易に取り外すことができ、交換性に優れるという効果が得られる。

外筒さらにはシール材がフィルタ部からの漏水を防止するので、吸着効率の高いフィルタ部を実現できる。さらに、リング部材は、フィルタ部の流路を塞がずに、外筒の端部に当てることでハウジングとの間で密閉構造を形成するので、フィルタ部の本来の吸着効率を維持でき、さらに、ハウジングとの密閉のための力が外筒に加わってフィルタ部には加わらないため、フィルタ部の割れ等の破壊が生じにくくなる。その結果、吸着構造体ないし吸着構造体ユニットの耐久性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、いくつかの実施形態について説明する。

第１実施形態

第１実施形態を図１〜３を用いて説明する。
[セラミックフィルタの構成]
図１は、実施形態に係るセラミックフィルタを示し、（Ａ）はフィルタ部の上端面のうち、中心から９０度範囲を模式的に示す上面図、（Ｂ）は流路長手方向の断面図である。セラミックフィルタ１００はフィルタ部１０とそれを収納する外筒４から構成される。セラミックフィルタは隔壁１で仕切られた多数の流路２が配列している。隔壁１は圧力損失を小さくするため気孔率が５０％、望ましくは６０％以上の多孔質のセラミックで形成される。多孔質セラミックの材質は、コーディエライト、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニアなどが考えられるが、多孔質のフィルタが形成できれば上記に限定されるものではない。熱膨張率が小さく成形が容易なコーディエライト、アルミナが好ましい。

隔壁１の内部に通水したときに、多孔質セラミックの隔壁の内部の細孔の表面で吸着して水を浄化するので、隔壁１に吸着性能を向上するための吸着材を担持しても良い。吸着材には、上記したセラミックの微粒子や微結晶または樹脂材料、例えばナイロン、アラミド、ポリアミド、セルロース、ポリエチレンなどが考えられるが、吸着には選択性があるので、除去対象物質に合わせて材料を選択すれば良い。担持する場合には、水処理に供したときの圧力損失が問題とならない程度の厚さにするのが良く、具体的には、隔壁の平均細孔径の１／１０以下の平均膜厚とするのが好ましい。

ここで、平均細孔径は水銀ポロシメータ等の細孔径分布測定方法を用いて横軸に細孔径、縦軸に累積細孔容積を示したときに累積細孔容積が全細孔容積の５０％に達する細孔径である。また、平均膜厚は、吸着材の担持量（重量）と吸着材の比重から求めた体積を、水銀ポロシメータ等で測定したフィルタの比表面積で割ることで求められる。平均細孔径は１〜５０μｍにするのが良く、通水時の圧損が小さく、成形しやすいことから５〜３０μｍが好ましい。

流路２の端面側の断面形状は、図１では正方形としているが、規則正しく配列ができれば、三角形、長方形、六角形やそれらの組合せなどでもよく、それらの形状は限定されない。多孔質の隔壁の内部の細孔の壁面で吸着するので、フィルタ部１０への供給水は隔壁内部を通過するように、流路２には図１（Ｂ）の流路長手方向の断面図に示すように、流入側と流出側の流路に、交互に封止部３が設けられている。図１（Ａ）の端面側に示すように、端面からみて封止部３が交互に並ぶ。ここで、流路２の等価直径ＤｅをＤｅ＝４Ａｆ／Ｗｐ、ここでＡｆは流路断面積、Ｗｐは濡れ縁長さで流路の辺の合計長、と定義する。図１のような正方形の場合は、一辺の長さに当たる。

[セラミックフィルタの製造方法]
次に、セラミックフィルタ１００の製造方法について説明する。
まず、金型からセラミックのスラリを押出して隔壁１と流路２を成形し、所定の長さまで押出したところで切断して円筒形のセラミックのフィルタの構造とする。円筒状のフィルタを乾燥して焼成した後に、図１に示すように、外周部９には隔壁１と同じ材質の多孔質の外壁が存在するフィルタ部１０が完成する。その後、規定寸法に合わせるため、一回り小さい円筒形のフィルタを切り出す。その際の切り出しの円筒の直径をＲとする。

次に、封止部３を形成するため、多孔質ではなく緻密なセラミック焼結体を製造するための組成のスラリを流路２に交互に挿入する。そして、円筒形フィルタを乾燥して焼成して、円筒形フィルタの両端面に封止部３を形成する。ここで、封止部３の材質については、通水時の最大圧力０．２ＭＰａにおいて水が透過しないこと、供給水や洗浄に用いる薬品中での溶出が少なく処理水質に悪影響を及ぼさないことが満たされれば、セラミックに限定されるものではなく、後述のシール材と同じ材質を用いることができる。なお、円筒形フィルタの切り出しは、封止部３を形成した後に切り出してもよい。

次に、上記のように形成したフィルタ部１０を外筒４の中に挿入し、フィルタ部１０と外筒４との間にシール材５を埋め込むことで、セラミックフィルタ１００が形成される。シール材５は、供給水が外筒５とフィルタ部１０の間隙を通り、隔壁１を通らずに通過するのを防止するために設けられる。シール材５は、シーリング剤、接着剤、コーキング材などから選択することができる。この場合、シール材５の埋め込みの作業性、耐薬品性、非透水性から、シリコーン、エポキシ、アクリル系が好ましい。

本実施形態では、シール材５はセラミックフィルタ１００の両端面に設置される。シール材５を両端面に設ける方が、一方の端部に設けるよりも外筒４とフィルタ部１０が強固に保持されるので、セラミックフィルタの耐久性が向上して、長時間運転に使用できる。一方で、フィルタ部１０の最外部の多孔質隔壁を透過した水が外筒４とフィルタ部１０の間に滞留しやすくなる。滞留水中の微生物が増殖して放出された代謝物が隔壁を通してフィルタ部１０に浸入すると、処理水質が悪化する懸念があるので、滞留は避けたい。本発明者らが検討した結果、フィルタ部１０の円筒直径Ｒと外筒の内周部の径の差が、流路２の等価直径Ｄｅの２倍までの場合、すなわち、外筒４の内周部とフィルタ部１０の最外部の間隙が、フィルタ部１０の流路の等価直径Ｄｅよりも小さい場合は、外筒４とフィルタ部１０の間への水の流れ込みがあったとしてもフィルタ部の流路に通水すれば、液の交換が進んで、フィルタ部１０と外筒３の間の水の滞留が処理水質に影響を及ぼさないことが判明した。従って、外筒４の内周部とフィルタ部１０の最外部の間隙は、フィルタ部内の流路２の等価直径よりも小さいことが好ましい。

本実施形態においては、シール材５はフィルタ部１０を外筒内に挿入してから埋め込んでいるため、図１（Ｂ）に示すように、シール材５は流路長手方向には約５ｍｍ埋め込まれているが、埋め込みの深さに特に制限はない。強固に外筒４とフィルタ部１０を一体化し、かつ外筒４の内周部とフィルタ部１０の最外部の間隙の間への水の流れ込みを防止するためには、予めシール材５をフィルタ部１０の周囲および外側面に全面塗布しておき、その後外筒４にフィルタ部１０を挿入するという構成もあり得る。このときは、シール材として前記のシリコーン、エポキシ、アクリル系の中でも、無溶剤で硬化時に体積が減じないものを選ぶことが好ましい。

なお、セラミックフィルタの製造の作業性を考慮して、封止部３が形成されたフィルタ部１０の外壁の端部に予めシール材５を付着させておいて、フィルタ部１０を外筒４に装填して、シール材５が外筒４に固着するようにして図１（Ｂ）と同じ構造を得てもよい。

[セラミックフィルタユニットの構成]
図２を用いて、吸着構造体ユニットの一例としてセラミックフィルタユニットの構成について説明する。
セラミックフィルタユニットは、上記のセラミックフィルタ１００と、それを収納する容器であるハウジング３０から構成される。ハウジング３０は、上側ハウジング３１と下側ハウジング３２の対から構成され、各ハウジングのフランジ３１１と３２１がボルト（不図示）で固定されて一体化される。ハウジング３０の材質は、例えば硬質塩ビ（PVC）、ポリエチレン（PE）、SUSなどの耐海水、耐アルカリ性の材質が好ましい。

本実施形態では、上部ハウジング３１とセラミックフィルタ１００の外筒４の上端面の間、及び下部ハウジング３２と外筒４の下端面の間に、それぞれリング部材６１、６２（ここでは総じてリング部材６ということがある）が配置されて、ハウジング３０の内部の水密性が確保される。さらに、フランジ３１１と３２１との間にリング部材３３が装填され、より強固な水密構造が形成される。

ここで、外筒４とリング部材６が密着するように、外筒４の両端面を平坦面に形成するのが好ましい。ここでいう平坦面とは、使用されるリング部材との間に間隙が発生しない程度の平坦性があれば良い。一実施例では、硬質塩化ビニル（ＰＶＣ）の規格配管を切断し、切断面をヤスリで研磨した。リング部材６がフィルタに当たらず、外筒５の端面のみに当たるように、外筒４の長さはフィルタ部１０の長さよりも長くすると良く、一例ではフィルタ部１０の全長に対して外筒４は１ｍｍ長いものを用いた。長さは、フィルタ部および外筒の加工寸法精度を考慮して、外筒４がフィルタ部の全長を超えない長さを選べば良い。

外筒４の厚さは、リング部材との密着性を確保するためには３ｍｍ以上あるのが好ましい。一実施例では、ＰＶＣ配管の厚さが７．０ｍｍのものを用いた。外筒４の材質については、セラミックフィルタで使用する供給水に対して安定であること、非透水性を確保するため、金属もしくは樹脂製が好ましい。特に、海水や吸着性能のインライン回復のために用いる薬品洗浄で水酸化ナトリウム水溶液を用いることから、金属の場合はＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などの高耐食性の材質、樹脂の場合は、硬質ＰＶＣ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン（ＰＡ）などが好ましい。

リング部材６にはパッキンやＯリングを用いることができ、必要に応じて、位置決め用の溝を外筒４やハウジングの該当箇所に設けても良い。リング部材６の材質はニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ふっ素ゴム、シリコーンゴムが、耐薬品性の面から好ましい。形状は平パッキン、Ｏリングなどから選ぶことができる。

このような構成のセラミックフィルタユニットでは、外筒４とハウジング３０との間に配置されるリング部材６によって形成される水密構造によって、フィルタ部１０を通過した水がこの水密構造の外に漏れることが防止される。万が一、セラミックフィルタ１００の外筒４の外側に水が漏れても、ハウジング３１と３２の間に配置されるリング部材３３により、ハウジング３０の外側への水漏れを防止できる。

セラミックフィルタユニットを使用し続けると、フィルタ部１０に有機物等が吸着して吸着性能が低下するので、セラミックフィルタ１００を交換する必要がある。この場合、ハウジング３０のフランジ３１１，３２１に固定されたボルトを外して使用済みのセラミックフィルタ１００を取り出し、新たなセラミックフィルタ１００と交換してセラミックフィルタユニットを再生させる。

なお、本実施形態では１つのハウジングに１個の水処理用セラミックフィルタを収納しているが、１つのハウジング内に複数の水処理用セラミックフィルタを、リング部材６を介して重ねて収納するように構成することも可能である。

第２実施形態

次に、図３を用いて第２実施形態を説明する。
本実施形態におけるフィルタ部材質、シール材材質、外筒材質、ハウジング等の構成は、第１実施形態と同じである。

封止部３まで形成したフィルタ部１０の上面端部を、端面の径方向に２ｍｍ、流路の長手方向に１０ｍｍグラインダーで削って、テーパー状の面取りをして面取り部５１を形成する。その後、実施形態１と同じく、フィルタ部１０を外筒４の中に挿入して、フィルタ部１０と外筒４との間にシール材５を埋め込む。面取り部５１を形成することでシール材とフィルタの接着面積が増大し、これにより両者の接着力が強化される。さらには、外筒と埋め込みの作業効率が向上する。ここで、埋め込み作業について記述する。埋め込み作業は先端に孔が明いたノズルを埋め込みする部分に当ててシール材を注入するが、ノズル先端の孔は注入量の関係から１ｍｍ以上ある一方で外筒とフィルタ部の間隙は等価直径Ｄｅ以下で１ｍｍに満たない場合がありノズルの孔径よりも小さいことがある。この状態で埋め込み作業をすると、ノズルの先端が外筒４とフィルタ部１０の端面より浮いた状態になるため、シール材が十分にフィルタ部と外筒の間隙に押し込めなくなる。ノズルの先端の孔径よりテーパー部の面取り長が長いとノズルを外筒４とフィルタ部１０の端面より下部までノズルを挿入することができ、埋め込みの作業効率が向上する。本実施形態においても、シール材５は面取り後のフィルタ部の外側面まで埋め込む。面取り量は、端面の径方向は、シール材の埋め込み時のノズル径より大きくすることが効率向上の効果を得るためには好ましい。一方、面取り量が多くなると吸着性能に寄与する隔壁の体積が減少して滞留が生じやすくなるため、面取り量は可能な限り少なく抑えるのが良い。

なお、この例では、フィルタ部１０の上面端部に面取り部５１を形成してシール材５を埋め込んだが、フィルタ部１０の下面端部、更にはフィルタ部１０の両側端部に面取り部５１を形成してもよい。また、シール材５を埋め込む場所は、面取り部５１に限らず、面取りしていない部分にそれを埋め込んでもよい。

第３実施形態

次に、図４を用いて第３実施形態を説明する。
本実施形態におけるフィルタ部材質、シール材材質、外筒材質、ハウジング等の構成は、第１実施形態と同じである。

外筒４の上面内周部を、径方向に２ｍｍ、長手方向に１０ｍｍグラインダーで削って、テーパー状の面取りをして面取り部４１を形成する。その後、第１実施形態と同じく、フィルタ部１０を外筒４の中に挿入し、フィルタ部１０と外筒４との間にシール材５を埋め込む。面取り部４１を形成することでシール材と外筒部の接着面積が増大し、これにより接着力が強化されるとともに、埋め込みの作業効率が向上する。本実施形態においても、シール材５は面取り後のフィルタ部の外側面まで埋め込む必要がある。面取り量は、内周部の径方向は、シール材の埋め込み時のノズル径より大きくすることが効率向上の効果を得るためには好ましい。一方、面取り量が多くなるとハウジング３０との水密性を確保するためのリング部材６との接触面積が減少するので、面取り後の上部端面の幅を３ｍｍ以上残す量までに抑えるのが良い。フィルタ部１０を削らないので、第２実施形態よりも本来の吸着性能を損なう可能性が低いが、外筒４の上部端面の幅を３ｍｍ以上残す必要があるので、外筒の厚さが厚い場合に有効である。

なお、この例では、外筒４の上面端部に面取り部４１を形成してシール材５を埋め込んだが、外筒４の下面端部、さらにはその両側端部に面取り部４１を形成してもよい。また、シール材５を埋め込む場所は、面取り部４１に限らず、面取りしていない部分にそれを埋め込んでもよい。

[適用例]
本実施形態によるセラミックフィルタユニットを適用する水処理システムとして、逆浸透膜を用いて海水を淡水化する海水淡水化システムの一例について説明する。なお、セラミックフィルタユニットは、逆浸透膜を用いた海水淡水化システムに限定されるものではなく、例えば、ナノフィルトレーション膜（ＮＦ膜）やイオン交換樹脂・膜を用いた淡水化システムおよび、これらの膜を利用している、排水を浄化して再利用水を生成する再利用水製造システム、ならびに純水または超純水を生成する純水・超純水製造システムなどにも適用できる。また、膜処理の前処理だけではなく、セラミックフィルタユニットを単独で水やその他の溶液の浄化や有機物の捕集に用いることも可能である。

図５は海水淡水化システムのフロー図である。本実施例による海水淡水化システムは、海水に含まれる塩分や不純物を除去して淡水化する水処理システムであり、上流側から海水取水部１１０、前処理部１２０、脱塩部１３０の順に主に３つの部分で構成される。前処理部１２０は、海水取水部にある海水タンク１１１から供給水を前処理部に送水するためのポンプ１２１、水処理用セラミックフィルタの前に粒子状の成分を粗取りするための砂ろ過ユニット１２２、砂ろ過後の水を貯水する供給水タンク１２３、供給水タンク１２３から供給水をセラミックフィルタユニットに送水するためのポンプ１２４、セラミックフィルタユニット１２５、処理後の水を貯水する逆浸透膜供給水タンク１２６、から構成される。脱塩部１３０には逆浸透膜ユニット１３１があり、セラミックフィルタユニットで処理された水が供給される。

セラミックフィルタユニット１２５は、図２のハウジング３０にバルブや継ぎ手（図示せず）を備えたもので、ポンプやタンクと配管でつながっている。また、流路の途中には圧力計、流量計、保安フィルタ（図示せず）を設けている。
セラミックフィルタユニット１２５へは、フィルタ部の体積を基準として、ＳＶ（空間速度）が６０〜１８０／ｈで、下から上に通水して水中の有機物を吸着した。また、定期的に逆方向に水を流して、隔壁の流入側に付着した異物を流し落とす工程とｐＨが１１〜１３の水酸化ナトリウム溶液を通水して隔壁内に蓄積した吸着物を洗浄して吸着性能を回復させる工程を入れた。

[比較例]
ここで、比較例の説明のために、従来のセラミックフィルタの構成について図６を用いて説明する。従来例は特許文献１に記載のセラミックフィルタに似るものであり、フィルタ部は、第１実施形態と同様に、封止部３まで形成した。外周部の流路は、供給水が隔壁を通過せずに抜けるのを防止するため、両端面を封止している。その後、フィルタ部の側面からの漏水を防止するのと、外形寸法を整えるため、セラミックスラリを外周部に塗布して外皮７を形成し、乾燥・焼成した。外皮７は多孔質ではないが、含水性のあるセラミックである。従来例は、本実施形態における外筒４やシール材５を有していない。

図７は、従来例と第１〜第３実施形態を海水淡水化システムに適用して運転した結果の比較表に示す。
まず、水密性については、ハウジングとセラミックフィルタの間のリング部材部分からの漏水について評価した。ハウジングとセラミックフィルタの間の水密性確保のため、リング部材６にはニトリルゴムの平パッキンを用い、面圧0.2ＭＰａとなるようパッキンの押しつぶし量を決定した。従来例では、平パッキンはセラミックの外皮および外周部の流路（封止あり）の部分に接触している。

また、水密性について、セラミックフィルタの外周部からの漏水についても評価した。運転初期は、フィルタ部の圧力損失は小さく、内部圧力は５ｋＰａ以下である。運転を長期継続すると、フィルタ部に目詰まりが発生することがあり、その場合には、内部圧力が上昇してフィルタ部の内外に差圧が５０ｋＰａ以上生じる場合がある。このときに、セラミックフィルタの外周部からの漏水がないかを確認した。

耐久性に関しては、運転を継続したときにリング部材６がセラミックフィルタに与える面圧により、外周部（従来例ではセラミック外皮、実施例では外筒）が破損しないかを評価した。

図７に示すように、比較結果から次のことが分かった。
従来例では、ハウジングとセラミックフィルタの間の水密性には問題はなかった。しかし、ハウジングとセラミックフィルタの間の水密性を得るためのリング部材の面圧により、運転継続１〜２週間で、セラミック外皮に割れができ、漏水が生じた。

また、内部圧力が５０ｋＰａを超えたときには、セラミック外皮が破損していなくても、セラミックが含水性のため、外周部からの漏水が観察された。これに対して、第１〜第３実施形態においては、外周部の破損は１ヶ月以上発生せず、外筒４が非透水性のため、外周部からの漏水も観察されなかった。

１：隔壁２：流路３：封止部４：外筒
５：シール材６，６１，６２：リング部材７：外皮
１０：フィルタ部１００：セラミックフィルタ３０：ハウジング
３１：上部ハウジング３２：下部ハウジング３３：リング部材
４１、５１：面取り部

Claims

多孔質セラミックからなる複数の隔壁で仕切られた複数の流路と、該複数の流路の、供給水の流入側又は流出側を封止する封止部とを有するフィルタ部と、
該フィルタ部を収容する非透水性の外筒と、
前記フィルタ部の少なくとも一方の端部において、前記フィルタ部と前記外筒との間隙を塞ぐシール材とを有し、
前記外筒は、前記フィルタ部の全長を越える長さを有し、且つ該外筒の両端面は平坦面を成し、
前記シール材は前記フィルタ部の外側面まで埋め込まれている吸着構造体と、
前記吸着構造体を収納して、前記吸着構造体の一方端から供給水を供給し他方端から排出するハウジングと、
前記外筒の両側の端部と前記ハウジングの内面との間に配置されるリング部材と、
を有することを特徴とする吸着構造体ユニット。
前記シール材が、前記フィルタ部の両端部に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の吸着構造体ユニット。
前記フィルタ部の少なくとも一方端部には、先端に向かうに従って外径が小さくなるテーパー状の面取り部を有し、該面取り部に前記シール材が配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の吸着構造体ユニット。
前記外筒の少なくとも一方の端部には、先端に向かうに従って内径が大きくなるテーパー状の面取り部を有し、該面取り部に前記シール材が配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の吸着構造体ユニット。
前記シール材は、シリコーン、エポキシ、アクリルのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の吸着構造体ユニット。
前記外筒の内周部と前記フィルタ部の最外部の間隙は、前記フィルタ部内の流路の等価直径よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の吸着構造体ユニット。
前記外筒は、アルカリ性水溶液に耐性のある金属あるいは樹脂であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の吸着構造体ユニット。
前記ハウジングは、供給水が供給される側の第１のハウジングと、該供給水が排出される側の第２のハウジングにより構成され、
該第１のハウジングと該第２のハウジングは、前記リング部材（第１のリング部材）とは異なる第２のリング部材を介して密閉された構造を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の吸着構造体ユニット。
多孔質セラミックからなる多数の隔壁で仕切られた多数の流路を有し、
筒形状に形成されたフィルタ部の一端側又は他端側のいずれか一方端に封止部を装填する封止部形成工程と、
該封止部形成工程の後に、該フィルタ部を非透水性の外筒に装填する装填工程と、
該外筒と該フィルタ部の外壁との間にシール材を配置するシール材配置工程と、を含んで吸着構造体を製造し、
前記吸着構造体を、一方端から供給水を供給し他方端から排出するハウジング内に収納する収納工程と、
前記外筒の両側の端部と前記ハウジングの内面との間にリング部材を配置する配置工程と、を含むことを特徴とする吸着構造体ユニットの製造方法。
前記装填工程の後に、該外筒と該フィルタ部の外壁との間にシール材を埋め込んでシール材を配置する
請求項９に記載の吸着構造体ユニットの製造方法。
前記封止部が形成された前記フィルタ部の外壁の少なくともいずれか一方端に該シール材を付着した後に、該フィルタ部を前記外筒に装填することにより、
該外筒と該フィルタ部の外壁との間を塞ぐようにシール材を配置する
請求項９に記載の吸着構造体ユニットの製造方法。
前記ハウジングは、供給水が供給される側の第１のハウジングと、該供給水が排出される側の第２のハウジングにより構成され、
前記配置工程の後に、第２のリング部材を介して、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングを合わせて固定して、密閉された構造を形成する、
請求項９に記載の吸着構造体ユニットの製造方法。