KR20130041997A

KR20130041997A - 중공사막 모듈과, 이것을 이용한 여과 방법 및 초순수 제조 시스템

Info

Publication number: KR20130041997A
Application number: KR1020137005495A
Authority: KR
Inventors: 유즈루 이시바시; 슈이치 나카타; 도루 다니구치
Original assignee: 아사히 가세이 케미칼즈 가부시키가이샤
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-25
Also published as: JP5839601B2; JPWO2012043679A1; WO2012043679A1; TW201223625A; KR101470263B1; CN103153444A; TWI433715B; CN103153444B

Abstract

본 발명은, 다수 가닥의 중공사막을 포함하는 실다발과, 실다발을 수용하고 또한 복수의 노즐을 갖는 통형 케이스와, 통형 케이스 내의 실다발의 양단부에 있어서, 중공사막의 외면끼리 및 이 외면과 통형 케이스의 내면의 간극을 밀봉하는 한 쌍의 고정부를 구비하고, 통형 케이스 내에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적(S₁)에 대한 노즐의 유로 단면적(S₂)의 비(S₂/S₁)가 0.15 이상 0.60 이하인 중공사막 모듈을 제공한다.

Description

중공사막 모듈과, 이것을 이용한 여과 방법 및 초순수 제조 시스템{HOLLOW FIBER MEMBRANE MODULE, AND FILTRATION METHOD AND ULTRAPURE WATER PRODUCTION SYSTEM USING SAME}

본 발명은 하천수나 지하수 등의 비교적 깨끗한 원수 또는 초순수를 대상으로 하여 제탁(除濁), 제균(除菌)을 행하기 위한 여과용 모듈과, 이것을 이용한 여과 방법 및 초순수 제조 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 특히 초순수 제조 라인에 있어서의 보안용 필터로서 적합한 중공사막 모듈 및 이것을 이용한 여과 방법에 관한 것이다.

반도체나 표시 소자 등의 전자·전기 부품의 제조에서 이용되는 초순수를 제조하는 라인에 있어서는, 정밀 여과막이나 이온 교환 수지, 역침투 여과막을 이용하여 제조한 초순수를 유스 포인트에 공급하기 직전에 정밀 여과막 또는 한외여과막을 이용하여 여과하고 있다. 이 정밀 여과막 또는 한외여과막은 보안용 필터로서의 기능을 담당하고 있다. 이 용도의 여과막 모듈로서는, 중공사막의 외측에 원수를 공급하여, 양단으로부터 여과수를 채수(採水)하는 외압식 양단 집수형 여과막 모듈이 주로 사용되고 있다(비특허문헌 1을 참조).

상기 모듈의 사용 형태로서는, 도 6에 도시하는 것과 같이, 중공사 모듈(50)의 일단측의 노즐(52b)로부터 원수를 도입하여, 중공사막의 외표면을 따라서 중공사 모듈(50)의 타단측의 노즐(52a)에 유통시키면서 농축수를 배관(L7)으로부터 유출시키는 동시에, 중공사막을 침투하여 중공사막 안으로 투과한 여과수를 배관 접속 캡(56a, 56b)으로부터 각각 빼내는 여과 장치(200)를 구성한다. 그리고, 상기 캡(56a)에 접속된 배관(L6a)은 캡(6b)에 접속된 배관(L6b)과 연결되어 있으며, 캡(56a)으로부터 빼내어진 여과수는 상기 배관(L6a)을, 캡(56b)으로부터 빼내어진 여과수는 상기 배관(L6b)을 각각 흘러, 상기 연결된 점에서 합류하여 유스 포인트에 공급된다.

상기한 양단 집수형 모듈에 의해서 여과수를 집수할 때에는, 모듈 안의 공급수의 유로가 좁기 때문에 공급측(상기 노즐(52b)측)과 농축측(상기 노즐(52a)측) 사이의 압력차가 커지고 있다. 그 때문에, 공급측(상기 캡(56b) 측)의 투과수량이 농축측(상기 캡(56a) 측)의 투과수량보다도 많아진다. 이로부터, 투과수량이 적은 농축측 유로에 생균이 번식하기 쉽게 된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 배관 내부나 모듈 내부를 제균하기 위해서 행하는 살균 세정에 있어서는, 유량이 적은 측의 유로 안의 살균 처리 조작이 길어지는 문제나 살균 처리 조작 후의 기동에 장시간이 필요한 등의 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 일단측의 여과수 배관(상기 L6b)에 유량 제어 수단을 설치하여 공급측과 농축측의 투과수량을 거의 같게 하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조).

특허문헌 1: 일본 특허공개 평06-319959호 공보

비특허문헌 1: 이토, 오가와 「초순수 제조 프로세스에 있어서의 막 분리 기술」, 클린 테크놀로지, 니혼고교슛판, 1998년 10월, 제8권, 제10호, p. 22-25

그러나, 상기한 방법에 있어서 오리피스나 밸브 등의 유량 제어 수단을 설치하는 경우에는, 모듈을 설치할 때에 미리 유량을 측정하여 조이는 정도를 조정할 필요가 있으며, 그 때문에 번잡한 조작이 필요했다.

한편, 최근 제조 규모의 확대와 함께 사용하는 초순수량이 많아지고 있고, 초순수 제조 설비도 대형화되는 경향이 있어, 그 제조 설비를 컴팩트하게 하는 요구가 강해지고 있다. 이러한 상황에서, 높은 여과 능력을 갖는 모듈, 즉, 1 모듈당 여과 유량이 크고, 또한 단위 용적당 여과 유량이 큰 모듈이 요구되고 있다.

그래서 본 발명은, 특별한 유량 제어 수단을 설치하는 일없이 2개의 여과수 유로를 흐르는 유량을 거의 동등하게 할 수 있는 중공사막 모듈 및 이것을 이용한 여과 방법과 초순수 제조 시스템을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 장치의 규모가 컴팩트하면서 양호한 수질의 여과수를 장기간 안정적으로 얻을 수 있는 중공사막 모듈 및 이것을 이용한 여과 방법과 초순수 제조 시스템을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 특정 구조를 갖는 중공사막 모듈을 이용하여 내압식 여과를 행하는 것이 상기 문제를 해소하는 데 매우 유용하다는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은, 다수 가닥의 중공사막을 포함하는 실다발과, 실다발을 수용하고 또한 측면에 복수의 노즐을 갖는 통형 케이스와, 통형 케이스 내의 실다발의 양단부에 있어서, 중공사막의 외면끼리 및 이 외면과 통형 케이스의 내면과의 간극을 밀봉한 한 쌍의 고정부를 구비하고, 통형 케이스 내에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적(S₁)에 대한 노즐의 유로 단면적(S₂)의 비(S₂/S₁)가 0.15 이상 0.60 이하인 중공사막 모듈을 제공한다.

본 발명의 중공사막 모듈에 따르면, 양단에 노즐을 갖는 통형 케이스를 사용하여, 케이스 내에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적(S₁)에 대한 노즐의 유로 단면적(S₂)의 비(S₂/S₁)를 0.15 이상 0.60 이하로 함으로써, 밸브나 오리피스 등의 유량 조절 수단을 이용하지 않더라도 양단의 노즐로부터 유출되는 여과수의 유량을 거의 동등하게 할 수 있어, 중공사막 모듈 내부나 여과수 배관 속에 있어서의 미생물의 증식을 충분히 억제할 수 있는 동시에, 높은 여과 능력을 보일 수 있게 된다.

본 발명에 있어서는, 복수의 노즐 각각의 유로 단면적이 서로 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 이에 따라, 각 노즐로부터 유출되는 여과수의 유량을 거의 동등하게 하는 것이 용이하게 된다.

본 발명에 있어서는, 실다발이 다수 가닥의 중공사막을 묶어 형성된 작은 다발을 통형 케이스 내에 복수 병행으로 충전한 것으로, 적어도 고정부의 계면 위치에 다른 부분과 비교하여 중공사막의 충전 밀도가 낮은 부분을 갖는 것이 바람직하다. 이 저충전 밀도 부분은 일단의 고정부에서부터 타단의 고정부에 걸쳐 연속해서 형성되어 있는 것이 특히 바람직하다. 통형 케이스 내에 중공사막의 충전 밀도가 낮은 부분을 둠으로써, 통형 케이스 안을 흐르는 물의 저항을 작게 할 수 있다. 즉, 중공사막 외측의 유로 단면적이 같더라도 모든 중공사막을 1 다발로 통합하는 경우보다도 중공사막을 작은 다발로 분할하여 각 작은 다발 내에 있어서의 중공사막의 충전 밀도를 비교적 높게 하는 동시에 각 작은 다발 사이에 유로를 확보하는 경우의 쪽이 통형 케이스 내부를 흐르는 물의 저항(총 저항)을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 동일한 여과수 유량을 얻는 데 적은 공급 압력으로 끝난다고 하는 이점을 얻을 수 있다.

본 발명의 중공사막 모듈은, 일단이 고정부에 의해서 밀봉되고, 실다발의 양단부를 각각 둘러싸도록 연장되어 있는 한 쌍의 정류통을 더 구비하고, 한 쌍의 정류통은 고정부로부터 이격된 위치에 정류통 내측의 물이 노즐로 유통할 수 있는 개구를 각각 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고정부 근방에 있어서 중공사막이 수류로부터 받는 전단력을 충분히 저감할 수 있기 때문에, 수류에 의한 중공사막의 손상을 충분히 억제할 수 있다. 또한, 한 쌍의 정류통 중 적어도 한쪽은 고정부로부터 이격된 위치에, 내측에서 외측으로 관통하는 관통 구멍을 복수 형성함으로써, 정류통의 개구단에 있어서의 정류통 내측에서 외측으로의 유속을 완화할 수 있고, 이 정류통 개구단과 중공사막과의 스침에 의한 중공사막의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 우수한 수질의 여과수를 장기간에 걸쳐 계속적으로 제조하는 것이 가능하게 된다.

정류통은, 관통 구멍이 존재하는 영역 전체를, 고정부에 가까운 측의 제1 영역과 고정부에서 먼 쪽의 제2 영역으로 이등분한 경우에, 제2 영역에 있어서의 관통 구멍에 의한 개구율이 제1 영역에 있어서의 관통 구멍에 의한 개구율보다도 높은 것이 바람직하다. 즉, 정류통 내측에서 외측으로 유출되는 수량이 고정부에 가까운 측에서는 소량으로 하고, 고정부에서 먼 측에서 비교적 다량이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고정부 근방에 있어서 수류에 의해서 중공사막이 받는 힘을 저감하는 동시에, 정류통의 개구단에 있어서 수류에 의해서 중공사막이 받는 힘도 효과적으로 저감할 수 있다.

본 발명의 중공사막 모듈은, 25℃에 있어서의 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1000～3000 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥인 것이 바람직하다. 이 경우, 큰 여과수량으로 안정된 여과 수질을 장기간 유지할 수 있다. 또한, 본 발명의 중공사막 모듈은 25℃에 있어서의 1 모듈당 투수량이 20～40 ㎥/hr/0.1 MPa인 것이 바람직하다. 이 경우, 중공사막 모듈을 혼자서 들 수 있어 핸들링성이 현저히 좋은 것으로 되기 때문에, 장착 피치 사이가 좁은 여과 장치에도 장착할 수 있다. 따라서, 상기 투수 성능 및 투수량 양쪽을 만족한다면, 이 여과 장치를 보다 컴팩트하게 할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 상기 중공사막 모듈을 이용한 여과 방법을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 여과 방법은, 다수 가닥의 중공사막을 포함하는 실다발과, 실다발을 수용하고 또한 측면에 복수의 노즐을 갖는 통형 케이스와, 통형 케이스 내의 실다발의 양단부에 있어서, 중공사막의 외면끼리 및 이 외면과 통형 케이스의 내면과의 간극을 밀봉한 한 쌍의 고정부를 구비하고, 통형 케이스 내에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적(S₁)에 대한 노즐의 유로 단면적(S₂)의 비(S₂/S₁)가 0.15 이상 0.60 이하인 중공사막 모듈을 이용하여 여과를 함에 있어서, 피처리수를 중공사막 모듈의 한 쪽 단부에서 중공사막의 중공부로 공급하여, 중공사막의 외측으로 유출된 여과수를 통형 케이스의 양단의 노즐로부터 그 노즐에 접속된 배관을 통하여 유출시켜 채취한다.

본 발명의 여과 방법에 따르면, 상기 중공사막 모듈을 사용하여 내압식 여과를 행함으로써, 양단의 노즐로부터 거의 동량의 여과수를 채취할 수 있기 때문에, 모듈 내부나 여과수 배관 속에 있어서의 미생물의 증식을 충분히 억제할 수 있다.

본 발명의 여과 방법에 있어서, 양단 노즐로부터 유출시킨 여과수를, 한쪽 단부에 가까운 측의 노즐보다도 먼 측의 노즐에 가까운 위치에서 합류시켜 채취하는 것이 바람직하다. 또한, 양단의 노즐 각각의 유로 단면적이 서로 실질적으로 같은 것이 바람직하다. 또한, 배관이, 접속된 노즐의 내경에 대하여 0.80～1.20배의 내경을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 여과 방법에 있어서, 실다발은 다수 가닥의 중공사막을 묶어 형성된 작은 다발을 통형 케이스 내에 복수 병행으로 충전한 것으로, 적어도 고정부의 계면 위치에 다른 부분과 비교하여 중공사막의 충전 밀도가 낮은 부분을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 여과 방법에 있어서, 모듈의 일단이 고정부에 의해서 밀봉되고, 실다발의 양단부를 각각 둘러싸도록 연장되어 있는 한 쌍의 정류통을 더 구비하고, 한 쌍의 정류통은 고정부로부터 이격된 위치에, 정류통 내측의 물이 노즐로 유통할 수 있는 개구를 각각 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 높은 여과수 유량으로 운전하더라도 수류에 의한 중공사막의 손상을 충분히 저감할 수 있기 때문에, 컴팩트한 장치로 우수한 수질의 여과수를 장기간에 걸쳐 안정적으로 제조할 수 있다. 본 발명의 여과 방법에 있어서, 또한, 한 쌍의 정류통 중 적어도 한쪽은 고정부로부터 이격된 위치에, 그 정류통의 외면에서부터 내면에 걸쳐 관통하는 복수의 관통 구멍을 각각 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 여과 방법에 있어서, 정류통은, 관통 구멍이 존재하는 영역 전체를, 고정부에 가까운 측의 제1 영역과 고정부에서 먼 측의 제2 영역으로 이등분한 경우에, 제2 영역에 있어서의 관통 구멍에 의한 개구율이 제1 영역에 있어서의 관통 구멍에 의한 개구율보다도 높은 것이 바람직하다. 본 발명의 여과 방법에 있어서 사용하는 중공사막 모듈이 이들 구성을 갖추고 있는 경우, 본 발명의 상기 효과가 한층 더 발휘된다.

또한, 본 발명의 여과 방법은 25℃에 있어서의 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1000～3000 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥인 것이 바람직하고, 25℃에 있어서의 1 모듈당 투수량이 20～40 ㎥/hr/0.1 MPa인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 중공사막 모듈을 이용한 초순수 제조 시스템을 제공한다. 즉, 적어도 자외선 조사 수단과 이온 교환 처리 수단과 한외막 여과 처리 수단을 포함하는 초순수 제조 시스템에 있어서, 한외막 여과 처리 수단이 상기 중공사막 모듈인 초순수 제조 시스템을 제공한다. 이에 따라, 종래보다도 시스템 전체가 컴팩트하게 되어, 적은 설치 면적으로 끝난다고 하는 이점을 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 밸브나 오리피스 등의 유량 조절 수단을 이용하지 않더라도 양단의 노즐로부터 유출되는 여과수의 유량을 거의 동등하게 할 수 있는 중공사막 모듈이 제공된다. 또한, 이러한 중공사막 모듈을 이용한 여과 방법 및 초순수 제조 시스템에 따르면, 컴팩트하면서 높은 여과수 유량으로 또 우수한 수질의 여과수를 장기간에 걸쳐 안정적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 중공사막 모듈의 II-II 단면도이다.
도 3의 (a)는 도 2에 도시하는 정류통의 III-III선 단면도이다. (b)는 정류통의 다른 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다. (c)는 정류통의 또 다른 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 중공사막 모듈을 갖춘 여과 장치 구성의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은 종래의 중공사막 모듈을 갖춘 여과 장치 구성의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 7은 종래의 중공사막 모듈의 일 실시형태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 중공사막 모듈의 VIII-VIII선 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시하는 보호용 원통체의 IX-IX선 단면도이다.

<중공사막 모듈>

도 1～도 3을 참조하면서 본 발명에 따른 중공사막 모듈의 실시형태에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 중공사막 모듈(10)은, 다수 가닥의 중공사막(1a)으로 이루어지는 실다발(1)과, 실다발(1)을 수용하는 통형 케이스(2)와, 실다발(1)의 양단부에 설치된 주형제로 이루어지는 한 쌍의 고정부(3a, 3b)와, 실다발(1)의 양단부를 각각 둘러싸도록 배치된 한 쌍의 정류통(4, 5)을 구비한다. 모듈(10)은 통형 케이스(2)의 양단에 배관 접속 캡(6a, 6b)을 너트(7a, 7b)에 의해서 각각 장착할 수 있게 되어 있다. 너트(7a, 7b)를 체결함으로써 캡(6a, 6b)의 홈에 배치된 O링(8a, 8b)에 의해서 그 부위가 시일된다.

실다발(1)은 다수 가닥의 중공사막(1a)에 의해서 형성된다. 다수 가닥의 중공사막(1a)을 한 다발로 통합하여 실다발을 형성할 수도 있지만, 도 2에 도시하는 것과 같이, 실다발(1)을 복수의 작은 다발(1b)로 분할한 상태로 하는 것이 바람직하다. 특히, 다수 가닥의 중공사막(1a)으로 이루어지는 작은 다발(1b)을 네트(1c)로 둘러싼 상태로 하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 하여 모듈(10) 내에 중공사막이 충전되어 있지 않은 부분(막 충전 밀도가 낮은 부분)을 둠으로써 중공사막(1a)의 외측을 흐르는 물의 저항이 작아지고, 나아가서는 보다 높은 모듈 투수 성능을 실현할 수 있다. 한편, 작은 다발(1b)의 표면을 덮을 수 있고 또한 투수성을 갖는 소재로 이루어지는 것이라면, 작은 다발을 둘러싸는 것으로서 네트 대신에 부직포 등을 사용하더라도 좋다.

중공사막(1a)의 종류는 모듈(10)의 용도에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 중공사막(1a)의 구체예로서, 한외여과막 및 정밀 여과막을 예시할 수 있다. 예컨대, 모듈(10)을 초순수용 파이널 필터의 용도로 이용하는 것이라면, 중공사막(1a)은 평균 구멍 직경 0.05 ㎛ 이하(보다 바람직하게는 0.02 ㎛ 이하)의 한외여과막인 것이 바람직하다. 중공사막(1a)의 재질은 용도에 따라 적절하게 선택하면 되며, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스아세테이트 및 폴리아크릴로니트릴에서 선택할 수 있다.

중공사막(1a)은 내면적 환산의 단사 투수량(25℃)이 2000 L/㎡/hr/0.1 MPa(이하, 단사 투수량의 단위를 「LMH」이라고 기재함) 이상인 것이 바람직하고, 4000 LMH 이상인 것이 특히 바람직하다. 중공사막(1a)의 내경은 0.7～1.0 mm인 것이 바람직하고, 0.70 mm～0.85 mm인 것이 특히 바람직하다. 후술하는 것과 같이, 본 실시형태의 모듈(10)은 통수시의 진동에 의한 영향을 충분히 억제할 수 있기 때문에, 상기한 단사 투수량 및 내경을 갖는 중공사막을 이용함으로써, 종래의 약 2배의 모듈 투수 성능을 실현할 수 있다.

통형 케이스(2)는 양단에 개구를 갖는 원통형의 부재로 이루어지고, 고정부(3a, 3b)의 계면(Fa, Fb) 부근에 설치된 노즐(2a, 2b)을 갖는다. 여기서 말하는 고정부의 계면이란, 고정부의 한쪽 면이며 정류통의 기단부가 포매되어 있는 측의 면을 의미한다. 통형 케이스(2)의 재질은 금속 및 플라스틱류 중에서 용도에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 가공의 용이성 및 경량화의 점에서 통형 케이스(2)는 플라스틱류로 형성된 것이 바람직하며, 플라스틱류의 구체예로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리불화비닐리덴, ABS 수지 및 염화비닐 수지 등을 들 수 있다. 한편, 계면(Fa, Fb) 부근에 각각 설치하는 노즐은 반드시 1개씩이 아니더라도 좋고, 그 부위에 복수 개의 노즐을 각각 설치하는 것도 가능하다.

한편, 통형 케이스(2)의 측면에 설치되는 노즐은, 상기한 것과 같이 고정부(3a, 3b)의 계면(Fa, Fb) 부근에만 각 1개 설치하는 경우 이외에, 고정부(3a, 3b)의 계면 부근에 복수 설치하더라도 좋다. 또한, 고정부(3a, 3b)의 계면 부근에 각 1개 설치하고, 또한, 통형 케이스(2)의 중앙부에 추가하여 설치하더라도 좋다. 고정부(3a, 3b)의 계면 부근에만 각 1개 설치하는 것이 바람직하다. 통상, 고정부의 계면 부근에만 각 1개 설치함으로써 여과수를 채취하는 목적을 이룰 수 있다. 그리고, 이 경우에는 부재의 개수가 적게 끝나는 동시에 부재의 성형이 용이하다고 하는 이점을 갖는다.

통형 케이스(2)의 크기는 외경이 140～200 mm이며, 또한 길이가 700～1400 mm인 것이 바람직하고, 외경 160～180 mm이며, 또한 길이가 800～1100 mm인 것이 특히 바람직하다. 이 범위의 크기를 갖는 통형 케이스(2)를 사용했을 때에 높은 모듈 투수량 및 가장 높은 모듈 투수 성능을 실현할 수 있다. 이에 더하여, 이 크기라면 모듈(10)을 혼자서 들 수도 있기 때문에 핸들링성이 현저히 좋다고 하는 이점이 있다. 한편, 여기서 말하는 통형 케이스(2)의 「외경」이란, 모듈 중앙의 여과 영역에 있어서의 원통의 외경을 의미한다. 통형 케이스(2)의 「길이」란, 중공사막(1a)의 양 단면 사이의 거리를 의미한다.

통형 케이스(2)의 중앙부(여과부)에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적을 S₁(㎡)로 하고, 중공사막 모듈의 최대 여과 유량을 Q(㎥/s)로 하면, 유로 단면적(S₁)은 이하의 부등식(1)으로 나타내어지는 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

이 조건을 만족하도록 유로 단면적(S₁)을 설정함으로써, 이 부분을 물이 유통할 때의 압력 손실을 작게 할 수 있어, 높은 모듈 투수량을 실현할 수 있다. 한편, 여기서 말하는 「모듈 투수량」이란, 막간 차압 0.1 MPa를 인가했을 때의 25℃에 있어서의 1시간당 여과량(㎥/hr/0.1 MPa@25℃)을 말한다. 또한, 「모듈 투수 성능」이란, 상기 모듈 투수량을 모듈의 겉보기 용적 혹은 여과부 용적으로 나눈 값((㎥/hr/0.1 MPa)/㎥@25℃)을 말한다. 전자를 「겉보기 용적 기준의 모듈 투수 성능」이라고 적고, 후자를 「여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능」이라고 적는다. 여기서 「겉보기 용적」이란, 통형 케이스(2)의 외경으로부터 계산되는 단면적에 배관 접속 캡(6a와 6b)의 단부면 사이의 거리를 곱한 값이며, 「여과부 용적」이란, 통형 케이스(2)의 내경으로부터 계산되는 단면적에 막 유효 길이(고정부의 계면 Fa와 Fb의 거리)를 곱한 값이다. 한편, 유로 단면적(S₁)은 하기 식(2)에 의해서 산출되는 값이다.

식에서, D₁은 통형 케이스의 중앙부에 있어서의 내경(m)을 나타내고, d_O은 중공사막의 외경(m)을 나타내고, N은 실다발을 이루는 중공사막의 가닥수를 나타낸다.

노즐(2a, 2b)은 그 유로 단면적을 S₂(㎡)라 했을 때, 상기한 유로 단면적(S₁)(㎡)과의 비(S₂/S₁)가 0.15 이상 0.60 이하일 필요가 있다. 이 범위일 때에, 밸브나 오리피스 등의 유량 조절 수단을 이용하지 않더라도 양단의 노즐로부터 유출되는 여과수의 유량을 거의 동등하게 할 수 있는 동시에, 높은 여과 능력을 보일 수 있게 된다. 이 값은 바람직하게는 0.20 이상 0.50 이하이며, 보다 바람직하게는 0.25 이상 0.45 이하이다. 0.15 미만이면, 각 노즐로부터 유출되는 여과수량의 밸런스가 무너지는 경향이 강하게 되거나 압력 손실이 커져 모듈 투수 성능이 낮아지거나 하는 경향이 생겨난다. 또한, 0.60을 넘는 경우에는, 각 노즐로부터 유출되는 여과수량의 밸런스가 무너지는 경향이 강하게 된다. 0.60 이하로 함으로써, 상기 노즐부나 그것에 접속되는 배관 속에 있어서의 유동 저항(R_L)에 대하여, 통형 케이스 내 중공사막 외측에 있어서의 유동 저항(R_M)이 비교적 작아지기 때문에, 통형 케이스의 중앙부에 있어서의 여과수가 노즐(2a)측으로 흐르는지 노즐(2b)측으로 흐르는지의 분수계의 위치가 노즐부나 그것에 접속되는 배관 속에 있어서의 유동 저항(R_L)에 의해서 주로 지배되어, 결과적으로 각 노즐로부터의 유량이 같아지는 것으로 생각된다. 이에 대하여, 0.60을 넘는 경우에는, 통형 케이스 내 중공사막 외측에 있어서의 유동 저항(R_M)의 영향을 무시할 수 없게 되어, 피처리수의 공급측의 압력이 높음에 따른 영향에 의해서 공급측에 가까운 노즐로부터 다량으로 여과수가 유출되는 것으로 생각된다.

본 실시형태의 중공사막 모듈을 사용할 때에는 통상 JIS 등에서 정해진 규격품의 배관 재료가 접속된다. 따라서, 본 실시형태의 상기 노즐은 상기 배관의 내경에 준한 형상의 유로를 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 노즐의 유로가 원형이며, 접속되는 배관과 대략 동일한 내경을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 노즐과 배관과의 접속이 용이하게 된다는 이점과, 접속 부분에 있어서 체류부가 생겨 미생물의 증식을 초래하는 것을 방지할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 상기 노즐의 내경(D_M)과 배관의 내경(D_L)과의 비(D_M/D_L)가 0.80 이상 1.20 이하인 것이 바람직하고, 0.90 이상 1.15 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 노즐(2a, 2b)의 유로 단면적은 각 노즐로부터 유출되는 여과수의 유량을 거의 동등하게 한다는 관점에서 서로 실질적으로 같은 것이 바람직하다.

고정부(3a, 3b)는 통형 케이스(2) 내의 실다발(1)의 양단부에 있어서, 중공사막(1a)의 외면끼리 및 이 외면과 통형 케이스(2)의 내면과의 간극을 밀봉한 주형제로 이루어지는 것이다. 고정부(3a, 3b)를 이루는 주형제로서는 에폭시 수지나 우레탄 수지 등의 열경화성 수지가 적합하다. 고정부(3a, 3b)로 실다발(1)의 양단부를 고정 및 밀봉함으로써, 실다발(1)의 양 단부면에 중공사막(1a)의 중공부가 개구된다. 고정부(3a, 3b)는 정류통(4, 5)의 기단부(4a, 5a)의 개구를 밀봉하는 역할도 담당하고 있다.

정류통(4, 5)은 고정부(3a, 3b)의 계면(Fa, Fb)의 위치로부터 모듈(10)의 중앙 방향으로 향해서 각각 연장되어 있으며, 고정부(3a, 3b) 부근의 실다발(1)을 둘러싸고 있다. 정류통(4, 5)의 재질은 용도에 따라서 적절하게 선택하면 되며, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리불화비닐리덴, ABS 수지, 염화비닐 수지 등을 들 수 있다.

한 쌍의 정류통(4, 5)은 상술한 것과 같이 기단부(4a, 5a)의 개구가 고정부(3a, 3b)에 의해서 각각 밀봉되어 있다. 즉, 정류통(4)의 기단부(4a)는 고정부(3a)에 포매되고, 정류통(5)의 기단부(5a)는 고정부(3b)에 포매되어 있다. 정류통(4, 5)의 배치 방법은 고정부(3a, 3b)에 각각의 기단부(4a, 5a)를 포매시켜 고정하는 방법이 일반적이다. 단, 통형 케이스(2)에 정류통(4, 5)을 미리 고정하고, 그 후, 정류통(4, 5)의 기단부(4a, 5a)를 고정부(3a, 3b)에 포매시키는 공정을 거쳐 모듈(10)을 제작하더라도 좋다.

정류통(4, 5)은 선단부(4b, 5b)의 개구는 밀봉되지 않고 개방되어 있다. 이들 개구는 고정부(3a, 3b)의 계면(Fa, Fb)에서부터 각각 이격된 위치에 있으며, 정류통(4, 5) 내측의 물을 노즐(2a, 2b)로 유통시키는 역할을 담당하고 있다. 즉, 정류통(4) 안의 물은 선단부(4b)의 개구로부터 실다발(1)과 통형 케이스(2) 사이의 공간으로 흘러나가, 통형 케이스(2)의 내면과 정류통(4)의 외면과의 간극을 지나 노즐(2a)로부터 배출되도록 되어 있다. 이것과 마찬가지로, 정류통(5) 안의 물은 선단부(5b)의 개구로부터 실다발(1)과 통형 케이스(2) 사이의 공간으로 흘러나가, 통형 케이스(2)의 내면과 정류통(5)의 외면과의 간극을 지나 노즐(2b)로부터 배출되도록 되어 있다.

정류통(4, 5)의 선단부(4b, 5b)의 개구는 고정부의 계면(Fa, Fb)으로부터 각각 적어도 30 mm 떨어져 있는 것이 바람직하고, 40 mm 이상 떨어져 있는 것이 보다 바람직하다. 즉, 고정부(3a, 3b)의 각각의 계면(Fa, Fb)으로부터 상기한 길이로 돌출되도록 정류통(4, 5)을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 선단부(4b, 5b)의 개구는 상기 노즐의 개구부보다도 모듈의 중앙측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 길이의 정류통(4, 5)으로 실다발(1)의 양단부를 각각 둘러쌈으로써, 계면(Fa, Fb) 부근에 있어서의 중공사막(1a)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 이것은, 중공사막(1a)을 횡단하는 방향의 물의 흐름이 고정부(3a, 3b)의 계면(Fa, Fb)에서 떨어진 위치에서 일어나기 때문에, 계면(Fa, Fb) 부근에 있어서 중공사막(1a) 에 걸리는 전단력이 현저히 경감됨에 의한 것으로 생각된다.

또한, 정류통(4, 5) 중 적어도 한쪽은, 그 내면에서부터 외면에 걸쳐 관통하고 있는 복수의 관통 구멍(4c)을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 관통 구멍(4c)은 정류통(4, 5)의 내측의 물을 노즐(2a, 2b)로 유통시키는 개구로서 기능한다. 정류통(4, 5)의 선단부(4b, 5b)에 있어서 중공사막 다발을 가로지르는 수류가 생기지만, 큰 여과수량으로 운전했을 때에는, 그 수류에 의해서 중공사막이 상기 선단부에 눌려 손상되는 경향이 생겨난다. 그리고, 격심한 경우에는 중공사막이 파손되어 여과수의 수질을 저하시켜 버리는 경우가 있다. 이에 대하여, 복수의 관통 구멍(4c)을 형성함으로써, 상기 선단부의 개구부로부터 유출되는 수량을 감소시킬 수 있어, 그 수류에 의한 중공사막의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 관통 구멍은 고정부의 계면(Fa, Fb)으로부터 각각 적어도 30 mm 떨어져 있는 것이 바람직하고, 40 mm 이상 떨어져 있는 것이 보다 바람직하다. 이에 따라, 계면(Fa, Fb) 부근에 있어서의 중공사막(1a)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 이것은, 중공사막(1a)을 횡단하는 방향의 물의 흐름이 고정부(3a, 3b)의 계면(Fa, Fb)에서 떨어진 위치에서 일어나기 때문에, 계면(Fa, Fb) 부근에 있어서 중공사막(1a)에 걸리는 전단력이 현저히 경감됨에 의한 것으로 생각된다.

본 실시형태에 따른 모듈(10)에 있어서는, 실다발(1)을 4개의 작은 다발(1b)에 의해 형성함으로써, 상술한 것과 같이, 모듈(10) 내에 중공사막(1a)이 충전되어 있지 않은 영역이 형성되어 있다. 즉, 도 2에 도시하는 것과 같이, 실다발(1)의 중앙부(1d) 및 인접하는 2개의 작은 다발(1b)에 의해서 형성되는 실다발(1)의 최외면의 오목부(1e)에는 중공사막(1a)이 충전되어 있지 않다. 이 충전되어 있지 않은 부분(예컨대 1d, 1e)이 작은 다발 안에서 유출된 여과수의 유로로서 기능하기 때문에 압력 손실을 작게 할 수 있어, 결과적으로 모듈 성능을 높이는 효과를 실현할 수 있다.

또한, 상기 관통 구멍(4c)의 형상은 원, 타원, 다각형, 별모양 등 어떠한 형상이라도 좋지만, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시하는 것과 같은 원형이나 (c)에 도시하는 것과 같은 장방형의 슬릿형인 것이 성형상 적합하다. 또한, 관통 구멍(4c)의 치수는 중공사막 길이 방향의 최대 치수가 1～10 mm의 범위인 것이 바람직하고, 2～8 mm의 범위인 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 상기 관통 구멍(4c)에 중공사막이 인입되어 손상되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 정류통의 내면과 외면과의 사이에서 관통 구멍의 치수가 변화된 경우에는 내면측의 값이 상기한 범위인 것이 바람직하다.

각 관통 구멍(4c)의 개구 면적의 합계치(이후, 총 개구 면적(S₃)이라고 기재함)는 정류통의 선단부(4b, 5b)에 있어서의 정류통 안의 유로 단면적(S₄)에 대하여 0.4배 이상 1.0배 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5배 이상 0.8배 이하이다. 한편, 유로 단면적(S₄)은 하기 식(3)에 의해서 산출되는 값이다.

식에서, D₃은 정류통의 선단부에 있어서의 내경(m)을 나타내고, d_O은 중공사막의 외경(m)을 나타내고, N은 실다발을 이루는 중공사막의 가닥수를 나타낸다.

정류통은, 관통 구멍(4c)이 존재하는 영역 전체를, 고정부(3a, 3b)에 가까운 측의 제1 영역과 고정부(3a, 3b)에서 먼 측의 제2 영역으로 이등분한 경우에, 제2 영역에 있어서의 관통 구멍(4c)에 의한 개구율이 제1 영역에 있어서의 관통 구멍(4c)에 의한 개구율보다도 높은 것이 바람직하다. 즉, 정류통 내측에서 외측으로 유출되는 수량이 고정부에 가까운 측에서는 소량으로 하고, 고정부에서 먼 측에서 비교적 다량으로 되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고정부 근방에 있어서 수류에 의해서 중공사막이 받는 힘을 저감하는 동시에, 정류통의 개구단에 있어서 수류에 의해서 중공사막이 받는 힘도 효과적으로 저감할 수 있다.

관통 구멍(4c)의 배치로서, 구체적으로는 도 3(a)에 도시하는 것과 같이, 원통 주위를 둘러싸도록 나란히 늘어서는 관통 구멍 그룹이 중공사막 길이 방향으로 등간격으로 배치되는 경우(동 도면에서의 양 화살표를 참조)이며, 관통 구멍 그룹의 고정부(3a, 3b)에 가까운 위치에 있는 관통 구멍 그룹의 개구경을 비교적 작게 하고, 이 고정부에서 먼 위치에 있는 관통 구멍 그룹의 개구경을 비교적 크게 하는 양태가 있다. 또한, 도 3(b)에 도시하는 것과 같이, 각 관통 구멍의 형상을 같게 해 두고서, 관통 구멍 그룹의 중공사막 길이 방향의 피치를 고정부(3a, 3b)에 가까운 위치에서부터 먼 위치에 걸쳐 점차로 작게 하는(동 도면에서의 양 화살표를 참조) 양태로 하여도 좋다. 또한, 도 3(c)에 도시하는 것과 같이, 슬릿형 관통 구멍을 형성하는 경우에, 슬릿의 중공사막 길이 방향의 개구 치수를 고정부(3a, 3b)에 가까운 위치에서부터 먼 위치에 걸쳐 점차로 크게 하는 양태로 하여도 좋다.

상기 실시형태에 있어서는, 정류통(4, 5)의 선단부(4b, 5b)의 개구가 정류통(4, 5) 내측의 물을 노즐(2a, 2b)로 유통시키는 개구로서 기능하는 경우를 예시했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 도 5에 도시하는 것과 같이, 정류통의 선단부(14b)의 외경과 통형 케이스(2)의 내경과의 사이에 간극을 두지 않고, 상기 정류통의 측면에 개구를 형성하는 양태도 채용할 수 있다. 한편, 이 양태에서는, 정류통의 선단부(14b)의 내경과 통형 케이스(2)의 내경을 실질적으로 같게 해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 상기 선단부의 내면 코너부에 중공사막이 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.

상기 도 5에 도시하는 중공사막 모듈(20)에서는, 정류통(14)이 기단부(14a)에서 선단부(14b)로 향하여 직경이 커지는 통형 부재로 이루어지고 선단부(14b)가 통형 케이스(2)의 내면과 접합되어 있다. 상기 정류통의 측면에 관통 구멍(14c)이 형성되어 있고, 정류통 안의 물이 관통 구멍(14c)에서 정류통의 외측으로 흘러나와, 정류통의 외면과 통형 케이스(2)의 내면과의 간극을 지나 노즐로 흘러나올 수 있게 되어 있다. 수류에 의한 중공사막(1a)의 손상을 효과적으로 억제한다는 관점에서, 관통 구멍(4c)의 위치는 고정부의 계면(Fa)으로부터 적어도 30 mm 떨어져 있는 것이 바람직하고, 50 mm 이상 떨어져 있는 것이 보다 바람직하다. 상기 관통 구멍의 형상이나 치수 등은 상기한 것과 같다. 한편, 도 5에서는 실다발(1) 등의 도시는 생략한다.

상기한 노즐과 한 쌍의 정류통은 각각 일단측과 타단측을 동일한 형상·치수로 하여도 좋고, 다른 형상·치수로 하여도 좋다. 정류통의 내측에서 노즐로 물이 흐를 때의 유동 저항이 대략 동일하게 되도록 형상·치수를 설계하는 것이 바람직하다. 이들을 동일한 형상·치수로 하는 경우에는, 유동 저항을 대략 동일하게 할 수 있는 동시에 케이스를 제작할 때의 부재 종류를 적게 할 수 있다는 이점을 갖기 때문에, 보다 바람직하다.

상기와 같은 구성으로 함으로써, 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1000～3000 ㎥/hr/0.1 MPa)/㎥@25℃인 중공사막 모듈을 얻을 수 있다. 초순수 제조용으로 사용하는 경우에는, 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1100～2300 ㎥/hr/0.1 MPa)/㎥@25℃인 것이 바람직하고, 1200～2000 ㎥/hr/0.1 MPa)/㎥@25℃인 것이 특히 바람직하다. 이 범위의 중공사막 모듈은 큰 여과수량으로 안정된 여과 수질을 장기간 유지할 수 있다. 또한, 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 상기 한 범위 내이고, 또한 1 모듈당 투수량이 20～40 ㎥/h/0.1 MPa@25℃인 것이 바람직하다. 이 범위의 중공사막 모듈은 혼자서 들 수 있어 핸들링성이 현저히 좋기 때문에, 장착 피치 사이가 좁은 여과 장치에도 장착할 수 있다. 따라서, 1 모듈당 여과수량이 큰 것과 더불어, 상기 여과 장치를 보다 컴팩트하게 할 수 있다.

한편, 도 7～도 9에 도시하는 것과 같이, 실다발(1)의 단부를 보호하는 것으로서 다수의 구멍(40a)을 갖는 보호용 원통체(40)가 알려져 있다. 보호용 원통체(40)는 실다발(1)의 외주를 구속하고, 그에 따라 중공사막(1a)의 지나친 흔들림을 방지하여 중공사막(1a)의 파손을 억제하고자 하는 것이다. 그러나, 보호용 원통체(40)를 장착한 중공사막 모듈을 이용하여 장기간에 걸쳐 여과를 하면, 중공사막(1a)이 수류로부터 한 방향의 힘을 계속적으로 받고, 이에 따라 중공사막(1a)의 크리프적인 파괴가 일어난다고 생각된다. 즉, 실다발(1)의 외주를 단순히 구속하는 방법으로는 크리프적인 파손을 방지하는 것은 곤란하며, 수류에 의한 손상을 충분히 저감할 수 없다고 생각된다.

<여과 방법>

도 4를 참조하면서 중공사막 모듈(10)을 이용하여 피처리수(원수)를 여과하는 방법에 관해서 설명한다. 도 4에 도시하는 여과 장치(100)는, 중공사막(1a)의 중공부에 피처리수를 공급하여 외측으로 여과하는 내압식 여과를 행하기 위한 것이다. 여과 장치(100)는, 모듈(10), 이것에 피처리수를 공급하는 배관(L1), 모듈(10)로부터 여과수 및 농축수를 각각 배출하는 배관(여과수 배출관)(L2, L3) 및 이들 배관 도중에 배치된 압력계(Pi, Pf, Po) 및 밸브(V1～V3) 등으로 이루어진다.

우선, 모듈(10)을 세로로 배치한다. 배관 접속 캡(6b)에 피처리수 공급관(L1)을 접속하는 동시에, 배관 접속 캡(6a)에 농축수를 배출하는 배관(L3)을 접속한다. 또한, 통형 케이스(2)의 상측 노즐(2a) 및 하측 노즐(2b)에 여과수 배출관(L2a, L2b)을 각각 접속한다. 한편, 모듈을 세로로 배치하면, 피처리수를 도입하여 모듈 안을 물로 채울 때에, 공기 고임을 발생시키는 일없이 모듈 안의 공기를 물로 용이하게 치환할 수 있다.

피처리수 공급관(L1)을 통하여 피처리수를 모듈(10)에 도입함으로써 중공사막(1a)의 중공부에 피처리수를 공급한다. 상측 노즐(2a) 및 하측 노즐(2b) 양쪽에서 중공사막(1a)의 외표면 측으로부터 흘러나온 여과수를 채취한다. 이러한 내압식 여과를 모듈(10)에 의해서 행함으로써, 중공사막(1a)의 파손을 일으키는 일없이 양호한 수질의 여과수를 장기간 안정적으로 얻을 수 있다.

공급한 수량의 약 2～5%를 상측의 중공사막(1a)의 중공부로부터 농축수로서 유출시키면서 여과 운전을 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 중공사막(1a)에 의해서 배제된 미립자 등이 모듈(10) 밖으로 배출되기 때문에, 막면의 폐색을 일으키기 어렵게 되어 한층 더 장기간에 걸쳐 안정적인 여과수량을 얻을 수 있다.

도 4에 도시하는 것과 같이, 하측 노즐(2b)에 접속한 여과수 배출관(L2b)은 엘보에서 수직 상승하여, 다른 쪽의 여과수 배출관(L2a)에 합류하고 있다. 피처리수를 공급하는 측에 가까운 위치에 있는 노즐보다도 먼 위치에 있는 노즐에 가까운 곳에서 위아래의 여과수 배출 배관(L2a, L2b)을 합류시켜, 피처리수를 공급하는 측과는 반대쪽으로 도출하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 여과수의 모듈(10) 안에서의 유동 저항과 여과수 배출관(L2) 내에서의 유동 저항이 밸런스를 이뤄, 결과적으로 상측 노즐로부터의 여과수량과 하측 노즐로부터의 여과수량이 거의 동량으로 된다. 그에 따라, 모듈 내부나 여과수 배관 속에 있어서의 미생물의 증식을 충분히 억제할 수 있다. 그에 더하여, 노즐(2a, 2b)로부터 유출되는 여과수량을 밸런스를 잡기 위해서 여과수 배출관(L2)에 유량 조정용 밸브를 설치할 필요가 없어져, 결과적으로 밸브의 수를 감소시키는 메리트가 있다.

한편, 여과수 배출관(L2a, L2b)은 접속된 노즐의 내경에 대하여 0.80～1.20배의 내경을 갖는 것이 바람직하다. 이 범위라면, 상기 접속부에 있어서의 압력 손실을 무시할 수 있을 정도로 작게 할 수 있어, 물의 체류부가 생김에 의한 문제(살균 처리 조작이 오래 걸리는 문제나, 살균 처리 조작 후의 기동에 장시간이 필요한 문제)가 발생하지 않는다.

한편, 도 4에서는 중공사막 모듈 1개를 부착한 장치의 예를 도시했지만, 실제의 초순수 제조 장치에서는, 복수 라인의 중공사막 모듈을 부착하여, 각 모듈로부터의 여과수 배관을 내경이 큰 집합 배관에 접속하여 각 모듈로부터의 여과수를 일괄적으로 채수하는 것이 통례이다. 이 경우, 도 4에 도시하는 것과 같이, 각 모듈의 상하 노즐로부터의 여과수 배출관(L2a, L2b)을 접속하여, 이 접속 배관을 상기한 집합 배관에 접속하더라도 좋고, 각 모듈의 상하 노즐로부터의 여과수 배출관(L2a, L2b)을 각각 개별적으로 집합 배관에 접속할 수도 있다.

<초순수 제조 시스템>

상기 중공사막 모듈은 초순수 제조 시스템에 적용할 수 있다. 일반적으로 초순수를 제조함에 있어서, 원수를 응집 침전 장치, 모래 여과 장치, 활성탄 여과 장치, 역침투막 여과 장치, 이온 교환 수지 탑, 탈가스 탑, 자외선 조사 장치 등을 조합한 일차 순수 제조 장치로 처리를 하여 순수를 얻고 있다. 그리고, 그 순수를 또 자외선 조사 장치, 이온 교환 수지 탑, 한외여과막 장치를 포함하는 초순수 제조 장치로 처리하여 초순수를 얻고 있다. 이 초순수 제조 장치에서는 역침투막 여과 장치를 더 포함하는 경우도 있다.

초순수의 제조에 있어서는, 상기 일차 순수 제조 장치로 순수를 얻은 후에, 적어도 상기 자외선 조사 장치 등의 자외선 조사 수단과 이온 교환 수지 탑 등의 이온 교환 처리 수단과 한외막 여과 장치 등의 한외막 여과 처리 수단을 포함하는 초순수 제조 시스템에 있어서, 상기 한외막 여과 처리 수단으로서 본 실시형태의 중공사막 모듈을 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 종래보다도 시스템 전체가 컴팩트하게 되어, 적은 설치 면적으로 끝난다는 이점을 얻을 수 있다. 특히, 자외선 조사 수단과 이온 교환 처리 수단으로 처리한 후에, 최종적으로 유스 포인트(사용 개소) 직전에 한외막 여과 처리 수단에 의해 처리하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 가령 이온 교환 처리 수단에서 이용하는 이온 교환 수지의 열화 물질이 혼입되었다고 해도 후단의 한외막 여과 처리에 의해서 제거할 수 있어, 유스 포인트에 양호한 수질의 초순수를 안정적으로 공급할 수 있다.

초순수의 제조에 있어서는, 막간 차압(후술하는 「모듈 투수량의 측정」란을 참조)이 0.5～3.0 MPa인 범위에서 여과 운전을 하는 것이 바람직하다. 0.7～2.0 MPa이 보다 바람직하고, 0.9～1.5 MPa이 특히 바람직하다. 이 범위라면, 큰 여과수량으로 양호한 수질의 여과수를 장기간 안정적으로 얻을 수 있다.

실시예

이하의 실시예 및 참고예에서는 중공사막으로서 폴리술폰제 한외여과막을 사용했다. 그 특성을 이하에 나타낸다.

내경/외경: 0.75 mm/1.35 mm

내표면적 환산 단사 투수량: 4500 LMH(막 유효 길이 5 cm에서의 측정치)

인장 강도: 5.0 MPa

인장 파단 신도: 120%

중공사막의 투수량은, 25℃의 한외막 여과수(분획 분자량 4000의 한외여과막으로 여과한 물)를 길이 50 mm의 중공사막의 내면에서 외면으로 투과시켰을 때의 여과수의 양(LMH)이다. 투수량을 계산함에 있어서 유효 막 면적은 내면으로 환산했다. 중공사막의 파단 강도 및 파단 신도는 (주)시마즈세이사쿠쇼 제조의 오토그래프 AGS-5D를 사용하고, 샘플의 길이 30 mm, 인장 스피드 50 mm/분으로 측정했다. 파단 강도(MPa)는, 중공사막 1 가닥당 파단시의 하중을, 잡아당기기 전의 막의 단면적으로 나눔으로써 산출되는 값이다. 파단 신도(%)는 원래의 길이에 대한 파단에 이를 때까지 신장된 길이의 비이다.

[실시예 1]

<중공사막 모듈의 제작>

통형 케이스로서, 도 1에 도시하는 통형 케이스(2)와 같은 구성의 투명 폴리술폰제의 것을 사용했다. 이 통형 케이스의 치수는 다음과 같다.

여과 영역에 있어서의 원통부 내경/외경: 154 mm/170 mm

노즐부에 있어서의 원통부 내경/외경: 162 mm/183 mm

노즐의 내경: 58 mm

통형 케이스의 길이/노즐의 중심 사이 거리: 1050 mm/872 mm

정류통으로서 사용하는 투명 폴리술폰제 원통(치수는 아래와 같음)을 2개 준비했다.

기단부의 내경/외경: 142 mm/147 mm

선단부의 내경/외경: 142 mm/146 mm

길이: 135 mm

정류통의 측면에는 4개소 돌기를 형성하고 이들 돌기를 통형 케이스의 내면에 접합함으로써 정류통을 통형 케이스의 양단부에 미리 고정했다.

중공사막 1750 가닥을 폴리에틸렌제 네트로 둘러싸 형성한 작은 다발을 4개 준비했다. 중공사막의 양단에서부터 2 mm 정도의 위치까지 중공부를 폐색시켰다. 그 후, 4개의 작은 다발을 통형 케이스 내에 설치한 정류통 내에 삽입하고, 원심주형법에 의해서 양단으로부터 열경화성 에폭시 수지를 주입하여 이것을 고화시켰다. 50℃로 가열하여 경화하고, 중공사막의 양단부를 절단하여 중공사막의 중공부를 개구시켜 중공사막 모듈을 제작했다.

이 중공사막 모듈은 절단한 단부면 사이의 길이(중공사막의 양 단부면 사이의 거리)가 1045 mm이며, 막 유효 길이가 930 mm였다. 폴리술폰제의 배관 접속 캡을 중공사막 모듈의 양 단부면에 O링을 통해 접합했다. 양쪽의 배관 접속 캡의 단부면 사이 거리는 1180 mm였다. 그리고, 이 중공사막 모듈의 통형 케이스부에 있어서의 중공사막 외측 유로 단면적(S₁)과 상기 노즐의 유로 단면적(S₂)의 값은 각각 8.6×10^-3 ㎡, 2.6×10^-3 ㎡이며, S₂/S₁이 0.31이었다. 한편, 상기 모듈은 내부의 물을 다 흘린 상태에서는 중량이 34 kg로, 혼자서 운반할 수 있었다.

<통수 시험>

상기 중공사막 모듈을 사용하여, 도 4에 도시하는 내압식 여과 장치와 같은 구성의 장치를 구성했다. 한편, 농축수를 배출하는 배관(L3)의 밸브(V3)의 하류측 및 여과수 배출관(L2)의 밸브(V2)의 하류측에 각각 로터식 유량계를 설치했다. 또한, 여과수 배출관(L2b)이 위쪽의 배관(L2a)에 합류하기 바로 앞의 위치에 초음파식 유량계를 설치하여, 하측 노즐(3b)로부터 배관(L2b)을 통해 배출되는 물의 유량을 측정할 수 있도록 했다. 한편, 배관(L2a, L2b)의 내경은 51 mm이다.

모듈에 25℃의 순수를 여과수 유량이 10 ㎥/hr, 농축수량이 0.3 ㎥/hr가 되도록 밸브(V1)와 밸브(V3)의 개방도를 조정하여 통수를 시작하여, 모듈 안의 공기를 물로 치환했다. 한편, 통수시에는 밸브(V2)를 완전 개방 상태로 했다.

(모듈 투수량의 측정)

이어서, 농축수량을 0.3 ㎥/hr로 고정한 채로 여과수 유량이 12 ㎥/hr에서부터 최대 36 ㎥/hr까지 단계적으로 통수량을 올려 갔다. 각 단계에서의 압력계(Pi, Po, Pf)의 지시치를 읽어들여 막간 차압을 구했다. 막간 차압 ΔP(MPa)은 피처리수의 압력을 Pi, 농축수의 압력을 Po, 여과수의 압력을 Pf, 높이 보정치를 H로 했을 때, 하기 식(4)으로 산출되는 값이다. 높이 보정치 H(MPa)는 Pi, Po, Pf 각각의 계측 위치의 바닥면으로부터의 높이를 Hi, Ho, Hf〔m〕로 했을 때, 하기 식(5)으로 산출되는 값이다.

각 여과수량과 막간 차압의 그래프를 그려, 막간 차압이 0.1 MPa일 때의 여과수 유량을 구한 바, 28 ㎥/hr/0.1 MPa@25℃였다. 이 값이 모듈 투수량이다. 이 값과 모듈 치수(외경 170 mm, 배관 접속 캡 사이 거리 1180 mm)로부터 겉보기 용적 기준의 모듈 투수 성능은 1050 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥@25℃로 산출되었다. 이 값은 비특허문헌 1에 기재된 모듈의 약 1.8배이다. 그리고, 상기 모듈 투수량과 통형 케이스내경(154 mm), 막 유효 길이(930 mm)로부터 계산되는 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능은 1620 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥@25℃이다. 또한, 각 여과수 유량으로 통수하고 있을 때에 하측 노즐로부터의 유량을 측정한 바, 하측 노즐로부터의 유량이 여과수 유량의 거의 1/2를 보여, 상하 노즐로부터 거의 동량의 여과수가 유출되고 있음이 확인되었다. 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 여과수 유량(Q)에서 하측 노즐로부터의 유량(Q_b)을 뺀 값을 상측 노즐로부터의 유량(Q_a)으로 하여, 상측 노즐로부터의 유량(Q_a)과 하측 노즐로부터의 유량(Q_b)의 비(Q_a/Q_b)의 값을 기재했다.

[실시예 2～5, 비교예 1]

노즐 내경을 바꾼 통형 케이스를 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 실시예 2～5 및 비교예 1에 따른 중공사막 모듈을 제작했다. 이들 중공사막 모듈의 겉보기 용적과 여과부 용적은 실시예 1과 같게 되도록 노즐 위치를 설정했다. 그리고, 배관(L2a, L2b)의 내경을 바꾼 것 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 여과 장치를 구성하고, 실시예 1과 같은 식으로 시험 및 평가를 했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 2～5에서는, 모두 상하 노즐로부터 거의 동량의 여과수가 흘러나오고 있어, 큰 모듈 투수 성능을 보이는 것이 확인되었다. 이에 대하여, 비교예 1에서는 여과 저항이 커 모듈 투수 성능이 저하되었다. 또한, 막간 차압이 0.3 MPa를 넘어 버리므로, 여과수 유량 36 ㎥/h로 통수할 수 없었다.

[실시예 6]

중공사막 다발을 4 다발로 분할하지 않고 1 다발로 한 것 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 실시예 6에 따른 중공사막 모듈을 제작했다. 즉, 중공사막 7000 가닥을 폴리에틸렌제 네트로 둘러싸 형성한 다발을 하나 준비하여 중공사막 모듈을 제작했다. 한편, 이 중공사막 모듈의 겉보기 용적과 여과부 용적은 실시예 1과 같다. 이어서, 실시예 1과 같은 식으로 여과 장치를 구성하여, 실시예 1과 같은 식으로 시험 및 평가를 했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 실시예 6에서는, 상하 노즐로부터 거의 동량의 여과수가 흘러나오고 있어, 큰 모듈 투수 성능을 보이는 것이 확인되었다.

[비교예 2]

중공사막 1550 가닥을 폴리에틸렌제 네트로 둘러싸 형성한 작은 다발 4개를 이용하고, 노즐 직경이 42 mm인 통형 케이스를 사용한 것 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 비교예 2에 따른 중공사막 모듈을 제작했다. 한편, 이 중공사막 모듈의 겉보기 용적과 여과부 용적은 실시예 1과 같게 되도록 노즐 위치를 설정했다. 이어서, 여과수 배출관을 내경 42 mm의 파이프로 바꾼 것 외에는 실시예 1과 같은 식으로 여과 장치를 구성하여, 실시예 1과 같은 식으로 시험 및 평가를 했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 본 비교예 2에서는, 상하 노즐로부터의 여과수 유량의 밸런스가 크게 무너져 상측 노즐로부터 다량으로 여과수가 흘러나오고 있었다.

[비교예 3]

중공사막 다발 7700 가닥을 1 다발로 하고, 노즐 직경이 77 mm인 통형 케이스를 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 비교예 3에 따른 중공사막 모듈을 제작했다. 즉, 중공사막 7700 가닥을 폴리에틸렌제 네트로 둘러싸 형성한 다발을 하나 준비하여 중공사막 모듈을 제작했다. 이 모듈의 유로 단면적비(S₂/S₁)가 0.61이었다. 한편, 이 중공사막 모듈의 겉보기 용적과 여과부 용적은 실시예 1과 같게 되도록 노즐 위치를 설정했다. 이어서, 실시예 1과 같은 식으로 여과 장치를 구성하여, 실시예 1과 같은 식으로 시험 및 평가를 했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 비교예 3에서는, 상하 노즐로부터의 여과수 유량의 밸런스가 크게 무너져 하측 노즐로부터 다량으로 여과수가 흘러나오고 있었다.

[실시예 7]

정류통의 측면에 하기의 관통 구멍이 형성된 정류통(도 3(a) 참조)을 이용한 점 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 실시예 7에 따른 중공사막 모듈을 제작했다.

본 실시예에서 사용한 정류통은 다음과 같은 형상이다.

기단부의 내경/외경: 142 mm/147 mm

선단부의 내경/외경: 142 mm/146 mm

길이: 135 mm

관통 구멍:

제1행: 직경 4 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 53.5 mm, 15도 간격으로 18개

제2행: 직경 4 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 63.0 mm, 15도 간격으로 17개

제3행: 직경 5 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 72.5 mm, 15도 간격으로 18개

제4행: 직경 5 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 82.0 mm, 15도 간격으로 14개

제5행: 직경 6 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 91.5 mm, 15도 간격으로 18개

제6행: 직경 6 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 101.0 mm, 15도 간격으로 17개

제7행: 직경 7 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 110.5 mm, 15도 간격으로 24개

제8행: 직경 7 mm, 구멍 중심 위치가 기단부로부터 120.0 mm, 15도 간격으로 24개

제1행부터 제8행에 걸쳐 관통 구멍이 각각 지그재그 배치가 되도록 했다.

또한, 제1행부터 제6행은 정류통 중심축에 대하여 좌우 45°의 범위에는 구멍을 형성하지 않도록 하여, 노즐의 중심축에 대하여 좌우 45도의 범위 내에는 관통 구멍이 존재하지 않도록 정류통을 통형 케이스 내에 배치했다. 또한, 제4행에는 통형 케이스에 고정하기 위한 돌기와 구멍 위치가 3곳에서 겹치기 때문에, 14개로 했다.

상기한 관통 구멍의 개구 면적의 합계는 정류통의 기단부에 가장 가까운 측(제1행)부터 먼 측(제8행)에 걸쳐서 각각 226, 214, 353, 275, 509, 481, 924, 924 ㎟이다. 관통 구멍은 기단부에 가장 가까운 측보다도 가장 먼 측 쪽이 크게 되어 있다.

한편, 본 실시예의 중공사막 모듈은 유로 단면적비(S₂/S₁)가 0.31이며, 내부의 물을 다 흘린 상태에서는 중량이 34 kg로, 혼자서 운반할 수 있었다.

(모듈 투수량의 측정)

본 실시예의 중공사막 모듈을 이용하여 여과 장치를 구성하여, 실시예 1과 같은 식으로 모듈 투수량을 측정했다. 본 실시예의 중공사막 모듈은 모듈 투수량이 29 ㎥/hr/0.1 MPa@25℃였다. 이 값과 모듈 치수로부터, 겉보기 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1090 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥@25℃, 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1690 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥@25℃로 산출되었다. 또한, 본 실시예에서도, 실시예 1과 마찬가지로 상측 노즐로부터의 유량(Q_a)과 하측 노즐로부터의 유량(Q_b)의 비(Q_a/Q_b)의 값이 대략 1.0으로, 상하 노즐로부터 거의 동량의 여과수가 흘러나오고 있었다.

(누설 시험)

이어서, 농축수량 0.3 ㎥/hr, 여과수 유량 36 ㎥/hr의 조건으로 통수를 3개월간 행했다. 1개월마다 모듈을 장치로부터 떼어내어 누설 검사를 다음과 같이 실시하여 누설의 유무를 확인했다. 즉, 양단의 배관 접속용 캡을 떼어낸 후, 모듈을 수조에 침지하여 내부를 순수로 채웠다. 이어서 한쪽의 노즐에는 마개를 하여 밀폐 상태로 하고, 다른 노즐에는 공기 배관을 접속했다. 0.2 MPa까지 서서히 공기압을 인가하고, 모듈 양단을 관찰하여 중공부로부터 기포가 계속하여 나오지 않는지 여부를 확인했다. 본 실시예의 중공사막 모듈은 3개월 후에도 누설이 전혀 없었다.

[실시예 8]

일정한 직경을 갖는 원통 대신에 아래쪽으로 향해서 직경이 커지는 통형 부재이며, 그 측면에 하기의 관통 구멍이 형성된 정류통(도 5 참조)을 이용한 점 외에는 실시예 1과 같은 식으로 하여 실시예 8에 따른 중공사막 모듈을 제작했다. 본 실시예에서 사용한 정류통은 다음과 같은 형상이다.

기단부의 내경/외경: 142 mm/147 mm

선단부의 내경/외경: 154 mm/158 mm

길이: 85 mm

관통 구멍:

제1행: 폭 50 mm, 높이 4 mm, 중심 위치가 기단부로부터 55 mm에서 5개,

제2행: 폭 50 mm, 높이 6 mm, 중심 위치가 기단부로부터 65 mm에서 4개와 폭 25 mm, 높이 6 mm, 중심 위치가 기단부로부터 65 mm에서 2개

제3행: 폭 50 mm, 높이 8 mm, 중심 위치가 기단부로부터 77 mm에서 5개

또한, 제1행부터 제3행은 정류통 중심축에 대하여 좌우 45°의 범위에는 구멍을 형성하지 않도록 하여, 노즐의 중심축에 대하여 좌우 45도의 범위 내에는 관통 구멍이 존재하지 않도록 정류통을 통형 케이스 내에 배치했다.

상기한 관통 구멍의 개구 면적의 합계는 정류통의 기단부에 가장 가까운 측(제1행)부터 먼 측(제3행)에 걸쳐서 각각 1000, 1500, 2000 ㎟이다. 관통 구멍은 기단부에 가장 가까운 측보다도 가장 먼 측 쪽이 크게 되어 있다.

(모듈 투수량의 측정)

본 실시예의 중공사막 모듈을 이용하여 여과 장치를 구성하여, 실시예 1과 같은 식으로 모듈 투수량을 측정했다.

본 실시예의 중공사막 모듈은 모듈 투수량이 28 ㎥/hr/0.1 MPa@25℃였다. 이 값과 모듈 치수로부터 겉보기 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1050 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥@25℃, 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1620 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥@25℃로 산출되었다. 또한, 본 실시예에서도, 실시예 1과 마찬가지로 Q_a/Q_b의 값이 대략 1.0으로, 상하의 노즐로부터 거의 동량의 여과수가 흘러나오고 있었다.

(누설 시험)

또한, 실시예 7과 같은 식으로 하여 3개월간 연속적으로 통수를 하여 누설 검사를 한 바, 3개월 후에도 누설은 전혀 없었다.

[실시예 9]

실시예 1과 같은 식으로 하여 실시예 9에 따른 중공사막 모듈을 2개 제작했다. 본 중공사막 모듈을 이용하고, 여과수 유량을 바꾼 것 외에는 실시예 7과 같은 식으로 누설 시험을 했다.

제작한 1개의 모듈을 이용하여 36 ㎥/h의 여과수 유량으로 통수한 바, 1개월 후에 3가닥의 중공사막이 누설되었다. 또한, 다른 1개를 이용하여 24 ㎥/h의 여과수 유량으로 통수한 바, 3개월 후에도 누설은 전혀 없었다.

상기 누설된 중공사막 모듈을 해체하여 관찰한 바, 막 다발의 최외주의 중공사막이 정류통 선단부에 접촉하는 부위에 있어서 파손되어 있었다. 또한, 최외주에 있는 다른 중공사막에 있어서도 파손에는 이르지 않은 경미한 손상이 생겼다. 또한, 24 ㎥/h로 통수 시험한 중공사막 모듈을 통수 시험 후에 해체하여 관찰한 바, 누설된 모듈에서 관찰된 것과 같은 중공사막의 손상은 보이지 않았다.

[참고예 1]

실시예 1과 같은 식으로 하여 참고예 1에 따른 중공사막 모듈을 제작했다. 이 중공사막 모듈을 사용하여 도 6에 도시하는 외압식 여과 장치와 같은 구성의 장치를 구성했다. 한편, 농축수를 배출하는 배관(L7)의 밸브(V7)의 하류측 및 여과수 배출관(L6)의 밸브(V6)의 하류측에 각각 로터식 유량계를 설치했다. 또한, 여과수 배출관(L6b)이 위쪽의 배관(L6a)에 합류하기 바로 앞의 위치에 초음파식 유량계를 설치하여, 하측에서부터 배관(L6b)을 통하여 배출되는 물의 유량을 측정할 수 있도록 했다. 한편, 배관(L6a, L6b)의 내경은 51 mm이다.

중공사막 모듈에 25℃의 순수를 여과수 유량이 10 ㎥/hr, 농축수량이 0.3 ㎥/hr가 되도록 밸브(V5)와 밸브(V7)의 개방도를 조정하여 통수를 시작하여 모듈 안을 순수로 치환했다. 이어서, 여과수 유량 24 ㎥/hr, 농축수량 0.3 ㎥/hr의 조건으로 3개월간 연속적으로 통수했다. 한편, 통수시에는 밸브(V6)를 완전 개방 상태로 했다. 1개월마다 상기 모듈을 장치로부터 떼어내어 실시예 7과 같은 식으로 누설 검사를 한 바, 2개월 후까지는 누설은 없었지만, 3개월 후에는 3 가닥의 중공사막이 누설되고 있었다. 한편, 상기한 내압식 여과의 경우에는, 여과수 유량 36 ㎥/h의 조건으로 통수하더라도 중공사막의 진동은 관찰되지 않았던 데 대하여, 이 경우에는 중공사막이 심하게 진동하고 있음이 관찰되었다.

이 중공사막 모듈을 해체하여 누설 위치를 관찰한 바, 하측의 고정부 계면 부근에 있어서 실다발 최외주부의 중공사막이 파손되어 있었다.

실시예 7～9, 참고예 1의 결과를 표 2에 나타낸다.

산업상 이용가능성

본 발명의 중공사막 모듈 및 이것을 이용한 여과 방법에 따르면, 밸브나 오리피스 등의 유량 조절 수단을 이용하지 않더라도 양단의 노즐로부터 유출되는 여과수의 유량을 거의 동등하게 할 수 있어, 모듈 내부나 여과수 배관 속에 있어서의 미생물의 증식을 충분히 억제할 수 있는 동시에, 안정적으로 양호한 수질의 물을 대량으로 얻을 수 있다. 본 발명의 중공사막 모듈은 컴팩트한 사이즈로 할 수 있기 때문에, 특히 초순수 제조 설비에 이용하는 보안용 필터로서 적합하다. 또한, 상기 중공사막 모듈은 주사용수 제조 설비에 이용하는 파이로젠 제거용 필터로서도 적합하다.

1: 실다발, 1a: 중공사막, 1b: 작은 다발, 2: 통형 케이스, 2a, 2b: 노즐, 3a, 3b: 고정부, 4, 5: 정류통, 4a, 5a: 정류통의 기단부, 4b, 5b: 정류통의 선단부, 4c: 관통 구멍, 10, 20: 중공사막 모듈, 14: 정류통, 14a: 정류통의 기단부, 14b: 정류통의 선단부, 14c: 관통 구멍, 100, 200: 여과 장치, Fa, Fb: 고정부의 계면.

Claims

다수 가닥의 중공사막을 포함하는 실다발과,
상기 실다발을 수용하고 또한 측면에 복수의 노즐을 갖는 통형 케이스와,
상기 통형 케이스 내의 상기 실다발의 양단부에 있어서, 상기 중공사막의 외면끼리 및 이 외면과 상기 통형 케이스의 내면의 간극을 밀봉한 한 쌍의 고정부를 구비하고,
상기 통형 케이스 내에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적(S₁)에 대한 상기 노즐의 유로 단면적(S₂)의 비(S₂/S₁)가 0.15 이상 0.60 이하인 중공사막 모듈.
제1항에 있어서, 복수의 노즐 각각의 유로 단면적이 서로 실질적으로 같은 중공사막 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실다발은, 다수 가닥의 중공사막을 묶어 형성된 작은 다발을 상기 통형 케이스 내에 복수 병행으로 충전한 것으로, 적어도 상기 고정부의 계면 위치에, 다른 부분과 비교하여 상기 중공사막의 충전 밀도가 낮은 부분을 갖는 중공사막 모듈.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 모듈의 일단이 상기 고정부에 의해서 밀봉되고, 상기 실다발의 양단부를 각각 둘러싸도록 연장되어 있는 한 쌍의 정류통을 더 구비하고,
상기 한 쌍의 정류통은 상기 고정부로부터 이격된 위치에, 상기 정류통 내측의 물이 상기 노즐로 유통할 수 있는 개구를 각각 갖는 중공사막 모듈.
제4항에 있어서, 상기 한 쌍의 정류통 중 적어도 한쪽은, 상기 고정부로부터 이격된 위치에, 상기 정류통의 외면에서부터 내면에 걸쳐 관통하는 복수의 관통 구멍을 각각 갖고 있는 중공사막 모듈.
제5항에 있어서, 상기 정류통은, 상기 관통 구멍이 존재하는 영역 전체를, 상기 고정부에 가까운 측의 제1 영역과 상기 고정부에서 먼 측의 제2 영역으로 이등분한 경우에, 상기 제2 영역에 있어서의 상기 관통 구멍에 의한 개구율이 상기 제1 영역에 있어서의 상기 관통 구멍에 의한 개구율보다도 높은 중공사막 모듈.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 25℃에 있어서의 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1000～3000 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥인 중공사막 모듈.
제7항에 있어서, 25℃에 있어서의 1 모듈당 투수량이 20～40 ㎥/hr/0.1 MPa인 중공사막 모듈.
다수 가닥의 중공사막을 포함하는 실다발과,
상기 실다발을 수용하고 또한 측면에 복수의 노즐을 갖는 통형 케이스와,
상기 통형 케이스 내의 상기 실다발의 양단부에 있어서, 상기 중공사막의 외면끼리 및 이 외면과 상기 통형 케이스의 내면의 간극을 밀봉한 한 쌍의 고정부를 구비하고,
상기 통형 케이스 내에 있어서의 중공사막 외측의 유로 단면적(S₁)에 대한 상기 노즐의 유로 단면적(S₂)의 비(S₂/S₁)가 0.15 이상 0.60 이하인 중공사막 모듈을 이용하여 여과를 행함에 있어서,
피처리수를 상기 중공사막 모듈의 한쪽 단부에서 상기 중공사막의 중공부로 공급하고,
상기 중공사막의 외측으로 흘러나온 여과수를, 상기 통형 케이스의 양단의 상기 노즐로부터 그 노즐에 접속된 배관을 통하여 유출시켜 채취하는 여과 방법.
제9항에 있어서, 상기 양단의 노즐로부터 유출시킨 여과수를, 상기 한쪽 단부에 가까운 측의 노즐보다도 먼 측의 노즐에 가까운 위치에서 합류시켜 채취하는 여과 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 양단의 노즐 각각의 유로 단면적이 서로 실질적으로 같은 여과 방법.
제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 배관이 상기 노즐의 내경에 대하여 0.80～1.20배의 내경을 갖는 여과 방법.
제9항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 실다발은, 다수 가닥의 중공사막을 묶어 형성된 작은 다발을 상기 통형 케이스 내에 복수 병행으로 충전한 것으로, 적어도 상기 고정부의 계면 위치에, 다른 부분과 비교하여 상기 중공사막의 충전 밀도가 낮은 부분을 갖는 여과 방법.
제9항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 모듈의 일단이 상기 고정부에 의해서 밀봉되고, 상기 실다발의 양단부를 각각 둘러싸도록 연장되어 있는 한 쌍의 정류통을 더 구비하고,
상기 한 쌍의 정류통은 상기 고정부로부터 이격된 위치에, 상기 정류통 내측의 물이 상기 노즐로 유통할 수 있는 개구를 각각 갖는 여과 방법.
제14항에 있어서, 상기 한 쌍의 정류통 중 적어도 한쪽은, 상기 고정부로부터 이격된 위치에, 상기 정류통의 외면에서부터 내면에 걸쳐 관통하는 복수의 관통 구멍을 각각 갖고 있는 여과 방법.
제15항에 있어서, 상기 정류통은, 상기 관통 구멍이 존재하는 영역 전체를, 상기 고정부에 가까운 측의 제1 영역과 상기 고정부에서 먼 측의 제2 영역으로 이등분한 경우에, 상기 제2 영역에 있어서의 상기 관통 구멍에 의한 개구율이 상기 제1 영역에 있어서의 상기 관통 구멍에 의한 개구율보다도 높은 여과 방법.
제9항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 25℃에 있어서의 여과부 용적 기준의 모듈 투수 성능이 1000～3000 ㎥/hr/0.1 MPa/㎥인 여과 방법.
제17항에 있어서, 25℃에 있어서의 1 모듈당 투수량이 20～40 ㎥/hr/0.1 MPa인 여과 방법.
적어도 자외선 조사 수단과 이온 교환 처리 수단과, 한외막 여과 처리 수단을 포함하는 초순수 제조 시스템에 있어서,
상기 한외막 여과 처리 수단은 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 기재한 중공사막 모듈인 초순수 제조 시스템.