JP2017100105A - 外圧式中空糸膜モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空糸膜の破断を抑えつつ、ろ過流量の増能力化を可能とする外圧式中空糸膜モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】一方の端部が閉塞され他方の端部が開口された複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、その中空糸膜束を収容するハウジング５と、中空糸膜の開口された端部側において中空糸膜束とハウジング内壁とを接着固定した接着固定部２１と、中空糸膜の閉塞された端部側において中空糸膜束とハウジング内壁とを接着固定し、貫通孔２０ａを有する接着固定部２０と、接着固定部２１から接着固定部２０に向かって少なくとも所定の長さの端部領域Ｒ２、および接着固定部２０から接着固定部２１に向かって少なくとも所定の長さの端部領域Ｒ１の少なくとも一方において、中空糸膜束の外周面に密着した状態でその外周面を全周囲に亘って覆う保護部材８とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、外圧式中空糸膜モジュールおよびその製造方法に関するものであり、特に、純水製造装置で清澄化された原水からエンドトキシン除去を行うろ過装置に好適に用いられる外圧式中空糸膜モジュールおよびその製造方法に関するものである。

近年、製薬会社において使用する用水の製造には、超ろ過法（逆浸透膜、分子量６０００以上の物質を除去できる限外ろ過膜、又はこれらの膜を組み合わせた製造システムにより水を精製する方法）が普及してきた結果、より信頼性が高く（リークする危険性の低い）、ランニングコストの安い（設計ろ過流量が高く設定できる）限外ろ過膜モジュールが求められている。

一般に、本用途に使用される中空糸状限外ろ過膜モジュールは、外径０．１ｍｍ〜２ｍｍ、分画分子量６０００以下の中空糸膜を数百〜数千本束ねて長さ２００〜１２００ｍｍの筒状のハウジングに収納し、その両端部を樹脂でハウジング内壁に接着固定している。中空糸膜の両端部は開口しており、原水を中空糸膜の中空部に導き、中空糸膜の外表面に導かれたろ過液はハウジング側面に設けられたノズルから排出される。これは内圧クロスフローろ過方式又は内圧全ろ過方式であり、定期的にシステム全体を熱水殺菌することでシステム内の菌の繁殖を防ぎ、中空糸膜のろ過流量の低下を抑えている。

通常、中空糸膜モジュールは、比較的ろ過流量を大きく設定することが可能だが、ろ過流量を大きく設定すればするほど内圧式中空糸膜モジュールの構造上、ろ過液がハウジング側面の排出用ノズルに集中し、排出用ノズル付近の中空糸膜に吸引力が働いて破断傾向が高まり、中空糸膜が破断しやすくなるという問題があった。

中空糸膜モジュールのろ過流量を上げるため、中空糸膜そのものをより細く成形して、ハウジング内への充填本数を増やしたり、中空糸膜の肉厚をより薄くすることでろ過抵抗を下げてろ過能力を向上させようとすると、中空糸膜の破断強度も低下するためより破断しやすくなる。従って、内圧クロスフローろ過方式又は内圧全ろ過方式を用いてろ過流量を上げるのは限界があった。

また、中空糸膜モジュールのろ過流量を上げるため、特許文献１に記載のような外圧式中空糸膜モジュールを用いることが考えられる。

国際公開第２００５／０３０３７５号

しかしながら、特許文献１に記載のような外圧式の中空糸膜モジュールを用いた場合、高いろ過流量で運転を試みると、ハウジング内への原水の流入によって中空糸膜の両端部近傍が振動し、これにより中空糸膜が破断するという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、中空糸膜の破断を抑えつつ、ろ過流量の増能力化を可能とする外圧式中空糸膜モジュール及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、上記課題を解決するため、比較的低い破断強度の中空糸膜を用いて製作しても破断発生率を劇的に抑制可能な外圧式中空糸膜ろ過モジュールの構造を見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は下記のとおりである。

本発明の外圧式中空糸膜モジュールは、一方の端部が閉塞され他方の端部が開口された複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、側面に少なくとも１つのノズルを有した筒状体であり、中空糸膜の閉塞された端部および中空糸膜の開口された端部がそれぞれ筒状体の長手方向の両端側に向くように、中空糸膜束を収容するハウジングと、中空糸膜の開口された端部側において、中空糸膜同士、および中空糸膜束とハウジング内壁とを接着固定した第１の接着固定部と、中空糸膜の閉塞された端部側において、中空糸膜同士、および中空糸膜束とハウジング内壁とを接着固定し、中空糸膜束の外周においてハウジングの長手方向に少なくとも１つの平行な貫通孔を有する第２の接着固定部と、第１の接着固定部から第２の接着固定部に向かって少なくとも所定の長さの端部領域、および第２の接着固定部から第１の接着固定部に向かって少なくとも所定の長さの端部領域の少なくとも一方において、中空糸膜束の外周面に密着した状態でその外周面を全周囲に亘って覆う保護部材とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいては、保護部材の内周の長さをL、中空糸膜の外径をd、保護部材に接触している中空糸膜の本数をmとしたとき、md／Lは０．９５以上であることが好ましい。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいて、貫通孔は、中空糸膜束の外周面に隣接するように配置されていることが好ましい。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいては、貫通孔の開口面積の和をA、開口された側の中空糸膜の中空部の総開口面積の和をBとしたとき、A／Bは０．０５以上１以下であることが好ましい。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいて、保護部材は、中空糸膜束の閉塞された側の端部領域および中空糸膜束の開口された側の端部領域の少なくとも一方にのみ設けることができる。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいて、上記少なくとも１つのノズルは、ハウジングの少なくとも一方の端の近傍に形成され、保護部材は、ノズルが形成された一端部側の端部領域に設けることができる。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいて、保護部材は、ノズルのハウジング内側面側の開口よりもハウジングの長手方向の中央位置側に延伸されて設けることが好ましい。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいては、保護部材として、ネット状の部材を筒状に形成したものを用いることができる。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールにおいては、保護部材として、シート状の部材を筒状に形成したものを用いることができる。

本発明の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法は、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法であって、保護部材で包んだ中空糸膜束をハウジング内に挿入した後、保護部材で包まれた中空糸膜束の外周面の外側に複数の柱状部材を挿入することによって中空糸膜束の外周面と保護部材とを密着させた状態とすることを特徴とする。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法においては、中空糸膜束の外周面と保護部材とを密着させた状態とした後、ハウジング内にポッティング材を注入することによって第２の接着固定部を形成し、第２の接着固定部が形成された後、柱状部材を取り除くことによって貫通孔を形成することができる。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法においては、柱状部材の長手方向に直交する方向の断面形状が、円形または楕円形であることが好ましい。

また、上記本発明の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法においては、柱状部材の先端部分がテーパー形状であることが好ましい。

本発明の外圧式中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜束の一方の端部に形成された第１の接着固定部から他方の端部に形成された第２の接着固定部に向かって少なくとも所定の長さの端部領域、および第２の接着固定部から第１の接着固定部に向かって少なくとも所定の長さの端部領域の少なくとも一方において、中空糸膜束の外周面に密着した状態でその外周面を全周囲に亘って覆う保護部材を設ける。これにより、高いろ過流量で長期間運転しても、接着固定部の境界近傍での中空糸膜の振動などを抑制することができ、中空糸膜の破断を抑制しつつ、ろ過流量の増能力化が可能となる。

本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態の概略構成を示す図 図１に示す中空糸膜モジュールのＣ−Ｄ線断面図 本発明の中空糸膜モジュールの一実施形態における保護部材の概略構成を示す図 図１に示す中空糸膜モジュールのＡ−Ｂ線断面図

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。本実施形態の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るものであり、特に、医薬食品業界の無菌水製造装置における最終ろ過膜モジュールとして好適に利用されるものである。図１は、本実施形態の中空糸膜モジュールの概略構成を示す図である。なお、図１においては、その上下方向を矢印で示している。また、以下、図１に示す上下方向を中空糸膜モジュール１の上下方向として説明する。

図１に示されるように、本実施形態の中空糸膜モジュール１は、複数の中空糸膜２が束ねられた中空糸膜束３と、中空糸膜束３を収容する筒状のハウジング５とを備えるものである。なお、図１においては、ハウジング５および後述するキャップ１０，１１については、手前半分を取り除いた断面図を示している。

中空糸膜２としては、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外ろ過膜、及び精密ろ過膜を用いることが出来る。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、および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。

また、中空糸膜の形状としては、内径が５０μm〜３０００μmであることが好ましく、より好ましくは５００〜２０００μmである。また、内径/外径比が０．３〜０．８のものが好適に使用される。

ハウジング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がそれぞれ設けられており、配管接続用のキャップ１０，１１はクランプ１３によってハウジング５に固定装着されている。キャップ１０，１１のハウジング５側の端面とハウジング５のキャップ１０，１１側の端面には環状の溝が形成されており、この溝によってサニタリーガスケット１２が挟まれている。このサニタリーガスケット１２によりハウジング両端とキャップ１０，１１の間がシールされる。

ハウジング５は、第１ノズル５１ａと一体成型された第１筒状部材５１と、第２ノズル５２ａと一体成型された第２筒状部材５２と、第１筒状部材５１と第２筒状部材５２との間に配される直管状の第３筒状部材５３とが互いに接合されて構成されている。第１ノズル５１ａと第２ノズル５２ａとは、それぞれハウジング５の端部の側部に設けられ、ハウジング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いる。第２ノズル５２ａは、外圧ろ過処理の過程において濃縮水が排出されるノズルである。第１ノズル５１ａは、本実施形態の中空糸膜モジュール１では特に使用されないため、その開口は封止されている。

本実施形態の中空糸膜モジュール１は、その長手方向が鉛直方向となるように立設され、第１ノズル５１ａが鉛直方向下側に配置され、第２ノズル５２ａが鉛直方向上側に配置されるように設置される。

また、中空糸膜束３の両端部には、図１に示すように、第１整流筒６および第２整流筒７がそれぞれ装着されている。

第１整流筒６および第２整流筒７は筒状に形成されたものであり、第１整流筒６は、下側の第１ノズル５１ａのハウジング５の内側面側の開口と中空糸膜束３との間に設けられ、第２整流筒７は、上側の第２ノズル５２ａのハウジング５の内側面側の開口と中空糸膜束３との間に設けられ、それぞれ中空糸膜束３の外周を囲むように設けられている。

第１整流筒６および第２整流筒７は、第１ノズル５１ａおよび第２ノズル５２ａの近傍において、中空糸膜束３とハウジング５の内壁との間隔を保持するために設けられたものである。

第１整流筒６および第２整流筒７には、図１に示すように、それぞれ複数の貫通穴３０が設けられている。第１整流筒６の貫通穴３０は、第１ノズル５１ａのハウジング５の内側面側の開口に対向する領域以外の領域に形成し、開口に対向する領域には形成しないようにすることが望ましい。また、第２整流筒７の貫通穴３０は、第２ノズル５２ａのハウジング５の内側面側の開口に対向する領域以外に領域に形成し、開口に対向する領域には形成しないようにすることが望ましい。

第１整流筒６はフランジ６ａを備えており、そのフランジ６ａを第１筒状部材５１と第３筒状部材５３の接合部分で挟むことによって、第１整流筒６が位置決めされる。第１整流筒６の下側端部は、後述する接着固定部２０（本発明の第２の接着固定部に相当する）内で接着固定される。同様に、第２整流筒７はフランジ７ａを備えており、そのフランジ７ａを第２筒状部材５２と第３筒状部材５３の接合部分で挟むことによって、第２整流筒７が位置決めされる。第１整流筒７の上側端部は、後述する接着固定部２１（本発明の第１の接着固定部に相当する）内で接着固定される。

中空糸膜束３の両端部には、各中空糸膜２同士および中空糸膜束３とハウジング５の内壁とをポッティング材によって接着固定する接着固定部２０，２１が形成されている。ハウジング５の内壁には環状凹凸部５ａが形成されており、この環状凹凸部５ａの溝にポッティング材が流れ込むことによって、接着固定部２０，２１の側面に環状凹凸構造が形成される。このようにハウジング５の内壁に環状凹凸部５ａを形成することによって、ハウジング５と接着固定部２０，２１との接着面積を広くすることができ、より高い接着力を得ることができる。

ポッティング材としては、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、シリコン樹脂、および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。ウレタン樹脂は比較的短時間で反応が完結するので特に好ましい。また、これらのポッティング材で構成された接着固定部２０，２１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さを有していることが望ましい。一方、物理洗浄時の流体の流れによる中空糸膜２の破断をより長期間確実に防止するために、適度な柔らかさを有したポッティング材を使用することが望ましい。従って、使用上必要充分な耐圧性を付与し、かつ、確実に膜破断を防止するためには、使用温度範囲で硬度７０Ｄ〜５０Ａの特性を有するポッティング材を使用することが好ましい。尚、ここで言う硬度は、ショア硬度計を実質的に平滑な面を有する資料面に押し当てた時に、１０秒後に示した値をいう。この値が７０Ｄ超えると上記の膜破断が起こる場合があり、また、５０Ａ未満では耐圧性が不足する場合がある。

中空糸膜束３の両端部に形成された接着固定部２０と接着固定部２１との間の中空糸膜２の外側には被処理液が流れ込む領域５ｂ（以下、外側領域という）が形成される。

また、図１に示すように、中空糸膜モジュール１を鉛直方向に立設した場合に下側に位置する接着固定部２０には、複数の貫通孔２０ａが形成されている。図２は、図１に示す中空糸膜モジュール１のＣ−Ｄ線断面図である。

貫通孔２０ａは、ハウジング５の長手方向に平行に形成されており、上述した外側領域５ｂと外側領域５ｂとは接着固定部２０を挟んで反対側の外部領域５ｃとを連通させる孔である。本実施形態においては、複数の貫通孔２０ａは、図２に示すように、後述する保護部材８とハウジング５の内壁との間の接着固定部２０内に設けられ、中空糸膜束３の外周面に隣接するように配置されている。

そして、各中空糸膜２の貫通孔２０ａが設けられた側の中空部は閉塞されており、各中空糸膜２の貫通孔２０ａが形成された側とは反対側の中空部は開口されている。ろ過処理が行われる際には、キャップ１１の管路１１ａから被処理水が流入し、その被処理水が貫通孔２０ａを通過して外側領域５ｂに供給される。そして、外側領域５ｂに供給された被処理液が各中空糸膜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ろ過液が、キャップ１０の管路１０ａから流出され、濃縮水が第２ノズル５２ａから流出される。

また、中空糸膜モジュール１は、中空糸膜束３の外周面を包みこむように設けられた筒状の保護部材８を備えている。図３は、ハウジング５内に設けられた保護部材８の外観を示すものである。なお、図３においては、図１に示す中空糸膜束３および第１および第２整流筒６，７は図示省略している。また、図１においては、保護部材８を図示省略している。

図３に示すように、本実施形態においては、中空糸膜束３の外周面の略全体を包み込むように保護部材８が設けられている。本実施形態で用いられる保護部材８は、図３に示すようなネット状の部材を筒状に形成したものであり、可撓性を有するものである。ネット状の保護部材８の材質としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(４．６フッ化)）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン(４フッ化)）、ポリスルホン等の耐熱性を有する材質を用いることが望ましい。保護部材８の両端は、それぞれ接着固定部２０，２１内に位置し、接着固定部２０，２１によって固定されている。

そして、保護部材８は、中空糸膜束３の少なくとも両端部において、中空糸膜束３の外周面に密着した状態で設けられている。上記両端部とは、具体的には、貫通孔２０ａが形成された側の接着固定部２０と外側領域５ｂとの境界２０ｂとその境界２０ｂから外側領域５ｂ側に所定の長さＬ１だけ延伸した領域とを含む第１端部領域Ｒ１と、第２ノズル５２ａが形成された一端部側の接着固定部２１と外側領域５ｂとの境界２１ｂとその境界２１ｂから外側領域５ｂ側に所定の長さＬ２だけ延伸した領域とを含む第２端部領域Ｒ２である。

第１端部領域Ｒ１における境界２０ｂからの長さＬ１については、５ｃｍ以上であることが望ましい。また、本実施形態の中空糸膜モジュール１においては、上述したように第２ノズル５２ａから濃縮液が排出されるが、濃縮液が第２ノズル５２ａから排出される際、第２ノズル５２ａ付近の中空糸膜２に吸引力が働いて破断傾向が高まり、中空糸膜２が破断しやすくなる場合がある。したがって、第２端部領域Ｒ２における境界２１ｂからの長さＬ２については、図４に示すように、第２端部領域Ｒ２の下端が、第２ノズル５２ａのハウジング５内側面側の開口の下端よりも下側に位置する長さとすることが望ましい。これにより第２ノズル５２ａから濃縮液が排出される際に発生する吸引力に起因する第２ノズル５２ａ付近の中空糸膜２の変形を抑制することができ、中空糸膜２の破断をより抑制することができる。

保護部材８と中空糸膜束３の外周面とを密着させる方法としては、具体的には、保護部材８で包んだ中空糸膜束３をハウジング５内に挿入した後、保護部材８で包まれた中空糸膜束３の外周面の外側の適所に、複数の柱状部材を挿入することによって中空糸膜束３の外周面と保護部材８とを密着させた状態とすることができる。これにより、簡易な方法によって中空糸膜束３の外周面と保護部材８とを密着させることができる。

そして、中空糸膜束３の外周面と保護部材８とを密着させた状態とした後、ハウジング５の両端部にポッティング材を注入することによって接着固定部２０，２１が形成される。第２ノズル５２ａが形成された上側の接着固定部２１内の柱状部材については、そのまま接着固定部２１内に残されたままとされる。図４は、図１に示す中空糸膜モジュール１のＡ−Ｂ線断面図を示すものであり、図４における２１ａが柱状部材である。

また、反対側の接着固定部２０内の柱状部材については、接着固定部２１が形成された後に取り除かれ、これにより上述した複数の貫通孔２０ａが形成される。これにより複数の貫通孔２０ａを簡易な方法によって形成することができる。

上側の接着固定部２１内の柱状部材２１ａの長さについては、接着固定部２１の厚みと同等以上であることが必要であり、図３に示す接着固定部２１の厚みＬ３の１倍以上１．１倍以下に制御することが好ましい。

また、下側の接着固定部２０内に設置される柱状部材については、上述したように接着完了後に抜き取り、貫通孔２０ａを形成するため、接着固定部２０の厚みＬ４以上の長さであることが望ましい。

なお、柱状部材は、図２および図４に示すように、中空糸膜束３の外周面に対してほぼ均等な間隔で配置することが望ましい。また、柱状部材の太さと本数を制御することで保護部材８内部の中空糸膜２の本数を制御できる。

柱状部材の先端部分は、たとえば錐状にするなどして長さ方向についてテーパー形状に形成することが望ましい。このように柱状部材２１ａの先端部分をテーパー形状にすることによって、柱状部材２１ａを保護部材８の外周部とハウジング５の内壁との間に挿入しやすくなり、かつ貫通孔２０ａ形成時の抜取性を良くすることができる。

柱状部材の断面形状は特に限定されるものではなく、円形、楕円形、四角形、六角形、扇形等の多角形や板状が例として挙げられるが、柱状部材が保護部材８に接触したときに保護部材８に損傷を与える恐れのない円形または楕円形であることが好ましい。

また、柱状部材は、ハウジング５内への挿入時に保護部材８を傷つけず、かつ接着固定部２０からの抜き取り時の作業性を考慮して太さを決定すればよく、具体的には３mm〜保護部材８の内径の範囲から任意に決定される。なお、柱状部材の「太さ」とは、長さ方向においてその断面積が最も大きい部分の円相当直径を意味する。

柱状部材の材質としては、高分子材料、無機材料、および金属材料等を用いることができ、特に限定されないが、上側の接着固定部２１に挿入する柱状部材２１ａの材質としては、接着固定部２１を構成するポッティング材と接着力を有し、かつ、該ポッティング材と同等又はそれ以上の引張弾性率を有するものが好ましい。一方、下側の接着固定部２０に挿入する柱状部材は、ポッティング材との接着力が弱い材質で形成し、かつ、剥離可能な構造としておくことが好ましい。具体的には、柱状部材の長さ方向の断面形状が円形または楕円形状であることが好ましい。

ここで、上述したように、本実施形態の中空糸膜モジュール１では、両端部で接着固定される中空糸膜束３は保護部材８で保護されており、かつ少なくとも上述した第１端部領域Ｒ１および第２端部領域Ｒ２において、中空糸膜束３の最外周に配置された中空糸膜２と保護部材８が、密着した状態で接着固定されていることが重要である。

本発明では、保護部材８の内周の長さをL、保護部材８に接触している中空糸膜２の本数をm、保護部材８内に充填される中空糸膜２の外径をdとしたとき、md／Lを密着率と定義し、md／L≧0.90の状態を密着した状態と定義する。ただし、密着率が高いほど好ましく、md／L≧0.95であることがさらに好ましい。尚、中空糸膜２の外径に比べて保護部材の内径が十分大きい場合、理論上、保護部材８に接触可能な最外周部の中空糸膜２の最大本数をＭとすると、L≒Mdが成り立つので、md／L≒md／Md＝m／Mの近似式が成立する。

また、保護部材８と中空糸膜２とが接触しているとは、中空糸膜束３の最外周部に配置された中空糸膜２と保護部材８とが、接着固定部２０，２１の厚み方向（中空糸膜２の長手方向）について少なくとも1点以上で接触していることをいう。

また、上記実施形態の中空糸膜モジュール１においては、複数の貫通孔２０ａの開口面積の和をA、開口された側（図１における接着固定部２１側）の中空糸膜の中空部の総開口面積の和をBとしたとき、A／Bが１．０より大きくなると保護部材８の外側に配置される貫通孔２０ａが、下端部の接着固定部２０の内側の膜充填可能領域を減じてしまうため好ましくない。また、A/Bが０．０５未満では必要水量を中空糸膜モジュール１内部に供給するために入側供給圧を高くしなければならなくなり、その結果、接着強度を高めるなどの別途対策が必要になるため好ましくない。そのため、A／Bは０．０５以上１．０以下が好ましい。さらに、下端部の接着固定部２０の内側の膜充填可能領域を確保しつつ中空糸膜モジュール１内部に抵抗なく原水を供給するためには、A／Bは０．０８以上０．６以下とすることがより好ましい。

次に、上記実施形態の外圧式中空糸膜モジュール１の製造方法について、詳細に説明する。

まず、所定の本数の中空糸膜２を束として整え、中空糸膜束３を作製する。続いて、中空糸膜束３の各中空糸膜２の一端部の開口を封止物で目止めして封止する。封止物としては、たとえば石膏が用いられるが、その他の材料を用いてもよい。

次に、第３筒状部材５３の両端に対して、第１筒状部材５１および第２筒状部材５２が接合されてハウジング５が形成されるとともに、第１整流筒６および第２整流筒７が取り付けられてモジュールケース本体が形成される。そして、一端部の開口が封止された中空糸膜束３の外周面を保護部材８で包み、その保護部材８で包んだ中空糸膜束３をハウジング５内に挿入する。なお、この際、中空糸膜束３の中空部が封止された側が、第２筒状部材５２側に位置するように挿入される。

そして、その後、保護部材８で包まれた中空糸膜束３の外周面と第１および第２整流筒６，７との間に複数の柱状部材を挿入することによって中空糸膜束３の外周面と保護部材８とを密着させた状態とする。

次いで、中空糸膜束３の外周面と保護部材８とを密着させた状態とした後、ハウジング５の両端に接着固定部形成用容器を取り付け、ハウジング５の両端部にポッティング材を注入することによって接着固定部２０，２１を形成する。そして、接着固定部２０，２１が形成された後、接着固定部２０側の柱状部材を取り除くことによって複数の貫通孔２０ａを形成する。なお、第１筒状部材５２側の中空糸膜束３の中空部は、ポッティング材によって閉塞される。

中空糸膜束３とハウジング５とを接着固定するには、中空糸膜束３が収容されたハウジング５を水平方向に回転させながら接着する遠心接着、またはハウジング５の長手方向を鉛直方向に配置し、ポッティング材をハウジング５の下端から注入する静置接着にて行うことができる。遠心接着は、中空糸膜束３の両端を同時に接着することができる反面、多額の設備投資や高速で回転させるための電力が必要となる。一方、静置接着は、片側ずつ接着する必要があるため接着に必要な時間は増加するものの、大型の設備投資の必要がなく、簡素な治具で実施できる。なお、ポッティング材が硬化した後、必要に応じて高温での完全硬化を実施しても良い。

次に、ケーシング５内のポッティング材が硬化したことを確認した後、接着固定部形成用容器が取り除かれ、第２筒状部材５２側の接着固定部２１の端部を切断することによって、中空糸膜束３の中空部を開口させる。

最後に、中空糸膜束３が接着固定されたハウジング５の両端部のそれぞれに、配管接続用のキャップ１０，１１がサニタリーガスケット１２を介して装着され、クランプ１３によって締結固定された後、リーク検査、試運転等を実施し、規定通りに製造できていることを確認して中空糸膜モジュール１が完成する。

なお、上記実施形態の中空糸膜モジュール１においては、ネット状の保護部材８を用いて、中空糸膜束３の外周面の略全体を包むようにしたが、ネット状の部材に限らず、シート状の部材を筒状に形成したものを保護部材として用いるようにしてもよい。ただし、このようにシート状の部材からなる保護部材を用いる場合には、ろ過効率の低下を招かないように、中空糸膜束３の外周面の略全体ではなく、中空糸膜束３の両端部のみ、または中空糸膜束３の一端部のみに設けることが望ましい。具体的には、上述した第１端部領域Ｒ１および第２端部領域Ｒ２のみ、第１端部領域Ｒ１のみ、または第２端部領域Ｒ２のみにシート状の保護部材を設けることが望ましい。

また、シート状の部材は、可撓性を有するものであり、その材質としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド系樹脂、およびフッ素ゴム等の耐熱性を有する材質を用いることが望ましい。

次に、本発明の外圧式中空糸膜モジュールの実施例および比較例について説明する。下表１は、実施例１〜実施例６および比較例１〜比較例３の各中空糸膜モジュールの製造条件およびろ過耐久性試験の結果を示したものである。

（実施例１）
以下、実施例１の中空糸膜モジュールの製造工程を説明する。

片端の中空部を封止したＰＳ製中空糸膜（旭化成製）２９７０本を束ねて中空糸膜束３を形成し、内径８０mmの筒状に成型されたＰＦＡ製保護ネット（保護部材８に相当するものである）に挿入した後、該保護ネットに挿入された中空糸膜束３を内径８３mmの第１および第２整流筒６，７が内側に装着された第１および第２筒状部材５１，５２を有するハウジング５内に挿入した。第１および第２筒状部材５１，５２は、それぞれ内径２３mmの第１および第２ノズル５１ａ，５２ａを有している。実施例１で用いた中空糸膜２は、分画分子量６０００、内径０．７５mm、外径１．３５mmである。

そして、中空糸膜束３の中空部が開口した側の保護ネットと第１整流筒６の間に、外径１１mmのポリエチレン製の円柱棒（柱状部材に相当するものである）を５本挿入して設置した。円柱棒は、保護ネットの外周面の周方向について、略均等な間隔で分布するように挿入して配置した。

また、中空糸膜束３の中空部を接着前に封止した側の保護ネットと第２整流筒７の間に、外径１１mmの円柱棒５本を挿入して設置した。この円柱棒としては、予めポッティング材を型に流延して硬化させて成型したものを用いた。円柱棒は、保護ネットの外周面の周方向について、略均等な間隔で分布するように挿入して配置した。

次いで、ポッティング材導入用チューブを取り付けた接着固定部形成用容器をハウジング５の両端部に固定し、第１および第２ノズル５１ａ，５２ａの中心軸を鉛直下方向に対して４５°の向きにするとともに、ハウジング５を水平にして遠心用フレームに固定し、ハウジング５を水平方向に回転させることによって、ポッティング材をハウジング５の第１および第２筒状部材５１，５２内に注入した。ポッティング材としては、２液性硬化型エポキシ樹脂を用いた。ポッティング材の硬化反応が進行して流動化が停止した時点で遠心機の回転を停止して取り出し、オーブン中で９０℃に加熱してキュアーした。

その後、ハウジング５の端部を切断することによって接着前の段階で封止した側の中空糸膜束３の中空部を開口させ、一方、反対側のポリエチレン製円柱棒を取り外して貫通孔２０ａを形成した。尚、実施例１の中空糸膜モジュールの膜有効長は１ｍであり、A／Bは０．３６である。次いで、サニタリーガスケット１２を介してキャップ１０、１０をクランプ１３によって固定した後、中空部が開口した側を上側にして中空糸膜モジュールをろ過装置に取り付け、以下のろ過耐久性試験を行った。

下側の接着固定部２０に設けられた５箇所の貫通孔２０ａから清浄水を合計３．５ｍ^３／ｈの流量で供給し、上側の接着固定部２１内の中空糸膜束３の中空部からろ過水を３．１ｍ^３／ｈで排出し、上側側面の第２ノズル５２ａから濃縮液を０．４ｍ^３／ｈで排出させる運転を行った。下側側面の第１ノズル５１ａはブラインドプレートを装着して封止した。１日１回、１回５分程度のリークチェック作業以外は連続的に上記の運転を実施した。

１年間の運転後でも中空糸膜２の破断によるリークは発生しなかった。

この試験の終了後、第１整流筒６より１ｃｍ程度上側の位置で切断した後、第１筒状部材５１を接着固定部２０から剥離除去し、さらに第１整流筒６を接着固定部２０との界面部で切り取った後、中空糸膜２をむしり取って中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２と保護ネットの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２の本数Ｍ_１を計測し、そのうち保護ネットと接触している中空糸膜２の本数ｍ_１を計測した結果、密着率ｍ_１／Ｍ_１が０．９７であった。

（実施例２）
実施例２では、保護ネットの代わりに中空糸膜束３の両端部（第１端部領域Ｒ１および第２端部領域Ｒ２）のみを厚さ０．１mmのＰＶＡ製シートで包んで中空糸膜束３に密着させたこと以外は、実施例１と同様に製作した中空糸膜モジュールをろ過装置に取り付け、実施例１と同様の運転条件でろ過耐久性試験を行った。

１年間の運転後でも中空糸膜２の破断によるリークは発生しなかった。

この試験の終了後、実施例１と同様にして、中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２とＰＶＡ製シートの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２の本数Ｍ_２を計測し、そのうちＰＶＡ製シートと接触している中空糸膜２の本数ｍ_２を計測した結果、密着率ｍ_２／Ｍ_２が０．９９であった。

（実施例３）
実施例３では、ポッティング材による接着前において中空部が開口した側の保護ネットと第１整流筒６の間に外径５mmのポリエチレン製円柱棒５本を挿入して設置したこと以外は、実施例１と同様にしてモジュールを製作した。このモジュールのA／B＝０．０７５であった。

この中空糸膜モジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久性試験を行ったところ、８ヶ月間の運転後で中空糸膜２の破断によるリークは確認されなかった。

この試験の終了後、実施例１と同様にして、中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２と保護ネットの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸本数Ｍ_３を計測し、そのうち保護ネットと接触している中空糸膜２の本数ｍ_３を計測した結果、密着率ｍ_３／Ｍ_３が０．９５であった。

（実施例４）
実施例４では、ポッティング材による接着前に中空部が開口した側の保護ネットと第１整流筒６の間に外径５mmのポリエチレン製円柱棒５本を挿入し、ポリエチレン製円柱棒５本をランダムに配置することによって密着率を意図的に減じたこと以外は、実施例１と同様にしてモジュールを製作した。このモジュールのA/Bは０．０７５であった。

このモジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久性試験を行ったところ、２ヶ月間の運転後で中空糸膜２の破断によるリークが確認された。

この試験の終了後、第２整流筒７より５ｃｍ程度下側の位置で切断し、リーク箇所を確認した結果、中空糸膜束３の最外周部の６本の中空糸が、接着固定部２１と外側領域５ｂとの境界部で破断しているのを確認した。

この後、中空糸膜２をむしり取って中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２と保護ネットの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸本数Ｍ_４を計測し、そのうち保護ネットと密着している中空糸膜２の本数ｍ_４を計測した結果、密着率ｍ_４／Ｍ_４が０．９３であった。

（実施例５）
実施例５では、ポッティング材による接着前に中空部が開口した側の保護ネットと第１整流筒６の間に外径３mmのポリエチレン製円柱棒５本を挿入し、ポリエチレン製円柱棒５本をランダムに配置することによって密着率を意図的に減じ、A/Bが０．０５未満となるようにしたこと以外は、実施例１と同様にしてモジュールを製作した。このモジュールのA/Bは０．０２７であった。

このモジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久性試験を行ったところ、２ヶ月間の運転後で中空糸膜２の破断によるリークが確認された。

この試験の終了後、第２整流筒７より５ｃｍ程度下側の位置で切断し、リーク箇所を確認した結果、中空糸膜束３の最外周部の８本の中空糸が、接着固定部２１と外側領域５ｂとの境界部で破断しているのを確認した。

この後、中空糸膜２をむしり取って中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２と保護ネットの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸本数Ｍ_５を計測し、そのうち保護ネットと密着している中空糸膜２の本数ｍ_５を計測した結果、密着率ｍ_５／Ｍ_５が０．９２であった。

（実施例６）
実施例６では、保護ネットの代わりに中空糸膜束３の両端部（第１端部領域Ｒ１および第２端部領域Ｒ２）のみを厚さ０．１mmのＰＶＡ製シートで包み、且つ第１端部領域Ｒ１における境界２０ｂからの長さＬ１と第２端部領域Ｒ２における境界２１ｂからの長さＬ２が５ｍｍ以下になるようにして中空糸膜束３に密着させたこと以外は、実施例２と同様にしてモジュールを製作した。

このモジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久性試験を行ったところ、１０日間の運転後で中空糸膜２の破断によるリークが確認された。

この試験の終了後、第１整流筒６より５ｃｍ程度上側の位置と第２整流筒７より５ｃｍ程度下側の位置で切断し、リーク箇所を確認した結果、中空糸膜束３の最外周部の９本の中空糸が破断しているのを確認した。

この後、実施例１と同様にして、中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２とＰＶＡ製シートの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２の本数Ｍ_６を計測し、そのうちＰＶＡ製シートと接触している中空糸膜２の本数ｍ_６を計測した結果、密着率ｍ_６／Ｍ_６はともに０．９９であった。

（比較例１）
比較例１では、保護ネットを使わずに実施例1と同様にして中空糸膜モジュールを製作した。

この中空糸膜モジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久性試験を行ったところ、１ヶ月間の運転後で中空糸膜２の破断によるリークが確認された。

この試験の終了後、第１整流筒６より５ｃｍ程度上側の位置で切断し、中空糸膜モジュールの接着固定部２０の内側で切断し、リーク箇所を確認した結果、下側の接着固定部２０の中空糸膜束３の最外周部に位置する中空糸膜２５本と上側の接着固定部２１の最外周部に位置する中空糸膜１１本が、接着固定部２０，２１と外側領域５ｂとの境界部で破断しているのを確認した。

（比較例２）
比較例２では、ポッティング材による接着前に中空部が開口した側の保護ネットの内側の中空糸膜束３の端部に外径１１mmのポリエチレン製円柱棒５本を均等に分布するように挿入して配置したこと以外は、実施例１と同様にしてモジュールを製作した。

この中空糸膜モジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久性試験を行ったところ、１ヶ月間の運転後で中空糸膜２の破断によるリークが確認された。

この試験の終了後、第１整流筒６より５ｃｍ程度上側の位置で切断し、リーク箇所を確認した結果、貫通孔２０ａ周辺の１２本の中空糸膜が、接着固定部２０と外側領域５ｂとの境界部で破断しているのを確認した。

この後、中空糸膜２をむしり取って中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜と保護ネットの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２の本数Ｍ_７を計測し、そのうち保護ネットと接触している中空糸膜２の本数ｍ_７を計測した結果、密着率ｍ_７／Ｍ_７が０．９２であった。

（比較例３）
中空糸膜２の本数を２３８０本に減じて、保護ネットと中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２との密着率を意図的に小さくなるようにしたこと以外は、実施例1と同様にしてモジュールを製作した。このモジュールのA／Bは０．４５であった。

この中空糸膜モジュールを用いて実施例１と同様にろ過耐久試験を行ったところ、１
ヶ月の運転で中空糸膜２の破断によるリークが確認された。なお、比較例３では２０％中空糸膜本数を減じたので、中空糸膜２への負荷を実施例１と同じにするため、下側の接着固定部２０に設けられた５箇所の貫通孔２０ａから清浄水を合計２．８ｍ^３／ｈの流量で供給し、上側の接着固定部２１内の中空糸膜束３の中空部からろ過水を２．５ｍ^３／ｈで排出し、上側側面の第２ノズル５２ａからは濃縮液を０．３ｍ^３／ｈで排出されるよう調整して運転を行った。

この試験の終了後、第１整流筒６より５ｃｍ程度上側の位置で切断し、リーク箇所を確認した結果、中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜のうち保護ネットに接触していない１３本の中空糸膜２が、接着固定部２０と外側領域５ｂとの境界部で破断しているのを確認した。

この後、中空糸膜２をむしり取って中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜２と保護ネットの密着状態を詳細に観察した。中空糸膜束３の最外周部の中空糸膜の本数Ｍ_８を計測し、そのうち保護ネットと接触している中空糸膜２の本数ｍ_８を計測した結果、密着率ｍ_８／Ｍ_８が０．７６であった。

１ 中空糸膜モジュール
３ 中空糸膜束
５ ハウジング
５ａ 環状凹凸部
５ｂ 外側領域
５ｃ 外部領域
６ 第１整流筒
６ａ フランジ
７ 第２整流筒
７ａ フランジ
８ 保護部材
１０，１１ キャップ
１０ａ，１１ａ 管路
１２ Ｏリング
１３ クランプ
２０，２１ 接着固定部
２０ａ 貫通孔
２１ａ 柱状部材
３０ 貫通穴
５１ 第１筒状部材
５１ａ 第１ノズル
５２ 第２筒状部材
５２ａ 第２ノズル
５３ 第３筒状部材

Claims (13)

1. 一方の端部が閉塞され他方の端部が開口された複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、
   側面に少なくとも１つのノズルを有した筒状体であり、前記中空糸膜の閉塞された端部および前記中空糸膜の開口された端部がそれぞれ前記筒状体の長手方向の両端側に向くように、前記中空糸膜束を収容するハウジングと、
   前記中空糸膜の開口された端部側において、前記中空糸膜同士、および前記中空糸膜束と前記ハウジング内壁とを接着固定した第１の接着固定部と、
   前記中空糸膜の閉塞された端部側において、前記中空糸膜同士、および前記中空糸膜束と前記ハウジング内壁とを接着固定し、前記中空糸膜束の外周において前記ハウジングの長手方向に平行な少なくとも１つの貫通孔を有する第２の接着固定部と、
   前記第１の接着固定部から前記第２の接着固定部に向かって少なくとも所定の長さの端部領域、および前記第２の接着固定部から前記第１の接着固定部に向かって少なくとも所定の長さの端部領域の少なくとも一方において、前記中空糸膜束の外周面に密着した状態で該外周面を全周囲に亘って覆う保護部材とを備えたことを特徴とする外圧式中空糸膜モジュール。
2. 前記保護部材の内周の長さをL、前記中空糸膜の外径をd、前記保護部材に接触している前記中空糸膜の本数をmとしたとき、md／Lが０．９５以上であることを特徴とする請求項１記載の外圧式中空糸膜モジュール。
3. 前記貫通孔が、前記中空糸膜束の外周面に隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の外圧式中空糸膜モジュール。
4. 前記貫通孔の開口面積の和をA、開口された側の前記中空糸膜の中空部の総開口面積の和をBとしたとき、
   A／Bが０．０５以上１以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュール。
5. 前記保護部材が、前記中空糸膜束の閉塞された側の端部領域および前記中空糸膜束の開口された側の端部領域の少なくとも一方にのみ設けられることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュール。
6. 前記少なくとも１つのノズルが、前記ハウジングの少なくとも一方の端の近傍に形成され、
   前記保護部材が、前記ノズルが形成された一端部側の端部領域に設けられることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュール。
7. 前記保護部材が、前記ノズルの前記ハウジング内側面側の開口よりも前記ハウジングの長手方向の中央位置側に延伸されて設けられていることを特徴とする請求項６記載の外圧式中空糸膜モジュール。
8. 前記保護部材が、ネット状の部材を筒状に形成したものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュール。
9. 前記保護部材が、シート状の部材を筒状に形成したものであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュール。
10. 請求項１から９いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法であって、
    前記保護部材で包んだ前記中空糸膜束を前記ハウジング内に挿入した後、前記保護部材で包まれた中空糸膜束の外周面の外側に複数の柱状部材を挿入することによって前記中空糸膜束の外周面と前記保護部材とを密着させた状態とすることを特徴とする外圧式中空糸膜モジュールの製造方法。
11. 前記中空糸膜束の外周面と前記保護部材とを密着させた状態とした後、前記ハウジング内にポッティング材を注入することによって前記第２の接着固定部を形成し、該第２の接着固定部が形成された後、前記柱状部材を取り除くことによって前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１０記載の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法。
12. 前記柱状部材の長手方向に直交する方向の断面形状が、円形または楕円形であることを特徴とする請求項１０または１１記載の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法。
13. 前記柱状部材の先端部分がテーパー形状であることを特徴とする請求項１０から１２いずれか１項記載の外圧式中空糸膜モジュールの製造方法。