JPH07148421A

JPH07148421A - 中空糸型膜モジュ−ル

Info

Publication number: JPH07148421A
Application number: JP29597193A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kumami; 和久熊見; Kazuo Mihara; 和雄三原
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1995-06-13
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2724669B2

Abstract

(57)【要約】【目的】封止部の強度向上、中空糸膜の折損防止に有
用で、大型化可能な中空糸型膜モジュ−ルを提供する。【構成】液体透過性を有する保護筒に収納された中空
糸膜束からなる単位ろ過エレメントを２以上含有し、こ
れら単位ろ過エレメントの少なくとも片端がケ−スハウ
ジングの同一端で樹脂封止された中空糸型膜モジュ−ル
において、前記単位ろ過エレメントが保護筒の外側に配
した梁により互いに分割され、かつ、前記梁と共に封止
固定されることを特徴とする中空糸型膜モジュ−ル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体透過性を有する保
護筒に収納された単位ろ過エレメントを２以上含有する
中空糸型膜モジュ−ルに関し、さらに詳細には各単位ろ
過エレメントがケ−スハウジングの一端で梁と共に樹脂
封止され、封止部の強度向上、中空糸膜の折損防止に有
用で、大型化可能な中空糸型膜モジュ−ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に中空糸膜モジュ−ルは一定容積内
のろ過膜面積が大きくとれ、装置を小型化できるため、
種々の膜分離用の用途に利用されている。中空糸膜モジ
ュ−ルは通常複数の中空糸膜から成る中空糸膜束を中空
糸膜相互間とケ−スハウジングとを樹脂などにより接着
封止させ、中空糸膜の少なくとも片端端部面を開口した
状態で構成させている。このような中空糸型膜モジュ−
ルにおいては、中空糸膜束端部の中空糸相互間を樹脂に
より封止した部分は、中空糸型膜モジュ−ルの使用にあ
たり、強度に欠ける部分の１つになっている。この原因
は、多数の中空糸膜束を高い充填密度で封止するため樹
脂密度が低下することや、技術的な高度性を要求される
ことが挙げられる。例えば、中空糸膜束を樹脂封止する
には樹脂が低密度でなければうまく封止できず、使用可
能な樹脂が制限されてしまうため、当該部分を強化する
ことが困難であった。なお、このような樹脂封止材とし
ては、一般にはエポキシ樹脂が多用されている。一方、
封止部分の強度を向上させるために、封止樹脂層を厚く
することも一方法であるが、中空糸膜束が多量に樹脂層
中に埋もれてしまい、中空糸の有効な膜面積が削減さ
れ、ろ過効率においてあるいは製造コストの点でも不利
益を生ずる。また、使用する樹脂量が増加することによ
り、樹脂硬化時の収縮や歪の影響が大きくなり、封止部
分の信頼性を損なうことともなる。なお、これらの問題
を解決する方法としては、特開昭６０−２３２２０７号
公報、特開昭６１−１９２３０８号公報、特開昭６３−
６９５０９号公報などが知られている。また特開昭５０
−７３８８２号公報には、分岐状支持体を用いて毛細管
束を分割している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの公知技術は中
空糸型膜モジュ−ルの樹脂封止部あるいはケ−スハウジ
ング自体に梁部を設置する方法である。しかし、特開昭
６０−２３２２０７号公報に開示された方法では、梁は
中空糸膜束中に設置されており、ケ−スハウジング自体
に接することなく樹脂封止され、封止部の強度に劣る可
能性がある。また、特開昭６１−１９２３０８号公報に
記載の中空糸型膜モジュ−ルは、外圧式かつ片端封止型
の中空糸型膜モジュ−ルを対象としており、中空糸型膜
モジュ−ルの中央部に円柱状の支柱を梁として使用する
ため、樹脂封止部のケ−スハウジング直径に対する強度
維持が解決されていない。なお、特開昭６３−６９５０
９号公報に記載の中空糸型膜モジュ−ルは、本来中空糸
膜束間に流路空間を形成する目的で梁を使用している
が、梁を樹脂封止部に埋設しないため樹脂濃度を高める
ことで強度を維持しようとするものである。しかし、こ
の方法では中空糸型膜モジュ−ルの大型化は期待し得な
い。また、特開昭５０−７３８８２号公報に記載の分岐
状支持体は毛細管と共に隔壁に接着剤で固定され、毛細
管の偏在移動を防止できるとされているものの、大型モ
ジュールを想定したものとはいえず、本発明で使用する
保護筒を併用するものではない。従って、中空糸型膜モ
ジュ−ルの樹脂封止部の厚みを多く取ることなく、耐圧
性を保持し得る中空糸型膜モジュ−ルの開発、さらに
は、大量ろ過の可能な大型化した中空糸型膜モジュ−ル
の開発が熱望されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は前記目的を達
成させるため鋭意検討の結果、中空糸膜束を特定の保護
筒に収納し、ケ−スハウジング樹脂封止部に梁を埋設す
ることにより効率的で、信頼性の高い中空糸型膜モジュ
−ルを得ることができることを見い出し、本発明を完成
させた。すなわち本発明は、液体透過性を有する保護筒
に収納された中空糸膜束からなる単位ろ過エレメントを
２以上含有し、これら単位ろ過エレメントの少なくとも
片端がケ−スハウジングの同一端で樹脂封止された中空
糸型膜モジュ−ルにおいて、前記単位ろ過エレメントが
保護筒の外側に配した梁により互いに分割され、かつ、
前記梁と共に封止固定されることを特徴とする中空糸型
膜モジュ−ルを提供するものである。また、前記梁が平
板状、十字状、放射状のいずれかであるか、更にはこれ
らが切り欠き部等を有することを特徴とする前記中空糸
型膜モジュ−ルを提供するものである。なお、前記梁
は、ケ−スハウジングの両端にある樹脂封止部に亘る梁
長さを有するものであっても良い。さらに、封止樹脂が
ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素含有樹
脂から選ばれる１種であることを特徴とする前記中空糸
型膜モジュ−ルを提供するものである。以下、詳細に本
発明を説明する。

【０００５】本発明における単位ろ過エレメントとは、
透過性を有する保護筒に収納されたものであり、この保
護筒の横断面の形状は半円状、扇型、四角形、三角形で
あってもかまわない。また、この単位ろ過エレメントが
扇型であれば、２本以上集合させたときにこれらを収納
する円筒状ケ−スハウジングの直径に対応した円筒状に
なるので、中空糸型膜モジュ−ルに高密度で中空糸膜を
収納することができる。

【０００６】本発明に使用する保護筒は原水あるいは透
過水等の液体に対する透過性を有することが必要であ
り、その透過性は使用する中空糸膜束のろ過に影響を与
えない程度であることが好ましい。例えば、布状のも
の、ネット状のもの、表面に細孔を有する多孔体状など
を使用することができる。また材質については、ポリエ
チレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポ
リサルホン系樹脂、ポリエチレンテレフタレ−ト系樹
脂、ナイロン系樹脂、フッ素含有樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂、ステンレス等の金属、セラミックス等が例示で
きる。一般的にはポリオレフィン系樹脂が安価で加工性
もよく、厚さが０．５〜８ｍｍ程度のネット状のものが
保護筒としての適度な強度を有するので好ましい。保護
筒が液体透過性を有することにより、ケ−スハウジング
に収納された単位ろ過エレメント間で、原水がケ−スハ
ウジング内を自由に移動することができる。

【０００７】本発明における単位ろ過エレメントに使用
する中空糸膜については、通常使用されているものを利
用できる。例えば、非対称膜構造、均一膜構造のいずれ
でも良く、ＵＦ膜、ＭＦ膜、ＰＶ・ＶＰ膜等のいずれを
も用いることができる。さらに、材質にも特に制限はな
い。例えば、酢酸セルロ−ス系樹脂、芳香族ポリサルホ
ン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリエチレン
系樹脂、ポロプロピレン系樹脂、フッ素含有樹脂などが
例示できる。

【０００８】本発明に単位ろ過エレメントントの大きさ
は特に制限はないが、一般的には、各中空糸膜の外径に
も依存するが、中空糸膜１００〜１００，０００本程度
から構成されることが好ましい。また、中空糸膜の長さ
としては１０〜２００ｃｍが好ましい。単位ろ過エレメ
ントの太さに関してはどのような太さでも特に制限はな
く、上記中空糸膜の使用量により決定されるが、膜断面
積が３〜３０００ｃｍ²であれば中空糸束の封止におい
て操作性が良く、より好ましくは１０〜１０００ｃｍ²
の範囲である。

【０００９】本発明の梁とは、中空糸型膜モジュ−ルの
ケ−スハウジングにおいて、樹脂封止部に埋設するもの
である。すなわち、例えば半円状単位ろ過エレメントを
２本円柱状ケ−スハウジングに収納し樹脂にて封止する
場合には、円柱状になるように接触させた半円状単位ろ
過エレメントの末端部に梁を挟み込み、単位ろ過エレメ
ントと梁を封止樹脂と共に遠心接着する。梁の使用にあ
たっては樹脂封止部に梁を埋設するが、使用する梁の形
状により梁の一部あるいは梁の全部を埋設しても構わな
い。但し、一部を封止樹脂から突出した状態で埋設した
場合には、単位ろ過エレメントの固定がより確実とな
り、中空糸膜の損傷を効果的に防止できる。なお、樹脂
封止部に埋設されない梁の一部分に貫孔が設けられてい
れば、原水あるいは透過水の流通を阻害することがな
く、より好ましい。梁の挟み込み場所としては、本発明
の梁は単位ろ過エレメントの保護筒の外側で使用する。
梁を保護筒の外側に設置した場合には、中空糸膜の有効
部分と梁とが接触せず、中空糸膜を損傷しないからであ
る。なお、本発明の中空糸型膜モジュ−ルは両端を樹脂
封止したものが一般的で使用しやすいが、この様な場合
に使用する梁は、両端の樹脂封止部に亘る梁長を有する
ものが好ましい。このように使用すれば、梁による変形
の防止と、ケ−スハウジング両端を連結させた部分の支
柱的効果による変形防止との２重の効果が得られるから
である。また、本発明においては、梁は樹脂封止部にお
いて、好ましくはケ−スハウジングに内接するものであ
り、また、どのような形状のものでも良い。しかしなが
ら、樹脂封止部に占める梁部分が大きければ中空糸型膜
モジュ−ルに占める中空糸膜の密度が低下する。よっ
て、一般的には平板状が使用される。また、ケ−スハウ
ジングに収納する単位ろ過エレメントの形状に応じ、十
字状、放射状等好ましい形状を適宜選択することもでき
る。このような形状の場合には、樹脂封止部全体に均一
に梁を入れることとなり、特に有効である。なお、これ
ら梁には梁長に切り欠き部、孔または窓状の貫通部を有
すれば、処理水あるいは透過水の流動抵抗が小さくなる
ため、より有効である。

【００１０】ここにおいて、本発明における梁とは封止
用樹脂よりも高い引張強度、曲げ弾性率を有する部材か
らなることが好ましい。梁が梁自体の保持する曲げ強度
により樹脂封止部の変形を抑制するからである。従っ
て、梁は中空糸膜束を封止している封止樹脂よりもより
高い曲げ弾性率を有するほど好ましい。このようなもの
としては、ＦＲＰ（熱硬化性樹脂）、ポリサルホン樹
脂、ポリカ−ボネ−ト樹脂、ＰＥＥＫ、ポリメチルメタ
クリレ−ト樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、Ｐ
ＶＣ、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂などの
樹脂またはこれらの樹脂のＦＲＰ、ステンレス、アルミ
ニウム、セラミックス等が例示できる。

【００１１】本発明において、中空糸膜束端部の封止に
使用する樹脂は通常使用されているものが利用できる。
例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン
樹脂、フッ素含有樹脂、ナイロン樹脂、シリコ−ン系樹
脂等が例示できる。これらの内、ポリオレフィン樹脂、
ウレタン樹脂またはフッ素含有樹脂が好ましく、特にウ
レタン樹脂が柔軟性の点で特に好ましい。これらの樹脂
は、中空糸膜束末端部の封止に有効に使用できるが、比
較的柔軟であることから、これを使用した中空糸型膜モ
ジュ−ルは大型化が難しかったこと、耐圧性が上げられ
なかった欠点を有していた。しかし本発明により単位ろ
過エレメントを梁と共に樹脂で封止することにより、封
止樹脂に柔軟性を有する樹脂を使用しても、これらの欠
点を回避することができる。なお封止は、樹脂封止した
各単位ろ過エレメントをケ−スハウジングに収納したの
ち、梁と共に樹脂封止する方法や、樹脂封止していない
単位ろ過エレメントをケ−スハウジングに収納した後、
梁と共に樹脂封止する方法のいずれでも良い。この場合
には、単位ろ過エレメントに使用する樹脂と、単位ろ過
エレメントと梁とを共に封止固定する場合の樹脂は同一
でも、異なっても構わない。

【００１２】本発明における中空糸型膜モジュ−ルの封
止固定形態としてはどのようなものでもよい。例えば、
中空糸膜の両端端部を開口した状態で、両端を封止固定
したもの、膜をＵ字形にしてケースに収納し、片端を封
止したもの、片端封止で他端は中空糸膜のそれぞれを個
別に封止され自由端にしたもの、または片端封止で他端
は中空糸膜相互間および中空糸膜の開口端面を封止固定
したものが例示できる。

【００１３】本発明においては、樹脂封止後、封止部を
切断することにより中空糸膜を開口する。開口は各単位
ろ過エレメント毎に行うことも、未開口の単位ろ過エレ
メントを２本以上組み合わせたした状態で当該結合した
単位ろ過エレメントの封止部を開口することもできる。
さらに未開口の結合した単位ろ過エレメントをケ−スハ
ウジングに収納した後、ケ−スハウジングごと封止部の
中空糸膜を開口することもできる。また、中空糸膜束を
単位ろ過エレメント保護等に入れ、これを２本以上組み
合わせた後、ケ−スハウジング内に挿入し、端部をまと
めてケ−スハウジングごと封止し、封止後に切断して開
口させても良い。なお、開口のための切断方法はスライ
サ−の様な刃物で切断すると、削りかすが残らず切断で
きるが、エンドミルで削り取っても、回転盤にて切断し
てもよい。また、これらを組みあせてもよい。

【００１４】本発明の単位ろ過エレメントと梁の組み合
わせにより樹脂封止部の強度を保持できるので、従来困
難であった中空糸型膜モジュ−ルの大型化も可能であ
る。

【００１５】本発明の中空糸膜モジュ−ルは、どのよう
な分野の用途にも適用することができる。特に、従来な
ら、大型モジュ−ルの中空糸端部の封止に使用できなか
った樹脂が本発明により使用可能であることから、多分
野への応用が可能となった。例えば、河川水、湖水のろ
過や原子力発電、火力発電用水のろ過、復水のろ過、水
の除菌、各種廃液のろ過回収、食品のろ過、有機溶剤の
ろ過や分離、液体の脱ガス、液液抽出など種々の用途に
利用できる。

【００１６】

【実施例】以下に実施例を挙げ、図を参照しながら本発
明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。

【００１７】（実施例１）内径１４０ｍｍ、外径１５０
ｍｍ、長さ１ｍのアクリル製ケ−スハウジングに、幅１
３８ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ５ｍｍのＦＲＰ製の平板
状の梁（図１）と、内径８００μｍ、外径１３００のμ
ｍ酢酸セルロ−ス製中空糸膜２９００本からなる中空糸
膜束をポリエチレン製半円状のネットからなる保護筒に
挿入した単位ろ過エレメント２本を、図２に示すように
配置した。次に、梁が樹脂に完全に埋設しないようにウ
レタン樹脂を厚さ５０ｍｍに遠心接着し（図３）、中空
糸型膜モジュ−ルを得た。得られた中空糸型膜モジュ−
ルに中空糸膜の外側から内側にろ過するように水温３５
℃の水を圧力３ｋｇ／ｃｍ²になるように通水し、接着
剤の圧力による変形を接着剤中央部の盛り上がり高さで
評価したところ、１．１ｍｍであった。

【００１８】（実施例２）実施例１と同様のケ−スハウ
ジングに、幅１４０ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ４ｍｍの
アクリル製の十字状の梁（図４）と、実施例１で使用し
たと同様の中空糸膜１４５０本からなる中空糸膜束を、
扇型ポリエチレン製ネットの保護筒に挿入した単位ろ過
エレメント４本を図５に示すように配置した。次に、封
止樹脂から梁の一部が露出するようにウレタン樹脂を厚
さ５０ｍｍに遠心接着し、中空糸型膜モジュ−ルを得
た。この中空糸型膜モジュ−ルに実施例１と全く同様の
測定を行ったところ、評価値０．６ｍｍであった。

【００１９】（実施例３）実施例１と同様のケ−スハウ
ジングに、幅１３８ｍｍ、長さ１００ｃｍ、厚さ４ｍｍ
のＦＲＰ製の十字状の梁（図１０）と、実施例２で使用
したものと同じ中空糸膜１４５０本からなる中空糸膜束
を、扇型ポリエチレン製ネットの保護筒に挿入した単位
ろ過エレメント４本を図９に示すように配置した。ここ
にウレタン樹脂を厚さ５０ｍｍに遠心接着し、中空糸型
膜モジュ−ルを得た。この中空糸型膜モジュ−ルに実施
例１と全く同様の測定を行ったところ、評価値０．１ｍ
ｍ以下であった。

【００２０】（実施例４）実施例１と同様のケ−スハウ
ジングに、平板状の梁、半円柱状のネット、中空糸膜を
用い、１つの半円柱状ネットに挿入する中空糸膜束１０
００本からなる束を、Ｕ字に曲げたものを挿入し、平板
状の梁の一部が接着剤中に含まれるようにし、かつ、中
空糸膜の開口端部側のみをウレタン接着剤で厚さ５０ｍ
ｍになるように、遠心接着し他端は自由端として、中空
糸膜の片端のみを接着封止した中空糸型膜モジュ−ル
（片端封止の中空糸型膜モジュ−ル）を得た。このモジ
ュ−ルに、実施例１と全く同様にして接着剤の圧力によ
る変形を評価したところ、１．０ｍｍであった。

【００２１】（比較例１）実施例１と同様のケースに同
様の中空糸５８００本をポリエチレン製円筒状ネット保
護筒に挿入し、平板状梁を用いない他は実施例１と全く
同様にしてウレタン接着剤で厚さ５０ｍｍになるように
遠心シールし、中空糸モジュールを得た。このモジュー
ルに実施例１と全く同様にして接着剤の圧力による変形
を評価したところ、５．０ｍｍであった。

【００２２】

【発明の効果】本発明による中空糸型膜モジュ−ルは、
単位ろ過エレメントと梁の組み合わせにより樹脂封止部
の変形を小さくすることができる。特に、中空糸型膜モ
ジュ−ルがその両端を樹脂封止したものにおいては、封
止両端部に亘る梁長を有する梁を用いることによって、
極めて優れた効果を得ることができる。また、従来で
は、大型口径を有するモジュ−ルで耐圧性を要求される
ものには、その材質が柔軟性を有するため使用されなか
ったウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂な
どが使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】梁（平板状）

【図２】２本の半円状単位ろ過エレメントと梁の配置図
（横断面図）

【図３】中空糸型膜モジュ−ルの縦断面図

【図４】梁（十字型）

【図５】４本の扇型単位ろ過エレメントと梁の配置図
（横断面図）

【図６】梁（両端の樹脂封止部に亘る梁長を有するも
の）

【図７】２本の半円状単位ろ過エレメントと梁の配置図
（横断面図）

【図８】中空糸型膜モジュ−ルの縦断面図

【図９】４本の扇型単位ろ過エレメントと梁の配置図
（横断面図）

【図１０】梁（両端の樹脂封止部に亘る梁長を有するも
の）

【符号の説明】

１−１平板状の梁２−１平板状の梁２−２ケ−スハウジング２−３中空糸膜２−４封止樹脂２−５半円状保護筒３−１平板状の梁３−２ケ−スハウジング３−３中空糸膜３−４封止樹脂４−１十字型の梁５−１ケ−スハウジングと一体化した梁５−２ケ−スハウジング５−３中空糸膜５−４封止樹脂５−５扇型単位ろ過エレメント６−１梁長に亘り貫通部を有する平板状の梁７−１梁長に亘り貫通部を有する平板状の梁７−２ケ−スハウジング７−３中空糸膜７−４半円状保護筒８−１梁長に亘り貫通部を有する平板状の梁８−２ケ−スハウジング８−３封止樹脂９−１梁長に亘り貫通部を有する十字状の梁９−２ケ−スハウジング９−３中空糸膜９−４封止樹脂９−５扇型保護筒１０−１梁長に亘り貫通部を有する十字状の梁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体透過性を有する保護筒に収納された
中空糸膜束からなる単位ろ過エレメントを２以上含有
し、これら単位ろ過エレメントの少なくとも片端がケ−
スハウジングの同一端で樹脂封止された中空糸型膜モジ
ュ−ルにおいて、前記単位ろ過エレメントが保護筒の外
側に配した梁により互いに分割され、かつ、前記梁と共
に封止固定されることを特徴とする中空糸型膜モジュ−
ル。
【請求項２】単位ろ過エレメントの両端がケ−スハウ
ジングの両端で樹脂封止され、かつ、梁がケ−スハウジ
ング両端の樹脂封止部に亘る梁長を有することを特徴と
する請求項１記載の中空糸型膜モジュ−ル。
【請求項３】梁の形状が平板状である請求項１または
２記載の中空糸型膜モジュ−ル。
【請求項４】梁の形状が、中空糸膜横断面方向で十字
型、放射状のいずれかである請求項１または２記載の中
空糸型膜モジュ−ル。
【請求項５】梁が切り欠き部および／または貫通部を
有する請求項１から４のいずれかに記載の中空糸型膜モ
ジュ−ル。
【請求項６】封止樹脂がウレタン系樹脂、ポリオレフ
ィン系樹脂、フッ素含有樹脂から選ばれる１種であるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の中空糸
型膜モジュ−ル。