JPH0796152A

JPH0796152A - 傾斜型中空糸膜及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0796152A
Application number: JP14181894A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ishizaki; 利之石崎; Yoshinari Fujii; 能成藤井
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【構成】中空糸膜の形状を傾斜的に変化させることに
より、該中空糸膜の長さ方向における該膜の単位面積当
たりの透過水量の格差を少なくさせたことを特徴とする
傾斜型傾斜型中空糸膜。【効果】中空糸内の流動圧損を従来膜よりも小さくで
き、透過水流速分布を均一することができる。よって膜
局部にかかる負荷や汚染を分散化でき、さらに汚染の分
散化により膜洗浄を施す際のバブリングや逆洗性が向上
することにより運転の長期化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜に関する。さ
らに詳しくは、中空糸を膜モジュール化したとき中空糸
膜の平均充填密度を落とすことなく、中空糸の長さ方向
の流動抵抗を軽減して、透過性能を向上させる。精密濾
過膜ないしは限外濾過膜に使う傾斜形状を有する中空糸
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜分離法は省エネルギー、省スペ
ース、省力化等の特徴を有するため、プロセス用水の処
理や浄水処理、純水の製造、食品製造、および医薬品の
分野等に普及している技術である。

【０００３】中空糸膜には、膜の内側、外側又はその両
面に緻密層を有する。

【０００４】中空糸膜を製造する場合、高分子の溶液か
ら紡糸するいわゆる溶液法では、中空糸膜の表面に緻密
な層を形成させて、分離を表面層で行なう非対称膜の技
術が一般的によく利用されている。このような表面緻密
層を外表面に持った非対称膜の精密濾過中空糸膜を用い
た場合、空気によるスクラビング、透過液による逆洗、
および空気による逆洗等で、表面に付着・形成された微
粒子等のケーク層を容易に除去して再生可能となる。

【０００５】中空糸膜モジュールには、内圧型と外圧型
とがある。外圧型モジュールは中空糸膜の外部を原液側
とし、中空糸膜の内部を透過液側としている。内圧型は
その反対に中空糸膜の内部に原液を供給して、中空糸外
部に透過液を集め、取り出す構造をしている。単位容積
当りの膜面積が大きくとれること、膜処理すべき原液と
透過液と隔てるためのシール機構が簡単であることなど
種々の利点を有している。しかし、精密濾過膜の場合に
は、分離すべき固形物や粒子の目詰りを起こして洗浄・
再生しなかったために、長期間にわたり再生して使用す
ることを前提とした大型の中空糸膜モジュールは不利で
あり、この問題がまだ十分に解決されていない。

【０００６】すなわち、外圧型モジュールで原液を処理
する場合、中空糸膜の外側に原液を加圧下で供給し、微
粒子や固形物質等が膜外表面で除去された処理液は中空
糸膜を透過して中空部内に達し、膜モジュールの片端部
または両端部に設けられたヘッダーの開口部へ中空部を
流路として流れ、膜モジュールの外に取り出される。こ
の場合中空糸内部を流れる透過液は、中空糸膜の開口端
に近付くに従って累積し、透過液量が増加する。すなわ
ち、従来の通常の中空糸の場合には、中空糸膜内の透過
液流路断面積が一定であるので、中空糸の開口端に至る
に従って透過液の流速が大きくなり、中空糸膜の開口端
で流動抵抗が最大となる。言換えると、中空糸の開口端
から遠退くにつれて膜を隔てた圧力差すなわち有効差圧
が減少し、そのため、中空糸膜の局所的な透過液量は減
少する。中空糸の透過性と内径との関係で開口部からあ
る長さ以上の部分では十分な有効差圧法を取ることがで
きず、液の透過しない部分が発生する。このような顕著
な負荷の偏りがあると局部的な膜汚染が起こり、透過液
または圧縮空気による逆洗を行なっても、上述の現象の
丁度反対の状態となって、膜の閉塞された部分の洗浄が
できず、膜モジュールの再生が完全に行なわれずに濾過
差圧の上昇が起こり、膜モジュールの寿命が短縮すると
いう問題がある。

【０００７】この場合、流動抵抗を軽減させるために中
空糸膜の内径を大きくすればよいが、モジュールの中空
糸膜充填本数が減り、モジュールの容積当りの膜面積を
大きく取れるという中空糸膜モジュールの特徴が失われ
る。また、中空糸膜の充填密度を増やせば、ハウジング
内の中空糸膜が過密になり、供給される原液の流動分布
に偏流が起こりやすくなり、膜汚染の局所化を助長す
る。さらに空気によるスクラビングや逆洗などの洗浄効
果が低下し、膜モジュールの再生が不完全となり、濾過
差圧が回復しないことなどにつながる。

【０００８】この様な膜形状に起因するモジュール性能
の低下がモジュールの長尺化（大型化）を妨げる要因に
なっている。

【０００９】これに対して、従来、大型の精密濾過用の
中空糸膜モジュールのかかる不利を解決するために両端
集水型中空糸膜モジュールや特開平４−１１９２７号公
報に記されている方法が知られている。

【００１０】両端集水型中空糸膜モジュールは片端集水
型中空糸膜モジュールに比べ構造が複雑になり、制作コ
スト上昇などの問題がある。また、片端集水型中空糸膜
モジュールに較べ中空糸膜の圧損上の有利な長さは、２
倍以内の範囲にすぎない。

【００１１】他方、特開平４−１１９２７号公報に開示
されている方法では、中空糸膜の長さ方向に透過係数の
変化を起こさせて、中空糸膜内の透過水の流動抵抗を小
さくするものである。しかし、該中空糸膜は疎水性中空
糸膜へ親水性材料を、塗布濃度、架橋温度または架橋時
間を変えて塗布して調製する複合膜であり、中空糸膜の
長さ方向に透過係数を合わせて変化させる技術は複雑な
プロセスを必要としており、経済的にも有利な方法とは
言い難い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、中空
糸膜をモジュール化した場合、平均の中空糸膜充填密度
を落とすことなく、中空糸膜の内部の透過液或いは原液
の流動抵抗を低下させて、かつ中空糸長さ方向の流動抵
抗を減少させ、膜透過が中空糸膜の長さ方向に均一に起
こるようにして透過性能を向上させる。さらに、空気に
よるスクラビング洗浄性および透過液等による逆洗性の
改善された中空糸膜及びその製造方法を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成からなる。すなわち、「中空
糸膜の形状を変化させることにより、該中空糸膜の長さ
方向における該膜の単位面積当たりの透過水量の格差を
少なくさせたことを特徴とする傾斜型中空糸膜。」であ
る。

【００１４】上記構成を満足させる方法として、開口端
へ近付くに従い、該中空糸膜の中空部の断面積が、増加
する形状を付与する方法が挙げられる。

【００１５】また、特に内圧型中空糸膜について、開口
端へ近付くに従い、該膜の膜厚が、減少させるなどの形
状に変化を付与することにより達成される。もちろん、
外圧型においても、膜厚を変化させることは有効であ
る。

【００１６】以上より、中空糸膜の長さ方向において該
中空糸膜の開口端へ近付くに従い、該中空糸膜の中空部
の断面積または膜厚が、連続的にまたは段階的に増加す
る形状を付与すればよい。

【００１７】これらのうちで、特に限定されるものでは
ないが、処理水量や充填密度ある意は洗浄性を考慮する
と、外圧型において、膜厚を一定にして、中空部の断面
積を増加させる構成が特に好ましい。

【００１８】本発明の特徴を以下、図面により詳細に説
明すると、図１の１から６は、本発明の中空糸膜の側面
の断面摸式図である。

【００１９】中空糸膜１は、中空糸の膜厚を一定のま
ま、中空糸の開口端へ向かって長さ方向に中空部の断面
を連続的に拡げたものである。

【００２０】中空糸膜２は、中空糸の中空部断面積を一
定のまま、中空糸の開口端へ向かって長さ方向に膜厚を
連続的に厚くしたものである。

【００２１】中空糸３は、膜厚と中空部断面積を開口端
へ向かって中空糸長さ方向に同時に拡げたものである。

【００２２】中空糸４は、中空糸の外径を一定のまま、
中空糸の開口端へ向かって膜厚とは逆に中空部断面積
を、縮小変化させたものである。

【００２３】これらの中空糸は、膜厚或いは中空部の断
面績が連続的、或いは段階的に変化してできている中空
糸膜である。

【００２４】また、中空糸５及び６の様に「中空糸の開
口端へ向かって中空糸の長さ方向に隔たる部分」は、中
空糸膜の中央部分になる。中空糸５及び６をモジュール
に組込むと、中空糸膜の中央部の断面積が最小になる部
分が、中空糸膜の中央部分になる。

【００２５】なお、モジュールの加工精度その他の理由
で、必ずしも、正確に中空糸膜モジュールの中央部分と
なる必要はなく、中空糸膜の有効長に対して２０％、好
ましくは１０％、より好ましくは５％程度の範囲でずれ
ていても、十分本願発明の効果は発揮できるものであ
る。これは、特許請求の範囲にある「開口端で最大とな
る」との要件の、開口端部と中空糸膜の中央部の断面積
が最大になる部分と関係についても同様である。

【００２６】図２は、中空糸膜１を組込んだ縦置き型の
片端集水型中空糸膜モジュールを示している。中空部の
断面積が連続的に変化している片端集水型の中空糸膜１
をハウジングケース７内に収容し、ハウジングケース７
内の上端並びに下端にそれぞれ注型樹脂固定端８，９を
設け、中空糸膜１の上部注型樹脂固定端９内に埋入して
ある。原水は、入口１１からハウジングケース７内に入
り、中空糸膜１の外層から中空部内を通過して上端１０
に至る。このような使用方法の中空糸膜モジュールを外
圧型中空糸膜モジュールと呼び、供給水を１０から流し
入れ、１１から取り出す様式を内圧型中空糸膜モジュー
ルと呼ぶ。

【００２７】この様な中空糸膜としては、通常公知の膜
素材から公知の製糸方法に、中空糸膜内部の流路断面積
を中空糸長さ方向に規則的に変化させる機構を加えて、
製造することができる。

【００２８】図３は、断面績が連続的に変化している両
端集水型の中空糸膜（図１の符号５の中空糸膜）を組込
んだ横置き両端集水型モジュールである。中空糸膜３を
ハウジングケース１２内に収容し、ハウジングケース７
内の左端並びに右端にそれぞれ注型樹脂固定端８を設
け、中空糸膜５の左右両端が開口してある。原水は、入
口１１からハウジングケース７内に中央の中空糸膜束の
疎の部分から流れ込むためにハウジング内の糸の過密化
が緩和されるなど片端集水型モジュール同様の利点があ
る。

【００２９】図３の場合、開口端が両端にあるので、
「中空糸の開口端から中空糸の長さ方向に最も隔たる部
分」は、中空糸膜の中央部分になる。なお、加工精度そ
の他の理由で、中空糸膜の中空部の断面積が最小となる
部分が、必ずしも、正確に中空糸膜の中央部分となる必
要はなく、中空糸膜の有効長に対して２０％、好ましく
は１０％、より好ましくは５％程度の範囲でずれていて
も、十分本願発明の効果は発揮できるものである。これ
は特許請求の範囲にある「開口端で最大となる」との要
件の、開口端部と中空糸膜の中空部の断面積が最大とな
る部分との関係についても同様である。

【００３０】図４は、本発明にかかる傾斜中空糸の紡糸
装置の模式図であり、環状口金１４から凝固浴にかけて
鉛直線下に浴中ロールを設ける。このロール１９は一対
になっており、鉛直線下の浴中ロールは水平であり、対
面のネルソンロールにスリップを防ぐためにターンして
いる。これにより浴中の緩みを防ぎドラフト（延伸）の
追従性を向上させられる。すなわち凝固過程の中空糸膜
に対して膜の潰れない程度に浴中の２個以上のロールと
接触して抵抗を増やすことが良い。吐出量あるいは引取
速度を同時に変化させて流路断面積を得るドラフト比
（引取速度／吐出線速度の被）範囲では０．１〜２０
で、好ましくは、０．３〜１０より好ましくは０．５〜
３である。

【００３１】膜素材としては、通常限外濾過膜または精
密濾過膜に使用される高分子は、好ましく使用できる。
例えば、酢酸セルロース系、ポリアクリロニトリル系、
メタアクリル酸エステル系、ポリアミド系、ポリステル
系、ポリビニールアルコール系、ポリオレフィン系ポリ
マー等がある。また、無機質の中空糸細管のセラミック
ス膜に適用することもできる。

【００３２】中空糸膜を製糸する方法としては、高分子
溶液から紡糸するいわゆる溶液紡糸法、すなわち湿式紡
糸法または乾湿式紡糸法で有利に製造することができ
る。溶融紡糸のような製糸方法では、紡糸速度が著しく
高いこと、紡糸技術上口金を吐出された高分子の糸状体
が著しく引伸されるので、中空糸に数十センチ〜数百セ
ンチの一定の間隔で中空糸の太さを変化させることが困
難である。しかし、溶液紡糸法では、比較的低速度で凝
固によって糸状を形成することが可能であり、よって、
口金から吐出された直後の引伸される度合いを小さく微
小な形状変化に対応することができる。

【００３３】使用できる溶媒としても、従来公知の溶媒
で公知の条件で使用できる。例えば、アクリルニトリル
系重合体の溶媒であればジメチルスルホキシド（ＤＭＳ
Ｏ），ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ），ジメチルアセ
トアミド（ＤＭＡＣ）などを例示することができる。

【００３４】具体的には、環状の口金を用いて、高分子
溶液を外側の環状スリットから、中心の孔から注入流体
を気相中でに吐出させたのちに凝固液に紡出する乾湿式
紡糸、又は、高分子溶液を外側の環状スリットから、中
心の孔から注入流体を直接凝固液に紡出する湿式紡糸に
よって製造することができる。

【００３５】注入流体としては気体、液体が使用でき
る。通常、凝固性の溶液、好ましくは紡糸溶液と共通の
溶媒を含む凝固液を使用する。

【００３６】これら中空糸膜の流路断面績を長さ方向で
変化させるための凝固速度調整方法としては、２つの方
法がある。一つは紡糸溶液と注入流体の吐出量をコント
ロール下に紡糸引取速度を一定にする方法であり、他は
紡糸溶液と注入流体の吐出量を一定にして、紡糸引取速
度を変化させる方法である。

【００３７】第３の方法は、上述の２つの方法を組み合
わせて、吐出量と引取り速度を変化させ、凝固速度を調
和するように制御する方法である。

【００３８】これらの方法は、紡糸溶液と注入流体を吐
出する吐出系ポンプと、紡出した後の中空糸を走行せし
めるための駆動系ローラを、シーケンサーなどの制御系
装置でフィードバック制御して、紡糸溶液の凝固速度や
ドラフト比に合せ、紡出した中空糸の長さ方向に膜厚と
中空部である流路断面績を周期的に変化させて、容易に
製造することができる。

【００３９】即ち、原液吐出量を変化させる方法として
は、原液の粘度特性や配管による圧力損失・流量抵抗等
を考慮して、精密ギヤーポンプの性能曲線にあった流体
粘度範囲内であれば吐出性能を出すことは可能である。

【００４０】紡糸速度を変化させる方法としては、製糸
工程における駆動ロールの速度調整で行なう。速度調整
は、サーボ機構により駆動軸やロールをサーボモータに
直結し、回転部を光電型検出器などで検出し制御する。
シケンサー等でフィードバック回路をプログラム化すれ
ば連続的に周期的な速度調整することができる。

【００４１】前者の紡糸速度を一定にして、吐出量（注
入流体も含む）を変化させて傾斜型の中空糸膜を得る方
法の場合、吐出系の精密ギヤーポンプをサーボモータで
直結して制御する。膜を形成する膜厚と中空部の流路断
面積を変化させて傾斜型にする場合、凝固速度の比例領
域内では、吐出量（ｇ／分）＝（膜断面積（平方ｃｍ））＋流路断
面積（平方ｃｍ））×紡糸速度（ｃｍ／分）( 一定) で有ることから、吐出量は膜断面積と流路断面積の関数
として数値制御することにより、目的とする傾斜型形状
の中空糸膜を製造することが可能となる。

【００４２】後者の、吐出量（注入流体も含む）を一定
にして、紡糸速度を変化させて傾斜型の中空糸膜を得る
方法の場合は、一般的にいうところのドラフト（延伸）
である。

【００４３】中空糸膜を曳く凝固過程、或いは凝固が完
了した後で熱処理を施しながら弛緩或いは緊張させるた
めに駆動系ローラを経時変化させることにより糸径を変
えることが可能であるが、吐出量が一定しているために
膜厚を一様にすることは難しい。

【００４４】また、第３の方法として、吐出量（注入流
体も含む）と紡糸速度を同時変化させて傾斜型の中空糸
膜を得る方法の場合、吐出量（注入流体も含む）の経時
変化を、引取速度で調整することにより、凝固速度を平
均化することができる。また、製糸ライン制御によっ
て、中空糸を熱処理を施しながら弛緩、或いは緊張せる
変化にも対応できる利点がある。反面、制御機構が複雑
になり易いが、コンピュータ化すれば容易に可能であ
る。

【００４５】例えば、ポリアクリロニトリル系原液を乾
湿式紡糸する際、精密ギャーポンプと環状口金を用い
て、環状の口金の外側スリットからポリアクリロニトリ
ル系の紡糸溶液を、中心の孔から注入液のジメチルスル
ホキシド（ＤＭＳＯ）の水溶液を注入しつつ、温度及び
湿度を調整された雰囲気中に一定量を吐出させた後、ジ
メチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含む凝固液に紡出す
る。この際、予め駆動系を制御するシーケンサーに中空
糸膜の引取速度の変化をプログラム化して組込み、該中
空糸膜を凝固浴から引出し、水洗浴で脱溶媒を繰返した
後に巻取り、モジュールサイズに切断して使用する。

【００４６】また、例えば、膜厚を一定で、中空部の流
路断面積のみを変化させて傾斜型にする場合では、低吐
出状態の紡糸溶液吐出量をＰ１、注入液吐出量をＳ１、
高吐出状態の紡糸溶液吐出量をＰ２、注入液吐出量をＳ
２としたときに、下記式を満たして、低吐出状態と高吐
出状態の間を吐出量を変化させることにより、ほぼ、目
的とする形状の中空糸膜が得られる。（図５）０．７≦（Ｓ２／Ｓ１）^1/2×Ｐ１／Ｐ２≦１．３いずれの場合も、連続的に変化させる方法、パルス状に
駆動系の速度を変化させて所定長さごとに段階的に変化
させる方法、何れによってよい。通常は、紡糸溶液と注
入流体の吐出量を変化させ、紡糸引取速度を一定にさせ
る方法の方が、凝固浴槽で糸状形成した後、製糸ライン
速度による糸張力等の影響が小さいので好ましい。

【００４７】これら中空糸膜の開口両端の流路断面績の
比は、中空糸膜の最大開口端の流路断面績をＳ１と最小
開口端の流路断面積をＳ２として、Ｓ１／Ｓ２の比で表
すと１. １から１００であり、好ましくは４から６４、
更に好ましくは９から３６の範囲であり、膜断面積にお
いても同じ範囲が摘要できる。この場合の中空糸の膜断
面積及び流路断面積の割合は、一様である必要はなく。
また、膜断面積に関しては、膜断面積が小さくなるに従
って、膜厚が比較的薄くなっても、膜の許容耐圧範囲の
設計であれば著しい支障はない。

【００４８】また、糸の中空比は、中空糸膜の膜厚ｔ１
と中空部形成するｔ２の比ｔ１／ｔ２の値が、０. １か
ら１０、好ましくは０. ２５から４、更に好ましくは、
０.５から２である。

【００４９】また、膜厚に関しては、一定である方が好
ましいが、内径が小さくなるに従って、比較的薄くなっ
ていっても、著しい支障はない。

【００５０】また、注入液が低い温度で環状口金を通過
する際、環状口金を組み込んだ紡糸パック内で温度上昇
が起こり、注入液の溶存気体が口金から吐出後の放圧下
に膨張して、膜内に気泡を含み紡糸トラブルになること
がある。よって、口金から吐出する際に注入液・吐出原
液ラインの温度差を設けない紡糸パックの構造が望まし
い。口金近傍の温度を注入液・吐出原液ラインあるいは
各タンクにフィードバックして温度管理すれば良い。

【００５１】注入液に溶存気体を含まない状態が好まし
いが、溶存気体を除くには、減圧脱泡があるが、注入液
濃度が変化することや注入液ラインに背圧を掛ける必要
性がある場合などでは使用できない。

【００５２】吐出原液粘度に関して、吐出原液ラインに
原液粘度の差圧を検出する細管式粘度計を設けて、温度
管理で粘度補正する。吐出原液粘度は、０．１〜１００
０ポイズの範囲で好ましく、１〜５００ポイズで原液粘
度と圧力差の間に比例関係があれば良い。次に、本発
明を有利に実現する中空糸膜モジュールについて述べ
る。膜モジュールの形態は外圧型片端取り出し、外圧型
両端取り出しがある。

【００５３】構成は、中空糸膜を集束して両端部を接着
した状態のエレメントを複数本外筒に収納してなる。

【００５４】外筒の部材は、塩化ビニル、ポリカーボネ
ート、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポ
リプロピレン、ポリメチルメタクリレートなどの汎用熱
可塑性樹脂を用いることができるが、耐薬品、耐熱性な
ど、膜モジュールの使用条件を考慮して選定する。

【００５５】接着剤には、主にエポキシ、ポリウレタ
ン、ポリエステル、フェノール、ポリアクリレートなど
の反応性の樹脂を用いることができるが、通常はエポキ
シまたはポリウレタンを使用することが一般的である。

【００５６】モジュールの大きさは、膜モジュール設
計、膜モジュールを組込んだユニット装置のメンテナン
スなどを考慮することから一義的に決るものではない
が、長さ５メートル程度の中空糸膜を集束してなるエレ
メントを装着することは充分可能である。

【００５７】中空糸の充填率は、単糸間距離や糸外径、
及び固定するシール材（接着剤）強度などを考慮する必
要があるが。片端集水型では、最大糸外径部では充填率
５〜７０％、好ましくは２０〜６０％あり、一方の最小
糸外径部では１〜６５％の範囲である。また、両端集水
型においては、片端集水型の最大外径における充填率と
等しい。

【００５８】中空糸の本数は、２０００〜１０万本であ
り、膜面積を設計する際に中空糸膜の糸長さ、糸外径、
充填率などで決まるものであって前述した本数の限りで
はない。

【００５９】膜面積は、通常は５〜１０００平方メート
ルの範囲内でとることができるが、目的用途の最大透過
水量に合せた膜設計であればこの限りではない。

【００６０】以上より、本願発明の膜モジュールの特徴
は以下のようにまとめることができる。

【００６１】接着部の充填密度を最密充填に近くして
も、透過に寄与する部分では充填密度が供給液の偏流を
起こさない程度にでき小さくでき、局所的な膜汚染を軽
減できる。さらにバブリングによる糸の揺らぎが大きく
取れ、剥離する濾過ケークなどが容易に排出でき洗浄回
復性が向上する。しかも、平均充填密度は従来の膜と同
じでも膜内における透過水の流動圧損を小さくして流速
分布を均一化することができる。

【００６２】本発明の傾斜型中空糸膜及びその製造方法
の特徴は、以下のようにまとめることができる。

【００６３】傾斜型中空糸膜は、モジュール化した場
合、平均充填密度は従来の膜と同じでも、中空部の糸長
さ方向における供給液、或いは透過液の流動圧損を小さ
くして、流速分布を均一化することができ、透過性能を
安定化させて、中空糸膜モジュールの寿命( 使用期間)
を延ばすことができる。しかも、傾斜型中空糸膜は、従
来の溶液紡糸技術に中空糸の断面を規則的に変化させる
機構を加えて、簡単に製造することができる。

【００６４】

【実施例】

実施例１図４の紡糸装置を使用して傾斜型中空糸の乾湿式紡糸し
た。即ち、ポリアクリロニトリル系重合体( 分子量：約
３００，０００) を、溶媒ジメチルスルホキシド( ＤＭ
ＳＯ) で溶液濃度１４. ０重量パーセントに溶解した。
注入流体は、ジメチルスルホキシド( ＤＭＳＯ) の７５
重量パーセントの水溶液を使用した。

【００６５】上述した紡糸溶液を精密ギヤーポンプ１２
で、紡糸パック１３に組込まれた環状口金１４( ノズル
径１. ２mm、キャピラリーの外径０. ６mm、内径０. ３
mm)の外側スリット部に供給し、注入液を精密ギヤーポ
ンプ１５で、環状口金１４の中心孔へ供給して、絶対湿
度＝０. ０２７２kg( 水) ／kg( 乾き空気) に調整した
雰囲気コントロール用フード１６の中で吐出させた後、
ジメチルスルホキシド( ＤＭＳＯ) の８重量パーセント
の凝固液槽１７に紡出し、該中空糸膜１８を凝固液槽１
７の一対の浴中ロール１９から引取りロール２０を介し
て曳き出し、水洗機２１に連動させて脱溶媒を繰返した
後、ラインカッター２２で１. ２メートル置きに切断し
た。この際、引取速度は１２ｍ／分（一定）として、シ
ーケンサー２３で、紡糸溶液用精密ギヤーポンプ１２と
注入液用精密ギヤーポンプ１５で図５の様な吐出量（注
入液も含む）サイクルで制御した。

【００６６】ラインカッターで切断された中空糸膜を、
糸の長さ方向で３０cm置きに糸径を測定した結果を表１
に示す。この結果から中空糸の真円度及び膜厚はほぼ一
定で、中空糸の外径及び内径が傾斜部分で比例的増加す
ると共に、中空部の断面積も増加していることが分っ
た。

【００６７】

【表１】実施例２使用した傾斜型中空糸膜は、実施例１において製造され
た膜１であり、膜厚０．０５ミリメートル、最小内径φ
０．２５ミリメートル、最大内径φ０．５５ミリメート
ルであって最小開口端から最大開口端にかけて連続的に
透過水流路断面績が変化した長さ１．２メートル（モジ
ュール有効長：１メートル）、直径７０〜１００ｎｍの
コロイダルシリカを１００％排除するＵＦ膜であり、こ
れを内径φ１００ミリメートルのケース内に組込んだ、
片端集水型モジュールである。本発明により透過水流路
断面を連続的に変化させたモジュールと、平均内径及び
膜厚を合せた従来モジュールのそれぞれにつき酸化鉄含
有水（濃度１０ｐｐｍａｓＦｅ）を平均濾過流速
毎時０. ５メートルで全量定速濾過し、中空糸膜におけ
る注型固定端の一端からの距離に対する透過水量の変化
を測定した。その結果を表２に示す様に透過水の集水端
部の透過水流量は従来膜に比べ約１. ７倍増加した。

【００６８】

【表２】

【００６９】

【発明の効果】本発明に係わる傾斜型中空糸膜及びその
製造方法は、上述した通りの構成である。製造された傾
斜型中空糸膜は、流動圧損を従来膜よりも著しく小さく
でき、透過水流速分布を均一化することができる。よっ
て、膜局部にかかる負荷や汚染の分散化により、膜洗浄
を施す際のバブリングや逆洗性が向上して運転の長期化
が可能になる。さらに、この傾斜型中空糸膜の製造方法
は、中空糸膜の断面割合及び流路断面積を糸の長さ方向
に変えるだけでよく、モジュール構成も簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる、傾斜型中空糸膜の模式図であ
る。

【図２】本発明に係わる、傾斜型中空糸膜を片端集水型
のモジュールに組込んだ模式図である。

【図３】本発明に係わる、傾斜型中空糸膜を両端集水型
のモジュールに組込んだ模式図である。

【図４】本発明に係わる、傾斜型中空糸の紡糸装置の模
式図である。

【図５】本発明に係わる、傾斜型中空糸の紡糸溶液なら
び注入液吐出量を制御するサイクルを表わした図表であ
る。

【符号の説明】

１：膜断面積が一定のまま、中空部の断面積が連続的に
変化している傾斜型の中空糸膜２：中空部の断面積が一定のまま、膜断面積を連続的に
変化している傾斜型の中空糸膜３：膜及び中空部の断面積が、連続的に変化している傾
斜型の中空糸膜４：膜及び中空部の断面積割合が、可逆的に変化してい
る傾斜型の中空糸膜５：膜及び中空部の断面積が連続的に変化している、両
端集水型の中空糸膜６：断面積が最も狭い部分７：ハウジングケース８：上部注型固定端９：下部注型固定端１０：中空糸膜の上端１１：入口１２：紡糸溶液用の精密ギヤーポンプ１３：紡糸パック１４：環状口金１５：注入液用の精密ギヤーポンプ１６：雰囲気コントロール用フード１７：凝固液槽１８：中空糸膜１９：凝固浴中ロール２０：引取りロール２１：水洗機２２：ラインカッター２３：溶液及び注入液制御用シーケンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｄ０１Ｆ 6/18 Ａ 7199−3Ｂ 6/60 7199−3Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空糸膜の形状を傾斜的に変化させるこ
とにより、該中空糸膜の長さ方向における該膜の単位面
積当たりの透過水量の格差を少なくさせたことを特徴と
する傾斜型中空糸膜。
【請求項２】中空糸膜の長さ方向に、任意の連続した
全長の４分の１長の部分で計算した単位面積当たりの透
過水量と、全長にわたって計算した単位面積当たりの透
過水量の格差が４倍以下であることを特徴とする請求項
１記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項３】該格差が３倍以下であることを特徴とす
る請求項２記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項４】該格差が２倍以下であることを特徴とす
る請求項２記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項５】該格差が１．５倍以下であることを特徴
とする請求項２記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項６】片端集水型中空糸膜であることを特徴と
する請求項１記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項７】両端集水型中空糸膜であることを特徴と
する請求項１記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項８】中空糸膜の長さ方向において該中空糸膜
の開口端へ近付くに従い、該中空糸膜の中空部の断面積
が、連続的にまたは段階的に増加する形状を有すること
を特徴とする請求項１乃至７記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項９】外圧型であることを特徴とする請求項１
乃至８記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項１０】中空糸膜の長さ方向における中点付近
において、該中空糸膜の中空部の断面積が最小であるこ
とを特徴とする請求項７および８記載の傾斜型中空糸
膜。
【請求項１１】中空糸膜の長さ方向における中点付近
が、中空糸膜の長さ方向における中点から、該中空糸膜
の全長の２０％の範囲内であることを特徴とする請求項
１０記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項１２】内圧型であることを特徴とする請求項
１乃至１１記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項１３】中空糸膜の長さ方向において該中空糸
膜の開口端へ近付くに従い、該中空糸膜の膜厚が、連続
的にまたは段階的に増加する形状を有することを特徴と
する請求項１２記載の傾斜型中空糸膜。
【請求項１４】中空糸膜の中空部について、最大流路
断面積をＳ１、最小流路断面積をＳ２、としたとき、下
記式を満たすことを特徴とする請求項１乃至１３記載の
傾斜型中空糸膜。１．１≦Ｓ１／Ｓ２≦１００
【請求項１５】中空糸膜の膜厚みをｔ１、中空部半径
をｔ２とすると、中空比ｔ１／ｔ２が下記式を満たすこ
とを特徴とする請求項１乃至１４記載の傾斜型中空糸
膜。０．１≦ｔ１／ｔ２≦１０
【請求項１６】中空糸膜がポリアクリロニトリルより
なることを特徴とする請求項１乃至１５記載の中空糸膜
を使用してなることを特徴とする傾斜型中空糸膜モジュ
ール。
【請求項１７】中空糸膜モジュールが、請求項１乃至
１６記載の中空糸膜を使用してなることを特徴とする傾
斜型中空糸膜モジュール。
【請求項１８】請求項１乃至１６記載の傾斜型中空糸
膜の製造方法。
【請求項１９】引取速度を一定にして、吐出量を変化
させることを特徴とする請求項１８記載の傾斜型中空糸
膜の製造方法。
【請求項２０】低吐出状態の紡糸溶液吐出量をＰ１、
注入液吐出量をＳ１、高吐出状態の紡糸溶液吐出量をＰ
２、注入液吐出量をＳ２としたときに、下記式を満たし
て、低吐出状態と高吐出状態の間を吐出量を変化させる
ことを特徴とする請求項１９記載の傾斜型中空糸膜の製
造方法。０．７≦（Ｓ２／Ｓ１）^1/2×Ｐ１／Ｐ２≦１．３
【請求項２１】吐出量の変化が、直線的であることを
特徴とする請求項１９乃至２１記載の傾斜型中空糸膜の
製造方法。
【請求項２２】精密ギヤーを用いることを特徴とする
請求項１８乃至２１記載の傾斜型中空糸膜の製造方法。
【請求項２３】凝固浴中において、中空糸膜を対面す
るロールにターンさせて巻き付け、ドラフトすることを
特徴とする請求項１８乃至２２記載の傾斜型中空糸膜の
製造方法。
【請求項２４】紡糸口金の温度をフィードバックし
て、凝固液または／および紡糸原液の温度を調整するこ
とを特徴とする請求項１８乃至２３記載の傾斜型中空糸
膜の製造方法。
【請求項２５】注入液または／及び凝固浴液が水また
は／及びジメチルスルホキシド溶液であることを特徴と
する請求項１８乃至２４記載の傾斜型中空糸膜の製造方
法。
【請求項２６】請求項１乃至１６記載の傾斜型中空糸
膜または特許請求項１６記載の傾斜型中空糸膜モジュー
ル又は、請求項１８乃至２５記載の方法で製造された傾
斜型中空糸膜を用いることを特徴とする透過処理方法。