JPH08173960A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】透水量が大きく、且つ、ケースの内部に溜まっ
た空気等の気体が直ちに自動的に外部へ排出され、ケー
ス内への空気の混入による濾過効率の低下のない中空糸
膜モジュールを製造する。 【構成】中空糸膜束を中空糸膜の長手方向からみたとき
に中空糸膜の偏平束が渦巻きを形成するように巻かれた
中空糸膜束と、少なくとも一枚が疎水性微多孔性平膜で
ある二枚以上の平膜をその間に中空糸膜の長手方向に空
気流通可能な間隙を保持した状態で点接合等の方法で部
分的に融着または接着した複層膜とを有し、該中空糸膜
束の周囲は、該複層膜の中空糸膜束側が疎水性微多孔性
平膜となるように包囲されてなり、中空糸膜束のポッテ
ィング部の切断開口端側に複層膜の断面が開口されてい
る中空糸膜モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュールを
用いて水の浄化および分離を行う際に、透水量が大き
く、且つ、被処理水中に混在する気体、あるいは、断水
等の事故に伴って逆流混入した空気等の気体がモジュー
ル内に蓄積されることに起因する透水性能の低下ないし
は停止のない中空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】自然環境の悪化に伴う水質汚染が進み、
上水（飲料水）のカビ臭、トリハロメタン等の有害物質
を取り除き、おいしい安全な飲料水を提供する手段とし
て中空糸膜を用いた浄水器（清水器）が実用化されてい
る。このような中空糸膜を用いた浄水器は、水道水の蛇
口に取り付けることによって容易に浄水が得られること
から、一般家庭に普及してきている。このような浄水
器、特に家庭用の浄水器には、よりコンパクトで透水量
の大きいものが求められている。

【０００３】また、浄水器に供給される水中の気泡や断
水時に空気が逆流するなどの原因から浄水器のモジュー
ル内に気体が入り込むことがあり、このような場合、再
度給水しても浄化水が流出しないか、あるいは流出速度
が著しく低下するという、いわゆるエアーブロッキング
現象の問題がある。

【０００４】エアーブロッキング現象の対策方法とし
て、浄水器内のモジュールケースの空気滞留部分に空気
抜き用バルブまたはベント孔を設け、該バルブを操作し
て空気を抜くことが提案されている（特開昭５８−１３
３８８３号公報）。さらには、濾過用の中空糸膜に、空
気は通すが水を通さない、いわゆる疎水性中空糸膜を５
〜１０％程度混在させ、空気溜まりが発生すると自動的
に疎水性中空糸膜から抜ける方法が提案されている（実
開昭６０−４９９０４号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の空気抜き用バル
ブあるいはベント孔を設ける方法は、浄水器自体の基本
的設計が複雑化すること、本体が大きくなること、コス
トアップにつながるなどのほかに、頻繁にバルブを操作
して空気を抜かねばならず、誤った操作をするとそれ以
降はエアーブロッキングによる流出不能ないしは流量の
低減に至ってしまうという不便さがあった。

【０００６】一方、中空糸膜束に空気抜き用の疎水性中
空糸膜を数％ほど混在させる方法は、浄水器使用者の操
作を必要とせず便利な方法であるが、モジュール製造工
程において中空糸膜束をケース内に挿入する際、ケース
の入口付近の端に中空糸膜をひっかけて破損するという
問題が避けられなかった。

【０００７】したがって、本発明の目的は、透水量が大
きく、また、モジュール内に空気が溜まっても水の濾過
を妨げることなく直ちに空気溜まりを自動的に系外に排
出することができ、さらに、製造工程においてケース内
に挿入する際に中空糸膜束を破損するトラブルがない中
空糸膜モジュールを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために中空糸膜モジュールを多数試作し、透
水量が大きくなる方法、および、モジュール内へ流入し
た空気溜まりを排出できる方法を種々試みた結果、本発
明に到達したものである。

【０００９】即ち、本発明は、中空糸膜束を中空糸膜の
長手方向からみたときに中空糸膜の偏平束が渦巻きを形
成するように巻かれた中空糸膜束と、少なくとも一枚が
疎水性微多孔性平膜である二枚以上の平膜をその間に中
空糸膜の長手方向に空気流通可能な間隙を保持した状態
で重ね合わせた複層膜とを有し、該中空糸膜束の周囲
は、該複層膜の中空糸膜束側が疎水性微多孔性平膜とな
るように包囲されてなり、中空糸膜束のポッティング部
の切断開口端側に複層膜の断面が開口されていることを
特徴とする中空糸膜モジュールである。

【００１０】本発明に用いる中空糸膜としては、泥、ゴ
ミ、鉄サビ、有機微生物、大腸菌、一般細菌、コロイド
状不純物などを阻止できるものである。このためには、
通常、最大細孔径が１μｍ以下であり、平均孔径が０．
０１〜０．１μｍのものが好適に用いられる。また、中
空糸膜の外径は１０００μｍ以下であることが好まし
く、さらに３００〜５００μｍであることが好ましい。
膜厚は１５０μｍ以下であることが好ましく、さらに５
０〜１００μｍであることが好ましい。

【００１１】中空糸膜の素材としては特に限定されるも
のではなく、ポリオレフィン系、ポリサルホン系、セル
ロース系等を用いることができる。中でもポリオレフィ
ン系は透水性能はもとより、膜の強度的性質、耐薬品性
等に優れているために好ましく用いられる。中空糸膜は
通常５００〜２０００本が束ねられて中空糸膜束を形成
する。

【００１２】本発明においては、中空糸膜束を中空糸膜
の長手方向からみたときに中空糸膜の偏平束が渦巻きを
形成するように巻かれている。図３は、本発明の中空糸
膜モジュールを中空糸膜の長手方向のポッティング部と
は反対側から見た概略図である。このような中空糸膜の
束ね方としては次の方法を好適に採用しうる。まず、図
４に示したように、平行に配した二本の可動棒６が可動
ハンドル７を回すことによってその間隔の調整可能な装
置を用い、二本の可動棒６の間に中空糸膜を折り返して
引っ掛けて中空糸膜の長手方向とそれに直角の方向に広
がる中空糸膜の偏平束５を作成する。この中空糸膜の偏
平束５を、中空糸膜の長手方向に平行な一辺からのり巻
きのようにして巻く。このような中空糸膜束は、中空糸
膜のケース内への充填を高密度で行うことができ、モジ
ュールの単位体積当たりの中空糸膜の表面積を大きくす
ることができるため、透水量を大きくすることができ
る。

【００１３】上記した中空糸膜束は、その長手方向に広
がる曲面が複層膜で包囲されている。複層膜は、少なく
とも一枚が疎水性微多孔性平膜である二枚以上の平膜を
その間に中空糸膜の長手方向に空気流通可能な間隙を保
持した状態で重ね合わせたものである。複層膜は、水の
みならず各種のコロイド状不純物も透過させず空気を通
過させ、モジュール内の処理水を漏洩することなく滞留
した空気をモジュール外に排出する機能を有する。即
ち、複層膜はモジュール内において、該複層膜の中空糸
膜束側が疎水性微多孔性平膜となるように中空糸膜束の
周囲を包囲しており、中空糸膜束のポッティング部の切
断開口端側にその断面が開口している。したがって、モ
ジュール内に滞留した空気は、複層膜の中空糸膜束側の
面を構成する疎水性微多孔性平膜の表面の微細孔から膜
内に入って膜を透過した後、二枚以上の平膜を重ね合わ
せて形成される空気流通可能な間隙を通過してポッティ
ング部の切断開口端側に開口した複層膜の断面からモジ
ュール外に排出される。

【００１４】疎水性微多孔性平膜を一枚で使用したとき
は、モジュール内に滞留した空気は疎水性微多孔性平膜
の表面の微細孔から膜内に入り、膜平面に平行に膜内を
通過し、ポッティング部の切断開口端側に開口した膜の
断面からモジュール外に排出される。しかし、疎水性微
多孔性平膜は、一般に一方の面から他方の面への空気透
過性には優れているが、平膜表面に平行な方向に平膜内
部を透過するときの空気透過性は小さい。このため、モ
ジュール内に滞留した空気は短時間で系外に排出されな
いという問題がある。

【００１５】しかし、本発明においては、少なくとも一
枚が疎水性微多孔性平膜である二枚以上の平膜をその間
に中空糸膜の長手方向に空気流通可能な間隙を保持した
状態で重ね合わせた複層膜が使用される。空気は平膜を
重ねることによって形成される空気流通可能な間隙を通
過する方が、平膜表面に平行な方向に平膜内部を透過す
るよりも通りやすい。このため、モジュール内に滞留し
た空気は短時間で系外に排出される。

【００１６】疎水性微多孔性平膜は、このような機能を
有するものであれば公知のものを何等制限されることな
く使用することができる。一般には、上記した機能を発
揮させるために最大細孔径が１μｍ〜５μｍ、平均孔径
が０．２μｍ〜２．０μｍ、平面間の空気透過性１０〜
１００秒／１００ｃｃであるものを好適に使用できる。
疎水性微多孔性平膜の材質は特に制限されないが、疎水
性微多孔性平膜を被処理水が透過することによる漏洩を
防止するためには疎水性の材質でなければならない。し
たがって、かかる疎水性微多孔性平膜の材質はポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンな
どの疎水性の高分子材料が好適に用いられる。もちろ
ん、親水性材料を用いることもできるが、その場合には
予め疎水化処理が必要となる。

【００１７】以上のような疎水性微多孔性平膜として
は、特公昭６０−２６６０号公報に記載されたような、
膜厚５０〜５００μｍのポリプロピレン製の平膜を特に
好適に用いることができる。

【００１８】本発明における複層膜は、中空糸膜束の周
囲を包囲することによって、中空糸膜束をケース内に挿
入してモジュールを組み立てる際に、ケース端部への中
空糸膜のひっかけによる中空糸膜の破損を防止するとい
う機能も有する。このためには、複層膜はある程度硬い
こと、例えば、１％伸長モジュラスで表せば１５０〜１
０００Ｎ／ｍｍ²であることが好ましい。さらに、複層
膜の膜厚は、あまり薄いと膜の腰が弱く作業性に劣り、
あまりに厚いとケース内の中空糸膜束の占める所定の容
積スペースを狭めることになるために、通常は１００μ
ｍ〜１０００μｍが好ましい。

【００１９】本発明における複層膜を構成する二枚以上
の平膜は、単に重ね合わせるだけでもよいが、作業性を
向上させるために二枚以上の平膜を部分的に接合する方
法を採用することが好ましい。部分的に接合する方法は
特に制限されず、例えば、熱融着、接着剤による接着等
の公知の方法を採用することができる。また、二枚以上
の平膜をその間に中空糸膜の長手方向に空気流通可能な
間隙を保持した状態とするためには、平膜を二層以上積
層し、これらを点接合する方法、接合部分が中空糸膜の
長手方向に平行に走るように部分的に接合する方法、平
膜の周囲のみを接合する方法等を挙げることができる。

【００２０】複層膜は、中空糸膜側が疎水性微多孔性平
膜で構成されている必要があるが、モジュールケース側
は疎水性微多孔性平膜であってもよく、また、無孔平膜
あるいは有孔平膜であってもよい。無孔平膜および有孔
平膜の材質は特に制限されず、前記した疎水性微多孔性
平膜と同様のものを使用することができる。無孔平膜と
しては平面間の空気透過性を実質的に有しない一般のフ
ィルムやシートを挙げることができ、また、有孔平膜と
しては、直径０．１〜５ｍｍ程度の比較的大きな孔を穿
孔されたフィルムやシート、さらには、割布等を挙げる
ことができる。

【００２１】複層膜の具体的な構成としては、例えば、
疎水性微多孔性平膜を二枚重ね合わせた構造、疎水性微
多孔性平膜と無孔平膜とを重ね合わせた構造、両表面層
を疎水性微多孔性平膜として内部層を無孔平膜にした三
層構造、両表面層を疎水性微多孔性平膜として内部層を
有孔平膜にした三層構造等を挙げることができる。これ
ら疎水性微多孔性平膜、無孔平膜または有孔平膜によっ
て形成される空気流通可能な間隙は、空気が流通可能な
幅であれば目視で確認できなくても良く、また、目視で
きる程度に大きな間隙が形成されていても良い。

【００２２】複層膜の両面の表面積は、中空糸膜の有効
面積に対して１〜２０％、好ましくは５〜１５％になる
ように調節されることが好ましい。通常は中空糸膜の表
面積は０．１５〜３．０ｍ²程度であり、複層膜の両面
の表面積を０．００１５〜０．６ｍ²とすることが好ま
しい。

【００２３】上記の複層膜の中空糸膜長手方向の長さは
特に限定されるものではなく、中空糸膜束の長さの１／
２以上もあれば十分であり、また、ケースの長さまでの
範囲で適宜選択できる。また、複層膜は中空糸膜の長手
方向に広がる中空糸膜束の曲面（中空糸膜のケースと接
触している側面部分）全体を囲んでいるほうが中空糸膜
束をケースにひっかけることによる中空糸膜の破損を防
止するために好ましい。

【００２４】複層膜のモジュール内の端部は、モジュー
ル内の被処理水のモジュール外への漏洩を防ぐために、
熱融着、接着剤等の方法で閉塞されている。

【００２５】次に本発明の中空糸膜モジュールを図面に
て説明する。図１および図２は、それぞれ本発明の中空
糸膜モジュールの代表的な態様を示す斜視図および部分
破断斜視図である。中空糸膜モジュールは、ケース１の
内部に中空糸膜の偏平束を渦巻き状に巻いた中空糸膜束
２の周囲を複層膜３で包囲したものを挿入し、その一端
を接着剤４で固定したものである。接着剤で固定された
部分は一般にポッティング部と呼ばれている。

【００２６】複層膜３は、少なくとも一枚が疎水性微多
孔性平膜である二枚の平膜を重ね、熱融着等の方法で中
空糸膜の長手方向に平行に一定幅のヒートシール部が一
定間隔となるように接合したものであり、また、その端
部は閉口状態にされている。この複層膜は上記中空糸膜
束の周囲に配置されてケース内に収納され接着剤で固定
後にポッティング部が切断される。したがって、該複層
膜は、ケースの内部側は端面が閉口状態であり、ポッテ
ィング部の切断面側は開口状態に保たれている。ポッテ
ィング部の切断面では、上記複層膜と共に中空糸膜も開
口している。

【００２７】モジュール内に水を導入すると、水は中空
糸膜の外側から内側へ透過するが、水に混入した空気な
どの気体はモジュール内部に溜まる。この滞留した空気
は、中空糸膜束の周囲に配置した中空糸膜束側に面した
疎水性微多孔性平膜の表面から膜内に入って膜を透過し
た後、二枚以上の平膜を重ね合わせることによって形成
される空気流通可能な間隙を通過してポッティング部の
切断開口端側に開口した複層膜の断面からモジュール外
に排出される。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の中空糸膜モジュ
ールは、中空糸膜束を中空糸膜の長手方向からみたとき
に中空糸膜の偏平束が渦巻きを形成するように巻かれて
いるために、中空糸膜のケース内への充填を高密度で行
うことができ透水量を大きくすることができる。また、
疎水性微多孔性平膜を一面に有する複層膜を中空糸膜束
の周囲に配置することによって、ケースの内部に溜まっ
た空気等の気体を直ちに自動的に外部へ排出することが
でき、従来問題とされていたケース内へ空気が混入した
ときに生じる濾過効率の低下等を解消することができ
る。しかもモジュールの製造工程上容易に、且つ、中空
糸膜を破損すること無く安全にモジュールを造ることが
できる。さらに、複層膜と中空糸膜束の面積比を常に一
定に保持することができ、空気等の気体の除去性能及び
水の濾過性能に優れた中空糸膜モジュールを提供でき
る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明するが、本発明は、これら実施例により何ら限定さ
れるものではない。

【００３０】なお、本発明において、中空糸膜、疎水性
微多孔性平膜および複層膜の物性は下記の方法により測
定した。

【００３１】（１）最大細孔径 ＡＳＴＭ Ｆ３１６ エタノールバブルポイント法によ
り測定した。

【００３２】（２）１％伸長モジュラス ＡＳＴＭ Ｄ８８２にしたがった。

【００３３】（３）空気透過性 ＪＩＳ Ｐ８１１７ ガーレ式により測定した。

【００３４】実施例 外径４５０μｍ、内径３００μｍ、膜厚７５μｍ、最大
細孔径０．８μｍのポリプロピレン製中空糸膜を用い、
図４に示す方法で１０ｃｍの間隔で平行に配した二本の
棒の間を折り返して引っ掛け、中空糸膜の長手方向（折
り返し部間の間隔）が１０ｃｍ、それに直角方向が２５
ｃｍの１０００本の中空糸膜の偏平束を作成した。この
中空糸膜の偏平束を、中空糸膜の長手方向に平行な一辺
からのり巻きのようにして巻き、中空糸膜の扁平束がそ
の長手方向から見たときに渦巻き状を形成した中空糸膜
束（側面の外周１０ｃｍ）を作成した。

【００３５】一方、疎水性微多孔性平膜として、最大細
孔径２．５μｍ、平面間の空気透過性が４０秒／１００
ｃｃ、膜厚１２０μｍであるＮＦシート（商品名、
（株）トクヤマ製）を１０ｃｍ（幅）×１０ｃｍ（中空
糸膜の長手方向となる）の大きさに切断し、これを二枚
重ね、ヒートシーラーで中空糸膜の長手方向に平行に２
ｍｍ幅のヒートシール部が７ｍｍ間隔となるようにヒー
トシールし、複層膜を作成した。さらに、複層膜の端部
をヒートシールした。この複層膜の１％伸長モジュラス
は６００Ｎ／ｍｍ²、厚みは２４０〜５００μｍであっ
た。

【００３６】さらに、複層膜で中空糸膜束の側面（中空
糸膜の長手方向に広がる曲面）を包囲してケース内に収
納した。ケース収納時に中空糸膜をケースにひっかける
ことはなかった。その後、一端をポリウレタン接着剤で
ポッティングし、モジュールカッターで中空糸膜束のポ
ッティング部を切断し、浄水器用の中空糸膜モジュール
を得た。中空糸膜の有効膜面積は０．２５ｍ²であり、
複層膜の有効膜面積は０．０１４ｍ²であった。

【００３７】上記の中空糸膜モジュールのポッティング
部が上向きとなるように中空糸膜モジュールを固定し、
下部から水圧１ｋｇ／ｃｍ²の上水を供給すると、透水
量は約２０Ｌ／分であった。次いで、中空糸膜モジュー
ルの下部から約５００ｃｃの空気を注入し、再度給水し
たところ約２０秒間で空気は複層膜から中空糸膜モジュ
ール系外へ排出されて再び約２０Ｌ／分の透水量が回復
した。

【００３８】比較例 疎水性微多孔性平膜一枚で中空糸膜束の周囲を包囲した
こと以外は実施例と全く同様にして中空糸膜モジュール
を作成した。この中空糸膜モジュールを用いて実施例と
同様に試験を行ったところ、透水量が２０Ｌ／分に回復
するまでに１０分を要した。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の中空糸膜モジュールの代表
的な態様を示す斜視図である。

【図２】 図２は、本発明の中空糸膜モジュールの代表
的な態様を示す部分破断斜視図である。

【図３】 図３は、本発明の中空糸膜モジュールを中空
糸膜の長手方向のポッティング部とは反対側から見た概
略図である。

【図４】 図４は、本発明における中空糸膜の偏平束の
製造方法を示す概略図である。

【符号の説明】

１：中空糸膜モジュールのケース ２：中空糸膜 ３：複層膜 ４：接着剤 ５：中空糸膜の扁平束 ６：可動棒 ７：可動ハンドル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空糸膜束を中空糸膜の長手方向からみた
   ときに中空糸膜の偏平束が渦巻きを形成するように巻か
   れた中空糸膜束と、少なくとも一枚が疎水性微多孔性平
   膜である二枚以上の平膜をその間に中空糸膜の長手方向
   に空気流通可能な間隙を保持した状態で重ね合わせた複
   層膜とを有し、該中空糸膜束の周囲は、該複層膜の中空
   糸膜束側が疎水性微多孔性平膜となるように包囲されて
   なり、中空糸膜束のポッティング部の切断開口端側に複
   層膜の断面が開口されていることを特徴とする中空糸膜
   モジュール。