JPH11197461A

JPH11197461A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JPH11197461A
Application number: JP457098A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tawara; 伸治田原
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高い処理能力を確保しつつ、中空糸膜の振動
変位等によって膜破損が生じることのない中空糸膜モジ
ュールを提供する。【解決手段】多数本の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜
束２の一部の外周にゴム等の弾性チューブを被せ、弾性
チューブ４の一部が樹脂層からなる固定部３に埋め込ま
れ、残りの部分が筒状ケース１内に露出するように中空
糸膜束を固定部３に固定する。弾性チューブ４は中空糸
膜束２の外径よりも僅かに小さい内径に形成されてい
る。弾性チューブ４の固定部３内に埋め込まれた部分に
は、孔５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中の成分の分
離に用いる中空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体中の成分を分離するために中空糸膜
モジュール、環状型膜モジュール、スパイラル型膜モジ
ュール、プリーツ型膜モジュール等の種々の分離膜モジ
ュールが用いられている。特に、中空糸膜モジュール
は、単位体積当たりの膜面積（体積効率）を大きく取れ
ること、原液と透過液との間のシールが簡単であるこ
と、構成部材の種類が少なく小型化できること等の利点
を有することから、限外濾過、逆浸透、透析、結晶分離
等の種々の分野で用いられている。

【０００３】中空糸膜モジュールは、一般に細い中空糸
膜を多数本ほぼ等間隔に束ねて１つの中空糸膜束を形成
し、複数の中空糸膜束をケース内に収納するとともに、
中空糸膜束の少なくとも一端を樹脂によりケースと接着
固定して形成されている。また、接着固定された固定部
の端面において、各中空糸膜の端部が開口状態に形成さ
れている。

【０００４】このような中空糸膜モジュールにおいて、
中空糸膜の外側を原液流路として使用するものに外圧型
中空糸膜モジュールがある。

【０００５】外圧型中空糸膜モジュールでは、多数の中
空糸膜が横断面において緻密に配置されているので、中
空糸膜の相互間の隙間が狭く、原液が流入する際の抵抗
となる。そこで、中空糸膜束の全体にわたって均一な膜
分離を行うことが可能な中空糸膜モジュールが提案され
ている。

【０００６】図４および図５は、従来の外圧型中空糸膜
モジュールの断面図である。図４は中空糸膜束を透過し
た透過液を筒状ケースの両端側に取り出す形式のモジュ
ールであり、図５は中空糸膜束を透過した透過液を筒状
ケースの一方端側に取り出す形式のモジュールである。

【０００７】図４に示す中空糸膜モジュールは、細い中
空糸膜を多数本ほぼ等間隔に１つに束ねて中空糸膜束２
１を形成し、この中空糸膜束２１を筒状ケース２０に収
納し、さらに中空糸膜束２１の両端部を樹脂接着剤で筒
状ケース２０の両端の固定部２２に固定して形成されて
いる。固定部２２の外表面において、各中空糸膜の端面
は開口状態になるように形成されている。

【０００８】図５に示す中空糸膜モジュールは、中空糸
膜束３１の一端部のみが筒状ケース２０の一端に形成さ
れた固定部２２に固定して形成されている。

【０００９】図４および図５に示す中空糸膜モジュール
では、固定部２２内に仕切り板２３を配置して中空糸膜
束を複数の部分に分割している。この仕切り板２３を用
いて中空糸膜束の中央部分に隙間を設けることにより、
原液が中空糸膜束２１，３１の中央部分に流入し易くな
り、中空糸膜束２１，３１の全体にわたって均一な膜分
離を行うことが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外圧型
中空糸膜モジュールでは、中空糸膜の外側を流動する原
液を乱流状態とし、中空糸膜表面の境膜抵抗を低下させ
るように運転される。このために、原液の流動に伴って
中空糸膜が振動されやすい。また、外圧型中空糸膜モジ
ュールでは中空糸膜の外表面に懸濁物質が付着しやす
い。このために、ケース内にエアを連続注入するエアバ
ブリング処理を行い、中空糸膜を振動させて膜洗浄を行
うことが行われる。

【００１１】中空糸膜が振動されると、中空糸膜と固定
部との界面に剪断力や曲げモーメントが作用し、中空糸
膜に膜折れが生じたり、破断が生じたりする場合があっ
た。特に、図４および図５に示す中空糸膜モジュールに
おいては、中空糸膜の損傷が生じやすかった。図６は、
図４および図５に示す中空糸膜モジュールの部分拡大図
である。図４および図５の中空糸膜モジュールでは、仕
切り板２３が固定部２２の内部に埋設されている。この
ため、仕切り板２３により形成された中空糸膜間の隙間
４０に面する中空糸膜２１ａでは隙間４０側に変形し易
く、隙間４０の反対側には、隣接する中空糸膜により変
形が妨げられる。

【００１２】膜洗浄のためのエアバブリングにより中空
糸膜束２１が振動された場合には、特に隙間４０に隣接
する中空糸膜２１ａが隙間４０側に大きく変形され、か
つこのような変形が繰り返される。このため、中空糸膜
２１ａと固定部２２との境界部近傍に曲げ作用が繰り返
し加えられ、中空糸膜の根元部Ａに破損が生じるという
問題が生じた。

【００１３】そこで、このような中空糸膜の損傷を防止
するために、中空糸膜の固定部近傍に、原液の流動状態
を整流する整流筒を設けて中空糸膜の振動を防止する方
法、中空糸膜の固定部との界面に弾性を有するゴム等の
高分子材料層を設けて中空糸膜の根元部への応力の集中
を緩和する方法、あるいは中空糸膜束に高分子材料製の
ネットを巻いて中空糸膜の振動を抑制する方法等が提案
された。しかしながら、これらの方法を用いても、中空
糸膜の損傷を十分に防止することができなかった。

【００１４】本発明の目的は、高い処理能力を確保しつ
つ中空糸膜束の振動による膜破損が生じることのない中
空糸膜モジュールを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜を束ねて
なる中空糸膜束がケース内に収納され、中空糸膜束の少
なくとも一端部がケースの端部側に設けられた固定部に
固定された中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束の
固定部側の一部の外周が弾性体で被覆され、弾性体の一
部がケース内に露出し、かつ弾性体の残りの部分が固定
部内に埋め込まれたものである。

【００１６】本発明に係る中空糸膜モジュールにおいて
は、中空糸膜束の外周を被覆した弾性体の一部を固定部
内に埋め込むとともに、残りの部分をケース内に露出さ
せている。このため、固定部内からケース内に延びる中
空糸膜束の外周が弾性体により束ねられることとなり、
各中空糸膜が単独で変形しにくくなり、中空糸膜束全体
の剛性が向上する。このため、原液が乱流状態で導入さ
れる場合や、エアバブリング時にエアが導入される場合
において、中空糸膜束の各中空糸膜束が個別にかつ大き
く変形して固定部近傍の根元部に大きな応力が生じるこ
とが防止される。これによって、中空糸膜束の振動によ
る膜破損が防止される。

【００１７】また、弾性体は円筒状の弾性チューブから
なることが好ましい。この場合には、複数の中空糸膜を
円筒状の弾性チューブの内部に挿入して束ねることがで
きる。これにより、固定部近傍の中空糸膜束の剛性が高
められるとともに、弾性チューブの弾性により中空糸膜
束の緩やかな変形が許容される。これにより、中空糸膜
束の固定部との界面への応力の集中が防止され、それに
よって中空糸膜束の膜破損が防止される。

【００１８】特に、弾性チューブの固定部内に埋め込ま
れた部分に孔が形成されてもよい。この場合には、孔を
通して固定部の材料が中空糸膜と直接接着されることと
なり、中空糸膜束と固定部との接合が強固となる。

【００１９】さらに、ケースの固定部側の部分に原液供
給口が設けられてもよい。この場合には、原液供給口か
ら原液をケース内に導入すると、原液は中空糸膜束の弾
性体に被覆された部分の近傍を通りケース内を流動す
る。その際、原液の流動によって中空糸膜束が振動する
場合にも、弾性体に被覆された中空糸膜束の根元部に応
力が集中することが抑制され、膜破損が防止される。

【００２０】さらに、複数の中空糸膜の固定部側の端部
が固定部の外側に開口し、複数の中空糸膜の他端部が封
止されてケース内で自由状態にされ、ケースの固定部と
反対側の部分に濃縮液出口が設けられてもよい。

【００２１】この場合には、原液供給口から導入された
原液は中空糸膜束に沿って流動し、濃縮液出口から外方
へ取り出される。その際、一端が自由状態にされ、他端
が固定部内に固定された中空糸膜束が振動したとして
も、弾性体により被覆された中空糸膜束の根元部に応力
が集中することが抑制され、これにより中空糸膜束の膜
破損が防止される。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る外圧型中空糸
膜モジュールの断面図であり、図２は中空糸膜束の外観
図である。図１の外圧型中空糸型膜モジュールは、筒状
ケース１の内部に複数の中空糸膜束２が収納されてな
る。筒状ケース１の側面には原液供給口１ａが形成さ
れ、筒状ケース１の一方端部には濃縮液出口１ｂが形成
され、他方端部には透過液出口１ｃが形成されている。

【００２３】中空糸膜束２は、細い中空糸膜を多数本ほ
ぼ等間隔に束ね、膜束の外周の一部をゴム等からなる弾
性チューブ４により被覆して形成されている。中空糸膜
束２の弾性チューブ４が被覆された端部側は、ウレタン
樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を筒状ケース１の
透過液出口１ｃ側の端部に注型して形成される固定部３
の内部に埋め込まれて固定されている。中空糸膜の他端
部は封止され、筒状ケース１内で自由状態にされてい
る。

【００２４】弾性チューブ４の表面には孔５が形成され
ており、この孔５を含む弾性チューブ４の一部が固定部
３の内部に埋め込まれる。これにより、固定部３と中空
糸膜とが孔５を介して直接接触して固定される。

【００２５】弾性チューブ４は、複数の中空糸膜の束の
外径に対し、５％程度小さい内径を有する円筒状に形成
される。また、弾性チューブ４の材質は、処理対象の原
液の特性に対する耐性を考慮して選択される。例えば、
弾性チューブ４はＪＩＳ−Ａゴム硬度計による硬度が１
０〜５０のゴムからなる。ここで、弾性チューブ４が本
発明の弾性体に相当する。

【００２６】また、中空糸膜束２の束数は、筒状ケース
１の内径や整束作業の煩雑さ等を考慮して適当な数に設
定され、例えば２０束以内であることが好ましい。

【００２７】図１の中空糸膜モジュールにおいて、原液
は筒状ケース１の原液供給口１ａから中空糸膜束２に交
差する方向に流入し、その後中空糸膜束２の長手方向に
沿って流動し、筒状ケース１の濃縮液出口１ｂから濃縮
されて流出する。また、原液の流動過程において中空糸
膜束２の中空糸膜を透過した透過液は、固定部３の端面
に開口した中空糸膜の開口部から透過液出口１ｃ側に流
動し、外部へ取り出される。

【００２８】上述したように、原液供給口１ａ近傍で
は、原液が中空糸膜束２の長手方向に交差する方向に流
入される。このため、中空糸膜束２は各中空糸膜の長手
方向に直交する方向に振動され、剪断力や曲げモーメン
トを受ける。これに対し、中空糸膜束２は、固定部３か
ら突出する根元部が弾性チューブ４により被覆されてい
る。このため、原液供給口１ａから流入する原液により
振動が加えられた場合でも、弾性チューブ４が中空糸膜
束２を弾性支持することにより変形を緩和する。これに
よって、中空糸膜束２の各中空糸膜が大きく変形して膜
折れや損傷を受けることが防止される。

【００２９】

【実施例】ここで、実施例および比較例の外圧型中空糸
膜モジュールを作成し、中空糸膜の振動変位による中空
糸膜の破損の有無を比較した。

【００３０】図１に示す実施例の中空糸膜モジュールで
は、まず外径が１．８ｍｍのポリスルホン製中空糸膜２
０００本を１００本ずつ２０束に区分した。次に、外径
が２５ｍｍのアメゴムチューブを長さ５０ｍｍに切断
し、一端から１０ｍｍのところに直径５ｍｍの孔を３個
形成した。そして、区分けした１００本の中空糸膜束の
一方端から５０ｍｍの位置に孔が位置するようにアメゴ
ムチューブを被せて中空糸膜束２を形成し、さらに中空
糸膜束２を２０束集めて外径５インチの筒状ケース１内
に収納した。

【００３１】中空糸膜束２は、アメゴムチューブを被せ
た側の端部のみをエポキシ樹脂を用いて筒状ケース１の
内部に遠心注型にて接着固定した。注型後、エポキシ樹
脂を硬化させ、さらに余分なエポキシ樹脂を端部から３
０ｍｍ切断除去した。これにより、切断されたエポキシ
樹脂の端面に中空糸膜束の各中空糸膜が開口する。ま
た、中空糸膜束のアメゴムチューブは、約１０ｍｍの部
分がエポキシ樹脂からなる固定部３に埋め込まれてお
り、残りの４０ｍｍの部分が固定部３との界面より筒状
ケース１内に露出している。また、各空糸膜の固定部３
と反対側の端部は、エポキシ樹脂で封止されている。ま
た、各中空糸膜の封止された端部は自由端となってい
る。

【００３２】図３は、比較例の中空糸膜モジュールの断
面図である。図３に示す比較例の中空糸膜モジュール
は、実施例の中空糸膜モジュールに対し、アメゴムチュ
ーブが用いられていないものである。

【００３３】実施例および比較例の中空糸膜モジュール
を濃縮液出口が上方となるように縦型配置し、原液供給
口から圧力が２ｋｇ／ｃｍ²、エア流量が４Ｎｍ³／ｈ
の条件で中空糸膜モジュール内に連続５００時間エアを
導入するエアバブリングを行い、その後エアリーク試験
を行って、中空糸膜に破損が生じたか否かを検査した。

【００３４】上記の試験の結果、比較例の中空糸膜モジ
ュールでは試験開始後１００時間までに２本、最終的に
は５本の膜破損が発生したが、実施例の中空糸膜モジュ
ールでは膜破損は発生しなかった。また、さらに実施例
の中空糸膜モジュールに対して、３００時間エアバブリ
ング試験を追加実施したが、膜破損は発生しなかった。

【００３５】このように、中空糸膜束を弾性チューブで
被覆し、弾性チューブの一部を固定部に埋め込むことに
より、中空糸膜束が振動してに大きく変形することを抑
制し、これによって中空糸膜の破損が生じることを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外圧型中空糸膜モジュールの断面
図である。

【図２】図１の中空糸膜モジュールの中空糸膜束の外観
図である。

【図３】比較例による中空糸膜モジュールの断面図であ
る。

【図４】従来の中空糸膜モジュールの一例を示す断面図
である。

【図５】従来の中空糸膜モジュールの他の例を示す断面
図である。

【図６】図５および図６における仕切り板近傍の拡大図
である。

【符号の説明】

１筒状ケース２中空糸膜束３固定層４弾性チューブ５孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束
がケース内に収納され、前記中空糸膜束の少なくとも一
端部が前記ケースの端部側に設けられた固定部に固定さ
れた中空糸膜モジュールにおいて、前記中空糸膜束の前
記固定部側の一部の外周が弾性体で被覆され、前記弾性
体の一部が前記ケース内に露出しかつ弾性体の残りの部
分が前記固定部内に埋め込まれたことを特徴とする中空
糸膜モジュール。
【請求項２】前記弾性体は円筒状の弾性チューブから
なることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜モジュー
ル。
【請求項３】前記弾性チューブの前記固定部内に埋め
込まれた部分に孔が形成されたことを特徴とする請求項
２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】前記ケースの前記固定部側の部分に原液
供給口が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】前記複数の中空糸膜の前記固定部側の端
部は前記固定部の外側に開口し、前記複数の中空糸膜の
他端部は封止されて前記ケース内で自由状態にされ、前
記ケースの前記固定部と反対側の部分に濃縮液出口が設
けられたことを特徴とする請求項４記載の中空糸膜モジ
ュール。