JPH11533A - 中空糸膜フィルターカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中空糸膜の膜内抵抗を減らして高流量が得ら
れ、膜全体が有効利用できる中空糸膜フィルターカート
リッジの提供。 【解決手段】 一端にカップリング手段７が設けられた
円筒ケース１内に、その長手方向と平行に中空糸膜２が
固定部材４により固定される。円筒ケースの両端に固定
部材４で仕切られた集水室５が配設され、これら集水室
を結ぶ集水管４が円筒ケース内に配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸膜フィルタ
ーカートリッジ、特に市販の標準型フィルターハウジン
グに取り付けるのに適した交換式中空糸膜フィルターカ
ートリッジに関する。このフィルターカートリッジの具
体的な利用分野としては、半導体製造における超純水濾
過、製薬における無菌濾過、食品や飲料用途の無菌濾過
及び濃縮、エアーフィルター等が挙げられる。

【０００２】

【従来の技術】フィルターハウジングは、直径が約３イ
ンチ、長さが８〜１２．６インチ（通常１０インチ）の
円筒形カートリッジを収容できるように標準化されてい
るのが一般的である。そのようなフィルターカートリッ
ジとしては、濾過部材として平膜を用い、それをプリー
ツ状に折り畳み、円筒内に挿入した構造のものが多かっ
た。このプリーツ状平膜モジュールは様々な用途に利用
されているが、特に、非常に高い純度及び流量が求めら
れる半導体産業における超純水の製造に利用されてい
る。

【０００３】最近、平膜を濾過部材としたモジュールに
比べて、非常に大きな膜面積を有する中空糸膜を利用し
たモジュールが市販されており、このようなモジュール
は、粒子の除去効率が非常に高く、長寿命であり、高流
量が得られる等の長所を有している（特公平４−７７６
０５号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】現在、中空糸膜を利用
した市販の標準型のフィルターカートリッジ（モジュー
ル）は、外径が約３インチの円筒ケースに中空糸膜をそ
の長手方向に平行に挿入し、中空糸膜の片端あるいは両
端を筒の端部にて樹脂固定による封止、いわゆるポッテ
ィングを行い、樹脂固定の部分を切断することにより中
空糸膜はその端部で開口状態を保ち、フィルターハウジ
ングに適合する、例えば１．７５インチ（４．４４ｃ
ｍ）または２．２５インチ（５．７１ｃｍ）等の外径を
有するパイプ状のカップリング部材が中空糸膜開口端部
をキャップするようにして円筒ケースに取り付けられて
構成されている。

【０００５】このような中空糸膜モジュールは、平膜に
比べて大きな膜面積を有するが、このモジュールを用い
て水等の液体を濾過する際、膜面積の大きくなった分に
対応する流量が得られないことがしばしば起こった。こ
れは、濾過された液体が中空糸膜の中空部（管内）を流
れる時に生ずる抵抗によるものである。内径が数百μｍ
〜１ｍｍの通常の中空糸膜を用い、中空糸膜の長さが標
準型のフィルターカートリッジの長さの約２０ｃｍ（カ
ートリッジの全長が約１０インチの場合）である場合、
このような管内抵抗は無視できなくなる。特に、膜その
ものの流量が高ければ高いほど、管内抵抗は大きくなっ
てくる。

【０００６】また、より多量の液体を処理するためにフ
ィルターカートリッジの長さが２０インチや３０インチ
の標準型フィルターカートリッジも市販されており、平
膜の場合では膜面積が増大した分だけの流量を確保する
ことができる。しかし、中空糸膜の場合では、中空糸膜
の長さが長くなるにつれて管内抵抗は増し、膜面積に応
じた十分な流量が得られない。言い換えると、同じサイ
ズの平膜カートリッジと同等の流量を得るためには、数
倍の圧力を加えなければならない場合があるという問題
がある。

【０００７】上述した問題と同時に、中空糸膜の管内の
抵抗のため、樹脂固定されている近傍の膜面が主に濾過
に利用され、先端部、すなわち樹脂固定されている部分
から遠い箇所の膜面が利用され難いことも挙げられる。
このため、樹脂固定部近傍の膜面が急速に目詰まりを起
こし、差圧の急激な上昇を招くことによってモジュール
の寿命を早めてしまう問題もある。

【０００８】高流量を得るために中空糸膜の本数を増や
し膜面積を増す方法、すなわち充填率を増す方法も考え
られるが、ケース内に収納できる中空糸膜の本数には限
界がある。さらに、充填率を高くし過ぎると、中空糸膜
同士が付着物を介して固着しやすくなり、モジュール中
央部の中空糸膜が有効に利用しにくくなることも問題で
ある。

【０００９】本発明の目的は、中空糸膜の管内抵抗を減
らし、膜面積に対応した流量を得ることができ、かつ配
設された膜全体を有効利用できる中空糸膜フィルターカ
ートリッジを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、一
端にカップリング手段が設けられた円筒ケース内にその
長手方向と平行に中空糸膜が配設されてなる中空糸膜フ
ィルターカートリッジにおいて、円筒ケースの両端に、
中空糸膜の端部を開口状態を保って固定する固定部材に
よって仕切られ、中空糸膜を透過した処理液を集水する
集水室が配設され、二つの集水室を結ぶ集水管が円筒ケ
ース内に配設されてなることを特徴とする中空糸膜フィ
ルターカートリッジである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に従い詳細に
説明する。

【００１２】図１は、本発明の中空糸膜フィルターカー
トリッジの縦断面図である。この中空糸膜フィルターカ
ートリッジでは、中空糸膜１は、円筒ケース２内にその
長手方向と平行に配設されて、その両端部が開口状態を
保持したまま固定部材３、３’で固定されている。ま
た、１本の集水管４が円筒ケースの中央部に中空糸膜と
平行に配設され、その両端も両固定部材で固定されてい
る。円筒ケースの両端部には、中空糸膜を透過した処理
水を集水する集水室５、５’が固定部材によって被処理
液とは液密に仕切られて配設されている。円筒ケースの
一方の端部には円筒状の処理水の取り出し口６が設けら
れ、これがフィルターハウジングとのカップリング手段
７としても機能しており、その外周にはＯリング８が取
り付けられている。

【００１３】本発明の中空糸膜フィルターカートリッジ
に用いる中空糸膜１は、例えばセルロース系、ポリオレ
フィン系、ポリビニルアルコール系、ポリスルホン系等
の各種材料からなるものが使用できる。なお、濾過膜と
して使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外
径等には特に制限はないが、バクテリアの除去を目的と
する場合には０．２μｍ以下であることが必須となり、
有機物やウイルスの除去を目的とする場合には分画分子
量数万から数十万の限外濾過膜を用いる必要がある。

【００１４】有機溶媒等の濾過の目的には、中空糸膜の
表面特性は疎水性であっても構わないが、水系の液体を
濾過する場合には、中空糸膜の表面特性は親水性である
ことが好ましい。さらに、中空糸膜表面に親水性基等を
持ついわゆる恒久親水化膜であることがより好ましい。

【００１５】恒久親水化膜の製法としては、ポリビニル
アルコール系のような親水性高分子で中空糸膜を製造す
る方法、または親水性高分子膜の表面を親水化する方法
など公知の方法が使用できる。例えば親水性高分子を膜
面に付与し疎水性中空糸膜を親水化する際の親水性高分
子の例としては、エチレン−酢酸ビニル系共重合体ケン
化物、ポリビニルピロリドン等を挙げることができる。
また、他の手法としては疎水性高分子（例えばポリオレ
フィンやポリスルホン）に親水性高分子をブレンドして
紡糸、製膜する方法を挙げることができ、使用する親水
性高分子の例としては上述したものが挙げられる。

【００１６】表面が疎水性の中空糸膜であると、被処理
水中の有機物と中空糸膜表面との間に疎水性相互作用が
働き膜面への有機物吸着が発生し、それが膜面閉塞につ
ながり濾過寿命が短くなる。恒久親水化膜を用いること
により有機物と中空糸膜表面との疎水性相互作用を減少
させることができ、有機物の吸着を抑えることができ
る。また、膜が乾燥して疎水化を起こした場合には、フ
ラックスの低下を招くことがあるが、恒久親水化膜では
乾燥してもフラックスの低下を招くことがない。円筒ケ
ース２は、中空糸膜フィルターカートリッジ全体を支持
する部材として機能するものであると同時に、一方の端
部には市販の標準型フィルターハウジングの凹型構造を
した結合部に適合する外径を持つカップリング手段７が
配設されており、その外周に設けたＯリング８を介して
フィルターハウジングと液密状あるいは気密状に結合す
ることができる。なお、この円筒ケースは前記のカップ
リング結合部まで一体に成形されたものでも、カップリ
ング結合部を別に成形し、ケースの端部に接着したもの
であっても構わない。さらに、円筒ケースの側面の中空
糸が露出する側には、処理液が円筒ケース内に入って中
空糸膜で濾過されるように開口（スリット）が設けてあ
る。

【００１７】フィルターカートリッジ全体の寸法は、市
販のフィルターカートリッジに準じたものであることが
好ましい。代表的な寸法は、全長が約１０インチ（２
５．４ｃｍ）、中空糸膜が収容されている箇所の外径が
約３インチ（７．６２ｃｍ）、カップリング手段として
フィルターハウジングと結合する部分の外径が約１．７
５インチ（４．４４ｃｍ）である。また、円筒ケースの
長さは２０インチや３０インチのような長いものでもよ
いし、３インチ程度の短いものでもよい。

【００１８】円筒ケース２の材質としては、機械的強度
及び耐久性を有するものであればよく、例えばポリカー
ボネート、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール樹脂、
ポリフェニレンオキサイド系樹脂、フッ素系樹脂等が例
示される。

【００１９】固定部材３、３’は、中空糸膜１を集束、
固定する部材であり、中空糸膜の両端部においてその開
口状態を保ちながら円筒ケース内で固定するとともに、
被処理液と処理液を液密に仕切り集水室を形成する部材
として機能する。なお、固定部材の材質としては、通
常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン樹脂等の液状樹脂を硬化させて得られる。

【００２０】集水管４は、カップリング手段が配設され
ていない側の集水室５’に集められた処理液をもう片方
の集水室５へ送液するための管であり、円筒ケース内に
配設され、通常は中空糸膜と同様に固定部材により固定
される。図１では集水管４は１本だけ設けられている
が、複数本配設することもできる。集水管４は、円筒ケ
ース内に配設でき、中空糸膜の内径よりも太く、処理液
を送る際の圧力損失が無視できるようなものであれば、
その内径、外径は特に制限されない。集水管４の材質
は、円筒ケース２に準ずるものが用いられる。

【００２１】カップリング手段７としては、フィルター
カートリッジをフィルターハウジングに装着した際に、
完全にシールがされればどのようなものであっても構わ
ないが、円筒ケース２より細い円筒状部材の外周にＯリ
ング８を設けたものを使用するのが好適である。標準の
フィルターハウジングのカップリング結合における凹型
部分の口径は、１．００インチ（２．５４ｃｍ）、１．
７５インチ（４．４４ｃｍ）、２．２５インチ（５．７
１ｃｍ）等が代表的である。したがって、これらの口径
に適合するＯリング、すなわち、−０２０型、−２２２
型、−２２６型が好ましい。なお、Ｏリングの材質はど
のようなものであっても構わない。

【００２２】

【実施例】実施例により本発明を具体的に説明する。

【００２３】実施例１ 側面にスリットが設けられた長さ２１．５ｃｍ、内径
６．４ｃｍの円筒形ポリカーボネート製ケースに、外径
２．８６ｃｍ、内径２．５６ｃｍのポリカーボネート製
集水管を中心にして、その周りをポリエチレン製中空糸
膜（外径３８０μｍ、内径２７０μｍ）で覆ったものを
挿入し、その両端部をウレタン樹脂で中空糸膜端面の開
口部を保持したまま固定した。次いで、円筒ケースの片
端にカップリング結合部材を取り付け、−２２２型のＯ
リングを２本取り付けた。もう一方の端部には被処理液
と液密に仕切るようにキャップを取り付け、図１に示し
たような縦断面を有する１０インチサイズの中空糸膜フ
ィルターカートリッジを作製した。

【００２４】被処理液側で露出している中空糸膜の糸長
は１８．５ｃｍ、充填されている中空糸膜の本数は９７
６０本で、有効膜面積は２．１６ｍ² であり、円筒ケー
ス内中空糸膜充填部での中空糸膜の充填率は４３％であ
った。

【００２５】この中空糸膜フィルターカートリッジを用
いて、差圧０．５ｋｇ／ｃｍ² で純水の濾過を行い、そ
の時の流量を測定した。その結果を表１に示した。

【００２６】比較例１ 中空糸膜をＵ字状にループさせて収束したものを円筒ケ
ースに挿入し、その端部をウレタン樹脂で中空糸膜端面
の開口部を保持したまま固定したことを除き、実施例１
と同様にして従来型の中空糸膜フィルターカートリッジ
を作製した。

【００２７】このカートリッジの中空糸膜の露出糸長は
２０ｃｍ、充填中空糸膜本数は１２２００本（ループ
数：６１００）、有効膜面積は２．９１ｍ² 、中空糸膜
の充填率は４３％であった。実施例１と同様にして濾過
流量を測定した結果を表１に示した。

【００２８】実施例２ ハウジングケース並びに集水管の材質をポリスルホン、
中空糸膜の材質をポリエーテルスルホンとポリアリール
スルホンの混合物（外径５９０μｍ、内径４０５μ
ｍ）、固定部材をエポキシ樹脂に代えたことを除き、実
施例１と同様にして中空糸膜フィルターカートリッジを
作製した。

【００２９】このカートリッジの中空糸膜の露出糸長は
１８．５ｃｍ、充填中空糸膜本数は４０５０本で、有効
膜面積は１．３９ｍ² 、中空糸膜の充填率は４３％であ
った。実施例１と同様にして濾過流量を測定した結果を
表１に示した。

【００３０】比較例２ ハウジングケースの材質をポリスルホン、中空糸膜の材
質をポリエーテルスルホンとポリアリールスルホンの混
合物（外径５９０μｍ、内径４０５μｍ）、固定部材を
エポキシ樹脂に代えたことを除き、比較例１と同様にし
て中空糸膜フィルターカートリッジを作製した。

【００３１】このカートリッジの中空糸膜の露出糸長は
２０ｃｍ、充填中空糸膜本数は５０６０本（ループ数：
２５３０）、有効膜面積は１．８８ｍ² であった。実施
例１と同様にして濾過流量を測定した結果を表１に示し
た。

【００３２】実施例３ ハウジングケースの長さを６５ｃｍ、中空糸膜の露出糸
長を６１ｃｍ、有効膜面積を４．５８ｍ² としたことを
除き、実施例２と同様にして中空糸膜フィルターカート
リッジを作製した。実施例１と同様にして濾過流量を測
定した結果を表１に示した。

【００３３】比較例３ ハウジングケースの長さを６５ｃｍ、中空糸膜の露出糸
長を６３ｃｍ、有効膜面積を５．９１ｍ² としたことを
除き、比較例２と同様にして中空糸膜フィルターカート
リッジを作製した。実施例１と同様にして濾過流量を測
定した結果を表１に示した。

【００３４】

【表１】 １０インチサイズのフィルターカートリッジにおける比
較では、同じ中空糸膜の充填率（４３％）の場合、カー
トリッジ当たりの流量の差異はほとんど生じなかった
が、膜面積の差を考慮すると本発明のフィルターカート
リッジは効率良く膜面を利用して濾過を行っていること
が分かる。さらに、カートリッジの長さが３０インチと
長くなった場合では、本発明のフィルターカートリッジ
の方が膜面積が小さいにもかかわらず高流量が得られ
た。

【００３５】

【発明の効果】本発明の中空糸膜フィルターカートリッ
ジは、中空糸膜を利用した従来の標準型フィルターカー
トリッジと同様の寸法、形状でありながら、従来品より
も少ない膜面積で高流量を得ることができ、さらに中空
糸膜の膜面全体を有効に利用できるので、局所的な目詰
まりによる差圧の上昇が起こり難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜フィルターカートリッジの一
例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 中空糸膜 ２ 円筒ケース ３、３’ 固定部材 ４ 集水管 ５、５’ 集水室 ６ 処理水取り出し口 ７ カップリング手段 ８ Ｏリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にカップリング手段が設けられた円
   筒ケース内にその長手方向と平行に中空糸膜が配設され
   てなる中空糸膜フィルターカートリッジにおいて、円筒
   ケースの両端に、中空糸膜の端部を開口状態を保って固
   定する固定部材によって仕切られ、中空糸膜を透過した
   処理液を集水する集水室が配設され、二つの集水室を結
   ぶ集水管が円筒ケース内に配設されてなることを特徴と
   する中空糸膜フィルターカートリッジ。