CN104772041A - 中空纤维膜组件及过滤方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种中空纤维膜组件，其具备：包含多根中空纤维膜的中空纤维膜束、收容所述中空纤维膜束的壳体、将所述中空纤维膜束的两端部粘接固定于所述壳体的粘接固定层、以及设置于所述壳体的流体的出入口，其中，该中空纤维膜组件具备为了减少所述中空纤维膜束中的所述中空纤维膜的密度分布的偏置而配置于所述中空纤维膜束的至少一侧端部内的偏置限制构件、和包围所述中空纤维膜束的所述端部侧的一部分的整流筒，所述整流筒的一部分固定于所述粘接固定层，偏置限制构件被包封于粘接固定层内，所述粘接固定层具有所述中空纤维膜开口的外端面、和为所述外端面的相反侧且形成于所述整流筒内的内端面，在所述粘接固定层的所述外端面上，因配置所述偏置限制构件而形成的所述中空纤维膜彼此的间隔的至少一部分为所述中空纤维膜外径的3倍以上，在所述粘接固定层的所述内端面上，所述中空纤维膜彼此的间隔、以及从所述中空纤维膜到所述整流筒的间隔均低于所述中空纤维膜外径的3倍。

Description

中空纤维膜组件及过滤方法
技术领域
本发明涉及在超纯水制造工艺中适于作为去除被处理水中的微粒的终滤器的中空纤维膜组件。
背景技术
在制造半导体、显示元件等电子/电器部件的制造中使用的超纯水的生产线中，作为在即将将使用微滤膜或离子交换树脂、反渗透滤膜制造的超纯水供给到使用点之前从超纯水中去除微粒的终滤器，可使用过滤膜组件。作为该用途的过滤膜组件，由于具有可增大每一个组件的过滤流量的优点，因此，可使用向中空纤维膜的外侧供给原水而进行过滤的外压式中空纤维膜组件。
随着近年来电子/电器产品的生产量的扩大，所使用的超纯水量也增加，另一方面，半导体元件的微细化也得到发展。基于这样的背景，要求具有高过滤性能的中空纤维膜组件，即，每一个组件的过滤流量大且能够切实地除去微粒的中空纤维膜组件。
但是，就以往的外压式中空纤维膜组件而言，在增加供给水量而使每单位时间的处理量增大的情况下，水在中空纤维膜组件内高速流动，由此会引发中空纤维膜剧烈摇动的现象，因该现象持续发生所引起的疲劳会导致中空纤维膜破损，其结果，微粒泄漏到过滤水中，可能会导致水质降低。作为防止这样的水流引起的中空纤维膜受损的方法，已提出了在中空纤维膜束的周围设置保护用整流筒的方法(参照日本特公平07-102307号公报、日本特开2000-37616号公报)。
另外，在壳体内收容中空纤维膜束并利用粘接固定层固定两端的情况下，中空纤维膜的密度分布易产生偏置，而若在具有显著偏置的状态下形成中空纤维膜组件，则在组件内会产生水流的偏置，由此导致中空纤维膜发生摇动，其结果，会引起中空纤维膜破损。为了防止这样的中空纤维膜的密度分布的偏置，也可考虑在壳体内尽可能密集地塞满中空纤维膜束来消除导致偏置的间隙，但在这样的方法中，在中空纤维膜彼此之间以及壳体内流通的水的流路变窄，对于水流的阻力变大，因此会引发运转动力上升，进而在以外压式进行过滤的情况下，因中空纤维膜彼此密接、过滤中有效的膜表面减少而导致跨膜压差的上升变快等问题。
为了解决该问题，也可考虑例如在中空纤维膜束内插入成为间隔件的构件(隔板)(参照日本特开2011-25156号公报)的方法。但是，在这样的方法中，由于成为间隔件的隔板与中空纤维膜接触，因此会导致中空纤维膜受损而无法获得原有的分离性能、或中空纤维膜发生破损。
另一方面，已知有将防止中空纤维膜的密度分布发生偏置的插入物插入并固定于中空纤维膜束的粘接固定层而成的中空纤维膜组件(参照国际公开第97/10893号小册子、日本特开2012-45453号公报)。在这种中空纤维膜组件中，通过使粘接固定层内存在插入物，可以在避免如上所述的间隔件与中空纤维膜的接触的同时，使因插入物的插入而被推开的中空纤维膜彼此的间隔变得密集，其结果，可以使插入了插入物的部分以外的部位的中空纤维膜的密度分布变得均一。
发明内容
发明要解决的问题
通过安装整流筒、并进一步将用于防止中空纤维膜发生偏置的插入物插入粘接固定层，确实可以降低中空纤维膜的密度分布的偏置。然而，即使插入该插入物，在增大每一个组件的过滤水量的情况下，有时也无法充分地消除水流的偏置，而这可能成为中空纤维膜破损的原因，其结果，可能会导致微粒漏出到过滤水中。
解决问题的方法
为了解决以上课题，本发明的目的在于提供可防止中空纤维膜的破损、并且可通过使中空纤维膜均匀分散而防止过滤阻力的上升、从而能够长期保持良好的过滤水质的中空纤维膜组件、以及过滤方法。
本发明人等为了查明上述中空纤维膜的破损原因而进行了深入研究，并进行了验证。结果得到了下述见解，进而想到了本发明。即，例如在将以往的插入物插入中空纤维膜束的端部、并将其端部用以往的整流筒包围并粘接的中空纤维组件中，在增大过滤水量时，存在主要在从粘接层向整流筒内露出的中空纤维膜的根部产生破损的可能性，并且，该破损部位集中在由于插入物的插入而使得间隔被有意地扩张了的部位、以及中空纤维膜束的最外周部分。
即，本发明的一实施方式涉及一种中空纤维膜组件，其具备：包含多根中空纤维膜的中空纤维膜束、收容中空纤维膜束的壳体、将中空纤维膜束的两端部粘接固定于壳体的粘接固定层、以及设置于壳体的流体的出入口，其中，该中空纤维膜组件具备为了减少中空纤维膜束中的中空纤维膜的密度分布的偏置而配置于中空纤维膜束的至少一侧端部内的偏置限制构件、和包围中空纤维膜束的端部侧的一部分的整流筒，整流筒的一部分固定于粘接固定层，偏置限制构件被包封于粘接固定层内，粘接固定层具有中空纤维膜开口的外端面、和为外端面的相反侧且形成于整流筒内的内端面，在粘接固定层的外端面上，因配置偏置限制构件而形成的中空纤维膜彼此的间隔的至少一部分为中空纤维膜外径的3倍以上，在粘接固定层的内端面上，中空纤维膜彼此的间隔、以及从中空纤维膜到整流筒的间隔均低于中空纤维膜外径的3倍。
在该中空纤维膜组件中，在中空纤维膜束的至少一侧端部配置有偏置限制构件，因此，在该端部，可以减少中空纤维膜的密度分布的偏置，且通过利用整流筒包围中空纤维膜束的端部侧的一部分，可以保护中空纤维膜免于受到强烈振动的影响。在此，可对减少中空纤维膜的密度分布的偏置进行更详述如下，即，在粘接固定层的中空纤维膜开口的外端面上，通过配置偏置限制构件，在中空纤维膜彼此之间形成间隔，该间隔的至少一部分为中空纤维膜外径的3倍以上。其结果，在未配置偏置限制构件的区域，中空纤维膜集中而变得密集，可修正中空纤维膜的密度分布的不均。另一方面，在粘接固定层的内端面上，中空纤维膜彼此的间隔以及从中空纤维膜到整流筒的间隔均低于中空纤维膜外径的3倍。其结果，中空纤维膜彼此的间隔以及从中空纤维膜到整流筒的间隔一致，可修正中空纤维膜的密度分布的不均。其结果，可以有效地抑制由流入内端面的中空纤维膜束与整流筒之间的水引起的在中空纤维膜的根部的破损。
另外，在上述实施方式中，可以制成所述偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8的中空纤维膜组件。这样，通过配置偏置限制构件，在成为与粘接固定层的外端面相反一侧的内端面侧(中空纤维膜的根部侧)，偏置限制构件的影响变少，其结果，不会发生中空纤维膜的根部的部分间隔局部地扩大，中空纤维膜彼此以及从中空纤维膜到整流筒的间隔一致，可修正中空纤维膜的密度分布的不均。其结果，可以有效地抑制由流入内端面的中空纤维膜束与整流筒之间的水引起的在中空纤维膜的根部的破损。
另外，在上述实施方式中，可以制成形状不同的多种所述偏置限制构件组合配置于所述粘接固定层内的中空纤维膜组件。通过组合使用形状不同的多种所述偏置限制构件，可以容易地对上述外端面上以及内端面上的中空纤维膜彼此的间隔加以调整。
另外，在上述实施方式中，可以制成板状的所述偏置限制构件和棒状的所述偏置限制构件组合配置于所述粘接固定层内、且所述棒状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值大于所述板状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值的中空纤维膜组件。例如，通过利用所述板状的偏置限制构件将中空纤维膜束分割成多个区域、并在分割成的区域内插入所述棒状的偏置限制构件，可以更为切实地对外端面及内端面的中空纤维膜的分布加以调整。
另外，在上述实施方式中，可以制成所述板状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.7、所述棒状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.6以上且低于0.8的中空纤维膜组件。通过使用上述范围的偏置限制构件，可以更为切实地对外端面及内端面的中空纤维膜的分布加以调整。
另外，在上述实施方式中，可以制成所述整流筒距所述粘接固定层的所述内端面的高度h与所述整流筒的内径d之比为0.7以上且低于1.1的中空纤维膜组件。通过设为该范围，可以防止导入中空纤维膜组件内的被处理水与中空纤维束直接接触，并且可以将因整流筒而改变了流动方向的被处理水的流入中空纤维膜束内的流速抑制于较低水平，能够进一步抑制中空纤维膜的破损。
另外，在上述实施方式中，可以制成所述偏置限制构件的所述内端面侧为锥状的中空纤维膜组件。通过使用这样的偏置限制构件，在将偏置限制构件插入中空纤维膜束内时，可以在不损坏中空纤维膜的情况下加以设置。
另外，可提供一种使用了上述实施方式涉及的中空纤维膜组件的过滤方法，其中，该过滤方法包括：将被处理水向所述壳体内的所述中空纤维膜外的区域供给，并将透过到所述中空纤维膜内的处理水从该中空纤维膜的开口导出。这样，通过采用使用了上述各中空纤维膜组件的过滤方法，能够有效地实现对大量被处理水的过滤。
另外，在上述过滤方法中，可以使上述处理水为超纯水。即使在诸如超纯水用途那样要求稳定且良好的水质的水的用途中，上述各中空纤维膜组件的中空纤维膜也不易发生破损，用于过滤的压力损耗也小，因此可以持续地生成良好的过滤水。
根据以上实施方式的中空纤维膜组件及过滤方法，可以防止中空纤维膜的破损，从而能够长期、稳定地生成良好水质的水。
附图说明
图1为剖视图，示出了本发明一实施方式的中空纤维膜组件；
图2是将图1的中空纤维膜组件的上端部放大显示的剖视图；
图3是将图1的中空纤维膜组件的下端部放大显示的剖视图；
图4是将中空纤维膜束的上端面放大显示的图；
图5是将中空纤维膜束的下端面放大显示的图；
图6是为了制造中空纤维膜组件而预先组装的组件前体的分解立体图；
图7是中空纤维膜组件的分解立体图；
图8是示意性地示出了过滤装置的图；
图9A是示出本实施方式的中空纤维膜组件的下部的纵向剖视图；
图9B是沿着图9A的b-b线剖切的剖视图；
图9C是示出比较例2的中空纤维膜组件的下部的纵向剖视图；
图9D是沿着图9C的d-d线剖切的剖视图；
图9E是示出比较例1的中空纤维膜组件的下部的纵向剖视图；
图9F是沿着图9E的f-f线剖切的剖视图。
符号说明
1…中空纤维膜组件、2…中空纤维膜、P…中空纤维膜的开口、3…中空纤维膜束、5…壳体、7A、7B…粘接固定层、19…上部喷嘴(流体的出入口)、21…下部喷嘴(流体的出入口)、10a,11a…管路(流体的出入口)、25A、25B…十字板(偏置限制构件)、26A、26B…插入棒(偏置限制构件)、25k,25s,26k,26s…偏置限制构件的外端部、25m,25t,26k,26s…偏置限制构件的内端部、27…上部整流筒(整流筒)、28…下部整流筒(整流筒)、29…防接触构件、71,73…粘接固定层的外端面、72,74…粘接固定层的内端面、A1…第一区域、A2…第二区域。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明实施方式的中空纤维膜组件的一例进行说明。此外，在此示出的是实施方式的一例，但本发明并不限定于以下的实施方式。
本实施方式的中空纤维膜组件1(参照图1)可用于超纯水制造用的过滤装置100(参照图8)。例如，中空纤维膜组件1可用于在即将将使用微滤膜、离子交换树脂、反渗透滤膜制造的超纯水供给到使用点之前进行的外压式过滤中，担负作为终滤器(安全过滤器)的功能。另外，中空纤维膜组件1是为了实现设备的小型化而要求高过滤性能，即每一个组件的过滤流量大、且每单位容积的过滤流量大的组件。
如图1～图3所示，中空纤维膜组件1具备：由两端具有开口P(参照图4)的多根中空纤维膜2构成的中空纤维膜束3；收容中空纤维膜束3的壳体5；以及将中空纤维膜束3的两端部粘接固定于壳体5、并且划分中空纤维膜2的开口P露出的第一区域A1和夹着中空纤维膜2与第一区域A1连通的第二区域A2的粘接固定层7A、7B。
壳体5具备筒状的壳主体9、安装在壳主体9上端的配管连接盖(以下称为“顶盖”)10、以及安装在壳主体9下端的配管连接盖(以下称为“底盖”)11。
壳体主体9具备：安装有顶盖10的顶部15、安装有底盖11的底部17、以及配置于顶部15和底部17之间且与顶部15和底部17粘接成一体的躯干部13。在顶部15设置有流体出入用上部喷嘴(流体的出入口)19，在底部17设置有流体出入用下部喷嘴(流体的出入口)21，上部喷嘴19和下部喷嘴21以朝着与壳体主体9的轴线SL正交的方向突出的方式设置。
在顶盖10设置有流体出入用管路(流体的出入口)10a，其通过盖形螺母23的拧紧固定于壳体5的上端。另外，在底盖11也同样设置有流体出入用管路(流体的出入口)11a，其通过盖形螺母23的拧紧固定于壳体主体9的下端。
在收容于壳体5内的中空纤维膜束3的下端部以及上端部的内部，为了降低多根中空纤维膜2的密度分布的偏置，配置有偏置限制构件25A、25B、26A及26B。作为偏置限制构件25A、25B、26A及26B，可以适当地选择例如板状或棒状(柱状)的构件。本实施方式中，偏置限制构件25A、25B呈平板状，偏置限制构件26A、26B呈棒状。本实施方式中，偏置限制构件25A、25B、26A及26B插入在中空纤维膜束3的两端部，在中空纤维膜束3的两端部降低中空纤维膜2的密度分布的偏置。需要说明的是，偏置限制构件25A、25B、26A及26B也可以采取仅插入于中空纤维膜束3的任一侧端部的方式，即使采取该方式，通过插入于任一侧的偏置限制构件25A、25B、26A及26B，也可以在中空纤维膜束3的一侧端部降低中空纤维膜2的密度分布的偏置。
在本实施方式中，作为偏置限制构件的一个例子，以由两片矩形平板以正交的方式交叉而形成的剖面为X字状的十字板25A、25B、和由多个棒状构件构成的插入棒26A、26B为例进行说明。
十字板25A、25B以两个矩形平板的交线部分25b沿着中空纤维膜束3的长度方向延伸的方式配置。十字板25A、25B具备从交线部分25b呈放射状突出的四个板片部25a(参照图4及图5)，中空纤维膜束3的上端部或下端部通过四个板片部25a大致均等地分成四份，从而修正中空纤维膜2的分布偏置。
另外，插入棒26A、26B以其延伸方向沿着中空纤维膜束3的长度方向的方式配置。插入棒26A、26B在通过十字板25A、25B大致均等地分成四份的各区域中插入有为了修正中空纤维膜2的密度分布的偏置而必要的根数。插入棒26A、26B在例如各区域中大致均等地配置于以交线部分25b为轴的同心圆的圆周上(参照图4及图5)。通过十字板25A、25B及插入棒26A、26B，中空纤维膜2的密度分布的偏置得到修正。
需要说明的是，十字板25A、25B避开与上部喷嘴19或下部喷嘴21的相对侧而配置于粘接固定层7A、7B内。具体而言，将各板片部25a的侧边缘25c与下述假想平面相错开地配置，所述假想平面是包含上部喷嘴19或下部喷嘴21的中心线CL和壳体主体9的轴线SL的平面。
在中空纤维膜束3的两端部分别安装有整流筒27、28。设置整流筒27、28的目的在于在上部喷嘴19或下部喷嘴21的附近保持中空纤维膜束3与壳体主体9的内面之间的间隔。整流筒27、28为以包围中空纤维膜束3的外周的方式设置的筒状体，其一部分埋设并固定于粘接固定层7A、7B中。在本实施方式中，利用整流筒27、28包围中空纤维膜束3的两端部，可以保护中空纤维膜2的两端部免于受到过滤时产生的强烈振动的影响。此外，整流筒27、28也可以采取仅配置于中空纤维膜束3的任一侧的方式，在采取该方式的情况下，可利用配置于任一侧的整流筒27、28而保护中空纤维膜2的一侧端部免于受到强烈振动的影响。
就上端部侧的整流筒27沿壳体主体9的轴线SL方向(中空纤维膜束3的长度方向)的长度而言，优选从粘接固定层7A的内端面74延伸到超过上部喷嘴19的内侧开口19a的下方位置，优选具有通过面对开口19a而干涉流体的流动这样的程度的长度。同样地，就下端部侧的整流筒28的长度而言，优选从粘接固定层7B的内端面72延伸到超过下部喷嘴21的内侧开口21a的上方位置，优选具有通过面对开口21a而干涉流体的流动这样的程度的长度。
此外，本实施方式中，上端部侧的整流筒27为圆筒状，其一部分(上端部)埋设并固定于粘接固定层7A内。另外，下端部侧的整流筒28为圆筒状，其一部分(下端部)埋设并固定于粘接固定层7B内。在此，上端部侧的整流筒27及下端部侧的整流筒28的形状可以相同，也可以不同。
另外，如图1及图6所示，在中空纤维膜束3的长度方向的中央部分的外周卷绕而安装有网状的防接触构件29。防接触构件29的卷数通常为一层，这是考虑到要在抑制中空纤维膜2与整流筒27、28接触的同时、避免对被处理水的流动产生过度的阻力。另外，通过卷绕一层，对于抑制插入中空纤维膜组件1的壳体主体9内的中空纤维膜束3和防接触构件29的尺寸扩大也是有效的。
如图1～图3所示，在壳体5内，在上下的位置分别形成有粘接固定层7A、7B。上侧的粘接固定层7A包封中空纤维膜束3的上端部、十字板25A及插入棒26A并将它们粘固一体化，进而将上端部侧的整流筒27的上部埋设一体化并固定于顶部15的内面。下侧的粘接固定层7B包封中空纤维膜束3的下端部、十字板25B及插入棒26B并将它们粘固一体化，进而将下端部侧的整流筒28的下部埋设一体化并固定于底部17的内面。
通过上侧的粘接固定层7A和下侧的粘接固定层7B，壳体5内被划分为三个空间。该三个空间中，形成于顶盖10内的空间和形成于底盖11内的空间是中空纤维膜2的端部的开口P露出的第一区域A1，形成于下侧的粘接固定层7B和上侧的粘接固定层7A之间的壳体主体9内的空间是通过中空纤维膜2的膜壁与第一区域A1划分开的第二区域A2。
在本实施方式的中空纤维膜组件1中，假设进行外压过滤，例如，利用下部喷嘴21作为被处理水的导入口，被处理水经由下部喷嘴21被接收到第二区域A2内。另外，上部喷嘴19用作被处理水的循环用或浓缩后的被处理水的排出口，在第二区域A2内通过的被处理水从壳体主体9排出。另一方面，经中空纤维膜2过滤后的过滤水在通过第一区域A1之后，从顶盖10及底盖11的各管路10a、11a被排出。
接着，参照图6、图7对本实施方式的中空纤维膜组件的制造方法进行说明。图6是为了制造中空纤维膜组件而预先组装的组件前体的分解立体图，图7是中空纤维膜组件的分解立体图。
组件前体50具备用于形成壳体主体9的粘接固定层形成容器51。粘接固定层形成容器51具备：圆筒状的主体容器51a、在主体容器51a的上部液密地固定的上部容器(以下称为“顶部容器”)51b、以及在主体容器51a的下部液密地固定的下部容器(以下称为“底部容器”)51c。在顶部容器51b上设有上部喷嘴19，在底部容器51c上设有下部喷嘴21。顶部容器51b以收容有上端部侧的整流筒(以下称为“上部整流筒”)27的状态液密地粘接固定于主体容器51a的上端部，底部容器51c以收容有下端部侧的整流筒(以下称为“下部整流筒”)28的状态液密地粘接固定于主体容器51a的下端部。
中空纤维膜束3通过捆扎多根中空纤维膜2而形成。在中空纤维膜束3的两端部插入有插入体53及插入体54。插入体53的剖面为X字状，插入体54为棒状，也具有修正多根中空纤维膜2的密度分布的偏置的功能。插入上下的插入体53、54在给定的位置被切断，其结果，在制造中空纤维膜元件(element)4时成为十字板25A、25B及插入棒26A、26B。
中空纤维膜束3的外周卷绕有网状的防接触构件29。中空纤维膜束3以卷绕有防接触构件29的状态插入至粘接固定层形成容器51。进而，将插入体53、54插入两端之后，在粘接固定层形成容器51的两端分别紧贴P盖55，中空纤维膜束3的两端与P盖55相抵接地设置。
在P盖55上形成有用于注入粘接剂的孔(粘接剂注入口)55a，给定的粘接剂从粘接剂注入口55a被注入而形成粘接层。粘接层在给定的位置被切断，在制造中空纤维膜元件4时成为粘接固定层7A、7B。
粘接剂的注入/固化可以通过利用离心力的所谓离心粘接法进行，也可以通过在静置下强制性地注入粘接剂并使之固化的所谓静置粘接法进行。在通过离心粘接法进行的情况下，能够使形成粘接固定层7A、7B时的内侧表面的中空纤维膜2的外表面的包覆层均匀，不易发生膜断裂，故优选。需要说明的是，在采用离心粘接法的情况下，作为既定的方法，可进行以喷嘴朝上的状态水平地旋转。另外，在采用离心粘接法的情况下，优选在固化反应进行到粘接剂不再流动的程度的阶段停止旋转，然后，利用烘箱等加温至实用的固化状态而停止反应。
形成于顶部容器51b侧的粘接层的界面在上部喷嘴19的附近形成于未进入上部喷嘴19的内侧的开口19a的位置。另外，形成于底部容器51c侧的粘接层的界面在下部喷嘴21的附近形成于未进入下部喷嘴21的内侧的开口21a的位置。形成于顶部容器51b侧的粘接层的界面在制造中空纤维膜元件4时成为粘接固定层7A的下端面74。另外，形成于底部容器51c侧的粘接层的界面在制造中空纤维膜元件4时成为粘接固定层7B的上端面72。
需要说明的是，在本实施方式中，针对顶部容器51b和P盖55以各自独立的个体形式构成、底部容器51c和P盖55以各自独立的个体形式构成的例子进行了说明，但也可以使其成为底部容器和P盖部分(端部容器部分)、或顶部容器和P盖部分(端部容器)以一体的形式形成的容器状。另外，就粘接剂而言，可以在端部容器部分设置粘接剂注入口，从该注入口注入粘接剂，也可以从底部或顶部的靠近中空纤维膜束的中央的开口端直接注入粘接剂。另外，还可以从设置于底部容器、顶部容器上的喷嘴直接注入粘接剂。
通过粘接剂的固化，中空纤维膜束3的端部、插入体53、54及各整流筒27、28发生一体化，进而经由粘接层而固定于粘接固定层形成容器51的内表面，从而形成组件前体50。然后，在给定的位置局部地切断组件前体50的两端，从而形成中空纤维膜2的端部开口P而使中空纤维膜元件4完成。
需要说明的是，在本实施方式中，针对粘接层粘固于粘接固定层形成容器51而直接形成为壳体主体9的实施方式进行了说明，但对于例如筒(cartridge)式组件用的中空纤维膜元件的情况而言，也可以按照如下的方式构成，即，通过预先使粘接固定层形成容器51由与固化后的粘接剂的粘接力弱的材质构成、并形成能够剥离的结构，在使粘接剂固化后剥离除去粘接固定层形成容器51。
如图7所示，在中空纤维膜元件4的两端部形成有用于与盖形螺母23拧合的阳螺纹。在中空纤维膜元件4的两端部，分别经由O型环等密封构件12安装用于与配管连接的底盖11或顶盖10，并通过盖形螺母23的扣结固定而完成中空纤维膜组件1。需要说明的是，本实施方式的中空纤维膜组件1用于在外表面表皮层捕获微粒的外压过滤，另外，过滤方式可以采用死端过滤(全流过滤)、错流过滤中的任一方式。
接下来，结合图8对将本实施方式的中空纤维膜组件1设置于超纯水制造用过滤装置100的实施方式的一个例子进行说明，进而，针对使用本实施方式的中空纤维膜组件1的过滤方法进行说明。需要说明的是，在该超纯水制造用过滤装置100中，假定在外压过滤中使用的错流过滤方式。
如图8所示，过滤装置100用于例如超纯水的终滤器用途，从下部喷嘴21向中空纤维膜2的外侧即第二区域A2供给被处理水，过滤到中空纤维膜2的内部(中空部)一侧，并从中空纤维膜束3的两端部侧即第一区域A1排出过滤水(超纯水)。另外，循环水(浓缩水)通过上部喷嘴19后从第二区域A2排出。
过滤装置100具备：与中空纤维膜组件1的下部喷嘴21连接而供给被处理水的供给配管101、和与上部喷嘴19连接而送出循环水的循环配管102。并且，在供给配管101、循环配管102的中途设置有压力计、各种阀101a、102a等。另外，过滤装置100具备：成为过滤水的流路的上部过滤水集水管103和下部过滤水集水管104。上部过滤水集水管103及下部过滤水集水管104与过滤水的汇流管105连接，汇流管105与外部的配管(未图示)连接。其中，在汇流管105设置有压力计、各种阀105a等。
中空纤维膜组件1以使收容有整流筒27的上部喷嘴19侧在上的方式纵向配置，上部喷嘴19与循环配管102连接，另外，顶盖10的管路10a与上部过滤水集水管103连接。此外，下部喷嘴21与供给配管101连接，底盖11的管路11a与下部过滤水集水管104连接。
超纯水等被处理水从供给配管101通过下部喷嘴21后在给定的压力下导入到中空纤维膜组件1的第二区域(一次侧的区域)A2。在壳体主体9内，导入的被处理水的一部分经中空纤维膜2过滤后到达中空部，作为过滤水移动到上方或下方。移动到上方或下方的过滤水从中空纤维膜2的端部的开口P流到顶盖10或底盖11内的第一区域(二次侧的区域)A1，并通过各管路10a、11a、上部过滤水集水管103或下部过滤水集水管104而被排出到汇流管105，在通过外部配管后被收集。另一方面，未透过中空纤维膜2而在壳体本体9内的第二区域A2中上升的被处理水，作为循环水从上部喷嘴19被排出，并被送出至循环配管102。
通过上述过滤方法，可以在不引起中空纤维膜2破损的情况下长期稳定地获得水质良好的过滤水。另外，优选一边使所供给的水量的约2～5％作为循环水从上部喷嘴19流出一边进行过滤运转。由此，可将利用中空纤维膜2而被排除的微粒等排出到中空纤维膜组件1外，因此，不易发生膜面的堵塞，可以在更长的时间内获得稳定的过滤水量。
接着，针对本实施方式的中空纤维膜组件1的下端部及上端部的粘接固定层7A、7B内的结构进行更为详细的说明。
如图2所示，上侧的粘接固定层7A具有：和与中空纤维膜2的内部连通的开口P露出的中空纤维膜束3的端面成为同一面的上端面(外端面)73、以及形成于上部整流筒27内的下端面(内端面)74。上部整流筒27的上部固定于粘接固定层7A，十字板25A及插入棒26A包封于粘接固定层7A内。
并且，十字板25A及插入棒26A以包封于上侧的粘接固定层7A内的状态沿中空纤维膜束3的长度方向延伸，其具有：与粘接固定层7A的上端面73成为同一面的上端部(外端部)25s及26s、和配置于粘接固定层7A内的下端部(内端部)25t及26t。
如图3所示，下侧的粘接固定层7B具有：与中空纤维膜束3的端面成为同一面的下端面(外端面)71、和形成于下部整流筒28内的上端面(内端面)72。下部整流筒28的下部固定于粘接固定层7B，十字板25B及插入棒26B包封于粘接固定层7B内。
另外，十字板25B及插入棒26B以包封于下侧的粘接固定层7B内的状态沿中空纤维膜束3的长度方向延伸，其具有：与粘接固定层7B的下端面71成为同一面的下端部(外端部)25k及26k、和配置于粘接固定层7B内的上端部(内端部)25m及26m。
本实施方式中，以使偏置限制构件(十字板25A、25B及插入棒26A、26B)的高度(相当于中空纤维膜束3的长度方向上的偏置限制构件的长度L1、L2、L3、L4)除以粘接固定层7A、7B的厚度(相当于LA、LB)的值，即偏置限制构件高度/粘接固定层厚度为0.5以上且比0.8小的范围的方式形成。需要说明的是，十字板25A、25B为板状的偏置限制构件的一例，插入棒26A、26B为棒状的偏置限制构件的一例。
在此，对粘接固定层7A、7B内的中空纤维膜2的密度分布的均一性进行说明。在粘接固定层7A(参照图2)的外端面73侧，通过十字板25A及插入棒26A的配置，在中空纤维膜2彼此之间形成间隔，该间隔中的至少一部分达到中空纤维膜2外径的3倍以上。其结果，在未配置十字板25A及插入棒26A的区域，中空纤维膜2集中而变得密集，从而可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。另一方面，在粘接固定层7A的内端面74上，中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到上部整流筒27的间隔均低于中空纤维膜2的外径的3倍。因此，中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到上部整流筒27的间隔一致，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。其结果，可以有效地抑制由流入内端面74的中空纤维膜束3与上部整流筒27之间的水引起的在中空纤维膜2的根部的破损。
另外，在粘接固定层7B的外端面71侧，通过十字板25B及插入棒26B的配置，在中空纤维膜2彼此之间形成间隔，该间隔的至少一部分成为中空纤维膜2外径的3倍以上。其结果，在未配置十字板25B及插入棒26B的区域，中空纤维膜2集中而变得密集，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。另一方面，在粘接固定层7B的内端面72上，中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到下部整流筒28的间隔均低于中空纤维膜2外径的3倍。因此，中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到下部整流筒28的间隔一致，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。其结果，可以有效地抑制由流入内端面72的中空纤维膜束3和下部整流筒28之间的水引起的在中空纤维膜2的根部的破损。
需要说明的是，对于本实施方式的情况，十字板25A、25B及插入棒26A、26B的宽度为中空纤维膜2外径的3倍以上，因此，即使不进行实物观察，也可判断，在粘接固定层7A、7B的外端面73、71上的中空纤维膜2彼此的间隔中，至少一部分间隔为中空纤维膜2外径的3倍以上。另一方面，在根据十字板25A、25B或插入棒26A、26B等偏置限制构件的宽度等不能直接类推的情况下，也可以通过观察粘接固定层7A、7B的外端面73、71并实际测定尺寸来进行判断。在该情况下，中空纤维膜2的外径可以根据多个中空纤维膜2的平均而求得。
另外，在粘接固定层7A、7B的内端面74、72上，关于是否中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到各整流筒27、28的间隔全部低于中空纤维膜2外径的3倍的判断，可以通过观察粘接固定层7A、7B的内端面74、72并实际测定尺寸来判断。在该情况下，中空纤维膜2的外径可以根据多个中空纤维膜2的平均而求得。
另外，本实施方式中，由于使用了形状不同的多种偏置限制构件，具体而言，使用了十字板25A、25B、插入棒26A、26B，因此，可以容易地调整外端面73、71及内端面74、72上的中空纤维膜2彼此的间隔。其结果，在外端面73、71上，容易使通过配置十字板25A及插入棒26A而形成的中空纤维膜2彼此的间隔的至少一部分达到中空纤维膜2外径的3倍以上。另外，在内端面74、72上，容易使中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到上部整流筒27的间隔全部低于中空纤维膜2外径的3倍。
根据以上，可以降低中空纤维膜2的密度分布的偏置，但在本实施方式中，为了修正中空纤维膜2的密度分布的不均等，进行了更进一步的考察。以下，说明其内容。
已重复说明，在上侧的粘接固定层7A的两端面73、74中，在中空纤维膜2开口的外端面73侧，被十字板25A及插入棒26A推开的中空纤维膜2集中而变得密集，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。另外，以使十字板25A及插入棒26A的高度除以粘接固定层7A的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8的方式，将十字板25A及插入棒26A配置于粘接固定层7A内。其结果，在成为粘接固定层7A的外端面73的相反侧的内端面74侧(中空纤维膜2的根部侧)，十字板25A及插入棒26A的影响变少，作为结果，不会发生中空纤维膜2的根部的部分间隔局部地扩大，中空纤维膜2彼此以及从中空纤维膜2到上部整流筒27的间隔一致，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。其结果，可以有效地抑制由流入内端面74的中空纤维膜束3与上部整流筒27之间的水引起的在中空纤维膜2的根部的破损。
另外，在本实施方式中，若插入棒26A的高度除以粘接固定层7A的厚度而得到的值比十字板25A的高度除以粘接固定层7A的厚度而得到的值大，则可以更切实地降低中空纤维膜2的密度分布的偏置。进一步，优选十字板25A的高度除以粘接固定层7A的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.7、插入棒26A的高度除以粘接固定层7A的厚度而得到的值为0.6以上且低于0.8。在此，所述“粘接固定层的厚度”是指，该粘接固定层整体的平均厚度，十字板或插入棒等偏置限制构件的高度是指，将对密度分布的控制造成实质性影响的构件进行数量平均而得到的高度。
下侧的粘接固定层7B也一样，粘接固定层7B的两端面71、72中，在中空纤维膜2开口的外端面71侧，被十字板25B(偏置限制构件)及插入棒26B(偏置限制构件)推开的中空纤维膜2集中而变得密集，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。另外，通过以使十字板25B及插入棒26B的高度除以粘接固定层7B的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8的方式配置十字板25B及插入棒26B，在成为粘接固定层7B的外端面71的相反侧的内端面72侧(中空纤维膜2的根部侧)，十字板25B及插入棒26B的影响变少，作为结果，不会发生中空纤维膜2的根部的部分间隔局部地扩大，中空纤维膜2彼此以及从中空纤维膜2到下部整流筒28的间隔一致，可修正中空纤维膜2的密度分布的不均。其结果，可以有效地抑制由流入内端面72的中空纤维膜束3和下部整流筒28之间的水引起的在中空纤维膜2的根部的破损。
另外，若插入棒26B的高度除以粘接固定层7B的厚度而得到的值比十字板25B的高度除以粘接固定层7B的厚度而得到的值大，则可以更切实地降低中空纤维膜2的密度分布的偏置。进一步，优选十字板25B的高度除以粘接固定层7B的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.7、插入棒26B的高度除以粘接固定层7B的厚度而得到的值为0.6以上且低于0.8。
如上所述，在粘接固定层7A、7B内，通过修正中空纤维膜2的密度分布的不均，可抑制被处理水的偏流，有效地抑制在中空纤维膜2的根部的破损，由此，即使增大过滤流量也不易产生破损，可以使中空纤维膜组件1的寿命提高。对于该效果，结合图9A～图9F进行更详细地说明。其中，图9A是示意性地示出本实施方式的中空纤维膜组件1下侧的粘接固定层7B的纵向剖视图，图9B是沿着图9A的b-b线剖切的示意性剖视图。另外，图9C是示意性地示出比较例2的中空纤维膜组件300下侧的粘接层的纵向剖视图，图9D是沿着图9C的d-d线剖切的示意性剖视图。另外，图9E是示意性地示出比较例1的中空纤维膜组件200下侧的粘接层的纵向剖视图，图9F是沿着图9E的f-f线剖切的示意性剖视图。需要说明的是，在以下说明中，主要以下侧的粘接固定层为例进行说明，但有时也与下侧的粘接固定层的说明一起对有关上侧的粘接固定层的情况进行说明。
本发明人等发现，在将比较例1的中空纤维膜组件200(以下称为“比较例200”)设置于超纯水制造用的过滤装置、并通过外压过滤实施规定的水处理时，在较短的时间内即会发生中空纤维膜201的断裂。为此，本发明人等对该断裂部位B进行了验证，结果发现，在插入物202(偏置限制构件25A、25B)插入中空纤维膜束内的实施方式中，中空纤维膜201的断裂部位B并非不规则地产生，而是在整流筒203内从粘接固定层205突出的中空纤维膜201的根部产生(参照图9E)。另外发现，断裂部位B正好为配置板状插入物202的部位的正上方(或正下方)附近(参照图9F)。
进而，本发明人等对为了查明该原因而对比较例200进行了验证，结果发现，在比较例200中，插入物202的尺寸较长，因而其上端到达粘接固定层205的上端面(内端面)附近，其结果，中空纤维膜201的根部与插入物202之间的距离变得极短。还发现，由于该距离较短，因此在比较例200中，夹着插入物202而邻接的中空纤维膜201彼此的间隙在粘接固定层205内未被吸收，且表现至直到中空纤维膜201的根部，产生了中空纤维膜201的密度变得稀疏的间隙VL。进而，本发明人等推测可能会出现下述情况：在外压过滤时进入整流筒203内而被过滤的被处理水中，流过该间隙VL的流量局部地增大，作为其结果，壳体内的流动变得不均(偏流)，间隙VL附近的中空纤维膜201的振动变大，在施加超负荷、增大过滤流量时，易产生破损。
于是，本发明人等想到上述课题而颠倒想法，制成比较例2的中空纤维膜组件300(以下称为“比较例300”)，并如图9C、图9D所示那样，缩短插入物302的尺寸，由此确认到，夹着插入物302而邻接的中空纤维膜301彼此的间隙在粘接固定层305内被吸收，在配置有板状的插入物302的正上方(或正下方)，不会以一定以上的大小产生邻接的中空纤维膜301彼此的间隙。在将该比较例300设置于超纯水制造用的过滤装置中、并通过外压过滤实施给定的水处理时，与比较例200相比，中空纤维膜的寿命提高。但是，对于该比较例300而言，虽然在插入物302的正上方(或正下方)未发生中空纤维膜301的断裂，但新产生了下述断裂：在自粘接固定层305露出的中空纤维膜束310的外缘部的中空纤维膜301的根部集中地产生了中空纤维膜301的断裂。
进而，本发明人等推测：在缩短了插入物302的尺寸的比较例300中，在插入物302的正上方(或正下方)不会以一定以上的大小产生邻接的中空纤维膜301彼此的间隙，而是取而代之地，中空纤维膜束310和整流筒303之间的间隙达到一定以上的大小，且该间隙的大小不均，因此在间隙特别大的部分会产生偏流，其结果，因中空纤维膜301发生大幅振动，引起中空纤维膜301的断裂。
根据这两件比较例1、2，本发明人等针对能够同时克服下述问题的中空纤维膜组件的构造进行了研究，所述问题包括：插入物202正上方(或正下方)的夹着插入物202而邻接的中空纤维膜201彼此的间隙以一定以上的大小产生(比较例200中的课题)；在中空纤维膜束310和整流筒303之间以一定以上不均一的大小产生间隙(比较例300中的课题)。其结果，本发明人等想到了能够进一步提高中空纤维膜的寿命、可得到水质长期良好的超纯水的中空纤维膜组件。
即，对于本实施方式的中空纤维膜组件1的情况，可以确认：在粘接固定层7A、7B的外端面73、71上，通过配置十字板25A、25B及插入棒26A、26B而形成的中空纤维膜2彼此的间隔的至少一部分为中空纤维膜2的外径的3倍以上，在粘接固定层7A、7B的内端面74、72上，中空纤维膜2彼此的间隔以及从中空纤维膜2到上部整流筒27的间隔均低于中空纤维膜2的外径的3倍。于是，作为其结果，发现可以克服上述两个课题，能够进一步提高中空纤维膜的寿命、可得到水质长期良好的超纯水。
以下，针对用以实现如上所述的中空纤维膜2彼此的间隔的粘接固定层的结构的一例及其效果进行说明。具体而言，通过具有适当地设置于粘接固定层7A、7B内的偏置限制构件(十字板25A、25B及插入棒26A、26B)，并使包封于粘接固定层7A、7B内的偏置限制构件(十字板25A、25B及插入棒26A、26B)的高度除以粘接固定层7A、7B的厚度而得到的值、即“偏置限制构件高度/粘接固定层厚度”的值为0.5以上且比0.8小的范围，作为结果，可实现上述中空纤维膜2彼此的间隔，故优选。
例如，在“偏置限制构件高度/粘接固定层厚度”的值为0.8以上的情况下，如比较例200中所示那样，有时会在粘接固定层的内端面上产生由偏置限制构件202引起的间隙，导致中空纤维膜201彼此的间隔达到中空纤维膜201的外径的3倍以上(参照图9E、图9F)。即，在比较例200中，推测存在内端面受到偏置限制构件202的影响而产生其正上方(或正下方)的间隙VL、进而在该部分产生偏流的可能性，作为结果，会引发中空纤维膜2的断裂。另一方面，在“偏置限制构件高度/粘接固定层厚度”的值小于0.5的情况下，在粘接固定层的内端面上，不会产生由偏置限制构件302引起的间隙，但有时会导致从中空纤维膜301到整流筒303的间隔达到中空纤维膜301的外径的3倍以上(参照图9C、图9D)。即，推测在比较例300中，存在在中空纤维膜301和整流筒303的间隙部分产生偏流的可能性，会引起在中空纤维膜束外周部的根部的中空纤维膜301的断裂。即，通过使“偏置限制构件高度/粘接固定层厚度”为0.5以上且低于0.8，可以克服上述两个课题，能够进一步提高中空纤维膜的寿命、可得到水质长期良好的超纯水。
接下来，对构成本实施方式的中空纤维膜组件1的各要素、及其变形例进行更详细地说明。
(中空纤维膜)
作为中空纤维膜，可使用例如反渗透膜、纳米过滤膜、超滤膜及微滤膜，只要根据作为除去对象的物质大小区分使用即可。特别是在用作超纯水的终滤器的情况下，数nm～数百nm的微粒成为除去对象，因此优选使用超滤膜。
中空纤维膜的材料没有特别限定，可以举出：聚砜、聚醚砜、聚苯砜树脂、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚(4-甲基戊烯)、乙烯-乙烯醇共聚物、纤维素、乙酸纤维素、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯等，另外，也可以使用它们的复合材料。特别是在离子成分、有机成分的水质基准严格的超纯水用途中，作为溶出少的中空纤维膜的材料，优选使用聚砜、聚醚砜、聚苯砜等聚砜类树脂。
另外，作为中空纤维膜的形状，优选内径为200μm～2000μm，更优选为500～1500μm，优选使用内径相对于外径的比(内/外径比)为0.3～0.8的中空纤维膜。
特别优选过滤能力更高的膜，为了提高过滤速度，优选使用具有0.8mL/min/cm2(在0.1MPa、25℃)以上的过滤能力的中空纤维膜。其中，优选断裂强度、压缩强度高的材质、且具有0.5MPa以上的耐压性的材料。
另外，相对于整流筒(上部整流筒27，下部整流筒28)内的内端面的面积，中空纤维膜在内端面上占有的面积、所谓的填充率为40％以上且低于85％的情况下，可更明显地显示出作为中空纤维膜组件1的效果。在填充率比40％小的情况下，每一个组件的膜面积变小，因此，过滤流量变小，不优选。另外，若填充率达到85％以上，则由于中空纤维膜束的直径变大，会产生在将中空纤维膜束插入壳体时导致中空纤维膜损伤等问题。为了兼顾大的过滤流量和持久性，更优选填充率为50％以上且低于70％。
(偏置限制构件)
在上述实施方式中，例示了由十字板25A、25B及插入棒26A、26B构成的偏置限制构件，但就最初的偏置限制构件而言，例如可以采用剖面形状为圆形、椭圆形、或四边形、六边形等多边形，或星形形状、板状或棒状等形状，没有特别限定。另外，可以将这些构件组合使用。通过如上述实施方式那样，组合使用平板状的十字板25A、25B和棒状的插入棒26A、26B，可以容易且适宜地实现粘接固定层的内端面上的中空纤维膜的密度分布的均一化。
另外，从易于控制中空纤维膜的分布的观点来看，优选偏置限制构件的粗度为中空纤维膜的外径的3倍以上且20倍以下。特别是，通过设为3倍以上，在粘接固定层的外端面上，可以切实地使通过配置偏置限制构件而形成的中空纤维膜彼此的间隔达到中空纤维膜的外径的3倍以上。需要说明的是，这里的所述“粗度”是指，在偏置限制构件的长度方向上其截面积最大的部分的当量圆直径。另外，中空纤维膜的外径通常为0.6mm～2.5mm，因此，具体而言，特别优选采用1.8mm～50mm的范围。需要说明的是，在配置于偏置限制构件的前端部分的情况下，具体而言，在配置于粘接固定层内的情况下，优选成为内端面侧的前端部分形成为锥子状等锥状。通过将偏置限制构件的前端部分设为锥状，易于插入中空纤维膜束3内。需要说明的是，在前端部分带有锥形的情况下，作为其程度，可以将锥度比设为1/70～1/1。另外，偏置限制构件带有锥形的情况下，可以仅前端部分具有，也可以贯穿偏置限制构件整体。需要说明的是，对于内端面侧为锥状的偏置限制构件，不限于棒状的偏置限制构件，也包括板状的偏置限制构件。
作为偏置限制构件的材质，可以广泛使用高分子材料、无机材料等，没有特别限定，可使用与构成粘接固定层的粘接剂的相容性良好、可期待充分的粘接效果，且具有与粘接剂同等或其以上的拉伸弹性模量的材料。特别是，在超纯水用途中使用中空纤维膜组件的情况下，优选使用离子成分的溶出少的有机高分子材料。
作为插入偏置限制构件的量，从防止中空纤维膜的偏置的观点来看，优选粘接固定层内的偏置限制构件相对于粘接固定层内的中空纤维膜的占有体积为5％以上且20％以下，为了兼得较大的过滤量和持久性，更优选为10％以上且18％以下。其中，优选以使偏置限制构件的高度除以粘接固定层的厚度而得到的值以0.5以上且低于0.8的方式进行调整。
(整流筒)
关于整流筒(整流板)，只要能够对中空纤维膜束端部由流入的被处理水而引发的中空纤维膜束的振动加以抑制即可，对于形状没有特别限制，但在具有圆筒形壳体的膜组件中，通常使用圆筒形的形状。
另外，整流筒距粘接固定层的内端面的高度h与整流筒的内径d的比率h/d的值优选为0.7以上且低于1.1。在该值低于0.7的情况下，在从下部喷嘴供给被处理水的外压过滤方式中使用中空纤维膜组件的情况下，整流筒的高度不足，不能充分保护中空纤维膜束免于受到被处理水流入时的冲击的影响。另一方面，在该值为1.1以上的情况下，虽可以充分保护使其免于受到被处理水从下部喷嘴流入时的冲击的影响，但超过整流筒而流入中空纤维膜束侧的水流极大，作为其结果，因中空纤维膜大幅振动而导致中空纤维膜容易发生断裂。
(防接触构件)
关于包覆中空纤维膜束的网状的防接触构件，对于材料没有特别限定，可以举出：聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚(4-甲基戊烯)、乙烯-乙烯醇共聚物、纤维素、乙酸纤维素、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物等，另外，也可以使用它们的复合材料。
需要说明的是，如果考虑到向中空纤维膜束的安装，防接触构件优选采用聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物等。另外，形成网的材料的线径优选为0.2mm以上且2mm以下。在低于0.2mm的情况下，无法期待充分的防接触效果，在比2mm大的情况下，网变得刚直，因此，防接触构件本身对中空纤维膜造成损伤。
(粘接固定层)
粘接固定层通过注入给定的粘接剂并使其固化而形成。作为该粘接剂，优选环氧树脂、聚氨酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、硅树脂等高分子材料。其中，在用于超纯水用途的情况下，为了避免来自粘接固定层的离子成分、有机成分溶出至过滤水中，特别优选溶出成分少的环氧树脂。
实施例
在以下的实施例及比较例中，作为中空纤维膜，使用了聚砜制超滤膜和组件外壳。以下示出其特性。
[关于聚砜制超滤膜]
内径/外径：0.6mm/1.0mm，外表面积换算透水量：500L/m2/hr(膜有效长度为5cm时的测定值)，断裂强度：5.5MPa，断裂伸长率：80％。
中空纤维膜的外表面积换算透水量是以下述过滤水量表示的值，所述过滤水量使用有效长度为50mm的中空纤维膜以0.1MPa的压力对利用RO膜过滤后的25℃的纯水进行过滤时，每单位面积(外表面积)、单位时间的过滤水量。另外，中空纤维膜的断裂强度及断裂伸长率使用(株)岛津制作所制造的Autograph AGS-5D，以样品的有效长度30mm、拉伸速率50mm/分钟进行了测定。
断裂强度(MPa)是通过用每1根中空纤维膜的断裂时的负载除以拉伸前的膜的截面积而计算出的值。断裂伸长率(％)是达到断裂时的拉伸后的长度与原长之比。
[用于中空纤维膜组件制作的壳体尺寸]
作为筒状外壳，使用了以下规格的聚砜制筒状壳体。过滤区的圆筒部内径/外径：154mm/170mm，喷嘴部的圆筒部内径/外径：162mm/183mm，喷嘴的内径：58mm，筒状外壳的长度/喷嘴的中心间距离：1050mm/872mm。
[过滤评价方法和泄漏检查方法]
使用图8所示的过滤装置，以外压过滤进行了运转。在实施评价前，如下所述地进行了泄漏检查。即，在取下两端的配管连接用盖后，将组件浸渍在水槽中使内部充满纯水。接着，封闭一侧的喷嘴以形成密闭状态，其它的喷嘴与压缩空气配管连接。缓慢施加空气压使压力升至0.1MPa，观察组件两端来确认是否有持续从中空纤维膜的中空部流出的气泡，在持续确认到气泡的情况下，特定为发生了泄漏。
[实施例1]
将线径0.5mm的聚乙烯制网作为防接触构件对聚砜制的中空纤维膜11600根进行包覆，并收纳于聚砜制壳体内，使用两端部用环氧树脂固定的中空纤维膜组件进行了过滤运转。
在中空纤维膜束的端部，作为偏置限制构件，使用与形成粘结固定层的环氧树脂相同的环氧树脂，插入高度70mm、宽度138mm、厚度5mm的十字形状(十字板)和高度75mm、直径10mm的圆筒状的插入棒。另外，十字板避开下部喷嘴或与上部喷嘴的对面侧而配置于粘接固定层内。其中，十字板和整流筒的分开距离为22mm，粘接层内的十字板的高度为23mm，从粘接固定层的内端面到十字板的距离为28mm。另外，作为整流筒，使用了内径140mm、高度135mm的圆筒状的整流筒。
将中空纤维膜组件安装于过滤装置的给定的配管，对作为非处理水的超纯水进行了过滤。作为超纯水，使用了如下水质的水，即，通过对河流水实施利用微滤膜和反渗透膜及离子交换树脂的处理、以及UV杀菌处理而制造的、其电阻率值为18.1MΩ·cm，水中的0.1μm以上的微粒数为20000个/L的水质的水。
此时，对于向中空纤维膜组件供给被处理水的供给流量，调整泵出口阀的开度使流量达到25m3/h，其中，使过滤水量为24.5m3/h、浓缩水量为0.5m3/h。
运转开始两个月之后，测量该过滤水中的0.1μm以上的微粒数，结果为0个/L。在该时刻停止运转，使用空气以外压实施泄漏检查(保持0.1MPa/2分钟)，但未观察到从组件切割端面的空气泄漏。
拆卸该组件并取出中空纤维膜，作为中空纤维膜性能的评价，测定了外表面换算透水量，结果为490L/m2/hr，基本无变化。另外，除去粘接固定层的内端面附近的中空纤维膜束，观察内端面，确认到：在中空纤维膜束、中空纤维膜束和整流筒之间没有中空纤维膜的外径的3倍以上大小的间隙。
另外，沿着中空纤维膜的长度方向将粘接固定层对半分割，测定粘接固定层的厚度及偏置限制构件的长度，结果，粘接固定层的厚度为55mm，粘接固定层内的十字板的高度为30mm，粘接固定层内的插入棒的高度为35mm。由此算出偏置限制构件高度/粘接固定层厚度，结果，就十字板而言，为30/55＝0.55倍，就插入棒而言，为35/55＝0.64倍。另外，距粘接固定层的内端面的高度为125mm，与整流筒的内径140mm的比率为0.89。
[实施例2]
除了使用内径140mm、高度185mm的圆筒状整流筒作为整流筒以外，与实施例1同样地制作中空纤维膜组件，并进行了过滤运转。
运转开始两个月之后，测量该过滤水中0.1μm以上的微粒数，结果为70个/L。在该时刻停止运转，并使用空气以外压实施泄漏检查(保持0.1MPa/2分钟)。泄漏检查的结果，观察到了从组件切割端面的空气泄漏，但仅为两个部位。
拆卸该组件并取出中空纤维膜，作为中空纤维膜性能的评价，测定了外表面换算透水量，结果为490L/m2/hr，基本无变化。另外，除去粘接固定层的内端面附近的中空纤维膜束，观察内端面，确认到：在中空纤维膜束、中空纤维膜束和整流筒之间没有中空纤维膜的外径的3倍以上大小的间隙。
另外，沿着中空纤维膜的长度方向将粘接固定层对半分割，测定粘接固定层的厚度、偏置限制构件的长度，结果，粘接固定层的厚度为55mm，粘接固定层内的十字板的高度为30mm，粘接固定层内的插入棒的高度为35mm。由此算出偏置限制构件高度/粘接固定层厚度，结果，就十字板而言，为30/55＝0.55倍，就插入棒而言，为35/55＝0.64倍。另外，距粘接固定层的内端面的高度为125mm，与整流筒的内径140mm的比率为0.89。另外，距粘接固定层的内端面的高度为175mm，与整流筒的内径140mm的比率为1.25。
[实施例3]
除了使用高度78mm、宽度138mm、厚度5mm的十字形状(十字板)、和高度83mm、直径10mm的圆筒状的插入棒作为偏置限制构件以外，与实施例1同样地制作中空纤维膜组件，并进行了过滤运转。
运转开始两个月之后，测量该过滤水中的0.1μm以上的微粒数，结果为100个/L。在该时刻停止运转，并使用空气以外压实施泄漏检查(保持0.1MPa/2分钟)。泄漏检查的结果，观察到了从组件切割端面的空气泄漏，但仅为3个部位。
拆卸该组件并取出中空纤维膜，作为中空纤维膜性能的评价，测定了外表面换算透水量，结果为490L/m2/hr，基本无变化。另外，除去粘接固定层的内端面附近的中空纤维膜束，观察内端面，确认到：在中空纤维膜束、中空纤维膜束和整流筒之间没有中空纤维膜的外径的3倍以上大小的间隙。
另外，沿着中空纤维膜的长度方向将粘接固定层对半分割，测定粘接固定层的厚度、偏置限制构件的长度，结果，粘接固定层的厚度为55mm，粘接固定层内的十字板的高度为38mm，粘接固定层内的插入棒的高度为43mm。由此算出偏置限制构件高度/粘接固定层厚度，结果，就十字板而言，为38/55＝0.69倍，就插入棒而言，为43/55＝0.78倍。另外，距粘接固定层的内端面的高度为125mm，与整流筒的内径140mm的比率为0.89。
[比较例1]
将线径0.5mm的聚乙烯制网作为防接触构件对聚砜制的中空纤维膜11600根进行包覆，并收纳于聚砜制壳体内，使用两端部用环氧树脂固定的中空纤维膜组件进行过滤运转。
在中空纤维膜束的端部，作为偏置限制构件，使用与形成粘结固定层的环氧树脂相同的环氧树脂，仅插入高度85mm、宽度138mm、厚度5mm的十字形状(十字板)，除此以外，与实施例1同样。
将中空纤维膜组件安装于过滤装置的给定的配管，对作为非处理水的超纯水进行过滤。作为超纯水，使用如下水质的水，即，通过对河流水实施利用微滤膜和反渗透膜及离子交换树脂的处理、以及UV杀菌处理而制造的、其电阻率值为18.1MΩ·cm，水中的0.1μm以上的微粒数为20000个/L的水质的水。
此时，对于向中空纤维膜组件供给被处理水的供给流量，调整泵出口阀的开度使流量达到25m3/h，其中，使过滤水量为24.5m3/h、浓缩水量为0.5m3/h。
运转开始两个月之后，测量该过滤水中的0.1μm以上的微粒数，结果为1400个/L。在该时刻停止运转，使用空气以外压实施泄漏检查(保持0.1MPa/2分钟)，观察到了非常多的从组件切割端面的空气泄漏，具体而言，观察到35个部位的空气泄漏。
拆卸该组件并取出中空纤维膜，作为中空纤维膜性能的评价，测定了外表面换算透水量，结果为490L/m2/hr，基本无变化。另外，除去粘接固定层的内端面附近的中空纤维膜束，观察内端面，结果确认到，在中空纤维膜束之间产生了中空纤维膜的外径的3倍以上大小的间隙，且在其附近，多个中空纤维膜发生断裂。
另外，沿着中空纤维膜的长度方向将粘接固定层对半分割，测定偏置限制构件高度/粘接固定层厚度，结果为45/55＝0.82倍。另外，距粘接固定层的内端面的高度为125mm，与整流筒的内径140mm的比率为0.89。
[比较例2]
将线径0.5mm的聚乙烯制网作为防接触构件对聚砜制的中空纤维膜11600根进行包覆，并收纳于聚砜制壳体内，使用两端部用环氧树脂固定的中空纤维膜组件进行过滤运转。
在中空纤维膜束的端部，作为偏置限制构件，使用与形成粘结固定层的环氧树脂相同的环氧树脂，仅插入高度63mm、宽度138mm、厚度5mm的十字形状(十字板)，除此以外，与实施例1同样。
将中空纤维膜组件安装于过滤装置的给定的配管，对作为非处理水的超纯水进行过滤。作为超纯水，使用如下水质的水，即，通过对河流水实施利用微滤膜和反渗透膜及离子交换树脂的处理、以及UV杀菌处理而制造的、其电阻率值为18.1MΩ·cm、水中的0.1μm以上的微粒数为20000个/L的水质的水。
此时，对于向中空纤维膜组件供给被处理水的供给流量，调整泵出口阀的开度使流量达到25m3/h，其中，使过滤水量为24.5m3/h、浓缩水量为0.5m3/h。
运转开始两个月之后，测量该过滤水中的0.1μm以上的微粒数，结果为800个/L。在该时刻停止运转，使用空气以外压实施泄漏检查(保持0.1MPa/2分钟)，观察到了非常多的从组件切割端面的空气泄漏，具体而言，观察到20个部位的空气泄漏。
拆卸该组件并取出中空纤维膜，作为中空纤维膜性能的评价，测定了外表面换算透水量，结果为490L/m2/hr，基本无变化。另外，除去粘接固定层的内端面附近的中空纤维膜束，观察内端面，结果确认到，在中空纤维膜束之间产生了外径的3倍以上大小的间隙，且在其附近，多个中空纤维膜发生断裂。
另外，沿着中空纤维膜的长度方向将粘接固定层对半分割，测定偏置限制构件高度/粘接固定层厚度，结果为23/55＝0.42倍。另外，距粘接固定层的内端面的高度为125mm，与整流筒的内径140mm的比率为0.89。
如表1所示，在将实施例1和比较例1加以比较的情况下，在运转开始两个月之后测定的过滤水中的0.1μm以上的微粒数，在实施例1中为0(个/L)，与之相对，在比较例1中非常高，为1400(个/L)。另外，从中空纤维膜组件切割端面的空气泄漏在实施例1中为0(个部位)，与之相对，在比较例1中为35(个部位)。
另外，在实施例1中未确认到中空纤维膜束、中空纤维膜束和整流筒之间的中空纤维膜外径的3倍以上大小的间隙、以及大量中空纤维膜的断裂，与之相对，在比较例1中确认到了上述间隙及断裂。在此，偏置限制构件(十字板)的高度除以粘接固定层的厚度而得到的值为0.82，因此，诸如会在十字板的正上方(或正下方)的邻接的中空纤维膜彼此间产生间隙那样的十字板的影响较大。即，可认为比较例1中的间隙在十字板的正上方(或正下方)产生。
另一方面，可以推测，由于在运转开始两个月之后测定的中空纤维膜的外表面换算透水量均与490(L/m2/hr)相等，因此在运转开始两个月之后未确认到中空纤维膜自身的过滤性能的劣化。
因此，可以推测，比较例1中的测量结果比实施例1中的测量结果差并不归因于中空纤维膜自身的过滤性能的劣化，而是归因于：由于在十字板的正上方(或正下方)存在中空纤维膜的外径的3倍以上大小的间隙而引发偏流，导致中空纤维膜发生断裂。
接着，如表1所示，在将实施例1和比较例2加以比较的情况下，在运转开始两个月之后测定的过滤水中的0.1μm以上的微粒数在实施例1中为0(个/L)，与之相对，在比较例2中为800(个/L)。另外，从中空纤维膜组件切割端面的空气泄漏在实施例1中为0(个部位)，与之相对，在比较例2中为20(个部位)。这些比较例2的测定值虽然比比较例1低，但依然是较高的数值。
另外，在实施例1中未确认到中空纤维膜束、中空纤维膜束和整流筒之间的中空纤维膜外径的3倍以上大小的间隙、以及大量中空纤维膜的断裂，与之相对，在比较例2中确认到了上述间隙及断裂。在此，偏置限制构件(十字板)的高度除以粘接固定层的厚度而得到的值为0.42，因此，诸如会在十字板的正上方(或正下方)的邻接的中空纤维膜彼此间产生间隙那样的十字板的影响较小。即，可认为比较例2中的间隙不是在十字板的正上方(或正下方)产生、而是在中空纤维膜束和整流筒之间产生。
另一方面，可以推测，由于比较例2中的中空纤维膜的外表面换算透水量为490(L/m2/hr)，与实施例1相等，因此在比较例2中也未确认到中空纤维膜自身的过滤性能的劣化。
因此，可以推测，比较例2中的测量结果比实施例1中的测量结果差并不归因于中空纤维膜自身的过滤性能的劣化，而是归因于：由于在中空纤维膜束和整流筒之间存在中空纤维膜的外径的3倍以上大小的间隙而引发偏流，导致中空纤维膜发生断裂。
在此，在实施例1中，偏置限制构件的高度除以粘接固定层的厚度而得到的值对于十字板而言为0.55，对于插入棒而言为0.64。因此，在实施例1的中空纤维膜组件中，偏置限制构件的高度除以粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8。
另外，作为偏置限制构件，将厚度5mm的十字板和直径10mm的圆筒状的插入棒插入中空纤维膜束的两端部。通过配置这些偏置限制构件，粘接固定层的外端面上的中空纤维膜彼此的间隔在沿着十字板的部分至少分开5mm，在插入棒的部分至少分开10mm。另一方面，由于中空纤维膜(聚砜制超滤膜)的外径为1.0mm，因此，中空纤维膜外径的3倍为3.0mm。因此，在实施例1的中空纤维膜组件中，在粘接固定层的外端面上，通过配置偏置限制构件而形成的中空纤维膜彼此的间隔的至少一部分为中空纤维膜的外径的3倍以上。另外，运转开始两个月之后，拆卸中空纤维膜组件并观察粘接固定层的内端面的结果，在粘接固定层的内端面上，中空纤维膜彼此的间隔以及从中空纤维膜到整流筒的间隔均低于中空纤维膜的外径的3倍。
通过这样构成偏置限制构件，如上所述，与比较例1及比较例2相比，实施例1具有有利的效果。
另外，如表1所示，在将实施例1和实施例2加以比较的情况下，在运转开始两个月之后测定的过滤水中的0.1μm以上的微粒数在实施例1中为0(个/L)，与之相对，在实施例2中为70(个/L)。另外，从中空纤维膜组件切割端面的空气泄漏在实施例1中为0(个部位)，与之相对，在实施例2中为2(个部位)。这些实施例2的测定值虽然比比较例1及比较例2低很多，但与实施例1相比，是较高的数值。
在此，整流筒距粘接固定层的内端面的高度除以整流筒的内径而得到的值在实施例1中为0.89，与之相对，在实施例2中为1.25。可以推测，在如实施例2那样，该值为1.1以上的情况下，超过整流筒并流入中空纤维膜束侧的水流变大，作为其结果，因中空纤维膜发生大幅振动而导致中空纤维膜容易发生断裂。
通过这样地构成整流筒，如上所述，相对于实施例2，实施例1具有更有利的效果。
根据以上的实施例确认到，通过使偏置限制构件的高度除以粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8，可降低中空纤维膜的破损。另外，还确认到，通过使粘接固定层的外端面上，因配置偏置限制构件而形成的中空纤维膜彼此的间隔的至少一部分为中空纤维膜的外径的3倍以上，在粘接固定层的内端面上，中空纤维膜彼此的间隔以及从中空纤维膜到整流筒的间隔均低于中空纤维膜外径的3倍，由此，可降低中空纤维膜的破损。此外，还确认到，通过使整流筒距粘接固定层的内端面的高度h与整流筒的内径d的比率为0.7以上且低于1.1，可以进一步降低中空纤维膜的破损。
[表1]
根据本实施方式的中空纤维膜组件以及使用了该组件的外压过滤方法，由于结构构件、制造工艺基本没有改变，因此尽管未增加生产成本，也能够提供可实现长寿命化的中空纤维膜组件。根据使用了该中空纤维膜组件的外压过滤方法，可以长期稳定地制造水质优异的过滤水，特别是，适于作为超纯水制造设备中使用的终滤器。

Claims (15)

1.一种中空纤维膜组件，其具备：
包含多根中空纤维膜的中空纤维膜束、
收容所述中空纤维膜束的壳体、
将所述中空纤维膜束的两端部粘接固定于所述壳体的粘接固定层、以及
设置于所述壳体的流体的出入口，
其中，
所述中空纤维膜组件具备偏置限制构件和整流筒，
所述偏置限制构件是为了减少所述中空纤维膜束中的所述中空纤维膜的密度分布的偏置而配置于所述中空纤维膜束的至少一侧端部内的构件，
所述整流筒包围所述中空纤维膜束的所述端部侧的一部分，
所述整流筒的一部分固定于所述粘接固定层，
所述偏置限制构件包封于所述粘接固定层内，
所述粘接固定层具有外端面和内端面，
在所述外端面，所述中空纤维膜开口，
所述内端面为所述外端面的相反侧，其形成于所述整流筒内，在所述粘接固定层的所述外端面上，因配置所述偏置限制构件而形成的所述中空纤维膜彼此的间隔的至少一部分为所述中空纤维膜外径的3倍以上，
在所述粘接固定层的所述内端面上，所述中空纤维膜彼此的间隔、以及从所述中空纤维膜到所述整流筒的间隔均低于所述中空纤维膜外径的3倍。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，
所述偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8。
3.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，
形状不同的多种所述偏置限制构件组合配置于所述粘接固定层内。
4.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，
板状的所述偏置限制构件和棒状的所述偏置限制构件组合配置于所述粘接固定层内，
所述棒状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值大于所述板状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值。
5.根据权利要求4所述的中空纤维膜组件，其中，
所述板状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.7，所述棒状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.6以上且低于0.8。
6.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，
所述整流筒距所述粘接固定层的所述内端面的高度h与所述整流筒的内径d之比为0.7以上且低于1.1。
7.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其中，
所述偏置限制构件的所述内端面侧为锥状。
8.一种过滤方法，其使用了权利要求1所述的中空纤维膜组件，
其中，该过滤方法包括：
将被处理水向所述壳体内的所述中空纤维膜外的区域供给，并将透过到所述中空纤维膜内的处理水从该中空纤维膜的开口导出。
9.根据权利要求8所述的过滤方法，其中，
所述处理水为超纯水。
10.根据权利要求8所述的过滤方法，其中，
所述中空纤维膜组件的所述偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.8。
11.根据权利要求8所述的过滤方法，其中，
所述中空纤维膜组件中，形状不同的多种所述偏置限制构件组合配置于所述粘接固定层内。
12.根据权利要求8所述的过滤方法，其中，
所述中空纤维膜组件中，板状的所述偏置限制构件和棒状的所述偏置限制构件组合配置于所述粘接固定层内，
所述棒状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值大于所述板状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值。
13.根据权利要求12所述的过滤方法，其中，
所述中空纤维膜组件中，所述板状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.5以上且低于0.7，所述棒状的偏置限制构件的高度除以所述粘接固定层的厚度而得到的值为0.6以上且低于0.8。
14.根据权利要求8所述的过滤方法，其中，
所述中空纤维膜组件中，所述整流筒距所述粘接固定层的内端面的高度h与所述整流筒的内径d之比为0.7以上且低于1.1。
15.根据权利要求8所述的过滤方法，其中，
所述中空纤维膜组件中，所述偏置限制构件的所述内端面侧为锥状。
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