CN112703048A - 中空丝膜组件 - Google Patents

Abstract

本公开的一个方式的中空丝膜组件具有多个开口端口，并且包括至少一侧壁开口的四角筒状的外部壳体、和构成为可放置沿上述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜且构成为可插入上述一侧壁的内部壳体。

Description

中空丝膜组件

技术领域

本公开涉及中空丝膜组件。本申请主张基于2018年10月12日申请的日本申请第2018-193633号的优先权，援用所述日本申请所记载的全部记载内容。

背景技术

为了过滤各种被处理液，使用以下所谓的错流式的中空丝膜组件，即，使在沿一个方向对齐的多个中空丝膜被容纳在圆筒状的壳体中，将被处理液从设置于壳体的一个端部的被处理液喷嘴供给至壳体内，从设置于壳体的另一端部的过滤液喷嘴排出透过中空丝膜的内部空间的过滤液，从设置于壳体的另一端部附近的侧面的浓缩液喷嘴排出浓缩被处理液得到的浓缩液。

圆筒体被广泛用作这样的中空丝膜组件的壳体，将多个中空丝膜沿轴向插入壳体后，密封该圆筒体的两端部。作为密封圆筒体的端部的方法，通常通过螺纹固定盖体来进行(参照日本特开平第11-5024号公报)。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平第11-5024号公报

发明内容

本公开的一个方式的中空丝膜组件具有多个开口端口，包括至少一侧壁开口的四角筒状的外部壳体、和构成为可放置沿上述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜且可插入上述一侧壁的内部壳体。

附图说明

图1为本公开的第1实施方式的中空丝膜组件的示意性立体图。

图2本公开的第1实施方式的中空丝膜组件的外部壳体的示意性立体图。

图3A为示出本公开的第1实施方式的中空丝膜组件的内部壳体的插入步骤的示意性立体图。

图3B为示出本公开的第1实施方式的中空丝膜组件的内部壳体的插入步骤的示意性立体图。

图4为示出本公开的第1实施方式的中空丝膜组件中的液体流路的概况剖面图。

图5为本公开的第2实施方式的中空丝膜组件的外部壳体的示意性立体图。

图6为本公开的第2实施方式的中空丝膜组件的示意性立体图。

图7为示出本公开的第2实施方式的中空丝膜组件中的液体的流路的概况剖面图。

图8为本公开的第3实施方式的中空丝膜组件的示意性立体图。

附图标记说明

1、50、100 中空丝膜组件

2、12、22 外部壳体

3 内部壳体

4 中空丝膜

5、6、7、15、16、17、25、26、27、28、29 开口端口

8 侧板

10、20、60 开口部

30、40、70 密封孔

32、42、72 底壁

33、43、73 上壁

34、35、44、45、74、75 侧壁

36 密封部

38、48 第1连通路

39、49 第2连通路

41 液体导入路

具体实施方式

本公开所要解决的问题

针对中空丝膜组件需要进一步提高分离性能。作为提高该分离性能的方法考虑提高中空丝膜组件中的中空丝膜的填充率，但在上述现有技术的中空丝膜组件的圆筒状的壳体中，不容易大幅提高中空丝膜的填充率。

本公开是基于上述情况提出的，目的在于提供一种能够提高中空丝膜的填充率，且实现分离性能的提高的中空丝膜组件。

本公开的效果

本公开的一个方式的的中空丝膜组件能够提高中空丝膜的填充率，实现分离性能的提高。

本公开的实施方式的说明

本发明人为了实现中空丝膜组件的中空丝膜的填充率的提高，认为中空丝膜组件的壳体的形状为四角筒状是有效的，并进行了研究。另一方面，中空丝膜组件的壳体的形状为四角筒状时，难以在壳体的末端采用圆筒形组件的螺纹结构。因此，考虑到通过采用特定的结构作为壳体的密封手段，是否能够容易密封壳体的末端，从而达到了本发明。

本公开的一个方式的中空丝膜组件具有多个开口端口，包括至少一侧壁开口的四角筒状的外部壳体、和构成为可放置沿上述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜并且构成为可插入上述一侧壁的内部壳体。

该中空丝膜组件通过使中空丝膜组件的壳体的形状为四角筒状，由于能够比圆筒形状的壳体装入更多的中空丝，因此能够提高中空丝膜组件中的中空丝膜的填充率，并且实现分离性能的提高，可以提供过滤性能、脱气性能更高的高性能的组件。此外，该中空丝膜组件包括至少一侧壁开口的四角筒状的外部壳体、和构成为可放置沿上述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜且构成为可插入上述一侧壁的内部壳体。由此，中空丝膜插入壳体后，无需采用螺纹结构作为外部壳体的密封手段也能够容易地密封壳体。

上述多个开口端口优选设置于上述外部壳体的同一壁上。这样通过将上述多个开口端口集中设置于同一壁上，能够容易将该中空丝膜组件安装于设备装置，并且能够使设置空间紧凑化。

上述中空丝膜相对于上述外部壳体的填充率优选为10％以上。

该中空丝膜组件通过上述中空丝膜的填充率为10％以上，能够进一步提高分离性能。在此，“中空丝膜的填充率”是指在外部壳体填充的中空丝膜的填充密度，由同一剖面中的各中空丝膜的外径求出的中空丝膜所占有的剖面积的总和相对于与由外部壳体的内表面形成的内部空间的中空丝膜长度方向垂直的剖面的面积的比例(％)(设为中空丝膜外径基准的填充率)。

上述内部壳体的侧板优选发挥作为上述一侧壁的盖体的功能。由此，中空丝膜插入壳体后，无需采用螺纹结构作为外部壳体的密封手段也能容易地密封壳体。

本公开的详细实施方式

以下，参照附图详细说明本公开的中空丝膜组件的各实施方式。

[第1实施方式]

图1～图3A、图3B示出本公开的第1实施方式的中空丝膜组件。第1实施方式的中空丝膜组件1包括内部壳体3、和容纳内部壳体3的外部壳体2。外部壳体2为四角筒状，具有多个开口端口，至少一侧壁开口。内部壳体3构成为可放置沿外部壳体2的长度方向对齐的多个中空丝膜4，且可插入外部壳体2的上述一侧壁而构成。该中空丝膜组件1用于过滤、脱气等各种膜分离用的用途。因此，该中空丝膜组件1根据过滤、脱气等用途而透过中空丝膜4的对象物体不同。例如，将该中空丝膜组件1用作过滤组件时，使被处理液中的溶剂透过，并且阻止被处理液所包含的一定粒径以上的杂质透过。此外，将该中空丝膜组件1用作脱气组件时，液体或气体均可透过中空丝膜。

在该中空丝膜组件1中，通过使中空丝膜组件的壳体的形状为四角筒状，由于能够比圆筒形状的壳体装入更多的中空丝，因此，能够提高中空丝膜组件中的中空丝膜的填充率，实现分离性能的提高，可以提供过滤性能、脱气性能更高的高性能组件。进一步地，通过使中空丝膜组件的壳体的形状为四角筒状，容易将该中空丝膜组件安装于设备装置。此外，通过使该中空丝膜组件包括至少一侧壁开口的四角筒状的外部壳体、和构成为可放置沿上述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜且可从上述一侧壁的开口插入而构成的内部壳体，可以不采用螺纹结构作为外部壳体2的密封手段而容易密封外部壳体2。

以下详细描述该中空丝膜组件的各结构部件。

＜外部壳体＞

如图1～图3A、B所示，在四角筒状的外部壳体2中，对置的2侧壁均开口，包括上壁33、底壁32、及对置的一对侧壁34和侧壁35。

即，外部壳体2具有开口部10和与开口部10对置的未图示的开口部。此外，外部壳体2具有多个开口端口5、开口端口6、开口端口7。

外部壳体2容纳放置由多个中空丝膜4构成的中空丝膜4的束的内部壳体3。从外部壳体2的开口部10插入内部壳体3。另外，在外部壳体2可插脱内部壳体3的结构的情况下，可以更换内部壳体3。

作为外部壳体2的各构成部件材质能够列举出例如铁、不锈钢、铝等金属、例如PTFE(聚四氟乙烯)、聚氯乙烯、聚乙烯、ABS树脂(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚体)等作为主成分的树脂组合物等，也可以每个结构部件采用不同的材质。

(开口端口)

外部壳体2具有多个开口端口5、开口端口6及开口端口7。

开口端口是流体的流出入口，其目的是作为液体的供给、以及回收所透过的液体或气体的出入口。开口端口5、开口端口6及开口端口7具有可以将配管连接至外侧的端部的接头结构。作为该接头结构列举出例如金属箍、法兰、外螺纹等。

开口端口5、开口端口6及开口端口7设置于外部壳体2的上壁33。开口端口5和开口端口7分别设置在比上壁33的后述密封孔30更靠近端部侧。此外，开口端口6设置于开口端口5与开口端口7之间的中央部。这样多个开口端口优选设置于外部壳体2的同一壁上。这样通过将上述多个开口端口集中设置于同一壁上，能够容易将该中空丝膜组件安装于设备装置，并且能够使设置空间紧凑化。此外，对开口端口的数目没有特别地限定，除了作为流体的流出入口的用途以外，也能应用于压力传感器等的配线线路。在此，同一壁是指例如构成部壳体的外周面的上壁、底壁、及对置的一对2侧壁中的任意一个壁都是相同的。

作为开口端口5、开口端口6及开口端口7的口径的下限优选为2mm，更优选为3mm。另一方面，作为开口端口的口径的上限优选为30mm，更优选为20mm。上述开口端口的口径不足上述下限时，杂质可能容易堵塞开口端口。另一方面，上述开口端口的口径超过上述上限时，流速变低，有可能产生沉积物。

＜内部壳体＞

内部壳体3构成为可以放置沿外部壳体2的长度方向对齐的多个中空丝膜。内部壳体3通过侧板8和密封部36将多个中空丝膜4一体化，在外部壳体2内，多个中空丝膜4保持向一个方向对齐的状态。此外，内部壳体3构成为可插入外部壳体2的开口部10。

(中空丝膜)

中空丝膜4为中空丝状的分离膜。对中空丝膜4的材料、膜形状、膜形态等没有特别地限制，例如可以使用树脂作为主成分的材料。在此，“主成分”是指含量最多的成分。

作为上述树脂，列举出例如聚乙烯、聚丙烯、聚(4-甲基戊烯-1)等的聚烯烃系树脂、聚二甲基硅氧烷及其共聚物等的硅系树脂、聚四氟乙烯、改性聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等的氟系树脂、乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚乙烯醇、聚苯醚、聚苯硫醚、醋酸纤维素、聚丙烯腈等。在这些之中，优选机械强度、耐化学药品性、耐热性、耐候性、不燃性等优异且具有多孔性的PTFE。另外，中空丝膜4的形成材料也可以适当配合其他聚合物、润滑剂等添加剂等。

作为中空丝膜4的侧壁的形状，列举出例如多孔膜、微多孔膜、不具有多孔质的均质膜(非多孔膜)等。作为中空丝膜4的膜形态列举出例如，膜整体的化学的或物理的结构是均质的对称膜(均质膜)、膜的化学的或物理的结构根据膜的部分而不同的非对称膜(非均质膜)。非对称膜(非均质膜)是具有非多孔质的致密层和多孔层的膜。在这种情况下，致密层也可以形成于膜的表层部分或多孔膜内部等、膜中的任何地方。非均质膜还包括化学结构不同的复合膜，3层结构这样的多层结构膜。

作为该中空丝膜组件1的该中空丝膜的填充率的下限优选为10％，更优选为15％。另一方面，作为该中空丝膜的填充率的上限优选为90％，更优选为80％。该中空丝膜的填充率不足上述下限时，该中空丝膜组件1的分离性能可能变小。相反，该中空丝膜的填充率超过上述上限时，在容器中填充中空丝膜时，有可能发生中空丝膜的破裂，或者在外部壳体2填充时可能产生困难。该中空丝膜组件1通过将上述中空丝膜的填充率设为10％以上，能够进一步提高分离性能。

(密封部)

密封部36通过分别保持多个中空丝膜4的两端部使多个中空丝膜4保持在一个方向对齐的状态而不缠结。

密封部36由树脂形成。也就是说，在密封部36中，树脂填充于中空丝膜4间之间。作为密封部36所使用的树脂列举出例如，环氧树脂、聚氨酯树脂、紫外线固化树脂、含氟树脂、聚酰胺树脂聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烃树脂等。在这些之中，从作为粘合剂的性能来看，更优选环氧树脂、聚氨酯树脂。

如图3A所示，密封部36未填充在中空丝膜4的内侧，仅填充在中空丝膜4之间及中空丝膜4与侧板8的内壁之间。

(密封孔)

外部壳体2包括分别设置在上壁33和底壁32的2个密封孔30。密封孔30是用于在从外部壳体2的开口部插入内部壳体3后，填充内部壳体3的长度方向两端部的上表面和下表面与外部壳体2的内壁之间的间隙而进行密封而设置的。即，4个密封孔30被构成为具有密封剂可填充在内部壳体3的长度方向两端部与外部壳体2的内壁之间的间隙的开口。也就是说，密封剂仅填充在内部壳体3的长度方向两端部的上表面和下表面与外部壳体2的内壁之间。此外，通过从密封孔30填充密封剂将内部壳体3固定在外部壳体2内。并且，通过密封剂使内部壳体3与外部壳体2粘着密封，使内部壳体3的长度方向两端部保持气密性，并且使外部壳体2的长度方向两端部开放。以这种方式，通过开放外部壳体2的长度方向两端部，形成作为如图4所示的流体流路的第1连通路38、39。

作为上述密封剂，只要对中空丝膜4具有较高的粘着性，能够在支撑体内固化即可。特别地，适用PTFE作为中空丝膜4的主成分时，作为填充材料的主成分，优选对PTFE具有较高的粘着性，能够可靠地防止中空丝膜4的脱落的环氧树脂及和聚氨酯。通过密封剂填充4个密封孔30支撑体能够气密密封中空丝膜4与支撑体之间的空间，并且能够防止未过滤的被处理液从外部混入已过滤的处理液。

(侧板)

如图3A所示，2个侧板8是分别与沿多个中空丝膜4的束的长度方向的两侧部抵接，支撑中空丝膜4的部件。侧板8构成为可从开口部10插入外部壳体2内，且具有作为外部壳体2的开口的一对对置的侧壁的盖体的功能。即，侧板8的外径与外部壳体2的开口部10的外径尺寸大致相同。侧板8的厚度可以在与内部壳体3的长度方向垂直的宽度方向的长度、和与外部壳体2的宽度方向的内径大致相同的尺寸范围内进行适当地设定。

在内部壳体3中，沿一个方向对齐的多个中空丝膜4的束被配置在2个侧板8之间。也就是说，中空丝膜4的束不是从2个侧板8的一个侧端面和另一个侧端面突出而是被收纳。此时，侧板8的长度方向的长度优选与中空丝膜4相同的长度，但也可以比中空丝膜4短。另外，图3A和B示出了侧板8的长度方向与中空丝膜4具有相同的长度，中空丝膜4的长度方向两端面在2个侧板8的长度方向两端一致的情况。

上述侧板8可以使用与外部壳体2的材质相同的材质。

(通过第1实施方式的中空丝膜组件进行液体脱气的方法的示例)

接下来，参照图4说明通过第1实施方式的中空丝膜组件1进行液体脱气的方法。以下，作为中空丝膜组件的一个示例对中空丝膜脱气组件进行说明。图4所示的第1实施方式的中空丝膜组件1是通过将液体供给至中空丝膜4的内侧并使其透过并且对中空丝膜4的外侧进行减压来对中空丝膜4内的液体进行脱气的内部灌流型。由于中空丝膜组件1是内部灌流型，扩散方向成为放射方向，因此能够进一步提高扩散效率。此外，开口端口7为液体供给口，开口端口5为液体排出口，开口端口6为气体排出口。如下所述，开口端口7与第2连通路39连通，且开口端口5与第1连通路38连通。

如图4所示，外部壳体2在长度方向两端部具有第1连通路38和第2连通路39。如上所述，通过将外部壳体2插入内部壳体3，并且从密封孔30注入粘合剂以密封外部壳体2盒内部壳体3，从而在长度方向两端部形成第1连通路38和第2连通路39。因此，如箭头F1所示，仅从开口端口7通过第2连通路39而供给至外部壳体2的液体透过中空丝膜4的内侧流入第1连通路38，从开口端口5排出。此外，由于中空丝膜4的外侧与开口端口6连通，通过未图示的吸气泵从开口端口6吸气而使中空丝膜4的外侧减压，通过从开口端口6排出气体进行液体的脱气。

[第2实施方式]

该第2实施方式的中空丝膜组件是通过将液体供给至中空丝膜的外侧并且对中空丝膜的内侧进行减压来使液体脱气的外部灌流型。由于该第2实施方式的中空丝膜组件是外部灌流型，因此能够较低地抑制液体的压力损失。另外，与第1实施方式相同或相当部分标记同一符号而省略说明同。

图5～图7所示的第2实施方式的中空丝膜组件50包括四角筒状的外部壳体12和内部壳体3。第2实施方式的内部壳体3的未图示的中空丝膜透过气体，但不透过液体。在外部壳体12中，对置的侧壁开口，并且包括上壁43、底壁42、及对置的一对侧壁44和侧壁45。外部壳体2具有开口部20及与开口部20对置的未图示的开口部。此外，外部壳体12具有多个开口端口15、开口端口16及开口端口17。通过将内部壳体3插入外部壳体12，并且从密封孔40涂布粘合剂以密封外部壳体12与内部壳体3，从而在长度方向两端部形成第1连通路48和第2连通路49。此外，开口端口16为液体供给口，开口端口15为液体排出口，开口端口17为气体排出口。开口端口17与第2连通路49连通，开口端口15与第1连通路48连通。此外，外部壳体12的底壁42的长度方向一端侧设置有与第1连通路48连通的液体导入路41。

(通过第2实施方式的中空丝膜组件进行液体脱气的方法的示例)

接下来，参照图7说明通过中空丝膜组件50进行液体脱气的方法。第2实施方式的中空丝膜组件50是通过将液体从开口端口16供给至中空丝膜4的外侧，并且对中空丝膜4的内侧减压以对液体进行脱气的外部灌流型。由于中空丝膜组件50为外部灌流型，因此能够较低地抑制液体的压力损失。在中空丝膜组件50中，如箭头F2所示，仅从开口端口16供给的液体从中空丝膜4的外侧经过液体导入路41和第1连通路48而从开口端口15排出。此外，由于中空丝膜4的内侧与开口端口17连通，因此通过未图示的吸气泵从开口端口17吸气以使中空丝膜4的内侧减压，中空丝膜4的外侧的液体中的气体透过中空丝膜4从开口端口17排出气体来进行液体的脱气。

[第3实施方式]

图8示出本公开的第3实施方式的中空丝膜组件100。另外，与第1实施方式相同或相当部分附加同一标记而省略说明。第3实施方式的中空丝膜组件100具有5个开口端口25、26、27、28、29。中空丝膜组件100包括四角筒状的外部壳体22和内部壳体3。外部壳体22包括上壁73、底壁72、及对置的一对侧壁74和侧壁75，对置的侧壁开口。外部壳体22具有开口部60以及与开口部60对置的未图示的开口部。通过将内部壳体3插入外部壳体12，并且从密封孔70涂布粘合剂来进行外部壳体12和内部壳体3的密封。本公开的第3实施方式的中空丝膜组件通过具有液体供给口、液体排出口、气体排出口以外的开口端口，根据目的均可用于内部灌流型和外部灌流型。此外，除了作为流体的流出入口的用途以外，其他开口端口也可用作压力传感器等的配线路。

如上所述，根据该中空丝膜组件能够提高中空丝膜的填充率，实现分离性能的提高，并且可以提供过滤性能、脱气性能更高的高性能的组件。进一步地，通过使中空丝膜组件的壳体的形状为四角筒状，容易将该中空丝膜组件安装于设备装置。此外，该中空丝膜组件通过包括至少一侧壁开口的四角筒状的外部壳体、和构成为可放置沿上述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜且构成为可插入上述一侧壁的内部壳体，在中空丝膜插入壳体后，能够容易地密封壳体而无需采用螺纹结构作为作为外部壳体的密封手段。

[其他实施方式]

应当认为，这次公开的实施方式在所有方面是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围并不限于上述实施方式的结构，而使由权利要求的范围表示，并且旨在包括与权利要求的范围等同的含义和范围内的所有变更。

在上述实施方式中，外部壳体和内部壳体通过密封剂固定，但也可以通过嵌合外部壳体与内部壳体的侧板来固定。

Claims (4)

1.一种中空丝膜组件，其具有多个开口端口，包括

外部壳体，其为至少一侧壁开口的四角筒状；

内部壳体，其构成为可放置沿所述外部壳体的长度方向对齐的多个中空丝膜，且构成为可插入上述一侧壁。

2.根据权利要求1所述的中空丝膜组件，其中

所述多个开口端口设置于所述外部壳体的同一壁上。

3.根据权利要求1或2所述的中空丝膜组件，其中

所述中空丝膜相对于上述外部壳体的填充率为10％以上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的中空丝膜组件，其中

所述内部壳体的侧板发挥作为上述一侧壁的盖体的功能。

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