CN114423512A - 中空纤维膜模块 - Google Patents
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Abstract
本发明的中空纤维膜模块(100)具备：多个中空纤维膜(10)；束缚部(20)，捆束多个中空纤维膜(10)的一端部；帽盖(30)，具有与多个中空纤维膜(10)分别连通的内部空间(30s)，并与束缚部(20)一体化；及壳体(40)，收容多个中空纤维膜(10)及束缚部(20)并在一端部安装有帽盖(30)。维持束缚部(20)与帽盖(30)一体化的状态，并实现包含多个中空纤维膜(10)、束缚部(20)及帽盖(30)的单元(70)的从壳体(40)的拆卸及单元(70)的向壳体(40)的安装。
Description
技术领域
本发明涉及中空纤维膜模块。
背景技术
例如，在半导体的制造中，大量的超纯水不可或缺。超纯水由具备中空纤维膜模块的系统制造。中空纤维膜模块不仅在超纯水的制造中使用，而且在废水处理、食品制造、医疗等各种领域中使用。
专利文献1记载的中空纤维膜模块具备中空纤维膜的束、壳体、帽盖及浇注材料。在帽盖与浇注材料之间配置有O型圈。浇注材料通过粘接剂而固定于壳体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-39122号公报
发明内容
发明所要解决的课题
根据上述的构造，液体容易滞留于O型圈用的槽，在槽内也可能会积存有微粒子等污垢。难以使清洗液流动到O型圈用的槽内，不将中空纤维膜模块分解而无法容易地进行清洗。当污垢蓄积时，可能会给使用了透过液的各种工序、例如半导体基板的清洗工序造成恶劣影响。
专利文献1提出了能使流体滞留的区域狭小化的构造，但是依然还有改良的余地。
另外，由于将浇注材料通过粘接剂固定于壳体，因此不破坏中空纤维膜模块就无法从壳体拆卸中空纤维膜的束。
本发明的目的在于提供一种微粒子等污垢难以积存、能够容易地对中空纤维膜等部件进行清洗、更换或修补的中空纤维膜模块。
用于解决课题的技术方案
本发明提供一种中空纤维膜模块，具备：
多个中空纤维膜；
束缚部，捆束所述多个中空纤维膜的一端部；
帽盖，具有与所述多个中空纤维膜的各个中空纤维膜连通的内部空间，并与所述束缚部一体化；及
壳体，收容所述多个中空纤维膜及所述束缚部并在一端部安装有所述帽盖，
所述中空纤维膜模块维持所述束缚部与所述帽盖一体化的状态，并实现包含所述多个中空纤维膜、所述束缚部及所述帽盖的单元的从所述壳体的拆卸及所述单元的向所述壳体的安装。
发明效果
根据本发明，能够提供一种微粒子等污垢难以积存并能够容易地对中空纤维膜等部件进行清洗、更换或修补的中空纤维膜模块。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的中空纤维膜模块的立体剖视图。
图2是图1所示的中空纤维膜模块的剖视图。
图3是图2的局部放大图。
图4是包含中空纤维膜、束缚部及帽盖的单元的局部放大剖视图。
图5是表示将束缚部与帽盖接合的方法的图。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，参照附图进行说明。本发明没有限定为以下的实施方式。
图1是本发明的一实施方式的中空纤维膜模块的立体剖视图。图2将图1所示的中空纤维膜模块的剖面局部性地放大表示。图3是图2的局部放大图。
如图1及图2所示，本实施方式的中空纤维膜模块100具备多个中空纤维膜10、束缚部20、帽盖30及壳体40。多个中空纤维膜10的一端部由束缚部20捆束。多个中空纤维膜10的另一端部由密封部22密封。中空纤维膜10及束缚部20收纳于壳体40。帽盖30与束缚部20一体化，安装于壳体40的一端部。中空纤维膜10、束缚部20及帽盖30形成单元70。单元70能够非破坏地从壳体40拆卸。即，能维持束缚部20与帽盖30一体化的状态，并实现单元70从壳体40的拆卸及单元70向壳体40的安装。
在本说明书中，“一体化”是指无法将部件彼此非破坏地相互分离。“非破坏”是指能可逆地进行分离与合体。例如，将利用粘接剂固定的部件彼此相互分离的情况不包含于非破坏的概念。
中空纤维膜模块100例如是外压型的中空纤维膜模块。在中空纤维膜模块100中，原液在中空纤维膜10的外部流动，透过液在中空纤维膜10的内部流动。原液例如是应被处理的水。透过液例如是纯水或超纯水。
多多个中空纤维膜10相互平行地排列，并由束缚部20捆束。作为中空纤维膜10，可列举精密过滤膜、超滤膜、反渗透膜等。中空纤维膜10的个数、尺寸及材料没有特别限定。中空纤维膜10的个数例如为1000～20000个。中空纤维膜10的外径例如为0.2～2.0mm。中空纤维膜10的长度例如为800～1200mm。作为中空纤维膜10的材料，可列举聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯-聚丙烯腈共聚物、聚酰胺、醋酸纤维素等。
束缚部20是将多个中空纤维膜10的一端部捆束的部分。束缚部20例如具有圆柱或圆锥台的形状。束缚部20例如由注模(potting：灌封)形成。在该情况下，束缚部20也称为注模部。束缚部20可由填充于中空纤维膜10与中空纤维膜10之间的树脂构成。作为构成束缚部20的树脂，可列举环氧、聚氨酯等。
束缚部20将原液的流路与透过液的流路分隔。原液的流路例如为壳体40的内部空间40s。透过液的流路例如为帽盖30的内部空间30s。壳体40的内部空间40s通过束缚部20从帽盖30的内部空间30s隔离。
帽盖30是与束缚部20一体化的漏斗形的部件。帽盖30具有与多个中空纤维膜10的各个中空纤维膜连通的内部空间30s。多个中空纤维膜10分别延伸至束缚部20的端面20p，并在束缚部20的端面20p处朝向帽盖30的内部空间30s开口。透过液经由帽盖30的内部空间30s从中空纤维膜10向中空纤维膜模块100的外部传送。在帽盖30的前端部分33可连接配管、连接器等部件。前端部分33例如具有管状的形状。在本实施方式中，帽盖30使用粘接剂而与束缚部20一体化。
帽盖30的材料没有特别限定。帽盖30也可以通过氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜等树脂制造。
壳体40是收容束缚部20及多个中空纤维膜10的圆筒状的部件。壳体40的两端部开口。在壳体40的一端部安装帽盖30。壳体40具有用于从其内部空间40s排出液体的管嘴状的排出口40a。排出口40a沿着与壳体40的长度方向垂直的方向突出，并与壳体40的内部空间40s连通。
壳体40的长度方向与中空纤维膜10的长度方向平行。壳体40的中心轴O是与壳体40的长度方向平行并通过壳体40的中心的轴。
壳体40的材料没有特别限定。壳体40也可以通过氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜等树脂制造。帽盖30的材料也可以与壳体40的材料相同。
中空纤维膜模块100还具备将帽盖30与壳体40相互固定的紧固构件。通过解除紧固构件对帽盖30与壳体40的固定状态，能够从壳体40拆卸单元70。紧固构件是能够进行单元70向壳体40的安装及单元70从壳体40的拆卸的机械性的构件。
作为上述的紧固构件，中空纤维膜模块100具备螺母60。在壳体40的一端部的外周面设有螺纹部40m，在使帽盖30覆盖于壳体40的状态下向螺纹部40m螺合螺母60。螺母60的材料没有特别限定。螺母60可以为树脂制，也可以为金属制。
中空纤维膜模块100还具备帽盖50及螺母62。帽盖50是在壳体40的另一端部安装的漏斗形的部件。螺母62是将帽盖50与壳体40相互固定的紧固构件的一例。螺母62与在壳体40的另一端部的外周面设置的螺纹部(未图示)螺合。由此，帽盖50被固定于壳体40。通过帽盖50，从中空纤维膜模块100的外部向壳体40的内部空间40s引导原液。浓缩的原液通过排出口40a向壳体40的外部排出。
帽盖50也可以通过与帽盖30相同的材料制造。螺母62也可以通过与螺母60相同的材料制造。也可以取代帽盖50及螺母62而使壳体40的另一端部具有管嘴的形状。
紧固构件没有限定为包含螺母和螺纹部的结构。例如，紧固构件也可以包含螺栓和螺母。
密封部22例如通过与束缚部20相同的树脂构成。也可以取代密封部22而在中空纤维膜10的另一端部设置束缚部20。即，也可以是中空纤维膜10的两端部开口。中空纤维膜模块100也可以是内压型的中空纤维膜模块。
更详细地说明中空纤维膜模块100的构造。
如图2所示，在本实施方式的中空纤维膜模块100中，在束缚部20与帽盖30之间不存在其他的构件。其他的构件典型的是密封环。而且，在束缚部20与帽盖30之间不存在用于嵌合密封环的槽。即，无论是在面对帽盖30的束缚部20的表面，还是在面对束缚部20的帽盖30的表面，都不存在用于嵌合密封环的槽。根据这样的构造，在束缚部20与帽盖30之间难以形成或不会形成液体积存部。换言之，在束缚部20与帽盖30之间难以滞留或不会滞留透过液等液体。在束缚部20与帽盖30之间难以积存或不会积存微粒子等污垢。因此，中空纤维膜模块100不用分解，能使用清洗液容易地清洗。
上述的效果在中空纤维膜模块100为外压型的中空纤维膜模块的情况下特别有意义。在中空纤维膜模块100为外压型的中空纤维膜模块时，透过液通过中空纤维膜10的内部及帽盖30的内部空间30s而从中空纤维膜模块100排出，向使用点供给。在束缚部20与帽盖30之间没有液体积存部的情况下，污垢也不会积存于液体积存部中，也不存在污垢对透过液的清洁度造成影响的情况。而且，能够容易地清洗中空纤维膜模块100。
在本实施方式中，能维持束缚部20与帽盖30一体化的状态，并实现单元70从壳体40的拆卸及单元70向壳体40的安装。能够将单元70从壳体40拆卸而对中空纤维膜10及/或束缚部20进行清洗或修补，然后，将单元70安装于壳体40。或者，也可以将新的单元70安装于壳体40。即，根据本实施方式的中空纤维膜模块100，能够迅速且容易地对中空纤维膜10及/或束缚部20进行清洗、更换或修补。在将中空纤维膜10从壳体40拆卸时不用破坏各部件，因此也能减少部件成本。
如图2及图3所示，帽盖30与束缚部20的外周部分接合。束缚部20的外周部分是不存在中空纤维膜10的部分，因此即使将帽盖30与束缚部20的外周部分接合，也不会对中空纤维膜10造成影响。
在本实施方式中，帽盖30具有套筒32。套筒32是沿中空纤维膜10的长度方向延伸并将束缚部20在周向上包围的部分。详细而言，套筒32将束缚部20遍及360度地包围。套筒32与束缚部20接合。根据这样的构造，能够充分确保束缚部20与帽盖30的接合面的面积，因此能够将束缚部20与帽盖30相互牢固地固定。
在本实施方式中，在套筒32的内周面与束缚部20的外周面之间填充粘接剂36。如果使用粘接剂36，则能够将束缚部20与套筒32之间的间隙可靠地填埋，并使束缚部20与帽盖30一体化。而且，在束缚部20与套筒32之间也难以产生成为液体积存部的间隙。粘接剂36的种类没有特别限定。作为粘接剂36，可列举环氧类粘接剂、硅酮类粘接剂、丙烯酸类粘接剂等。也可以取代粘接剂36的使用而将帽盖30熔敷于束缚部20。
帽盖30还具有圆锥状的帽盖主体34。在本实施方式中，帽盖30具有套筒32、前端部分33及帽盖主体34。套筒32具有筒状的形状，设置在帽盖主体34的广口侧。前端部分33具有管嘴的形状，设置在帽盖主体34的窄口侧。
图2及图3表示包含壳体40的中心轴O且与中空纤维膜10的长度方向平行的截面。在该截面中，套筒32具有楔形的形状。换言之，套筒32的厚度朝向前端逐渐减少。根据这样的构造，在束缚部20与套筒32之间难以产生成为液体积存部的间隙。而且，在束缚部20与套筒32之间容易填充粘接剂36。套筒32的厚度是指与中心轴O垂直的方向上的套筒32的尺寸。
图4是包含中空纤维膜10、束缚部20及帽盖30的单元70的局部放大剖视图。在本实施方式中，束缚部20具有圆锥台的形状。即，束缚部20与套筒32具有相互适合的形状。在束缚部20中，与帽盖30的内部空间30s面对的端面20p是圆锥台的上表面(具有小径的面)。束缚部20的外周面20q(侧面)相对于壳体40的长度方向LD倾斜。外周面20q相对于长度方向LD的倾斜角度θ例如大于0度且为45度以下。套筒32的内周面32r也具有相同的倾斜角度θ。由于在束缚部20与套筒32之间能顺畅地填充粘接剂36，因此在束缚部20与套筒32之间难以产生间隙。即，在束缚部20与套筒32之间难以积存微粒子等污垢。需要说明的是，束缚部20也可以具有圆柱的形状。在该情况下，束缚部20的外周面20q及套筒32的内周面32r与长度方向LD平行。
只要能够避免在束缚部20与帽盖30之间形成液体积存部即可，套筒32在中空纤维膜10的长度方向上的长度没有特别限定。在本实施方式中，套筒32的前端到达束缚部20的下端。
帽盖30还具有位于套筒32的内侧的肩部34d。在本实施方式中，肩部34d是帽盖主体34的一部分。肩部34d在中空纤维膜模块100的半径方向上与束缚部20重叠，肩部34d还与束缚部20接合。粘接剂36除了存在于束缚部20与套筒32之间，也可存在于束缚部20与肩部34d之间。根据这样的构造，能够在束缚部20可靠地固定帽盖30，并能够将帽盖30的内部空间30s从壳体40的内部空间40s可靠地隔离。能够防止在束缚部20与帽盖30之间形成液体积存部的情况。
束缚部20的端面20p的一部分经由粘接剂与肩部34d相接。由此，禁止中空纤维膜10及束缚部20的向接近帽盖30的前端部分33的方向的移动。肩部34d发挥妨碍束缚部20相对于帽盖30的相对移动的限动件的作用。在中空纤维膜模块100的使用时，有时会向束缚部20施加由水流产生的强冲击。反复的强冲击会使束缚部20与帽盖30之间的剪切破坏产生，进而，可能会在束缚部20的外周面20q与套筒32的内周面32r之间产生裂纹。然而，根据本实施方式的构造，水流产生的冲击由肩部34d承受，因此即使向束缚部20施加了反复的强冲击，上述那样的不良情况也难以产生。此外，即使万一产生不良情况，也能够迅速地对单元70进行更换或修补。
在图4所示的截面中，套筒32及肩部34d形成钝角的拐角，在该拐角嵌合束缚部20。由此，禁止中空纤维膜10及束缚部20的向接近帽盖30的前端部分33的方向的移动、及中空纤维膜10及束缚部20的在与长度方向LD垂直的方向上的移动。
如图3所示，中空纤维膜模块100还具备密封环64。密封环64配置在壳体40与帽盖30之间，堵塞壳体40与帽盖30之间的间隙。在本实施方式中，在壳体40的开口端面设有槽40c，在槽40c内嵌合密封环64。槽40c处于由帽盖30的表面34p、详细而言由帽盖主体34的表面34p覆盖的位置。根据这样的构造，能够将帽盖30可靠地固定于壳体40，因此中空纤维膜模块100可具有优异的耐压性。“壳体40的开口端面”是指与中心轴O平行的方向上的壳体40的端面。
密封环64通过例如具有橡胶弹性的树脂材料制造。密封环64可以是方形填料，也可以是O型圈。
套筒32在中空纤维膜模块100的半径方向上位于束缚部20与壳体40之间。套筒32与束缚部20被接合，另一方面，套筒32与壳体40未被接合。密封环64配置在比套筒32的位置靠半径方向的外侧的位置。根据这样的构造，能够将帽盖30可靠地固定于壳体40，因此中空纤维膜模块100可具有优异的耐压性。
在束缚部20及套筒32所处的范围内，壳体40的内径缓慢地扩大。即，开口端的壳体40的内径比中空纤维膜10所在的范围的壳体40的内径大。束缚部20未与壳体40的内周面相接。根据这样的构造，容易将单元70从壳体40拆卸，容易将单元70向壳体40安装，因此单元70的清洗、更换及修补的作业性提高。
螺母60具有与帽盖30的上表面相接的肩部60k，使密封环64变形并将帽盖30与壳体40相互固定。当使帽盖30与设置在壳体40的外周面上的螺纹部40m螺合时，从螺母60的肩部60k向帽盖30施加使帽盖30接近壳体40的方向的力。由此，能够将帽盖30可靠地固定于壳体40，能够充分地确保中空纤维膜模块100的耐压性。
根据本实施方式，在帽盖30与壳体40之间存在密封环64及槽40c。然而，在束缚部20与帽盖30之间的位置且透过液能够接触的位置，既不存在密封环也不存在槽。因此，不仅在透过液的流路难以产生液体积存部，而且使用清洗液等容易清洗透过液的流路。
在本实施方式的中空纤维膜模块100为外压型的中空纤维膜模块时，作为原液的流路，可利用多个中空纤维膜10的周围的空间、即壳体40的内部空间40s。作为透过液的流路，可利用帽盖30的内部空间30s。本实施方式的构造对于外压型的中空纤维膜模块特别有效。原因在于，即使在原液的流路形成液体积存部而污垢蓄积，也难以对使用了透过液的各种工序造成恶劣影响。
如图2及3所示，中空纤维膜模块100还具备网12。网12可以是单元70的一个部件。多个中空纤维膜10由网12捆束。利用网12能够提高多个中空纤维膜10的束的刚性。在该情况下，中空纤维膜10难以因水流而在壳体40之中摇摆，中空纤维膜10难以损伤。特别是能够防止中空纤维膜10与束缚部20的交界附近的中空纤维膜10的损伤。在向壳体40安装单元70时及从壳体40拆卸单元70时，网12也能抑制中空纤维膜10的振动。由此，能够防止中空纤维膜10的损伤。网12也可以包含内层网及外层网。这样的双重网构造是能够使水或清洗液以大流量流动的方法之一。网12也可以利用粘接剂等树脂材料固定于中空纤维膜10的束。在该情况下，能够更充分地得到上述的各效果。
套筒32通过相互摩擦而嵌合于壳体40。套筒32的外周面的至少一部分与壳体40的内周面相接。在套筒32与壳体40之间(详细而言，在套筒32的外周面与壳体40的内周面之间)实质上没有间隙，因此能够将单元70可靠地固定于壳体40。这样的构造也有助于抑制与长度方向LD垂直的方向上的中空纤维膜10的摇摆而防止中空纤维膜10的损伤。“实质上没有间隙”是指除了用于能够向壳体40安装单元70及从壳体40拆卸单元70的微小的间隙之外，在设计方面在套筒32与壳体40之间未设置意图性的间隙。
图5示出将束缚部20与帽盖30接合的方法。如图5的上段图所示，首先，向束缚部20的端面20p涂布粘接剂36，使束缚部20与帽盖30接触。接下来，如图5的中段图所示，使用注射器72向束缚部20的外周面与帽盖30的套筒32之间的间隙74注入粘接剂36。如图5的下段图所示，使粘接剂36固化，由此得到包含中空纤维膜10、束缚部20及帽盖30的单元。使用该单元，能够组装中空纤维膜模块100。
工业实用性
本发明的中空纤维膜模块可在制造业、能源产业、环境产业、医疗等各种领域中使用。
Claims (12)
1.一种中空纤维膜模块，具备：
多个中空纤维膜；
束缚部，捆束所述多个中空纤维膜的一端部；
帽盖，具有与所述多个中空纤维膜的各个中空纤维膜连通的内部空间，并与所述束缚部一体化；及
壳体，收容所述多个中空纤维膜及所述束缚部并在一端部安装有所述帽盖，
所述中空纤维膜模块维持所述束缚部与所述帽盖一体化的状态，并实现包含所述多个中空纤维膜、所述束缚部及所述帽盖的单元的从所述壳体的拆卸及所述单元的向所述壳体的安装。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜模块，其中，
在所述束缚部与所述帽盖之间不存在其他的构件。
3.根据权利要求2所述的中空纤维膜模块，其中，
所述其他的构件包括密封环，
在所述束缚部与所述帽盖之间不存在用于供所述密封环嵌合的槽。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，
所述帽盖具有套筒，该套筒沿所述中空纤维膜的长度方向延伸并将所述束缚部在周向上包围，
所述套筒与所述束缚部接合。
5.根据权利要求4所述的中空纤维膜模块，其中，
在所述套筒的内周面与所述束缚部的外周面之间填充有粘接剂。
6.根据权利要求4或5所述的中空纤维膜模块，其中，
所述帽盖还具有位于所述套筒的内侧的肩部，
所述肩部在所述中空纤维膜模块的半径方向上与所述束缚部重叠，
所述肩部还与所述束缚部接合。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，
在与所述中空纤维膜的长度方向平行的截面中，所述套筒具有楔形的形状。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，
所述束缚部具有圆锥台的形状。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，
所述中空纤维膜模块还具备密封环，该密封环配置在所述壳体与所述帽盖之间，且堵塞所述壳体与所述帽盖之间的间隙。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，
所述中空纤维膜模块还具备将所述帽盖与所述壳体相互固定的紧固构件，
所述中空纤维膜模块构成为，能够通过解除所述紧固构件对所述帽盖与所述壳体的固定状态而从所述壳体拆卸所述单元。
11.根据权利要求10所述的中空纤维膜模块，其中，
所述紧固构件包括将所述帽盖与所述壳体相互固定的螺母，
所述螺母具有与所述帽盖的上表面相接的肩部。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的中空纤维膜模块，其中，
利用所述多个中空纤维膜的周围的空间作为原液的流路，利用所述帽盖的所述内部空间作为透过液的流路。
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