JP2000167362A

JP2000167362A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP2000167362A
Application number: JP10347180A
Authority: JP
Inventors: Taku Isobe; 卓磯部; Yasuo Yonezawa; 康男米澤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-20
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP4686796B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い圧力や衝撃圧が付与されたり高温の流体が
供給される場合にも、封止材と筒状ケ−スとの界面の剥
離が生じにくく、原液側から濾過液側に被濾過物質が漏
れにくい中空糸膜モジュ−ルを提供する。【解決手段】開口端部を有する筒状ケ−スと、筒状ケ−
ス内に装填され、封止材を介して筒状ケ−スの開口端部
に固定されている中空糸膜束とを備え、かつ、前記開口
端部の内周面に、開口端面に向かって上り階段を形成す
る如く複数の段差部を設けた中空糸膜モジュ−ルとす
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、各種流体の分離に
好適に利用される中空糸膜モジュ−ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜モジュ−ルは、従来より、医療
分野や水処理分野など流体分離の分野にて頻繁に用いら
れているが、中でも、水道水栓に接続して水道水を濾過
する家庭用浄水器においては、必要不可欠な濾過材料で
あり、水道配管から脱落した鉄サビなどを除去するのに
役立っている。

【０００３】中空糸膜モジュ−ルは、一般的に、（１）
数百本から数万本の中空糸膜の束を筒状ケ−スに装填す
る工程と、（２）筒状ケ−スと中空糸膜との間や中空糸
膜間に封止材を流し込む工程と、（３）封止材を固化す
る工程と、（４）封止材によって閉塞している中空糸膜
の端部を切断して、中空糸膜を開口させる工程とを経て
製造される。しかし、近年、中空糸膜モジュ−ルの用途
が多様化して、高い圧力や衝撃圧が付与されたり、高温
の流体が供給されたりするという厳しい条件で使用され
ると、封止材の原液流れ方向上流側（中空糸膜の外周か
ら被濾過物質を供給する場合は、中空糸膜モジュール
内）と下流側（中空糸膜モジュールの切断された端部の
外）との差圧によって、封止材と筒状ケ−スとの界面が
剥離する。その結果、原液側から濾過液側に被濾過物質
が漏れたり、さらには封止材が抜け落ちるなどの問題を
生じる。

【０００４】そこで、封止材の厚みを大きくして接着力
を高めることもできるが、濾過流量および中空糸膜モジ
ュ−ルの寿命という観点からは、樹脂封止材の厚さは可
能な限り小さくして中空糸膜の有効膜面積を大きくする
必要がある。

【０００５】また、特開平３−４２０１７号公報には、
封止材の濾過液側に別部材を近接状態に配置し、封止材
を支持して差圧による封止材の変形を抑えることによっ
て、封止材の剥離を抑制する方法が記載されている。し
かし、剥離抑制効果を発揮するには、近接させる別部材
と封止材との距離Ｌを筒状ケ−スの内径Ｄの０．０３倍
以下にすべき旨が記載されており、Ｄ＝１０〜３０ｍｍ
の小型モジュ−ルにおいては、高い組立精度が要求され
コスト高になるという問題がある。

【０００６】さらに、開口端部に凸部を設けることによ
り、軸方向に作用する応力を支持して、筒状ケ−スと封
止材との界面での剥離を抑制する方法も提案されてお
り、それなりに効果も確認されているが、十分に剥離を
抑制することはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い圧力や
衝撃圧が付与されたり、高温の流体が供給される場合に
も、封止材と筒状ケ−スとの界面の剥離が生じにくく原
液側から濾過液側に被濾過物質が漏れにくい中空糸膜モ
ジュ−ルを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明は、開口端部を有する筒状ケ−スと、筒状ケ−
ス内に装填され、封止材を介して筒状ケ−スの開口端部
に固定されている中空糸膜束とを備え、かつ、前記開口
端部の内周面に、開口端面に向かって上り階段を形成す
る如く複数の段差部を設けた中空糸膜モジュ−ルを特徴
とするものである。

【０００９】ここで、筒状ケ−スの断面が円形であるこ
と、段差部の高さが、筒状ケ−スの内径の０．００４〜
０．０５倍の範囲や、中空糸膜の外径の０．４〜１５倍
の範囲にあることが好ましい。また、段差部を形成する
高さ方向の面が、筒状ケースの中心軸方向の面に対して
３０〜９０度の範囲で傾斜していること、さらには、中
空糸膜束がＵ字状に折り曲げられて筒状ケースに装填さ
れ、かつ、その折り曲げられて合わされた中空糸膜束の
端部において開口端部に固定されていることが好まし
い。

【００１０】また、上記の中空糸膜モジュールを備えて
なる浄水用カートリッジや浄水器なども好ましい態様で
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の中空糸膜モジュ−ル１
は、図１に示すように、筒状ケ−ス２と複数本の中空糸
膜からなる中空糸膜束３と樹脂などの封止材４とから構
成されており、必要に応じてＯリング５などが装着され
る。

【００１２】中空糸膜束３は、中空糸膜の膜面積の観点
から、中空糸膜を束ねて、その中央部を捩りながらＵ字
状に折り曲げて筒状ケース２に装填し、その折り曲げて
合わした中空糸膜束３の端部を封止材４で筒状ケ−ス２
の開口端部２ａに固定するのが好ましいが、一端の開口
部を目止め処理した中空糸膜を折り曲げずに束ねたもの
でも、また、折り曲げずに束ねた中空糸膜束を筒状ケ−
スの両端で封止固定してもよい。そして、中空糸膜の材
質としては、ポリエチエレン、ポリプロピレン、ポリス
ルホン、ポリアクルロニトリル、セルロ−スアセテ−ト
など各種素材のものが使用できる。

【００１３】また、本発明において、封止材４は、筒状
ケ−ス２と中空糸膜の間、および、中空糸膜間を封止す
ることを目的とする樹脂などであって、中空糸膜束３を
筒状ケ−ス２内に支持固定する機能と、被濾過物質が原
液側から濾過液に漏れないようにシ−ルする機能を果た
している。封止材４としては、流動性を有する主剤と硬
化剤を混同して反応・硬化させる二液混合型で、ポリウ
レタン樹脂やエポキシ樹脂を好適に用いることができ、
それらを遠心法や静置法などによって固化させればよ
い。

【００１４】そして、筒状ケ−ス２は、両端が開口した
円筒形で、中空糸膜束３を所定位置に支持するととも
に、製造時や使用時において中空糸膜３が傷付かないよ
うに保護する機能を有し、また、中空糸膜モジュ−ルを
浄水用カートリッジなどに組み込むときに位置を決めた
り、流路を形成するという機能も兼ね備えている。

【００１５】筒状ケ−ス２の一方の開口端部２ａの内周
面には、図２および図３に示すように３つの段差部８、
９、１０が階段状に設けられており、開口端面に向かっ
て上り階段を形成するように段差部の高さが高くなって
いる。このような構造によって、筒状ケース２の内周面
を形成する金型を、段差部８、９、１０が設けられてい
る開口端部２ａとは反対の開口端部２ｂの方向に容易に
引き抜くことができ、金型を複雑な構造にする必要もな
く、金型の製造コストが大幅に増加したり、金型の寿命
が著しく低下することもない。また、上記構成により、
段差部８、９、１０を形成する高さ方向の面、すなわち
封止材係止面８ａ、９ａ、１０ａが、中空糸膜３に被濾
過物質を供給して膜分離を行う際に封止材４の原液側
（中空糸膜側）と濾過液側（切断端部側）との差圧によ
って生じる筒状ケ−スの軸方向の力を受け止めて、封止
材４を支持することができる。その結果、大きな圧力や
衝撃が付与されても、封止材４の変形が抑えられ、筒状
ケ−スと封止材の界面が剥離しにくい。

【００１６】このとき、封止材係止面８ａ、９ａ、１０
ａが筒状ケースの内周面に対して３０〜９０度の範囲で
傾斜していることが好ましい。９０度を超えて傾斜して
いると、中空糸膜を固定している封止材４に筒状ケ−ス
の中心軸と平行な力が加わったときに、段差部の封止材
係止面８ａ、９ａ、１０ａと筒状ケース中心軸方向の面
８ｃ、９ｃ、１０ｃとで形成されるそれぞれのコーナー
を起点に封止材４が裂けやすい。また、傾斜が３０度以
下の場合には、筒状ケ−スの軸方向の力を受け止めて封
止材４を確実に支持することが難しくなる。

【００１７】また、段差部８、９、１０の高さｂは、軸
方向の力を支持する面積および耐圧強度の観点から大き
いほうが好ましいが、中空糸膜の本数および有効膜面積
の観点からは小さいほうが好ましい。そして、高さｂが
大きいと、コ−ナ−部に封止材４が溜まるため、使用す
る封止材４の量が増えてコスト高になり、また、製造の
際、封止材が滞留して流れにくくなる。したがって、高
さｂは、筒状ケ−スの内径ｄｃの０．００４〜０．０５
倍の範囲であることが好ましく、また、中空糸膜の外径
ｄｈの０．４〜１５倍の範囲であることが好ましい。な
お、ここでいう内径ｄｃとは、図２に示すように、筒状
ケース２の段差のない部分の内径をいう。

【００１８】そして、筒状ケ−スは、その断面形状が、
円形、三角形、四角形、楕円形などいずれであってもよ
いが、射出成形で精度良く成形するには断面が円形のも
のが好ましく、また、装置への組み込みも円形のほうが
都合がよい、また、筒状ケ−ス２の材質としては、ステ
ンレス（ＳＵＳ）などの金属でも問題はないが、ポリス
チレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹
脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合
体（ＡＢＳ樹脂）、ポリカ−ボネ−トなど射出成形可能
な樹脂が好ましく、さらに、透明であれば製造時の品質
管理が容易になるので好ましい。

【００１９】なお、本発明において、段差部は、３つに
限定されるものではなく、２つでもよく、また、４つ以
上でもよい。

【００２０】上記のような構成を有する中空糸膜モジュ
ールは、図４に示すように、水道水を供給する蛇口２２
に取り付けられて用いられる浄水器２０のカートリッジ
２１などに好適に用いられる。

【００２１】浄水器２０の本体３０は、蛇口２２から受
け入れた水道水をそのまま吐出する原水吐出口２３や、
受け入れた水道水をカートリッジ２１へ供給するための
原水供給流路２４や、流路の切換を行う多方弁２５を備
えている。一方、カートリッジ２１は、濾材として、本
発明の中空糸膜モジュール１の他に活性炭２６も有し、
また、濾過水を吐出する濾過水吐出口２７なども有して
いる。

【００２２】蛇口２２から供給された水道水は、多方弁
の切り換えに応じて、原水吐出口２３への流路が開いて
いる場合には原水吐出口２３から流出して、また、原水
供給流路２４が開いている場合にはカートリッジ２１へ
供給され、活性炭２６および中空糸膜モジュール１によ
って濾過される。そして、濾過水は、濾過水吐出口２７
から流出される。

【００２３】

【実施例】実施例本発明の図１に示す中空糸膜モジュ−ルを水濾過装置に
組み込み、水温７０℃の原水を水圧０．５ＭＰａ（５．
１ｋｇｆ／ｃｍ²）で供給して濾過する試験を行った。
その結果、筒状ケ−スと封止材との界面に剥離は生じな
かった。

【００２４】比較例従来の、内周面に段差部の無い筒状ケ−スを用いて、実
施例と同様の試験を行ったところ、筒状ケ−スと封止材
との界面が完全に剥がれ、封止材が筒状ケ−スから抜け
落ちた。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の中空糸膜モジュールは、筒状ケ−スが、開口端部の内
周面に、開口端面に向かって上り階段を形成する如く複
数の段差部を有しているので、高い圧力や衝撃圧が付与
されたり、高温の流体が供給された場合にも、圧力等を
段差部でしっかり支持して封止材の変形を抑え、筒状ケ
−スと封止材の界面が剥離することを防ぐことができ、
その結果、原液側から濾過液側に被濾過物質が流出する
ことを防ぐことができる。また、筒状ケ−スの内周面を
形成する金型は、段差部を設けた開口端部とは反対の開
口端部の方向に抜けばよいので、金型を複雑な構造にす
る必要もなく、金型の製造コスト等を抑えることができ
る。

【００２６】ここで、筒状ケ−スの断面を円形にする場
合には、射出成形で精度良く成形でき、また、装置への
組み込みも容易になる。さらに、段差部の高さを、筒状
ケ−スの内径の０．００４〜０．０５倍の範囲、また
は、中空糸膜の外径の０．４〜１５倍の範囲にする場合
には、筒状ケ−スと封止材の界面の剥離抑制効果をさら
に高めることができる。そして、封止材係止面が筒状ケ
ースの内周面に対して３０〜９０度の範囲で傾斜してい
る場合には、封止材に亀裂が生じるのを防ぎつつ封止材
をより確実に支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る中空糸膜モジュ−ル
の概略縦断面図である。

【図２】筒状ケ−スの概略縦断面図である。

【図３】図２の筒状ケ−スの段差部の拡大図である。

【図４】本発明の中空糸膜モジュ−ルを用いた浄水器の
概略縦断面図である。

【符号の説明】

１：中空糸膜モジュ−ル２：筒状ケ−ス２ａ：開口端部２ｂ：開口端部３：中空糸膜束４：封止材５：Ｏリング８：段差部８ａ：封止材係止面８ｃ：内周面９：段差部９ａ：封止材係止面９ｃ：内周面１０：段差部１０ａ：封止材係止面１０ｃ：内周面２０：浄水器２１：カートリッジ２２：蛇口２３：原水吐出口２４：原水供給流路２５：多方弁２６：活性炭２７：濾過水吐出口３０：本体ｂ：段差部の高さｄｃ：筒状ケ−スの内径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口端部を有する筒状ケ−スと、筒状ケ−
ス内に装填され、封止材を介して筒状ケ−スの開口端部
に固定されている中空糸膜束とを備え、かつ、前記開口
端部の内周面に、開口端面に向かって上り階段を形成す
る如く複数の段差部を設けたことを特徴とする中空糸膜
モジュ−ル。
【請求項２】筒状ケ−スの断面が円形である、請求項１
に記載の中空糸膜モジュ−ル。
【請求項３】段差部の高さが、筒状ケ−スの内径の０．
００４〜０．０５倍の範囲にある、請求項２に記載の中
空糸膜モジュール
【請求項４】段差部の高さが、中空糸膜の外径の０．４
〜１５倍の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載
の中空糸膜モジュ−ル。
【請求項５】段差部を形成する高さ方向の面が、筒状ケ
ースの中心軸方向の面に対して３０〜９０度の範囲で傾
斜している、請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜
モジュ−ル。
【請求項６】中空糸膜束がＵ字状に折り曲げられて筒状
ケースに装填され、かつ、その折り曲げられて合わされ
た中空糸膜束の端部において開口端部に固定されてい
る、請求項１〜５のいずれかに記載の中空糸膜モジュー
ル。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の中空糸膜
モジュールを備えてなる浄水用カートリッジ。
【請求項８】請求項１〜６のいずれかに記載の中空糸膜
モジュールを備えてなる浄水器。