JP2002143651A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温下で用いられ、かつ大型のものであって
も安定した品質を維持することのできる中空糸膜モジュ
ールを提供する。 【解決手段】 封止部４１を形成する際に、分割部材５
１が封止部４１の形成される領域の内部に納められるよ
うに、分割部材５１を予め配置した状態で、接着剤を充
填して固化させることによって、各中空糸膜３の外壁面
間とケース部材２の内壁面との隙間を封止固定すると共
に、分割部材５１を固定することで、封止部４１を複数
の領域に分割する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水、その他液体を
濾過するために用いられる中空糸膜モジュールに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の中空糸膜モジュールとし
ては、たとえば、図４に示すものがある。図４は従来技
術に係る中空糸膜モジュールの端部を示す斜視図であ
る。

【０００３】図４に示すように、従来技術に係る中空糸
膜モジュール１００は、概略、内部中空のケース部材１
０１と、このケース部材１０１内に充填される複数の中
空糸膜１０２と、各中空糸膜１０２の外壁面間とケース
部材１０１の内壁面との隙間を封止するように接着剤に
よって接着される封止部１０３と、から構成される。

【０００４】以上のような構成により、ケース部材１０
１の開口端面から、中空糸膜１０２の中空内部に原液を
流入させて、中空糸膜１０２の膜により膜外に濾過させ
るか、あるいは、ケース部材１０１の内部であって、中
空糸膜１０２の外壁面部に原液を流入させて、中空糸膜
１０２の膜により中空内部に濾過させることによって、
濾過液を得るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。

【０００６】近年、中空糸膜モジュールを、主として、
工業用途において、蒸気滅菌及び高温水処理（通水）を
行いたいという要望が高まっており、高温下においても
品質を損なうことなく利用できる必要性が求められてい
る。

【０００７】この場合に、高温と低温のサイクルに対し
て品質を維持する必要性があるが、従来技術に係る中空
糸膜モジュールでは、例えば、９０℃と１０℃の温度サ
イクル（ヒートショック）により、ケース部材と封止部
（封止部の材料は例えばエポキシ樹脂）、あるいは、封
止部と中空糸膜との間に、熱膨張係数の差異によって剥
離が生じてしまっていた。

【０００８】また、封止部を形成するために、接着剤
（エポキシ樹脂）を硬化させる過程で、内部残留応力に
よって剥離が生じてしまうこともあった。

【０００９】このような剥離は、特に、工業用途に用い
られる大型の中空糸膜モジュールのように、封止部の体
積が大きいものに現れる現象である。

【００１０】このような剥離を防止するために、例え
ば、特公平４−４２０５８号公報には、ケース部材の端
部に、ケース部材の内径よりも小さい外径を有する環状
の部材を嵌め込んだ後に、封止材によって封止する技術
が開示されている。

【００１１】しかし、このような技術では、大型の中空
糸膜モジュールの場合には、環状の部材を嵌め込んだだ
けで、剥離がなくなるほどに封止部の体積を小さくする
ことは現実的ではなく、挿入できる中空糸膜の本数も減
ってしまうため、十分な濾過量を必要とするために大型
化した意味がなくなってしまうため、大型の中空糸膜モ
ジュールに適用することはできない。

【００１２】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、高温
下で用いられ、かつ大型のものであっても安定した品質
を維持することのできる中空糸膜モジュールを提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の中空糸膜モジュールにあっては、内部中空の
ケース部材と、該ケース部材の内部に充填される複数の
中空糸膜と、前記ケース部材の開口端面で、前記中空糸
膜の中空内部を開放しつつ、該中空糸膜の外壁面間及び
ケース部材の内壁面との間を、接着剤により接着かつ封
止する封止部と、該封止部を複数の領域に分割するよう
に、該封止部領域内部に納められ、前記接着剤により接
着固定される分割部材と、を備えたことを特徴とする。

【００１４】従って、封止部において分割部材によって
複数の領域に分割できるため、接着剤が固化してできる
領域の体積を規定できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００１６】（第１の実施の形態）図１および図２を参
照して、本発明の第１の実施の形態に係る中空糸膜モジ
ュールについて説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る中空糸膜モジュールの模式的断面図（中心軸を通る
ように切断した断面）であり、図２は本発明の第１の実
施の形態に係る中空糸膜モジュールの端部を示す斜視図
である。

【００１７】図示のように、本実施の形態に係る中空糸
膜モジュール１は、概略、内部中空のケース部材２と、
このケース部材２内に充填される複数の中空糸膜３と、
各中空糸膜３の外壁面間とケース部材２の内壁面との隙
間を封止するように接着剤によって接着される封止部４
１，４２と、封止部４１，４２を複数の領域に分割する
ための分割部材５１と、から構成される。

【００１８】なお、図２では、封止部４１側のみ分割部
材５１を示しているが、他端側の封止部４２にも同様に
分割部材が設けられている。

【００１９】内部中空のケース部材２は、図示の例で
は、円筒状の部材で、両端が開口された構造となってお
り、また、側面に開口部２１が設けられている。

【００２０】そして、このケース部材２の内部に充填さ
れる中空糸膜３は、その両端が、それぞれケース部材２
の両端の開口端面２２で、中空内部が開放されつつ、上
述したように各中空糸膜３の外壁面間とケース部材２の
内壁面との隙間を封止するように接着剤によって接着固
定されている（封止部４１，４２）。

【００２１】以上のような構成により、ケース部材２の
開口端面２２から、中空糸膜３の中空内部に原液を流入
させて、中空糸膜３の膜により膜外に濾過させて、開口
部２１より濾過液を排出させるか、あるいは、開口部２
１からケース部材２の内部であって、中空糸膜３の外壁
面部に原液を流入させて、中空糸膜３の膜により中空内
部に濾過させることによって、開口端面２２から濾過液
を排出させることができる。

【００２２】なお、図示の例では、両端が開口されたケ
ース部材２を用いる場合を示したが、一端側が開口した
有底筒状のケース部材を用いて、中空糸膜を折り曲げた
状態でケース部材に充填して、ケース部材の開口端面に
中空糸膜の両端の中空内部が開放するような構成として
も良いことは言うまでもない。この場合の濾過動作につ
いても上記の場合と同様であるのでその説明は省略す
る。

【００２３】次に、本発明の実施の形態の特徴である分
割部材５１に関して詳しく説明する。

【００２４】本実施の形態では、封止部４１，４２を形
成する際に、分割部材５１が封止部４１，４２の形成さ
れる領域の内部に納められるように、分割部材５１を予
め配置した状態で、接着剤を充填して固化させることに
よって、各中空糸膜３の外壁面間とケース部材２の内壁
面との隙間を封止固定すると共に、分割部材５１を固定
している。

【００２５】本実施の形態では、分割部材５１として、
中心から放射状に伸びる板状の部材を用いた。なお、分
割部材５１の素材としては、接着剤による接着性の良い
ものを用いる。例えば、接着剤としては、ポリウレタン
系，エポキシ系等の接着剤を用いることができ、ポリウ
レタン系の接着剤を用いた場合には、分割部材５１の素
材として、ポリカーボネイトやＡＢＳを用いると好適で
あり、エポキシ系の接着剤を用いた場合には、分割部材
５１の素材として、ポリサルフォンや変性ＰＰＯを用い
ると好適である。

【００２６】このように分割部材５１を設けたことによ
って、封止部４１，４２は、それぞれ複数の領域に分割
される。なお、図示の例では４つの扇状の領域に分割す
る場合を示している。

【００２７】従って、封止部を複数の領域に分割するこ
とで、中空糸膜モジュール１自体の大きさにかかわら
ず、接着剤が固化してできる各部分の体積を規定するこ
とができ、ヒートショック（例えば、１０℃と９０℃の
温度サイクル）によって、線膨張により体積変化を起こ
す場合でも、各部分の体積変化の程度を抑制することが
できる。

【００２８】また、接着剤が多数の分割された硬化物と
なるために、各部分での接着剤の使用量（体積）を減ら
すことができるため、硬化する過程で発生する発熱むら
についても抑制することができる。従って硬化むらを抑
制でき、残留応力を抑えられる。

【００２９】これらのことから内部応力を軽減すること
ができ、急激なヒートショックに対しても剥離を防止す
ることが可能となった。従って、高温下で利用される場
合であっても品質性を維持できる。

【００３０】なお、上述した分割部材５１は、封止部４
１，４２の領域内にのみ設けられているので、中空糸膜
３による膜分離動作（濾過動作）等に何ら影響を及ぼす
ものではなく、また、特に図示してはいないが、上述し
たような有底筒状のケース部材の場合でも問題なく適用
できる。

【００３１】次に、分割部材を設けた場合と分割部材を
設けない場合の比較試験と、その結果を説明する。

【００３２】まず、分割部材を設けていない場合の試験
サンプルとして、外径１１４ｍｍ，内径１０４ｍｍの円
筒状のケース部材を用い、このケース部材の中空内部に
中空糸膜５６，０００本を充填した後に、遠心分離機に
て接着剤としてエポキシ樹脂を７５０ｇ（片端３７５
ｇ）を注入して硬化させた。

【００３３】このモジュールを８０℃で１５時間アフタ
ーキュアした後に、両端部をカットして、中空糸膜の中
空内部を開口させて、中空糸膜モジュールを得た。

【００３４】一方、分割部材を設けた場合の試験サンプ
ルとして、同じく外径１１４ｍｍ，内径１０４ｍｍの円
筒状のケース部材を用い、厚さ３ｍｍ，５０ｍｍ四方の
板４枚で、封止部を４分割し、各領域に１４，０００本
ずつの中空糸膜の端部が収まるように、合計５６，００
０本の中空糸膜を充填した後に、上記の場合と同様にし
て、中空糸膜モジュールを得た。

【００３５】そして、これらのサンプルを用いて、次の
ような耐熱試験を行った。

【００３６】水道水を用いて、温度９０℃，圧力約０．
０３Ｐａの熱水と、温度１０℃，圧力約０．０３Ｐａの
冷水を、それぞれ順番に１５分通水する試験を行った。

【００３７】このような条件で耐熱試験を行ったとこ
ろ、分割部材を設けない場合のサンプルでは、２サイク
ル経過後にケース部材と接着剤の間で剥離が発生し、４
サイクル経過後には封止部の中央付近に亀裂が発生し、
リークとなった。

【００３８】一方、分割部材を設けた場合のサンプル
は、１５サイクル経過後においても剥離や亀裂が発生す
ることなく、良好な結果を得られた。

【００３９】ここで、基材と接着剤との接着の原理は、
接着剤が縮もうとする力と基材が接着剤を引き伸ばそう
とする力とがつり合うことによって接着力となってい
る。

【００４０】従って、接着剤の体積が収縮すると、基材
が平面の場合には、平面方向に２次元的に応力が発生す
るのに対して、基材が曲面の場合、例えば円筒状の場合
には、外周側から内部に向かうように３次元的に応力が
発生することになる。

【００４１】従って、基材が曲面の場合には、平面の場
合に比べて自由度が小さく、接着剤の剥離が起こりやす
いと言える。

【００４２】以上のことから、本実施の形態のように分
割部材を平面形状の板状部材を用いたことはより効果的
であると考えられる。

【００４３】（第２の実施の形態）図３には、第２の実
施の形態が示されている。上記第１の実施の形態では、
分割部材として、中心から放射状に伸びる板状の部材を
用いた場合を示したが、本実施の形態の場合には、分割
部材として、円筒形状の部材を用いる場合を説明する。

【００４４】その他の構成および作用については第１の
実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同
一の符号を付して、その説明は省略する。

【００４５】図３は本発明の第２の実施の形態に係る中
空糸膜モジュールの端部を示す斜視図である。

【００４６】図示のように、本実施の形態でも、上記実
施の形態と同様に、封止部４１を形成する際に、分割部
材５２が封止部４１の形成される領域の内部に納められ
るように、分割部材５２を予め配置した状態で、接着剤
を充填して固化させることによって、各中空糸膜３の外
壁面間とケース部材２の内壁面との隙間を封止固定する
と共に、分割部材５２を固定している。

【００４７】そして、本実施の形態では、分割部材５２
として、円筒形状の部材を用いた。分割部材５２の素材
に関しては上記実施の形態と同様である。

【００４８】これにより本実施の形態では、分割部材５
２の内部側の円柱状の部分と、分割部材５２の外周とケ
ース部材２の内周との間の環状の部分の領域に分割する
ことができる。

【００４９】なお、同心的に、径の異なる円筒形状の分
割部材を複数配置することで、環状の領域を複数設ける
ことができることは言うまでもなく、また、円筒形状の
分割部材をそれぞれ独立な位置（同心的ではなく、それ
ぞれの囲む領域が交わらないような位置）に配置して、
複数の領域に分割することもできる。

【００５０】以上のように、本実施の形態においても、
封止部を複数の領域に分割することで、中空糸膜モジュ
ール１自体の大きさにかかわらず、接着剤が固化してで
きる各部分の体積を規定することができ、上記第１の実
施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、中空糸
膜モジュール自体が大型のものであって、また、高温下
で用いられる場合であっても、封止部を分割部材によっ
て複数の領域に分割して、接着剤が固化してできる領域
の体積を規定することで、内部応力を制限することがで
き、封止部での剥離や亀裂を防止でき、安定した品質を
維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール
の模式的断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る中空糸膜モジ
ュールの端部を示す斜視図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る中空糸膜モジ
ュールの端部を示す斜視図である。

【図４】従来技術に係る中空糸膜モジュールの端部を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 中空糸膜モジュール ２ ケース部材 ２１ 開口部 ２２ 開口端面 ３ 中空糸膜 ４１，４２ 封止部 ５１ 分割部材 ５２ 分割部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部中空のケース部材と、 該ケース部材の内部に充填される複数の中空糸膜と、 前記ケース部材の開口端面で、前記中空糸膜の中空内部
   を開放しつつ、該中空糸膜の外壁面間及びケース部材の
   内壁面との間を、接着剤により接着かつ封止する封止部
   と、 該封止部を複数の領域に分割するように、該封止部領域
   内部に納められ、前記接着剤により接着固定される分割
   部材と、を備えたことを特徴とする中空糸膜モジュー
   ル。