JP2007313394A - 膜モジュール及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 断線の少ない膜モジュールの提供。
【解決手段】 ケースハウジングに収容される前の整束された膜束が、下記式（I）を満たしている、請求項１記載の膜モジュール。
膜束の外径≦１．３×中空糸膜１本の外径×最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数 （I）
【選択図】 なし

Description

本発明は、各種分野における水処理用の膜モジュール及びその組立方法に関する。

中空糸膜は、乾燥を防ぐため、紡糸工程の最後において表面にグリセリン等の保湿剤が塗布され、保湿剤が塗布された状態にて保存される。そして、このように中空糸膜に保湿剤が塗布されていると、濾過性能が維持できる。

保湿剤量が少なすぎると、膜が乾燥してしまい、膜の透水性能が低下する。一方、保湿剤量が多すぎると、膜モジュール組み立て作業の作業性が悪く、また、ケースハウジング内にて膜束を接着剤で固定する際、接着が十分に出来ず、剥離等が生じてしまう。その結果、膜の単位重量当たりの保湿剤量には、膜ごとに適正な範囲がある。
特開平１０−２８６４４２号公報

このような中空糸膜は、その多数本からなる束がケースハウジングに収容されて端部が接着固定されてモジュールとなるが、その場合、中空糸膜束の半径方向の断面積あるいは外径は、上記の保湿剤量に影響を受ける。すなわち、保湿剤量を多くできる場合は、中空糸膜同士がくっつき易くなり、膜束も小さくなる。一方、保湿剤量を多く出来ない場合は、中空糸同士がくっつき難くなり、膜束は大きくなる。よって、ケースハウジングに収容できる中空糸膜の本数は、上記の保湿剤の適正な範囲の影響を受けてしまう。

そこで本発明は、保湿剤量にかかわらず、ケースハウジング内に収容できる中空糸膜本数を増やすことのできる膜モジュールおよびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が筒状のケースハウジングに収容され、少なくとも一端部で膜同士及び膜とケースハウジング間が固定された膜モジュールであって、前記中空糸膜束が整束されている膜モジュール、および、下記式（I）を満たしている前記の膜モジュールを提供する。

膜束の外径≦１．３×中空糸膜１本の外径×最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数 （I）
（式中、１．３は係数を示す。）
本発明において中空糸膜束が整束されているとは、中空糸膜束を構成する中空糸膜の全てが同じ方向に揃えられており、斜め方向に交差しり、絡み合ったりしている中空糸膜がない状態を意味する。

本発明は、他の課題の解決手段として、
多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束を筒状のケースハウジングに収容し、少なくとも一端部で膜同士及び膜とケースハウジング間を固定して膜モジュールを組み立てる方法であって、
前記中空糸膜束を整束した後、ケースハウジングに収容する、膜モジュールの組立方法、および、前記中空糸膜束が、ケースハウジングに収容される前に下記式（I）を満たすように整束されているものである、前記の膜モジュールの組立方法を提供する。

膜束の外径≦１．３×中空糸膜１本の外径×最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数 （I）
（式中、１．３は係数を示す。）
本発明において中空糸膜束が整束されているとは、中空糸膜束を構成する中空糸膜の全てが同じ方向に揃えられており、斜め方向に交差しり、絡み合ったりしている中空糸膜がない状態を意味する。

本発明の膜モジュール及びその組立方法によれば、保湿剤量にかかわらず、ケースハウジング内に収容できる中空糸膜本数を増やすことができる。

＜膜モジュール＞
本発明の膜モジュールは、一端又は両端が接着剤で一体化された多数本の中空糸膜からなり、整束されている中空糸膜束が筒状のケースハウジングに収容されたものである。

本発明の膜モジュールは、上記のとおりに中空糸膜束が整束されており、好ましくは下記式（I）を満たしているものである。

膜束の外径≦１．３×中空糸膜１本の外径×最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数 （I）
（式中、１．３は係数を示す。）
膜束の外径は、ケースハウジングに収容される前に整束された膜束を、ほぼ円形になるように整形し、その外周を測定し、その測定値から計算（π＝３．１４）にて求められるものである。

中空糸膜１本の外径は、膜束を構成する中空糸１本の外径の測定値である。

表１に示す最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数は、以下のようにして求められる。

まず、中央に１本の中空糸膜を置き、それを中心としてその周りに６本の中空糸膜を配置したとき（１周目の中空糸膜群）、６本の中空糸膜の中心は正六角形の頂点に位置し、互いに接する３本の中空糸膜の中心は正三角形の頂点に位置する。

同様にして、２周目（中空糸膜１２本）、３周目（中空糸膜１８本）……の中空糸膜群（本数は、周数の増加に伴って増加する）を配置して行き、最外周〔ｎ周目のとき、中空糸膜の総本数は３ｎ（ｎ＋１）＋１本である。形成された正六角形の６つの頂点の内、互いに向かいあう２つの頂点に位置する中空糸膜を結ぶ線が膜束の直径部であり、直径部に並んだ中空糸膜の本数は２ｎ＋１本となる。中空糸膜束に使用される中空糸膜の総本数から、最外周が何周目（ｎ周目）かを求め、直径部に並んだ中空糸膜の本数を求める。

このように式（I）を満たしていることにより、客観的に整束されていることを確認することができるため、保湿剤量にかかわらず、ケースハウジング内に収容できる中空糸膜本数を増やすことができ、断線等が抑制される。本発明では、中空糸膜の材質や、中空糸膜の寸法（外径、内径、長さ）は特に制限されない。

＜膜モジュールの組立方法＞
次に、本発明の膜モジュールの組立方法を説明する。

本発明で用いる中空糸膜は、膜の種類や接着剤の種類に応じて決定される適正範囲の量の保湿剤を含有するものである。

本発明で用いる中空糸膜の寸法は特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができ、例えば、外径が０．５〜５．０ｍｍ程度のもので、０．５〜１ｍ程度のものを用いることができる。

本発明で用いる中空糸膜束は、数百〜数千本程度の中空糸膜が束ねられ、一端側がエポキシ樹脂系接着剤やウレタン樹脂系接着剤で接着されて一体化されたものであり、ケースハウジング内に収容される前に整束されたものである。

本発明の膜モジュールは、このような整束された中空糸膜束が筒状のケースハウジング内に収容されているものであり、収容前の中空糸膜束が、好ましくは上記の式（I）を満たすように整束されているものである。

中空糸膜束の外表面に存在する中空糸膜の中に、互いに絡み合ったり、斜めに交差したりしているものが存在しているとき（即ち、中空糸膜束が整束されていない状態のとき）は、目視にて確認できるため、容易に矯正することができるが、中空糸膜束内に存在する中空糸膜の中に、互いに絡み合ったり、斜めに交差したりしているものが存在しているときには、目視にて整束されているかどうかを容易には確認できない。

よって、本発明では、ケースハウジングに収容する前において、式（I）を満たすかどうかで中空糸膜束の整束状態を判断しておき、式（I）を満たさない中空糸膜束（即ち、整束されていない中空糸膜束）の場合は、中空糸膜同士の絡み合い等を矯正して式（I）を満たすように整束することで、ケースハウジング収容時における断線の発生を抑制する。

中空糸膜束の整束方法としては、次に示すような方法を適用することができる。

製造後の中空糸膜束は、所定範囲の保湿剤を含んだものであるが、整束されていない場合が多い。このような多数の中空糸膜からなる膜束の一端部を固定具（例えばゴムバンド）で固定した状態で、垂直方向に吊り下げた状態で維持し、中空糸膜束を測定治具（例えば布製メジャー）で軽く縛るような状態（強く縛ると、中空糸膜を損傷させることがある）で、膜束の外周を測定する。

式（I）の右辺の値は予め測定・計算により求めておき、測定された膜束の外径が式（I）を満たさない場合は、次の方法で整束を行った後、膜モジュールケース内へ収納する。あるいは、式を満たしていても更に整束を行うことで、膜束の外径を小さくでき、膜の充填率をより高くすることができる。

中空糸膜束の半径方向に矯正具（例えば、櫛状の矯正具や人の手）を差し込み、上端から下端に向かって、機械的又は人為的に、ゆっくりと下降させる方法を適用できる。このようにして矯正することで、絡み合った中空糸膜や斜めに交差した状態の中空糸膜（整糸されていない中空糸膜）を、全て同じ長さ方向に揃えることができるため、膜束が膨らんで、外径が大きくなることがない。整束中、随時上記と同じ方法で膜束の径を測定し、式を満たすことが確認されるまで、整束を繰り返す。

実施例１
酢酸セルロース系樹脂からなる中空糸膜（外径１．３２７mm，FUC-1583，ダイセル化学工業社製）の１８６０本からなる中空糸膜束の３束（中空糸は計５５８０本）に対して、手の指を用いて整束処理をした。その結果、膜束の外径は１４５ｍｍとなった。

一方、中空糸膜１本の外径は１．３２７ｍｍ、最密充填された膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数は計算より８６．３本であり、表２に示すとおり、式（I）を満たしていた。

その後、筒状ケースハウジング（合成樹脂製，直径１５４ｍｍ）の一端開口部側から前記中空糸膜束を挿入して、中空糸膜モジュールを作製した。中空糸膜は、外観上、ケースハウジング内に隙間なく充填されていた。作製した中空糸膜モジュールを、水中に浸漬し、膜の片側から空気で加圧して膜の損傷の有無を確認する公知の方法を用いて、膜の欠陥本数を調べた。

比較例１
中空糸膜束の整束処理をしない以外は実施例１と同様にして、中空糸膜モジュールを作製した。中空糸膜束をケースハウジングに収容する際、中空糸膜束の外径が大きいため、中空糸膜束の外周部の中空糸膜がケースハウジングの内面と擦れ合ったり、或いは中空糸膜束を強く押さえた状態でケースハウジングに挿入した。その後、同様にして膜の欠陥本数を調べた。

Claims (4)

1. 多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が筒状のケースハウジングに収容され、少なくとも一端部で膜同士及び膜とケースハウジング間が固定された膜モジュールであって、前記中空糸膜束が整束されている、膜モジュール。
2. ケースハウジングに収容される前の整束された膜束が、下記式（I）を満たしている、請求項１記載の膜モジュール。
   膜束の外径≦１．３×中空糸膜１本の外径×最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数 （I）
   （式中、１．３は係数を示す。）
3. 多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束を筒状のケースハウジングに収容し、少なくとも一端部で膜同士及び膜とケースハウジング間を固定して膜モジュールを組み立てる方法であって、
   前記中空糸膜束を整束した後、ケースハウジングに収容する、膜モジュールの組立方法。
4. 前記中空糸膜束が、ケースハウジングに収容される前に下記式（I）を満たすように整束されているものである、請求項３に記載の膜モジュールの組立方法。
   膜束の外径≦１．３×中空糸膜１本の外径×最密充填モデルにおける膜束の直径部に並ぶ中空糸膜の本数 （I）
   （式中、１．３は係数を示す。）