JP2015116527A - 開口封止部材、膜モジュール、及び膜モジュールの補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リークが発生した中空糸膜を確実に封止することができる開口封止部材、膜モジュール、及び膜モジュールの補修方法を提供することを目的とする。
【解決手段】開口封止部材１０は、膜モジュール１の中空糸膜束３に対して用いられる。膜モジュール１は、複数の中空糸膜２からなる中空糸膜束３と、中空糸膜束３を端部で固定するポッティング材４とを備え、中空糸膜２の少なくとも一端部がポッティング材４において開口されている。開口封止部材１０は、外径が開口Ｐの内径Ｄ２よりも小さい一端１０ａと、一端１０ａとは反対側の他端１０ｂと、一端１０ａ側から他端１０ｂ側にかけて外径が漸次拡大するテーパー部Ｔとを備えると共に、可撓性を有する樹脂からなる。さらに、テーパー部Ｔの一部は、開口Ｐの内周面に当接して開口Ｐを封止する封止部Ｓである。
【選択図】図４

Description

本発明は、中空糸膜の補修を行うための開口封止部材、開口封止部材で補修された中空糸膜を備えた膜モジュール、及び膜モジュールの補修方法に関する。

精密ろ過膜、限外ろ過膜を利用した膜ろ過法に用いられる膜として、中空糸膜が知られている。中空糸膜を用いた膜モジュールは、膜面積が大きく、装置を小型化できるために、種々の膜分離の用途に広く利用されている。この種の膜モジュールとして、その両端が樹脂部で固定された複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を備えるものが知られている。

ところで、このような膜モジュールでは、ろ過運転中、またはその他の事由により、中空糸膜の表面が傷付けられて被処理液のリークが発生する場合がある。リークが発生すると、十分なろ過性能が発揮されず、処理液の濁度が上がってしまう。

リークが発生した場合の補修として、例えば、中空糸膜の端部開口内にワックス棒の先端を挿入した後、ワックス棒を折損させて端部開口部を封止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−４０７号公報

しかし、中空糸膜の端は、不作為に湾曲した状態で樹脂部に固定されているため、従来のワックス棒は、この湾曲に追従することができず、中空糸膜の端部開口に挿入する際、途中で折れてしまい、中空糸膜の端部開口を十分に封止することができない場合があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、リークが発生した中空糸膜を確実に封止することができる開口封止部材、膜モジュール、及び膜モジュールの補修方法を提供することを目的とする。

本発明の開口封止部材は、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、中空糸膜束を端部で固定する樹脂部とを備え、中空糸膜の少なくとも一端部が樹脂部において開口された膜モジュールに対して、中空糸膜の開口に挿着される棒状の開口封止部材であって、外径が開口の内径よりも小さい一端と、一端とは反対側の他端と、一端側から他端側にかけて外径が漸次拡大するテーパー部とを備えると共に、可撓性を有する樹脂からなり、他端の外径は開口の内径よりも大きく、テーパー部の一部は、開口の内周面に当接して開口を封止する封止部である。

棒状の開口封止部材は、その一端の外径が中空糸膜の開口の内径よりも小さいため、その一端を中空糸膜の開口に挿入し易い。また、その一端から挿入していくと、テーパー部の外径は漸次拡大しているので、丁度、開口の内径に合う部分が開口の内周面に当接して封止部となり、開口を封止できる。さらに、開口封止部材は、可撓性を有する樹脂からなるため、中空糸膜が湾曲した状態で樹脂部に固定されている場合であっても、この湾曲に追従して開口に挿着され、開口を確実に封止することができる。

さらに、上記の開口封止部材は、テーパー部は、一端から他端まで連続して設けられていてもよい。

さらに、上記の開口封止部材は、他端から封止部までの間に切除可能な非挿着部が設けられていてもよい。

さらに、上記の開口封止部材は、他端から５ｍｍ以上の範囲を非挿着部として規定していてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、テーパー部は、長手方向に直交する断面が円形であってもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、テーパー部の一端側の端部の外径は開口の内径に対して２０％以上、９５％以下であり、テーパー部の他端側の端部の外径は開口の内径に対して１１０％以上、３００％以下であってもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、テーパー部のテーパー角は０．１〜５°であってもよい。

さらに、上記の開口封止部材は、一端から少なくとも５〜６０ｍｍの位置までの外径が、開口の内径よりも小さくてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、開口封止部材に用いられる樹脂の融点は、５０〜３００℃であってもよい。なお、樹脂の融点は、ＪＩＳ Ｋ００６４：１９９２の規定に従って測定されてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂の曲げ弾性率は、１００〜２０００ＭＰａであってもよい。なお、樹脂の曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７１７１の規定に沿って測定されてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂のデュロメータータイプＤ硬度は、１５〜９０Ｄであってもよい。なお、樹脂のデュロメータータイプＤ硬度は、ＪＩＳ Ｋ７２１５：１９８６の規定に沿って測定されてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂のシャルピー衝撃強さは、２３℃において１〜３０ｋＪ／ｍ^２であってもよい。なお、樹脂のシャルピー衝撃強さは、ＪＩＳ Ｋ７１１１−１：２００６の規定に沿って測定されてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂の密度は、０．８〜２．２ｇ／ｃｍ^３であってもよい。なお、樹脂の密度は、ＪＩＳ Ｋ７１１２：１９９９の規定に沿って測定されてもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂は、ポリエチレンであってもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂は、低密度ポリエチレンであってもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂は、高密度ポリエチレンであってもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂は、ポリプロピレンであってもよい。

さらに、上記の開口封止部材では、樹脂は、超高分子量ポリエチレンであってもよい。

また、本発明の膜モジュールは、上記の開口封止部材の少なくとも一部が挿着されている。

本発明によれば、挿着される棒状の開口封止部材は、その一端の外径が中空糸膜の開口の内径よりも小さいため、その一端を中空糸膜の開口に挿入し易い。また、その一端から挿入していくと、テーパー部の外径は漸次拡大しているので、丁度、開口の内径に合う部分が開口の内周面に当接して封止部となり、開口を封止できる。さらに、開口封止部材は、可撓性を有する樹脂からなるため、中空糸膜が湾曲した状態で樹脂部に固定されている場合であっても、この湾曲に追従して開口に挿着され、開口を確実に封止することができる。

また、本発明の膜モジュールの補修方法は、上記の開口封止部材を、リークが発生した中空糸膜の開口に挿着する封止工程を有する。本発明によれば、中空糸膜の開口を確実に封止することができる。

さらに、上記の膜モジュールの補修方法では、封止工程は、開口に開口封止部材を挿入する挿入工程と、挿入工程の後で、開口から突き出た非挿着部の一部を切断する切断工程と、切断工程によって切断された残りの残余部分を開口内に圧入する圧入工程と、を備えてもよい。

さらに、上記の膜モジュールの補修方法では、膜モジュールは、中空糸膜束を収容すると共に、樹脂部によって封止されたケーシングを備え、封止工程の前に、膜モジュールを水中に沈めると共に、ケーシング内に空気を供給して中空糸膜束の周りの空間を加圧し、複数の中空糸膜のうち、開口から空気が流出した中空糸膜をリークが発生した中空糸膜と特定する特定工程を備えてもよい。

さらに、上記の膜モジュールの補修方法は、膜モジュールは、中空糸膜束を収容すると共に、樹脂部によって封止されたケーシングを備え、封止工程の後で、膜モジュールを水中に沈めると共に、ケーシング内に空気を供給して中空糸膜束の周りの空間を加圧し、開口封止部材を挿着した開口から空気が流出しないことを確かめる補修確認工程を備えてもよい。

本発明によれば、リークが発生した中空糸膜を確実に封止することができる。

実施形態に係る膜モジュールを模式的に示す縦断面図である。 膜モジュールの端面図である。 実施形態に係る開口封止部材を示す平面図及び断面図である。 図２の膜モジュールの端部を拡大して示す縦断面図である。 図４に示す膜モジュールのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 実施形態に係る膜モジュールの補修方法を説明するための断面図である。 開口封止部材の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係る膜モジュール１（図１参照）は、上下水道、食品工業、一般工業、医療、理化学といった様々な分野で利用される。

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る膜モジュール１は、複数の中空糸膜２からなる中空糸膜束３と、中空糸膜束３の両端部で複数の中空糸膜２同士をそれぞれ固定するポッティング材（樹脂部）４と、中空糸膜束３を収容する筒状のケーシング５と、を備える。膜モジュール１は、ケーシング５の両端に配管接続用のキャップ６をナット７によってそれぞれ装着できるようになっている。ナット７を締めることで、キャップ６の溝に配置されたＯリング８によって当該箇所がそれぞれシールされる。膜モジュール１は、上下対称であり、両端に同じ構造を有している。同じ構造のものには、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

中空糸膜２の両端部は、ポッティング材４において開口している。即ち、中空糸膜２の両端部において、中空糸膜２の端面にはポッティング材４が接触しておらず、中空糸膜２の外周面にはポッティング材４が接触している。そのため、中空糸膜２の開口Ｐは、ポッティング材４を避けて露出した状態である。また、一部の中空糸膜２の開口Ｐには、開口封止部材１０が挿着されている（詳しくは後述）。なお、図２では、開口封止部材１０が挿着された開口Ｐを黒丸で示している。

中空糸膜２としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜等を用いることができる。中空糸膜２の素材は特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン）、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられ、また、これらの複合素材も使用できる。

また、中空糸膜２の形状としては、好ましくは内径５０μｍ〜３０００μｍ、より好ましくは５００〜２０００μｍであり、外径に対する内径の比（内／外径比）が０．３〜０．８のものが好適に使用される。特にろ過能力はより高い方が良く、ろ過速度を早めるため、０．８ｍｌ／ｍｉｎ／ｃｍ^２ ａｔ ０．１ＭＰａ、２５℃以上のろ過能力を有する中空糸膜２を用いることが好ましい。なお、破裂強度、圧縮強度が高い材質のもので、０．５ＭＰａ以上の耐圧性を有するものが好ましい。

中空糸膜束３は、複数の中空糸膜２を束ねるようにまとめることで形成される。中空糸膜２の本数は、直径１５０ｍｍの中空糸膜束３で、例えば、３０００本である。

ポッティング材４は、中空糸膜束３の両端部において所定の接着剤樹脂が中空糸膜２の間に充填された後、硬化されて形成される。この接着剤樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、オレフィン系ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素含有樹脂等の高分子材料が好ましい。また、ポッティング材４は、使用中に生じる差圧に耐え得る耐圧性を有することが必要であり、そのためには適度な硬さを有していることが望ましい。一方、物理洗浄時等の流体の流れによる中空糸膜２の破断をより長期間確実に防止するために、適度な柔らかさを有した接着剤樹脂を使用することが望ましい。

ケーシング５は、その両端付近に流体の出入り用のノズル５ａを有している。加工の容易性及び軽量化の点から、ケーシング５は、プラスチック類で形成されたものが好ましく、プラスチック類の具体例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂及び塩化ビニル樹脂等が挙げられる。ケーシング５の大きさは、外径が８０〜２５０ｍｍであり、かつ、長さが５００〜２５００ｍｍであることが好ましく、外径が１６０〜１８０ｍｍであり、かつ、長さが８００〜１１００ｍｍであることが特に好ましい。

ケーシング５内に収容された中空糸膜束３の両端部には、中空糸膜２の密度分布の偏りを低減するために仕切り板１１が挿入されている。さらに棒状の棒部材を中空糸膜束３の両端部に挿入し、中空糸膜２の密度分布の偏りを低減するようにしてもよい。仕切り板１１及び棒部材は、ポッティング材４と同様の材料を用いて形成されていても良いし、疑似物性値を有する別素材であっても良く、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、オレフィン系ポリマー、シリコーン樹脂、フッ素含有樹脂等の高分子材料によって形成されても良い。仕切り板１１及び棒部材の表面は、意図的に粗面とし、ポッティング材４が充填、硬化された際の結合（接着）強度を高めるように配慮されていても良い。

仕切り板１１は、矩形の二枚の平板が互いに直交するように嵌め合わされており、交線となる中央から放射状に延在する四枚の仕切片１１ａを有する形状となっている。仕切片１１ａの寸法は、ケーシング５の両端部における内径の略半分に対応している。四枚の仕切片１１ａにより、中空糸膜束３の両端部は、ケーシング５内においてそれぞれ実質的に四等分されている。また、棒部材１２は、このように四等分された中空糸膜束３ごとに両端部にそれぞれ挿入されている。

以上のように構成された膜モジュール１によれば、キャップ６のいずれか一方を介して被処理液を膜モジュール１に導入することにより、キャップ６の残りの一方を介して濃縮水が膜モジュール１から排出されると共に、中空糸膜２によってろ過されたろ過水が二つのノズル５ａを介して膜モジュール１から排出される（内圧式ろ過）。

このような膜モジュール１では、中空糸膜２の表面に傷があると、被処理液のリークが発生する場合がある。そこで、リークが発生した中空糸膜２の端部の開口Ｐ内には開口封止部材１０が挿着される。開口封止部材１０について以下に詳しく説明する。

図３（ａ）は、実施形態に係る開口封止部材を示す平面図であり、図３（ｂ）は、ＩＩＩ（ｂ）−ＩＩＩ（ｂ）線に沿った断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、開口封止部材１０は、一端１０ａと、一端１０ａとは反対側の他端１０ｂと、一端１０ａ側から他端１０ｂ側にかけて外径が漸次拡大する線形テーパー状のテーパー部Ｔとを備えている。本実施形態では、テーパー部Ｔは、一端１０ａから他端１０ｂまで連続して設けられている。即ち、開口封止部材１０は、一端１０ａから他端１０ｂまでの全体がテーパー部Ｔとなっており、テーパー部Ｔの一端１０ａ側の端部は一端１０ａに一致し、テーパー部Ｔの他端１０ｂ側の端部は他端１０ｂに一致している。

テーパー部Ｔは、長手方向に直交する断面が円形である。テーパー部Ｔの一部は、開口Ｐの内周面に当接して開口Ｐを封止する封止部Ｓである。また、他端１０ｂから封止部Ｓまでの間に切除可能な非挿着部Ｒが設けられている。一端１０ａの外径Ｄ１は、中空糸膜２の開口Ｐの内径Ｄ２（図４及び図５参照）よりも小さい。これにより、開口封止部材１０を開口Ｐに挿入し易くなる。また、他端１０ｂの外径Ｄ３は、開口Ｐの内径Ｄ２よりも大きい。なお、テーパー部Ｔの封止部Ｓの位置は、中空糸膜２の内径Ｄ２に左右される。例えば、個体差によって内径Ｄ２が狭いと、一端１０ａ寄りとなり、広いと他端１０ｂよりとなる。しかしながら、一定の範囲で封止部Ｓとなり得る領域は決まるため、その領域よりも他端１０ｂ側が非挿着部Ｒとなる。非挿着部Ｒは、他端１０ｂから５ｍｍ以上の範囲とされる。

テーパー部Ｔのテーパー角は、０．１〜５°であり、テーパー部Ｔの一端１０ａ側の端部、即ち本実施形態では一端１０ａの外径Ｄ１は開口Ｐの内径Ｄ２に対して２０％以上、９５％以下である。また、テーパー部Ｔの他端１０ｂ側の端部、即ち本実施形態では他端１０ｂの外径Ｄ３は開口Ｐの内径Ｄ２に対して１１０％以上、３００％以下である。

開口封止部材１０は、可撓性を有する樹脂からなる。この樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、超高分子量ポリエチレン等が挙げられる。膜モジュール１の洗浄時には、液温度が７０℃を超える場合があるため、それ以上の融点（耐熱性）を有する樹脂が好ましく、使用液温度にもよるが、ＪＩＳ Ｋ００６４：１９９２の規定に従って測定される融点は５０〜３００℃であることがより好ましい。開口封止部材１０は、例えば、射出成形により製造される。なお、融点は、例えば、低密度ポリエチレンで１１２℃、高密度ポリエチレンで１３０℃、ポリプロピレンで１３０〜１６５℃程度である。なお、ワックス棒に用いられるパラフィン（蝋）の融点は、４０〜６５℃が一般的である。

図４は、図２の膜モジュールの端部を拡大して示す縦断面図であり、図５は、図４に示す膜モジュールのＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図４に示すように、中空糸膜２の端部は、不作為に湾曲した状態でポッティング材４に固定されている。開口封止部材１０は、可撓性を有するため、湾曲に追従して、中空糸膜２の端部の開口Ｐを確実に封止することができる。

このように中空糸膜２を傷つけることなく、湾曲に追従させるためには、ＪＩＳ Ｋ７１７１の規定に沿って測定される開口封止部材１０を構成する樹脂の曲げ弾性率は、１００〜２０００ＭＰａであることが好ましい。なお、曲げ弾性率は、例えば、低密度ポリエチレンで１８０ＭＰａ、高密度ポリエチレンで９００ＭＰａ、ポリプロピレンで１５００ＭＰａ程度である。ポッティング材４の曲げ弾性率は、例えば、ウレタン樹脂で６００ＭＰａ程度である。

また、同様の理由により、当該樹脂は、ＪＩＳ Ｋ７２１５：１９８６に規定されるタイプＤデュロメーターにより測定される硬度（デュロメータータイプＤ硬度）が１５〜９０Ｄであることが好ましく、ＪＩＳ Ｋ７１１１−１：２００６の規定に沿って測定されるシャルピー衝撃強さが２３℃において１〜３０ｋＪ／ｍ^２であることが好ましく、ＪＩＳ Ｋ７１１２：１９９９の規定に沿って測定される密度が０．８〜２．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

次に、膜モジュール１の補修方法について以下に説明する。まず、トルクレンチ等を使用してナット７を回し、ナット７、キャップ６及びＯリング８を膜モジュール１から取り外す。そして、膜モジュール１を水中に沈めると共に、ノズル５ａのいずれか一方にエア導入用ヘルール、ノズル５ａの残りの一方にブラインドヘルールをそれぞれ取り付ける。

続いて、エア導入用ヘルールを介してノズル５ａの一方からケーシング５内にエア（空気）を低圧から徐々に圧力を上げながら所定の圧力となるまで供給し、中空糸膜束３の周りの空間を加圧する。所定の圧力は、例えば、０．２ＭＰａであり、リークを発生させる傷等を有さない中空糸膜２であれば、エアを中空部分へと透過させない程度の圧力である。

これにより、リークが発生した中空糸膜２では、開口Ｐに連通する中空部分にエアが供給されて、その結果、開口Ｐから気泡が発生する。したがって、複数の中空糸膜２のうち、開口Ｐからエアが流出した中空糸膜２をリークが発生した中空糸膜２と特定することができる（特定工程）。なお、ケーシング５内に供給されるエアとしては、フィルターろ過済みでオイルフリーのものが用いられる。

続いて、図６に示すように、開口封止部材１０をリークが発生した中空糸膜２の開口Ｐに挿着し、開口Ｐを封止する（封止工程）。まず、図６（ａ）に示すように、開口封止部材１０を準備する。続いて、図６（ｂ）に示すように、特定した中空糸膜２の開口Ｐの内部に、一端１０ａ側から開口封止部材１０を挿入する（挿入工程）。挿入の程度は、例えば、手で押し込める程度である。このとき、開口Ｐから突き出た開口封止部材１０の一部分は、一端１０ａ側に封止部Ｓを含むとともに、他端１０ｂ側に非挿着部Ｒを含む。

続いて、図６（ｃ）に示すように、開口封止部材１０の開口Ｐから突き出た部分のうち非挿着部Ｒを切断する（切断工程）。切断は、例えば、ニッパー等を使って開口Ｐから約５ｍｍの位置で行う。続いて、図６（ｄ）に示すように、切断された残りの残余部分である封止部Ｓを開口Ｐ内に圧入する（圧入工程）。圧入は、例えば、金槌等を使って少しずつ打ち込む。このとき、開口Ｐから出ている開口封止部材１０の高さは１ｍｍ以下とする。

続いて、再度、膜モジュール１を水中に沈めると共に、ケーシング５内にエアを供給して中空糸膜束３の周りの空間を加圧し、開口封止部材１０を挿着した開口Ｐから空気が流出しないことを確かめる（補修確認工程）。

最後に、膜モジュール１を水中から取り出し、トルクレンチ等を使用してナット７を回し、Ｏリング８、キャップ６及びナット７を膜モジュール１に取り付ける。

次に、開口封止部材１０、膜モジュール１、膜モジュール１の補修方法の効果について説明する。棒状の開口封止部材１０は、その一端１０ａの外径Ｄ１が中空糸膜２の端部の開口Ｐの内径Ｄ２よりも小さいため、その一端１０ａを開口Ｐに挿入する際は、一端１０ａ側から挿入することにより、開口封止部材１０を開口Ｐに挿入し易い。また、開口封止部材１０は、開口Ｐの内周面に当接して開口Ｐを封止する封止部Ｓを備えるため、開口Ｐを封止することができる。

さらに、開口封止部材１０は、ポリエチレン、ポリプロピレン、超高分子量ポリエチレン等の可撓性を有する樹脂からなり、樹脂の曲げ弾性率は、好ましくは１００〜２０００ＭＰａである。このため、中空糸膜２の端部が湾曲した状態でポッティング材４に固定されている場合であっても、ワックス棒のように途中で折れることなく、この湾曲に追従して開口Ｐに挿着されるので、開口Ｐを確実に封止することができる。また、開口封止部材１０は、開口Ｐに圧入される前であれば、ワックス棒のように途中で折れることなく、容易に離脱させることができる。したがって、リークが発生した中空糸膜を特定する際に仮封止を行い、特定した箇所が正しいか否かを確認することが可能である。

また、仮に、開口封止部材１０をステンレス鋼等の硬い金属で構成した場合、中空糸膜２に亀裂や破れを発生させ、中空糸膜２を傷つけるおそれがある。特に、ポッティング材４で固定された端部において、中空糸膜２の膜厚方向における一部又は全部は、ポッティング材４を構成する樹脂が染み込んで硬化された状態であるため、樹脂が染み込んでいない状態に比べると、亀裂が発生し易くなっている。このような場合であっても、開口封止部材１０を中空糸膜２より柔軟な樹脂とすることにより、亀裂が発生し難くなる。

また、開口封止部材１０は、線形テーパー状であり、一端１０ａから他端１０ｂまで漸次外径が拡大するため、開口Ｐの内径Ｄ２が分布を有していても、一端１０ａから他端１０ｂまでの間に開口Ｐの内面に当接して開口Ｐを封止する封止部Ｓを備えることができる。例えば、内径１．４ｍｍの中空糸膜２の場合、前後０．１ｍｍ程度の誤差を有し、開口Ｐの内径Ｄ２が実際には１．３〜１．５ｍｍの範囲で分布を有することがある。このように複数の中空糸膜２の内径に固体差がある場合であっても、開口Ｐに挿入する開口封止部材１０の長さを調節することにより、開口Ｐを封止することができる。

また、テーパー角は０．１〜５°であり、テーパー部Ｔの一端１０ａの外径Ｄ１は開口Ｐの内径Ｄ２に対して２０％以上、９５％以下であり、テーパー部Ｔの他端１０ｂの外径Ｄ３は開口Ｐの内径Ｄ２に対して１１０％以上、３００％以下である。これによれば、テーパー部Ｔは非常に緩やかな線形テーパー形状であるので、外径が開口Ｐの内径Ｄ２と略同等となり、開口Ｐの内周面に当接され易くなる範囲が十分に確保され易い。すなわち、封止部Ｓとして十分な軸方向の長さが確保され易い。このため、開口封止部材１０が開口Ｐから離脱し難く、開口Ｐを確実に封止することができる。

さらに、開口封止部材１０は、一端１０ａから少なくとも５〜６０ｍｍの位置までの外径が、開口Ｐの内径Ｄ２より小さいので、開口Ｐに挿入される長さを少なくとも５ｍｍとすることができる。したがって、開口封止部材１０は、少なくとも５ｍｍの長さにおいて、湾曲した中空糸膜２に挿入されていることとなるので、開口Ｐから離脱し難く、開口Ｐを確実に封止することができる。また、開口Ｐに挿入される長さを６０ｍｍより小さくすることで、ポッティング材４によって固定されていない柔軟な中空糸膜２の部分にまで開口封止部材１０が挿入され、当該部分を傷つけるのを防ぐことができる。

また、開口封止部材１０では、一端１０ａから封止部Ｓに向かう長手方向Ｌに直交する断面が円形であり、中空糸膜２の開口Ｐと同じ形状であるため、開口Ｐを封止し易くなる。

また、膜モジュール１の補修方法では、封止工程は、ニッパーや金槌といった市販されている工具のみで実施することができる。

また、膜モジュール１の補修方法では、水中で封止工程の前に、膜モジュール１を水中に沈めると共に、ケーシング５内にエアを供給して中空糸膜束３の周りの空間を加圧し、複数の中空糸膜２のうち、開口Ｐからエアが流出した中空糸膜２をリークが発生した中空糸膜２と特定する特定工程を備えている。このように水中で開口Ｐからエアを流出させるので、リークが発生した中空糸膜２を目視で容易に特定することができる。

さらに、膜モジュール１の補修方法は、封止工程の後で、膜モジュール１を水中に沈めると共に、ケーシング５内にエアを供給して中空糸膜束３の周りの空間を加圧し、開口封止部材１０を挿着した開口Ｐからエアが流出しないことを確かめる補修確認工程を備えている。特定工程と同様に、水中でエアが流出しないことを確かめるので、目視で容易に補修確認をすることができる。

なお、本実施形態では、テーパー部Ｔは、一端１０ａから他端１０ｂまで連続して設けられ、開口封止部材１０は、一端１０ａから他端１０ｂまでの全体がテーパー部Ｔであるとして説明したが、これに限られない。テーパー部Ｔは、開口封止部材１０の一部分であってもよく、例えば、図７に示すようなものであってもよい。図７に示すように、開口封止部材１０は、一端１０ａから、封止部Ｓよりも他端１０ｂ側の位置１０ｃにかけて外径が漸次拡大するテーパー部Ｔを備えている。位置１０ｃは、テーパー部Ｔの他端１０ｂ側の端部である。テーパー部Ｔは、線形テーパー状であり、位置１０ｃから他端１０ｂにかけては外径が同一の円柱状である。

なお、開口封止部材１０は、リークが発生した中空糸膜２を封止するだけでなく、リークが発生していない中空糸膜２を封止してもいい。これにより、例えば、膜モジュール１のろ過能力を調節することができる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
[開口封止部材の作製]

市販されている低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンを材質として用い、射出成型により図３に示した開口封止部材（補修釘）を作製した。また、比較例として特許文献１に基づきワックス棒も作製した。表１に作製した開口封止部材の主な物性値を示す。各物性値の測定は全て上述の発明を実施するための形態に記載したＪＩＳ規格に基づき実施した。

続いて、作製した開口封止部材を用い、発明を実施するための形態に記載した膜モジュールの補修方法に従って、リークが発生した中空糸膜の開口を封止し、膜モジュールの補修を実施した。補修を実施した膜モジュールについて、リークが発生した中空糸膜への開口封止部材の打ち込み性を確認すると共に、以下の確認及び評価を行った。実施した結果をまとめたものを表２に示す。

［エア加圧による封止効果確認］

低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびポリプロピレンを用いて作製された開口封止部材を開口に挿着することにより補修した中空糸膜について、補修した中空糸膜の逆側から、０．３ＭＰａのエア加圧を実施した。加圧後３分間にわたって補修部においてリークが発生しないことを確認した。

一方ワックス棒を用いて作製された開口封止部材を開口に挿着することを試みたが、装着時に折れてしまい十分な挿着を実施することができなかった。その後、補修を試みた中空糸膜の逆側から、０．３ＭＰａのエア加圧を実施した。リークが発生し、補修が行えていないことを確認した。
［冷熱サイクル運転による補修部耐久性の評価］

低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびポリプロピレンを用いて作製された開口封止部材により開口を封止して補修した膜モジュールについて、エア加圧による封止効果を確認（リーク検査）した後、２０〜７５℃の冷熱サイクル運転を１５００サイクル実施した。続いて、再びリーク検査を実施し、開口封止部材によるリーク封止効果は維持されたままであることを確認した。
［ろ過／逆洗圧繰り返し運転による補修部耐久性の評価］

低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびポリプロピレンを用いて作製された開口封止部材により開口を封止して補修した膜モジュールについて、エア加圧による封止効果を確認（リーク検査）した後、ろ過圧５０〜７０ｋＰａ，逆洗圧７０ｋＰａで運転を実施した。水温は常温とした。ろ過と逆洗をそれぞれ６０ｓｅｃ、１５ｓｅｃ実施する過程を１サイクルとし、１５００００サイクル運転を実施した。続いて、再びリーク検査を実施し、開口封止部材によるリーク封止効果は維持されたままであることを確認した。

１…膜モジュール、２…中空糸膜、３…中空糸膜束、４…ポッティング材（樹脂部）、５…ケーシング、１０…開口封止部材、１０ａ…一端（テーパー部の一端側の端部）、１０ｂ…他端（テーパー部の他端側の端部）、１０ｃ…位置（テーパー部の他端側の端部）、１１…仕切り板、Ｄ１…一端の外径、Ｄ２…開口の内径、Ｄ３…他端の外径、Ｌ…長手方向、Ｐ…開口、Ｓ…封止部、Ｔ…テーパー部、Ｒ…非挿着部。

Claims (23)

1. 複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束を端部で固定する樹脂部とを備え、前記中空糸膜の少なくとも一端部が前記樹脂部において開口された膜モジュールに対して、前記中空糸膜の前記開口に挿着される棒状の開口封止部材であって、
   外径が前記開口の内径よりも小さい一端と、前記一端とは反対側の他端と、前記一端側から前記他端側にかけて外径が漸次拡大するテーパー部とを備えると共に、可撓性を有する樹脂からなり、
   前記他端の外径は前記開口の内径よりも大きく、
   前記テーパー部の一部は、前記開口の内周面に当接して前記開口を封止する封止部である開口封止部材。
2. 前記テーパー部は、前記一端から前記他端まで連続して設けられている、請求項１記載の開口封止部材。
3. 前記他端から前記封止部までの間に切除可能な非挿着部が設けられている、請求項１または２記載の開口封止部材。
4. 前記他端から５ｍｍ以上の範囲を前記非挿着部として規定している、請求項３記載の開口封止部材。
5. 前記テーパー部は、長手方向に直交する断面が円形である、請求項１〜４のいずれか一項記載の開口封止部材。
6. 前記テーパー部の前記一端側の端部の外径は前記開口の内径に対して２０％以上、９５％以下であり、前記テーパー部の前記他端側の端部の外径は前記開口の内径に対して１１０％以上、３００％以下である、請求項１〜５のいずれか一項記載の開口封止部材。
7. 前記テーパー部のテーパー角は０．１〜５°である、請求項１〜６のいずれか一項記載の開口封止部材。
8. 前記一端から少なくとも５〜６０ｍｍの位置までの外径が、前記開口の内径よりも小さい、請求項１〜７のいずれか一項記載の開口封止部材。
9. 前記開口封止部材に用いられる樹脂の融点は、５０〜３００℃である、請求項１〜８のいずれか一項記載の開口封止部材。
10. 前記樹脂の曲げ弾性率は、１００〜２０００ＭＰａである、請求項１〜９のいずれか一項記載の開口封止部材。
11. 前記樹脂のデュロメータータイプＤ硬度は、１５〜９０Ｄである、請求項１〜１０のいずれか一項記載の開口封止部材。
12. 前記樹脂のシャルピー衝撃強さは、２３℃において１〜３０ｋＪ／ｍ^２である、請求項１〜１１のいずれか一項記載の開口封止部材。
13. 前記樹脂の密度は、０．８〜２．２ｇ／ｃｍ^３である、請求項１〜１２のいずれか一項記載の開口封止部材。
14. 前記樹脂は、ポリエチレンである、請求項１〜１３のいずれか一項記載の開口封止部材。
15. 前記樹脂は、低密度ポリエチレンである、請求項１〜１４のいずれか一項記載の開口封止部材。
16. 前記樹脂は、高密度ポリエチレンである、請求項１〜１４のいずれか一項記載の開口封止部材。
17. 前記樹脂は、ポリプロピレンである、請求項１〜１３のいずれか一項記載の開口封止部材。
18. 前記樹脂は、超高分子量ポリエチレンである、請求項１〜１４のいずれか一項記載の開口封止部材。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の開口封止部材の少なくとも一部が挿着されている、膜モジュール。
20. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の開口封止部材を、リークが発生した前記中空糸膜の前記開口に挿着する封止工程を有する、膜モジュールの補修方法。
21. 前記封止工程は、前記開口に前記開口封止部材を挿入する挿入工程と、
    前記挿入工程の後で、前記開口から突き出た非挿着部を切断する切断工程と、
    前記切断工程によって切断された残りの残余部分である前記封止部を前記開口内に圧入する圧入工程と、を備える請求項２０記載の膜モジュールの補修方法。
22. 前記膜モジュールは、前記中空糸膜束を収容すると共に、前記樹脂部によって封止されたケーシングを備え、
    前記封止工程の前に、前記膜モジュールを水中に沈めると共に、前記ケーシング内に空気を供給して前記中空糸膜束の周りの空間を加圧し、前記複数の中空糸膜のうち、前記開口から空気が流出した前記中空糸膜をリークが発生した中空糸膜と特定する特定工程を備える請求項２０または２１記載の膜モジュールの補修方法。
23. 前記膜モジュールは、前記中空糸膜束を収容すると共に、前記樹脂部によって封止されたケーシングを備え、
    前記封止工程の後で、前記膜モジュールを水中に沈めると共に、前記ケーシング内に空気を供給して前記中空糸膜束の周りの空間を加圧し、前記開口封止部材を挿着した開口から空気が流出しないことを確かめる補修確認工程をさらに備える請求項２０または２１記載の膜モジュールの補修方法。
    
    

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