JP2016175002A - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造過程で生じる廃棄物を極力減少させ、ポッティング材料の歩留まりを向上させることの可能な中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】予め中空糸膜１０１の束が挿入されたモジュールケース１０２の開口部１０２ａ内に位置する中空糸膜１０１の端部１０１ａを低粘度の液状ポッティング材料２にディッピングしてこの液状ポッティング材料２を中空糸膜１０１の端部１０１ａ間の隙間へ毛細管現象により充填させる第一のディッピング工程と、モジュールケース１０２の開口部１０２ａ及び中空糸膜１０１の端部１０１ａを粘度が経時的に上昇した液状ポッティング材料２にディッピングして中空糸膜１０１の束とモジュールケース１０２の間へ所定量充填させる第二のディッピング工程を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、浄水器、燃料電池の加湿装置や除湿装置などに用いられる中空糸膜モジュールを製造する方法に関する。

浄水器には、飲料水の濾過手段として、図９に示すような中空糸膜モジュール１００が用いられている。この種の中空糸膜モジュール１００は、多数の中空糸膜１０１の束をモジュールケース１０２に組み込み、ウレタン樹脂等からなるポッティング材１０３によってモジュールケース１０２に液密に、かつ中空糸膜１０１の中空部が閉塞しないように接着固定（ポッティング）したものが知られている。

このような中空糸膜モジュール１００を製造するための方法としては、従来から、例えば図１０に示すように、予め中空糸膜１０１の束をモジュールケース１０２に挿入してから、これを遠心注入装置２００の回転テーブル２０１に円周方向等間隔で複数セットすると共に、回転テーブル２０１の外径側を向いた各モジュールケース１０２の開口部をアダプタ２０２で閉塞し、回転テーブル２０１を、鉛直軸２０１ａの周りに所定の回転速度で水平旋回させながら、各アダプタ２０２に接続されたホース２０３を介して、未硬化のポッティング材１０３’を遠心力によって所定量投入し、ポッティング材１０３の架橋硬化後、モジュールケース１０２とアダプタ２０２との境界部（破線Ｃで示す位置）を切断することによって製品を取り出す、といった方法が知られている（例えば下記の特許文献１参照）。

特開２００３−３２０２２３号公報

しかしながら、このような製造方法によれば、モジュールケース１０２とアダプタ２０２との境界部Ｃを切断することによって製品を取り出した後は、製品から切離されたアダプタ２０２及びホース２０３は廃棄され、しかもこれらアダプタ２０２及びホース２０３の内部に残留したポッティング材１０３’の硬化物も一緒に廃棄されることになるので、多量の廃棄物が発生するばかりでなく、ポッティング材料の歩留まりも悪いといった問題があった。

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、製造過程で生じる廃棄物を極力減少させ、しかもポッティング材料の歩留まりを向上させることの可能な中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明は、上述した目的を達成するため、以下の手段を採用した。
すなわち本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法は、予め中空糸膜の束が挿入されたモジュールケースの開口部内に位置する前記中空糸膜の端部を低粘度の液状ポッティング材料にディッピングしてこの液状ポッティング材料を前記中空糸膜の端部間の隙間へ毛細管現象により充填させる第一のディッピング工程と、前記モジュールケースの開口部及び前記中空糸膜の端部を高粘度の液状ポッティング材料にディッピングして前記中空糸膜の束と前記モジュールケースの間へ所定量充填させる第二のディッピング工程を有するものである（請求項１）。

すなわち上記方法によれば、まず、第一のディッピング工程において、モジュールケースの開口部内に位置する中空糸膜（中空糸膜の束）の端部を低粘度の液状ポッティング材料にディッピングすることによって、この液状ポッティング材料が中空糸膜の端部間の隙間へ毛細管現象によって充填される。次に第二のディッピング工程において、モジュールケースの開口部及び中空糸膜の端部を高粘度の液状ポッティング材料にディッピングすると、この液状ポッティング材料は、高粘度であるために中空糸膜の端部間の隙間へ入り込むことなく中空糸膜の束とモジュールケースの間へ充填されることになる。このため、中空糸膜の束の内部（中空糸膜の端部間の隙間）と、中空糸膜の束とモジュールケースの間へ、液状ポッティング材料を安定的に充填して硬化させることができる。

また、本発明は上記目的を達成するためさらに以下の手段を採用してもよい。
すなわち上記中空糸膜モジュールの製造方法（請求項１）において、第二のディッピング工程によって中空糸膜の束とモジュールケースの間へ充填させる液状ポッティング材料が、第一のディッピング工程によって前記中空糸膜の端部間の隙間へ充填させたのと同じ液状ポッティング材料の粘度を経時的に上昇させたものである（請求項２）。

すなわち上記方法によれば、第一のディッピング工程と第二のディッピング工程で同じポッティング材料を用いるため、材料の歩留まりが一層向上する。

また、上記中空糸膜モジュールの製造方法（請求項１又は２）において、第一及び第二のディッピング工程が、ディッピング装置を用いて行われ、このディッピング装置が、モジュールケースの開口部に重合可能であると共に可動底部によって容積が可変の液状ポッティング材料投入空間を有するものである（請求項３）。

上記構成において、ディッピング装置は、予め液状ポッティング材料投入空間に液状ポッティング材料を投入してから、この液状ポッティング材料貯留空間をモジュールケースの開口部に重合させた状態で、可動底部によって液状ポッティング材料貯留空間の容積を縮小させると、液状ポッティング材料がモジュールケースの開口部内へ押し出されてモジュールケースの開口部及びその内周の中空糸膜の端部がディッピングされるものであるため、ホースなどを用いた場合のようなポッティング材料の残留を防止して歩留まりを向上させることができる。

本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法によれば、ディッピングによって、中空糸膜の端部間の隙間への液状ポッティング材料の充填と、中空糸膜の束とモジュールケースの間への液状ポッティング材料の充填を効率よく行うことができるため、製造過程で生じる廃棄物を極力減少させ、材料の歩留まりを向上させることができる。

本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、ディッピング工程と液状ポッティング材料の粘度との関係を示す線図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において用いられるディッピング装置の概略構成を示す説明図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、ディッピング装置に液状ポッティング材料を投入した状態を示す説明図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、ディッピング装置の液状ポッティング材料貯留空間にモジュールケースの開口部を重合させた状態を示す説明図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、ディッピング装置の液状ポッティング材料を中空糸膜の端部間の隙間へ充填させる第一のディッピング工程を示す説明図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、液状ポッティング材料の粘度調整過程を示す説明図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、ディッピング装置の液状ポッティング材料を中空糸膜の束とモジュールケースの間へ充填させる第二のディッピング工程を示す説明図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法の好ましい実施の形態において、製品の取出し工程を示す説明図である。 中空糸膜モジュールの概略構造を示す説明図である。 遠心注入装置を用いた従来の中空糸膜モジュールの製造方法の一例を示す説明図である。

以下、本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法を、図９に示すような浄水器用中空糸膜モジュール１００の製造に適用した好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明における第一及び第二のディッピング工程と液状ポッティング材料の粘度との関係を示すものである。

すなわち、例えば液状ウレタン樹脂等からなるポッティング材料は、調合・撹拌開始後しばらくの間は粘度がきわめて低い状態となっているが、ある程度の時間が経過すると（図１の例では調合・撹拌開始後３００ｓ程度）、非線形的に粘度が高くなることが知られている。

そこで、図示の実施の形態による中空糸膜モジュールの製造方法では、まず液状ポッティング材料が低粘度の状態（１５００ｍＰａ・ｓ以下）において第一のディッピング工程Ａを実行することにより、この液状ポッティング材料を中空糸膜の端部間の隙間へ毛細管現象により充填させ、次に粘度調整工程Ｂとなる所定時間を経て高粘度（５０００ｍＰａ・ｓ以上）となった液状ポッティング材料を、中空糸膜の束とその外周のモジュールケースとの間へ所定量充填させる第二のディッピング工程Ｃを実行するものである。

詳しくは、まず図２において、参照符号１はディッピング装置であり、このディッピング装置１は、筒状のハウジング１１と、ハウジング１１の内周に配置された可動底部１２と、可動底部１２をハウジング１１の内周で軸方向（上下方向）へ往復移動させる電動又は流体圧アクチュエータ１３とを備える。また、ハウジング１１の上端面からハウジング１１の内周面及び可動底部１２の上面を覆うように、合成樹脂製の遮液シート１４が着脱可能に敷設されており、この遮液シート１４の内側は、可動底部１２の移動によって容積が可変の液状ポッティング材料貯留空間１ａとなっている。

まず電動又は流体圧アクチュエータ１３によってディッピング装置１の可動底部１２をストローク下限まで降下させ、これによって液状ポッティング材料貯留空間１ａを拡張させ、この液状ポッティング材料貯留空間１ａに、図３に示すように、複数の材料を混合・撹拌した所要量の液状ポッティング材料（例えば液状ウレタン樹脂）２を投入する。

次に図４に示すように、予め中空糸膜１０１の束が挿入された中空糸膜モジュール用ケース（モジュールケース）１０２の下端縁を、液状ポッティング材料貯留空間１ａに液状ポッティング材料２が投入されたディッピング装置１のハウジング１１の上端面（ハウジング１１の上端面を覆う遮液シート１４）に密接させた状態に固定することによって、液状ポッティング材料貯留空間１ａをモジュールケース１０２の下端開口部に重合させる。モジュールケース１０２は下端が開口し上部が閉じた有底筒状であって、中空糸膜１０１の束はモジュールケース１０２内の上部で折り返された状態でモジュールケース１０２に挿入され、その両端部（図では片側の端部のみ示す）１０１ａはモジュールケース１０２の下端開口部１０２ａ内に位置している。

なお、中空糸膜１０１は合成樹脂製の細い中空管状をなすものであって、その両端部１０１ａは周知の方法によって予め閉じた状態としておく。これは、各中空糸膜１０１の中空部に、後述する第一のディッピング工程において液状ポッティング材料２が浸入することのないようにするためである。

次に図１に示す第一のディッピング工程Ａを実行する。この第一のディッピング工程Ａにおいては、図５に示すように、電動又は流体圧アクチュエータ１３によってディッピング装置１の可動底部１２をストローク上限より低い所定高さｈ１まで上昇させ、これによって液状ポッティング材料貯留空間１ａの容積を縮小させ、この液状ポッティング材料貯留空間１ａに貯留された液状ポッティング材料２の一部をモジュールケース１０２の下端開口部１０２ａ内へ押し上げて注入する。このため、モジュールケース１０２の下端開口部１０２ａ内にある中空糸膜１０１の両端部１０１ａは液状ポッティング材料２に浸漬（ディッピング）される。

図１に示すように、第一のディッピング工程Ａが実行されるタイミングでは、液状ポッティング材料２は粘度が１５００ｍＰａ・ｓ以下であって、きわめて低粘度であるため、図５に示すように、モジュールケース１０２の下端開口部１０２ａ内へ注入された液状ポッティング材料２の一部は、毛細管現象によって、多数の中空糸膜１０１の端部１０１ａ間の隙間へ浸入する。

第一のディッピング工程Ａの後は、粘度調整工程Ｂに移行し、すなわち図６に示すように電動又は流体圧アクチュエータ１３によってディッピング装置１の可動底部１２が高さｈ１に保持される。液状ポッティング材料２は、時間の経過に伴って粘度が非線形的に高くなっていく。なお、図６では、粘度が上昇した液状ポッティング材料２を、図５と異なるハッチングで示している。

そして、液状ポッティング材料２の粘度が５０００ｍＰａ・ｓ以上となった時点（図１の例では液状ポッティング材料の調合から３００ｓ程度）で、第二のディッピング工程Ｃを実行する。この第二のディッピング工程Ｃでは、電動又は流体圧アクチュエータ１３によって高さｈ１に保持されていたディッピング装置１の可動底部１２を、図７に示すように、ストローク上限高さｈ２まで上昇させ、これによって液状ポッティング材料貯留空間の容積をほぼ０となるまで縮小させ、液状ポッティング材料貯留空間に残留していた液状ポッティング材料２をモジュールケース１０２の下端開口部１０２ａ内へ押し上げて注入する。

この時点では、上述のように、液状ポッティング材料２の粘度は５０００ｍＰａ・ｓ以上に上昇しており、第一のディッピング工程において中空糸膜１０１の端部１０１ａ間の隙間へ充填された液状ポッティング材料２の粘度も高くなっているため、第二のディッピング工程Ｃでは、この液状ポッティング材料２は中空糸膜１０１の端部１０１ａ間の隙間へ浸入することはできず、モジュールケース１０２の下端部と中空糸膜１０１の束の下部との間へ充填され、すなわち中空糸膜１０１の束の下部外周が液状ポッティング材料２にディッピングされる。

また、この工程では、第一のディッピング工程においてモジュールケース１０２の下端部と中空糸膜１０１の束の下部との間へ充填された液状ポッティング材料２の液面高さを、第一のディッピング工程において中空糸膜１０１の端部１０１ａ間の隙間へ毛細管現象によって浸入した液状ポッティング材料２の高さ近傍まで押し上げることができる。

そしてさらに所要の時間が経過することによって、液状ポッティング材料２が架橋硬化したら、ディッピング装置１から、図８に示すように、モジュールケース１０２内にポッティング材１０３（液状ポッティング材料２の硬化物）を介してモジュールケース１０２に中空糸膜１０１の束が接着固定（ポッティング）された製品部を分離する。

ディッピング装置１から取り出した製品部は、ポッティング材１０３による固定部を、モジュールケース１０２の下端から所定の高さ（図８に破線で示す位置）で切断する。これによって、中空糸膜１０１の閉じた端部１０１ａが、ポッティング材１０３の一部と共に切除されるので、中空部がポッティング材１０３の切断面に開口し、先に説明した図９に示すような中空糸膜モジュール１００を得ることができる。

上述の方法によれば、液状ポッティング材料２が調合初期に低粘度であることを利用して中空糸膜１０１の端部１０１ａ間の隙間へ充填させてから、経時的に高粘度となった液状ポッティング材料２を中空糸膜１０１の束とモジュールケース１０２の間へ充填させるものであるため、液状ポッティング材料２を安定的に充填することができる。

また、液状ポッティング材料２のシールのためにディッピング装置１に敷設する合成樹脂製の遮液シート１４は使い捨てとなるが、それ以外に廃棄する資材はなく、しかもポッティング材１０３による固定部も、その一部が切除されるだけなので、液状ポッティング材料の歩留まりを著しく向上させることができる。したがって、製造コストの大幅な低減を図ることができる。

１ ディッピング装置
１ａ 液状ポッティング材料貯留空間
１１ ハウジング
１２ 可動底部
２ 液状ポッティング材料
１００ 中空糸膜モジュール
１０１ 中空糸膜
１０２ モジュールケース
１０２ａ 下端開口部（開口部）
１０３ ポッティング材
Ａ 第一のディッピング工程
Ｂ 粘度調整工程
Ｃ 第二のディッピング工程

Claims (3)

1. 予め中空糸膜の束が挿入されたモジュールケースの開口部内に位置する前記中空糸膜の端部を低粘度の液状ポッティング材料にディッピングしてこの液状ポッティング材料を前記中空糸膜の端部間の隙間へ毛細管現象により充填させる第一のディッピング工程と、前記モジュールケースの開口部及び前記中空糸膜の端部を高粘度の液状ポッティング材料にディッピングして前記中空糸膜の束と前記モジュールケースの間へ所定量充填させる第二のディッピング工程を有することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 第二のディッピング工程によって中空糸膜の束とモジュールケースの間へ充填させる液状ポッティング材料が、第一のディッピング工程によって前記中空糸膜の端部間の隙間へ充填させたのと同じ液状ポッティング材料の粘度を経時的に上昇させたものであることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 第一及び第二のディッピング工程が、ディッピング装置を用いて行われ、このディッピング装置が、モジュールケースの開口部に重合可能であると共に可動底部によって容積が可変の液状ポッティング材料投入空間を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

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