JP2017035675A - Manufacturing method of hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空糸膜を備えた中空糸膜モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a hollow fiber membrane module including a hollow fiber membrane.
中空糸膜モジュールは、選択的透過性を有する多数本（例えば数百本ないし数万本）の中空糸膜を束ねた中空糸束を容器内に収納して形成されている。通常、この容器は、少なくとも混合流体導入口、透過流体排出口、非透過流体排出口を備えている。容器内における中空糸膜束の配置は、容器外部と中空糸膜の内部空間との間の流通経路と、容器外部と中空糸膜の外部空間との流通経路とが隔絶するようになされている。
このような中空糸膜モジュールは、小型で有効膜面積を大きくできるため、混合流体から特定成分を高効率で分離・濃縮する有用な技術であり、ガスや液体などの分離（酸素分離、窒素分離、水素分離、水蒸気分離、二酸化炭素分離、有機蒸気分離等）等の種々の用途に利用されている。このため中空糸膜モジュールは分離膜モジュールと呼ばれることもある。
この種の中空糸膜モジュールを製造する方法としては、中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の両端を、熱硬化性樹脂などのポッティング剤によって接着固定し、次いでその接着固定部を、中空糸膜束の幅方向に沿って切断する方法が採用されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
The hollow fiber membrane module is formed by storing in a container a hollow fiber bundle obtained by bundling a large number (for example, several hundred to several tens of thousands) of hollow fibers having selective permeability. Usually, the container includes at least a mixed fluid inlet, a permeate fluid outlet, and a non-permeate fluid outlet. The arrangement of the hollow fiber membrane bundle in the container is such that the flow path between the outside of the container and the internal space of the hollow fiber membrane is separated from the flow path between the outside of the container and the external space of the hollow fiber membrane. .
Such a hollow fiber membrane module is small and can increase the effective membrane area, so it is a useful technique for separating and concentrating specific components from a mixed fluid with high efficiency. It is useful for separating gases and liquids (oxygen separation, nitrogen separation). , Hydrogen separation, water vapor separation, carbon dioxide separation, organic vapor separation, etc.). For this reason, the hollow fiber membrane module is sometimes called a separation membrane module.
As a method of manufacturing this type of hollow fiber membrane module, both ends of the hollow fiber membrane in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane bundle are bonded and fixed with a potting agent such as a thermosetting resin, and then the bonded fixing portion is hollow. A method of cutting along the width direction of the thread membrane bundle is employed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
上記の方法では、中空糸膜束（端部を切断する前の未完成品であるため、以下前駆体中空糸膜束ともいう）をポッティング剤で固定する作業時に、ポッティング剤が前駆体中空糸膜束における中空部に入ってしまうと、得られる中空糸膜モジュールの中空糸膜がポッティング剤で閉塞されてしまう。これを防止するために、ポッティング工程前に、予め前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向端部における開口部を封止しておく作業が行われている。これは、従来、作業員がヘラやスパチュラなどを利用して、前記の開口部に接着剤を塗り込むことにより行われている。 In the above method, the potting agent is used as the precursor hollow fiber during the work of fixing the hollow fiber membrane bundle (because it is an unfinished product before the end portion is cut, hereinafter also referred to as precursor hollow fiber membrane bundle) with the potting agent. If it enters into the hollow part in the membrane bundle, the hollow fiber membrane of the obtained hollow fiber membrane module will be blocked with a potting agent. In order to prevent this, an operation of previously sealing the opening at the longitudinal end of the hollow fiber membrane in the precursor hollow fiber membrane bundle is performed before the potting step. Conventionally, this is performed by an operator applying an adhesive to the opening using a spatula or a spatula.
しかし、上記従来の接着剤を塗り込む方法は作業時間がとられ、作業員の労力が大きかった。 However, the above-described conventional method of applying the adhesive takes a long working time and requires a lot of labor.
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the manufacturing method of the hollow fiber membrane module which can eliminate the fault which the prior art mentioned above has.
本発明は、複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた中空糸膜束の少なくとも一端部がポッティング剤によって固着された中空糸膜モジュールを製造する方法において、
前記方法は、
複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
前記前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を変形させる開口変形工程と、
前記開口変形工程により変形した部分を有する前記前駆体中空糸膜束の前記端部を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法を提供するものである。
The present invention provides a method for producing a hollow fiber membrane module in which at least one end of a hollow fiber membrane bundle obtained by bundling a plurality of hollow fiber membranes so as to extend in one direction is fixed by a potting agent.
The method
Forming a precursor hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled so as to extend in one direction;
An opening deformation step of deforming an opening of a hollow fiber membrane located at an end portion in a longitudinal direction of the hollow fiber membrane in the precursor hollow fiber membrane bundle;
The present invention provides a method for producing a hollow fiber membrane module, comprising a potting step of fixing the end portion of the precursor hollow fiber membrane bundle having a portion deformed by the opening deformation step with a potting agent.
また本発明は、複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた中空糸膜束の少なくとも一端部がポッティング剤によって固着された中空糸膜モジュールを製造する方法において、
前記方法は、
複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
前記前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を変形させる開口変形工程と、
前記前駆体中空糸膜束の前記端部側における、少なくとも前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側の部位を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程と、
前記ポッティング工程によって固定された前記前駆体中空糸膜束を、前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側における固定部位において、該長手方向と交差する方向に沿って切断する切断工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法を提供するものである。
Further, the present invention provides a method for producing a hollow fiber membrane module in which at least one end of a hollow fiber membrane bundle obtained by bundling a plurality of hollow fiber membranes so as to extend in one direction is fixed by a potting agent.
The method
Forming a precursor hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled so as to extend in one direction;
An opening deformation step of deforming an opening of a hollow fiber membrane located at an end portion in a longitudinal direction of the hollow fiber membrane in the precursor hollow fiber membrane bundle;
A potting step of fixing at least the portion on the inner side in the longitudinal direction with respect to the portion deformed by the opening deformation step on the end side of the precursor hollow fiber membrane bundle with a potting agent;
A cutting step of cutting the precursor hollow fiber membrane bundle fixed by the potting step along a direction intersecting the longitudinal direction at a fixing portion inside the longitudinal direction from a portion deformed by the opening deformation step; The manufacturing method of the hollow fiber membrane module which comprises is provided.
本発明の製造方法によれば、中空糸膜モジュールの製造が容易であり、製造時間及び製造コストを短縮できる。 According to the production method of the present invention, the hollow fiber membrane module can be easily produced, and the production time and production cost can be shortened.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の製造方法の対象となる中空糸膜モジュールの一例である第１実施形態の断面構造が示されている。同図に示す中空糸膜モジュール１０は、２種以上のガスや液体などからなる混合流体の分離に用いられるものである。中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束３０と、該中空糸膜束３０を収容するケーシング４０とを備えている。中空糸膜束３０は、複数本の中空糸膜２１の集合体から構成されている。本実施形態では中空糸膜２１は、一方向（図１のＹ方向）に延びて配列するように束ねられている。中空糸膜束３０は、数百本ないし数十万本の中空糸膜２１から構成されている。本実施形態において、中空糸膜束３０は略円柱状の形状をしている。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a first embodiment, which is an example of a hollow fiber membrane module that is an object of the manufacturing method of the present invention. The hollow fiber membrane module 10 shown in the figure is used for separation of a mixed fluid composed of two or more kinds of gases and liquids. The hollow fiber membrane module 10 includes a hollow fiber membrane bundle 30 and a casing 40 that accommodates the hollow fiber membrane bundle 30. The hollow fiber membrane bundle 30 is composed of an assembly of a plurality of hollow fiber membranes 21. In the present embodiment, the hollow fiber membranes 21 are bundled so as to extend in one direction (Y direction in FIG. 1). The hollow fiber membrane bundle 30 is composed of hundreds to hundreds of thousands of hollow fiber membranes 21. In the present embodiment, the hollow fiber membrane bundle 30 has a substantially cylindrical shape.
図１に示すように、中空糸膜束３０は、中空糸膜２１の延びるＹ方向に沿う一辺と、Ｙ方向と直交する方向である幅方向Ｚを有する。本実施形態では、幅方向Ｚに沿う中空糸膜束３０の断面形状は略円形状である。場合によっては、中空糸膜束３０の断面形状を他の形状、例えば略矩形とすることもできる。 As shown in FIG. 1, the hollow fiber membrane bundle 30 has one side along the Y direction in which the hollow fiber membrane 21 extends and a width direction Z that is a direction orthogonal to the Y direction. In this embodiment, the cross-sectional shape of the hollow fiber membrane bundle 30 along the width direction Z is substantially circular. In some cases, the cross-sectional shape of the hollow fiber membrane bundle 30 may be other shapes, for example, a substantially rectangular shape.
中空糸膜束３０を収容するケーシング４０の中空部は、中空糸膜束３０の外形の形状と略相補形状となっている。ケーシング４０は、その外形が略円柱状となっている。ケーシング４０は、略筒状体であり、その軸方向の両端に位置して対向する二面が開口して開口部４１を形成している。開口部４１の形状は略円形である。先に述べた中空糸膜束３０は、この開口部４１を通じてケーシング４０内に収容される。中空糸膜束３０は、その収容状態において、該中空糸膜束３０を構成する各中空糸膜２１の各端部が、各開口部４１において開口するように、ケーシング４０内に収容される。 The hollow portion of the casing 40 that accommodates the hollow fiber membrane bundle 30 has a shape that is substantially complementary to the outer shape of the hollow fiber membrane bundle 30. The outer shape of the casing 40 is substantially cylindrical. The casing 40 is a substantially cylindrical body, and two opposite surfaces located at both ends in the axial direction are opened to form an opening 41. The shape of the opening 41 is substantially circular. The hollow fiber membrane bundle 30 described above is accommodated in the casing 40 through the opening 41. The hollow fiber membrane bundle 30 is accommodated in the casing 40 such that each end of each hollow fiber membrane 21 constituting the hollow fiber membrane bundle 30 opens in each opening 41 in the accommodated state.
図１に示すように、中空糸膜束３０がケーシング４０内に収容された状態においては、中空糸膜２１の延びる方向であるＹ方向の両端部２２の位置において、中空糸膜束３０が管板５０，５１によってケーシング４０の内壁に固定されている。管板５０，５１は、ケーシング４０のＺ方向の断面形状に対応した略円形状に形成されている。管板５０，５１はポッティング剤から構成されている。ポッティング剤としては、当該技術分野においてこれまで用いられてきたものと同様のものを用いることができる。例えばポッティング剤として各種熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。なお管板５０，５１は、中空糸膜束３０を構成する複数本の中空糸膜２１どうしを一体に固着する役割を果たす。本実施形態では一対の管板５０、５１はいずれも中空糸膜２０の開口が保持された状態で中空糸膜の端部を包埋して固着している。また、管板５０，５１を構成するポッティング剤により、中空糸膜束３０をケーシングの内面に固定してもよく、その場合、管板５０，５１は、中空糸膜束３０とケーシング４０の内面との間を密封する役割も果たす。なお管板５０，５１を構成するポッティング剤により、中空糸膜束３０をケーシングの内面に固定しない場合、管板５０，５１とケーシング４０の内面との間の密封のために、必要に応じて他のシーリング手段が設けられていてもよい。 As shown in FIG. 1, in a state where the hollow fiber membrane bundle 30 is housed in the casing 40, the hollow fiber membrane bundle 30 is at the position of both ends 22 in the Y direction, which is the direction in which the hollow fiber membrane 21 extends. The plates 50 and 51 are fixed to the inner wall of the casing 40. The tube sheets 50 and 51 are formed in a substantially circular shape corresponding to the cross-sectional shape of the casing 40 in the Z direction. The tube plates 50 and 51 are made of a potting agent. As a potting agent, the thing similar to what was used until now in the said technical field can be used. For example, various thermoplastic resins and thermosetting resins can be used as a potting agent. Examples of the thermoplastic resin include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters, and polyamides. Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin and a urethane resin. The tube sheets 50 and 51 play a role of fixing a plurality of hollow fiber membranes 21 constituting the hollow fiber membrane bundle 30 together. In the present embodiment, the pair of tube sheets 50 and 51 both embed and fix the end portion of the hollow fiber membrane while the opening of the hollow fiber membrane 20 is maintained. Further, the hollow fiber membrane bundle 30 may be fixed to the inner surface of the casing by a potting agent constituting the tube plates 50 and 51, and in that case, the tube plates 50 and 51 are connected to the inner surfaces of the hollow fiber membrane bundle 30 and the casing 40. Also plays a role in sealing between the two. In addition, when the hollow fiber membrane bundle 30 is not fixed to the inner surface of the casing by the potting agent constituting the tube plates 50 and 51, for sealing between the tube plates 50 and 51 and the inner surface of the casing 40, as necessary. Other sealing means may be provided.
ケーシング４０の各開口部４１は、蓋体６０，６１によって閉塞されている。蓋体６０には混合流体導入口６２が設けられている。一方、蓋体６１には未透過流体排出口６３が設けられている。分離対象となる混合流体は、蓋体６０の混合流体導入口６２から中空糸膜モジュール１０内に導入される。導入された混合流体のうち、中空糸膜２１を透過した流体は、ケーシング４０に設けられた透過流体排出口４２からモジュール外に排出される。一方、中空糸膜２１を透過しなかった未透過流体は、蓋体６１の未透過流体排出口６３からモジュール外に排出される。 Each opening 41 of the casing 40 is closed by lids 60 and 61. The lid 60 is provided with a mixed fluid inlet 62. On the other hand, the lid 61 is provided with an impermeable fluid discharge port 63. The mixed fluid to be separated is introduced into the hollow fiber membrane module 10 from the mixed fluid inlet 62 of the lid 60. Of the introduced mixed fluid, the fluid that has permeated through the hollow fiber membrane 21 is discharged out of the module through a permeated fluid discharge port 42 provided in the casing 40. On the other hand, the non-permeated fluid that has not permeated through the hollow fiber membrane 21 is discharged out of the module from the non-permeated fluid discharge port 63 of the lid 61.
中空糸膜２１としては、ガスや液体などの流体の分離性能を有するものであればどのような素材のものでもよい。例えば高分子材料を用いることができる。特にポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネートなどの常温（２３℃）でガラス状の高分子材料からなる中空糸膜は、ガス分離性能が良好であるので好適に用いられる。とりわけポリイミドを用いることが、後述のように開口変形工程が加熱下における加圧処理を含む場合に、中空糸膜の開口の変形性がよく、開口の封止を好適に行うことができるため好ましい。 The hollow fiber membrane 21 may be made of any material as long as it has the ability to separate fluids such as gas and liquid. For example, a polymer material can be used. In particular, hollow fiber membranes made of a glassy polymer material at normal temperature (23 ° C.) such as polyimide, polysulfone, polyetherimide, polyphenylene oxide, and polycarbonate are preferably used because of their good gas separation performance. In particular, the use of polyimide is preferable because the deformability of the opening of the hollow fiber membrane is good and the opening can be suitably sealed when the opening deformation step includes a pressure treatment under heating as described later. .
ケーシング４０は、中空糸膜モジュール１０の使用時に高温流体あるいは低温流体や高圧流体あるいは減圧条件にさらされるものであるから、十分な強度と使用条件下での安定性が必要である。この観点から、ケーシング４０の材質は、金属、プラスチックやガラス繊維複合材料であることが好ましい。 Since the casing 40 is exposed to a high-temperature fluid, a low-temperature fluid, a high-pressure fluid, or a reduced pressure condition when the hollow fiber membrane module 10 is used, the casing 40 needs to have sufficient strength and stability under use conditions. From this viewpoint, the material of the casing 40 is preferably a metal, plastic, or glass fiber composite material.
以上の構成を有する中空糸膜モジュール１０の製造方法を図２ないし図４を参照しながら説明する。
本製造方法では、まずは中空糸膜２１を各膜２１の長手方向Ｙが一致するように束ねて前駆体中空糸膜束を形成する。
A method for manufacturing the hollow fiber membrane module 10 having the above configuration will be described with reference to FIGS.
In this production method, first, the hollow fiber membranes 21 are bundled so that the longitudinal directions Y of the respective membranes 21 coincide with each other to form a precursor hollow fiber membrane bundle.
図２に示す例では、複数の中空糸膜２１を、緯糸又は経糸とした織物状とすることにより、複数本の中空糸膜２１を、長手方向Ｙを一致させて束ねたシート状の前駆体中空糸膜束２０（以下単に、シート状中空糸膜束２０、又は前駆体中空糸膜束２０ともいう）としている。シート状中空糸膜束２０の織り方としては、例えば平織りや綾織り、朱子織り、畳織り、すだれ織りなどを始めとして公知の織り方を適宜に採用することができる。シート状中空糸膜束２０は、これを構成する経糸及び緯糸の延びる方向とそれぞれ平行な辺を有する平面視略矩形状をしている。各シート状中空糸膜束２０は、同寸・同形であってもよく、或いは形状及び寸法を異ならせてもよい。 In the example shown in FIG. 2, a sheet-like precursor obtained by bundling a plurality of hollow fiber membranes 21 in the longitudinal direction Y by forming a plurality of hollow fiber membranes 21 into a woven fabric having wefts or warps. The hollow fiber membrane bundle 20 (hereinafter, also simply referred to as a sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 or a precursor hollow fiber membrane bundle 20). As the weaving method of the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20, known weaving methods such as plain weaving, twill weaving, satin weaving, tatami weaving, and weaving weaving can be appropriately employed. The sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 has a substantially rectangular shape in plan view having sides parallel to the extending directions of the warp and weft constituting the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20. Each sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 may have the same size and shape, or may have different shapes and dimensions.
次に、該前駆体中空糸膜束における中空糸膜２１の長手方向Ｙの端部２２に位置する中空糸膜２１の開口部２３を変形させる開口変形工程を行う。 Next, an opening deformation step of deforming the opening 23 of the hollow fiber membrane 21 located at the end 22 in the longitudinal direction Y of the hollow fiber membrane 21 in the precursor hollow fiber membrane bundle is performed.
図２に示すように、開口変形工程ではシート状中空糸膜束２０において、中空糸膜２１の開口部２３が位置するＹ方向端部２２を変形する。変形は開口部２３のみであってもよく、中空糸膜２１における開口部２３よりもＹ方向内側の部分を含んでいてもよい。図２では、前駆体中空糸膜束２０における開口変形工程により変形した部分を灰色の部分として示している。開口変形工程により中空糸膜２１において変形した部分を以下、変形部２４ともいう。 As shown in FIG. 2, in the opening deformation step, in the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20, the Y-direction end 22 where the opening 23 of the hollow fiber membrane 21 is located is deformed. Only the opening 23 may be deformed, and the hollow fiber membrane 21 may include a portion inside the Y direction from the opening 23. In FIG. 2, the part which deform | transformed by the opening deformation | transformation process in the precursor hollow fiber membrane bundle 20 is shown as a gray part. A portion deformed in the hollow fiber membrane 21 by the opening deformation process is hereinafter also referred to as a deformed portion 24.
図２に示す例ではＹ方向の両方の端部２２における開口部２３を変形して変形部２４を形成している。これに対し、一方の端部２２の開口部２３のみを変形し、他方の端部２２における開口部２３には接着剤により封をする方法も、本発明の製造方法に含まれる。しかしながら、本発明の製造方法においては、ポッティング工程の前工程において、中空糸膜の開口部からポッティング剤が入り込むことを防止するために接着剤を用いることは行わないことが好ましい。ここでいう接着剤としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂からなる接着剤、天然ゴム、合成ゴム等のエラストマーからなる接着剤、シアノアクリレート系の瞬間接着剤等を挙げることができる。 In the example shown in FIG. 2, the opening portions 23 at both end portions 22 in the Y direction are deformed to form the deformed portion 24. On the other hand, a method of deforming only the opening 23 of one end 22 and sealing the opening 23 of the other end 22 with an adhesive is also included in the manufacturing method of the present invention. However, in the production method of the present invention, it is preferable not to use an adhesive in order to prevent the potting agent from entering through the opening of the hollow fiber membrane in the previous step of the potting step. Examples of the adhesive herein include an adhesive made of a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, and a urethane resin, an adhesive made of an elastomer such as natural rubber and synthetic rubber, and a cyanoacrylate instantaneous adhesive. An agent etc. can be mentioned.
中空糸膜２１のＹ方向端部２２における変形部２４のＹ方向長さＬ２（図２参照）は、例えば２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。中空糸膜２１のＹ方向両端部２２，２２それぞれに設けた変形部２４のＹ方向長さは同一であってもよく異なっていてもよい。また、中空糸膜２１における変形部２４は、Ｙ方向端部２２よりもＹ方向内側に形成されて、変形部２４よりもＹ方向外側に開口変形処理を施されていない部分を残していてもよい。 The Y-direction length L2 (see FIG. 2) of the deformed portion 24 at the Y-direction end 22 of the hollow fiber membrane 21 is preferably, for example, 2 mm or more and 30 mm or less, and preferably 5 mm or more and 10 mm or less. The lengths in the Y direction of the deformed portions 24 provided at both ends 22 of the Y direction of the hollow fiber membrane 21 may be the same or different. Moreover, even if the deformation | transformation part 24 in the hollow fiber membrane 21 is formed in the Y direction inner side rather than the Y direction edge part 22, the part which has not performed the opening deformation process on the Y direction outer side rather than the deformation part 24 remains. Good.
また前駆体中空糸膜束２０を構成する各中空糸膜２１における変形部２４のＹ方向長さＬ２は、略同一であっても良く、異なっていても良い。 Further, the length L2 in the Y direction of the deformed portion 24 in each hollow fiber membrane 21 constituting the precursor hollow fiber membrane bundle 20 may be substantially the same or different.
開口変形工程により、中空糸膜２１のＹ方向端部２２における開口部２３は封止ないし閉塞されることが好ましく、例えば液密又は／且つ気密に封止されることがより好ましい。しかしながら、中空糸膜２１の開口部２３は開口変形工程により完全に閉塞ないし完全に封止される必要はなく、一部の空隙を残した状態で開口部２３が閉塞されるのでもよい。 The opening 23 at the Y-direction end 22 of the hollow fiber membrane 21 is preferably sealed or closed by the opening deformation step, and more preferably, for example, liquid-tight or / and air-tight. However, the opening 23 of the hollow fiber membrane 21 does not need to be completely closed or completely sealed by the opening deformation process, and the opening 23 may be closed with a part of the gap left.
前駆体中空糸膜束を構成する各中空糸膜に漏れなく開口部の封止のための処理を行うことを容易とする観点から、開口変形工程は、中空糸膜の端部２２を加圧処理する工程を含むことが好ましく、特に、中空糸膜の端部２２を加熱下に加圧処理する工程を含むことが好ましい。 From the viewpoint of facilitating the processing for sealing the opening without leaking into each hollow fiber membrane constituting the precursor hollow fiber membrane bundle, the opening deformation step pressurizes the end 22 of the hollow fiber membrane. It is preferable to include the process of processing, and it is particularly preferable to include the process of pressurizing the end portion 22 of the hollow fiber membrane under heating.
加熱下で加圧処理する方法としては、例えばヒートシール（熱融着又は熱圧着ともいう）が挙げられる。ヒートシールの具体的な方法としては、例えば、バーシール、回転ロールシール、ベルトシール、インパルスシール、高周波シール、超音波シール等の公知の方法で行うことができる。 As a method of performing pressure treatment under heating, for example, heat sealing (also referred to as thermal fusion or thermocompression bonding) can be given. As a specific method of heat sealing, for example, a known method such as a bar seal, a rotary roll seal, a belt seal, an impulse seal, a high frequency seal, or an ultrasonic seal can be used.
加熱下で加圧処理する方法における好ましい加熱温度及び加圧の圧力は、中空糸膜の構成により異なるが、例えば、中空糸膜としてポリイミド樹脂からなる中空糸膜を用いる場合の例を以下に挙げる。
加熱下での加圧処理は、２３０℃以上の加熱下で行うことが好ましい。この加熱条件において、加圧処理における圧力は、加圧による開口変形効果を十分に得る観点から、０．２６ＭＰａ以上が好ましい。また、加圧時間は、２秒以上が好ましい。
加熱温度が上がるにしたがって、加圧圧力も低く設定することが可能であり、２６０℃以上であれば、０．１７ＭＰａ以上が好ましく、このときの加圧時間も２秒以上が好ましい。
加熱温度を高くするほど、加圧圧力を低下させることができ、また加熱時間を短くすることが可能である。
加熱温度は、開口部の溶着効果を考えると３２０℃以下が好ましい。
加圧圧力は１．２ＭＰａ以上加えても効果に大きく影響はしないため、製造効率の観点から１．２ＭＰａ未満が好ましい。また、加圧時間に関しても、加熱温度に対する加圧圧力が十分であれば、１０秒以上の加圧時間は不要であるため、１０秒未満が好ましい。
加熱温度、加圧圧力、加熱時間は相互に関係していることとなる。
また、閉塞率は、初期開口断面積の基材の３０％以下であれば十分な効果が得られるが、１０％以下であることが更に好ましい。閉塞率は、中空糸膜束における、開口変形処理前における中空糸膜の開口部の断面積に対する、開口変形処理後の開口部の断面積の割合である。前記の断面積は例えば、中空糸膜束の断面を顕微鏡を用いて観察及び写真撮影し中空糸膜の開口部１０個以上の断面積の平均値を測定することで求めることができる。
The preferred heating temperature and pressure for the pressure treatment method under heating vary depending on the configuration of the hollow fiber membrane, but examples include the case where a hollow fiber membrane made of a polyimide resin is used as the hollow fiber membrane. .
The pressure treatment under heating is preferably performed under heating at 230 ° C. or higher. Under these heating conditions, the pressure in the pressure treatment is preferably 0.26 MPa or more from the viewpoint of sufficiently obtaining the effect of opening deformation due to pressure. The pressurization time is preferably 2 seconds or more.
As the heating temperature rises, the pressurizing pressure can be set lower. If it is 260 ° C. or higher, 0.17 MPa or higher is preferable, and the pressurizing time at this time is preferably 2 seconds or longer.
The higher the heating temperature, the lower the pressurizing pressure and the shorter the heating time.
The heating temperature is preferably 320 ° C. or lower in view of the welding effect of the opening.
The applied pressure is not more than 1.2 MPa from the viewpoint of production efficiency because the effect is not greatly affected even if the applied pressure is 1.2 MPa or more. Further, regarding the pressurization time, if the pressurization pressure with respect to the heating temperature is sufficient, the pressurization time of 10 seconds or more is unnecessary, and therefore, it is preferably less than 10 seconds.
The heating temperature, pressurizing pressure, and heating time are related to each other.
In addition, a sufficient effect can be obtained if the blocking rate is 30% or less of the base material having the initial opening cross-sectional area, but it is more preferably 10% or less. The blockage rate is the ratio of the cross-sectional area of the opening after the opening deformation process to the cross-sectional area of the opening of the hollow fiber membrane before the opening deformation process in the hollow fiber membrane bundle. The cross-sectional area can be obtained, for example, by observing and photographing a cross-section of the hollow fiber membrane bundle using a microscope and measuring an average value of cross-sectional areas of 10 or more openings of the hollow fiber membrane.
加熱下における加圧処理をシート状中空糸膜束２０に施す場合は、中空糸膜２１の開口部２３が存在するＹ方向端部２２に対して、シート状中空糸膜束２０の一面側から圧力を付すか、或いは両面側から挟み込むように圧力を付すことが好ましい。一方、後述するようにケーシングと外形が相補形状を有する中空糸膜束３０に加圧処理を施す場合は、例えば、中空糸膜２１の開口部２３に対して中空糸膜束の外側からＹ方向に圧力を付す方法が挙げられる。 When the pressure treatment under heating is applied to the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20, the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 from one surface side with respect to the Y-direction end portion 22 where the opening 23 of the hollow fiber membrane 21 exists. It is preferable to apply pressure or apply pressure so as to sandwich from both sides. On the other hand, as will be described later, when the pressure treatment is applied to the hollow fiber membrane bundle 30 whose outer shape is complementary to the casing, for example, the opening 23 of the hollow fiber membrane 21 from the outside of the hollow fiber membrane bundle in the Y direction. There is a method of applying pressure to.
図２に示すように、シート状中空糸膜束２０は中空糸膜２１の延びる方向であるＹ方向及び、該Ｙ方向と直交する方向であるＸ方向を有する。本実施形態では、開口変形後のシート状中空糸膜束２０を、該シートのＹ方向が巻回の軸方向となるように、Ｘ方向の一端側から他端に向けてロール状に巻回することで、略円柱状である前駆体中空糸膜束３０’（以下単に、前駆体中空糸膜束３０’或は、単に中空糸膜束３０’ともいう）を形成することができる。中空糸膜束３０’においては、各中空糸膜における長手方向Ｙが略一致し、且つ該方向Ｙにおいて、中空糸膜の両端部のＹ方向位置が略一致している。前駆体中空糸膜束３０’のＺ方向に沿う断面形状は、ケーシング４０の中空部のＺ方向に沿う側面視形状と相補し、本実施形態では略円形状である。 As shown in FIG. 2, the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 has a Y direction that is a direction in which the hollow fiber membrane 21 extends and an X direction that is a direction orthogonal to the Y direction. In this embodiment, the sheet-shaped hollow fiber membrane bundle 20 after opening deformation is wound in a roll shape from one end side in the X direction to the other end so that the Y direction of the sheet is the axial direction of the winding. By doing so, the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ (hereinafter simply referred to as the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ or simply the hollow fiber membrane bundle 30 ′) having a substantially cylindrical shape can be formed. In the hollow fiber membrane bundle 30 ′, the longitudinal directions Y of the hollow fiber membranes substantially coincide with each other, and the Y-direction positions of both ends of the hollow fiber membranes substantially coincide with each other in the direction Y. The cross-sectional shape along the Z direction of the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ is complementary to the side view shape along the Z direction of the hollow portion of the casing 40, and is substantially circular in this embodiment.
なお、上記のようにシート状中空糸膜束２０を巻回して中空糸膜束３０’とする代わりに、シート状中空糸膜束２０を帯状に形成し、これを折り曲げることにより積層させて積層体状中空糸膜束３０’を得てもよい。或は、複数の中空糸膜２１を、長手方向Ｙを一致させて束ねて、上記のように断面形状がケーシング４０の中空部の側面視形状と相補する中空糸膜束３０’とすることを、シート状の中空糸膜束２０の形成を経ずに一段階で行ってもよい。 Instead of winding the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 into the hollow fiber membrane bundle 30 ′ as described above, the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 is formed in a band shape, and this is folded to be laminated. A body-like hollow fiber membrane bundle 30 'may be obtained. Alternatively, the plurality of hollow fiber membranes 21 are bundled so that the longitudinal directions Y coincide with each other to form a hollow fiber membrane bundle 30 ′ whose cross-sectional shape is complementary to the side view shape of the hollow portion of the casing 40 as described above. Alternatively, the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 may be formed in one step without being formed.
また、開口変形工程をシート状中空糸膜束２０に対して施し、その後、開口変形後のシート状中空糸膜束２０を巻回ないし積層して中空糸膜束３０’を形成する代わりに、シート状中空糸膜束２０を巻回ないし積層させてなる中空糸膜束３０’に対して開口変形工程を行い、中空糸膜の開口部が変形された中空糸膜束３０’としてもよい。 Further, instead of subjecting the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 to the opening deformation step and then winding or laminating the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 after the opening deformation to form the hollow fiber membrane bundle 30 ′, The hollow fiber membrane bundle 30 ′ formed by winding or laminating the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 may be subjected to an opening deformation step to form a hollow fiber membrane bundle 30 ′ in which the opening of the hollow fiber membrane is deformed.
本実施形態の製造方法によれば、前駆体中空糸膜束（例えばシート状体２０、巻回体３０’）における中空糸膜の長手方向Ｙの端部２２に位置する中空糸膜２１の開口部２３を変形させるため、接着剤を中空糸膜２１の開口部に塗り込むよりも、中空糸膜束を構成する各中空糸膜２１の開口部２３を漏れなく封止しやすい。また接着剤を用いる場合に比べて、開口部２３及びその近傍のみに封止のための処理を施すことが容易であり中空糸膜のＹ方向内側の中空部に接着剤が入り込むこともない。このような本実施形態の製造方法によれば、中空糸膜２１における切断予定箇所より内側の中空部にポッティング剤や接着剤等の異物が入り込むことを防止しやすいため歩留りを向上できる。また接着剤の塗布よりも容易に封止処理が行えるため、製造時間の短縮や製造コストの低減が可能である。 According to the manufacturing method of the present embodiment, the opening of the hollow fiber membrane 21 located at the end portion 22 in the longitudinal direction Y of the hollow fiber membrane in the precursor hollow fiber membrane bundle (for example, the sheet-like body 20, the wound body 30 ′). Since the portions 23 are deformed, it is easier to seal the openings 23 of the hollow fiber membranes 21 constituting the hollow fiber membrane bundle without omission than applying an adhesive to the openings of the hollow fiber membranes 21. Further, as compared with the case where an adhesive is used, it is easy to perform a sealing process only on the opening 23 and its vicinity, and the adhesive does not enter the hollow portion on the inner side in the Y direction of the hollow fiber membrane. According to such a manufacturing method of the present embodiment, the yield can be improved because it is easy to prevent foreign matters such as potting agents and adhesives from entering the hollow portion inside the planned cutting position in the hollow fiber membrane 21. Further, since the sealing process can be performed more easily than the application of the adhesive, the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
図２及び図３（ｂ）に示すように、以上のようにして得られた開口変形工程後の前駆体中空糸膜束３０’を、ケーシング４０’内に収容させる。この収容時のケーシング４０’は、後述するように中空糸膜束３０’と共に切断される場合は、得られる中空糸膜モジュール１０のケーシング４０よりもＹ方向長さが長いが、それ以外はケーシング４０’及びその開口部４１’は上述したケーシング４０及びその開口部４１とそれぞれ同様の構成を有する。図２及び図３（ａ）に示すとおり、前駆体中空糸膜束３０’は、その中空糸膜の長手方向Ｙが筒状のケーシング４０’の軸方向と略一致するように、ケーシング４０’に収容される。 As shown in FIG. 2 and FIG. 3B, the precursor hollow fiber membrane bundle 30 'after the opening deformation process obtained as described above is accommodated in the casing 40'. The casing 40 ′ at the time of accommodation is longer in the Y direction than the casing 40 of the obtained hollow fiber membrane module 10 when cut together with the hollow fiber membrane bundle 30 ′ as will be described later. 40 'and its opening 41' have the same configuration as the casing 40 and its opening 41, respectively. As shown in FIGS. 2 and 3 (a), the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ has a casing 40 ′ such that the longitudinal direction Y of the hollow fiber membrane substantially coincides with the axial direction of the cylindrical casing 40 ′. Is housed in.
図３（ｂ）に示す状態では、ケーシング４０’に収容された前駆体中空糸膜束３０’の前後の端部３２’が、ケーシング４０’の開口部４１’と面一の関係になっているが、中空糸膜束３０’の収容状態はこれに限られない。例えば、中空糸膜束３０’の前後の端部３２’のいずれか一方又は両方が、ケーシング４０’の開口部４１’から外方に突出した状態になっていてもよく、あるいは該開口部４１’よりもケーシング４０’の内側に位置した状態になっていてもよい。 In the state shown in FIG. 3B, the front and rear end portions 32 ′ of the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ accommodated in the casing 40 ′ are flush with the opening 41 ′ of the casing 40 ′. However, the accommodation state of the hollow fiber membrane bundle 30 'is not limited to this. For example, either one or both of the front and rear end portions 32 ′ of the hollow fiber membrane bundle 30 ′ may protrude outward from the opening 41 ′ of the casing 40 ′, or the opening 41 You may be in the state located inside casing 40 rather than.
次に、図３（ｃ）に示すとおり、ケーシング４０’内に収容された状態の前駆体中空糸膜束３０’に対して、その前後の端部３２’側の位置にポッティング剤を供給し、これを硬化（固化）させるポッティング工程を行う。ポッティング工程では、前駆体中空糸膜束３０’の前後の端部３２’側における、中空糸膜２１の少なくとも、変形部２４に対するＹ方向の内側の部分をポッティング剤で互いに固着させる。これによりポッティング剤で中空糸膜束３０’の少なくとも一方のＹ方向の端部側３２’の部分を固着する。このとき、ポッティング剤により中空糸膜束３０’の端部３２’側の部分をケーシングの内面に固定してもよい。このようにして、中空糸膜束３０’の前後の端部側の部分をポッティング剤で固定することで、前端固定部位５２及び後端固定部位５３を形成する。前端固定部位５２及び後端固定部位５３はそれぞれ、変形部２４に対して中空糸膜束３０’におけるＹ方向の内側に隣接していてもよいし、或いは、Ｙ方向の内側に離間して位置していてもよい。各固定部位においては、各中空糸膜同士が互いに気密に固定されているおり、更に、各中空糸膜がケーシングに気密に固定されている。 Next, as shown in FIG. 3 (c), a potting agent is supplied to the front and rear end portions 32 ′ side of the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ accommodated in the casing 40 ′. Then, a potting process for curing (solidifying) this is performed. In the potting step, at least the inner portions of the hollow fiber membrane 21 in the Y direction with respect to the deformed portion 24 on the front and rear end portions 32 'side of the precursor hollow fiber membrane bundle 30' are fixed to each other with a potting agent. As a result, at least one of the end portions 32 'in the Y direction of the hollow fiber membrane bundle 30' is fixed with the potting agent. At this time, the end portion 32 ′ portion of the hollow fiber membrane bundle 30 ′ may be fixed to the inner surface of the casing by a potting agent. In this way, the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 are formed by fixing the front and rear end portions of the hollow fiber membrane bundle 30 ′ with the potting agent. The front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 may be adjacent to the inner side in the Y direction of the hollow fiber membrane bundle 30 ′ with respect to the deformable portion 24, or may be spaced apart from each other inside the Y direction. You may do it. At each fixing portion, the hollow fiber membranes are airtightly fixed to each other, and each hollow fiber membrane is airtightly fixed to the casing.
また、変形部２４よりもＹ方向の内側の部分をポッティング剤で固定することに加えて、変形部２４におけるＹ方向の内側の一部、或いは、変形部２４の全部を、ポッティング剤により固定してもよい。この場合、前端固定部位５２及び後端固定部位５３は、変形部２４とそれぞれ重複する。図３（ｃ）に示す例では、前端固定部位５２及び後端固定部位５３は変形部２４全体を含む部分となっており、前端固定部位５２及び後端固定部位５３が中空糸膜２１のＹ方向端部２２まで延出している。 Further, in addition to fixing the inner portion in the Y direction with respect to the deforming portion 24 with the potting agent, the inner portion in the Y direction in the deforming portion 24 or the entire deforming portion 24 is fixed with the potting agent. May be. In this case, the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 overlap with the deformable portion 24, respectively. In the example shown in FIG. 3C, the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 are portions including the entire deformed portion 24, and the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 are Y of the hollow fiber membrane 21. It extends to the direction end 22.
上述した管板５０，５１は、前端固定部位５２及び後端固定部位５３の一部から構成される。前端固定部位５２及び後端固定部５３は、後述する切断工程における切断の切り代を考慮して、そのＹ方向長さＬ３を、予定している管板５０，５１の厚みＤ（図１参照）よりも大きくしておく。 The above-described tube sheets 50 and 51 are constituted by a part of the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53. The front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 have a Y-direction length L3 in consideration of a cutting allowance in a cutting step to be described later, and a thickness D of the expected tube sheets 50 and 51 (see FIG. 1). ) Larger than
このようにして中空糸膜束３０’を固定したら、図４（ａ）及び（ｂ）に示すとおり、中空糸膜束３０’の切断工程を行う。 After the hollow fiber membrane bundle 30 'is fixed in this way, the cutting process of the hollow fiber membrane bundle 30' is performed as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
切断工程においては、変形部２４よりも長手方向Ｙの内側における前端固定部位５２及び後端固定部位５３を、その切断予定位置Ｃにおいて切断する。したがって、前端固定部位５２及び後端固定部位５３が変形部２４と重複している場合、前端固定部位５２及び後端固定部位５３のうち変形部２４以外の箇所を切断する。 In the cutting step, the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 inside the longitudinal direction Y from the deformable portion 24 are cut at the planned cutting position C. Therefore, when the front end fixing part 52 and the rear end fixing part 53 overlap with the deformation part 24, the part other than the deformation part 24 is cut out of the front end fixing part 52 and the rear end fixing part 53.
図４（ａ）においては、前端固定部位５２を切断している状態が示されている。切断は、中空糸膜束３０’における中空糸膜２１の長手方向Ｙと交差する方向に沿って行う。例えば長手方向Ｙと直交する方向に沿って切断することができる。本製造方法においては切断に帯鋸７０を用いているが、回転刃やギロチンカッター、高圧ジェット水流などが用いてもよい。帯鋸を用いる場合、いわゆるバイメタル帯鋸刃などを用いることができる。 FIG. 4A shows a state where the front end fixing portion 52 is cut. The cutting is performed along a direction intersecting the longitudinal direction Y of the hollow fiber membrane 21 in the hollow fiber membrane bundle 30 '. For example, cutting can be performed along a direction orthogonal to the longitudinal direction Y. In this manufacturing method, the band saw 70 is used for cutting, but a rotary blade, a guillotine cutter, a high-pressure jet water stream, or the like may be used. When using a band saw, a so-called bimetal band saw blade or the like can be used.
中空糸膜束３０’がポッティング剤によって固定されてなる前端固定部位５２及び後端固定部位５３の切断は、図４（ａ）に示すとおり、ケーシング４０’の切断とともに行うことができる。尤も、このような切断に代えて、ケーシングを切断せずに、ポッティング剤によって固定された中空糸膜束３０’だけを切断してもよい。その場合には、ポッティング剤によって固定された中空糸膜束３０’の端部を、ケーシング４０の開口部４１から外方に延出させておき、その延出した部位においてポッティング剤及び中空糸膜束３０’のみを切断すればよい。通常切断の結果、ケーシング４０’、中空糸膜束３０’及び前端固定部位５２（又は／及び後端固定部位５３）が面一に切断される。そして前端固定部位５２（又は／及び後端固定部位５３）のうち、切断後に残存する部位が管板５０（又は／及び管板５１）となる。またケーシング４０’が切断されてケーシング４０となる。 The cutting of the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 in which the hollow fiber membrane bundle 30 'is fixed by the potting agent can be performed together with the cutting of the casing 40' as shown in FIG. However, instead of such cutting, only the hollow fiber membrane bundle 30 ′ fixed by the potting agent may be cut without cutting the casing. In that case, the end of the hollow fiber membrane bundle 30 ′ fixed by the potting agent is extended outward from the opening 41 of the casing 40, and the potting agent and the hollow fiber membrane are extended at the extended portion. It is only necessary to cut the bundle 30 ′. As a result of the normal cutting, the casing 40 ′, the hollow fiber membrane bundle 30 ′, and the front end fixing portion 52 (or / and the rear end fixing portion 53) are cut flush. Of the front end fixing portion 52 (or / and the rear end fixing portion 53), the portion remaining after cutting becomes the tube plate 50 (or / and the tube plate 51). Further, the casing 40 ′ is cut to form the casing 40.
中空糸膜束３０’の切断が完了したら、次いで、切断により形成された端面の仕上げ切削を行うことが好ましい。以上により中空糸膜束３０’がポッティング剤によって固定されてなる前端固定部位５２、後端固定部位５３から、最終的に管板５０、管板５１が形成される。
以上のようにして得られた中空糸膜束３０を収容したケーシング４０の両開口部４１、４１を、蓋体６０、６１で閉塞することで、本実施形態のモジュール１０が得られる。
When the cutting of the hollow fiber membrane bundle 30 'is completed, it is preferable to perform finish cutting of the end face formed by the cutting. Thus, the tube plate 50 and the tube plate 51 are finally formed from the front end fixing portion 52 and the rear end fixing portion 53 in which the hollow fiber membrane bundle 30 ′ is fixed by the potting agent.
The module 10 of this embodiment is obtained by closing both the opening parts 41 and 41 of the casing 40 which accommodated the hollow fiber membrane bundle 30 obtained by the above with the cover bodies 60 and 61. FIG.
続いて、第２実施形態の中空糸膜モジュール１０Ａの製造方法を、図５及び図６に基づき説明する。第２実施形態では第１実施形態と異なる点のみを述べ、第１実施形態と同様の点は記載を省略する。図５には、第２実施形態の中空糸膜モジュール１０Ａの断面構造が示されている。第２実施形態の中空糸膜モジュール１０Ａは、中空糸膜束３０の幅方向Ｚの中央域の位置に、長手方向Ｙに延びる芯管を備えている。 Then, the manufacturing method of 10 A of hollow fiber membrane modules of 2nd Embodiment is demonstrated based on FIG.5 and FIG.6. In the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described, and description of the same points as in the first embodiment will be omitted. FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the hollow fiber membrane module 10A of the second embodiment. The hollow fiber membrane module 10 </ b> A of the second embodiment includes a core tube extending in the longitudinal direction Y at a position in the center region in the width direction Z of the hollow fiber membrane bundle 30.
図５に示す芯管９０は有底筒状であるが、これに限定されない。図５に示す例では、芯管９０の一方の端部である底部９２は一方の管板５０内に包埋されている。また、芯管９０はその開口部９１側において他方の管板５１を貫通している。芯管９０の周面は、管板５０、５１の間の部分に多数の孔部（不図示）を有している。従って芯管９０における中空糸膜に囲まれた部分では、不図示の孔部を通じて芯管９０の内外の気体の流通が可能である。ケーシング４０はケーシング４０外に通じた孔部又は筒状部である芯管固定部４３を有し、この芯管固定部４３に芯管９０が固定されることにより、芯管９０の内部がケーシング４０の外部と連通する。中空糸膜束３０は、一方のＹ方向端部３２ｂ（管板５１に包埋された端部）において中空糸膜２０が変形部２４を有している。これにより、本実施形態では、一対の管板５０、５１のうち一方の管板５１中に各中空糸膜の端部が閉塞した状態で包埋されている。一方、他方の管板５０では、第１実施形態と同様、中空糸膜２０の端部はその開口が維持された状態で包埋されている。図５に示すように、中空糸膜束３０における変形部２４が形成された端部３２ｂは、樹脂又は金属等で成形されたキャップ８５に覆われていてもよい。このキャップ８５は、芯管９０の外周面に取り付けられて中空糸膜束３０の他方の端部３２ａ側に開口している。キャップ８５外面はケーシング４０の内面と接続しておらず、両者の間を気体等が流通可能となっている。管板５１はこのキャップ８５の内部において、中空糸膜２０の変形部２４を有する閉塞端部を包埋している。 Although the core tube 90 shown in FIG. 5 is a bottomed cylindrical shape, it is not limited to this. In the example shown in FIG. 5, the bottom 92 that is one end of the core tube 90 is embedded in one tube plate 50. Further, the core tube 90 passes through the other tube plate 51 on the opening 91 side. The peripheral surface of the core tube 90 has a large number of holes (not shown) in a portion between the tube plates 50 and 51. Therefore, in the portion surrounded by the hollow fiber membrane in the core tube 90, the gas inside and outside the core tube 90 can flow through a hole (not shown). The casing 40 has a core tube fixing portion 43 that is a hole or a cylindrical portion that communicates with the outside of the casing 40, and the core tube 90 is fixed to the core tube fixing portion 43 so that the inside of the core tube 90 is the casing. Communicate with 40 outside. In the hollow fiber membrane bundle 30, the hollow fiber membrane 20 has a deformed portion 24 at one end portion 32b in the Y direction (an end portion embedded in the tube plate 51). Thereby, in this embodiment, it is embedded in the state which the edge part of each hollow fiber membrane obstruct | occluded in one tube plate 51 among a pair of tube plates 50 and 51. FIG. On the other hand, in the other tube sheet 50, as in the first embodiment, the end of the hollow fiber membrane 20 is embedded with its opening maintained. As shown in FIG. 5, the end 32b of the hollow fiber membrane bundle 30 where the deformed portion 24 is formed may be covered with a cap 85 formed of resin or metal. The cap 85 is attached to the outer peripheral surface of the core tube 90 and opens to the other end portion 32 a side of the hollow fiber membrane bundle 30. The outer surface of the cap 85 is not connected to the inner surface of the casing 40, and gas or the like can flow between the two. The tube plate 51 embeds a closed end portion having the deformed portion 24 of the hollow fiber membrane 20 inside the cap 85.
ケーシング４０には混合流体導入口４２’が設けられている。一方、蓋体６０には透過流体排出口６２’が設けられている。分離対象となる混合流体は、ケーシング４０の混合流体導入口４２’から中空糸膜モジュール１０Ａ内における中空糸膜２０が配された空間に導入される。導入された混合流体のうち、中空糸膜２１内に透過した流体は、蓋体６０に設けられた透過流体排出口６２’からモジュール外に排出される。一方、一方、中空糸膜２１を透過しなかった未透過流体は、芯管９０の孔部から芯管９０内に入り、芯管開口部９１を通じてモジュール外に排出される。 The casing 40 is provided with a mixed fluid inlet 42 '. On the other hand, the lid 60 is provided with a permeable fluid discharge port 62 ′. The mixed fluid to be separated is introduced from the mixed fluid inlet 42 ′ of the casing 40 into the space where the hollow fiber membrane 20 is disposed in the hollow fiber membrane module 10 </ b> A. Of the introduced mixed fluid, the fluid permeated into the hollow fiber membrane 21 is discharged out of the module through a permeated fluid discharge port 62 ′ provided in the lid body 60. On the other hand, the non-permeated fluid that has not permeated through the hollow fiber membrane 21 enters the core tube 90 through the hole of the core tube 90 and is discharged out of the module through the core tube opening 91.
以上の構成を有する中空糸膜モジュール１０Ａの製造方法における前駆体中空糸膜束の形成工程の例としては、第１実施形態と同様に、複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねたシート状前駆体中空糸膜束２０を形成する工程が挙げられる。また本実施形態における開口変形工程の例としては、シート状前駆体中空糸膜束２０を構成する中空糸膜のＹ方向の端部に変形部２４を形成する、第１実施形態と同様の開口変形工程が挙げられる。 As an example of the formation process of the precursor hollow fiber membrane bundle in the manufacturing method of the hollow fiber membrane module 10A having the above configuration, as in the first embodiment, a plurality of hollow fiber membranes are extended in one direction. The step of forming the sheet-like precursor hollow fiber membrane bundle 20 bundled together is mentioned. Moreover, as an example of the opening deformation | transformation process in this embodiment, the opening similar to 1st Embodiment which forms the deformation | transformation part 24 in the edge part of the Y direction of the hollow fiber membrane which comprises the sheet-like precursor hollow fiber membrane bundle 20 is carried out. A deformation process is mentioned.
例えばシート状前駆体中空糸膜束２０を芯管９０の周りを巻回させることにより、図６（ａ）に示すように、ケーシング４０の中空部の側面視形状と断面形状が略相補する前駆体中空糸膜束３０’を形成できる。この前駆体中空糸膜束３０’は、幅方向Ｚの中央域の位置に芯管９０を備えている。図６（a）に示す例では、前駆体中空糸膜束３０’における、中空糸膜２０の変形部２４が形成されているＹ方向の端部３２ｂ’（３２ｂ）が、芯管９０の開口部９１側に位置している。この端部３２ｂ’を覆うように、キャップ８５を芯管９０に取り付けることが好ましい。 For example, by winding the sheet-like precursor hollow fiber membrane bundle 20 around the core tube 90, as shown in FIG. 6 (a), the precursor whose side view shape and cross-sectional shape of the hollow portion of the casing 40 are substantially complementary. The body hollow fiber membrane bundle 30 ′ can be formed. This precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ includes a core tube 90 at a position in the center region in the width direction Z. In the example shown in FIG. 6 (a), the end portion 32b ′ (32b) in the Y direction where the deformed portion 24 of the hollow fiber membrane 20 is formed in the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ is the opening of the core tube 90. It is located on the part 91 side. The cap 85 is preferably attached to the core tube 90 so as to cover the end portion 32b '.
次いで、図６（ｂ）の通り、変形部２４を有する前駆体中空糸膜束３０’の端部３２ｂをポッティング剤により固定する。これにより中空糸膜２０が、その開口２３が閉塞された状態で端部２２が固着された固定部位（後端固定部位）５３を形成する。本実施形態では、変形部２４の全体をポッティング剤で固定することが好ましく、また、変形部２４の周面全体が固定部位５３（管板５１）内に包埋されていることが好ましい。中空糸膜が変形部２４よりもＹ方向外側の部位を有している場合、そのＹ方向外側の部位も含めてポッティング剤で固定することが好ましい。また、変形部２４を含むポッティング固定部位が、変形部２４よりも中空糸膜のＹ方向内側に延出していることも好ましい。また、各中空糸膜の変形部２４同士の間、及び各中空糸膜の変形部２４と芯管９０との間が、全て、ポッティング剤で気密に固定されていることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 6B, the end portion 32b of the precursor hollow fiber membrane bundle 30 'having the deformed portion 24 is fixed with a potting agent. Thereby, the hollow fiber membrane 20 forms a fixing portion (rear end fixing portion) 53 to which the end 22 is fixed in a state where the opening 23 is closed. In the present embodiment, it is preferable to fix the entire deformable portion 24 with a potting agent, and it is preferable that the entire peripheral surface of the deformable portion 24 is embedded in the fixing portion 53 (tube plate 51). When the hollow fiber membrane has a portion on the outer side in the Y direction than the deformable portion 24, it is preferable to fix the portion including the portion on the outer side in the Y direction with a potting agent. Moreover, it is also preferable that the potting fixing part including the deformation part 24 extends inward in the Y direction of the hollow fiber membrane from the deformation part 24. Further, it is preferable that the hollow fiber membrane deformation portions 24 and the hollow fiber membrane deformation portions 24 and the core tube 90 are all hermetically fixed with a potting agent.
以上のように変形部２４を有する前駆体中空糸膜束３０’（２０）の端部３２ｂ’をポッティング剤により固定して固定部位（後端固定部位）５３を形成した後、本実施形態では、固定部位（後端固定部位）５３の切断工程を行わない。これにより本製造方法により得られる中空糸膜束３０は、変形部２４により中空糸膜の一端部が閉塞されたものとなる。 As described above, after fixing the end portion 32b ′ of the precursor hollow fiber membrane bundle 30 ′ (20) having the deformed portion 24 with the potting agent to form the fixing portion (rear end fixing portion) 53, in this embodiment, The cutting process of the fixing part (rear end fixing part) 53 is not performed. Thereby, the hollow fiber membrane bundle 30 obtained by this manufacturing method becomes what the one end part of the hollow fiber membrane was obstruct | occluded by the deformation | transformation part 24. FIG.
なお、前駆体中空糸膜束３０’における他の端部３２ａ’は、変形部２４が形成されていてもいなくてもよい。但し他の端部３２ａ’において中空糸膜の開口が維持された管板５０を形成する場合、他の端部３２ａ’に開口変形処理が施されていないのであれば、それ以外の方法によりポッティング工程の前処理として端部３２ａ’における開口２３を封止する処理をしておくことが好ましい。図６（ｂ）及び（ｃ）に示す例では、この端部３２ａ’側において、第１実施形態と同様のポッティング工程及び切断工程を行うことにより、管板５０を形成している。 In addition, the deformation | transformation part 24 does not need to be formed in the other edge part 32a 'in the precursor hollow fiber membrane bundle 30'. However, when forming the tube sheet 50 in which the opening of the hollow fiber membrane is maintained at the other end portion 32a ′, if the other end portion 32a ′ is not subjected to opening deformation treatment, potting is performed by other methods. It is preferable to perform a process of sealing the opening 23 in the end portion 32a ′ as a pre-process of the process. In the example shown in FIGS. 6B and 6C, the tube plate 50 is formed by performing the same potting process and cutting process as in the first embodiment on the end portion 32a ′ side.
以上のようにして得られた中空糸膜束３０をケーシング４０に挿入し、蓋体６０でケーシングの開口部４１を閉塞することで、本実施形態のモジュールが得られる。 The module of this embodiment is obtained by inserting the hollow fiber membrane bundle 30 obtained as described above into the casing 40 and closing the opening 41 of the casing with the lid 60.
以上、好ましい実施形態に基づき、本発明の製造方法を説明したが、本発明の製造方法は、上記の形態に限定されない。例えば第１実施形態の構成の一部と、第２実施形態の構成の一部とを組み合わせたものが本発明に含まれることはいうまでもない。 As mentioned above, although the manufacturing method of this invention was demonstrated based on preferable embodiment, the manufacturing method of this invention is not limited to said form. For example, it is needless to say that the present invention includes a combination of part of the configuration of the first embodiment and part of the configuration of the second embodiment.
また例えば前駆体中空糸膜束は、複数の略直線状の中空糸膜２１を、芯管９０の周りに配置した状態で長手方向Ｙを一致させて束ねることによっても形成することができる。 Further, for example, the precursor hollow fiber membrane bundle can also be formed by bundling a plurality of substantially straight hollow fiber membranes 21 with the longitudinal direction Y aligned in a state of being arranged around the core tube 90.
また、上記の実施形態では、中空糸膜束３０及び中空糸膜束３０’は略円柱状の形状をしていたが、その代わりに、図５に示すように略角柱状の形状をしていてもよい。図７に示す例では、個々のシート状中空糸膜束２０を複数枚積層して略直方体形状の前駆体中空糸膜束３０Ａを形成し、この前駆体中空糸膜束３０Ａを、略直方体形状の外形を有するケーシング４０Ａに挿入する。シート状中空糸膜束２０を複数枚積層する際には、各シート状中空糸膜束２０における緯糸及び経糸の方向をそれぞれ一致させる。図７に示すように、開口変形後のシート状中空糸膜束２０を積層する場合は、各シート状中空糸膜束２０において、変形部２４のＹ方向位置が略一致するように、複数のシート状中空糸膜束２０を積層することが好ましい。変形部２４のＹ方向長さＬ２は、積層体３０’を構成するシート状中空糸膜束２０同士で略同一であってもよく、異なっていても良い。図７に示す例では、前駆体中空糸膜束３０ＡのＹ方向の一方の端部のみに開口変形工程を施している。 In the above embodiment, the hollow fiber membrane bundle 30 and the hollow fiber membrane bundle 30 ′ have a substantially columnar shape, but instead have a substantially prismatic shape as shown in FIG. May be. In the example shown in FIG. 7, a plurality of individual sheet-like hollow fiber membrane bundles 20 are laminated to form a substantially rectangular parallelepiped precursor hollow fiber membrane bundle 30A, and this precursor hollow fiber membrane bundle 30A is formed into a substantially rectangular parallelepiped shape. It is inserted into a casing 40A having the outer shape. When a plurality of sheet-like hollow fiber membrane bundles 20 are stacked, the weft and warp directions in each sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 are matched. As shown in FIG. 7, when laminating the sheet-shaped hollow fiber membrane bundles 20 after opening deformation, in each sheet-like hollow fiber membrane bundle 20, a plurality of pieces are arranged so that the Y-direction positions of the deformed portions 24 are substantially coincident. It is preferable to laminate the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20. The Y-direction length L2 of the deformable portion 24 may be substantially the same or different between the sheet-like hollow fiber membrane bundles 20 constituting the laminated body 30 '. In the example shown in FIG. 7, the opening deformation process is performed only on one end in the Y direction of the precursor hollow fiber membrane bundle 30A.
なお図７に示すように、中空糸膜束３０Ａが複数枚のシート状中空糸膜束２０の積層体から構成されている場合、この積層体を構成する各シート状中空糸膜束２０は、ポッティング工程時に、その両側部の位置において互いに固定されることが好ましい。固定位置は、シート状中空糸膜束２０のうち、中空糸膜２１の延びる方向であるＹ方向と直交するＸ方向における両端部とする。例えば、シート状中空糸膜束２０の緯糸が中空糸膜２１である場合には、経糸の両端部の位置において、各シート状中空糸膜束２０を固定する。固定方法としては、例えば熱融着性を有する樹脂を用いた融着や、接着剤を用いた接着などの方法が挙げられる。また、シート状中空糸膜束２０の固定方法として、本出願人の先の出願に係る特開平６−３１１４３号公報に記載の方法を採用することもできる。 As shown in FIG. 7, when the hollow fiber membrane bundle 30A is composed of a laminate of a plurality of sheet-like hollow fiber membrane bundles 20, each sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 constituting this laminate is During the potting process, it is preferable that the two sides are fixed to each other. The fixing positions are both ends of the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 in the X direction orthogonal to the Y direction, which is the direction in which the hollow fiber membrane 21 extends. For example, when the weft of the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 is the hollow fiber membrane 21, each sheet-like hollow fiber membrane bundle 20 is fixed at the positions of both ends of the warp. Examples of the fixing method include methods such as fusion using a resin having heat-fusibility and adhesion using an adhesive. Moreover, as a fixing method of the sheet-like hollow fiber membrane bundle 20, the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-31143 according to the previous application of the present applicant can also be adopted.
以上の各方法によって製造された中空糸膜モジュールを用いた分離対象となる混合流体としては、例えば酸素、窒素、水素、二酸化炭素、水、アルコール類、エステル類、ケトン類、アミン類、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、ハロゲン化合物などの少なくとも２種以上からなる気体又は液体が挙げられる。混合流体がガスである場合には、いわゆるガス分離法が適用でき、液体である場合には、膜に液体が接触するが膜を透過した成分は蒸気状態で分離される、いわゆるパーベーパレーション法が適用できる。 Examples of the mixed fluid to be separated using the hollow fiber membrane module manufactured by the above methods include oxygen, nitrogen, hydrogen, carbon dioxide, water, alcohols, esters, ketones, amines, and aliphatics. Examples thereof include gases or liquids composed of at least two kinds of hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, halogen compounds and the like. When the mixed fluid is a gas, a so-called gas separation method can be applied. When the mixed fluid is a liquid, the so-called pervaporation method in which the liquid is in contact with the membrane but the components that have passed through the membrane are separated in a vapor state. Is applicable.
１０、１０A 中空糸膜モジュール
２０ シート状の前駆体中空糸膜束
２１ 中空糸膜
２２ 端部
２３ 開口部
２４ 変形部
３０ 中空糸膜束
３０’、３０Ａ 巻回状又は積層状の前駆体中空糸膜束
４０、４０’ ケーシング
４１、４１’ 開口部
４２、６２’ 透過流体排出口
５０，５１ 管板
５２ 前端固定部位
５３ 後端固定部位
６０，６１ 蓋体
６２、４２’ 混合流体導入口
６３ 未透過流体排出口
９０ 芯管
10, 10A hollow fiber membrane module 20 sheet-like precursor hollow fiber membrane bundle 21 hollow fiber membrane 22 end 23 opening 24 deformation part 30 hollow fiber membrane bundle 30 ', 30A wound or laminated precursor hollow fiber Membrane bundle 40, 40 'Casing 41, 41' Opening 42, 62 'Permeated fluid outlet 50, 51 Tube plate 52 Front end fixing part 53 Rear end fixing part 60, 61 Lid 62, 42' Mixed fluid inlet 63 Not yet Permeated fluid outlet 90 core tube
Claims (4)
前記方法は、
複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
前記前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を変形させる開口変形工程と、
前記開口変形工程により変形した部分を有する前記前駆体中空糸膜束の前記端部を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法。 In a method for producing a hollow fiber membrane module in which at least one end of a hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled so as to extend in one direction is fixed by a potting agent,
The method
Forming a precursor hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled so as to extend in one direction;
An opening deformation step of deforming an opening of a hollow fiber membrane located at an end portion in a longitudinal direction of the hollow fiber membrane in the precursor hollow fiber membrane bundle;
A hollow fiber membrane module manufacturing method comprising: a potting step of fixing the end portion of the precursor hollow fiber membrane bundle having a portion deformed by the opening deformation step with a potting agent.
前記方法は、
複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
前記前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を変形させる開口変形工程と、
前記前駆体中空糸膜束の前記端部側における、少なくとも前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側の部位を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程と、
前記ポッティング工程によって固定された前記前駆体中空糸膜束を、前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側における固定部位において、該長手方向と交差する方向に沿って切断する切断工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法。 In a method for producing a hollow fiber membrane module in which at least one end of a hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled so as to extend in one direction is fixed by a potting agent,
The method
Forming a precursor hollow fiber membrane bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are bundled so as to extend in one direction;
An opening deformation step of deforming an opening of a hollow fiber membrane located at an end portion in a longitudinal direction of the hollow fiber membrane in the precursor hollow fiber membrane bundle;
A potting step of fixing at least the portion on the inner side in the longitudinal direction with respect to the portion deformed by the opening deformation step on the end side of the precursor hollow fiber membrane bundle with a potting agent;
A cutting step of cutting the precursor hollow fiber membrane bundle fixed by the potting step along a direction intersecting the longitudinal direction at a fixing portion inside the longitudinal direction from a portion deformed by the opening deformation step; A process for producing a hollow fiber membrane module.
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