JP2018505053A - 中空糸膜バンドル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、中空糸膜の利用効率を高める中空糸膜バンドル及びその製造方法に関する。本発明の中空糸膜バンドルは、複数の中空糸膜の間に、流体の流路を形成するとともにスペーサーの役割を果たす、複数の原糸が配置されてバンドルをなす。本発明の中空糸膜バンドルの製造方法は、ノズルに紡糸原液を供給して紡糸することで、複数の中空糸膜を形成する紡糸ステップと、紡糸ステップで形成された複数の中空糸膜を凝固させる凝固ステップと、複数の中空糸膜の間に複数の原糸を投入してバンドルを形成する原糸投入ステップとを含む。本発明によれば、中空糸膜の間に流体の流路を形成して流体の分布を均一にすることで、中空糸膜の利用効率を極大化して、モジュールとして作製する際に性能を向上させるのであり、中空糸膜を製造する際に原糸を投入してバンドルを製造することで、製造設備を減らし、製造工程を簡単かつ容易にする効果がある。
Description
本発明は、中空糸膜バンドル（bundle;束）及びその製造方法に関し、より詳細には、中空糸膜の利用効率を高める中空糸膜バンドル及びその製造方法に関する。
一般に、中空糸膜は、同じ体積の他の膜に比べて膜表面積が大きく、モジュール化し易いという利点から、限外濾過膜を中心にその応用が盛んに行われている。中空糸膜は、下水終末処理、浄化槽での固液分離、産業廃水での浮遊物質の除去、河川水の濾過、工業用水の濾過、プールの水の濾過、及び燃料電池用加湿器に用いられている。
燃料電池用加湿器に使用される選択的透過膜は、モジュールを形成する場合に、単位体積当たりの透過面積が大きい中空糸膜が好ましい。すなわち、中空糸膜を用いて加湿器を製造する場合、接触表面積が広い中空糸膜の高集積化が可能であるため、小容量でも燃料電池の加湿が十分に行われ得、低価素材の使用が可能であり、燃料電池から高温で排出される未反応ガスに含まれた水分及び熱を回収して加湿器により再利用できるという利点を有する。
中空糸膜の材質としては、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、及びポリオレフィン系樹脂などが使用される。
中空糸膜バンドルは、全て同じ通常の方向に、互いに隣接して配列された中空糸膜の束である。中空糸膜モジュールは、通常、ポッティング（ｐｏｔｔｉｎｇ）によって中空糸膜の両端がヘッダー、ケースまたはハウジングに固定された中空糸膜の束である。一つの中空糸膜バンドルが一つの中空糸膜モジュールを形成してもよく、複数の中空糸膜バンドルが一つの中空糸膜モジュールを形成してもよい。
中空糸膜を用いたモジュールの場合、複数個の中空糸膜を１００％活用することが難しい。したがって、様々な方法により中空糸膜の利用効率を高めるための技術が提案されている。
特許文献１（特開２００４−００６１００）及び特許文献２（特開２００９−２８５６４８）は、複数の中空糸膜が別途の原糸によって束ねられたり、カバーリングされたりしてバンドルをなし、特許文献３（特開２００８−１１９６５７）は、複数の中空糸膜を製織して中空糸膜編織物を形成する。一方、特許文献４（特開２０１２−００５９８７）は、中空糸膜でモジュールを形成するときに中空糸膜間の間隔を維持するためにポッティング部の中空糸膜の間に介在物を備える構造である。
ところが、このような従来技術は、中空糸膜の利用効率が低く、特に流体が気体である場合は、その利用効率がさらに低いという問題があった。また、中空糸膜バンドルを製造するための設備などにより中空糸膜バンドルを製造することが容易ではないという問題があった。
本発明の目的は、中空糸膜の間に流体の流路を形成して流体の分布を均一にすることによって中空糸膜の利用効率を極大化する中空糸膜バンドルを提供することにある。
本発明の他の目的は、中空糸膜を製造するときに原糸を投入してバンドルを製造することによって製造を容易にする中空糸膜バンドルの製造方法を提供することにある。
本発明に係る中空糸膜バンドルは、複数の中空糸膜の間には流体の流路を形成する一方、スペーサーの役割を果たす複数の原糸が配置されてバンドルをなしている。
複数個の中空糸膜は、一方向に配列され、前記複数の原糸は、中空糸膜の配列方向と並んで配置されてもよい。
中空糸膜は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリアクリロニトリル共重合体、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、スルホン化ポリスルホン（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルローストリアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか１つを含むことができる。
原糸は、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、及びガラス繊維で構成された群から１つ以上選択されたモノフィラメントであるか、またはマルチフィラメントであるか、またはモノフィラメントとマルチフィラメントが混合された構成でありうる。原糸は、ＡＴＹ工法で製造されたＡＴＹ糸、またはＤＴＹ工法で製造されたＤＴＹ糸が使用される。
中空糸膜と原糸は、中空糸膜１００本あたり、原糸１〜６００本の比率で混合されてバンドルをなす。
中空糸膜の外径は３００〜２０００μｍであることが好ましい。原糸の外径は０．０１〜３ｍｍであることが好ましい。
本発明に係る中空糸膜バンドルの製造方法は、ノズルに紡糸原液を供給し、紡糸して、複数の中空糸膜を形成する紡糸ステップと、紡糸ステップで形成された複数の中空糸膜を凝固させる凝固ステップと、複数の中空糸膜の間に複数の原糸を投入してバンドルを形成する原糸投入ステップとを含む。
原糸投入ステップの後にバンドルを洗浄する洗浄ステップと、洗浄ステップで洗浄されたバンドルを巻き取る巻き取りステップとをさらに含む。凝固ステップの後には、複数の中空糸膜を洗浄し、その後に、複数の中空糸膜の間に複数の原糸を投入してバンドルを形成する原糸投入ステップを行い、原糸投入ステップの後に、バンドルを巻き取る巻き取りステップを含むこともできる。
本発明に係る中空糸膜バンドルの製造方法は、ノズルに支持ケーブルを供給する支持ケーブル供給ステップと、ノズルに紡糸原液（dope）を供給して紡糸することで、支持ケーブルの外面にドーピング（doping；紡糸原液を塗布）して複数のドーピング糸を形成する紡糸ステップと、紡糸ステップで形成された複数のドーピング糸を凝固させる凝固ステップと、複数のドーピング糸の間に複数の原糸を投入してドーピングバンドルを形成する原糸投入ステップと、ドーピングバンドルを一定の長さに切断する切断ステップと、切断されたドーピングバンドル内の支持ケーブルを溶解して除去する支持ケーブル溶解ステップとを含むことができる。
原糸投入ステップの後にドーピングバンドルを洗浄する洗浄ステップ、洗浄ステップで洗浄されたドーピングバンドルを巻き取る巻き取りステップ、及び巻き取られたドーピングバンドルを繰り出して切断する切断ステップを行うこともできる。凝固ステップの後に、複数のドーピング糸を洗浄し、その後、複数のドーピング糸の間に複数の原糸を投入してドーピングバンドルを形成する原糸投入ステップを行い、原糸投入ステップの後にドーピングバンドルを巻き取る巻き取りステップ、及び巻き取られたドーピングバンドルを繰り出して切断する切断ステップを行うこともできる。
本発明による中空糸膜バンドル及びその製造方法によれば、中空糸膜の間に、流体の流路を形成して、流体の分布を均一にすることによって中空糸膜の利用効率を極大化して、モジュールとして作製する際に性能を向上させる効果がある。
また、中空糸膜を製造する際に原糸を投入してバンドルを製造することによって、製造設備を減らし、製造工程を簡単かつ容易にする効果がある。
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、種々の異なる形態で具現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
図１は、本発明によって製造された中空糸膜バンドルの断面図である。図示のように、本発明の中空糸膜バンドル１０は、複数の中空糸膜１１の間にて流体の流路を形成する一方、スペーサーの役割を果たす複数の原糸１２が配置されてバンドルをなしている。
複数個の中空糸膜１１は、互いに間隔を置いて一方向に配列され、複数の原糸１２は、中空糸膜１１の間に形成されたそれぞれの空間に配置され、中空糸膜の配列方向に沿って配置されうる。また、場合によっては、中空糸膜１１と原糸１２の一部とが接しうる。
中空糸膜１１は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリアクリロニトリル共重合体、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、スルホン化ポリスルホン（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルローストリアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか１つを含む。
原糸１２は、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、及びガラス繊維で構成された群から１つ以上選択されたモノフィラメントであるか、またはマルチフィラメントであるか、またはモノフィラメントとマルチフィラメントとが混合された糸である。原糸１２は、ＡＴＹ工法（空気噴射式織物法）で製造されたＡＴＹ（エアジェット・テキスチャード加工糸；Ａｉｒ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）、またはＤＴＹ工法で製造されたＤＴＹ（延伸・仮より加工糸；Ｄｒａｗ Ｔｅｘｔｕｒｅｄ Ｙａｒｎ）が使用されてもよい。
ＡＴＹ工法は、連続的なフィラメント糸を圧縮空気の気流に露出させ、それぞれのフィラメントが多数のループとクリンプを形成するようにする方法であって、ＡＴＹ工法で製造されたＡＴＹは、ループを形成しているため、伸張性が低く、張力によってバルキー性が減少せず、紡績糸表面の毛羽のような機能をし、空気を含有しているため、柔らかい触感を与える。
ＤＴＹ工法は、糸を撚り、再び解きながらセットして、部分的に膨れ上がるようにする方法であって、ＤＴＹ工法で製造されたＤＴＹは、糸の表面が一般の化学繊維とは異なり、滑らかで冷たい感じがせず、天然繊維のように柔らかくて暖かい質感を感じさせる。
このようなＡＴＹやＤＴＹは、一方向に配列したとき、一直線ではなく、屈折及び屈曲を有するように配置され、また、原糸の表面に撚り、毛羽、凹凸などが形成されるため、原糸の周辺に所定の空間が形成され得る。このような周辺空間により、中空糸膜１１と原糸１２が狭い間隔で配列されたり接したりしても、複数の中空糸膜１１の間に十分な空間が確保されることで、中空糸膜１１の外部に流体が移動することが容易である。このようなＡＴＹやＤＴＹ以外にも、屈折及び屈曲を有し、原糸の表面に、撚り、毛羽、凹凸などが形成されるようにして他の工法で製造された原糸もまた、周辺空間によって、複数の中空糸膜１１の間に空間を確保することができる。
中空糸膜１１と原糸１２は、中空糸膜１００本につき、原糸１〜６００本の比率で混合されることが好ましい。中空糸膜の外径は３００〜２０００μｍであることが好ましく、原糸の外径は０．０１〜３ｍｍであることが好ましい。中空糸膜が密に配置されると、流体の流れが円滑でなくなり、中空糸膜が疎に配置されると、流体が片方に偏るおそれがあるため、中空糸膜と原糸の混合比率及び大きさは適切でなければならない。
中空糸膜１１の間に配列された原糸１２は、中空糸膜間に空間を形成する一方、流体の流路を形成し、流体の分布を均一にすることによって、中空糸膜の利用効率を極大化して、モジュールとして作製する際に性能を向上させる。
図２は、本発明の第１実施例に係る中空糸膜バンドルを製造する装置及び工程図であり、図３は、図２のノズルを示す詳細図であり、図４は、図３での矢印Ａ−Ａ線に沿う中空糸膜の断面図であり、図７は、図２による中空糸膜バンドルの製造工程を示すフローチャートである。図示のように、中空糸膜バンドルは、紡糸ステップ（Ｓ１１０）、凝固ステップ（Ｓ１２０）、原糸投入ステップ（Ｓ１３０）、洗浄ステップ（Ｓ１４０）、及び巻き取りステップ（Ｓ１５０）によって製造される。
図２では、一つの中空糸膜１１及び一つの原糸１２でバンドルを製造するものとして表示されているが、複数の中空糸膜１１が一度に形成され、複数の中空糸膜１１の間に複数の原糸１２が投入されて、図１に示したような一つのバンドル１０が製造される。複数の中空糸膜１１が製造されるためには、図５に示したように、一つのノズル本体１２１’にリング状の断面形状の多数の紡糸孔Ｈ’が形成されたノズル１２０’が使用されるか、または、図６に示したように、複数のノズル本体１２１”のそれぞれにリング状の断面形状の紡糸孔Ｈ”がそれぞれ形成された複数のノズル１２０”が使用される。
紡糸ステップ（Ｓ１１０）は、紡糸原液タンク１１０からノズル１２０に紡糸原液Ｆを供給し、紡糸して、内部に中空Ｓが形成された中空糸膜１１を形成するステップである。
紡糸原液Ｆは、ポリマー、添加剤及び溶媒で構成され、例えば、ポリマーは、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリアクリロニトリル共重合体、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、スルホン化ポリスルホン（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルローストリアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか１つを含むことができる。また、添加剤は、水、メチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＰＶＰ）類、及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか１つを含むことができる。また、溶媒は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ：Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ：ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ：ｄｉｍｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｍｉｄｅ）、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか１つを含むことができる。
ノズル１２０は、ノズル本体１２１にリング状の断面形状の多数の紡糸孔Ｈが形成され、紡糸原液Ｆは、紡糸孔Ｈを通じて紡糸されて、内部に中空Ｓが形成された中空糸膜１１をなす。紡糸原液Ｆは、３０℃で粘度が３０，０００ｃｐｓ〜６０，０００ｃｐｓの範囲であって、４０〜７０℃に維持して紡糸される。
凝固ステップ（Ｓ１２０）は、紡糸ステップ（Ｓ１１０）で形成された複数の中空糸膜１１を３０〜５０℃の温度の凝固槽１３０で凝固させるステップであって、凝固槽１３０の内部に設置された案内ロール１３１により案内される。凝固した複数の中空糸膜１１は、案内ロールＲ１１を経て、合糸ロール１５０で原糸１２と合糸される。
原糸投入ステップ（Ｓ１３０）は、原糸が巻かれたボビン１４０から合糸ロール１５０に原糸を投入するステップであって、合糸ロール１５０に案内される複数の中空糸膜１１の間に複数の原糸１２を介在させてバンドル１０を形成するステップである。
洗浄ステップ（Ｓ１４０）は、合糸ロール１５０により合糸されて形成されたバンドル１０を洗浄するステップであって、洗浄槽１６０内に設置された案内ロール１６１，１６２によって案内される。巻き取りステップ（Ｓ１５０）は、洗浄されたバンドル１０が案内ロールＲ１２によって案内されて巻き取りロール１７０に巻き取られるステップである。巻き取りロール１７０に巻き取られたバンドル１０は、一定の長さに切断され、モジュール構築設備に移動して使用される。
一方、凝固ステップ（Ｓ１２０）の後には、複数の中空糸膜１１を洗浄した後（Ｓ１４０）、複数の中空糸膜１１の間に複数の原糸１２を投入してバンドル１０を形成する原糸投入ステップ（Ｓ１３０）を行い、原糸投入ステップ（Ｓ１３０）の後に、バンドル１０を巻き取る巻き取りステップ（Ｓ１５０）を行って製造されてもよい。
本発明の実施例による中空糸膜バンドルの製造方法によれば、中空糸膜を製造するときに原糸を投入してバンドルを製造することによって、製造設備を減らし、製造工程を簡単かつ容易にする効果がある。
図８は、本発明の第２実施例に係る中空糸膜バンドルを製造する装置及び工程の一部を示す図であり、図９は、図８での矢印Ｂ−Ｂ線に沿うドーピング糸を示す断面図であり、図１０は、図８の巻き取りロールから巻き出されて切断されたドーピングバンドルの支持ケーブルを溶解させて除去する装置及び工程を示す図であり、図１１は、図８及び図１０による中空糸膜バンドルの製造工程を示すフローチャートである。
本発明の第２実施例によって中空糸膜バンドルを製造する方法は、複数の支持ケーブルＣの外面に紡糸原液（dope）Ｆをドーピング（doping；紡糸原液を塗布）することで複数のドーピング糸２１を製造した後、複数のドーピング糸２１と複数の原糸２２とを混合してドーピングバンドル２０を製造し、巻き取った後、一定の長さに切断したドーピングバンドル２０のドーピング糸２１の内部にある支持ケーブルＣを溶解させて除去する方法である。図示のように、発明の第２実施例に係る中空糸膜バンドルの製造方法による製造ステップは、支持ケーブル供給ステップ（Ｓ２００）、紡糸ステップ（Ｓ２１０）、凝固ステップ（Ｓ２２０）、原糸投入ステップ（Ｓ２３０）、洗浄ステップ（Ｓ２４０）、巻き取りステップ（Ｓ２５０）、切断ステップ（Ｓ２６０）、及び支持ケーブル溶解ステップ（Ｓ２７０）からなる。
支持ケーブル供給ステップ（Ｓ２００）は、支持ケーブル供給機２８０からノズル２２０に支持ケーブルＣを供給するステップである。支持ケーブルＣは、５〜２０重量％の可塑剤で可塑化されたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなるコアケーブルである。
紡糸ステップ（Ｓ２１０）は、紡糸原液タンク２１０からノズル２２０に紡糸原液Ｆを供給して紡糸することで、支持ケーブルＣの外面にドーピングして複数のドーピング糸２１を形成するステップである。紡糸原液Ｆは、第１実施例と同一であるので、詳細な説明は省略する。ノズル２２０は、ノズル本体に複数の紡糸孔が形成され、紡糸孔を通じて挿入された支持ケーブルＣの間の空間を通じて紡糸原液Ｆが紡糸されてドーピングされることによって、ドーピング糸２１をなす。紡糸原液Ｆは、３０℃で粘度が３０，０００ｃｐｓ〜６０，０００ｃｐｓの範囲であって、４０〜７０℃に維持してドーピングされる。
凝固ステップ（Ｓ２２０）は、紡糸ステップ（Ｓ２１０）で形成された複数のドーピング糸２１を３０〜５０℃の温度の凝固槽２３０で凝固させるステップであって、凝固槽２３０の内部に設置された案内ロール２３１により案内される。凝固した複数のドーピング糸２１は、案内ロールＲ２１を経て、合糸ロール２５０で原糸２２と合糸される。
原糸投入ステップ（Ｓ２３０）は、原糸が巻かれたボビン２４０から合糸ロール２５０に原糸を投入するステップであって、合糸ロール２５０に案内される複数のドーピング糸２１の間に複数の原糸２２を介在させてドーピングバンドル２０を形成するステップである。
洗浄ステップ（Ｓ２４０）は、合糸ロール２５０によって合糸されて形成されたドーピングバンドル２０を洗浄するステップであって、洗浄槽２６０内に設置された案内ロール２６１，２６２によって案内される。巻き取りステップ（Ｓ２５０）は、洗浄されたドーピングバンドル２０が、案内ロールＲ２２によって案内されて巻き取りロール２７０に巻き取られるステップである。
巻き取りロール２７０に巻き取られたドーピングバンドル２０を繰り出して一定の長さに切断する切断ステップ（Ｓ２６０）を経て、切断されたドーピングバンドル２０内の支持ケーブルＣを、ケーブル溶解タンク２９１に垂直に適切な方法で吊り下げた後、ドーピングバンドル２０が浸るまでケーブル溶解タンク２９１の上部へと６０〜８０℃の熱水を供給する支持ケーブル溶解ステップ（Ｓ２７０）を行うことで、中空糸膜バンドルを完成する。
ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の密度は約１．３３であるため、可塑化されたＰＶＡが溶解することによって、溶解したＰＶＡは、中空糸膜バンドル（ドーピングバンドル）の内部及び外部を通じて、ケーブル溶解タンク２９１の下側に下降するようになる。ＰＶＡで汚染された下層部位の汚染水は、ケーブル溶解タンク２９１の底に集まった後に、除去される。
ケーブル溶解タンク２９１でのＰＶＡの濃度が約０．５％未満である場合、中空糸膜バンドル２０’は、ケーブル溶解タンク２９１から追加洗浄タンク２９２に移送される。このステップまで依然として、中空糸膜の多くの気孔が詰まっているため、中空糸膜バンドル２０’は、水平な追加洗浄タンク２９２内で、２０〜８０℃、好ましくは、４０〜６０℃の０．１〜０．５％ＮａＯＣｌの薄い水溶液で処理して、中空糸膜の気孔及び内径の中に残留するＰＶＡ及びその他の汚染物を除去する。前記水溶液は、ポンプ２９３及び配管を通じて一定時間再循環した後、排出管を介して排出される。このステップを経ると、中空糸膜の気孔を詰まらせる残留ＰＶＡ及びその他の汚染物が存在しない内径を有する中空糸膜バンドルが、モジュール構築設備に移送される。
一方、凝固ステップ（Ｓ２２０）の後に、複数のドーピング糸２１を洗浄した後、複数のドーピング糸２１の間に複数の原糸２２を投入してドーピングバンドル２０を形成する原糸投入ステップ（Ｓ２３０）を行い、原糸投入ステップ（Ｓ２３０）の後に、ドーピングバンドル２０を巻き取る巻き取りステップ（Ｓ２５０）、及び、巻き取られたドーピングバンドル２０を繰り出して切断ステップ（Ｓ２６０）を行うこともできる。
以下では、本発明の第１実施例に係る中空糸膜バンドル（原糸適用）を用いて製造された中空糸膜加湿モジュール、及び従来の中空糸膜バンドル（原糸未適用）を用いて製造された中空糸膜加湿モジュールで加湿性能の変化を実験した例に基づいて、本発明の効果を説明する。
［製造実施例：中空糸膜加湿モジュールの製造］
原糸未適用中空糸膜加湿モジュールは、ポリスルホン中空糸膜（外径８００μｍ、内径６００μｍ）１４００本を一つの中空糸膜バンドルとして、円筒状のハウジング（直径６０ｍｍ、長さ３５０ｍｍ）の内部に配置させ、ハウジングの両端にポッティング部を形成した後、ハウジングの両端部にカバーを被せて製造された。
原糸適用中空糸膜加湿モジュールは、ポリスルホン中空糸膜（外径８００μｍ、内径６００μｍ）１４００本の間に原糸（一般糸、ＡＴＹ糸、ＤＴＹ糸）１４００本をそれぞれ配置して一つの中空糸膜バンドルとし、円筒状のハウジング（直径６０ｍｍ、長さ３５０ｍｍ）の内部に配置させ、ハウジングの両端にポッティング部を形成した後、ハウジングの両端部にカバーを被せて製造された。
［実験例：製造された中空糸膜加湿モジュールの性能測定］
中空糸膜加湿モジュールの中空糸膜の内部及び外部にそれぞれ１５０ｓＬＰＭの乾燥空気を流入させ、中空糸膜の外部は、摂氏７０度、湿度９０％に固定し、中空糸膜の内部は、摂氏５０度、湿度１０％に固定して、気体−気体加湿を行った。加湿性能については、中空糸膜の内部を流れる空気が加湿されて出てくる地点における温度及び湿度を測定し、露点（Ｄｅｗ Ｐｏｉｎｔ）に換算して測定した。その測定結果は、下記の表１に示す。露点は、加湿性能を示す尺度であって、空気が加湿されて出てくる地点の露点が高いほど、加湿性能に優れるといえる。
前記表１を参照すると、同じ中空糸膜に、原糸（スペーサー）の種類のみを変更して実験を行ったとき、中空糸膜の外部の湿った空気（Ｓｈｅｌｌ）の均一さの程度に応じて加湿性能の差が示されることがわかるのであり、加湿性能が高いＡＴＹ原糸及びＤＴＹ原糸は、独特の原糸表面により、一般の原糸に比べて、中空糸膜の間に空間を良好に形成させることができる。すなわち、ＡＴＹ原糸及びＤＴＹ原糸は、一般の原糸よりもスペーサーとしての性能に優れる。（空気が均一に拡散し、全ての中空糸膜が使用されてこそ加湿性能が高く示される。）
表１において、ＡＤＴ（Ａｐｐｒｏａｃｈ Ｄｅｗｐｏｉｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）は、加湿性能を示す方式の一つである。（シェルに流入した空気の露点と、加湿されて出てきた空気の露点との差）
同じ中空糸膜においてスペーサー（原糸）の役割に応じて加湿性能が異なって示されることになり、スペーサーの役割をさらに良好に行う原糸であるほど、中空糸膜の外部の湿った空気が、均一に中空糸膜の外部を包むことによって、加湿性能が高く示される。ＡＴＹ原糸及びＤＴＹ原糸が一般の原糸に比べて加湿性能が高いという意味は、スペーサーの役割をさらに良好に行うことができるという意味である。
表１に示したように、ＡＴＹ原糸及びＤＴＹ原糸は、一般の原糸に比べてスペーサーの役割をさらに効率的に行うことによって、加湿器に適用した際に加湿性能が向上する。また、原糸を適用した場合には、原糸を適用していない場合に比べて加湿性能が向上する。
以上で本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた、本発明の権利範囲に属する。
１０：中空糸膜バンドル １１：中空糸膜
１２、２２：原糸 ２０：ドーピングバンドル
２１：ドーピング糸
１１０、２１０：紡糸原液タンク １２０、２２０：ノズル
１３０、２３０：凝固槽 １４０、２４０：ボビン
１５０、２５０：合糸ロール １６０、２６０：洗浄槽
１７０、２７０：巻き取りロール ２８０：支持ケーブル供給機
２９１：ケーブル溶解タンク ２９２：追加洗浄タンク
Ｃ：支持ケーブル Ｆ：紡糸原液
Ｈ：紡糸孔 Ｓ：中空
１２、２２：原糸 ２０：ドーピングバンドル
２１：ドーピング糸
１１０、２１０：紡糸原液タンク １２０、２２０：ノズル
１３０、２３０：凝固槽 １４０、２４０：ボビン
１５０、２５０：合糸ロール １６０、２６０：洗浄槽
１７０、２７０：巻き取りロール ２８０：支持ケーブル供給機
２９１：ケーブル溶解タンク ２９２：追加洗浄タンク
Ｃ：支持ケーブル Ｆ：紡糸原液
Ｈ：紡糸孔 Ｓ：中空
Claims (13)
- 複数の中空糸膜からなる中空糸膜バンドルであって、
前記複数の中空糸膜の間には、流体の流路を形成するとともにスペーサーの役割を果たす、複数の原糸が配置されてバンドルをなしており、
前記原糸には、ＡＴＹ工法で製造されたＡＴＹ糸又はＤＴＹ工法で製造されたＤＴＹ糸が使用されていることを特徴とする、中空糸膜バンドル。 - 前記複数の中空糸膜は一方向に配列され、前記複数の原糸は、中空糸膜の配列方向に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜バンドル。
- 前記中空糸膜は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリアクリロニトリル共重合体、ポリスルホン（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、スルホン化ポリスルホン（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリエーテルスルホン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルローストリアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｔｒｉａｃｅｔａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、及びこれらの混合物で構成された群から選択されたいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜バンドル。
- 前記原糸は、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル及びガラス繊維で構成された群から１つ以上選択されたモノフィラメントであるか、またはマルチフィラメントであるか、またはモノフィラメントとマルチフィラメントが混合されたことを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜バンドル。
- 前記中空糸膜と前記原糸は、中空糸膜１００本あたり、原糸１〜６００本の比率で混合されてバンドルをなしていることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜バンドル。
- 前記中空糸膜の外径は３００〜２０００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜バンドル。
- 前記原糸の外径は０．０１〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の中空糸膜バンドル。
- 請求項１に記載の中空糸膜バンドルを製造する方法であって、
ノズルに紡糸原液を供給し、紡糸して、複数の中空糸膜を形成する紡糸ステップと、
前記紡糸ステップで形成された前記複数の中空糸膜を凝固させる凝固ステップと、
前記複数の中空糸膜の間に、複数の原糸を投入してバンドルを形成する原糸投入ステップとを含むことを特徴とする、中空糸膜バンドルの製造方法。 - 前記原糸投入ステップの後に、前記バンドルを洗浄する洗浄ステップと、
前記洗浄ステップで洗浄されたバンドルを巻き取る巻き取りステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の中空糸膜バンドルの製造方法。 - 前記凝固ステップの後には、前記複数の中空糸膜を洗浄した後、前記複数の中空糸膜の間に、複数の原糸を投入して前記バンドルを形成する前記原糸投入ステップを行い、
前記原糸投入ステップの後に、前記バンドルを巻き取る巻き取りステップを行うことを特徴とする、請求項８に記載の中空糸膜バンドルの製造方法。 - 請求項１に記載の中空糸膜バンドルを製造する方法であって、
ノズルに支持ケーブルを供給する支持ケーブル供給ステップと、
前記ノズルに紡糸原液を供給して紡糸することで、前記支持ケーブルの外面に紡糸原液を塗布して複数のドーピング糸を形成する紡糸ステップと、
前記紡糸ステップで形成された複数のドーピング糸を凝固させる凝固ステップと、
前記複数のドーピング糸の間に、複数の原糸を投入してドーピングバンドルを形成する原糸投入ステップと、
前記ドーピングバンドルを一定の長さに切断する切断ステップと、
前記切断されたドーピングバンドル内の前記支持ケーブルを溶解して除去する支持ケーブル溶解ステップとを含むことを特徴とする、中空糸膜バンドルの製造方法。 - 前記原糸投入ステップの後に、前記ドーピングバンドルを洗浄する洗浄ステップ、及び前記洗浄ステップで洗浄されたドーピングバンドルを巻き取る巻き取りステップを行い、
巻き取られた前記ドーピングバンドルを繰り出して前記切断ステップを行うことを特徴とする、請求項１１に記載の中空糸膜バンドルの製造方法。 - 前記凝固ステップの後に前記複数のドーピング糸を洗浄した後、前記複数のドーピング糸の間に、複数の原糸を投入して前記ドーピングバンドルを形成する前記原糸投入ステップを行い、
前記原糸投入ステップの後に、前記ドーピングバンドルを巻き取る巻き取りステップを行った後、
前記巻き取られたドーピングバンドルを繰り出して前記切断ステップを行うことを特徴とする、請求項１１に記載の中空糸膜バンドルの製造方法。
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