JP2748605B2 - 中空糸膜モジュール及び中空糸膜モジュール用中空糸束 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、中空糸膜モジュール及び中空糸膜モジュー
ルに用いる中空糸束に関する。

〔従来の技術〕

中空糸膜モジュールは、従来より液体・気体の濾過及
び分離等で使用され、水の再生利用や医療分野等におい
て実用化されている。よく知られている代表的な中空糸
膜モジュールは、筒状容器の両方の端部に樹脂壁が設け
られ、中空糸束はその長手方向の両端が開口状態で樹脂
壁に流密に固定され、流体中の一定成分を分離回収しよ
うとする場合、例えば、中空糸膜モジュールの中空糸膜
外部に原料流体を供給し、原料流体の一成分を中空糸膜
透過流体として中空糸膜内部を流通させ外部に流出させ
分離処理操作することができる。

これら中空糸膜モジュールにおいては、多数の中空糸
膜を束ねて形成した中空糸束を、直線状に伸ばして中空
糸束の各端を開口状態で両樹脂壁に流密に固定して配置
する方式と、Ｕ字状に曲げて中空糸束端を両端とも開口
状態で、または一端を開口状態で他端を閉塞して同一の
一樹脂壁に流密に固定して配置する方式と、直線状に伸
ばし中空糸束の一端を開口状態で一樹脂壁に流密に固定
し、他端を閉塞して中空糸束空間内に配置する方式等で
容器内に収容している。

また、これら中空糸膜の束は、通常、樹脂壁に流密に
固定する場合には一纏めに束ねて固定され、また一端が
樹脂壁に固定されずに樹脂壁に固定された他端により中
空糸束間に支持保持される場合には、中空糸束間に保持
される一端は中空糸膜がそれぞればらばらに閉塞封止さ
れているか、若しくは一纏めにして閉塞封止されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のような従来の中空糸膜モジュールにお
いて、Ｕ字型に中空糸膜を屈曲する場合には、中空糸膜
によっては屈曲できないものがあり、また屈曲により中
空糸膜が損傷することがあり、さらに屈曲部のため中空
系膜分布が不均一となりモジュール内の流体の均一な流
れが妨げられるおそれがある。また、中空糸膜を閉塞封
止するには一般に接着剤を用いたり、中空糸膜の融点以
上に加熱して融着させるが、中空糸膜毎に閉塞封止する
場合は製造上作業性に劣り、中空糸膜を一纏めに閉塞封
止する場合は確実性が乏しく、また確実に封止しようと
すると閉塞封止部分を多くすることになり中空糸膜効率
が劣ることになる。

更に、モジュール容器の両端部に樹脂壁を設け、Ｕ字
型中空糸束を両端部に流密に固定する場合や、中空糸膜
毎に一端が閉塞封止された中空糸束の他端を両端部に流
密に固定する場合も製造上作業性が劣り、またモジュー
ル内で中空糸膜の偏りが生じ易く流体の流れが不均一と
なるおそれがある。

本発明は、上記従来の中空糸膜モジュールの方式にお
ける欠点を解消し、中空糸膜モジュール内での流体の均
一な流通を生起すると共に、製造上の作業性の良い中空
糸膜モジュールを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、多数の中空糸膜より構成される中空
糸束が筒状容器内に収容されている中空糸膜モジュール
において、該筒状容器の少なくとも一端部に樹脂壁が設
置され該中空糸束の一端が開口状態に保持されたまま流
密に該樹脂壁に固定され、該中空糸束の他端は閉塞封止
されると共に展開したときに帯状に該中空糸束を構成す
る中空糸膜間が互いに連続接着された状態となるように
形成されていることを特徴とする中空糸膜モジュールが
提供される。

更に、多数の中空糸膜よりなる中空糸束が筒状容器内
に収容される中空糸膜モジュール用中空糸束であって、
少なくとも一端が閉塞封止されると共に展開したときに
帯状に該中空糸束を構成する中空糸膜間が互いに連続接
着された状態となるように形成することを特徴とする中
空糸膜モジュール用中空糸束が提供される。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明において、中空糸束とは中空糸膜が集束された
集合体をいい、中空糸束は、同一特性の中空糸膜の集合
体でもよいし、目的に応じて異なる特性の中空糸膜の集
合体でもよい。中空糸束は一般的には約数百〜約万本の
中空糸膜から構成され、通常は約1,000〜10,000本の中
空糸膜を集束したものであり、本発明のモジュール容器
内には二以上の中空糸束を配置してもよい。

本発明において、中空糸束の少なくとも一端は閉塞封
止状態に保持され、且つ、該一端を展開したときに中空
糸束を構成する中空糸膜同志が互いに帯状に連続接着さ
れた状態となるように形成する。

中空糸束の一端を閉塞封止状態に保持する方法として
は、中空糸膜の孔を接着剤で充填封鎖したり、中空糸膜
を構成するポリマーの融点以上に加熱溶融して溶融封鎖
して行うことができる。また、本発明の中空糸束の封止
端は、帯状となるように中空糸膜間を互いに連続接着す
る。

中空糸膜間の接着法としては、中空糸束の封止と同様
に接着剤を用いてもよく、また中空糸膜自身を加熱溶融
して互いに融着させてもよい。熱溶融して融着させる方
法としては、ニクロム合金等の電気抵抗体のワイヤ状の
ものを用いて容易に行うことができる。従って、中空糸
膜の封止と連続接着の処理作業が同時に行うことのでき
る加熱溶融による融着処理で行うのが好ましい。加熱溶
融時の温度は、中空糸膜素材の融点以上の温度である必
要があるが、中空糸膜素材の分解・劣化が起こらない程
度の温度で行わねばならない。

ここで帯状とは、厚みをもって中空糸束端即ち各中空
糸膜端から約２〜20mmの幅の接着部が中空糸膜の長さ方
向にほぼ直角に連続していることをいい、その帯状部分
において各中空糸膜間が連続的に接着され且つ各中空糸
膜が閉塞封止されていることをいう。帯状の幅が2mm未
満であると、中空糸膜の閉塞封止が不十分になり易く、
また、20mmを超えた場合は中空糸膜機能の無い部分が増
加し、中空糸膜モジュール全体としての効率が低下する
ため好ましくない。帯状の厚みは、約0.5〜5mmで、通常
は中空糸膜が約２〜10層に重なるようにして接着する。

本発明の中空糸束は、一端は上記のように閉塞封止さ
れ且つ中空糸膜間が展開されたときに帯状に連続接着さ
れるように形成されるが、もう一方の中空糸束端は容器
の一端部または両端部に設けた樹脂壁に開口状態で流密
に固定される。この場合、樹脂壁で固定される中空糸束
端の各中空糸膜の配置は特に制限されるものでないが、
展開したとき帯状となるように形成される他端の中空糸
膜に従い直線的にほぼそのまま樹脂壁に開口状態で流密
に固定するのが好ましい。また中空糸束を構成する中空
糸膜が、容器内空間即ち中空糸膜外部の中空糸束空間に
おいて互いに密接するようにしてもよいが、処理操作の
際に各中空糸膜間を流体が自由に流通できる程度の空隙
を有するように樹脂壁に流密に固定するのが好ましい。

なお、本発明において流密とは液体及び気体をシール
することを意味するものである。また、樹脂壁は容器内
外を同様にシールし、樹脂壁に流密に固定された中空糸
束端部の開口状態においてのみ樹脂壁を通過して中空糸
膜内部と容器外部とが連通される。

本発明に用いる中空糸膜は、既に各種の特性及び機能
を有する中空糸膜が実用化されているので、それら公知
の中空糸膜から目的に応じて、特性、機能、材質及び形
状等を選択して使用することができる。例えば、精密濾
過膜、限外濾過膜、親水性中空糸膜、疎水性中空糸膜等
が使用でき、膜素材としてはセルロース系、ポリビニー
ルアルコール系、ポリオレフィン系、ポリエステル系樹
脂、フルオロカーボン系等の有機高分子膜、セラミック
ス膜、金属膜等が使用できる。特に、熱溶融可能な中空
糸膜素材であれば、中空糸膜端を閉塞封止し連続接着す
る場合に熱溶融により容易に且つ確実に行うことができ
るため好ましい。熱溶融可能な膜素材としては、例えば
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン−１、ポリ
４−メチルペンテン−１等のポリオレフィン、ポリエチ
ンレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等
のポリエステル、ナイロン−６、ナイロン−6,6等のポ
リアミド、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル及びポリビニ
ルアルコール等の高分子膜が挙げられる。

本発明の中空糸膜モジュールは、筒状容器の一端部ま
たは両端部に樹脂壁を設け、中空糸膜により形成される
中空糸束が収容される中空糸束空間と外部とを流密に仕
切るものである。樹脂壁に用いられる樹脂は、特に制限
されるものではなく、容器中の中空糸束空間とその外部
を確実にシールできるものであればよい。通常は、エポ
キシ系、シリコン系、ウレタン系等の樹脂が用いられ
る。

また本発明において、異なる中空糸膜からなる２種以
上の中空糸束を同一の中空糸膜モジュール内に収容し
て、同一中空糸膜モジュールで二段濾過処理を行った
り、ガス中の微粒子除去とガス分離を同時に行うことや
脱気・散気を同時に行うこともできる。２種以上の中空
糸膜からなる中空糸束が形成され配置される場合、中空
糸束が開口状態で流密に固定される樹脂壁の外側には容
器外部と連通する連通部を設置し、該中空糸束の中空糸
膜内部が連通するようにし、一の中空糸膜内部が連通す
る連通部には、他種の中空糸膜からなる中空糸束の中空
糸膜内部が同時に連通することがないようにするのが好
ましい。

更に本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜内部と
容器外部が連通する連通口が設置されることは従来の中
空糸膜モジュールと同様である。

〔作 用〕

本発明の中空糸膜モジュールは、上記のように容器内
に収容した中空糸束がその一端において、展開したとき
に帯状の封止端部を有するように形成して構成すること
により、中空糸膜内の流路が閉塞することなく確保され
ると共に、端部の封止も確実となる。また、中空糸束を
中空糸膜モジュール容器に収容する場合、樹脂が中空糸
膜間に十分回り込むことができ樹脂壁による容器外部と
のシール性を良好にして中空糸束を流密に樹脂壁に固定
できる。また樹脂の中空糸膜内への侵入を防止して開口
状態も保持することが容易となる。

更に、２種以上の異なる中空糸膜からなる中空糸束を
同一の中空糸膜モジュール容器内に収容し、多段または
／及び複数の中空糸膜処理操作を単一のモジュール内で
行う場合にも、各中空糸束が展開したときに別々に帯状
の封止端部を有するため、各中空糸束間に十分な間隙が
確保され、中空糸膜モジュール内に均一な流体の流れを
生じさせることができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳
しく説明する。但し、本発明は、本実施例に限定される
ものではない。

第１図は、本発明の中空糸膜モジュールの一実施例の
概念的な説明断面図である。また、第２図は、第１図に
示した中空糸膜モジュールに収容される中空糸束の形成
方法の一実施例の説明図である。

なお、下記実施例では一重の筒状容器で構成される例
のみを示すが、筒状容器を例えば中心部と周辺部との二
重環状にして中空糸束を設置してもよい。

第１図において、筒状容器１の端部の連通部５に樹脂
壁Ａが配置され、中空糸束２の中空糸膜内部とモジュー
ル外部とが連通する連通口６、中空糸膜外部とモジュー
ル外部とが流通する流通口７及び７′が設けられてい
る。また、中空糸束２は、同一または異なる種類の中空
糸膜の集合で（通常は数千〜数万本）あり模式図的に表
したもので、中空糸束２は、樹脂壁Ａに開口状態の開口
端部４で流密に固定され、また展開したときに帯状の閉
塞封止された封止端部３を容器１の周壁に支持体８で支
持固定されている。

第２図（ａ）において、平面上に中空糸膜Ｘを水平に
厚み約2mmに重ねて平板状に並べて配置し、両端部を約5
mm幅に加熱ワイヤ等の加熱部材で加熱溶融により中空糸
膜端を閉塞すると共に各中空糸膜を接着して帯状の封止
端部３−１及び３−２を形成する。

得られた両端部に帯状の封止端部３−１及び３−２を
有する平板状の中空糸膜集合体を矢印のように巻き込み
中空糸束２を形成する。

第２図（ｂ）において、得られた中空糸束２の一方の
封止端部３−１を、例えばウレタン樹脂を用いて円筒状
の樹脂体Ａ′中に固化固定する。この場合、中空糸束２
の端部３−１は既に閉塞されているため樹脂体形成の樹
脂が中空糸膜内部に侵入することが防止できる。次い
で、樹脂体Ａ′を点Ｃの位置で切断することにより開口
状態の端部を形成確保し、樹脂壁Ａに流密に固定された
開口端部４を有する中空糸束２を形成し、その後容器１
に収容する。

上記のような方法によれば、前記の通り中空糸膜内部
に樹脂壁を形成する樹脂の侵入を防止し、且つ中空糸束
を形成する各中空糸膜間に十分に樹脂を回り込ませるこ
ともでき、樹脂壁における流密な固定が確実となる。

第３図は、本発明の中空糸膜モジュールの他の実施例
の概念的な説明断面図である。また、第４図は、第３図
に示した中空糸膜モジュールに収容される中空糸束の形
成方法の一実施例の説明図である。

第３図においては、筒状容器１の両端部を連通部５及
び５′に樹脂壁Ａ及びＢが配置され、中空糸束２の中空
糸膜内部とモジュール外部とが連通する連通口６及び
６′が設けられ、また、中空糸束２は、樹脂隔壁Ａ及び
Ｂに開口状態の開口端部４及び４′（図示せず。）で流
密に固定され、また展開したときに帯状の閉塞封止され
た封止端部３及び３′が、樹脂壁に開口状態で流密に固
定されている中空糸膜に巻き込まれた状態で中空糸束空
間に配置される以外は、第１図と同様である。

また、第４図においては、前記の第２図（ａ）に示し
たのと同様の方法で形成した封止端部３−１及び３−２
をもつ中空糸膜Ｘの集合体と封止端部３′−１及び３′
−２をもつ中空糸膜Ｘ′の集合体との２枚を長さ方向を
ずらして重ねて、矢印の方向に巻き込み中空糸束２を形
成する。

この場合、中空糸膜の長さ方向の重なり比率は、特に
制限されず中空糸膜モジュール容器、使用目的に応じ適
宜選択すればよい。

第４図（ｂ）において、得られた中空糸束２の両端の
封止端部３−１及び３′−１を、第２図（ｂ）と同様に
円筒状の樹脂体Ａ′及びＢ′中に樹脂にて固化固定す
る。次いで、樹脂体Ａ′及びＢ′を点Ｃの位置で切断し
て開口端部４及び４′を有して中空糸束２が流密に固定
される樹脂壁Ａ及びＢを形成し、容器１に収容する。

なお、第３図において、封止端部３及び３′はそれぞ
れ樹脂壁Ａ及びＢ中に包囲固定されていてもよい。

第５図及び第６図は、本発明の他の実施例の説明図で
ある。第５図及び第６図においては、中空糸束の態様の
みを示したが、中空糸膜モジュール容器への収容は前記
した例と同様である。

第５図においては、樹脂壁Ａ及びＢに開口状態で流密
に固定される中空糸束の中間部に各中空糸束２及び２′
に共通の封止端部３を設ける以外は前記実施例と同様で
ある。この場合、中空糸束２及び２′は第２図（ａ）の
中空糸膜Ｘの中間部を端部と同様に加熱溶融により、中
空糸膜孔を閉塞し中空糸膜間を接着することにより形成
される。

第６図においては、前記第２図（ａ）と同様にして形
成した中空糸束２の複数（図においては４個）を樹脂壁
に流密に固定した例を示した。

〔発明の効果〕

本発明の中空糸膜モジュールは、容器内に収容する中
空糸束の一端が、それを展開したときに帯状の封止端部
を有するように形成されるため、中空糸膜モジュール内
での流体の流れが均一となり中空糸膜処理を効率的に行
うことができる。更に中空糸膜を樹脂壁に流密に固定し
たり、モジュール容器内への収容等の作業性もよく、工
業的に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空糸膜モジュールの一実施例の概念
的な説明断面図であり、第２図は第１図に示した中空糸
膜モジュールに収容される中空糸束の形成方法の一実施
例の説明図である。 第３図は本発明の中空糸膜モジュールの他の実施例の概
念的な説明断面図であり、第４図は第３図に示した中空
糸膜モジュールに収容される中空糸束の形成方法の一実
施例の説明図である。 第５図及び第６図は、本発明の他の実施例の説明図であ
る。 Ａ、Ｂ……樹脂壁、Ａ′、Ｂ′……樹脂体 Ｘ、Ｘ′……中空糸膜 １……容器、２……中空糸束 ３、３′、３−１、３−２、３′−１、３′−２……封
止端部 ４、４′……開口端部、５、５′……連通部 ６、６′……連通口、７、７′……流通口 ８……支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−293026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−57965（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−81078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−62308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−236502（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−155852（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の中空糸膜より構成される中空糸束が
   筒状容器内に収容されている中空糸膜モジュールにおい
   て、該筒状容器の少なくとも一端部に樹脂壁が設置され
   該中空糸束の一端が開口状態に保持されたまま流密に該
   樹脂壁に固定され、該中空糸束の他端は閉塞封止される
   と共に展開したときに帯状に該中空糸束を構成する中空
   糸膜間が互いに連続接着された状態となるように形成さ
   れていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
2. 【請求項２】多数の中空糸膜よりなる中空糸束が筒状容
   器内に収容される中空糸膜モジュール用中空糸束であっ
   て、少なくとも一端が閉塞封止されると共に展開したと
   きに帯状に該中空糸束を構成する中空糸膜間が互いに連
   続接着された状態となるように形成することを特徴とす
   る中空糸膜モジュール用中空糸束。