JP4686796B2

JP4686796B2 - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP4686796B2
Application number: JP34718098A
Authority: JP
Inventors: 卓磯部; 康男米澤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000167362A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流体の分離に好適に利用される中空糸膜モジュ−ルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜モジュ−ルは、従来より、医療分野や水処理分野など流体分離の分野にて頻繁に用いられているが、中でも、水道水栓に接続して水道水を濾過する家庭用浄水器においては、必要不可欠な濾過材料であり、水道配管から脱落した鉄サビなどを除去するのに役立っている。
【０００３】
中空糸膜モジュ−ルは、一般的に、（１）数百本から数万本の中空糸膜の束を筒状ケ−スに装填する工程と、（２）筒状ケ−スと中空糸膜との間や中空糸膜間に封止材を流し込む工程と、（３）封止材を固化する工程と、（４）封止材によって閉塞している中空糸膜の端部を切断して、中空糸膜を開口させる工程とを経て製造される。しかし、近年、中空糸膜モジュ−ルの用途が多様化して、高い圧力や衝撃圧が付与されたり、高温の流体が供給されたりするという厳しい条件で使用されると、封止材の原液流れ方向上流側（中空糸膜の外周から被濾過物質を供給する場合は、中空糸膜モジュール内）と下流側（中空糸膜モジュールの切断された端部の外）との差圧によって、封止材と筒状ケ−スとの界面が剥離する。その結果、原液側から濾過液側に被濾過物質が漏れたり、さらには封止材が抜け落ちるなどの問題を生じる。
【０００４】
そこで、封止材の厚みを大きくして接着力を高めることもできるが、濾過流量および中空糸膜モジュ−ルの寿命という観点からは、樹脂封止材の厚さは可能な限り小さくして中空糸膜の有効膜面積を大きくする必要がある。
【０００５】
また、特開平３−４２０１７号公報には、封止材の濾過液側に別部材を近接状態に配置し、封止材を支持して差圧による封止材の変形を抑えることによって、封止材の剥離を抑制する方法が記載されている。しかし、剥離抑制効果を発揮するには、近接させる別部材と封止材との距離Ｌを筒状ケ−スの内径Ｄの０．０３倍以下にすべき旨が記載されており、Ｄ＝１０〜３０ｍｍの小型モジュ−ルにおいては、高い組立精度が要求されコスト高になるという問題がある。
【０００６】
さらに、開口端部に凸部を設けることにより、軸方向に作用する応力を支持して、筒状ケ−スと封止材との界面での剥離を抑制する方法も提案されており、それなりに効果も確認されているが、十分に剥離を抑制することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高い圧力や衝撃圧が付与されたり、高温の流体が供給される場合にも、封止材と筒状ケ−スとの界面の剥離が生じにくく原液側から濾過液側に被濾過物質が漏れにくい中空糸膜モジュ−ルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するための本発明は、開口端部を有し、断面が円形である筒状ケ−スと、筒状ケ−ス内に装填され、封止材を介して筒状ケ−スの開口端部に固定されている中空糸膜束とを備え、かつ、前記開口端部の内周面に、開口端面に向かって上り階段を形成する如く複数の段差部を設け、段差部を形成する高さ方向の面が、筒状ケースの中心軸方向の面に対して３０〜９０度の範囲の角度をなしており、更に前記段差部の高さが、前記筒状ケースの内径の０．００４〜０．０５倍の範囲にある中空糸膜モジュ−ルを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、段差部の高さが、中空糸膜の外径の０．４〜１５倍の範囲にあることが好ましい。また、中空糸膜束がＵ字状に折り曲げられて筒状ケースに装填され、かつ、その折り曲げられて合わされた中空糸膜束の端部において開口端部に固定されていることが好ましい。
【００１０】
また、上記の中空糸膜モジュールを備えてなる浄水用カートリッジや浄水器なども好ましい態様である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の中空糸膜モジュ−ル１は、図１に示すように、筒状ケ−ス２と複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束３と樹脂などの封止材４とから構成されており、必要に応じてＯリング５などが装着される。
【００１２】
中空糸膜束３は、中空糸膜の膜面積の観点から、中空糸膜を束ねて、その中央部を捩りながらＵ字状に折り曲げて筒状ケース２に装填し、その折り曲げて合わした中空糸膜束３の端部を封止材４で筒状ケ−ス２の開口端部２ａに固定するのが好ましいが、一端の開口部を目止め処理した中空糸膜を折り曲げずに束ねたものでも、また、折り曲げずに束ねた中空糸膜束を筒状ケ−スの両端で封止固定してもよい。そして、中空糸膜の材質としては、ポリエチエレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリアクルロニトリル、セルロ−スアセテ−トなど各種素材のものが使用できる。
【００１３】
また、本発明において、封止材４は、筒状ケ−ス２と中空糸膜の間、および、中空糸膜間を封止することを目的とする樹脂などであって、中空糸膜束３を筒状ケ−ス２内に支持固定する機能と、被濾過物質が原液側から濾過液に漏れないようにシ−ルする機能を果たしている。封止材４としては、流動性を有する主剤と硬化剤を混同して反応・硬化させる二液混合型で、ポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂を好適に用いることができ、それらを遠心法や静置法などによって固化させればよい。
【００１４】
そして、筒状ケ−ス２は、両端が開口した円筒形で、中空糸膜束３を所定位置に支持するとともに、製造時や使用時において中空糸膜３が傷付かないように保護する機能を有し、また、中空糸膜モジュ−ルを浄水用カートリッジなどに組み込むときに位置を決めたり、流路を形成するという機能も兼ね備えている。
【００１５】
筒状ケ−ス２の一方の開口端部２ａの内周面には、図２および図３に示すように３つの段差部８、９、１０が階段状に設けられており、開口端面に向かって上り階段を形成するように段差部の高さが高くなっている。このような構造によって、筒状ケース２の内周面を形成する金型を、段差部８、９、１０が設けられている開口端部２ａとは反対の開口端部２ｂの方向に容易に引き抜くことができ、金型を複雑な構造にする必要もなく、金型の製造コストが大幅に増加したり、金型の寿命が著しく低下することもない。また、上記構成により、段差部８、９、１０を形成する高さ方向の面、すなわち封止材係止面８ａ、９ａ、１０ａが、中空糸膜３に被濾過物質を供給して膜分離を行う際に封止材４の原液側（中空糸膜側）と濾過液側（切断端部側）との差圧によって生じる筒状ケ−スの軸方向の力を受け止めて、封止材４を支持することができる。その結果、大きな圧力や衝撃が付与されても、封止材４の変形が抑えられ、筒状ケ−スと封止材の界面が剥離しにくい。
【００１６】
このとき、封止材係止面８ａ、９ａ、１０ａが筒状ケースの内周面に対して３０〜９０度の範囲で傾斜していることが好ましい。９０度を超えて傾斜していると、中空糸膜を固定している封止材４に筒状ケ−スの中心軸と平行な力が加わったときに、段差部の封止材係止面８ａ、９ａ、１０ａと筒状ケース中心軸方向の面８ｃ、９ｃ、１０ｃとで形成されるそれぞれのコーナーを起点に封止材４が裂けやすい。また、傾斜が３０度以下の場合には、筒状ケ−スの軸方向の力を受け止めて封止材４を確実に支持することが難しくなる。
【００１７】
また、段差部８、９、１０の高さｂは、軸方向の力を支持する面積および耐圧強度の観点から大きいほうが好ましいが、中空糸膜の本数および有効膜面積の観点からは小さいほうが好ましい。そして、高さｂが大きいと、コ−ナ−部に封止材４が溜まるため、使用する封止材４の量が増えてコスト高になり、また、製造の際、封止材が滞留して流れにくくなる。したがって、高さｂは、筒状ケ−スの内径ｄｃの０．００４〜０．０５倍の範囲であることが好ましく、また、中空糸膜の外径ｄｈの０．４〜１５倍の範囲であることが好ましい。なお、ここでいう内径ｄｃとは、図２に示すように、筒状ケース２の段差のない部分の内径をいう。
【００１８】
そして、筒状ケ−スは、その断面形状が、円形、三角形、四角形、楕円形などいずれであってもよいが、射出成形で精度良く成形するには断面が円形のものが好ましく、また、装置への組み込みも円形のほうが都合がよい、
また、筒状ケ−ス２の材質としては、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属でも問題はないが、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、ポリカ−ボネ−トなど射出成形可能な樹脂が好ましく、さらに、透明であれば製造時の品質管理が容易になるので好ましい。
【００１９】
なお、本発明において、段差部は、３つに限定されるものではなく、２つでもよく、また、４つ以上でもよい。
【００２０】
上記のような構成を有する中空糸膜モジュールは、図４に示すように、水道水を供給する蛇口２２に取り付けられて用いられる浄水器２０のカートリッジ２１などに好適に用いられる。
【００２１】
浄水器２０の本体３０は、蛇口２２から受け入れた水道水をそのまま吐出する原水吐出口２３や、受け入れた水道水をカートリッジ２１へ供給するための原水供給流路２４や、流路の切換を行う多方弁２５を備えている。一方、カートリッジ２１は、濾材として、本発明の中空糸膜モジュール１の他に活性炭２６も有し、また、濾過水を吐出する濾過水吐出口２７なども有している。
【００２２】
蛇口２２から供給された水道水は、多方弁の切り換えに応じて、原水吐出口２３への流路が開いている場合には原水吐出口２３から流出して、また、原水供給流路２４が開いている場合にはカートリッジ２１へ供給され、活性炭２６および中空糸膜モジュール１によって濾過される。そして、濾過水は、濾過水吐出口２７から流出される。
【００２３】
【実施例】
実施例
本発明の図１に示す中空糸膜モジュ−ルを水濾過装置に組み込み、水温７０℃の原水を水圧０．５ＭＰａ（５．１ｋｇｆ／ｃｍ²）で供給して濾過する試験を行った。その結果、筒状ケ−スと封止材との界面に剥離は生じなかった。
【００２４】
比較例
従来の、内周面に段差部の無い筒状ケ−スを用いて、実施例と同様の試験を行ったところ、筒状ケ−スと封止材との界面が完全に剥がれ、封止材が筒状ケ−スから抜け落ちた。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の中空糸膜モジュールは、筒状ケ−スが、開口端部の内周面に、開口端面に向かって上り階段を形成する如く複数の段差部を有しているので、高い圧力や衝撃圧が付与されたり、高温の流体が供給された場合にも、圧力等を段差部でしっかり支持して封止材の変形を抑え、筒状ケ−スと封止材の界面が剥離することを防ぐことができ、その結果、原液側から濾過液側に被濾過物質が流出することを防ぐことができる。また、筒状ケ−スの内周面を形成する金型は、段差部を設けた開口端部とは反対の開口端部の方向に抜けばよいので、金型を複雑な構造にする必要もなく、金型の製造コスト等を抑えることができる。
【００２６】
ここで、筒状ケ−スの断面を円形にする場合には、射出成形で精度良く成形でき、また、装置への組み込みも容易になる。さらに、段差部の高さを、筒状ケ−スの内径の０．００４〜０．０５倍の範囲、または、中空糸膜の外径の０．４〜１５倍の範囲にする場合には、筒状ケ−スと封止材の界面の剥離抑制効果をさらに高めることができる。そして、封止材係止面が筒状ケースの内周面に対して３０〜９０度の範囲で傾斜している場合には、封止材に亀裂が生じるのを防ぎつつ封止材をより確実に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る中空糸膜モジュ−ルの概略縦断面図である。
【図２】筒状ケ−スの概略縦断面図である。
【図３】図２の筒状ケ−スの段差部の拡大図である。
【図４】本発明の中空糸膜モジュ−ルを用いた浄水器の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１：中空糸膜モジュ−ル
２：筒状ケ−ス
２ａ：開口端部
２ｂ：開口端部
３：中空糸膜束
４：封止材
５：Ｏリング
８：段差部
８ａ：封止材係止面
８ｃ：内周面
９：段差部
９ａ：封止材係止面
９ｃ：内周面
１０：段差部
１０ａ：封止材係止面
１０ｃ：内周面
２０：浄水器
２１：カートリッジ
２２：蛇口
２３：原水吐出口
２４：原水供給流路
２５：多方弁
２６：活性炭
２７：濾過水吐出口
３０：本体
ｂ：段差部の高さ
ｄｃ：筒状ケ−スの内径

Claims

開口端部を有し、断面が円形である筒状ケ−スと、該筒状ケ−ス内に装填され、封止材を介して前記筒状ケ−スの開口端部に固定されている中空糸膜束とを備え、かつ、前記開口端部の内周面に、前記開口端面に向かって上り階段を形成する如く複数の段差部を設け、該段差部を形成する高さ方向の面が、前記筒状ケースの中心軸方向の面に対して３０〜９０度の範囲の角度をなしており、更に前記段差部の高さが、前記筒状ケースの内径の０．００４〜０．０５倍の範囲にあることを特徴とする中空糸膜モジュ−ル。
前記段差部の高さが、中空糸膜の外径の０．４〜１５倍の範囲にある、請求項１に記載の中空糸膜モジュ−ル。
中空糸膜束がＵ字状に折り曲げられて筒状ケースに装填され、かつ、その折り曲げられて合わされた中空糸膜束の端部において開口端部に固定されている、請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを備えてなる浄水用カートリッジ。
請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを備えてなる浄水器。