JP4699790B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜モジュールの製造方法、及び前記製造方法により得られた中空糸膜モジュールを用いたカートリッジ式中空糸膜モジュールに関する。

中空糸膜モジュールは、円筒状ケースに中空糸膜束の両端をポッティング剤で固定して製造される。円筒状ケースに中空糸膜を固定する際のポッティング剤としては、エポキシやウレタンなどの樹脂系接着剤が使用されているが、これらの樹脂系接着剤を硬化させる際には、熱量変化を伴うため、収縮や膨張が起こる。

中空糸膜モジュールの円筒状ケースは、全体の軽量化の観点からプラスチック製のものが汎用されているため、上記したような収縮や膨張を生じやすく、断面形状が変形することがある。

また、このポッティング工程では、公知の遠心接着法（遠心成型法）（特開昭５１−９３７８８号公報、特開昭５２−３８７９７号公報、特開昭６１−１７１５０３号公報、特開昭６１−１７１５０４号公報等）を適用して、円筒状ケースを回転させながら接着するため、熱と共に、回転による遠心力の影響によっても変形することがある。

円筒状ケースに収容された中空糸膜モジュールは、更に他のケーシングに装填されたカートリッジ式として使用されることがある。このようなカートリッジ式の膜モジュールの場合、液密（水密）にするため、膜モジュールにＯ−リングを嵌め込んだ状態で他のケーシング内に装填されるが、このとき装填する膜モジュールのケースが変形していると、Ｏ−リングが効かない（液密にできない）現象がおこり、膜モジュールとしての機能が発揮できない恐れがある。

特許文献１、２には、ケース内のポッティング部（接着剤による封止部分）にＯリング（環状体）を配置することで、ポッティング部の破損や接着剤による封止部分の歪みを防止することが開示されている。
特開２００５−５２７３６号公報 特公平４−４２０５８号公報

本発明は、ポッティング固定時のハウジングの変形を抑制する中空糸膜モジュールの製造方法、及び前記製造方法により得られた中空糸膜モジュールを用いたカートリッジ式膜モジュールを提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
少なくとも一端側が開口されたハウジング内に複数の中空糸膜束が収容され、ハウジング内表面と複数の膜束、及び複数の膜束同士が接着剤で接着封止された中空糸膜モジュールの製造方法であり、
少なくともハウジング内表面と複数の膜束が接着する位置に対応するハウジング外表面にリングを嵌め込んだ状態で、ハウジングと複数の膜束及び複数の膜束同士を接着剤で接着封止する工程を含む、中空糸膜モジュールの製造方法、及び前記製造方法で得られた中空糸膜モジュールを用いたカートリッジ式中空糸膜モジュールを提供する。

本発明の製造方法によれば、ハウジングに形状変化のない中空糸膜モジュールを得ることができる。よって、ハウジングの周囲にＯリングを嵌め込んで、他のケーシングに装填してカートリッジ式膜モジュールを製造した場合にも、ハウジングとＯリング、及びＯリングと他のケーシングとを密着させることができる。

図１、図２により、本発明の製造方法を説明する。図１は、本発明の製造方法を説明するための図であり、ポッティング工程（接着剤による接着封止工程）を説明するものである。図２は、ポッティング工程後の図１の縦断面図である。

側面に液出入口１２を有する筒状ハウジング１１内に、所要束数の中空糸膜束１３を収容する。このとき、必要に応じて、特開２００４−８９７９９号公報の図１〜図７に示されるような補強材を用いることができ、公知のポリエチレン製等のネットで中空膜束１３を包み込んでもよい。

次に、図１で示すように、筒状ハウジング１１の一端部側にリング１５を嵌め込む。図１では、リング１５は一端側に１つだけ嵌め込まれているが、一端側に複数を嵌め込んでもよいし、他端側や中央部にも１又は複数を嵌め込んでもよい。

リング１５の形状は、筒状ハウジング１１に外側から嵌め込むことができる形状であればよいが、筒状ハウジング１１の幅方向の断面が円形であるから、リング１５は、筒状ハウジングの外径と同じ寸法又は近似した寸法の内径を有する円形（望ましくは真円形）、又は筒状ハウジングの外径と同じ寸法又は近似した寸法の短径を有する楕円形が好ましい。リング１５が楕円形である場合は、長径ａと短径ｂとの比率が０．９９０≦ｂ／ａ≦０．９９９の範囲になるものを用いることが好ましい。なお、リング１５の幅や厚みは、強度を考慮して適宜決定すればよい。

真円形のリングは、ＳＵＳ製のパイプを切断し、旋盤加工して得ることができ、楕円リングは、真円リングを引張加工して得ることができる。

リング１５の材質としては、金属、合成樹脂、合成ゴム等を用いることができるが、耐熱性が高く、熱により変形し難いものが好ましく、例えば、ＳＵＳ、鉄を挙げることができる。

筒状ハウジング１１は材質により耐熱性が異なり、ポッティング剤も種類により発熱量が異なる。このため、このような筒状ハウジング１１とポッティング剤の組み合わせによる変形量を考慮して、変形に対する抑制効果を高める観点から、リング１５として真円形や楕円形のものを用いることが好ましい。

例えば、耐熱性の高いポリスルホン製の筒状ケースを用いる場合は、ポッティング工程における変形の程度が小さいため、真円形のリングを用いることで、変形を防止することができる。

また例えば、ポリスルホン製に比べて耐熱性の低い硬質ポリ塩化ビニル製の筒状ケースを用いる場合は、楕円形のリングを用いることができる。遠心接着法は、筒状ケースの長さ方向中央部を基点として回転させる方法であるため、遠心力の影響を受ける回転方向側の直径が回転方向に垂直側の直径よりも長くなるように変形することになる。このため、楕円形のリングを用い、リングの短径が回転方向側に位置するようにリングを嵌め込むことで（図３参照）、変形を防止することができる。なお、図３では、楕円形のリング１５の形状は実寸を意味するものではなく、筒状ケース１１との関係が分かり易いように、少し誇張して図示している。矢印は、筒状ケース１１の回転方向を示す。

本発明では、接着剤の硬化時の発熱温度に応じて、筒状ケース１１が、熱変形温度が８０℃以上の材質からなる場合には真円リング１５を用い、熱変形温度が８０℃未満の材質からなる場合には、楕円形リング（好ましくは上記した特定比率の楕円形リング）１５を用いることが好ましい。

次に、適当な注入容器を用い、ポッティング容器２０の注入孔２１から、中空糸膜束１３に対して、溶融状態のウレタン系又はエポキシ系樹脂接着剤等のポッティング剤（図２の１４は硬化後のポッティング剤を示す。）を注入する。ポッティング剤は、中空糸膜束１３同士だけではなく、中空糸膜束１３と筒状ハウジング１１の端部内周面も接着するため、リング１５は、図２に示すとおり、少なくとも中空糸膜束１３と接着される筒状ハウジング１１の端部内周面に対向する外周面に嵌め込む。

ポッティング剤を注入した後に放置するが、この過程にて、ポッティング剤の硬化反応が生じて熱が発生し、この熱により、筒状ハウジング１１が収縮や膨張等の変形を生じることがある。

しかし、本発明では、図２に示すとおり、筒状ハウジング１１の所定位置にリング１５が嵌め込まれているので、筒状ハウジング１１の熱変形が防止される。特に、筒状ハウジング１１の材質に応じて真円形や楕円形のリング１５を選択使用することで、前記した防止効果が高められる。

ポッティング剤の硬化反応終了後、ポッティング容器２０から筒状ハウジング１１を取り出す。その後、必要に応じて、他端側においても同様の作業をして、リング１５を外した後、ポッティング剤の硬化物１４の端部を切断することで、封止されていた中空糸膜束１３の端部を開口させる。

本発明の製造方法により得られた中空糸膜モジュールは、筒状ハウジング１１に変形が生じていないため、外側にＯリングを嵌め込んだときにも、筒状ハウジング１１とＯリングとの間に隙間が生じることがない。よって、外側にＯリングを嵌め込んだ筒状ハウジングを他のケーシングに装填してカートリッジ式膜モジュールを製造したとき、筒状ハウジング１１とＯリングの間、Ｏリングと他のケーシングの間を密着させることができるので、高い液密性を有するカートリッジ式膜モジュールを得ることができる。

実施例１
図１、図２に示す手順で中空糸膜モジュールを製造した。まず、内径１５４ｍｍ、外径１６３．４ｍｍ、長さ１０６６ｍｍの硬質塩化ビニル製の筒状ハウジング１１内に、合計で約７５００本の酢酸セルロース系中空糸膜からなる複数の膜束１３を収容した。

次に、直径１６３．４ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み５ｍｍのステンレス製の楕円形リング１５（０．９９０≦ｂ／ａ≦０．９９９）を、筒状ハウジング１１の一端部の外側（筒状ハウジング１１の内表面と複数の膜束１３が接着する位置に対応する筒状ハウジング１１の外表面）に嵌め込んだ。

次に、ウレタン系接着剤（主剤：商品名コロネート４４０３，硬化剤：商品名ニッポラン４２２１，日本ポリウレタン（株）製）を用い、中空糸膜束１３同士、及び中空糸膜束１３と筒状ハウジング１１の内表面を接着封止した。その後、一端側のリング１５を嵌め込んだ状態で、他端側も上記のとおりにして接着封止した。その後、両端側の２つのリング１５を外した。

次に、中空糸膜束１３の封止端部を切断して開口させ、中空糸膜モジュールを得た。この中空糸膜モジュールの両端外側にエチレンプロピレンゴム製のＯリングを２つずつ嵌め込んだ状態で、内径１８１ｍｍ、長さ１２３６ｍｍのステンレス製のケーシング内に装入した。

装入後の状態を目視観察したところ、中空糸膜モジュールの筒状ハウジング１１とＯリング、Ｏリングとケーシングはいずれも密着していた。

本発明の製造方法の説明図である。 本発明の製造方法の説明図である。 本発明の製造方法の説明図である。

符号の説明

１１ 筒状ハウジング
１３ 中空糸膜束
１５ リング
２０ ポッティング容器

Claims (2)

1. 少なくとも一端側が開口された熱変形温度が８０℃未満の材質からなる筒状のハウジング内に複数の中空糸膜束が収容され、筒状のハウジング内表面と複数の膜束、及び複数の膜束同士が接着剤で接着封止された中空糸膜モジュールの製造方法であり、
   少なくとも筒状のハウジング内表面と複数の膜束が接着する位置に対応する筒状のハウジング外表面にＳＵＳ又は鉄からなる楕円形のリングを嵌め込んだ状態で、筒状のハウジングと複数の膜束及び複数の膜束同士を遠心接着法を適用して接着剤で接着封止する工程を含む、中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記楕円形のリングが、長径ａと短径ｂとの比率が０．９９０≦ｂ／ａ≦０．９９９の範囲の楕円形である、請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

Images