JP5061064B2 - 中空糸型膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、各種水処理分野で使用する中空糸型膜モジュールとその製造方法に関する。

中空糸型膜モジュールは、一般に流体の出入口を有したケーシング、キャップ、中空糸膜束、中空糸膜束を保護するネット及び中空糸膜束の端部を樹脂封止固定した樹脂封止部分から構成されているものが多い。処理原液又は透過水の流出入は、例えば処理原液がケーシングの上端部又は下端部で樹脂封止固定された中空糸膜束から中空糸膜外側に濾過され、この濾過液はケーシングの側面に設けられた流体の出入口から流出入する方法や中央部集水管に集められる方法等がある。

US 2003/0150807 A1 US 6,183,639 B1

中空糸膜束の中央部に設けられた集水管は円筒形であり、膜モジュールの外径寸法を変えずに中空糸膜の充填率を高める観点から、できる限り肉薄が好ましい。しかし、肉薄であると、封止用樹脂で封止された中空糸膜束の端部を切断するときに集水管の一部が樹脂封止部から剥がれたり、運転を継続する過程で剥がれ易くなったりする場合がある。このように集水管の一部が封止用樹脂から剥がれると、処理液が透過水側へ漏洩することがある。

本発明は、製造時及び運転時において、集水管が樹脂封止部から剥がれることがない中空糸型膜モジュールと、その製造方法を提供することを課題とする。

本願発明は、課題の解決手段として、
円筒ケース内に集水管と中空糸膜束が収容されており、前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも一端側の集水管と中空糸膜束が封止用樹脂で一体化された中空糸型膜モジュールであり、
前記封止用樹脂で一体化されている端部において、前記集水管端部と前記中空糸膜束端部の間に樹脂製リングが介在されており、前記集水管端部、前記中空糸膜束端部及び前記樹脂製リングが前記封止用樹脂で一体化されている、中空糸型膜モジュールとその製造方法を提供する。

本発明の中空糸型膜モジュールは、樹脂製リングを介して集水管と中空糸膜束が固着一体化されているため、製造時及び運転時において、集水管が樹脂封止部から剥がれることがない。

＜中空糸型膜モジュール＞
図１〜図３により、本発明の中空糸型膜モジュールの一実施形態を説明する。図１は、本発明の中空糸型膜モジュールの縦方向断面図、図２は、図１の部分拡大図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明で用いることができる４種類の樹脂製リングの斜視図である。

中空糸型膜モジュール１０は、円筒ケース１１内に集水管１２と中空糸膜束１３が収容されている。

集水管１２は、中空糸膜束１３と正対している周面に複数の集水口１４を有しており、集水管１２の周囲に中空糸膜束１３が配置されている。

円筒ケース１１と集水管１２は、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂製や金属製のものを用いることができる。

集水管１２の開口部付近の内周壁は、他部材、例えば、パイプと接続できるような内部構造（例えば、ねじ込むためのねじ山、嵌め込むための段差を有している）を形成することができる。

集水管１２と中空糸膜束１３の両端側は、それらの間に配置された樹脂製リング２０と共に樹脂封止部１５にて封止用樹脂で一体化されている。このとき、樹脂製リング２０外周面と中空糸膜束１３が固着され、樹脂製リング２０の内周面と集水管１２の外周面が固着されている。

樹脂封止部１５を形成するために用いる封止用樹脂としては、尿素樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レソルシノール樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリウレタン接着剤、ビニルウレタン接着剤を挙げることができ、これらの中でもポリウレタン接着剤が好ましい。

図２では、樹脂製リング２０の端面は、中空糸膜束１３の端面と同一面を形成しているが、樹脂製リング２０の端面は、中空糸膜束１３の端面よりも２〜１０ｍｍ程度内側に引っ込んだ状態で固定されていてもよい。

中空糸型膜モジュール１０は、ＵＳ２００３／０１５０８０７公報の図１のような公知の中空糸型膜モジュールと同様に、両端側に液出入口を有するキャップを被せることができる。１６はキャップを被せて固定するための部材である。

樹脂製リング２０は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すような高さの低い筒状形態のものを用いることができ、長さは４０〜１２０ｍｍ、厚さは２〜１０ｍｍの範囲にすることが好ましい。

図３（Ａ）に示す樹脂製リング２０Ａは、高さの低い筒状のものであり、周壁面には孔等は形成されていない。

図３（Ｂ）に示す樹脂製リング２０Ｂは、外形は図３（Ａ）のものと同じであるが、周面に多数の孔２１を有している。樹脂製リング２０Ｂを用いて集水管１２と中空糸膜束１３を封止用樹脂で一体化するとき、孔２１を封止用樹脂が通るため、中空糸膜束１３と樹脂製リング２０の結合強度が高められ、集水管１２と樹脂製リング２０の結合強度が高められる。

図３（Ｃ）に示す樹脂製リング２０Ｃは、４箇所にスリットが形成されており、外周壁の半分程度の長さ部分は、対向する１対の分離壁２１ａ、２１ａ’と、対向する一対の分離壁２１ｂ、２１ｂ’の４つに分かれている。

１対の分離壁２１ａ、２１ａ’及び２１ｂ、２１ｂ’は、外周面と内周面が同じ曲面形状である。

図３（Ｄ）に示す樹脂製リング２０Ｄは、４箇所にスリットが形成されており、外周面の半分程度の長さ部分は、対向する１対の分離壁２３ａ、２３ａ’と、対向する一対の分離壁２３ｂ、２３ｂ’の４つに分かれている。

分離壁２３ｂは、外周面は曲面形状であるが、内周面は内側に突き出した凸部２４ｂを有している。分離壁２３ｂ’、２３ａ、２３ａ’も図示していない同様の凸部を有している。

樹脂製リング２０Ｄを用いて集水管１２と中空糸膜束１３を封止用樹脂で一体化するとき、一対の分離壁２３ｂ、２３ｂ’及び２３ａ、２３ａ’が有する凸部の作用により、樹脂製リング２０Ｄと集水管１２の外周面との間に隙間が形成され、スリットを通って入り込んだ封止用樹脂により、全体の結合強度が高められる。

本発明の中空糸型膜モジュール１０は、樹脂で封止された端面において、中空糸膜束１５、樹脂製リング２０、集水管１２が一体化されているため、集水管１２を薄肉にした場合であっても、製造時及び運転時において、集水管１２が封止用樹脂から剥がれることがない。

＜中空糸型膜モジュールの第１の製造方法＞
次に、本発明の中空糸型膜モジュールの製造方法の一実施形態を説明する。

まず、集水管１２、樹脂製リング２０、中空糸膜束１５の順に配置し、それらの端部を封止用樹脂で一体化する。

次に、スライサーにより、樹脂封止部１５（即ち、集水管１２、樹脂製リング２０、中空糸膜束１５の端部）を所定長さだけ切断し、中空糸膜束１３の端部を開口させる。このとき、集水管１２と中空糸膜束１３は、封止用樹脂により、樹脂製リング２０に固着されているため、切断時の外力によっても、集水管１２が封止用樹脂から剥がれることがない。

＜中空糸型膜モジュールの第２製造方法＞
次に、本発明の中空糸型膜モジュールの製造方法の他実施形態を説明する。

まず、集水管１２、樹脂製リング２０、中空糸膜束１５の順に配置し、それらの端部を封止用樹脂で一体化する。このとき、樹脂製リング２０の端面が中空糸膜束１３の端面よりも内側に引っ込むようにして封止する。

次に、スライサーにより、集水管１２と中空糸膜束１３の端部を所定長さだけ切断し、中空糸膜束１３の端部を開口させる。このとき、内側に引っ込んでいる樹脂製リング２０の端部は切断しない。

切断は、集水管１２と中空糸膜束１３の端面と、樹脂製リング２０の端面が同一面を形成するように切断してもよいし、樹脂製リング２０の端面が中空糸膜束１３の端面よりも内側に引っ込んだ状態を維持できるように切断してもよい。例えば、樹脂製リング２０の端面が中空糸膜束１３の端面の差が１０ｍｍのとき、中空糸膜束１３の端面は１０ｍｍの長さを切断してもよいし、１０ｍｍ未満の長さを切断してもよい。

この製造方法であると、切断時に樹脂製リング２０には外力が加えられないため、樹脂製リング２０と中空糸膜束１３の固着面が剥がれることがなく、樹脂製リング２０と集水管１２との固着面が剥がれることもない。

実施例１
（第一工程）
酢酸セルロース系樹脂からなる中空糸膜（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）束とポリ塩化ビニル製の集水管（厚さ１mm，外径76mm，長さ1094mm）を筒状のケース（長さ1100mm）に収容した。両端部には、１つずつの樹脂製リングを中空糸膜と集水管の間に配置した。中空糸膜束、ウレタン樹脂からなる樹脂製リング（図３（Ｂ）のリング２０Ｂ）（長さ80mm、厚さ３mm、孔２１の径４mm、孔２１の総数64個）、集水管の端面は面一にした。

（第二工程）
ポリウレン接着剤（商品名コロネード4428と商品名ニッポラン4221の混合品,日本ポリウレタン社製）を用いて両端部を接着固定した。

（第三工程）
スライサー（自動トリミング装置，コムス社製）を用いて、封止された中空糸膜束、樹脂製リング、集水管の端部を切断し、中空糸膜端部を開口させた。切断作業後に切断部分を肉眼で確認したところ、集水管は樹脂封止部（樹脂製リング）から剥がれていなかった。

実施例２
（第一工程）
酢酸セルロース系樹脂からなる中空糸膜（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）束とポリ塩化ビニル製の集水管（厚さ１mm，長さ1094mm）を筒状のケース（長さ1100mm）に収容した。両端部には、１つずつの樹脂製リングを中空糸膜と集水管の間に配置した。中空糸膜束、ウレタン樹脂からなる樹脂製リング（図３（Ｄ）のリング２０Ｄ）（長さ80mm，厚さ２mm，スリット長さ20mm，凸部高さ２mm）、集水管の端面は面一にした。

（第二工程）
ポリウレン接着剤（商品名コロネード4428と商品名ニッポラン4221の混合品,日本ポリウレタン社製）を用いて両端部を接着固定した。

（第三工程）
スライサー（自動トリミング装置，コムス社製）を用いて、封止された中空糸膜束、樹脂製リング、集水管の端部を切断し、中空糸膜端部を開口させた。切断作業後に切断部分を肉眼で確認したところ、集水管は樹脂封止部（樹脂製リング）から剥がれていなかった。

比較例１
（第一工程）
酢酸セルロース系樹脂からなる中空糸膜（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）とポリ塩化ビニル製集水管（厚さ１mm，長さ1146mm）を筒状のケース（長さ1100mm）に収納した。樹脂製リングは使用しなかった。

（第二工程）
ポリウレン接着剤（商品名コロネード4428と商品名ニッポラン4221の混合品,日本ポリウレタン社製）を用いて両端部を接着固定した。

（第三工程）
封止された中空糸膜及びポリ塩化ビニル製の集水管の端部をスライサー（自動トリミング装置，コムス社製）を用いて中空糸膜端部を開口させた。このとき、集水管の一部が樹脂封止部から剥がれていた。

本発明の中空糸型膜モジュールの縦方向断面図。 図１の部分拡大図。 本発明で用いる樹脂製リングの斜視図（異なる４つの形態の斜視図）。

符号の説明

１０ 中空糸型膜モジュール
１１ 円筒ケース
１２ 集水管
１３ 中空糸膜束
１４ 集水口
１５ 樹脂封止部
２０、２０Ａ〜２０Ｄ 樹脂製リング

Claims (4)

1. 円筒ケース内に集水管と中空糸膜束が収容されており、前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも一端側の集水管と中空糸膜束が封止用樹脂で一体化された中空糸型膜モジュールであり、
   前記封止用樹脂で一体化されている端部において、前記集水管端部と前記中空糸膜束端部の間に樹脂製リングが介在されており、
   前記樹脂製リングが、周壁面に孔及びスリットのいずれかを有しているものであり、
   前記集水管端部、前記中空糸膜束端部及び前記樹脂製リングが、前記樹脂製リング外周面と前記中空糸膜束が固着され、前記樹脂製リングの内周面と前記集水管の外周面が固着された状態で、前記封止用樹脂で一体化されている、中空糸型膜モジュール。
2. 前記樹脂製リングの端面が前記中空糸膜束の端面よりも内側に引っ込んだ状態で固定されている、請求項１記載の中空糸型膜モジュール。
3. 請求項１記載の中空糸型膜モジュールの製造方法であり、
   集水管とその周囲に配置した中空糸膜束の少なくとも一端側を封止用樹脂で封止するとき、前記集水管と前記中空糸膜束の間に樹脂製リングを介在させた状態で封止する工程、
   封止用樹脂で封止された端部を切断するとき、前記集水管、前記樹脂製リング及び前記中空糸膜束を一緒に切断する工程、
   を備えている、中空糸型膜モジュールの製造方法。
4. 請求項２記載の中空糸型膜モジュールの製造方法であり、
   集水管とその周囲に配置した中空糸膜束の少なくとも一端側を封止用樹脂で封止するとき、前記集水管と前記中空糸膜束の間に樹脂製リングを介在させ、かつ前記樹脂製リングの端面が前記中空糸膜束の端面よりも内側に引っ込むようにして封止する工程、
   封止用樹脂で封止された端部を切断するとき、前記集水管と前記中空糸膜束の端部を切断し、前記樹脂製リングの端部を切断しない工程、
   を備えている、中空糸型膜モジュールの製造方法。

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