JP6613701B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜を備えた中空糸膜モジュールの製造方法に関する。

中空糸膜モジュールは、選択的透過性を有する多数本（例えば数百本ないし数万本）の中空糸膜を束ねた中空糸束を容器内に収納して形成されている。通常、この容器は、少なくとも混合流体導入口、透過流体排出口、非透過流体排出口を備えている。容器内における中空糸膜束の配置は、容器外部と中空糸膜の内部空間との間の流通経路と、容器外部と中空糸膜の外部空間との流通経路とが隔絶するようになされている。
このような中空糸膜モジュールは、小型で有効膜面積を大きくできるため、混合流体から特定成分を高効率で分離・濃縮する有用な技術であり、ガスや液体などの分離（酸素分離、窒素分離、水素分離、水蒸気分離、二酸化炭素分離、有機蒸気分離等）等の種々の用途に利用されている。このため中空糸膜モジュールは分離膜モジュールと呼ばれることもある。
この種の中空糸膜モジュールを製造する方法としては、中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の両端を、熱硬化性樹脂などのポッティング剤によって接着固定し、次いでその接着固定部を、中空糸膜束の幅方向に沿って切断する方法が採用されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特開平２−５９０１６号公報 特開平３−１１０号公報

上記の方法では、中空糸膜束（端部を切断する前の未完成品であるため、以下前駆体中空糸膜束ともいう）をポッティング剤で固定する作業時に、ポッティング剤が前駆体中空糸膜束における中空部に入ってしまうと、得られる中空糸膜モジュールの中空糸膜がポッティング剤で閉塞されてしまう。これを防止するために、ポッティング工程前に、予め前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向端部における開口部を封止しておく作業が行われている。これは、従来、作業員がヘラやスパチュラなどを利用して、前記の開口部に接着剤を塗り込むことにより行われている。

しかし、上記従来の接着剤を塗り込む方法は作業時間がとられ、作業員の労力が大きかった。

したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明は、複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた中空糸膜束の少なくとも一端部がポッティング剤によって固着された中空糸膜モジュールを製造する方法において、
前記方法は、
複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
前記前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を変形させる開口変形工程と、
前記開口変形工程により変形した部分を有する前記前駆体中空糸膜束の前記端部を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法を提供するものである。

また本発明は、複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた中空糸膜束の少なくとも一端部がポッティング剤によって固着された中空糸膜モジュールを製造する方法において、
前記方法は、
複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
前記前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を変形させる開口変形工程と、
前記前駆体中空糸膜束の前記端部側における、少なくとも前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側の部位を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程と、
前記ポッティング工程によって固定された前記前駆体中空糸膜束を、前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側における固定部位において、該長手方向と交差する方向に沿って切断する切断工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法を提供するものである。

本発明の製造方法によれば、中空糸膜モジュールの製造が容易であり、製造時間及び製造コストを短縮できる。

図１は、本発明の製造方法で得られる中空糸膜モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、開口変形工程後の前駆体中空糸膜束を示す斜視図である。 図３（ａ）ないし（ｃ）は、中空糸膜モジュールの製造過程の一部を順次示す工程図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、中空糸膜束の切断工程を順次示す工程図である。 図５は、本発明の別の実施形態における中空糸膜モジュールを示す断面図である。 図６は、本発明の別の実施形態における中空糸膜モジュールの製造過程を示す図である。 図７は、本発明の更に別の実施形態における開口変形工程後の前駆体中空糸膜束を示す斜視図である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の製造方法の対象となる中空糸膜モジュールの一例である第１実施形態の断面構造が示されている。同図に示す中空糸膜モジュール１０は、２種以上のガスや液体などからなる混合流体の分離に用いられるものである。中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束３０と、該中空糸膜束３０を収容するケーシング４０とを備えている。中空糸膜束３０は、複数本の中空糸膜２１の集合体から構成されている。本実施形態では中空糸膜２１は、一方向（図１のＹ方向）に延びて配列するように束ねられている。中空糸膜束３０は、数百本ないし数十万本の中空糸膜２１から構成されている。本実施形態において、中空糸膜束３０は略円柱状の形状をしている。

図１に示すように、中空糸膜束３０は、中空糸膜２１の延びるＹ方向に沿う一辺と、Ｙ方向と直交する方向である幅方向Ｚを有する。本実施形態では、幅方向Ｚに沿う中空糸膜束３０の断面形状は略円形状である。場合によっては、中空糸膜束３０の断面形状を他の形状、例えば略矩形とすることもできる。

中空糸膜束３０を収容するケーシング４０の中空部は、中空糸膜束３０の外形の形状と略相補形状となっている。ケーシング４０は、その外形が略円柱状となっている。ケーシング４０は、略筒状体であり、その軸方向の両端に位置して対向する二面が開口して開口部４１を形成している。開口部４１の形状は略円形である。先に述べた中空糸膜束３０は、この開口部４１を通じてケーシング４０内に収容される。中空糸膜束３０は、その収容状態において、該中空糸膜束３０を構成する各中空糸膜２１の各端部が、各開口部４１において開口するように、ケーシング４０内に収容される。

図１に示すように、中空糸膜束３０がケーシング４０内に収容された状態においては、中空糸膜２１の延びる方向であるＹ方向の両端部２２の位置において、中空糸膜束３０が管板５０，５１によってケーシング４０の内壁に固定されている。管板５０，５１は、ケーシング４０のＺ方向の断面形状に対応した略円形状に形成されている。管板５０，５１はポッティング剤から構成されている。ポッティング剤としては、当該技術分野においてこれまで用いられてきたものと同様のものを用いることができる。例えばポッティング剤として各種熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。なお管板５０，５１は、中空糸膜束３０を構成する複数本の中空糸膜２１どうしを一体に固着する役割を果たす。本実施形態では一対の管板５０、５１はいずれも中空糸膜２０の開口が保持された状態で中空糸膜の端部を包埋して固着している。また、管板５０，５１を構成するポッティング剤により、中空糸膜束３０をケーシングの内面に固定してもよく、その場合、管板５０，５１は、中空糸膜束３０とケーシング４０の内面との間を密封する役割も果たす。なお管板５０，５１を構成するポッティング剤により、中空糸膜束３０をケーシングの内面に固定しない場合、管板５０，５１とケーシング４０の内面との間の密封のために、必要に応じて他のシーリング手段が設けられていてもよい。

ケーシング４０の各開口部４１は、蓋体６０，６１によって閉塞されている。蓋体６０には混合流体導入口６２が設けられている。一方、蓋体６１には未透過流体排出口６３が設けられている。分離対象となる混合流体は、蓋体６０の混合流体導入口６２から中空糸膜モジュール１０内に導入される。導入された混合流体のうち、中空糸膜２１を透過した流体は、ケーシング４０に設けられた透過流体排出口４２からモジュール外に排出される。一方、中空糸膜２１を透過しなかった未透過流体は、蓋体６１の未透過流体排出口６３からモジュール外に排出される。

中空糸膜２１としては、ガスや液体などの流体の分離性能を有するものであればどのような素材のものでもよい。例えば高分子材料を用いることができる。特にポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネートなどの常温（２３℃）でガラス状の高分子材料からなる中空糸膜は、ガス分離性能が良好であるので好適に用いられる。とりわけポリイミドを用いることが、後述のように開口変形工程が加熱下における加圧処理を含む場合に、中空糸膜の開口の変形性がよく、開口の封止を好適に行うことができるため好ましい。

ケーシング４０は、中空糸膜モジュール１０の使用時に高温流体あるいは低温流体や高圧流体あるいは減圧条件にさらされるものであるから、十分な強度と使用条件下での安定性が必要である。この観点から、ケーシング４０の材質は、金属、プラスチックやガラス繊維複合材料であることが好ましい。

以上の構成を有する中空糸膜モジュール１０の製造方法を図２ないし図４を参照しながら説明する。
本製造方法では、まずは中空糸膜２１を各膜２１の長手方向Ｙが一致するように束ねて前駆体中空糸膜束を形成する。

図２に示す例では、複数の中空糸膜２１を、緯糸又は経糸とした織物状とすることにより、複数本の中空糸膜２１を、長手方向Ｙを一致させて束ねたシート状の前駆体中空糸膜束２０（以下単に、シート状中空糸膜束２０、又は前駆体中空糸膜束２０ともいう）としている。シート状中空糸膜束２０の織り方としては、例えば平織りや綾織り、朱子織り、畳織り、すだれ織りなどを始めとして公知の織り方を適宜に採用することができる。シート状中空糸膜束２０は、これを構成する経糸及び緯糸の延びる方向とそれぞれ平行な辺を有する平面視略矩形状をしている。各シート状中空糸膜束２０は、同寸・同形であってもよく、或いは形状及び寸法を異ならせてもよい。

次に、該前駆体中空糸膜束における中空糸膜２１の長手方向Ｙの端部２２に位置する中空糸膜２１の開口部２３を変形させる開口変形工程を行う。

図２に示すように、開口変形工程ではシート状中空糸膜束２０において、中空糸膜２１の開口部２３が位置するＹ方向端部２２を変形する。変形は開口部２３のみであってもよく、中空糸膜２１における開口部２３よりもＹ方向内側の部分を含んでいてもよい。図２では、前駆体中空糸膜束２０における開口変形工程により変形した部分を灰色の部分として示している。開口変形工程により中空糸膜２１において変形した部分を以下、変形部２４ともいう。

図２に示す例ではＹ方向の両方の端部２２における開口部２３を変形して変形部２４を形成している。これに対し、一方の端部２２の開口部２３のみを変形し、他方の端部２２における開口部２３には接着剤により封をする方法も、本発明の製造方法に含まれる。しかしながら、本発明の製造方法においては、ポッティング工程の前工程において、中空糸膜の開口部からポッティング剤が入り込むことを防止するために接着剤を用いることは行わないことが好ましい。ここでいう接着剤としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂からなる接着剤、天然ゴム、合成ゴム等のエラストマーからなる接着剤、シアノアクリレート系の瞬間接着剤等を挙げることができる。

中空糸膜２１のＹ方向端部２２における変形部２４のＹ方向長さＬ２（図２参照）は、例えば２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。中空糸膜２１のＹ方向両端部２２，２２それぞれに設けた変形部２４のＹ方向長さは同一であってもよく異なっていてもよい。また、中空糸膜２１における変形部２４は、Ｙ方向端部２２よりもＹ方向内側に形成されて、変形部２４よりもＹ方向外側に開口変形処理を施されていない部分を残していてもよい。

また前駆体中空糸膜束２０を構成する各中空糸膜２１における変形部２４のＹ方向長さＬ２は、略同一であっても良く、異なっていても良い。

開口変形工程により、中空糸膜２１のＹ方向端部２２における開口部２３は封止ないし閉塞されることが好ましく、例えば液密又は／且つ気密に封止されることがより好ましい。しかしながら、中空糸膜２１の開口部２３は開口変形工程により完全に閉塞ないし完全に封止される必要はなく、一部の空隙を残した状態で開口部２３が閉塞されるのでもよい。

前駆体中空糸膜束を構成する各中空糸膜に漏れなく開口部の封止のための処理を行うことを容易とする観点から、開口変形工程は、中空糸膜の端部２２を加圧処理する工程を含むことが好ましく、特に、中空糸膜の端部２２を加熱下に加圧処理する工程を含むことが好ましい。

加熱下で加圧処理する方法としては、例えばヒートシール（熱融着又は熱圧着ともいう）が挙げられる。ヒートシールの具体的な方法としては、例えば、バーシール、回転ロールシール、ベルトシール、インパルスシール、高周波シール、超音波シール等の公知の方法で行うことができる。

加熱下で加圧処理する方法における好ましい加熱温度及び加圧の圧力は、中空糸膜の構成により異なるが、例えば、中空糸膜としてポリイミド樹脂からなる中空糸膜を用いる場合の例を以下に挙げる。
加熱下での加圧処理は、２３０℃以上の加熱下で行うことが好ましい。この加熱条件において、加圧処理における圧力は、加圧による開口変形効果を十分に得る観点から、０．２６ＭＰａ以上が好ましい。また、加圧時間は、２秒以上が好ましい。
加熱温度が上がるにしたがって、加圧圧力も低く設定することが可能であり、２６０℃以上であれば、０．１７ＭＰａ以上が好ましく、このときの加圧時間も２秒以上が好ましい。
加熱温度を高くするほど、加圧圧力を低下させることができ、また加熱時間を短くすることが可能である。
加熱温度は、開口部の溶着効果を考えると３２０℃以下が好ましい。
加圧圧力は１．２ＭＰａ以上加えても効果に大きく影響はしないため、製造効率の観点から１．２ＭＰａ未満が好ましい。また、加圧時間に関しても、加熱温度に対する加圧圧力が十分であれば、１０秒以上の加圧時間は不要であるため、１０秒未満が好ましい。
加熱温度、加圧圧力、加熱時間は相互に関係していることとなる。
また、閉塞率は、初期開口断面積の基材の３０％以下であれば十分な効果が得られるが、１０％以下であることが更に好ましい。閉塞率は、中空糸膜束における、開口変形処理前における中空糸膜の開口部の断面積に対する、開口変形処理後の開口部の断面積の割合である。前記の断面積は例えば、中空糸膜束の断面を顕微鏡を用いて観察及び写真撮影し中空糸膜の開口部１０個以上の断面積の平均値を測定することで求めることができる。

加熱下における加圧処理をシート状中空糸膜束２０に施す場合は、中空糸膜２１の開口部２３が存在するＹ方向端部２２に対して、シート状中空糸膜束２０の一面側から圧力を付すか、或いは両面側から挟み込むように圧力を付すことが好ましい。一方、後述するようにケーシングと外形が相補形状を有する中空糸膜束３０に加圧処理を施す場合は、例えば、中空糸膜２１の開口部２３に対して中空糸膜束の外側からＹ方向に圧力を付す方法が挙げられる。

図２に示すように、シート状中空糸膜束２０は中空糸膜２１の延びる方向であるＹ方向及び、該Ｙ方向と直交する方向であるＸ方向を有する。本実施形態では、開口変形後のシート状中空糸膜束２０を、該シートのＹ方向が巻回の軸方向となるように、Ｘ方向の一端側から他端に向けてロール状に巻回することで、略円柱状である前駆体中空糸膜束３０’（以下単に、前駆体中空糸膜束３０’或は、単に中空糸膜束３０’ともいう）を形成することができる。中空糸膜束３０’においては、各中空糸膜における長手方向Ｙが略一致し、且つ該方向Ｙにおいて、中空糸膜の両端部のＹ方向位置が略一致している。前駆体中空糸膜束３０’のＺ方向に沿う断面形状は、ケーシング４０の中空部のＺ方向に沿う側面視形状と相補し、本実施形態では略円形状である。

なお、上記のようにシート状中空糸膜束２０を巻回して中空糸膜束３０’とする代わりに、シート状中空糸膜束２０を帯状に形成し、これを折り曲げることにより積層させて積層体状中空糸膜束３０’を得てもよい。或は、複数の中空糸膜２１を、長手方向Ｙを一致させて束ねて、上記のように断面形状がケーシング４０の中空部の側面視形状と相補する中空糸膜束３０’とすることを、シート状の中空糸膜束２０の形成を経ずに一段階で行ってもよい。

また、開口変形工程をシート状中空糸膜束２０に対して施し、その後、開口変形後のシート状中空糸膜束２０を巻回ないし積層して中空糸膜束３０’を形成する代わりに、シート状中空糸膜束２０を巻回ないし積層させてなる中空糸膜束３０’に対して開口変形工程を行い、中空糸膜の開口部が変形された中空糸膜束３０’としてもよい。

本実施形態の製造方法によれば、前駆体中空糸膜束（例えばシート状体２０、巻回体３０’）における中空糸膜の長手方向Ｙの端部２２に位置する中空糸膜２１の開口部２３を変形させるため、接着剤を中空糸膜２１の開口部に塗り込むよりも、中空糸膜束を構成する各中空糸膜２１の開口部２３を漏れなく封止しやすい。また接着剤を用いる場合に比べて、開口部２３及びその近傍のみに封止のための処理を施すことが容易であり中空糸膜のＹ方向内側の中空部に接着剤が入り込むこともない。このような本実施形態の製造方法によれば、中空糸膜２１における切断予定箇所より内側の中空部にポッティング剤や接着剤等の異物が入り込むことを防止しやすいため歩留りを向上できる。また接着剤の塗布よりも容易に封止処理が行えるため、製造時間の短縮や製造コストの低減が可能である。

図２及び図３（ｂ）に示すように、以上のようにして得られた開口変形工程後の前駆体中空糸膜束３０’を、ケーシング４０’内に収容させる。この収容時のケーシング４０’は、後述するように中空糸膜束３０’と共に切断される場合は、得られる中空糸膜モジュール１０のケーシング４０よりもＹ方向長さが長いが、それ以外はケーシング４０’及びその開口部４１’は上述したケーシング４０及びその開口部４１とそれぞれ同様の構成を有する。図２及び図３（ａ）に示すとおり、前駆体中空糸膜束３０’は、その中空糸膜の長手方向Ｙが筒状のケーシング４０’の軸方向と略一致するように、ケーシング４０’に収容される。

図３（ｂ）に示す状態では、ケーシング４０’に収容された前駆体中空糸膜束３０’の前後の端部３２’が、ケーシング４０’の開口部４１’と面一の関係になっているが、中空糸膜束３０’の収容状態はこれに限られない。例えば、中空糸膜束３０’の前後の端部３２’のいずれか一方又は両方が、ケーシング４０’の開口部４１’から外方に突出した状態になっていてもよく、あるいは該開口部４１’よりもケーシング４０’の内側に位置した状態になっていてもよい。

次に、図３（ｃ）に示すとおり、ケーシング４０’内に収容された状態の前駆体中空糸膜束３０’に対して、その前後の端部３２’側の位置にポッティング剤を供給し、これを硬化（固化）させるポッティング工程を行う。ポッティング工程では、前駆体中空糸膜束３０’の前後の端部３２’側における、中空糸膜２１の少なくとも、変形部２４に対するＹ方向の内側の部分をポッティング剤で互いに固着させる。これによりポッティング剤で中空糸膜束３０’の少なくとも一方のＹ方向の端部側３２’の部分を固着する。このとき、ポッティング剤により中空糸膜束３０’の端部３２’側の部分をケーシングの内面に固定してもよい。このようにして、中空糸膜束３０’の前後の端部側の部分をポッティング剤で固定することで、前端固定部位５２及び後端固定部位５３を形成する。前端固定部位５２及び後端固定部位５３はそれぞれ、変形部２４に対して中空糸膜束３０’におけるＹ方向の内側に隣接していてもよいし、或いは、Ｙ方向の内側に離間して位置していてもよい。各固定部位においては、各中空糸膜同士が互いに気密に固定されているおり、更に、各中空糸膜がケーシングに気密に固定されている。

また、変形部２４よりもＹ方向の内側の部分をポッティング剤で固定することに加えて、変形部２４におけるＹ方向の内側の一部、或いは、変形部２４の全部を、ポッティング剤により固定してもよい。この場合、前端固定部位５２及び後端固定部位５３は、変形部２４とそれぞれ重複する。図３（ｃ）に示す例では、前端固定部位５２及び後端固定部位５３は変形部２４全体を含む部分となっており、前端固定部位５２及び後端固定部位５３が中空糸膜２１のＹ方向端部２２まで延出している。

上述した管板５０，５１は、前端固定部位５２及び後端固定部位５３の一部から構成される。前端固定部位５２及び後端固定部５３は、後述する切断工程における切断の切り代を考慮して、そのＹ方向長さＬ３を、予定している管板５０，５１の厚みＤ（図１参照）よりも大きくしておく。

このようにして中空糸膜束３０’を固定したら、図４（ａ）及び（ｂ）に示すとおり、中空糸膜束３０’の切断工程を行う。

切断工程においては、変形部２４よりも長手方向Ｙの内側における前端固定部位５２及び後端固定部位５３を、その切断予定位置Ｃにおいて切断する。したがって、前端固定部位５２及び後端固定部位５３が変形部２４と重複している場合、前端固定部位５２及び後端固定部位５３のうち変形部２４以外の箇所を切断する。

図４（ａ）においては、前端固定部位５２を切断している状態が示されている。切断は、中空糸膜束３０’における中空糸膜２１の長手方向Ｙと交差する方向に沿って行う。例えば長手方向Ｙと直交する方向に沿って切断することができる。本製造方法においては切断に帯鋸７０を用いているが、回転刃やギロチンカッター、高圧ジェット水流などが用いてもよい。帯鋸を用いる場合、いわゆるバイメタル帯鋸刃などを用いることができる。

中空糸膜束３０’がポッティング剤によって固定されてなる前端固定部位５２及び後端固定部位５３の切断は、図４（ａ）に示すとおり、ケーシング４０’の切断とともに行うことができる。尤も、このような切断に代えて、ケーシングを切断せずに、ポッティング剤によって固定された中空糸膜束３０’だけを切断してもよい。その場合には、ポッティング剤によって固定された中空糸膜束３０’の端部を、ケーシング４０の開口部４１から外方に延出させておき、その延出した部位においてポッティング剤及び中空糸膜束３０’のみを切断すればよい。通常切断の結果、ケーシング４０’、中空糸膜束３０’及び前端固定部位５２（又は／及び後端固定部位５３）が面一に切断される。そして前端固定部位５２（又は／及び後端固定部位５３）のうち、切断後に残存する部位が管板５０（又は／及び管板５１）となる。またケーシング４０’が切断されてケーシング４０となる。

中空糸膜束３０’の切断が完了したら、次いで、切断により形成された端面の仕上げ切削を行うことが好ましい。以上により中空糸膜束３０’がポッティング剤によって固定されてなる前端固定部位５２、後端固定部位５３から、最終的に管板５０、管板５１が形成される。
以上のようにして得られた中空糸膜束３０を収容したケーシング４０の両開口部４１、４１を、蓋体６０、６１で閉塞することで、本実施形態のモジュール１０が得られる。

続いて、第２実施形態の中空糸膜モジュール１０Ａの製造方法を、図５及び図６に基づき説明する。第２実施形態では第１実施形態と異なる点のみを述べ、第１実施形態と同様の点は記載を省略する。図５には、第２実施形態の中空糸膜モジュール１０Ａの断面構造が示されている。第２実施形態の中空糸膜モジュール１０Ａは、中空糸膜束３０の幅方向Ｚの中央域の位置に、長手方向Ｙに延びる芯管を備えている。

図５に示す芯管９０は有底筒状であるが、これに限定されない。図５に示す例では、芯管９０の一方の端部である底部９２は一方の管板５０内に包埋されている。また、芯管９０はその開口部９１側において他方の管板５１を貫通している。芯管９０の周面は、管板５０、５１の間の部分に多数の孔部（不図示）を有している。従って芯管９０における中空糸膜に囲まれた部分では、不図示の孔部を通じて芯管９０の内外の気体の流通が可能である。ケーシング４０はケーシング４０外に通じた孔部又は筒状部である芯管固定部４３を有し、この芯管固定部４３に芯管９０が固定されることにより、芯管９０の内部がケーシング４０の外部と連通する。中空糸膜束３０は、一方のＹ方向端部３２ｂ（管板５１に包埋された端部）において中空糸膜２０が変形部２４を有している。これにより、本実施形態では、一対の管板５０、５１のうち一方の管板５１中に各中空糸膜の端部が閉塞した状態で包埋されている。一方、他方の管板５０では、第１実施形態と同様、中空糸膜２０の端部はその開口が維持された状態で包埋されている。図５に示すように、中空糸膜束３０における変形部２４が形成された端部３２ｂは、樹脂又は金属等で成形されたキャップ８５に覆われていてもよい。このキャップ８５は、芯管９０の外周面に取り付けられて中空糸膜束３０の他方の端部３２ａ側に開口している。キャップ８５外面はケーシング４０の内面と接続しておらず、両者の間を気体等が流通可能となっている。管板５１はこのキャップ８５の内部において、中空糸膜２０の変形部２４を有する閉塞端部を包埋している。

ケーシング４０には混合流体導入口４２’が設けられている。一方、蓋体６０には透過流体排出口６２’が設けられている。分離対象となる混合流体は、ケーシング４０の混合流体導入口４２’から中空糸膜モジュール１０Ａ内における中空糸膜２０が配された空間に導入される。導入された混合流体のうち、中空糸膜２１内に透過した流体は、蓋体６０に設けられた透過流体排出口６２’からモジュール外に排出される。一方、一方、中空糸膜２１を透過しなかった未透過流体は、芯管９０の孔部から芯管９０内に入り、芯管開口部９１を通じてモジュール外に排出される。

以上の構成を有する中空糸膜モジュール１０Ａの製造方法における前駆体中空糸膜束の形成工程の例としては、第１実施形態と同様に、複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねたシート状前駆体中空糸膜束２０を形成する工程が挙げられる。また本実施形態における開口変形工程の例としては、シート状前駆体中空糸膜束２０を構成する中空糸膜のＹ方向の端部に変形部２４を形成する、第１実施形態と同様の開口変形工程が挙げられる。

例えばシート状前駆体中空糸膜束２０を芯管９０の周りを巻回させることにより、図６（ａ）に示すように、ケーシング４０の中空部の側面視形状と断面形状が略相補する前駆体中空糸膜束３０’を形成できる。この前駆体中空糸膜束３０’は、幅方向Ｚの中央域の位置に芯管９０を備えている。図６（a）に示す例では、前駆体中空糸膜束３０’における、中空糸膜２０の変形部２４が形成されているＹ方向の端部３２ｂ’（３２ｂ）が、芯管９０の開口部９１側に位置している。この端部３２ｂ’を覆うように、キャップ８５を芯管９０に取り付けることが好ましい。

次いで、図６（ｂ）の通り、変形部２４を有する前駆体中空糸膜束３０’の端部３２ｂをポッティング剤により固定する。これにより中空糸膜２０が、その開口２３が閉塞された状態で端部２２が固着された固定部位（後端固定部位）５３を形成する。本実施形態では、変形部２４の全体をポッティング剤で固定することが好ましく、また、変形部２４の周面全体が固定部位５３（管板５１）内に包埋されていることが好ましい。中空糸膜が変形部２４よりもＹ方向外側の部位を有している場合、そのＹ方向外側の部位も含めてポッティング剤で固定することが好ましい。また、変形部２４を含むポッティング固定部位が、変形部２４よりも中空糸膜のＹ方向内側に延出していることも好ましい。また、各中空糸膜の変形部２４同士の間、及び各中空糸膜の変形部２４と芯管９０との間が、全て、ポッティング剤で気密に固定されていることが好ましい。

以上のように変形部２４を有する前駆体中空糸膜束３０’（２０）の端部３２ｂ’をポッティング剤により固定して固定部位（後端固定部位）５３を形成した後、本実施形態では、固定部位（後端固定部位）５３の切断工程を行わない。これにより本製造方法により得られる中空糸膜束３０は、変形部２４により中空糸膜の一端部が閉塞されたものとなる。

なお、前駆体中空糸膜束３０’における他の端部３２ａ’は、変形部２４が形成されていてもいなくてもよい。但し他の端部３２ａ’において中空糸膜の開口が維持された管板５０を形成する場合、他の端部３２ａ’に開口変形処理が施されていないのであれば、それ以外の方法によりポッティング工程の前処理として端部３２ａ’における開口２３を封止する処理をしておくことが好ましい。図６（ｂ）及び（ｃ）に示す例では、この端部３２ａ’側において、第１実施形態と同様のポッティング工程及び切断工程を行うことにより、管板５０を形成している。

以上のようにして得られた中空糸膜束３０をケーシング４０に挿入し、蓋体６０でケーシングの開口部４１を閉塞することで、本実施形態のモジュールが得られる。

以上、好ましい実施形態に基づき、本発明の製造方法を説明したが、本発明の製造方法は、上記の形態に限定されない。例えば第１実施形態の構成の一部と、第２実施形態の構成の一部とを組み合わせたものが本発明に含まれることはいうまでもない。

また例えば前駆体中空糸膜束は、複数の略直線状の中空糸膜２１を、芯管９０の周りに配置した状態で長手方向Ｙを一致させて束ねることによっても形成することができる。

また、上記の実施形態では、中空糸膜束３０及び中空糸膜束３０’は略円柱状の形状をしていたが、その代わりに、図５に示すように略角柱状の形状をしていてもよい。図７に示す例では、個々のシート状中空糸膜束２０を複数枚積層して略直方体形状の前駆体中空糸膜束３０Ａを形成し、この前駆体中空糸膜束３０Ａを、略直方体形状の外形を有するケーシング４０Ａに挿入する。シート状中空糸膜束２０を複数枚積層する際には、各シート状中空糸膜束２０における緯糸及び経糸の方向をそれぞれ一致させる。図７に示すように、開口変形後のシート状中空糸膜束２０を積層する場合は、各シート状中空糸膜束２０において、変形部２４のＹ方向位置が略一致するように、複数のシート状中空糸膜束２０を積層することが好ましい。変形部２４のＹ方向長さＬ２は、積層体３０’を構成するシート状中空糸膜束２０同士で略同一であってもよく、異なっていても良い。図７に示す例では、前駆体中空糸膜束３０ＡのＹ方向の一方の端部のみに開口変形工程を施している。

なお図７に示すように、中空糸膜束３０Ａが複数枚のシート状中空糸膜束２０の積層体から構成されている場合、この積層体を構成する各シート状中空糸膜束２０は、ポッティング工程時に、その両側部の位置において互いに固定されることが好ましい。固定位置は、シート状中空糸膜束２０のうち、中空糸膜２１の延びる方向であるＹ方向と直交するＸ方向における両端部とする。例えば、シート状中空糸膜束２０の緯糸が中空糸膜２１である場合には、経糸の両端部の位置において、各シート状中空糸膜束２０を固定する。固定方法としては、例えば熱融着性を有する樹脂を用いた融着や、接着剤を用いた接着などの方法が挙げられる。また、シート状中空糸膜束２０の固定方法として、本出願人の先の出願に係る特開平６−３１１４３号公報に記載の方法を採用することもできる。

以上の各方法によって製造された中空糸膜モジュールを用いた分離対象となる混合流体としては、例えば酸素、窒素、水素、二酸化炭素、水、アルコール類、エステル類、ケトン類、アミン類、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、ハロゲン化合物などの少なくとも２種以上からなる気体又は液体が挙げられる。混合流体がガスである場合には、いわゆるガス分離法が適用でき、液体である場合には、膜に液体が接触するが膜を透過した成分は蒸気状態で分離される、いわゆるパーベーパレーション法が適用できる。

１０、１０A 中空糸膜モジュール
２０ シート状の前駆体中空糸膜束
２１ 中空糸膜
２２ 端部
２３ 開口部
２４ 変形部
３０ 中空糸膜束
３０’、３０Ａ 巻回状又は積層状の前駆体中空糸膜束
４０、４０’ ケーシング
４１、４１’ 開口部
４２、６２’ 透過流体排出口
５０，５１ 管板
５２ 前端固定部位
５３ 後端固定部位
６０，６１ 蓋体
６２、４２’ 混合流体導入口
６３ 未透過流体排出口
９０ 芯管

Claims (3)

1. 複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた中空糸膜束の少なくとも一端部がポッティング剤によって固着された中空糸膜モジュールを製造する方法において、
   前記中空糸膜は、ポリイミド樹脂で形成されており、
   前記中空糸膜モジュールにおいて前記中空糸膜束はケーシングに収容されており、
   前記方法は、
   複数本の中空糸膜を、緯糸又は経糸とした織物状とすることにより、該複数本の中空糸膜の長手方向が一致して一の方向に延びるように束ねた、経糸及び緯糸の延びる方向とそれぞれ平行な辺を有する平面視略矩形のシート状の前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
   前記シート状の前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を、加熱下に、シート状の前駆体中空糸膜束の両面側から挟み込むように圧力を付す加圧処理を施して変形させる開口変形工程と、
   前記開口変形工程により変形した部分を有する前記シート状の前駆体中空糸膜束を、前記中空糸膜の長手方向が軸方向となるように巻回して、又は前記中空糸膜の長手方向が一致するように積層して、前記ケーシングの中空部と相補する形状の前駆体中空糸膜束を形成する巻回又は積層工程と、
   前記巻回又は積層工程で得られた前駆体中空糸膜束における、前記中空糸膜の長手方向の端部を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 複数本の中空糸膜を、一の方向に延びるように束ねた中空糸膜束の少なくとも一端部がポッティング剤によって固着された中空糸膜モジュールを製造する方法において、
   前記中空糸膜は、ポリイミド樹脂で形成されており、
   前記中空糸膜モジュールにおいて前記中空糸膜束はケーシングに収容されており、
   前記方法は、
   複数本の中空糸膜を、緯糸又は経糸とした織物状とすることにより、それらの長手方向が一致して一の方向に延びるように束ねた、経糸及び緯糸の延びる方向とそれぞれ平行な辺を有する平面視略矩形のシート状の前駆体中空糸膜束を形成する工程と、
   前記シート状の前駆体中空糸膜束における中空糸膜の長手方向の端部に位置する中空糸膜の開口を加熱下に、シート状の前駆体中空糸膜束の両面側から挟み込むように圧力を付す加圧処理を施して変形させる開口変形工程と、
   前記開口変形工程により変形した部分を有する前記シート状の前駆体中空糸膜束を、前記中空糸膜の長手方向が軸方向となるように巻回して、又は前記中空糸膜の長手方向が一致するように積層して、前記ケーシングの中空部と相補する形状の前駆体中空糸膜束を形成する巻回又は積層工程と、
   前記巻回又は積層工程で得られた前駆体中空糸膜束の前記中空糸膜の長手方向の端部側における、少なくとも前記開口変形工程により変形した部分よりも該長手方向内側の部位を、ポッティング剤によって固定するポッティング工程と、
   前記ポッティング工程によって固定された前記前駆体中空糸膜束を、前記開口変形工程により変形した部分よりも前記長手方向内側における固定部位において、該長手方向と交差する方向に沿って切断する切断工程とを具備する、中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 加熱下での加圧処理は、２３０℃以上３２０℃以下、加圧圧力は０．１７ＭＰａ以上１．２ＭＰａ未満である請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。