JPH03278821A - 中空糸膜素子および流体分離用中空糸膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は選択透過性中空糸膜からなる中空糸膜素子、お
よびそれを用いてなる流体分離用中空糸膜装置に関する
ものであり、さらに詳しくは、中空糸膜の外側の流体の
流れの状態が改善された中空糸膜分離素子、および中空
糸膜集束体からなる流体分離装置に該素子を適用して分
離効率を改良した流体分離用中空糸膜装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 半透膜の選択透過性を利用して物質を分離する方法とし
て、逆浸透法、限外ろ適法、透析法、および気体分離法
等の技術は公知の技術として実用化されている。また、
浸透気化法（パーベーパレーション法）、膜蒸留法、お
よび、分離膜を利用した水中の微量有機物質の除去、水
中の酸素等の気体の除去、空気中の水分の除去または調
湿、空気中の有機蒸気の回収等の技術も注目され、実用
化の検討が進゛められている。

この様な分離膜として中空繊維状の分離膜は、流体分離
装置として簡単な構造体とすることができること、膜が
支持体を必要としないこと、膜面積に対して装置の大き
さが相対的に小さくできること、等の利点があり、従来
から実用化に関する多くの研究開発がなされている。し
かし、極めて多数本の中空糸膜を無欠点で集束体とし、
流体分離装置の構造体に製造する技術は、精密かつ高度
の複合技術が必要である。特に、中空糸膜の利点を十分
に引き出すためには半透膜の分離性能を１００％発揮さ
せることが肝要であり、集束体の中の多数本の中空糸膜
の間に流体を均一に流し、高い分離効率を実現する必要
がある。

このため、中空糸膜の集束方法や中空糸膜自体に、中空
糸膜の間隙を一定に保ち、流体が均一に流れるようにす
る技術的改善の発明・考案が種々提案されている。すな
わち、特開昭４７−２７１８６には突起を有するスペー
サーヤーンを中空糸もしくは中空糸束に巻き付けた構造
のものが提案されている。特開昭５０−３９６８２には
複数の中空糸を撚るか編んだ状態にして集束する方法が
提案されている。この他に、中空糸膜のシート状物を、
積層されたシート状の中空糸膜が交叉するように綾角度
をつけて巻いて集束した状態の、集束方法も各種提案さ
れている。特開昭５１−６４４８１にはチューブ状の多
孔質支持体の表面に分離膜を積層したいわゆるチューブ
ラ−型分離膜に糸状素子をラセン状に巻き付けた工夫が
提案されている。特開昭５３−３５６８３には細い中空
糸膜にいわゆる加工糸をラセン状に巻き付けて集束し、
流体分離装置とする方法が出願されている。特開昭５２
−９９９７８および特開昭５９−７４８３には、フィル
ム状スペーサー上に並べて巻き込む方法が、出願されて
いる。前者は中空糸全体が、後者は端部だけが、フィル
ム状スペーサーにラセン状に巻き込まれた構造となるも
のである。特開昭５６−１４８９０８　　および特開昭
６１−１８４０４では中空糸にフィン状の突起部を付け
、中空糸同志が密着することを防ぐ方法が提案されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 特開昭４７−２７１８６の方法はその効果の程度に問題
があり、特定の目的に適用されうる方法と考えられる。

特開昭５０−３９６８２の方法および類似の方法は、中
空糸同志が相互に密着するため有効膜面積が減少し、し
かも中空糸外側を流れる流体の流れにくい部分が生ずる
という問題が存在する。特開昭５１−６４４８１は剛直
で比較的太いチューブ状の分離膜に適用できる方法で、
中空糸膜には適用しがたく、効果も小さいと考えられる
。特開昭５３３５６８３の方法は細く柔軟な、しかも人
口腎臓のように比較的短時間の使用を目的にした装置に
有効な方法と考えられる。工業的に使用される流体分離
装置の場合にはスペーサーヤーンである加工糸または捲
縮糸に異物が付着して、性能低下や微生物的汚染源にな
ると考えられる。特開昭５２−９９９７８および特開昭
５９−７４８３の方法は製造工程および経済性に問題が
ある。特開昭５６＝１４８９０８および特開昭６１−１
８４０４に提案された方法は、中空糸膜の素材と製造方
法の特徴に依存する方法で、一般的に他の中空糸膜や直
径の大きい中空糸膜にも適用し得る方法でないという問
題点がある。

すなわち、本発明は、中空糸膜の素材と製造方法に限定
されず、生産性に優れ、特に集束体としたときに中空糸
外側の流体の流れの状態が均一化され分離効率の改善さ
れた中空糸膜素子、およびそれを用いてなる流体分離用
中空糸膜装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 次ぎに、本発明の構成について説明する。

すなわち、本発明は、２本のスペーサーヤーンを巻き付
け方向を反対にしてＪ−本の選択透過性中空糸膜に螺旋
状に巻き付けてなり、さらに中空糸膜がその繊維軸に対
して中空糸膜の直径の０．　２〜２倍の幅で蛇行もしく
は同範囲で螺旋状に湾曲していることを特徴とする中空
糸膜素子、および、この中空糸膜素子からなる集束体の
１端または両端を接着性樹脂で固定して管板を形成し、
筒体内に収納した構造を有する流体分離用中空糸膜装置
、を骨子とするものである。

選択透過性中空糸膜からなる流体分離用中空糸膜装置（
以下、単に流体分離装置と称することがある）は、通常
、中空糸膜の集束体の１端または両端を接着性樹脂で固
定して、中空糸内側と外側とを区画するだめの管板を形
成し、筒体内に収納人した構造からなる。本発明は、こ
の様な構造の従来公知の流体分離装置に好ましく適用す
ることができる。中空糸膜の断面が変形していなければ
中空糸膜の内側の流れの状態はおおむね良好であるが、
外側の流れの状態は中空糸膜の集束状態に左右される。

筒体の断面内で均等に分散し中空糸間の間隙が均等であ
れば、外側の流体は均一に流れ分離効率の低下は防止さ
れる。流体分離装置が単純な濾過にだけでなく、物質交
換あるいは熱移動を伴うような目的に使われる場合には
、特に外側の流体の均一な流れが重要な特性になる。例
えば、透析法、透析濾過法、浸透気化法、膜蒸留法およ
び膜蒸留型分離法、サーモパーベーパレーション法、直
接接触式膜蒸留法、溶液中の気体や微量の有機物の除去
、空気またはガス中の水分その他の成分の除去または調
整等に使用される流体分離装置では外側の流れの状態が
しばしば問題となるので、このような目的の流体分離装
置の中空糸膜の集束体には特に本発明を好ましく適用す
ることができる。

使用される状態で膨潤・伸長のほとんど認められない剛
直な高分子膜からなる中空糸膜の場合には、中空糸の束
の間に偏流の原因になる空隙ができやすい。しばしば工
業的に使用される比較的直径の大きい剛直な中空糸膜の
場合には、この様な東割れが起こりやすいので、かかる
中空糸膜を使用した流体分離装置には本発明の適用はと
くに有効である。この様な中空糸膜の場合には、特開昭
５１−６４４８１を中空糸膜に適用できるよう改良した
方法で糸状素子を巻き付けて集束しても、スペーサーヤ
ーンのピッチがそろった部分で中空糸同志が集合し密着
して、やはり小規模の東割れか発生して偏流の原因にな
り、性能低下を引き起こす。

中空糸膜の種類としては、本発明の趣旨からして特に限
定されないことは明らかであるが、通常公知の素材の中
空糸膜すべてに対して適用できる。

例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ４〜メチ
ルペンテン−１等のポリオレフィン系中空膜、ポリ塩化
ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ロニトリル等のビニル系高分子の中空糸膜、ポリテトラ
フルオロエチレン等のフッ素系ビニル系高分子の中空糸
膜、およびこれらの組成を主成分とする共重合体、ある
いは共重合体とのブレンド物、ポリスルホン、ポリエー
テルスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリフェニレンオキサイド、などの通常公知の中
空糸膜等に適用できる。

中空糸膜の直径に関しては、原理的には制限されること
は無いが、生産性および発明の効果の程度等を、本発明
の特徴と勘案して比較すれば、比較的直径の大きい中空
糸膜に適用するのか良好な結果をあたえる。すなわち、
選択透過性中空糸膜の直径は０．４〜４ｍｍの範囲の中
空糸膜、さらに好ましくは０．　５〜３．Ｏｍｍの範囲
の中空糸膜に適用するのが良い。直径の小さい中空糸膜
の場合には、中空糸膜の強度と剛性が小さくなり、モノ
フィラメントのスペーサーヤーンを巻き付ける操作が困
難になること、本発明に代わる他の方法でも問題を解決
し得ることなどの理由で、本発明の好適な適用範囲は上
記ように考えられる。本発明は、直径の大きい中空糸膜
に対して、収束状態を改善し中空糸膜の外側の流体の流
れの状態の均一化を実現することが趣旨であり、太い中
空糸膜については特に制限はない。しいて述べれば、中
空糸膜の定義として直径の上限は通常は２〜４ｍｍ位ま
でとされるので、かかる範囲が上限と言うことができる
。

中空糸膜の膜厚、言い換えれば、内径と外径の比は通常
の範囲にあればとくに問題ないが、膜厚が相対的に薄い
と、すなわち内径／外径の値が１に近いと、中空糸は潰
れ易（モノフィラメントのスペーサーヤーンを巻き付け
る操作で変形もしくは潰れて該流体分離装置の欠点とな
る。多くの中空糸膜は製糸工程、集束工程、モジュール
化工程、および使用時に中空糸膜が変形しないように比
較的厚い膜厚にしており、内径／外径の値で０．　９以
下の範囲にあるが、このような範囲の中空糸膜であれば
特に問題になることは少いが、０．７５以下であればさ
らに好ましい。

端部を固定し管板を形成する接着性樹脂については、通
常使用される公知のエポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹
脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂などが
好ましく使用できる。流体分離装置の筒体に中空糸束を
固定し封止する方法は、端部を固定し管板を形成してか
ら、筒体に挿入し接着性樹脂で封止固定するか、機械的
方法で封止固定しても良いし、中空糸束を筒体に挿入し
筒体と端部の固定と、管板の形成を同時に行っても良い
。端部の筒体との固定は、両端部で行う形式と片端部で
行う形式と、２種類の形式の流体分離装置がある。また
、管板を端部で固定した中空糸膜の集束体を複数本−つ
の筒体に収納した構造の流体分離装置もある。しかし、
いずれの形式の装置でも本発明の目的と効果は差異なく
発揮される。

中空糸膜に巻き付けるスペーサーヤーンの太さは、中空
糸膜の直径の０．　１〜１倍の直径のモノフィラメント
が良好である。さらに好ましくは、中空糸膜の直径の０
．１６〜０．３倍の直径のモノフィラメントが好適であ
る。かかる太さのスペーサーヤーンを中空糸膜に対して
、巻き付ける方向を反対にして螺旋状に巻き付ける。巻
き付ける際にスペーサーヤーンに一定の張力を掛けて、
中空糸膜が蛇行または螺旋状に湾曲・変形するように巻
き付けるのが本発明の特徴である。したがって、スペー
サーヤーンか細すぎると中空糸膜を蛇行もしくは螺旋状
に湾曲させる張力を過大にしなければならず、中空糸膜
に働く外力がスペーサーヤーンと接触する部分に集中し
て、中空糸膜を変形させることになり好ましくない。ス
ペーサーヤーンが太過ぎると、中空糸膜の筒体内への充
填密度が低下して膜面積が相対的に減少して、中空糸膜
型流体分離装置の特長の１つである有効膜面積／膜モジ
ユール体積比が大きいということが失われる。

スペーサーヤーンを巻き付けた中空糸膜の状態を比較観
察すると、スペーサーヤーンの太さは中空糸膜の直径の
０．１〜１倍の直径のモノフィラメントが良好であり、
さらに好ましくは、中空糸膜の直径の０．１６〜０．３
倍の直径のモノフィラメントが好適である。中空糸膜の
直径の０．　１倍以下のスペーサーヤーンでは、十分な
中空糸膜の蛇行または螺旋状湾曲が得られにくく、中空
糸間の間隙も十分でない。中空糸膜と同等の直径のスペ
ーサーヤーンを巻き付けた場合には巻き付けられた中空
糸膜の状態は良好であるが、中空糸直径の０．３３倍以
上の太さであると中空糸の充填密度が、通常好適である
と考えられる値５０％より低くなり、有効膜面積の点か
ら不利となる。しかし、分離装置の目的によっては勿論
問題な〈発明の効果を発揮する。充填密度と巻き付けら
れた中空糸膜の状態とから最も好適と考えられるスペサ
ーヤーンの太さは、中空糸膜の直径の０．　１６〜０．
３倍の直径と結論される。

ここで、充填密度とは、中空糸膜集束体を収納する筒体
の断面積りに対する、中空糸膜の外径から計算される断
面積×中空糸膜本数との比率をいスペーサーヤーンの素
材は、通常入手できる、ナイロン、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリアクリロニトリル、ビニロン、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素系樹脂、ポリアク
リロニトリル系高分子等から選んで使用することができ
る。この場合、使用時の条件に耐性のある素材を選ぶこ
とが必要である。また、接着性樹脂に対して、良好な接
着力を有することも必要条件である。スペーサーヤーン
が熱融着する素材であると、中空糸膜の束を作製すると
きに巻き付けたスペーサーヤーンがほどけないように端
部を融着させることができ、好都合である。

スペーサーヤーンの中空糸膜への巻き付け方は、２本の
スペーサーヤーンを巻き付け方向を反対にして、１本の
中空糸膜に螺旋状に巻き付ける。この時、スペーサーヤ
ーンに張力を掛けて、中空糸膜がスペーサーヤーンと相
互に巻き付いた状態とし、図１に模式的に示すように中
空糸膜がその繊維軸に対して蛇行もしくは螺旋状に湾曲
して、集束したときに中空糸膜同志が密着することがな
いようにすることが要件である。蛇行もしくは螺旋状の
湾曲の程度ｒは、中空糸膜の直径の１１５〜２．０倍が
必須である。ここでｒは、蛇行もしくは螺旋状に湾曲し
た中空糸膜を２次元平面に投影した投影図における該中
空糸膜の振幅で定義する。

この値が小さすぎると、集束状態を均一化して流れの状
態を改善する効果が不十分となる。本発明が予想以上に
優れた効果を発揮する理由は、この間隙部分を流体が流
れ、中空糸膜が細かく蛇行または湾曲しているために乱
流化するためと考えられる。中空糸膜の直径より著しく
大きくしても、改善効果は一定の水準に収束する傾向を
示し、中空糸の充填密度の低下を引き起こすので、好ま
しくない。

巻き付けられたスペーサーヤーンの螺旋ピッチｐは５〜
６０ｍｍの範囲にあることが好ましい。

直径０，４〜４ｍｍの範囲の中空糸膜に対して、小さす
ぎるピッチは中空糸膜の蛇行または螺旋状変形を起こり
に＜＜シ、大きすぎるピッチは中空糸間の密着を防ぐ効
果と収束状態を均一化して流れの状態を改善する効果が
不十分となる。

例えば、外径１．Ｑｍｍ、内径０．７４ｍｍのポリフッ
化ビニリデンの中空糸膜に直径０．１６５ｍｍのナイロ
ンモノフィラメント２本を、巻き付けピッチ１５ｍｍで
３．３ｇの張力で反対方向に巻き付けると、０．２ｍｍ
蛇行し、１１．２ｇの張力で巻き付けると０．５ｍｍの
蛇行の状態となった。スペーサーヤーンに直径０．５２
ｍｍのモノフィラメントを用い、巻き付けピッチ３５ｍ
ｍ、張力３．３ｇで巻き付けると０．９ｍｍの直径の螺
旋状湾曲変形を発生し、張力１１．２ｇで巻き付けると
１．４ｍｍの直径の螺旋状湾曲変形をした。この程度の
巻き付け状態が、良好な中空糸膜の集束体を形成する。

この様なスペーサーヤーンを巻き付けた中空糸膜素子と
その束の製造は、例えば、次のようにして能率的に実施
できる。すなわち、図３に示すような基本構成の装置を
使用する。ボビンまたは製糸工程から給糸される中空糸
膜１をガイドロール２を通してスピンドル３ａの中心部
のガイドロール４ａに通し、さらにもう一つのスピンド
ル３ｂの中心部のガイドチューブ４ｂに通す。スピンド
ル３ａおよび３ｂにはガイドチューブを中心に回転する
スペーサーヤーン給糸装置５ａと５ｂが設けられている
。スペーサーヤーン給糸装置にはスペーサーヤーンに適
当な張力を与えるために、張力調節装置（図示せず）を
設けている。スピンドル３ａおよび３ｂのスペーサーヤ
ーン給糸装置はそれぞれ反対の方向に回転させる。スピ
ンドル３ｂで２本目のスペーサーヤーンを巻き付けられ
た中空糸膜はガイドロール７および８を経てカモ９等に
巻取り、集束する。中空糸膜への巻き付けピッチは中空
糸膜の給糸速度とスピンドルの回転数との割合で調節す
ることができる。

この様にしてスペーサーヤーンを巻き付けた中空糸膜素
子を、スペーサーヤーンが解けないように結束するなど
して糸束に切断し、通常公知の方法で両端部を接着性樹
脂で封止固定化し管板を形成して、流体分離装置に作製
する。

［実施例］ 以下実施例によって本発明の態様を具体的に説明するが
、本発明の適用の範囲が本実施例によって限定を受けな
いことは勿論のことである。

比較例１− ポリフッ化ビニリデンからなる外径１．００ｍｍ１内径
０．７５ｍｍ、長さ１９ｃｍの中空糸膜１９本を、中空
糸間ピッチ３ｍｍの六方配列で中空糸膜を挿入できるよ
う小孔を開けたポリエステル製フィルムで中空糸膜の両
端部を固定し、内径１４ｍｍのアクリル製チューブから
なる筒体に挿入した後、両端部を接着性樹脂で封止し、
ミニチュア型の膜モジュールを作製した。中空糸膜の充
填率は１０％であった。このミニチュア型膜モジュール
を用いて、中空糸膜外側の液流速と伝熱抵抗との関係お
よび物質移動抵抗を測定し、評価した。

比較例２ ポリフッ化ビニリデンからなる外径１．００ｍｍ１内径
０．７５ｍｍ、長さ１８ｃｍの中空糸膜７本を両端部で
、外径１．００ｍｍ、長さ１０ｍｍのフィラメントをス
ペーサーとして、六方配列で中空糸膜とスペーサーと相
互に隣り合うように接着固定化し、内径６ｍｍのアクリ
ル製チューブからなる筒体に挿入して、ミニチュア型の
膜モジュールを作製した。中空糸膜の充填率は１９％で
あった。このミニチュア型膜モジュールを用いて、中空
糸膜外側の液流速と流動抵抗との関係、伝熱抵抗の液流
速依存性、物質移動抵抗を測定し、評価した。

比較例３ ポリフッ化ビニリデンからなる外径１．００ｍｍ、内径
０．７５ｍｍの中空糸膜に特開昭５３３５６８３に準じ
て、１５０デニールのポリエステル加工糸３本を合糸し
、合糸した加工糸２本をピッチ１０ｍｍで反対方向から
それぞれ巻き付け、中空糸膜１０本からなる束に集束し
た。これを内径６ｍｍのアクリル製チューブからなる筒
体に挿入して、ミニチュア型の膜モジュールを作製した
。

中空糸膜の充填率は２８％であった。このミニチュア型
膜モジュールを用いて、中空糸膜外側の液流速と流動抵
抗との関係、および物質移動抵抗を測定し、評価した。

実施例１ ポリフッ化ビニリデンからなる外径１．００ｍｍ１内径
０．７５ｍｍの中空糸膜に基本的構造を図３に示した装
置を用いて、直径０．１６５ｍｍのナイロンモノフィラ
メント２本を、張力１０　ｇ。

ピッチ１８ｍｍでそれぞれ反対方向に巻き付けて集束し
た。巻き付けるときに中空糸膜にかがる張力は０．５ｇ
以下であった。巻き付けられた中空糸膜の蛇行の幅ｒは
約０．４ｍｍであった。この中空糸膜１４本の束を、図
２に示す様な内径６ｍｍ１全長１９．０ｃｍのアクリル
製チューブからなる筒体に挿入して、ミニチュア型の膜
モジュルを作製した。充填密度は３９％であった。この
ミニチュア型膜モジュールを用いて、中空糸膜外側の液
流速と流動抵抗との関係、伝熱抵抗の液流速依存性、物
質移動抵抗を測定し、評価した。液流速と流動抵抗との
関係を図４に、伝熱抵抗の液流速依存性の関係を図５に
、それぞれの比較例と共に示した。

図４に示した、液流速と流動抵抗との関係から、比較例
２は本発明とほぼ同等のすぐれた特性を持っていること
が分かるが、比較例３は中空糸外側の液体の線流速が実
際的な速度になると急速に増加して、実用上問題となる
ことが示されている。

比較例１の液流速と流動抵抗との関係は比較例２とほと
んど同じであった。

図５からは線流速に対して総括伝熱抵抗が、本実施例の
場合が線流速の広い範囲で最も小さく、理想的に中空糸
膜を配列したと考えられる比較例１よりも中空糸膜外側
の境膜の伝熱抵抗が優れていることが分かる。流動抵抗
で優れた特性を示した比較例２は、伝熱抵抗では線流速
依存性が大きく、中空糸外側の流れの状態に鋭敏に影響
され、装置的に好ましくないことが分かる。

エタノールを使用して透析実験を行い測定した、中空糸
膜外側境膜の物質移動抵抗は、比較例１で３４．５ｍ１
ｎ／ｃｍ、比較例２で１７．１ｍ１ｎ／ｃｍ、比較例３
で３．５ｍ１ｎ／ｃｍ、実施例１では８．６ｍ１ｎ／ａ
ｍであった。

以上の結果を総合的にみると、本発明に従う実施例１が
膜分離装置として重要な３つの特性すべてに最も優れて
いることは明らかである。比較例１および２と実施例１
−に関して、液流速と流動抵抗との関係、伝熱抵抗の液
流速依存性、および物質移動抵抗に観測された相異を考
察すると、中空糸膜に適度な蛇行もしくは螺旋状湾曲を
与えていることが予想以上の効果を発揮しているものと
推量される。

実施例２ ポリアクリロニトリル系ポリマからなる外径０゜５Ｑｍ
ｍ、内径０．５０ｍｍの中空糸膜に基本的構成を図３に
示した装置を用いて、直径０．２０５ｍｍのポリアクリ
ロニトリルモノフィラメント２本を、張力６ｇ、ピッチ
ｌＱｍｍでそれぞれ反対方向に巻き付けて集束した。巻
き付けるときに中空糸膜にかかる張力は０．５ｇ以下で
あった。

巻き付けられた中空糸膜の蛇行の幅は約０．８ｍｍであ
った。この中空糸膜３３本の束を、図２に示す様な内径
５ｍｍ、全長１９．０ｃｍのアクリル製チューブからな
る筒体に挿入して、ミニチュア型の膜モジュールを作製
した。充填密度は３３％であった。このミニチュア型膜
モジュールを用いて、流動抵抗、伝熱抵抗、物質移動抵
抗を測定し、評価した。線流速１．６ｋｍ／ｈでの流動
抵抗は３５ｍｍＨｇ、伝熱抵抗は１．０３Ｘ１０−’ｒ
ｄ　　ｈ　　’Ｃｋｃａｌ−’、物質移動抵抗は８．０
ｍ　ｉ　ｎ　／　ｃ　ｍであった。これらの結果は実施
例１と同様に、非常に良好な性能であることを示してい
る。

実施例３ ポリスルフォンからなる外径２．００ｍｍ、内径１．５
０ｍｍの中空糸膜に基本的構成を図３に示した装置を用
いて、直径０．４０５ｍｍのナイロンモノフィラメント
を２本を、張力２ｇ、ピッチ５０ｍｍでそれぞれ反対方
向に巻き付けて集束した。巻き付けるときに中空糸膜に
かかる張力は０．５ｇ以下であった。巻き付けられた中
空糸膜の蛇行の幅は約２．０ｍｍであった。この中空糸
膜１８本の束を、図２に示す様な内径１４ｍｍ。

全長１９．０ｃｍのアクリル製チューブからなる筒体に
挿入して、ミニチュア型の膜モジュールを作製した。充
填密度は３７％であった。このミニチュア型膜モジュー
ルを用いて、流動抵抗、伝熱抵抗、物質移動抵抗を測定
し、評価した。線流速１．６ｋｍ、／ｈでの流動抵抗は
３１ｍｍＨｇ、伝熱抵抗は３．　　’ｉ’ｘ１−ｏ−３
ｇ　　ｈ　　’Ｃｋｃａ　ｌ−１物質移動抵抗は８．Ｑ
ｍｉｎ／ｃｍであった。これらの結果は実施例１および
２と同様に、非常に良好な性能であることを示している
。

実施例４ ポリフッ化ビニリデンからなる外径１．００ｍｍ、内径
０．７５ｍｍの中空糸膜に基本的構成を図３に示した装
置を用いて、直径０．１６５ｍｍのナイロンモノフィラ
メントを２本を、張力１１゜３ｇ、ピッチ１８ｍｍでそ
れぞれ反対方向に巻き付けて集束し、た。巻き付けると
きに中空糸膜にかかる張力は０．５ｇ以下であった。巻
き付けられた中空糸膜の蛇行の幅は約０．６ｍｍであっ
た。

この中空糸膜１０５本の束を、内径２０ｍｍ、全長２２
０ｍｍのアクリル製チューブからなる筒体に挿入して、
小型の膜モジュールを作製した。中空糸膜の充填密度は
４０％であった。この膜モジュールを用いて、中空糸膜
の内側に５．０％のエタノール水溶液を５０℃に加温し
て８００ｍ１／ｍｉｎの速度で循環し、中空糸膜の外側
に５．０％のエタノール水溶液を１５℃に冷却して１０
１０ｌ５／ｍｉｎの速度で循環した。その結果高温側か
ら低温側に５２％の濃度の溶液が１時間当たり１３．３
ｇの速度で透過してきた。比較例としてスペーサヤーン
を巻き付けずに集束して本実施例と同様の膜モジュール
を作製し、同様の実験を行って比較評価した。本比較例
では２２．７％の溶液が１時間当たり８．７ｇの速度で
高温側から低温側に透過してきた。すなわち本実施例に
よって、本発明の方法に従えば濃度分極の影響と温度分
極による影響とを最小限に抑えることができることが示
されている。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明に従うと直接的には次の
ような効果が得られる。すなわち、（１）選択透過性中
空糸膜の集束体の１端または両端を接着性樹脂で固定し
て管板を形成し、筒体に収納した構造からなる流体分離
装置に於いて、スペーサヤーンによって中空糸膜が蛇行
または螺旋状湾曲をしていることによって、中空糸膜の
充填密度を高く保ちながら、中空糸膜外側の流体の流動
抵抗を十分に低くかつ流速の変化に対してに安定な構造
の流体分離装置を提供することができる。

（２）適切な径のスペーサヤーンを選定して、好適な範
囲の条件で中空糸膜に巻き付けて集束することにより、
中空糸膜外側の流体の伝熱抵抗を著しく低減することが
できる。

（３）さらに、適切な径のスペーサヤーンを選定して、
好適な範囲の条件で中空糸膜に巻き付けて集束し、スペ
ーサヤーンによって中空糸膜に蛇行または螺旋状湾曲を
付与することによって、中空糸膜外側の流体の流動抵抗
と伝熱抵抗とを低減し、物質移動抵抗を著しく小さくで
き、その結果分離膜の性能を十分に発揮させることがで
きる。

また、間接的効果として、 （４）中空糸膜を集束し筒体に挿入するハンドリングで
、中空糸膜の集束性が改善され中空糸膜に損傷を与える
機会を減らすことができる。

（５）接着性樹脂で中空糸膜の端部を固定して管板を形
成する場合に、中空糸間の間隙を完全に封止する必要が
あるが、しばしば不完全な封止状態になり製品の収率を
低下させることになる。このような問題点についても、
本発明は原理的に蛇行または湾曲変形して密接すること
のない中空糸間の隙間に接着性樹脂が容易に浸透するこ
とにより、顕著な改善効果を有するものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の中空糸膜素子の一実施態様例を模式的に
示した部分外観図を表したものである。 図２は本発明の流体分離用中空糸膜装置の一実施態様例
を示す模式的断面図である。図３は中空糸膜にスペーサ
ーヤーンを巻き付けて本発明の中空糸膜素子を得るため
の装置の実施態様例の基本的構成を示す概略図である。 図４は実施例１と比較例の中空糸膜外側の流動抵抗と流
体の線速度との測定結果を比較して示した図である。図
５は実施例１と比較例の中空糸膜外側の総括伝熱抵抗と
流体の線速度との測定結果を比較して示した図である。 図中、 １：中空糸膜 ２ニガイドロール ３ａ、３ｂニスピンドル ４ａ、４ｂニガイドチユーブ ５ａ、５ｂニスペーサ−ヤーン給糸装置６ａ、６ｂニス
ペーサ−ヤーン ７：ガイドロール ８ニガイドロール ９：カセ １０：流体分離装置筒体 １１ａ、ｌｌｂ：中空糸外側流体入口・出口ノズル １２ａ、１２ｂ：中空糸内側流体入口・出口ノズル １３ａ、１３ｂ：管板 ｐニスペーサ−ヤーンの螺旋ピッチ ｒ：中空糸膜の蛇行もしくは螺旋状湾曲の幅Ｌ：流体分
離用中空糸膜装置の全長 Ｄ＝筒体の内径断面積

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）２本のスペーサーヤーンを巻き付け方向を反対に
   して１本の選択透過性中空糸膜に螺旋状に巻き付けてな
   り、さらに中空糸膜がその繊維軸に対して中空糸膜の直
   径の０．２〜２倍の幅で蛇行もしくは同範囲で螺旋状に
   湾曲していることを特徴とする中空糸膜素子。
2. （２）スペーサーヤーンが、中空糸膜の直径の０．１〜
   １倍の直径のモノフィラメントであることを特徴とする
   請求項（１）記載の中空糸膜素子。
3. （３）スペーサーヤーンが、ナイロン、ポリエチレンテ
   レフタレート、ポリアクリロニトリル系高分子から選ば
   れた少なくとも一種からなることを特徴とする請求項（
   １）記載の中空糸膜素子。
4. （４）巻き付けられたスペーサーヤーンの螺旋ピッチが
   ５〜６０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項（１
   ）記載の中空糸膜素子。
5. （５）選択透過性中空糸膜が、直径０．４〜４ｍｍの範
   囲の中空糸膜であることを特徴とする請求項（１）記載
   の中空糸膜素子。
6. （６）請求項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の中
   空糸膜素子からなる集束体の１端または両端を接着性樹
   脂で固定して管板を形成し、筒体内に収納した構造を有
   する流体分離用中空糸膜装置。