JPH038348Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、選択透過性を有する中空糸型膜分離
装置の改良に関し、特に中空糸膜組立体を構成す
る円筒部内における被処理流体の偏流を防止して
流れを均一化し、膜性能を長期に亘り安定に維持
することのできる装置に関するものである。

〔従来の技術〕

選択透過性を有する中空糸膜を束ねてその少な
くとも一端を接合固化し樹脂壁を形成させてなる
中空糸膜組立体は、従来より液体の透過・透析、
限外濾過、逆浸透分離、ガス分離等に広く活用さ
れている。

この種の流体分離装置においては、被処理流体
を中空糸膜面へよどみなく均一に分配供給するこ
とが、分離効率を高めるうえで重要な要件とな
る。即ち中空糸膜による流体分離においては、一
般の固液分離等で採用される全濾過方式を採るこ
とは少なく、クロスフロー方式と称して、被処理
流体のすべてを濾過するのではなく、膜表面で濃
縮された溶解物質や懸濁物質の一部を流し出す方
式が採用される。その為クロスフロー方式におい
ては、従来の分離操作で要求される以上に、被処
理流体を膜面へ均一に分配流通させなければなら
ない。しかして膜面での流れが不均一になると膜
組立体の一部でよどみを生じることになるが、こ
のよどみ部分では膜面における被処理流体の更新
が不十分となる為、溶解物質や懸濁物質が局部的
に濃縮されて該膜面上へ析出し、膜の分離性能を
著しく劣化させる。

ところで従来の中空糸膜組立体は、被処理流体
の供給流路ともなる芯体の周囲に複数の中空糸膜
を配置し、両端部を接着固化して樹脂壁を形成す
ると共に、該樹脂壁の一端において中空糸膜が開
口する様に組付けた構成のものが多く、この種の
中空糸膜組立体においても均一流を確保すべく
様々の工夫が行なわれている。例えば特開昭47−
8595号公報に開示された中空糸膜組立体では、中
空糸層の間に不織布を挿入することにより、供給
流体の流れを整流化しよどみの抑制を図つてい
る。ところがこの方法では、挿入された不織布が
目詰りを起こして逆に偏流を助長し、或は目詰り
により流動抵抗が増大して圧損が大となり、透過
流体量が減少するという問題を招く。この他、被
処理流体供給流路ともなる芯体（コア材）の構造
に工夫を加えたものも提案されているが、この方
法では被処理流体の流量や粘度等の変化に追従さ
せることができない。また芯体の周囲に中空糸膜
を設ける場合、複数の中空糸を十分に分織したう
えで巻回することにより、中空糸間で生じる死空
間をなくす方法がある。しかしこの方法では、中
空糸間におけるミクロなよどみ部は減少されるも
のの、膜組立体全体としての流体の流れを均一に
することはできない。更に特公昭44−5526号公報
には、中空糸膜組立体の最外周側を網で被装して
中糸膜の乱れを阻止する技術も開示されている。
ところがこの方法では、網の締付け力が周方向に
見て不均一である為、中空糸膜組立体を構成する
中空糸膜の一部が流体圧によつて締付け力の弱い
方へ押しやられる現象が生じ、該組立体の長手方
向或は円周方向で中空糸膜の配列密度にばらつき
が生じ、結局のところ被処理体の局所的偏流及び
よどみの発生を阻止することができない。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案は上記の様な事情に着目してなされたも
のであつて、その目的は、中空糸膜組立体の円筒
部内における被処理流体の流れを均一化し、局部
的偏流やよどみによつて生じる膜分離効率の低下
を解消することのできる技術を提供しようとする
ものである。

〔問題点を解決すめ為の手段〕

本考案に係る中空糸型膜分離装置の構成は、被
処理流体の供給流路をコア中央部に有する円筒型
の選択透過性中空糸型膜分離装置において、円筒
部外周に、線状物を円筒部の軸心に対し70度以上
のリード角で且つピツチ間隔を10mm以下として螺
旋状に巻回してなるところに要旨を有するもので
ある。

〔作用〕

以下実施例図面を参照しつつ本考案の具体的な
構成及び作用を説明する。第１図は本考案に係る
中空糸型膜分離装置を例示する要部縦断面図であ
り、図中１は中空糸膜組立体、２は流体分配用芯
体、３は線状物、４ａは閉鎖樹脂固着部、４ｂは
開口樹脂固着部、５は流体供給口、６は濃縮流体
排出口、７は供給流体導管、８は透過流体収集
板、９は透過流体排出口、１０は端板、１１は円
筒容器、１２は環状腔部を夫々示す。本例の中空
糸膜組立体１における円筒部外周側には、可撓性
の線状物３が螺旋状に巻回されて中空糸膜層を拘
束しており、その中心部には多孔質の流体分配用
芯体２が配設され、該中空糸膜組立体は円筒容器
１１内へ収納され、端板１０，１０により両端が
封鎖されて中空糸膜分離装置を構成している。尚
中空糸膜組立体１は、中空糸膜群の一方端側を閉
鎖樹脂固着部４ａに埋込んで一体に固定すると共
に、他方端側は中空糸膜群の各中空子先端部を開
口した状態でそのまわりを樹脂で一体的に固着し
て開口樹脂固着部４ｂが構成される。

被処理流体は供給口５から供給流体導管７を通
して多孔質の流体分配芯体２内へ供給され、更に
該芯体２の多孔壁を通して中空糸膜層へ導入され
る。そして中空糸膜層で中空糸膜を透過した流体
は流体収集板８の部分で集められ、透過流体排出
口９より系外へ抜き出される。

一方中空糸膜を透過しない残留流体は、中空糸
膜の間を通り抜けて順次円筒部の外周方向へ向か
つて流れ、線状物３の間を通つた後環状腔部１２
から濃縮流体排出口６を通つて系外へ排出され
る。

この様な装置において本考案では特に中空糸膜
層の外周側に線状物３を螺旋状に巻回して均一に
拘束しているので、中空糸膜群が被処理流体の流
通抵抗を受けた場合でもそれらが乱れを生じるこ
とがなく、該中空糸膜層内を流れる流体の流れは
均一に保たれる。従つて局部的によどみ等を生じ
ることがないので、膜分離効率を長時間に亘つて
安定にしかも高レベルに維持することができる。
ちなみに同様の装置で線状物３による螺旋巻回を
省略した場合は、被処理流体の半径方向（外周方
向）への流れによつて中空糸膜の配列に乱れが生
じ、一部で中空糸膜の配列密度に片寄りができ、
流体が粗密部に沿つて主流を形成する結果過密部
では流体が滞留し、前述の如く被処理流体中の無
機質や懸濁物質が過密度で濃縮されて膜面へ析出
し、膜分離性能を著しく悪化させる。

しかるに中空糸膜層を線状物によつて外周側か
ら均等に拘束しておくと、前述の様な中空糸膜配
列の乱れを生じ難くなり、被処理流体の偏流が抑
制されて均等な流動状態が確保され、電解物質や
懸濁物質の局部的濃縮、ひいてはこれらの中空糸
膜面上への析出による膜性能劣化を生じるといつ
た問題を未然に回避することができる。

こうした線状物の機能からも容易に予測される
様に、該線状物は適度の拘束力を生ぜしめ得るに
足る強度（可撓性）を有したものでなければなら
ず、その要求強度は中空糸膜の素材やサイズ或は
中空糸膜層を構成する円筒体の直径等によつて変
わるので一律に決めることはできないが、最も一
般的な引張り強度で規定するならば、線状物１本
当たりの強度が５〜10000ｇ程度、より好ましく
は50〜2000ｇ程度である。しかして線状物の引張
り強度が不足する場合は、中空糸膜層に対して十
分な拘速力を加えることができない為に、線状物
が軸方向に移動し易くなつて拘束むらが生じ、か
えつて被処理流体の偏流を助長する恐れも生じて
くる。一方巻回張力が強過ぎると、線状物が中空
糸膜層にくい込んで中空糸膜を傷つけ、膜分離性
能が劣化する。

線状物の材質は、適度の可撓性を有し且つ被処
理流体に対して耐久性を有する限りその種類の如
何を問うものではないが、好ましいものを例示す
るならば、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラ
ミド、ポリアクリロニトリル、ポリオレフイン等
の合成高分子材；レーヨンやポリノジツクに代表
される化学繊維；麻、木綿等の天然繊維材；グラ
スフアイバー、炭素フアイバー、スチールフアイ
バー、針金等の無機繊維等が挙げられ、その形状
としてはモノフイラメント、マルチフイラメン
ト、防績糸或はこれらの撚糸や紐等が例示され
る。これら線状物の直経乃至幅は0.01〜20mmの範
囲のものが好ましく、該寸法が0.01mm未満の細線
では強度不足の為中空糸膜層に十分な拘束力を加
えることができず、一方20mmを超えるものでは該
線状物の巻回位置に無視することのできないデツ
ドスペース（流通不良域）ができ、膜分離性能に
悪影響が生じてくる。尚上記線状物は十分な拘束
力を示し且つ使用時に弛緩しない様、20Kg／mm²程
度以上のヤング率を示すものが好ましい。

該線状物の中空糸膜層外周側への巻回形態につ
いては、「十分な拘束力とその長期維持を図り且
つ被処理流体の均一な流れを阻害しない」という
要求を満たすうえで螺旋巻回のリード角および螺
旋ピツチは極めて重要であり、目的達成のために
は、第２図に略示する如く中空糸膜組立体１の軸
心に対するリード角が70度以上で、且つ螺旋ピツ
チ間隔が10mm以下となる様に巻回しなければなら
ない。しかして上記リード角が70度未満、あるい
は螺旋ピツチ間隔が10mmを超えると、中空糸膜層
に対する外周側からの拘束力が不十分となり、分
離操業時における中空糸膜層の膨張を確実に阻止
できなくなる。尚上記の巻回方式で更に２重〜４
重に巻回し、巻締め力を強化することも効果的で
ある。

尚本考案で使用される中空糸膜としては、従来
より中空糸膜モジユール用として知られたすべて
の選択透過性中空糸膜が挙げられるが、最も一般
的な形状特性は外径が10〜1000μm、中空率が３
〜80％で、その膜壁が流体に対して選択透過性を
示すものであり、これらの中空糸膜はセルロース
系、セルロースエステル系、セルロースエーテル
系、ポリアミド系、シリコン系、ビニル系等の重
合体より製造される。

またこれらの中空糸膜を束ねて少なくともその
一端を収束固着する為の固着剤としては、エポキ
シ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂等が使用される。

〔実施例〕

実施例 直径160μm、中空率23％の選択透過性を有する
セルローストリアセテート製の中空糸膜を、網状
芯管の外周側に円筒状に配置し、外径120mmの中
空糸膜層を形成し、更にその外周側に150デニー
ルのポリエステル製タイヤコードを３mmの螺旋ピ
ツチおよび75度のリード角で２層に巻回して円筒
状の中空糸膜層を拘束した。該円筒状物の両端を
エポキシ樹脂により接着固化して一方端側は各中
空糸膜の先端を閉鎖し、他方端側は各中空糸膜の
先端を開口させ、中空糸膜組立体を製作した。

この中空糸膜組立体を耐圧容器に収納して第１
図に示す様な構造の中空糸型膜分離装置を製作し
た。この中空糸型膜分離装置を使用し、下記の条
件で膜分離操業を行なつた。

被処理流体：シリカ10ppm、炭酸カルシウムイ
オン55ppmを含む水溶液 操作圧力 ：３メガパスカル 回収率 ：60％ 操作温度 ：23℃ その結果、操業開始から5000時間を経過した後
も塩除去率は初期の98％を維持しており、また透
過水量は、膜自体の圧密化現象により初期値より
も５％減じただけで、中空糸膜組立体内における
難溶解物の析出現象は全く観察されなかつた。

比較例 線状物（ポリエステル製タイヤコード）による
拘束を省略した他は前記実施例と同様にして中空
糸型膜分離装置を製作し、実施例と同様にして膜
分離実験を行なつた。

その結果、運転開始後700時間を経過した時点
で膜分離装置の流動抵抗は初期値の２倍となり、
塩除去率は初期値よりも14％低下し、また透過水
量は初期値より10％減少した。そこで運転を中止
して中空糸膜組立体を点検したところ、中空糸膜
層の随所に炭酸カルシウム及びシリカの析出が認
められた。

〔考案の効果〕

本考案は以上の様に構成されており、中空糸膜
群により構成される円筒状の外周を線状物で拘束
することによつて、各中空糸膜相互間の隙間を可
及的均一に保つことができ、被処理流体の偏流乃
至よどみを解消することができるので、被処理流
体の局部的濃縮及びそれに伴なう無機質や懸濁物
質等の膜面析出等が防止され、膜性能及び装置全
体の分離性能を長期に亘つて高レベルに維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す部分縦断面図、
第２図は線状物の巻回形態を例示する説明図であ
る。 １……中空糸膜組立体、２……多孔性芯材（コ
ア）、３……線状物、４ａ，４ｂ……樹脂固着部、
５……流体供給口、６……濃縮流体排出口、８…
…透過流体収集板、９…透過流体排出口、１０…
…端板、１１……円筒容器、１２……環状腔部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 被処理流体の供給流路をコア中央部に有する
   円筒型の選択透過性中空糸型膜分離装置におい
   て、中空糸膜層を構成する円筒部の外周に、線
   状物を該円筒部の軸心に対し70度以上のリード
   角で且つピツチ間隔を10mm以下として螺旋状に
   巻回してなることを特徴とする中空糸型膜分離
   装置。 (2) 円筒部外周へ巻回される線状物の直径乃至幅
   が0.01〜20mmである実用新案登録請求の範囲第
   １項に記載の膜分離装置。 (3) 線状物の巻回層を複数層としてなる実用新案
   登録請求の範囲第１または２項に記載の膜分離
   装置。