JPH0386219A - 中空糸膜モジュール - 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、中空糸膜モジュールに関する。更に詳しくは
、多数の機能を有する中空糸膜モジュールに関する。

〔従来の技術〕

中空糸膜モジュールは、従来より水の再生利用や医療分
野等において、実用されている。

従来からよく知られている代表的な中空糸膜モジュール
は、筒状容器の両端部に樹脂隔壁が設けられ、且つ中空
糸束はその長手方向の両端が開口状態で樹脂壁に流密に
固定されているものである。

例えば、中空糸膜により流体中の一定の成分を分離回収
しようとする場合、中空糸膜外部に原料流体は供給し、
中空糸膜により原料流体を分離処理して中空糸膜透過流
体を中空糸膜内を流通させ外部に流出させるように処理
操作している。

上記したような従来の中空糸膜モジュールにおいては、
筒状容器内に収納された多数の中空糸膜からなる複数の
中空糸束は同一機能の中空糸膜から構成され、いずれの
中空糸膜も容器外部に連通ずる両端の樹脂隔壁に開口端
部を配置するようにしたもので、基本的には容器内に収
容された中空糸束は、分離、精製、濾過、脱気及び散気
等のいずれか単一の一段階の処理操作を目的に構成され
ているため、中空糸膜モジユール全体としても単一で一
段階の操作を行うことができるだけであった。従って、
同一中空糸膜による多段処理操作及び／または異なる複
数の中空糸膜処理操作を行う場合、複数の中空糸膜モジ
ュールを多段に使用しなければならなかった。しかし、
複数の中空糸膜モジュールを多段に使用することは、中
空糸膜モジュールの設置空間が多大となり、配管等の付
帯設備も複雑になり、更に中空糸膜モジュールでの処理
空間が増大して処理の開始及び終了操作時の原料流体、
処理流体の廃棄量が増大する等の不都合が生じていた。

た、これら不都合は、中空糸膜モジュールの設備及び運
転コストの増大にもつながり問題となっている。

そのため、発明者らは単一の中空糸膜モジユール内で、
多段の中空糸膜処理及び／または異なる中空糸膜処理操
作を行うことができる２以上の中空系群を配置し、中空
糸膜内部が中空糸束空間外部に連通ずる連通部を当該中
空糸群毎に設けた新規な中空糸膜モジュールを提供した
。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の中空糸膜モジュールにおける原料流体の供給は、
通常モジュール容器の周壁に設けられた外部との連通口
を通じて行われている。

上記の新規な中空糸膜モジュールにおいても、例えば第
４図に示したように、同様に周壁に原料流体等の供給口
及び排出口６及び６′を設は処理操作をすることもでき
るが、多段または／及び複数の中空糸膜処理操作をする
には、できるだけ中空糸束空間の流体が偏流、滞留を起
こさない状態を保持することが好ましい。

本発明は、上記の新規な中空糸膜モジュールにおいて、
中空糸膜処理の被処理流体の供給または処理流体の排出
等の中空糸束空間における均一化を計ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、多数の中空糸膜よりなる中空糸束が筒
状容器内に収容されている中空糸膜モジュールにおいて
、前記中空糸束は２以上の中空糸群を形成し、前記筒状
容器の両端部には樹脂隔壁及び該樹脂隔壁に開口状態に
保持されたまま流密に固定されている中空糸群の中空糸
膜内部が連通ずる連通部が該樹脂隔壁の外側に設置され
、且つ該連通部は開口状態に保持されたまま流密に固定
される中空糸群毎に独立して配置されると共に、中空糸
群空間には少なくとも一の多孔性管が配設されることを
特徴とする中空系膜モジュールが提供される。

本発明において、中空糸群とは中空糸膜が集束された集
合体をいい、中空糸群は、同一特性の中空糸膜の集合体
でもよいし、目的に応じて異なる特性の中空糸膜の集合
体でもよい。中空糸群は、−船釣には約数百〜数万本の
中空糸膜から構成され、通常は約１，０００〜１０．０
００本の中空糸膜を集束したものであり、本発明のモジ
ュール容器内には少なくとも二以上の中空糸群が配置さ
れる。中空糸群は後記するように、容器の両端部の樹脂
隔壁に流密に固定されるが、その場合少なくとも１の中
空糸群はいずれか一方の樹脂隔壁にのみ開口状態のまま
流密に固定される中空糸群Ｘからなり、他の中空糸群は
他方の樹脂隔壁にのみ開口状態のまま流密に固定される
中空糸群Ｙまたは／及び双方の樹脂隔壁に開口状態のま
ま流密に固体される中空糸群Ｚの組み合わせからなる。

従って、例えば、中空糸群ＸとＹ、中空糸群ＸとＺ、及
び中空糸群ＸとＹとＺとの組み合わせ、更に例えば中心
部と周辺部との二重環状に上記組み合わせを複数組み合
わせて配置する等中空糸膜モジュールの使用目的、処理
操作に応じ中空糸群数及び組み合わせを適宜選択して配
置すればよい。

モジュール容器内に、中空糸膜を配置する場合、中空糸
膜処理に必要な中空系膜表面積を有する中空糸束を、例
えば二重または三重して中空糸群Ｘ、ＹまたはＺとして
、それぞれ組合わせて配置してもよい。

また必要量の中空糸膜を分割した中空糸束を複数作成し
て中空糸群Ｘ、ＹまたはＺとして、中空糸群Ｘ及び／ま
たはＹ及び／またはＺを交互にまたは適宜配分して配置
して収容してもよい。配置方式は、モジュールの使用目
的及び条件に応じて種々選択することができる。

中空糸群または中空糸束を構成する中空糸膜は、互いに
密接していてもよいが、処理操作の際に各中空糸膜間を
流体が自由に流通できる程度の空隙を有するように集束
させる。

中空糸束の長さ方向の重なり比率は、特に制限されずモ
ジュール容器、使用目的に応じ適宜選択すればよい。

各中空糸群のモジュール容器内における各中空糸膜表面
積の比率は、モジュールの使用方法及び目的に応じ適宜
選択すればよいが、−船釣には、一の中空糸群の中空糸
膜表面積がモジュール内の全中空糸膜表面積の１０〜９
０％となる範囲とすることができる。

中空糸膜は、既に各種の特性及び機能を有するものが実
用化されているので、それら公知の中空糸膜から目的に
応じて、特性、機能、材質及び形状等を選択して使用す
ることができる。例えば、流体を２段で濾過するための
２段濾過フィルターに適用する場合は、精密濾過膜や限
外濾過膜等が使用でき、膜素材としてはセルロース系、
ポリオレフィン系、フルオロカーボン系等の有機高分子
膜、セラミックス膜、金属膜等が使用できる。

また、脱気・散気用として用いる場合には、親水性中空
糸膜と疎水性中空糸膜との各中空糸群の組合わせのモジ
ュールとすればよい。この場合の親水性中空糸膜には、
セルロース系、ポリビニールアルコール等の親水性樹脂
やポリオレフィン系、フルオロカーボン系等の疎水性樹
脂を界面活性剤により親水化処理したもの及び親水性モ
ノマーをグラフト結合したり、親木性ポリマーをコーテ
ィングしたりして親水化処理したものが使用できる。

疎水性中空糸膜としては、ポリオレフィン系樹脂、フル
オロカーボン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の疎水性樹
脂からなる中空糸膜が使用できる。

ガス中の微粒子除去とガス分離を同時に行う場合は、多
孔質中空糸膜とガス分離中空糸膜との各中空糸群の組合
わせたモジュールを用いて行うことができる。多孔質中
空糸膜としては、有機高分子、セラミックス、金属等の
中空糸膜を用い、ガス分離中空糸膜としては、水素分離
膜、水蒸気分離膜、酸素富化膜等の中空糸膜を用いるこ
とができる。

本発明の中空糸膜モジュールは、筒状容器の両端部に樹
脂隔壁を設け、中空糸膜が中空糸群を形成して収容され
る中空糸束空間と外部とを流密に仕切るものである。樹
脂隔壁に用いられる樹脂は、特に制限されるものでなく
、容器内の中空系束空間とその外部を流密にシールでき
るものであればよい。通常は、エポキシ系、シリコン系
、ウレタン系等の樹脂が用いられる。

更に、中空糸群が該樹脂隔壁に開口状態に保持されたま
ま流密に固定され、中空糸膜内部が樹脂隔壁を貫通して
樹脂隔壁外部と連通ずる場合には、上記樹脂隔壁の外側
に連通部が設けられ、その連通部は各中空糸群毎に設置
される。即ち２以上の中空糸群が形成され配置される場
合、一の中空糸群が開口状態で樹脂隔壁に流密に固定さ
れ、その外側に設置される連通部は、他の中空糸群の中
空系膜内部が同時に連通ずることはなく、各中空糸群毎
に独立して設置される。

この場合、樹脂隔壁は各中空糸群毎の連通部に別々に設
置してもよいし、また容器の両端部に連続的に設置し、
各中空糸群をそれぞれ流密に固定するための共通の樹脂
隔壁として、０−リングシール、平バッキングシールま
たは接着シール等で流“密にシールして各連通部を分離
独立させるようにしてもよい。

なお、本発明において流密とは液体及び気体をシールす
ることを意味するものである。また、樹脂隔壁は容器内
外を同様にシールし、樹脂隔壁に流密に固定された中空
糸群端部の開口状態においてのみ樹脂隔壁を通過して中
空糸膜内部と容器外部とが連通される。

更に、本発明の中空糸膜モジュールには、中空糸群を形
成した中空糸束が収容される中空糸束空間に、容器外部
に連通ずる多孔性管を配設する。

多孔性管は、従来の中空糸膜モジユール容器周壁に設け
られていた中空糸膜外部と容器外部とが連通ずる連通口
のうちの少なくともｌに代わるものとして作用する。従
って、従来の上記連通口の少なくとも１は、設置は不要
となる。多孔性管は、通常、１本を配設すればよいが、
中空糸膜モジュールの大きさ、目的等により２以上の複
数本を配設してもよい。

本発明の多孔性管としては、プラスチックス、金属等の
管状体の周壁に孔を穿設して多孔管としたものが一般的
に用いられるが、流体が流出入できる孔を有し、流体が
流通できるものであればよく、特に制限されるものでな
い。

多孔性管の中空糸束空間への配設は、中空糸束空間の所
望の位置に固定できればよく特に制限されるものでない
。例えば、樹脂隔壁に固定支持されると共に、該樹脂隔
壁を貫通して容器外部に連通ずるように配設してもよく
、また容器周壁に固定、貫通して配設してもよい。

中空糸膜モジュールの容器の形状は、特に制限されるも
のでなく、モジュールの配置場所等に応じ矩形状、円筒
状、角筒状等適宜選択することができる。

更に、本発明の中空糸膜モジュールには、中空糸膜内部
と容器外部が連通ずる外部連通口が設置されることは従
来の中空糸膜モジュールと同様である。但し、２以上の
中空糸群が収容されるため、各中空糸群を構成する中空
糸膜内と外部とが連通ずるための外部連通口は、それぞ
れ独立して収容される各中空糸群の数だけ設置される連
通部に対応して、同じ数だけ同様にそれぞれ独立して設
置される。

〔作　用〕

本発明の中空糸膜モジュールは、上記のように構成する
ことにより、容器内に収容した２以上の中空糸群により
多段または／及び複数の中空糸膜処理操作を単一のモジ
ュール内で行うことができると共に、中空糸束空間に多
孔性管を配設したことにより、その処理操作において中
空糸膜外部空間の環境状態を均一に保持することができ
る。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のでない。

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の中空糸膜モジュ
ールの実施例の概念的な説明断面図である。

なお、以下の実施例においては、−重の筒状容器で構成
されているが、筒状容器を二重環として中空糸群を設置
してもよい。

第１図において、筒状容器ｌには、両端部の容器外部連
通部４Ｘ及び４ｙに樹脂隔壁Ａ及びＢが配置され、中空
糸群の中空糸膜内部とモジュール外部とが連通ずる外部
連通口５Ｘ及び５ｙ、中空糸膜外部とモジュール外部と
が連通ずる連通口６が設けられている。更に、多孔性管
７が、容器周壁を貫通して配設されている。また、中空
糸群Ｘ及びＹのそれぞれは、同一または異なる種類の中
空糸膜の集合で（通常は数千〜数万本）あり模式図的に
表したもので、Ｘ及びＹは同一または異なる中空糸膜か
らなる。中空糸群Ｘは、樹脂隔壁Ａに開口状態の開口端
部２ｘで、また樹脂隔壁Ｂに封止状態の閉鎖端部３ｘで
流密に固定される。−方、中空糸群Ｙは、樹脂隔壁Ｂに
開口状態の開口端部２ｙで、樹脂隔壁Ａに封止状態の閉
鎖端部３ｙで流密に固定される。従って、中空糸群Ｘ及
びＹは、それぞれ容器外部連通部４Ｘまたは４ｙを経て
外部連通口５ｘまたは５ｙを通じて外部と連通ずるのみ
となっている。

第２図においては、多孔性管７が樹脂隔壁Ａを貫通して
配設され、そのため中空糸群Ｘを構成する中空糸膜内部
と連通する連通部４ｘが０−リングＣでシールされ環状
となっている以外は、第１図と同様である。

次に本発明の中空糸膜モジュールの使用の態様について
、第１図を参照して詳しく説明する。

第１図において、中空糸群Ｘを限外濾過膜または精密濾
過膜等の液体濾過膜で、中空糸膜Ｙを疎水性中空糸膜で
構成して、液体の濃縮とガス交換を同時に行う場合、例
えば、多孔性管７から原料液体を供給し、原料液体は中
空糸群Ｘにより濃縮処理され′ｄ＃、過液は中空糸膜内
部に流入し、濃縮液は中空糸膜外の中空糸束空間を通り
連通口６より排出される。これと同時に、外部連通口５
ｙを通し連通部４ｙを経て中空糸群Ｙ内に酸素等のガス
を供給すれば、中空系束空間の濃縮液に酸素等のガスを
供給することができる。また、中空糸群Ｙを減圧とすれ
ば、中空糸束空間の、液体中から脱気することができる
。この場合、原料液体を多孔性管より供給することによ
り、中空糸膜モジユール内に原料液体が均一に供給され
、原料液体の濃縮効率が上昇し、偏流、滞留も防止され
る。

また、上記実施例において、原料液体を連通口６から供
給し、中空糸膜処理して、′ａ縮液を多孔性管７から排
出することもできる。

また、本発明の中空糸膜モジュールを用いてガス中の微
粒子除去とガス分離とを同時に行う場合、例えば第２図
において、中空糸群Ｘをガス分離中空糸膜で、中空糸群
Ｙを多孔質中空糸膜でそれぞれ構威し、外部連通口５ｙ
より原料ガスを供給して、中空糸群Ｙの中空糸膜内に原
料ガスを供給する。原料ガスは、多孔質中空糸膜の外部
に流出する間にそれに含まれる微粒子が除去され、次い
で中空系束空間の中空糸群Ｘによりガス分離処理され、
中空糸群Ｘの中空糸膜内部に流入した透過ガスは、連通
部４Ｘを経て外部連通口５ｘより得ることができる。非
透過ガスは、多孔性管７から排出する。

この場合も、非透過ガスが多孔性管７より常時排出され
、モジュール内におけるガス流が均一となり、ガス分離
特性が向上し、分離効率も上昇する。

なお、上記実施例では中空糸膜の開口端部がいずれか一
方の樹脂隔壁にのみ流密に固定する中空糸群からなるも
のであるが、中空糸膜の両端が開口状態で容器両端に設
けられた樹脂壁にそれぞれ流密に固定されている中空糸
群を同時に配置させてもよい０例えば、第３図に示すよ
うに、樹脂隔壁Ａに開口状態の開口端部２ｘで、樹脂隔
壁Ｂに封止状態の閉鎖端部３Ｘで流密に固定されている
中空糸群Ｘと、樹脂隔壁Ｂに開口状態の開口端部２ｙで
、樹脂隔壁Ｂに封止状態の閉鎖端部３ｙで流密に固定さ
れている中空糸群Ｙと、樹脂隔壁Ａ及びＢのいずれにも
開口状態の開口端部２ｚ及び２２″で流密に固定されて
いる中空糸群Ｚとの組み合わせからなり、２本の多孔性
管７及び７“を中空糸束空間に配設したもので、モジュ
ールを構成する他の部分は、上記実施例と同様である。

この第３図に示した構成の中空糸膜モジュールでは、例
えば、中空糸群Ｘ及びＹを疎水性中空糸膜で、中空糸群
Ｚを液体濾過膜で構威し、液体の濃縮と２種類のガス交
換を同時に行うときに、原料液体を２本の多孔性管７及
び７°から中空系束空間に均一に供給することができる
。

〔発明の効果〕

本発明の中空糸膜モジュールは、容器内に収容した２以
上の中空系群により多段または／及び複数の中空糸膜処
理操作を単一のモジュール内で行うことができると共に
、中空糸束空間に多孔性管を配設したことにより、その
処理操作において中空系膜外部空間の環境状態を均一に
保持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、それぞれ本発明の実施例
を示す説明断面図である。 第４図は、中空糸膜モジュールを示す説明断面図である
。 Ｘ、ＹＳＺ−・・中空糸群　　Ａ、Ｂ−・・樹脂隔壁Ｃ
・・・０−リング　　　　　　１・・・容器２ｘ、２ｙ
、２ｚ、２ｚ’　＝開口端部３ｘ、３ｙ、・・・閉鎖端
部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の中空糸膜よりなる中空糸束が筒状容器内に
   収容されている中空糸膜モジュールにおいて、前記中空
   糸束は２以上の中空糸群を形成し、前記筒状容器の両端
   部には樹脂隔壁及び該樹脂隔壁に開口状態に保持された
   まま流密に固定されている中空糸群の中空糸膜内部が連
   通する連通部が該樹脂隔壁の外側に設置され、且つ該連
   通部は開口状態に保持されたまま流密に固定される中空
   糸群毎に独立して配置されると共に、中空糸群空間には
   少なくとも一の多孔性管が配設されることを特徴とする
   中空糸膜モジュール。