JPH04247223A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜を用いて気体
或いは液体を分離精製する際に有効なモジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜モジュールは膜面積が大きくと
れ、しかもクロスフロー方式により膜面に蓄積し濾過の
抵抗となる濾過残査を膜面から排除できる特長を有して
おり、内圧式を中心に膜分離モジュールの中心になって
きている。

【０００３】中空糸膜モジュールに対する要求を年々増
大しており、濾過量が高く、しかも経時低下の少ないモ
ジュールの開発が盛んである。

【０００４】そのために、中空糸膜を外圧式で使用する
事も検討されている。外圧式では、内圧式よりも有効膜
面積が増加し有利と考えられるが、実際は濾過性能が逆
に悪くなってしまう場合が殆どである。その理由として
、１）膜外表面側の線速が高くとれずにクロスフローの
効果が小さい　　２）糸束を大きくすると内部に圧力勾
配が生じ糸束全体に有効に圧力がかからなくなる　　３
）糸束の端部の固定封止部分で残査がつまりやすく、又
排除しにくい事があげられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決し、中空糸膜を外圧で使用しても濾過性能が高く、
しかも濾過性能の経時低下の少ないモジュールを提供す
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、１　　多数の
中空糸膜から成る複数の糸束の各々の片端部が該端部の
中空糸膜相互間及び外周部は封止され、かつ該中空糸端
部の中空糸膜は開口した状態で、可とう性のチューブを
介して、内面側或いは外面側に該糸束を吊して接続した
固定管をその内部に含む事を特徴とする中空糸膜モジュ
ール

【０００７】２　　固定管に接続された複数の糸束が実
質的に平行であり、かつ向きが同方向である事を特徴と
する１記載の中空糸膜モジュールより成る。

【０００８】複数の糸束に分割する事により、個々の束
を小さくし束内での圧力分布を均一化できる。束の大き
さは、使用する中空糸膜の寸法及び性能により変えられ
るが、中空糸の本数としては１０〜１００００本含むの
が好適であり、又糸束の長さとしては中空糸膜の内径の
１００倍〜１０００倍が好適である。

【０００９】使用する中空糸膜は、逆浸透膜、限外濾過
膜、精密濾過膜、或いはガス分離膜等の中空糸膜全般に
亘る。素材も何ら限定はないが、例えばポリスルホン、
ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリアミド、ポリエーテルケト
ン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリイ
ミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、
セルロース等の有機高分子膜或いはアルミナ、ジルコニ
ア等のセラミックス等も用いる事が出来る。

【００１０】中空糸膜の糸径は特に限定するものではな
いが、細糸に対し特に有効であり、好ましくは内径０．
１〜１ｍｍ、外径０．１５〜１．５ｍｍである。

【００１１】図面について説明すれば、図３に示すよう
に糸束の片端部は中空糸膜７が開口した状態で中空糸膜
相互間及び外周部が封止されており、外圧濾過に対し漏
れのない状態にしてある。封止の方法は従来公知の接着
剤を用いる方法或いは溶着法等が使用できる。又中空糸
膜に内側から接続できるチューブが多数本つき出た封止
接続用の部材を用いて中空糸を１本１本機械により接続
しても良い。

【００１２】可とう性チューブ６は濾過の１次側の液体
或いは気体の流れにより該チューブが接続している側の
糸束端部が振動するのに充分な軟らかさと、１次側圧力
に対してつぶれない強度を持ち、２次側の流れに対し抵
抗とならない内径を持ったものから選ばれる。素材とし
ては特に限定するものでは無いが、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等のチューブ或いはス
テンレス等の金属性蛇管等が使用できる。可とう性チュ
ーブの外径は糸束径の０．５〜０．０５倍、内径は中空
糸膜内径の２〜５０倍がそれぞれ好適である。

【００１３】可とう性チューブは途中分岐或いは集合し
ていても良い。糸束端部とチューブ６は端部にとりつけ
たチューブ接続用治具８を介して取りつける。

【００１４】糸束のもう一方の端部は中空糸膜末端が固
定されずに自由端となっており、しかも中空糸膜開口端
は封止されている。封止せずに中空糸膜１本１本或いは
適当本数毎にＵ字状におりかえして末端の開口端を無く
しても良い。もう一方の端部はこの様に、固定されてい
ないために、１次側の流れに応じて自由に動き濾過残査
が付着しにくい。

【００１５】糸束は保護のためのネット状或いは不織布
状のもので包んでも良い。又、糸束の固定側端部付近で
の糸曲り或いは流れによる糸切れを防止するために、固
定端部付近のみを保護筒をかぶせても良い。

【００１６】糸束は可とう性チューブを介して固定管５
の外表面（図１）或いは内表面（図２）に吊して接続さ
れる。固定管と可とう性チューブの接続は内部の流体が
もれない様に密に接着，溶着或いは圧着等の方法がとれ
る。固定管にはチューブがさし込める様にあらかじめ相
当する穴をあけておく。固定管とチューブは同素材で一
体成型する事も出来る。一つの固定管に可とう性チュー
ブを介して接続する複数の糸束は実質的に平行であり、
かつ向きが同方向である事が濾過残査の付着を防ぎ濾過
性能を上げるために望ましい。そのために可とう性チュ
ーブは途中で曲っていたり、固定管に斜めの角度で接続
する事も可能である。糸束が実質的に平行であるとは、
濾過状態で糸束の中心軸が糸束の長手方向の半分以上の
部分で相互に平行ないし±２０°以内の角度のずれに抑
まる事を云う。向きが同方向であるとは、固定管に接続
した糸束の固定側端部が同じ側を向いている事を云う。 固定管５は１本でも良いし、直列に或いは並列に複数本
を同一モジュール１内に含んでいても良い。又途中で分
岐或いは集合していても良い。

【００１７】中空糸膜モジュールは、上記の糸束の接続
した固定管とそれをつつむハウジングとから成る。ハウ
ジングには固定管が密に接続され、かつ、１次側の流体
の出入口及び２次側の流体の出口として複数のノズルが
接続されている。１次側のノズルは中空糸膜の外表面側
に面して設置されており、クロスフロー濾過のため少く
とも入口２と出口３の２つのノズルを持っている。２次
側のノズル４は可とう性チューブの内面に連続している
。クロスフロー効果を上げるためにはハウジング内の１
次側の入口と出口に相当する２つのノズル間を結ぶ１次
側の流れに平行に糸束を設置するのが望ましい。又、そ
の時の糸束の向きは固定側が入口ノズル側に面し、流れ
が固定側が上流になる様にする事が望ましい。

【００１８】

【実施例１】内径０．６ｍｍ、外径１．１ｍｍ、平均孔
径０．３μｍのポリエチレン製中空糸膜を用いて、中空
糸膜２００本、有効長２０ｃｍ、外径２０ｍｍの糸束を
作った。糸束の片側はエポキシ樹脂を用いて１本１本独
立に中空糸膜の開口端をふさぎ、他方の末端は、エポキ
シ樹脂を用い、まず開口端をふさぎ硬化させた後中空糸
膜端部をシリコーンゴムのキャップ状の治具中でエポキ
シ樹脂を注入し中空糸膜相互間及び外周部を封止した。 硬化後、該治具をはずした後、端部を切断し中空糸膜の
開口端を得た。

【００１９】この開口端側にポリスルホン製のチューブ
接続用治具をエポキシ樹脂で接着し、更に該キャップを
内径６ｍｍ、外径８ｍｍのポリエチレン製のチューブに
接続した。

【００２０】上記の糸束を２１組用意し、内径７０ｍｍ
、長さ２５ｃｍのポリ塩化ビニル製の固定管内に糸束が
固定管と平行で同方向になる様に７ケ入れチューブを固
定管に接続した。これを３組作り、糸束の向きが同方向
になる様に直列に溶接した。

【００２１】この長さ７５ｃｍの固定管を内径８５φの
塩化ビニル製のパイプでつつみ両端部でシールし、外筒
部にノズルを１ケ設け中空糸膜モジュールを作った。

【００２２】このモジュール内の固定管内に糸束の固定
側が向いた方向から２０℃の地下水を導入し、逆側から
導入量の２０％を抜いた。濾過開始後１ｈｒでの透水量
は７．１ｍ３　／ｈｒ・ｋｇ／ｃｍ２　であった。又１
日後は６．９ｍ３　／ｈｒ・ｋｇ／ｃｍ２　であり、低
下は少なかった。

【００２３】［比較例１］　　ポリエチレンチューブが
途中で９０℃曲った同径のステンレスチューブになった
他は実施例１と同様のモジュールを作った。このモジュ
ールに実施例と同様の方法で地下水を導入し濾過を行っ
た。濾過開始後１ｈｒでの透水量は７．１ｍ３　／ｈｒ
・ｋｇ／ｃｍ２　であった。又１日後は６．２ｍ３　／
ｈｒ・ｋｇ／ｃｍ２　であり、低下が大きかった。

【００２４】［比較例２］　　実施例１で用いたのと同
様の中空糸膜を用い、有効長６０ｃｍで糸本数１４００
本の中空糸膜モジュールを作った。糸束の端部はエポキ
シ樹脂で内径７０ｍｍのポリ塩化ビニル製のモジュール
ハウジングに接着封止し、片端側のみ切断により開口端
を得た。このモジュールのハウジングの両端部付近に取
りつけられた一次側の２つのノズルより、実施例１と同
様に地下水の導入及び２０％の抜き出しを行なって濾過
を行なった。濾過開始後１ｈｒでの透水量は３．４ｍ３
　／ｈｒ・ｋｇ／ｃｍ２　、１日後は１．８ｍ３　／ｈ
ｒ・ｋｇ／ｃｍ２　と共に低かった。

【００２５】

【実施例２】ポリスルホン製中空系限外濾過膜（分画分
子量６０００、内径０．２ｍｍ、外径０．３ｍｍ）を用
い、長さ２５ｃｍに２００回巻いてループ状の糸束を得
た。片端を束ねてエポキシ樹脂で接着封止してから端部
を切断し開口端を得た。他方の端部はまとめてＵ字状と
し糸束径８ｍｍ、有効長２０ｃｍの糸束を得た。この封
止端をポリスルホンキャップに接着し、キャップを更に
内径３ｍｍ、外径４ｍｍのＰＦＡチューブに接続した。 チューブの他方は外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍのポリス
ルホンパイプから成る固定管に３．８ｍｍの穴をあけ、
その穴に外側から固くさし込み固定した。固定管の長さ
は１ｍで糸束を２４０束接続した。これを内径８５φの
ポリスルホン製のハウジングに糸束が相互に平行に向き
が同方向になる様に入れ、固定管とハウジングをシール
して中空糸膜モジュールとした。ハウジング側の両端部
に設けられた１次側のノズルより実施例１と同様に地下
水を導入及び抜きだし濾過を行なった。１時間後の透水
量は４．８ｍ３　／ｈｒ・ｋｇ／ｃｍ２　であり、１日
後の透水量は４．３ｍ３　／ｈｒ・ｋｇ／ｃｍ２　であ
った。共に充分に高い値であった。又、濾過の途中糸束
を外から観察すると固定端部を含む全体が細かく振動し
ているのが観察された。

【００２６】

【発明の効果】中空糸膜を外圧で用いても濾過能力が高
く、経時低下が少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールの１例を示す説明
図

【図２】本発明の中空糸膜モジュールの他の１例を示す
説明図

【図３】固定管部の断面図

【符号の説明】

１　　中空糸膜モジュール ２　　１次側入口ノズル ３　　１次側出口ノズル ４　　２次側ノズル ５　　固定管 ６　　可とう性チューブ ７　　中空糸膜 ８　　チューブ接続用治具

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　可撓性チューブを介して固定管の外表
   面または内表面に懸垂・接続された、中空糸膜からなる
   複数の糸束を内蔵する中空糸膜モジュール。