JPH06226057A - 中空糸膜型エレメントおよび中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中空糸膜モジュールによる膜分離において、
中空糸膜が損傷したとしても、透過成分の汚染を抑制
し、円滑に膜分離する。 【構成】 複数の中空糸膜１からなる中空糸束２の両端
部に封止固定部３を形成し、分離膜で構成された筒体４
で覆い、筒体の両端部を封止固定部３に固着する。中空
糸膜から万一リークした被処理流体により、透過成分が
汚染されるのを防止するため、前記分離膜は、中空糸膜
の平均孔径よりも１０倍以上の大きさであって、１００
μｍ以下の平均孔径を有する。分離膜の平均孔径は０．
１〜１００μｍである。分離膜はスキン層と支持体層と
を備えた筒状膜であってもよい。また、筒体４は、孔径
の大きな多数の孔１２が形成され、カートリッジ式ケー
スを構成する保護筒１１により覆われていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜により気体や
液体を分離する上で有用な中空糸膜モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜モジュールは、膜面積が大きく
装置を小形化できるため、種々の膜分離の用途に利用さ
れている。この中空糸膜モジュールは、通常、複数の中
空糸膜からなる中空糸束と、中空糸膜の両端面が開口し
た状態で、中空糸束の両端部を接着封止した封止固定部
と、前記中空糸束を収容するケーシングと、このケーシ
ングと前記封止固定部との間を封止する弾性Ｏ−リング
や接着剤などの封止手段とで構成されている。

【０００３】一方、膜分離において、加圧して被処理流
体を処理すると、中空糸膜が損傷する場合がある。その
ため、前記中空糸束を、網状などの保護筒で覆い、この
保護筒の両端部を、前記封止固定部に固着した中空糸膜
型エレメントが提案されているとともに、さらに改良が
加えられている（例えば、特開昭６１−２９１００７号
公報、特開平２−１８７１３２号公報など）。

【０００４】しかし、中空糸膜の中空部に被処理流体を
加圧して供給する内圧方式において、中空糸膜の破断な
どの事故が生じると、中空糸膜の中空部から被処理流体
がリークし、未処理のまま中空糸膜の透過側へ流入す
る。特に、前記保護筒の孔径が大きいため、透過成分が
直ちに汚染される。また、汚濁した被処理液や粒状物を
含む被処理流体を処理する場合には、透過成分の汚染が
著しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、中空糸膜が損傷したとしても、透過成分の汚染を抑
制できるとともに、円滑な膜分離を損うことのない中空
糸膜型エレメントおよび中空糸膜モジュールを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するため鋭意検討の結果、中空糸束を覆う筒体とし
て、特定の分離性能を有する分離膜を用いると、前記目
的を達成できることを見いだし、本発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明の中空糸膜型エレメント
は、複数の中空糸膜からなる中空糸束と、前記中空糸膜
の端面が開口した状態で前記中空糸束の両端部に形成さ
れた封止固定部と、前記中空糸束を覆うとともに、両端
部が前記封止固定部に固着された通気又は通液可能な筒
体とを備えたモジュールであって、前記筒体が、前記中
空糸膜の平均孔径よりも１０倍以上の大きさであって、
１００μｍ以下の平均孔径を有する分離膜で構成されて
いる。

【０００８】また、本発明の中空糸膜モジュールは、前
記中空糸膜型エレメントと、このエレメントを収容し、
かつ流出口が形成されたケーシングと、前記エレメント
の封止固定部とケーシングとの間を封止する封止手段と
を備えている。

【０００９】

【作用】前記中空糸膜型エレメントや中空糸膜モジュー
ルによれば、内圧方式の膜分離において、万一、中空糸
膜が損傷しても、中空糸束を覆う筒体が特定の分離性能
を有する。そのため、中空糸膜からリークする被処理流
体中に含まれる１００μｍを越える成分は透過が規制さ
れ、透過成分の汚染を抑制でき、トラブルによる被害を
最少限に止めることができる。また、筒体を構成する分
離膜が、中空糸膜の平均孔径よりも１０倍以上の大きさ
の平均孔径を有するので、前記分離膜による圧力損失は
殆どなく、従って、中空糸膜による膜分離効率を損うこ
ともない。

【００１０】また、筒体の有効な膜面積が、中空糸膜の
有効な膜面積の０．５〜３０％である場合には、被処理
流体中の固形分が筒体に直ちに蓄積され、通気又は通液
性が大幅に低下し、透過成分の汚染を抑制する効果が大
きい。なお、有効な膜面積とは、実質的に通気又は通液
性に関与する領域を意味し、中空糸膜の中空部に被処理
流体を供給する内圧式では、複数の中空糸膜の内表面積
の総面積を示す。

【００１１】

【実施例】以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の実
施例をより詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の中空糸膜型エレメントを示
す部分切欠き概略斜視図であり、図２は図１のエレメン
トを備えた中空糸膜モジュールの概略断面図である。

【００１３】前記中空糸膜型エレメントは、複数の中空
糸膜１からなる中空糸束２と、前記中空糸膜１の端面が
開口した状態で前記中空糸束２の両端部に形成された封
止固定部３を備えている。封止固定部３は、エポキシ樹
脂、ポリウレタンなどのシール剤により中空糸膜１の間
を埋設し接着することにより形成されている。

【００１４】前記中空糸束２は、通気又は通液可能な筒
体４で覆われ、保護されているとともに、筒体４の両端
部は、前記シール剤により封止固定部３に固着してい
る。なお、前記筒体４の両端部は、封止固定部３に埋設
されて固着していてもよい。

【００１５】そして、前記筒体４は、前記中空糸膜１よ
りも大きな平均孔径を有し、特定の大きさの不純物が透
過しない分離性能を有する分離膜で構成されている。前
記分離膜の平均孔径は、中空糸膜１の平均孔径に対して
１０倍以上、好ましくは２０倍以上であって、１００μ
ｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは１
０μｍ以下である。中空糸膜の平均孔径に対する分離膜
の平均孔径が１０倍未満であると、分離膜による圧力損
失が大きく、１００μｍを越えると、分離膜による濾過
効果が小さく、リークした被処理流体による透過成分の
汚染を抑制するのが困難となる。

【００１６】筒体を構成する分離膜の平均孔径は、分離
膜の種類により異なる。例えば、中空糸膜として、０．
０００５〜０．００５μｍ程度の平均孔径を有するガス
分離膜や逆浸透膜を用いる場合、前記筒体の分離膜の平
均孔径は、０．００５〜１０μｍ程度であればよく、
０．００１〜０．１μｍ程度の平均孔径を有する限外濾
過膜を用いる場合、前記筒体の分離膜の平均孔径は、
０．０１〜１００μｍ程度であればよい。また、０．１
〜８μｍ程度の平均孔径を有するミクロ濾過膜を用いる
場合、前記筒体の分離膜の平均孔径は、１〜１００μｍ
程度であればよい。

【００１７】筒体を構成する分離体は、通常、平均孔径
が０．１〜１００μｍ、好ましくは０．１〜５０μｍ、
さらに好ましくは０．１〜１０μｍ程度の孔を有してい
る。分離膜の孔径が０．１μｍ未満であると、圧力損失
が大きくなる。

【００１８】好ましい筒体には、１００μｍ以下、好ま
しくは０．０１〜５０μｍ、さらに好ましくは０．１〜
１０μｍの多数の孔を有するスキン層と支持体層とを備
えた非対称膜からなる円筒状膜が含まれる。前記支持体
層は、繊維の織布や不織布などで形成でき、比較的大き
な孔を有する多孔質層を構成する。前記非対称膜からな
る円筒状膜は、被処理流体の供給圧に対する耐圧性が大
きいので、中空糸束や中空糸膜に対する保護効果が大き
い。

【００１９】このような筒体に用いられる素材は、例え
ば、ステンレススチールなどの金属；ポリエステル、ナ
イロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリ
ル酸メチル、ポリサルホン、ポリカーボネートなどプラ
スチックなどが挙げられる。また、多孔質とする方法も
特に制限されず、例えば、相分離、延伸などの慣用の膜
形成方法の他、焼結、繊維状物の集合や編成などの方法
が挙げられる。

【００２０】さらに、前記筒体の有効な膜面積は、中空
糸膜の有効な膜面積の０．５〜３０％、好ましくは１〜
２０％、さらに好ましくは２〜１０％程度である。筒体
の有効膜面積が０．５％未満であると、圧力損失が高く
なり易く中空糸膜による処理効率が低下し、３０％を越
えると、中空糸膜の破断などの事故が生じたとき透過成
分が汚染され易くなる。

【００２１】前記中空糸膜型エレメントは、両端が開口
したケーシング５内に収容され、中空糸膜モジュールを
構成している。また、中空糸膜１の中空部に被処理流体
を加圧して供給する内圧方式により膜分離するため、前
記ケーシング５には、中空糸膜１を透過した成分を流出
させるための流出口６が形成されている。また、前記ケ
ーシング５の両端部には、被処理流体を中空糸膜１の中
空部へ供給するための供給口８を備えた蓋体７ａと、中
空糸膜１を透過しなかった濃縮成分を流出させるための
流出口９を備えた蓋体７ｂとが設けられ、前記中空糸束
２の封止固定部３とケーシング５と蓋体７ａ，７ｂとの
間は、弾性Ｏ−リング１０やパッキンなどの封止手段に
より気密に封止されている。

【００２２】なお、図３に示されるように、中空糸膜モ
ジュールにおいて、ケーシング５と封止固定部３との間
は、前記弾性Ｏ−リング１０ａやパッキンなどの封止手
段に代えて、又はこれらの封止手段とともに、接着剤１
０ｂ、例えば、封止固定部３の樹脂と同種の樹脂などの
封止手段により接合封止されていてもよい。

【００２３】このような中空糸膜型エレメントや中空糸
膜モジュールを用いると、前記筒体４により中空糸膜１
を保護できるとともに、万一、中空糸膜１が損傷したと
しても、透過成分や濃縮成分の汚染を抑制できる。

【００２４】なお、前記中空糸束は、両端部に限らず、
少なくとも一方の端部が封止固定されていればよい。す
なわち、中空糸膜の端面が開口して一方の端部に封止固
定部が形成され、他方の端部の中空糸膜の中空部は閉塞
されていてもよい。また、１つの中空糸束をＵ字状など
に折曲げて両端部を集束し、集束した端部に封止固定部
を形成してもよい。

【００２５】また、中空糸膜型エレメントの中空糸束お
よび筒体は、さらに保護手段により保護されていてもよ
い。好ましい中空糸膜エレメントはカートリッジを構成
する。図４は本発明の中空糸膜型エレメントの他の例を
示す部分切欠き概略斜視図である。なお、図１に示すエ
レメントと同様の要素や部材には、同一の符号を付して
説明する。

【００２６】この中空糸膜型エレメントは、複数の中空
糸膜１からなる中空糸束２と、封止固定部３と、特定の
分離性能を有する分離膜で構成された筒体４とに加え
て、前記筒体４を覆うとともに、カートリッジケースを
構成する通気又は通液可能な円筒状の保護筒１１を備え
ている。この保護筒１１には、大きな孔径の多数の孔１
２が形成され、保護筒１１の両端部は、膜分離に際して
前記筒体４を強固に支持するため、前記封止固定部３に
固着している。

【００２７】このようなカートリッジ式中空糸膜型エレ
メントは、ケーシングに着脱が容易で交換可能であるだ
けでなく、中空糸束２が筒体４と保護筒１１により二重
に保護されているため、保護効果が極めて高く、中空糸
膜１の損傷を確実に防止できる。さらに、前記図１に示
すエレメントの効果に加えて、中空糸膜１からリークし
ても、前記のような分離膜で構成された筒体４が損傷す
ることもない。しかも、保護筒１１に形成された孔１２
の径が大きく円滑に流体が流動するので、中空糸膜１に
よる膜分離に悪影響を及ぼすことがない。

【００２８】本発明の中空糸膜モジュールは、前記のよ
うな中空糸膜型エレメントを少なくとも１つ備えていれ
ばよい。図５は本発明の中空糸膜モジュールの他の例を
示す概略断面図である。

【００２９】この中空糸膜モジュールは、流出口６が形
成されたケーシング５内に複数のカートリッジ式中空糸
膜型エレメント２１が着脱可能に装着されている。すな
わち、ケーシング５内の両側部には、複数の装着部が形
成された装着プレート２２が配設され、前記複数の装着
部には、図４に示すエレメントと同様に構成された複数
のカートリッジ式中空糸膜型エレメント２１が軸方向に
略平行に着脱可能に装着されている。なお、前記装着部
において、中空束２の封止固定部３と装着プレート２２
との間は弾性Ｏ−リング２３やパッキンなどの封止手段
により気密に封止されている。

【００３０】また、内圧方式により膜分離するため、前
記ケーシング５の両端部には、ゼンキと同様に、供給口
８を備えた蓋体７ａと、流出口９を備えた蓋体７ｂとが
設けられ、前記中空糸束２の封止固定部３とケーシング
５と蓋体７ａ，７ｂとの間は、弾性Ｏ−リング１０など
の封止手段により気密に封止されている。

【００３１】このような中空糸膜モジュールでは、前記
図２及び図３に示す中空糸膜モジュールや図４に示すエ
レメントの効果に加えて、中空糸膜や中空糸膜型エレメ
ントが損傷したとしても、新たなカートリッジ式中空糸
膜型エレメントに容易に交換できる。

【００３２】なお、筒体を覆う保護手段は、保護筒に限
らず、保護ネットなどの網状の筒体などであってもよ
い。保護手段は、機械的強度の大きな形状保持性を有す
る材料、例えば、プラスチック、金属、セラミックスな
どで形成できる。

【００３３】また、図５に示すモジュールにおいて、カ
ートリッジ式中空糸膜型エレメントに代えて、保護手段
により保護されていない図１に示すようなエレメントを
装着プレートの装着部に装着してもよい。前記中空糸膜
型エレメントは、装着プレートの装着部に固着していて
もよいが、損傷したエレメントだけを交換するため、装
着プレートの装着部に対して着脱可能であるのが好まし
い。

【００３４】中空糸膜モジュールによる膜分離に際して
は、ケーシングの一方の流出口から中空糸膜の外面側
（一次側）に被処理流体を供給し、ケーシングの他方の
流出口から濃縮成分を流出させ、中空糸膜を透過した成
分を、中空糸膜の中空部（二次側）を通じて前記蓋体の
供給口や流出口から流出させる外圧方式も採用できる
が、本発明は内圧方式による膜分離に好ましく適用され
る。この内圧方式における膜分離では、前記のように、
被処理流体を中空糸膜の中空部（一次側）に供給し、透
過成分をケーシングの流出口から流出させる。これらの
膜分離において、被処理流体の透過側である二次側を減
圧してもよい。

【００３５】前記中空糸膜を構成するポリマーとして
は、例えば、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重
合体、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１
などのオレフィン系ポリマー；ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデ
ンフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共
重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体などのフッ素含有ポリマー；
酢酸セルロースなどのセルロース系ポリマー；ポリ塩化
ビニル；アクリロニトリル系ポリマー；ポリメチルメタ
クリレート、アクリロニトリル−メタクリル酸メチル共
重合体などのアクリル系ポリマー；シリコーン樹脂；ポ
リアミド；ポリイミド；ポリエーテルスルホン；ポリス
ルホン；ポリフェニレンオキサイド；ポリフェニレンス
ルフィド；ポリアリレート；ポリエーテルエーテルケト
ン；ポリエーテルイミド；ポリカーボネート；ポリビニ
ルアルコール系ポリマーなどが例示される。

【００３６】中空糸膜としては、分離成分の種類や分離
方式に応じて種々の膜、例えば、非多孔質膜、多孔質
膜、複合膜や改質膜などが使用できる。

【００３７】なお、中空糸膜は、必要に応じて、有機溶
剤による処理、プラズマ放電処理、コロナ放電処理、オ
ゾン処理などの表面処理を施した後、接着封止に供して
もよい。

【００３８】中空糸束の端部を封止するシール剤（接着
剤）の種類は特に制限されず、例えば、エポキシ樹脂、
ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン系ポリ
マー、シリコーン樹脂、フッ素含有樹脂などが挙げられ
る。

【００３９】ケーシングの形状は、用途などに応じて選
択できるが、通常、円筒状である場合が多い。ケーシン
グの材質は、被処理流体や分離成分の種類などに応じて
選択でき、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネー
ト、（メタ）アクリル系ポリマー、ポリスルホン、ポリ
エーテルスルホンなどのプラスチック；ステンレススチ
ールなどの金属などであってもよい。ケーシングは、通
常、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ステンレス
スチールなどで形成される場合が多い。

【００４０】被処理流体は、中空糸膜の分離特性に応じ
て選択でき、空気、酸素、窒素などの気体や液体含む流
体が使用できる。液体としては、水、アルコール類、エ
ーテル類、エステル類、ケトン類、有機酸類、アミン
類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、脂環族炭化
水素類、ハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。

【００４１】本発明の中空糸膜型エレメント及び中空糸
膜モジュールは、例えば、逆浸透、超濾過、浸透気化、
限外濾過、精密濾過などの種々の分離方式を利用し、液
体の分離、液体から気体成分の分離、気体の分離などに
好適に使用できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の中空糸膜型エレメントおよび中
空糸膜モジュールは、筒体により中空糸膜の損傷を防止
できる。また、中空糸膜が損傷したとしても、筒体が特
定の分離性能を有する分離膜で構成されているため、透
過成分の汚染を抑制でき、トラブルによる被害を最少限
に止めることができる。また、前記分離膜の孔径が、中
空糸膜の孔径よりも大きいので、圧力損失がなく、中空
糸膜による膜分離効率が妨げられることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の中空糸膜型エレメントを示す部
分切欠き概略斜視図である。

【図２】図２は図１のエレメントを備えた中空糸膜モジ
ュールの概略断面図である。

【図３】図３は他の中空糸膜モジュールの概略断面図で
ある。

【図４】図４は本発明の中空糸膜型エレメントの他の例
を示す部分切欠き概略斜視図である。

【図５】図５は本発明の中空糸膜モジュールの他の例を
示す概略断面図である。

【符号の説明】

１…中空糸膜 ２…中空糸束 ３…封止固定部 ４…筒体 ５…ケーシング ６…流出口 １０，１０ａ…弾性Ｏ−リング １０ｂ…接着剤 １１…保護筒 １２…孔 ２１…中空糸膜型エレメント

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の中空糸膜からなる中空糸束と、前
   記中空糸膜の端面が開口した状態で前記中空糸束の両端
   部に形成された封止固定部と、前記中空糸束を覆うとと
   もに、両端部が前記封止固定部に固着された通気又は通
   液可能な筒体とを備えたモジュールであって、前記筒体
   が、中空糸膜の平均孔径よりも１０倍以上の大きさであ
   って、１００μｍ以下の平均孔径を有する分離膜で構成
   されている中空糸膜型エレメント。
2. 【請求項２】 筒体の有効な膜面積が、中空糸束の有効
   な膜面積の０．５〜３０％である請求項１記載中空糸膜
   型エレメント。
3. 【請求項３】 筒体を構成する分離体が平均孔径０．１
   〜１００μｍの孔を有する請求項２記載中空糸膜型エレ
   メント。
4. 【請求項４】 筒体が、１０μｍ以下の多数の孔を有す
   るスキン層と支持体層とを備えた筒状膜である請求項２
   記載の中空糸膜型エレメント。
5. 【請求項５】 筒体を覆うとともに、筒体の孔径よりも
   大きな通気又は通液孔を有する保護手段を備えている請
   求項２記載の中空糸膜型エレメント。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかの項に記載の
   中空糸膜型エレメントと、このエレメントを収容し、か
   つ流出口が形成されたケーシングと、前記エレメントの
   封止固定部とケーシングとの間を封止する封止手段とを
   備えている中空糸膜モジュール。
7. 【請求項７】 複数の中空糸膜型エレメントが、ケーシ
   ング内に着脱可能に配設されている請求項６記載の中空
   糸膜モジュール。