JPH0733864Y2 - 中空糸型膜分離モジュール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、原液中の有用物質、有害物質の分離回収や精
製、原液の清浄化等に有用な中空糸型膜分離モジュール
に関する。

［従来の技術と考案が解決しようとする課題］ 近年、気体や液体等の原液を分離精製する選択透過膜が
広く利用されている。この選択透過膜のモジュールとし
て、平板型膜分離モジュール、チューブ型膜分離モジュ
ールや、膜面積が大きく、処理能力の高いスパイラル型
膜分離モジュール、中空糸型膜分離モジュールが知られ
ている。

第７図は従来の中空糸型膜分離モジュールを示す概略断
面図であり、このモジュールは、合成樹脂製中空ケース
（51）と、該ケース（51）内に配された中空糸束（52）
とを有している。なお、上記ケース（51）には、中空糸
束（52）を透過した透過液を流出させる導出管（51a）
が設けられている。

また中空糸束（52）の両端部は、中空糸の端面が開口し
た状態で、接着樹脂（53）で一体化されていると共に、
該接着樹脂（53）により、中空糸束（52）の両端部と上
記ケース（51）の内面とが接合され、封止されている。
また上記ケース（51）の両端開口部は、原液を供給する
供給管（55a）を備えた蓋体（54a）と、中空糸束（52）
の中空部を通過した濃縮液を流出させる流出管（55b）
を備えた蓋体（54b）とで閉塞されている。なお、ケー
ス（51）のフランジ部と蓋体（54a）（54b）のフランジ
部との間には、パッキンが介在する。

そして、逆浸透や限外濾過においては、透過効率及び処
理効率を高めるため、原液を、透過液との浸透圧差より
も大きな圧力で加圧した状態で供給管（55a）に供給
し、必要な隔膜差圧を与えることが行なわれている。す
なわち、供給管（55a）から原液を加圧状態で供給し、
原液中の成分を中空糸束（52）で選択的に透過させて分
離し、濃縮液を流出管（55b）から流出させ、透過液を
ケース（51）に設けられた導出管（51a）から流出させ
ている。また血液濾過や血液透析では、原液を加圧する
代りに、通常、透過液又は透析液の導出口（51a）を減
圧にして、必要な隔膜差圧を与えている。さらには、浸
透気化、蒸気透過やガス透過等では、透過側を減圧し、
透過成分が上記導出口（51a）から気体状態で取出され
る。

しかしながら、近年、膜分離対象の拡大に伴い、ケーシ
ングの材質も大きく変化している。すなわち、分離対象
には、有機化合物同士の分離や、エタノール濃度が80％
以上の水溶液の分離など、膜、接着樹脂、ケーシングを
浸蝕する溶液や蒸気混合物等が含まれてきた。このよう
な分離対象の拡大に対応して、膜の材質としてポリイミ
ド系、ポリオレフィン系、ポリ弗化化合物系等が使用さ
れつつある。また通常の熱可塑性プラスチック成形品で
は、耐薬品性が十分でないため、ケーシングの材質とし
て、ポリオレフィン系、ポリ弗化化合物、エポキシ系繊
維強化プラスチック、中でも、耐薬品性、耐圧性に優れ
る金属、特に非腐蝕性のステンレス製ケースが検討され
ている。しかしながら、ケースを、ポリオレフィン、ポ
リ弗化化合物、ステンレス等で構成すると、ケースに対
する接着樹脂（53）の接着力が十分でない。また硬化時
に接着樹脂（53）が収縮するだけでなく、使用に際し
て、昇降温時の熱履歴を受ける場合には、部分的温度差
が必然的に生じ、熱膨脹収縮むらによる歪応力が発生す
る。特に金属ケースの場合には、金属と接着樹脂（53）
との熱膨脹係数が異なるので、歪応力が強く、しかも接
着力が小さいので、ケース（51）内面と接着樹脂（53）
との間が剥離して間隙部が生じ易く、ケース（51）内面
と中空糸束（52）の両端部とを封止するのが困難であ
る。特に膜分離モジュールが昇降温の熱履歴を受ける場
合には、ケース（51）内面と接着樹脂（53）との間に間
隙部が生じ易く、長期に亘り高い処理能力を維持するの
が困難である。

従って、本考案の目的は、ポリオレフィン、ポリ弗化化
合物又は金属などのように、接着樹脂との接着性が十分
でない材料で形成されたケースを用いても、封止性を確
保でき、長期に亘り高い処理能力を維持できる中空糸型
膜分離モジュールを提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用］ 本考案は、中空ケース内に中空糸束が配され、かつ中空
糸束の両端部が、中空糸の端面が開口した状態で、上記
ケースの内面に接着樹脂で固着されていると共に、上記
ケースの両端開口部が、連通部を有する蓋体で閉塞さ
れ、上記ケースと、中空糸束の接着樹脂部と、蓋体との
交点部に環状パッキンが挾圧状態で配されている膜分離
モジュールであって、ケースの内壁端部と接着樹脂部の
外方端部との対向部に形成された環状凹部と、この環状
凹部に部分的に収容されているとともに、前記蓋体によ
り前記環状凹部の深部方向に挾圧されて、前記交点部を
封止するための環状パッキンとを備えている中空糸型膜
分離モジュールにより、上記課題を解決するものであ
る。

上記構成の膜分離モジュールによれば、接着樹脂との接
着力が小さなポリオレフィン、ポリ弗化化合物や金属な
どでケースを形成したとき、ケースの内面と、中空糸束
の接着樹脂部との間に間隙部が生じたとしても、ケース
と接着樹脂部との端部に形成された環状凹部により環状
パッキンの収容保持性を高めることができる。そして、
環状凹部に部分的に収容された環状パッキンは、蓋体に
よりモジュールの軸方向へ押圧されるので、環状パッキ
ンは位置ずれすることなくモジュールの１方向（環状凹
部の深部方向）へ押圧され、１つの環状パッキンにより
交点部を緊密に封止できる。また、環状凹部はケースの
内壁端部と接着樹脂部の端部との対向部に形成されてい
るので、簡単な構造で、封止性を向上できる。

［実施例］ 以下に、添付図面に基づいて本考案をより詳細に説明す
る。

第１図は本考案の一実施例を示す概略断面図、第２図は
第１図に示すモジュールの要部断面図であり、多数の中
空糸で構成された中空糸束（１）は、導出管（３）が形
成された中空円筒状のステンレス製ケース（２）内に配
されている。この導出管（３）からは、中空糸を透過し
た透過液が流出する。また原液を各中空糸の中空部に供
給可能とするため、上記中空糸束（１）の両端部は、そ
れぞれ中空糸の端面が開口した状態で、エポキシ樹脂等
の接着樹脂（７）で接合一体化されていると共に、その
両端部の接着樹脂（７）によりステンレス製ケース
（２）内面に固着され、保持されているる。なお、導出
管（３）は、ケース（２）の適所に適宜数、例えば２個
形成してもよい。

上記ステンレス製ケース（２）の両端部内面には、それ
ぞれ、段部（4a）（4b）と、一部欠損した環状溝（5a）
（5b）、すなわち周方向に離間した凹部とが形成されて
おり、上記接着樹脂（７）部は、これら段部（4a）（4
b）及び環状溝（5a）（5b）と係合状態で密着してい
る。

またステンレス製ケース（２）の内面両端部に形成され
た傾斜面と、接着樹脂（７）部の外方端部に形成された
傾斜面とでＶ字状の環状凹部（14a）を構成している。
該Ｖ字状の環状凹部（14a）には、後述する環状パッキ
ンとしてのＯ−リング（14）が部分的に収容して配され
ている。従って、ケース（２）と蓋体（9a）（9b）とを
締結手段（11）で締付けることにより、Ｏ−リング（1
4）を介して、段部（4a）（4b）及び一部欠損した環状
溝（5a）（5b）により、接着樹脂（７）部とケース
（２）とを係合させ、中空糸束（１）を、ケース（２）
内に、軸方向ずれや回動ずれを生じさせることなく保持
できる。

なお、中空糸型膜分離モジュールは、通常、次のように
して作製されている。すなわち、ケース（２）内に、若
干長いめの中空糸束（１）を配し、ケース（２）の両端
開口部を、接着樹脂（７）に対して剥離可能な仮蓋、例
えばポリエチレン、ポリプロピレン製の仮蓋やテフロン
コーティングされた仮蓋等で閉塞した後、中空糸束
（１）両端部の中空糸間及び中空糸の腔内に接着樹脂
（７）を注入する。次いで、中空糸束（１）両端部のう
ち上記樹脂注入部よりも内側部の中空糸間に接着樹脂を
注入し、仮蓋を外した後、中空糸束（１）の両端部を切
断して中空糸の内腔を開口させ、ケース（２）の開口両
端部を蓋体（9a）（9b）で閉塞している。このようにし
て作製された膜分離モジュールにおいて、接着樹脂
（７）の硬化等により、ケース（２）と接着樹脂（７）
とが剥離すると、中空糸束（１）が軸方向や回動方向に
ずれると共に、中空糸束（１）と接着樹脂（７）との間
に遊びが生じる。従って、中空糸束（１）の切断工程に
おいて、中空糸束（１）に過剰な応力が作用すると共
に、中空糸束（１）が損傷を受ける。しかしながら、上
記実施例のケース（２）には、一部欠損した環状溝（5
a）（5b）が形成されているので、中空糸束（１）の軸
方向ずれや回動ずれを防止でき、中空糸束（１）の切断
時に過剰な応力が作用するのを抑制できると共に、中空
糸束（１）の損傷を防止できる。

中空糸束（１）の長手方向中央部には、ケース（２）内
面との間に、中空糸束（１）を透過した透過液用流路
（８）が形成され、該流路（８）は、前記ケース（２）
の導出管（３）と連通している。なお、中空糸束（１）
は、両端が接着樹脂（７）で固定された状態の保護ネッ
ト、連通発泡体等で覆われ、保護されていてもよい。

ステンレス製ケース（２）の両端部にはそれぞれフラン
ジ（6a）（6b）が形成され、ステンレス製ケース（２）
の両端開口部を閉塞するステンレス製蓋体（9a）（9b）
にはフランジ（10a）（10b）が形成されているので、上
記ケース（２）のフランジ（6a）（6b）と蓋体（9a）
（9b）のフランジ（10a）（10b）とをパッキン（11a）
を介してボルト・ナット等の締結手段（11）で締結でき
る。ステンレス製ケース（２）の両端開口部うち一方の
開口部を閉塞する蓋体（9a）には原液を供給する供給管
（12）が連通部として延設され、他方の開口部を閉塞す
る蓋体（9b）には中空糸束（１）の中空部を通過した濃
縮液を流出させる流出管（13）が連通部として延設され
ている。

そして、ステンレス製ケース（２）の内面と、中空糸束
（１）両端部の接着樹脂（７）の外面と、蓋体（9a）
（9b）の内面との交点部には、弾性変形可能なＯ−リン
グ（14）が挾圧状態で配されている。すなわち、交点部
に位置するＶ字状の環状凹部（14a）にはＯ−リング（1
4）が部分的に収容されて配され、かつケース（２）の
フランジ（6a）（6b）と蓋体（9a）（9b）のフランジ
（10a）（10b）とを締結手段（11）で緊密に締結するこ
とにより、Ｏ−リング（14）は位置ずれすることなくケ
ース（２）の１方向、すなわち環状凹部（14a）の深部
方向へ押圧され、３つの部材により挾圧、圧縮された１
つのＯ−リング（14）で上記交点部を封止している。

上記構造の膜分離モジュールによれば、接着樹脂（７）
の熱膨脹収縮等に起因して、中空糸束（１）の両接着樹
脂（７）端部とケース（２）の内面との間に間隙部等が
生成しても、弾性変形可能なＯ−リング（14）が、ステ
ンレス製ケース（２）と、中空糸束（１）両端部の接着
樹脂（７）と、蓋体（9a）（9b）との交点部に挾圧状態
で配されているので、上記交点部を１つのＯ−リング
（14）で確実に封止できる。すなわち、原液又は濃縮液
と外部との間の封止、原液と透過液との間の封止、透過
液と外部との間の封止を、１箇所に配された１つのＯ−
リング（14）で確保できる。しかもＯ−リング（14）が
Ｖ字状の環状凹部（14a）に収容された状態で挾圧され
ているため、圧縮状態のＯ−リング（14）により上記交
点部を緊密かつ確実に封止できる。またケース（２）が
耐圧性の大きなステンレス製であるため、原液を高い圧
力で供給管（12）から供給しても、ケース（２）が膨出
したり、ケース（２）にクラック等が生じることがな
く、中空糸束（１）を透過した透過液を前記流路（８）
を介して導出管（３）から、また中空糸束（１）を透過
しない濃縮液を流出管（13）から流出させることができ
る。従って、膜分離モジュールに熱履歴や圧力が作用し
ても、長期に亘り高い処理能力を維持できる。

第３図は本考案の他の実施例を示す概略断面図、第４図
は第３図に示すモジュールの要部断面図である。なお、
以下、説明の都合上、前記第１図に示す膜分離モジュー
ルと同じ部材には、同一の符号を付して説明する。

この例では、ステンレス製ケース（22）の両端開口部を
螺合可能な蓋体（9a）（9b）で閉塞している。すなわ
ち、ステンレス製ケース（22）の内面両端部に形成され
た切欠段部と、中空糸束（１）の両端部の接着樹脂
（７）の外方端部周面とで、Ｏ−リング（14）を部分的
に収容するための環状凹部（24a）が構成されている。
また上記ステンレス製ケース（22）の両端開口部は、ケ
ース（22）両端部の外周面と、この外周面に対応する蓋
体（29a）（29b）の側部内面とで構成された螺合部（2
5）に螺合される蓋体（29a）（29b）で閉塞されてい
る。そして、蓋体（29a）（29b）の内面には、蓋体（29
a）（29b）の螺合に伴い、Ｏ−リング（14）を押圧し増
し締めする環状凸部（30a）（30b）が形成されている。
なお、中空束（１）は、保護ネット（21）で覆われ、該
ネット（21）の両端は接着樹脂（７）で固定されてい
る。

従って、この場合には、前記第１図に示すＶ字状の環状
凹部（14a）とは異なり、環状凹部（24a）でのＯ−リン
グ（14）の収容保持性が大きいので、Ｏ−リング（14）
を環状凹部（24a）にセットした状態で、接着樹脂
（７）を中空糸束（１）の両端部に遠心注入でき、膜分
離モジュールの組立作業性に優れている。また接着樹脂
（７）の硬化等に伴い、ケース（22）と接着樹脂（７）
との間に隙間が生じても、蓋体（29a）（29b）に形成さ
れた環状凸部（30a）（30b）によりＯ−リング（14）に
対する押圧力を高めた状態で増し締めでき、挾圧状態の
Ｏ−リング（14）で交点部を確実に封止することができ
る。

なお、本考案においては、１つのＯ−リングにより、封
止性を確保できるので、中空ケースは、前記ステンレス
に限らず、機械的強度が大きく耐腐蝕性を有する金属材
料や、熱可塑性、熱硬化性プラスチック等で形成された
通常のモジュールケースも使用できる。中空糸束を構成
する中空糸は、種々の高分子で形成できる。蓋体は、通
常、ケースと同じ材料で形成される。

またケース内面に形成された段部（4a）（4b）又は一部
欠損した環状溝（5a）（5b）の形状は、上記実施例に示
された形状に限定されず、ケースと中空糸束両端の接着
樹脂部とが剥離しても、両者の係合を確保して、中空糸
束の軸方向のずれや回動ずれを防止し、Ｏ−リングによ
る封止不良を起さないものであればよい。例えば、一部
欠損した環状溝（5a）（5b）に代えて、接着樹脂（７）
に対応するケースの内面周方向に凹凸部を形成してもよ
く、ケース内面に散在した凹凸部を形成してもよい。

またケースの内壁端部と接着樹脂部の外方端部との交点
部に形成された環状凹部に収容されたＯ−リングは、挾
圧することにより、原液側と透過液側との間、原液側と
外部との間、透過液側と外部との間を同時かつ確実に遮
断するものであればよく、ケースと接着樹脂部と蓋体と
の交点部は、Ｏ−リングに限らず、ケース等の形状に応
じた環状パッキンで封止されていればよい。環状パッキ
ンを部分的に収容する環状凹部は、Ｖ字状凹部等に限ら
ず、断面Ｕ字状等であってもよい。

第５図は本考案の他の実施例を示す要部断面図であり、
この例では、ケース（32）の端部内面と接着樹脂（７）
の端部外面とが断面湾曲状に切欠され、断面Ｕ字状の環
状凹部（34a）が形成されている。該断面Ｕ字状の環状
凹部（34a）には前記と同様のＯ−リング（14）が蓋体
（9a）で挾圧された状態で配されている。

本考案の中空糸型膜分離モジュールは、ケースと、中空
糸束の接着樹脂部と、蓋体との交点部に少なくとも環状
パッキンが挾圧状態で配されていればよい。

第６図は本考案のさらに他の実施例を示す概略要部断面
図であり、この例では、ステンレススチール製ケース
（42）が、ケース本体（42a）と、このケース本体（42
a）の両端部の螺合部（43）にそれぞれ螺着されるケー
ス端部材（42b）とで構成されている。ケース端部材（4
2b）と、中空糸束（１）の接着樹脂部（７）と、蓋体
（9a）との交点部には、前記と同様に、第１のＯ−リン
グ（14a）が挾圧状態で配されている。

またケース本体（42a）の両端部内面には段部が形成さ
れていると共に、ケース端部材（42b）のうちケース本
体（42a）側の端部内面には第１の段部（44）と第２の
段部（45）とが形成されている。ケース本体（42a）と
ケース端部材（42b）との螺着状態において、第１の段
部（44）により環状溝（46）が形成され、第２の段部
（45）とケース本体（42a）の段部とで弾性変形可能な
第２のＯ−リング（14b）を収容する環状孔（47）が形
成されている。

この中空糸型膜分離モジュールによると、前記と同様
に、ケース端部材（42b）と、中空糸束（１）の接着樹
脂（７）部と、蓋体（9a）との交点部を挾圧状態の第１
のＯ−リング（14a）で封止できる。またケース本体（4
2a）とケース端部材（42b）とを螺合することにより、
第２のＯ−リング（14b）でケース本体（42a）とケース
端部材（42b）と外部との間を封止できる。さらには、
接着樹脂（７）部を削り取ったり、ケース本体（42a）
とケース端部材（42b）の内面に、ポリエチレン、ポリ
プロピレンやフッ素系樹脂等の表面エネルギーの小さな
材料からなるコーティング層を形成する等の方法によ
り、螺合状態で形成された環状溝（46）を、上記ケース
本体（42a）とケース端部材（42b）との螺合解除により
分解できるので、使用済みの中空糸型膜分離モジュール
を取替るのが容易であり、ケース（42）を繰返し使用で
きる。

なお、中空糸束（１）が軸方向にずれたり、回動方向に
ずれるのを防止するため、第１の段部（44）に代えて、
ケース端部材（42b）の内面周方向に離間した凹凸部を
形成してもよい。

［考案の効果］ 以上のように、本考案の中空糸型膜分離モジュールによ
れば、中空ケースの内壁端部と、該ケース内に配された
中空糸束の接着樹脂部の外方端部との対向部に環状パッ
キン用の環状凹部を形成するという簡単な構造で、ケー
スと接着樹脂部と蓋体との交点部で環状パッキンを挾圧
することにより、接着樹脂の接着力のみによって封止性
を確保するのが困難なポリオレフィン製、ポリ弗化化合
物製、金属製などのケースを用いても、原液又は濃縮液
と外部との間、原液と透過液との間、透過液と外部との
間の封止を、１箇所に配された１つ環状パッキンで確保
でき、長期に亘り高い処理能力を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略断面図、 第２図は第１図に示すモジュールの要部断面図、 第３図は本考案の他の実施例を示す概略断面図、 第４図は第３図に示すモジュールの要部断面図、 第５図は本考案の他の実施例を示す要部断面図、 第６図は本考案のさらに他の実施例を示す概略要部断面
図、 第７図は従来の中空糸型膜分離モジュールを示す概略断
面図である。 （１）……中空糸束、（２）（22）（32）（42）……ケ
ース、（７）……接着樹脂、（9a）（9b）（29a）（28
b）……蓋体、（12）……供給管、（13）……流出管、
（14）（14a）……Ｏ−リング

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中空ケース内に中空糸束が配され、かつ中
   空糸束の両端部が、中空糸の端面が開口した状態で、上
   記ケースの内面に接着樹脂で固着されていると共に、上
   記ケースの両端開口部が、連通部を有する蓋体で閉塞さ
   れ、上記ケースと、中空糸束の接着樹脂部と、蓋体との
   交点部に環状パッキンが挾圧状態で配されている膜分離
   モジュールであって、ケースの内壁端部と接着樹脂部の
   外方端部との対向部に形成された環状凹部と、この環状
   凹部に部分的に収容されているとともに、前記蓋体によ
   り前記環状凹部の深部方向に挾圧されて、前記交点部を
   封止するための環状パッキンとを備えていることを特徴
   とする中空糸型膜分離モジュール。