JPH0733865Y2 - 中空糸分離膜モジュール - 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分離膜モジュールに
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６図は従来の中空糸分離膜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、パッキンやＯ−リングが介在する。

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）の両端部とを接着力のみで封止するの
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分
離膜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
たモジュールであって、ケース内壁との螺合により、中
空糸束の接着樹脂部と係止することなくケースの内方へ
移動可能な環状挾圧部材と、ケース内壁と接着樹脂部と
の対向部に形成された凹状座部と、この凹状座部に内方
への移動が規制されて収容され、かつ前記環状挾圧部材
の螺合により挾圧されて、前記ケースと接着樹脂部との
間を封止するための弾性変形可能な第１の環状パッキン
と、ケースと蓋体との当接部を封止するための第２の環
状パッキンとを備えている中空糸分離膜モジュールによ
り、上記課題を解決するものである。

上記構成の分離膜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、接着樹脂の収縮等により、
ケースと、中空糸束の接着樹脂部との間や、環状パッキ
ンとケースとの間に間隙部が生じたり、環状パッキンに
よる押圧力がなくなっても、環状挾圧部材が螺合に伴っ
てケースの内方へ移動可能であるため、内方への移動が
規制されつつ凹状座部に収容された第１の環状パッキン
を、環状挾圧部材により確実かつ強固に挾圧できる。そ
のため、接着力によって封止性を確保することが困難な
ケースを用いても、ケースと中空糸束の接着樹脂部との
間を確実に封止できる。またケースと蓋体との当接部に
第２の環状パッキンが配されているので、ケースと蓋体
との間を封止できる。従って、ケースと接着樹脂部と蓋
体との間を前記第１の環状パッキン及び第２の環状パッ
キンで確実に封止できる。

［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（1a）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、それぞれ端面が開口した状態で、エポキシ樹脂等の
接着樹脂（８）で接合一体化されていると共に、その両
端部の接着樹脂（８）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。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、第１の段部（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、接着樹脂（８）部は、これら段部（4a）
（4b）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）の開口端部内面には、第
２の段部（6a）（6b）が形成され、この第２の段部（6
a）（6b）の内壁と前記接着樹脂（８）の外面との対向
部に第１の凹状座部（15a）が形成されている。この第
１の凹状座部（15a）には、後述する第１のＯ−リング
（15）が内方への移動を規制しつつ収容される。また第
２の段部（6a）（6b）の内壁と環状挾圧部材（17）の外
周とで螺合部（17a）を形成している。従って、ケース
（２）内壁との螺合により、環状挾圧部材（17）は接着
樹脂（８）部と係止することなくケース（２）の内方へ
移動し、Ｏ−リング（15）を挾圧する。また、挾圧され
たＯ−リング（15）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（８）
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（８）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
（８）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（10a）（10b）で閉塞している。このように
して作製された分離膜モジュールにおいて、接着樹脂
（８）の硬化等によりケース（２）と接着樹脂（８）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（８）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（5a）
（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。

また中空糸束（１）の長手方向中央部には、ケース
（２）内面との間に、中空糸を透過した透過液用流路
（９）が形成され、該流路（９）は、前記ケース（２）
の導出管（３）と連通している。

ステンレス製ケース（２）の両端部にはそれぞれフラン
ジ（7a）（7b）が形成され、この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（10
a）（10b）にはフランジ（11a）（11b）が形成されてい
るので、ケース（２）のフランジ（7a）（7b）と、蓋体
（10a）（10b）のフランジ（11a）（11b）とをボルト・
ナット等の締結手段（12）で締結できる。またステンレ
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（10a）には原液を供給する供給管（13）が
連通部として延設され、ケース（２）の他方の開口部を
閉塞する蓋体（10b）には中空糸の中空部を通過した濃
縮液を流出させる流出管（14）が連通部として延設され
ている。

また上記ステンレス製ケース（２）のフランジ（7a）
（7b）と蓋体（10a）（10b）のフランジ（11a）（11b）
との当接部には第２の凹部（16a）が形成され、この第
２の凹部（16a）には、後述する第２のＯ−リング（1
6）が配される。

そして、前記第１の凹状座部（15a）に内方への移動が
規制されつつ収容された弾性変形可能な第１のＯ−リン
グ（15）が、接着樹脂（８）と接合した状態で、環状挾
圧部材（17）の螺合により挾圧され、ステンレス製ケー
ス（２）と、中空糸束（１）両端部の接着樹脂（８）と
の間を封止している。より詳細には、上記環状挾圧部材
（17）と第２の段部（6a）（6b）との螺合部（17a）
で、環状挾圧部材（17）を中空糸束（１）の接着樹脂
（８）部と係止させることなく螺合させて増し締めする
ことにより、凹状座部（15a）に内方への移動が規制さ
れつつ収容された第１のＯ−リング（15）を挾圧してい
る。従って、接着樹脂（８）の熱膨脹収縮等に起因し
て、中空糸束（１）の両端部とケース（２）の内面との
間や、第１のＯ−リング（15）とケース（２）との間に
間隙部等が生成しても、環状挾圧部材（17）の増し締め
により、第１のＯ−リング（15）が挾圧され、圧縮変形
した状態となるので、中空糸束（１）の両端部とケース
（２）との間を緊密かつ確実に封止できる。すなわち、
上記のような環状挾圧部材（17）を用いると、その増し
締めにより、ケース（２）の両端部を蓋体（10a）（10
b）で閉塞しなくても、独立して、透過液用流路（９）
と原液側との間、透過液用流路（９）と外部との間を第
１のＯ−リング（15）で確実に封止できるという利点が
ある。その際、第１のＯ−リング（15）を接着樹脂
（８）と接合できるので、第１のＯ−リング（15）を不
動状に保持した状態で環状挾圧部材（17）の螺合により
挾圧できる。また環状挾圧部材（17）の螺合により第１
のＯ−リング（15）をケース（２）の凹状座部（15a）
に予め嵌合させた状態で接着樹脂（８）を注入できるの
で、モジュールの組立作業性に優れている。また接着樹
脂（８）の収縮等により、第１のＯ−リング（15）が遊
んだ状態となっても、環状挾圧部材（17）で第１のＯ−
リング（15）を挾圧して増し締めすることにより、封止
性を確保できる。

なお、上記環状挾圧部材（17）をポリエチレン、ポリプ
ロピレン又はフッ素樹脂等の表面エネルギーの小さな材
料でコーティングしておくと、接着樹脂（８）と環状挾
圧部材（17）とが接着せず、又は両者の接着力が小さく
なるので、接着樹脂（８）が硬化した後、環状挾圧部材
（17）により第１のＯ−リング（15）を増し締めでき
る。

またケース（２）のフランジ（7a）（7b）と蓋体（10
a）（10b）のフランジ（11a）（11b）とを締結手段（1
2）で緊密に締結することにより、第２の凹部（16a）に
配された弾性変形可能な第２のＯ−リング（16）が、挾
圧できるので、ケース（２）と蓋体（10a）（10b）と外
部との間を確実に封止できる。またケース（２）が耐圧
製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（13）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（９）を介し
て導出管（３）から流出させ、また中空糸束（１）を透
過しない濃縮液を流出管（14）から流出させることがで
きる。従って、分離膜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である。
なお、以下、説明の都合上、前記第１図に示す分離膜モ
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）の両端開口部は
蓋体（30a）（30b）を螺合することにより閉塞されてい
る。すなわち、上記ステンレス製ケース（22）の両端部
の外周面と、該外周面に対応する蓋体（30a）（30b）の
側部内面とで螺合部（21）を構成しており、ステンレス
製ケース（22）と蓋体（30a）（30b）とは互いに螺着可
能である。なお、中空束（１）は、保護ネット（23）で
覆われ、該ネット（23）の両端は接着樹脂（８）で固定
されている。

従って、環状挾圧部材（17）を介して第１のＯ−リング
（15）を挾圧し、かつ上記蓋体（30a）（30b）をステン
レス製ケース（22）の両端開口部に螺着することによ
り、第２のＯ−リング（16）を挾圧した状態で、ケース
（22）と中空糸束（１）の接着樹脂（８）部と蓋体（30
a）（30b）との間を封止できる。

なお、本考案においては、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（８）
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。

また第１のＯ−リング及び第２のＯ−リングは、双方に
より、原液側又は濃縮液側と透過液側との間、原液側又
は濃縮液側と外部との間、透過液側と外部との間を遮断
するものであればよく、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。
第１の環状パッキンは、接着樹脂と必ずしも接合してい
る必要はないが、接着樹脂と接合すると、第１の環状パ
ッキンの保持性を高めつつ封止性を高めることができ
る。第１の環状パッキンを内方への移動を規制しつつ収
容する凹状座部及び第２の環状パッキンを収容する凹部
は、断面Ｖ字状や断面Ｕ字状等であってもよい。なお、
第２のＯ−リングを収容する凹部は、必ずしも必要では
ない。

また環状挾圧部材はケース内壁との螺合により、中空糸
束の接着樹脂部と係止することなくケースの内方へ移動
可能であるとともに、環状パッキンを螺合により挾圧し
うるものであればよい。さらには、環状挾圧部材の形状
は第１の環状パッキンを挾圧できるものであれば特に制
限されない。例えば第４図に示されるように、ケース
（２）の両端内壁の螺合部（17a）に螺合される環状挾
圧部材（37）の先端部に、湾曲凹部が形成されていても
よく、第５図に示されるように、上記と同様の環状挾圧
部材（47）の先端部に、偏在した湾曲凹部が形成されて
いてもよい。また環状挾圧部材の先端部は膨出状などで
あってもよい。なお、先端部に湾曲凹部を有する環状挾
圧部材（37）（47）では、その先端部が尖っているの
で、第１の環状パッキンを損傷させる場合がある。従っ
て、環状挾圧部材の先端面は、前記第２図に示されるよ
うに、少なくとも平坦部を有するのが好ましい。

［考案の効果］ 以上のように、本考案の中空糸分離膜モジュールによれ
ば、ケースと中空糸束の接着樹脂部との間が、ケース内
壁との螺合に伴って接着樹脂部と係止することなくケー
スの内方へ移動可能な環状挾圧部材により、内方への移
動が規制されつつ凹状座部に収容された弾性変形可能な
第１の環状パッキンが挾圧される。そのため、ケースと
接着樹脂部との間が第１の環状パッキンで封止されてい
ると共に、ケースと蓋体との当接部が第２の環状パッキ
ンで封止されているので、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、第１及
び第２の環状パッキンで封止性を確保でき、長期に亘り
高い処理能力を維持できる。

【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図及び第５図はそれぞれ本考案のさらに他の実施例
を示す要部断面図、 第６図は従来の中空糸分離膜モジュールを示す概略断面
図である。 （１）……中空糸束、（２）（22）……ケース、（８）
……接着樹脂、（10a）（10b）（30a）（30b）……蓋
体、（13）……供給管、（14）……流出管、（15）……
第１のＯ−リング、（16）……第２のＯ−リング、（1
7）（37）（47）……挾圧部材

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
   れたモジュールであって、ケース内壁との螺合により、
   中空糸束の接着樹脂部と係止することなくケースの内方
   へ移動可能な環状挾圧部材と、ケース内壁と接着樹脂部
   との対向部に形成された凹状座部と、この凹状座部に内
   方への移動が規制されて収容され、かつ前記環状挾圧部
   材の螺合により挾圧されて、前記ケースと接着樹脂部と
   の間を封止するための弾性変形可能な第１の環状パッキ
   ンと、ケースと蓋体との当接部を封止するための第２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分
   離膜モジュール。