JPH0746346Y2 - 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８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。

このモジュールにおいて、中空筒状ケーシング（71）の
一方の端部には、フランジ（72）が形成されていると共
に、他方の端部には、原液を供給する供給管（73）が形
成されている。さらに、前記中空ケーシング（71）に
は、前記中空糸束（75）を透過しなかった非透過液を流
出させる導出管（74）が形成されている。

中空筒状ケーシング（71）内に配される中空糸束（75）
の一方の端部には、各中空糸の端面が開口した状態で、
封止部（76）が形成されている。この封止部（76）は、
中空糸間を封止剤で一体化することにより形成され、前
記封止部（76）の封止剤により、中空糸束（75）の一方
の端部と上記ケーシング（71）の内面とが、接合・封止
されている。また、中空糸束（75）の他方の端部では、
中空糸の開口部が封止剤により封止されている。

前記中空ケーシング（71）のうち前記封止部（76）に対
応する開口部は、蓋体（77）で閉塞されている。この蓋
体（77）には、前記中空糸束（75）の中空部を通過した
透過液を流出させる流出管（78）が形成されていると共
に、フランジ（79）が形成されている。

そして、前記ケーシング（71）のフランジ（72）と蓋体
（77）のフランジ（79）とを、例えば環状パッキン（8
0）を介して、ボルト・ナットなどの締結手段（81）に
より締結することにより、膜分離モジュールが構成され
ている。

このように構造のモジュールにより、逆浸透や限外濾過
を行なう場合には、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力で加圧
した状態で供給管（73）に供給し、必要な隔膜差圧を与
えている。すなわち、供給管（73）から原液を加圧状態
で供給し、原液中の成分を中空糸束（75）の中空糸で選
択的に透過させて分離し、透過液を流出管（78）から流
出させ、非透過液をケーシング（71）の導出管（74）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流出管
（78）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、透過成分が上記流出管（78）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。より詳細には、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、封止剤、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、特に非腐触性のステンレス製ケーシングが検
討されている。

しかしながら、ケーシングを、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、ケーシングに対
する封止剤の接着力が十分でない。また、硬化時に封止
剤、ひいては封止部（76）が収縮すると共に、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、熱膨張収縮むらによる歪応力が発生
する。特に金属ケーシングの場合には、金属と封止剤と
の熱膨張係数が異なるので、歪応力が強い。従って、ケ
ーシング（71）内面と封止部（76）との間が剥離して間
隙部が生じ易く、ケーシング（71）内面と中空糸束（7
5）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、ケーシ
ング（71）内面と封止部（76）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、封止剤との接着性が十分で
ないケーシングであっても、高い封止性を確保でき、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、中空ケース内に配された中空糸束と、この中
空糸束の端部に形成された封止部と、この封止部側のケ
ースの開口部を閉塞し、かつ連通部を有する蓋体とで構
成され、前記中空糸束が、原液の成分が中空糸の外方か
ら中空部へ透過し、かつ透過成分が中空糸の少なくとも
一方の端部から流出可能な中空糸で構成されていると共
に、前記中空糸束のうち流出側の端部に１つの封止部が
形成され、前記ケースと、中空糸束の封止部と、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封止部の外
方端部との対向部に形成された環状凹部と、この環状凹
部に部分的に収納されていると共に、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を提供する。

本考案は、片端開口型のモジュール、すなわち、中空糸
束の流出側の端部に１つの封止部が形成されたモジュー
ルに適用される。このモジュールでは、原液の成分が、
中空糸の外方から中空部へ透過し、かつ透過成分が、中
空糸の少なくとも一方の端部から流出する。

このような膜分離モジュールにおいて、ケースの内面
と、中空糸束の封止部との間に間隙部が生じたとして
も、ケースと中空糸束の封止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
の一方向（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封止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る。

多数の中空糸で構成された中空糸束（１）は、中空円筒
状のステンレス製ケーシング（３）内に配されている。
原液を外方から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）の一方の端部は、中空糸の端面
が開口した状態で、エポキシ樹脂等の封止剤で中空糸間
を接合一体化することにより、封止部（２）が形成され
ている。自由端を構成する中空糸束（１）の他方の端部
において、各中空糸の開口部は、封止剤で閉塞されてい
る。

なお、中空糸束（１）は、封止部（２）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。

前記ケーシング（３）の一方の端部には、原液を供給す
る供給管（４）が形成されている。また、ケーシング
（３）には、中空糸を透過しなかった非透過液、すなわ
ち濃縮液が流出する導出管（５）が形成されている。な
お、導出管（５）から原液を供給し、供給管（４）から
非透過液を流出させてもよい。また、導出管（５）はケ
ーシング（３）の適所に適宜数、例えば２個形成しても
よい。

前記ケーシング（３）の他方の端部内面には、段部
（６）と、一部欠損した環状溝（７）、すなわち周方向
に離間した凹部とが形成されている。前記封止剤によ
り、封止剤（２）は、段部（６）及び環状溝（７）と係
合状態で固着している。従って、前記中空糸束（１）
を、ケーシング（３）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。

また、ケーシング（３）の他方の端部内面に形成された
傾斜面と、封止部（２）の外方端部に形成された傾斜面
とにより、Ｖ字状の環状凹部（８）が形成されている。
このＶ字状の環状凹部（８）には、環状パッキンとして
のＯ−リング（９）が部分的に収容して配されている。

ステンレス製ケーシング（３）の端部にはフランジ（1
0）が形成されている。ケーシング（３）のフランジ（1
0）側の開口部は、ステンレス製蓋体（11）で閉塞され
る。この蓋体（11）には、フランジ（12）が形成されて
いると共に、中空糸束（１）の中空部を通過した透過液
を流出させる流出管（13）が連通部として形成されてい
る。

前記ケーシング（３）のフランジ（10）と蓋体（11）の
フランジ（12）は、ボルト・ナット等の締結手段（14）
で締結できる。

そして、ステンレス製ケーシング（３）の内面と、中空
糸束（１）の封止部（２）の外面と、蓋体（11）の内面
との交点部には、弾性変形可能なＯ−リング（９）が配
される。

上記構造の膜分離モジュールによれば、弾性変形可能な
Ｏ−リング（９）が、ケーシング（３）と、中空糸束
（１）の封止部（２）と、蓋体（11）との交点部に位置
するＶ字状の環状凹部（８）に部分的に収容されて配さ
れる。そして、封止剤の熱膨張収縮等に起因して、封止
部（２）とケーシング（３）の内面との間に間隙部等が
生じても、ケーシング（３）のフランジ（10）と蓋体
（11）のフランジ（12）とを締結手段（14）で締結する
と、Ｏ−リング（９）が挾圧、圧縮される。従って、１
つのＯ−リング（９）により、３つの部材の交点部を確
実に封止できる。しかもＯ−リング（９）がＶ字状の環
状凹部（８）に部分的に収容された状態で挾圧されるた
め、Ｏ−リング（９）は位置ずれすることなくケーシン
グ（３）の１方向、すなわち環状凹部（８）の深部方向
へ押圧され、圧縮状態のＯ−リング（９）により上記交
点部を緊密かつ確実に封止できる。また、ケーシング
（３）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（４）から供給しても、ケーシング
（３）が膨出したり、ケーシング（３）にクラック等が
生じることがない。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。

なお、片端開口型の中空糸型膜分離モジュールは、通
常、次のような方法で作製されている。

（ａ）一方の端部に封止部を形成し、かつ他方の端部の
中空糸の腔内を封止剤で封止した中空糸束を予め作製
し、ケーシング内に収容した後、Ｏ−−リングを配し、
蓋体でケーシングの開口部を閉塞する方法。この方法に
より作製されたモジュールにおいて、ケーシング（３）
と封止部（２）との間に隙間が生じても、前記のよう
に、１つのＯ−リング（９）により、前記交点部を封止
できる。

（ｂ）中空糸束の少なくとも一方の端部において、中空
糸の少なくとも腔内を封止剤で閉塞する。ケーシング内
に若干長めの中空糸束を配した後、ケーシングの開口部
を封止剤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
れた仮蓋などで閉塞する。封止部に対応する中空糸束の
他方の端部において、軸方向内方側の中空糸間に封止剤
を注入する。この注入工程では、中空糸の内腔が封止剤
で封止されていなくても、通常、封止剤の注入に伴なっ
て、封止剤が中空糸の内腔に侵入し、中空糸の内腔を封
止できる。仮蓋を外した後、中空糸束の他方の端部を切
断して中空糸の内腔を開口させＯ−リングを配し、ケー
シングの開口部を蓋体で閉塞する方法。

前記（ｂ）の方法により作製された膜分離モジュールに
おいても、１つのＯ−リング（９）により、前記交点部
を封止できる。この方法（ｂ）によりモジュールを形成
する場合、封止剤の硬化等により、ケーシング（３）と
封止部（２）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）とケーシン
グ（３）との間に遊びが生じる。従って、前記（ｂ）の
方法において、中空糸束（１）の切断工程では、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
ーシング（３）には、一部欠損した環状溝（７）が形成
されているので、中空糸束（１）の軸方向のずれや回動
ずれを防止できる。従って、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。

前記中空糸束は、原液の成分が外方から中空糸の中空部
へ透過可能であり、かつ中空糸の少なくとも一方の端部
から流出可能であればよい。

第３図は本考案の他の実施例を示す要部概略図である。
なお、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、以下の点を除いて、前記実施例と同様に構
成されている。すなわち、中空糸束（21）の両端部が集
束し、途中部が垂下している。また、中空糸の両端面が
開口した状態で、前記中空糸束（21）の集束部に封止部
（22）が形成されている。このような構造の中空糸束
（21）を有するモジュールでは、前記実施例と異なり、
中空糸の開口部を閉塞する必要がない。なお、原液の成
分は中空糸の中空部へ透過し、中空糸の両端、すなわち
封止部（22）の中空糸の端部を通じて、蓋体（11）の流
出管（13）から流出する。

第４図は本考案の他の実施例を示す概略断面図、第５図
は第４図に示すモジュールの要部断面図である。

この例では、ステンレス製ケーシング（43）の一方の開
口部を、螺合可能な蓋体（41）で閉塞している。より詳
細には、前記ケーシング（43）の内面端部に形成された
切欠段部と、中空糸束（１）の封止部（２）の外方端部
周面とで、Ｏ−リング（９）を部分的に収容するための
環状凹部（48）が構成されている。ケーシング（43）の
一方の端部と、蓋体（41）とは互いに螺合可能である。
そして、蓋体（41）の内面には、蓋体（41）の螺合に伴
い、Ｏ−リング（９）を押圧し増し締めする環状凸部
（42）が形成されている。

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（８）とは異なり、環状凹部（48）においてＯ−リ
ング（９）の収容保持性を高めることができるので、Ｏ
−リング（９）を環状凹部（48）にセットでき、膜分離
モジュールの組立作業性に優れている。また、ケーシン
グ（43）と封止部（２）との間に隙間が生じても、蓋体
（43）に形成された環状凸部（42）によりＯ−リング
（９）に対する押圧力を高めて増し締めでき、挾圧状態
のＯ−リング（９）で交点部を確実に封止することがで
きる。

なお、第４図及び第５図に示す実施例において、蓋体
は、第１図に示すように、締結手段によりケーシングに
締結してもよい。

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、ケーシングは、前記ステンレスに限ら
ず、機械的強度が大きく耐腐触性を有する金属材料や、
熱可塑性、熱硬化性プラスチックなどで形成された通常
のモジュールケーシングも使用できる。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、ケーシングと同じ材料で形成される。

ケーシング内面に形成された段部（６）又は一部欠損し
た環状溝（７）の形状は、上記実施例に示された形状に
限定されず、ケーシングと封止部とが剥離しても、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（７）に代え
て、前記封止部（２）に対応するケーシングの内面周方
向に凹凸部を形成してもよく、ケーシング内面に散在し
た凹凸部を形成してもよい。

また、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
シングと封止部と蓋体との交点部は,O−リングに限ら
ず、ケーシング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６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、ケーシング（53）の端部内面と封止部
（２）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（58）が形成されている。該断面Ｕ字状の
環状凹部（58）には前記と同様のＯ−リング（９）が蓋
体（11）で挾圧された状態で配されている。

第７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、ケーシング（63）が、ケーシン
グ本体（63a）と、このケーシング本体（63a）の両端部
の螺合部（64）にそれぞれ螺着されるケーシング端部材
（63b）とで構成されている。ケーシング端部材（63b）
と、中空糸束（１）の封止部（２）と、蓋体（11）との
交点部には、前記と同様に、第１のＯ−リング（9a）が
挾圧状態で配されている。

ケーシング本体（63a）の端部外面には段部が形成され
ていると共に、ケーシング端部材（63b）のうちケーシ
ング本体（63a）側の端部内面には第１の段部（65）と
第２の段部（66）とが形成されている。ケーシング本体
（63a）とケーシング端部材（63b）とを螺合すると、前
記第１の段部（65）により環状溝（67）が形成され、第
２の段部（66）とケーシング本体（63a）の段部とで弾
性変形可能な第２のＯ−リング（9b）を収容する環状孔
（68）が形成される。

この中空糸型膜分離モジュールによると、前記と同様
に、ケーシング端部材（63b）と、中空糸束（１）の封
止部（２）部と、蓋体（11）との交点部を挾圧状態の第
１のＯ−リング（9a）で封止できる。また、前記ケーシ
ング本体（63a）とケーシング端部材（63b）とを螺合す
ることにより、第２のＯ−リング（9b）でケーシング本
体（63a）とケーシング端部材（63b）と外部との間を封
止できる。さらには、前記封止部（２）部を削り取った
り、ケーシング本体（63a）とケーシング端部材（63b）
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、上記ケーシング本体
（63a）とケーシング端部材（63b）とを螺合解除により
分解できる。従って、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、ケーシング（63）を繰返
し使用できる。

なお、中空糸束（１）が軸方向や周方向にずれるのを防
止するため、第１の段部（65）に代えて、ケーシング端
部材（63b）の内周面方向に離間した凹凸部を形成して
もよい。

なお、前記実施例において、ケーシングの一方の開口部
を蓋体で閉塞しているが、他方の開口部は、適宜蓋体で
閉塞してもよい。

［考案の効果］ 本考案の中空糸型膜分離モジュールは、中空ケースの内
壁端部と、中空糸束の封止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、ケースと封止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、封止材の接着力のみによって封止
性を確保するのが困難な材料で形成されたケースであっ
ても、１つの環状パッキンで高い封止性を確保でき、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要部概略図、 第４図は本考案のさらに他の実施例を示す概略断面図、 第５図は第４図に示すモジュールの要部断面図、 第６図は本考案の他の実施例を示す要部断面図、 第７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８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）（21）…中空糸束、（２）（22）…封止部、
（３）（43）（53）（63）…ケーシング、（11）（41）
…蓋体、（９）（9a）…Ｏ−リング

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中空ケース内に配された中空糸束と、この
   中空糸束の端部に形成された封止部と、この封止部側の
   ケースの開口部を閉塞し、かつ連通部を有する蓋体とで
   構成され、前記中空糸束が、原液の成分が中空糸の外方
   から中空部へ透過し、かつ透過成分が中空糸の少なくと
   も一方の端部から流出可能な中空糸で構成されていると
   共に、前記中空糸束のうち流出側の端部に１つの封止部
   が形成され、前記ケースと、中空糸束の封止部と、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封止部の
   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共に、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。
2. 【請求項２】中空糸束の両端部が集束していると共に、
   中空糸の端面が開口した状態で、前記中空糸束の集束部
   に封止部が形成されている請求項１記載の中空糸型膜分
   離モジュール。
3. 【請求項３】中空糸束の一方の端部に、中空糸の端面が
   開口した状態で、封止部が形成されていると共に、前記
   中空糸束の他方の端部で、中空糸の中空部が閉塞されて
   いる請求項１記載の中空糸型膜分離モジュール。