JPH09206563A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モジュールの耐圧強度、耐熱強度が高く、かつ
封止時間が短く作業性良く製造できる、中空糸膜モジュ
ールを提供する。 【解決手段】束状中空糸膜が、封止材及び中空糸膜が垂
直に貫通する孔を有する板状補強部材からなる端部封止
部により、ハウジングと密封されている中空糸膜モジュ
ール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空糸膜モジュール
に関し、特に、複数の中空糸膜が束となった束状中空糸
膜が、ハウジングに端部封止部で密封されている、耐久
性に優れた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、濾過、限外濾
過、逆浸透、透析、血漿分離、脱気、気体分離などの用
途に幅広く利用されており、束状中空糸膜の両端を樹脂
にてハウジング内に封止し、ハウジングの一端又は両端
で、中空糸膜内側が開口するように作られている。中空
糸膜をハウジング両端で封止する方法として、従来よ
り、端部封止部の耐熱強度、耐圧強度を保持させるため
に、封止材としてエポキシ樹脂の様な熱硬化性樹脂を用
いて中空糸膜を封止する方法が用いられてきたが、エポ
キシ樹脂の硬化発熱、硬化収縮が大きいため、硬化発熱
による中空糸膜の破損、硬化収縮によるハウジングと封
止材の剥離等、種々の問題を有していた。

【０００３】そこでこれらを解決する手段として、所定
量のエポキシ樹脂を分割封止することで硬化発熱、収縮
を抑制する方法や、特公平４−１０３７５に開示されて
いる様に、封止材を、非可とう性封止材、可とう性封止
材、非可とう性封止材の順で年輪状に配設させ、硬化収
縮を抑制する方法等が試みられている。しかしながらど
ちらの方法も分割封止を行うため、生産時間が非常に長
くなり効率的でなく、更に、各種の樹脂を用いるため生
産性が非常に悪い等の欠点を有していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、モジュールの耐圧強度、耐熱強度があり、
且つ、封止時間が短く、生産性良く製造できる、中空糸
膜モジュールを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決する手段】本発明者等は、上記課題につい
て鋭意検討をした結果、封止材に加えて、板状補強部材
をモジュール端部封止部に用いることにより、モジュー
ルの耐熱強度、耐圧強度を保持させることができ、か
つ、モジュールの生産性にも優れることを見出し、本発
明を完成させるに至った。即ち、本発明は、複数の中
空糸膜が束となった束状中空糸膜が、ハウジングに端部
封止部で封止されている中空糸膜モジュールであって、
該端部封止部が、封止材及び中空糸膜が垂直に貫通する
孔を有する板状補強部材からなることを特徴とする中空
糸膜モジュール、 板状補強部材の孔が、封止樹脂の溜まり部分を有する
形状である上記記載の中空糸膜モジュール、 板状補強部材が、インロー加工がなされたハウジング
に固定されていることを特徴とする上記又はに記載
の中空糸膜モジュール、 ネジ加工がなされた板状補強部材が、ネジ部を有する
ハウジングに固定されていることを特徴とする上記〜
のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール、並びに
板状補強部材が、Ｏ−リングによりハウジングに固定
されていることを特徴とする上記〜のいずれか１つ
に記載の中空糸膜モジュールに関する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の中空糸膜モジュールは、
複数の中空糸膜が束となった束状中空糸膜をハウジング
内に組み入れたものである。束状中空糸膜の束の大きさ
は任意であり、ハウジングの大きさや、ハウジング内に
組み入れる束の数等により適宜調整すれば良い。束状中
空糸膜の形状としては、複数の中空糸を単にまとめたも
の、糸で束ねたものや、等を例示することができる。ま
た、中空糸膜を簾状にしたものを巻き取ったものでもよ
い。本発明の中空糸膜モジュールは、束状中空糸膜が、
ハウジングの両端で端部封止部によりハウジングと封止
されており、ハウジングの一端又は両端で、中空糸膜内
側が開口している。

【０００７】本発明でいう端部封止部とは、封止材及び
中空糸膜が垂直に貫通する孔を有する板状補強部材から
なる。本発明に使用できる封止材としては、ハウジング
と中空糸膜を密封できる樹脂であればどのような樹脂で
も使用でき、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、
不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹
脂等を代表なものとして挙げることができる。成形の容
易さ、シールの良好さ、硬化時間が比較的短時間である
ことによる生産性の良さ、耐熱強度、耐圧強度の強さを
考慮すると、エポキシ樹脂がより好ましい。

【０００８】本発明の板状補強部材とは、中空糸膜が垂
直に貫通する孔（以下貫通孔と略記する）を有する。こ
こでいう垂直に貫通するとは、束状の中空糸膜が、ほぼ
垂直に貫通すればよく、必ずしも正確に垂直であること
を要しない。本発明の板状補強部材の形状としては、ハ
ウジングの横断面形状の板状のものであれば問題なく用
いることができ、円形であっても、多角形であってもよ
い。好ましくは円板を挙げることができる。板状補強部
材の厚みについては、モジュールの使用条件に応じて耐
圧強度、耐熱強度を保持できる厚みであれば、特に限定
はない。モジュールの大きさ等により異なるが、好まし
くは、１５〜３０ｍｍである。

【０００９】板状補強部材にある貫通孔の形状は、中空
糸膜が垂直に貫通するものであれば特に限定はなく、例
えば直方体、多角柱、円柱形、円錐形の頂点を平にした
形状等が挙げられる。好ましくは円柱形が挙げられる。
また、貫通孔の数、大きさは任意であるが、貫通孔の断
面積が、板状補強部材断面積の４０〜８０％、好ましく
は５０〜７５％となるようにすることが、強度の点から
望ましい。

【００１０】また、貫通孔には封止樹脂の溜まり部分を
有することが好ましい。即ち、貫通孔の大きさを、束状
中空糸膜の断面積が、貫通孔の断面積に対して７０％以
下になるように、調整することが望ましい。貫通孔の断
面積に対して７０％以上になると、封止材で中空糸膜と
ハウジング、板状補強部材を密封する時、中空糸膜との
間にきれいに樹脂が入り込まず、リークしてしまった
り、部分的に封止樹脂の厚みが薄くなり、極端に強度の
弱い部分ができてしまう。また、束状中空糸に対して、
貫通孔が大きすぎると、ハウジング内に装填できる中空
糸膜が少なくなってしまうため好ましくない。従って、
貫通孔の断面積に対して４０〜７０％となるように調整
することが望ましい。

【００１１】板状補強部材の材質としては、モジュール
の使用条件に応じて耐圧強度、耐熱強度を保持できるも
のであればどのような材質でも良く、例えば、鉄、ステ
ンレス、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエ
ーテルイミド、ポリアリルスルホン、ポリフェニレンエ
ーテル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ４−メチ
ルペンテン−１、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、
ＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。この様な金属やプ
ラスチックスは、耐熱、耐圧に対する機械特性に非常に
優れている材料である。

【００１２】板状補強部材を具体的に図を用いて説明す
ると、例えば図１及び図２に記載のように、円柱形ある
いは円錐形の頂点を平にした形状の貫通孔２を有してい
る円板を例示できる。

【００１３】本発明に用いられるハウジングは、中空糸
膜モジュールに一般に使用できるハウジングを挙げるこ
とができる。例えば、図３に記載のように、ハウジング
３に、インロー加工がなされた形状を例示することがで
きる。ここでいうインロー加工とは、ハウジング内部を
一部切削して、用いる板状補強部材１がはまり込む様に
した加工のことをいう。中空糸膜の内側に処理する液体
及び気体を流す内部潅流の場合、この様な構造にするこ
とで、ハウジングのインロー加工部４が板状補強部材１
の押さえとなって、より耐圧強度を大きくすることがで
きる。

【００１４】またハウジングの材質は特に限定されるも
のではなく、例えば、鉄、ステンレス、ポリスルホン、
ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリ
ルスルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリ
カーボネート、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂等を挙げる
ことができる。

【００１５】本発明の中空糸膜モジュールは、インロー
加工がなされたハウジングに板状補強部材をはめ込ん
で、封止材で板状補強部材とハウジングを単に接着固定
させたものでもよいが、例えば、図４に記載のように、
ネジ加工がなされた板状補強部材をネジ部を有するハウ
ジングにネジ加工部７で固定させたものや、図５に記載
のように、Ｏ−リング溝８を有するハウジング３に板状
補強部材１をＯ−リングにて固定させたもの等を挙げる
ことができる。図４、図５のような固定の場合は、ハウ
ジングにインロー加工がなされていなくても良いが、な
されていた方がより好ましい。

【００１６】本発明に用いることのできる中空糸膜の素
材は特に限定されるものではなく、例えば、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン、シリコーン樹脂、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４
−メチルペンテン−１、フッ素樹脂（例えばポリフッ化
ビニリデン等）等を代表的なものとして挙げることがで
きる。好ましくは、ポリスルホン、ポリエーテルスルホ
ン、シリコーン樹脂、ポリ４−メチルペンテン−１、ポ
リプロピレン等が挙げられる。

【００１７】また膜構造についても特に限定はなく、例
えば中空糸の内表面から外表面に実質的に連通した孔を
有する多孔質構造又は、中空糸の内表面から外表面に実
質的に連通した孔の無い均質構造、多孔質膜の表面に実
質的に連通した孔の無いスキン層を有する構造等の非対
称膜構造のいずれでも良い。ここで云う非対称膜とは、
膜構造が均一でない不均質膜、多孔質膜と均質膜を張り
合わせる等により作られる複合膜等、構造が対称でない
膜の総称である。

【００１８】次に本発明の中空糸膜モジュールの製造方
法について説明する。本発明のモジュールを製造する方
法としては、まず、ハウジングに板状補強部材を固定
し、板状補強部材の貫通孔に束状中空糸膜を装填する。
板状補強部材にハウジングを固定する方法としては、上
述のモジュールの説明部分で挙げられた方法等が使用で
きる。束状中空糸膜の装填は、束状中空糸膜が貫通孔に
ほぼ垂直に貫通するように装填すればよい。

【００１９】次に、束状中空糸膜の両端を板状補強部材
及びハウジングに固定させるために、封止材で束状中空
糸膜の両端と、板状補強部材及びハウジングとを密封封
止する。板状補強部材によって耐熱強度、耐圧強度を保
持することができるので、封止材の量は、束状中空糸膜
の両端と板状補強部材、ハウジングとを密封できる分の
少量でよいため、封止材の硬化発熱による中空糸膜の破
損、硬化収縮によるハウジングと封止材の剥離等の問題
は起こらない。更に１種類の封止材で、密封封止させる
ことができるので、生産性、作業性に優れている。また
束状中空糸膜の両端と板状補強部材及びハウジングとを
一括して密封封止を行うことができるという利点を有す
る。

【００２０】中空糸の両端部をハウジングに固定させる
ための端部封止部の封止方法としては、中空糸束の長手
方向に遠心力をかけながら束状中空糸を収納、装填した
ハウジング内に上記封止材を注入することにより成形す
る回転遠心成形法でもよく、また束状中空糸をハウジン
グ内に装填・静置した状態でハウジング内に封止材を注
入する静置成形法、または封止部を真空にし封止材を注
入する真空成形法を用いることもできる。

【００２１】

【実施例】以下実施例により本発明を更に具体的に説明
する。ただし、これにより本発明が制約されるものでは
ない。 ［実施例１］以下のように、図４で示された中空糸膜モ
ジュールを作成した。内径１５５ｍｍφ、外径１６５ｍ
ｍφ、長さ５００ｍｍであり、インロー加工部４（ハウ
ジングの内径部を深さ２．５ｍｍ、奥行き３０ｍｍ切削
した径１６０ｍｍφの加工部）及びネジ部を有している
ポリ塩化ビニル製ハウジング３と、径１６０ｍｍφ、厚
み３０ｍｍであり、３２ｍｍφの円柱形の貫通孔を均等
に１４個貫通開口させた、ネジ加工を有するポリ塩化ビ
ニル製円板状補強部材１とを、ネジ加工部７にて固定し
た。次いで内径２００μｍ、外径２６０μｍ、長さ５０
０ｍｍのポリ４−メチルペンテン−１不均質中空糸膜９
０００本を束状にして、該束状中空糸膜５を１４本、円
板状補強部材の貫通孔に貫通させてハウジング内に装填
し、ハウジングの両端部を２０ｍｍ厚の封止材６により
固定した。封止材としては、ビスフェノールＡグリシジ
ルエーテル型常温液状タイプエポキシ樹脂とポリアミド
アミン樹脂硬化剤を重量比７５：２５で混合したものを
用い、常温にて封止材注入後約２時間で硬化させた。次
いで中空糸膜両端部の封止材で密着固定された部分を、
糸束長さ方向に直角に切断し、中空糸内側を開口した。
上記モジュールは、短時間で生産が可能で、作業性も非
常に良好だった。硬化発熱による中空糸膜の破損、硬化
収縮によるハウジングと封止材の剥離についても全く起
こらず、５０℃で５ｋｇ／ｃｍ² の水を処理してもリー
クは発生しなかった。

【００２２】［実施例２］以下のように図５で示された
中空糸膜モジュールを作成した。内径１５５ｍｍφ、外
径１６５ｍｍφ、長さ５００ｍｍであり、インロー加工
部４（ハウジングの内径部を深さ２．５ｍｍ、奥行き３
０ｍｍ切削した径１６０ｍｍφの加工部）及びＯ−リン
グ溝８を有しているポリ塩化ビニル製ハウジング３と、
径１６０ｍｍφ、厚み３０ｍｍであり、３２ｍｍφの円
柱形の貫通孔を均等に１４個貫通開口させたポリ塩化ビ
ニル製円板状補強部材１とをＯ−リングを用いて固定し
た。次に内径２００μｍ、外径２６０μｍ、長さ５００
ｍｍのポリ４−メチルペンテン−１不均質中空糸膜９０
００本を束状にして、該束状中空糸膜５を１４本、円板
状補強部材の貫通孔に貫通させてハウジング内に装填
し、ハウジングの両端部を２５ｍｍ厚の封止材６により
固定した。封止材としては、ビスフェノールＡグリシジ
ルエーテル型常温液状タイプエポキシ樹脂とポリアミド
アミン樹脂硬化剤を重量比７０：３０を混合したものを
用い、常温にて封止材注入後約１．５時間で硬化させ
た。次いで中空糸膜片側端部の封止材で密着固定された
部分を糸束長さ方向に直角に切断し、中空糸膜内側を開
口した。上記モジュールは、短時間で生産が可能で、作
業性も非常に良好だった。硬化発熱による中空糸膜の破
損、硬化収縮によるハウジングと封止材の剥離について
も全く起こらず、５０℃で６ｋｇ／ｃｍ² の水を処理し
てもリークは発生しなかった。

【００２３】［比較例１］内径１５５ｍｍφ、外径１６
５ｍｍφ、長さ５００ｍｍのポリ塩化ビニル製ハウジン
グに、内径２００μｍ、外径２６０μｍ、長さ５００ｍ
ｍのポリ４−メチルペンテン−１不均質中空糸膜９００
０本を束状にして１４本装填し、束状中空糸膜の両端部
を５０ｍｍ厚の封止材でハウジングと固定した。封止材
としては、ビスフェノールＡグリシジルエーテル型常温
液状タイプエポキシ樹脂とポリアミドアミン樹脂硬化剤
を重量比７０：３０で混合したものを用い、常温にて封
止材注入後約１．５時間で硬化させた。次いで中空糸膜
束両端部の封止材で密着固定された部分を糸束長さ方向
に直角に切断し、中空糸膜内側を開口した。上記モジュ
ールは、短時間で生産が可能で、作業性も非常に良好だ
った。しかし、封止材の硬化発熱による中空糸膜の破損
が大量に発生し、硬化収縮によるハウジングと封止材の
剥離についも発生した。

【００２４】［比較例２］内径１５５ｍｍφ、外径１６
５ｍｍφ、長さ５００ｍｍのポリ塩化ビニル製ハウジン
グに、内径２００μｍ、外径２６０μｍ、長さ５００ｍ
ｍのポリ４−メチルペンテン−１不均質中空糸膜９００
０本を束状にして１４本装填し、束状中空糸膜両端部を
１回に付き２５ｍｍ厚の封止材で、ハウジングと２回分
割固定した。封止材としては、ビスフェノールＡグリシ
ジルエーテル型常温液状タイプエポキシ樹脂とポリアミ
ドアミン樹脂硬化剤を重量比７０：３０で混合したもの
を用い、常温にて封止材２回分割注入後約４時間で硬化
させた。次いで中空糸膜束両端部の封止材で密着固定さ
れた部分を糸束長さ方向に直角に切断し、中空糸膜内側
を開口した。上記モジュールは、封止材の硬化発熱によ
る中空糸膜の破損、硬化収縮によるハウジングと封止材
の剥離について全く起こらず、４０℃で４ｋｇ／ｃｍ²
の水を処理してもリークは発生しなかった。しかし、分
割封止を行うことで生産時間が長くなり、作業性も低下
した。

【００２５】

【発明の効果】モジュールの耐圧強度、耐熱強度がある
耐久性に優れた中空糸膜モジュールを提供できる。また
本発明の中空糸膜モジュールは、製造の際に、短時間で
生産が可能で、一括して密封封止しているため生産性を
大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】円板状補強部材を示した図である。

【図２】円板状補強部材を示した図である。

【図３】インロー加工がなされたハウジングを有するモ
ジュールを示した図である。

【図４】ネジ加工で板状補強部材が固定されたモジュー
ルの拡大図である。

【図５】Ｏ−リングで板状補強部材が固定されたモジュ
ールの拡大図である。

【符号の説明】

１・・・円板状補強部材 ２・・・貫通孔 ３・・・ハウジング ４・・・インロー加工部 ５・・・束状中空糸膜 ６・・・封止材 ７・・・ネジ加工部 ８・・・Ｏ−リング溝

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の中空糸膜が束となった束状中空糸
   膜が、ハウジングに端部封止部で封止されている中空糸
   膜モジュールであって、該端部封止部が、封止材及び中
   空糸膜が垂直に貫通する孔を有する板状補強部材からな
   ることを特徴とする中空糸膜モジュール。
2. 【請求項２】 板状補強部材の孔が、封止樹脂の溜まり
   部分を有する形状である請求項１記載の中空糸膜モジュ
   ール。
3. 【請求項３】 板状補強部材が、インロー加工がなされ
   たハウジングに固定されていることを特徴とする請求項
   １又は２項に記載の中空糸膜モジュール。
4. 【請求項４】 ネジ加工がなされた板状補強部材が、ネ
   ジ部を有するハウジングに固定されていることを特徴と
   する請求項１〜３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジ
   ュール。
5. 【請求項５】 板状補強部材が、Ｏ−リングによりハウ
   ジングに固定されていることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。