JPH11300173A

JPH11300173A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JPH11300173A
Application number: JP10115563A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Omori; 昭浩大森; Nobuhiko Suga; 伸彦菅
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】接着固定部の機械的強度と、液密的シール性
に優れた大型の中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】モジュールケースに収納された多数本の
中空糸膜の両側端部がポッティング材により接着固定さ
れた中空糸膜モジュールにおいて、少なくとも一方の接
着固定部内に、モジュールケースに固定された補強用リ
ブと、該モジュールケースにＯーリングを介して密着固
定された支持リングが埋設されていることを特徴とする
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、流体処理を目的と
した中空糸膜モジュールにおいて、接着固定部の耐圧強
度および液密的シール性の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、単位容積当たり
の有効膜面積を大きくとれるため、各種の流体処理分
野、例えば、逆浸透膜による海水の淡水化、超純水中の
有機物除去、限外濾過膜による酵素濃縮、超純水中の微
粒子除去、電着塗料の回収、河川水や湖沼水の除濁、精
密濾過膜による、薬品精製、除菌、ガス分離膜による酸
素分離、炭酸ガス分離等に幅広く適用されている。

【０００３】中空糸膜モジュールは、通常、多数本の中
空糸膜を円筒状のモジュールケースに収納し、両側端部
をウレタンやエポキシ樹脂等のポッティング材により接
着固定し、次いで接着固定部端部を切断し、中空糸膜中
空部を開口させることにより製造される。近年、河川水
や湖沼水の浄水分野への中空糸膜モジュールの適用によ
り、従来よりも大量の水を処理する能力を持つ大型の中
空糸膜モジュールが求められている。中空糸膜モジュー
ルを大型化する場合、モジュール長さを長くすると、特
に外圧ろ過の場合は、中空糸内部の管内圧力損失のた
め、効率よく透過水量を得られない問題がある。一方、
モジュール径を大きくすると、耐圧強度を維持するた
め、接着固定部の厚みが増え、使用するポッティング材
の量が増大し、また、中空糸膜の有効膜面積が減るとい
う問題がある。

【０００４】国際公開ＷＯ９７１０８９３号公報に、大
型モジュールの接着部強度を補強用リブで補強した装置
が開示されている。しかし、ポッティング材がモジュー
ルケースと材質的に接着性が無い場合や、大型の中空糸
膜モジュールで、エポキシ樹脂等の発熱反応型のポッテ
ィング材を用いる場合は、その硬化収縮のため、接着固
定部とモジュールケースとの間に隙間が発生し、中空糸
膜モジュールの原水側と透過側を液密的シールすること
が困難である。

【０００５】特開昭５９−１３６１０４号公報には、高
温でのポストキュアが可能な中空糸型モジュールのシー
ル方法として、中空糸型モジュールの接着部に、あらか
じめ環状リングを用いてＯーリングをモジュールケース
と密着固定させ、ついで、ポッティング材を流し込み硬
化させて、液密的シールの機能を持たせる方法が開示さ
れている。しかし、モジュール径が大きくなると、耐圧
強度維持のために接着部の厚さが増し、中空糸膜の有効
膜面積が減少する。また、シリコーンゴム等の機械的強
度の低いポッティング材を用いる場合は、接着部の厚さ
を増やすだけでは十分な耐圧強度をもつ中空糸膜モジュ
ールを得ることはできなかった。

【０００６】また、特開平６−２９６８３６号公報に
は、河川水等の浄水処理において使用される、オゾン耐
性を有する膜モジュールが開示されている。オゾン耐性
を有する部材を使用する必要性から、モジュールケー
ス、ポッティング材の材質は限定される。当然、モジュ
ールケース素材、ポッティング材の組合わせも限定され
るため、モジュールケースとポッティング材が互いに接
着性が無かったり、耐オゾン性はあるが機械的強度の低
いシリコーン樹脂等のポッティング材を用いなけらばな
らず、十分な耐圧強度を有する大型の中空糸膜モジュー
ルを得ることはできなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、中空糸膜モ
ジュールとして、接着固定部の耐圧強度および液密的シ
ール性の優れた大型の中空糸膜モジュールを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記従来
技術の課題を解決するために鋭意研究を行った結果、本
発明に至った。すなわち、本発明は、（１）モジュール
ケースに収納された多数本の中空糸膜の両側端部がポッ
ティング材により接着固定された中空糸膜モジュールに
おいて、少なくとも一方の接着固定部内に、モジュール
ケースに固定された補強用リブと、該モジュールケース
にＯーリングを介して密着固定された支持リングが埋設
されていることを特徴とする中空糸膜モジュール、
（２）支持リングが外周部に全周にわたる溝を有してお
り、その溝の中にＯーリングの一部がはめ込まれている
ことを特徴とする上記（１）記載の中空糸膜モジュー
ル、（３）モジュールケースが内周部に全周にわたる溝
を有しており、その溝の中にＯーリングの一部がはめ込
まれていることを特徴とする上記（１）記載の中空糸膜
モジュール、（４）支持リングが外周部に全周にわたる
溝を有し、かつモジュールケースが内周部に全周にわた
る溝を有しており、さらにＯーリングがその両方の溝に
はめ込まれていることを特徴とする上記（１）記載の中
空糸膜モジュール、に関する。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。この発明
の中空糸膜モジュールは、モジュールケースに収納され
た多数本の中空糸膜の端部がポッティング材により接着
固定されてなるものであり、その少なくとも一方の接着
固定部内に、さらに補強用リブ、支持リング、およびＯ
ーリングが埋設されている。本発明の中空糸膜モジュー
ルの一例を図８に示す。

【００１０】図８において、モジュールケース８−１に
固定された補強用リブ８−２と、支持リング８−３、モ
ジュールケースと支持リングを液密的にシールするＯー
リング８−５が、ポッティング材（接着固定部）８−６
内に、中空糸膜８−７の端部とともに接着固定されてい
る。本発明に使用される補強用リブは、中空糸膜モジュ
ールの長さ方向に対し垂直な切断面から見て、放射状、
格子状、または、放射状と同心円が組み合わせられた状
態、例えば、図１から図５のように配置され、モジュー
ルケースに固定されていることが好ましい。

【００１１】図１は、放射状（６方向）に広がる、板状
の補強用リブが設置されているモジュールケースの例を
示す模式図である。図２は、放射状（４方向）に広が
る、板状の補強用リブが設置されているモジュールケー
スの例を示す模式図である。図３は、格子状で板状の補
強用リブが設置されているモジュールケースの例を示す
模式図である。

【００１２】図４は、同心円及び放射状（８方向）に板
状の補強用リブが組合わさった状態で設置されているモ
ジュールケースの例を示す模式図である。図５は、円筒
状の補強用リブ、その補強用リブから外側に向かって放
射状（６方向）に板状の補強用リブが設置されているモ
ジュールケースの例を示す模式図である。

【００１３】上記補強用リブは、上記切断面からみた該
補強用リブの断面積が小さい方が、中空糸膜の充填本数
を多く確保できるので、中空糸膜の繊維方向に対して平
行な平板状である事が好ましい。さらに、補強用リブに
はポッティング材のアンカー効果を増すため、エッチン
グや酸等による表面処理、複数の貫通孔、或いは溝等の
凹凸を設けることができる。

【００１４】上記補強用リブは、中空糸膜モジュールの
接着固定部内に埋設されている。その理由は、ポッティ
ング材と、補強用リブが材質的に互いに接着しない場
合、接着固定部のろ過圧力によるせん断抵抗は、補強用
リブのモジュールの長手方向直下にあるポッティング材
の厚みに比例するためである。また、補強用リブが接着
固定部からはみ出した状態に配置されていると、ろ過運
転中の流体の流れにより中空糸膜が補強用リブとこすれ
て破損する場合がある。

【００１５】また、補強用リブのモジュールケースへの
固定方法としては、モジュールケース内壁へのねじ込み
固定、モジュールケース内に設けた切り欠き部との組み
合わせによる固定、例えば、図６、図７に例示する方法
がある。図６において、６−１は切り欠き部を有し、放
射状（６方向）に広がる、板状の補強用リブの例であ
る。また、図７における７−１は、切り欠き部を有し、
放射状（４方向）に広がる、貫通孔を有する板状の補強
用リブの例であるその他には、溶着固定、溶接固定、ま
たはモジュールケースと一体成形する方法がある。ここ
で、溶着とは、モジュールケース内に補強用リブを差し
込んだ状態で、モジュールケース、補強用リブ双方の素
材を超音波、熱或いは溶剤により溶融させ、接着するこ
とをいう。また、溶接とはモジュールケース内に補強用
リブを差し込んだ状態で溶接棒等を使用して熱により固
定する事をいう。

【００１６】本発明に用いられる支持リングは、モジュ
ールケースの内径よりわずかに小さい外径を持つように
設計されている。モジュールケースの内径よりわずかに
小さい外径とは、ケースと支持リング間に介在させるＯ
ーリングの外径が、５〜５０％、好ましくは８〜３０％
潰れる大きさをいう。Ｏーリングの潰れが５％未満では
シール性が不十分であり、５０％を超えるとモジュール
ケースが変形したり、Ｏーリングと支持リングの挿入が
困難になるため好ましくない。

【００１７】上記支持リングの厚み及び幅は、特に限定
されるものではないが、Ｏーリングをモジュールケース
に密着固定するための十分な強度を保持するように設計
される。例えば、支持リングの内径が極端に小さく、肉
厚の場合、支持リングの強度は増加するが、中空糸膜の
充填本数が減り、ろ過に寄与する膜面積が減るため、中
空糸膜モジュールの性能上好ましくない。

【００１８】また、支持リングの幅は、接着固定部のモ
ジュール長さ方向の厚みに対して、十分短い必要があ
る。極端に長い場合、接着固定部の全体の厚みが増加し
て、必要なポッティング材の量が増し、コストが増加す
る。また、モジュール長が一定の場合は、中空糸膜の有
効長が短くなり、ろ過に寄与する膜面積が減るため、中
空糸膜モジュールの性能上好ましくない。

【００１９】Ｏーリングが当接する部分の支持リングと
モジュールケースの少なくとも一方に、半円形、だ円
形、好ましくはコの字型の断面形状を有する溝を設ける
ことができる。溝を設けることにより、Ｏーリングの装
着位置をより確実に固定することができる。すなわち、
支持リングが外周部に全周にわたる溝を有する場合は、
あらかじめ支持リングの溝にＯーリングを装着した後、
モジュールケースに挿入して、モジュールケースと支持
リングの間をＯーリングを介して密着固定することがで
きる。また、モジュールケースの内周部に全周にわたる
溝が設けられている場合は、あらかじめモジュールケー
スの溝にＯーリングを装着した後、支持リングを挿入し
て、モジュールケースと支持リングの間をＯーリングを
介して密着固定することができる。また、支持状リング
とモジュールケースの両方に溝が設けられている場合
は、中空糸膜端部をポッティング材で遠心接着する際
に、遠心力によりＯーリングの位置がずれることが防止
されるため好ましい。上記の場合も、Ｏーリングが５〜
５０％、好ましくは８〜３０％潰れるように溝が設計さ
れる。

【００２０】また、支持リングとＯーリングの本数は、
１本でも複数本でも良い。モジュールケース、補強リ
ブ、支持リングの素材は、特に限定されるものではない
が、たとえばポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ＡＢＳ樹
脂、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリカーボネート、ポリエーテル
ケトン類、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサ
ルファイド等のプラスチック類、ステンレス鋼、アルミ
ニウム合金、チタン等の金属類が採用される。モジュー
ルケースと補強用リブ、支持リングは必ずしも同一素材
である必要はない。

【００２１】Ｏーリングの材質は、機械的強度がその機
能を果たすものであって、ポッティングに用いる接着剤
と化学反応または溶解しないものであれば特に限定され
るものではないが、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴム、
ニトリル系ゴムのエラストマーが好ましい。本発明で使
用される中空糸膜は、流体処理に使用できるものであれ
ば、特に限定されないが、素材としては、例えば、ポリ
アクリロニトリル、ポリスルホン、ポリエーテルケトン
類、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、セルロース類、ポリビニルアルコール、ポリアミ
ド、ポリイミド、スルホン化ポリフェニレンエーテル、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ４−
メチルペンテン、ポリオルガノシロキサン、エチレンー
テトラフルオロエチレン共重合体等の単独或いは混合、
更には複合化による膜が挙げられる。また、使用できる
膜としては、逆浸透膜、ナノフィルター、限外濾過膜、
精密濾過膜、ガス分離膜、脱気膜が挙げられる。更に、
中空糸膜の形状としては、内径５０〜３０００μｍ、内
／外径比が０．１〜０．９の範囲の膜が使用できる。

【００２２】この発明の中空糸膜モジュールの大きさ
は、処理水量に応じて適宜選択できるが、上水処理のよ
うに大量の水を処理する場合、通常は外径３〜３２イン
チのモジュールケースを有する中空糸膜モジュールが使
用される。また、中空糸膜モジュールの長さは、一般的
に０．５〜２ｍである。本発明の中空糸膜モジュールの
組立方法は、特に限定されるものでは無いが、例えば、
モジュールケースに補強用リブを固定した後に、Ｏーリ
ングを支持リングの外周部の溝に装着したものをモジュ
ールケースに挿入し、Ｏーリングを介して支持リングを
該モジュールケースの内側に密着固定し、次いで、中空
糸膜の束をケース内に収納して通常の方法で接着固定す
る方法、または、あらかじめモジュールケースの内周部
に設けられた溝にＯーリングを装着した後、支持リング
を挿入して、該モジュールケースの内側にＯーリングを
介して支持リングを密着固定し、次いで、補強用リブに
中空糸膜の束を設置した後に、モジュールケースに中空
糸膜の束を補強用リブごと収納し、通常の方法で接着固
定する方法がある。後者の方法は、補強用リブがねじ込
み固定により固定される場合、または、切り欠きの組み
合わせにより固定される場合に特に有効である。また、
中空糸膜を分割した状態でモジュールケースに収納する
際、中空糸膜の束に、プラスチック製やステンレス鋼、
チタン等の金属で作られた保護ネットを巻いてもよい。
また、この保護ネットは、中空糸膜束挿入後に取り去っ
ても良いし、そのまま接着固定しても良い。

【００２３】次に、本発明の中空糸膜モジュールの標準
的な運転方法の例について図８を用いて説明する。ま
ず、ろ過運転モードでは、原水を原水供給ノズル８−１
０から供給する。原水は、中空糸膜８−７の外表面で原
水中の微粒子や懸濁物質等が補足され、濾水は、中空糸
膜の中空部を通って両端の濾水採水ノズル８−８より採
取される。一方、中空糸膜により濃縮された循環濃縮水
は、循環濃縮排出ノズル８−９から排出される。

【００２４】次に、逆洗運転モードでは、濾水を逆洗水
として用い、濾水採水ノズル８−８から逆洗水を供給
し、中空糸膜の内表面側から外表面側に向かって濾過
し、逆洗排水は、循環濃縮水排出ノズル８−９若しくは
原水供給ノズル８−１０より排出される。本発明の中空
糸膜モジュールを使用して、以上の運転モードを適宜繰
り返すことにより、中空糸膜外表面や、中空糸膜どうし
の隙間に蓄積した微粒子や懸濁物質等をモジュール外に
排出し易くなり、透過水量の経時的な低下を抑えた、よ
り安定した濾過を長期にわたって、原水側と濾水側の液
密的シール性を維持したまま、接着固定部を損傷せずに
達成することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下実施例によって本発明をさら
に詳細に説明する。

【００２６】

【実施例１】図９を用いて説明する。ステンレンス鋼製
モジュールケース（長さ１２００ｍｍ、内径１５０ｍ
ｍ）９−１の片側端部に、補強用リブとして、角度９０
度で放射状に同じステンレス鋼製の平板（厚み３ｍｍ）
９−２を溶接固定した。

【００２７】ステンレス鋼製の支持リング９−３の外周
部に全周にわたって設けられたコの字型の溝９−４にＯ
ーリング９−５を装着した後、該モジュールケース９−
１の端部に挿入した。支持リングの溝９−４はＯーリン
グ９−５が直径に対して１０％つぶれるように設計し
た。特開平３−２１５５３５号公報に記載されている方
法により、ポリフッ化ビニリデン中空糸膜（内／外径：
１．１／２．０ｍｍ）を製造した。これを６５０本づつ
束ね、合計４束の中空糸膜束を用意し、該モジュールケ
ース９−１内の補強用リブ９−２で仕切られた４ヶ所に
それぞれ挿入した。中空糸膜の端部を目止めした後、付
加型シリコーンゴム（東芝シリコーン社製、ＴＳＥー３
３３７）により遠心接着を行った。次いで、接着部の余
分な部分を切断して、中空糸膜を開口して、本発明の中
空糸膜モジュールを得た。

【００２８】上記中空糸膜モジュールを、外圧側から１
００ｋＰａのエアー圧で漏れ検査を行ったところ、漏れ
は全く無かった。また、上記中空糸膜モジュールを、水
温２０度から２５度の水で、外圧側から４００ｋＰａ、
内圧側から４００ｋＰａの圧力でろ過、逆洗の繰り返し
を１００００回繰り返した後、再び外圧側から１００ｋ
Ｐａのエアー圧で漏れ検査を行ったところ、漏れは無か
った。

【００２９】

【実施例２】図１０を用いて説明する。ステンレンス鋼
製モジュールケース（長さ１２００ｍｍ、内径１５０ｍ
ｍ）１０−１の片側端部内周に設けたコの字型の溝１０
−４に、Ｏーリング１０−５を装着した後、ステンレン
ス鋼製支持リング１０−３を挿入して、Ｏーリング１０
−５を支持リングによりモジュールケース１０−１に密
着固定した。モジュールケースの溝１０−４はＯーリン
グ１０−５が直径に対して１０％つぶれるように設計し
た。

【００３０】実施例１と同じポリフッ化ビニリデン中空
糸膜（内／外径：１．１／２．０ｍｍ）を６５０本づつ
束ね、合計４束の中空糸膜束を用意した。補強用リブと
して、角度９０度で放射状のステンレス鋼製の平板（厚
み３ｍｍ）１０−２を用意し、上記モジュールケースの
内周に、これに対応するように切り欠き加工１０−６を
施した。上記補強用リブの４ヶ所の空間に上記中空糸膜
束を収納した状態でモジュールに挿入し、切り欠き部を
合わせ、モジュールケースから外れないように固定し
た。

【００３１】中空糸膜の端部を目止めした後、付加型シ
リコーンゴム（東芝シリコーン社製、ＴＳＥー３３３
７）により遠心接着を行った。次いで、接着部の余分な
部分を切断して、中空糸膜を開口して、本発明の中空糸
膜モジュールを得た。上記中空糸膜モジュールを、外圧
側から１００ｋＰａのエアー圧で漏れ検査を行ったとこ
ろ、漏れは全く無かった。

【００３２】また、上記中空糸膜モジュールを、水温２
０度から２５度の水で、外圧側から４００ｋＰａ、内圧
側から４００ｋＰａの圧力でろ過、逆洗の繰り返しを１
００００回繰り返した後、再び外圧側から１００ｋＰａ
のエアー圧で漏れ検査を行ったところ、漏れは無かっ
た。

【００３３】

【比較例１】補強用リブと支持リング及びＯーリングが
設置されていないモジュールケースを使用する以外は実
施例１と同じ方法で、中空糸膜モジュールを得た。上記
中空糸膜モジュールを、外圧側から１００ｋＰａのエア
ー圧で漏れ検査を行ったところ、モジュールケースと接
着固定部の隙間からエアーが漏れた。

【００３４】また、上記中空糸膜モジュールのモジュー
ルケースと接着固定部の隙間をパッキンを用いて液密的
シールを行い、水温２０度から２５度の水で、外圧側か
ら４００ｋＰａ、内圧側から４００ｋＰａの圧力でろ
過、逆洗の繰り返し試験を行った。すると、５０００回
繰り返した時点で、ろ過圧があがらなくなり、接着固定
部を観察してみると、接着固定部がモジュールケースか
ら剥離して、破壊されていた。

【００３５】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールは、特に大
型モジュールであっても接着固定部の耐圧強度および液
密的シール性が優れているため、各種の流体分離に用い
る場合は、長期にわたり安定した分離性能を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】補強用リブの設置状態の一例を示すモジュール
ケース端部の模式図。

【図２】他の補強用リブの設置例を示すモジュールケー
ス端部の模式図。

【図３】他の補強用リブの設置例を示すモジュールケー
ス端部の模式図。

【図４】他の補強用リブの設置例を示すモジュールケー
ス端部の模式図。

【図５】他の補強用リブの設置例を示すモジュールケー
ス端部の模式図。

【図６】他の補強用リブの設置例を示すモジュールケー
ス端部の斜視図。

【図７】他の補強用リブの設置例を示すモジュールケー
ス端部の斜視図。

【図８】本発明の中空糸膜モジュールの例を示す模式
図。

【図９】本発明の実施例１における補強用リブ、支持リ
ングの配置を示すモジュールケース端部の模式図。

【図１０】本発明の実施例２における補強用リブ、支持
リングの配置を示すモジュールケースの模式図。

【符号の説明】

１−１モジュールケース１−２補強用リブ２−１モジュールケース２−２補強用リブ３−１モジュールケース３−２補強用リブ４−１モジュールケース４−２補強用リブ５−１モジュールケース５−２補強用リブ６−１補強用リブ６−２切り欠き部６−３モジュールケース７−１補強用リブ７−２切り欠き部７−３モジュールケース８−１モジュールケース８−２補強用リブ８−３支持リング８−４支持リングのコの字型の溝８−５Ｏ−リング８−６ポッティング材（接着固定部）８−７中空糸膜８−８濾水採水ノズル８−９循環濃縮水排出ノズル８−１０原水供給ノズル９−１モジュールケース９−２補強用リブ９−３支持リング９−４支持リングのコの字型の溝９−５Ｏ−リング１０−１モジュールケース１０−２補強用リブ１０−３支持リング１０−４モジュールケースのコの字型の溝１０−５Ｏ−リング１０−６切り欠き部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モジュールケースに収納された多数本の
中空糸膜の両側端部がポッティング材により接着固定さ
れた中空糸膜モジュールにおいて、少なくとも一方の接
着固定部内に、モジュールケースに固定された補強用リ
ブと、該モジュールケースにＯーリングを介して密着固
定された支持リングが埋設されていることを特徴とする
中空糸膜モジュール。