JPS63171606A - 高圧用中空糸膜流体分離モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、本体圧力容器内に多数の中空糸膜を収納し、
これらの中空糸膜によって本体容器内を中空糸膜の外側
の高圧室と中空糸膜の内側の低圧室に区画し、この高圧
室に供給された混合流体を上記の中空糸膜を透過させて
流体成分を分離又は交換する中空糸膜流体分離モジュー
ル詳しくは圧力差が１０　Ｋｇ／ｃｙｄ以上の高圧用中
空糸膜流体分離モジュールに関するものである。

（従来技術） 上記の中空糸膜流体分離モジュールは人工腎臓における
血液透析、海水淡水化における逆浸透法さらには酸素富
化膜などのガス分離等の分野で、中空糸膜の特長即ち透
過面積を大きくとれること、耐圧性に優れること及び自
己支持性に優れることなどのため近年盛んに開発され又
利用されている。

（発明が解決しようとする問題点） これらの中空糸膜流体分離モジュールは、外圧型、内圧
型などがあり、それぞれ各種の形状があるが、何れの場
合も多数の中空糸膜からなる束を円筒状等の圧力容器に
収納し、該束の両端部を液状硬化性封止材を用いて中空
糸膜を相互に接着し、圧力容器に固定して、高圧室と低
圧室との隔壁となるモジュール端部を形成している。

この液状硬化性封止材の注型方法としては遠心注型法、
直立注型法があり、用途、形状によって使い分けられて
いる。例えば遠心注型法は人工腎臓など小型モジュール
に適するし、逆浸透法、ガス分離膜などの大型モジュー
ルには直立注型法が用いられる。

ここで用いられる封止材としては最も一般的に用いられ
るのは硬質エポキシ樹脂であるが、封止端部の耐圧性、
中空糸膜との接着性に優れ、又低粘度のため多数の中空
糸膜の細隙間への注型性も良好である。しかし硬質であ
るため中空糸膜との境界部において、モジュールの稼動
により中空糸膜を損傷するという大きな欠点がある。特
に脆い中空糸膜においては重要な問題である。

もう一つの欠点としては、比較内軟かい材質の中空糸膜
においては、加圧時に生ずる中空糸膜と封止材との境界
部での応力集中のため欠陥が発生しやすいことがあげら
れる。

損傷を受けたり、接着はがれや軟質封止材が破壊したり
するため耐圧性に限界があり、高々数〜の差圧でしか使
用できない。

変形防止のため硬質発泡材、多孔性金属板などによる支
持方式、封止材端部にテーパー構造を設ける方式が知ら
れているが、単純な適用では根本的な解決にならず、逆
に支持材との接触のため中空糸膜開口面積が減少する欠
点も生じるため高圧用モジュールへの適用はほとんどな
いのが実状である。

上記に鑑み、本発明では高圧用中空糸膜流体分離モジュ
ールにおいて、軟質封止材の特性、さらには中空糸膜封
止端部の形状を特別なものとすることにより上記の硬質
封止材による欠点を解決するものである。

以下に詳細に本発明を詳述する。

（問題点を解決するための手段） 即ち本発明は、第１図に示す様に、本体圧力容器（１）
内に多数の中空糸膜（２）を収納し、これらの中空糸膜
によって本体容器内を中空糸膜外側の高圧室と中空糸膜
内側の低圧室に区画し、この高圧室に供給された混合流
体を上記の中空糸膜を透過させて流体成分を分離又は交
換する中空糸膜流体分離モジュールにおいて、中空糸膜
端部の封止材（３）として液状硬化性弾性体を用い、封
止材端部を肩が落ちる方向のテーパー状としフランジ端
板（４）と密着させ、中空糸膜開口部を連続気泡の硬質
発泡材（５）で支持することを特徴とする本体圧力容器
（１）と封止材（３）とは接着させない、圧力差が１０
　Ｋｇ／ｉ以上の中空糸膜流体分離モジュールである。

なお第１図に於いて、（６）は混合流体高圧側入口、（
７）は混合流体高圧側出口、（８）は分離又は交換する
混合流体成分低圧側出口、（Ｔ）は肩が落ちる方向のテ
ーパーである。

上記本発明に用いる中空糸膜（２）Ｉ／ｉ混合流体の分
離、交換を行なう中空糸膜流体分離モジュール用として
使用できるものであればいかなるものでもヨ＜、例エバ
ｆ）”ラス、再生セルロース、セルロースエステル等の
セルロース誘導体、ポリビニルアルコール系、ポリアミ
ド系、ポリイミド系、ポリエステル系、ポリスルホン系
、ポリアクリロニトリル系、シリコーン樹脂系、ポリメ
チルメタクリレート系、弗素樹脂系等が用いられる。

また膜構造としては多孔質膜、非多孔質膜（非対称孔径
膜、複合膜など）のいずれでもよい。また中空糸膜の外
径は５０〜５０００μ程度、内径は２０〜２０００μ程
度のものが使用できる。

封止材は液状硬化性弾性体であれば特に制限はないが、
例えばシリコーン系、ポリフレタン系、可撓性エポキシ
樹脂等が使用できる。

封止材の注型方法は遠心注型、直立注型のどちらでも適
切な方を用いることができる。注型後の封止端部の一端
又は両端を切断することにより中空糸膜を開口させるこ
とができる。

また中空糸膜開口端部の支持材として用いる硬質発泡体
（４）は所要の耐圧強度を有しかつ連続気泡性のもので
あれば特に制限がないが、例えば発泡金属、発泡エポキ
シ樹脂などが使用できる。発泡材の気泡の大きさは使用
する中空糸膜の外径と同じ程度かやや小さい方が望まし
いが、特に制限されるものではない。また発泡材の厚さ
は耐圧性に支障のない限り薄い方が好ましい。

（作用） 本発明における高圧用中空糸膜流体分離モジュールはモ
ジュール封止端部の形状と封止材の物性を特別なものと
することにより達成される。即ち中空糸膜封止材端部に
テーパー構造を設け、同じテーパー構造を有し、硬質発
泡材（５）を収納しかつ透過流体の出口（８）を設けた
フランジ端板（４）を中空糸膜封止材１３）端部と密着
させ、封止材（３）をモジュール本体匣力容器（１）と
接着させない構造とすることにより、加圧時に封止材（
３）に若干の剪断変形を起こさせ中空糸膜への締付力を
加えることにより高圧に耐える封止性が確保できるので
ある。

ここにおいて封止材（３）のテーパ一部とフランジ端板
（４）のテーパ一部を密着させることにより高圧室と低
圧室間のシールを兼用させることになる。

また圧力容器本体（１）とフランジ端板（４）間の封止
はＯリングあるいはガスケットを用いる。

上記の締付力と封止材の変形の度合を封止材の硬さをＪ
ＩＳ　Ａ型硬度計で３０以上、８０以下の範囲、より好
ましくは４０以上、６０以下に制御することでより高圧
に耐える中空糸膜流体分離モジュールを達成できる。硬
さ８０以上では締付力が小さくなりすぎる、３０以下で
は変形量が大きすぎるため封止性が相当に低下するため
高圧用としては適当ではない。

またテーパー角度も封止性、流量などに大きく影響する
。例えばテーパー角度を１０°以下と極端に小さくとる
と締付力が殆んどなくなり、中空糸膜と封止材との接着
界面に無理がかかり接着はがれを生じやすくなるし、逆
に６０°以上と大きくすると高圧負荷時においては締付
力が大きくなりすぎるため中空糸膜の開口端が絞り込ま
れ透過流量の減少を招くという欠点が生じる。このため
高圧用としてはテーパー角度を１０°以上６０°以下よ
り望ましくは１５°以上４５°以下に設定する必要があ
゛る。ここでいうテーパー角度とは中空糸膜開口端平面
の延長線と封止材のテーパ一部の成す角度（θ）である
。

さらに封止材の量と中空糸膜の量の比率も封止性を大き
く左右するパラメーターの一つである。

この比率を中空糸膜開口端部と硬質発泡材との液封止材
の見掛けの剛性が大きくなり締付力が極端と圧力容器近
傍の変形量に大きな差がでるため、安定した封止性を確
保できなくなるため、中空糸膜の充填率も最適化する方
が望ましい。

また長期の耐久性を確保するには封止材は高強度でなけ
ればならないが、最も重要な特性である引裂強さは少く
とも５Ｋｇ／ａｘ以上（ＪＩＳＡ型硬度計）より好まし
くは１０　Ｋ１７ｃｍ以上を有する封止材を用いること
が望ましい。

以上述べたごとき高圧用中空糸膜流体分離モジュールは
特に接着性に劣る中空糸膜あるいは比較内軟かい中空糸
膜に適用した場合に、本発明の効果を有効に活用できる
。

（実施例） 以下に本発明の詳細な説明する。

実施例１ 中空糸膜としては４弗化エチレン樹脂ヲべ一スとし、活
性層としてプラズマ重合膜さらに保護膜としてシリコー
ンゴムを被覆した複合膜（外径１．１恒）１１０本を３
４０ｗａ長さに切断集束した。次にポツティングケース
として用いるステンレス製モジュール本体圧力容器（内
径２２、、）に収納し、中空糸膜の偏在を防ぐため、本
体圧力容器とはボルトで接続固定される端部形成用のテ
ーパー構造（角度８０°）を設けたボッティングケース
に少量のシリコーンシーラントで固定した。

しかる後に２４０　Ｏｒｐｍの回転下で封止材として５
０ｇの液状シリコーンゴム（東芝シリコーン（株）ＩＪ
ｌ！ＴＬＭ１４０５　８０部と信越化学製ＫＥ１２０４
　２０部のブレンド品）をモジュール両端に注入した後
１００℃に昇温し遠心力場で１２０分間封止材を完全に
硬化させた。

成型後のモジュールを室温まで冷却した後ポツティング
クースを脱着・し、両端の封止部を切、断し中空糸膜を
開口させた。

次に端部形成用ボッティングケースと同じテーパー構造
を有しかつ発泡金属を収納したフランジ端板を封止部開
口端に密着させるようにして本体圧力容器にボルトで固
定し中空糸膜流体分離モジュールを完成させた。

このモジュールに外圧としてＨｅ／Ｎ２混合ガスをｓ　
ｏ　Ｋｙ／ｃｐｊ負荷しＨｅの分離試験を行なったが、
長時間の使用によってもリークなどの不具合は生じず中
空糸膜固有の分離性を示した。さらに１００℃に昇温し
たがリークは発生しなかった。

ここで用いた封止材のシリコーンゴムの硬さは５３であ
り、引裂強さはａｏＫｙ／αであった。

実施例２ 中空糸膜の本数が２０００本、テーパー角度が２０°、
封止材がＴＬＭ　１４０５／ＫＥ　１２０４＝７０／３
０の液状シリコーンゴムブレンド品７００ｇ１モジュー
ル本体圧力容器の内径が７５霞で中空糸膜開口が片端の
みである以外Ｉ／ｉ実施例１と全く同じ条件で中空糸膜
流体分離モジュールを作製し、実施例１と同様の評価を
行なったが何等不具合は起こらなかった。封止材のシリ
コーンゴムの硬さ１７１５６で引裂強さくｄ３４Ｋｆ／
国であった。

比較例１ 封止材としての液体シリコーンゴムがＫＥ　１０＋６（
信越化学（株）製）６０ｇである以外Ｉ／ｉ実施例１と
全く同様な方法で中空糸膜流体分離モジュールを作成し
た。このモジュールにＨｅ／Ｎｔ　混合ガスを３０躬夕
負荷したところリークが発生した。モジュールを解体し
たところ封止材のシリ：７−７−！ムカ破損していた。

このシリコーンゴムの硬さｌｌ−１４３、引裂強さ／ｄ
　２　Ｋｇｌｏｓであった。

（発明の効果） 本発明によれば、中空糸膜流体分離モジュールの信頼性
、長期耐久性を大幅に向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高圧用中空糸膜流体分離モジュールの
縦断面図を例示している。 （１）・・・本体圧力容器、（２）・・・中空糸膜、（
３）・・・封止材、（４）・・・フランジ端板、（５）
・・・連続気泡の硬質発泡材、（６）・・・高圧側入口
、（７）・・・高圧側出口、（８）・・・低圧側出口、
（Ｔ）・・・肩が落ちる方向のテーパー、幹）・・・テ
ーパー角度

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体圧力容器内に多数の中空糸膜を収納し、これ
   らの中空糸膜によつて本体容器内を中空糸膜外側の高圧
   室と中空糸膜内側の低圧室に区画し、この高圧室に供給
   された混合流体を上記の中空糸膜を透過させて流体成分
   を分離又は交換する中空糸膜流体分離モジュールに於い
   て、中空糸膜端部の封止材として液状硬化性弾性体を用
   い、封止材端部を肩が落ちる方向のテーパー状としてフ
   ランジ端板と密着させ、中空糸膜開口部を連続気泡の硬
   質発泡材で支持したことを特徴とする本体圧力容器と封
   止材とは接着させない高圧用中空糸膜流体分離モジュー
   ル。
2. （２）液状硬化性弾性体の硬化後の硬さがＪＩＳ　Ａ型
   硬度計で８０以下、３０以上である特許請求の範囲第（
   １）項記載の本体圧力容器と封止材とは接着させない高
   圧用中空糸膜流体分離モジュール。
3. （３）封止材端部及びフランジ端板のテーパー角度（θ
   ）が６０°以下、１０°以上である特許請求の範囲第（
   １）項記載の本体圧力容器と封止材とは接着させない高
   圧用中空糸膜流体分離モジュール。
4. （４）中空糸膜開口端部の硬質発泡材との接触面積に対
   する中空糸膜断面積の比率が３０％以上、６０％以下で
   ある特許請求の範囲第（１）項記載の本体圧力容器と封
   止材とは接着させない高圧用中空糸膜流体分離モジュー
   ル。
5. （５）液状硬化性弾性体の硬さがＪＩＳ　Ａ型硬度計で
   ８０以下、３０以上であり、封止材端部及びフランジ端
   板のテーパー角度が６０°以下、１０°以上であり、更
   に中空糸膜開口端部の硬質発泡材との接触面積に対する
   中空糸膜断面積の比率が３０％以上、６０％以下である
   特許請求の範囲第（１）項記載の本体圧力容器と封止材
   とは接着させない高圧用中空糸膜流体分離モジュール。
6. （６）液状硬化性弾性体の硬化後の引裂強さがＪＩＳ　
   Ａ型硬度計で５Ｋｇ／ｃｍ以上である特許請求の範囲第
   （５）項記載の本体圧力容器と封止材とは接着させない
   高圧用中空糸膜流体分離モジュール。