JPWO2017195818A1 - 中空糸膜モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2016年5月11日に、日本に出願された特願2016−095596号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)複数の中空繊維部材を引き揃えた膜マットが、中空繊維部材の長さ方向が被処理液の流れ方向に直交するようにハウジング内に積層され、該膜マットが、ハウジング内を内部チャンバおよび外部チャンバに仕切る注封材料によってハウジング内に固定された膜接触器(特許文献1)。
(2)シェルと、シェル内に挿入された円筒状の穴あきコアと、穴あきコアを囲むように穴あきコアに平行に配置された中空ファイバーと、中空ファイバーの端部をシェル内に固定し、かつシェル内をシェル空間とヘッドスペースとに仕切るチューブシートとを備えた膜接触装置(特許文献2)。
(3)被処理液容器と、被処理液容器内に収容された複数の中空糸脱気膜と、中空糸脱気膜の端部を被処理液容器内に固定し、被処理液容器内を被処理液室と減圧室とに仕切る接着部および仕切とを備えた膜脱気装置(特許文献3)。
・被処理液が中空糸膜を直角または斜めに横切る方向に流れるため、圧力損失が大きくなり、被処理液の流量を大きくできない。
・ショートパスが形成されるため、流路長が短くなり、中空糸膜との接触時間が短くなる。また、ショートパスが形成されると、被処理液が十分に流れないデッドスペースも形成されるため、中空糸膜を有効利用できない。そのため、被処理液に対して十分に脱気または給気を実施できない。
[1] 被処理液から気体を除去する、または被処理液に気体を供給するための中空糸膜モジュールであり、引き揃えられた複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束が収納されたケースと、前記中空糸膜の開口端部をその開口を保った状態でケース内に固定し、かつ前記ケース内の空間を、前記中空糸膜の外側の第1の空間と前記中空糸膜の内側に連通する第2の空間とに液密に仕切る固定部と、前記第1の空間をn個(ただし、nは2以上の整数である。)の領域に分割するように前記中空糸膜の長さ方向に沿って設けられた(n−1)枚の仕切板とを備え、前記ケースには、1番目の前記領域における被処理液の入口、およびn番目の前記領域における処理液の出口が形成され、i枚目(ただし、iは1〜n−1の整数である。)の前記仕切板には、i番目の前記領域における被処理液の出口を兼ねた、(i+1)番目の前記領域における被処理液の入口が形成され、前記中空糸膜の長さ方向の前記領域の長さをXとしたとき、前記被処理液の入口が、前記被処理液の流れ方向の上流側にある前記領域の端から下流側に1/3×Xまでの範囲に形成され、前記被処理液の出口及び前記処理液の出口が、前記被処理液の流れ方向の下流側にある前記領域の端から上流側に1/3×Xまでの範囲に形成されている、中空糸膜モジュール。
[2] 前記被処理液の流れ方向が、前記中空糸膜の長手方向と並行である、[1]に記載の中空糸膜モジュール。
[3] 前記中空糸膜束において、前記開口端部の反対側の端部が固定されていない、[1]または[2]に記載の中空糸膜モジュール。
[4] 前記中空糸膜束の長手方向に対して垂直に切断した際の断面における中空糸膜の充填率が、前記ケースを長手方向に対して垂直に切断した際の空間の断面積100面積%に対して、20〜50面積%であることを特徴とする[1]〜[3]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[5] 前記ケースに形成された前記被処理液の入口、及び前記処理液の出口からなる群から選択される少なくとも1つが、前記ケースの側面に形成されている、[1]〜[4]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[6] 前記中空糸膜束の固定されていない側に、前記ケースの開口を覆う蓋体を有し、
前記被処理液の入口、及び前記処理液の出口からなる群から選択される少なくとも1つが、前記蓋体に形成されている、[1]〜[5]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[7] 前記仕切板に形成された前記被処理液の入口の面積及び前記被処理液の出口の面積が、仕切板により分割形成された空間を長手方向に対して垂直に切断した際の断面積より同等又は小さい、[1]〜[6]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[8] 前記中空糸膜束と前記ケースとの間の間隙における前記被処理液の流れを遮る遮へい部を有する、[1]〜[7]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[9] 前記中空糸膜束が、U字状に屈曲され、前記中空糸膜束の長さが略同一に揃えられている、[1]〜[8]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[10] 前記中空糸膜束が、前記中空糸膜を連結しつつ前記中空糸膜の長さ方向に直交する方向に延びる拘束糸条を有する、[1]〜[9]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[11] 前記中空糸膜が気体透過性の均質層と、前記均質層を支持する多孔質支持層とを有する複合膜である、[1]〜[10]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[12] 前記中空糸膜の外径が350μm以下である、[1]〜[11]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[13] 前記中空糸膜の破断強度が0.5N/fil以上、且つ、破断伸度が50%以上である、[1]〜[12]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[14] 前記ケースが円筒状または角型である、[1]〜[13]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
[15] 印刷用インク容器、プリントヘッド、減圧手段、及び中空糸膜モジュールを備え、
前記印刷用インク容器と前記プリントヘッドの間の任意の位置に少なくとも一つの[1]〜[14]の何れか一項に記載の中空糸膜モジュールを有する、インクジェットプリンタ。
[16] さらに送液手段を有する、[15]に記載のインクジェットプリンタ。
「被処理液」とは、中空糸膜モジュールを通過する前及びケース内で中空糸膜と接している液体のことである。
「処理液」とは、中空糸膜モジュールを通過した後の液体のことである。
「被処理液の入口(出口)が、被処理液の流れ方向の上流(下流)側にある領域の端から下流(上流)側に1/3×Xまでの範囲に形成される」とは、被処理液の入口(出口)の開口部のすべてが前記範囲内に存在していることをいう。
図1〜図6における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものも含む。また、図2〜図6においては、図1と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の中空糸膜モジュールの第1の実施形態を示す断面図である。
中空糸膜モジュール10は、中空糸膜束20と、ケース30と、固定部40と、仕切板50とを備える。
中空糸膜束20は、U字状に屈曲され、かつ屈曲部22a以外において長さ方向が略同一に引き揃えられた複数の中空糸膜22からなる。
中空糸膜束20においては、中空糸膜22の屈曲部22aの位置が略同一に揃えられている。
中空糸膜束20においては、中空糸膜22の両端の開口端部22bの位置が同一に揃えられている。
中空糸膜束20は、屈曲部22a近傍において中空糸膜22を連結しつつ中空糸膜22の長さ方向に直交する方向に延びる拘束糸条24をさらに有する。
中空糸膜22の破断強度は0.5N/fil以上が好ましく、1.5〜10N/filがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、製造時の取り扱い性が好適となり、耐久性の点からも好ましい。ここで、「N/fil」という単位は、中空状多孔質膜が1本(1filament)破断するのに必要な強度をニュートン(N)で表したものである。破断強度は、テンシロン型引張試験機を用いて測定した値のことを指す。具体的には、1本の中空状多孔質膜を、膜の長さが10cm(100mm)となるように、引張試験機のチャック部に把持させ、この状態で100mm/minの速度で伸張させ、中空状多孔質膜が破断する時の荷重(N)を測定する。この測定を5回行い、その平均値を破断強度とする。
中空糸膜22の破断伸度は50%以上が好ましく、150〜500%がより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、製造時の取り扱い性が好適となり、耐久性の点からも好ましい。破断伸度は上記破断強度と同様の方法で測定できる。
ケース30は、中空糸膜束20を収納する部材である。
ケース30は、被処理液の入口30a、処理液の出口30b、および気体の出入口30c以外は、内部の被処理液または気体が外部に漏れださないように内部を液密または気密に封止する。
蓋体34には、蓋体34の内部に連通する気体の出入口30cが形成されている。
ケースの形状は円筒状であっても角型であってもよい。
固定部40は、中空糸膜22の開口端部22bをその開口を保った状態でケース30内に固定し、かつケース30内の空間を、中空糸膜22の外側の第1の空間Iと、中空糸膜22の内側に連通する第2の空間IIとに液密に仕切るものである。
第2の空間IIは、蓋体34と固定部40とに囲まれた空間である。第2の空間IIは、気体の出入口30cと連通し、気体の流路となる。
仕切板50は、第1の空間Iを、被処理液の入口30aに連通する第1の領域Aと、処理液の出口30bに連通する第2の領域Bとの2つの領域に分割するように、中空糸膜22の長さ方向に沿って設けられた1枚の板である。
仕切板50は、被処理液の出口50bを兼ねた被処理液の入口50a以外は、隣接する領域に被処理液が漏れださないように各領域を液密に封止する。
仕切板50は、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の約半数を第1の領域Aに分配し、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の残りの約半数を第2の領域Bに分配する。仕切板50においては、固定部40に近い箇所に、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aが形成されている。
ケース30のケース本体32には、第1の領域Aにおける被処理液の入口30a、および第2の領域Bにおける処理液の出口30bが形成されている。
1枚のみの仕切板50には、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aが形成されている。
第1の実施形態の中空糸膜モジュール10は、公知の製造方法によって製造できる。例えば、下記の手順にて製造できる。
・ラッセル編機を用い、緯糸である中空糸膜をあらかじめ設定された長さで折り返しながら、両側の折り返し部分をチェーンステッチの経糸にて連結させることによって、ラッセル編地の中空糸膜シート状物を製造する。
・頭部32aおよび側壁と一体に接合した仕切板50が内部に設けられたケース本体32の第1の領域Aおよび第2の領域Bのそれぞれに、中空糸膜シート状物を折り畳みながら、中空糸膜22が仕切板50と平行になるように挿入する。
・ケース本体32のケース開口32bおよびその近傍に液状のポッティング材を供給し、硬化または固化させることによって固定部40を形成する。
・ケース本体32のケース開口32b側の固定部40の端部を、ケース本体32の端部および中空糸膜シート状物の折り返し端部ごと切断し、中空糸膜22の開口端部22bを形成する。
・ケース本体32のケース開口32bを覆うように蓋体34を接合し、ケース30を完成させ、中空糸膜モジュール10を得る。
第1の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気は、以下のように実施できる。
ケース30の蓋体34の気体の出入口30cに真空ポンプ(図示略)を接続する。
ケース30のケース本体32の被処理液の入口30aに圧送ポンプ(図示略)を接続する、または処理液の出口30bに吸引ポンプ(図示略)を接続する。
圧送ポンプまたは吸引ポンプを作動させて被処理液を被処理液の入口30aからケース本体32内の第1の空間Iの第1の領域Aに供給する。
第1の領域Aの下流端A2側に到達した被処理液は、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aを通って、ケース本体32内の第1の空間Iの第2の領域Bに移動する。
第2の領域Bの下流端B2側に到達した被処理液は、第2の領域Bにおける処理液の出口30bを通って、ケース本体32外に排出される。
以上説明した第1の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、下記の理由から、被処理液を流す際の圧力損失が少なくなる。
(i)仕切板50が、ケース30内の第1の空間Iを第1の領域Aと第2の領域Bとの2つの領域に分割するように中空糸膜22の長さ方向に沿って設けられているため、各領域を流れる被処理液が、中空糸膜22の長さ方向に沿って流れるように仕切板50によって規制されている。
(ii)ケース30内の第1の空間Iが仕切板50によって第1の領域Aと第2の領域Bとの2つの領域に分割される。その上、各領域における被処理液の入口が、被処理液の流れ方向の上流側にある各領域の端から下流側に1/3×Xまでの範囲に形成され、各領域における被処理液の出口が、被処理液の流れ方向の下流側にある各領域の端から上流側に1/3×Xまでの範囲に形成されている。そのため、各領域を流れる被処理液が、中空糸膜22の長さ方向に沿って流れやすく、ショートパスが形成されにくい。
(iii)前記(i)および(ii)によって、被処理液が中空糸膜22を直角または斜めに横切る方向に流れにくくなるため、圧力損失が小さくなり、被処理液の流量を大きくできる。
(iv)ケース30内の第1の空間Iが仕切板50によって第1の領域Aと第2の領域Bとの2つの領域に分割され、かつ仕切板50には、上述した特定の範囲(各領域の端近傍)に、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aが形成されているため、仕切板がない場合に比べ流路長が長くなっている。
(v)前記(ii)で説明したように、各領域を流れる被処理液が、中空糸膜22の長さ方向に沿って流れやすく、ショートパスが形成されにくい。そのため、各領域における流路を長く確保できるとともに、被処理液の流路の幅が狭く設定されていることから、各領域内に、被処理液が十分に流れないデッドスペースが形成されにくいため、中空糸膜22を有効利用できる。
(vi)前記(iv)および(v)によって、流路長が長くなり、中空糸膜22との接触時間が長くなるとともに、中空糸膜22を無駄なく有効利用できるため、被処理液に対して十分に脱気または給気を実施できる。
また、中空糸膜22がU字状に屈曲されているため、自立状態を保持しやすくなり、過度に中空糸膜束20が拡散することを抑制できる。そのため、中空糸膜束20全体に被処理液が広がりやすくなり、被処理液に対してさらに十分に脱気または給気を実施できる。
図2は、本発明の中空糸膜モジュールの第2の実施形態を示す断面図である。
第2の実施形態の中空糸膜モジュール10は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と下記の点で相違する。
・ケース本体32においては、側壁の固定部40に近い箇所に、ケース本体32内部に連通する被処理液の入口30aが形成され、被処理液の入口30aが形成された側壁に対向する側壁の固定部40に近い箇所に、ケース本体32内部に連通する処理液の出口30bが形成されている。
・仕切板50においては、ケース本体32の頭部32aに近い箇所に、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aが形成されている。
以下、第1の実施形態と同じ構成のものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
第2の実施形態の中空糸膜モジュール10は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同様にして製造できる。
第2の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気と同様にして実施できる。
以上説明した第2の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ作用機序によって、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ効果を発揮できる。
図3は、本発明の中空糸膜モジュールの第3の実施形態を示す断面図である。
中空糸膜モジュール10は、中空糸膜束20と、ケース30と、第1の固定部42と、第2の固定部44と、仕切板50とを備える。
以下、第1の実施形態と同じ構成のものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
中空糸膜束20は、長さ方向が一方向に引き揃えられた複数の中空糸膜22からなる。 中空糸膜束20においては、中空糸膜22の第1の開口端部22dの位置が同一に揃えられ、中空糸膜22の第2の開口端部22eの位置が同一に揃えられている。
ケース30は、中空糸膜束20を収納する部材である。
ケース30は、被処理液の入口30a、処理液の出口30b、第1の気体出口30dおよび第2の気体の出入口30e以外は、内部の被処理液または気体が外部に漏れださないように内部を液密または気密に封止する。
第1の蓋体36の天蓋部には、第1の蓋体36の内部に連通する第1の気体の出入口30dが形成されている。
第2の蓋体38の天蓋部には、第2の蓋体38の内部に連通する第2の気体の出入口30eが形成されている。
第1の固定部42は、中空糸膜22の第1の開口端部22dをその開口を保った状態でケース30内に固定し、かつケース30内の空間を、中空糸膜22の外側の第1の空間Iと、中空糸膜22の内側に連通する第2の空間IIaとに液密に仕切るものである。
第2の固定部44は、中空糸膜22の第2の開口端部22eをその開口を保った状態でケース30内に固定し、かつケース30内の空間を、中空糸膜22の外側の第1の空間Iと、中空糸膜22の内側に連通する第2の空間IIbとに液密に仕切るものである。
第2の固定部44は、中空糸膜22の第2の開口端部22e側がケース本体32の第2のケース開口32e側となるように、中空糸膜束20の第2の開口端部22eおよびその近傍を、ケース本体32の第2のケース開口32eおよびその近傍に固定する。
第2の空間IIaは、第1の蓋体36と第1の固定部42とに囲まれた空間である。第2の空間IIaは、第1の気体の出入口30dと連通し、気体の流路となる。
第2の空間IIbは、第2の蓋体38と第2の固定部44とに囲まれた空間である。第2の空間IIbは、第2の気体の出入口30eと連通し、気体の流路となる。
仕切板50は、第1の空間Iを、被処理液の入口30aに連通する第1の領域Aと、処理液の出口30bに連通する第2の領域Bとの2つの領域に分割するように、中空糸膜22の長さ方向に沿って設けられた1枚の板である。
仕切板50は、被処理液の出口50bを兼ねた被処理液の入口50a以外は、隣接する領域に被処理液が漏れださないように各領域を液密に封止する。
仕切板50は、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の約半数を第1の領域Aに分配し、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の残りの約半数を第2の領域Bに分配する。 仕切板50においては、第2の固定部44に近い箇所に、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aが形成されている。
第3の実施形態の中空糸膜モジュール10は、公知の製造方法によって製造できる。例えば、下記の手順にて製造できる。
・ラッセル編機を用い、緯糸である中空糸膜をあらかじめ設定された長さで折り返しながら、両側の折り返し部分をチェーンステッチの経糸にて連結させることによって、ラッセル編地の中空糸膜シート状物を製造する。
・側壁と一体に接合した仕切板50が内部に設けられたケース本体32の第1の領域Aおよび第2の領域Bのそれぞれに、中空糸膜シート状物を折り畳みながら、中空糸膜22が仕切板50と平行になるように挿入する。
・ケース本体32の第1のケース開口32dおよびその近傍に液状のポッティング材を供給し、硬化または固化させることによって第1の固定部42を形成する。
・ケース本体32の第2のケース開口32eおよびその近傍に液状のポッティング材を供給し、硬化または固化させることによって第2の固定部44を形成する。
・ケース本体32の第1のケース開口32d側の第1の固定部42の端部を、ケース本体32の端部および中空糸膜シート状物の折り返し端部ごと切断し、中空糸膜22の第1の開口端部22dを形成する。
・ケース本体32の第2のケース開口32e側の第2の固定部44の端部を、ケース本体32の端部および中空糸膜シート状物の折り返し端部ごと切断し、中空糸膜22の第2の開口端部22eを形成する。
・ケース本体32の第1のケース開口32dを覆うように第1の蓋体36を接合し、ケース本体32の第2のケース開口32eを覆うように第2の蓋体38を接合し、ケース30を完成させ、中空糸膜モジュール10を得る。
第3の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気は、以下のように実施できる。
ケース30の第1の蓋体36の第1の気体の出入口30dおよび第2の蓋体38の第2の気体の出入口30eに真空ポンプ(図示略)を接続する。もしくは第1の気体の出入口30dまたは第2の気体の出入口30eのどちらか一方を封止し、片側のみに真空ポンプを接続する形としてもよい。
ケース30のケース本体32の被処理液の入口30aに圧送ポンプ(図示略)を接続する、または処理液の出口30bに吸引ポンプ(図示略)を接続する。
圧送ポンプまたは吸引ポンプを作動させて被処理液を被処理液の入口30aからケース本体32内の第1の空間Iの第1の領域Aに供給する。
第1の領域Aの下流端A2側に到達した被処理液は、第1の領域Aにおける被処理液の出口50bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口50aを通って、ケース本体32内の第1の空間Iの第2の領域Bに移動する。
第2の領域Bの下流端B2側に到達した被処理液は、第2の領域Bにおける処理液の出口30bを通って、ケース本体32外に排出される。
以上説明した第3の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ作用機序によって、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ効果を発揮できる。
図4は、本発明の中空糸膜モジュールの第4の実施形態を示す断面図である。
中空糸膜モジュール10は、中空糸膜束20と、ケース30と、固定部40と、第1の仕切板52と、第2の仕切板54とを備える。
以下、第1の実施形態と同じ構成のものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
ケース30は、中空糸膜束20を収納する部材である。
ケース30は、被処理液の入口30a、処理液の出口30b、および気体の出入口30c以外は、内部の被処理液または気体が外部に漏れださないように内部を液密または気密に封止する。
蓋体34の天蓋部には、蓋体34の内部に連通する気体の出入口30cが形成されている。
第1の仕切板52および第2の仕切板54は、第1の空間Iを、被処理液の入口30aに連通する第1の領域Aと、処理液の出口30bに連通する第3の領域Cと、これらの間の第2の領域Bの3つの領域に分割するように、中空糸膜22の長さ方向に沿って設けられた2枚の板である。
第1の仕切板52は、被処理液の出口52bを兼ねた被処理液の入口52a以外は、隣接する領域に被処理液が漏れださないように各領域を液密に封止する。
第2の仕切板54は、被処理液の出口54bを兼ねた被処理液の入口54a以外は、隣接する領域に被処理液が漏れださないように各領域を液密に封止する。
第1の仕切板52および第2の仕切板54は、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の約1/3を第1の領域Aに分配し、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の約1/3を第2の領域Bに分配し、中空糸膜束20を構成する中空糸膜22の残りの約1/3を第3の領域Cに分配する。
第1の仕切板52においては、固定部40に近い箇所に、第1の領域Aにおける被処理液の出口52bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口52aが形成されている。
第2の仕切板54においては、ケース本体32の頭部32aに近い箇所に、第2の領域Bにおける被処理液の出口54bを兼ねた、第3の領域Cにおける被処理液の入口54aが形成されている。
ケース30のケース本体32には、第1の領域Aにおける被処理液の入口30a、および第3の領域Cにおける処理液の出口30bが形成されている。
第1の仕切板52には、第1の領域Aにおける被処理液の出口52bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口52aが形成されている。
第2の仕切板54には、第2の領域Bにおける被処理液の出口54bを兼ねた、第3の領域Cにおける被処理液の入口54aが形成されている。
第4の実施形態の中空糸膜モジュール10は、公知の製造方法によって製造できる。例えば、下記の手順にて製造できる。
・ラッセル編機を用い、緯糸である中空糸膜をあらかじめ設定された長さで折り返しながら、両側の折り返し部分をチェーンステッチの経糸にて連結させることによって、ラッセル編地の中空糸膜シート状物を製造する。
・頭部32aおよび側壁と一体に接合した第1の仕切板52および第2の仕切板54が内部に設けられたケース本体32の第1の領域A、第2の領域Bおよび第3の領域Cのそれぞれに、中空糸膜シート状物を折り畳みながら、中空糸膜22が第1の仕切板52および第2の仕切板54と平行になるように挿入する。
・ケース本体32のケース開口32bおよびその近傍に液状のポッティング材を供給し、硬化または固化させることによって固定部40を形成する。
・ケース本体32のケース開口32b側の固定部40の端部を、ケース本体32の端部および中空糸膜シート状物の折り返し端部ごと切断し、中空糸膜22の開口端部22bを形成する。
・ケース本体32のケース開口32bを覆うように蓋体34を接合し、ケース30を完成させ、中空糸膜モジュール10を得る。
第4の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気は、以下のように実施できる。
ケース30の蓋体34の気体の出入口30cに真空ポンプ(図示略)を接続する。
ケース30のケース本体32の被処理液の入口30aに圧送ポンプ(図示略)を接続する、または処理液の出口30bに吸引ポンプ(図示略)を接続する。
圧送ポンプまたは吸引ポンプを作動させて被処理液を被処理液の入口30aからケース本体32内の第1の空間Iの第1の領域Aに供給する。
第1の領域Aの下流端A2側に到達した被処理液は、第1の領域Aにおける被処理液の出口52bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口52aを通って、ケース本体32内の第1の空間Iの第2の領域Bに移動する。
第2の領域Bの下流端B2側に到達した被処理液は、第2の領域Bにおける被処理液の出口54bを兼ねた、第3の領域Cにおける被処理液の入口54aを通って、ケース本体32内の第1の空間Iの第3の領域Cに移動する。
第3の領域Cの下流端C2側に到達した被処理液は、第3の領域Cにおける処理液の出口30bを通って、ケース本体32外に排出される。
以上説明した第4の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、下記の理由から、被処理液を流す際の圧力損失が少なくなる。
(i)第1の仕切板52および第2の仕切板54が、ケース30内の第1の空間Iを第1の領域Aと第2の領域Bと第3の領域Cとの3つの領域に分割するように中空糸膜22の長さ方向に沿って設けられているため、各領域を流れる被処理液が、中空糸膜22の長さ方向に沿って流れるように第1の仕切板52および第2の仕切板54によって規制されている。
(ii)ケース30内の第1の空間Iが第1の仕切板52および第2の仕切板54によって第1の領域Aと第2の領域Bと第3の領域Cとの3つの領域に分割され、各領域を流れる被処理液が、中空糸膜22の長さ方向に沿って流れやすく、ショートパスが形成されにくい。
(iii)前記(i)および(ii)によって、被処理液が中空糸膜22を直角または斜めに横切る方向に流れにくくなるため、圧力損失が小さくなり、被処理液の流量を大きくできる。
(iv)ケース30内の第1の空間Iが第1の仕切板52および第2の仕切板54によって第1の領域Aと第2の領域Bと第3の領域Cとの3つの領域に分割され、かつ第1の仕切板52には、上述した特定の範囲(各領域の端近傍)に、第1の領域Aにおける被処理液の出口52bを兼ねた、第2の領域Bにおける被処理液の入口52aが形成され、第2の仕切板54には、上述した特定の範囲(各領域の端近傍)に、第2の領域Bにおける被処理液の出口54bを兼ねた、第3の領域Cにおける被処理液の入口54aが形成されているため、仕切板がない場合に比べ流路長が長くなっている。
(v)前記(ii)で説明したように、各領域を流れる被処理液が、中空糸膜22の長さ方向に沿って流れやすく、ショートパスが形成されにくい。そのため、各領域における流路を長く確保できるとともに、被処理液の流路の幅が狭く設定されていることから、各領域内に、被処理液が十分に流れないデッドスペースが形成されにくいため、中空糸膜22を有効利用できる。
(vi)前記(iv)および(v)によって、流路長が長くなり、中空糸膜22との接触時間が長くなるとともに、中空糸膜22を無駄なく有効利用できるため、被処理液に対して十分に脱気または給気を実施できる。
以上説明した第4の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、中空糸膜束20が、屈曲部22aの位置が略同一に揃えられたものであるため、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ作用機序によって、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ効果を発揮できる。
以上説明した第4の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、中空糸膜束20が、中空糸膜22を連結しつつ中空糸膜22の長さ方向に直交する方向に延びる拘束糸条24を有するため、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ作用機序によって、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ効果を発揮できる。
図5は、本発明の中空糸膜モジュールの第5の実施形態を示す断面図である。
第5の実施形態の中空糸膜モジュール10は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と下記の点で相違する。
・中空糸膜束20の開口端部の反対の端部側に第2の蓋体38を有し、第2の蓋体38上に被処理液の入口30a、及び処理液の出口30bが形成されている。
以下、第1の実施形態と同じ構成のものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
第2の蓋体38には、被処理液の入口30a、及び処理液の出口30bが形成されている。被処理液の入口30aは、第1の領域Aに連通するように形成され、処理液の出口30bは、第2の領域Bに連通するように形成されている。
第5の実施形態の中空糸膜モジュール10は、公知の製造方法によって製造できる。例えば、下記の手順にて製造できる。
・ラッセル編機を用い、緯糸である中空糸膜をあらかじめ設定された長さで折り返しながら、両側の折り返し部分をチェーンステッチの経糸にて連結させることによって、ラッセル編地の中空糸膜シート状物を製造する。
・側壁と一体に接合した仕切板50が内部に設けられたケース本体32の第1の領域Aおよび第2の領域Bのそれぞれに、中空糸膜シート状物を折り畳みながら、中空糸膜22が仕切板50と平行になるように挿入する。
・ケース本体32の第1のケース開口32b側およびその近傍に液状のポッティング材を供給し、硬化または固化させることによって固定部40を形成する。
・ケース本体32の第1のケース開口32b側の固定部40の端部を、ケース本体32の端部および中空糸膜シート状物の折り返し端部ごと切断し、中空糸膜22の開口端部22bを形成する。
・ケース本体32の第1のケース開口32bを覆うように第1の蓋体36を接合し、ケース本体32の第2のケース開口32eを覆うように第2の蓋体38を接合し、ケース30を完成させ、中空糸膜モジュール10を得る。
第5の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気と同様にして実施できる。
以上説明した第5の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ作用機序によって、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ効果を発揮できる。
図6は、本発明の中空糸膜モジュールの第6の実施形態を示す断面図である。
第6の実施形態の中空糸膜モジュール10は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と下記の点で相違する。
・中空糸膜束と前記ケースとの間の間隙における前記被処理液の流れを遮る遮へい部60を有する。
以下、第1の実施形態と同じ構成のものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
遮へい部60はケース30の内表面に形成されている。図7は図6におけるD部を拡大した斜視図である。遮へい部60の形状は、図7に示すとおりにケース30の内表面上を周回している突起であることが好ましい。遮へい部60は、被処理液の入口30aと被処理液の出口54bの間に形成されることが好ましく、被処理液の入口54aと処理液の出口30bの間に形成されることが好ましい。被処理液の入口30aの近傍に形成される場合には、中空糸膜22の長さ方向の領域の長さをXとしたとき、被処理液の流れ方向の上流側にある領域の端から下流側に1/3×Xまでの範囲に形成されることが好ましい。また、処理液の出口30bの近傍に形成される場合には、中空糸膜22の長さ方向の領域の長さをXとしたとき、被処理液の流れ方向の下流側にある前記領域の端から上流側に1/3×Xまでの範囲に形成されることが好ましい。
第6の実施形態の中空糸膜モジュール10は、公知の製造方法によって製造できる。例えば、下記の手順にて製造できる。
・ラッセル編機を用い、緯糸である中空糸膜をあらかじめ設定された長さで折り返しながら、両側の折り返し部分をチェーンステッチの経糸にて連結させることによって、ラッセル編地の中空糸膜シート状物を製造する。
・遮へい部60が内壁に設けられ、且つ底部32aおよび側壁と一体に接合した仕切板50が内部に設けられたケース本体32の第1の領域Aおよび第2の領域Bのそれぞれに、中空糸膜シート状物を折り畳みながら、中空糸膜22が仕切板50と平行になるように挿入する。
・ケース本体32のケース開口32bおよびその近傍に液状のポッティング材を供給し、硬化または固化させることによって固定部40を形成する。
・ケース本体32のケース開口32b側の固定部40の端部を、ケース本体32の端部および中空糸膜シート状物の折り返し端部ごと切断し、中空糸膜22の開口端部22bを形成する。
・ケース本体32のケース開口32bを覆うように蓋体34を接合し、ケース30を完成させ、中空糸膜モジュール10を得る。
第6の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気は、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10を用いた被処理液に対する脱気または給気と同様にして実施できる。
以上説明した第6の実施形態の中空糸膜モジュール10にあっては、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ作用機序によって、第1の実施形態の中空糸膜モジュール10と同じ効果を発揮できる。
さらに、遮へい部60を有することにより、中空糸膜束20とケースとの間の間隙を流れる被処理液の流れる方向を変え、中空糸膜22と接触しやすくする。
なお、本発明の中空糸膜モジュールは、被処理液から気体を除去する、または被処理液に気体を供給するための中空糸膜モジュールであり;長さ方向が引き揃えられた複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、中空糸膜束が収納されたケースと、中空糸膜の開口端部をその開口を保った状態でケース内に固定し、かつケース内の空間を、中空糸膜の外側の第1の空間と中空糸膜の内側に連通する第2の空間とに液密に仕切る固定部と、第1の空間をn個(ただし、nは2以上の整数である。)の領域に分割するように中空糸膜の長さ方向に沿って設けられた(n−1)枚の仕切板とを備え;ケースには、1番目の領域における被処理液の入口、およびn番目の領域における被処理液の出口が形成され;i枚目(ただし、iは1〜n−1の整数である。)の仕切板には、i番目の領域における被処理液の出口を兼ねた、(i+1)番目の領域における被処理液の入口が形成され;中空糸膜の長さ方向の領域の長さをXとしたとき、被処理液の入口が、被処理液の流れ方向の上流側にある領域の端から下流側に1/3×Xまでの範囲に形成され、被処理液の出口が、被処理液の流れ方向の下流側にある領域の端から上流側に1/3×Xまでの範囲に形成されているものであればよく、図示例の第1〜6の実施形態の中空糸膜モジュール10に限定されない。
中空糸膜束は、各領域においてその中空糸膜の本数が同じであることが好ましく、異なっていてもよい。
中空糸膜モジュールは、固定部がケースに着脱可能に設けられ、中空糸膜束および固定部からなる中空糸膜エレメントが交換可能とされたものであってもよい。
中空糸膜モジュールは、図示例の第1〜6の実施形態からなる群から選ばれる1種以上の中空糸膜モジュール10の複数を直列およびまたは並列に連結したものであってもよい。
中空糸膜束は、拘束糸条を有しないものであってもよく、2つ以上の拘束糸条を有するものであってもよい。
ケースの被処理液の入口および処理液の出口のいずれか一方または両方は、ケース本体の頭部に形成されていてもよい。
被処理液の入口、処理液の出口および気体の出入口は、ケース1つあたりに複数形成されていてもよい。
被処理液の出口を兼ねた被処理液の入口は、仕切板1枚あたりに複数形成されていてもよい。
<第1の実施形態>
図8は、本発明のインクジェットプリンタの第1の実施形態を示す模式図である。
インクジェットプリンタ100は、印刷用インク容器101から中空糸膜モジュール10、減圧手段103、プリントヘッド104を備える。
インクを貯留する印刷用インク容器101から、インクを脱気する中空糸膜モジュール10にインクが供給される。この時、中空糸膜モジュール10が真空ポンプ等の減圧手段103に接続されることにより、インクの脱気が行われる。脱気処理されたインクはプリントヘッド104に供給され、印字が行われる。
図9は本発明のインクジェットプリンタの第2の実施形態を示す模式図である。
第2の実施形態のインクジェットプリンタ100は、第1の実施形態のインクジェットプリンタと下記の点で相違する。
・印刷用インク容器101と中空糸膜モジュール10との間に送液手段102を備える。
送液手段102は、印刷用インク容器101内のインクを吸引し、インクを中空糸膜モジュール10に供給しやすくするためのものである。送液手段102としては、例えばチューブポンプが挙げられる。また、送液手段102の設置位置は中空糸膜モジュール10とプリントヘッド104の間としてもよい。
なお、本発明のインクジェットプリンタは、印刷用インク容器、プリントヘッド、減圧手段、及び中空糸膜モジュールを備えていればよく、図8〜9の実施形態のインクジェットプリンタ100に限定されない。
例えば、インクジェットプリンタは、複数の本発明の中空糸膜モジュールを備えるものであってもよい。
送液手段は、印刷用インク容器のみに接続されていてもよく、この場合、圧送ポンプなどであってもよい。
溶存酸素除去率は、下記式から求めた。
溶存酸素除去率=((Ma−Mb)/Ma)×100
ただし、Maは、被処理液の入口30aから中空糸膜モジュール10内に供給される被処理液の単位体積あたりの溶存酸素量であり、Mbは、処理液の出口30bから排出される処理液の単位体積あたりの溶存酸素量である。各溶存酸素量は、隔膜式溶存酸素計を用いて測定した。
図1に示す中空糸膜モジュール10を作製した。
中空糸膜22としては、三層構造の複合中空糸膜(三菱ケミカル社製、外径:200μm)を用いた。
中空糸膜22の本数は8320本とし、中空糸膜22の1本あたりの有効長は65mmとし、ケース本体32内の中空糸膜22の充填率は31断面積%とし、中空糸膜束20の有効膜面積は0.34m2とした。
ケース30としては、ポリプロピレン製の箱形ものを用いた。ケース30の外寸(被処理液の入口30a、処理液の出口30bおよび気体の出入口30cを除く。)は、中空糸膜22の長さ方向の長さ:50mm、中空糸膜22の長さ方向に直交する方向の幅:26mm、奥行き:84mmとし、ケース30の内寸は、長さ:44mm、幅:20mmとした。被処理液の入口30aおよび処理液の出口30bは、ケース本体32の底部32aから20mmまでの範囲に形成した。
固定部40を形成するためのポッティング材としては、エポキシ樹脂を用いた。固定部40の中空糸膜22の長さ方向の長さは、10mmとした。
仕切板50をケース本体32内に一体に設けた。仕切板50の厚さは3mmとした。被処理液の出口50bを兼ねた被処理液の入口50aは、固定部40との境界から10mmまでの範囲に形成した。
被処理液の流量は、300mL/分であった。
被処理液からの溶存酸素除去率は、60%であった。
図10に示す中空糸膜モジュール110を作製した。
比較例1の中空糸膜モジュール110は、実施例1の中空糸膜モジュール10と下記の点で相違する。
・ケース30が円筒形である。
・ケース本体32においては、側壁の固定部40に近い箇所に、ケース本体32内部に連通する被処理液の入口30aが形成され、ケース本体32の底部32aの中央に、ケース本体32内部に連通する処理液の出口30bが形成されている。
・仕切板50が設けられていない。
中空糸膜22の本数は8320本とし、中空糸膜22の1本あたりの有効長は65mmとし、ケース本体32内の中空糸膜22の充填率は33断面積%とし、中空糸膜束20の有効膜面積は0.34m2とした。
ケース30としては、ポリプロピレン製の円筒形ものを用いた。ケース30の外寸(被処理液の入口30a、処理液の出口30bおよび気体の出入口30cを除く。)は、中空糸膜22の長さ方向の長さ:90mm、外径:40mmとし、ケース30の内寸は、長さ:76mm、内径:32mmとした。
固定部40を形成するためのポッティング材としては、エポキシ樹脂を用いた。固定部40の中空糸膜22の長さ方向の長さは、15mmとした。
被処理液の流量は、200mL/分であった。
被処理液からの溶存酸素除去率は、50%であった。
比較例1においては、ショートパスが形成されたため、流路長が短くなり、中空糸膜22との接触時間が短くなった。また、ショートパスが形成されるとともに、被処理液が十分に流れないデッドスペースも形成されたため、中空糸膜22を有効利用できなかった。そのため、実施例1に比べ被処理液に対して十分に脱気を実施できなかった。
図1に示す中空糸膜モジュール10を作成した。
中空糸膜22としては、三層構造の複合中空糸膜(三菱ケミカル社製、商品名:MHF130EPE)を用いた。
長さ150mm、内径52mmの有底円筒状のケース本体32を使用し、中空糸膜22を17280本挿入し、有効膜面積1.3m2の中空糸膜モジュール10を作成した。この際、有底円筒状のケース本体32の内部に、厚み1mmの仕切板50を挿入した。仕切板は、段面積3cm2の楕円状の被処理液出入口52a、52bを固定部40の境界から5mmまでの範囲に有していた。また、仕切板50により分割された空間の断面積の平均値は10cm2であった。ケース本体32は、ケース本体32の頭部32aから20mmまでの範囲に被処理液の入口30aおよび処理液の出口30bを有していた。
なお、ケース本体32内の中空糸膜22の充填率は27面積%であった。固定部40を形成するためのポッティング剤としては、エポキシ樹脂を用いた。
図10に示す中空糸膜モジュール110を作成した。
比較例2の中空糸膜モジュール110は、実施例2の中空糸膜モジュール10と下記の点で相違する。
・ケース本体32においては、側壁の固定部40に近い箇所に、ケース本体32内部に連通する被処理液の入口30aが形成され、ケース本体32の底部32aの中央に、ケース本体32内部に連通する処理液の出口30bが形成されている。
・仕切板50が設けられていない。
長さ150mm、内径52mmの有底円筒状のケース本体32を準備した。前記ケース本体32内部に中空糸膜22を19200本挿入し、膜有効面積1.45m2の中空糸膜モジュール110を作成した。
図11に示す中空糸膜モジュール120を作成した。
比較例3の中空糸膜モジュール120は、実施例2の中空糸膜モジュール10と下記の点で相違する。
・ケース本体32においては中央に孔の開いた管70が設けられ、管70内に被処理液の入口30aから被処理液が中空糸膜モジュール120内に供給される。中空糸膜22は長さ方向に垂直なバッフル80によって二分されている。被処理液の入口30a側の中空糸膜22で処理された被処理水はバッフル80の周りを回って処理液出口30b側の中空糸膜22で処理される。その後、被処理水は管70内に戻って処理水出口30bから排出される。
・仕切板50が設けられていない。
長さ220mm、内径55mmの円筒状のケース本体32を準備した。前記ケース本体32の内部に中空糸膜22を15360本挿入し、膜有効面積1.3m2の中空糸膜モジュール120を作成した。
ケース本体32の中心に、複数の孔を有する内径9mm、外径13mmの管70を挿入し、さらに、長手方向の中心にバッフル80を設けた。
図13は、実施例2、比較例2、3の中空糸膜モジュールを横置きで使用した場合の処理流量と溶存酸素除去率の関係を表すグラフである。このとき、実施例2及び比較例2の被処理液の入口30aを下にして設置した。
比較例2、3においては、ショートパスが形成されたため、中空糸膜22を有効利用できなかった。そのため実施例2に比べて被処理液に対して充分に脱気を実施できなかった。
一方、本願発明を適用した実施例2では、高流量においても充分な脱気性能を発揮した。また、膜有効面積が比較例2よりも小さいにもかかわらず、比較例2よりも優れた脱気性能を示したことから、本願発明の中空糸膜モジュールは、コンパクトな設計でありながら十分な脱気性能を示すことが判った。また、縦置き横置きにかかわらず、充分な脱気性能を発揮することが判った。
Claims (16)
- 被処理液から気体を除去する、または被処理液に気体を供給するための中空糸膜モジュールであり、引き揃えられた複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜束が収納されたケースと、前記中空糸膜の開口端部をその開口を保った状態でケース内に固定し、かつ前記ケース内の空間を、前記中空糸膜の外側の第1の空間と前記中空糸膜の内側に連通する第2の空間とに液密に仕切る固定部と、前記第1の空間をn個(ただし、nは2以上の整数である。)の領域に分割するように前記中空糸膜の長さ方向に沿って設けられた(n−1)枚の仕切板とを備え、前記ケースには、1番目の前記領域における被処理液の入口、およびn番目の前記領域における処理液の出口が形成され、i枚目(ただし、iは1〜n−1の整数である。)の前記仕切板には、i番目の前記領域における被処理液の出口を兼ねた、(i+1)番目の前記領域における被処理液の入口が形成され、前記中空糸膜の長さ方向の前記領域の長さをXとしたとき、前記被処理液の入口が、前記被処理液の流れ方向の上流側にある前記領域の端から下流側に1/3×Xまでの範囲に形成され、前記被処理液の出口及び前記処理液の出口が、前記被処理液の流れ方向の下流側にある前記領域の端から上流側に1/3×Xまでの範囲に形成されている、中空糸膜モジュール。
- 前記被処理液の流れ方向が、前記中空糸膜の長手方向と並行である、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束において、前記開口端部の反対側の端部が固定されていない、請求項1または2に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束の長手方向に対して垂直に切断した際の断面における中空糸膜の充填率が、前記ケースを長手方向に対して垂直に切断した際の空間の断面積100面積%に対して、20〜50面積%であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記ケースに形成された前記被処理液の入口、及び前記処理液の出口からなる群から選択される少なくとも1つが、前記ケースの側面に形成されている、請求項1〜4の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束の固定されていない側に、前記ケースの開口を覆う蓋体を有し、
前記被処理液の入口、及び前記処理液の出口からなる群から選択される少なくとも1つが、前記蓋体に形成されている、請求項1〜5の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。 - 前記仕切板に形成された前記被処理液の入口の面積及び前記被処理液の出口の面積が、仕切板により分割形成された空間を長手方向に対して垂直に切断した際の断面積より同等又は小さい、請求項1〜6の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束と前記ケースとの間の間隙における前記被処理液の流れを遮る遮へい部を有する、請求項1〜7の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束が、U字状に屈曲され、前記中空糸膜束の長さが略同一に揃えられている、請求項1〜8の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜束が、前記中空糸膜を連結しつつ前記中空糸膜の長さ方向に直交する方向に延びる拘束糸条を有する、請求項1〜9の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜が気体透過性の均質層と、前記均質層を支持する多孔質支持層とを有する複合膜である、請求項1〜10の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜の外径が350μm以下である、請求項1〜11の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記中空糸膜の破断強度が0.5N/fil以上、且つ、破断伸度が50%以上である、請求項1〜12の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記ケースが円筒状または角型である、請求項1〜13の何れか一項に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記インクジェットプリンタが、印刷用インク容器、プリントヘッド、減圧手段、及び中空糸膜モジュールを備え、
前記印刷用インク容器と前記プリントヘッドの間の任意の位置に少なくとも一つの請求項1〜14の何れか一項に記載の中空糸膜モジュールを有する、インクジェットプリンタ。 - さらに送液手段を有する、請求項15に記載のインクジェットプリンタ。
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