WO1999058231A1

WO1999058231A1 - Module de type a fibres creuses

Info

Publication number: WO1999058231A1
Application number: PCT/JP1999/002387
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Hasegawa; Yoshitada Matsumoto
Original assignee: Daicen Menbrane-Systems Ltd.
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 1999-11-18
Also published as: CN1272070A; EP1005896A1; EP1005896A4; CN1185044C

Description

明細書中空糸型膜モジュール技術分野

本発明は、ハウジング内に中空糸型膜エレメン卜が交換可能に収納されてなる中空糸型膜モジュールに関するもので、主に、医薬品、酵素や発酵物、各種食品などの分離、濃縮や精製などの製造プロセス用途のほか、表流水や地下水、工業用水などの浄化や精製、無菌化などの水処理用途、各種廃水にかかわる水処理などの分野で利用される。

背景技術

中空糸型膜モジュールは、平膜、スパイラル、管型などの膜モジュールに比べて単位体積あたりの有効膜面積が大きいため、医薬品、食品工業プロセスのほか、水処理、ガス分離、浸透気化分離などの極めて幅広い分野で利用されている。中空糸型膜モジュールの形状としては、複数の中空糸膜を束ねた糸束を、この糸束を支持するプラスチック製の円筒状ハウジングに収め、両端部をエポキシ樹脂ゃポリウレタンなどの樹脂でハウジングと一体に固着封止した後、両端の樹脂固着部の一部を切断して、中空糸の端部を開口させたものが、一般に広く用いられている , しかしながら、中空糸とハウジングが一体に固着されたモジュールでは、中空糸が目詰まりや劣化すると、たとえハウジングが十分使用できる状態であったとしても、モジュール、すなわち中空糸とハウジングの両方を廃棄して、新しいモジユールと交換しなければならない問題があった。また、逆に中空糸が使用可能な状態であっても、ハウジングが破損などにより使用できなくなった場合も、同様な問題が生じていた。

このため、ハウジング内に中空糸膜エレメント（カートリツジ）が交換可能に収納された中空糸型膜モジュールが提案されている。この方式では、カートリッジ化された中空糸膜エレメントが容易にハゥジングと分割できるため、どちらかに問題が生じた場合にはそのどちらか一方のみを交換することで、モジュールの使用を継続することができる。

この様な膜カートリッジを脱着可能なハウジングに収納した分離膜モジュールとしては、すでに様々な形式のモジュールが提案、使用されている。しかし、分離機能を有する膜が、精密ろ過膜や限外ろ過膜などのサブミクロン以下の高度な分離機能を持ち、単位体積あたりの有効膜面積が大きい中空糸状膜であるモジュールでは、あまり用いられていない。

これまでは、端部が樹脂封止された中空糸膜束が、側面に流体出入口を有するハウジングに収納されてなる中空糸型膜モジュールにおいて、ハウジング側面にある流体の出入口部は、内圧ろ過方式の場合、通常透過液をハウジングより取り出すことに用いられるが、膜の汚れを洗い取るために逆流洗浄と呼ばれる、透過液などの流体を出入口部より逆に加圧流入させて、中空糸膜に通常とは逆方向のろ過を行うことがある。その際、流体の流れの勢いが中空糸膜束に当たり、中空糸膜束を強い力で曲げたり、動かすことで、中空糸膜束と樹脂封止部分との境界面から中空糸膜が破損する場合があり、この中空糸膜の破損が生じると処理液が透過水側へ漏れ、不利益を生じる原因となっていた。

この問題を解決するために、特開昭 6 3 — 1 5 8 1 0 3号公報や特開昭 6 2 — 1 4 4 7 0 9号公報では、中空糸膜の保護に環状体や環状体突起が提案されているが、環状体が中空糸膜束を取り卷いているためケース内に空間が多くなり、中空糸型膜モジュールのコンパクト性が損なわれている。また、突起部分が直接中空糸に触れるため、中空糸膜の損傷が懸念される。また、特開平 0 8 — 2 0 6 4 6 8号では、中空糸膜の保護に中空糸膜保護板が提案されており、確かにコンパクト性については上記の 2つの公報より優れているが、上記の 2つの公報を含め、全て保護部品として使用しているため、部品点数が増え、モジュールの組立 ' 構造が複雑になっており、モジュール単価アップの原因の 1つにもなつている。

一方、具体的なカートリッジ式中空糸型膜モジュールとしては、例えば特公昭 3 — 5 4 4 0 5号に記載があり、この中でカートリツジ式中空糸型膜モジュールの大きな技術課題として、中空糸束とこれを収納する容器（ハウジング）とのを流体の洩れ · 混合がないようにシールすることが挙げられている。また、このための従来技術として

1 ) 中空糸束の中心に丈夫な芯棒を配置し、この芯棒からシール部に必要な力を伝える方法、 W

2 ) 丈夫な鞘（カートリッジエレメントの円筒状ケース）に中空糸束を収納して、この鞘からシール部に必要な力を伝える方法、

を説明し、これらの従来技術が持つ問題を解決する手段として、 5 3 ) カートリッジエレメントの両端の固着部（樹脂）を止め具により固定する方法

が挙げられている。

しかし、これらの従来技術のいずれもが中空糸束を収納する力一トリッジエレメントの円筒状ケース（鞘）をハウジングに

10 埋め込み、ノヽウジングとカートリッジエレメントのシールを両端の固着部で行っているため、両端固着部の寸法や仕上げにシール性を保証するための高い精度が必要とされ、更にそれを実現するための作業や専用の製造装置などが必要であった。特にハウジング及びそのハウジング内に装着される力一トリッジ

15 エレメントは長手方向に略対称に構成されているので、ハウジングのどちら方向からでもカートリヅジエレメントを装着できるという自由度があるものの、この点が逆にシール性の確保を難しくしている。つまりシール材がキャップ部分と力一トリヅジエレメントの外周面ではなく、端面に介在されているので

20 シール材の所定位置での保持が難しく、高いシール性を保障できないおそれがあった。

一方、実開平 3 — 2 6 3 2 6号では、ハウジングとカートリヅジエレメントのシールがカートリヅジエレメン卜の円筒状ケースの外側に装着されたシール材で行われる方式を提案している。この方式では、中空糸束の両端部を樹脂で多孔性円筒体と一体に固着封止した後、両端の樹脂固着部を切断して中空糸の端部を開口させたカートリッジエレメントを、一方のキヤップが脱着可能なハウジングに収納し、カートリッジエレメントの外周に掘られた溝に装着されたシール材でハウジングとカートリッジエレメントのシールが行われる。

したがって、シール材の保持性は確保できるが、このモジュールでは、ハウジングの一方のキヤップのみが脱着可能であるため、このキャップを外した口からカートリヅジエレメントをハウジング内に挿入し、その後でそのキャップをハウジングに装着することでモジュールが組み立てられ、従って、この形式ではハウジングの脱着可能な部分が一方のみのため、力一トリッジエレメントの着脱は一方向からに限られるという問題があった。すなわち、カートリッジエレメント交換のためのスペースが確保できる方向にしか脱着可能なキャップ部を設置できず、またカートリッジエレメントの点検も脱着可能なキヤップ側のみか、カートリッジエレメント全体をハウジングから取出さなければならないなど、モジュールの使用上とモジュール装置の設計上に制約があった。

本発明の主要な目的の 1つは、カートリッジケース自体を中空糸保護に流用し部品点数を減らすことにより、モジュール構造がシンプルになると同時にモジュールの製造が簡単になる、安価で信頼性の高い中空糸型膜モジュールを提供することにある。本発明の主要な目的のもう 1 つは、モジュールの組立や点検が容易で、かつ設置方法、設置場所の制限がほとんどなく、また安価でシール性が高く、それによつてハウジングの繰り返し使用が可能で安価な信頼性の高い中空糸型膜モジュールを提供することにある。

上記の中空糸型膜モジュールにおける問題点を鋭意検討した結果、通水孔を有する円筒状ケースに収納された中空糸膜束の両端部がケース内部にて樹脂により固定されたカートリッジェレメン卜が、取外し可能なキャップ構造を持ち、かつ少なくとも 1 ケ所に流体の出入口を有する円筒形ハウジング内に液密に挿入される力一トリッジ式中空糸型膜モジュールにおいて、円筒形ハウジング側面の流体出入口の内面直下に、挿入されたカートリッジエレメントの円筒状ケースに通水孔が無い場合には、カートリッジの円筒状ケース自体を中空糸保護に流用でき、モジュール構造がシンプルになると同時にモジュールの製造が簡単になる安価で信頼性の高いカートリッジ式中空糸型膜モジュールを得ることができることを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、複数の通水孔を有する円筒状ケースに中空糸膜束を収納し、該中空糸膜束の両端部を円筒状ケース内部で樹脂により固着したカートリッジエレメントと、この力一トリッジエレメントを液密に収納し、該カートリヅジエレメントの交換のために取外し可能なキャップ構造を持ち、かつ少なくとも 1 ケ所に流体の出入口を有する円筒形ハウジングとを備え、円筒状ケースの各通水孔が、円筒形ハウジングの流体出入口の内面直下から離れて形成された中空糸型膜モジュールである。

さらに、本発明者は、ハウジング側面の流体出入口の内面直下に、揷入されたカートリッジエレメン卜の円筒状ケースに通水孔が無い上記の構造に加え、円筒状ケースの樹脂固着（封止）部と中空糸束の界面近傍に通水孔を設け、液溜りなどのデッドスペースを最小限に抑えることにより、更に本発明の効果を高めることができることも見出した。さらに、カートリツジエレメン卜の端部に通水孔との必要間隙や各通水孔の孔間隔の中央を表示する標識を有すると、カートリッジエレメントの液密部が取りはずし可能なキャップ部でなされること、すなわち円筒形ハウジングのより外側にカートリッジエレメントの標識が存在することにより、容易かつ確実に円筒形ハウジングの液出入口とカートリッジエレメントの通水孔の位置をセッ卜できることも見い出した。

本発明によるカートリツジ式中空糸型膜モジユールは、通水孔を有する円筒状ケースに収納された中空糸膜束の両端部が円筒状ケース内部にて樹脂により固定されたカートリッジエレメントが、取外し可能なキャップ構造を有するハウジング内に液密に挿入されるが、円筒状ケースは中空糸膜を透過した透過液または中空糸膜に供給される原液が支障なく通過できる通水孔を有すれば良く、中空糸膜に有効な膜間差圧を掛けられる様にケース強度を損なわない限りにおいて通水抵抗をできるだけ小さくしたものが望ましく、円孔を多数形成したプラスチックケースなどが用いられる。また、円筒状ケースに収納された中空糸膜束の両端部は、エポキシやウレタンなどの硬化型樹脂によりケースと一体に固着封止した後、両端の樹脂固着部の外側を切断して中空糸の端部を開口する、中空糸型膜モジュールの中空糸端面形成法として広く行われている手段で形成される。本発明では、円筒形ハウジング側面の流体出入口直下から離れてカートリッジエレメン卜の円筒状ケースの通水孔が位置し, かつその配置を実現するためにカートリッジケースの周方向、軸方向の孔間隔がそれそれハウジング側面の流体出入口の内径に対して 1 . 2倍以上であり、更に円筒形ハウジングの流体出入口の中心の直下から、最も近いカートリヅジエレメン卜の通水孔を、少なくとも円筒形ハゥジングの流体出入口の内径に対して 0 . 6倍以上離している。なお、円筒状ケースの各通水孔が、周方向に近接した 1対の通水孔単位で配列される場合には. 軸方向の孔間隔、及び 1対の通水孔と周方向に隣接するもう 1 対の通水孔との孔間隔、（周方向に長い方の孔間隔）を流体の出入口の内径に対してそれそれ 1 . 2倍以上に設定される。従って円筒状ケースの孔の閧いていない部分が円筒形ハウジング側面の流体出入口直下に位置し、中空糸膜がハウジングの流体出入口からの液流れにより振動破損するのを防止する中空糸保護板の役目をし、それによつて中空糸保護に使用する部品点数を減らし、モジュール構造がシンプルになると同時にモジュールの製造が簡単になる安価で信頼性の高いカートリッジ式中空糸型膜モジュールを得ることができるわけである。さらに、カートリッジエレメントの軸方向最外側の通水孔が、その最外側の開口縁をカートリッジエレメントの樹脂固着部分の内側端に配置、つまり樹脂固着部と中空糸束の界面近傍に通水孔を設けることにより、液溜りなどのデッドスペースを最小限に抑えるモジュール構造となり、更に本発明の効果を高め、信頼性の高いカートリッジ式中空糸型膜モジュールとなっている。

さらに本発明では、力一トリッジエレメントおよびハウジングのいずれもが長手方向に略対称な構造を有し、かつ液密とするために要するシ一ル材が力一トリッジエレメント両端の各円筒状ケースの外周部に形設された溝にそれそれ装着され、これらのシール材と接触するハゥジング側の部位を、ハウジングの本体（胴部）ではなく、取外し可能なキャップ構造部の内面とすることにより、モジュールの組立や点検が容易で、かつシール材の所定位置での保持性を高めることができるので、設置方法、設置場所の制限なく、また安価でシール性の高いカートリッジ式中空糸型膜モジュールを得ることができる。

さらに、上記の構成に加え、

1 ) 液密とするためにカートリッジエレメントの円筒状ケース両端外周部に装着されるシール材が、 0 リングであり、溝が、カートリッジエレメントの円筒状ケース両端外周部に存在する深さが 0 リング線径の 6 0 〜 8 0 %、幅が 1 3 0 〜 1 7 5 %の方形溝であること、

2 ) 方形溝が、カートリッジエレメントの円筒状ケース両端外周部にそれそれ複数列形成され、 0 リングが、方形溝に対応して複数設けられ、かつ隣接する各方形溝の間隔及び円筒状ケース端面とそれに隣接する方形溝との間隔が 0 リング線径の 6 0〜 8 0 %であること、

3 ) キャップ構造部が、シール材と接触する内面に、ハウジング側に広くキャップ構造部側に狭い、長手方向に対して 2 0

〜 3 0 ° のテーパーを持つ略円筒形であること、

4 ) カートリッジエレメントの円筒状ケースが、その両端外周部、つまりシール材が装着される部分の外径をカートリッジエレメントの円筒状ケース胴部の外径より小さくし、かつ両端外周部の外径公差を円筒状ケース胴部の外径公差の 1 / 2以下としてなること、

5 ) キャップ構造部が、ハウジングとの接合面に、少なくとも 2〜 5 m mの長さで接合面よりハウジング側に突出し、ハウジング端部の内周面に嵌入する輪状突起部を有することが、より本発明の効果を高めることも見出した。

さて、本発明によるカートリッジ式中空糸型膜モジュールは- 通水性を有する円筒状ケースに収納された中空糸膜束の両端部が円筒状ケース内部にて樹脂により固定されたカートリッジェレメン卜が、取外し可能なキヤップ構造を有するハウジング内に液密に揷入されるが、円筒状ケースは中空糸膜を透過した透過液または中空糸膜に供給される原液が支障なく通過できる通水性を有すれば良く、中空糸膜に有効な膜間差圧を掛けられる様に円筒状ケース強度を損なわない限りにおいて通水抵抗をできるだけ小さくしたものが望ましく、例えば通水孔（通水口、好ましくは円孔）を多数形成したプラスチック円筒状ケースなどが用いられる。

また、円筒状ケースに収納された中空糸膜束の両端部は、ェポキシ樹脂ゃポリウレ夕ンなどの硬化型樹脂により円筒状ケ一スと一体に固着封止した後、両端の樹脂固着部の外側部分を切断して中空糸の端部を開口させるという、中空糸型膜モジュ一ルの中空糸端面形成法として広く行われている方法で処理される。しかし、切断処理後の樹脂固着部は円筒状ケースの内部に存在し、その外端面が円筒状ケース端面と同じか、外側に飛び出しても円筒状ケース端面より 1 O m mを超えないように設定されるのが望ましい。

カートリッジエレメン卜が収納されるハウジングは、中空糸の内側の中空部に液を加圧供給する供給口と、濃縮液を回収するための取り口とを長手方向の両端にそれぞれ有し、かつハウジングの胴部（本体）とこの胴部に脱着可能に装着されたキヤップ構造を長手方向の両端に持つ。ハウジングの胴部は、カートリッジエレメントから通液した透過液の取り口を、少なくとも一つ、望ましくはハウジングの胴部の両端部近くに一つづっ、計二つ持つ構造を持つ。ただし、中空糸膜の外側から加圧して膜ろ過を行う場合には、各取り口の液の流れ方向が逆になることは言うまでもない。

本発明のカートリッジ式中空糸型膜モジュールは、カートリヅジエレメントおよびハウジングのいずれもが長手方向に対称な構造を有し、液密とするために要するシール材がカートリッジエレメン卜の円筒状ケース両端外周部に装着され、このシール材と接触するハウジング側の部位が、取外し可能なキャップ構造部の内面に存在する。カートリッジエレメントおよびハウジングのいずれもが長手方向に対称な構造は、カートリッジエレメントとノヽゥジングのシ一ル方法とあいまって、ノヽゥジングの任意な端部よりカートリッジエレメントを装脱着するに際して重要な働きをするが、カートリッジエレメン卜の円筒状ケースに形成される通水孔、刻印、サンプリング口などのモジュールの基本機能に拘わらない範囲において、厳密な対称形である必要はない。

また、液密とするために要するシール材はカートリッジエレメントの円筒状ケース両端外周部に装着されるが、その両端外周部の外径が、カートリッジエレメントの円筒状ケース胴部の外径より小さく、かつ円筒状ケース胴部の外径公差の 1 / 2以下、好ましくは 1 / 5以下の外径公差を有することが望ましい ₍ この様な構造を持たせることにより、本来シール機能に無関係なカートリッジエレメン卜の円筒状ケース胴部に加工精度の低い押出し成型したプラスチックの円筒状ケースなどの安価なものを用いても、シール機能に直接寄与するカートリッジエレメントの円筒状ケース両端外周部のみを精密な切削加工を施すことで、十分な寸法と仕上げ精度を確保することができる。これは、ハウジングとは異なり使い捨てになるカートリヅジエレメントを安価に作製するために、カートリッジ式モジュールでは重要な観点となる。外径がカートリッジエレメン卜の円筒状ケース胴部の外径より小さいシール材が装着されるカートリヅジエレメン卜の円筒状ケース両端外周部は、シール材が装着できる程度の幅で円筒状ケース端面より内部に存在すれば良いが、通常、円筒状ケース端面より 5 O m mを超えることはない。

さらに、カートリッジエレメン卜の円筒状ケース両端外周部より円筒状ケース胴部の外径が大きいため、この段差が必要以上にカートリヅジエレメン卜がハウジングのキヤップ部に食い込むことを防止する働きを持つ。従って、カートリッジエレメントの円筒状ケース両端外周部のシール材装着面の幅と円筒状ケース胴部との段差は、このシール材と接触するハウジング側のキヤップ構造部の形状に応じて変える必要がある。

また、カートリッジエレメント円筒状ケースの両端外周部に装着されるシール材は、 0 リング（状）であることが好ましく、その線径はシ一ル材装着面の幅と円筒状ケース胴部との段差高さと、このシール材と接触するハウジング側のキヤップ構造部の形状により決められる。

0 リングは力一トリヅジエレメン卜の円筒状ケースの両端外周部に存在する溝にはめることで円筒状ケースの所定位置に固定されるが、シール不良の原因となるハウジングへの装着時の 0 リングのはみ出しやねじれなどを防止するためには、溝の深さが 0 リング線径の 6 0〜 8 0 %、幅が 1 3 0〜 1 7 5 %の方形溝であることが望ましい。さらに、より高いシール性を得るためには、この様な〇リングがそれそれの端部毎に、複数、少なくとも 2本づっ取付けられていること力一対の 0 リングの間にシール用空気層を形成できるので望ましい。この取付け位置と間隔は、デッドスペースをできるだけ少なくするために、カートリッジエレメント端面にできるだけ近く、短い間隔であることが好ましいが、溝と端面の距離または溝と溝の間隔が短くなると、溝を支える壁の厚みが薄くなるために、壁が欠けたり割れたりする問題が発生する。従って、溝と溝および溝と円筒状ケース端面との間隔は、 0 リング線径に対して 6 0〜 8 0 %の範囲内に設定することが望ましい。

さらに、カートリッジエレメントに装着されたシール材と接触するハウジング側の部位は、取外し可能なキャップ構造部の内面に存在するため、ハウジング本体の内径を力一トリッジェレメント外径より十分に大きくすることができ、カートリッジエレメントの装脱着時にシール材とハウジング本体がこすれてシール材を損傷する恐れが無く、またカートリッジエレメントの円筒状ケース胴部の外径がシール部より大きい場合でも、力一トリッジエレメントをハウジングの任意の端部より装脱着させることに全く支障をきたさない。

また、カートリッジエレメン卜に装着されたシール材と接触するハウジングのキャップ構造部の内面は、ハウジング本体側に広く、キャップ側に狭い、長手方向に 2 0〜 3 0 ° のテ一パーを持つ円筒形であることが好ましい。これは、モジュール組立時にカーシリッジ円筒状ケースをキャップ部に挿入する際. テーパー構造によりカートリッジエレメント端面を厳密にカートリッジエレメン卜とキャップの中心の位置を合わせることなしに、スムーズにシール部位まで押し込め、特にテーパー構造を持たない円筒形の力一トリッジエレメン卜の円筒状ケースに装着されたシール材に傷を付けたり、ねじれを起こさない程度の力（ 1 O k g f 以下）で簡単に挿入できるために好適な構造となる。

ハゥジングの取外し可能なキヤップ構造部は、ハウジング本体とシール材などを介して接合され、 Vバンドゃネジなどにより圧着固定することで液密となるが、キヤップ構造部のハゥジング本体との接合面より内側に、少なくとも 2〜 5 m mの長さで接合面よりハウジング本体側に突出した輪状突起部を有することが望ましい。さらに、この突起部の内面はキャップ部内と力一トリッジエレメントとのシール面を形成するキャップの内表面（テ一パーを有する場合もある）に連続していることが好ましい。この突起部は、キャップ構造部をハウジング本体に圧着固定する際に、厳密にハウジング本体とキャップの中心の位置を合わせることなしに、容易に正常な接合位置にハウジング本体とキャップを導くことができ、ハウジング本体とキャップの液密を司るシール材に傷を付けたり、ねじれを起さないために大変有用である。

以上のごとく、本発明のカートリッジ式中空糸型膜モジユールは、モジュールの組立や点検が容易で、かつ設置方法、設置場所の制限なく、また安価でシール性の高いモジュール構造を提供することができ、ハウジングを繰り返し使用することで安価な膜分離処理を実現できる。

この発明は、別の観点によれば、通水性を有する円筒状ケースに収納された中空糸膜束の両端部が円筒状ケースの内側にて樹脂により固定されたカートリッジエレメントが、取外し可能なキャップ構造部を両側に有するハウジング内に液密に挿入される力一トリッジ式中空糸型膜モジュールにおいて、力一トリヅジエレメン卜とハウジングとの間に介在されて液密にするシール材として複数の 0 リングを有し、カートリッジエレメン卜の円筒状ケースがその両端外周部にそれらの 0 リングを装着する複数列の方形溝をそれそれ形設し、更にそれらの方形溝が、その深さを 0 リング線径の 6 0 〜 8 0 %、その幅を 0 リング線径の 1 3 0 ~ 1 7 5 %とし、かつ隣接する各方形溝の間隔および円筒状ケース端面とそれに隣接する方形溝との間隔を 0 リング線径の 6 0 %〜 8 0 %とすると共に、その両端外周部の外径公差を円筒状ケース胴部の外径公差の 1 / 2以下とするカートリッジ式中空糸型膜モジユールを提供でき、それによつてカートリッジ式中空糸型膜モジュールを組み立てる際の大きい自由度を維持しながら、それによつて逆に厳しくなるシール性を実際に高めることができるようにする。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の中空糸型膜モジュールの 1つの実施の形態を示す一部破断側面図である。

図 2は、本発明のその中空糸型膜モジュールのカートリヅジエレメン卜の一部破断側面図である。図 3は、本発明に係わる中空糸型膜モジュールの実施の形態 2 を示す一部破断断面図である。

図 4は、図 3の中空糸型膜モジユールに用いられるカートリッジエレメン卜の一部破断側面図である。

図 5は、図 3の中空糸型膜モジュールに用いられるハウジングとカートリッジエレメン卜との関係を説明する一部破断側面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、図に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによつてこの発明が限定されるものではない。

実施の形態 1

次に、本発明のカートリッジ式中空糸型膜モジュールの一つの実施の態様を図面を用いて説明するが、本発明はこの実施の態様に限定されるものではない。

図 1 は本発明の中空糸型膜モジュールの 1つの実施の態様を示す一部破断側面図、図 2はその実施の態様で用いられるカートリッジエレメン卜の一部破断側面図である。

図 1 〜 2 において、中空糸型膜モジュール Mは、ハウジングを構成する円筒形の胴体 1 (金属製）及びこの胴体の両端開口を閉塞する金属製キャップ 3 · 3 と、該ハウジング内に収納された中空糸膜カートリッジエレメント 2 と、胴体 1 と両端の金属製キャップ 3 · 3 とを結合状態で締付け、ハウジング内を液密にシールする Vバンドカップリング 4 · 4 とで主として構成されている。中空糸膜カートリッジエレメント 2は、特に図 2 において多数の通水孔 5 · 5 ' …を軸方向に対称に形成した円筒状ケース 6 と、このケース内に収納された多数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束 7 と、この中空糸膜束 7 と円筒状ケース 6 との両端部をエポキシ樹脂やポリウレタンで一体に固着封止され、両端の樹脂固着部の一部を切断して各中空糸の端部を開口させた両端固着部 8 とからなる。なお、 9 a . 9 bは円筒状ケース 6 の両端部外周に形成された 2条の溝、 1 0は円筒状ケース 6 と中空糸膜束 7 との間に介在された筒状ネットである。

一方、図 1の中空糸膜モジュールは、内圧ろ過方式で用いる場合を示し、 1 l a · 1 l bはカートリッジエレメント 2の円筒状ケース 6 に形成された溝 9 a . 9 b (図 2参照）に嵌め込まれた〇リングであり、キャップ 3の内面に圧接することで、モジュール内部を中空糸膜束 7 を介して原液側と透過水側とに液密に区画している。 1 2は原液入口、 1 3は濃縮液出口、 1 4 - 1 4は流体出入口としての透過水出口である。そしてハウジングの両端のキャップ 3 · 3がセパレート式であり、カートリヅジエレメン卜が軸方向に対称であるため、どちらの方向からでもカートリヅジエレメント 2の着脱が可能になっている。さて、図 1 〜 2 に示すようにカートリッジエレメント 2の多数の通水孔 5 · 5 ' …の内、その両端部の通水孔 5 aは、その最外側の開口縁を樹脂固着部 8の内側端に配置、すなわち樹脂固着部 8 と中空糸膜束 7の界面近傍に位置しているので、液溜りなどのデッドスペースを最小限に抑えるモジュール構造となっている。さらに、カートリッジエレメント 2の円筒状ケース 6の周方向、軸方向の孔間隔（周方向では長い方の孔間隔）がそれそれハウジング側面の流体出入口としての透過水出口 1 4の内径に対して 1 . 2倍以上にしたことにより、力一トリッジエレメント 2 を円筒形ハウジング内に挿入しセッ卜する際、カートリッジエレメント 2 を回転させることで、円筒形ハウジング側面の透過水出口 1 4直下近傍に、カートリッジエレメント 2の通気孔が来ないようにしている。ここでカートリッジェレメント 2の両端部が、その外周面方向においては各通水孔 5 · 5の孔間隔の中央で、その軸方向においては最も端部に近い通水孔より端部側に、位置識別表示（図示省略）を有するので、円筒形ハウジングのどちらの方向からカートリッジエレメント 2 を着脱するにせよ、円筒形ハウジングの流体出入口 1 4の位置決めに好都合である。

このようにカートリッジエレメント 2の通気孔の開いていない部分が円筒形ハウジング側面の流体出入口直下に位置することにより、ハウジングの流体出入口からの液流れによる中空糸膜の振動破損を防止する中空糸保護板の役目をすることになる。例えば、通水孔 5の径： 1 5 m m，軸方向の孔間隔 J ： 1 0 0 m m , 周方向の孔間隔 S ： 8 0 m m (周方向の長い方の孔間隔），透過水出口 1 4の内径： 6 O m mであり、周方向の孔間隔 Sは透過水出口の内径の 1 . 2倍以上であり、流体出入口 1 4の中心を軸 · 周方向の孔間隔の略中央に位置させたので、その中心から通水孔 5 (開口縁）が流体出入口 1 4の内径の 0 . 6倍以上離れている（図 1参照）。

以上のごとく、実施の形態 1 によれば、カートリッジエレメン卜の通気孔の開いていない部分が円筒形ハゥジング側面の流体出入口直下に位置することにより、流体出入口からの液流れより中空糸膜を保護する中空糸保護板の役目を行っている。又、カートリッジエレメン卜の多数の通気孔の内、その両端部の通気孔が樹脂固着部と中空糸束の界面近傍に位置し、液溜りなどのデッドスペースを最小限に抑えるモジュール構造とすることにより、菌類の発生 · 繁殖を抑制する役目を行なっている。すなわち、中空糸保護に使用する部品点数を減らし、モジュール構造がシンプルになると同時にモジュールの製造が簡単になる、安価で信頼性の高いカートリツジ式中空糸型膜モジユールを提供することができる。

実施の形態 2

次に、本発明に係る中空糸型膜モジュールの実施の形態 2 を図面を用いて説明する。

さて、図 3は本発明に係る中空糸型膜モジュールの実施の形態 2 を説明する一部破断側面図、図 4は図 3の中空糸型膜モジュールに用いられるカートリヅジエレメントの一部破断側面. 図 5は図 3の中空糸型膜モジュールに用いられるハウジングとカートリッジエレメントとの関係を説明する一部断面を含む側面図である。

まず、図 3の中空糸型膜モジュールは、内圧ろ過方式で用いる場合を示し、図 3 において、カートリッジ式中空糸型膜モジュール Mは、ハウジングを構成する、円筒状の金属製ハウジング本体 A及びキャップ構造部としての金属製キャップ C、 C と、このハウジング内に取り出し可能に収納された中空糸膜カートリッジエレメント B とから主としてなり、中空糸膜力一トリヅジエレメント Bをハウジング本体 A内に挿入してハウジング本体 Aの両端（開口部分）をキャップ C , Cで挟み込み、それそれ Vバンドカヅプリング 2 1 ， 2 1で液密にシールして構成される。ここでカートリヅジエレメント B及びハウジングのいずれもが長手方向に略対称であり、特に両端のキヤップ C、 Cがセパレート式であるため、ハウジング本体 Aのどちらの方向からでもカートリヅジエレメント Bの着脱が可能になっている。

次に、力一トリヅジエレメント Bは、図 3〜 4に示すように、プラスチック製の円筒状ケース 2 2 内に複数の中空糸膜を束ねた糸束 Fをネット 2 3で包んで収め、その両端部をエポキシ樹脂、ポリウレ夕ン等の樹脂で円筒状ケース 2及びネット 2 3 と一体に固着封止した後、両端の樹脂固着部 Gの一部を切断し各中空糸の端部を開口させて構成されている。なお 2 7は円筒状ケース Bに形成した多数の通水孔である。

ここでカートリッジエレメント Bの円筒状ケース 2 2 には，市販の押出し成型した直径 1 6 5 m m公差 ± 0 . 5 m mのブラスチック製円筒状ケースを使用し、その両端部のみを直径 1 6 3 . 4 m m公差 ± 0 . 0 5 m mで精密加工し，処理液をシーリングするための 0 リングの溝として方形溝 D , Dを設けるとと W もに、両端部にできる段差を入り込み防止に流用することのできる加工箇所の少ないものを使用している。

また、カートリッジエレメント Bの円筒状ケース 2 2両端部のシ一リングには方形溝 D， Dに対応して 2段式 0 リング E ,

5 E (自由状態での線径 3. 5 3 mm, 同じく直径 1 5 9. 0 5 mm) を使用している。ここでそれらの 0 リングを嵌め込む方形溝 D , Dの溝幅を 4. 7 ~ 4. 9 mm (使用 0 リング線径の 1 3 3〜 1 3 9 %) 、溝深さを 2. 2 3〜 2. 4 3 mm ( 0リング線径の 6 3 ~ 6 9 %) 、溝間隔を 2 mm ( 0 リング線径の

10 5 7 %) 、円筒状ケース 2 2の端面とそれに隣接する方形溝 D との間隔を 3 mm ( 0リング線径の 8 5 %) にすることで、モジュール使用内圧及び力一トリッジエレメント B交換時の 0 リング E , Eのはみ出し現象を防止している。またハウジングに力一トリッジエレメント Bを挿入し、そのハウジングの開口

15 部を両側からキャップ C， Cで挟み込むことにより、それらのキャップの内面と、カートリッジエレメント Bの円筒状ケース 2 2に装着された 0 リング E， Eとを押圧状態に接触させ、それによってキヤップ Cから流入し中空糸膜束 Fを介してキヤップ Cから流出する原被側と、中空糸膜束 Fを透過し円筒状ケ一

20 ス 2 2の通水孔 2 7を通ってハウジング本体 Aの出入口から流出する透過水側とを液密に区画する。

次に、図 5 において、キャップ Cは、カートリッジエレメント Bの円筒状ケース 2 2を挿入する側の内面にハウジング本体 A側に広くキャップ C側に狭い 1 0〜 2 0。のテ一パ（図 5に Tで示す）を設けている。従って、力一トリヅジエレメント Β の円筒状ケース 2 2 をキャップ Cに挿入する際、円筒状ケース 2 2の〇リング Ε , Εにねじれが起こらない力、つまり 1 0 k g f 以下の力で簡単に挿入できるようになつている。また、各キャップ Cには、、ハウジング本体 Aとの接合面にハウジング本体側に 3 m m突出する輪状突起部 2 6 を設け、ハゥジング本体 Aとキャップ Cを組み立てる際に、その輪状突起部 2 6 をハウジング本体 Aの内周面に嵌め込むことでズレをなくし、縦置き、横置きでも簡単に位置決めすることができるようになってレヽる。

以上のごとく、実施の形態 2 によれば、ハウジングの両端部の任意の方向からキャップ部およびカートリッジエレメントを取り外すことができことから、設置場所や方法、取付け装置に制約がなく、取扱いが容易であり、カートリッジエレメントに安価な材料を使用できるため、ハウジングが再使用できることとあいまって、非常に安価なカートリッジ式中空糸型膜モジユールを提供することができる。さらに、カートリッジエレメントの円筒状ケースとハウジングのキャップ部、およびハウジング本体とキャップ部のシール性に高い信頼性と耐久性および 20 装脱着時の簡便で正確な作業性を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の通水孔を有する円筒状ケースに中空糸膜束を収納し、該中空糸膜束の両端部を円筒状ケース内部で樹脂により固着したカートリッジエレメントと、このカートリッジエレメントを液密に収納し、該カートリッジエレメントの交換のために取外し可能なキヤップ構造部を持ち、かつ少なくとも 1 ケ所に流体の出入口を有する円筒形ハウジングとを備え、

カートリッジエレメントの各通水孔が、円筒形ハゥジングの流体出入口の内面直下から離れて形成された中空糸型膜モジユール。

2 . カートリッジエレメントの各通水孔が、その周方向及び軸方向の孔間隔を流体の出入口の内径に対して 1 . 2倍以上とし、かつ円筒形ハウジングの流体出入口の中心の直下から、最も近接するカートリッジエレメントの通水孔を、少なくとも円筒形ハウジングの流体出入口の内径に対して 0 . 6倍以上離してなる請求項 1記載の中空糸型膜モジュール。

3 . カートリッジエレメントの各通水孔が、周方向には近接した 1対の通水孔単位で配列され、軸方向の孔間隔及び 1対の通水孔と周方向に隣接するもう 1対の通水孔との孔間隔を、流体の出入口の内径に対してそれそれ 1 , 2倍以上とし、かつ円筒形ハウジングの流体出入口の中心の直下から、最も近接するカートリッジエレメン卜の通水孔を、少なくとも円筒形ハウジングの流体出入口の内径に対して 0 . 6倍以上離してなる請求項 1記載の中空糸型膜モジュール。

4 . カートリッジエレメントの各通水孔が、円筒状ケースに軸方向に対称に形成されてなる請求項 2又は 3記載の中空糸型膜モジュール。

5 . カートリッジエレメントの軸方向最外側の通水孔が、その最外側の開口縁を、カートリッジエレメントの樹脂固着部分の内側端に配置して形成された請求項 1記載の中空糸型膜モジユール。

6 . カートリッジエレメントの少なくとも一方の端部が、その外周面方向においては最も端部に近い通水孔もしくは 1対の通水孔の孔間隔の略中央で、かつその軸方向においては最も端部に近い通水孔ょり端部側に、円筒形ハウジングの流体出入口の位置決めをするための位置識別表示を有する請求項 1記載の中空糸型膜モジュール。

7 . カートリッジエレメントおよびハウジングのいずれもが長手方向に略対称な構造を有し、カートリッジエレメントの円筒状ケースの両端部が、キャップ構造部の内面に位置し、かつその位置の外周部に溝を有し、その溝にシール材を装着してキヤップ構造部内面との間を液密とし、さらにシール材が、 0 リングであり、溝が、その深さを 0リング線径の 6 0〜 8 0 %、その幅を 0リング線径の 1 3 0〜 1 7 5 %とする方形溝である請求項 1記載の中空糸型膜モジュール。

8. 方形溝が、カートリッジエレメントの円筒状ケースの両端外周部にそれそれ複数列形成され、 0リングが、方形溝に対応して複数設けられ、かつ隣接する各方形溝の間隔および円筒状ケース端面とそれに隣接する方形溝との間隔が 0リング線径の 6 0〜 8 0 %である請求項 7記載の中空糸型膜モジュール。

9 . キャップ構造部が、シール材と接触する内面に、ハウジング側に広くキヤップ構造部側に狭い、長手方向に対して 2 0〜 3 0 ° のテーパーを持つ略円筒形である請求項？〜 8のいずれか 1つに記載の中空糸型膜モジュール。

1 0. カートリッジエレメントの円筒状ケースが、その両端外周部の外径を力一トリッジエレメントの円筒状ケース胴部の外径より小さくし、かつ両端外周部の外径公差を円筒状ケース胴部の外径公差の 1 /2以下としてなる請求項 7記載の式中空糸型膜モジユール。

1 1. キヤヅブ構造部が、ハウジングとの接合面に、少なくとも 2〜 5 mmの長さで接合面よりハウジング側に突出し、ハウジング端部の内周面に嵌入する輪状突起部を有する請求項 7記載の中空糸型膜モジュール。