WO2021125266A1 - 中空糸膜モジュールおよび製造方法 - Google Patents

中空糸膜モジュールおよび製造方法 Download PDF

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WO2021125266A1
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housing case
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超 谷口
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旭化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module, particularly a hollow fiber membrane module having improved pressure resistance.
  • Hollow fiber membranes are known as membranes used in membrane filtration methods using microfiltration membranes and ultrafiltration membranes for applications such as gas-liquid absorption, degassing, and filtration.
  • a membrane module using a hollow fiber membrane has a large membrane area and can be miniaturized, so that it is widely used for various membrane separation applications.
  • As the main membrane module a module having a hollow fiber membrane bundle composed of a plurality of hollow fiber membranes whose ends are fixed by resin portions is known.
  • the housing body is, for example, a molded product made of resin, it is difficult to mold it with a single member as the size increases. Therefore, it is known that the housing body is formed by joining the divided parts (see Patent Document 1).
  • the housing body Since positive pressure is applied from the inside to the outside of the housing body that accommodates the hollow fiber membrane bundle during the filtration operation, the housing body is required to have pressure resistance according to the operating conditions.
  • pressure resistance according to the operating conditions.
  • fracture is likely to occur starting from the joint portion, and it is necessary to improve the pressure resistance at the joint portion in order to improve the overall pressure resistance.
  • the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by reducing the concentration of stress on the joint portion in the housing case of the hollow fiber membrane module, and the present invention is made. It came to. That is, the present invention is as follows. [1] Hollow fiber membrane bundles in which multiple hollow fiber membranes are bundled, A first molding member in which a tubular portion, a nozzle portion in which the tubular portion and a lumen communicate with each other are integrally molded, and a tubular second molding member coaxially continuous with the tubular portion. A housing case that has and accommodates the hollow fiber membrane bundle.
  • the total length of the housing case in the axial direction exceeds 1 m, In the axial direction, from the bonding position of the first molding member and the second molding member to the first molding member side by a distance of 3 times and 5 times the wall thickness of the second molding member, respectively.
  • Hollow fibers characterized in that the values obtained by dividing the wall thickness of the housing case at a distant position by the wall thickness of the second molding member are 1.0 to 1.3 and 1.0 to 1.5.
  • Thread membrane module [2] The hollow fiber membrane module according to [1], wherein the second molding member has a cylindrical shape having an inner diameter of 150 mm or more. [3] The hollow fiber membrane module according to [2], wherein the second molding member has a cylindrical shape having an inner diameter of 200 mm or more.
  • the hollow fiber membrane module according to any one of [1] to [3], wherein the hollow fiber membrane module is broken by applying pressure inside the housing case starting from a portion other than the bonding position.
  • the first molding member and the second molding member are molded from a resin material selected from at least one of ABS resin, polyvinyl chloride, polyphenylene ether, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, and polyphenylene sulfide.
  • the hollow thread film module according to any one of [1] to [4].
  • At least one of the first molding member and the second molding member is formed into any one of [1] to [6], which is characterized in that it is molded from a resin material mixed with glass fibers.
  • the hollow fiber membrane module described.
  • the production method according to [8] which comprises joining the first molding member and the second molding member by any of heating, contact heating, and an organic solvent.
  • FIG. 1 It is a vertical end view which shows the hollow fiber membrane module by one Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the hollow fiber membrane module of FIG. It is a figure which shows the arrangement. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of Example 1.
  • FIG. 1 It is an external view of the housing of Example 1 which was destroyed by a pressure test. It is an enlarged external view of the housing of Example 1 which was destroyed by a pressure test. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of Example 2.
  • FIG. 2 It is an external view of the housing of Example 2 which was destroyed by a pressure test. It is an enlarged external view of the housing of Example 2 which was destroyed by a pressure test.
  • FIG. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of Example 3.
  • FIG. It is a 1st appearance view of the housing of Example 3 which was destroyed by a pressure test. It is a second external view of the housing of Example 3 which was destroyed by a pressure test. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of the comparative example 1.
  • FIG. It is an external view of the housing of Comparative Example 1 which was destroyed by a pressure test. It is an enlarged external view of the housing of Comparative Example 1 which was destroyed by a pressure test. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of the comparative example 2.
  • FIG. It is an external view of the housing of Comparative Example 2 which was destroyed by a pressure test.
  • FIG. 2 It is an enlarged external view of the housing of Comparative Example 2 which was destroyed by a pressure test. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of Reference Example 1.
  • FIG. It is an external view of the housing of Reference Example 1 which was destroyed by a pressure test. It is an external view from another viewpoint which enlarged the vicinity of the broken line part of FIG. It is an enlarged external view of the vicinity of the heat joint portion of the second molding member of the housing of Reference Example 1 which was destroyed by the pressure test. It is a partial half-cut sectional view which shows the dimension of the housing case of Reference Example 2.
  • FIG. It is an external view of the housing of Reference Example 2 which was destroyed by a pressure test. It is an external view from another viewpoint which enlarged the vicinity of the broken line part of FIG. 23.
  • the present embodiment a mode for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail.
  • the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not intended to be limited to the following contents.
  • the present invention can be appropriately modified and implemented within the scope of the gist thereof.
  • the hollow fiber membrane module 10 includes a hollow fiber membrane bundle 11, a potting material 12, and a module case 13.
  • the hollow fiber membrane bundle 11 is formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes 14.
  • the hollow fiber membrane 14 is porous and filters the passing fluid.
  • the material of the hollow fiber membrane 14 is not particularly limited, and for example, polyvinylidene fluoride, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, ethylene-vinyl alcohol copolymers, polyamides, polyetherimides, polystyrenes, polyvinyl alcohols, polyphenylene ethers, and polyphenylenes. Sulfide, polysulfone, polyethersulfone, acrylonitrile, cellulose acetate and the like are used.
  • crystalline thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl alcohol, and polyvinylidene fluoride, which have crystallization, can be preferably used from the viewpoint of strength development. More preferably, polyolefin, polyvinylidene fluoride, or the like, which has high water resistance due to its hydrophobicity and can be expected to be durable in the filtration of ordinary aqueous liquids, can be used. Particularly preferably, polyvinylidene fluoride having excellent chemical durability such as chemical resistance can be used.
  • polyvinylidene fluoride examples include vinylidene fluoride homopolymers and vinylidene fluoride copolymers having a vinylidene fluoride ratio of 50 mol% or more.
  • vinylidene fluoride copolymer examples include a copolymer of vinylidene fluoride and one or more selected from ethylene tetrafluoride, propylene hexafluoride, ethylene trifluoride, and ethylene.
  • a vinylidene fluoride homopolymer is most preferable.
  • the size of the hollow fiber membrane 14 is not particularly limited, but the inner diameter of the hollow fiber membrane 14 is 0.4 to 3 mm, the outer diameter is 0.8 to 6 mm, the film thickness is 0.2 to 1.5 mm, and the blocking hole diameter of the hollow fiber membrane 14 is 0. Those having a pressure resistance of .02 to 1 ⁇ m and a differential pressure between films of 0.1 to 1.0 MPa are preferably used.
  • the potting material 12 fixes at least a part of the hollow fiber membrane 14 to the module case 13.
  • the potting material 12 is integrated with both ends of the hollow fiber membrane 14 and fixed to the housing case 15 of the module case 13, which will be described later.
  • the potting material 12 is formed by filling and curing the potting material 12 between the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane 14 and the inner peripheral surface of the housing case 15.
  • the material of the potting material 12 is not particularly limited, but for example, a two-component mixed curable resin is applied, and a urethane resin, an epoxy resin, a silicon resin, or the like is preferably used.
  • the potting material 12 takes into consideration the viscosity, pot life, hardness and mechanical strength of the cured product, physical and chemical stability to the undiluted solution, adhesiveness to the hollow fiber membrane 14, and adhesiveness to the module case 13. Therefore, it is desirable to select appropriately. For example, from the viewpoint of shortening the production time and improving the productivity, it is preferable to use a urethane resin having a short pot life. When mechanical strength is required, it is preferable to use an epoxy resin having mechanical durability. Further, a plurality of these resins may be used for the potting material 12.
  • the module case 13 houses the hollow fiber membrane bundle 11.
  • the module case 13 includes a housing case 15 and two cap members 16.
  • the housing case 15 has a tubular shape as a whole, and the hollow fiber membrane 14 is housed inside the tubular body.
  • the total length of the housing case 15 in the axial direction exceeds 1 m.
  • the housing case 15 has two separate first molding members 17 and a second molding member 18.
  • the first molding member 17 has a tubular portion 19 and a nozzle portion 20 that are integrally molded.
  • the nozzle portion 20 is provided on the side surface of the tubular portion 19 so as to project perpendicularly to the axial direction of the tubular portion 19.
  • the nozzle portion 20 is provided on the second molding member 18 side of the potting material 12 in the tubular portion 19 axial direction.
  • the lumens of the tubular portion 19 and the nozzle portion 20 communicate with each other.
  • the nozzle portion 20 functions as a port for passing a fluid between the inside and the outside of the first molding member 17. Therefore, the nozzle portion 20 can allow fluid to flow from the outside into the internal space defined by the inner peripheral surface of the housing case 15, the outer peripheral surface of each hollow fiber membrane 14, and the exposed surface of the potting material 12, and the internal space. The fluid can flow out from the outside.
  • the material of the first molding member 17 is not particularly limited, but for example, ABS resin, polyvinyl chloride (PVC), polyphenylene ether (PPE), polypropylene (PP), polysulfone (PSF), and polyethersulfone (PES). , And a resin material selected from at least one of polyphenylene sulfide (PPS) and the like are used. Glass fibers may be mixed in these resin materials.
  • the first molding member 17 can be manufactured by injection molding, extrusion molding, or the like.
  • the second molding member 18 is, for example, tubular.
  • the second molding member 18 may have a cylindrical shape.
  • a first molding member 17 is coupled to both ends of the second molding member 18 in the axial direction.
  • the wall thickness of the second molding member 18 is substantially constant.
  • the wall thickness of the second molding member 18 may change depending on the position in the axial direction.
  • the second molded member 18 may have a cylindrical shape with an inner diameter of 150 mm or more, and preferably has a cylindrical shape with an inner diameter of 200 mm or more.
  • the material of the second molding member 18 is not particularly limited, but for example, ABS resin, polyvinyl chloride (PVC), polyphenylene ether (PPE), polypropylene (PP), polysulfone (PSF), and polyethersulfone (PES). , And a resin material selected from at least one of polyphenylene sulfide (PPS) and the like are used.
  • the second molding member 18 may be molded from the same resin material as the first molding member 17, or resin materials different from each other. Glass fibers may be mixed in these resin materials.
  • the second molding member 18 can be manufactured by injection molding, extrusion molding, or the like.
  • the housing case 15 is formed by connecting the tubular portions 19 of the first molding member 17 so as to be coaxially continuous at both ends of the second molding member 18 in the axial direction.
  • the bond is preferably a joint in which the end faces of the tubular portion 19 of the first molding member 17 and the end faces of the second molding member 18 in the axial direction are butted against each other.
  • the bonding is preferably one of heating, contact heating, and adhesion using an organic solvent. Alternatively, the bond may be attachment to one of the tubular portion 19 of the first molding member 17 and the second molding member 18.
  • the bonding positions of the first forming member 17 and the second forming member 18 in the axial direction are abutted with each other in the configuration in which the end faces are abutted and joined to each other, and the first forming member 17 and the second forming member 18 are formed. This is the position of the end face of the member 18.
  • the coupling position is the cylinder when viewed from the direction perpendicular to the axial direction. In the range where the shaped portion 19 and the second molding member 18 overlap, the position is set to the position closest to the second molding member 18.
  • the bonding position of the first molding member 17 and the second molding member 18 is the axis when the boundary between the first molding member 17 and the second molding member 18 is visually recognized in the cross section passing through the axis of the housing case 15.
  • the coupling position is determined by the method described below.
  • the peripheral part that seems to be the joint position is cut off on the central side in the longitudinal direction from the nozzle part 20 of the housing case 15.
  • the boundary is confirmed by cutting or slicing the excised part along the axial direction and observing the cross section in a magnified view. If it is difficult to confirm the boundary by mere magnified observation, at least one of magnified observation of the cross section after coloring with ink and magnified observation in a state where polarized light is transmitted through a sample collected in a thin film near the surface of the cross section. Check the boundaries. Further, when one of the first molding member 17 and the second molding member 18 is formed of a resin to which a filler such as glass fiber is added, transmission analysis using X-rays such as an X-ray microscope is performed. Boundaries can be easily and clearly identified. When the boundary between the first molded member 17 and the second molded member 18 is confirmed by these methods, the position of the boundary in the axial direction is determined as the coupling position.
  • the wall thickness of the housing case 15 at a position separated from the bonding position by three times the wall thickness of the second molding member 18 in the axial direction, and the wall thickness of the tubular portion 19 in the example of FIG. 1 are combined. It is 1.0 to 1.3 times the wall thickness of the second molding member 18 at the position. In other words, the value obtained by dividing the wall thickness of the housing case 15 at that position by the wall thickness of the second molding member 18 is 1.0 to 1.3.
  • the wall thickness of the housing case 15 at a position 5 times the wall thickness of the second molding member 18 from the bonding position described later, in other words, the wall thickness of the tubular portion 19 is the bonding position. It is 1.0 to 1.5 times the wall thickness of the second molding member 18 in the above. In other words, the value obtained by dividing the wall thickness of the housing case 15 at that position by the wall thickness of the second molding member 18 is 1.0 to 1.5.
  • the cap member 16 has a tubular shape or a tapered shape with one end open. The open ends of the cap member 16 engage the housing case 15 at both ends in the axial direction of the housing case 15. In the present embodiment, the cap member 16 is fixed to the housing case 15 by the nut 21. An O-ring 22 is provided between the cap member 16 and at least one of the potting material 12 and the housing case 15, and the internal space defined by the cap member 16 and the housing case 15 is liquid-tightly sealed.
  • a pipeline 23 is provided at the closed end of the cap member 16 or on the small diameter side of the tapered shape portion.
  • the pipeline 23 projects parallel to the axial direction of the housing case 15.
  • the pipeline 23 functions as a port for passing a fluid between the inside and the outside of the cap member 16. Therefore, the pipeline 23 can allow the fluid to flow in from the outside into the internal space defined by the cap member 16 and the potting material 12, and can flow the fluid out of the internal space.
  • both ends of the hollow fiber membrane 14 in the longitudinal direction expose openings in the space defined by the potting material 12 and the cap member 16.
  • the undiluted solution that has flowed into the hollow fiber membrane module 10 from one conduit 23 passes through the hollow portion of the hollow fiber membrane 14 toward the other conduit 23. However, a part of it is filtered by the hollow fiber membrane 14. The filtered filtrate flows into the internal space defined by the inner peripheral surface of the housing case 15, the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane 14, and the exposed surface of both potting materials 12. The filtrate that has flowed into the internal space is discharged from the nozzle portion 20. Further, the undiluted solution that has passed through the hollow portion of the hollow fiber membrane 14 to the other conduit 23 is discharged from the other conduit 23 as a concentrated liquid. Alternatively, by flowing the stock solution into one nozzle portion 20 of the hollow fiber membrane module 10, the filtrate may be discharged from the conduit 23 and the concentrated liquid may be discharged from the other nozzle portion 20.
  • the first molding member 17 and the second molding member 18 are molded by a molding method such as injection molding or extrusion molding.
  • One end face in the axial direction of the tubular portion 19 of the first molded member 17 and the end face in the axial direction of the second molded member 18 are opposed to each other in a separated state.
  • a heater 24 is inserted between the opposite end surfaces es to heat both end surfaces es.
  • the heater 24 is pulled out and both end faces es are butted against each other to join the first molding member 17 and the second molding member 18.
  • the vicinity of the molten end face may be pressed so as to bulge from the outer peripheral surface.
  • the housing case 15 is formed by joining the first molding member 17 to both ends of the second molding member 18.
  • both end faces es of the tubular portion 19 of the first molding member 17 and the second molding member 18 are abutted with, for example, both end faces es instead of the heater 24, ultrasonic waves are applied to the vicinity of the end faces es. It may be heated by application. Further, instead of heating and joining both end faces es, for example, both end faces es may be joined by melting with an organic solvent.
  • the hollow fiber membrane 14 is cylindrically bundled into the hollow fiber membrane bundle 11 so that it can be inserted into the housing case 15 so as to maximize the membrane area per membrane module, that is, the filtration area.
  • the outer circumference of the hollow fiber membrane bundle 11 may be further covered with a protective net.
  • the material of the net is not particularly limited, but polyethylene, polypropylene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl acetate copolymer and the like are desirable.
  • both ends of the hollow fiber membrane bundle 11 be sealed so as not to be blocked by the potting agent in the subsequent potting process.
  • Epoxy resin, urethane resin, silicon resin and the like are used as the material used for sealing.
  • a potting step is performed in which both ends of the housing case 15 are bonded with a potting agent.
  • a centrifugal bonding method in which the potting material 12 is introduced by utilizing the centrifugal force generated by rotating the housing case 15 around the center, and a centrifugal bonding method in which the housing case 15 is placed vertically and the head difference is used.
  • the bonding method can be appropriately selected depending on the total length of the hollow fiber membrane module 10, the diameter of the housing case 15, the initial mixing viscosity of the potting agent to be used, and the pot life.
  • Cap members 16 are placed on both ends in the axial direction of the housing case 15 in which the hollow fiber membrane bundle 11 is fixed inside by the potting material 12.
  • the cap member 16 is fixed to the housing case 15 by the nut 21.
  • the hollow fiber membrane module 10 configured as described above, for example, by introducing raw water into the hollow fiber membrane module 10 via the nozzle portion 20, the filtered water filtered by the hollow fiber membrane 14 is routed. Concentrated water is discharged from the hollow fiber membrane module 10 through at least one of the 23 and is discharged from the hollow fiber membrane module 10 through the remaining one of the nozzle portions 20 (external pressure filtration).
  • the concentrated water is discharged from the hollow fiber membrane module 10 through the other one of the pipelines 23, and the hollow fiber membrane module 10 is hollow.
  • the filtered water filtered by the filament membrane 14 is discharged from the hollow fiber membrane module 10 via the two nozzle portions 20 (internal pressure filtration).
  • the hollow fiber membrane module 10 suppresses the occurrence of destruction of the housing case 15 starting from the coupling position, and causes the internal pressure of the housing case 15 to be destroyed at a higher pressure starting from a portion other than the coupling position. generate.
  • the hollow fiber membrane module 10 has good pressure resistance.
  • the pressure inside the housing case 15 that causes destruction is 2 MPa or more. More preferably, in the hollow fiber membrane module 10, the pressure inside the housing case 15 that causes destruction is 3 MPa or more.
  • a JIS B7507 compliant digital display caliper was used for the diameter and wall thickness.
  • JIS compliant calipers with the same specifications and special calipers made from stainless steel equilateral angle steel that was precisely cut to a predetermined length were used. All the measured values were measured after being stored in a test room air-conditioned in a temperature range of 23 to 27 ° C. for 48 hours or more. The diameter and length were measured at 4 points in a cross shape, and the wall thickness was measured at 8 directions, which was increased by 4 directions, and the simple averaged numbers up to the first decimal place were regarded as significant figures. ..
  • Example 1 (Resin used) In Example 1 and Comparative Example 1, ABS resin (Asahi Kasei Co., Ltd. Stylac TM, AE151) was used as the material for the second molding member, and ABS resin (Asahi Kasei Co., Ltd.) was used as the material for the first molding member. Stylac TM, IM-10) was used.
  • ABS resin (Asahi Kasei Co., Ltd. Stylac TM, AE15P) is used as the material of the second molding member, and ABS resin (Asahi Kasei Co., Ltd.) is also used as the material of the first molding member. Made by Stylac TM, IM15P) was used.
  • Example 1 As the second molding member, a pipe made of ABS resin (inner diameter 153 mm, wall thickness 6 mm, length 1800 mm) was prepared. The relationship between the inner diameter and the wall thickness of the second molded member was a dimension conforming to the VU pipe of JIS K6741.
  • two members having a cross-sectional shape shown in FIG. 3 were prepared as the first molded member.
  • the circle indicated by "R6 mm” is a circle having a radius of 6 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by “R18 mm” has a radius of 18 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by “R30 mm” has a radius of 30 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member. Is.
  • the housing case (total length 2160 mm) of the present invention was manufactured by heat-joining the first molded member and the second molded member with an end face heating facility as shown in FIG.
  • the pipe broke at 3.4 [MPa]
  • the starting point of the rupture was a fracture shape showing a linear fracture surface in the vertical direction at the substantially central part of the pipe (see FIGS. 4 and 5). ..
  • Example 2 As the second molding member, a pipe made of ABS resin (inner diameter 202 mm, wall thickness 7 mm, length 1640 mm) was prepared. The relationship between the inner diameter and the wall thickness of the second molded member was a dimension conforming to the VU pipe of JIS K6741.
  • two members having a cross-sectional shape shown in FIG. 6 were prepared as the first molded member.
  • the circle indicated by the reference numeral “R7 mm” is a circle having a radius of 7 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the bonding position of the first molded member and the second molded member. ..
  • FIG. 1 As the second molding member, a pipe made of ABS resin (inner diameter 202 mm, wall thickness 7 mm, length 1640 mm) was prepared. The relationship between the inner diameter and the wall thickness of the second molded member was a dimension conforming to the VU pipe of JIS K6741.
  • two members having a cross-sectional shape shown in FIG
  • the circle indicated by the reference numeral “R21 mm” has a radius of 21 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the bonding position of the first molded member and the second molded member. It is a circle.
  • the circle indicated by “R35 mm” has a radius of 35 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member. Is.
  • the housing case (total length 2120 mm) of the present invention was manufactured by heat-joining the first molded member and the second molded member with an end face heating facility as shown in FIG.
  • the pipe broke at 3.1 [MPa]
  • the starting point of the rupture was a fracture shape showing a jagged fracture surface in the vertical direction at the substantially central portion of the pipe (see FIGS. 7 and 8).
  • Example 3 As the second molding member, a pipe made of ABS resin (inner diameter 202 mm, wall thickness 7 mm, length 680 mm) was prepared. The relationship between the inner diameter and the wall thickness of the second molded member was a dimension conforming to the VU pipe of JIS K6741.
  • two members having a cross-sectional shape shown in FIG. 9 were prepared as the first molded member.
  • the circle indicated by "R7 mm” is a circle having a radius of 7 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molding member from the joining position of the first molding member and the second molding member.
  • the circle indicated by "R21 mm” has a radius of 21 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by “R35 mm” has a radius of 35 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member. Is.
  • the housing case (total length 1160 mm) of the present invention was manufactured by heat-joining the first molded member and the second molded member with an end face heating facility as shown in FIG. When the pressure was continuously applied, the material was broken at 2.6 [MPa], and the starting point of the breakage was a thread portion installed on the outer periphery of the outer end of the first molding member (see FIGS. 10 and 11).
  • FIG. 12 a first molded member as shown in FIG. 12 was prepared.
  • the circle indicated by “R6 mm” is a circle having a radius of 6 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by “R18 mm” has a radius of 18 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member. Is.
  • FIG. 12 the circle indicated by “R6 mm” is a circle having a radius of 6 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R30 mm” has a radius of 30 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the housing case of Comparative Example 1 was manufactured by joining the second molded member in a state of being inserted into the lumen of the first molded member.
  • the first molding member and the second molding member were solvent-bonded using a MEK (methyl ethyl ketone) dope adhesive known as a solvent for ABS resin. This dope adhesive was obtained by dissolving and mixing 30 parts by weight of the resin pellets used for the ABS resin (this time, the first molding member) in MEK.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • FIG. 15 a first molded member as shown in FIG. 15 was prepared.
  • the circle indicated by "R7 mm” is a circle having a radius of 7 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R21 mm” has a radius of 21 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member. Is.
  • FIG. 15 the circle indicated by "R7 mm” is a circle having a radius of 7 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R35 mm” has a radius of 35 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the housing case of Comparative Example 2 was manufactured by joining the second molded member in a state of being inserted into the lumen of the first molded member.
  • the first molding member and the second molding member were solvent-bonded using a MEK (methyl ethyl ketone) dope adhesive known as a solvent for ABS resin. This dope adhesive was obtained by dissolving and mixing 30 parts by weight of the resin pellets used for the ABS resin (this time, the first molding member) in MEK.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • the heat-bonded second molded member is cut to a size of 500 mm, and the cavity of the pipe-shaped first molded member having nozzles on both sides thereof is covered and adhered via an epoxy adhesive, and is shown in FIG. A housing case of Reference Example 1 having a total length of 850 mm was obtained.
  • the circle indicated by “R9 mm” is a circle having a radius of 9 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the bonding position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R27 mm” has a radius of 27 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R45 mm” has a radius of 45 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member. Is. After wiping off the squeezed adhesive, it was heated and held in a 40 degree atmosphere for 48 hours and in a 90 degree atmosphere for 20 hours to further accelerate the curing of the epoxy adhesive.
  • the housing case of the reference example 2 having a total length of 850 mm shown in FIG. 22 was prepared in the same manner as the reference example 1 except that the reference example 1 is a single pipe in which the second molded members are not heat-bonded to each other.
  • the circle indicated by “R9 mm” is a circle having a radius of 9 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R27 mm” has a radius of 27 mm, which is a distance three times the wall thickness of the second molded member from the joint position of the first molded member and the second molded member. Is.
  • FIG. 1 the circle indicated by “R9 mm” is a circle having a radius of 9 mm, which is the distance of the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member.
  • the circle indicated by "R27 mm” has a radius of 27 mm,
  • the circle indicated by "R45 mm” has a radius of 45 mm, which is a distance of 5 times the wall thickness of the second molded member from the joining position of the first molded member and the second molded member. Is. When the housing case of Reference Example 2 was pressurized, it was destroyed at 3.8 [MPa]. Similar to Reference Example 1, radial cracks centered on the boundary between the second molded member and the first molded member were observed, indicating that the boundary portion was the starting point of fracture (FIGS. 23 and 24). reference).
  • Table 1 summarizes the dimensions and results of the various members used in the above examples, comparative examples, and reference examples.
  • Hollow fiber membrane module 11 Hollow fiber membrane bundle 12 Potting material 13 Module case 14 Hollow fiber membrane 15 Housing case 16 Cap member 17 First molding member 18 Second molding member 19 Cylindrical part 20 Nozzle part 21 Nut 22 O-ring 23 Pipeline 24 Heater es End face

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Abstract

中空糸膜モジュール１０は中空糸膜束１１とハウジングケース１５とを有する。ハウジングケース１５は第１の成形部材１７と第２の成形部材１８とを有す。第１の成形部材１７では筒状部分１９とノズル部分２０とを一体的に成型する。第２の成形部材１８は筒状部分１９に同軸で連続する筒状である。軸方向において結合位置から第２の成形部材１８の肉厚の３倍および５倍の距離だけ第１の成形部材１７側にそれぞれ離れた位置のハウジングケース１５の肉厚を第２の成形部材１８の肉厚で除した値がそれぞれ１．０～１．３および１．０～１．５である。

Description

中空糸膜モジュールおよび製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１９年１２月１９日に、日本国に特許出願された特願２０１９－２２９７０１の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は中空糸膜モジュール、特に耐圧性を向上させた中空糸膜モジュールに関するものである。
　気液吸収、脱気、ろ過用等の用途で、精密ろ過膜、限外ろ過膜を利用した膜ろ過法に用いられる膜として、中空糸膜が知られている。中空糸膜を用いた膜モジュールは、膜面積が大きく、装置を小型化できるために、種々の膜分離の用途に広く利用されている。この主の膜モジュールとして、その両端が樹脂部で固定された複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を備えるものが知られている。
　単一の中空糸膜モジュールによる処理量を増大させるために、中空糸膜束を収容するハウジング本体を大型化することにより、中空糸膜モジュールの大型化が検討されている。ハウジング本体は、例えば、樹脂による成形品であるため、大型化するほど単一の部材によって成形することは困難である。それゆえ、ハウジング本体を、分割された部品を結合させることにより形成することが知られている（特許文献１参照）。
特開２０１９－０５１４５１号公報
　ろ過運転時に中空糸膜束を収容するハウジング本体にはハウジング本体の内側から外側への陽圧が加わるため、ハウジング本体には運転条件に応じた耐圧性が求められる。特に、複数の部品を結合させることにより形成するハウジング本体では、結合部分を起点にして破壊が生じやすく、全体の耐圧性を向上させるためにも結合部分において耐圧性を向上させる必要がある。
　本発明者らは、上述のような課題を鋭意検討した結果、中空糸膜モジュールのハウジングケースにおける結合部分への応力の集中を低減させることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明をなすに至った。即ち、本発明を以下の通りである。
［１］
　複数の中空糸膜が束ねられている中空糸膜束と、
　筒状部分と該筒状部分と内腔が連通するノズル部分とが一体的に成形されている第１の成形部材、および前記筒状部分に同軸で連続する筒状の第２の成形部材を有し、前記中空糸膜束を収容するハウジングケースと、を備え、
　前記ハウジングケースの軸方向における全長が１ｍを超え、
　前記軸方向において、前記第１の成形部材および前記第２の成形部材の結合位置から、前記第２の成形部材の肉厚の３倍および５倍の距離だけ前記第１の成形部材側にそれぞれ離れた位置の前記ハウジングケースの肉厚を、前記第２の成形部材の肉厚で除した値が、１．０～１．３および１．０～１．５である
　ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
［２］
　前記第２の成形部材は、内径が１５０ｍｍ以上の円筒状である
　ことを特徴とする［１］に記載の中空糸膜モジュール。
［３］
　前記第２の成形部材は、内径が２００ｍｍ以上の円筒状である
　ことを特徴とする［２］に記載の中空糸膜モジュール。
［４］
　前記結合位置以外の部分を起点として、前記ハウジングケースの内部の加圧により破壊が生じる
　ことを特徴とする［１］から［３］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［５］
　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材が、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、およびポリフェニレンサルファイドの少なくとも１種から選ばれている樹脂素材によって成形されている
　ことを特徴とする［１］から［４］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［６］
　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材は、同じ樹脂素材から成形されている
　ことを特徴とする［１］から［５］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［７］
　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材の少なくとも一方は、ガラス繊維が混入されている樹脂素材から成形されている
　ことを特徴とする［１］から［６］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［８］
　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材を突合わせ接合させることにより前記ハウジングケースを形成すること、を含む
　ことを特徴とする［１］から７のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
［９］
　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材を、加熱、接触加熱、および有機溶剤のいずれかによって接合させること、を含む
　ことを特徴とする［８］に記載の製造方法。
　本発明によれば、全体の耐圧性を向上した中空糸膜モジュールを提供することができる。
本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールを示す縦端面図である。 図１の中空糸膜モジュールの製造方法を説明するための図であって、第１の成形部材と第２の成形部材との接合工程における、第１の成形部材と第２の成形部材との配置を示す図である。 実施例１のハウジングケースの寸法を示す部分的な半裁断面図である。 加圧試験により破壊された実施例１のハウジングの外観図である。 加圧試験により破壊された実施例１のハウジングの拡大した外観図である。 実施例２のハウジングケースの寸法を示す部分的な半裁断面図である。 加圧試験により破壊された実施例２のハウジングの外観図である。 加圧試験により破壊された実施例２のハウジングの拡大した外観図である。 実施例３のハウジングケースの寸法を示す部分的な半裁断面図である。 加圧試験により破壊された実施例３のハウジングの第１の外観図である。 加圧試験により破壊された実施例３のハウジングの第２の外観図である。 比較例１のハウジングケースの寸法を示す部分的な半裁断面図である。 加圧試験により破壊された比較例１のハウジングの外観図である。 加圧試験により破壊された比較例１のハウジングの拡大した外観図である。 比較例２のハウジングケースの寸法を示す部分的な半裁断面図である。 加圧試験により破壊された比較例２のハウジングの外観図である。 加圧試験により破壊された比較例２のハウジングの拡大した外観図である。 参考例１のハウジングケースの寸法を示す一部半裁断面図である。 加圧試験により破壊された参考例１のハウジングの外観図である。 図１９の破線部近傍を拡大した別の視点からの外観図である。 加圧試験により破壊された参考例１のハウジングの第２成形部材の加熱接合部分近辺の拡大外観図である。 参考例２のハウジングケースの寸法を示す一部半裁断面図である。 加圧試験により破壊された参考例２のハウジングの外観図である。 図２３の破線部近傍を拡大した別の視点からの外観図である。
　以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明はその要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
　図１に示すように、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束１１、ポッティング材１２、及びモジュールケース１３を備えている。
　中空糸膜束１１は、複数本の中空糸膜１４を束ねることにより形成されている。中空糸膜１４は多孔質であり、通過する流体をろ過する。
　なお、中空糸膜１４の材質は特に制限されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アクリロニトリル、ならびに酢酸セルロース等が用いられている。中でも、結晶性を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、及びポリフッ化ビニリデン等の結晶性熱可塑性樹脂は、強度発現の面から好適に用いることができる。さらに好適には、疎水性ゆえ耐水性が高く、通常の水系液体のろ過において耐久性が期待できる、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。特に好適には、耐薬品性等の化学的耐久性に優れるポリフッ化ビニリデンを用いることができる。ポリフッ化ビニリデンとしては、フッ化ビニリデンホモポリマーや、フッ化ビニリデンの比率が５０モル％以上であるフッ化ビニリデン共重合体が挙げられる。フッ化ビニリデン共重合体としては、フッ化ビニリデンと、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレンまたはエチレンから選ばれた１種以上との共重合体が挙げられる。ポリフッ化ビニリデンとしては、フッ化ビニリデンホモポリマーが最も好ましい。
　中空糸膜１４のサイズは特に限定しないが、中空糸膜１４の内径０．４～３ｍｍ、外径０．８～６ｍｍ、膜厚０．２～１．５ｍｍ、中空糸膜１４の阻止孔径０．０２～１μｍ、膜間差圧０．１～１．０ＭＰａの耐圧性を備えたものが好ましく用いられる。
　ポッティング材１２は、中空糸膜１４の少なくとも一部をモジュールケース１３に固定している。本実施形態においては、ポッティング材１２は、中空糸膜１４の両端部と一体化して、後述するモジュールケース１３のハウジングケース１５に固定されている。本実施形態において、ポッティング材１２は、中空糸膜１４の外周面及びハウジングケース１５の内周面の間にポッティング材１２を充填して硬化させることにより、形成されている。
　なお、ポッティング材１２の材質は特に制限されないが、例えば、二液混合型硬化性樹脂が適用され、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及びシリコン樹脂等が好適に用いられている。ポッティング材１２は、粘度、可使時間、硬化物の硬度や機械的強度、及び原液に対する物理的及び化学的安定性、中空糸膜１４との接着性、モジュールケース１３との接着性を勘案して、適切に選定することが望ましい。例えば、製造時間の短縮化及び生産性の向上の観点からは、可使時間の短いウレタン樹脂を用いることが好ましい。また、機械的強度が求められる場合は、機械的耐久性を有するエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、ポッティング材１２にはこれらの樹脂を複数用いてもよい。
　モジュールケース１３は、中空糸膜束１１を収容している。モジュールケース１３は、ハウジングケース１５および２つのキャップ部材１６を備えている。
　ハウジングケース１５は、本実施形態において、全体として筒状であり、当該筒状体の内部に中空糸膜１４を収容している。ハウジングケース１５の軸方向の全長は１ｍを超える。ハウジングケース１５は、別部材である、２つの第１の成形部材１７および第２の成形部材１８を有する。
　第１の成形部材１７は、一体的に成型されている、筒状部分１９およびノズル部分２０を有する。ノズル部分２０は、筒状部分１９の側面に、当該筒状部分１９の軸方向に対して垂直に突出するように設けられている。ノズル部分２０は、筒状部分１９軸方向においてポッティング材１２よりも第２の成形部材１８側に設けられている。筒状部分１９およびノズル部分２０の内腔は、互いに連通している。
　ノズル部分２０は、第１の成形部材１７の内部および外部の間で流体を通過させるポートとして機能する。したがって、ノズル部分２０は、ハウジングケース１５の内周面、各中空糸膜１４の外周面、及びポッティング材１２の露出面によって画定される内部空間に外部から流体を流入させ得、また当該内部空間から外部に流体を流出させ得る。
　なお、第１の成形部材１７の材質は特に制限されないが、例えば、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の少なくとも１種から選ばれている樹脂素材等が用いられている。これらの樹脂素材には、ガラス繊維が混入されていてもよい。第１の成形部材１７は、射出成型、および押出し成型などにより製造され得る。
　第２の成形部材１８は、例えば、筒状である。第２の成形部材１８は、円筒状であってもよい。第２の成形部材１８の軸方向の両端それぞれに、第１の成形部材１７が結合している。
　第２の成形部材１８の肉厚は、略一定である。第２の成形部材１８の肉厚は、軸方向における位置によって変化してもよい。第２の成形部材１８は、内径が１５０ｍｍ以上の円筒状であってよく、内径が２００ｍｍ以上の円筒状であることが好ましい。
　なお、第２の成形部材１８の材質は特に制限されないが、例えば、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、およびポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の少なくとも１種から選ばれている樹脂素材等が用いられている。第２の成形部材１８は、第１の成形部材１７と同じ樹脂素材、または互いに異なる樹脂素材により成形されていてもよい。これらの樹脂素材には、ガラス繊維が混入されていてもよい。第２の成形部材１８は、射出成型、および押出し成型などにより製造され得る。
　第２の成形部材１８の軸方向の両端に、第１の成形部材１７の筒状部分１９を同軸で連続するように結合させることにより、ハウジングケース１５が形成されている。当該結合は、第１の成形部材１７の筒状部分１９および第２の成形部材１８の軸方向におけるそれぞれの端面を突合わせた接合であることが好ましい。接合は、加熱、接触加熱、および有機溶剤を用いた接着のいずれかであることが好ましい。または、当該結合は、第１の成形部材１７の筒状部分１９および第２の成形部材１８の一方の他方への挿着であってもよい。
　軸方向における第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の結合位置は、端面同士を突合せて接合させた構成においては、互いに突合せられている、第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の端面の位置である。本実施形態において、第１の成形部材１７の筒状部分１９および第２の成形部材１８の一方を他方へ挿着させた構成では、結合位置は、軸方向に垂直な方向から見て、筒状部分１９および第２の成形部材１８が重なる範囲において、最も第２の成形部材１８側の位置とする。
　第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の結合位置は、ハウジングケース１５の軸を通る断面において、第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の境界が視認される場合、軸方向における当該境界の位置である。第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の境界が視認できない場合は、結合位置は、以下に説明する方法により決定される。
　ハウジングケース１５のノズル部分２０よりも、長手方向における中心側で、結合位置と思われる周辺部分を切除する。切除した部分を軸方向に沿って割断またはスライス切断して、断面を拡大観察することにより境界を確認する。単なる拡大観察によっても境界の確認が困難な場合、インクによる着色後の断面の拡大観察、及び断面の表面近傍を薄膜状に採取したサンプルに偏光を透過させた状態での拡大観察の少なくとも一方により境界を確認する。また、第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の一方がガラス繊維等の充填物を添加した樹脂によって形成されている場合、Ｘ線顕微鏡のようなＸ線を使用した透過解析によって、境界を容易かつ明確に確認し得る。これらの方法によって、第１の成形部材１７および第２の成形部材１８の境界が確認される場合、軸方向における当該境界の位置を結合位置として決定する。
　軸方向において、結合位置から、第２の成形部材１８の肉厚の３倍の距離だけ離れた位置におけるハウジングケース１５の肉厚、図１の例においては筒状部分１９の肉厚は、結合位置における第２の成形部材１８の肉厚の１．０～１．３倍である。言換えると、当該位置におけるハウジングケース１５の肉厚を、第２の成形部材１８の肉厚で除した値は、１．０～１．３である。
　軸方向において、後述する結合位置から、第２の成形部材１８の肉厚の５倍の距離だけ離れた位置におけるハウジングケース１５の肉厚、言換えると筒状部分１９の肉厚は、結合位置における第２の成形部材１８の肉厚の１．０～１．５倍である。言換えると、当該位置におけるハウジングケース１５の肉厚を、第２の成形部材１８の肉厚で除した値は、１．０～１．５である。
　キャップ部材１６は、本実施形態において、一端が開放された筒状又はテーパ形状をなしている。キャップ部材１６の開放された端は、ハウジングケース１５の軸方向の両端において、ハウジングケース１５に係合している。本実施形態において、キャップ部材１６は、ナット２１によりハウジングケース１５に固定されている。なお、キャップ部材１６とポッティング材１２及びハウジングケース１５の少なくとも一方との間にはＯリング２２が設けられ、キャップ部材１６とハウジングケース１５により画定される内部空間が液密に密封されている。
　キャップ部材１６の閉鎖端又はテーパ形状部の細径部側に、管路２３が設けられている。管路２３は、ハウジングケース１５の軸方向に平行に突出している。管路２３は、キャップ部材１６の内部及び外部間で流体を通過させるポートとして機能する。したがって、管路２３は、キャップ部材１６及びポッティング材１２によって画定される内部空間に外部から流体を流入させ得、また当該内部空間から外部に流体を流出させ得る。
　さらに、本実施形態の一例において、中空糸膜１４の長手方向の両端はポッティング材１２及びキャップ部材１６が画定する空間に開口を露出する。
　このような構成の中空糸膜モジュール１０では、例えば、一方の管路２３から中空糸膜モジュール１０に流入させた原液は、他方の管路２３に向かって中空糸膜１４の中空部内を通過しながら、一部が中空糸膜１４によってろ過される。ろ過されたろ液は、ハウジングケース１５の内周面、中空糸膜１４の外周面、及び両ポッティング材１２の露出面により画定される内部空間に流入する。当該内部空間に流入したろ液がノズル部分２０から排出される。また、中空糸膜１４の中空部内を他方の管路２３まで通過した原液が、濃縮液として当該他方の管路２３から排出される。あるいは、中空糸膜モジュール１０の一方のノズル部分２０に原液を流入させることにより、ろ液が管路２３から排出され、濃縮液が他方のノズル部分２０から排出されてもよい。
　次に、上述した中空糸膜モジュール１０の製造方法について説明する。第１の成形部材１７および第２の成形部材１８を、射出成型または押出し成型などの成型方法により成形する。成形した第１の成形部材１７の筒状部分１９の軸方向の一方の端面、および第２の成形部材１８の軸方向の端面を離した状態で対向させる。図２に示すように、対向した両端面ｅｓの間にヒータ２４を介挿して、両端面ｅｓを加熱する。
　両端面ｅｓが溶融状態になってから、ヒータ２４を抜出して両端面ｅｓを突合わせて、第１の成形部材１７および第２の成形部材１８を接合させる。第１の成形部材１７および第２の成形部材１８を接合に際して、溶融している端面近傍が外周面から膨出するように押付けてよい。第２の成形部材１８の両端に第１の成形部材１７を接合させることにより、ハウジングケース１５を形成する。
　なお、第１の成形部材１７の筒状部分１９および第２の成形部材１８の両端面ｅｓを、ヒータ２４の代わりに、例えば、両端面ｅｓを突合せた状態で端面ｅｓ近傍への超音波の印加により、加熱してもよい。また、両端面ｅｓを加熱して接合させる代わりに、例えば、有機溶剤を用いて溶融させて、両端面ｅｓを接合させてもよい。
　中空糸膜１４は、膜モジュールあたりの膜面積、すなわちろ過面積を最大化するように、ハウジングケース１５に挿入できるように円筒状に中空糸膜束１１に束ねられる。中空糸膜束１１の外周には保護用のネットをさらに被覆してもよい。ネットの素材は特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニルコポリマー等が望ましい。
　中空糸膜束１１の両端部は後段のポッティング工程でポッティング剤により閉塞しないように目止めしておくことが望ましい。目止めに用いる素材としてはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、およびシリコン樹脂等が用いられる。
　目止めした中空糸膜束１１をハウジングケース１５に挿入した後、ハウジングケース１５の両端部にポッティング剤を用いて接着するポッティング工程を行う。接着方法としてはハウジングケース１５の中央部を中心として回転させることにより発生する遠心力を利用してポッティング材１２を導入する遠心接着法と、ハウジングケース１５を縦置きし、ヘッド差を利用してポッティング材１２を導入する静置接着法がある。接着方法は、中空糸膜モジュール１０の全長やハウジングケース１５の径、使用するポッティング剤の混合初期粘度やポットライフにより、適宜選択することができる。ポッティング材１２が硬化した後に、さらに高温で養生する時間を設けてもよい。完全にポッティング材１２が硬化した後に、目止めした部分を除去し、中空糸膜１４の端部を開口させる。
　中空糸膜束１１をポッティング材１２により内部に固定したハウジングケース１５の、軸方向の両端にキャップ部材１６を被せる。キャップ部材１６を、ナット２１によりハウジングケース１５に固定する。
　以上のように構成された中空糸膜モジュール１０によれば、例えば、ノズル部分２０を介して原水を中空糸膜モジュール１０に導入することにより、中空糸膜１４によってろ過されたろ過水が管路２３の少なくとも一方を介して中空糸膜モジュール１０から排出されると共に、ノズル部分２０の残りの一方を介して濃縮水が中空糸膜モジュール１０から排出される（外圧式ろ過）。
　また、管路２３のいずれか一方を介して原液を中空糸膜モジュール１０に導入することにより、管路２３の残りの一方を介して濃縮水が中空糸膜モジュール１０から排出されると共に、中空糸膜１４によってろ過されたろ過水が二つのノズル部分２０を介して中空糸膜モジュール１０から排出される（内圧式ろ過）。
　本発明の中空糸膜モジュール１０では、結合位置から第２の成形部材１８の肉厚の３倍および５倍の距離だけ第１の成形部材１７側にそれぞれ離れた位置のハウジングケース１５の肉厚を、第２の成形部材１８の肉厚で除した値が、１．０～１．３および１．０～１．５である。このような構成により、中空糸膜モジュール１０は、結合位置周辺におけるハウジングケース１５の軸方向の変位に対する肉厚の変化が小さいので、内部が加圧される場合のハウジングケース１５の応力の結合位置における急激な変化を緩和させ得る。したがって、中空糸膜モジュール１０は、結合位置を起点にしたハウジングケース１５の破壊の発生を抑制し、結合位置以外の部分を起点とした、ハウジングケース１５の内部の加圧による破壊をより高圧で発生させる。言換えると、中空糸膜モジュール１０は、良好な耐圧性を有する。例えば、中空糸膜モジュール１０では、ハウジングケース１５の破壊を生じさせる内部への圧力が２ＭＰａ以上である。さらに好ましくは、中空糸膜モジュール１０では、ハウジングケース１５の破壊を生じさせる内部への圧力が３ＭＰａ以上である。
　以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
　以下、実施例で用いた測定方法および試験方法について説明する。
　（測定方法）
　成形部材の寸法測定には、直径・肉厚に関してはＪＩＳ　Ｂ７５０７準拠のデジタル表示ノギスを使用した。全長に関しては同一仕様のＪＩＳ準拠ノギスと、所定長さに精密切断したステンレス製等辺山形鋼から製作した専用ノギスとを使用した。いずれの測定値も計測環境が気温２３～２７℃の範囲で空調した試験室内に４８時間以上保管した後に、測定した。測定箇所は直径と長さに関しては十字状に４か所測定、肉厚に関してはさらに４方向増した８方向にて測定し、単純平均した数字の小数点第一位桁までを有効数字とみなした。
（試験方法）
　実施例および比較例共に所望する仕様のハウジングケースとした後、ステンレス製ナット、キャップ代用のステンレス製フランジ、Ｏ－リングを副資材として利用して内部へ水を封入し、一方のノズルから加圧を行い破壊に至る水圧値とその破壊部位を確認した。水圧加圧の昇圧速度は０．２［ＭＰａ／秒］とし、加圧水及び周囲水温（水槽内で加圧）を室温（２３－２７℃）に調整して行った。なお、破壊試験には山本水圧工業所製の水圧試験機を、収納水槽は上面（パンチングメタル）蓋つきステンレス製水槽（専用製作品）を使用した。
（使用した樹脂）
　実施例１および比較例１では、第２成形部材の素材としてＡＢＳ樹脂（旭化成（株）社製スタイラックＴＭ、ＡＥ１５１）を、第１成形部材の素材としてもＡＢＳ樹脂（旭化成（株）社製スタイラックＴＭ、ＩＭ－１０）を使用した。
　実施例２、３、および比較例２では、第２成形部材の素材としてＡＢＳ樹脂（旭化成（株）製スタイラックＴＭ、ＡＥ１５Ｐ）を、第１成形部材の素材としてもＡＢＳ樹脂（旭化成（株）製スタイラックＴＭ、ＩＭ１５Ｐ）を使用した。
　参考例１、２では第１成形部材、第２成形部材いずれにもポリスルホン（ソルベイ社製、第１成形部材：ＵＤＥＬ　Ｐ１７００、第２成形部材：ＵＤＥＬ　Ｐ１７００）を使用した。
（実施例１）
　第２成形部材として、ＡＢＳ樹脂製のパイプ（内径１５３ｍｍ、肉厚６ｍｍ、長さ１８００ｍｍ）を用意した。第２成形部材の内径と肉厚の関係はＪＩＳ　Ｋ６７４１のＶＵ管準拠の寸法であった。また、図３に示す断面形状（第２成形部材を含めて図示）である部材を第１成形部材として２個準備した。図３において、「Ｒ６ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である６ｍｍを半径とする円である。図３において、「Ｒ１８ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である１８ｍｍを半径とする円である。図３において、「Ｒ３０ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である３０ｍｍを半径とする円である。
　第１成形部材と第２成形部材とを図２に示すような端面加熱設備にて加熱接合することにより本願発明のハウジングケース（全長２１６０ｍｍ）を製作した。引き続き加圧したところ、３．４［ＭＰａ］で破壊し、その破壊起点はパイプの概ね中央部で縦方向に直線状の破面を示した破壊形状であった（図４、図５参照）。
（実施例２）
　第２成形部材として、ＡＢＳ樹脂製のパイプ（内径２０２ｍｍ、肉厚7ｍｍ、長さ１６４０ｍｍ）を用意した。第２成形部材の内径と肉厚の関係はＪＩＳ　Ｋ６７４１のＶＵ管準拠の寸法であった。また、図６に示す断面形状（第２成形部材を含めて図示）である部材を第１成形部材として２個準備した。図６において、符号「Ｒ７ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である７ｍｍを半径とする円である。図６において、符号「Ｒ２１ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である２１ｍｍを半径とする円である。図６において、「Ｒ３５ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である３５ｍｍを半径とする円である。
　第１成形部材と第２成形部材とを図２に示すような端面加熱設備にて加熱接合することにより本願発明のハウジングケース（全長２１２０ｍｍ）を製作した。引き続き加圧したところ、３．１［ＭＰａ］で破壊し、その破壊起点はパイプの概ね中央部で縦方向にギザギザの破面を示した破壊形状であった（図７、図８参照）。
（実施例３）
　第２成形部材として、ＡＢＳ樹脂製のパイプ（内径２０２ｍｍ、肉厚7ｍｍ、長さ６８０ｍｍ）を用意した。第２成形部材の内径と肉厚の関係はＪＩＳ　Ｋ６７４１のＶＵ管準拠の寸法であった。また、図９に示す断面形状（第２成形部材を含めて図示）である部材を第１成形部材として２個準備した。図９において、「Ｒ７ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である７ｍｍを半径とする円である。図９において、「Ｒ２１ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である２１ｍｍを半径とする円である。図９において、「Ｒ３５ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である３５ｍｍを半径とする円である。
　第１成形部材と第２成形部材とを図２に示すような端面加熱設備にて加熱接合することにより本願発明のハウジングケース（全長１１６０ｍｍ）を製作した。引き続き加圧したところ、２．６［ＭＰａ］で破壊し、その破壊起点は第１成形部材の外端外周に設置しているねじ山部であった（図１０、図１１参照）。
（比較例１）
　実施例１と長さが異なる（１９２０ｍｍ）点を除き同じＡＢＳ樹脂製パイプを第２成形部材として用意した。また、図１２に示すような第１成形部材を準備した。図１２において、「Ｒ６ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である６ｍｍを半径とする円である。図１２において、「Ｒ１８ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である１８ｍｍを半径とする円である。図１２において、「Ｒ３０ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である３０ｍｍを半径とする円である。図３に示した実施例１のハウジングケースと異なり、第１成形部材の内腔に第２成形部材を差し込んだ状態で接合することにより比較例１のハウジングケースを製作した。第１成形部材および第２成形部材を、ＡＢＳ樹脂の溶剤として知られているＭＥＫ（メチルエチルケトン）のドープ接着剤を用いて溶剤接合した。このドープ接着剤はＡＢＳ樹脂（今回は第１成形部材）に使用した樹脂ペレット３０重量部をＭＥＫに溶解・混合したものであった。換気設備付きの３５度空調室内に７日間保管して溶剤が揮発するのを待ち、さらに５０度で４８時間加温したあとから室温に冷却し、全長２１６０ｍｍのハウジングケースを得た。実施例１と同様に加圧したところ、３．０［ＭＰａ］で破壊が生じ、その破壊起点は第１成形部材と第２成形部材との境界部であった（図１３、図１４参照）。
（比較例２）
　実施例２と長さが異なる（１８００ｍｍ）点を除き同じＡＢＳ樹脂製パイプを第２成形部材として用意した。また、図１５に示すような第１成形部材を準備した。図１５において、「Ｒ７ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である７ｍｍを半径とする円である。図１５において、「Ｒ２１ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である２１ｍｍを半径とする円である。図１５において、「Ｒ３５ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である３５ｍｍを半径とする円である。図６に示した実施例２のハウジングケースと異なり、第１成形部材の内腔に第２成形部材を差し込んだ状態で接合することにより比較例２のハウジングケースと製作した。第１成形部材および第２成形部材を、ＡＢＳ樹脂の溶剤として知られているＭＥＫ（メチルエチルケトン）のドープ接着剤を用いて溶剤接合した。このドープ接着剤はＡＢＳ樹脂（今回は第１成形部材）に使用した樹脂ペレット３０重量部をＭＥＫに溶解・混合したものであった。換気設備付きの３５度空調室内に７日間保管して溶剤が揮発するのを待ち、さらに５０度で４８時間加温したあとから室温に冷却し、全長２１２０ｍｍのハウジングケースを得た。実施例２と同様に加圧したところ、１．９［ＭＰａ］で破壊し、その破壊起点は第１成形部材と第２成形部材との境界部であった（図１６、図１７参照）。
（参考例１）
　第２成形部材としてポリスルホン樹脂製のパイプ（内径１５４ｍｍ、肉厚９ｍｍ）を２本用意しした。第２成形部材の内径と肉厚の関係はＪＩＳ　Ｋ６７４１のＶＰ管準拠の寸法であった。その端面同士を、図２に示すような端面加熱設備にて加熱接合した。内径部分と外径部分の溶融樹脂のはみ出し抑制治具を配置して加熱接合を実施したところ、本来の第２成形部材の内径に対して内側・外側の径方向にそれぞれ１ｍｍはみ出した部分が５ｍｍの長さにわたって発生した。当該加熱接合された第２成形部材を５００ｍｍに切りそろえ、その両側にノズル部を側面に有するパイプ状の第１成形部材の内腔にエポキシ系接着剤を介して被せ込み接着し、図１８に示す全長８５０ｍｍの参考例１のハウジングケースを得た。図１８において、「Ｒ９ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である９ｍｍを半径とする円である。図１８において、「Ｒ２７ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である２７ｍｍを半径とする円である。図１８において、「Ｒ４５ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である４５ｍｍを半径とする円である。はみ出した接着剤を拭い取ったのちに４０度雰囲気で４８時間、９０度雰囲気で２０時間加熱保持してエポキシ接着剤の硬化をさらに促進させた。
　以上の様にして製作した参考例１のハウジングケースを加圧したところ、４．１［ＭＰａ］で破壊した。なお、第２成形部材と第１成形部材の境界を中心とした放射状の亀裂が観察されることから、境界部分が破壊の起点であることが示された。さらに、第２成形部材同士の加熱接合部分は上記起点の延長線で破壊しており、起点となっていないことが確認できた（図１９、図２０、図２１参照）。
（参考例２）
　参考例１とは、第２成形部材同士を加熱接合していない単独パイプである以外は、参考例１と同様に、図２２に示す全長８５０ｍｍ参考例２のハウジングケースを作成した。図２２において、「Ｒ９ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の距離である９ｍｍを半径とする円である。図２２において、「Ｒ２７ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の３倍の距離である２７ｍｍを半径とする円である。図２２において、「Ｒ４５ｍｍ」が指示する円は、第１の成形部材および第２の成形部材の結合位置から、第２の成形部材の肉厚の５倍の距離である４５ｍｍを半径とする円である。参考例２のハウジングケースを加圧したところ、３．８［ＭＰａ］で破壊した。参考例１と同様に第２成形部材と第１成形部材の境界を中心とした放射状の亀裂が観察されることから、境界部分が破壊の起点であることが示された（図２３、図２４参照）。
　以上の実施例、比較例、参考例に使用した各種部材の寸法等と結果をまとめて、表１に記載する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　１０　中空糸膜モジュール
　１１　中空糸膜束
　１２　ポッティング材
　１３　モジュールケース
　１４　中空糸膜
　１５　ハウジングケース
　１６　キャップ部材
　１７　第１の成形部材
　１８　第２の成形部材
　１９　筒状部分
　２０　ノズル部分
　２１　ナット
　２２　Ｏリング
　２３　管路
　２４　ヒータ
　ｅｓ　端面

Claims (9)

  1. 　複数の中空糸膜が束ねられている中空糸膜束と、
    　筒状部分と該筒状部分と内腔が連通するノズル部分とが一体的に成形されている第１の成形部材、および前記筒状部分に同軸で連続する筒状の第２の成形部材を有し、前記中空糸膜束を収容するハウジングケースと、を備え、
    　前記ハウジングケースの軸方向における全長が１ｍを超え、
    　前記軸方向において、前記第１の成形部材および前記第２の成形部材の結合位置から、前記第２の成形部材の肉厚の３倍および５倍の距離だけ前記第１の成形部材側にそれぞれ離れた位置の前記ハウジングケースの肉厚を、前記第２の成形部材の肉厚で除した値が、１．０～１．３および１．０～１．５である
    　ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
  2. 　前記第２の成形部材は、内径が１５０ｍｍ以上の円筒状である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
  3. 　前記第２の成形部材は、内径が２００ｍｍ以上の円筒状である
    　ことを特徴とする請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
  4. 　前記結合位置以外の部分を起点として、前記ハウジングケースの内部の加圧により破壊が生じる
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
  5. 　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材が、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、およびポリフェニレンサルファイドの少なくとも１種から選ばれている樹脂素材によって成形されている
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
  6. 　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材は、同じ樹脂素材から成形されている
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
  7. 　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材の少なくとも一方は、ガラス繊維が混入されている樹脂素材から成形されている
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
  8. 　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材を突合わせ接合させることにより前記ハウジングケースを形成すること、を含む
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
  9. 　前記第１の成形部材および前記第２の成形部材を、加熱、接触加熱、および有機溶剤のいずれかによって接合させること、を含む
    　ことを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
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