JP3210468B2 - 中空糸膜型エレメントおよび中空糸膜モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜により気体や
液体を分離する上で有用な中空糸膜型エレメントおよび
中空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜モジュールは、膜面積が大きく
装置を小形化できるため、種々の用途に利用されてい
る。この中空糸膜モジュールは、通常、複数の中空糸膜
からなる中空糸束と、中空糸膜の両端面が開口した状態
で、中空糸束の両端部を接着封止した封止固定部と、前
記中空糸束を収容するケーシングと、このケーシングと
前記封止固定部との間を封止する弾性Ｏ−リングや接着
樹脂などの封止手段とで構成されている。

【０００３】また、前記中空糸膜の中空部に被処理流体
を供給する場合、前記ケーシングの両端部には、通常、
被処理流体を供給するための供給口と、中空糸膜を透過
しなかった成分を流出させるための流出口とが形成さ
れ、ケーシングの周面には、前記中空糸膜を透過した成
分を排出するための排出口が形成されている。

【０００４】また、前記中空糸膜の外側に被処理流体を
供給する場合には、前記ケーシングに被処理流体の供給
口が形成されている。

【０００５】このような構造の中空糸膜モジュールを用
いた膜分離においては、被処理流体を高圧でしかも比較
的高温で処理する場合が多いので、ケーシングの供給口
や流出口に対応する中空糸束の部位には、力学的及び熱
的に大きな応力が作用する。そのため、中空糸膜が破断
などにより損傷する場合がある。

【０００６】そこで、前記中空糸束と、ケーシングの供
給口および流出口との間に、ケーシングの軸方向に沿っ
てバッフルプレートを取付けた中空糸膜型エレメントが
提案されている。

【０００７】しかし、このエレメントでは、バッフルプ
レートの取付けに伴なって、供給口及び流出口に対応す
るケーシングの部位の径が大きくなり、モジュールを小
形化できない。また、中空糸束とケーシングとの間にバ
ッフルプレートを取付けるため、ケーシングやモジュー
ルの構造が複雑化し、モジュールがコスト高となる。

【０００８】また、供給口や流出口に対応するケーシン
グ内に前記封止固定部を位置させ、前記封止固定部の周
面に保護プレートを接着した中空糸膜型エレメントも知
られている。しかし、この場合にも、保護プレートの接
着に伴なって、前記供給口や流出口に対応するケーシン
グの部位の径が大きくなり、モジュールを小形化できな
い。

【０００９】特開平２−１８７１３２号公報には、中空
糸束を通液可能なスリーブで覆い、ケーシングの供給口
や流出口に対応するスリーブの周面に、遮蔽体としての
熱収縮性の鞘を被せた中空糸膜型エレメントが提案され
ている。

【００１０】しかし、このエレメントは、鞘で被覆され
た中空糸束の部位で、流体の流れが阻害され、円滑な膜
分離が損なわれる。また、前記モジュールの作製に際し
ては、スリーブに熱収縮性の鞘を被せ、加熱して前記鞘
を熱収縮させてスリーブと密着させる必要があるので、
工程数が多くモジュールの組立作業が煩雑化する。さら
には、中空糸束の外周長さに適合した鞘を用いると、鞘
の熱収縮により、中空糸束が強く結束され、中空糸膜の
中空部の径が小さくなる。そのため、熱収縮率を考慮し
て中空糸束の外径よりも大きな内径の鞘を用いる必要が
あるものの、この場合には、鞘が遊嵌状態であるため、
中空糸束の所定の部位に鞘を位置決めするのが困難とな
る。そのため、より一層、モジュールの組立作業が煩雑
化する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、中空糸膜の損傷を防止できると共に、円滑な膜分離
を損なうことなく、構造が簡単でモジュールを小型化で
きる中空糸膜型エレメントを提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、前記のようなエレメ
ントを備え、構造が簡単で組立が容易な小型の中空糸膜
モジュールを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、膜分離処理
に際して、大きな圧力が、ケーシングの供給口および流
出口に対応する部位に集中して作用すること、圧力の作
用部位の面積が小さいことに着目して鋭意検討の結果、
ケーシングの供給口および流出口に対応する保護筒の部
位を、遮蔽部として形成することにより、前記目的を達
成できることを見いだし、本発明を完成した。

【００１４】すなわち、本発明の中空糸膜型エレメント
は、流体の供給口及び／又は流出口を有するケーシング
内に配設されるエレメントであって、複数の中空糸膜か
らなる中空糸束と、前記中空糸膜の少なくとも一方の端
面が開口した状態で前記中空糸束の端部に形成された封
止固定部と、前記中空糸束の周囲を覆う通気又は通液可
能な保護手段とを備え、前記ケーシングの供給口及び／
又は流出口に対応する保護手段の部位が、流体の通過を
規制する遮蔽部として形成されている。

【００１５】また、本発明の中空糸膜モジュールは、流
体の供給口及び／又は流出口が形成されたケーシング
と、複数の中空糸膜からなり、前記ケーシング内に収容
された中空糸束と、前記中空糸膜の少なくとも一方の端
面が開口した状態で前記中空糸束の端部に形成された封
止固定部と、前記中空糸束の周囲を覆う通気又は通液可
能な保護手段とを備えたモジュールであって、前記ケー
シングの供給口及び／又は流出口に対応する保護手段の
部位が、流体の通過を規制する遮蔽部として形成されて
いる。

【００１６】

【作用】前記中空糸膜型エレメントや中空糸膜モジュー
ルにおいては、ケーシングの供給口から被処理流体を供
給したり、流出口から流体を流出させても、保護手段の
遮蔽部により、中空糸膜に圧力や熱が直接作用するのを
防止できる。そのため、中空糸膜の損傷を防止できる。

【００１７】また、保護手段の周面全体ではなく、ケー
シングの供給口及び／又は流出口に対応する保護手段の
部位に前記遮蔽部が形成されているので、流体の流れ
は、前記遮蔽部で規制されるだけであり、他の保護手段
の部位では、流体が円滑に流動する。そのため、膜分離
が大きく損われることもない。

【００１８】さらには、前記保護手段と遮蔽部とが一体
に形成されているため、ケーシングの径を大きくするこ
となく、中空糸束を前記保護手段で覆うだけでモジュー
ルを組立てることができる。

【００１９】

【実施例】以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の実
施例をより詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明の中空糸膜型エレメントの部
分切欠き概略側面図であり、図２は図１の中空糸膜型エ
レメントを備えた中空糸膜モジュールの部分切欠き概略
断面図である。

【００２１】前記中空糸膜型エレメントは、複数の中空
糸膜１からなる中空糸束２と、この中空糸束の両端部
が、エポキシ樹脂やポリウレタンなどのシール剤で接着
封止された封止固定部３を備えている。なお、中空糸膜
１の両端面は開口しており、接着封止部３において、複
数の中空糸膜１の間は前記シール剤で埋設され接着封止
されている。

【００２２】前記中空糸束２は、一次側である前記中空
糸膜１の外面側に被処理流体を供給するための供給口４
ａと、前記中空糸膜１を透過しなかった濃縮成分を流出
させるための流出口４ｂとが形成されたケーシング５内
に収容される。また、ケーシング５の両端部には、中空
糸膜１を透過した成分を、二次側である中空糸膜１の中
空部を通じて流出させるための排出口６を備えた蓋体７
が装着され、前記中空糸束２の封止固定部３とケーシン
グ５と蓋体７との間は、弾性Ｏ−リングやパッキンなど
の封止部材８により気密に封止されている。

【００２３】このようなモジュールにおいて、通常、被
処理流体は加圧下に供給され、また加熱した供給される
場合が多く、前記のように、中空糸膜１が破断などによ
り損傷する場合がある。

【００２４】そこで、前記中空糸束２は、保護筒９内に
挿入されている。また、保護筒９の両端部は、前記接着
封止部３で前記シール剤により固着し一体化し、カート
リッジ式の中空糸束を構成している。さらに、膜分離を
円滑に行なうため、前記ケーシング５の供給口４ａ及び
流出口４ｂに対応する保護筒９の部位は、無孔の遮蔽部
１０として形成され、他の部位は、網状に形成されてい
る。

【００２５】このようなモジュールでは、加熱した被処
理流体を高圧で処理しても、供給口４ａ及び流出口４ｂ
に対応する中空糸束２及び中空糸膜１の部位に、過剰な
圧力が作用するのを、前記遮蔽部１０により防止でき
る。

【００２６】また、膜分離モジュールのように、供給口
４ａ及び流出口４ｂに対応する中空糸束２及び中空糸膜
１の部位に、圧力が集中する場合には、面積が小さな遮
蔽部であっても、加圧された流体を容易に拡散できる。
特に圧力が大きくなるにつれて、遮蔽部による圧力低下
の程度も大きくなる。また、通常、前記供給口４ａ及び
流出口４ｂの孔径が小さいため、前記遮蔽部１０の面積
も小さくでき、網状部の面積を大きくできる。そのた
め、供給口４ａから中空糸膜１への被処理流体の供給
が、損われることがないだけでなく、流出口４ｂからの
濃縮成分の流出も損われない。従って、遮蔽部１０を形
成しても、膜分離効率が低下するのを防止できる。

【００２７】さらに、前記保護筒９を前記遮蔽部１０お
よび網状部として形成するので、保護筒９とケーシング
５との間に遮蔽部材を介在させる必要がなくモジュール
の直径が大きくなることもない。また、前記保護筒９内
に中空糸束２を挿入すればよいため、モジュールの組立
も容易である。

【００２８】なお、中空糸束の両端部に封止固定部が形
成されている必要はなく、少なくとも一方の端部に封止
固定部を形成すればよい。例えば、（１）中空糸膜の一
方の端面が開口した状態で中空糸束の一方の端部に封止
固定部が形成され、中空糸膜の他方の端面が、必要に応
じて封止固定部において、閉塞していてもよい。また、
（２）中空糸束がＵ字状などに折曲げて両端部が集束さ
れ、集束した端部に、中空糸膜の端面が開口した状態で
封止固定部が形成されていてもよい。

【００２９】中空糸束は、前記網状の保護筒に限らず、
前記中空糸束の周囲を覆い、かつ通気又は通液可能な保
護手段で保護されていればよく、例えば、多数の孔を有
する筒体などであってもよい。

【００３０】また、保護手段の端部は、自由端を構成し
てもよいが、中空糸束に対する保護効果を高めるため、
中空糸束の端部の封止固定部と接着しているのが好まし
い。保護手段の端部は、封止固定部の外周面で固着して
いてもよく、封止固定部内に埋設されていてもよい。な
お、中空糸束が前記（２）のようにＵ字状などに折曲げ
て集束している場合には、保護手段も中空糸束の形状に
対応させてＵ字状などに折曲げられている。

【００３１】前記遮蔽部は、中空糸束の周面全体に形成
することなく、供給口及び／又は流出口に対応する部位
に形成されていればよく、その形状は特に制限されな
い。

【００３２】図３は本発明の他の中空糸膜型エレメント
を備えた中空糸膜モジュールの部分切欠き概略断面図で
ある。なお、前記図１及び図２と同様の要素や部材に
は、同一の符号を付して説明する。

【００３３】この例では、ケーシング５の供給口４ａお
よび流出口４ｂに対応する保護筒１９の部位は、遮蔽部
２０として形成され、遮蔽部２０の側方端部は、それぞ
れ中空糸束２の両端部の封止固定部３に固着している。
また、前記保護筒９の他の部位には、多数の孔２１が形
成されている。なお、遮蔽部２０以外の保護筒の部位は
網状に形成されれていてもよく、前記遮蔽部２０の端部
は、前記封止固定部３に埋設して固着されていてもよ
い。

【００３４】このような中空糸膜型エレメントやモジュ
ールでは、前記と同様の効果に加えて、遮蔽部２０の端
部が封止固定部３に固着しているので、流体の高い圧力
が作用しても、中空糸膜１及び中空糸束２の保護効果が
大きい。

【００３５】図４は本発明のさらに他の例の中空糸膜型
エレメントを備えた中空糸膜モジュールを示す部分切欠
き概略側面図である。この中空糸膜型エレメントは、ケ
ーシング５の供給口４ａおよび流出口４ｂに対応する保
護筒２９の部位に、円形状の遮蔽部３０が形成されてい
る点を除き、図１のエレメントと基本的には同様に構成
されている。なお、図２に示されるモジュールと同じ
く、弾性Ｏ−リング８ａなどの封止手段が配設されてい
ると共に、ケーシング５とエレメントの封止固定部３と
の間は、封止手段としての接着剤８ｂにより接合して封
止されている。

【００３６】このような中空糸膜型エレメントを備えた
モジュールでは、通常、前記供給口４ａ及び流出口４ｂ
が断面円形であるため、遮蔽部３０の面積を小さくでき
る。そのため、中空糸膜１や中空糸束２の高い保護効果
を維持しつつ、保護筒２９の広い面積の網状部を利用し
て、円滑に膜分離できる。

【００３７】なお、前記実施例の中空糸膜型エレメント
は、保護手段の周面全体ではなく、所定の部位に部分的
に遮蔽部を形成するため、モジュールの組立に際して、
供給口及び流出口に対応する部位から遮蔽部が周方向に
位置ずれする場合がある。そのため、本発明の中空糸膜
型エレメントは、位置決めしつつカートリッジ式にケー
シング内に装着するカートリッジ型エレメントを構成し
てもよい。

【００３８】前記カートリッジ式エレメントは、ケーシ
ングと封止固定部との間に、少なくとも１つの軸方向の
延びる凸条とスライド溝を形成することにより構成でき
る。前記凸条とスライド溝は、封止固定部とこれに対応
するケーシングの部位の全体ではなく、軸方向の一部、
特に端部に形成するのが好ましい。このような凸条とス
ライド溝とを形成すると、凸条及びスライド溝が形成さ
れていない周面領域に弾性Ｏ−リングなどの封止部材を
位置決めしてカートリッジ式に装着できるとともに、封
止部材により、ケーシングと封止固定部との間を気密に
封止できる。なお、保護手段の端部が封止固定部の周面
に固着している場合には、前記封止固定部に対応する保
護手段の端部に、前記凸条やスライド溝を形成してもよ
い。

【００３９】前記図２及び図３に示すモジュールにおい
て、エレメントとケーシングとの間は、弾性Ｏ−リング
などの封止部材により封止しているが、図４に示される
ように、エレメントの封止固定部とケーシングとの間を
接着剤により一体に封止してもよい。

【００４０】また、前記実施例においては、ケーシング
の供給口から被処理流体を供給し、濃縮成分をケーシン
グの流出口から流出させているが、中空糸膜の一方の端
部から中空部に被処理流体を供給し、中空糸膜の他方の
端部から濃縮成分を流出させるとともに、ケーシングの
少なくとも１つの流出口から、前記中空糸膜を透過した
成分を流出させてもよい。このようなモジュール内に中
空糸膜型エレメントを収容する場合、ケーシングの流出
口に対応する保護手段の部位が、遮蔽部として形成され
る。

【００４１】中空糸膜モジュールによる膜分離に際して
は、被処理流体が供給される一次側に対して、中空糸膜
を透過する二次側を減圧してもよい。

【００４２】前記中空糸膜を構成するポリマーとして
は、例えば、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重
合体、ポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン−１
などのオレフィン系ポリマー；ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデ
ンフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共
重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体などのフッ素含有ポリマー；
酢酸セルロースなどのセルロース系ポリマー；ポリ塩化
ビニル；アクリロニトリル系ポリマー；ポリメチルメタ
クリレート、アクリロニトリル−メタクリル酸メチル共
重合体などのアクリル系ポリマー；シリコーン樹脂；ポ
リアミド；ポリイミド；ポリエーテルスルホン；ポリス
ルホン；ポリフェニレンオキサイド；ポリフェニレンス
ルフィド；ポリアリレート；ポリエーテルエーテルケト
ン；ポリエーテルイミド；ポリカーボネート；ポリビニ
ルアルコール系ポリマーなどが例示される。好ましい中
空糸膜には、多孔質膜が含まれる。

【００４３】なお、中空糸膜は、必要に応じて、有機溶
剤による処理、プラズマ放電処理、コロナ放電処理、オ
ゾン処理などの表面処理を施した後、接着封止に供して
もよい。

【００４４】中空糸束の端部を封止する接着剤の種類は
特に制限されず、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステ
ル樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン系ポリマー、シリコ
ーン樹脂、フッ素含有樹脂などが挙げられる。

【００４５】保護筒などの保護手段は、機械的強度の大
きな形状保持性を有する材料、例えば、プラスチック、
金属、セラミックスなどで形成できる。

【００４６】ケーシングの形状は、用途などに応じて選
択できるが、通常、円筒状であり、ノズル状供給口や流
出口を側部に有している場合が多い。ケーシングの材質
は、被処理流体や分離成分の種類などに応じて選択で
き、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、（メ
タ）アクリル系ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテル
スルホンなどのプラスチック；ステンレススチールなど
の金属などであってもよい。ケーシングは、通常、ポリ
スルホン、ポリエーテルスルホン、ステンレススチール
などで形成される場合が多い。

【００４７】被処理流体は、中空糸膜の分離特性に応じ
て選択でき、空気、酸素、窒素などの気体や液体含む流
体が使用できる。液体としては、水、アルコール類、エ
ーテル類、エステル類、ケトン類、有機酸類、アミン
類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、脂環族炭化
水素類、ハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。

【００４８】本発明の中空糸膜モジュールは、例えば、
逆浸透、超濾過、浸透気化、限外濾過、精密濾過などの
種々の分離方式を利用し、液体の分離、液体から気体成
分の分離、気体の分離などに好適に使用できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の中空糸膜型エレメントは、中空
糸束を覆う保護手段のうち、流体圧が集中する部位に遮
蔽部が形成されているので、中空糸膜の損傷を防止でき
ると共に、円滑な膜分離を損なうことがない。また、構
造が簡単でモジュールを小型化できる。

【００５０】本発明の中空糸膜モジュールは、保護手段
とケーシングとの間に遮蔽部材が介在しないので、構造
が簡単で組立が容易であり、小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の中空糸膜型エレメントの部分切
欠き概略側面図である。

【図２】図２は図１の中空糸膜型エレメントを備えた中
空糸膜モジュールの部分切欠き概略断面図である。

【図３】図３は本発明の他の中空糸膜型エレメントを備
えた中空糸膜モジュールの部分切欠き概略断面図であ
る。

【図４】図４は本発明のさらに他の例の中空糸膜型エレ
メントを備えた中空糸膜モジュールを示す部分切欠き概
略側面図である。

【符号の説明】

１…中空糸膜 ２…中空糸束 ３…封止固定部 ４ａ…供給口 ４ｂ…流出口 ５…ケーシング ９，１９，２９…保護筒 １０，２０，３０…遮蔽部 ２１…孔

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−56795（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−49873（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−212253（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−334529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−78574（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−16622（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−154306（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−95202（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 63/02 B01D 63/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の供給口及び／又は流出口が形成さ
   れたケーシング内に配設されるエレメントであって、複
   数の中空糸膜からなる中空糸束と、前記中空糸膜の少な
   くとも一方の端面が開口した状態で前記中空糸束の端部
   に形成された封止固定部と、前記中空糸束の周囲を覆う
   通気又は通液可能な保護手段とを備え、前記ケーシング
   の供給口及び／又は流出口に対応する保護手段の部位
   が、流体の通過を規制する遮蔽部として形成されている
   中空糸膜型エレメント。
2. 【請求項２】 保護手段が、網状の筒体又は多数の孔を
   有する筒体である請求項１記載の中空糸膜型エレメン
   ト。
3. 【請求項３】 保護手段の端部が、中空糸束の端部の封
   止固定部と固着している請求項１記載の中空糸膜型エレ
   メント。
4. 【請求項４】 流体の供給口及び／又は流出口が形成さ
   れたケーシングと、複数の中空糸膜からなり、前記ケー
   シング内に収容された中空糸束と、前記中空糸膜の少な
   くとも一方の端面が開口した状態で前記中空糸束の端部
   に形成された封止固定部と、前記中空糸束の周囲を覆う
   通気又は通液可能な保護手段とを備えたモジュールであ
   って、前記ケーシングの供給口及び／又は流出口に対応
   する保護手段の部位が、流体の通過を規制する遮蔽部と
   して形成されている中空糸膜モジュール。