JP4351753B2

JP4351753B2 - Hollow fiber membrane module

Info

Publication number: JP4351753B2
Application number: JP02939699A
Authority: JP
Inventors: 哲竹田; 修身加藤; 剛久留嶋; 謙治亘; 健二新川
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: JP2000229225A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体からの溶存気体の脱気、液体への気体の溶解等に用いる中空糸膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液体からの溶存気体の脱気、液体への気体の溶解等に用いられる中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜が収束され、その両方の端部が中空糸膜が開口した状態で、ポッティング材によりハウジングの内部に固定されている。そして、液体と気体は、中空糸膜を隔壁として接し、気体を加圧または減圧することにより中空糸膜を通して気体の移動が行われる。
これらの中空糸膜モジュールは、そのコンパクトさ、清浄性等の特徴を活かし、例えば、超純水、ビル給水、食品用水等の脱気や、炭酸ガスの溶解等に用いられている。
【０００３】
こうした中空糸膜モジュールは、液体の濾過や、混合気体からの気体の分離等に用いられる一般の中空糸膜モジュールとは異なり、中空糸膜の両側に物性が大きく異なる液体と気体が接した状態で使用される。そのため、液体の流入や気体の圧力を変化させた際には中空糸膜の揺動が特に大きい。そのため、中空糸膜モジュールを長期間使用すると、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜が、ポッティング材による固定部と非固定部の境界において損傷しリークを引き起こす場合があった。
【０００４】
また、上述した中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を収束した中空糸束をハウジングの内部に装填し、その端部にポッティング材を注入し硬化させた後、硬化したポッティング材の端部を固定した中空糸膜と共に切断して、中空糸膜の開口部が形成することにより製造される。
この製造過程において、ポッティング材は、個々の中空糸膜間及び中空糸束とハウジングの間に浸透し、硬化することにより、中空糸膜とハウジングを一体化する。その結果、中空糸束とハウジングの間にはポッティング材のみからなる樹脂層が形成される。
【０００５】
一般に、ポッティング材は硬化の際に収縮を伴うが、中空糸束の内部では多くの中空糸膜があることからその硬化収縮の応力が分散されるものの、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜はポッティング材のみからなる樹脂層と接しているので、硬化収縮の応力が集中することになる。
その結果、こうした理由からも、このような中空糸膜モジュールを、前述した液体からの溶存気体の脱気、または液体への気体の溶解等に供して長期間使用すると、上述したように、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜は、ポッティング材による固定部と非固定部の境界において損傷し、リーク発生の原因となることがあった。
【０００６】
そこで、中空糸膜モジュールを作製する際に、中空糸束外周部の中空糸膜を短く刈り込み、その開口端をポッティング材中に埋没させた中空糸膜モジュールが特開平１−１４３６０４号公報に提案されている。この技術は、その刈り込んだ中空糸膜に、その本来の機能を発揮させるためではなく、保護層として機能させることで、上述した損傷等を防ぐものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術では、上記のように中空糸束外周部の中空糸膜の開口端がポッティング材中に埋没することにより、ポッティング材が、その開口端から中空糸膜の内部に侵入し、中空糸束のポッティング材による固定部と非固定部の境界まで達する。その結果、その中空糸膜がポッティング材と同様に固くなって弾性が無くなり、収縮応力を分散、吸収することができなくなり、実際上、上述した損傷等の問題を解決することができず、このような中空糸膜モジュールを液体からの溶存気体の脱気、液体への気体の溶解等に供し長期間使用すると、保護層の内部にある中空糸束の最外周に位置する中空糸膜は、ポッティング材による固定部と非固定部の境界において損傷しリークを生じてしまうおそれがあった。
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜にポッティング材の硬化収縮の応力が集中することがなく、リークを防止できる耐久性能の高い中空糸膜モジュールの提供を目的としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜が収束した中空糸束が、その端部が開口した状態でポッティング材によりハウジングの内部に固定した中空糸膜モジュールにおいて、中空糸束の表面の、前記ポッティング材により固定される部分の縁部を少なくとも含む箇所に、弾性を有する応力緩和部材が設けられていることを特徴とするものである。
ここで、応力緩和部材としては、端部が塞がれた中空糸膜を用いたシートが望ましい。
また、中空糸束が、複数箇所でポッティング材により固定されている場合には、各箇所のポッティング材に応じて独立して応力緩和部材を設けることが望ましい。
その場合、応力緩和部材は、その幅が１０〜８０ｍｍのものが望ましい。
本発明の中空糸膜モジュールは、特に、液体からの溶存気体の脱気用、または、液体への気体の溶解用に適している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の中空糸膜モジュールを詳細に説明する。
図１に示す本発明の中空糸膜モジュールの一例である中空糸膜モジュール１０においては、中空糸膜が収束してなる中空糸束１２が、円筒状のハウジング１４の内部に収容されている。この際、中空糸束１２は、その両方の端部が開口した状態で、ポッティング材１６、１６により、円筒状のハウジング１４の内部に固定されている。
【００１０】
本発明に用いられる中空糸膜としては、その中空糸膜モジュールの用途に応じて適当なものを用いることができ、例えば、液体からの溶存気体の脱気または液体への気体の溶解等用の中空糸膜モジュールであれば、その中空糸膜としては、気体を透過するものであればその材質に制限はない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４―メチルペンテン−１）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスチレン、ポリスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等の疎水性高分子からなる多孔質中空糸膜等が用いられる。
しかし、このような疎水性の多孔質中空糸膜を用いて長時間の処理を行うと、水蒸気が多孔部内に凝縮し、その結果水分の透過を生じる。従って、中空糸膜としては薄い非多孔質膜を、気体透過の抵抗がなく十分な機械的強度を有する多孔質膜で両側から挟み込んだ三層複合中空糸膜が特に好ましく用いられる。
三層複合中空糸膜は、例えば非多孔質膜を形成するポリマーと多孔質膜を形成するポリマーを、非多孔質膜形成用ポリマーを多孔質膜形成用ポリマーで両側から挟み込むポリマー配置の多重円筒状の紡糸ノズルを用いて溶融紡糸し、多孔質膜形成用ポリマーのみを多孔質化する条件で延伸することにより得ることができる。
【００１１】
非多孔質膜形成に用いるポリマーとしては、ポリジメチルシロキサン、シリコンとポリカーボネートのコポリマー等のシリコン系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４―メチルペンテン−１）等のポリオレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリフェニレンオキサイド、ポリ４−ビニルピリジン、ウレタン系ポリマー、またはこれらのコポリマーあるいはブレンドポリマー等が挙げられる。また、多孔質膜形成に用いるポリマーとしては、前記のポリオレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー等が挙げられる。非多孔質膜形成に用いるポリマーと多孔質膜形成に用いるポリマーとの組み合わせには、特に制限はなく、同種または異種のポリマーの任意の組み合わせであってもよい。
【００１２】
ポッティング材としては、十分な接着強度を有し、各用途で求められる要求性能を満たすものを適宜選定することができる。例えば、ウレタン系、エポキシ系、シリコン系、不飽和ポリエステル系等のポッティング材を挙げることができる。なかでも、エポキシ系樹脂は耐熱性、耐薬品性に優れることから特に好ましく用いられる。
ハウジングについても同様に、各用途の要求性能にあわせ適宜選定し使用することができる。例えば、ポリオレフィン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンオキサイド、塩化ビニル等が挙げられ、ポッティング材との接着性が低い場合にはプライマー処理を施して使用することも可能である。
【００１３】
本発明の中空糸膜モジュールにおいては、中空糸束１２を固定するポッティング材が形成される部分である固定部２６とポッティング材のない部分である非固定部２８の境界、即ち固定部２６の縁部３０を少なくとも含むように、中空糸束１２に、応力緩和部材１８が設けられている。この応力緩和部材１８は、図１に示すように、中空糸束１２を固定する２箇所のポッティング材１６、１６に応じて、それぞれの縁部３０を含むように、複数設けても良いし、また、図２に示すように、複数箇所のポッティング材１６，１６に渡って応力緩和部材２０を設けても良い。但し、図１に示すように、それぞれの箇所に、独立した応力緩和部材１６を設けるようにすることにより、中空糸膜の大部分が露出するようになり、中空糸膜における脱気や溶解または濾過等の機能をより効率的に発揮させることができるので望ましい。
このようにして応力緩和部材を設けることで、中空糸束の最外周においても中空糸膜がポッティング材のみからなる樹脂層と接することがなく。ポッティング材の硬化収縮による応力が分散、吸収され、リークが起き易い中空糸束１２の外周部であって、ポッティング材１６による固定部２６と非固定部２８の境界部分が保護され、損傷を防止できるようになる。
【００１４】
応力緩和部材は、少なくとも固定部２６の縁部３０を含む箇所に設けられるが、ポッティング材で５ｍｍ以上の幅で被覆されるようにして、応力緩和部材がポッティング材中に埋没するようにすることが好ましい。５ｍｍよりも短い場合は、ポッティング材の硬化収縮の応力を十分に分散できないからである。
また、応力緩和部材１８は、ポッティング材よりも５ｍｍ以上はみ出して露出していることが好ましい。５ｍｍよりも短い場合にはポッティング材のはい上がり等により、その露出部全体がポッティング材に覆われ、応力を十分に分散できない場合があるからである。
したがって、これらの要件を簡易に満たすために、図１に示すように、幅が１０〜８０ｍｍの矩形状の応力緩和部材１８を用い、これを中空糸束１２のポッティング材１６による固定部２６の縁部３０を含む部分に巻回して設けることが好ましい。この場合、応力緩和部材１８の幅が１０ｍｍ未満では、中空糸束のポッティング材による固定部と非固定部の境界を確実に内包することが困難であり、８０ｍｍを超えると有効膜面積が減少するからである。この幅は１５〜８０ｍｍであればより好ましく、２０〜６０ｍｍであればさらに好ましい。
【００１５】
この応力緩和部材１８は、ポッティング材の硬化収縮による応力を分散、吸収できるような弾性をもったものであればよく、ゴムや、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン等の各種樹脂の発泡材などからなるシートの他、両端の開口部を塞いだ中空糸膜（以下、塞口中空糸膜と略記する）を用いたシートを適用できる。特に図２に示すように中空糸束１２全体を覆うように応力緩和部材２０を配備するときには、中空糸束１２の機能を十分に確保するために、中空糸膜を用いることが望ましい。
塞口中空糸膜としては、中空糸束を損傷せず、ポッティング材の硬化収縮の応力を分散することができるものであれば、特に制限無く使用することができ、前述ポリマー等を用いた多孔質中空糸膜、非多孔質中空糸膜、三層複合中空糸膜等を使用することができる。さらには、中空糸束と同一の中空糸膜を用いると、別途部材を用意する必要もなく、コスト増を殆ど伴わず、好ましい。
応力緩和部材としてそのような塞口中空糸膜を用いる場合には、例えば、図４に示すように、塞口中空糸膜２４をかがり糸２２で織り込んだものが適用できる。この場合、図示例のように、１本の塞口中空糸膜２４を折り返しながら、かがり糸２２によりかがりながら形成することもできるし、また、任意の本数の塞口中空糸膜を一束として、これらをまとめて折り返し形成することもできる。
なお、この手段は、中空糸束１２を形成する際にも適用することができ、同様に中空糸膜をシート状編んだ後に、すし巻き状に巻いて巻層体と成すことにより、中空糸束１２を形成することもできる。
かがり糸の種類としては、ポリエステル繊維等の合成繊維製のマルチフィラメント糸など、柔軟性があり、中空糸膜を損傷しなければ特に制限無く使用することができる。
【００１６】
このように、応力緩和部材として中空糸膜を用いる場合であっても、その端部が開口していないので、中空糸の内部にポッティング材が侵入しない。その為、ポッティング材で固定後も、中空糸膜自身のもつ弾性を失うことがなく、ポッティング材の硬化収縮の応力を十分に分散することができる。
また、シート状の中空糸膜を用いることで、中空糸束の最外周に位置する中空糸膜を確実且つ容易に内包することが可能となる。
【００１７】
上述したような中空糸膜モジュールは例えば次のようにして製造される。まず、図３に示すように、所定の中空糸膜を収束して中空糸束１２とする。そして、後工程でポッティング材を注入して固定部と非固定部を形成した際に、その固定部と非固定部の境界となる部分を少なくとも含むように、所定の応力緩和部材１８，１８を巻回する。これを、円筒状のハウジング内に装填した後、ポッティング材を注入して、硬化させる。ポッティング材が硬化した後に、各固定部の末端部を切断することにより、中空糸膜の端部が開口した中空糸膜モジュールを得ることができる。
【００１８】
尚、上記説明は、円筒状の中空糸膜モジュールを例示しているが、本発明の中空糸膜モジュールは、他の形状であってもよく、中空糸束の外周部にポッティング材のみからなる樹脂層が形成される形態であれば同様の効果が得られる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
［実施例１］
中空糸膜として、三層複合中空糸膜（「ＭＨＦ２００ＴＬ」三菱レイヨン（株）製、内径：２００μｍ、外径：２８０μｍ、材質：セグメント化ポリウレタン(非多孔質中間層)・ポリエチレン(多孔質内外層)）を用い、シート状の編み地を作製した（編み幅：２６５ｍｍ、フィラメント数：３２ｆｉｌ、コース数：５１２）。
同様に、三層複合中空糸膜「ＭＨＦ２００ＴＬ」を用いて、図４に示すような形態の端部が開口していない中空糸膜からなるシート状の応力緩和部材１８を作製した（編み幅３０ｍｍ、フィラメント数：３２ｆｉｌ、コース数：１８０、枚数：２枚）。
【００２０】
このシート状の編み地及びシート状の応力緩和部材をそれぞれ熱セットした後に、シート状の中空糸膜をすし巻き状に巻いて巻層体とした中空糸束１２を作成した。このようにして作製した中空糸束の、ポッティングした際にポッティング材による固定部と非固定部の境界となる部分を覆うように、応力緩和部材を２カ所に巻き、図３に示すような中空糸束を作製した。
【００２１】
これを、壁面に多数の孔を有する内径６４ｍｍ、外径７２ｍｍ、長さ２１５ｍｍのハウジング（材質：変性ポリフェニレンオキサイド）内に収容した。ポッティング材として、「エピコート８２８」（油化シェルエポキシ(株)製）、「ＴＳＲ−２４３」（大日本インキ化学工業(株)製）、「チオコールＬＰ−２」（東レチオコール(株)製）、「AmicurePACM」（ＢＴＲジャパン(株)製）を重量比２７.２：４５.３：９.１：１８.４で混合、脱泡したものを用い、これを樹脂ポットに注入した後、遠心ポッティング装置にてハウジング両端からポッティングを行った。
ポッティング材の硬化後、ポッティング部の端部を、固定した中空糸膜と共に切断し、中空糸膜の両端が開口した図１に示すような構造の中空糸膜モジュール１０を得た。２カ所に巻いた応力緩和部材１８は、いずれも片方の端部が１０ｍｍずつポッティング材１６中に埋没していた。
【００２２】
得られた中空糸膜モジュールを使用して耐圧試験を行った。
耐圧試験は、中空糸膜モジュールを繰り返し耐圧試験装置にセットし、圧力：０.５ＭＰａ、温度：６０℃、サイクル：１０秒オン／１０秒オフ、加圧方向：インアウト、上限１５００回の条件で、中空糸膜モジュールにリークが生じるまでのサイクル数を測定した。その結果を表１に示した。
また、この中空糸膜モジュールは、ビル給水の脱気モジュールとして、また、炭酸ガスの溶解モジュールとして好適であった。
【００２３】
［実施例２］
応力緩和部材として、端部が開口していない中空糸膜を用い、編み幅２１５ｍｍのものを１枚使用し、図２に示すようなものとしたこと以外は、実施例１と同様にして中空糸膜モジュール１１を得た。この中空糸膜モジュールにおいては、応力緩和部材２０は、その両方の端部がポッティング材１６中に９ｍｍずつ埋没していた。
得られた中空糸膜モジュールの繰り返し耐圧試験の結果を表１に示す。
また、この中空糸膜モジュールは、ビル給水の脱気モジュールとして、また、炭酸ガスの溶解モジュールとして好適であった。
【００２４】
［比較例］
中空糸膜モジュールを作製する際に、シート状の応力緩和部材を巻かなかったこと以外は、実施例１と同様にして中空糸膜モジュールを得た。得られた中空糸膜モジュールの繰り返し耐圧試験の結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

表１からも明らかなように、本実施例の中空糸膜モジュールであれば、リークが生じにくく、耐久性能の高いものであることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸束の最外周においても中空糸膜がポッティング材のみからなる樹脂層と接することがなく硬化収縮の応力が分散されるので、脱気やガス溶解等の用途に使用しても、固定部と非固定部の境界における中空糸膜リークを防止することができる。
特に、応力緩和部材として、端部が塞がれた中空糸膜を用いたシートを用いることにより、応力の分散効果を十分に発揮させつつ、コスト増加をきわめて最小限に抑えることができる。
中空糸束が、複数箇所でポッティング材により固定されている場合には、各箇所のポッティング材に応じて独立して応力緩和部材を設けて、中空糸束のポッティング材による固定部と非固定部の境界を含む部分のみに設けることにより、中空糸膜モジュールの有効膜面積を減少させることなく硬化収縮の応力を分散させることができ、特に、応力緩和部材の幅が１０〜８０ｍｍであることにより、中空糸膜モジュールの有効膜面積を十分に確保しつつ硬化収縮の応力を分散させることが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す断面図である。
【図３】応力緩和部材を巻いた中空糸束を示す斜視図である。
【図４】塞口中空糸膜を用いた応力緩和部材の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０中空糸膜モジュール
１１中空糸膜モジュール
１２中空糸束
１４ハウジング
１６ポッティング材
１８応力緩和部材
２０応力緩和部材
２２かがり糸
２４塞口中空糸膜
２６固定部
２８非固定部
３０縁部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hollow fiber membrane module used for degassing dissolved gas from liquid, dissolving gas in liquid, and the like.
[0002]
[Prior art]
Generally, a hollow fiber membrane module used for degassing dissolved gas from a liquid, dissolving gas in a liquid, etc. is a state in which a plurality of hollow fiber membranes are converged, and both ends of the hollow fiber membrane are open. Thus, it is fixed inside the housing by a potting material. The liquid and the gas are brought into contact with the hollow fiber membrane as a partition, and the gas is moved through the hollow fiber membrane by pressurizing or depressurizing the gas.
These hollow fiber membrane modules are utilized for deaeration of ultrapure water, building water supply, water for foods, etc., dissolution of carbon dioxide gas, etc., taking advantage of the features such as compactness and cleanliness.
[0003]
These hollow fiber membrane modules are different from general hollow fiber membrane modules used for liquid filtration, gas separation from a mixed gas, etc., in a state where liquid and gas with greatly different physical properties are in contact with both sides of the hollow fiber membrane. Used in. Therefore, the oscillation of the hollow fiber membrane is particularly large when the inflow of liquid or the pressure of gas is changed. For this reason, when the hollow fiber membrane module is used for a long period of time, the hollow fiber membrane located on the outermost periphery of the hollow fiber bundle may be damaged at the boundary between the fixed portion and the non-fixed portion due to the potting material, causing leakage.
[0004]
In the hollow fiber membrane module described above, a hollow fiber bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are converged is loaded into the housing, and a potting material is injected and cured at the end of the hollow fiber membrane module. It is manufactured by cutting together with a hollow fiber membrane having a fixed portion to form an opening of the hollow fiber membrane.
In this manufacturing process, the potting material penetrates between the individual hollow fiber membranes and between the hollow fiber bundle and the housing, and cures to integrate the hollow fiber membrane and the housing. As a result, a resin layer made only of a potting material is formed between the hollow fiber bundle and the housing.
[0005]
In general, the potting material is shrunk during curing, but since there are many hollow fiber membranes inside the hollow fiber bundle, the stress of curing shrinkage is dispersed, but the hollow located at the outermost periphery of the hollow fiber bundle Since the yarn film is in contact with the resin layer made of only the potting material, the stress of curing shrinkage is concentrated.
As a result, for these reasons, when such a hollow fiber membrane module is used for a long period of time by degassing dissolved gas from the liquid or dissolving gas in the liquid as described above, the hollow fiber membrane module is hollow as described above. The hollow fiber membrane located on the outermost periphery of the yarn bundle may be damaged at the boundary between the fixed portion and the non-fixed portion due to the potting material, which may cause leakage.
[0006]
Therefore, when producing a hollow fiber membrane module, a hollow fiber membrane module in which the hollow fiber membrane on the outer periphery of the hollow fiber bundle is trimmed shortly and its open end is buried in a potting material is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-143604. Has been. This technique prevents the above-described damage or the like by causing the trimmed hollow fiber membrane to function as a protective layer rather than to exhibit its original function.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this technique, the opening end of the hollow fiber membrane at the outer peripheral portion of the hollow fiber bundle is buried in the potting material as described above, so that the potting material enters the hollow fiber membrane from the opening end, It reaches the boundary between the fixed part and the non-fixed part by the potting material of the yarn bundle. As a result, the hollow fiber membrane is hardened similarly to the potting material and loses elasticity, and it becomes impossible to disperse and absorb the shrinkage stress. When such a hollow fiber membrane module is used for a long period of time by degassing dissolved gas from liquid, dissolving gas in liquid, etc., the hollow fiber membrane located at the outermost periphery of the hollow fiber bundle inside the protective layer is: There was a risk of damage and leakage at the boundary between the fixed portion and the non-fixed portion due to the potting material.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and does not concentrate the stress of shrinkage of the potting material on the hollow fiber membrane located on the outermost periphery of the hollow fiber bundle, and has high durability performance that can prevent leakage. The object is to provide a hollow fiber membrane module.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The hollow fiber membrane module of the present invention is a hollow fiber membrane module in which a hollow fiber bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are converged is fixed to the inside of a housing with a potting material in a state where an end thereof is open. A stress relaxation member having elasticity is provided at a location including at least the edge of the portion fixed by the potting material on the surface.
Here, as a stress relaxation member, the sheet | seat using the hollow fiber membrane with which the edge part was block | closed is desirable.
In addition, when the hollow fiber bundle is fixed with a potting material at a plurality of locations, it is desirable to provide a stress relaxation member independently according to the potting material at each location.
In that case, the stress relaxation member preferably has a width of 10 to 80 mm.
The hollow fiber membrane module of the present invention is particularly suitable for degassing a dissolved gas from a liquid or for dissolving a gas in a liquid.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the hollow fiber membrane module of the present invention will be described in detail.
In a hollow fiber membrane module 10 which is an example of the hollow fiber membrane module of the present invention shown in FIG. 1, a hollow fiber bundle 12 formed by converging hollow fiber membranes is accommodated in a cylindrical housing 14. At this time, the hollow fiber bundle 12 is fixed to the inside of the cylindrical housing 14 by the

potting materials

16 and 16 in a state where both ends thereof are open.
[0010]
As the hollow fiber membrane used in the present invention, an appropriate one can be used according to the use of the hollow fiber membrane module, for example, for degassing dissolved gas from liquid or dissolving gas in liquid. In the case of a hollow fiber membrane module, the material of the hollow fiber membrane is not limited as long as it is gas permeable. For example, a porous hollow fiber made of a hydrophobic polymer such as polyethylene, polypropylene, poly (4-methylpentene-1), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polystyrene, polysulfone, polyetherketone, polyetheretherketone A membrane or the like is used.
However, when the treatment is performed for a long time using such a hydrophobic porous hollow fiber membrane, water vapor is condensed in the porous portion, resulting in moisture permeation. Therefore, as the hollow fiber membrane, a three-layer composite hollow fiber membrane in which a thin non-porous membrane is sandwiched from both sides by a porous membrane having no mechanical resistance and sufficient mechanical strength is particularly preferably used.
A three-layer composite hollow fiber membrane is, for example, a multi-cylinder with a polymer arrangement in which a polymer for forming a non-porous membrane and a polymer for forming a porous membrane are sandwiched between the polymer for forming a non-porous membrane with a polymer for forming a porous membrane It can be obtained by melt spinning using a cylindrical spinning nozzle and stretching only the porous film-forming polymer under the conditions for making it porous.
[0011]
Polymers used for forming the non-porous film include polydimethylsiloxane, silicon-based polymers such as silicone and polycarbonate copolymers, polyolefin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, and poly (4-methylpentene-1), fluorine-based polymers, and cellulose. Examples thereof include a polymer, polyphenylene oxide, poly-4-vinylpyridine, a urethane polymer, or a copolymer or blend polymer thereof. Moreover, as a polymer used for porous film formation, the said polyolefin-type polymer, a fluorine-type polymer, etc. are mentioned. There is no restriction | limiting in particular in the combination of the polymer used for nonporous film formation, and the polymer used for porous film formation, Arbitrary combinations of the same kind or different kind of polymer may be sufficient.
[0012]
As the potting material, a material having sufficient adhesive strength and satisfying required performance required for each application can be appropriately selected. Examples thereof include potting materials such as urethane, epoxy, silicon, and unsaturated polyester. Among these, epoxy resins are particularly preferably used because they are excellent in heat resistance and chemical resistance.
Similarly, the housing can be appropriately selected and used according to the required performance of each application. For example, polyolefin, polycarbonate, modified polyphenylene oxide, vinyl chloride and the like can be mentioned. When the adhesiveness to the potting material is low, it can be used after being subjected to primer treatment.
[0013]
In the hollow fiber membrane module of the present invention, the boundary between the fixed portion 26 where the potting material for fixing the hollow fiber bundle 12 is formed and the non-fixed portion 28 where there is no potting material, that is, the edge of the fixed portion 26 The hollow fiber bundle 12 is provided with the stress relaxation member 18 so as to include at least the portion 30. As shown in FIG. 1, a plurality of the stress relaxation members 18 may be provided so as to include the respective edge portions 30 according to the two

potting materials

16 and 16 for fixing the hollow fiber bundle 12. In addition, as shown in FIG. 2, a stress relaxation member 20 may be provided across a plurality of

potting materials

16 and 16. However, as shown in FIG. 1, by providing independent stress relaxation members 16 at each location, most of the hollow fiber membrane is exposed, and the hollow fiber membrane is degassed or dissolved or It is desirable because functions such as filtration can be exhibited more efficiently.
By providing the stress relaxation member in this way, the hollow fiber membrane does not contact the resin layer made of only the potting material even at the outermost periphery of the hollow fiber bundle. The outer peripheral portion of the hollow fiber bundle 12 in which stress due to hardening shrinkage of the potting material is dispersed and absorbed and easily leaks, and the boundary portion between the fixed portion 26 and the non-fixed portion 28 by the potting material 16 is protected to prevent damage. become able to.
[0014]
The stress relieving member is provided at a location including at least the edge portion 30 of the fixing portion 26. The stress relieving member is covered with a potting material with a width of 5 mm or more so that the stress relieving member is buried in the potting material. Is preferred. This is because when the length is shorter than 5 mm, the stress of curing shrinkage of the potting material cannot be sufficiently dispersed.
Moreover, it is preferable that the stress relaxation member 18 protrudes 5 mm or more from the potting material and is exposed. This is because if the length is shorter than 5 mm, the entire exposed portion is covered with the potting material due to the rising of the potting material and the stress may not be sufficiently dispersed.
Therefore, in order to easily satisfy these requirements, as shown in FIG. 1, a rectangular stress relaxation member 18 having a width of 10 to 80 mm is used, and this is used for the fixing portion 26 by the potting material 16 of the hollow fiber bundle 12. It is preferably provided by being wound around a portion including the edge portion 30. In this case, if the width of the stress relaxation member 18 is less than 10 mm, it is difficult to reliably enclose the boundary between the fixed portion and the non-fixed portion of the hollow fiber bundle potting material, and if it exceeds 80 mm, the effective membrane area decreases. Because. This width is more preferably 15 to 80 mm, and even more preferably 20 to 60 mm.
[0015]
The stress relaxation member 18 may be any material having elasticity that can disperse and absorb the stress caused by the curing shrinkage of the potting material, and is a sheet made of rubber, foamed materials of various resins such as polypropylene, polyurethane, and polystyrene. In addition, a sheet using a hollow fiber membrane in which openings at both ends are closed (hereinafter abbreviated as a closed hollow fiber membrane) can be applied. In particular, when the stress relaxation member 20 is provided so as to cover the entire hollow fiber bundle 12 as shown in FIG. 2, it is desirable to use a hollow fiber membrane in order to sufficiently secure the function of the hollow fiber bundle 12.
The plugged hollow fiber membrane can be used without any particular limitation as long as it can disperse the stress of curing shrinkage of the potting material without damaging the hollow fiber bundle, and is porous using the aforementioned polymer or the like. Hollow fiber membranes, non-porous hollow fiber membranes, three-layer composite hollow fiber membranes, and the like can be used. Furthermore, it is preferable to use the same hollow fiber membrane as the hollow fiber bundle, since it is not necessary to prepare a separate member and the cost is hardly increased.
When such a closed hollow fiber membrane is used as the stress relaxation member, for example, as shown in FIG. In this case, as shown in the figure, it is possible to form one closed hollow fiber membrane 24 while folding it with the warped yarn 22, or to bundle any number of closed hollow fiber membranes as a bundle. These can be collectively folded.
This means can also be applied when forming the hollow fiber bundle 12, and similarly, after knitting the hollow fiber membrane into a sheet, the hollow fiber bundle is wound to form a wound layer, thereby forming a hollow fiber. A bundle 12 can also be formed.
The type of the yarn is flexible, such as a multifilament yarn made of synthetic fiber such as polyester fiber, and can be used without particular limitation as long as the hollow fiber membrane is not damaged.
[0016]
Thus, even when a hollow fiber membrane is used as the stress relaxation member, the end portion is not open, so that the potting material does not enter the hollow fiber. Therefore, even after fixing with the potting material, the elasticity of the hollow fiber membrane itself is not lost, and the stress of curing shrinkage of the potting material can be sufficiently dispersed.
Further, by using a sheet-like hollow fiber membrane, it is possible to reliably and easily enclose the hollow fiber membrane located at the outermost periphery of the hollow fiber bundle.
[0017]
The hollow fiber membrane module as described above is manufactured as follows, for example. First, as shown in FIG. 3, predetermined hollow fiber membranes are converged to form a hollow fiber bundle 12. Then, when the potting material is injected in a subsequent process to form the fixed portion and the non-fixed portion, the predetermined

stress relaxation members

18 and 18 are provided so as to include at least a portion that becomes a boundary between the fixed portion and the non-fixed portion. Wind. After this is loaded into a cylindrical housing, a potting material is injected and cured. After the potting material is hardened, the hollow fiber membrane module in which the end of the hollow fiber membrane is opened can be obtained by cutting the end part of each fixing part.
[0018]
In addition, although the said description has illustrated the cylindrical hollow fiber membrane module, the hollow fiber membrane module of this invention may be another shape, and consists only of a potting material in the outer peripheral part of a hollow fiber bundle. The same effect can be obtained as long as the resin layer is formed.
[0019]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
[Example 1]
As a hollow fiber membrane, a three-layer composite hollow fiber membrane (“MHF200TL” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., inner diameter: 200 μm, outer diameter: 280 μm, material: segmented polyurethane (non-porous intermediate layer), polyethylene (porous inner / outer layer) )) Was used to produce a sheet-like knitted fabric (knitting width: 265 mm, number of filaments: 32 fil, number of courses: 512).
Similarly, using a three-layer composite hollow fiber membrane “MHF200TL”, a sheet-like stress relaxation member 18 made of a hollow fiber membrane having an end portion having an opening as shown in FIG. 4 was produced (knitting width 30 mm). Filament number: 32 fil, course number: 180, number of sheets: 2).
[0020]
After the sheet-like knitted fabric and the sheet-like stress relaxation member were respectively heat set, a hollow fiber bundle 12 was formed by winding the sheet-like hollow fiber membrane in a squeeze form. The hollow fiber bundle produced in this manner is wound around two places so as to cover the part that becomes the boundary between the fixed part and the non-fixed part by the potting material when potting, and the hollow as shown in FIG. A yarn bundle was prepared.
[0021]
This was accommodated in a housing (material: modified polyphenylene oxide) having an inner diameter of 64 mm, an outer diameter of 72 mm, and a length of 215 mm having many holes on the wall surface. As potting materials, “Epicoat 828” (manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.), “TSR-243” (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), “Thicol LP-2” (manufactured by Toray Rethiocol Co., Ltd.) , "AmicurePACM" (manufactured by BTR Japan Co., Ltd.) was mixed and degassed at a weight ratio of 27.2: 45.3: 9.1: 18.4, and this was poured into a resin pot and centrifuged. Potting was performed from both ends of the housing with a potting device.
After the potting material was cured, the end of the potting part was cut together with the fixed hollow fiber membrane to obtain a hollow fiber membrane module 10 having a structure as shown in FIG. 1 in which both ends of the hollow fiber membrane were opened. As for the stress relaxation member 18 wound in two places, both ends were embedded in the potting material 16 by 10 mm.
[0022]
The pressure resistance test was performed using the obtained hollow fiber membrane module.
In the pressure test, the hollow fiber membrane module was repeatedly set in a pressure test device, pressure: 0.5 MPa, temperature: 60 ° C., cycle: 10 seconds on / 10 seconds off, pressurization direction: in-out, upper limit 1500 times Then, the number of cycles until leakage occurred in the hollow fiber membrane module was measured. The results are shown in Table 1.
Moreover, this hollow fiber membrane module was suitable as a degassing module for building water supply and as a module for dissolving carbon dioxide gas.
[0023]
[Example 2]
As a stress relaxation member, a hollow fiber membrane having no open end is used, and one piece having a knitting width of 215 mm is used, and a hollow member is formed in the same manner as in Example 1 except that it is as shown in FIG. A thread membrane module 11 was obtained. In this hollow fiber membrane module, both ends of the stress relaxation member 20 were embedded in the potting material 16 by 9 mm.
Table 1 shows the results of the repeated pressure resistance test of the obtained hollow fiber membrane module.
Moreover, this hollow fiber membrane module was suitable as a degassing module for building water supply and as a module for dissolving carbon dioxide gas.
[0024]
[Comparative example]
A hollow fiber membrane module was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sheet-shaped stress relaxation member was not wound when the hollow fiber membrane module was produced. Table 1 shows the results of the repeated pressure resistance test of the obtained hollow fiber membrane module.
[0025]
[Table 1]

As is apparent from Table 1, it can be seen that the hollow fiber membrane module of this example is less likely to leak and has high durability performance.
[0026]
【The invention's effect】
According to the hollow fiber membrane module of the present invention, since the hollow fiber membrane does not come into contact with the resin layer made only of the potting material even at the outermost periphery of the hollow fiber bundle, the stress of curing shrinkage is dispersed. Even if it is used for such applications, hollow fiber membrane leakage at the boundary between the fixed part and the non-fixed part can be prevented.
In particular, by using a sheet using a hollow fiber membrane whose end is closed as the stress relaxation member, it is possible to minimize the increase in cost while sufficiently exhibiting the stress dispersion effect.
When the hollow fiber bundle is fixed with a potting material at a plurality of locations, a stress relaxation member is provided independently according to the potting material at each location, and the fixed portion and the non-fixed portion with the potting material of the hollow fiber bundle By providing it only in the part including the boundary, it is possible to disperse the stress of curing shrinkage without reducing the effective membrane area of the hollow fiber membrane module, and in particular, the width of the stress relaxation member is 10 to 80 mm. Further, it is possible to easily disperse the stress of curing shrinkage while ensuring a sufficient effective membrane area of the hollow fiber membrane module.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a hollow fiber membrane module of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a hollow fiber membrane module of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a hollow fiber bundle wound with a stress relaxation member.
FIG. 4 is a plan view showing an example of a stress relaxation member using a closed hollow fiber membrane.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hollow fiber membrane module 11 Hollow fiber membrane module 12 Hollow fiber bundle 14 Housing 16 Potting material 18 Stress relaxation member 20 Stress relaxation member 22 Overhanging thread 24 Closure hollow fiber membrane 26 Fixed part 28 Non-fixed part 30 Edge

Claims

In the hollow fiber membrane module in which a hollow fiber bundle in which a plurality of hollow fiber membranes are converged is fixed to the inside of the housing with a potting material in a state where the end portion is open,
An elastic stress relaxation member made of a sheet using a hollow fiber membrane whose end is closed is provided at a position including at least an edge of a portion fixed by the potting material on the surface of the hollow fiber bundle. A hollow fiber membrane module characterized by comprising:

The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein the hollow fiber bundle is fixed by a potting material at a plurality of locations, and a stress relaxation member is provided independently according to the potting material at each location.

The hollow fiber membrane module according to claim 2 , wherein the stress relaxation member has a width of 10 to 80 mm.

The hollow fiber membrane module according to any one of claims 1 to 3 , wherein the hollow fiber membrane module is used for degassing a dissolved gas from a liquid or for dissolving a gas in a liquid.