JPH04256424A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

【０００１】本発明は各種原液の濾過、精製、濃縮或い
は有価物の回収に使用す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】膜モジュールは各種原液の濾過、精製、
濃縮或いは有価物の回収に使用されており、特に、中空
糸膜を用いた膜モジュールにおいては、単位容積あたり
の膜面積を大きくとれるので、その使用は広範囲に及ん
でいる。膜モジュールには外圧式と内圧式とがあり、一
般に外圧式の方が圧力損失、洗浄等の点において有利で
ある。

【０００３】外圧式の中空糸膜モジュールとして、図４
に示すように、一端３’を開口のままとし他端４’は閉
塞した中空糸膜の束２’を内径一様の筒状ケース１’内
に収納し、原液流通孔６’を有する樹脂隔壁５’をケー
ス１’内の一端に注型すると共に中空糸膜束２’の一端
部を該隔壁に貫通させたものが提案されている。

【０００４】この中空糸膜モジュールにおいては、他の
外圧式中空糸膜モジュールに較べ、原液を中空糸膜束の
長さ方向から供給しているので、原液をケースの横孔か
ら供給する場合と異なり、中空糸膜が原液流を横荷重と
する曲げを受けることがない。又、下流側に隔壁がない
からＳＳ成分の蓄積をよく排除できる等の利益を有する
。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら、この中空糸膜
モジュールにおいては、他端が自由状態にあるために、
中空糸膜の充填率が低い場合やケースの他端から気体を
注入して逆洗を行う場合は、中空糸膜が横振し、中空糸
膜における樹脂隔壁裏面でのつけ根箇所に応力が集中し
て中空糸膜が破損し易い。かかる応力集中は樹脂隔壁裏
面と中空糸膜との境界において弾性率が急変することに
起因している。かかる応力集中を緩和するために、中空
糸膜の上記つけ根箇所に、弾性率が中間値の補強体を設
けることが公知である。しかしながら、中空糸膜相互間
の間隔が狭く、各中空糸膜のつけ根に有効な補強体を設
けることは容易ではない。また、補強体で中空糸膜表面
が覆われるので、膜の有効面積の減少も避けられない。

【０００６】本発明の目的は、上記した外圧式の中空糸
膜モジュールにおいて、中空糸膜束を横振れ等から、膜
の有効面積を実質上そのままにして容易に保護できる中
空糸膜モジュールを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の中空糸膜モジュ
ールは中空糸膜束がケース内に納められ、該中空糸膜束
の一端部が、原液通路孔を有する隔壁によってケース内
に支持され、各中空糸膜の一端が隔壁表面に開口され、
中空糸膜束の他端部が自由状態にされ、各中空糸膜の他
端が閉塞された膜モジュールにおいて、上記隔壁の原液
通路孔内から中空糸膜束内に多孔又は多間隙の円筒状緩
衝体が突設さていることを特徴とする構成である。

【０００８】

【作用】隔壁の原液通路孔から突出した円筒状緩衝体に
よって隔壁近傍の中空糸膜束部分が支承されるから、中
空糸膜が横振れしようとすると、その横振れに対応して
円筒状緩衝体が弾性変形して当該横振れを阻止する反抗
力を発生する。従って、中空糸膜の横振れを抑制でき、
膜破断を防止できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明する
。図１は本発明の実施例を示す説明図、図２は図１にお
けるＩＩ−ＩＩ断面図である。　　図１並びに図２にお
いて、１は筒状ケースであり、例えば、プラスチック製
である。２は中空糸膜束であり、ケース１内に収容して
ある。各中空糸膜の一端３は開口のままとし、他端４は
閉塞してある。５はケース１の一端に注型した樹脂隔壁
であり、複数箇の原液通路孔６を有する。

【００１０】中空糸膜束の一端部は該隔壁５に貫通させ
て支持し、各中空糸膜の開口端３を該樹脂隔壁５の表面
に開放してある。７は樹脂隔壁５の原液通路孔６から中
空糸膜束内に突設した多間隙又は多孔の円筒状緩衝体で
あり、先端部を樹脂隔壁に埋入して支持してある。この
筒状緩衝体には、例えば、円筒状ネツトを使用できる。 ８は継手であり、上記原液通路孔６に対応して複数本の
分配管９を有し、各分配管９をパッキングを介して原液
通路孔６に挿入し、ケース１と継手８とをパッキング並
びに締め付けリング１０によって結着してある。１１は
継手８に設けた透過液取出孔である。１２はケース１の
他端にパッキング並びに締め付けリング１３によって結
着した継手である。

【００１１】上記中空糸膜の他端４の閉塞には、毛細管
現象を利用して封止樹脂を侵入させるか、又は中空内を
吸引減圧して封止樹脂を侵入させる方法を使用でき（侵
入長さは２〜５０ｍｍ、好ましくは、５〜１５ｍｍ）、
封止樹脂には、シリコーン系、ウレタン系等比較的軟ら
かいものを使用することが好ましく、ＪＩＳＡ硬度１０
〜６０のものが好適である。

【００１２】上記樹脂隔壁はエポキシ系、ウレタン系、
シリコーン系等の硬化性樹脂の単独層、又は積層によっ
て形成できる。この隔壁には原液圧力に相当する高圧力
が作用するので、この高圧力に耐え得る耐圧性を付与す
る必要がある。該隔壁の原液通路孔の個数を多くすれば
するほど耐圧上不利となるので、原液通路孔の個数は１
〜１０個とすることが適切である。

【００１３】上記中空糸膜モジュールは通常、縦配置で
使用する。原液を処理するには、原液を継手８の分配管
９…より隔壁５を経てケース１内に供給し、ケース１内
において原液を中空糸膜２により濾過し、この濾過によ
り中空糸膜内に透過した濾過液を中空糸膜の一端３より
継手８の透過液室１４に導き、次いで、透過液取出口１
１より取出し、他方、上記濾過により濃縮された原液を
継手１２より排出していく。

【００１４】上記中空糸膜モジュールの中空糸膜束にお
いては、他端自由の一端支持状態であるから、原液の流
動圧力の変動或いは、逆洗時に横振れし、この横振れに
伴い円筒状緩衝体も変形する。

【００１５】図３はこの場合の力学的説明図であり、２
は中空糸膜を、５は樹脂隔壁を、７は緩衝体をそれぞれ
示し、中空糸膜束の断面２次モーメントをＥＩ、緩衝体
の基礎係数をｋ（ｙ方向に単位量変形したときの反抗力
）、位置ｘでの横振れ量をｙとすれば、が成立し、その
一般解は、 ただし、β４＝ｋ／４ＥＩである。従って、緩衝体の基
礎係数ｋを大きくし、βを大とすることによって横振れ
を抑制できる。

【００１６】上記の円筒状緩衝体としては、中空糸膜束
の断面２次モーメントＥＩに較べて充分に大なる基礎係
数ｋを有するものを使用することが望ましく、例えば、
ポリオレフィン系、塩化ビニル系、ポリアセタール系、
アクリル系、ポリエステル系、ポリカーボネート系など
のプラスチック系又はセラミックス系等の円筒状ネット
、或いは、多孔プラスチック円筒体を使用できる。円筒
状ネットの網目又は多孔プラスチック円筒体の孔の寸法
は、原液による目詰りを回避できる大きさとする必要が
あり、原液の種類や濾過条件に応じて定められる。

【００１７】上記において、円筒状緩衝体、例えば円筒
状ネツトの樹脂隔壁からの突出長さは、中空糸膜におけ
る樹脂隔壁裏面より中空糸膜他端までの長さ（有効長さ
）の３〜３０％とすることが望ましい。３％以下では、
中空糸膜に対する横振れ抑制効果が比較的小さくなって
しまい、３０％以上では樹脂隔壁の原液通路孔からの原
液が円筒状ネット内を優先的に流れてネット周辺の中空
糸膜束内への原液の供給が不充分になり易い。

【００１８】本発明の外圧型の中空糸膜モジュールにお
いては、中空糸膜束の他端が自由状態であっても、中空
糸膜束の横振れ変位に対して円筒状緩衝体が、弾性基礎
上に置いた梁に荷重が作用したときの当該弾性基礎と同
じような作用を営むから、その横振れ変位を充分に抑制
でき、樹脂隔壁における中空糸膜つけ根での破断をよく
防止できる。このことは次ぎの実施例と比較例との対比
からも確認できる。

【００１９】実施例１ 内径１２６ｍｍ、厚さ７ｍｍのアクリル樹脂製ケースに
内径φ１．２０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのポリスルホン製
中空糸膜７５０本を収納し、原液通路孔成形用ピンを７
本有するキャップの各ピンに内径φ３０ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍのポリエチレン製円筒状ネットを挿通し、このキャッ
プでケース一端を閉じ、全体を遠心注型器にセットし、
ケースの一端にエポキシ接着剤を注入して遠心成形によ
り樹脂隔壁を成形した。円筒状ネットの突出長さは中空
糸膜の有効長さの８％とした。この遠心注型の終了後、
中空糸膜の中空糸膜内を吸引減圧して中空糸膜の他端に
シリコーン樹脂を２０ｍｍ侵入させ、当該中空糸膜他端
を封止した。

【００２０】実施例２ 実施例１に対して円筒状ネットの突出長さを４０％とし
、これ以外は実施例１に同じとした。

【００２１】実施例３ 実施例１に対して円筒状ネットの突出長さを１％とし、
これ以外は実施例１に同じとした。

【００２２】比較例 円筒状ネットは使用せず、他は実施例１と同じとした。 これらの実施例品並びに比較例品のそれぞれについて、
９０秒ごとに２５℃の空気を２０秒間通気しながら２５
℃の水を２８０Ｌ／ｍｉｎの流量で２５時間通液し、而
るのち、エァーリーク試験によって中空糸膜のは損本数
を調べたところ、実施例１並びに実施例２においては、
中空糸膜の破損は全く観られなかった。実施例３におい
ては、１本の中空糸膜が破損したに過ぎなかった。これ
に対して、比較例では５本もの中空糸膜の破損が観られ
た。

【００２３】尚、上記の各実施例並びに比較例につき、
それぞれ２５℃の下水系排水（ＳＳ濃度３２０ｍｇ／Ｌ
）を流量２００Ｌ／ｍｉｎ，圧力１ｋｇ／ｃｍ２で１時
間通液後、中空糸膜モジュールの透過流量（ｍ３／ｄ）
を測定したところ、実施例品１では３．２，実施例品２
では２．９，実施例品３では３．３であって、何れにお
いても比較例品の３．３に充分に匹敵するものであった
。

【００２４】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールは上述した
通りの構成であり、中空糸膜束の他端が自由状態であっ
ても、中空糸膜束の一端を支持する樹脂隔壁の原液通路
孔内から中空糸膜内に、円筒状ネツト等の多間隙円筒状
緩衝体を突設するだけで中空糸膜束の横振れを充分に抑
制して、その中空糸膜の破断を防止できる。従って、中
空糸膜の横振れに起因する膜破断を簡易な構成で防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す説明図である。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図３】本発明の中空糸膜モジュールにおける円筒状緩
衝体の力学的作用を示す説明図である。

【図４】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　　　筒状ケース ２　　　　中空糸膜束 ３　　　　中空糸膜一端 ４　　　　中空糸膜他端 ５　　　　樹脂隔壁 ６　　　　原液通路孔 ７　　　　円筒状緩衝体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空糸膜束がケース内に納められ、該中空
   糸膜束の一端部が、原液通路孔を有する隔壁によってケ
   ース内に支持され、各中空糸膜の一端が隔壁表面に開口
   され、中空糸膜束の他端部が自由状態にされ、各中空糸
   膜の他端が閉塞された膜モジュールにおいて、上記隔壁
   の原液通路孔内から中空糸膜束内に多孔又は多間隙の円
   筒状緩衝体が突設さていることを特徴とする中空糸膜モ
   ジュール。
2. 【請求項２】円筒状緩衝体がネットで構成されている請
   求項１記載の中空糸膜モジュール。
3. 【請求項３】ネットの突設長さが、中空糸膜における隔
   壁裏面から中空糸膜他端までの長さの３〜３０％である
   請求項２記載の中空糸膜モジュール。