(57)【要約】【課題】  濾過性能がよい中空糸膜モジュールの提供。【解決手段】  筒状筒状ハウジング１１内に、平面形状が扇形である透水性の４つの保護筒21a等が装入され、４つの保護筒21a等内にそれぞれ中空糸膜束15が装入され、４つの保護筒21a等間に４つのスペーサー30が介在されている。筒状筒状ハウジング１１、保護筒21a等、スペーサー30、中空糸膜束15は接着剤層16で一体化されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ハウジング内に複数の中空糸膜束を装入してなる中空糸膜モジュールであり、複数の中空糸膜束の少なくとも一端側において、膜束同士及び膜束とハウジングが接着層により一体化され、かつ、中空糸膜束間にスペーサーが介在されており、スペーサーの径方向の長さがハウジング直径の半分以下である、中空糸膜モジュール。
【請求項２】
膜束間に介在するスペーサーが、ハウジングの径方向に複数配置され、その径方向の長さの合計がハウジング直径の半分以下のものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
中空糸膜束が透水性の保護筒内に装入されており、保護筒間にスペーサーが配置されている、請求項１又は２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
平面形状が扇形である４束の中空糸膜束が装入されており、４束の中空糸膜束間において、一方向に２つずつ、計４つのスペーサーが配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種分野において水処理用として用いられる中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜モジュールには様々なタイプのものが知られており、例えば、ハウジング（又はケース若しくはケースハウジング）内に、数百本程度の中空糸膜の集合体である中空糸膜束が複数束装入されたものが用いられている。
【０００３】
複数の中空糸膜束間が密着していると、液の流れが悪くなり、中空糸膜の濾過性能を十分に発揮できなくなる場合がある。特許文献１では、中空糸膜束をネット製の保護筒内に装入することで、前記問題を解決している。
【特許文献１】特開２００２−１２６４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、簡単な構造により、濾過性能を高めることができる中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、課題の解決手段として、筒状ハウジング内に複数の中空糸膜束を装入してなる中空糸膜モジュールであり、複数の中空糸膜束の少なくとも一端側において、膜束同士及び膜束とハウジングが接着層により一体化され、かつ、中空糸膜束間にスペーサーが介在されており、スペーサーの径方向の長さがハウジング直径の半分以下である、中空糸膜モジュールを提供する。
【０００６】
本発明は、課題の他の解決手段として、膜束間に介在するスペーサーが、ハウジングの径方向に複数配置され、その径方向の長さの合計がハウジング直径の半分以下のものである、請求項１記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【０００７】
中空糸膜束間にスペーサーを介在させることにより、中空糸膜束間に間隙を確保することができるため、液の移動が円滑になされ、濾過性能が高められる。更に、スペーサーの占める体積が少ない分、接着剤量を増やすことができ、接着強度を高めることができる。
【０００８】
本発明は、課題の他の解決手段として、中空糸膜束が透水性の保護筒内に装入されており、保護筒間にスペーサーが配置されている、請求項１又は２記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【０００９】
本発明は、課題の他の解決手段として、平面形状が扇形である４束の中空糸膜束が装入されており、４束の中空糸膜束間において、一方向に２つずつ、計４つのスペーサーが配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１０】
このようにして４つのスペーサーを用いることにより、例えば、４束の中空糸膜束間（平面視で十字状の隙間ができる）に十字状のスペーサーを用いた場合に比べて、全体の質量増加を抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜束間に複数のスペーサーが介在されているため、中空糸膜束間に十字状の間隙を確保することができる。このため、液の流れが良くなるので濾過性能が向上され、かつ、接着剤量を増加できるので、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面により説明する。図１は、中空糸膜モジュールの斜視図、図２は、図１で用いたスペーサーの斜視図、図３は、図１で用いた保護筒の斜視図、図４は、図１の中空糸膜モジュールの組立工程を説明するための図である。
【００１３】
図１に示すとおり、中空糸膜モジュール１０は、筒状ハウジング１１内に、平面形状（幅方向の断面形状）が扇形である４束の中空糸膜束１５が装入されている。
【００１４】
４束の中空糸膜束１５は、それぞれ４つの保護筒２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ内に装入され、４つの保護筒２１ａ等が筒状ハウジング１１内に装入されているが、保護筒２１ａ等はなくてもよい。その場合には、各中空糸膜束１５をバンド等で結束して束ねたものを筒状ハウジング１１に装入してもよい。
【００１５】
４束の中空糸膜束１５間には、一端側から他端側まで平面形状が十字状の間隙３５が生じており、その十字状の間隙３５にスペーサー３０が配置されている。スペーサー３０は、図２に示すとおり、板状のもので、厚さ方向に２つの貫通孔３３を有している。スペーサー３０は、十字状間隙３５の一方向に２つずつ、計４つ配置されており、十字状の間隙３５には、スペーサー３０がない部分がある。更に十字状の間隙３５に接着剤を充填することで接着剤量を増加できるので、スペーサーと保護筒（膜束）の接着強度を高めることができる。
【００１６】
スペーサー３０は、短辺が１０〜３０ｍｍ、長辺が２０〜５０ｍｍ、厚さが５〜１５ｍｍであり、厚さ方向に均等間隔で２つの貫通孔（直径５〜１５ｍｍ）を有しているものを用いることができる。
【００１７】
スペーサー３０の長辺の長さ（Ｌ１）が径方向（ハウジング径方向）となり（以下の他の図面で示すものにおいても同じである）、この長さＬ１は、ハウジングの直径（Ｄ）の半分以下の長さ（1/2Ｄ≧Ｌ１）である。このようにしてＬ１とＤの長さを調整することにより、間隙３５の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒（膜束）の接着強度を高めることができる。
【００１８】
次に、中空糸膜モジュールの組立方法の一実施形態を工程ごとに説明する。
【００１９】
（第１工程）
第１工程で、筒状ハウジング１１内に、液体透過性の４つの保護筒２１ａを組み合わせて装入する。
【００２０】
筒状ハウジング１１は、一端側又は両端側が開口しており、側面に原水入口、透過液出口又は濃縮液出口となるポート１２、１３を備えている。筒状筒状ハウジング１１の大きさ及び高さは、設置場所や濾過性能等を考慮して決定されるものである。
【００２１】
筒状ハウジング１１の材質は特に制限はなく、供給原水等の処理対象液や設置環境等により適宜選択することができる。筒状ハウジング１１の材質は、ポリスルホン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＡＳ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂、鉄、ステンレススチール、セラミックス、ガラス等を挙げることができ、これらを組み合わせた多層構造であっても良い。
【００２２】
保護筒２１ａ等は図３に示すようなものであり、液体透過性のネット２２から形成されている。図３の保護筒２１ａ等の大きさ及び高さは、ハウジングの大きさ（内径の大きさ）及び高さと関連して設定する。
【００２３】
保護筒２１ａ等は、原水又は透過水等の液体に対する透過性を有するものであり、その透過性は使用する中空糸膜の濾過性能を損なわない程度であることが好ましい。保護筒２１ａ等が液体透過性を有することにより、原水又は透過水がハウジング内を自由に移動することができる。
【００２４】
保護筒２１ａ等は、図示したネットのほか液体透過性を有するものであれば良く、表面に細孔を有する多孔体等からなるものでもよい。保護筒２１ａ等の材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素含有樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ステンレス等の金属、セラミックス等を使用することができる。保護筒２１は、ポリオレフォン系樹脂製のものが安価で加工性も良いため好ましく、厚さが０．５〜８ｍｍ程度のネット状のものが保護筒として適度な強度を有するので好ましい。
【００２５】
また、この工程においては、図４に示すとおり、保護筒２１ａ等を装入する際、保護筒２１ａ等の上端及び下端に、それぞれ４つのスペーサー３０を配置した状態で筒状ハウジング１１内に装入する。このように保護筒２１ａ等間にスペーサー３０を配置して、各保護筒の間に間隙を設けることで、原水又は透過水の移動をより円滑にすることができるので、濾過性能が向上する。
【００２６】
また、４つの保護筒２１ａとスペーサー３０が一体になるように、着脱自在の結束手段（ゴムバンド、４つの保護筒全体を包むことができる大きさの他の保護筒等）で結束することもできる。
【００２７】
スペーサー３０の材質は特に制限されないが、接着強度を高める観点から、後工程で使用する熱硬化性接着剤と同じ樹脂を使用することが好ましい。
【００２８】
（第２工程）
次の工程は、多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束１５を保護筒２１ａ等内に装入する工程である。なお、この工程において、中空糸膜束１５の装入後、中空糸膜束１５（好ましくは、中空糸膜束の端部を切り揃える）及びスペーサー３０の端部を熱硬化性接着剤で接着封止する仮止めをすることもできる。このとき、必要に応じて、筒状ハウジング１１の内壁面にずれ防止治具を取り付けて、保護筒２１ａ等がずれることを防止しても良い。ずれ防止治具は、筒状ハウジング１１の内壁面と保護筒２１ａ等の外周面との間に挿入でき、保護筒２１ａ等を押圧固定できるようなものである。
【００２９】
中空糸膜は、通常使用されているものでよく、材質にも特に制限はない。例えば、酢酸セルロース系樹脂、セルロース系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリルニトリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、フッ素系含有樹脂等を挙げることができる。
【００３０】
中空糸膜束１５の大きさには特に制限はない。一般的には、各中空糸膜の外径にも依存するが、１００〜１００，０００本程度の中空糸膜から構成されることが好ましい。また、中空糸膜束の長さは１０〜２００ｃｍが好ましい。中空糸膜束１５の太さは特に制限はなく、上記した中空糸膜の使用本数により決定されるが、膜断面積が３〜３０００ｃｍ２であれば中空糸膜束の封止において操作性がよく、より好ましくは１０〜１０００ｃｍ２の範囲である。
【００３１】
（第３工程）
第３工程は、両端側に熱硬化性接着剤を注入し、筒状ハウジング１１の内周面、保護筒２１ａ等、スペーサー３０及び中空糸膜束１５の端部を接着する工程である。なお、手順としては、まず一端側を接着剤で固定した後、他端側を接着剤で固定する。
【００３２】
第３工程においては、熱硬化性接着剤を１段で注入してもよいし、又は２段以上に分割して注入してもよい。２段以上に分割注入するときの各段の接着剤の注入は、前段の接着剤注入後、接着剤の硬化反応時の発熱ピーク温度を経過した後、次段の接着剤を注入することで接着剤の硬化反応時における発熱ピーク温度を抑制する方法を適用することが好ましい。
【００３３】
熱硬化性接着剤を２段又は３段に分割して注入する場合は、前段（１段又は２段）の接着剤注入後、接着剤の硬化反応時の発熱ピーク温度を経過した後に次段（２段又は３段）の接着剤の注入を行う。接着剤の注入量は、各段において均等量でも良いし、各段ごとに減少させたり、増加させたりすることもできる。４段以上の場合も同様である。
【００３４】
この工程の処理では、ハウジング１１の内周面、保護筒２１ａ等、スペーサー３０（面３１及び面３１の裏面）及び中空糸膜束１５のそれぞれ両端部が接着剤により封止固定される。
【００３５】
このように、熱硬化性接着剤（図１中の１６は、硬化後の接着剤層を示す）を２段以上に分けて注入することにより、全量を一度に注入した場合に比べて、接着剤の硬化反応時における発熱ピーク温度を抑制することができるため、中空糸膜の濾過性能に悪影響を及ぼすことがなく、接着剤層１６の熱による歪みを防ぐこともできる。
【００３６】
発熱温度の制御は、接着工程において接着剤硬化時の温度を測定しながら行うこともできる。また、予備実験により、各段で注入する接着剤量を予め決定しておくことで、発熱温度を制御することもできる。
【００３７】
第３工程においては、中空糸膜の分離性能に悪影響を及ぼさない観点から、発熱ピーク温度を１１０℃以下に維持することが望ましい。
【００３８】
また、図２に示すとおり、スペーサー３０は貫通孔３３を有しているため、注入した接着剤は、貫通孔３３を通って隣接する保護筒２１ａ等及び中空糸膜束１５に移動するので、作業効率が向上する。
【００３９】
熱硬化性接着剤（常温硬化型又は加熱硬化型を含む）としては、尿素樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レソルシノール樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリウレタン接着剤、ビニルウレタン接着剤を挙げることができ、これらの中でもポリウレタン接着剤が好ましい。
【００４０】
第３工程においては、公知の遠心接着法（遠心成型法）（特開昭５１−９３７８８号公報、特開昭５２−３８７９７号公報、特開昭６１−１７１５０３号公報、特開昭６１−１７１５０４号公報等）を適用して接着することができる。
【００４１】
第３工程の終了後、接着剤で封止された中空糸膜束１５の端部を接着剤層１６と共に切断して、開口させる。なお、開口のための切断方法は、スライサーのような刃物、エンドミルによる削り取り、回転盤による切断等を適用できる。スライサーは、削りかすが端面に残ることなく切断でき、エンドミルや回転盤では切断スピードが速いという利点があるため、これらを組み合わせて切断する方法が好ましい。
【００４２】
以上の方法により、図１で示す中空糸型膜モジュール１０が得られる。なお、中空糸型膜モジュール１０は、実用時においては、開放状態にある筒状ハウジング１１の端部がキャップ等で閉塞される。
【００４３】
次に、図５、図６、図７により、他の実施形態について説明する。図５、図６、図７は、いずれも中空糸膜モジュールの平面図である。図面を見やすくする理由から、スペーサーには斜線を付している。なお、図１と同一番号の部分は同一のものであることを意味する。
【００４４】
図５の中空糸膜モジュール５０では、４つの保護筒２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ間に十字状スペーサー５５が配置され、２つの保護筒間には、それぞれ板状スペーサー５６、５７、５８、５９が配置されている。
【００４５】
十字状スペーサー５５は、図２に示すような同じ長さの２つの板状スペーサーを十字状に組み合わせたものであり、厚さ方向に複数の貫通孔３３を有している。
【００４６】
十字状スペーサー５５の一方向の長さ（径方向の長さ）（Ｌ２）、スペーサー５６の径方向の長さ（Ｌ３）及びスペーサー５８の径方向の長さ（Ｌ４）の合計（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）は、ハウジングの直径（Ｄ）の半分以下の長さ（1/2Ｄ≧Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）である。そして、十字状スペーサー５５，板状スペーサー５７、５９とハウジングの直径も同様の関係を有している。
【００４７】
このようにしてＬ２＋Ｌ３＋Ｌ４とＤの長さを調整することにより、間隙３５の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒（膜束）の接着強度を高めることができる。
【００４８】
中空糸膜モジュール５０では、中央部に配置された十字状スペーサー５５を介して４つの保護筒２１ａ〜２１ｄが一体化されているため、固定強度が高められる。更に分離された４箇所の間隙３５内に接着剤が充填できるため、接着剤量を増加でき、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
【００４９】
図６の中空糸膜モジュール６０では、２つの保護筒２１ａ、２１ｂ間には、間隙３５が形成されるように板状スペーサー６１、６２が間隔をおいて配置され、２つの保護筒２１ｂ、２１ｃ間には、間隙３５が形成されるように板状スペーサー６３、６４が間隔をおいて配置され、２つの保護筒２１ｃ、２１ｄ間には、間隙３５が形成されるように板状スペーサー６５、６６が間隔をおいて配置され、２つの保護筒２１ｄ、２１ａ間には、間隙３５が形成されるように板状スペーサー６７、６８が間隔をおいて配置されている。中央部には、十字状の間隙３５が形成されている。
【００５０】
板状スペーサー６１、６２、６５、６６の径方向の長さの合計は、ハウジングの直径の半分以下の長さであり、板状スペーサー６３、６４、６７、６８の径方向の長さの合計は、ハウジングの直径の半分以下の長さである。このようにして板状スペーサーの径方向の長さとハウジング直径を調整することにより、間隙３５の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒（膜束）の接着強度を高めることができる。
【００５１】
中空糸膜モジュール６０では、計５箇所の分離された間隙３５内に接着剤が充填できるため、接着剤量を増加でき、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
【００５２】
図７の中空糸膜モジュール７０では、４つの保護筒２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ間に十字状スペーサー７５が配置されており、４つの間隙３５が形成されている。
【００５３】
十字状スペーサー７５は、図２に示すような同じ長さの板状スペーサーを十字状に組み合わせたものであり、厚さ方向に複数の貫通孔３３を有している。
【００５４】
十字状スペーサー７５の一方向の長さ（径方向の長さ）は、ハウジングの直径の半分以下の長さである。このようにして十字状スペーサーの径方向の長さとハウジング直径を調整することにより、間隙３５の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒（膜束）の接着強度を高めることができる。
【００５５】
中空糸膜モジュール７０では、中央部に配置された十字状スペーサー７５を介して４つの保護筒２１ａ〜２１ｄが一体化されているため、固定強度が高められる。更に分離した４箇所の間隙３５内に接着剤が充填できるため、接着剤量を増加でき、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
【００５６】
図５、図６、図７に示す中空糸膜モジュールは、図１の中空糸膜モジュールと同様にして組み立てることができる。
【００５７】
本発明の中空糸型膜モジュールは、河川水、湖水の濾過、原子力発電、火力発電用水の濾過、復水の濾過、水の除菌、廃液の濾過回収、食品製造過程における濾過、有機溶剤の濾過や分離、液体の脱ガス、液液抽出等の用途に利用できる。これらの中では、膜の洗浄や、殺菌を定期的に行う必要のある用途、例えば河川水や湖水の濾過、水の除菌等に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】中空糸型膜モジュールの斜視図。
【図２】スペーサの斜視図。
【図３】保護筒の斜視図。
【図４】図２の保護筒４つを組み合わせた状態の斜視図。
【図５】他実施形態の中空糸膜モジュールの平面図。
【図６】他実施形態の中空糸膜モジュールの平面図。
【図７】他実施形態の中空糸膜モジュールの平面図。
【符号の説明】
【００５９】
１０  中空糸型膜モジュール
１１  ハウジング
１５  中空糸膜束
１６  接着剤層
２１ａ〜２１ｄ  保護筒
３０  スペーサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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