(57)【要約】【課題】ハウジング部材の肉厚を厚くすることなく耐圧性能を向上させた中空糸膜モジュール用ハウジングケースを提供すること。【解決手段】熱可塑性樹脂からなるパイプを熱可塑性樹脂からなる円筒形状ヘッダーのパイプ接着用の穴に接着剤で接着固定してなる中空糸膜モジュール用ハウジングケースにおいて、該接着剤の硬化後の引張伸度が、該パイプ及びヘッダーの材質の引張伸度の１．２倍以上であることを特徴とする中空糸膜モジュール用ハウジングケース。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなるパイプを熱可塑性樹脂からなる円筒形状ヘッダーのパイプ接着用の穴に接着剤で接着固定してなる中空糸膜モジュール用ハウジングケースにおいて、該接着剤の硬化後の引張伸度が、該パイプ及びヘッダーの材質の引張伸度の１．２倍以上であることを特徴とする中空糸膜モジュール用ハウジングケース。
【請求項２】
接着剤が、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂であることを特徴とする請求項1記載の中空糸膜モジュール用ハウジングケース。
【請求項３】
熱可塑性樹脂が、ポリスルホン樹脂、または、ＡＢＳ樹脂であることを特徴とする請求項１、または、２記載の中空糸膜モジュール用ハウジングケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュール用ハウジングケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、モジュールの全長が１０ｃｍ〜３０ｃｍと短い場合、モジュール用ハウジングケースは、パイプとヘッダーが一体成形されたものが使用されているが、全長が１ｍを越える様な長いモジュールの場合には、一体成形が難しいため、パイプの両端部にヘッダーを接着剤により接着固定したハウジングケースが用いられている。
【０００３】
ところで、膜で濾過した濾液を遠方に送液する場合に、濾液を一旦濾液タンクに貯めて、送液ポンプで送る事が行われているが、濾液タンクや送液ポンプを省いて、原液供給ポンプの供給圧力を高くして、濾過側の圧力でそのまま送液する事が行われる様になってきた。送液する距離が長くなると、濾過側の圧力を高くする必要があり、そのため、高い耐圧性を有するモジュール用ハウジングケースが望まれている。また、ナノフィルターの様に透水量が小さく、高圧にして濾水量を増やす濾過運転を行う必要が有る場合にも、高い耐圧性を有するモジュール用ハウジングケースが望まれる。
【０００４】
モジュール用ハウジングケースの耐圧を高くするために、ハウジングケース部材であるパイプとヘッダーの肉厚を厚く設計すると、パイプとヘッダーはそれぞれ単独では耐圧性を満足する。ところが、接着剤でパイプとヘッダーを接着固定したハウジングケースでは、耐圧性が低下すると言う現象が起こる。これを解決し、ハウジングケースの耐圧を高くするためには、設計以上にパイプやヘッダーの肉厚を厚くするか、ハウジングケースの外周をＦＲＰ補強する等の必要があるが、ハウジングケースの重量が重たくなってしまう。また、ハウジング部材の成形が難しくなり、ハウジングケースの組立も煩雑になると言う問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ハウジング部材の肉厚を厚くすることなく耐圧性能を向上させた中空糸膜モジュール用ハウジングケースを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂からなるパイプとヘッダーを接着剤で接着固定してなる中空糸膜モジュール用ハウジングケースにおいて、該接着剤の硬化後の引張伸度が、該ヘッダー及びパイプの材質の引張伸度より大きい事を特徴とする中空糸膜モジュール用ハウジングケースに関するものであり、その態様を以下に示す。
（１）熱可塑性樹脂からなるパイプを熱可塑性樹脂からなる円筒形状ヘッダーのパイプ接着用の穴に接着剤で接着固定してなる中空糸膜モジュール用ハウジングケースにおいて、該接着剤の硬化後の引張伸度が、該パイプ及びヘッダーの材質の引張伸度の１．２倍以上であることを特徴とする中空糸膜モジュール用ハウジングケース。
（２）  接着剤が、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂であることを特徴とする前記（１）記載の中空糸膜モジュール用ハウジングケース。
（３）熱可塑性樹脂が、ポリスルホン樹脂、または、ＡＢＳ樹脂であることを特徴とする（１）または（２）記載の中空糸膜モジュール用ハウジングケース。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の中空糸膜モジュール用ハウジングケースは、ハウジング部材の肉厚を厚くすることなく、ハウジングケースの耐圧性を高くすることが出来、軽量化がはかれる。
【０００８】
本発明の中空糸膜モジュール用ハウジングケースは、ハウジング内に中空糸膜を挿入してその少なくとも一端をハウジングケースと液密的に接着固定した一体型モジュールにも、また、中空糸膜カートリッジをモジュールハウジングに着脱可能としたカートリッジ型モジュールにも適用出来る。以下、図面を用いて本発明のモジュール用ハウジングケースを説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に用いられるヘッダーの一例を示す、上半分を切り欠いた正面図である。
【図２】本発明に用いられるパイプの一例を示す、上半分を切り欠いた正面図である。（パイプの中間部は省略して記載されている）
【図３】本発明のモジュール用ハウジングの一例を示す、上半分を切り欠いた正面図である。
【図４】本発明に用いられるヘッダーの他の例を示す、上半分を切り欠いた正面図である。
【図５】本発明に用いられるパイプの他の例を示す、上半分を切り欠いた両端部分の正面図である。（パイプの中間部は省略して記載されている）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明に用いられるヘッダーの一例を示す上部半分を切り欠いた正面図である。図４は、本発明に用いられるヘッダーの他の例を示す上部半分を切り欠いた正面図である。本発明に用いられるヘッダー４は、その一端に、パイプを挿入して接着固定するための円形の穴１が開口しており、その穴が他端開口部に連通している、円筒形状を有する。ヘッダーの側胴部には、通常、原液、濾液、または濃縮液の流通するノズル２が設けられるが、全濾過運転に用いるモジュールの場合はノズルは無くても良い。穴１の開口部と反対側の開口部の外周には、ハウジングキャップを取り付けるためのキャップ固定用オスネジ３が設けられている。
【００１１】
パイプを挿入して接着固定するヘッダーの穴１は、図４に示すような、入口と奥側の穴の内径が同じストレート穴形状でも、図１に示すような、入口の内径が奥側の内径より大きいテーパー穴形状でも良い。パイプを接着するヘッダーの穴の奥の内面には、パイプの差し込む長さを一定にするための突起５が設けられている。また、穴１の内面には、接着力を増すために、荒らし加工や、Ｖ−溝加工を施しても良い。ヘッダーの作製は、射出成形により行うことが出来る。
【００１２】
図２および図５は、それぞれ本発明に用いられるパイプの一例を示す、上部半分を切り欠いた正面図である。図において、円筒状パイプの中間部は、省略して記載されている。これらのパイプは、押し出し成形で作製する事が出来る。押し出し成形されたのち、必要長さに切断された図５に示す形状のパイプ６は、挿入するヘッダーの接着用穴がストレート穴形状の場合に使用される。一方、図１に示すテーパー穴形状有するヘッダーの場合には、パイプの端部外径を切削して、適合するテーパー形状に加工した、図２に示すようなパイプ６が使用される。
【００１３】
ヘッダーと接着固定されるパイプの端部外周面は、接着強度を高くするため、荒らし加工やＶー溝加工が施こされていても良い。パイプの外径は、特に限定されないが、３５ｍｍ〜２２０ｍｍの範囲のものが好ましく用いられる。ヘッダーとパイプの材質としては、熱可塑性樹脂を用いることができる。ハウジングケースを作製する際、ヘッダーとパイプの材質は同一でも異なっていても良い。材質が異なる場合は、モジュールの使用中に熱履歴が加わった時に、接着部に応力が集中しないように線熱膨張係数が同一か近いものを選定する事が好ましい。ヘッダーとパイプが同一素材の樹脂から作製されたハウジングケースが特に好ましい。
【００１４】
熱可塑性樹脂としては、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体樹脂（以下、ＡＢＳ樹脂と略す）、アクリロニトリルースチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等、及びこれらのブレンド樹脂が好ましく用いられる。
【００１５】
ヘッダーとパイプからなるハウジングケースは、パイプの端部を、ヘッダーのパイプ接着用穴へ接着することにより作製される。ヘッダーとパイプを接着する時には、ヘッダーとパイプの接着面に接着剤を塗布した後、ヘッダーの接着用穴の奥に設けられた突起にパイプがあたるところまでパイプを差し込む。また、ヘッダー内面の突起とパイプの間に、中空糸膜の損傷を防ぐための円筒状の整流筒をはさみ込んで固定しても良い。
【００１６】
本発明において、ヘッダーとパイプを接着するための接着剤は、硬化後の引張伸度が、ハウジング部材であるパイプやヘッダーの材質の引張伸度より大きいものでなければならない。ハウジング部材の材質より引張伸度の低い接着剤を用いてパイプとヘッダーを接着してハウジングケースを組み立てると、ハウジング部材の元々の耐圧強度より低い耐圧性しか得られない。ヘッダーとパイプの材質が異なる場合は、引張伸度の大きいほうの材質より大きい引張伸度を有する接着剤を選択する必要がある。モジュールを長期間使用する場合には、接着剤の引張伸度の経時低下が生じる場合も考えられるので、好ましくは１．２倍以上、更に好ましくは、１．５倍以上の引張伸度を有する接着剤を選択することが好ましい。
【００１７】
一方、本発明で用いられる接着剤の硬化後の引張破断強度は、ハウジング部材であるヘッダーやパイプの材質の引張破断強度より大きくても良いが小さい方がより好ましい。引張伸度、及び、引張破断強度は、接着剤については、ＪＩＳ：Ｋ６３０１により、ハウジング部材については、ＡＳＴＭ：Ｄ６３８に基づいて測定した。
【００１８】
接着剤の材質としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂が挙げられる。特にエポキシ樹脂では、シリコーン変性した弾性のある接着剤が好ましい。図３は、本発明の中空糸膜モジュール用ハウジングケースの一例を示す、上部半分を切り欠いた正面図である。図において、ハウジングケースのパイプ部分の中間部は、一部省略して記載されている。
【００１９】
本発明のハウジングが適用される中空糸膜の種類は、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜、ガス分離膜等である。中空糸膜の材質は、特に限定されず、ポリオレフィン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂などが用いられる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例により、本発明の中空糸膜モジュール用ハウジンケースついて説明する。
【００２１】
（実施例１）図１の構造を有するヘッダー２個を、図２に示すパイプの両端に接着し、図３に示すような中空糸膜モジュール用ハウジングケースを組み立てた。ヘッダーはＡｍｏｃｏ社製Ｕｄｅｌポリスルホン樹脂からなり、パイプ接着用の穴の内径は、入口側が１４０．１ｍｍ、奥側が１３７．１ｍｍのテーパー穴形状で、穴の深さは、５０ｍｍである。
【００２２】
ヘッダー単独の耐圧性を、水温１５℃で、内側から水圧をかけて評価したところ、３１ｋｇ／ｃｍ2 で破壊した。パイプの材質はＡｍｏｃｏ社製Ｕｄｅｌポリスルホン樹脂で、外径が１４０ｍｍ、内径が１３１ｍｍで、両端の外径は５０ｍｍの長さで１３７ｍｍまでテーパー加工されている。
【００２３】
パイプ単独の耐圧性を、水温１５℃で内側から水圧をかけて評価したところ、３９ｋｇ／ｃｍ2 で破壊した。ヘッダー及びパイプを構成するポリスルホン樹脂の引張伸度は４７％、引張破断強度は７００ｋｇ／ｃｍ2 である。ハウジングケースの組み立てにあたっては、ヘッダーのパイプ接着用の穴の内面とパイプの両端外周面を、サンドペーパーで荒らし加工し、加工を施した面に硬化後の引張伸度が３５０％、引張破断強度８５ｋｇ／ｃｍ2 のエポキシ樹脂を塗布して、ヘッダーの接着用穴にパイプを挿入し接着固定した。その後、室温で２日、さらに５０℃で３日養生した。
【００２４】
ハウジングケースの耐圧性を、水温１５℃で、内側から水圧をかけて評価したところ、３１ｋｇ／ｃｍ2 で破壊した。
【００２５】
（実施例２）図４の構造を有するヘッダー２個を、図５に示す中空糸膜モジュール用ハウジングのパイプの両端に接着し、図３に示すような中空糸膜モジュール用ハウジングケースを組み立てた。ヘッダーは旭化成工業（株）製スタイラックＡＢＳ樹脂からなり、パイプ接着用の穴の内径が、入口側も奥側も１４０．２ｍｍのストレート穴形状で、穴の深さは、５０ｍｍである。
【００２６】
ヘッダー単独の耐圧性を実施例１と同様にして測定したところ、３２ｋｇ／ｃｍ2 であった。パイプの材質は旭化成工業（株）製スタイラックＡＢＳ樹脂で、外径が１４０ｍｍ、内径が１３１ｍｍで、両端の外径はストレート形状である。パイプ単独の耐圧性を実施例１と同様にして測定したところ、３７ｋｇ／ｃｍ2 であった。
【００２７】
ヘッダーを構成するＡＢＳ樹脂の引張伸度は５４％、引張破断強度は４００ｋｇ／ｃｍ2 、パイプを構成するＡＢＳ樹脂の引張伸度は４７％、引張破断強度は４４０ｋｇ／ｃｍ2 である。ハウジングケースの組み立てにあたっては、ヘッダーのパイプ接着用の穴の内面とパイプ両端の外周面をアルコールで洗浄した後に、洗浄した面に、硬化後の引張伸度が１１０％、引張破断強度が１９０ｋｇ／ｃｍ2 のウレタン樹脂を塗布して、ヘッダーの接着用穴にパイプを挿入して接着固定した。その後、室温で１日、さらに５０℃で１日養生した。
【００２８】
ハウジングケースの耐圧性を、実施例１と同様にして評価したところ、３２ｋｇ／ｃｍ2 で破壊した。
【００２９】
（比較例１）接着剤だけを、硬化後の引張伸度が４．３％、引張破断強度が８００ｋｇ／ｃｍ2 のエポキシ樹脂に変えた以外は実施例１と同様にして、モジュール用ハウジングケースを組み立てた。室温で２日、さらに５０℃で３日養生した後、実施例１と同様にして耐圧性を評価したところ、２４ｋｇ／ｃｍ2 で破壊した。
【００３０】
（比較例２）接着剤だけを、硬化後の引張伸度が７．１％、引張破断強度が６７０ｋｇ／ｃｍ2 のエポキシ樹脂に変えた以外は実施例２と同様にして、モジュール用ハウジングケースを組み立てた。室温で２日、さらに５０℃で３日養生した後、実施例２と同様にして耐圧性を評価したところ、２５ｋｇ／ｃｍ2 で破壊した。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・パイプ接着用の穴
２・・・ノズル
３・・・キャップ固定用ネジ
４・・・ヘッダー
５・・・突起
６・・・パイプ
【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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