(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理水の通路となる内部路（２）と、中空糸膜を固定するための樹脂注入部（１３）と、中空糸膜が貫通するスリット部（１０）を有する壁（１１）とからなるハウジングを有し、該ハウジングの少なくとも一端にエンドキャップが液密に接合され、該エンドキャップに、該樹脂注入部（１３）に向かって突出し、かつ該樹脂注入部（１３）の内壁との間隔が２ｍｍ以下である凸部（１４）が設けられてなる中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記凸部（１４）のハウジング長手方向における長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記エンドキャップが、前記内部路（２）に挿入される小蓋部（１６）と、ハウジングの端面に接する大蓋部（１７）と、ハウジングの長手方向に直交する断面の断面積が小蓋部（１６）よりも小さくされた連結部（１８）とを有し、前記凸部（１４）が該大蓋部（１７）に配されてなる請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記小蓋部（１６）の上部に、前記スリット部（１０）に挿入される突起部（２３）が設けられてなる請求項３に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記突起部（２３）がハウジング長手方向に前記大蓋部（１７）に向かって広がるテーパー形状を有する請求項４に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
固定部材（９）が、前記連結部（１８）と前記ハウジングの内周壁との間に形成された樹脂注入空間と、前記樹脂注入部（１３）とに充填されてなる請求項３〜５いずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の分離、精製などに用いられる中空糸膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来中空糸膜モジュールは、無菌水、飲料水、高純度水の製造、空気の浄化等の数多くの用途で使用されてきた。これら用途に加えて、近年では下水処理場における２次処理、３次処理や浄化槽における固液分離、産業排水中のＳＳ（懸濁物質）の固液分離など、高汚濁性水の処理用途に用いられるようになっている。
【０００３】
高汚濁性水濾過の用途に好適に用いられる中空糸膜モジュールとしては、例えば、特開平５−２６１２５３号公報、特開平６−３４２号公報、特開平６−３４０号公報等に開示されているような、矩形のハウジング内部にシート状の中空糸膜束の端部を収容し、固定部材を用いて固定してなる中空糸膜モジュールが提案されている。
【０００４】
図９は、従来の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。この中空糸膜モジュール３１は、内部に内部路（図示略）が形成されたハウジング３３と、この両端に液密に接合されたエンドキャップ３５，３６と、複数の中空糸膜７がシート状に束ねられた中空糸膜束８とを有して概略構成されるものである。前記中空糸膜束８の端部は、ハウジング３３の側壁に形成された開口部（図示略）からハウジング３３内に挿入された状態で、かつ中空糸膜７端部の開口状態を保ったまま、開口部の周りに形成された樹脂注入部に注入された固定用樹脂からなる固定部材３９によってハウジング３３に固定されている。
【０００５】
前記中空糸膜モジュール３１の作成にあたっては、エンドキャップに接着剤を塗布してハウジングに接着して固定し、その後樹脂注入部に液状の固定用樹脂を注入し、中空糸膜を固定することもできるし、中空糸膜とエンドキャップを、固定用樹脂で同時にハウジングに固定することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような中空糸膜モジュールにおいては、ハウジング、エンドキャップの成形、あるいは切断時に加工寸法精度に狂いが生じた場合、エンドキャップとハウジングの接触する端面で隙間の発生が見られることがあった。このような場合、隙間から固定用樹脂が流出し、著しく外観を損なうばかりでなく、所定量の固定部材を樹脂注入部に維持できないため、ハウジング部に継続した外力が加えられたときに、ハウジング部が破壊する可能性があった。
【０００７】
本発明の目的は、ハウジングとエンドキャップとの接合部分の機械的強度に優れる中空糸膜モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の要旨は、処理水の通路となる内部路（２）と、中空糸膜を固定するための樹脂注入部（１３）と、中空糸膜が貫通するスリット部（１０）を有する壁（１１）とからなるハウジングを有し、該ハウジングの少なくとも一端にエンドキャップが液密に接合され、該エンドキャップに、該樹脂注入部（１３）に向かって突出し、かつ該樹脂注入部（１３）の内壁との間隔が２ｍｍ以下である凸部（１４）が設けられてなる中空糸膜モジュール、である。
【０００９】
また、前記凸部（１４）のハウジング長手方向における長さが０．５ｍｍ以上であると、樹脂漏れを確実に防止できるため好ましく、また５ｍｍ以下であると、エンドキャップを確実に固定できるため好ましい。
【００１０】
また、前記エンドキャップが、前記内部路（２）に挿入される小蓋部（１６）と、ハウジングの端面に接する大蓋部（１７）と、ハウジングの長手方向に直交する断面の断面積が小蓋部（１６）よりも小さくされた連結部（１８）とを有し、前記凸部（１４）が該大蓋部（１７）に配されてなると、エンドキャップとハウジングとを確実に固定できるため好ましい。
【００１１】
この際、前記エンドキャップの大蓋部（１７）に、前記内部路（２）に挿入され、かつ前記内部路（２）の内壁との間隔が２ｍｍ以下である第二の凸部（２２）がさらに設けられていると、内部路（２）中に回り込んだ樹脂が漏れることを併せて防止できるため好ましい。
【００１２】
また、前記小蓋部（１６）の上部に、前記スリット部（１０）に挿入される突起部（２３）が設けられていると、中空糸膜が潰れるのを防止できるため好ましい。
ここで、前記突起部（２３）がハウジング長手方向に大蓋部（１７）に向かって広がるテーパー形状を有すると、中空糸膜束の厚みが変化しても、ハウジングと中空糸膜との間に隙間が生じることを防止できるため好ましく、前記突起部（２３）のテーパー角度が０．１°〜５°であると、突起部挿入の際にハウジングの歪みが生じ難くなるためより好ましい。さらに、前記突起部（２３）のハウジング長手方向の長さが１０〜４０ｍｍであると、スリット部（１０）の開口状態をしっかりと保てるためより好ましい。
【００１３】
また、固定部材（９）が、前記連結部（１８）と前記ハウジングの内周壁との間に形成された樹脂注入空間と、前記樹脂注入部（１３）とに充填されていると中空糸膜及びエンドキャップとハウジングとを同時且つ確実に固定できるため好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、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。
この中空糸膜モジュール（１）は、内部に内部路（２）が形成されたハウジング（３）と、このハウジング（３）の一端に接合された、処理水出口（４）を有するエンドキャップ（５）と、図示しないがハウジング（３）の他端に接合された、処理水出口のないエンドキャップ（６）と、複数の中空糸膜（７）がシート状に広げられた中空糸膜束（８）とを有して概略構成されるものである。前記中空糸膜束（８）の端部は、ハウジング（３）内に挿入された状態で、かつ中空糸膜（７）端部の開口状態を保ったまま、固定部材（９）によってハウジング（３）に固定されている。また、前記エンドキャップ（５），（６）は、その一部がハウジング（３）の内部路（２）に挿入された状態で、固定部材（９）によってハウジング（３）に固定されている。
【００１５】
固定部材（９）は、中空糸膜（７）、ハウジング（３）およびエンドキャップ（５），（６）の材質を考慮し、適切なものを選択することが好ましく、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、各種ホットメルト樹脂等を用いることができる。例えば、ハウジング（３）およびエンドキャップ（５），（６）の材質が共にＡＢＳ樹脂の場合、固定部材（９）は接着性能のよいエポキシ樹脂やウレタン樹脂を使用することが好ましい。
なお、ここで、固定部材とは樹脂硬化物をいい、以降硬化前の液状樹脂を固定用樹脂という。
【００１６】
固定用樹脂の粘度は、５００〜５０００ｍＰａ・ｓが好ましく、より好ましくは２０００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲である。固定用樹脂の粘度が５００ｍＰａ・ｓ未満では、固定用樹脂が中空糸膜７の開口端部まで流動し、該開口端部を閉塞する要因となるおそれがある。固定用樹脂の粘度が５０００ｍＰa・ｓを超えると、複数の中空糸膜（７）間に含浸させることが困難となるので好ましくない。
【００１７】
前記ハウジング（３）は、図２に示すように、その内部に形成された中空の内部路（２）と、ハウジング（３）の側面に形成された、スリット部（１０）を有する壁（１１）と、該スリット部（１０）を挟むようにハウジング（３）と一体に形成された堰（１２）と、該堰（１２）に挟まれた断面凹状の樹脂注入部（１３）とを有して構成される部材である。
【００１８】
前記スリット部（１０）は、中空糸膜束（８）の端部を内部路（２）に挿入するための挿入口となるスリット状の孔である。また、固定用樹脂を、ハウジング（３）の内部路（２）とこれに挿入されたエンドキャップ（５），（６）との間に形成される後述の樹脂注入用空間に流し込むための流入口となる。
また、前記堰（１２）は、固定用樹脂を保持するためのものである。
【００１９】
ハウジング（３）、エンドキャップ（５），（６）の材質としては、機械的強度および耐久性を有するものであればよく、例えば、ポリカーボネート、ポリスルフォン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン（ポリプロピレン、ポリエチレン等）などを用いることができる。
【００２０】
ハウジング（３）及びエンドキャップ（５），（６）を接合させるにあたって、上述のような樹脂製のものを使用する場合、成型誤差がどうしても生じるため、ハウジング（３）とエンドキャップ（５），（６）の当接面に若干の隙間が生じる場合がある。このような隙間がある場合であっても、樹脂固定の際に固定用樹脂が漏れ出すことを防止するために、エンドキャップに凸部（１４）を設ける。
【００２１】
エンドキャップに凸部（１４）を設け、凸部（１４）の外周部と、樹脂注入部（１３）の内壁との間隔を２ｍｍ以下とすることにより、樹脂注入部（１３）に液状の固定用樹脂を流し込んだ際、凸部（１４）の外周と樹脂注入部（１３）の内壁との間では、抵抗が大きくなって固定用樹脂の流動速度が大きく低下し、ハウジングとエンドキャップの当接面の隙間から固定用樹脂が流れ出す前に硬化させることができるため、漏れを防ぐことができる。
【００２２】
凸部（１４）の外周部と、樹脂注入部（１３）の内壁との間隔は、１．５ｍｍ以下とすることがより好ましく、１．２ｍｍ以下とすることがより好ましい。
なお、全く間隔がないと固定用樹脂が入り込まず、接着不良となる可能性があるため、間隔の下限としては、０．１ｍｍ以上とすることが好ましく、０．３ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００２３】
凸部（１４）のハウジング長手方向における長さは、あまり短いと固定用樹脂の流動に対する充分な抵抗にならないため、下限としては０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上とすることがより好ましい。
一方、長すぎると抵抗が大きすぎて固定用樹脂が入り込まず、接着不良となる可能性があるため、上限としては５ｍｍ以下が好ましく、３．５ｍｍ以下がより好ましい。
【００２４】
凸部（１４）は、樹脂注入部（１３）の堰（１２）との間隔が両側でほぼ均しくなるように、樹脂注入部（１３）の形状に合った形状とすることが好ましい。
また、固定用樹脂の液面以上の高さまで設けることが好ましい。また、ハウジング（３）の壁（１１）と間隔が２ｍｍ以下となる深さまで設けることが好ましい。
【００２５】
エンドキャップ（５）は、図３に示すように、ハウジング（３）の内部路（２）に挿入されて内部路（２）を封止する平板状の小蓋部（１６）と、ハウジング（３）端面に接する平板状の大蓋部（１７）と、ハウジングの長手方向に直交する断面の面積が小蓋部（１６）よりも小さくされた連結部（１８）と、小蓋部（１６）、連結部（１８）および大蓋部（１７）に穿設された連通孔（１９）と、連通孔に接続するように大蓋部（１７）表面に設けられた処理水出口（４）とを有して構成されていると、中空糸膜の固定用樹脂によって、エンドキャップ（５）も同時にかつ確実に固定できるため好ましい。
なお、ハウジングの長手方向とは、図２の矢印方向に示すように、スリット部（１０）の延びる方向をいう。
【００２６】
また、エンドキャップ（６）は、図５に示すように、前記ハウジング（３）の内部路（２）に挿入されて内部路（２）を封止する小蓋部（１６）と、ハウジング（３）の端面に接する大蓋部（１７）と、ハウジングの長手方向に直交する断面の面積が小蓋部（１６）よりも小さくされた連結部（１８）とを有して構成されることが好ましい。
【００２７】
小蓋部（１６）のタテおよびヨコの寸法は、固定用樹脂がハウジング（３）の内部路（２）に流入しない程度のわずかな隙間を有するように、内部路（２）の開口と同程度の寸法とするのが好ましく、具体的にはハウジング（３）の内周壁と小蓋部（１６）の周縁との隙間を、１ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、小蓋部（１６）の厚さは０．１ｍｍ以上あればよいが、より確実に固定用樹脂の内部路（２）への流入を防ぐためには、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２８】
大蓋部（１７）のタテおよびヨコの長さは、ハウジング３の外壁に接した際に、内部路（２）を封止し、かつ樹脂注入部（１３）を堰き止めるように、ハウジング（３）の断面のタテおよびヨコの長さと同じとすることが好ましい。
【００２９】
連結部（１８）は、小蓋部（１６）と大蓋部（１７）との間に設けられている。これらは、別々の部材を接着して形成しても構わないが、一体に成型したものがより好ましい。
連結部（１８）は、ハウジングの長手方向に直交する断面の断面積が小蓋部（１６）よりも小さくされている。これによって、エンドキャップ（５），（６）をハウジング（３）に取り付けた際には、連結部（１８）の外周壁とハウジング（３）の内周壁の間に、連結部（１８）、小蓋部（１６）、大蓋部（１７）およびハウジング（３）の内周壁に囲まれ、かつ連結部（１８）の外周全体にわたって連続した樹脂注入空間（２０）が形成される。また、樹脂注入空間（２０）に連通するスリット部（１０）は、樹脂流入口（２１）となる。
【００３０】
このように連結部（１８）の断面積を小蓋部（１６）の表面積よりも小さくすることで、連結部（１８）との境界周辺の小蓋部（１６）に段部が形成される。この段部が、樹脂注入空間（２０）に充填された固定部材（９）への引っ掛かりとなることによって、エンドキャップ（５），（６）のハウジング（３）からの抜けが防止され、エンドキャップ（５），（６）がハウジング（３）に、確実に固定される。
また、連結部の外周壁表面は、固定部材（９）との接着性が向上することから、サンディング等で微細な粗面に加工されていることが好ましい。
【００３１】
大蓋部（１７）には、図３に示すように、前記内部路（２）に挿入され、かつ前記内部路（２）の内壁との間隔が２ｍｍ以下である第二の凸部（２２）をさらに設けると、樹脂注入空間（２０）に入り込んだ固定用樹脂が、硬化する前にハウジングとエンドキャップとの当接面から漏れ出すことを防止できるため好ましい。
【００３２】
内部路（２）に挿入される第二の凸部（２２）の外周部と、内部路（２）の内壁との間隔は、１．５ｍｍ以下とすることがより好ましく、１．２ｍｍ以下とすることがより好ましい。
なお、全く間隔がないと固定用樹脂が入り込まず、接着不良となる可能性があるため、間隔の下限としては、０．１ｍｍ以上とすることが好ましく、０．３ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００３３】
第二の凸部（２２）のハウジング長手方向における長さは、あまり短いと固定用樹脂の流動に対する充分な抵抗にならないため、下限としては０．５ｍｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上とすることがより好ましい。
一方、長すぎると抵抗が大きすぎて固定用樹脂が入り込まず、接着不良となる可能性があるため、上限としては５ｍｍ以下が好ましく、３．５ｍｍ以下がより好ましい。
【００３４】
小蓋部（１６）の上部には、図７に示すように、スリット部（１０）に挿入される突起部（２３）を設けると、スリット部（１０）の間隔を適度に保つことにより、中空糸膜が潰れることを防止できるため好ましい。
【００３５】
スリット部（１０）に挿入される突起部（２３）の幅は、中空糸膜束の厚さよりも大きいと、中空糸膜束とスリット部との間に隙間が生じ、樹脂固定の際に内部路（２）内へ固定用樹脂が侵入してしまうことから、中空糸膜束の厚さよりも小さくする必要があるが、小さすぎては潰れ防止の効果がなくなるため、中空糸膜束の厚さに応じた適切な幅とする必要がある。
【００３６】
図８は、図７に示したエンドキャップ（５）を上面より見た図であるが、図８に示すように突起部（２３）が、ハウジング長手方向に大蓋部（１７）に向かって広がるテーパー形状を有すると、中空糸膜束の厚さが変わった場合であっても、中空糸膜束の厚みが突起部（２３）の先端の最も狭い幅よりも厚くされている限り、中空糸膜束とスリット部（１０）との間に隙間が空くことがない。従って、一つの部材で対応できる中空糸膜束の厚みの幅が広がるため好ましい。
【００３７】
なお、中空糸膜束の厚みが突起部（２３）の先端の最も狭い幅よりも厚い場合、突起部（２３）のテーパー部の側面と、スリット部（１０）との間に隙間はできるが、突起部（２３）の下部には小蓋部（１６）があり、これがスリット部（１０）を下から塞いでいるため、樹脂固定の際、ここから固定用樹脂が漏れることはない。
【００３８】
また、このテーパー角度が０．１°〜５°であると、スリット部（１０）に突起部２３を挿入しても、ハウジングが大きく歪むことがないため好ましく、０．５°〜３°であるとより好ましい。なお、テーパー角度とは、突起部（２３）のテーパー部の側面同士がなす角度をいう。側面が曲面形状である場合、各々の側面における最も広い部位と最も狭い部位とを含む面同士がなす角度をいう。
【００３９】
突起部（２３）のハウジング長手方向の長さは、１０ｍｍ〜４０ｍｍであると、スリット部（１０）の開口状態をしっかりと固定できるため好ましく、１５ｍｍ〜３５ｍｍであるとより好ましい。
なお、突起部（２３）のハウジング長手方向の長さは、小蓋部（１６）と同じにすることもできるし、小蓋部（１６）よりも長くするか、或いは短くすることもできる。
また、突起部（２３）の先端部分にさらに撞木状の突起を設け、スリット部（１０）を通して壁（１１）と勘合させるようにしてもよい。
【００４０】
前記中空糸膜７としては、種々のものが使用でき、例えば、セルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）系、フッ素樹脂系、ポリスルフォン系等の各種材料からなるものが使用できる。ただし、中空糸膜をシート状に編成して加工する場合には、加工のしやすさなどの点から、ポリエチレン、ポリプロピレン等の強伸度の高い材質のものが好適に用いられる。なお、濾過膜として使用可能なものであれば、中空糸膜の孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はない。
【００４１】
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜束（８）の両端部が２本のハウジング（３）に、固定部材（９）でそれぞれ固定された形状であってもよいし、Ｕ字形に折り曲げられた中空糸膜束（８）の両端部が１本のハウジング（３）に固定部材（９）で固定された中空糸膜モジュールであってもよい。
また、ハウジングの形状も、図示例の矩形に限定はされず、円筒形のものであっても構わない。この場合、エンドキャップの小蓋部および大蓋部は円板形とされる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空糸膜モジュールは、処理水の通路となる内部路（２）と、中空糸膜を固定するための樹脂注入部（１３）と、中空糸膜が貫通するスリット部（１０）を有する壁（１１）とからなるハウジングを有し、該ハウジングの少なくとも一端にエンドキャップが液密に接合され、該エンドキャップに、該樹脂注入部（１３）に向かって突出し、かつ該樹脂注入部（１３）の内壁との間隔が２ｍｍ以下である凸部（１４）が設けられているので、ハウジングとエンドキャップとの当接面から液状樹脂が漏れ出すことが無い。
【００４３】
また、前記エンドキャップが、前記内部路（２）に挿入される小蓋部（１６）と、ハウジングの端面に接する大蓋部（１７）と、ハウジングの長手方向に直交する断面の断面積が小蓋部（１６）よりも小さくされた連結部（１８）とを有し、前記凸部（１４）が該大蓋部（１７）に配されていれば、エンドキャップと中空糸膜とを同時にハウジングに確実に固定することができる。
【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に使用するハウジングの一例を示す斜視図である。
【図３】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるエンドキャップの一例を示す側面図である。
【図４】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるエンドキャップの一例を示す正面図である。
【図５】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるエンドキャップの一例を示す側面図である。
【図６】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるエンドキャップの一例を示す正面図である。
【図７】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるエンドキャップの一例を示す側面図である。
【図８】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるエンドキャップの一例を示す上面図である。
【図９】  従来の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  中空糸膜モジュール
２  内部路
３  ハウジング
４  処理水出口
５  エンドキャップ
７  中空糸膜
８  中空糸膜束
９  固定部材
１０  スリット部
１１  壁
１２  堰
１３  樹脂注入部
１４  凸部
１６  小蓋部
１７  大蓋部
１８  連結部
１９  連通孔
２２  凸部
２３  突起部
【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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【図８】
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【図９】
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