(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜からの処理水の通路となる内部路が形成された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、かつ該中空糸膜の少なくとも片端部がハウジングに固定用樹脂からなる固定部材で液密に固定された中空糸膜モジュールであって、
前記固定部材が、前記中空糸膜をハウジングに固定するとともに、前記エンドキャップをハウジングに固定し、
前記エンドキャップが、前記ハウジングの内部路に挿入されて内部路を封止する小蓋部と、ハウジングの端面に接する大蓋部と、小蓋部と大蓋部を連結し、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よりも小さくされた連結部とを有し、
前記固定部材が、エンドキャップの連結部の外周壁と、ハウジングの内周壁との間に形成された樹脂注入空間に充填されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法であって、
中空糸膜の端部をハウジングの側壁に形成された開口部からハウジング内に収納し、ハウジングの端部にエンドキャップを取り付け、開口部の周りに形成された樹脂注入部に液状の固定用樹脂を注入してハウジングに中空糸膜を固定すると同時に、ハウジングとエンドキャップとの間に形成された樹脂注入空間に固定用樹脂を注入してハウジングにエンドキャップを固定することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
【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および中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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１７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】
このような中空糸膜モジュール３１においては、処理水を集水するためのハウジング３３に該ハウジング３３の端部を封止するためのエンドキャップ３５，３６を液密に接合させる必要があった。
エンドキャップ３５，３６の接合は、通常、固定用樹脂をハウジング３３に注入する前に実施される。この接合には、エンドキャップ３５，３６およびハウジング３３の材料が、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等の場合には、溶剤系の接着剤、あるいは固定部材３９と同質の固定用樹脂が用いられる。これら接着剤等を、ハウジング３３およびエンドキャップ３５，３６が互いに接触する部分に塗工した後、ハウジング３３とエンドキャップ３５，３６とが接合される。
【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、ハウジングに外力が加わった時に、詳しくはハウジングに接合されたエンドキャップ部に繰り返し過大な外力が加えられた時に、接着剤を塗工した部分での破壊が見られることがあった。
また、エンドキャップに接着剤を塗工する作業は容易ではなく、生産効率の低下が見られるという問題があった。
【０００７】
よって、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および、このような中空糸膜モジュールを容易に、かつ生産効率よく製造することができる中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。
【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、中空糸膜からの処理水の通路となる内部路が形成された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、かつ該中空糸膜の少なくとも片端部がハウジングに固定用樹脂からなる固定部材で液密に固定された中空糸膜モジュールであって、前記固定部材が、前記中空糸膜をハウジングに固定するとともに、前記エンドキャップをハウジングに固定していることを特徴とする。
【０００９】
また、前記エンドキャップが、前記ハウジングの内部路に挿入されて内部路を封止する小蓋部と、ハウジングの端面に接する大蓋部と、小蓋部と大蓋部を連結し、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よりも小さくされた連結部とを有し、前記固定部材が、エンドキャップの連結部の外周壁と、ハウジングの内周壁との間に形成された樹脂注入空間に充填されている。
【００１０】
また、本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜の端部をハウジングの側壁に形成された開口部からハウジング内に収納し、ハウジングの端部にエンドキャップを取り付け、開口部の周りに形成された樹脂注入部に液状の固定用樹脂を注入してハウジングに中空糸膜を固定すると同時に、ハウジングとエンドキャップとの間に形成された樹脂注入空間に固定用樹脂を注入してハウジングにエンドキャップを固定することを特徴とする。
【００１１】
【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〜図４は、本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す図である。
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、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用樹脂からなる固定部材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。
【００１２】
前記ハウジング３は、図５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状の開口部１０と、該開口部１０を挟むようにハウジング３と一体に形成された堰１１と、該堰１１に挟まれた断面凹状の樹脂注入部１２とを有して構成される部材である。
【００１３】
前記開口部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１１は、固定用樹脂のタレを防止するためのものである。
【００１４】
ハウジング３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。
【００１５】
前記エンドキャップ５は、図６および図７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を封止する平板状の小蓋部１３と、ハウジング３端面１４に接する平板状の大蓋部１５と、小蓋部１３と大蓋部１５を連結し、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１３よりも小さくされた連結部１６と、小蓋部１３、連結部１６および大蓋部１５に穿設された連通孔１７と、連通孔に接続するように大蓋部１５表面に設けられた処理水出口４とを有して構成されるものである。
【００１６】
また、前記エンドキャップ６は、図８および図９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１３と、ハウジング３の端面１４に接する大蓋部１５と、小蓋部１３と大蓋部１５を連結し、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１３よりも小さくされた連結部１６とを有して構成されるものである。
【００１７】
小蓋部１３のタテおよびヨコの寸法は、後述の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されている。ハウジング３の内周壁と小蓋部１３の周縁との隙間は、固定用樹脂の粘度によって変化するが、通常、１ｍｍ未満である。また、小蓋部１３の厚さは、固定用樹脂の粘度によって変化するが、通常は０．１ｍｍ以上あれよく、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。
【００１８】
大蓋部１５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１２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されている。
【００１９】
連結部１６は、小蓋部１３と大蓋部１５との間に設けられ、これらと一体とされているものである。連結部１６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１３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１６の外周壁とハウジング３の内周壁の間に、連結部１６、小蓋部１３、大蓋部１５およびハウジング３の内周壁に囲まれ、かつ連結部１６の外周全体にわたって連続した樹脂注入空間１８が形成される。また、樹脂注入空間１８に連通する開口部１０は、樹脂流入口１９となる。
【００２０】
このように連結部１６の断面積を小蓋部１３の表面積よりも小さくすることで、連結部１６との境界周辺の小蓋部１３に段部２０が形成される。この段部２０が、樹脂注入空間１８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。
【００２１】
エンドキャップ５，６の材質としては、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樹脂、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。エンドキャップ５，６は、切削加工、金型による成形などで成形加工できる。
処理水の出口となる処理水出口４を有するエンドキャップ５は、中空糸膜モジュール１に少なくとも１つは備えることが必要である。
【００２２】
固定部材９が充填される樹脂注入空間１２の寸法、すなわち、連結部１６の外周壁とハウジング３の内周壁の間の間隔（以下、厚さと記す）、およびハウジング３の長手方向の奥行き（以下、奥行きと記す）は、使用する固定用樹脂の粘度特性によって異なり、特に限定はされないが、固定用樹脂がエンドキャップ５，６の接続部１６の全外周にわたって流れ、固定部材９が連続して形成可能な寸法であればよい。すなわち、使用する固定用樹脂の粘度に合わせ、樹脂注入空間１２の寸法を調整すればよい。固定用樹脂の粘度が高い場合は、樹脂注入空間１２の寸法を適当な大きさまで拡大し、流体摩擦損失を低減させればよい。
【００２３】
例えば、固定用樹脂として、混合初期粘度が１５００ｍＰａ・ｓの２液混合型のウレタン樹脂（ポットライフ：５００００ｍＰａ・ｓ到達時間２５分）を用い、エンドキャップ５，６の接続部１６の外周長が３０ｍｍの場合、樹脂注入空間１２の、ハウジング３の長手方向に直交する断面積が０．４ｍｍ2 以上（樹脂注入空間１２寸法：厚さ０．２ｍｍ以上、奥行き２ｍｍ以上）であると、固定部材９の連続性が確保され、好ましい。樹脂注入空間１２の寸法が、厚さ０．２ｍｍ未満、奥行き２ｍｍ未満では、樹脂注入空間１２が狭くなり、流体摩擦損失が大きくなるため、ウレタン樹脂の流れが悪くなる。ウレタン樹脂は、時間の経過と共に粘度が高くなるので、流体摩擦損失が大きく、ウレタン樹脂の注入に時間がかかりすぎると、流動性を失い欠膠が発生することがある。したがって、樹脂注入空間１２の寸法は、可能な範囲で、できるだけ確保することが望ましい。
【００２４】
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。
【００２５】
固定部材９は、ハウジング３の内部に収納された中空糸膜７の端部を開口状態に保ちつつ固定するとともに、この中空糸膜７を濾過膜として機能させるために被処理水と処理水とを液密に仕切る部材として機能する。また、エンドキャップ５，６を液密にハウジング３に固定する部材としても機能する。
【００２６】
固定部材９を形成する固定用樹脂としては、通常、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、適宜選定することが可能である。
固定用樹脂は、ハウジング３とエンドキャップ５，６との接着性能に関わるものであり、固定用樹脂としては、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い。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、固定用樹脂として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。
【００２７】
固化前の固定用樹脂の粘度は、特に限定されないが、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。
【００２８】
このような中空糸膜モジュール１にあっては、固定部材９が、中空糸膜束８をハウジング３に固定するとともに、エンドキャップ５，６をハウジング３に固定し、中空糸膜束８をハウジング３に固定する固定部材と、エンドキャップ５，６をハウジング３に固定する固定部材とが一体化しているので、ハウジング３とエンドキャップ５，６との接合部分付近の剛性が増し、ハウジング３とエンドキャップ５，６との接合部分の機械的強度が向上する。
【００２９】
また、エンドキャップ５，６が、小蓋部１３と連結部１６の断面積の差によって生じる段部２０を有しているので、この段部２０が樹脂注入空間１８に充填された固定部材９への引っ掛かりとなり、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をハウジング３に確実に固定することができる。
【００３０】
なお、本発明の中空糸膜モジュールは、図示例の中空糸膜モジュール１に限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、Ｕ字形に折り曲げられた中空糸膜束８の両端部を、１本のハウジング３に固定した中空糸膜モジュール２１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。
【００３１】
次に、中空糸膜モジュール１の製造方法について説明する。
まず、中空糸膜束８を構成している各中空糸膜７の端部をあらかじめカットして開口させておく。
次に、中空糸膜束８の端部を、ハウジング３の開口部１０に中空糸膜７の開口端部がハウジング３の内部路２に位置するように挿入する。
【００３２】
中空糸膜束４の端部をハウジング３内に収納した後、図１１および図１２に示すように、エンドキャップ５，６の小蓋部１３および連結部１６を内部路２に挿入して、エンドキャップ５，６をハウジング３に取り付ける。
次いで、図１３および図１４に示すように、中空糸膜７の端部の開口状態を保ったまま、液状の固定用樹脂９’をハウジング３の外側から樹脂注入部１２および開口部１０に充填する。
【００３３】
同時に、固定用樹脂９’は自重によって、開口部１０の一部である樹脂流入口１９を通って、ハウジング３とエンドキャップ５，６と間に形成された樹脂注入空間１８へ流れ込む。そして、図１５および図１６に示すように、固定用樹脂９’は、エンドキャップ５，６の連結部１６を囲むように、樹脂注入空間１８全体に行き渡る。この固定用樹脂９’を固化させることにより、ハウジング３とエンドキャップ５，６との接合が終了する。
【００３４】
中空糸膜束８の端部をハウジング３の内部に収納する作業は、ハウジング３の開口部１０を広げた後、行うことが好ましい。容易に開口部１０を広げるためには、ハウジング３の両端部のうち少なくとも一端を開口させておく必要がある。そのため、エンドキャップ５，６は、中空糸膜束８のハウジング３への収納後に、後付けする必要がある。
【００３５】
中空糸膜モジュール１を製造するに際して、ハウジング３とエンドキャップ５，６との接合には、エンドキャップ５，６への接着剤等の塗工は必要ではなく、エンドキャップ５，６をハウジング３に挿入するだけでよい。そして、ハウジング３へ固定用樹脂９’を注入することにより、固定用樹脂９’は樹脂注入部１２、さらには自重によって樹脂注入空間１８へ流れ込み、その後、固定用樹脂９’を固化させることによって、中空糸膜束８のハウジング３への固定と、エンドキャップ５，６のハウジング３への固定が同時に終了する。したがって、エンドキャップ５，６のハウジング３への接合作業を効率的に実施することができる。
【００３６】
【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、中空糸膜からの処理水の通路となる内部路が形成された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、かつ該中空糸膜の少なくとも片端部がハウジングに固定用樹脂からなる固定部材で液密に固定された中空糸膜モジュールであって、前記固定部材が、前記中空糸膜をハウジングに固定するとともに、前記エンドキャップをハウジングに固定しているので、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。
また、前記エンドキャップが、前記ハウジングの内部路に挿入される小蓋部と、ハウジングの端面に接する大蓋部と、小蓋部と大蓋部を連結し、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よりも小さくされた連結部とを有し、前記固定部材が、エンドキャップの連結部の外周壁と、ハウジングの内周壁との間に形成された樹脂注入空間に充填されていれば、エンドキャップのハウジングからの抜けが防止され、エンドキャップがハウジングに確実に固定される。
【００３７】
また、本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜の端部をハウジングの側壁に形成された開口部からハウジング内に収納し、ハウジングの端部にエンドキャップを取り付け、開口部の周りに形成された樹脂注入部に液状の固定用樹脂を注入してハウジングに中空糸膜を固定すると同時に、ハウジングとエンドキャップとの間に形成された樹脂注入空間に固定用樹脂を注入してハウジングにエンドキャップを固定する方法であるので、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容易に、かつ生産効率よく製造することができる。
【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斜視図である。
【図２】  図１の中空糸膜モジュールにおけるハウジングの断面図である。
【図３】  図２のIII−III断面図である。
【図４】  図２のIV−IV断面図である。
【図５】  本発明の中空糸膜モジュールに用いられるハウジングの一例を示す斜視図である。
【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側面図である。
【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正面図である。
【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他の例を示す側面図である。
【図９】  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他の例を示す正面図である。
【図１０】  本発明の中空糸膜モジュールの他の例を示す斜視図である。
【図１１】  本発明の中空糸膜モジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１２】  図１１のXII−XII断面図である。
【図１３】  本発明の中空糸膜モジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１４】  図１３のXIV−XIV断面図である。
【図１５】  本発明の中空糸膜モジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図１６】  図１５のXVI−XVI断面図である。
【図１７】  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
５  エンドキャップ
６  エンドキャップ
７  中空糸膜
８  中空糸膜束
９  固定部材
９’  固定用樹脂
１０  開口部
１２  樹脂注入部
１３  小蓋部
１５  大蓋部
１６  連結部
１８  樹脂注入空間
２１  中空糸膜モジュール
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0004955855.tif 000018