(57)【要約】  ろ過方法では複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され且つ中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された中空糸膜モジュールを用いる。ろ過方法では中空糸膜モジュール内の圧力を０．３〜１．２ＭＰａでろ過する。ろ過方法では中空糸膜モジュールを無拘束下で中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に中央部分の拡径率Ｒ％長手方向の伸びＬ％に対して０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たす。ろ過方法では運転時に０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である。
2020184661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールを用いた、前記中空糸膜モジュール内の圧力が０．３〜１．２ＭＰａでろ過されるろ過方法であって、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たし、
運転時は、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とするろ過方法。
【請求項２】
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールを用いた、前記中空糸膜モジュール内の圧力が０．３〜１．２ＭＰａで海水を淡水化する方法であって、
前記海水を、前記中空糸膜モジュールによりろ過する、ろ過工程と、
前記ろ過工程によるろ液を、前記中空糸膜モジュールに直接接続される逆浸透膜によって、前記ろ過工程の圧力を加圧した圧力下で脱塩する脱塩工程と、を備え、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たし、
運転時は、前記運転条件において、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とする海水を淡水化する方法。
【請求項３】
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールを用いた、前記中空糸膜モジュール内の圧力が０．３〜１．２ＭＰａで淡水を製造する方法であって、
原液を、前記中空糸膜モジュールによりろ過するろ過工程と、
前記ろ過工程によるろ液を、前記中空糸膜モジュールに直接接続される逆浸透膜によって前記ろ過工程の圧力を加圧した加圧下で脱塩する脱塩工程と、を備え、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たし、
運転時は、前記運転条件において、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とする淡水を製造する方法。
【請求項４】
前記中空糸膜モジュールの中空糸膜において、最大で０．３ＭＰａ膜内外差圧で、最大で０．８ＭＰａの圧力で該中空糸膜の外表面側に７０℃以上８０℃以下の原水を供給して、最大で０．８ＭＰａの圧力で該中空糸膜の内表面側からろ液を取出す、ろ過工程を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のろ過方法。
【請求項５】
前記中空糸膜モジュールの中空糸膜において、最大で０．３ＭＰａ膜内外差圧で、最大で１．２ＭＰａの圧力で該中空糸膜の外表面側に２０℃以上３０℃以下の原水を供給して、最大で１．２ＭＰａの圧力でろ液を取出す、ろ過工程を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のろ過方法。
【請求項６】
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係にあり、
運転時は、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記モジュールケースのヘッダ部はガラス短繊維を含有するプラスチックから構成され、
前記モジュールケースのパイプ状部はプラスチック部の内層とガラス長繊維を含むガラス繊維強化樹脂部からなる外層から構成され、
前記ガラス繊維強化樹脂部にはガラス長繊維が前記モジュールケースの菅軸方向に対して６０°〜１２０°の角度で巻回されている
ことを特徴とする請求項６に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
前記モジュールケースの少なくとも一部は、外表面側に層状のガラス繊維強化樹脂部を含み、前記ガラス繊維強化樹脂部を含有するモジュールケースの少なくとも一部において、前記モジュールケースの肉厚に対する前記層状のガラス繊維強化樹脂部の肉厚の割合が５％以上５０％以下である
ことを特徴とする請求項６または７に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項９】
前記モジュールケースの少なくとも一部は、ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの少なくとも一つを有し、
前記ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの少なくとも一つの１平方メートルあたりの重量が、５０ｇ以上６００ｇ以下であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１０】
前記ガラス繊維強化樹脂部のうちパイプ状部を被覆する第１のガラス繊維強化樹脂部と、ヘッダ部を被覆する第２のガラス繊維強化樹脂部と、ノズル部を被覆する第３のガラス繊維強化樹脂部とを含み、
前記第１のガラス繊維強化樹脂部および前記第２のガラス繊維強化樹脂部のガラス繊維が交互に重なり合う領域があり、
前記第２のガラス繊維強化樹脂部および前記第３のガラス繊維強化樹脂部のガラス繊維が交互に重なり合う領域を持つ
ことを特徴とする請求項８に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１１】
前記第３のガラス繊維強化樹脂部に使用されるガラス繊維の前記ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの少なくとも一つの１平方メートルあたりの重量が、５０ｇ以上３００ｇ以下である
ことを特徴とする請求項１０に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１２】
前記モジュールケースでは、プラスチック部の外表面側に前記ガラス繊維強化樹脂部を積層しており、
前記ガラス繊維強化樹脂部と前記プラスチック部の引張せん断強度が３ＭＰａ以上である
ことを特徴とする請求項８、１０、１１のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１３】
前記ガラス繊維強化樹脂部中の、前記ガラス繊維を有するガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットのすくなくとも一つが、前記モジュールケース内でらせん状に巻回され、
それらの幅が、３０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項８、１０から１２のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１４】
海水をろ過する、請求項６から１３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜モジュールによるろ液を脱塩する、逆浸透膜モジュールと、を備え、
前記中空糸膜モジュールおよび前記逆浸透膜モジュールが、直接接続またはポンプを介して接続されている
ことを特徴とする海水淡水化システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１９年３月１２日に、日本国に特許出願された特願２０１９−４５２０３の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束を備えた中空糸膜モジュールを用いたろ過方法、海水を淡水化する方法、および淡水を製造する方法、中空糸膜モジュール、ならびに海水淡水化システムに関するものであり、特に、中空糸膜モジュールの耐圧性を向上させたものである。
【背景技術】
【０００３】
気液吸収、脱気、ろ過用等の用途で、精密ろ過膜、限外ろ過膜を利用した膜ろ過法に用いられる膜として、中空糸膜が知られている。中空糸膜を用いた膜モジュールは、膜面積が大きく、装置を小型化できるために、種々の膜分離の用途に広く利用されている。この主の膜モジュールとして、その両端が樹脂部で固定された複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を備えるものが知られている。【０００４】
中空糸膜モジュールを用いたろ過方法は、原水を中空糸膜の内表面側から外表面側へ透過しろ過水を得る内圧ろ過方式と、外表面側から内表面側へ透過する外圧ろ過方式に大別される。【０００５】
ろ過運転時に中空糸膜束を挿入したモジュールケースにはモジュールケースの内側から外側への陽圧が加わるため、モジュールケースには運転条件に応じた耐圧性が求められる。ろ過の用途によっては、モジュールケースに高い耐圧性が求められることがある。【０００６】
例えば、海水を淡水化する用途において、高い耐圧性が求められることがある。海水を淡水化するために、前処理フィルターとして精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられる。通常、前処理フィルターと脱塩処理を行う逆浸透膜フィルターとの間にはバッファータンクが設けられる。しかしながら近年、システムの省スペース化やバッファータンクに使用する薬剤の量を低減することを目的として、バッファータンクを介さず、前処理フィルターと逆浸透フィルターとを直接接続する脱塩システムが望まれてきている。このような構成において、逆浸透膜に加えられる圧力を保つために、前処理フィルターのモジュールケースにおいても、本来ろ過に必要とされる圧力以上の高い耐圧性が求められる。【０００７】
また、塩類、有機物質、気体、微粒子等を極限まで取り除いた超純水を製造するシステムにおいて、中空糸膜モジュールはファイナルフィルターとして使用される。超純水製造サブシステムにおいては、海水淡水化工程のような頻繁な洗浄工程は行われず、最大で１ＭＰａ前後の圧力が、長期間にわたり中空糸膜モジュールに加わるため、高いクリープ特性が求められる。モジュールケース一体型の中空糸膜モジュールの場合、耐圧性を向上するにはガラス短繊維入りの樹脂のような弾性率の高い素材をケース素材として用いる方法が知られている（特許文献１参照）。また、カートリッジタイプの膜モジュールを挿入するハウジングにおいては、ガラス長繊維とマトリクス樹脂を型となるマンドレルに巻きつけた後に、マトリックス樹脂を完全硬化させ、型から引き抜いた後に切削加工を経てハウジングに供する方法が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１６０５６１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１７２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ガラス繊維入りの樹脂を成形したとしても、ろ過運転の条件によってはパイプ部の肉厚を増加する必要が出てくる。この場合、パイプの内側に厚さを増す場合と、外側に増す場合が考えられる。内側方向に向かって厚さを増した場合、ろ過面積が減少してしまい製品としての性能が低下してしまう。一方パイプ部の外側方向に向かって厚さを増やした場合、ろ過面積は維持できるものの、パイプ部を仕出し成形するためのダイスをその都度用意する必要があり、設備投資が膨大となってしまう。【００１０】
また、特許文献２のように、巻回するガラス繊維の角度を調節することにより、周方向および径方向の耐圧性をある程度コントロールできる特徴がある。しかしながら特許文献２の場合、超純水と接触するハウジング内表面にガラス繊維が露出する懸念があり、溶出の観点から好適なハウジングとは言えない。また、中空糸膜モジュール、スパイラルモジュールハウジング共にろ過液もしくは濃縮液を取り出すためのサイドポートが設けられている場合がある。ケース一体型の中空糸膜モジュールにおいては、サイドポート周辺の内表面と中空糸膜束外周部の間にはろ液もしくは洗浄時の液体が流れるための十分なスペースを確保する必要がある。また、ノズル部近傍の液流れを抑制するための整流筒が設けられる場合があるため、通常ハウジングにおいてはパイプ部とヘッド部は個別に成形し、後で接続する方法が採用される例が多い。しかしながら特許文献２のような製造方法ではマンドレルに巻き付きた後に、製品を必ず引き抜く必要があるため、ハウジングの内径を長手方向に異なる径で成形することは困難である。【００１１】
また、海水淡水化前処理用途のシステムにおいて、主に使用される配管材料として、コストや耐久性の観点からポリエチレンやポリ塩化ビニルが用いられることが多い。また、超純水製造サブシステムにおいては、溶出性や耐熱性の観点からフッ素系の素材を用いた配管が採用される場合が多い。これらプラスチック製配管の場合、種々の運転条件に伴う圧力変動により発生する中空糸膜モジュールの長手方向の変動が、膜モジュールそのものだけでなく、接続された配管にも想定以上の負荷を与えることがわかった。【００１２】
また、できるだけ長くろ過運転を行うために、海水淡水化前処理システムにおいては、膜に詰まった物質を取り除くため、ろ過の途中に短時間、ろ過側と逆側、つまり２次側から１次側に向かって液体を流す逆洗と呼ばれる操作が取り入れられることがある。逆洗はろ過対象液の種類にもよるが数分から数十分に１回程度の頻度で行われる。ろ過モジュールは長期間に渡り繰返し使用するため、相当数の繰り返し圧力変動が加わる。一方、超純水製造サブシステムで製造した超純水は最終的にクリーンルーム内のユースポイントで使用される。従来は超純水製造サブシステムでの造水能力に対して、ユースポイントにおける使用量の比率が少なかったため、ユースポイントへの超純水供給に伴う圧力変動はわずかであった。しかしながら、近年では経済性や環境負荷低減の観点から、ユースポイントにおける超純水の使用量の割合が高くなっている。使用量およびその頻度の増加に伴って、超純水製造サブシステム内における圧力変動の幅および頻度が高くなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上述のような課題を鋭意検討した結果、中空糸膜モジュールの印加圧力に対するハウジングの拡径率と長手方向の伸び率をバランス良く調節することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明をなすに至った。即ち、本発明を以下の通りである。
［１］
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールを用いた、前記中空糸膜モジュール内の圧力が０．３〜１．２ＭＰａでろ過されるろ過方法であって、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たし、
運転時は、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とするろ過方法。
［２］
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールを用いた、前記中空糸膜モジュール内の圧力が０．３〜１．２ＭＰａで海水を淡水化する方法であって、
前記海水を、前記中空糸膜モジュールによりろ過する、ろ過工程と、
前記ろ過工程によるろ液を、前記中空糸膜モジュールに直接接続される逆浸透膜によって、前記ろ過工程の圧力を加圧した圧力下で脱塩する脱塩工程と、を備え、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たし、
運転時は、前記運転条件において、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とする海水を淡水化する方法。
［３］
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールを用いた、前記中空糸膜モジュール内の圧力が０．３〜１．２ＭＰａで淡水を製造する方法であって、
原液を、前記中空糸膜モジュールによりろ過するろ過工程と、
前記ろ過工程によるろ液を、前記中空糸膜モジュールに直接接続される逆浸透膜によって前記ろ過工程の圧力を加圧した加圧下で脱塩する脱塩工程と、を備え、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たし、
運転時は、前記運転条件において、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とする淡水を製造する方法。
［４］
前記中空糸膜モジュールの中空糸膜において、最大で０．３ＭＰａ膜内外差圧で、最大で０．８ＭＰａの圧力で該中空糸膜の外表面側に７０℃以上８０℃以下の原水を供給して、最大で０．８ＭＰａの圧力で該中空糸膜の内表面側からろ液を取出す、ろ過工程を備える
ことを特徴とする［１］に記載のろ過方法。
［５］
前記中空糸膜モジュールの中空糸膜において、最大で０．３ＭＰａ膜内外差圧で、最大で１．２ＭＰａの圧力で該中空糸膜の外表面側に２０℃以上３０℃以下の原水を供給して、最大で１．２ＭＰａの圧力でろ液を取出す、ろ過工程を備える
ことを特徴とする［１］に記載のろ過方法。
［６］
複数の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束がモジュールケースに挿入され、該中空糸膜の両端部がポッティング材により一体化された、中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜モジュールは、無拘束下で該中空糸膜モジュール内の圧力を１．０ＭＰａとした場合に、前記中空糸膜モジュールの長手方向における中央部分の拡径率がＲ％、長手方向の伸びがＬ％であることに対して、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係にあり、
運転時は、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６である
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
［７］
前記モジュールケースのヘッダ部はガラス短繊維を含有するプラスチックから構成され、
前記モジュールケースのパイプ状部はプラスチック部の内層とガラス長繊維を含むガラス繊維強化樹脂部からなる外層から構成され、
前記ガラス繊維強化樹脂部にはガラス長繊維が前記モジュールケースの菅軸方向に対して６０°〜１２０°の角度で巻回されている
ことを特徴とする［６］に記載の中空糸膜モジュール。
［８］
前記モジュールケースの少なくとも一部は、外表面側に層状のガラス繊維強化樹脂部を含み、前記ガラス繊維強化樹脂部を含有するモジュールケースの少なくとも一部において、前記モジュールケースの肉厚に対する前記層状のガラス繊維強化樹脂部の肉厚の割合が５％以上５０％以下である
ことを特徴とする［６］または［７］に記載の中空糸膜モジュール。
［９］
前記モジュールケースの少なくとも一部は、ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの少なくとも一つを有し、
前記ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの少なくとも一つの１平方メートルあたりの重量が、５０ｇ以上６００ｇ以下であることを特徴とする［６］から［８］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［１０］
前記ガラス繊維強化樹脂部のうちパイプ状部を被覆する第１のガラス繊維強化樹脂部と、ヘッダ部を被覆する第２のガラス繊維強化樹脂部と、ノズル部を被覆する第３のガラス繊維強化樹脂部とを含み、
前記第１のガラス繊維強化樹脂部および前記第２のガラス繊維強化樹脂部のガラス繊維が交互に重なり合う領域があり、
前記第２のガラス繊維強化樹脂部および前記第３のガラス繊維強化樹脂部のガラス繊維が交互に重なり合う領域を持つ
ことを特徴とする［８］に記載の中空糸膜モジュール。
［１１］
前記第３のガラス繊維強化樹脂部に使用されるガラス繊維の前記ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの少なくとも一つの１平方メートルあたりの重量が、５０ｇ以上３００ｇ以下である
ことを特徴とする［１０］に記載の中空糸膜モジュール。
［１２］
前記モジュールケースでは、プラスチック部の外表面側に前記ガラス繊維強化樹脂部を積層しており、
前記ガラス繊維強化樹脂部と前記プラスチック部の引張せん断強度が３ＭＰａ以上である
ことを特徴とする［８］、［１０］、［１１］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［１３］
前記ガラス繊維強化樹脂部中の、前記ガラス繊維を有するガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットのすくなくとも一つが、前記モジュールケース内でらせん状に巻回され、
それらの幅が、３０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下である
ことを特徴とする［８］、［１０］から［１２］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュール。
［１４］
海水をろ過する、［６］から［１３］のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜モジュールによるろ液を脱塩する、逆浸透膜モジュールと、を備え、
前記中空糸膜モジュールおよび前記逆浸透膜モジュールが、直接接続またはポンプを介して接続されている
ことを特徴とする海水淡水化システム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ろ過システムを安定に長期間できる運転システムおよび運転方法を採用しながら、高圧かつ圧力変動を伴うろ過運転を長期間安定に行うことができる実用性に優れた中空糸膜モジュールを用いたろ過方法、海水を淡水化する方法、および淡水を製造する方法、中空糸膜モジュール、ならびに海水淡水化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による中空糸膜モジュールを示す縦端面図である。
【図２】図１の中空糸膜モジュールの変形例を示す縦断面図である。
【図３】図１のモジュールケースにおけるガラス繊維を含有する部分の断面図である。
【図４】図１のモジュールケースにおけるプラスチック部の外周面を被覆するガラス繊維のガラス繊維を含有する部分の断面図である。
【図５】図１のモジュールケース内におけるガラス繊維の傾斜を示す図である。
【図６】図１のモジュールケース内におけるガラス繊維の布状態の巻きまわしの態様を示す図である。
【図７】ノズル部を被覆するためのガラスクロスの一形態を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る海水淡水化前処理システムの例を示す構成図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る超純水製造サブシステムの例を示す構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る超純水製造サブシステム中の中空糸膜モジュールシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明はその要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
【００１７】
図１、２に示す、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１０は、例えば、上水処理用途又は食品精製用途、超純水製造用途に用いられる。本実施形態の中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜１１、ポッティング材１２、およびモジュールケース１３を備えている。
【００１８】
中空糸膜１１は多孔質であり、通過する流体をろ過する。本実施形態においては、中空糸膜１１は、複数本の中空糸膜１１を束ねた中空糸膜束としてモジュールケース１３に挿入された状態で収容されている。
【００１９】
なお、中空糸膜１１の材質は特に制限されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、アクリロニトリル、ならびに酢酸セルロース等が用いられている。中でも、結晶性を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンービニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、およびポリフッ化ビニリデン等の結晶性熱可塑性樹脂は、強度発現の面から好適に用いることができる。さらに好適には、疎水性ゆえ耐水性が高く、通常の水系液体のろ過において耐久性が期待できる、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。特に好適には、耐薬品性等の化学的耐久性に優れるポリフッ化ビニリデンを用いることができる。ポリフッ化ビニリデンとしては、フッ化ビニリデンホモポリマーや、フッ化ビニリデンの比率が５０モル％以上であるフッ化ビニリデン共重合体が挙げられる。フッ化ビニリデン共重合体としては、フッ化ビニリデンと、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化塩化エチレンまたはエチレンから選ばれた１種以上との共重合体が挙げられる。ポリフッ化ビニリデンとしては、フッ化ビニリデンホモポリマーが最も好ましい。
【００２０】
中空糸膜１１のサイズは特に限定しないが、中空糸膜１１の内径０．４〜３ｍｍ、外径０．８〜６ｍｍ、膜厚０．２〜１．５ｍｍ、中空糸膜１１の阻止孔径０．０２〜１μｍ、膜間差圧０．１〜１．０ＭＰａの耐圧性を備えたものが好ましく用いられる。
【００２１】
ポッティング材１２は、中空糸膜１１の少なくとも一部をモジュールケース１３に固定している。本実施形態においては、ポッティング材１２は、中空糸膜１１の両端部と一体化して、後述するモジュールケース１３のハウジング本体１４に固定されている。本実施形態において、ポッティング材１２は、中空糸膜１１の外周面およびハウジング本体１４の内周面の間にポッティング材１２を充填して硬化させることにより、形成されている。
【００２２】
なお、ポッティング材１２の材質は特に制限されないが、例えば、二液混合型硬化性樹脂が適用され、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、およびシリコン樹脂等が好適に用いられている。ポッティング材１２は、粘度、可使時間、硬化物の硬度や機械的強度、および原液に対する物理的および化学的安定性、中空糸膜１１との接着性、モジュールケース１３との接着性を勘案して、適切に選定することが望ましい。例えば、製造時間の短縮化および生産性の向上の観点からは、可使時間の短いウレタン樹脂を用いることが好ましい。また、機械的強度が求められる場合は、機械的耐久性を有するエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、ポッティング材１２にはこれらの樹脂を複数用いてもよい。
【００２３】
モジュールケース１３は、中空糸膜１１を収容している。モジュールケース１３のサイズは特に限定しないが、全長７００〜２５００ｍｍ、外径５０〜２５０ｍｍであることが好ましい。モジュールケースの肉厚は２〜２０ｍｍであることが望ましく４〜１８ｍｍであることがより望ましい。モジュールケース１３は、ハウジング本体１４および２つのキャップ部材１５を備えている。
【００２４】
ハウジング本体１４は、本実施形態において、全体として筒状の筒状体であり、当該筒状体の内部に中空糸膜１１を収容している。ハウジング本体１４は、本実施形態において、別部材である、パイプ状部１６および２つのヘッダ部１７を備えている。ただし、パイプ状部１６およびヘッダ部１７は分割されない単一の部材であってもよい。
【００２５】
パイプ状部１６は、本実施形態において、筒状をなしている。パイプ状部１６の軸方向の両端部それぞれに、ヘッダ部１７が係合している。本実施形態においては、パイプ状部１６と両ヘッダ部１７とを接着することにより、一体化されたハウジング本体１４が形成されている。
【００２６】
ヘッダ部１７は、本実施形態において、筒状部を有している。ヘッダ部１７は、ヘッダ部１７の筒状部の内部とパイプ状部１６の内部とが連通し、かつ互いに軸線が一致するように、パイプ状部１６に係合されている。また、パイプ状部１６と係合する部分付近のヘッダ部１７の外表面部は、繊維強化樹脂を被覆しやすくするためにテーパ状の形状とし、パイプ状部１６の外表面との段差を緩和した構造であっても良い。また、ガラスクロスやガラスロービングとの密着性を向上させるため、ヘッダ部１７の外表面部の一部に周方向の凸部または凹部を有する構造としても良い。このような構造とすることで、内圧による中空糸膜モジュール１０の長手方向の伸びを、より効果的に抑制することが可能となる。
【００２７】
ヘッダ部１７は、本実施形態において、ノズル部１８を有している。ヘッダ部１７の筒状部の側面に、当該筒状部の軸方向に対して垂直に突出するノズル部１８が設けられている。ノズル部１８は、ヘッダ部１７の軸方向においてポッティング材１２よりもパイプ状部１６側に設けられている。
【００２８】
開放されているノズル部１８（図１の例では、上側のノズル部１８、図２例では上下両方のノズル部１８）は、ヘッダ部１７の内部および外部の間で流体を通過させるポートとして機能する。したがって、ノズル部１８は、ハウジング本体１４の内周面、各中空糸膜１１の外周面、およびポッティング材１２の露出面によって画定される内部空間に外部から流体を流入させ得、また当該内部空間から外部に流体を流出させ得る。
【００２９】
キャップ部材１５は、本実施形態において、一端が開放された筒状又はテーパ形状をなしている。キャップ部材１５の開放された端は、ハウジング本体１４の軸方向の両端において、ハウジング本体１４に係合している。本実施形態において、キャップ部材１５は、ナット１９によりハウジング本体１４に固定されている。なお、キャップ部材１５とポッティング材１２およびハウジング本体１４の少なくとも一方との間にはＯリング２０が設けられ、キャップ部材１５とハウジング本体１４により画定される内部空間が液密に密封されている。
【００３０】
キャップ部材１５の閉鎖端又はテーパ形状部の細径部側に、管路２１が設けられている。管路２１は、ハウジング本体１４の軸方向に平行に突出している。管路２１は、キャップ部材１５の内部および外部間で流体を通過させるポートとして機能する。したがって、管路２１は、キャップ部材１５およびポッティング材１２によって画定される内部空間に外部から流体を流入させ得、また当該内部空間から外部に流体を流出させ得る。
【００３１】
さらに、図１の例において、中空糸膜１１の長手方向の一方の端はポッティング材１２およびキャップ部材１５が画定する空間に開口を露出し（図面上側）、他方の端はポッティング材１２に埋設され、開口は閉鎖されている（図面下側）。中空糸膜１１が埋設されている側のポッティング材１２には、軸方向に沿った貫通孔ｔｈが形成されている。また、中空糸膜１１が埋設されている側のノズル部１８は閉鎖されている。
【００３２】
このような構成の中空糸膜モジュール１０では、例えば、中空糸膜１１が埋設されている側の管路２１（図面下側）を通じて中空糸膜モジュール１０に流入させた原液は、貫通孔ｔｈから、ハウジング本体１４の内周面、中空糸膜１１の外周面、および両ポッティング材１２の露出面により画定される内部空間に流入する。当該内部空間に流入した原液は、解放されたノズル部１８（図面上側）に向かってハウジング本体１４の中空部内を通過しながら、一部が中空糸膜１１によってろ過される。ろ過されたろ液が中空糸膜１１の中空部内を通過して、開口が露出している側の管路２１（図面上側）から排出される。また、解放されたノズル部１８まで通過した原液が、濃縮液として排出される。
【００３３】
なお、図２に示すように、中空糸膜モジュール１０において、中空糸膜１１の長手方向の両端が、ポッティング材１２およびキャップ部材１５が画定する空間に開口を露出し、いずれのポッティング材１２にも貫通孔が形成されず、さらにいずれのノズル部１８も解放されている構成であってよい。
【００３４】
中空糸膜モジュール１０は、ヘッダ部１７内に、円筒状の整流筒２６を有してもよい。整流筒２６は、ヘッダ部１７の軸線と一致するように配置されている。整流筒２６は、一端がポッティング材１２内に埋設しており、他端はノズル部１８よりもパイプ状部１６の長手方向中心側で終端している。
【００３５】
このような構成の中空糸膜モジュール１０では、例えば、一方の管路２１から中空糸膜モジュール１０に流入させた原液は、他方の管路２１に向かって中空糸膜１１の中空部内を通過しながら、一部が中空糸膜１１によってろ過される。ろ過されたろ液は、ハウジング本体１４の内周面、中空糸膜の外周面、および両ポッティング材１２の露出面により画定される内部空間に流入する。当該内部空間に流入したろ液がノズル部１８から排出される。また、中空糸膜の中空部内を他方の管路２１まで通過した原液が、濃縮液として当該他方の管路２１から排出される。あるいは、中空糸膜モジュール１０の一方のノズル部１８に原液を流入させることにより、ろ液が管路２１から排出され、濃縮液が他方のノズル部１８から排出されてもよい。
【００３６】
モジュールケース１３の少なくとも一部分は、ガラス繊維を含有している。本実施形態において、モジュールケース１３の中のハウジング本体１４が、ガラス繊維を含有している。より具体的には、本実施形態において、ハウジング本体１４において筒状であるパイプ状部１６およびヘッダ部１７の少なくともいずれかがガラス繊維を含有している。さらに具体的には、本実施形態において、パイプ状部１６およびヘッダ部１７がガラス繊維を含有している。ガラス繊維として、その化学組成によりＥガラス、Ｃガラス、Ｓガラス、Ｄガラス等が知られているが、適宜選択することができる。 また、ヘッダ部１７はガラス短繊維を予め含んだ樹脂材で成型されてもよい。
【００３７】
モジュールケース１３は、熱可塑性プラスチックにより構成されるプラスチック部とガラス繊維を含むガラス繊維強化樹脂部を有している。プラスチック部は射出成型、押出し成型等により製造することができ、部分的なパーツを予め成型し、後から熱溶着や溶剤接合、接着剤により接合してもよいし、予め一体型を成型してもよい。プラスチック部の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂および塩化ビニル樹脂、および、変性ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。モジュールケースの素材としてステンレスを用いることも可能であるが、長期にわたり海水と接触する用途においては、プラスチック製のモジュールケースの採用が好ましい。 また、超純水製造用途においては、金属イオンの微量な溶出が課題になることから、同様にプラスチック製のモジュールケースの採用が好ましい。ガラス繊維強化樹脂部は、モジュールケース１３における、ガラス繊維を含有する部分に設けられている。ガラス繊維強化樹脂部は、ガラス繊維とともに、さらに硬化性樹脂を含んでいる。硬化性樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂である。本実施形態においては、硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂である。
【００３８】
図３に示すように、本実施形態では、モジュールケース１３の肉厚方向において、プラスチック部２２およびガラス繊維強化樹脂部２３が積層されている。さらに、本実施形態では、モジュールケース１３の肉厚方向の内側に層状のプラスチック部２２が配置され、外表面側に層状のガラス繊維強化樹脂部２３が配置されている。
【００３９】
モジュールケース１３のガラス繊維を含有する部分の少なくとも一部において、モジュールケース１３の肉厚に対する、ガラス繊維強化樹脂部２３の被覆層の肉厚の割合は５％以上５０％以下であることが望ましい。すなわち、（ガラス繊維強化樹脂部２３の被覆層の肉厚（ｍｍ）／モジュールケース１３の肉厚（ｍｍ））×１００の値が５％以上５０％以下であることが望ましい。当該割合が５％より低いと、耐圧補強の効果が十分に得られない場合がある。また、当該割合が５０％よりも高いと耐圧効果はあるものの、ガラス繊維強化樹脂部２３の成型時に発生する硬化発熱が大きくなりすぎ、プラスチック部２２を膨張させてしまい、硬化後のモジュールケース１３の全長が変動してしまう等の問題が発生する可能性がある。
【００４０】
本実施形態においてガラス繊維強化樹脂部２３を構成している、ガラス繊維は、長さ３ｃｍ以上のガラス長繊維である。また、図４に示すように、当該ガラス繊維２４は、プラスチック部２２の管軸の外周を少なくとも７２０°以上連続であることが望ましい。ガラス繊維２４が連続的にプラスチック部２２を巻回していることにより、プラスチック部２２が径方向に内圧負荷を受けても、局所的に大きな変異が発生する部位が存在しないため、耐圧性を均一に向上することができる。
【００４１】
また、図５に示すように、ガラス繊維２４は、モジュールケース１３の管軸方向に対して、３０°〜１５０°の角度θで巻回している。より好ましくは、ガラス繊維２４は当該管軸方向に対して、４５°〜１３５°の角度θで巻回されている。さらに好ましくは、ガラス繊維２４は当該管軸方向に対して、６０°〜１２０°の角度θで巻回されている。ガラス繊維２４の管軸方向に対しする巻回角度を調整することで内圧による径方向の拡径と長手方向の伸びをバランス良く抑えることができる。
【００４２】
ガラス繊維２４の表面は熱硬化性樹脂との接着性を向上するためにシランカップリング剤による処理を施したものであってもよい。
【００４３】
ガラス繊維２４は、本実施形態において、例えば、ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットのように、加工された布状体の内部でガラス繊維が連続したものであり、プラスチック部２２を被覆している。ガラスクロスは、捻りをかけたガラス繊維の束であるストランドを用いて編んだ布状体である。ロービングクロスは、ストランドに捻りを加えていない状態のものを用いて編んだ布状体である。または、ガラス繊維２４は、ガラスロービングのように束状体の形態でプラスチック部２２を被覆してもよい。
【００４４】
ガラスクロスおよびロービングクロスの種類は特に限定しないが、平織、あや織、目抜き平織、朱子織等を用いることができる。また、ガラスクロス、ロービングクロス、およびチョップドストランドマットの１平方メートルあたりの重量は５０ｇ／ｍ２〜６００ｇ／ｍ２が望ましく、１００ｇ／ｍ２〜５００ｇ／ｍ２がより望ましく、２００ｇ／ｍ２〜４００ｇ／ｍ２がさらに望ましい。５０ｇ／ｍ２よりも軽い場合、多重に積層しなければ十分な強度が得られず、かつ、積層工程が煩雑になる。また、６００ｇ／ｍ２よりも重い場合、ガラスクロスまたはロービングクロスのプラスチック部に対する追従性が悪くなり、密着性が悪くなる可能性がある。特に、ノズル部１８をガラスクロス等で被覆する場合、形が複雑であるため、１平方メートルあたりの重量は３００ｇ／ｍ２以下であることが望ましい。
【００４５】
ガラスロービングの種類は特に限定しないが、１ｋｍあたりの重量は１０００ｇ／ｋｍ〜５０００ｇ／ｋｍが望ましく、１５００ｇ／ｋｍ〜４５００ｇ／ｋｍがより望ましく、２０００ｇ／ｋｍ〜４０００ｇ／ｋｍがさらに望ましい。１０００ｇ／ｋｍよりも軽い場合、必要な積層量に到達するまでに時間を要してしまう。また、５０００ｇ／ｋｍよりも重い場合、ガラス繊維間に充填する硬化性樹脂が十分に浸透せず本来の強度を発揮できない可能性がある。
【００４６】
ガラス繊維強化樹脂部２３のガラス繊維体積含有率（Ｖｆ）＝１００×（ガラス繊維の体積＋熱硬化性樹脂の体積）は５〜７０％であることが望ましい。このガラス繊維体積含有率が５％より低くなると、補強効果が十分に発現しないことがある。また、７０％を超えると、ガラス繊維強化樹脂２３中にボイドが発生しやすくなり、ガラス繊維強化樹脂部２３の物性が低下する可能性がある。また、ガラス繊維強化樹脂２３の表面に、熱硬化性樹脂に被覆されず、ガラス繊維２４がむき出しとなった状態が発生する場合がある。このような状態では、ガラス繊維２４のこすれによってガラス繊維が断線し、毛羽立ちやすくなり、物性が低下する。また、ガラス繊維強化樹脂部２３のガラス繊維体積含有率は望ましくは２０％〜６０％の範囲である。
【００４７】
ガラス繊維２４の布状体２５の幅は、３０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下であることが望ましい。幅が３０ｍｍよりも狭いと１回あたりの被覆に要する作業時間が長くなってしまう。一方１４０ｍｍよりも幅が広くなると、巻回している際、ガラス繊維２４の布状体がよじれてしまい、しわが発生しやすくなる可能性がある。
【００４８】
図６に示すように、ガラス繊維２４の布状体２５は、モジュールケース１３の管状の部分にらせん状に巻回されている。巻回しにより管軸方向において隣接する、ガラス繊維２４の布状体２５の重なり割合は、平均で３％以上７０％以下であることが好ましく、１０％〜５０％がより望ましく、２０％〜４０％がさらに望ましい。なお、ガラス繊維２４の布状体２５の重なり割合とは、管軸方向における、布状体２５の幅に対する布状体２５の重なり幅の割合である。重なる割合が３％より低いと、巻回する場所によって布状体２５が重ならない場所が発生する可能性がある。また７０％よりも高い場合、工程上時間がかかり、効率的ではない。
【００４９】
本実施形態では、種類の異なるガラス繊維２４の布状体２５が、複数積層されていてもよい。例えば、モジュールケース１３のプラスチック部２２をガラスクロスが被覆し、当該ガラスクロスが被覆された外周をロービングクロスおよびチョップドストランドマットの少なくとも一方が被覆してもよい。または、プラスチック部２２をロービングクロスが被覆し、当該ロービングクロスが被覆された外周をガラスクロスおよびチョップドストランドマットの少なくとも一方が被覆してもよい。または、プラスチック部２２をチョップドストランドマットが被覆し、当該チョップドストランドマットが被覆された外周をガラスクロスおよびロービングクロスの少なくとも一方が被覆してもよい。
【００５０】
本実施形態のような中空糸膜モジュール１０において、ガラス繊維強化樹脂部２３を被覆する場合、ガラスクロス等はパイプ状部１６、ヘッダ部１７、ノズル部１８の３種類に分割して被覆しても良い。この場合、パイプ状部１６とヘッダ部１７の境界部分においてはそれぞれのガラスクロス等がオーバーラップしていることが望ましい。オーバーラップする幅はハウジングの構造にもよるが５０ｍｍ以上あることが望ましい。同様にヘッダ部１７とノズル部１８の境界部分においてもそれぞれのガラスクロス等がオーバーラップしていることが望ましい。図７に示すように、ノズル部１８のガラスクロス２７の形状としては、予め長方形の形状に切り出したガラスクロス２８において、その長辺の長さはノズル部分１８を３６０°以上に巻回できる長さが良く、またその短辺の長さはノズル部１８の全長およびヘッダ部１７本体まで覆うことが可能であれば良い。そして長辺側の下端部分には適当な間隔で切れ込みを加え、ヘッダ部１７本体およびオーバーラップさせるガラスクロスとの追従性を良くした形状が望ましい。ノズル部１７の付け根部分は応力が集中しやすい箇所であるが、上記のようにガラス繊維を被覆することで応力に対する補強効果を発揮することができる。
【００５１】
ガラス繊維強化樹脂部２３に用いられる熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を使用することができるが、エポキシ樹脂がより好適に用いられる。エポキシ樹脂の主剤としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、１，４ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６ヘキサンジールジグリシジルエーテル等を単独または適宜配合し用いることができる。また硬化剤としてはアミン系硬化剤、酸無水物等が用いられるが、常温で硬化するためにはアミン系硬化剤を用いることが好ましい。上記主剤、硬化剤を配合し混合初期の粘度が５００ｍＰａ・ｓ以上５０００ｍＰａ・ｓ以下となることが望ましい。５０００ｍＰａ・ｓより粘度が高いとガラス繊維中にエポキシ樹脂が含浸しづらくなりガラス繊維強化樹脂部２３中に気泡が残留しやすくなる。また５００ｍＰａ・ｓ以下となった場合は、一度含浸したエポキシ樹脂がガラス繊維２４中から垂れてしまい、所望の形状のまま硬化することができなくなるおそれがある。
【００５２】
次に、上述した中空糸膜モジュール１０の製造方法について説明する。中空糸膜モジュール１０の製造工程の説明においては、ポッティング材１２としてウレタン樹脂を使用した場合について記載する。但し、ウレタン樹脂に限定されるわけではなく、他の樹脂を使用した場合でも同様の製造工程にて中空糸膜モジュール１０を製造することができる。なお、本実施形態では、機械的強度の向上の観点から、ポッティング材１２としてエポキシ樹脂が用いられる。または、本実施形態では、製造時間の短縮化および生産性の向上の観点から、ポッティング材１２としてウレタン樹脂が用いられる。
【００５３】
中空糸膜１１はモジュールケース１３に挿入できるように円筒状に中空糸膜束を整えることで、膜モジュールあたりの膜面積、すなわちろ過面積を最大化することができる。中空糸膜束の外周には保護用のネットをさらに被覆してもよい。ネットの素材は特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニルコポリマー等が望ましい。中空糸膜の充填率を高くしすぎると、原液もしくはろ過液の流れが悪くなったり、運転時の逆洗工程における洗浄効率が低下したりする。運転方法にもよるが、モジュールケース１３の内径に対する、モジュールケース１３に挿入する中空糸膜１１の断面積の総和が４０〜７０％になることが望ましい。中空糸膜束の両端部は後段のポッティング工程でポッティング剤により閉塞しないように目止めしておくことが望ましい。目止めに用いる素材としてはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、およびシリコン樹脂等が用いられる。
【００５４】
目止めした中空糸膜束を所望の形状に成型したプラスチック部２２に挿入した後、プラスチック部２２の両端部にポッティング剤を用いて接着するポッティング工程を行う。接着方法としてはプラスチック部２２の中央部を中心として回転させることにより発生する遠心力を利用してポッティング材１２を導入する遠心接着法と、プラスチック部２２を縦置きし、ヘッド差を利用してポッティング材１２を導入する静置接着法がある。接着方法は、中空糸膜モジュール１０の全長やモジュールケース１３の径、使用するポッティング剤の混合初期粘度やポットライフにより、適宜選択することができる。ポッティング材１２が硬化した後に、さらに高温で養生する時間を設けてもよい。完全にポッティング材１２が硬化した後に、目止めした部分を除去し、中空糸膜１１の端部を開口させる。
【００５５】
本実施形態においては、中空糸膜束のプラスチック部２２へのポッティング工程の後にガラス繊維強化樹脂部２３の被覆工程を説明しているが、被覆工程を接着工程の前に実施してもよい。
【００５６】
プラスチック部２２とガラス繊維強化樹脂部２３との接着性を向上させるための処理をプラスチック部２２の外表面に施してもよい。処理方法は特に限定しないが、化学処理、プラズマ処理、粗面化処理等が挙げられる。また、粗面化の手段としては、サンドペーパーやサンドブラストを用いることができるが、粗面化後に発生する発塵を取り除くことが接着性を維持するために重要である。粗面化の目安としては算術平均粗さで面粗さ（以下Ｒａ）が１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。測定方法はＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：１９９４に基づく。
【００５７】
プラスチック部２２の外表面とガラス繊維強化樹脂部２３との接着強度は、一体化させる観点から高く保つことが良い。例えば、引張せん断強度は３ＭＰａ以上あることが望ましい。さらに望ましくは、引張せん断強度は、４．５ＭＰａ以上ある。
【００５８】
上述のポッティング工程後に、ガラス繊維強化樹脂部２３の被覆工程を行う。被覆工程においては、ガラスクロスおよびロービングクロス等のガラス繊維２４の布状体２５を連続的に被覆する場合、フープ巻きと呼ぶ、ガラス繊維２４の布状体２５をプラスチック部２２に部分的に重ねながら巻回することで、特に径方向の膨らみに対して良好な耐圧強度を保持することができる。なお、フープ巻きは、軸方向に略垂直に巻く巻き方であり、軸方向に微小に傾斜させてらせん状に巻く巻き方も含んでいる。また、中空糸膜モジュール１０の長手方向の伸びを抑制するためには、ヘリカル巻きと呼ぶ、軸方向に対して角度をつけ斜めに巻く巻き方を選択してもよい。巻回する際はガラス繊維２４の布状体２５とプラスチック部２２との間に隙間が発生しないように巻回させることが望ましい。上述のように、ガラス繊維２４の布状体２５同士が重なる割合は、平均で３％〜７０％が望ましく、１０％〜５０％がより望ましく、２０％〜４０％がさらに望ましい。
【００５９】
上述のように、ガラスクロスの幅はモジュールケース１３の径にもよるが、３０ｍｍ〜１４０ｍｍが適している。巻回時は専用の装置を用いてもよいし、手作業で実施してもよい。この時、プラスチック部２２を管軸方向中心に回転させながら巻回してもよい。
【００６０】
専用の装置としてフィラメントワインディング装置を用いてもよい。フィラメントワインディング装置の構成としては、以下の例が挙げられる。まず、ガラスロービングを束ねたボビンをクリールスタンドと呼ばれる給糸装置に取付け、ガラスロービングを供給しながら張力を制御する。その後、レジンパスと呼ばれる含浸装置へガラスロービングを通し、熱硬化性樹脂に含浸させる。樹脂の付着量は適宜調整されるが、狙いとするガラス繊維強化樹脂中のガラス繊維の比率である繊維体積含有率（Ｖｆ）をもとに決められる。また、レジンパスは適宜温度調整されてもよい。一方、中空糸膜モジュール１０もしくはハウジング本体１４は、フィラメントワインディング装置本体に固定される。固定の方法は、中空糸膜モジュール１０の状態であれば、中空糸膜モジュール１０の両端部の外表面部分を把持してもよい。また、中空糸膜１１を挿入する前のハウジング本体１４の状態であれば、同じく両端部の外表面部分を把持してもよいし、ハウジング本体１４の内表面側を把持してもよく、その後のキュアリング工程を含めたハンドリング性を考慮して適宜選択できる。ガラスロービングの先端をハウジング本体１４の一部分に固定した後に、ハウジング本体１４を回転させ、ロービングを巻き付ける。巻回時のガラス繊維の張力はひとつのボビンから繰り出されるガラスロービングにつき０．１Ｎ〜３０Ｎで適宜調整される。０．１Ｎよりも低い張力の場合、ハウジング本体１４表面への密着性または、張力をかけて余分に含浸させた樹脂を除去するという効果に課題が出る場合がある。また３０Ｎよりも高い張力の場合、ワークであるハウジングに余分な負荷が発生し、残留応力が発生する場合がある。また、ハウジング本体１４の回転速度に関しては、１０ｍ／ｍｉｎ〜２００ｍ／ｍｉｎの範囲で適宜調整することができ、より好ましくは２０ｍ／ｍｉｎ〜１６０ｍ／ｍｉｎであり、さらに好ましくは４０ｍ／ｍｉｎ〜１２０ｍ／ｍｉｎの範囲である。また巻回時、ハウジング本体１４の上部にヒーターを設置し、硬化を促進してもよい。含浸させる樹脂が光硬化性樹脂の場合であれば、硬化させるための紫外光を発生させる装置を備えていてもよい。
【００６１】
要求される設計耐圧に応じて、前述のフープ巻きやヘリカル巻きを繰り返し行ってもよい。
【００６２】
さらに必要であれば、フープ巻きを施した外周部に、ガラスクロスを覆うことが可能な面積を有するロービングクロスを被覆してもよい。この時、ロービングクロスの片端部が、他端部と少なくとも１ｃｍ以上、望ましくは３ｃｍ以上、より望ましくは５ｃｍ以上オーバーラップしていてもよい。また、モジュールケース１３のノズル部１８等は適宜ロービングクロスを予め定長切断し、しわが極力少なくなるように被覆することが重要である。さらにノズル部１８のような形状部分には後述する熱硬化性樹脂の含浸後も気泡が残りやすい傾向がある。そのため、ローラー等で気泡を取り除くことで耐圧性を十分に発揮することができる。
【００６３】
さらに必要に応じて、チョップドストランドマットをロービングクロスの外周部に被覆してもよい。
【００６４】
上述のロービングクロス、ガラスクロス、およびチョップドストランドマット等のガラス繊維２４の布状体２５には、熱硬化性樹脂が含浸される。ガラス繊維２４の布状体２５への熱硬化性樹脂の含浸は、プラスチック部２２への巻回し前に行われていても、巻回し後に行われてもよい。また、予めプラスチック部２２の外表面部に熱硬化性樹脂を塗布しておいてもよい。ガラス繊維２４の布状体２５に含浸した熱硬化性樹脂を室温で硬化させた後、使用している中空糸膜１１およびモジュールケース１３の素材にもよるが、５０℃〜８０℃の温度で養生することが望ましい。熱硬化性樹脂が完全に硬化することにより、耐候性、耐薬品性、および耐久性を確保することができる。８０℃を超える温度で養生を行った場合、ガラス繊維強化樹脂部２３そのもの、およびプラスチック部２２の外表面部とガラス繊維強化樹脂部２３とのせん断強度についてはより良好な強度を得られる。その一方でプラスチック部２２もしくは中空糸膜モジュール１０に採用されるその他の素材の種類によっては、養生温度が当該素材の耐熱温度を超える場合がある。またそのような高温状態に中空糸膜１１を長時間乾燥すると中空糸膜１１の細孔から水分が蒸発してしまい透水性能が保てなく可能性がある。
【００６５】
養生後は必要に応じて、ガラス繊維強化樹脂部２３の表層をサンディングしてもよい。また用途によっては、ガラス繊維強化樹脂部２３の表層に塗装を施してもよい。塗装の厚みとしては最大でも３０μｍ程度が良い。それ以上の厚みの場合、塗料中の有機溶媒が適切に揮発せず塗装層に気泡として残留する場合がある。また、熱収縮性フィルムを被覆してもよい。熱収縮性フィルムは養生後に被覆してもよいし、巻回後、養生前に被覆してもよい。
【００６６】
以上のように構成された中空糸膜モジュール１０によれば、例えば、ノズル部１８を介して原水を中空糸膜モジュール１０に導入することにより、中空糸膜１１によってろ過されたろ過水が管路２１の少なくとも一方を介して中空糸膜モジュール１０から排出されると共に、ノズル部１８の残りの一方を介して濃縮水が中空糸膜モジュール１０から排出される。
【００６７】
また、管路２１のいずれか一方を介して原液を中空糸膜モジュール１０に導入することにより、管路２１の残りの一方を介して濃縮水が中空糸膜モジュール１０から排出されると共に、中空糸膜１１によってろ過されたろ過水が二つのノズル部１８を介して中空糸膜モジュール１０から排出される。
【００６８】
また、プラスチック部２２の外周にガラス繊維強化樹脂部２３を被覆することにより、原水等の原液とガラス繊維強化樹脂部２３との接触を防止し得る。したがって、中空糸膜モジュール１０は、原液とガラス繊維２４が含まれる樹脂との接触が好ましくない用途にも適用し得る。
【００６９】
以下、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１０を用いたろ過システムに関して具体的に説明する。
【００７０】
なお、以下に説明する、ろ過システムでは、中空糸膜モジュール１０内の圧力が０．３ＭＰａ〜１．２ＭＰａでろ過される。なお、０．３ＭＰａ〜１．２ＭＰａでろ過されるとは、特定されない限り、ろ過工程および逆洗工程の少なくとも一方において、０．３ＭＰａ〜１．２ＭＰａの圧力が中空糸膜モジュール１０内に印加されることを意味する。圧力が中空糸膜モジュール１０内に印加されるとは、少なくとも、ハウジング本体１４の内部に圧力が印加されることを意味する。
【００７１】
また、ろ過システムにおいて、モジュールケース１３内を１．０ＭＰａに加圧して、パイプ状部１６の中央部分の拡径率をＲ％、長手方向の伸び率をＬ％としたとき、０．５＜Ｒ／Ｌ＜５の関係を満たすと良い。Ｒ／Ｌが０．５よりも小さい場合、Ｌの伸び率が拡径率に比べて大きいため、長手方向が拘束された時に通常以上に拡径方向に負荷が発生する場合がある。またＲ／Ｌが５以上の場合、拡径率が大きいため、長手方向が拘束された応力が径方向に付加された場合、長期間の応力変動に耐えきれない可能性がある。
【００７２】
また、ろ過システムにおいて、上述のろ過を行う運転時に、０＜Ｒ＜０．２５かつ０＜Ｌ＜０．０６の関係を満たすと良い。Ｒが０．２５以上の場合、長期間におよぶ高圧でろ過を行う運転、および運転工程の切り替えに伴う圧力変動により、モジュールケース１３にクラックが発生する可能性がある。またＬが０．０６以上の場合、同様に長期間におよぶ高圧でろ過を行う運転、および運転工程の切り替えに伴う圧力変動により、後に詳細に説明する図１０に示す、中空糸膜モジュール１０に接続固定された供給配管４２、排出配管４３、ろ液配管４４に対して、ろ過運転の工程切り替えに伴う圧力変動により過大な付加が発生し、クラックが発生する可能性がある。ろ過を行う運転時に、例えば、室温でモジュールケース１３内が最大で１．２ＭＰａ、４０℃の液温条件でモジュールケース１３内が最大で０．９ＭＰａ、８０℃の液温条件でモジュールケース１３内が最大で０．８ＭＰａであることが望ましい。
【００７３】
図８に示すように、本実施形態に係るろ過システムを、海水を淡水化するシステムまたは淡水を製造するシステムとして具現化した海水淡水化システム２９は、ろ過システム３０および脱塩システム３１を含んでいる。
【００７４】
ろ過システム３０は、ろ過フィードポンプ３２、ストレイナ３３、および耐圧性を有する中空糸膜モジュール１０を含んでいる。ろ過フィードポンプ３２は、取水した海水を中空糸膜モジュール１０に供給する。ストレイナ３３は、海水中の径の比較的大きな異物を除去する。中空糸膜モジュール１０は、原水である海水をろ過する。なお、取水した海水は、加圧して中空糸膜モジュール１０に送液される前に、加圧浮上分離法により前処理されていてもよい。
【００７５】
脱塩システム３１は、脱塩フィードポンプ３４、および逆浸透膜モジュール３５を含んでいる。脱塩フィードポンプ３４は、中空糸膜モジュール１０のろ液を加圧して、逆浸透膜モジュール３５に供給する。逆浸透膜モジュール３５は、中空糸膜モジュール１０のろ液を脱塩する。なお、脱塩システム３１において、脱塩フィードポンプ３３が設けられていなくてもよい。すなわち、中空糸膜モジュール１０が、逆浸透膜モジュール３５に直接、接続されていてもよい。
【００７６】
本発明の中空糸膜モジュール１０が耐圧性を有しているので、中空糸膜モジュール１０と逆浸透膜モジュール３５との中間にバッファータンクを設置しなくても、中空糸膜モジュール１０の破損またはろ液の漏水が発生することなく安定的に脱塩工程を連続的に行うことが可能となる。バッファータンクを設置しないことにより海水淡水化システム２９の設置面積の減少とバッファータンクに使用する薬品に係るコストを低減することができる。さらに、中空糸膜モジュール１０の上下およびノズル部１８に接続される配管がポリエチレンやポリ塩化ビニル樹脂である構成において、原液の供給により圧力が印加された場合でも、中空糸膜モジュール１０の長手方向の伸び率と拡径率をバランス良く抑制できる構造となっているため、中空糸膜モジュール１０だけでなく、接続された配管も長期間に渡り健全な状態を保つことができる。
【００７７】
図９に、本実施形態に係るろ過システムを、超純水を製造するシステムとして具現化した超純水製造システムの一実施形態を示す。超純水製造システムでは、原水中の懸濁物質除去を行った後、溶存酸素を取り除く工程（前処理システム）を経て、逆浸透膜（一次純粋）により水とイオン類、有機物が分離される。その後、脱塩を目的としてイオン交換装置（ＩＥ）にて処理される。さらに、大半の有機物はＲＯ膜により除去されるが、残った有機物をさらに低減するために、紫外線照射装置（ＴＯＣ−ＵＶ）が設けられる場合がある。そして、ファイナルフィルターとして限外ろ過膜モジュール（ＵＦ）にてろ過され、微粒子を取り除いた水の一部がユースポイント（Ｐ．Ｏ．Ｕ．）へ供給される。ユースポイント（Ｐ．Ｏ．Ｕ．）で使用された水の一部は、排水処理システムにより処理された後、再び超純水製造システムの工程を経てユースポイント（Ｐ．Ｏ．Ｕ．）へ供給される。ユースポイント（Ｐ．Ｏ．Ｕ．）へ供給される水量の割合は、ユースポイント（Ｐ．Ｏ．Ｕ．）における状態にもよるが、サブシステム中の循環量に対して２０〜５０％ほど、より効率を高めたラインにおいては７０％ほどを占める場合がある。
【００７８】
図１０に示すように、本実施形態に係るろ過システムを、微粒子を取り除くことで超純水を製造するシステムとして具現化したシステム４１は、耐圧性を有する中空糸膜モジュール１０、供給配管４２、排出配管４３、およびろ液配管４４を含む。供給配管４２は、中空糸膜モジュール１０のノズル部１８に接続されている。排出配管４３は、他方のノズル部１８から濃縮水を排出する。ろ液配管４４は、中空糸膜モジュール１０からろ過水を取水させる。中空糸膜モジュール１０によりろ過された水は、例えば５０ｎｍ以上の微粒子が１個／ｍＬ以下に抑えられており、半導体の生産に使用する超純水として用いることができる。
【００７９】
例えば、上述の超純水を製造するシステム４１において、中空糸膜モジュール１０は、外圧ろ過方式で、最大８０℃の液温条件において、供給水側の圧力の最大値が０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下、ろ過水側の圧力の最大値が０．３ＭＰａ以下、かつ膜内外面差圧の最大値が０．３ＭＰａ以下の運転条件で運転される場合がある。
【００８０】
また、例えば、上述の超純水を製造するシステム４１において、中空糸膜モジュール１０は、７０℃以上８０℃以下の原水が供給される運転条件においては、外圧ろ過方式で、供給水側の圧力の最大値が０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下、ろ過水側の圧力の最大値が０．５ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下、かつ膜内外面差圧の最大値が０．３ＭＰａ以下の運転条件で運転される場合がある。
【００８１】
また、例えば、上述の超純水を製造するシステム４１において、中空糸膜モジュール１０は、２０℃以上３０℃以下の原水が供給される運転条件においては、外圧ろ過方式で、供給水側の圧力の最大値が０．８ＭＰａ以上１．２ＭＰａ以下、ろ過水側の圧力の最大値が０．８ＭＰａ以上１．２ＭＰａ以下、かつ膜内外面差圧の最大値が０．３ＭＰａ以下の運転条件で運転される場合がある。
【００８２】
本実施形態における外圧ろ過式の中空糸膜モジュール１０は耐圧性を有しているので、例えば、１５ｍ３／ｈを超えるような高い透水量を得るために、原水を供給する側の圧力が常温で最大１．２ＭＰａまであったとしても、ケースの破損なくろ過運転を行うことができる。さらに７０℃から８０℃の熱水中でも最大０．８ＭＰａの原水を供給する側の圧力でろ過運転を行うことができる。また、超純水製造サブシステムからユースポイントへ取水されることで、超純水製造サブシステムの循環配管内の圧力は瞬間的に低下し、その後定常的な圧力に戻る。この繰り返しの圧力変動は中空糸膜モジュール１０のハウジング本体１４および接続された配管に対して負荷となる場合があるが、本実施形態における中空糸膜モジュール１０においては、拡径率と中空糸膜モジュール１０全長の伸び率をバランス良く抑制しているため、耐圧補強による重量増加は最小限に抑えつつ、長期間にわたりろ過運転を継続することができる。また、ハウジング本体１４の内表面部にはガラス繊維強化樹脂部２３に含まれるガラス繊維２４が露出しない構造となっているため、耐圧性を保持しながらイオン状シリカや全シリコンの溶出を極限まで抑えることができる。さらに、ガラス繊維強化樹脂部２３に用いられるエポキシ樹脂中には、塩化物イオンが数百ｐｐｍから数千ｐｐｍの濃度で含まれているが、本実施形態においては、ガラス繊維強化樹脂部２３中のエポキシ樹脂とろ液が接触しないため、塩化物イオンのろ液への移行がおこらず、良好なろ液をユースポイントへ供給することができる。
【実施例】
【００８３】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。【００８４】
以下、実施例で用いた測定方法および試験方法について説明する。【００８５】
（ガラス繊維強化樹脂部の厚さ）
ガラス繊維強化樹脂部の厚さを以下の通りに測定した。被覆後のモジュールケースをガラス繊維強化樹脂部の断面が露出するように切断し、３か所測定したものを平均し算出した。【００８６】
（中空糸膜の内径および外径）
中空糸膜の内径および外径は、以下のようにして求めた。中空糸膜を膜長手方向に垂直な向きにカミソリ等で薄く切り、走査型電子顕微鏡を用いて断面の内径の長径と短径、外径の長径と短径を測定し、以下の（１）、（２）式により、それぞれ内径と外径を決定した。なお、本実施形態では任意に選んだ中空糸膜、２０本についてそれぞれ内径および外径を測定し、相加平均値を算出することで求めた。【００８７】
【数１】
2020184661.tif 000003
【００８８】
（中空糸膜の膜厚方向の厚さ）
中空糸膜の膜厚方向の厚さを、以下のようにして測定した。上述したように、中空糸膜の内径（Ａ）および外径（Ｂ）を測定し、以下の（３）式に基づいて、中空糸膜の膜厚方向の厚さを求めた。
中空糸膜の厚さ  ＝（Ｂ−Ａ）／２・・・（３）
なお、本実施形態では任意に選んだ中空糸膜、２０本についてそれぞれ膜厚を測定し、相加平均値を算出することで中空糸膜の膜厚を求めた。【００８９】
（ガラス転移温度）
ガラス転移温度は、パーキンエルマー社製の示差走査熱量計（ＤＳＣ）装置（型版：ＤＳＣ８０００）を用いて測定した。測定方法はＪＩＳ  Ｋ７１２１のガラス転移温度の測定方法に準拠した。なお、基準物質としてはインジウムを使用した。具体的には、完成した中空糸膜モジュールにおいて、約５ｍｇのガラス繊維強化樹脂を採取し、専用のサンプル容器に封入し、サンプル容器を装置内に設置した後、装置内を２０℃に温調し測定を開始した。０℃から２００℃の範囲でサンプルを昇温した。昇温速度は１０℃／ｍｉｎとした。得られた結果から中間点ガラス転移温度（Ｔｇ）を算出し、これをガラス転移温度とした。【００９０】
（引張せん断強度）
引張せん断強度は以下の通り測定した。サンプルは実際に作成した膜モジュールのパイプ状部から切り出した。全長１８０ｍｍ、幅１０ｍｍのスティック状のサンプルをパイプ部の長手方向から切り出した後、サンプル長手方向の中央部１２．５ｍｍ×１０ｍｍ以外の部分において、片側はプラスチック部（後述する、ポリスルホンもしくはＡＢＳ）のみ、反対側はガラス繊維強化樹脂部のみを残す加工を施した。その他のせん断試験条件についてはＪＩＳＫ―７１６１プラスチック‐引張特性の試験方法に準じて実施した。【００９１】
（瞬時破壊試験）
瞬時破壊試験は、中空糸膜モジュールに内圧を印加し、ケースが破壊された時の圧力を破壊時圧力とした。予め中空糸膜モジュールの内部を水で満たしノズル部２か所とキャップ部１か所をシールした。残る１か所のキャップ部から空気圧を０．２ＭＰａ／ｓｅｃで徐々に加えた。試験時は全て４０℃の水温で実施した。中空糸膜モジュールは長手方向を拘束しない状態で試験を実施した。【００９２】
（疲労破壊試験）
疲労破壊試験は、中空糸膜モジュールに０．６ＭＰａもしくは１ＭＰａまで内圧を繰り返し印加し、ケースが破壊された時の回数を記録した。予め中空糸膜モジュールの内部を水で満たしノズル部２か所とキャップ部１か所をシールした。残る１か所のキャップ部から空気圧を加えた。圧力を印加する頻度は１分間あたり６回とした。試験時は全て４０℃の水温で実施した。中空糸膜モジュールは長手方向を拘束しない状態で試験を実施した。【００９３】
（ハウジングの拡径率および全長伸び率測定）
ハウジングの拡径率および全長伸び率は以下のように測定した。予め中空糸膜モジュールの内部を水で満たしノズル部２か所とキャップ部１か所をシールした。残る１か所のキャップ部から空気圧を加えた。圧力を印加する頻度は１分間あたり６回とした。試験時は全て４０℃の水温で実施した。圧力の印加前後にてノギス（ミツトヨ製）によってパイプ部の径または全長の変動を直接測定した。【００９４】
（ガラス繊維の長さ測定）
ガラス繊維の長さは、Ｘ線ＣＴ装置を用いて透過観察により測定した。装置としては、株式会社リガク製の高分解能３ＤＸ線顕微鏡  ｎａｎｏ３ＤＸを用いた。また、上記の手法による測定が困難な場合には、加熱炉等によりガラス繊維強化樹脂部のガラス繊維以外の成分を４００℃で燃焼させ焼失させた後、スケール、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いてガラス繊維の長さを観察した。【００９５】
（繊維体積含有率測定）
繊維体積含有率（Ｖｆ）は、以下のように測定した。ガラス繊維強化樹脂部から熱硬化性樹脂を除去して、ガラス繊維と熱硬化性樹脂の各質量を求め、更に、これら質量の値を各成分の密度を用いて体積に換算し、これら体積の値を上記式に当てはめて求めた。ガラス繊維強化樹脂部から熱硬化性樹脂を除去する方法としては、燃焼（熱分解）除去による方法を、簡便で好ましいものとして使用できる。この場合、よく乾燥させたガラス繊維強化樹脂部の質量を秤量後、電気炉等を用いて４００〜７００℃で６０〜２４０分処理して熱硬化性樹脂成分を燃焼した。燃焼後に残留した強化繊維を乾燥雰囲気で放冷後、秤量することにより各成分の質量を算出した。【００９６】
（実施例１）
実施例１では、モジュールケースの素材として、プラスチック部にはＡＢＳ樹脂（旭化成製）を用いた。プラスチック部の外表面には、接着性を向上させるため、予めサンドペーパーで粗面化を施した。＃１００のサンドペーパーで粗面化を実施したところ、粗面化後の表面粗さ（Ｒａ）は６．６μｍであった。ガラス繊維強化樹脂部の被覆は全てハンドレイアップ法にて実施した。パイプ状部におけるプラスチック部の外周部に、幅１００ｍｍの包帯状のガラスクロス（前田硝子（株）製、ＥＣＭ１３１００−Ａ）同士が平均で３０％重なるように連続的に巻回した。この時、モジュールケースの管軸と略平行になるガラス繊維を経糸、略垂直に配置されるガラス繊維を緯糸とした場合、経糸の長さは約１００ｍｍ、緯糸の長さは約１８ｍであった。ガラスクロスは経糸と緯糸を交互に直交して織り込まれた平織を使用した。その後、シート状のチョップドストランドマット（日東紡績（株）製、ＭＣ３００−Ａ）を巻回して、チョップドストランドマットが１層となるように積層した。チョップドストランドマットを構成するガラス繊維の平均長さは５ｃｍであり、それらがランダムにシート状に配置され、バインダーによりガラス繊維同士が固定されているものを使用した。巻回後にエポキシ樹脂を含浸させ、ローラーを使ってエアーを押出し密着させた。同様に、ヘッダ部およびノズル部にもガラスクロスとチョップドストランドマットを巻回した。エポキシ樹脂は主剤としてＪＥＲ８１１(三菱ケミカル製)、硬化剤としてトリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）（東ソー製）、反応性希釈剤としてＳＲ−ＴＭＰ（阪本薬品製）を混合したものを用いた。ガラスクロスおよびチョップドストランドマットにエポキシ樹脂を含浸させた後、５０℃の環境でワークを回転させながら８時間養生しエポキシ樹脂を硬化させることにより実施例１の中空糸膜モジュールを製造した。【００９７】
実施例１の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。また、中空糸膜モジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．２１％、全長伸び率Ｌは０．０４８％となり、Ｒ／Ｌは４．３８となった。その後、中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、実施例１の中空糸膜モジュールでは、少なくとも５ＭＰａまでモジュールケースは破壊されなかった。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜０．６ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、５０万サイクルまで到達し、中空糸膜モジュールの破壊は確認されなかった。試験完了後の中空糸膜モジュールを解体したが異常は見受けられなかった。パイプ状部を被覆したガラス繊維強化樹脂の繊維体積含有率（Ｖｆ）を測定したところ、４０％であった。【００９８】
【表１】
2020184661.tif 000004
【００９９】
（実施例２）
実施例２では、包帯状ガラスクロスのクロス重なり幅を７０ｍｍとし、７０％重なるようにしたこと以外は全て実施例１と同じ方法で作成した。実施例２の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．１９％、全長伸び率Ｌは０．０４３％となり、Ｒ／Ｌは４．４２となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、実施例２の中空糸膜モジュールでは、少なくとも５ＭＰａまでモジュールケースは破壊されなかった。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜０．６ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、５０万サイクルまで到達し、モジュールの破壊は確認されなかった。試験完了後の中空糸膜モジュールを解体したが異常は見受けられなかった。パイプ状部を被覆したガラス繊維強化樹脂の繊維体積含有率（Ｖｆ）を測定したところ、３８％であった。【０１００】
（実施例３）
実施例３では、パイプ状部のガラス繊維強化樹脂部の被覆方法としてフィラメントワインディング法を使用した。ガラスロービングはＲＳ  ２２０  ＲＬ−５１０（日東紡製）を使用した。含浸させるエポキシ樹脂には主剤としてＸＮＲ６８０５、硬化剤としてＸＮＨ６８０５、反応促進剤としてＸＮＡ６８０５（全てナガセケムテック製）を使用した。旭化成エンジニアリング製のフィラメントワインディング装置にハウジングを固定した。１８ｋｇが１セットとなったガラスロービングを４個同時にクリールスタンドより巻き出し、エポキシ樹脂に含浸させた後、ハウジングへの巻回を開始した。ガラス繊維の張力は、ガラスロービング１本あたり約５Ｎに調整した。ガラスロービングの巻回角度は、ハウジング中央部分で３０°となるよう調整した。巻回後、８０℃の環境にて８時間養生を実施しエポキシ樹脂の硬化を促進させた。ヘッダ部およびノズル部のガラス繊維強化樹脂部は実施例１と同じくハンドレイアップ法にて実施した。【０１０１】
実施例３の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．０８％、全長伸び率Ｌは０．０３６％となり、Ｒ／Ｌは２．２８となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、実施例３の中空糸膜モジュールでは、少なくとも５ＭＰａまでモジュールケースは破壊されなかった。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜０．６ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、５０万サイクルまで到達し、モジュールの破壊は確認されなかった。試験完了後の中空糸膜モジュールを解体したが異常は見受けられなかった。パイプ状部を被覆したガラス繊維強化樹脂のガラス繊維強化樹脂部の繊維体積含有率（Ｖｆ）を測定したところ、５４％であった。【０１０２】
（実施例４）
実施例４では、ヘッダ部およびノズル部のプラスチック部素材をガラス繊維入りの素材に変更し、当該部分にガラス繊維強化樹脂部の被覆を実施しない点を除き、実施例３と同じ手法で加工を行った。実施例４の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．０８％、全長伸び率Ｌは０．０３７％となり、Ｒ／Ｌは２．２２となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、実施例４の中空糸膜モジュールでは、少なくとも５ＭＰａまでモジュールケースは破壊されなかった。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜０．６ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、５０万サイクルまで到達し、モジュールの破壊は確認されなかった。さらに同条件で被覆した別のモジュールを使用し、長手方向を拘束しない状態で０〜１．０ＭＰaまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、５０万サイクルまで到達し、モジュールの破壊は確認されなかった。試験完了後の中空糸膜モジュールを解体したが異常は見受けられなかった。パイプ状部を被覆したガラス繊維強化樹脂部の繊維体積含有率（Ｖｆ）を測定したところ、５５％であった。【０１０３】
（実施例５）
実施例５では、モジュールケースの素材として、プラスチック部にはポリスルホン樹脂（ソルベイ製）を用いた。プラスチック部の外表面には、接着性を向上させるため、予めサンドペーパーで粗面化を施した。＃１００のサンドペーパーで粗面化を実施したところ、粗面化後の表面粗さ（Ｒａ）は６．６μｍであった。ガラス繊維強化樹脂部の被覆は全てハンドレイアップ法にて実施した。パイプ状部におけるプラスチック部の外周部に、幅５０ｍｍの包帯状のガラスクロス（前田硝子（株）製、ＥＣＭ１３１００−Ａ）同士が平均で３０％重なるように連続的に巻回した。この時、モジュールケースの管軸と略平行になるガラス繊維を経糸、略垂直に配置されるガラス繊維を緯糸とした場合、経糸の長さは約１００ｍｍ、緯糸の長さは約１８ｍであった。ガラスクロスは経糸と緯糸を交互に直交して織り込まれた平織を使用した。その後、巻回したガラスクロスの外周に、シート状のロービングクロス（日東紡績(株)製、ＷＦ３５０−１００ＢＳ６）を巻回した。その後さらに、シート状のチョップドストランドマット（日東紡績（株）製、ＭＣ３００−Ａ）を巻回した。チョップドストランドマットを構成するガラス繊維の平均長さは５ｃｍであり、それらがランダムにシート状に配置され、バインダーによりガラス繊維同士が固定されているものを使用した。巻回後にエポキシ樹脂を含浸させ、ローラーを使ってエアーを押出し密着させた。同様に、ヘッダ部およびノズル部にもガラスクロスとチョップドストランドマットを巻回した。エポキシ樹脂は主剤としてＪＥＲ８１１(三菱ケミカル製)、硬化剤としてトリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）（東ソー製）、反応性希釈剤としてＳＲ−ＴＭＰ（阪本薬品製）を混合したものを用いた。ガラスクロスおよびチョップドストランドマットにエポキシ樹脂を含浸させた後、５０℃の環境でワークを回転させながら８時間養生しエポキシ樹脂を硬化させることにより実施例５の中空糸膜モジュールを製造した。【０１０４】
実施例５の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．１２％、全長伸び率Ｌは０．０４３％となり、Ｒ／Ｌは２．７９となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、実施例５の中空糸膜モジュールでは、少なくとも５ＭＰａまでモジュールケースは破壊されなかった。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜１．０ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、５０万サイクルまで到達し、モジュールの破壊は確認されなかった。試験完了後の中空糸膜モジュールを解体したが異常は見受けられなかった。パイプ状部を被覆したガラス繊維強化樹脂部の繊維体積含有率（Ｖｆ）を測定したところ、４０％であった。【０１０５】
（実施例６）
実施例６では、ヘッダ部およびノズル部のプラスチック部素材をガラス繊維が含まれない素材に変更し、当該部分にガラス繊維強化樹脂部の被覆を実施しない点を除き、実施例４と同じ手法で加工を行った。実施例６の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で０．６ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．０８％、全長伸び率Ｌは０．０３９％となり、Ｒ／Ｌは２．１０となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、実施例６の中空糸膜モジュールでは、４．５ＭＰａでモジュールケースのヘッド部分からリークが発生した。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜０．６ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、４０万サイクルまで到達し、モジュールのノズル部分からのリークが確認された。パイプ状部を被覆したガラス繊維強化樹脂部の繊維体積含有率（Ｖｆ）を測定したところ、５５％であった。【０１０６】
（比較例１）
比較例１では、パイプ状部、ヘッダ部、およびノズル部のプラスチック素材としてＡＢＳ樹脂（旭化成製）を用いた。モジュールケースのプラスチック部外表面にはガラス繊維強化樹脂部の被覆を実施しなかった。比較例１の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．３７％、全長伸び率Ｌは０．０６５％となり、Ｒ／Ｌは５．６９となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、比較例１の中空糸膜モジュールでは、３．６ＭＰａでパイプ上部からリークが発生した。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜０．６ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、２０万サイクルでパイプ状部からリークが発生した。【０１０７】
（比較例２）
比較例２では、パイプ状部、ヘッダ部、およびノズル部のプラスチック素材としてポリスルホン樹脂（ソルベイ製）を用いた。モジュールケースのプラスチック部外表面にはガラス繊維強化樹脂部の被覆を実施しなかった。比較例２の中空糸膜モジュールに対して、中空糸膜モジュールを拘束しないフリーの状態で１．０ＭＰａの内圧を印加する前後の、パイプ状部の中央部分のパイプ径をノギスにて測定した。またモジュール全長の変動も同様に測定した。結果、中央部分の拡径率Ｒは０．２７％、全長伸び率Ｌは０．０５２％となり、Ｒ／Ｌは５．１９となった。その後中空糸膜モジュールの長手方向を拘束しない状態で瞬時破壊試験を行った。試験結果を、プラスチック部、ガラス繊維強化樹脂部、中空糸膜、およびポッティング材の材質およびサイズ等の諸条件とともに表１に記載した。表１に示すように、比較例２の中空糸膜モジュールでは、少なくとも５ＭＰａまでモジュールケースは破壊されなかった。同じく長手方向を拘束しない状態で０〜１．０ＭＰａまでの繰り返し耐久性試験を実施したが、４０万サイクルでパイプ状部からリークが発生した。
【符号の説明】
【０１０８】
１０  中空糸膜モジュール
１１  中空糸膜
１２  ポッティング材
１３  モジュールケース
１４  ハウジング本体
１５  キャップ部材
１６  パイプ状部
１７  ヘッダ部
１８  ノズル部
１９  ナット
２０  Ｏリング
２１  管路
２２  プラスチック部
２３  ガラス繊維強化樹脂部
２４  ガラス繊維
２５  ガラス繊維の布状体
２６  整流筒
２７  ノズル部のガラスクロス
２８  予め切出したガラスクロス
４１  超純水を製造するシステム
４２  供給配管
４３  排出配管
４４  ろ液配管
【図１】
2020184661.tif 000005
【図２】
2020184661.tif 000006
【図３】
2020184661.tif 000007
【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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【国際調査報告】
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