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WO2022114227A1 - 中空糸膜モジュール - Google Patents

中空糸膜モジュール Download PDF

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WO2022114227A1
WO2022114227A1 PCT/JP2021/043905 JP2021043905W WO2022114227A1 WO 2022114227 A1 WO2022114227 A1 WO 2022114227A1 JP 2021043905 W JP2021043905 W JP 2021043905W WO 2022114227 A1 WO2022114227 A1 WO 2022114227A1
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WO
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hollow fiber
fiber membrane
fixing portion
adhesive fixing
hollow
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PCT/JP2021/043905
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Inventor
誠 安達
大祐 岡村
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Asahi Kasei Corp
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • B01D63/031Two or more types of hollow fibres within one bundle or within one potting or tube-sheet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/30Polyalkenyl halides
    • B01D71/32Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/08Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of halogenated hydrocarbons
    • D01F6/12Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of halogenated hydrocarbons from polymers of fluorinated hydrocarbons

Definitions

  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module.
  • Patent Documents 1 and 2 for example, in Patent Documents 1 and 2, a cross shape or a rod shape that prevents the bias of the density distribution of the hollow fiber membrane is prevented at the end portion in the hollow fiber membrane bundle.
  • a hollow fiber membrane module is described in which the regulation member is provided and fixed by adhesion.
  • the hollow fiber membrane module according to any one of items 1 to 9, wherein the plurality of hollow fiber membranes are made of a fluororesin.
  • the end face on which the hollow portion of the hollow fiber membrane is open is the thickness of the portion having the smallest thickness in the longitudinal direction on the outer peripheral surface of the first adhesive fixing portion and / or the second adhesive fixing portion.
  • the total cross-sectional area of the entire hollow fiber membrane / the housing internal cross-sectional area is 20% or more and 50% or less, and at the virtual bonding interface.
  • a hollow fiber membrane module capable of preventing the density distribution of the hollow fiber membrane from being biased inside the housing and suppressing the breakage of the hollow fiber membrane.
  • FIGS. 1 and 2 Schematic diagram of the end face 21a of the second adhesive fixing portion 21 of the hollow fiber membrane module 1 shown in FIGS. 1 and 2 when viewed from the direction of arrow A. Schematic diagram showing a partial cross section inside the housing 5 to explain the shape of the interface of the second adhesive fixing portion 21. Schematic diagram showing the end face of the second adhesive fixing portion of the hollow fiber membrane module of Comparative Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of the hollow fiber membrane module 1 of the present embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the hollow fiber membrane module 1 shown in FIG.
  • the vertical direction thereof is indicated by an arrow as an upward direction T and a downward direction B.
  • the vertical direction shown in FIG. 1 will be described as the vertical direction of the hollow fiber membrane module 1.
  • An annular groove is formed on the end face of the caps 10 and 11 on the housing 5 side and the end face of the housing 5 on the cap 10 and 11 side, and the annular sanitary gasket 12 is sandwiched by the groove.
  • the sanitary gasket 12 seals between both ends of the housing 5 and the caps 10 and 11 to prevent water leakage from the hollow fiber membrane module 1.
  • the shape of the hollow fiber membrane 2 is preferably 50 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less, and more preferably 500 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less. Further, those having an inner diameter / outer diameter ratio of 0.3 or more and 0.8 or less are preferably used.
  • a reverse osmosis membrane, a nanofiltration membrane, an ultrafiltration membrane, and a microfiltration membrane can be used.
  • the material of the hollow thread film 2 is not particularly limited, and polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyimide, polyetherimide, polyamide, polyetherketone, polyetheretherketone, polyethylene, polypropylene, poly (4-methylpentene), Examples thereof include ethylene-vinyl alcohol copolymer, cellulose, cellulose acetate, polyvinylidene fluoride, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene and the like, and composite materials thereof can also be used.
  • the plurality of hollow fiber membranes 2 are made of fluororesin, and more preferably made of polyvinylidene fluoride. This makes it possible to improve the ease of cleaning and the durability of the hollow fiber membrane 2.
  • 20 and a second adhesive fixing portion 21 are formed.
  • the first and second adhesive fixing portions 20 and 21 have substantially circular end faces perpendicular to the longitudinal direction of the housing 5, and the hollow portions of the plurality of hollow fiber membranes 2 are opened in at least one of the end faces. ing.
  • the adhesive fixing portion 20 and / or 21 having an end surface in which the hollow portion of the hollow fiber membrane 2 is open, the outer surface of the plurality of hollow fiber membranes 2 and the inner surface of the housing 5 The region between them is filled with an adhesive resin having a predetermined thickness in the longitudinal direction without a regulating member for regulating the uneven distribution of the plurality of hollow fiber membranes 2, so that the hollow fiber membrane bundle 3 is liquid to the housing 5. It is adhered and fixed in a tight state.
  • the terms "thickness of the adhesive fixing portion” shall all refer to the thickness of the first and second adhesive fixing portions 20 and 21 in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane module 1 in the same manner.
  • the upper end of the hollow fiber membrane bundle 3 is open in the second adhesive fixing portion 21, and the inner region of the hollow fiber membrane 2 is the conduit 11a of the cap 11. It leads to.
  • the lower end of the hollow fiber membrane bundle 3 is sealed by the first adhesive fixing portion 20.
  • the lower end of the hollow fiber membrane bundle 3 may be opened to seal the upper end, or both ends of the hollow fiber membrane bundle 3 may be opened.
  • a plurality of through holes 20a are formed in the first adhesive fixing portion 20.
  • the through hole 20a is formed parallel to the longitudinal direction of the housing 5, and is a hole for communicating the above-mentioned outer region 5b and the outer region 5c on the opposite side of the first adhesive fixing portion 20.
  • the water to be treated flows in from the conduit 10a of the cap 10 provided on the outside of the first adhesive fixing portion 20, and the water to be treated passes through the through hole 20a. It passes through and is supplied to the outer region 5b.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CD of the hollow fiber membrane module 1 shown in FIG.
  • the plurality of through holes 20a are formed so as to be uniformly distributed in the first adhesive fixing portion 20. It is desirable that the through holes 20a are formed so as to be uniformly distributed in the first adhesive fixing portion 20 as in the present embodiment, but the present invention is not limited to this, and other arrangements may be used. Further, in another embodiment, when the lower end of the hollow fiber membrane bundle 3 is open, the first adhesive fixing portion 20 does not have to form the through hole 20a.
  • the potting material constituting the first and second adhesive fixing portions 20 and 21 includes polymers such as epoxy resin, vinyl ester resin, urethane resin, unsaturated polyester resin, olefin polymer, silicone resin, and fluorine-containing resin.
  • the material is preferable, and any one of these polymer materials may be used, or a plurality of types of polymer materials may be used in combination.
  • the hollow fiber membrane module 1 has annular uneven portions 5a located on the inner walls of both end portions of the housing 5. Due to the uneven structure of the annular uneven portion 5a, an annular uneven structure is formed on the side surfaces of the first adhesive fixing portion 20 and the second adhesive fixing portion 21. As a result, the bonding area between the housing 5 and the first and second adhesive fixing portions 20 and 21 can be widened, and higher adhesive force can be obtained.
  • the hollow fiber membrane module 1 has a tubular rectifying cylinder 7 located on the outer periphery of the upper end (nozzle 52a side) of the hollow fiber membrane bundle 3.
  • the rectifying cylinder 7 is provided between the opening on the inner wall side of the housing 5 of the nozzle 52a and the hollow fiber membrane bundle 3, and is provided so as to surround the outer periphery of the hollow fiber membrane bundle 3.
  • the rectifying cylinder 7 secures a distance between the hollow fiber membrane bundle 3 and the inner wall of the housing 5 in the vicinity of the nozzle 52a.
  • the rectifying cylinder 7 may be installed on the outer periphery of the lower end of the hollow fiber membrane bundle 3.
  • the rectifying cylinder 7 has a perforated cylindrical wall surface provided with a plurality of through holes 30. It is desirable that the through hole 30 of the rectifying cylinder 7 is formed in a region other than the region facing the opening on the inner side surface side of the housing 5 of the nozzle 52a, and is not formed in the region facing the opening. This makes it possible to control the flow of water and enhance the effect of preventing the hollow fiber membrane 2 from swinging toward the nozzle 52a.
  • the rectifying cylinder 7 is provided with a flange 7a at the central end of the hollow fiber membrane module 1, and the flange 7a is sandwiched between the joint portions of the second tubular member 52 and the third tubular member 53, whereby the rectifying cylinder 7 is provided. Is fixed between the hollow fiber membrane bundle 3 and the inner wall of the housing 5. The other end of the rectifying cylinder 7 is adhesively fixed in the above-mentioned second adhesive fixing portion 21.
  • FIG. 4 shows the appearance of the protective member 8 provided in the housing 5.
  • the hollow fiber membrane module 1 may include a tubular protective member 8 that covers the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane bundle 3.
  • the hollow fiber membrane bundle 3 and the rectifying cylinder 7 shown in FIG. 1 are not shown. Further, in FIG. 1, the protective member 8 is not shown.
  • Both ends of the protective member 8 are located in the first adhesive fixing portion 20 and the second adhesive fixing portion 21, respectively, and are adhered to the inner wall of the housing 5 by the first adhesive fixing portion 20 and the second adhesive fixing portion 21. Has been done.
  • the cleaning treatment by air scrubbing is periodically performed. Specifically, clean water is supplied from the upper second adhesive fixing portion 21 side, and at the same time, air is supplied to the through hole 20a of the lower first adhesive fixing portion 20 to supply both fluids.
  • a process of removing dirt adhering to the film surface is performed while shaking the hollow fiber membrane 2.
  • the hollow portion of the hollow fiber membrane 2 is open at the end surface 21a of the second adhesive fixing portion 21.
  • the hollow fiber membrane 2 may be open at the end face of the first adhesive fixing portion 20, and the hollow fiber membrane 2 may be hollow in the first and second adhesive fixing portions 20 and 21. The portion may be open.
  • the diameter of the end face at which the hollow portion of the hollow fiber membrane 2 is open is preferably 50 mm or more, 100 mm or more, 150 mm or more, or 165 mm or more, and preferably 300 mm or less, or 250 mm or less.
  • the above-mentioned total hollow fiber membrane 2 cross-sectional area is the cross-sectional area including the hollow portion of the hollow fiber membrane 2.
  • the total cross-sectional area of the entire hollow fiber membrane 2 is the product of the cross-sectional area of the hollow fiber membrane 2 and the number of hollow fiber membranes 2.
  • the filling rate can be calculated by dividing the total cross-sectional area by the internal cross-sectional area of the housing 5.
  • the resin (potting material) constituting the first adhesive fixing portion 20 and / or the second adhesive fixing portion 21 having an end surface in which the hollow portion of the hollow fiber membrane 2 is open is at 25 ° C. according to JIS K7215. It is preferably a single thermosetting resin having a D hardness of 60 or less. By using a single resin, there is no concern that the resins will peel off from each other, and it is possible to prevent the occurrence of cracks in the adhesive fixing portion 20 and / or 21.
  • the length of the seri portion 50 is such that the hollow fiber membrane module 1 is disassembled, each hollow fiber membrane 2 is cut out from the interface S of the potting material P, and the portion from the interface S to the portion impregnated by the potting material P of the hollow fiber membrane 2 is contained. It is obtained by measuring the height of the.
  • the hollow fiber membrane module 1 of the present embodiment has an end surface (in the embodiment shown in FIG. 6) in which the hollow fiber membrane 2 of the first adhesive fixing portion 20 and / or the second adhesive fixing portion 21 is open. , In the end surface 21a) of the second adhesive fixing portion 21, the point corresponding to the portion of the outer peripheral surface of the first adhesive fixing portion 20 having the end surface and / or the second adhesive fixing portion 21 having the smallest thickness in the longitudinal direction.
  • the first and second adhesive fixing portions 20 and 21 have a large portion and a small portion so that the thickness of the second adhesive fixing portion 21 shown in FIG. 7 is not uniform.
  • the distance between the points RR' is the minimum thickness on the outer peripheral surface of the second adhesive fixing portion 21.
  • the portion having the smallest thickness on the outer peripheral surface of the second adhesive fixing portion 21 corresponds to the point R.
  • the number is counted in the second square containing the largest proportion of the cross-sectional area of the hollow fiber membrane 2.
  • the end surface in which the hollow fiber membrane 2 is open is described as the second adhesive fixing portion 21, but the end surface in which the hollow fiber membrane 2 is open is the first adhesive fixing portion 20. The same applies to the case.
  • FIG. 9B is a schematic view showing a partial cross section of the inside of the housing 5 by a perpendicular line from the upper apex R in FIG. 6 toward the center of the end surface 21a of the second adhesive fixing portion 21.
  • the vertical direction of the housing 5 in the centrifugal bonding step and the vertical direction of FIG. 9B coincide with each other.
  • the interface of the second adhesive fixing portion 21 has an inclined shape in which the upper side is low and the lower side is high.
  • the potting material receives gravity in the downward direction in the figure and centrifugal force in the outward direction from the center of rotation (arrow G in FIG. 9B), so that the degree of inclination of the interface is the centrifugal force. It depends on the size.
  • Example 1 16,500 PVDF (polyvinylidene fluoride) hollow fiber membranes (Asahi Kasei) were bundled to a length of 2.3 m, hung vertically, and the lower end faces were cut to align the surfaces. Next, a mending tape was attached to the circumference of the membrane bundle over the entire circumference in order to make the circumference 170 mm. Further, 300 g of urethane resin SA-8100A / SA-8100B (manufactured by Sanyulek) was measured with a mixing and discharging machine, immersed in the lower surface of the membrane bundle for 30 seconds, and immediately separated.
  • SA-8100A / SA-8100B manufactured by Sanyulek
  • a hollow fiber membrane module was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the viscosity 10 minutes after mixing measured at 25 ° C.: 5 Pa ⁇ s and the viscosity 30 minutes after mixing measured at 25 ° C.: 850 Pa ⁇ s) were used. And the evaluation was carried out.
  • Hollow fiber membrane module 2 Hollow fiber membrane 3 Hollow fiber membrane bundle 5 Housing 5a Circular uneven part 5b Outer region 5c Outer region 7 Rectifier cylinder 7a Flange 8 Protective member 10, 11 Cap 10a, 11a Pipeline 12 Sanitary gasket 13 Clamp 20 No. 1 Adhesive fixing part 20a Through hole 21 Second adhesive fixing part 21a End surface of the second adhesive fixing part 30 Through hole 41 Restricting member 50 Seri part 51 First tubular member 52 Second tubular member 53 Third tubular Member 52a Nozzle P Potting material S Potting material interface S'Virtual adhesive interface

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Abstract

中空糸膜の破断を抑制することができる中空糸膜モジュールを提供する。中空糸膜束の両端が接着固定部を介してハウジング内に収容される中空糸膜モジュールであって、中空糸膜が開口する接着固定部の端面において、接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、上側頂点から端面の中心に向かう垂線に直交し、該中心を通る水平線を引いたとき、(水平線の上側にある中空糸膜の本数)/(下側にある本数)が0.9~1.1である。

Description

中空糸膜モジュール
 本発明は、中空糸膜モジュールに関する。
 一般に中空糸膜モジュールは、内圧式と外圧式とに大別される。そのうち外圧式中空糸膜モジュールは、通常、筒状のハウジングの両端がポッティング材(接着剤)によって封止されており、ポッティング材によって両端を接着固定された中空糸膜束がハウジング内に収容されている。外圧式中空糸膜モジュールには、中空糸膜の端部の一方が封止され他方が開口された片端集水方式のモジュールと、中空糸膜の両端が開口された両端集水方式のモジュールとがある。
 中空糸膜モジュールの製造においては、例えば遠心接着法が用いられる。遠心接着法では、筒状のハウジングを水平に置いて回転させ、遠心力を利用してポッティング剤をハウジング両端で硬化させる。そのため、中空糸膜の充填率が低い場合、中空糸膜が重力によって一方に偏った状態のまま接着固定される。
 外圧式中空糸膜モジュールを除菌又は除濁目的で使用する場合、安定的なろ過運転を行うため、定期的に逆洗又はエアスクラビングなどの物理洗浄を行ってろ過性能を回復させる必要がある。このようなエアスクラビング洗浄の際、ハウジング内部における中空糸膜の密度分布に偏りがあると、中空糸膜が大きく揺動することによって中空糸膜が破断しやすい。
 そこで、中空糸膜の密度分布の偏りを防止するために、例えば特許文献1及び2には、中空糸膜束内の端部に、中空糸膜の密度分布の偏りを防止する十字形状又は棒状の規制部材を設けて接着固定した中空糸膜モジュールが記載されている。
特開2015-131267号公報 特開2000-185220号公報
 しかしながら、規制部材の配置部位には中空糸膜を配置することができないため、ハウジング内部において相対的に中空糸膜の密度が高い部分及び低い部分が存在するという問題があった。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ハウジング内部における中空糸膜の密度分布の偏りを防ぎ、中空糸膜の破断を抑制することができる、中空糸膜モジュールを提供することを目的とするものである。
 本発明の要旨は、以下のとおりのものである。
[1] 筒状のハウジングと、複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、第1の接着固定部及び第2の接着固定部と、を備える中空糸膜モジュールであって、
 前記中空糸膜束の両端部分の各々が前記第1の接着固定部及び前記第2の接着固定部の各々を介して前記筒状のハウジング内に収容されており、
 前記第1の接着固定部及び前記第2の接着固定部は、前記ハウジングの長手方向に対して垂直な略円形の端面を有し、前記端面の少なくとも一方において、前記複数の中空糸膜の中空部が開口しており、
 前記中空糸膜の中空部が開口している端面を有する第1の接着固定部及び/又は第2の接着固定部において、前記複数の中空糸膜の外面と前記ハウジングの内面との間の領域は、前記複数の中空糸膜の偏在を規制する規制部材を備えない状態で、前記長手方向において所定の厚みをもって接着樹脂で満たされることにより、前記中空糸膜束が前記ハウジングに接着固定されており、
 前記中空糸膜の中空部が開口している端面において、前記端面を有する接着固定部の外周面における前記長手方向の厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、前記上側頂点から前記端面の中心に向かう垂線に直交し、前記中心を通る水平線を引いたとき、前記水平線の上側にある中空糸膜の本数と下側にある中空糸膜の本数の割合である(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)が0.9以上1.1以下である、中空糸膜モジュール。
[2] 前記第1の接着固定部及び/又は前記第2の接着固定部の中空糸膜の中空部が開口している端面において、端面に存在する中空糸膜全てを包含する最小径の真円である第1の真円、前記第1の真円と同心で且つ直径が前記第1の真円よりも2cm小さい第2の真円、前記第2の真円内の中央に位置する1辺がNcm(但し、Nは自然数である)の正方形のうち最大である第1の正方形、及び前記第1の正方形が1cm四方に分割されてなるN2個の第2の正方形を規定した際に、前記第2の正方形の各々に含まれる中空糸膜の本数の(最小値)/(最大値)比が0.4以上である、項目1に記載の中空糸膜モジュール。
[3] 前記中空糸膜の中空部が開口している端面の直径が150mm以上である、項目1又は2に記載の中空糸膜モジュール。
[4] (前記外周面と前記水平線との一方の交点における前記接着固定部の厚みL1と、前記外周面と前記水平線との他方の交点における前記接着固定部の厚みL2の平均値)-(前記端面の中心における前記接着固定部の厚みLО)が、1mm以上12mm以下であり、そして、
 (前記上側頂点から前記端面の中心に向かう垂線と前記外周面との他方の交点における前記接着固定部の厚みL4)-(前記上側頂点における前記接着固定部の厚みL3)が、3mm以上12mm以下である、項目1~3のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
[5] 前記ハウジングの全長が1m以上である、項目1~4のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
[6] 前記中空糸膜の中空部が開口している端面での中空糸膜の充填率である、全中空糸膜の総断面積/ハウジング内部断面積が10%以上45%以下である、項目1~5のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
[7] 前記中空糸膜の中空部が開口している端面での中空糸膜の充填率である、全中空糸膜の総断面積/ハウジング内部断面積)が25%以上である、項目6に記載の中空糸膜モジュール。
[8] 前記中空糸膜の中空部が開口している端面を有する第1の接着固定部及び/又は第2の接着固定部を構成する樹脂は、JIS K7215に準拠する25℃におけるD硬度が60以下である単一の熱硬化型樹脂である、項目1~7のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
[9] 前記単一の熱硬化型樹脂が二液硬化性の熱硬化型樹脂であり、前記熱硬化型樹脂は、二液混合から10分後の粘度が1Pa・s以上10Pa・s以下であり、かつ、30分後の粘度が100Pa・s超である、項目8に記載の中空糸膜モジュール。
[10] 前記複数の中空糸膜はフッ素樹脂から構成されている、項目1~9のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
[11] 前記中空糸膜の中空部が開口している端面を、前記第1の接着固定部及び/又は前記第2の接着固定部の外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分の厚み分、長手方向中央に向かって仮想的に平行に移動させた仮想接着界面において、全中空糸膜の総断面積/ハウジング内部断面積が20%以上50%以下であり、かつ、前記仮想接着界面において、前記外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、前記上側頂点から前記仮想接着界面の中心に向かう垂線に直交し、前記中心を通る水平線を引いたとき、前記水平線の上側にある中空糸膜の本数と下側にある中空糸膜の本数の割合である(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)が0.85以上1.15以下である、項目1~10のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
 本発明によれば、ハウジング内部における中空糸膜の密度分布の偏りを防ぎ、中空糸膜の破断を抑制することができる、中空糸膜モジュールを得ることができる。
本発明の中空糸膜モジュール1の一実施形態の概略構成を示す模式図 図1に示す中空糸膜モジュール1の上部を拡大した断面図 図1に示す中空糸膜モジュール1のC-D線断面図 ハウジング5内部に設けられた保護部材8の外観を示す模式図 中空糸膜2のセリ部50を説明するための模式図 図1及び2に示す中空糸膜モジュール1の第2の接着固定部21の端面21aを矢印A方向から見た場合の模式図 仮想接着界面S’の位置を説明するためにハウジング5内部の一部の断面を表した模式図 図1及び2に示す中空糸膜モジュール1の第2の接着固定部21の端面21aを矢印A方向から見た場合の模式図 第2の接着固定部21の界面の形状を説明するためにハウジング5内部の一部の断面を表した模式図 比較例1の中空糸膜モジュールの第2の接着固定部の端面を示す模式図
 以下、本発明を実施するための例示の形態(以下、本実施形態ともいう。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、その示す要旨の範囲内で種々変形して用いることができる。なお図面において、各要素の寸法は説明のため適宜強調して示されている。
≪中空糸膜モジュール1の構成≫
 以下、本実施形態の中空糸膜モジュール1について図面を参照しながら説明する。本実施形態の中空糸膜モジュール1は、上下水道、食品工業、一般工業、医療、及び理化学といった様々な分野で利用されるものである。図1は、本実施形態の中空糸膜モジュール1の概略構成を示す模式図であり、図2は、図1に示す中空糸膜モジュール1の一部を拡大した断面図である。なお、図1においては、その上下方向を矢印で上方向T及び下方向Bとして示している。また、以下、図1に示す上下方向を中空糸膜モジュール1の上下方向として説明する。
 図1は、外圧式中空糸膜モジュールの実施形態を示したものであるが、本実施形態は、内圧式中空糸膜モジュールとして適用されることも可能である。
 図1に示されるように、本実施形態の中空糸膜モジュール1は、概略的には、筒状のハウジング5と、複数の中空糸膜2を束ねた中空糸膜束3と、第1の接着固定部20及び第2の接着固定部21と、を備える。中空糸膜束3の両端部分の各々は、第1及び第2の接着固定部20及び21の各々を介して筒状のハウジング5内に収容されている。本実施形態の中空糸膜モジュール1は、その長手方向が鉛直方向となるように立設されてよい。
 ハウジング5の全長は、1m以上であることが好ましく、より好ましくは1.5m以上2.5m以下である。これにより、水処理設備の設置面積の省スペース化を図りつつ、中空糸膜モジュール1のろ過処理の流量を大きくすることができる。
<ハウジング5>
 略円筒状のハウジング5は、ハウジング5の下部に位置する第1筒状部材51と、ハウジング5の上部に位置し、ノズル52aと一体成型された第2筒状部材52と、第1筒状部材51と第2筒状部材52との間に配される直管状の第3筒状部材53とが互いに接合されて構成されている。ノズル52aは、第2筒状部材52の側部に設けられ、ハウジング5の長手方向に直交する方向に突き出すように設けられている。
 ハウジング5の両端開口部には、配管が接続される管路10a及び11aが形成された、中空のテーパ形状を有する配管接続用のキャップ10及び11がそれぞれ設けられており、配管接続用のキャップ10及び11はクランプ13によってハウジング5に固定装着されている。
 本実施形態の外圧ろ過処理の過程において、被処理水(被処理液)は、キャップ10の管路10aから中空糸膜モジュール1内に供給され、ろ過水はキャップ11の管路11aによって、濃縮水はノズル52aによって、中空糸膜モジュール1の外に排出される。別の一態様として、ハウジング5はさらに、第1筒状部材51の側部にノズル(図示せず)を有してもよく、該ノズルを介して被処理水(被処理液)を中空糸膜モジュール1に供給してもよい。
 キャップ10及び11のハウジング5側の端面と、ハウジング5のキャップ10及び11側の端面には環状の溝が形成されており、この溝によって環状のサニタリーガスケット12が挟まれている。このサニタリーガスケット12により、ハウジング5両端とキャップ10及び11の間がシールされ、中空糸膜モジュール1からの水漏れを防ぐ。
<中空糸膜束>
 中空糸膜束3は、ハウジング5の全長にわたって延在するように、ハウジング5内に収容されている。中空糸膜束3は、細長い中空の円筒形状を有する、複数の中空糸膜2を束ねることによって形成される。中空糸膜束3を構成する中空糸膜2の長さは全て同じである必要はないが、一定長であることが好ましい。中空糸膜束3によって、ハウジング5の内部空間は、中空糸膜2の中空部分である内側領域と、外側領域5bとに分けられる。
 中空糸膜2の形状は、内径が50μm以上3000μm以下であることが好ましく、より好ましくは500μm以上2000μm以下である。また、内径/外径比が0.3以上0.8以下のものが好適に使用される。
 中空糸膜2としては、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、及び精密ろ過膜を用いることができる。中空糸膜2の素材は特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(4-メチルペンテン)、エチレン-ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、及びポリテトラフルオロエチレン等が挙げられ、また、これらの複合素材も使用できる。
 一実施形態において、複数の中空糸膜2は、フッ素樹脂から構成されており、より好ましくは、ポリフッ化ビニリデンから構成されている。これにより、中空糸膜2の洗浄し易さ及び耐久性を向上させることができる。
<第1及び第2の接着固定部20及び21>
 中空糸膜束3の両端部には、各中空糸膜2同士を接着固定し、及び、中空糸膜束3とハウジング5の内壁とを接着固定する、略円筒状の第1の接着固定部20及び第2の接着固定部21が形成されている。第1及び第2の接着固定部20及び21は、ハウジング5の長手方向に対して垂直な略円形の端面を有し、端面の少なくとも一方において、複数の中空糸膜2の中空部が開口している。
 本実施形態の中空糸膜モジュール1は、中空糸膜2の中空部が開口している端面を有する接着固定部20及び/又は21において、複数の中空糸膜2の外面とハウジング5の内面の間の領域は、複数の中空糸膜2の偏在を規制する規制部材を備えない状態で、長手方向において所定の厚みをもって接着樹脂で満たされることにより、中空糸膜束3がハウジング5に、液密な状態で接着固定されている。以下、「接着固定部の厚み」という用語は全て、第1及び第2の接着固定部20及び21の、中空糸膜モジュール1の長手方向の厚みを同様に指すものとする。
 中空糸膜2の中空部が開口している端面を有する接着固定部20及び/又は21内に規制部材(例えば後述の図10の規制部材41のような)を設けないことで、中空糸膜2を該端面において全体的に均一に配置することができる。これにより、第1の接着固定部20及び第2の接着固定部21のうち少なくとも一方の端面において、中空糸膜2の密度分布を均一にすることができ、結果としてハウジング5内における中空糸膜2の密度分布をより均一にすることができる。
 一実施形態において、図1及び図2に示すように、第2の接着固定部21において中空糸膜束3の上端は開口しており、中空糸膜2の内側領域はキャップ11の管路11aへと通じている。一方、中空糸膜束3の下端は第1の接着固定部20によって封止されている。他の実施形態において、中空糸膜束3の下端を開口させて上端を封止してもよく、又は、中空糸膜束3の両端を開口させてもよい。
 本実施形態において、図1に示すように、第1の接着固定部20には、複数の貫通孔20aが形成されている。貫通孔20aは、ハウジング5の長手方向に平行に形成されており、上述した外側領域5bと第1の接着固定部20を挟んで反対側の外部領域5cとを連通させる孔である。ろ過処理が行われる際には、第1の接着固定部20の外側に設けられたキャップ10の管路10aから被処理水(被処理液)が流入し、その被処理水が貫通孔20aを通過して外側領域5bに供給される。
 図3は、図1に示す中空糸膜モジュール1のC-D線断面図である。本実施形態においては、複数の貫通孔20aは、図3に示すように、第1の接着固定部20内に均一に分布するように形成されている。なお、貫通孔20aは、本実施形態のように第1の接着固定部20内に均一に分布するように形成することが望ましいが、これに限らず、その他配置としてもよい。また、別の実施形態において、中空糸膜束3の下端が開口している場合には、第1の接着固定部20は貫通孔20aを形成しなくてもよい。
 第1及び第2の接着固定部20及び21を構成するポッティング材としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、オレフィン系ポリマー、シリコーン樹脂、及びフッ素含有樹脂等の高分子材料が好ましく、これらの高分子材料のいずれか1種でもよいし、複数種の高分子材料を組み合わせて用いるようにしてもよい。
<環状凹凸部5a>
 本実施形態による中空糸膜モジュール1は、図1及び図2に示すように、ハウジング5の両端部の内壁に位置する環状凹凸部5aを有する。環状凹凸部5aの凹凸構造により、第1の接着固定部20及び第2の接着固定部21の側面に環状凹凸構造が形成される。これにより、ハウジング5と第1及び第2の接着固定部20及び21との接着面積を広くすることができ、より高い接着力を得ることができる。
<整流筒7>
 本実施形態による中空糸膜モジュール1は、図1及び図2に示すように、中空糸膜束3の上側(ノズル52a側)の端部外周に位置する、筒状の整流筒7を有する。整流筒7は、ノズル52aのハウジング5の内壁側の開口部と中空糸膜束3との間に設けられ、かつ、中空糸膜束3の外周を囲むように設けられている。整流筒7は、ノズル52aの近傍において、中空糸膜束3とハウジング5の内壁との間隔を確保する。これにより、ノズル52aから濃縮水が排出される際、中空糸膜2がノズル52a側に揺れ動くのを抑制することができ、中空糸膜2の破断を抑制することができる。別の一態様として、整流筒7は、中空糸膜束3の下側の端部外周に設置されてもよい。
 整流筒7は、図1に示すように、複数の貫通穴30が設けられた目皿状の円筒壁面を有する。整流筒7の貫通穴30は、ノズル52aのハウジング5の内側面側の開口部に対向する領域以外の領域に形成され、開口部に対向する領域には形成されないようにすることが望ましい。これにより、水の流れを制御し、中空糸膜2のノズル52a側への揺動を防止する効果を高めることができる。
 整流筒7は中空糸膜モジュール1の中央側端部にフランジ7aを備えており、そのフランジ7aを第2筒状部材52と第3筒状部材53の接合部分で挟むことによって、整流筒7を中空糸膜束3とハウジング5の内壁との間に固定する。整流筒7のもう一方の端部は、上述の第2の接着固定部21内で接着固定される。
<保護部材8>
 図4は、ハウジング5内に設けられた保護部材8の外観を示す。一実施形態において、中空糸膜モジュール1は、中空糸膜束3の外周面を覆う、筒状の保護部材8を備えていてもよい。なお、図4においては、図1に示す中空糸膜束3及び整流筒7は図示省略している。また、図1においては、保護部材8を図示省略している。
 保護部材8は、ネット状の部材を筒状に形成したものであり、可撓性を有するものである。ネット状の保護部材8の材質としては、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(4.6フッ化))、ETFE(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン(4フッ化))、ポリスルホン等の、耐熱性を有する材質を用いることが望ましい。
 保護部材8の両端は、それぞれ第1の接着固定部20内及び第2の接着固定部21内に位置し、第1の接着固定部20及び第2の接着固定部21によってハウジング5内壁に接着されている。
 外圧ろ過処理の過程において、外側領域5bに供給された被処理水は、保護部材8を透過した後、各中空糸膜2の外表面から染み込み、各中空糸膜2の中空部を通過したろ過水が、キャップ11の管路11aから排出され、濃縮水がノズル52aから排出される。
≪洗浄処理≫
 本実施形態の中空糸膜モジュール1においては、上述したような外圧ろ過処理に用いられた後、定期的にエアスクラビングによる洗浄処理が行われる。具体的には、上側の第2の接着固定部21側から清浄水を供給し、同時に下側の第1の接着固定部20の貫通孔20aに空気を供給し、供給された両流体を、第2筒状部材52のノズル52aから排出させることによって、中空糸膜2を揺らしながら膜表面に付着した汚れをはぎ取る処理が行われる。
≪中空糸膜2の中空部が開口している端面≫
 上述のとおり、第1及び第2の接着固定部20及び/又は21は、中空糸膜2の中空部が開口している略円形の端面を有する。ここで、略円形とは、正円だけでなく楕円を含む形状を指す。該端面が楕円である場合、端面の直径とは楕円の短軸を指す。該端面の直径は、ハウジング5の長手方向に垂直な面における端部での内径と一致する。
 一実施形態では、図2に示すように、第2の接着固定部21の端面21aにおいて中空糸膜2の中空部が開口している。別の実施形態において、第1の接着固定部20の端面において中空糸膜2の中空部が開口していてもよく、第1及び第2の接着固定部20及び21において中空糸膜2の中空部が開口していてもよい。
<直径>
 中空糸膜2の中空部が開口している端面の直径は、好ましくは、50mm以上、又は100mm以上、又は150mm以上、又は165mm以上であり、好ましくは、300mm以下、又は250mm以下である。これにより、水処理設備の設置面積の省スペース化を図りつつ、ハウジング5内部の必要部位にポッティング材を均一に注入させることができる。
<充填率>
 一実施形態において、中空糸膜2の中空部が開口している端面での中空糸膜2の充填率である、全中空糸膜2の総断面積/ハウジング5の内部断面積)は、好ましくは、45%以下、又は40%以下である。これにより、中空糸膜2同士の間に適度な隙間ができ、ハウジング5内部の必要部位にポッティング材を均一に注入させることができる。
 また、中空糸膜2の中空部が開口している端面での中空糸膜2の充填率である、全中空糸膜2の総断面積/ハウジング5の内部断面積)は、好ましくは、10%以上、又は25%以上、又は30%以上である。これにより、接着固定部20及び/又は21におけるポッティング材の割合を小さく抑えられ、硬化収縮に伴う接着固定部20及び/又は21での亀裂の発生及び剥離の発生を抑制することができる。
 なお、上記の全中空糸膜2断面積は、中空糸膜2の中空部を含む断面積とする。全中空糸膜2の総断面積は、中空糸膜2の断面積と、中空糸膜2の本数の積である。当該総断面積をハウジング5の内部断面積で除することで充填率を算出可能である。
<中空部が開口している端面を構成する樹脂材>
 中空糸膜2の中空部が開口している端面を有する第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21を構成する樹脂(ポッティング材)は、JIS K7215に準拠する25℃におけるD硬度が60以下である単一の熱硬化型樹脂であることが好ましい。単一の樹脂を使用することにより、樹脂同士が剥離することへの懸念がなくなり、接着固定部20及び/又は21での亀裂の発生を防ぐことができる。樹脂硬度を60以下とすることにより、接着固定部20及び/又は21の界面近傍において中空糸膜2が柔軟に動くことができ、中空糸膜2の破断を抑制することができる。ここで、「接着固定部の界面」とは、第1及び第2の接着固定部20及び21の端面の反対側に位置する面であり、ハウジング5の中央側に面する面のことを指し、以下においても同様である。
 また、樹脂材のD硬度は、58以下がより好ましく、56以下がさらに好ましい。これにより、接着固定部20及び/又は21の界面近傍における中空糸膜2の破断をより抑制することができる。樹脂材のD硬度は、良好な固定強度を得る観点から、好ましくは、45以上、又は50以上である。なお、接着固定部20及び/又は21の端面を構成する樹脂材硬度の値は、例えば端面の樹脂材のみから成る部分を測定することで得られる。
 上記単一の熱硬化型樹脂は、好ましくは二液硬化性の熱硬化型樹脂である。二液硬化性の熱硬化型樹脂は、B型粘度計による測定において、二液混合から10分後の粘度が1Pa・s以上10Pa・s以下であり、かつ、30分後の粘度が100Pa・s超であることが好ましい。
 熱硬化型樹脂の二液混合から10分後の粘度が1Pa・s以上であることで、中空糸膜2への熱硬化型樹脂の必要以上の含侵が抑制できる。一方で、二液混合から10分後の粘度が10Pa・s以下であると、熱硬化型樹脂の注入状態がより均一になりやすい。また30分後の粘度が100Pa・s超であることで、熱硬化型樹脂が中空糸膜2の中空部へ染み出すことを抑制できる。二液混合から10分後の粘度は、より好ましくは、1.5Pa・s以上であり、より好ましくは、8Pa・s以下、又は5Pa・s以下である。二液混合から30分後の粘度は、より好ましくは、150Pa・s以上である。
≪セリ部50≫
 図5は、第2の接着固定部21を構成するポッティング材Pと中空糸膜2を表した模式図である。図5に示すように、ポッティング材Pの界面S近傍の各中空糸膜2において、ポッティング材Pが中空糸膜2に浸透した状態で硬化している部分が存在する。この部分を、セリ部50という。
 セリ部50は、中空糸膜モジュール1の製造工程において、第1及び第2の接着固定部20及び21が硬化する際に形成される。遠心接着法で接着固定部20及び21を形成する場合、ハウジング5をその長手方向が水平になるように置き、両端部にポッティング材Pを注入して、ハウジング5の中央部を中心に水平方向に回転させる。その結果、遠心力によってポッティング材Pがハウジング5の両側に寄り、これにより第1及び第2の接着固定部20及び21が形成される。その際、一部のポッティング材Pが毛管現象によって各中空糸膜2の中央部側に向かって浸透し、その状態で硬化することによってセリ部50が形成される。
 セリ部50のポッティング材Pの界面Sからの最小長さは、3mm以上20mm以下であることが好ましい。ここで、ポッティング材Pの界面Sとは、中空糸膜2に形成されるセリ部50を除くポッティング材Pの表面である。また、上記の最小長さとは、各中空糸膜2に形成される複数のセリ部50のうち、最も短いセリ部50の長さのことをいう。
 セリ部50の長さは、中空糸膜モジュール1を解体し、ポッティング材Pの界面Sから各中空糸膜2を切り出し、界面Sから中空糸膜2のポッティング材Pが含侵している部分までの高さを測定することで得られる。
 本発明において発明者らは、セリ部50の最小長さが短い場合に、ポッティング材Pの界面S近傍において中空糸膜2が柔軟に折れ曲がることができないため、中空糸膜2が揺動によってより破断しやすいことを見出した。さらに、発明者らは、中空糸膜2の充填密度が高い場合に、セリ部50の長さが短くなることを発見した。
 以下、中空糸膜2の密度が高い場合にセリ部50の長さが短くなる理由について説明する。第1及び第2の接着固定部20及び21の形成工程において、中空糸膜2の充填密度が高い場合、隣り合う中空糸膜2の距離が短く近接しているため、ポッティング材Pがハウジング5の長手方向に向かって注入されづらくなる。その結果、毛管現象の発生しない高粘度の状態で界面Sが形成されるため、セリ部50が形成されない、又はセリ部50の長さが短くなるという現象が発生する。さらに、中空糸膜2の充填密度が高い場合、ポッティング材Pがハウジング5の端部を均一に満たすことができず、注型不良が発生し易い傾向がある。
≪中空糸膜2の密度分布≫
 図6は、図1及び2に示す中空糸膜モジュール1の第2の接着固定部21の端面21aを、矢印A方向から見た場合の模式図である。図7は、ハウジング5内部の一部の断面を表した模式図である。以下、図6及び図7を用いて本実施形態の中空糸膜モジュール1における、中空糸膜2の密度分布について説明する。
<中空糸膜2が開口している端面におけるマクロな密度分布>
 本実施形態の中空糸膜モジュール1は、第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の中空糸膜2の中空部が開口している端面(図6に示す実施形態では、第2の接着固定部21の端面21a)において、端面を有する第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点Rとし、上側頂点Rから端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、水平線の上側にある中空糸膜2の本数と下側にある中空糸膜2の本数の割合である(上側の中空糸膜2の本数)/(下側の中空糸膜2の本数)が0.9以上1.1以下であることを特徴とする。上記割合は、好ましくは、0.92以上、又は0.95以上であり、好ましくは、1.08以下、又は1.05以下である。
 上記について、具体的に説明する。図7に示す第2の接着固定部21の厚みが均一でないように、第1及び第2の接着固定部20及び21には厚みが大きい部分と小さい部分が存在する。図7中の示す第2の接着固定部21においては、点R-R’間の距離が、第2の接着固定部21の外周面における最小厚みである。図7において、第2の接着固定部21の端面21aを上側から見た場合、第2の接着固定部21の外周面における厚みが最も小さい部分は点Rに対応する。
 図6中の水平線E-Fは、前述の上側頂点Rから端面21aの中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線である。本実施形態の中空糸膜モジュール1は、端面21aを水平線E-Fによって上側領域と下綿領域とに二分割し、水平線E-Fの上側にある中空糸膜2の本数と下側にある中空糸膜2の本数の割合である(上側の中空糸膜2の本数)/(下側の中空糸膜2の本数)が0.9以上1.1以下であることを特徴とする。なお、水平線E-F上に中空糸膜2が存在する場合、中空糸膜2の断面積が占める割合が大きい方の領域に本数を計上するものとする。
 これにより、中空糸膜束3の一端である第2の接着固定部21の端面21aにおいて、中空糸膜2の密度分布を全体として均一にすることができ、中空糸膜2の揺動による破断を抑制することができる。また、端面21aにおける中空糸膜2の密度分布が全体として均一である結果として、中空糸膜2の密度が局所的に高い部分が存在する場合と比較して、第2の接着固定部21近傍のセリ部50の最小長さの値を大きくすることができる。セリ部50の最小長さの値を大きくすることで、中空糸膜2が第2の接着固定部21近傍において柔軟に折れ曲がることができ、中空糸膜2の揺動による破断を防ぐことができる。
 図6及び図7中では、中空糸膜2が開口している端面を第2の接着固定部21として説明したが、中空糸膜2が開口している端面が第1の接着固定部20であった場合にも、同様である。
<仮想接着界面S’における密度分布>
 一実施形態では、図7に示す第2の接着固定部21の中空糸膜2の中空部が開口している端面21aを、第2の接着固定部21の外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分の厚みR-R’分、長手方向中央に向かって仮想的に平行に移動させた仮想接着界面S’において、全中空糸膜2の総断面積/ハウジング5内部断面積が、好ましくは、20%以上、又は22%以上、又は25%以上であり、好ましくは、50%以下、又は48%以下、又は45%以下である。
 仮想接着界面S’における充填率である、全中空糸膜2の総断面積/ハウジング5の内部断面積)を50%以下とすることで、中空糸膜2膜同士の隙間が十分に確保でき、ポッティング材が中空糸膜2同士の間に均一に注入し易くなる。一方、充填率を20%以上とすることで、第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21におけるポッティング材の割合を小さく抑えられ、硬化収縮に伴う第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21での亀裂の発生や剥離の発生を抑制することができる。
 一実施形態では、仮想接着界面S’において、外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点R’とし、上側頂点R’から仮想接着界面S’の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、水平線の上側にある中空糸膜2の本数と下側にある中空糸膜2の本数の割合である(上側の中空糸膜2の本数)/(下側の中空糸膜2の本数)が、好ましくは、0.85以上、又は0.88以上、又は0.90以上であり、好ましくは、1.15以下、又は1.12以下、又は1.10以下である。なお、水平線上に中空糸膜2が存在する場合、中空糸膜2の断面積が占める割合が大きい方の領域に本数を計上するものとする。なお、中空糸膜2が開口している端面が第1の接着固定部20であった場合にも、上記と同様である。
 これにより、第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の仮想接着界面S’において、中空糸膜2の密度分布を全体として均一にすることができる。第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の端面と比較して、中空糸膜束3の中央部により近い仮想接着界面S’において、中空糸膜2の密度分布を全体として均一にすることで、中空糸膜2の揺動による破断をより抑制することができる。
 また、第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の仮想接着界面S’における中空糸膜2の密度分布が全体として均一である結果として、中空糸膜2の密度が局所的に高い部分が存在する場合と比較して、中空糸膜束3におけるセリ部50の長さの最小値を大きくすることができる。セリ部50の長さの最小値を大きくすることで、中空糸膜2が第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の界面近傍において柔軟に折れ曲がることができ、中空糸膜2の揺動による破断を防ぐことができる。
<中空糸膜2が開口している端面におけるミクロな密度分布>
 図8は、図1及び2に示す中空糸膜モジュール1の第2の接着固定部21の端面21aを、矢印A方向から見た場合の模式図である。一実施形態に係る中空糸膜モジュール1においては、第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の中空糸膜2の中空部が開口している端面(図8に示す実施形態では、第2の接着固定部21の端面21a)において、端面に存在する中空糸膜全てを包含する最小径の真円である第1の真円F1、当該第1の真円F1と同心で且つ直径が第1の真円F1よりも2cm小さい第2の真円F2、当該第2の真円F2内の中央(すなわち真円F2と同心)に位置する1辺がNcm(但し、Nは自然数である)の正方形のうち最大である第1の正方形F3、及び当該第1の正方形F3が1cm四方に分割されてなるN2個の第2の正方形F4を規定した際に、第2の正方形F4の各々に含まれる中空糸膜2の本数の(最小値)/(最大値)比が、好ましくは、0.4以上、又は0.42以上、又は0.45以上である。第2の正方形F4の辺上に中空糸膜2が存在する場合、中空糸膜2の断面積のうち最も大きい割合が含まれる第2の正方形に本数を計上するものとする。なお、図8中では、中空糸膜2が開口している端面を第2の接着固定部21として説明したが、中空糸膜2が開口している端面が第1の接着固定部20であった場合にも、同様である。
 モジュールにおいて、中空糸膜の充填が過度に密である領域が存在すると、当該領域においては接着剤が中空糸膜間に浸入し難く接着固定部の厚みが小さくなる傾向がある。一方、中空糸膜の充填が過度に疎である領域が存在すると、当該領域においては中空糸膜が揺動し易く糸切れが生じ易い傾向がある。上記の(最小値)/(最大値)比が上記範囲であることは、中空糸膜の充填の局所的な過密又は過疎の程度が小さく、上記のような問題が良好に回避され得ることを意味する。(最小値)/(最大値)比は、好ましくは1である。
<第1及び第2の接着固定部20及び21の形状>
 図9は、第2の接着固定部21の界面の形状を説明するためにハウジング5内部の一部の断面を表した模式図である。図9(A)は、図6中の水平線E-Fによるハウジング5の断面図である。図9(A)に示す断面において、第2の接着固定部21の界面は、両端が高く、中央が低い円弧状となる。これは、遠心接着工程においてポッティング材が受ける遠心力(図9(A)中の矢印G)の影響によるものであり、この円弧の形状は、遠心接着工程における回転半径、及び、ハウジング5の内径に依存する。
 本実施形態において、(第2の接着固定部21の外周面と水平線EFとの一方の交点における第2の接着固定部21の厚みL1と、前記外周面と水平線EFとの他方の交点における第2の接着固定部21の厚みL2の平均値)-(第2の接着固定部21の端面21aの中心における第2の接着固定部21の厚みLО)の差は、好ましくは、1mm以上、又は1.5mm以上、又は2mm以上であり、好ましくは、12mm以下、又は10mm以下、又は8mm以下である。上記は、第1の接着固定部20についても同様である。
 図9(B)は、図6中の上側頂点Rから、第2の接着固定部21の端面21aの中心に向かう垂線による、ハウジング5の内部の一部の断面を表した模式図である。遠心接着工程におけるハウジング5の上下方向と、図9(B)の上下方向とは、一致する。図9(B)に示す断面において、第2の接着固定部21の界面は、上側が低く、下側が高い傾斜状となる。遠心接着工程において、ポッティング材は、図中下方向の重力、及び、回転中心から外側方向への遠心力(図9(B)中の矢印G)を受けるため、界面の傾斜度合いは遠心力の大きさに依存する。
 本実施形態において、(上側頂点Rから第2の接着固定部21の端面21aの中心に向かう垂線と、第2の接着固定部21の外周面との他方の交点における第2の接着固定部21の厚みL4)-(上側頂点Rにおける第2の接着固定部21の厚みL3)が、好ましくは、3mm以上、又は3.5mm以上、又は4mm以上であり、好ましくは、12mm以下、又は11mm以下、又は10mm以下である。上記は、第1の接着固定部20についても同様である。
<第1及び第2の接着固定部20及び21の厚さ>
 中空糸膜2の中空部が開口している端面を有する第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の厚さは、局所的なばらつきが小さい方が好ましい。図10は、後述の比較例1に示す従来の中空糸膜モジュールの中空糸膜の中空部が開口している端面を示す図である。従来の中空糸膜モジュールでは、図10に示すように規制部材41を設置して膜束を形成させていたため、中空糸膜束内に中空糸膜の粗密が部分的に現れ、ポッティング材を注入した際、中空糸膜の粗密に応じてポッティング材が注入され、これにより接着固定部の厚さのばらつきが大きくなっていた。このように、第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の厚さのばらつきが大きい場合、部分的に耐圧が弱い等の問題があるが、上述したように第1の接着固定部20及び/又は第2の接着固定部21の厚さのばらつきを小さくすることによって、この問題を解消することができる。
 次に、本発明の中空糸膜モジュールの実施例及び比較例について説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
(実施例1)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)16,500本を2.3mの長さで束ね、垂直に吊るし、下側端面を切断することによって面をそろえた。次に周長を170mmにするためにメンディングテープを膜束の円周に全周に渡って貼付した。さらにウレタン樹脂SA-8100A/SA-8100B(サンユレック製)300gを混合吐出機で測り取り膜束の下面に30秒浸漬させて、すぐに離した。この後、4時間室温放置して膜束の下面に含侵したウレタン樹脂を硬化させ、膜束径を規定すると同時に中空部を封止した。こうしてできた膜束を内径216mmの整流筒が内側に装着された第2筒状部材(端面直径218mm)を有するハウジングに挿入した。用いた中空糸膜は、平均孔径0.1μm、内径0.6mm、外径1.0mmである。
 次いで、第1筒状部材側の中空糸膜束の端部において、貫通孔を形成予定の位置に柱状部材を挿入した。
 次いで、ポッティング材導入用チューブを取り付けた接着固定部形成用容器をハウジングの両端に固定し、水平方向に回転させながらポッティング材をハウジングの第1筒状部材内及び第2筒状部材内に注入した。ポッティング材としては、二液性熱硬化型ウレタン樹脂(サンユレック社製:SA-6330A2/SA-6330B5(商品名)、25℃下で測定した混合後10分後粘度:3.5Pa・s、25℃下で測定した30分後粘度:210Pa・s)を用いた。ポッティング材の硬化反応が進行して流動が停止した時点で遠心機の回転を停止して取り出し、オーブン中で50℃に加熱し、ポッティング材を硬化させた。なお、混合後10分後粘度、30分後粘度は、B型粘度計で測定した。
 その後、ハウジングの第2筒状部材側の端部を切断してハウジング全長を2.1mとし、接着前の段階で中空部を閉塞した側の中空部を開口させた。一方、第1筒状部材側の第1の接着固定部から柱状部材を取り除いて複数の貫通孔を形成した。なお、本中空糸膜モジュールの膜有効長は2mである。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は8,099本、下側の中空糸膜本数は8,401本であった。すなわち、中空糸膜の本数と下側にある中空糸膜の本数の割合である(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.96であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、34.7%であった。
 第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、端面に存在する中空糸膜全てを包含する最小径の真円である第1の真円、これと同心で且つ直径がこれよりも2cm小さい第2の真円、当該第2の真円内の中央に位置する1辺がNcm(但し、Nは自然数である)の正方形のうちサイズが最大である10cm四方の第1の正方形、及び当該第1の正方形が1cm四方に分割されてなる100(=10×10)個の第2の正方形を規定した。第2の正方形の各々に含まれる中空糸膜の本数について、上記100個の中での最小値は50本、最大値は91本であり、(最小値)/(最大値)=0.55であった。なお、第2の正方形の辺上に中空糸膜が存在する場合、中空糸膜の断面積のうち最も大きい割合が含まれる第2の正方形に本数を計上した。
 また、第2の接着固定部において、(L1とL2の平均値)-Lo=6mmであり、L4-L3の値=9mmであった。
 製造した中空糸膜モジュールの端面における樹脂固定部の(JIS K7215)D硬度は、55Dであった。なお、樹脂固定部の硬度測定では、荷重保持時間を10秒とし、硬度の値は、接着固定部の端面において無作為に選んだ5点の平均値である。
 製造した中空糸膜モジュールの第2の接着固定部の仮想接着界面S’における中空糸膜の充填率は32.6%であった。また、仮想接着界面S’において、外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から仮想接着界面S’の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、水平線の上側にある中空糸膜の本数と下側にある中空糸膜の本数の割合である(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.92であった。
 次いで、中空部が開口した側を上にして中空糸膜モジュールをろ過装置に取り付け、以下の物理洗浄耐久性試験を行った。
 上側の第2の接着固定部側から清浄水を7m3/hrの流量で供給し、同時に下側の第1の接着固定部の貫通孔に空気を8.5Nm3/hrの流量で供給した。供給された両流体は、上側の第2筒状部材のノズルから排出させた。1ヵ月毎に行うリークテストの時以外は連続的に上記の運転を実施した。なお、運転中は水温を10℃に保持した。
 6ヶ月間の運転後、中空糸膜の破断によるリークは5本発生した。試験終了後、膜モジュールを解体して、第2の接着固定部の状態を確認すると、第2の接着固定部の厚みのうち、最も厚い部分は、70mm、最も薄い部分は66mmであり、(最大厚み)-(最小厚み)は4mmであった。また、セリ部の中空糸膜長手方向における長さの最小値5mmであった。
(実施例2)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,000本を使用した点、周長を135mmにするためにメンディングテープを膜束の円周に全周に渡って貼付した点、使用した第2筒状部材の端面直径が168mm、整流筒内径が165mmである点以外は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は5,365本、下側の中空糸膜本数は5,635本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.95であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、39%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例3)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,500本を使用した点、用いた中空糸膜が平均孔径0.1μm、内径0.7mm、外径1.22mmである点以外は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は5,703本、下側の中空糸膜本数は5,797本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.98であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、36%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例4)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)6,600本を使用した点、用いた中空糸膜が平均孔径0.1μm、内径0.7mm、外径1.22mmである点以外は実施例2と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は3,215本、下側の中空糸膜本数は3,385本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.95であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、34.8%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例5)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)6,000本を使用した点、用いた中空糸膜が平均孔径0.02μm、内径0.7mm、外径1.3mmである点以外は実施例2と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は2,970本、下側の中空糸膜本数は3,030本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.98であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、35.9%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例6)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)8,300本を使用した点、ポッティング材として、二液性熱硬化型ウレタン樹脂(三洋化成社製:JA-553/JB-553(商品名)、25℃下で測定した混合後10分後粘度:2.5Pa・s、25℃下で測定した30分後粘度:170Pa・s)を用いた点以外は実施例3と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は4,071本、下側の中空糸膜本数は4,229本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.96であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、26.0%であった。また、該中空糸膜モジュールにおいて、接着固定部とハウジングとが接着している面の周方向の一部において、長手方向に隙間が見られた。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例7)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)8,800本を使用した点、膜を束ねた際の全長を1.6mにした点、周長を110mmにするためにメンディングテープを膜束の円周に全周に渡って貼付した点、使用した第2筒状部材の端面直径が140mm、整流筒内径が135mmである点、中空糸膜束の端部切断後のハウジング全長を1.4mとした点以外は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は4,316本、下側の中空糸膜本数は4,484本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.96であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、44.9%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例8)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)3,100本を使用した点、周長を75mmにするためにメンディングテープを膜束の円周に全周に渡って貼付した点、使用した第2筒状部材の端面直径が84mm、整流筒内径が79mmである点以外は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は1,485本、下側の中空糸膜本数は1,615本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.92であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、43.9%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例9)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)を束ねた際の全長を1.2mにした点、中空糸膜束の端部切断後のハウジング全長を1.0mとした点以外は実施例4と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は3,294本、下側の中空糸膜本数は3,306本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は1.00であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、34.8%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例10)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,000本を使用した点以外は実施例4と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は5,527本、下側の中空糸膜本数は5,473本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は1.01であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、58.0%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例11)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)21,000本を使用した点以外は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は10,286本、下側の中空糸膜本数は10,714本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.96であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、44.2%であった。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(実施例12)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)6,000本を使用した点以外は実施例2と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、第2の接着固定部の中空糸膜が開口している端面において、第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は2,846本、下側の中空糸膜本数は3,154本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.90であった。製造した中空糸膜モジュールの充填率は、21.3%であった。また、該中空糸膜モジュールにおいて、接着固定部とハウジングとが接着している面の周方向の一部において、長手方向に隙間が見られた。その他の測定結果等は、表1に示したとおりである。
(比較例1)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)16,500本を束ね、内径216mmの整流筒が内側に装着された第2筒状部材(端面直径218mm)を有するハウジングに挿入した。用いた中空糸膜は、平均孔径0.1μm、内径0.6mm、外径1.0mmである。
 次いで、石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に、外径11mmの円柱形状の規制部材(予め下記のポッティング材と同様の接着剤を型に流延して硬化させて成形したもの)を、図10に示したように12本挿入して配置した。一方、第1筒状部材側の中空糸膜束の端部において、貫通孔を形成予定の位置に柱状部材を挿入した。以降は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 図10に示すように、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する第2の接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点Rを上側頂点とし、点Rから該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は7,641本、下側の中空糸膜本数は8,859本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.86であった。
 次いで、中空部が開口した側を上にして中空糸膜モジュールをろ過装置に取り付け、以下の物理洗浄耐久性試験を行った。
 上側の第2の接着固定部側から清浄水を7m3/hrの流量で供給し、同時に下側の第1の接着固定部の貫通孔に空気を8.5Nm3/hrの流量で供給した。供給された両流体は、上側の第2筒状部材のノズルから排出させた。1ヵ月毎に行うリークテストの時以外は連続的に上記の運転を実施した。なお、運転中は水温を10℃に保持した。
 6ヶ月間の運転後、膜の破断によるリークは105本発生した。試験終了後、膜モジュールを解体して、第2の接着固定部の状態を確認すると、第2の接着固定部の厚みは、54mmから69mmの範囲であり、また、セリ部の長さの最小値は最大で2mmであった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例2)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に規制部材を使用しない点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は6,513本、下側の中空糸膜本数は9,987本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.65であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例3)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に、厚さ3mm、幅210mm、長さ50mmの板状の規制部材(予め下記のポッティング材と同様の接着剤を型に流延して硬化させたものを加工・成形したもの)を配置した点、PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,500本を使用した点、用いた中空糸膜が平均孔径0.1μm、内径0.7mm、外径1.22mmである点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は5,350本、下側の中空糸膜本数は6,150本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.87であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例4)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に規制部材を使用しない点、PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,000本を使用した点、使用した第2筒状部材の端面直径が168mm、整流筒内径が165mmである点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は4,453本、下側の中空糸膜本数は6,547本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.68であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例5)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,000本を束ね、内径165mmの整流筒が内側に装着された第2筒状部材(端面直径168mm)を有するハウジングに挿入した。用いた中空糸膜は、平均孔径0.1μm、内径0.6mm、外径1.0mmである。石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に、外径11mmの円柱形状の規制部材(予め下記のポッティング材と同様の接着剤を型に流延して硬化させて成形したもの)を、図10に示したように12本挿入して配置した。一方、第1筒状部材側の中空糸膜束の端部において、貫通孔を形成予定の位置に柱状部材を挿入した。以降は実施例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は5,180本、下側の中空糸膜本数5,820本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.89であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例6)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に規制部材を使用しない点、PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)3,100本を使用した点、使用した第2筒状部材の端面直径が84mm、整流筒内径が79mmである点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は1,329本、下側の中空糸膜本数は1,771本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.82であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例7)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)を束ねた際の全長を1.2mにした点、中空糸膜束の端部切断後のハウジング全長を1.0mとした点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は7,384本、下側の中空糸膜本数は9,116本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.81であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例8)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に規制部材を使用しない点、PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)10,000本を使用した点、使用した第2筒状部材の端面直径が168mm、整流筒内径が165mmである点、用いた中空糸膜が平均孔径0.1μm、内径0.7mm、外径1.22mmである点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は4,448本、下側の中空糸膜本数は5,552本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.80であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例9)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に規制部材を使用しない点、PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)5,600本を使用した点、使用した第2筒状部材の端面直径が168mm、整流筒内径が165mmである点以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は2,202本、下側の中空糸膜本数は3,398本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.65であった。また該中空糸膜モジュールにおいて、接着固定部とハウジングとが接着している面の周方向の一部において、長手方向に隙間が見られた。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例10)
 石膏を使用して中空部を閉塞した側の中空糸膜束の端部に規制部材を使用しない点、PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)6,600本を使用した点、使用した第2筒状部材の端面直径が168mm、整流筒内径が165mmである点,ポッティング材として、二液性熱硬化型ウレタン樹脂(東ソー社製:KC-462/N-4273(商品名)、25℃下で測定した混合後10分後粘度:5Pa・s、25℃下で測定した30分後粘度:850Pa・s)を用いた以外は比較例1と同様に中空糸膜モジュールを製造し、その評価を実施した。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は2,763本、下側の中空糸膜本数は3,837本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.72であった。その他の測定結果等は、表2に示したとおりである。
(比較例11)
 PVDF(ポリフッ化ビリニデン)製中空糸膜(旭化成製)11,500本を2.3mの長さで束ね、垂直に吊るし、下側端面を切断することによって面をそろえた。こうしてできた膜束の片側を石膏を使用して中空部を閉塞し、内径216mmの整流筒が内側に装着された第2筒状部材(端面直径218mm)を有するハウジングに挿入した。用いた中空糸膜は、平均孔径0.1μm、内径0.7mm、外径1.22mmである。
 次いで、第1筒状部材側の中空糸膜束の端部において、貫通孔を形成予定の位置に柱状部材を挿入した。
 次いで、ポッティング材導入用チューブを取り付けた接着固定部形成用容器をハウジング5の第2筒状部材に固定し、垂直方向に、ポッティング材をハウジングの第2筒状部材内に自重によって注入した。ポッティング材の硬化反応が進行して流動化が停止した後、ハウジング5の上下を反転させ、ポッティング材導入用チューブを取り付けた接着固定部形成用容器をハウジングの第1筒状部材に固定し、垂直方向に自重でポッティング材をハウジングの第1筒状部材内に注入した。ポッティング材としては、二液性熱硬化型エポキシ樹脂(サンユレック社製:A-751A/A-751B(商品名)、25℃下で測定した混合後10分後粘度:1.2Pa・s、25℃下で測定した30分後粘度:2.0Pa・s)を用いた。ポッティング材の硬化反応が進行して流動化が停止した後、オーブン中で50℃に加熱してキュアした。なお、混合後10分後粘度、30分後粘度は、B型粘度計で測定した。
 その後、ハウジングの第2筒状部材側の端部を切断してハウジング全長を2.1mとし、接着前の段階で中空部を閉塞した側の中空部を開口させた。一方、第1筒状部材側の第1の接着固定部から柱状部材を取り除いて複数の貫通孔を形成した。なお、本中空糸膜モジュールの膜有効長は2mである。
 このとき、中空糸膜の中空部が開口している端面において、中空糸膜の中空部が開口している端面を有する接着固定部の外周面における厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、頂点から該端面の中心に向かう垂線に直交し、中心を通る水平線を引いたとき、その水平線よりも上側の中空糸膜本数は5,602本、下側の中空糸膜本数は5,898本であった。すなわち、(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)は0.95であった。
 以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
1   中空糸膜モジュール
2   中空糸膜
3   中空糸膜束
5   ハウジング
5a  環状凹凸部
5b  外側領域
5c  外部領域
7   整流筒
7a  フランジ
8   保護部材
10,11   キャップ
10a,11a 管路
12  サニタリーガスケット
13  クランプ
20  第1の接着固定部
20a 貫通孔
21  第2の接着固定部
21a 第2の接着固定部の端面
30  貫通穴
41  規制部材
50  セリ部
51  第1筒状部材
52  第2筒状部材
53  第3筒状部材
52a ノズル
P   ポッティング材
S   ポッティング材の界面
S’  仮想接着界面

Claims (11)

  1.  筒状のハウジングと、複数の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、第1の接着固定部及び第2の接着固定部と、を備える中空糸膜モジュールであって、
     前記中空糸膜束の両端部分の各々が前記第1の接着固定部及び前記第2の接着固定部の各々を介して前記筒状のハウジング内に収容されており、
     前記第1の接着固定部及び前記第2の接着固定部は、前記ハウジングの長手方向に対して垂直な略円形の端面を有し、前記端面の少なくとも一方において、前記複数の中空糸膜の中空部が開口しており、
     前記中空糸膜の中空部が開口している端面を有する第1の接着固定部及び/又は第2の接着固定部において、前記複数の中空糸膜の外面と前記ハウジングの内面との間の領域は、前記複数の中空糸膜の偏在を規制する規制部材を備えない状態で、前記長手方向において所定の厚みをもって接着樹脂で満たされることにより、前記中空糸膜束が前記ハウジングに接着固定されており、
     前記中空糸膜の中空部が開口している端面において、前記端面を有する接着固定部の外周面における前記長手方向の厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、前記上側頂点から前記端面の中心に向かう垂線に直交し、前記中心を通る水平線を引いたとき、前記水平線の上側にある中空糸膜の本数と下側にある中空糸膜の本数の割合である(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)が0.9以上1.1以下である、中空糸膜モジュール。
  2.  前記第1の接着固定部及び/又は前記第2の接着固定部の中空糸膜の中空部が開口している端面において、端面に存在する中空糸膜全てを包含する最小径の真円である第1の真円、前記第1の真円と同心で且つ直径が前記第1の真円よりも2cm小さい第2の真円、前記第2の真円内の中央に位置する1辺がNcm(但し、Nは自然数である)の正方形のうち最大である第1の正方形、及び前記第1の正方形が1cm四方に分割されてなるN2個の第2の正方形を規定した際に、前記第2の正方形の各々に含まれる中空糸膜の本数の(最小値)/(最大値)比が0.4以上である、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
  3.  前記中空糸膜の中空部が開口している端面の直径が150mm以上である、請求項1又は2に記載の中空糸膜モジュール。。
  4.  (前記外周面と前記水平線との一方の交点における前記接着固定部の厚みL1と、前記外周面と前記水平線との他方の交点における前記接着固定部の厚みL2の平均値)-(前記端面の中心における前記接着固定部の厚みLО)が、1mm以上12mm以下であり、そして、
     (前記上側頂点から前記端面の中心に向かう垂線と前記外周面との他方の交点における前記接着固定部の厚みL4)-(前記上側頂点における前記接着固定部の厚みL3)が、3mm以上12mm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
  5.  前記ハウジングの全長が1m以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
  6.  前記中空糸膜の中空部が開口している端面での中空糸膜の充填率である、全中空糸膜の総断面積/ハウジング内部断面積が10%以上45%以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
  7.  前記中空糸膜の中空部が開口している端面での中空糸膜の充填率である、全中空糸膜の総断面積/ハウジング内部断面積)が25%以上である、請求項6に記載の中空糸膜モジュール。
  8.  前記中空糸膜の中空部が開口している端面を有する第1の接着固定部及び/又は第2の接着固定部を構成する樹脂は、JIS K7215に準拠する25℃におけるD硬度が60以下である単一の熱硬化型樹脂である、請求項1~7のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
  9.  前記単一の熱硬化型樹脂が二液硬化性の熱硬化型樹脂であり、前記熱硬化型樹脂は、二液混合から10分後の粘度が1Pa・s以上10Pa・s以下であり、かつ、30分後の粘度が100Pa・s超である、請求項8に記載の中空糸膜モジュール。
  10.  前記複数の中空糸膜はフッ素樹脂から構成されている、請求項1~9のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
  11.  前記中空糸膜の中空部が開口している端面を、前記第1の接着固定部及び/又は前記第2の接着固定部の外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分の厚み分、長手方向中央に向かって仮想的に平行に移動させた仮想接着界面において、全中空糸膜の総断面積/ハウジング内部断面積が20%以上50%以下であり、かつ、前記仮想接着界面において、前記外周面における長手方向の厚みが最も小さい部分に対応する点を上側頂点とし、前記上側頂点から前記仮想接着界面の中心に向かう垂線に直交し、前記中心を通る水平線を引いたとき、前記水平線の上側にある中空糸膜の本数と下側にある中空糸膜の本数の割合である(上側の中空糸膜の本数)/(下側の中空糸膜の本数)が0.85以上1.15以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
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