專利名稱：中空絲膜子組件及使用該中空絲膜子組件的組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及構成中空絲膜組件的中空絲膜子組件，其中該中空絲膜組件由具有選擇透過性的中空絲膜形成。涉及可用于以下情況的由具有選擇透過性的中空絲膜形成的中空絲膜組件用于流體的膜分離處理，例如海水的淡化、鹽水的脫鹽、廢水的凈化、無菌水的制造、超純水的制造等反滲透法；除去高度凈水處理、農藥、臭氣物質、消毒副產物前體等的低分子有害物質、除去硬度成分的軟水處理等納米過濾法；回收來自電泳涂裝廢水的涂料、濃縮·回收與食品有關的有用物、代替凝聚沉淀·砂濾的凈水處理等的超濾法；回收來自天然氣的氦、分離·回收來自氨工廠的吹掃用氣體的氫、石油的三次回收中的碳酸氣體的分離、富氧、富氮等的氣體分離等。特別涉及構成對海水淡化等水處理有效的反滲透中空絲膜組件的中空絲膜子組件。
背景技術：
選擇透過性膜根據分離物質的尺寸進行分類。例如，作為液體處理用的膜的種類，大致分為用于分離膠體、蛋白質等的超濾膜、精密過濾膜、用于分離農藥等的低分子有機物的納米過濾膜以及用于分離離子類的反滲透膜。反滲透膜在高于待處理液體的滲透壓力的壓力下使用，在海水淡化時在幾兆帕的壓力下使用。
另一方面，作為選擇透過性膜的膜形狀，可以列舉出平膜型、管狀膜型、螺旋膜型以及中空絲膜型，其中，由于中空絲膜型能夠增大其膜組件的每單位容積的膜面積，因而是適合于膜分離操作的形狀，例如被廣泛地應用于利用反滲透膜的海水淡化領域。并且，該中空絲膜組件通常由壓力容器、中空絲膜元件以及將從多個中空絲膜流出的透過流體集合的透過流體收集部件等部件構成。特別是，需要使中空絲膜元件和上述透過流體收集部件貼緊，在本發(fā)明中將中空絲膜元件和透過流體收集部件處于貼緊固定狀態(tài)的部件稱為中空絲膜子組件。
這樣的中空絲膜子組件，需要在一個壓力容器中安裝多個中空絲膜元件時，特別是安裝多個兩端開口型的中空絲膜元件時，由于易于從組件排出來自多個中空絲膜開口端部的透過流體，因而有效。
對于這樣的現有中空絲膜子組件，為了簡化結構并易于制造等，使中空絲膜元件和透過流體收集部件粘接成一體。例如，在特表平9-511447號公報中公開了使中空絲膜的兩端形成開口，并在兩端部的開口端部上一體形成透過流體收集部件(端蓋)的中空絲膜子組件結構。
但是，上述中空絲膜子組件，由于中空絲膜元件和透過流體收集部件通過粘接等形成一體，因而在需要更換膜時，必須要更換整個中空絲膜子組件。因此，還必須更換、處理透過流體收集部件，并且不能進行再利用，因而從地球環(huán)境、經濟方面考慮并不理想。并且存在下述問題如果無法拆裝透過流體收集部件，即使在進行子組件的性能評價后判明性能發(fā)生異常的情況下，也不能進行中空絲膜的開口面的泄漏試驗·觀察、修復。并且，在大型中空絲膜元件的情況下，存在難以通過將透過流體收集部件或端蓋直接安裝到中空絲膜元件上的方式進行作業(yè)的問題。并且在安裝到壓力容器上的情況下，需要確保一定間隙，以使供給流體或濃縮流體通過壓力容器內表面與中空絲膜子組件之間的間隙，為此，必須減小中空絲膜元件的外徑，因而存在中空絲膜的膜面積減小、透過流量降低的問題。
另一方面，可以考慮用螺釘進行緊固而將中空絲膜元件和透過流體收集部件固定的方式。雖然該固定方式能夠可逆地進行拆裝，但是在利用泵將供給流體提供給中空絲膜子組件而進行膜處理運轉的情況下，由于泵的振動會使螺釘部在運轉過程中松動，因而并不理想。并且，在螺釘結構中，雖然材料優(yōu)選金屬，但是在對海水等進行處理時會腐蝕金屬部，因而并不理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明的課題在于提供一種中空絲膜子組件，在使用過程中透過流體收集部件與中空絲膜元件貼緊，而且，該透過流體收集部件能夠可逆地進行拆裝，可以在更換膜時更換中空絲膜元件，透過流體收集部件能夠再次安裝在更換后的中空絲膜元件上而進行利用。
鑒于上述問題進行銳意研究的結果，本發(fā)明人等發(fā)現通過嵌合可拆裝的按扣而將中空絲膜元件和透過流體收集部件固定可以同時達到上述兩個目的，從而產生了本發(fā)明。
即，本發(fā)明如下所述(1)一種中空絲膜子組件，在與供給流體入口連通的供給流體分配管的周圍配置有具有選擇透過性的中空絲膜集合體，用樹脂分別固定中空絲膜集合體的兩端部后，用可拆裝的按扣不連續(xù)地固定中空絲膜元件和透過流體收集部件，其中所述中空絲膜元件至少一方的端部被切斷而使該中空絲膜的中空孔形成開口，所述透過流體收集部件使從中空絲膜的開口部流出的透過流體集合。
(2)根據(1)所述的中空絲膜子組件，其特征在于，在與供給流體入口連通的供給流體分配管的周圍以交叉狀配置具有選擇透過性的中空絲膜。
(3)根據(1)或(2)所述的中空絲膜子組件，其特征在于，中空絲膜為反滲透膜。
(4)根據(1)至(3)中任一項所述的中空絲膜子組件，其特征在于，用樹脂制作按扣。
(5)根據(1)至(4)中任一項所述的中空絲膜子組件，按扣的沖擊強度為2.5kg·cm/cm以上，彎曲彈性系數為10000～200000kg/cm2，拉伸強度為400kg/cm2以上。
(6)一種中空絲膜組件，其特征在于，在壓力容器中安裝了兩個以上(1)至(5)中任一項所述的中空絲膜子組件。
在本發(fā)明中，構成配置在供給流體分配管周圍的中空絲膜集合體的中空絲膜以交叉狀配置是指，中空絲膜以相對于供給流體分配管的軸方向具有卷曲角度并相互交叉的狀態(tài)進行配置。例如，可以通過使供給流體分配管旋轉，使中空絲膜或由多個中空絲膜形成的中空絲膜束沿著供給流體分配管的軸方向往復移動(トラバ一ス)的同時卷起而進行制作。卷曲角度是中空絲膜相對于供給流體分配管的軸方向的角度，在中空絲膜集合體的內層部和外層部，角度有時會不同。例如，最外層部的角度優(yōu)選5度～70度，進一步優(yōu)選15度～50度。如果該角度過小，則卷起時中空絲膜或中空絲膜束容易潰散，并且難以確保中空絲膜之間的空間，有時難以發(fā)現交叉配置應有的效果。并且，如果該角度過大，則開口之間的中空絲膜的長度變長，中空部內的流動壓力損失變大，可能減少有效壓力差，還可能導致透過性能、分離性能降低。
本發(fā)明中的供給流體分配管是具有將從供給流體入口供給的流體分配給中空絲集合體的功能的管狀部件。作為優(yōu)選的一個例子，可以列舉出多孔管。通過使用供給流體分配管，可以將供給流體均勻地分配給中空絲集合體。在中空絲膜元件的長度較長或中空絲膜集合體的外徑較大的情況下特別有效。在本發(fā)明中進一步優(yōu)選的是，使供給流體分配管位于中空絲膜集合體的中心部。與中空絲膜元件的直徑相比，如果供給流體分配管的直徑過大，則組件內的中空絲膜所占的比例減少，其結果是，組件的膜面積減少，因而會降低處理量。并且，如果供給流體分配管的直徑過小，則供給流體在供給流體分配管內流動時的壓力損失變大，其結果是，施加在中空絲膜的有效壓力差變小，因而會降低透水量。此外，有時供給流體分配管會因供給流體在中空絲膜層流動時受到的中空絲膜的張力而破損。優(yōu)選的是，綜合考慮這些影響而設定最佳的直徑。該供給流體分配管的直徑，例如在中空絲膜元件的中空絲膜層部的外徑大約為260mm時，外徑優(yōu)選為50mm～90mm，進一步優(yōu)選為60mm～80mm。另一方面，供給流體分配管的內徑優(yōu)選為45mm～85mm，進一步優(yōu)選為55mm～75mm。用FRP(玻璃纖維增強塑料)制造供給流體分配管時，供給流體分配管的壁厚優(yōu)選為1mm～7mm，進一步優(yōu)選為2mm～5mm。
在本發(fā)明中，用樹脂分別固定中空絲膜集合體的兩端部后，切斷至少一方的端部而使該中空絲膜的中空孔形成開口是指，分別用粘接用樹脂灌封中空絲膜集合體的兩端部等而進行密閉固定，以防止供給流體從中空絲膜之間的間隙、中空絲膜與樹脂之間的間隙泄漏。作為所使用的粘接樹脂，優(yōu)選根據處理流體的特性、使用條件從環(huán)氧類樹脂、尿脘類樹脂、硅類樹脂等中進行選擇。被粘接劑固定的兩端部，可以通過進行切斷等處理而使中空絲膜的中空孔形成開口，從而形成中空絲膜元件。將一個或多個中空絲膜子組件安裝到具有供給流體入口、濃縮流體出口、透過流體排出口的壓力容器中，從而形成中空絲膜組件。
本發(fā)明中的中空絲膜子組件是指，在中空絲膜元件上安裝透過流體收集部件等部件，從而能夠把來自中空絲膜開口部的透過流體集合并排出的部件。只有一側端部形成開口時，在一端上安裝透過流體收集部件而形成子組件。在這種情況下，優(yōu)選的是，利用運轉壓力將另一側端部壓接在處于壓力容器端部側的透過流體收集部件上而進行密封。并且，兩端形成開口時，在兩端安裝透過流體收集部件而形成中空絲膜子組件。兩端形成開口時，為了把來自兩端的中空絲膜開口部的透過流體集中排出，還優(yōu)選采用將連通兩端部的透過流體收集部件的內部管連接到透過流體收集部件上的方式。并且，還可以在一個壓力容器上安裝兩個以上的兩端開口的中空絲膜元件，當開口端部處于與壓力容器內的端部分離的位置時，為了不受外部供給流體等污染地排出透過流體，優(yōu)選將透過流體收集部件作為安裝于中空絲膜元件開口端部上的中空絲膜子組件進行安裝。在本發(fā)明中，將一個或多個中空絲膜子組件安裝到具有供給流體入口、濃縮流體出口、透過流體排出口的壓力容器上而形成中空絲膜組件。與將中空絲膜元件和透過流體收集部件粘接固定而難以進行裝卸的方式相比，能夠可逆地進行拆裝的固定方法便于更換膜、檢查性能、修復開口面，因而優(yōu)選。
優(yōu)選的是，本發(fā)明中的壓力容器收容中空絲膜子組件，并能夠向中空絲膜施加有效的壓力差，能夠利用中空絲膜進行分離操作，防止流體泄漏到外部，中空絲膜子組件的供給側空間與透過側空間以及透過側空間與濃縮側空間被嚴密地分離，因而能夠確保各自的流路。并且，雖然不特別限定供給流體入口、濃縮流體出口、透過流體出口的位置，但是從操作、有效活用的方面考慮，優(yōu)選位于壓力容器的端部附近。并且，安裝有多個中空絲膜子組件時，從膜子組件的運轉管理方面考慮，優(yōu)選的是設置多個透過流體出口，以便將各子組件的透過流體分別排出。例如，當收容有兩個膜子組件時，作為一例可以列舉出供給流體入口位于一個端部的中央附近，透過流體出口位于兩端的中央部以外，濃縮流體出口設在另一個端部附近的側壁上。
本發(fā)明中的按扣是為了能夠可逆地拆裝中空絲膜元件和透過流體收集部件并且能夠固定，在外周面上以不連續(xù)地嵌合的狀態(tài)固定中空絲膜元件的端部和透過流體收集部件的部件。所說的嵌合狀態(tài)是指，按扣一端的凸部嵌入設在中空絲膜元件端部上的凹部，按扣另一端部的凸部嵌入設在透過流體收集部件上的凹部的狀態(tài)，雖然從外部強制性地施加拆卸方向的力時即脫落，但并不是自然脫落的結構。
對于該按扣而言，從拆裝時的操作性、對于反復拆裝的耐久性方面考慮，優(yōu)選的是由具有較大沖擊強度和適度彈性系數的原材料構成，并且從使用安裝后的膜組件時、對于反復拆裝的耐久性方面考慮，優(yōu)選的是由具有較大強度的原材料構成。按扣的沖擊強度，例如根據以ASTM(美國材料試驗標準)的D256的試驗法測定的測定值，優(yōu)選為2.5(kg·cm/cm)以上，進一步優(yōu)選為3(kg·cm/cm)以上。關于彈性系數，例如，通過ASTM的D790的試驗法得到的彎曲彈性系數優(yōu)選為10,000(kg/cm2)～200,000(kg/cm2)的范圍，進一步優(yōu)選為20,000(kg/cm2)～100,000(kg/cm2)的范圍。并且，關于強度，例如通過ASTM的D638的試驗法表示的拉伸強度優(yōu)選為400(kg/cm2)以上，進一步優(yōu)選為500(kg/cm2)以上。使用超出這些范圍的原材料時，拆裝時的操作性不良，根據情況有可能在嵌入時發(fā)生斷裂。并且，如果使用時施加反壓而在按扣上產生拉伸力，則有可能斷裂。因此，作為優(yōu)選材料的一例，可以列舉出樹脂。例如，可以列舉出熱塑性樹脂、熱固性樹脂或由這些樹脂與纖維形成的強化塑料。作為具體例子，有聚氯乙烯類樹脂、聚丙烯類樹脂、聚乙烯類樹脂、聚縮醛類樹脂、聚砜類樹脂、聚酰亞胺類樹脂、聚酰胺類樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯類樹脂、ABS樹脂、環(huán)氧類樹脂、聚碳酸酯類樹脂、聚醚醚酮類樹脂等。這些樹脂即使與海水等接觸也不會腐蝕，并且從強度、輕量、低成本方面考慮也較為理想。作為進一步優(yōu)選的按扣材料，具有聚氯乙烯類樹脂、聚縮醛類樹脂、聚酰胺-酰亞胺類樹脂、進行了纖維強化的聚酰胺類樹脂等。
并且，按扣的形狀，只要能夠在嵌合狀態(tài)下固定中空絲膜元件和透過流體收集部件即可，并不作特別限定。在圖4中表示嵌合按扣的狀態(tài)、透過流體收集部件和中空絲膜元件之間的關系的一個例子，按扣的端部的形狀只要能夠實現嵌合狀態(tài)且不會自然脫落即可，并不作特別限定，例如優(yōu)選的是，按扣的透過流體收集部件側的角度θ17-1和按扣的中空絲膜元件側的角度θ17-2為90度或90度以下。從拆裝時的操作性方面考慮，優(yōu)選的是，其中一個為90度以下，另一個為90度的情況。優(yōu)選的是，θ17-1與透過流體收集部件的按扣用槽的角度θ6大致相等，θ17-2與中空絲膜元件的按扣用槽部的角度θ4大致相等。另外，按扣的形狀，不限于由直線構成的形狀，為了避免應力集中，優(yōu)選根據部位而采用曲面的形狀。同樣地，優(yōu)選的是，按扣的透過流體收集部件側的突起部長度L17-1在透過流體收集部件的按扣槽20的深度L6以下，按扣的中空絲膜元件側的突起部長度L17-2在中空絲膜元件的按扣用槽21的深度L4以下。當大于這些數值時，按扣的固定有時會不穩(wěn)定。并且，優(yōu)選的是，按扣的突起部間距W17與透過流體收集部件和中空絲膜元件的各按扣用槽之間的距離W64大致相等。W17過大時，成為自然脫落的原因，過小時存在難以進行安裝的情況。該W64是O形環(huán)15通過運轉時的加壓而發(fā)生變形之前的狀態(tài)下的值，因加壓而發(fā)生變形時，透過流體收集部件和中空絲膜元件之間的距離W15變得非常小，有時幾乎為0。即使在這種情況下，也優(yōu)選按扣不會自然脫落的按扣的突起物的形狀和槽形狀的關系。另一方面，在進行這樣的加壓時，由于透過流體收集部件和中空絲膜元件的各按扣用槽之間的距離W64減小，因而優(yōu)選的是，估計上述W64的減少變化的量，將中空絲膜元件的按扣用槽的寬度W4和/或透過流體收集部件的按扣用槽的寬度W6設定得稍微大一些，以防止在這種情況下按扣在兩個槽之間受到壓縮應力。從按扣的拆裝性和使其難以自然脫落的方面考慮，W4優(yōu)選為進入按扣的中空絲膜元件側的槽的突起部的軸方向厚度W17-2的1.0倍至1.3倍，進一步優(yōu)選為1.1倍至1.2倍。但是，優(yōu)選的是，W4和W17-2的差異大于加壓時O形環(huán)變形產生的位移量。W6也相同地，優(yōu)選的是，與進入按扣的透過流體收集部件側的槽的突起部的軸方向厚度W17-1相等或在其以上。按扣為圖4所示的形狀，在按扣的透過流體收集部件側的角度θ17-1為90度的情況下，優(yōu)選W6與W17-1相等。其中，例示了按扣的透過流體收集部件側的角度θ17-1為90度時的情況，相反地，也可以是按扣的中空絲膜元件側的角度θ17-2為90度的情況。
優(yōu)選的是，考慮根據按扣在與中空絲膜元件的軸垂直的方向上的截面積和按扣個數求出的縱截面積、按扣材料所具有的物性值(強度等)以及假設使用時進行作用的力的安全率，設定按扣的寬度、粗細。關于按扣的寬度，優(yōu)選的是，使根據按扣厚度算出的截面積乘以按扣原材料的拉伸強度得出的值大于按扣可能受到的設計載荷乘以安全率得出的值。安全率優(yōu)選為2以上，進一步優(yōu)選為3以上。按扣可能受到的某一設計載荷是拉伸載荷，例如在用反滲透膜進行海水淡化的情況下，假設在運轉停止時在透過流體收集部件內部由于透過流體流動而產生壓力，該壓力乘以受壓面積而算出拉伸載荷。優(yōu)選的是，滿足這些范圍的同時，根據操作性和與壓力容器的內表面之間的間隙距離來設定按扣的厚度、寬度。在本發(fā)明中，按扣的厚度優(yōu)選1mm至7mm，進一步優(yōu)選2mm至5mm。按扣的寬度優(yōu)選為透過流體收集部件的外周長度的幾分之一至幾十分之一，例如在透過流體收集部件的直徑為280mm的情況下，優(yōu)選10mm至150mm，進一步優(yōu)選20mm至100mm。
本發(fā)明中的按扣不連續(xù)地配置在外周部上，并不是跨越外周部的整個圓周地配置按扣，而是存在設有按扣的部分和沒有按扣的部分。設有按扣的部分具有將中空絲膜元件固定在壓力容器內的中心位置上的作用，沒有按扣的部分具有確保用于使?jié)饪s流體通過的流路的作用。該按扣所占的比例優(yōu)選為透過流體收集部件的外周的10％以上、60％以下，進一步優(yōu)選為30％以上、50％以下。該比例過大時，由于供給流體、濃縮流體所通過的流路體積變小，因而壓力損失增加，透過水量降低。相反地，按扣所占比例過小時，按扣的強度變小，按扣有可能破損。并且，由于用于固定透過流體收集板的強度不足，因而存在透過流體泄漏或混入濃縮流體的情況。
并且，從平衡方面、配置到壓力容器中央部上的簡易性方面考慮優(yōu)選的是，大致以對稱狀態(tài)配置多個按扣。雖然按扣的個數并未特別限定，但是過多時拆裝時的操作變得復雜，相反地，過少時由于需要使按扣本身變大，因而難以進行拆裝作業(yè)。優(yōu)選3～16個，進一步優(yōu)選4～10個。
本發(fā)明中的透過流體收集部件是指，集合從中空絲膜元件開口端部的中空絲膜開口部流出的透過流體并確保中空絲膜開口部上的流路的部件。其具有通過中空絲膜元件的結構承受施加在端部上的壓力的作用。雖然不特別限定其形狀，但是為了收集透過流體，優(yōu)選的是能夠確保用于防止堵塞中空絲膜開口部的空間的結構。例如，具有以下方式在與中空絲膜元件的開口端部接觸的表面上以同心圓狀構成三角槽，在頂部保持開口端部的壓力，在谷部形成透過流體的流路。雖然根據防止限制透過流體從中空絲膜開口端部的流動的意義，優(yōu)選的是使該頂部與開口端部接觸的面積較小，但是過小時由于不能保持壓力，因而優(yōu)選為中空絲膜元件開口端部面積的0.1％～2％，進一步優(yōu)選為0.2％～1％。并且，雖然不特別限定其原材料，但是從化學穩(wěn)定性、經濟性、強度、彈性考慮，優(yōu)選由樹脂制成。作為優(yōu)選的一個例子，可以列舉出聚縮醛、氯乙烯等。也可以與按扣的材料相同。由于透過流體收集部件與壓力容器的間隙成為濃縮流體的流路，因而優(yōu)選確保該間隙的大小為，可以防止?jié)饪s流體通過透過流體收集部件的外表面和壓力容器的內表面之間時不會產生過大的壓力損失。例如，在用反滲透膜組件進行海水淡化時，透過流體收集部件的外表面和壓力容器的內表面之間的距離優(yōu)選為1mm～10mm，進一步優(yōu)選為2mm～8mm。
作為本發(fā)明中的具有選擇透過性的中空絲膜，可以列舉出精密過濾膜、納米過濾膜以及反滲透膜等，本發(fā)明對于海水淡化等所使用的反滲透中空絲膜組件特別有效。
在本發(fā)明中，中空絲膜優(yōu)選為反滲透膜。反滲透膜是指幾十道爾頓分子量的具有分離特性的范圍的分離膜，具體而言，其能夠在0.5MPa以上的操作壓力下除去90％以上的食鹽。用于海水淡化的中空絲型反滲透膜，由于操作壓力大，因而一般中空絲膜直徑小，中空部內的流動壓力損失容易變大。并且，由于作為被處理流體的海水的混濁度高，因而優(yōu)選不會阻塞中空絲膜之間的結構，是容易獲得本發(fā)明效果的一個例子。
優(yōu)選的是，考慮根據中空率設定本發(fā)明中的中空絲膜的內徑，該中空率是由中空絲膜的內徑和外徑算出的。最佳值隨著使用壓力而不同，例如在通過反滲透方式對海水進行淡化等高壓運轉的情況下，優(yōu)選30μm～200μm，進一步優(yōu)選40μm～150μm。內徑過小時，中空部內的流動壓力損失變大，因而透過水量降低。另一方面，內徑過大時，由于中空絲膜直徑本身變大，因而每單位容積的膜面積可占據的面積不大，可能降低處理量。
在本發(fā)明中，在壓力容器中安裝了兩個以上中空絲膜子組件的中空絲膜組件是指，在供給流體、透過流體、濃縮流體分別連通的狀態(tài)下安裝各中空絲膜子組件。通過在一個壓力容器中安裝兩個以上中空絲膜子組件，可以降低對應每個中空絲膜子組件的壓力容器的成本，能夠減少連接膜組件之間的配管，并且能夠減小每個中空絲膜子組件的空間，因而優(yōu)選。不特別限定可收容到一個壓力容器中的中空絲膜子組件的個數。例如，對于用于海水淡化的反滲透膜而言，優(yōu)選在6個以內。個數過多時，由于從壓力容器排出透過流體時的流路變長，壓力損失變大，因而存在透過流量減少的情況，并且存在難以進行中空絲膜子組件拆裝作業(yè)的操作的情況。
在中空絲膜組件的透過流體流量相對于向中空絲膜組件供給的供給流體流量的比例即回收率較低或要減小膜組件的壓力損失的情況下，優(yōu)選的是，并列連接多個中空絲膜子組件。并列連接是指將供給流體并列地提供給各中空絲膜子組件，向各中空絲膜子組件供給的供給流體的組成、濃度，在各中空絲膜子組件中基本相同。因此，各中空絲膜子組件所受到的負荷同樣地分散，因而負荷不會向特定的中空絲膜子組件集中。并且，由于向各中空絲膜子組件供給的供給流量小，因而組件壓力損失變小，因而能夠確保有效壓力差。
另一方面，在回收率較高的情況或要改變各中空絲膜子組件的透過流體濃度的情況下，優(yōu)選的是，串聯連接多個中空絲膜子組件。串聯連接是指，在一個壓力容器中，以供給側、濃縮側、下游中空絲膜子組件的供給側、濃縮側的順序依次將供給流體到各中空絲膜子組件的情況，向中空絲膜子組件供給的供給流體的組成、流量在各中空絲膜子組件中基本不同，越靠近下游中空絲膜子組件供給的供給流體，非透過成分、即去除對象成分的濃度越高，而且流量也越小。因此，一般而言，根據中空絲膜子組件得到的透過流體的流量、濃度取決于中空絲膜組件的操作條件尤其是回收率，在每個中空絲膜子組件上都不同。越靠近濃縮側的中空絲膜子組件，透過流體的流量越少，并且非透過成分、即去除對象成分的濃度越高。因此，根據各中空絲膜子組件得到的透過流體的濃度不同，在結合采用后處理時，僅對透過流體的濃度較高的中空絲膜子組件的透過流體進行后處理，即可實現整體的最佳化。并且，在這樣串聯連接的情況下，由于向中空絲膜子組件供給的供給流體的流量大，因而即使在回收率較高的情況下，中空絲膜表面的流速也變大，從而可以有效抑制膜表面的濃度極化、抑制污染成分的附著。


圖1是在本發(fā)明的中空絲膜子組件中，僅在一端設置透過流體收集部件時的一個例子，表示在壓力容器中安裝了一個中空絲膜子組件時的中空絲膜組件的結構簡圖。
圖2是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，表示僅在一端設置透過流體收集部件時的結構簡圖。
圖3是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，是用于表示中空絲膜開口部、按扣和壓力容器之間關系的、與軸方向垂直方向上的端面部的簡單示意圖。
圖4是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，以示意圖表示將按扣嵌合在中空絲膜元件端部和透過流體收集部件上的狀態(tài)。
圖5是表示在本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子中，僅在一端設置透過流體收集部件時，在壓力容器中以并列連接方式安裝兩個中空絲膜子組件時的中空絲膜組件的結構簡圖。
圖6是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，表示在兩端設置透過流體收集部件時的結構簡圖。
圖7是表示在本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子中，在兩端設置透過流體收集部件時，在壓力容器中以并列連接方式安裝兩個中空絲子組件時的中空絲膜組件的結構簡圖。
圖8表示本發(fā)明的按扣的一個例子的結構簡圖。
標號說明1、1’中空絲膜子組件2、2’中空絲膜3、3’供給流體分配管4a、4b、4a’、4b’樹脂5a、5b、5a’、5b’中空絲膜開口部6a、6b、6a’、6b’透過流體收集部件7、7’內部管8壓力容器9、9’供給流體入口10、10’濃縮流體出口11、11’透過流體出口12、12’供給流體13、13’濃縮流體14、14’透過流體15O形環(huán)16中間連接器17按扣18、18’中空絲膜元件19襯墊20透過流體收集部件的按扣用槽21中空絲膜元件的按扣用槽L4中空絲膜元件的按扣用槽的深度L6透過流體收集部件的按扣用槽的深度L17-1按扣的透過流體收集部件側的突起部長度L17-2按扣的中空絲膜元件側的突起部長度
W4中空絲膜元件的按扣用槽的寬度W6透過流體收集部件的按扣用槽的寬度W15透過流體收集部件和中空絲膜元件之間的距離W17按扣的突起部間距W17-1進入按扣的透過流體收集部件側的槽的突起部的軸方向厚度W17-2進入按扣的中空絲膜元件側的槽的突起部的軸方向厚度W64透過流體收集部件和中空絲膜元件的各按扣用槽之間的距離θ4中空絲膜元件的按扣用槽部的角度θ6透過流體收集部件的按扣用槽的角度θ17-1按扣的透過流體收集部件側的角度θ17-2按扣的中空絲膜元件側的角度具體實施方式
以下，雖然列舉實施例說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于這些實施例。其中，實施例表示海水淡化用的反滲透膜的情況。
本實施方式的中空絲膜子組件1，在供給流體分配管3的周圍配置具有選擇透過性的中空絲膜2，兩端部用樹脂4a、4b固定，在兩端部具有中空絲膜開口部5a、5b的中空絲膜元件的一個中空絲膜開口部5b上，在以按扣17嵌合的狀態(tài)下固定有透過流體收集部件6b，在另一個中空絲膜開口部5a上，透過流體收集部件6a處于被壓接在壓力容器內的狀態(tài)。形成以下結構利用透過流體收集部件收集透過流體，一端的透過流體通過內部管7被集中到另一個透過流體收集部件6a上。
該中空絲膜子組件1收容在圓筒狀的壓力容器8內，在壓力容器8上設有供給流體入口9、濃縮流體出口10以及透過流體出口11。
供給流體12，從供給流體入口9進入，通過供給流體分配管3并朝圓周方向的外側向中空絲膜2供給，一部分流體透過中空絲膜2而從中空絲膜開口部5a、5b，經過透過流體收集部件6a、6b和內部管7，由透過流體出口11作為透過流體11排出。另一方面，未透過中空絲膜2的濃縮流體，通過中空絲膜子組件1和壓力容器8之間的流路，從濃縮流體出口10作為濃縮流體13排出。由于通過O形環(huán)15進行密封，因而濃縮流體不會與透過流體混合。
圖2是在本發(fā)明的中空絲膜子組件中，僅在一端設置透過流體收集部件6b時的一個例子，與構成圖1的中空絲膜組件的中空絲膜子組件類型相同。在這種情況下，僅在中空絲膜元件18的一個中空絲膜開口部5b，在以按扣17嵌合的狀態(tài)下將透過流體收集部件6b固定。
圖3是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，是用于表示中空絲膜開口部5a、按扣17和壓力容器8之間關系的、與軸方向垂直的方向上的端面部的剖面的簡單示意圖。作為一個例子，表示在中空絲膜元件的開口端部的樹脂部4a的外周部上以不連續(xù)狀態(tài)、且以大致相等間隔、對稱狀態(tài)設有8個按扣17的情況。該按扣17具有以下效果不僅以嵌合狀態(tài)將透過流體收集部件和中空絲膜元件的端部的樹脂部4a固定，還使中空絲膜子組件設置于壓力容器內的大致中央。并且，由于按扣17不連續(xù)，沒有按扣17的部分能夠確保中空絲膜子組件和壓力容器內表面之間的空隙，因而還具有確保濃縮流體的流路的效果。
圖4是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，是示意性地表示通過嵌合按扣17而安裝中空絲膜元件端部的樹脂部4a和透過流體收集部件6a的狀態(tài)的簡圖。在透過流體收集部件6a上設有用于嵌合按扣的槽，另一方面，在中空絲膜元件的樹脂側也設有槽。樹脂側的槽以銳角形成切口，形成按扣不易脫落的形式。安裝按扣時，首先嵌入樹脂4a側后，安裝在透過流體收集部件6a側，由此能夠牢固地固定。相反地，進行拆卸時，從透過流體收集部件6a側，如果不使用專用夾具，則無法拆卸。
圖5是表示在本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子中，僅在一端設置透過流體收集部件時，在壓力容器中以并列連接方式安裝兩個中空絲膜子組件時的中空絲膜組件的結構簡圖。各個中空絲膜子組件1、1’內的流體的流動、結構基本上與圖1相同。兩個中空絲膜子組件1、1’通過中間連接器16進行連接，供給流體12的一部分被供給到中空絲膜子組件1，剩余部分通過該中間連接器16供給到中空絲膜子組件1’。中空絲膜子組件1、1’的濃縮流體都從濃縮流體出口10排出。中空絲膜子組件1、1’的透過流體從各自的透過流體出口11、11’排出。
圖6是本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子，表示在兩端設置透過流體收集部件時的結構簡圖。
圖7是表示在本發(fā)明的中空絲膜子組件的一個例子中，在兩端設置透過流體收集部件時，在壓力容器中安裝兩個中空絲膜子組件時的中空絲膜組件的結構簡圖。
以下，雖然列舉實施例說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限定于這些實施例。其中，實施例表示海水淡化用的反滲透膜的情況。
(按扣的沖擊強度的測定)根據ASTM的D256的試驗法中的帶切口的埃左氏法(ノッチ付きァィゾット)進行測定。
(按扣的彎曲彈性系數的測定)根據ASTM的D790的試驗法，測定彎曲彈性系數。
(按扣的拉伸強度的測定)根據ASTM的D638的試驗法進行測定。
實施例1(中空絲膜的制作)40重量份的三乙酸纖維素(乙?；?1.4)與溶液混合后進行升溫而形成制膜原液，該溶液由18重量份的乙二醇以及42重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮構成。在減壓狀態(tài)下對該溶液脫泡后，通過噴嘴經由空中移動部而噴出到凝固液中，從而形成中空絲，其中該凝固液由65重量份14℃的水、10.5重量份乙二醇以及24.5重量份N-甲基-2-吡咯烷酮形成。然后，在常溫下對中空絲膜進行水洗而除去過剩的溶劑、非溶劑后，用熱水進行處理而制作出由絲素三醋酸酯膜形成的中空絲型反滲透膜。所得到的中空絲膜的外徑為137μm，內徑為53μm。以大約1m的有效長度測定該中空絲膜的脫鹽性能時，透水量為61L/m2日、食鹽去除率為99.8％。測定條件為供給壓力5.4MPa、溫度25℃、食鹽濃度3.5％、回收率2％以下。其中，食鹽的去除率由下式進行定義去除率＝(1-(透過水中的溶質濃度/供給水中的溶質濃度))×100(％)(中空絲膜子組件的制作)使這些中空絲膜以交叉狀配置在由多孔管形成的供給流體分配管的周圍，而形成中空絲膜集合體。使供給流體分配管以其軸為中心進行旋轉的同時，使中空絲膜束進行往復移動，而卷繞在供給流體分配管的周圍，從而以交叉狀配置中空絲膜。最外層的中空絲膜相對于軸方向成47度。用環(huán)氧樹脂灌封該中空絲膜集合體的兩端部并固定之后，切斷兩端而使中空絲膜的中空孔形成開口。然后，在供給流體分配管的內部穿過內部管，利用透過流體收集部件將兩端部固定。一端的透過流體收集部件，在圖3、圖4所示的嵌合8個按扣的狀態(tài)下進行固定，從而與中空絲膜元件端部固定，制成圖2所示的中空絲膜子組件。另一端部以構成供給流體入口的連接器為中心而保持透過流體收集部件。并且，按扣的材料使用與透過流體收集部件相同的聚縮醛樹脂。該聚縮醛樹脂的沖擊強度、彎曲彈性系數、拉伸強度分別為7.6(kg·cm/cm)、28,700(kg/cm2)、700(kg/cm2)。按扣為圖8所示的形狀，在圓周方向上形成沿著中空絲膜元件和透過流體收集部件的圓周形狀的圓弧形的形狀。相當于圖4的按扣的中空絲膜元件側的突起物的角度θ17-2為63度，為了防止應力集中，不形成銳角而以曲面結構形成圓角。按扣的透過流體收集部件側的突起物的角度θ17-1為90度。按扣的透過流體收集部件側的突起部長度L17-1為15mm，小于透過流體收集部件的按扣槽的深度L6的16mm。并且，L17-1比按扣的中空絲膜元件側的突起部長度L17-2大，因而可確保安裝穩(wěn)定性。按扣突起物之間的距離W17為45mm，與將透過流體收集部件和中空絲膜元件之間的距離W15設定為0.5mm時透過流體收集部件和中空絲膜元件的各按扣用槽之間的距離W64的45mm相同。進行加壓時W15為0的情況下，雖然W17比W64長0.5mm，但是由于中空絲膜元件的按扣用槽的寬度W4為4mm，因而能夠吸收這些距離，防止在按扣上施加壓縮應力。并且，透過流體收集部件的外徑為274mm，相對于壓力容器內徑280mm，在半徑上形成3mm的間隙。按扣的圓周方向的寬度為50mm，按扣的厚度為2.5mm，個數為8個，以圓周形狀對稱配置地進行設置，相對于安裝按扣時的外徑279mm的外周長876mm占46％。通過主要占剩余部分54％的空隙部分形成濃縮流體的流路。
(中空絲膜組件的性能評價)將一個該中空絲膜子組件安裝在壓力容器中而形成圖1所示的單型的組件。在該組件中，以操作壓力5.4Mpa向供給流體入口供給溫度為25℃、食鹽為3.5重量％的食鹽水溶液，進行反滲透處理，測定經過兩個小時后的透過水流量、透過水濃度等。此時的回收率，即透過水流量相對于向膜組件供給的供給水流量的比例為30％。可知食鹽去除率為99.5％，透過水未與供給水、濃縮水混合而從組件排出。從該中空絲膜組件取出中空絲膜子組件，并且使用夾具能夠容易地從中空絲膜子組件上拆裝透過流體收集部件。此外，假設在利用反滲透膜進行海水淡化的運轉過程中停止時產生了逆流現象，而實施了2kg/cm2下的逆壓耐性試驗，但可認為試驗前后按扣未發(fā)生異常。
實施例2與實施例1相同地制作中空絲膜和中空絲膜元件，并安裝透過流體收集部件等而形成中空絲膜子組件。將兩個中空絲膜子組件與中間連接器一起安裝在壓力容器中，而制成圖5所示的并列配置的雙型組件。在與實施例1相同的條件下實施了反滲透處理。其結果是，食鹽去除率為99.5％。而且，與實施例1相同地，可以從該中空絲膜組件中取出中空絲膜子組件，并可使用夾具容易地從中空絲膜子組件上拆裝透過流體收集部件。并且，假設在利用反滲透膜進行海水淡化的運轉過程中停止時產生了逆流現象的，而實施了2kg/cm2下的逆壓耐性試驗，但可認為試驗前后按扣未發(fā)生異常。
實施例3與實施例1相同地，制作中空絲膜和中空絲膜元件，在兩端部上以利用按扣嵌合的狀態(tài)固定透過流體收集部件，從而制作出圖6所示的中空絲膜子組件。將兩個中空絲膜子組件與中間連接器一起安裝在壓力容器中而制成圖7所示的并列配置的雙型組件。在與實施例1相同的條件下實施了反滲透處理。其結果是，食鹽去除率為99.5％。并且，與實施例1相同地，可以從該中空絲膜組件取出中空絲膜子組件，并可使用夾具容易地從中空絲膜子組件上拆裝透過流體收集部件。并且，假設在利用反滲透膜進行海水淡化的運轉過程中停止時產生了逆流現象，而實施了2kg/cm2下的逆壓耐性試驗，但可認為試驗前后按扣未發(fā)生異常。
比較例1與實施例1相同地制作出中空絲膜和中空絲膜元件。在一端部上利用螺釘固定透過流體收集部件。另一端部以構成供給流體入口的連接器為中心而保持透過流體收集部件。在壓力容器中安裝一個中空絲膜子組件，在與實施例1相同的條件下實施了反滲透處理。其結果是，食鹽去除率降低為98.0％，并隨著時間的經過而降低。與實施例1相同地，從該中空絲膜組件中取出中空絲膜子組件，并且要從中空絲膜子組件上拆卸透過流體收集部件時，觀察到螺釘部松動，透過流體收集部件的透過水中混入濃縮水。
比較例2與實施例1相同地制作出中空絲膜和中空絲膜元件。在一端部上用粘接劑固定透過流體收集部件。另一端部以構成供給流體入口的連接器為中心而保持透過流體收集部件。在壓力容器中安裝一個中空絲膜子組件，在與實施例1相同的條件下實施了反滲透處理。其結果是，食鹽去除率為99.5％。與實施例1相同地，從該中空絲膜組件中取出中空絲膜子組件，并且要從中空絲膜子組件拆卸透過流體收集部件時，由于被粘接，因而難以進行拆卸，透過流體收集部件的一部分破損而成為無法再利用的狀態(tài)。
比較例3與實施例1相同地制作出中空絲膜和中空絲膜元件。在兩端部上用粘接劑固定了透過流體收集部件。在壓力容器中安裝兩個中空絲膜子組件，在與實施例1相同的條件下實施了反滲透處理。其結果是，食鹽去除率為99.5％。與實施例1相同地，從該中空絲膜組件中取出中空絲膜子組件，并且要從中空絲膜子組件拆卸透過流體收集部件時，由于被粘接，因而難以進行拆卸，透過流體收集部件的一部分破損而成為無法再利用的狀態(tài)。
比較例4與實施例1相同地制作出中空絲膜和中空絲膜元件。在一端部上，在對稱位置上設置兩個與實施例相同的按扣，將透過流體收集部件固定。安裝之后，要將子組件安裝到壓力容器中時，在透過流體收集部件上施加力時容易發(fā)生偏移，因而操作性存在問題。并且，假設在利用反滲透膜進行海水淡化的運轉中停止時產生了逆流現象，實施2kg/cm2下的逆壓耐性試驗時，認為試驗后在按扣上發(fā)生損傷等，因而判斷為強度不足。
比較例5與實施例1相同地制作出中空絲膜和中空絲膜元件。在一端部上，以與實施例1相同的形狀制作材料由氯化聚醚樹脂構成的按扣，并在對稱位置上以8個這樣的按扣將透過流體收集部件固定。另一端部以構成供給流體入口的連接器為中心而保持透過流體收集部件。該氯化聚醚樹脂的沖擊強度、彎曲彈性系數、拉伸強度分別為2.2(kg·cm/cm)、9,000(kg/cm2)、380(kg/cm2)。由于該按扣的沖擊強度、彎曲彈性系數、拉伸強度不足，因而在安裝時破損。
工業(yè)實用性由于以利用按扣與外周部不連續(xù)地嵌合的狀態(tài)進行固定，所以透過流體收集部件與中空絲膜元件貼緊，并且，由于該透過流體收集部件是能夠可逆地進行拆裝的中空絲膜子組件，因而可以在更換膜時更換中空絲膜元件，并將透過流體收集部件再次安裝在更換后的中空絲膜元件上進行再利用。并且，可以將按扣設置在壓力容器內中空絲膜子組件的中央，而且，按扣不連續(xù)地配置，所以能夠形成濃縮流體的流路，因而能夠用于以下的廣泛用途領域例如海水的淡化、鹽水的脫鹽、廢水的凈化、無菌水的制造、超純水的制造等反滲透法；高度凈水處理、除去農藥、臭氣物質、消毒副產物前體等的低分子有害物質、除去硬度成分的軟水處理等納米過濾法；回收來自電泳涂裝廢水的涂料、濃縮·回收與食品有關的有用物、代替凝聚沉淀·砂濾的凈水處理等的超濾法；回收來自天然氣的氦、分離·回收來自氨工廠的吹掃用氣體的氫、石油的三次回收中的碳酸氣體的分離、富氧、富氮等的氣體分離等，從而能夠對工業(yè)界起到很大的貢獻。
權利要求
1.一種中空絲膜子組件，在與供給流體入口連通的供給流體分配管的周圍配置有具有選擇透過性的中空絲膜集合體，用樹脂分別固定中空絲膜集合體的兩端部后，用可拆裝的按扣不連續(xù)地固定中空絲膜元件和透過流體收集部件，所述中空絲膜元件的至少一個端部被切斷而使該中空絲膜的中空孔形成開口，所述透過流體收集部件使從中空絲膜的開口部流出的透過流體集合。
2.根據權利要求1所述的中空絲膜子組件，其特征在于，在與供給流體入口連通的供給流體分配管的周圍以交叉狀配置具有選擇透過性的中空絲膜。
3.根據權利要求1或2所述的中空絲膜子組件，其特征在于，中空絲膜為反滲透膜。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的中空絲膜子組件，其特征在于，按扣由樹脂制成。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的中空絲膜子組件，按扣的沖擊強度為2.5kg·cm/cm以上，彎曲彈性系數為10,000～200,000kg/cm2，拉伸強度為400kg/cm2以上。
6.一種中空絲膜組件，其特征在于，在壓力容器中安裝有兩個以上權利要求1至5中任一項所述的中空絲膜子組件。
全文摘要
本發(fā)明的中空絲膜子組件，在利用按扣不連續(xù)地與外周部嵌合的狀態(tài)下進行固定，由此使透過流體收集部件與中空絲膜元件貼緊，并且，該透過流體收集部件能夠可逆地進行拆裝，因而在更換膜時更換中空絲膜元件，透過流體收集部件能夠再次安裝在更換后的中空絲膜元件上，從而可進行再利用。此外，由于能夠使按扣在壓力容器內位于中空絲膜子組件的中央，并且不連續(xù)地配置按扣，所以可形成濃縮流體的流路。
文檔編號B01D63/02GK1838987SQ0382710
公開日2006年9月27日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權日2003年8月5日
發(fā)明者丸井一成, 小寺秀人, 熊野淳夫 申請人:東洋紡織株式會社