中空丝膜模组的制作方法
【专利摘要】一种中空丝膜模组，由筒状壳体、固定部件和整流筒构成，所述筒状壳体在侧面上至少设有原水的排出口，所述固定部件将形成收存在该筒状壳体的内方的中空丝膜束的许多中空丝膜的开口端部固定，所述整流筒设在上述原水的排出口与上述中空丝膜束的外周之间，并固定在上述固定部件上，且具有多个整流孔，上述整流筒具有大内径部和小内径部，所述小内径部具有比该大内径部的内径小的内径，在上述固定部件的下表面位于上述小内径部的状态下，上述小内径部安装在上述固定部件上。
【专利说明】中空丝膜模组
【技术领域】
[0001]本发明涉及在净水处理、工业用水制造、排水处理、反渗透膜前处理等水处理中使用的中空丝膜模组。在中空丝膜模组中使用的中空丝膜例如由精密过滤膜或限外过滤膜构成。
【背景技术】
[0002]从中空丝膜的外侧向内侧的中空部将水过滤的外压式中空丝膜模组具有将膜过滤前的原水与膜过滤后的过滤水隔开的密封构造较简单、运转管理较容易等各种优点。其最大的特征在于，能够将模组的每单位容积的过滤膜面积取非常大。因此，近年来，外压式中空丝膜模组向从河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工业用排水制造工业用水或自来水的水处理过程的应用被不断推进。
[0003]如果使用中空丝膜模组将原水进行膜过滤，则原水中含有的悬浊物质或有机物等除去对象物堆积在膜的外侧表面上，发生膜的闭塞现象。因此，膜的过滤阻力上升，不久变得不能进行过滤。所以，为了维持膜过滤性能，一般定期地将膜过滤停止而进行过滤膜的物理清洗。
[0004]通常，过滤工序和物理清洗工序被自动地相互反复实施。在物理清洗中，有空气清洗、逆压水清洗(逆洗)或同时进行空气清洗和逆压水清洗的空气一逆压水同时清洗等，所述空气清洗通过对膜模组下部吹入空气而使膜在水中振动来将附着在膜的外侧表面上的悬浊物质震落，所述逆压水清洗从与膜模组的过滤方向相反方向即中空部侧朝向膜的外侧表面将过滤水等水(清洗水)加压推入，将附着在膜等上的悬浊物质排除。
[0005]中空丝膜模组一般由筒状壳体和收存在筒状壳体内的中空丝膜束构成。具有下述构造:中空丝膜束的一方的端部通过一方的灌注材铸模固定在筒状壳体的一方的端部上，此外中空丝膜束的另一方的端部通过另一方的灌注材铸模固定在筒状壳体的另一方的端部上。在这里使用的中空丝膜束通常由几百根至几万根的中空丝膜的束构成。
[0006]在外压式中空丝膜模组的情况下，被一方的灌注材固定的各中空丝膜的一方的端部在该一方的灌注材的外侧表面具有通过中空部开口而形成的开口。通过原水穿过中空丝膜被过滤而得到的过滤水在中空部中流动而达到上述开口，穿过该开口的过滤水向设在筒状壳体上的过滤水出口流动。被另一方的灌注材固定的各中空丝膜的另一方的端部通常具有在该另一方的灌注材的内部通过中空部被封闭而形成的闭塞。
[0007]作为用来将灌注材铸模固定的方法，周知有静置法、离心法。所谓静置法，是从中空丝膜束的下方将液态的灌注材、例如有流动性的树脂用定量泵等供给、在各中空丝膜的前端及其附近使灌注材固化(硬化)的方法。所谓离心法，是通过离心力使液态的灌注材向壳体端部移动、使灌注材固化(硬化)的方法。固化的灌注材为将各中空丝膜固定到灌注材的内部并将中空丝膜束固定到筒状壳体上的固定部件。
[0008]但是，在哪种方法中，在中空丝膜和灌注材的界面中，有流动性的树脂都以几毫米到几厘米的程度沿着中空丝膜的外侧表面上升，形成不均匀的树脂表面，在该状态下固化。被在这样的状态下固化的树脂(固定部件)固定的中空丝膜如果受到在空气清洗时产生的振动，则在不均匀的树脂表面上，对中空丝膜作用局部性的应力，有发生中空丝膜的断裂的情况。
[0009]在收容中空丝膜束的筒状壳体的上部侧的侧面上，设有用于循环水或排水的排出的喷嘴。关于上部灌注材(上部固定部件)的筒状壳体的轴向处于内侧的树脂表面(上部固定部件的下表面)形成在与上部排水喷嘴的内部流路的上端大致相同高度的位置，以便能够效率良好地进行循环水及排水的排出。
[0010]在将各中空丝膜固定的上部固定部件的筒状壳体的内侧的树脂表面(上部固定部件的下表面)被设置在比上部排水喷嘴的内部流路的上端靠上方的情况下，有在上部固定部件的下表面与上部排水喷嘴的内部流路的上端之间的空间中积存空气或悬浊物质的情况，在此情况下，发生中空丝膜模组的排浊性的恶化、以及中空丝膜的用于过滤的有效膜面积的减少的问题。
[0011]在中空丝膜束的上部的周围，配设有具有整流孔的整流筒，形成有连通到上部排水喷嘴的排出流路。
[0012]为了进一步提高上述空气清洗效果，在专利文献I中，提出了使收容在筒状壳体中的中空丝膜具有松弛的技术。在中空丝膜的两端的粘接固定部间，使中空丝膜具有松弛，通过将中空丝膜的两端固定到粘接固定部上，在空气清洗时，中空丝膜适度地振动，能够进行有效的清洗。但是，在高流量下的排水时，有下述问题:中空丝膜被排水或空气的流动推压，中空丝膜将整流孔闭塞，由此发生压力损失，此外中空丝膜被推压在整流孔上而损伤。
[0013]为了解决该问题，在专利文献2中，提出了在设在排水喷嘴与中空丝膜束之间的整流筒的内侧的面上设有将整流孔间连通的槽的中空丝膜模组。
[0014]专利文献I JPlO - 000339A 专利文献 2:W02008/035593Alo
【发明内容】
[0015]取使用以往的整流筒的情况下的中空丝膜模组为例，以下一边参照图4 一边说明以往技术的课题。另外，在许多文献中记载了具有与图4所示的以往的中空丝膜模组的构造同样的构造的中空丝膜模组。作为其一例，有专利文献2的图1所示的中空丝膜模组。
[0016]在图4中，以往的中空丝膜模组M4的筒状壳体I由筒状的壳体主体3、安装在壳体主体3的上端部的外周面上的上侧插槽4a和安装在壳体主体3的下端部的外周面上的下侧插槽4b构成。在上侧插槽4a上设有原水的排出口 9，在下侧插槽4b上设有原水的供给口 10。在筒状壳体I中，插入着将两端切断而成为一定长的中空丝I旲束2。中空丝I旲束2由许多根中空丝膜2a的束构成。
[0017]许多根中空丝膜2a的上端部通过树脂粘接固定，由该树脂形成中空丝膜束2的上部固定部件13a。上部固定部件13a的侧周面固定在上侧插槽4a的上端部的内周面上。固定在上部固定部件13a上的许多根中空丝膜2a的上端在上部固定部件13a的上侧表面13aUS相对于外部开口，各中空丝膜2a具有开口 2a0。上部固定部件13a的下侧表面13aLS位于筒状壳体I的内侧。
[0018]许多根中空丝膜2a的下端部通过树脂粘接固定，由该树脂形成中空丝膜束2的下部固定部件13b。下部固定部件13b的侧周面固定在下侧插槽4b的下端部的内周面上。固定在下部固定部件13b上的许多根中空丝膜2a的下端的中空部在下部固定部件13b的内方被用于下部固定部件13b的形成的树脂闭塞，各中空丝膜2a具有闭塞2aC。下部固定部件13b的上侧表面13bUS位于筒状壳体I的内侧，下部固定部件13b的下侧表面13bLS位于筒状壳体I的外侧。
[0019]在面对供给口 10的位置处的中空丝膜束2的周面上，设有具有许多整流孔Sb的下侧整流筒6b。此外，在下侧插槽4b的内周面与下侧整流筒6b的外周面之间形成有下侧环状流路7b。
[0020]原水被从设在下侧插槽4b上的供给口 10向筒状壳体I的内部供给，接着从下侧环状流路7b穿过设在下侧整流筒6b上的整流孔Sb，沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动。
[0021]原水也可以被从在设于筒状壳体I的下端的下侧帽5b上形成的第2供给口 12向筒状壳体I的内部供给。在此情况下，从第2供给口 12供给的原水穿过在上下方向上贯通设在下部固定部件13b上的贯通孔14，沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动。
[0022]沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动的原水透过各中空丝膜2a的膜壁而达到中空丝膜的中空部，成为过滤水。过滤水穿过各中空丝膜2a的开口 2a0，被集中到设在筒状壳体I的上端部的上侧帽5a内，接着被从设在上侧帽5a上的过滤水出口 11向中空丝膜模组M4外取出。
[0023]在全量过滤式的情况下，原水的排出口 9被关闭，仅过滤水被从过滤水出口 11取出。另一方面，在交叉流动式的情况下，没有透过中空丝膜的剩余的原水(浓缩水)穿过具有许多整流孔8a的上侧整流筒6a的整流孔8a，接着穿过设在上侧插槽4a的内周面与上侧整流筒6b的外周面之间的上侧环状流路7a，被从原水的排出口 9向中空丝膜模组M4外排出，所述上侧整流筒6a设在面对原水的排出口 9的位置处的中空丝膜束2的周面上。
[0024]在使用以往的上侧整流筒6a的情况下，当沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动的原水从上侧整流筒6a的内侧穿过整流孔8a，经过上侧环状流路7a被从排出口 9排出时，如果每单位时间的排水量过多，则位于上侧整流筒6a的内周面的附近的中空丝膜2a被排水流推压，有被推压到整流孔8a及其附近而整流孔8a容易被闭塞的问题。
[0025]此外，在一定时间的过滤工序的结束后，将空气清洗和逆压水清洗连续实施，或将两者同时实施，所述空气清洗指从第2供给口 12供给空气而将蓄积在中空丝膜模组M4内的悬浊物质震落，所述逆压水清洗指使过滤水从过滤水出口 11侧向原水侧流动，但在这些清洗工序的情况下，也在使排水或空气从排出口 9流出时，与上述同样，有中空丝膜2a被推压到整流孔8a及其附近而整流孔8a容易被闭塞的问题。
[0026]在专利文献2所示的中空丝膜模组中，通过使用记载在那里的构造，能够防止排出口 9的附近的中空丝膜将设在上侧整流筒6a上的整流孔8a闭塞。但是，特别在进行高流量的排水时，有通过位于中空丝膜束2的外周部的中空丝膜与设在上侧整流筒6a的内侧表面上的槽接触而中空丝膜被削掉、损伤的问题。
[0027]本发明的目的是提供一种能够在降低高流量排水时的压力损失的同时、防止中空丝膜的损伤的中空丝膜模组。
[0028]用来达到上述目的的本发明的中空丝膜模组是以下这样的。
[0029]一种中空丝膜模组，所述中空丝膜模组具有筒状壳体、中空丝膜束以及整流筒，所述筒状壳体在侧面上至少具有I个喷嘴，所述中空丝膜束装备在该筒状壳体内，所述整流筒设在上述喷嘴的至少I个喷嘴与上述中空丝膜束的外周之间且具有多个整流孔；上述中空丝膜束由一端被开口而另一端被封闭的多根中空丝膜、或者两端被开口的U字状的至少I根中空丝膜构成；所述中空丝膜模组具有中空丝膜开口端部固定部件，所述中空丝膜开口端部固定部件将上述各中空丝膜的上述被开口的端部固定；上述中空丝膜开口端部固定部件的侧周面被接合在上述筒状壳体的内周面上，上述各中空丝膜将上述中空丝膜开口端部固定部件贯通，上述各开口位于上述中空丝膜开口端部固定部件的外侧表面，所述外侧表面位于上述筒状壳体的外方，上述整流筒固定在上述中空丝膜开口端部固定部件上，所述中空丝膜模组的特征在于，上述整流筒具有大内径部且在上述整流筒的轴向的至少一部分处具有小内径部，所述小内径部具有比上述大内径部的内径小的内径；上述中空丝膜开口端部固定部件的与上述外侧表面相反侧的内侧表面位于上述整流筒的上述小内径部，所述内侧表面位于上述筒状壳体的内方。
[0030]在本发明中，优选的是，上述中空丝膜束由上述一端被开口而另一端被封闭的多根中空丝膜构成，并且上述各中空丝膜的上述被封闭的端部被固定在中空丝膜封闭端部固定部件上，该中空丝膜封闭端部固定部件的侧周面被接合在上述筒状壳体的内周面，而具有上述中空丝膜封闭端部固定部件的内侧表面和上述中空丝膜封闭端部固定部件的外侧表面，所述内侧表面位于上述筒状壳体的内方，所述外侧表面位于上述筒状壳体的外方。
[0031]在本发明中，优选的是，上述小内径部的从上述中空丝膜开口端部固定部件的上述内侧表面朝向上述大内径部侧的上述筒状壳体的轴向上的长度处于3mm至40mm的范围。
[0032]在本发明中，优选的是，上述整流筒当设上述小内径部的横截面积为SA、上述大内径部的横截面积为LA时，它们的比满足0.6彡SA/LA彡0.9的关系。
[0033]在本发明中，优选的是，上述整流筒上的上述多个整流孔的全部设在上述大内径部处。
[0034]在本发明中，优选的是，上述整流筒在上述小内径部与上述大内径部之间，具有内径长变迁区间，所述内径长变迁区间在上述筒状壳体的轴向上从满足上述小内径部的上述横截面积SA的内径向满足上述大内径部的横截面积LA的内径变化。
[0035]在本发明中，优选的是，上述整流筒在设上述大内径部的内径为LD、上述小内径部的内径为SD、上述中空丝膜开口端部固定部件的上述内侧表面与上述中空丝膜封闭端部固定部件的内侧表面之间的中空丝膜长度为FL、上述中空丝膜开口端部固定部件的上述内侧表面与上述中空丝膜封闭端部固定部件的内侧表面之间的上述筒状壳体的轴向上的距离为CL时，满足(LD - SD) XFL 一 CL)/2的关系。
[0036]在本发明中，优选的是，位于上述小内径部的上述中空丝膜束的中空丝膜的填充率处于30%至80%的范围。
[0037]在本发明中，优选的是，形成有上述小内径部的部分处的上述整流筒的外径比形成有上述大内径部的上述整流筒的外径小。
[0038]根据本发明的中空丝膜模组，能够在降低高流量排水时的压力损失的同时，防止因中空丝膜向整流孔的接触而发生的中空丝膜的损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是本发明的中空丝膜模组的一例的概略纵剖视图。
[0040]图2是图1所示的本发明的中空丝膜模组的中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)及其附近的纵截面放大图。
[0041]图3是在本发明的中空丝膜模组中使用的上侧整流筒的一例的附注了左右的内径部的各自的横截面的概略纵剖视图。
[0042]图4是以往的中空丝膜模组的一例的概略纵剖视图。
【具体实施方式】
[0043]以下，一边参照图1及图2—边说明本发明的中空丝膜模组的一实施方式。这里说明的中空丝膜模组被作为用来制造自来水(饮料水)的原水的过滤装置使用。
[0044]在构成图1及图2所示的本发明的中空丝膜模组的各要素中，对于与构成图4所示的中空丝膜模组的各要素共同的要素，在图1及图2中也赋予与对图4中使用的要素赋予的附图标记相同的附图标记。
[0045]图1所示的中空丝膜模组Ml由筒状壳体I和装备在筒状壳体I内的中空丝膜束2构成。筒状壳体I由筒状的壳体主体3、安装在壳体主体3的上端部的外周面上的上侧插槽4a和安装在壳体主体3的下端部的外周面上的下侧插槽4b构成。
[0046]上侧插槽4a在其周面的一部分上具有原水的排出口(喷嘴)9。在上侧插槽4a与中空丝膜束2的外周面之间，设有具有多个整流孔8a的上侧整流筒6A。在上侧整流筒6A的外周面与上侧插槽4a的内周面之间形成有上侧环状流路7a。
[0047]中空丝膜束2由许多根中空丝膜2a的束构成。各中空丝膜2a的中空部其一端开口，其另一端被封闭。各中空丝膜2a的开口的端部固定在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a上。中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a通过其侧周面接合在上侧插槽4a的内周面上而被固定在筒状壳体I上。
[0048]各中空丝膜2a将中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a贯通，各中空丝膜2a的中空部在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的上侧表面(外侧表面)13aUS上开口，形成开口 2a0。上侧整流筒6A的上侧端部固定在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a上。
[0049]上侧整流筒6A在其下侧部具有大内径部LDP，在其轴向的上侧部具有小内径部SDP，所述小内径部SDP具有比大内径部LDP的内径LD小的内径SD。位于与中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的上侧表面(外侧表面)13aUS相反侧的筒状壳体I的内方的中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面(内侧表面)13aLS位于上侧整流筒6A的小内径部SDP。
[0050]在以上之中，说明了各中空丝膜2a的中空部在其一端开口、在其另一端被封闭的中空丝膜束2的情况，但各中空丝膜2a也可以使用具有U字形状或环形状、其两端部固定在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a上、其两端在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的上侧表面(外侧表面)13aUS开口的中空丝膜束2。在专利文献I的图4中表示由该环形状的中空丝膜构成的中空丝膜束的一例。
[0051]通过将以上说明的具有大内径部LDP和小内径部SDP的上侧整流筒6A装入到筒状壳体I中，提供作为本发明的目的的能够在降低高流量排水时的压力损失的同时防止中空丝膜的损伤的中空丝膜模组Ml。
[0052]另一方面，以上说明了各中空丝膜2a从中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a向下方垂下、它们的下端部被封闭的中空丝膜束2，但在此情况下，有通过从筒状壳体I的下端的开口供给的原水的运动而筒状壳体I内的各中空丝膜2a的下端部的位置变得不稳定的情况。所以，通常实施将各中空丝膜2a的下端部固定到筒状壳体I上的措施。该措施由于在许多以往的中空丝膜模组中被采用，所以这里一边参照图1 一边简单地说明该措施。
[0053]S卩，筒状壳体I具有设在其下端部的下侧插槽4b。在下侧插槽4b的外周面的一部分上设有原水的供给口 10。此外，各中空丝膜2a的下端部被中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b固定，在中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的内部，各中空丝膜2a的下端的中空部被形成中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的树脂封闭，形成闭塞2aC。
[0054]中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的外周面接合在下侧插槽4b的下端部的内周面上。在下侧插槽4b的供给口 10与和供给口 10面对的中空丝膜束2的外周面之间，设有具有许多整流孔8b的下侧整流筒6b，下侧整流筒6b的下端部固定在中空丝月旲封闭％5部固定部件(下部固定部件)13b上。
[0055]在下侧插槽4b的内周面与下侧整流筒6b的外周面之间形成有下侧环状流路7b。在中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的位于筒状壳体I的内方的表面上形成有上侧表面(内侧表面)13bUS，在中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的位于筒状壳体I的外方的表面上形成有下侧表面(外侧表面)13bLS。
[0056]原水被从原水的供给口 10向筒状壳体I内供给，在下侧环状流路7b中流动，穿过下侧整流筒6b的整流孔8b，沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动。另一方面，在筒状壳体I的下端设有下侧帽5b的情况下，能够从下侧帽5b上设有的第2供给口 12将原水向筒状壳体I内供给。在此情况下，在中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b上设有能够使原水穿过的贯通孔14。从第2供给口 12供给的原水穿过贯通孔14而沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动。
[0057]沿着各中空丝膜2a的外侧表面流动的原水透过各中空丝膜2a的膜壁而达到中空丝膜的中空部，成为过滤水。过滤水穿过各中空丝膜2a的开口 2a0，被集中到设在筒状壳体I的上端部的上侧帽5a内，接着被从设在上侧帽5a上的过滤水出口 11向中空丝膜模组Ml外取出。
[0058]在全量过滤式的情况下，原水的排出口 9被关闭，仅过滤水被从过滤水出口 11取出。另一方面，在交叉流动式的情况下，没有透过中空丝膜的剩余的原水(浓缩水)穿过具有许多整流孔8a的上侧整流筒6A的整流孔8a，接着穿过设在上侧插槽4a的内周面与上侧整流筒6A的外周面之间的上侧环状流路7a，被从原水的排出口 9向中空丝膜模组Ml外排出，所述上侧整流筒6A设在面对原水的排出口 9的位置处的中空丝膜束2的周面上。
[0059]在该实施方式中，中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a及中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b通过前面说明的以往使用的使用有流动性的树脂的灌注方法形成。
[0060]为了使各中空丝膜2a在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的上侧表面13aUS上成为开口状态，在灌注前，在中空丝膜束2的端面上涂敷粘接剂，使得灌注材不进入到各中空丝膜2a的中空部内，用离心法供给灌注材。接着，在灌注材硬化后，只要将成形后的部件的开口侧端部切断就可以。为了在中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b上形成贯通孔14，将金属制的销等排列在要灌注的位置，通过离心法供给灌注材。接着，在灌注材硬化后，只要将销拔出就可以。
[0061]图1所示的中空丝膜模组Ml由于在上侧整流筒6A的设有整流孔8a的内表面与中空丝膜束2的外表面之间设有间隙，所以能够在降低高流量排水时的压力损失的同时，防止中空丝膜2a的损伤。以下对在本发明的中空丝膜模组Ml中使用的上侧整流筒6A的形状详细叙述。
[0062]在达到上述目的的本发明的中空丝膜模组中使用的上侧整流筒6A如在图3中表示其一例那样，具有大内径部LDP、和有比大内径部LDP的内径LD小的内径SD的小内径部SDP，在小内径部SDP的内径SD与大内径部LDP的内径LD之间具有阶差。通过由小内径部SDP使中空丝膜束2的外径不变大，在上侧整流筒6A的整流孔8a与中空丝膜束2之间形成间隙。由此，防止中空丝膜2a将整流孔8a堵塞，压力损失被维持得较低。此外，由于中空丝膜2a不易与整流孔8a接触，所以防止了中空丝膜2a的损伤。
[0063]进而，设小内径部SDP的内侧的横截面积为SA,设大内径部LDP的内侧的横截面积为LA，其比SA/LA优选的是满足0.6彡SA/LA彡0.9的关系。如果其比不到0.6，则每单位面积的中空丝膜2a的面积下降。此外，如果其比超过0.9，则上侧整流筒6A的整流孔8a与中空丝膜束2之间的间隙变小，所以在排水时，中空丝膜2a与整流孔8a接触，有发生压力损失的增加及中空丝膜2a的损伤的情况。
[0064]进而，优选的是，在小内径部SDP的内径与大内径部LDP的内径之间具有阶差，通过该阶差形成横截面积的比SA/LA。
[0065]这里，所谓阶差，是在上侧整流筒6A的内侧表面部分中、将小内径部SDP的大内径部LDP侧的端部(下端)与大内径部LDP的小内径部SDP侧的端部(上端)连结的纵截面中的线段SL (在图3中用单点划线表示)相对于上侧整流筒6A的轴方向所成的斜度Θ为45°以上的情况下的小内径部SDP的内径与大内径部LDP的内径之间的差。线段SL的小内径部SDP侧的起始端与大内径部LDP侧的终端之间的上侧整流筒6A的轴向上的区间是内径变迁区间。在内径变迁区间中，上侧整流筒6A的内径的值从小内径部SDP的内径的值向大内径部LDP的内径的值连续地或阶段性地变化。
[0066]斜度Θ更优选的是60°以上。在斜度Θ不到45°的平缓的斜度的情况下，有中空丝膜2a与上侧整流筒6A接触而中空丝膜2a损伤的情况下。通过由具有60°以上的斜度Θ的阶差形成横截面积的比SA/LA,更好地防止中空丝膜2a与整流筒6A的接触。
[0067]优选的是使小内径部SDP中的中空丝膜束2的中空丝膜2a的填充率为30%以上80%以下。在填充率不到30%时，由于小内径部SDP中的中空丝膜2a的填充率较低，所以在高流量排水时，在中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面13aLS中，有中空丝膜2a过度地摇摆而发生下侧表面13aLS中的中空丝膜2a的切断的情况。
[0068]如果填充率超过80%，则在中空丝膜模组Ml的制造工序中，有向筒状壳体I内插入中空丝膜束2的作业变困难的情况。这里,所谓中空丝膜束2中的中空丝膜2a的填充率，是指形成中空丝膜束2的各中空丝膜2a的横截面积的合计横截面积相对于被位于小内径部SDP中的中空丝膜束2的最外周的中空丝膜2a包围的横截面积所占的比例。
[0069]优选的是，在小内径部SDP上不设置整流孔8a，在大内径部LDP上设置整流孔8a，即整流孔8a的全部设在大内径部LDP上。通过做成这样的构造，在高流量排水时，防止位于中空丝膜束2的外周部的中空丝膜2a被水或空气推压而被拉入到整流孔8a中。
[0070]在本发明的中空丝膜模组中，优选的是，将中空丝膜束2及上侧整流筒6A固定到筒状壳体I的上侧端部上的中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面13aLS位于上侧整流筒6A的小内径部SDP的内侧空间内。通过该构造，防止中空丝膜2a的过度的摆动。结果，防止中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面13aLS中的中空丝膜2a的切断。
[0071]小内径部SDP的内侧表面优选的是在从下侧表面13aLS起的长度SDPL为3mm至40mm的范围内关于筒状壳体I的轴向向内侧(下方)延伸设置。即，从中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)的下侧表面(内侧表面)到小内径部的下端面的上侧整流筒6A的轴向上的长度SDPL优选的是处于3mm至40mm的范围内。
[0072]在通过离心法灌注形成中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的情况下，可以使灌注材(具有流动性的树脂)的沿着中空丝膜2a的外表面的浸起部不到3mm。但是，在静置法灌注的情况下，在灌注材(具有流动性的树脂)的粘度较低的情况下，该浸起部成为20mm以上。通过将小内径部SDP向内侧(下方)延伸设置到下侧表面13aLS的浸起高度以上，防止不均匀的树脂表面上的中空丝膜2a的切断。更优选的是小内径部SDP向内侧(下方)延伸到距浸起部高度3mm以上。
[0073]另一方面，如果下侧表面13aLS处于距小内径部SDP的下端面超过40mm的位置，则空气容易存留到下侧表面13aLS与小内径部SDP的下端面的间隙中。结果，中空丝膜2a的有效膜面积减小。
[0074]通过使小内径部SDP位于的部分的整流筒6A的外径比大内径部LDP位于的部分的整流筒6A的外径小，能够将用来从中空丝膜模组Ml内将水排出的上侧环状流路7a取得较宽。结果，降低了原水的流动中的压力损失。
[0075]形成中空丝膜束2的中空丝膜2a的原材料没有被特别限定。作为原材料，例如有聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、乙烯一乙烯醇共聚物、纤维素、醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、乙烯一四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯等或它们的复合原材料。其中，聚偏氟乙烯由于耐药品性良好，所以在通过将中空丝膜模组Ml定期地进行药品清洗而使中空丝膜2a的过滤功能恢复的情况下，带来中空丝膜模组Ml的长寿命化。因而，优选的是将聚偏氟乙烯用作中空丝膜的原材料。
[0076]中空丝膜2a的外径优选的是0.3至3mm的范围。这是因为，如果中空丝膜2a的外径过小，则在制作中空丝膜模组Ml时的中空丝膜2a的处置时、使用中空丝膜模组Ml时的过滤、清洗时等，有中空丝膜2a弯折而损伤等的问题。相反，如果中空丝膜2a的外径过大，则能够插入到相同尺寸的筒状壳体I内的中空丝膜2a的根数减少，有发生过滤面积减小等的问题的情况。
[0077]进而，中空丝膜2a的膜厚优选的是0.1至Imm的范围。这是因为，如果中空丝膜2a的膜厚过小，则在中空丝膜模组Ml的使用中，有发生中空丝膜2a在压力下弯折等的问题的情况。相反，如果中空丝膜2a的膜厚较大，则有带来中空丝膜模组Ml的使用中的压力损失及原料费的增加的情况。
[0078]作为中空丝膜2a的物性值，优选的是考虑纵弹性系数、截面惯性矩。例如，在使用外径1.5mm、内径1臟、截面惯性矩0.2mm4、纵弹性系数200MPa、膜长度2000mm、排水时的膜间压力差10kPa的中空丝膜2a的情况下，只要在中空丝膜束2与整流孔8a之间设置1mm左右的间隙就可以。
[0079]在中空丝膜2a是纵弹性系数及截面惯性矩较小的较弱的中空丝膜的情况下，在满足以下的关系的情况下，也能够在高流量排水时降低压力损失的同时、防止中空丝膜的损伤。
[0080]即，在设小内径部SDP的内径为SD、大内径部LDP的内径为LD、中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面(内侧表面)13aLS与中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的上侧表面(内侧表面)13bUS之间的中空丝膜2a的长度为FL、以及中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面(内侧表面)13aLS与中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的上侧表面(内侧表面)13bUS之间的筒状壳体I的轴向上的距离为CL时，优选的是满足LD - SD> (FL 一 CL) /2的关系。
[0081 ] 作为形成壳体主体3、上侧插槽4a、下侧插槽4b、上侧帽5a、下侧帽5b、上侧整流筒6A及下侧整流筒6b的材料，例如使用以下材料。
[0082]聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等聚烯烃，聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、四氟乙稀一六氣丙稀(FEP)、乙稀一四氣乙稀(ETFE)、二氣氣乙稀(PCTFE)、乙稀一二氣氣乙稀(ECTFE)、偏氟乙烯(PVDF)等氟树脂，以及聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等氯树脂，还有聚砜树月旨、聚醚砜树脂、聚芳砜树脂、聚苯醚树脂、丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物树脂(ABS)、丙烯腈一苯乙烯共聚物树脂、聚苯硫醚树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂。这些树脂可以单独或混合使用。
[0083]在树脂以外，优选的是铝、不锈钢等，还可以使用树脂与金属的复合体、或玻璃纤维强化树脂、碳纤维强化树脂等复合材料。
[0084]壳体主体3、上侧插槽4a、下侧插槽4b、上侧帽5a、下侧帽5b、上侧整流筒6A及下侧整流筒6b既可以由相同的材料形成，也可以分别由不同的材料形成。
[0085]中空丝膜模组Ml的尺寸没有被特别限定。即，例如外径及轴向的长度没有被特别限定。但是，由于一般来说大口径且长尺寸的模组能够使每单位面积的过滤面积变大，所以优选地使用。在大口径且长尺寸的模组的情况下，由于每单位时间的水处理量增加，所以充分发挥本发明的效果。
[0086]用来形成中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a及中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的灌注材(树脂)优选的是使用初始状态为液态的热硬化性树脂。
[0087]灌注材(树脂)由于需要作为将中空丝膜束2的内外分隔的管板的强度，所以D硬度优选的是50至85。D硬度是依据JIS — K 一 6253使用类型D硬度计加压10秒后的测量值。作为具体的树脂，例如有环氧及聚氨酯。此外，这些固定部件不需要是由I种树脂构成的单层的，也可以由多层构成。
[0088]作为中空丝膜束2，对各中空丝膜2a在上下方向上笔直地取位、两端部分别通过固定部件13a、13b固定在筒状壳体I的上部和下部的形态进行了说明，但也可以是将中空丝膜束弯曲为U字状后将开口端部固定在固定部件13a上的中空丝膜模组。进而，也可以是将由中空丝膜束构成的中空丝膜盒安装到壳内的所谓盒型的中空丝膜模组。
[0089]实施例1
将长度约2000mm的聚偏氟乙烯制的中空丝膜(内径1.0mm、外径1.5mm)聚束约9000根，插入到内径约200mm的聚氯乙烯制的壳体中，将以改性聚异氰酸酯及改性多元醇为原料形成的D硬度75的聚氨酯树脂通过离心法使两端铸模固定，以使开口侧、封闭侧树脂厚度都为约100mm，制作出图1所示的外压式中空丝膜模组Ml。
[0090]中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的下侧表面13aLS与中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)13b的上侧表面13bUS间的中空丝膜2a的长度FL是1810mm，下侧表面13aLS与上侧表面13bUS间的筒状壳体I的轴向上的距离CL是1800mm。上侧整流筒6A的小内径部SDP的内径SD是175mm，大内径部LDP的内径LD是195mm。这些值处于下述关系:满足LD — SD > (FL - CL) /2的关系。
[0091]在大内径部LDP设有350个直径5mm的整流孔8a。整流孔8a的间距在与中空丝膜的插入方向(上侧整流筒6A的上下方向)平行方向上为10mm，在垂直方向(上侧整流筒6A的圆周方向)上为15mm。上侧整流筒6A的小内径部SDP距下侧表面13aLS为5mm，关于筒状壳体I的轴向向内侧(下方)延伸设置。
[0092]使用该中空丝膜模组M1，进行过滤水的制造运转试验。作为原水，将琵琶湖水以膜过滤流束3.0m V (m2_d)进行了定流量过滤。在从过滤开始起30分钟后，从过滤水出口11以膜过滤流束4.5m V (m2_d)供给逆压清洗用的清洗水，再从供给口 12将空气以100L/min供给，从排出口 9进行I分钟使逆压清洗水及空气流出的空逆同时清洗。反复进行上述过滤工序、空逆同时清洗工序。
[0093]结果，中空丝膜模组Ml的空逆同时清洗时的膜过滤压力差在运转刚开始后是70kPa，相对于此，在I年后也为90kPa，能够进行稳定运转。
[0094]此外，为了确认在模组Ml的内部是否发生了中空丝膜2a的切断，实施了空气泄漏检查。空气泄漏检查中，在对原水侧、过滤水侧都充满水后，从中空丝膜的外侧送入0.1MPa的压缩空气，用目视观察从中空丝膜的开口 2a0的气泡发生的有无。空气泄漏检查的结果是，没有观察到从中空丝膜的开口 2a0的气泡发生，确认了模组Ml内的中空丝膜2a没有损伤。
[0095]此外，将运转后的模组Ml解体后，没有看到整流孔8a附近的中空丝膜2a接触在整流孔8a上的痕迹。
[0096]实施例2
使上侧整流筒6A的小内径部SDP的内径SD为189mm，使大内径部LDP的内径LD为195mm。这些值处于下述关系:满足LD — SD> (FL — CL)/2的关系。在这些变更以外，与实施例1同样，制作中空丝膜模组M1，进行与实施例1同样的运转试验。
[0097]结果，中空丝膜模组Ml的空逆同时清洗时的膜过滤压力差在运转刚开始后是120kPa，相对于此，在6个月后为150kPa，能够进行稳定运转。
[0098]空气泄漏检查的结果是，没有观察到从中空丝膜2a的开口 2a0的气泡发生，确认了模组Ml内的中空丝膜2a没有损伤。
[0099]此外，将运转后的模组Ml解体后，没有看到整流孔8a附近的中空丝膜2a接触在整流孔8a上的痕迹。
[0100]比较例I
除了使中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)13a的厚度为约110mm、将下侧表面13aLS设置在大内径部LDP以外，制作与实施例1同样的中空丝膜模组，进行与实施例1同样的运转试验。
[0101]结果，中空丝膜模组的空逆同时清洗时的膜过滤压力差在运转刚开始后是70kPa，相对于此，在I年后也为95kPa,能够进行稳定运转。
[0102]但是，空气泄漏检查的结果是，从中空丝膜2a的开口 2a0确认了 8处泄漏。
[0103]将运转后的模组解体后，虽然没有看到整流孔8a附近的中空丝膜2a接触在整流孔8a上的痕迹，但在下侧表面13aLS确认发生了中空丝膜2a的切断。
[0104]比较例2
除了使用内径195_的笔直的整流筒以外，制作与实施例1同样的中空丝膜模组，进行与实施例1同样的运转试验。
[0105]结果，中空丝膜模组的空逆同时清洗时的膜过滤压力差在运转刚开始后是200kPa，相对于此，在3个月后为300kPa，不能进行稳定运转。
[0106]空气泄漏检查的结果，从中空丝膜2a的开口 2a0确认了 10处泄漏。泄漏发生部位都是中空丝膜束的外周部。
[0107]将运转后的模组解体后，看到了整流孔8a附近的中空丝膜2a与整流孔8a接触、被削掉的痕迹，确认从该部位泄漏了。
[0108]产业上的可利用性
本发明的中空丝膜模组是高流量排水时的压力损失较低、膜的损伤较少的中空丝膜模组，优选的是在净水的处理、工业用水的制造、排水的处理、使用反渗透膜的水处理时的原水的前处理中使用。
[0109]附图标记说明
1:筒状壳体
2:中空丝膜束 2a:中空丝膜 2a0:开口 2aC:闭塞
3:壳体主体 4a:上侧插槽 4b:下侧插槽 5a:上侧帽 5b:下侧帽
6A:上侧整流筒 6a:上侧整流筒 6b:下侧整流筒 7a:上侧环状流路 7b:下侧环状流路 8a，8b:整流孔
9:排出口(喷嘴)
10:供给口
11:过滤水出口
12:第2供给口
13a:中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)
13aLS:下侧表面(内侧表面)
13aUS:上侧表面(外侧表面)
13b:中空丝膜封闭端部固定部件(下部固定部件)
13bLS:下侧表面(外侧表面)
13bUS:上侧表面(内侧表面)
14:贯通孔 CL:距离
FL:中空丝膜的长度 LA:大内径部的横截面积 LD:大内径部的内径 LDP:大内径部 Ml:中空丝膜模组 M4:中空丝膜模组 SA:小内径部的横截面积 SD:小内径部的内径 SDP:小内径部
SDPL:从中空丝膜开口端部固定部件(上部固定部件)的下侧表面(内侧表面)到小内径部的下端面的长度
SL:表示内径变迁区间的线段 Θ:斜度。
【权利要求】
1.一种中空丝膜模组，所述中空丝膜模组具有筒状壳体、中空丝膜束以及整流筒，所述筒状壳体在侧面上至少具有I个喷嘴，所述中空丝膜束装备在该筒状壳体内，所述整流筒设在上述喷嘴的至少I个喷嘴与上述中空丝膜束的外周之间且具有多个整流孔；上述中空丝膜束由一端被开口而另一端被封闭的多根中空丝膜、或者两端被开口的U字状的至少I根中空丝膜构成；所述中空丝膜模组具有中空丝膜开口端部固定部件，所述中空丝膜开口端部固定部件将上述各中空丝膜的上述被开口的端部固定；上述中空丝膜开口端部固定部件的侧周面被接合在上述筒状壳体的内周面上，上述各中空丝膜将上述中空丝膜开口端部固定部件贯通，上述各开口位于上述中空丝膜开口端部固定部件的外侧表面，所述外侧表面位于上述筒状壳体的外方，上述整流筒固定在上述中空丝膜开口端部固定部件上，所述中空丝膜模组的特征在于， 上述整流筒具有大内径部且在上述整流筒的轴向的至少一部分处具有小内径部，所述小内径部具有比上述大内径部的内径小的内径；上述中空丝膜开口端部固定部件的与上述外侧表面相反侧的内侧表面位于上述整流筒的上述小内径部，所述内侧表面位于上述筒状壳体的内方。
2.如权利要求1所述的中空丝膜模组，其特征在于， 上述中空丝膜束由上述一端被开口而另一端被封闭的多根中空丝膜构成，并且上述各中空丝膜的上述被封闭的端部被固定在中空丝膜封闭端部固定部件上，该中空丝膜封闭端部固定部件的侧周面被接合在上述筒状壳体的内周面，而具有上述中空丝膜封闭端部固定部件的内侧表面和上述中空丝膜封闭端部固定部件的外侧表面，所述内侧表面位于上述筒状壳体的内方，所述外侧表面位于上述筒状壳体的外方。
3.如权利要求1所述的中空丝膜模组，其特征在于， 上述小内径部的从上述中空丝膜开口端部固定部件的上述内侧表面朝向上述大内径部侧的上述筒状壳体的轴向上的长度处于3mm至40mm的范围。
4.如权利要求1所述的中空丝膜模组，其特征在于， 上述整流筒当设上述小内径部的横截面积为SA、上述大内径部的横截面积为LA时，它们的比满足0.6彡SA/LA彡0.9的关系。
5.如权利要求1所述的中空丝膜模组，其特征在于， 上述整流筒上的上述多个整流孔的全部设在上述大内径部处。
6.如权利要求4所述的中空丝膜模组，其特征在于， 上述整流筒在上述小内径部与上述大内径部之间，具有内径长变迁区间，所述内径长变迁区间在上述筒状壳体的轴向上从满足上述小内径部的上述横截面积SA的内径向满足上述大内径部的横截面积LA的内径变化。
7.如权利要求2所述的中空丝膜模组，其特征在于， 上述整流筒在设上述大内径部的内径为LD、上述小内径部的内径为SD、上述中空丝膜开口端部固定部件的上述内侧表面与上述中空丝膜封闭端部固定部件的内侧表面之间的中空丝膜长度为FL、上述中空丝膜开口端部固定部件的上述内侧表面与上述中空丝膜封闭端部固定部件的内侧表面之间的上述筒状壳体的轴向上的距离为CL时，满足(LD - SD) >(FL — CL)/2 的关系。
8.如权利要求1所述的中空丝膜模组，其特征在于， 位于上述小内径部的上述中空丝膜束的中空丝膜的填充率处于30%至80%的范围。
9.如权利要求1所述的中空丝膜模组，其特征在于， 形成有上述小内径部的部分处的上述整流筒的外径比形成有上述大内径部的上述整流筒的外径小。
【文档编号】B01D63/00GK104394966SQ201380035812
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】金井大昌, 板仓纯二 申请人:东丽株式会社