分离膜模块的制作方法

本发明涉及分离膜模块，该分离膜模块用于通过设置于模块容器的内部的分离膜元件将导入到模块容器内的液体、气体等流体的成分的一部分分离。

背景技术：

分离膜模块被用于将混合流体的成分的一部分分离的水处理、气体分离。一般，分离膜模块由作为多个分离膜单体的集合体的分离膜元件收容于模块容器而形成。作为分离膜元件中所使用的分离膜单体，存在线形状、平面形状等各种各样的形状的分离膜单体，但是，使用了线形状的分离膜单体的分离膜元件，成为分离膜的两端部由膜束固定件固定并且分离膜的两端面向膜束固定件的外侧开口的形状。

例如，在专利文献1的分离膜模块中，分离膜元件的中空丝膜(线形状的分离膜单体的一种)呈u字状地配置，该膜束的两端由树脂壁(粘接剂)密封固定。并且，通过提高中空丝膜束的外径侧的混合流体的压力，来达成分离。

在将这样的分离膜模块用于以海水淡化为目的那样的水处理、从天然气中分离二氧化碳等杂质那样的气体分离的情况下，为了得到充分的膜分离性能，有时对分离膜模块内部施加非常高的压力而运转。

若对分离膜模块附加高压，则会在分离膜透过前的混合流体所存在的部分与透过分离膜后的透过成分所存在的部分产生非常大的压力差。即，在使用了流体从中空丝膜束的外径侧朝向内径侧通过那样的、外压式的分离膜的分离膜模块中，混合流体的成分的一部分向中空丝膜的内侧透过，从中空丝膜的内部朝向两端开口部流动，所以，在具有分离膜的开口面的膜束固定件产生向朝向中空丝膜的两端面的方向推开那样的力，有时，膜束固定件从模块容器和/或中空丝膜剥离，或者，膜束固定件破损，从而无法再确保中空丝膜束与模块容器的气密性。在专利文献1中记载了：为了防止这样的膜束固定件的变形，与膜束固定件相邻地配置受压板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭54-122678号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在分离膜方式的流体分离中，不仅仅是在流体通过分离膜的分离层时产生的压力损失，在分离出的流体通过分离膜的内部时也会产生压力损失。因而，在需要分离大量的流体的情况下，存在如下课题：在如专利文献1所记载那样的分离膜模块中即使要增加分离膜的有效面积而单纯地增长分离膜的长度(中空丝长)，由于中空丝膜的内部的压力损失变大，所以也无法得到充分的分离性能。

本发明的课题在于，提供一种如下的分离膜模块：即使在高压下处理大量的流体的情况下也能够抑制膜束固定件的变形，且能够通过减小压力损失的影响来实现高的膜分离效率。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明采取以下的构成。

(1)一种分离膜模块，具有：中空的模块容器；和收容于所述模块容器的元件单元，所述元件单元，由多个具有将流入到所述模块容器内的物质的构成成分分离的分离膜和将所述分离膜的两端固定用的膜束固定件的分离膜元件连结而构成，且形成有将由所述分离膜分离出的成分向元件单元外排出用的流路，在相互连结的所述多个分离膜元件彼此之间，能够供由所述分离膜分离出的成分向所述排出用的流路通过的通过部件，以所述通过部件的两端面与相邻的所述分离膜元件的所述膜束固定件分别接触的方式配置。

(2)根据(1)所述的分离膜模块，所述通过部件由单一的部件形成。

(3)根据(1)或(2)所述的分离膜模块，所述通过部件由具有流体通过性的多孔质部件形成。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的分离膜模块，所述分离膜元件具有：壳体，该壳体为了使所述物质流入而形成有多个孔、且收纳所述分离膜；和分离成分流路件，该分离成分流路件用于使由所述分离膜分离出并透过所述分离膜的成分通过，由所述膜束固定件将所述壳体、所述分离膜以及所述分离成分流路件的两端分别固定。

(5)根据(1)～(4)中任一项所述的分离膜模块，所述分离膜由实心丝形成，且所述分离膜的截面的外部侧为分离层，所述截面的内部侧具有连续的多孔质构造。

(6)根据(1)～(5)中任一项所述的分离膜模块，在所述分离膜元件与所述模块容器之间，配设构成所述流路的一部分的端面部件，能够供由所述分离膜分离出的成分向所述排出用的流路通过的端面通过部件，以所述端面通过部件的两端面与所述膜束固定件及所述端面部件分别接触的方式配置。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种如下的分离膜模块：即使在高压下处理大量的流体的情况下也能够抑制膜束固定件的变形，且能够通过减小分离膜透过中的压力损失来实现高的膜分离效率。

附图说明

图1是示出本发明的分离膜模块1的一个实施方式的概略剖视图。

图2是示出本发明的另一分离膜模块的形态的概略剖视图。

图3是示出与本发明不同的分离膜模块的形态的概略剖视图。

图4是示出本发明的通过部件10的一例的概略剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式的一例进行说明。

以概略剖视图示出本发明的一个实施方式的分离膜模块1的是图1。

参照图1，分离膜模块1由圆筒形状且圆筒轴方向在x方向上延伸的模块容器2、和由3个分离膜元件8连结而成并收容于模块容器2且固定于模块容器2的两端面3的元件单元4形成。

模块容器2只要是中空状则可以是任意形状，但尤其优选的是向设备线(英文：plantline)的连接性也良好、即使在对分离膜模块1施加高的压力的情况下也通过均匀地施加压力而使得应力分散从而难以在模块容器2的一部分发生应力集中等的、圆筒形状。

另外，作为模块容器2的材质，既可以根据分离膜模块1的使用用途而选择树脂、金属等最佳的材质，也可以是将玻璃纤维和/或碳纤维卷绕于树脂、金属等材料、来进一步提高模块容器2的耐压性的材质等，哪一种都可以。

另外，模块容器2的大小也没有特别限制，可以根据分离膜模块1的长度方向(x方向)的大小、径向(r方向)的大小等适当设定，但是，从在设备(英文：plant)中的处理性、容器成本的平衡来看，作为长度方向的大小，1000mm～3500mm的范围是合适的，作为径向的大小，100mm～500mm的范围是合适的。

另外，在图1中，供液体、气体等流体流入的流入口5和供流体流出的流出口6在模块容器2的端面3分别各设置有一个，但是，流入口5及流出口6的个数、大小没有限制，开口的位置也不限于模块容器2的端面3，也可以是设置于模块容器2的侧面7的构造等，哪一种都可以。

构成分离膜模块1的元件单元4由以下部件形成：多个分离膜元件8；连结部件9，用于在分离膜模块1的长度方向(x方向)上连结分离膜元件8；通过部件10，在各连结部处夹于2个分离膜元件8；端面部件12，形成元件单元4的端部，具有通向模块容器2的外部的开口部11；及端面通过部件13，夹在位于元件单元4的两端部的分离膜元件8与端面部件12之间。

分离膜元件8由以下部件形成：分离膜14，用于将流入的混合流体的成分的一部分分离；壳体16，收纳分离膜14；分离成分流路件17，成为用于将由分离膜元件8分离出的分离成分向元件单元4的外部排出的流路的一部分；及膜束固定件18，用于将分离膜14、壳体16及分离成分流路件17各自的两端密封固定。此外，在分离膜元件8开设有用于使物质从外面朝向内面流入分离膜14的孔15。

分离膜14的两端由膜束固定件18密封固定于壳体16和分离成分流路件17，但是，分离膜14的端面19成为从膜束固定件18露出且向外部开口的形状。因而，通过分离膜14的表面后的分离成分能够通过分离膜14的内部而从分离膜14的端面19流向外部。即，在元件单元4形成有用于将由分离膜元件8分离出的分离成分向元件单元4的外部排出的流路。

在此，构成元件单元4的、分离膜元件8、连结部件9及端面部件12分别以保持气密性的方式被固定。作为固定方法，可以在各自的连接部设置螺纹部而紧固连结固定，也可以将粘接剂涂布于连接部而粘接固定等，哪一种都可以，但是，优选设为能够装卸的结构，以使得能够容易更换在元件单元4设置有多个的分离膜元件8的一部分。

另外，图1所示的元件单元4在其两端具备具有开口部11的端面部件12，但是，在一处与模块容器2的外部相通即可，所以，例如也可以如图2所示，是一方具备具有开口部11的端面部件12、另一方具备不具有开口部的端面部件20的构造。

再次返回图1，元件单元4以模块容器2的圆筒轴方向(x方向)与元件单元4的中心轴21的方向一致的方式设置，以端面部件12的开口部11从在模块容器2的端面3的中心形成的孔向外部突出的方式配置。

此外，即使在这样地构成元件单元4的部件的一部分(在本实施方式中为端面部件12的开口部11)向模块容器2的外部露出的情况下，在元件单元4之中的分离膜元件部分存在于模块容器2的中空时，在本说明书中也表现为元件单元收容于模块容器。

元件单元4的配置方向没有限制，例如，虽然没有图示，但也可以是以模块容器2的径向(r方向)与元件单元4的中心轴21的方向一致的方式进行设置、经由模块容器2的侧面7而与外部相通的构造。而且，模块容器2与元件单元4的固定方法也没有限制，可以在模块容器2和端面部件12设置螺纹部而分别紧固连结固定等，确保气密性即可。

另外，构成分离膜元件8的分离成分流路件17优选是中空状的管，但是，只要具备能够供分离成分通过的流路，则任意的流路件都可以。

壳体16为了使物质流入分离膜14而开设有孔15，但是，为了使物质容易流入分离膜14而提高分离效率，优选在与分离膜14相接的部分开设有多个孔15。

在此，若壳体16的厚度过薄，则壳体16的刚性会降低从而分离膜元件8的强度降低，所以，根据分离膜元件8的连结个数、元件单元4的长度、分离成分流路件17的刚性，有时，元件单元4会向重力方向挠曲而元件单元4变形从而向模块容器2的安装性降低，或者，当变形过大时会在壳体16的一部分发生龟裂从而元件单元4破损。因此，壳体16的厚度优选为0.5mm以上。

另外，壳体16、分离成分流路件17、连结部件9及端面部件12的材质没有特别限定，根据分离膜模块1的使用用途而选择树脂、金属等最佳的材质即可。

膜束固定件18的材质也没有特别限定，只要能够使壳体16、分离成分流路件17及分离膜14密封固定即可，可以合适地使用环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂等树脂系粘接剂，但是，优选使用压缩强度优异且尺寸稳定性、耐久性也优异的环氧树脂。

关于本发明中所使用的分离膜14的滤过方式，从分离膜14的外部朝向内部使物质的构成成分的一部分透过的滤过方式是合适的。另外，作为本发明的分离膜14，尤其优选的是将多个线形状的分离膜单体集束而成的分离膜。作为分离膜单体的截面形状，外形可以是圆形、椭圆形、三角形、四边形这样的多边形等，哪一种都可以。

作为进一步详细的截面的构造，优选的是，例如能够在形成于分离膜单体的外部侧的分离层进行物质的分离且在成为了中空的分离膜单体的内部侧供分离成分流动的中空丝状的形状，或者，例如分离膜单体的外部侧的密度为“密”且分离膜单体的内部侧的密度为“疏”、或外部侧与内部侧的构造不同而外部侧为致密的分离层且内部侧成为连续多孔构造由此能够在外部侧进行物质的分离且在内部侧供分离成分流动的实心丝状的构造。

此外，在本说明书中，将中空丝膜束那样的集合体表述为“分离膜”，将中空丝膜那样的单体表述为“分离膜单体”。

作为分离膜14(分离膜单体)的材质，可以是由单一素材形成的，也可以是由多个素材形成的，哪一种都可以，只要根据使用用途而满足耐热性、耐压性等机械上的耐久性、化学上的耐久性等，则没有特别限定，但是，例如，若是中空丝状的分离膜单体，则可以举出含有聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯·六氟丙烯共聚物等氟系树脂、醋酸纤维素、醋酸丙酸纤维素等纤维素酯、聚砜等聚砜系树脂等树脂的分离膜单体作为一例。另外，若是实心丝状的分离膜单体，则可以举出使用了沸石、二氧化硅、碳纤维等无机质材料的无机膜作为一例。

分离膜单体的外径优选使用例如0.05mm～2mm。尤其是，本发明中，为了合适地用于在分离成分通过分离膜14的内部时产生的压力损失高的分离膜，更优选的是外径0.05mm～1.2mm的细径的分离膜单体，尤其合适的是通过分离膜14的内部时的压力损失容易变高的实心丝状的分离膜单体。

有时，在使用通过内部时的压力损失高的分离膜、或者分离成分的粘性高的情况下，在分离成分通过分离膜14的内部时产生的压力损失变大，而无法得到分离膜模块1所需的膜分离能力。因此，即使要提高膜分离能力而增长1个分离膜元件8的分离膜14的膜长(x方向的长度)，透过分离膜14的内部时的压力损失也会一直变大。

因而，在本实施方式中，将3个分离膜元件8连结而构成了元件单元4。在此，关于构成一个元件单元4的分离膜元件8的数量，只要收纳于模块容器2，则该个数没有限制。分离膜元件8的数量越多，则元件单元整体上越能够减小压力损失的影响，能够得到高的分离效率。

接着，使用图1，对流入到分离膜模块1的内部的物质的流动详细地进行说明。

分离膜模块1的流入口5和流出口6例如分别连接于未图示的设备线。并且，当未图示的混合液体、混合气体等混合流体如箭头a所示从流入口5向模块容器2的内部流入时，流入的混合流体如箭头b所示通过分离膜元件8的壳体16的孔15，与分离膜14接触，从而构成成分的一部分向分离膜14的内部透过。

接着，向分离膜14的内部透过的分离成分通过分离膜14的内部而流向分离膜14的两端，从处于分离膜14的端面19的开口流出。然后，流出的分离成分如箭头c所示通过通过部件10或端面通过部件13的内部，通过由通过部件10的中心孔22、分离成分流路件17、端面通过部件13的中心孔23、及端面部件12的开口部11形成的流路(用于将分离成分向元件单元4之外排出的流路)，从而从设置于元件单元4的各两端部的端面部件12的开口部11如箭头d那样向分离膜模块1的外部流出。另一方面，没有由分离膜元件8分离的残存成分如箭头e所示被从分离膜模块1排出。

在将该分离膜模块1例如用于以使海水淡化为目的那样的水处理、气体分离的情况下，为了得到所期望的膜分离性能，有时，向分离膜14、即分离膜模块1内部施加例如5mpa以上的非常高的压力而运转。

若对分离膜模块1的中空内部附加高压，则会在透过前流体所存在的部分与透过后流体所存在的部分产生的大的压力差。尤其是，对膜束固定件18会向箭头p方向施加大的压力。因此，若在膜束固定件18的端面24没有任何支撑物，则膜束固定件18会从分离膜14、壳体16、分离成分流路件17剥离，或者，膜束固定件18会破损，所以，以与膜束固定件18的端面24相接的方式配置通过部件10。

在此，如图3所示，即使在分离膜元件8的各连结处配置2件通过部件10，若在2件通过部件10之间存在空间29，则各通过部件10也会从仅在一面相邻的膜束固定件18侧向箭头p方向受到大的压力，所以，为了支撑膜束固定件18的变形，需要提高通过部件10的厚度来确保刚性。因而，在本实施方式中，如图1所示，通过部件10以该通过部件10的两端面与相邻的分离膜元件8的膜束固定件18分别接触的方式配置。

通过部件10既可以由单一的部件形成，也可以由多个部件形成。作为由多个部件形成的通过部件，例如也可以考虑如图4所示那样、以具有流体通过性的2件单面通过部件27、与夹持于2件单面通过部件27之间的中间件28接触的方式进行配置的构成。在该构成中，分离成分向箭头d所示的方向流动。另外，虽然对于各单面通过部件27，膜束固定件18仅与其一面接触，但是，能够由中间件28支撑向箭头p方向从各膜束固定件18侧施加的力。然而，若零件件数增加则成本变高，所以，通过部件10优选如图1所示那样由单一的部件形成。

另外，通过部件10的厚度没有特别限定，但是从强度维持的观点出发，3mm以上是合适的，5mm以上是更合适的。

另一方面，从重量、成本、空间的方面出发，30mm以下是合适的，10mm以下是更合适的。若通过部件10的厚度增加，则在设计上分离膜模块的长度存在制约的情况下，会与通过部件10的厚度×个数相应地牺牲分离膜14的长度，所以分离性能降低。

通过部件10的材质只要是确保了即使在双面压缩载荷下也能够保持形状的压缩强度的材质，则没有特别限定。

通过部件10只要是透过后流体能够向用于向元件单元4之外排出的流路通过，则可以是任意形态。例如，可以对通过部件10的两侧的端面25进行未图示那样的槽加工，使槽部分成为流路。

另外，作为通过部件10，也优选使用具有流体通过性的多孔质部件。若使用这样的多孔质体，则在通过部件10的内部，在通过部件10的长度方向(x方向)、径向(r方向)等任一方向上，分离成分都能够自如地通过，所以分离成分变得容易通过，除此之外，由于开设有无数微细的孔，因此分离成分的流路难以被堵塞。另外，即使不设置图1那样的通过部件10的中心孔22，也能够经由微细的孔将分离成分向外部排出。也就是说，将分离成分流路件17之间连结的、由多孔质的空隙部分形成的架空的路径成为用于将分离成分向元件单元4之外排出的流路。

作为这样的多孔质部件，例如，可以使用烧结金属、陶瓷。作为烧结金属的材质，不锈钢、铜、铝、钛等哪一种都可以，但是，使用在机械强度、耐腐蚀性、成本方面优异的不锈钢是更合适的。作为通过部件10而使用的多孔质部件的滤过精度，只要根据使用用途适当选择则哪一种都可以，但是，优选是1μm～120μm的范围。

另外，如图1所示，关于夹在位于元件单元4的两端部的分离膜元件8与端面部件12之间的端面通过部件13，基于与连结部的通过部件10同样的理由，也优选以与膜束固定件18的端面24和端面部件12的内面30相接的方式配置。

端面通过部件13也与通过部件10同样，只要确保能够在压缩载荷下能够保持形状的压缩强度而能够供分离成分通过，则可以使用任意形状、材质。端面通过部件13的形状、材质也可以不与通过部件10相同，但是，使用同一部件的情况下，能够共用部件从而能够降低分离膜模块1的成本。因而，端面通过部件13优选使用具有与前述的通过部件10同样的材质、构造的部件。

参照详细且特定的实施方式对本发明进行了说明，但对于本领域技术人员来说，能够不脱离本发明的精神、范围地加以各种各样的变更、修正是不言而喻的。本申请基于2016年5月25日提出的日本专利申请(日本特愿2016-104084)，其内容作为参照而被收入于此。

标号说明

1：分离膜模块

2：模块容器

3：模块容器的端面

4：元件单元

5：流入口

6：流出口

7：模块容器的侧面

8：分离膜元件

9：连结部件

10：通过部件

11：开口部

12：端面部件

13：端面通过部件

14：分离膜

15：孔

16：壳体

17：分离成分流路件

18：膜束固定件

19：分离膜的端面

20：不具有开口部的端面部件

21：元件单元的中心轴

22：通过部件的中心孔

23：端面通过部件的中心孔

24：膜束固定件的端面

25：通过部件的端面

27：单面通过部件

28：中间件

29：空间

30：端面部件的内面