中空纖維膜組件及過濾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在超純水制造工藝中適于作為去除被處理水中的微粒的終濾器的中 空纖維膜組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 在制造半導(dǎo)體、顯示元件等電子/電器部件的制造中使用的超純水的生產(chǎn)線中， 作為在即將將使用微濾膜或離子交換樹脂、反滲透濾膜制造的超純水供給到使用點(diǎn)之前從 超純水中去除微粒的終濾器，可使用過濾膜組件。作為該用途的過濾膜組件，由于具有可增 大每一個(gè)組件的過濾流量的優(yōu)點(diǎn)，因此，可使用向中空纖維膜的外側(cè)供給原水而進(jìn)行過濾 的外壓式中空纖維膜組件。
[0003] 隨著近年來電子/電器產(chǎn)品的生產(chǎn)量的擴(kuò)大，所使用的超純水量也增加，另一方 面，半導(dǎo)體元件的微細(xì)化也得到發(fā)展?；谶@樣的背景，要求具有高過濾性能的中空纖維膜 組件，即，每一個(gè)組件的過濾流量大且能夠切實(shí)地除去微粒的中空纖維膜組件。
[0004] 但是，就以往的外壓式中空纖維膜組件而言，在增加供給水量而使每單位時(shí)間的 處理量增大的情況下，水在中空纖維膜組件內(nèi)高速流動(dòng)，由此會(huì)引發(fā)中空纖維膜劇烈搖動(dòng) 的現(xiàn)象，因該現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生所引起的疲勞會(huì)導(dǎo)致中空纖維膜破損，其結(jié)果，微粒泄漏到過濾 水中，可能會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)降低。作為防止這樣的水流引起的中空纖維膜受損的方法，已提出了 在中空纖維膜束的周圍設(shè)置保護(hù)用整流筒的方法（參照日本特公平07-102307號(hào)公報(bào)、日 本特開2000-37616號(hào)公報(bào)）。
[0005]另外，在殼體內(nèi)收容中空纖維膜束并利用粘接固定層固定兩端的情況下，中空纖 維膜的密度分布易產(chǎn)生偏置，而若在具有顯著偏置的狀態(tài)下形成中空纖維膜組件，則在組 件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生水流的偏置，由此導(dǎo)致中空纖維膜發(fā)生搖動(dòng)，其結(jié)果，會(huì)引起中空纖維膜破損。 為了防止這樣的中空纖維膜的密度分布的偏置，也可考慮在殼體內(nèi)盡可能密集地塞滿中空 纖維膜束來消除導(dǎo)致偏置的間隙，但在這樣的方法中，在中空纖維膜彼此之間以及殼體內(nèi) 流通的水的流路變窄，對(duì)于水流的阻力變大，因此會(huì)引發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力上升，進(jìn)而在以外壓式進(jìn) 行過濾的情況下，因中空纖維膜彼此密接、過濾中有效的膜表面減少而導(dǎo)致跨膜壓差的上 升變快等問題。
[0006] 為了解決該問題，也可考慮例如在中空纖維膜束內(nèi)插入成為間隔件的構(gòu)件（隔 板）（參照日本特開2011-25156號(hào)公報(bào)）的方法。但是，在這樣的方法中，由于成為間隔件 的隔板與中空纖維膜接觸，因此會(huì)導(dǎo)致中空纖維膜受損而無法獲得原有的分離性能、或中 空纖維膜發(fā)生破損。
[0007] 另一方面，已知有將防止中空纖維膜的密度分布發(fā)生偏置的插入物插入并固定于 中空纖維膜束的粘接固定層而成的中空纖維膜組件（參照國際公開第97/10893號(hào)小冊(cè)子、 日本特開2012-45453號(hào)公報(bào)）。在這種中空纖維膜組件中，通過使粘接固定層內(nèi)存在插入 物，可以在避免如上所述的間隔件與中空纖維膜的接觸的同時(shí)，使因插入物的插入而被推 開的中空纖維膜彼此的間隔變得密集，其結(jié)果，可以使插入了插入物的部分以外的部位的 中空纖維膜的密度分布變得均一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的問題
[0009] 通過安裝整流筒、并進(jìn)一步將用于防止中空纖維膜發(fā)生偏置的插入物插入粘接固 定層，確實(shí)可以降低中空纖維膜的密度分布的偏置。然而，即使插入該插入物，在增大每一 個(gè)組件的過濾水量的情況下，有時(shí)也無法充分地消除水流的偏置，而這可能成為中空纖維 膜破損的原因，其結(jié)果，可能會(huì)導(dǎo)致微粒漏出到過濾水中。
[0010] 解決問題的方法
[0011] 為了解決以上課題，本發(fā)明的目的在于提供可防止中空纖維膜的破損、并且可通 過使中空纖維膜均勻分散而防止過濾阻力的上升、從而能夠長期保持良好的過濾水質(zhì)的中 空纖維膜組件、以及過濾方法。
[0012] 本發(fā)明人等為了查明上述中空纖維膜的破損原因而進(jìn)行了深入研宄，并進(jìn)行了驗(yàn) 證。結(jié)果得到了下述見解，進(jìn)而想到了本發(fā)明。即，例如在將以往的插入物插入中空纖維膜 束的端部、并將其端部用以往的整流筒包圍并粘接的中空纖維組件中，在增大過濾水量時(shí)， 存在主要在從粘接層向整流筒內(nèi)露出的中空纖維膜的根部產(chǎn)生破損的可能性，并且，該破 損部位集中在由于插入物的插入而使得間隔被有意地?cái)U(kuò)張了的部位、以及中空纖維膜束的 最外周部分。
[0013] 即，本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及一種中空纖維膜組件，其具備：包含多根中空纖維膜 的中空纖維膜束、收容中空纖維膜束的殼體、將中空纖維膜束的兩端部粘接固定于殼體的 粘接固定層、以及設(shè)置于殼體的流體的出入口，其中，該中空纖維膜組件具備為了減少中空 纖維膜束中的中空纖維膜的密度分布的偏置而配置于中空纖維膜束的至少一側(cè)端部內(nèi)的 偏置限制構(gòu)件、和包圍中空纖維膜束的端部側(cè)的一部分的整流筒，整流筒的一部分固定于 粘接固定層，偏置限制構(gòu)件被包封于粘接固定層內(nèi)，粘接固定層具有中空纖維膜開口的外 端面、和為外端面的相反側(cè)且形成于整流筒內(nèi)的內(nèi)端面，在粘接固定層的外端面上，因配置 偏置限制構(gòu)件而形成的中空纖維膜彼此的間隔的至少一部分為中空纖維膜外徑的3倍以 上，在粘接固定層的內(nèi)端面上，中空纖維膜彼此的間隔、以及從中空纖維膜到整流筒的間隔 均低于中空纖維膜外徑的3倍。
[0014] 在該中空纖維膜組件中，在中空纖維膜束的至少一側(cè)端部配置有偏置限制構(gòu)件， 因此，在該端部，可以減少中空纖維膜的密度分布的偏置，且通過利用整流筒包圍中空纖維 膜束的端部側(cè)的一部分，可以保護(hù)中空纖維膜免于受到強(qiáng)烈振動(dòng)的影響。在此，可對(duì)減少中 空纖維膜的密度分布的偏置進(jìn)行更詳述如下，即，在粘接固定層的中空纖維膜開口的外端 面上，通過配置偏置限制構(gòu)件，在中空纖維膜彼此之間形成間隔，該間隔的至少一部分為中 空纖維膜外徑的3倍以上。其結(jié)果，在未配置偏置限制構(gòu)件的區(qū)域，中空纖維膜集中而變得 密集，可修正中空纖維膜的密度分布的不均。另一方面，在粘接固定層的內(nèi)端面上，中空纖 維膜彼此的間隔以及從中空纖維膜到整流筒的間隔均低于中空纖維膜外徑的3倍。其結(jié) 果，中空纖維膜彼此的間隔以及從中空纖維膜到整流筒的間隔一致，可修正中空纖維膜的 密度分布的不均。其結(jié)果，可以有效地抑制由流入內(nèi)端面的中空纖維膜束與整流筒之間的 水引起的在中空纖維膜的根部的破損。
[0015] 另外，在上述實(shí)施方式中，可以制成所述偏置限制構(gòu)件的高度除以所述粘接固定 層的厚度而得到的值為〇. 5以上且低于0. 8的中空纖維膜組件。這樣，通過配置偏置限制 構(gòu)件，在成為與粘接固定層的外端面相反一側(cè)的內(nèi)端面?zhèn)龋ㄖ锌绽w維膜的根部側(cè)），偏置限 制構(gòu)件的影響變少，其結(jié)果，不會(huì)發(fā)生中空纖維膜的根部的部分間隔局部地?cái)U(kuò)大，中空纖維 膜彼此以及從中空纖維膜到整流筒的間隔一致，可修正中空纖維膜的密度分布的不均。其 結(jié)果，可以有效地抑制由流入內(nèi)端面的中空纖維膜束與整流筒之間的水引起的在中空纖維 膜的根部的破損。
[0016] 另外，在上述實(shí)施方式中，可以制成形狀不同的多種所述偏置限制構(gòu)件組合配置 于所述粘接固定層內(nèi)的中空纖維膜組件。通過組合使用形狀不同的多種所述偏置限制構(gòu) 件，可以容易地對(duì)上述外端面上以及內(nèi)端面上的中空纖維膜彼此的間隔加以調(diào)整。
[0017] 另外，在上述實(shí)施方式中，可以制成板狀的所述偏置限制構(gòu)件和棒狀的所述偏置 限制構(gòu)件組合配置于所述粘接固定層內(nèi)、且所述棒狀的偏置限制構(gòu)件的高度除以所述粘接 固定層的厚度而得到的值大于所述板狀的偏置限制構(gòu)件的高度除以所述粘接固定層的厚 度而得到的值的中空纖維膜組件。例如，通過利用所述板狀的偏置限制構(gòu)件將中空纖維膜 束分割成多個(gè)區(qū)域、并在分割成的區(qū)域內(nèi)插入所述棒狀的偏置限制構(gòu)件，可以更為切實(shí)地 對(duì)外端面及內(nèi)端面的中空纖維膜的分布加以調(diào)整。
[0018] 另外，在上述實(shí)施方式中，可以制成所述板狀的偏置限制構(gòu)件的高度除以所述粘 接固定層的厚度而得到的值為〇. 5以上且低于0. 7、所述棒狀的偏置限制構(gòu)件的高度除以 所述粘接固定層的厚度而得到的值為〇. 6以上且低于0. 8的中空纖維膜組件。通過使用 上述范圍的偏置限制構(gòu)件，可以更為切實(shí)地對(duì)外端面及內(nèi)端面的中空纖維膜的分布加以調(diào) 整。
[0019] 另外，在上述實(shí)施方式中，可以制成所述整流筒距所述粘接固定層的所述內(nèi)端面 的高度h與所述整流筒的內(nèi)徑d之比為0. 7以上且低于I. 1的中空纖維膜組件。通過設(shè)為 該范圍，可以防止導(dǎo)入中空纖維膜組件內(nèi)的被處理水與中空纖維束直接接觸，并且可以將 因整流筒而改變了流動(dòng)方向的被處理水的流入中空纖維膜束內(nèi)的流速抑制于較低水平，能 夠進(jìn)一步抑制中空纖維膜的破損。
[0020] 另外，在上述實(shí)施方式中，可以制成所述偏置限制構(gòu)件的所述內(nèi)端面?zhèn)葹殄F狀的 中空纖維膜組件。通過使用這樣的偏置限制構(gòu)件，在將偏置限制構(gòu)件插入中空纖維膜束內(nèi) 時(shí)，可以在不損壞中空纖維膜的情況下加以設(shè)置。
[0021] 另外，可提供一種使用了上述實(shí)施方式涉及的中空纖維膜組件的過濾方法，其中， 該過濾方法包括：將被處理水向所述殼體內(nèi)的所述中空纖維膜外的區(qū)域供給，并將透過到 所述中空纖維膜內(nèi)的處理水從該中空纖維膜的開口導(dǎo)出。這樣，通過采用使用了上述各中 空纖維膜組件的過濾方法，能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)大量被處理水的過濾。
[0022] 另外，在上述過濾方法中，可以使上述處理水為超純水。即使在諸如超純水用途那 樣要求穩(wěn)定且良好的水質(zhì)的水的用途中，上述各中空纖維膜組件的中空纖維膜也不易發(fā)生 破損，用于過濾的壓力損耗也小，因此可以持續(xù)地生成良好的過濾水。
[0023] 根據(jù)以上實(shí)施方式的中空纖維膜組件及過濾方法，可以防止中空纖維膜的破損， 從而能夠長期、穩(wěn)定地生成良好水質(zhì)的水。
【附圖說明】
[0024] 圖1為剖視圖，示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的中空纖維膜組件；
[0025] 圖2是將圖1的中空纖維膜組件的上端部放大顯示的剖視圖；
[0026] 圖3是將圖1的中空纖維膜組件的下端部放大顯示的剖視圖；
[0027] 圖4是將中空纖維膜束的上端面放大顯示的圖；
[0028] 圖5是將中空纖維膜束的下端面放大顯示的圖；
[0029] 圖6是為了制造中空纖維膜組件而預(yù)先組裝的組件前體的分解立體圖；
[0030] 圖7是中空纖維膜組件的分解立體圖；
[0031] 圖8是示意性地示出了過濾裝置的圖；
[0032] 圖9A是示出本實(shí)施方式的中空纖維膜組件的下部的縱向剖視圖；
[0033] 圖9B是沿著圖9A的b-b線剖切的剖視圖；
[0034] 圖9C是示出比較例2的中空纖維膜組件的下部的縱向剖視圖；
[0035] 圖9D是沿著圖9C的d-d線剖切的剖視圖；
[0036] 圖9E是示出比較例1的中空纖維膜組件的下部的縱向剖視圖；
[0037] 圖9F是沿著圖9E的f-f線剖切的剖視圖。
[0038] 符號(hào)說明
[0039] 1…中空纖維膜組件、2…中空纖維膜、P…中空纖維膜的開口、3…中空纖維膜束、 5…殼體、7A、7B…粘接固定層、19···上部噴嘴（流體的出入口）、21…下部噴嘴（流體的出入 口）、10a，Ila…管路（流體的出入口）、25A、25B…十字板（偏置限制構(gòu)件）、26A、26B…插入 棒（偏置限制構(gòu)件）、25k，25s，26k，26s…偏置限制構(gòu)件的外端部、25m，25t，26k，26s…偏置 限制構(gòu)件的內(nèi)端部、27···上部整流筒（整流筒）、28…下部整流筒（整流筒）、29…防接觸構(gòu) 件、71，73…粘接固定層的外端面、72, 74…粘接固定層的內(nèi)端面、Al…第一區(qū)域、A2…第二 區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的中空纖維膜組件的一例進(jìn)行說明。此外，在此 示出的是實(shí)施方式的一例，但本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施方式。
[0041] 本實(shí)施方式的中空纖維膜組件1(參照?qǐng)D1)可用于超純水制造用的過濾裝置 100 (參照?qǐng)D8)。例如，中空纖維膜組件1可用于在即將將使用微濾膜、離子交換樹脂、反滲 透濾膜制造的超純水供給到使用點(diǎn)之前進(jìn)行的外壓式過濾中