CN103298545B - 螺旋型分离膜元件 - Google Patents

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Abstract

螺旋型分离膜元件(1A)具备：卷绕体(3)，包含分离膜；中心管(2)，沿着卷绕体(3)的中心轴贯穿卷绕体(3)；以及接合部(4)，将卷绕体(3)在至少一个端面(3a)与中心管(2)接合。接合部(4)具有相比卷绕体(3)的端面(3a)位于内侧的保持部(41)以及与保持部(41)一体地形成的延伸部(42)。进而，螺旋型分离膜元件(1A)具备相对于中心管(2)捆扎延伸部(42)的约束部件(5A)。

Description

螺旋型分离膜元件
技术领域
本发明涉及一种使用分离膜的螺旋型分离膜元件。
背景技术
以往，为了将液体或气体等原流体浓缩或者从原流体分离出特定成分，使用管状型、中空线型、螺旋型、褶状型等各种分离膜元件。例如，在专利文件1中记载了一种螺旋型分离膜元件，其具有将分离膜、供给侧流路材料以及透过侧流路材料绕中心管卷绕而成的卷绕体。
在螺旋型分离膜元件中，一般来说，卷绕体在轴向的两端与中心管接合。例如，在专利文件2中记载了，利用粘接剂将夹着透过侧流路材料的两片矩形分离膜彼此通过三条边粘接，形成卷绕于中心管的包囊，并且使用其中相对的两条边的粘接剂，在卷绕体的端面将分离膜粘接于中心管。
在使用螺旋型分离膜元件时，在筒状的压力容器内装填螺旋型分离膜元件，一边向压力容器内流入原流体，一边在夹着分离膜的供给侧和透过侧产生压力差。由此，利用分离膜进行浓缩或分离。
另外，根据用途不同，螺旋型分离膜元件有时会暴露于高温环境下。例如，在食品、医药以及精细化学药品的加工处理、其加工后的排液处理中所使用的螺旋型分离膜元件中，向螺旋型分离膜元件供给高温或者成为蒸汽的处理液。并且，在利用渗透蒸发(PV)法或蒸汽渗透(VP)法的用于提取乙醇等的螺旋型分离膜元件(例如，参照专利文件3)中，从高温的水溶液产生的高温的蒸汽透过分离膜。
现有技术文献
专利文献
专利文件1：日本特开2000-354742号公报
专利文件2：日本特表2009-518181号公报
专利文件3：日本特开平4-187220号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述那样在高温环境下使用螺旋型分离膜元件时，由于分离膜和中心管的材质的不同，导致在将它们接合的接合部施加有热应力。即，伴随着运转的开始以及停止导致的温度变化，分离膜反复膨胀以及收缩，由此在接合部施加应力。其结果是，仅在端面将卷绕体接合于中心管时，会有接合部从中心管剥离的问题。
本发明鉴于以上问题，其目的在于提供一种螺旋型分离膜元件，能够防止接合部从中心管剥离。
用于解决课题的手段
为了解决上述问题，本发明提供一种螺旋型分离膜元件，具备：卷绕体，包含分离膜；中心管，沿着上述卷绕体的中心轴贯穿上述卷绕体；接合部，将上述卷绕体在至少一个端面与上述中心管接合，并且该接合部包括保持部和延伸部，所述保持部相比上述卷绕体的端面位于内侧，所述延伸部与上述保持部一体地形成、沿着上述中心管的外周面从上述保持部向上述卷绕体的端面所面向的方向延伸；以及约束部件，相对于上述中心管捆扎上述延伸部。
发明效果
根据上述结构，通过约束部件约束接合部向径向外侧的扩展。因此，能够防止接合部从中心管剥离。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的螺旋型分离膜元件的剖视图。
图2是表示第一实施方式中的约束部件捆扎接合部的延伸部的状态的侧面剖视图。
图3是卷绕体的结构图。
图4是分离膜的结构图。
图5A是本发明的第二实施方式的螺旋型分离膜元件的剖视图，图5B是表示第二实施方式中的约束部件捆扎接合部的延伸部的状态的侧面剖视图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。另外，以下的说明为本发明的一例，本发明并不由其限定。
(第一实施方式)
图1表示本发明的第一实施方式的螺旋型分离膜元件1A(以下简称为“分离膜元件1A”)。该分离膜元件1A具备：卷绕体3，包含分离膜31(参照图3)；中心管2，沿着卷绕体3的中心轴贯穿卷绕体3；以及一对接合部4，在两端面3a将卷绕体3与中心管2接合。另外，在本实施方式中，为了保护卷绕体3，使用包围卷绕体3的外装材料6。另外，为了保护卷绕体3的端面以及为了防止卷绕体3呈望远镜状地伸长，优选在卷绕体3的轴向的两侧配置端部件。
从卷绕体3的一个端面3a向分离膜元件1A供给原流体，通过分离膜31将该原流体分离成透过流体和浓缩流体。透过流体通过中心管2被引导至外部，浓缩流体从卷绕体3的另一个端面3a被排出。例如，在将分离膜元件1A用于海水的淡水化的情况下，原流体、透过流体以及浓缩流体全部是液体。另外，在将分离膜元件1A用于利用PV法或VP法的例如乙醇溶液的浓缩或者从乙醇溶液分离出乙醇的情况下，至少透过流体为蒸汽，原流体以及浓缩流体根据整体的系统构成的不同为液体或蒸汽。
中心管2作为收集透过流体的集流体管而发挥作用。在中心管2上形成有多个用于使透过流体流入内部的导入孔21。
中心管2的构成材料可以使用公知的集流体管的构成材料。例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂(ABS树脂)、聚苯醚树脂(PPE树脂)、聚砜树脂(PSF树脂)等树脂材料或不锈钢、钛等金属材料。特别是在高温下运转的情况下，优选使用由金属材料构成的中心管2。
中心管2的内径根据所使用的卷绕体3的大小的不同而不同，例如为20～100mm左右。中心管2的壁厚根据用途的不同而不同，例如为1～7mm左右。
如图3所示，将在透过侧流路材料32的两面重合分离膜31而成的袋状的膜片与供给侧流路材料33一起绕中心管2卷绕，从而形成卷绕体3。另外，膜片以及供给侧流路材料33的片数不一定必须是一片，也可以是多片。
构成膜片的一对分离膜31、透过侧流路材料32以及供给侧流路材料33形成为被卷绕的方向为一个对边方向的矩形。利用粘接剂通过三条边粘接分离膜31彼此，以形成膜片向一个方向开口的袋状，其开口与中心管2的导入孔21连通。透过侧流路材料32形成用于使透过流体流过相互粘接的分离膜31彼此之间的流路。供给侧流路材料33形成用于使原流体流过被卷绕的膜片的周围部分彼此之间的流路。
作为分离膜31，根据用途的不同可以使用各种结构。例如，在PV法或VP法中，可以使用图4所示的结构的分离膜31。该分离膜31包括与供给侧流路材料33相对的表皮层31a、支承表皮层31a的支承层31b以及与支承层31b接合的无纺布31c。
表皮层31a是无孔的均质膜。作为表皮层31a，例如可以使用由聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或纤维素类树脂等公知材料构成的平板膜、或者它们的复合膜。其中，从用于高温处理的情况的耐热性的角度出发，优选由含氟树脂或纤维素类树脂构成表皮层31a。
作为构成支承层31b的材料，例如可以列举出PVDF，作为构成无纺布31c的材料，例如可以列举出PPS。
作为透过侧流路材料32以及供给侧流路材料33，例如可以使用由PPS或乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)构成的树脂制网。其中，优选供给侧流路材料33的网眼比透过侧流路材料32的网眼大。
例如，将玻璃纤维强化塑料(FRP)或有机硅树脂涂敷在卷绕体3的外周面，从而形成包围卷绕体3的外装材料6。
配置于卷绕体3的轴向的两端部的接合部4由粘接剂构成。构成该接合部4的粘接剂可以与粘接分离膜31彼此的粘接剂相同，也可以与其不同。作为构成接合部4的粘接剂，例如可以使用聚氨酯树脂类、环氧树脂类、有机硅树脂类等热固性树脂粘接剂、或热熔粘接剂等现有公知的任意的粘接剂。其中，从操作性的角度出发，优选使用通过加热能够固化的热固性树脂粘接剂。其中，从耐热性优良、富有柔软性这两点来看，优选使用有机硅树脂类粘接剂。
在本实施方式中，各个接合部4形成为沿着中心管2的外周面从卷绕体3的端面3a向轴向的两侧延伸的环状的形状。具体来说，各个接合部4具备：相比卷绕体3的端面3a位于内侧的保持部41以及与保持部41一体地形成的延伸部42。延伸部42从保持部41向卷绕体3的端面3a所面向的方向延伸。并且，延伸部42被约束部件相对于中心管2捆扎。
在本实施方式中，作为约束部件，采用能够从延伸部42的上方夹紧中心管2的夹紧部件5A。夹紧部件5A如图2所示，具有固定部从半圆的两端突出的一对夹紧片51、52。并且，用螺栓53将这些夹紧片51、52的固定部彼此紧固，从而延伸部42从周围被夹紧片51、52按压，被相对于中心管2捆扎。其中，夹紧部件5A的结构并不限定于此。例如，夹紧部件5A也可以具有如下结构：具有使圆的一部分向外侧开口的大致Ω字状的形状，并且该开口形成部通过螺栓和螺母紧固。
优选夹紧部件5A由例如不锈钢等线膨胀系数小的材料构成。或者，作为构成夹紧部件5A的材料，即使是塑料材料，只要线膨胀系数比构成接合部4的粘接剂小就可以采用。
接着，说明上述分离膜元件1A的制造方法。
首先，在中心管2的外周面上的相互分离的两处预定区域涂布构成接合部4的粘接剂。接着，将膜片以及供给侧流路材料33在以所涂布的粘接剂从两侧露出的方式进行了对位的状态下，绕中心管2卷绕，在该状态下使粘接剂固化。由此，形成由保持部41以及延伸部42构成的接合部4。其后，在延伸部42上安装夹紧部件5A。
在以上说明的分离膜元件1A中，通过夹紧部件5A来约束接合部4向径向外侧的扩展。因此，即使分离膜元件1A暴露于高温环境下、分离膜31反复膨胀以及收缩，也能够防止接合部4从中心管2剥离。
(第二实施方式)
接着，参照图5A以及图5B，说明本发明的第二实施方式的螺旋型分离膜元件1B(以下简称为“分离膜元件1B”)。另外，在本实施方式中，对于与第一实施方式中所说明的结构相同的部分标以相同的标号，省略其说明。另外，在图5A中仅图示了分离膜元件1B的单侧的端部，相反侧的端部也具有相同的结构。
在本实施方式中，作为将延伸部42相对于中心管2进行捆扎的约束部件，采用内径比中心管2的外径大的筒部件5B。筒部件5B以紧贴于卷绕体3的端面3a的方式插通于中心管2，并且用延伸部42填满筒部件5B和中心管2的间隙。并且，筒部件5B通过延伸部42固定于中心管2。
优选筒部件5B与第一实施方式的夹紧部件5A同样地由线膨胀系数小的材料构成。
接着，说明上述的分离膜元件1B的制造方法。
首先，将膜片以及供给侧流路材料33绕中心管2卷绕而形成了卷绕体3以后，使筒部件5B从其两侧刺穿中心管2而与卷绕体3的两端面3a紧贴。接着，将构成接合部4的粘接剂流入筒部件5B和中心管2的间隙，将该粘接剂填充到筒部件5B和中心管2的间隙。其后，使粘接剂固化。由此，形成了由保持部41以及延伸部42构成的接合部4，通过延伸部42将筒部件5B固定于中心管2。
在以上说明的分离膜元件1B中，通过筒部件5B来约束接合部4向径向外侧的扩展。因此，即使分离膜元件1B暴露于高温环境下、分离膜31反复膨胀以及收缩，也能够防止接合部4从中心管2剥离。
(其他实施方式)
在上述第一及第二实施方式中，一对接合部4双方均具有延伸部42，但也可以使任一方的接合部4不具有延伸部42。在该情况下，只有具有延伸部42的一方的接合部4相当于本发明的接合部。即，本发明的接合部只要是将卷绕体3在至少一个端面3a与中心管2接合的结构即可。
另外，作为约束部件采用夹紧部件5A的情况下，延伸部42并不需要必须是环状。例如，延伸部42也可以由以等角度间隔配置的、从保持部41沿中心管2的轴向延伸的多个长方形片构成。
符号说明
1A、1B  螺旋型分离膜元件
2    中心管
3    卷绕体
3a   端面
31  分离膜
31a  表皮层
31b  支承层
31c  无纺布
32  透过侧流路材料
33  供给侧流路材料
4  接合部
41  保持部
42  延伸部
5A  夹紧部件(约束部件)
5B  筒部件(约束部件)

Claims (6)

1.一种螺旋型分离膜元件，其特征在于，具备：
卷绕体，包含分离膜；
中心管，沿着上述卷绕体的中心轴贯穿上述卷绕体；
接合部，将上述卷绕体在至少一个端面与上述中心管接合，并且该接合部包括保持部和延伸部，所述保持部相比上述卷绕体的端面位于内侧，所述延伸部与上述保持部一体地形成、沿着上述中心管的外周面从上述保持部向上述卷绕体的端面所面向的方向延伸；以及
约束部件，在从上述卷绕体的上述端面向上述卷绕体的上述端面所面向的方向离开的位置，相对于上述中心管捆扎上述延伸部。
2.根据权利要求1所述的螺旋型分离膜元件，其特征在于，
上述约束部件是能够从上述延伸部的上方夹紧上述中心管的夹紧部件。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋型分离膜元件，其特征在于，
上述中心管为金属制的。
4.根据权利要求1或2所述的螺旋型分离膜元件，其特征在于，
上述接合部由热固性树脂粘接剂构成。
5.根据权利要求1或2所述的螺旋型分离膜元件，其特征在于，
上述卷绕体通过将在透过侧流路材料的两面重合上述分离膜而成的袋状的膜片与供给侧流路材料一起绕上述中心管卷绕而形成。
6.根据权利要求5所述的螺旋型分离膜元件，其特征在于，
上述分离膜包括：与上述供给侧流路材料相对的表皮层；支承上述表皮层的支承层；以及层积于上述支承层的无纺布，
上述表皮层是由含氟树脂或纤维素类树脂构成的无孔的均质膜。
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