CN108778471A

CN108778471A - 膜模块

Info

Publication number: CN108778471A
Application number: CN201780017272.4A
Authority: CN
Inventors: 宇田康弘; 小林显太郎
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-11-09
Also published as: US20190111397A1; US10960356B2; WO2017169385A1; JP2017176910A; JP6748463B2; KR102680550B1; KR20180121880A

Abstract

本发明提供构造简易而能够抑制容器的成本、能够通过简易的作业进行容器的组装且能够将流体的入口等配置于规定的位置的膜模块。本发明的膜模块具备：分离膜(2)；容器(20)，其收容该分离膜(2)，且具有流体的入口和出口，所述膜模块的特征在于，所述容器(20)包括外筒构件(21)、内嵌于该外筒构件(21)的至少一个端部的内嵌构件(22)、夹在所述外筒构件(21)与所述内嵌构件(22)之间的密封件(22c)及弹性构件(24)，所述外筒构件(21)在所述端部的内壁面具有内壁环状槽(21a)，所述内嵌构件(22)在外壁面的与所述内壁环状槽(21a)对置的位置具有外壁环状槽(22d)，所述弹性构件(24)与所述内壁环状槽(21a)及所述外壁环状槽(22d)卡合，且能够以大致收纳于所述内壁环状槽(21a)或所述外壁环状槽(22d)的方式扩大或缩小。

Description

膜模块

技术领域

本发明涉及具备分离膜和收容该分离膜且具有流体的入口及出口的容器的膜模块，更详细而言涉及所述容器的端部的嵌合构造。

背景技术

作为以往的螺旋型膜元件(以下，也仅称作“膜元件”)的构造，已知有具备通过将单个或多个分离膜、供给侧流路件及透过侧流路件卷缠于有孔的中心管而成的卷绕体的构造(例如参照专利文献1)。

图7是以往的膜元件的局部剖切立体图。该图所示的膜元件1具有包括分离膜2、供给侧流路件6及透过侧流路件3的膜构件绕中心管5卷缠的构造。更具体而言，通过如下方式构成：在透过侧流路件3的两面重叠分离膜2并对三边进行粘接而形成信封状膜(袋状膜)，将该信封状膜的开口部安装于中心管5，并与网(net)状的供给侧流路件6一起呈螺旋状地卷绕于中心管5的外周面。在该卷绕体R的上游侧设置有密封支座等上游侧端构件10，在下游侧设置有伸缩防止件等下游侧端构件12。

在使用上述膜元件1时，原液7从膜元件1的一端面侧供给。供给过来的原液7沿着供给侧流路件6而在与中心管5的轴芯方向平行的方向上流动，从膜元件1的另一端面侧作为浓缩液9而排出。另外，在原液7沿着供给侧流路件6流动的过程中，透过分离膜2后的透过液8如图中虚线箭头所示那样沿着透过侧流路件3从开孔5a向中心管5的内部流入，并从该中心管5的端部排出。

在将这样的膜元件1收容于压力容器内得到的以往的螺旋型膜模块中，成为如下构造：在压力容器的一个端部具有原液的供给部，在另一个端部具有浓缩液的排出部和透过液的排出部，通过设置于上游侧端构件10的外周的密封件而使原液在膜元件1的内部流动。

另外，上述的压力容器成为如下构造：具有圆筒状构件和盖构件以便能够进行膜元件1的更换，在设置于圆筒状构件的端部的凸缘部能够通过螺栓等而紧固连结有盖构件。

另一方面，在具有中空系膜的膜模块的情况下，大多使收容中空系膜的容器一体化。例如，在专利文献2中公开了收容中空系膜的容器具有圆筒状构件和能够与该圆筒状构件的端部螺合的盖且O型环夹在两者之间的构造、以及将盖粘接固定于圆筒状构件这点等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-137558号公报

专利文献2：日本特开2014-240076号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在无需进行膜元件的更换的情况下，在圆筒状构件设置有凸缘部的构造中，存在容器的制造成本相对地变得过大这一问题。另外，在如专利文献2所记载那样仅通过粘接剂将盖固定于圆筒状构件的构造中，若不增大粘接面积，则存在不能充分确保容器的耐压性这一问题。另外，在将盖螺合于圆筒状构件的构造中，在螺合时盖的旋转位置被确定，因此存在不能将流体的入口等配置于规定的位置这一问题，另外存在螺合的作业变得繁杂的倾向。

于是，本发明的目的在于提供如下膜模块，所述膜模块由于构造简易而能够抑制容器的成本，能够通过简易的作业来进行容器的组装，而且能够将流体的入口等配置于规定的位置。

用于解决课题的方案

上述目的如下述那样能够通过本发明来实现。

即，本发明的膜模块具备：分离膜；以及容器，所述容器收容该分离膜，且具有流体的入口和出口，所述膜模块的特征在于，所述容器包括：外筒构件；内嵌构件，所述内嵌构件内嵌于该外筒构件的至少一个端部；以及密封件及弹性构件，所述密封件及弹性构件夹在所述外筒构件与所述内嵌构件之间，所述外筒构件在所述端部的内壁面具有内壁环状槽，所述内嵌构件在外壁面的与所述内壁环状槽对置的位置具有外壁环状槽，所述弹性构件与所述内壁环状槽及所述外壁环状槽卡合，且所述弹性构件能够以大致收纳于所述内壁环状槽或所述外壁环状槽的方式扩大或缩小。

根据本发明的膜模块，弹性构件能够以大致收纳于内壁环状槽或外壁环状槽的方式扩大或缩小，因此在将内嵌构件插入容器的端部时，只需将弹性构件以大致收纳于内壁环状槽或外壁环状槽的状态插入，就能够使弹性构件跨外壁环状槽及内壁环状槽地卡合，从而对内嵌构件进行防脱。在该卡合状态下，能够利用夹在外筒构件与内嵌构件之间的密封件来防止流体的泄漏，因此构造简易而能够抑制容器的成本，能够通过简易的作业进行容器的组装。而且，无需进行螺合，因此能够自如地旋转内嵌构件，从而能够将流体的入口等配置于规定的位置。其结果是，能够提供如下膜模块：构造简易而能够抑制容器的成本，能够通过简易的作业来进行容器的组装，而且能够将流体的入口等配置于规定的位置。

在上述方案中，优选的是，所述外筒构件的内壁的截面形状为大致圆形，所述弹性构件是能够缩小为该内壁周围的大小以下的C型环。通过使用这样的C型环，能够通过更简易的操作来将弹性构件缩小为内壁周围的大小以下，在将内嵌构件插入容器的端部之后，C型环扩径而与外壁环状槽卡合，由此能够对内嵌构件进行防脱。

此时，优选的是，所述弹性构件是具有从所述外筒构件的中央侧朝向端部侧扩径的倾斜面的C型环。通过具有这样的倾斜面，从而即便在C型环未完全收纳于外壁环状槽的状态下，在外筒构件的内壁的端缘与倾斜面接触时，也向使C型环缩小的方向施加力而能够顺畅地将内嵌构件插入容器的端部。另外，根据同样的理由，优选在所述外筒构件的内壁面的端缘具有从中央侧朝向端部侧扩径的倾斜面。

另外，优选的是，所述内嵌构件在比所述外壁环状槽靠所述外筒构件的中央侧的位置具有密封用环状槽，所述密封件是保持在该密封用环状槽中的O型环。通过在这样的位置设置密封用环状槽，从而O型环被保持在比弹性构件靠中央侧的位置，因此能够防止流体流入外壁环状槽及内壁环状槽而滞留所引起的弊端。

另外，优选的是，在所述容器中收容有膜元件，所述膜元件包括：有孔的中心管；卷绕体，所述卷绕体通过将包括所述分离膜、供给侧流路件及透过侧流路件的膜构件卷缠于所述中心管而成；以及外装件，所述外装件设置于该卷绕体的外周。

已知这样的膜元件作为螺旋型膜元件而每单位体积的有效膜面积大，且能够赋予高的压力，作为本发明的膜模块所使用的膜元件而言尤为有效。

附图说明

图1是表示本发明的膜模块的一例的纵剖视图。

图2是表示本发明的膜模块的一例的左侧视图。

图3是表示本发明的膜模块的一例的右侧视图。

图4是表示本发明的膜模块的一例的主要部分的图，(a)是容器端部的组装立体图，(b)是容器端部的纵剖视图。

图5是表示本发明的膜模块的另一例的主要部分的纵剖视图。

图6是表示本发明的膜模块的另一例的主要部分的纵剖视图。

图7是表示以往的螺旋型膜元件的一例的立体图。

具体实施方式

本发明的膜模块具备：分离膜；以及容器，其收容该分离膜，且具有流体的入口和出口，所述膜模块的特征在于容器的嵌合构造。因此，关于容器的嵌合构造以外的结构，均可以采用以往公知的结构、例如膜元件的结构、流体的入口和出口的构造等。

在本实施方式中，如图1所示，示出了收容如下膜元件的情况的例子，所述膜元件包括有孔的中心管5、膜构件卷缠于所述中心管5而成的卷绕体R、以及设置于该卷绕体R的外周的外装件13。在此，膜构件与以往的螺旋型膜元件同样，例如如图7所示，包括分离膜2、供给侧流路件6及透过侧流路件3。

在本实施方式中，例如如图1所示，示出了容器是收容膜元件1且在轴芯方向的一个端部具有原液7的供给部22a并在轴芯方向的另一个端部具有浓缩液9的排出部23b及透过液8的排出部23a的压力容器20的例子。

(膜元件)

作为膜元件1，可以使用如图7所示那样的与以往相同的螺旋型膜元件，也可以省略具有密封支座等功能的上游侧端构件10和具有伸缩防止件等功能的下游侧端构件12。因此，参考图7来进行说明。

如图7所示，膜元件1具备：有孔的中心管5，其在外周具有孔；卷绕体R，其通过将包括单个或多个分离膜2、供给侧流路件6及透过侧流路件3的膜构件卷缠于中心管5而成；以及外装件13，其设置于该卷绕体R的外周。在本实施方式中，示出了包括分离膜2、供给侧流路件6及透过侧流路件3的多个膜构件绕中心管5卷缠的例子，但也可以是单个分离膜元件卷绕于中心管。

膜元件1通常具备用于防止供给侧流路与透过侧流路的混合的密封部。例如，在通过向透过侧流路件3的两面重叠分离膜2并对三边进行粘接来形成信封状膜(袋状膜)的情况下，在外周侧端边形成有密封部11且在上游侧端边及下游侧端边形成有密封部。另外，优选也在上游侧端边及下游侧端边的内周侧端部与中心管5之间也设置有密封部。

将信封状膜的开口部安装于中心管5，并将信封状膜与网(net)状的供给侧流路件6一起呈螺旋状地卷绕于中心管5的外周面，由此形成卷绕体R。也可以是，在该卷绕体R的上游侧设置有密封支座等上游侧端构件10，在下游侧根据需要而设置有伸缩防止件等下游侧端构件12。

在使用上述膜元件1时，原液7从膜元件1的一端面侧供给。供给过来的原液7沿着供给侧流路件6而在与中心管5的轴芯方向平行的方向上流动，从膜元件1的另一端面侧作为浓缩液9排出。另外，在原液7沿着供给侧流路件6流动的过程中，透过分离膜2后的透过液8如图中虚线箭头所示那样沿着透过侧流路件3从开孔5a向中心管5的内部流入，并从该中心管5的端部排出。

作为分离膜2、供给侧流路件6及透过侧流路件3、中心管12，可以使用与以往同样的构件。

例如，作为供给侧流路件6，可以使用采用了任意的材质的网状片、网眼状片等，例如优选使用聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃。透过侧流路件3可以使用采用了任意的材质的网状片、网眼状片、带槽的片、波形片等。分离膜2可以使用逆渗透膜、纳米过滤膜、超滤膜等。

作为外装件13，可以与以往的膜元件1同样，使用树脂片、树脂带、纤维加强树脂、它们的复合构造。

(压力容器)

本发明中的容器包括外筒构件、内嵌于该外筒构件的至少一个端部的内嵌构件、夹在所述外筒构件与所述内嵌构件之间的密封件及弹性构件。在本实施方式中，例如示出了如图1及图4所示那样压力容器20包括作为外筒构件的圆筒构件21、内嵌于圆筒构件21的一个端部的作为内嵌构件的第一端部构件22、以及夹在所述圆筒构件21与第一端部构件22之间的密封件22c及弹性构件24的例子。另外，示出了包括内嵌于圆筒构件21的另一个端部的作为内嵌构件的第二端部构件23、以及夹在所述圆筒构件21与第二端部构件23之间的密封件22c及弹性构件24的例子。以下，说明第一端部构件22的嵌合构造，但也能够将同样的构造适用于第二端部构件23。

作为外筒构件的圆筒构件21在端部的内壁面具有内壁环状槽21a，作为内嵌构件的第一端部构件22在外壁面的与内壁环状槽21a对置的位置具有外壁环状槽22d。在本发明中，内壁环状槽21a与外壁环状槽22d设置于使至少一部分对置的位置即可，无需设置于使槽整体完全对置的位置。

例如如图4的(b)所示那样，弹性构件24与内壁环状槽21a及外壁环状槽22d卡合。在图示的例子中，弹性构件24与内壁环状槽21a及外壁环状槽22d的中央侧壁及端部侧壁这两者卡合。在本发明中，至少弹性构件24与内壁环状槽21a的端部侧壁及外壁环状槽22d的中央侧壁卡合即可，由此在容器内产生了压力时，能够防止内嵌构件脱落。

弹性构件24能够以大致收纳于内壁环状槽21a或外壁环状槽22d的方式扩大或缩小。在本实施方式中，示出了弹性构件24是能够缩小为其内壁周围的大小以下的C型环的例子。

即，例如如图4的(a)所示，在将弹性构件24扩径之后外嵌于第一端部构件22的外壁环状槽22d(在该状态下弹性构件24的直径比外壁环状槽22d的直径大)，利用手或夹具等使该弹性构件24缩小，从而能够将弹性构件24大致收纳于外壁环状槽22d。因此，在该状态下能够插入圆筒构件21的端部，当插入到内壁环状槽21a的位置时，弹性构件24扩径而成为原来的大小，能够与内壁环状槽21a卡合。

在使弹性构件24缩小时，只要其外径比圆筒构件21的内径小，则即便存在未收纳于外壁环状槽22d的部分，也能够将第一端部构件22插入圆筒构件21的端部。因此，弹性构件24无需形成为能够以完全收纳于内壁环状槽21a或外壁环状槽22d的方式扩大或缩小的结构。

在图示的例子中，在作为内嵌构件的第一端部构件22设置有扩径部22e，由此，扩径部22e与圆筒构件21的端面抵接，能够对内嵌状态进行定位。但也可以省略扩径部22e。

作为弹性构件24的材质，可举出树脂、金属、橡胶、它们的复合体等，但从卡合的耐久性、弯曲弹性模量、制造的容易性等观点出发，优选树脂或金属。

在图示的例子中，示出了弹性构件24的截面为矩形的情况，但只要至少是弹性构件24能够与内壁环状槽21a的端部侧壁及外壁环状槽22d的中央侧壁卡合即可，也可以是任意的截面形状(参照图6的(a)～(c))。

关于使用了密封件22c的密封构造，只要是能够将第一端部构件22插入圆筒构件21的端部且能够确保液密的构造，就不特别限定，可以采用任何以往公知的密封构造。

在图示的例子中，密封件22c为O型环，作为内嵌构件的第一端部构件22在比外壁环状槽22d靠外筒构件的中央侧的位置具有密封用环状槽22f，在该密封用环状槽22f中保持有O型环。根据这样的密封构造和由弹性构件24实现的防脱构造，由于是简易的构造而能够抑制容器的成本，能够通过简易的作业进行容器的组装。而且，不需要进行螺合，因此能够使内嵌构件自如地旋转，因此能够将流体的入口等配置于规定的位置。

本实施方式中的压力容器20还具有第二端部构件23，第二端部构件23以液密状态嵌合于圆筒构件21的另一个端部。作为用于形成液密状态的构造，例如可以采用与第一端部构件22的嵌合构造相同的构造。第一端部构件22及第二端部构件23例如可以通过使用了树脂的形成来进行制造。

圆筒构件21可以由树脂、金属、陶瓷等任意的材料形成，但从耐压性能和轻量化的观点出发，优选使用心轴等圆柱状模具并由在其上卷缠有加强纤维(粗纱纤维)的纤维加强树脂形成。为了形成所述内壁环状槽21a，只需预先将具有与内壁环状槽21a相同的形状且能够分割为多个的型材设置于圆柱状模具的周围，并在成形出圆筒构件21之后取下型材即可。

如图1～图3所示，在第一端部构件22的原液7的供给部22a及第二端部构件23的浓缩液9的排出部22b形成有开口，在该开口以液密状态嵌合用于与外部配管连接的连接管。为了使连接管为液密状态，例如使用O型环等，还可以采用防脱用的各种构造(均省略图示)。

如图1及图3所示，第二端部构件23具有透过液8的排出部23a。在该例子中，将O型环等密封件5b保持于第二端部构件23的嵌入部，并将插入的中心管5嵌入并液密地保持。另外，在中心管5的前端设置有用于与外部配管连接的连接管5c。

另外，在如图1～图3所示那样在第二端部构件23具有透过液8的排出部23a的情况下，优选在第一端部构件22设置封堵中心管5的密封塞22b或一端被封堵了的嵌入部。在该例子中，将O型环等密封件5b保持于第一端部构件22的嵌入部，并将插入的中心管5嵌入，进一步地设置密封塞22b来液密地保持。

(膜模块的另一实施方式)

(1)在前述的实施方式中，示出了仅第二端部构件23具有透过液8的排出部23a的例子，但也可以是，在第一端部构件22设置有透过液8的排出部23a，或者在第一端部构件22和第二端部构件23均设置有排出部23a。

(2)在前述的实施方式中，示出了弹性构件24是能够缩小为作为外筒构件的圆筒构件21的内壁周围的大小以下的C型环的例子，但也可以如图5的(a)所示那样，弹性构件24是能够扩大为作为内嵌构件的第一端部构件22的外壁周围的大小以上的C型环。

在该情况下，预先使弹性构件24缩径而嵌入圆筒构件21的内壁环状槽21a，在该状态下将作为内嵌构件的第一端部构件22插入圆筒构件21的端部。此时，通过在第一端部构件22的前端具有前端侧缩径的倾斜面，从而在插入时弹性构件24(C型环)扩径，当弹性构件24插入到外壁环状槽22d的位置时，弹性构件24恢复为远离的大小而与内壁环状槽21a及外壁环状槽22d卡合。

(3)在前述的实施方式中，示出了作为内嵌构件的第一端部构件22在比外壁环状槽22d靠外筒构件的中央侧的位置具有密封用环状槽22f的例子，但也可以如图5的(b)所示那样，作为内嵌构件的第一端部构件22也可以在比外壁环状槽22d靠外筒构件的端部侧的位置具有密封用环状槽22f。

(4)在前述的实施方式中，示出了仅设置有一处弹性构件24的嵌合构造的例子，但在本发明中，也可以如图5的(c)所示那样，采用设置两处以上弹性构件24的嵌合构造。另外，同样地，密封构造也可以采用在两个部位以上使用密封件22c的密封构造。

(5)在前述的实施方式中，示出了弹性构件24为C型环的例子，但在本发明中，只要是因外力进行弹性变形而使外径或内径变化的构件即可，也可以使用环状的弹性构件24。作为这样的环状的弹性构件24，例如可以使用螺旋弹簧等将多个圆弧状构件连结而成的构件等。

(6)在前述的实施方式中，示出了外筒构件的形状为圆筒状的例子，但在本发明中，可以采用四棱柱状的外筒构件等圆筒状以外的形状的外筒构件。例如，可以对四棱柱状的外筒构件使用将四个L字型构件用螺旋弹簧等连结而成的弹性构件，来构成本发明的膜模块。

(7)在前述的实施方式中，示出了使用截面形状为四边形的弹性构件24的例子，但也可以如图6的(a)～(b)所示那样，使用各种截面形状的弹性构件24。例如，在图6的(a)所示的弹性构件24中，具有从外筒构件的中央侧朝向端部侧扩径的倾斜面24a，在将内嵌构件插入外筒构件的端部时，外筒构件的端面与弹性构件24的倾斜面24a抵接而能够使弹性构件24缩小。此时，也可以是，倾斜面24a无需为平面，而如图6的(b)所示那样为曲面。

另外，在弹性构件能够以大致收纳于内壁环状槽的方式扩大的情况下，优选如图6的(c)所示那样，弹性构件24具有从外筒构件的端部侧朝向中央侧缩径的倾斜面24a。

(8)在前述的实施方式中，示出了内壁环状槽21a及外壁环状槽22d的截面形状均为矩形的例子，但在本发明中，只要至少弹性构件24能够与内壁环状槽21a的端部侧壁及外壁环状槽22d的中央侧壁卡合即可，内壁环状槽21a及外壁环状槽22d的截面形状不特别限定。但是，在提高通过卡合实现的防脱效果的方面，优选内壁环状槽21a的端部侧壁及外壁环状槽22d的中央侧壁相对于外筒构件的内壁或内嵌构件的外壁垂直地形成。

(9)在前述的实施方式中，示出了将包括平膜的螺旋型膜元件收容于容器的膜模块的例子，但在本发明中，也可以是将中空系膜收容于容器的膜模块。在该情况下，作为以往的容器的端部的嵌合构造，适用以上所说明的嵌合构造。

附图标记说明

1 膜元件

2 分离膜

3 透过侧流路件

5 中心管

5a 开孔

6 供给侧流路件

7 原液

8 透过液

9 浓缩液

13 外装件

20 压力容器(容器)

21 圆筒构件(外筒构件)

21a 内壁环状槽

22 第一端部构件(内嵌构件)

22a 原液的供给部

22c 密封件

22d 外壁环状槽

23 第二端部构件(内嵌构件)

23a 透过液的排出部

23b 浓缩液的排出部

24 弹性构件

24a 倾斜面

R 卷绕体

Claims

1.一种膜模块，其具备：分离膜；以及容器，所述容器收容该分离膜，且具有流体的入口和出口，

所述膜模块的特征在于，

所述容器包括：外筒构件；内嵌构件，所述内嵌构件内嵌于该外筒构件的至少一个端部；以及密封件及弹性构件，所述密封件及弹性构件夹在所述外筒构件与所述内嵌构件之间，

所述外筒构件在所述端部的内壁面具有内壁环状槽，

所述内嵌构件在外壁面的与所述内壁环状槽对置的位置具有外壁环状槽，

所述弹性构件与所述内壁环状槽及所述外壁环状槽卡合，且所述弹性构件能够以大致收纳于所述内壁环状槽或所述外壁环状槽的方式扩大或缩小。

2.根据权利要求1所述的膜模块，其中，

所述外筒构件的内壁的截面形状为大致圆形，所述弹性构件是能够缩小为该内壁周围的大小以下的C型环。

3.根据权利要求2所述的膜模块，其中，

所述弹性构件是具有从所述外筒构件的中央侧朝向端部侧扩径的倾斜面的C型环。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的膜模块，其中，

在所述外筒构件的内壁面的端缘具有从中央侧朝向端部侧扩径的倾斜面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的膜模块，其中，

所述内嵌构件在比所述外壁环状槽靠所述外筒构件的中央侧的位置具有密封用环状槽，所述密封件是保持在该密封用环状槽中的O型环。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的膜模块，其中，

在所述容器中收容有膜元件，所述膜元件包括：有孔的中心管；卷绕体，所述卷绕体通过将包括所述分离膜、供给侧流路件及透过侧流路件的膜构件卷缠于所述中心管而成；以及外装件，所述外装件设置于该卷绕体的外周。