CN110505912A - 流体分离元件和防伸缩板 - Google Patents
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Abstract
本发明的流体分离元件具有螺旋卷绕体、外侧壳体和防伸缩板，所述螺旋卷绕体是分离膜及原水流路部件卷绕成螺旋状而成的，所述外侧壳体设置于螺旋卷绕体的外周，所述防伸缩板设置于螺旋卷绕体及外侧壳体的两端部，防伸缩板至少具有第2环状部和第3环状部，所述第2环状部能够保持外侧壳体，所述第3环状部形成于第2环状部的轴向外侧，且由外径比第2环状部大的圆环构成，在第3环状部的螺旋卷绕体侧的侧面上具有一个以上的凹坑。
Description
技术领域
本发明涉及适合用于逆渗透装置、纳米过滤装置以及超滤装置、精密过滤装置等的流体分离元件。
背景技术
近年来，在海水淡化、半导体领域中的超纯水用途，进而在以一般的碱水用途、有机物分离、排水再利用等为代表的利用膜的透过水或浓缩液的各种流体分离领域中，使用分离膜的流体分离元件的使用正在迅速增加。
作为流体分离元件的形态，可举出使用了中空丝膜的形态、平膜的板框架型、螺旋型。其中，螺旋型的流体分离元件采用分离膜与透过水流路部件和原水流路部件一起绕集水管卷绕成螺旋状的构造。原水从流体分离元件的一方的端面供给，由分离膜进行处理。透过分离膜后的透过水从集水管取出，未透过分离膜的原水作为浓缩液从流体分离元件的另一方的端面排出。
通常，螺旋型的流体分离元件采用如下形态：通过由玻璃纤维和环氧树脂的纤维强化塑料(Fiber Reinforced Plastic(FRP))构成的外侧壳体来加固外周部，在轴向的两端安装有防伸缩板。
在流体分离元件的上游侧的防伸缩板存在被称为盐水密封件的密封构件，防止原水向流体分离元件的外侧壳体与压力容器之间的间隙内短路(short pass)。盐水密封件也可以是O型环等，但从向压力容器的装填性出发，大多使用U型密封件等。
在使用流体分离元件时，在压力容器中串联装填1～6根左右的流体分离元件来使用，将该压力容器设置于多个架上来应对大容量的处理。
作为现有技术，已知有如下流体分离元件(例如参照专利文献1)：为了防止流体分离元件的外侧壳体沿流体分离元件的轴向移动，在防伸缩板设置能够外插外侧壳体的槽。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2010-167420号公报
发明内容
但是，在该构造中，即使能够抑制外侧壳体相对于防伸缩板在流体分离元件的轴向上移动，也不能抑制沿旋转方向移动。
在运转时外侧壳体相对于防伸缩板旋转时，螺旋卷绕体联动地旋转，有时会引起螺旋卷绕体构造的破坏、分离膜面的损伤。
本发明的背景的课题在于，在向流体分离元件供给原水时，抑制外侧壳体和防伸缩板在旋转方向上偏移。具体而言，其课题在于，在压力容器内装填流体分离元件进行运转的情况下，即使在向外侧壳体相对于防伸缩板旋转的方向施加力的情况下，也能够抑制外侧壳体的旋转。
为了解决上述课题，本发明的流体分离元件由以下的结构构成。
(1)一种流体分离元件，具有螺旋卷绕体、外侧壳体和防伸缩板，所述螺旋卷绕体是分离膜及原水流路部件卷绕成螺旋状而成的，所述外侧壳体设置于该螺旋卷绕体的外周，所述防伸缩板设置于所述螺旋卷绕体及所述外侧壳体的两端部，所述防伸缩板至少具有第2环状部和第3环状部，所述第2环状部能够保持所述外侧壳体，所述第3环状部形成于所述第2环状部的轴向外侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成，在所述第3环状部的所述螺旋卷绕体侧的侧面上具有一个以上的凹坑。
(2)根据所述(1)记载的流体分离元件，在用包含所述防伸缩板的中心轴的平面截取所述第3环状部的截面的情况下出现的、所述凹坑的截面形状或位置在所述第3环状部的周向上不同。
(3)根据所述(1)或(2)记载的流体分离元件，所述防伸缩板具有第1环状部，所述第1环状部形成于所述第2环状部的轴向内侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成。
(4)根据所述(1)～(3)中任一项记载的流体分离元件，所述防伸缩板具有第4环状部和第5环状部，所述第4环状部形成于所述第3环状部的轴向外侧，且能够外插盐水密封件，所述第5环状部形成于所述第4环状部的轴向外侧，且由外径比所述第4环状部大的圆环构成。
(5)一种防伸缩板，设置于具有螺旋卷绕体及外侧壳体的流体分离元件的所述螺旋卷绕体及所述外侧壳体的两端部，所述螺旋卷绕体是分离膜及原水流路部件卷绕成螺旋状而成的，所述外侧壳体设置于该螺旋卷绕体的外周，所述防伸缩板至少具有第2环状部和第3环状部，所述第2环状部能够保持所述外侧壳体，所述第3环状部形成于所述第2环状部的轴向外侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成，在所述第3环状部的所述螺旋卷绕体侧的侧面上具有一个以上的凹坑。
(6)根据所述(5)记载的防伸缩板，在用包含所述防伸缩板的中心轴的平面截取所述第3环状部的截面的情况下出现的、所述凹坑的截面形状或位置在所述第3环状部的周向上不同。
(7)根据所述(5)或(6)记载的防伸缩板，具有第1环状部，所述第1环状部形成于所述第2环状部的轴向内侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成。
(8)根据所述(5)～(7)中任一项记载的防伸缩板，具有第4环状部和第5环状部，所述第4环状部形成于所述第3环状部的轴向外侧，且能够外插盐水密封件，所述第5环状部形成于所述第4环状部的轴向外侧，且由外径比所述第4环状部大的圆环构成。
通过本发明的流体分离元件得到的效果是即使在使用流体分离元件的过程中在外侧壳体、防伸缩板旋转的方向上产生力的情况下，也能够抑制外侧壳体相对于防伸缩板的旋转。
另外，在制造流体分离元件时，有利用带将螺旋卷绕体和防伸缩板固定的方法，但此时，第1环状部以及第2环状部由带覆盖，因此，即使在第1环状部以及第2环状部设置凹坑，凹坑有时也不发挥效果。通过将凹坑的位置限定于第3环状部的螺旋卷绕体侧侧面，即使在用带固定螺旋卷绕体和防伸缩板的情况下，凹坑也能够发挥效果，能够制造有效的流体分离元件。
附图说明
图1是示出应用本发明的螺旋型流体分离元件的一实施方式的概略局部展开图。
图2是本发明的螺旋型流体分离元件中的防伸缩板的外周环部与外侧壳体的接触部附近的剖视放大图。
图3是本发明的螺旋型流体分离元件中的、安装有盐水密封件时的防伸缩板的外周环部与外侧壳体的接触部附近的剖视放大图。
图4是示出本发明的螺旋型流体分离元件中使用的密封筒状膜的一形态的概略图。
图5是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选的形状的一形态的图。
图6是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选的形状的一形态的图。
图7是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选的形状的一形态的图。
图8是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选的形状的一形态的图。
图9是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选的形状的一形态的图。
图10是集水管与防伸缩板接触的部分周边的更优选的截面形状。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出应用本发明的流体分离元件的一实施方式的概略局部展开图。
流体分离元件是螺旋型流体分离元件，在将第1分离膜3及第2分离膜4的3边相互粘接而形成的密封筒状膜之间夹入透过水流路部件5，将其和原水流路部件6作为1个单元，准备单个或多个单元，在集水管1的周围卷绕成螺旋状而成。密封筒状膜由第1分离膜3和第2分离膜4构成，在密封筒状膜的4边中的、集水管1侧以外的所有边上，形成粘接有第1分离膜3和第2分离膜4的构造。密封筒状膜在集水管1侧开口。原水2从流体分离元件的一方的端面供给，由第1分离膜3及第2分离膜4的未相互粘接的部分即有效膜部12(参照图4)进行处理。透过分离膜3、4的透过水8从集水管1取出，未透过分离膜3、4的原水2作为浓缩水7从流体分离元件的另一方的端面排出。
通常，螺旋型的流体分离元件采用如下形态：利用外侧壳体11加固外周部，在长度方向的两端安装有防伸缩板9。作为外侧壳体的原材料，例如可列举出包含聚氨酯树脂或环氧树脂等的纤维强化塑料(FRP)、包含聚乙烯或聚丙烯的塑料膜等。从耐压性的观点出发，外侧壳体优选为由纤维强化塑料(FRP)构成的FRP壳体，从耐热性的观点出发，更优选为由包含玻璃纤维和环氧树脂的纤维强化塑料(FRP)构成的FRP壳体。
图2是本发明的螺旋型流体分离元件中的防伸缩板9的外周环部与外侧壳体11的接触部附近的剖视放大图。
另外，图3是本发明的螺旋型流体分离元件中的、安装有盐水密封件10时的防伸缩板9的外周环部与外侧壳体11的接触部附近的剖视放大图。
本发明的防伸缩板9具有第2环状部19和第3环状部20，第2环状部19能够保持外侧壳体11，第3环状部20形成于第2环状部的轴向外侧且能够卡定外侧壳体11的外侧端部。另外，优选的是具有第1环状部18，第1环状部18形成于第2环状部19的轴向内侧且由外径比第2环状部大的圆环构成。通过存在第1环状部18，在第2环状部19与第1环状部18之间产生落差，更容易卡定外侧壳体11，能够进一步抑制外侧壳体与防伸缩板的轴向偏移。并且，在第3环状部20的轴向内侧的侧面(具体而言是设置于流体分离元件时成为螺旋卷绕体侧的侧面)具有凹坑25。
另外，优选的是具有第4环状部21和第5环状部22，第4环状部21形成于第3环状部20的轴向外侧，并如图3所示能够外插盐水密封件10，第5环状部22形成于第4环状部21的轴向外侧且能够卡定盐水密封件10。但是，即使在不存在第4环状部21和第5环状部22的情况下，也能够发挥本发明的效果。
此外，日本专利第5742847号公报中例示了不存在第4环状部21和第5环状部22的防伸缩板。
在该例中，防伸缩板的第3环状部的外侧侧面的一部分具有凹凸部，该凹凸部成为与相对的防伸缩板上的凹凸部互补的形状。凹凸部能够将通过与相对的凹凸部互补地啮合而相对的防伸缩板彼此液密地密封，满足盐水密封件10的作用。
在构成为密封筒状膜且在中间夹入透过水流路部件5的分离膜3、4和原水流路部件6卷绕于集水管的1周围而成的螺旋卷绕体17的端面，用带等固定本发明的防伸缩板9，将外侧壳体形成用的树脂组合物卷绕于螺旋卷绕体17及防伸缩板9的外周，然后使树脂组合物固化，由此能够制作本发明的流体分离元件。树脂组合物在进入到防伸缩板9的第2环状部19及凹坑25中的状态下固化，因此固化后形成的外侧壳体11牢固地固定于防伸缩板9，即使在向外侧壳体相对于防伸缩板旋转的方向施加力的情况下，也能够抑制外侧壳体旋转。
图5是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选形状的一形态的图。
防伸缩板9由外环部15、内环部16及辐条24构成，所述外环部15如图2所示由第1环状部18、第2环状部19、第3环状部20、第4环状部21及第5环状部22构成，所述内环部16如图5所示由外径比外环部15小的环构成，所述辐条24将外环部15与内环部16连结。内环部16的内径优选比集水管1的外径大。
在本发明的流体分离元件中，为了防止外侧壳体11相对于防伸缩板9旋转，在防伸缩板9的第3环状部20的螺旋卷绕体侧的侧面23(第3环状部螺旋卷绕体侧侧面)上设置凹坑25。外侧壳体11和防伸缩板9外插于第2环状部19，与第3环状部20相接。此时，由于外侧壳体11的一部分进入第3环状部20上的凹坑25，从而成为从外侧壳体11向防伸缩板9打入了锚的形状，由此抑制外侧壳体11相对于防伸缩板9旋转。
在穿过防伸缩板9的中心轴的平面上截取第3环状部20的截面的情况下出现的凹坑25的截面形状或位置优选在第3环状部20的周向上不同。在此，“截取第3环状部20的截面的情况下出现的凹坑25的截面形状或位置在第3环状部20的周向上不同”是指，在穿过防伸缩板9的中心轴的任意平面截取第3环状部20的截面的情况下，出现的形状或位置有时因平面而不同。在凹坑25的截面形状或位置在第3环状部20的周向上相同的情况下，即使在外侧壳体11的一部分进入到凹坑25内的情况下，也不存在防止外侧壳体11与防伸缩板9相互旋转的锚，因此有时无法充分发挥本发明的效果。
在流体分离元件的上游侧的防伸缩板9外插有盐水密封件10，防止原水向流体分离元件的外侧壳体与压力容器之间的间隙内短路。盐水密封件也可以是O型环等，但从对于压力容器的装填性出发，大多使用U型密封件、环缝密封件等。特别是U型密封件在流体从上游侧流过来时，U部分打开而将防伸缩板与压力容器液密地密封。
图5、图6、图7、图8以及图9均是从螺旋卷绕体侧观察本发明的防伸缩板能够取得的形状中优选形状的一形态的图。
作为一优选形态，可以举出如下方法：例如如图5所示，在第3环状部螺旋卷绕体侧侧面23上每隔30度设置1个、共计12个凹坑25。
另外，如图6所示，也可以是在第3环状部螺旋卷绕体侧侧面23上存在一个圆弧上的凹坑25的形状。
另外，如图7所示，也可以是在第3环状部螺旋卷绕体侧侧面23的外周部分存在凹坑25的形状。
另外，如图8所示，也可以是除第3环状部螺旋卷绕体侧侧面23上的一部分以外的全部部分成为凹坑25的形状。
另外，如图9所示，凹坑25也可以由同一截面形状的两个以上的同心圆的圆弧的一部分构成。在该情况下，在用包含防伸缩板9的中心轴的平面截取第3环状部20的截面的情况下出现的凹坑25的截面形状与平面无关地相同，但凹坑25的截面位置不同，因此在发挥本发明的效果方面是优选的形状。
若仅以防止外侧壳体11的旋转为目的，则在第3环状部螺旋卷绕体侧侧面23上开设的凹坑25也可以是贯通第3环状部20的贯通孔。但是，若环氧树脂穿过贯通孔而进入第4环状部21上，则有可能无法安装盐水密封件10，因此优选凹坑。
凹坑25的深度上限优选为不成为贯通孔的范围的深度，优选比防伸缩板9的第3环状部20的厚度小。
此外，用于防止旋转的凹坑的个数优选为1个以上。
为了发挥旋转抑制效果，凹坑25的总体积优选为第3环状部20的总体积的0.05％以上，更优选为0.5％以上。
若凹坑25的总体积变大，则外侧壳体的形成所需的环氧树脂量增加，因此凹坑25的总体积优选为小于第3环状部20的总体积的5％左右。
图10是集水管1与防伸缩板9接触的部分周边的更优选的截面形状。更优选的是，如图10所示，可以是在集水管1上的防伸缩板9与集水管1相接的部分设置有凹坑26的构造。另外，凹坑26也可以设置于防伸缩板9上的防伸缩板9与集水管1相接的部分。此时，集水管1和防伸缩板9通过粘接剂相互粘接，粘接剂进入到集水管的凹坑内并固化，由此能够抑制防伸缩板9相对于集水管1旋转。
实施例
接着，列举具体例说明使用了本发明的防伸缩板的流体分离元件，但本发明并不被这些实施例限定。
<实施例1>
如图5所示，在防伸缩板9的第3环状部螺旋卷绕体侧侧面23上，每30度设置1个、合计设置12个凹坑25。各个凹坑25的形状为直径4mm、深度2mm，凹坑25的总体积为339mm3，这占据第3环状部20的总体积的0.5％。
使用上述防伸缩板制作流体分离元件。如图1所示，流体分离元件具有如下构造：在第1分离膜3、第2分离膜4、透过水流路部件5及原水流路部件6卷绕成螺旋状而成的螺旋卷绕体17的外周配置有由FRP构成的外侧壳体11，并且在螺旋卷绕体17及外侧壳体11的两端部配设有防伸缩板9。
另外，图4是示出本发明的螺旋型流体分离元件中使用的密封筒状膜的一形态的概略图，螺旋卷绕体17所使用的密封筒状膜如图4所示以第1分离膜3比第2分离膜4短40mm的方式组合。
此时，第1分离膜3和第2分离膜4的粘接所使用的粘接剂从密封筒状膜的外周粘接部14整体或局部地漏出。
由此，相邻的密封筒状膜的外周方向端部13彼此整体或者局部地由粘接剂固定。另外，粘接剂仅与第1分离膜3及第2分离膜4的有效膜部12以外的部分接触。有效膜部12的面积为0.7m2以上。
使用上述流体分离元件，实施了试验水通水试验。将1个流体分离元件装填于压力容器内，1天运转5小时，运转5天。
试验水在小麦粉2000ppm悬浮液中添加了氯化铁(III)和聚丙烯酰胺作为凝聚剂。运转压力为0.5MPa。
测定运转5天后的外侧壳体相对于防伸缩板的旋转角度，结果为0度。
<比较例1>
使用在防伸缩板的与外侧壳体端面相接的面(第3环状部的螺旋卷绕体侧的侧面)上没有凹坑的防伸缩板来制造流体分离元件。
如图1所示，流体分离元件具有如下构造：在第1分离膜3、第2分离膜4、透过水流路部件5及原水流路部件6卷绕成螺旋状而成的螺旋卷绕体17的外周配置有由FRP构成的外侧壳体11，并且在螺旋卷绕体17及外侧壳体11的两端部配设有防伸缩板9。
使用该流体分离元件实施了试验水通水试验。将1个流体分离元件装填于压力容器内，1天运转5小时，运转5天。
试验水在小麦粉2000ppm悬浮液中添加了氯化铁(III)和聚丙烯酰胺作为凝聚剂。运转压力为0.5MPa。
测定运转5天后的外侧壳体相对于防伸缩板的旋转角度，结果为1.2度。
虽然详细地参照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而言显而易见的是，能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下实施各种变更和修正。本申请基于2017年3月31日申请的日本专利申请(日本特愿2017-070202)，其内容作为参照而被取入。
附图标记说明
1：集水管
2：原水
3：第1分离膜
4：第2分离膜
5：透过水流路部件
6：原水流路部件
7：浓缩水
8：透过水
9：防伸缩板
10：盐水密封件
11：外侧壳体
12：有效膜部
13：密封筒状膜的外周方向端部
14：密封筒状膜的外周粘接部
15：外环部
16：内环部
17：螺旋卷绕体
18：第1环状部
19：第2环状部
20：第3环状部
21：第4环状部
22：第5环状部
23：第3环状部螺旋卷绕体侧侧面
24：辐条
25：凹坑
26：凹坑
Claims (8)
1.一种流体分离元件，具有螺旋卷绕体、外侧壳体和防伸缩板，所述螺旋卷绕体是分离膜及原水流路部件卷绕成螺旋状而成的，所述外侧壳体设置于该螺旋卷绕体的外周，所述防伸缩板设置于所述螺旋卷绕体及所述外侧壳体的两端部，
所述防伸缩板至少具有第2环状部和第3环状部，所述第2环状部能够保持所述外侧壳体，所述第3环状部形成于所述第2环状部的轴向外侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成，
在所述第3环状部的所述螺旋卷绕体侧的侧面上具有一个以上的凹坑。
2.根据权利要求1所述的流体分离元件，
在用包含所述防伸缩板的中心轴的平面截取所述第3环状部的截面的情况下出现的、所述凹坑的截面形状或位置在所述第3环状部的周向上不同。
3.根据权利要求1或2所述的流体分离元件，
所述防伸缩板具有第1环状部，所述第1环状部形成于所述第2环状部的轴向内侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的流体分离元件，
所述防伸缩板具有第4环状部和第5环状部，
所述第4环状部形成于所述第3环状部的轴向外侧，且能够外插盐水密封件，
所述第5环状部形成于所述第4环状部的轴向外侧，且由外径比所述第4环状部大的圆环构成。
5.一种防伸缩板，设置于具有螺旋卷绕体及外侧壳体的流体分离元件的所述螺旋卷绕体及所述外侧壳体的两端部，所述螺旋卷绕体是分离膜及原水流路部件卷绕成螺旋状而成的，所述外侧壳体设置于该螺旋卷绕体的外周，
所述防伸缩板至少具有第2环状部和第3环状部，所述第2环状部能够保持所述外侧壳体，所述第3环状部形成于所述第2环状部的轴向外侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成，
在所述第3环状部的所述螺旋卷绕体侧的侧面上具有一个以上的凹坑。
6.根据权利要求5所述的防伸缩板，
在用包含所述防伸缩板的中心轴的平面截取所述第3环状部的截面的情况下出现的、所述凹坑的截面形状或位置在所述第3环状部的周向上不同。
7.根据权利要求5或6所述的防伸缩板，
具有第1环状部，所述第1环状部形成于所述第2环状部的轴向内侧，且由外径比所述第2环状部大的圆环构成。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的防伸缩板，具有第4环状部和第5环状部，
所述第4环状部形成于所述第3环状部的轴向外侧，且能够外插盐水密封件，
所述第5环状部形成于所述第4环状部的轴向外侧，且由外径比所述第4环状部大的圆环构成。
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