JP2011045843A - 膜濾過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサなどへの電力供給を良好に行うことができる膜濾過装置を提供する。
【解決手段】膜エレメント１０とは別体として、その外周面が耐圧容器４０の内周面に近接する内部ユニット１００を設ける。内部ユニット１００の外周面に沿った形状で第１導電線１０２を設け、当該第１導電線１０２を、濾過対象物及び透過物の少なくとも一方の性状を検知するセンサ１０４，１０５，１０６に接続する。これにより、外部から第１導電線１０２を介して電力供給及び／又はデータ通信などを行う場合に、外部の装置と第１導電線１０２との距離をできるだけ短くすることができるので、第１導電線１０２を介して外部からセンサ１０４，１０５，１０６などへの電力供給を良好に行うことができるとともに、第１導電線１０２を介してセンサ１０４，１０５，１０６からの出力信号を外部へ良好に送信することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、濾過膜で濾過対象物を濾過することにより透過物を生成する膜濾過装置に関するものである。

耐圧容器内に複数の膜エレメントを一直線上に並べて配置することにより構成された膜濾過装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この種の膜濾過装置は、一般的に、排水や海水などの原水（濾過対象物）を濾過して、浄化された透過水（透過物）を得るために用いられる。特に大型のプラントなどでは、多数本の膜濾過装置がトレーンと呼ばれるラックで保持されることにより、トレーンごとに処理特性（圧力、透過水の水質及び水量など）の管理が行われている。

しかしながら、上記のようにトレーンごとに処理特性の管理を行う場合には、トレーンにより保持されている多数本の膜濾過装置のうち、一部の膜濾過装置における膜エレメント又は連結部にのみ不具合がある場合に、その不具合箇所を特定することが困難であり、当該特定作業に多大な労力がかかるという問題があった。

また、上記のように複数の膜エレメントを備えた膜濾過装置がトレーンにより多数本保持された構成では、トレーンにおける各膜濾過装置の位置、又は、各膜濾過装置内における各膜エレメントの位置に応じて、濾過膜の汚染具合及び当該濾過膜により原水が濾過される際の負荷が異なる。そのため、膜エレメントを交換する際には、新しい膜エレメントと、まだ使用可能な膜エレメントを適宜に組み合わせて耐圧容器内に収容することにより、最終的にトレーン全体で最適な処理性能を発揮できるように、各膜エレメントの配置及び組み合わせの最適化を行っている。しかしながら、現状では、使用期間のみに基づいて最適化を行っている場合が多いため、十分に最適化が行われているとは言えない。

上記のような問題に対し、特許文献１に開示されているような技術を用いれば、膜エレメントごとに、その膜エレメントに備えられた無線タグ（ＲＦＩＤタグ）に上記処理特性に関するデータを予め格納しておき、各無線タグからデータを読み出すことにより、膜エレメントごとに上記処理特性の管理を行うことが可能である。しかし、このような無線タグに予め格納されているデータのみに基づいて管理を行う場合であっても、各膜エレメントの状態は時々刻々と変化するため、管理の精度が十分であるとは言えず、各膜エレメントの状態をリアルタイムで検知することができれば、より精度よく管理を行うことが可能である。

下記特許文献２には、運転性能に関するデータを収集するために、複数の膜エレメントに対して、流量センサ、電導度センサ等を設ける点が記載されている。この特許文献２に開示されている構成では、各種センサから収集されたデータがＲＦＩＤに一旦格納され、そのデータが読み出されるようになっているが、この場合、データの演算や記憶、さらには各種センサを動作させるために十分な電力を確保する必要がある。

しかし、原水などの濾過対象物や透過水などの透過物が流れる膜濾過装置内への電力供給は、配線の引き回しが比較的難しいという問題がある。特に、複数の膜エレメントが耐圧容器内に一直線上に並べて配置された構成の場合、耐圧容器の両端部に設けられた膜エレメント以外の膜エレメントについては、その膜エレメントに対応付けられたセンサなどが耐圧容器内の中央寄りに設けられるため、電力の供給がより困難になる。このような問題は、配線を介して膜濾過装置内のセンサからのデータを外部に送信する際にも、同様に生じる問題である。

下記特許文献３には、複数のろ過モジュール内に、それぞれろ過膜の破断、破損を検出するためのセンサが組み込まれた構成が記載されている。

下記特許文献４には、読み取り手段によって読み取り可能な情報を記憶する記憶装置を備えた電子ラベルを含むフィルタと、ろ過装置との組立体が記載されている。

下記特許文献５には、交換部材に特有のデータを当該交換部材に設けられたメモリに保存し、そのデータを読み取り装置で読み込むことができるような構成が記載されている。

特表２００７−５２７３１８号公報 国際公開第２００７／０３０６４７号パンフレット 特開２００８−８０２５４号公報 特表平９−５００８１６号公報 特表２００３−５１９８８０号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、センサなどへの電力供給を良好に行うことができる膜濾過装置を提供することを目的とする。また、本発明は、センサからのデータを良好に送信することができる膜濾過装置を提供することを目的とする。

本発明に係る膜濾過装置は、濾過膜で濾過対象物を濾過することにより透過物を生成する膜エレメントと、前記膜エレメントを収容する耐圧容器と、前記膜エレメントとは別体として設けられ、その外周面が前記耐圧容器の内周面に近接する内部ユニットと、濾過対象物及び透過物の少なくとも一方の性状を検知するセンサと、前記センサに接続され、前記内部ユニットの外周面に沿った形状で設けられた第１導電線とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、センサに接続された第１導電線が内部ユニットの外周面に沿った形状で設けられているので、外部から第１導電線を介して電力供給及び／又はデータ通信などを行う場合に、外部の装置と第１導電線との距離をできるだけ短くすることができる。したがって、第１導電線を介して外部からセンサなどへの電力供給を良好に行うことができるとともに、第１導電線を介してセンサからの出力信号を外部へ良好に送信することができる。

また、膜エレメントとは別体である内部ユニットに設けられた第１導電線を介して、当該内部ユニットの近傍に配置されている電気部品に対して容易に電力を供給することができる。例えば、センサが内部ユニットに設けられている場合のように、センサが耐圧容器内に配置されている場合には、有線で電力供給及び／又はデータ通信を行うことは比較的困難であるが、本発明によれば、第１導電線を介して無線で容易に電力供給及び／又はデータ通信を行うことができる。

さらに、膜エレメントとは別個に設けられた内部ユニットに第１導電線を設けることにより、膜エレメントに第１導電線を設けるような構成と比較して、第１導電線を容易に設けることができる。また、内部ユニットに第１導電線を埋設するなどすれば、膜エレメントに第１導電線を設ける場合よりも、第１導電線が濾過対象物や透過物と接触する機会を減らすことが可能であり、これにより第１導電線の耐久性を向上することができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記耐圧容器における前記第１導電線に対向する位置に、前記耐圧容器の外周面に沿った形状で設けられた第２導電線を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、耐圧容器内の内部ユニットの外周面に沿った形状で設けられた第１導電線と、耐圧容器の外周面に沿った形状で設けられた第２導電線とを介して、電力供給及び／又はデータ通信などを良好に行うことができる。

特に、耐圧容器における第１導電線に対向する位置に第２導電線が設けられているので、第１導電線と第２導電線を比較的近接させることができる。したがって、原水などの濾過対象物や透過水などの透過物が耐圧容器内を流れているような環境下であっても、電力供給及び／又はデータ通信などを良好に行うことができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記第１導電線及び前記第２導電線の少なくとも一方が、コイル状であることを特徴とする。

このような構成によれば、少なくとも一方がコイル状である第１導電線及び第２導電線を介して、電力供給及び／又はデータ通信などを良好に行うことができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記第２導電線から前記第１導電線へと無線で電力を供給する給電装置を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、第２導電線から第１導電線へと無線で電力を供給することにより、例えばセンサなどが耐圧容器内に設けられているような構成であっても、当該センサなどへの電力供給を容易に行うことができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記耐圧容器の内周面に対向するように設けられ、前記センサからのデータを無線で送信する内部通信装置と、前記耐圧容器の外部における前記内部通信装置に対向する位置に設けられ、前記内部通信装置からのデータを受信する外部通信装置とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、耐圧容器の内周面に対向するように内部通信装置が設けられ、耐圧容器の外部における内部通信装置に対向する位置に外部通信装置が設けられているので、内部通信装置と外部通信装置を比較的近接させることができる。したがって、原水などの濾過対象物や透過水などの透過物が耐圧容器内を流れているような環境下であっても、センサからのデータを良好に送信することができる。ただし、周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ）によっては、必ずしも内部通信装置と外部通信装置を近接させる必要はない。

本発明に係る膜濾過装置は、前記耐圧容器の外部に設けられ、前記第１導電線及び前記第２導電線を介して前記センサからのデータを無線で受信する外部通信装置と、前記給電装置により無線で電力を供給する場合と、前記外部通信装置により無線でデータ通信を行う場合とで、無線信号を異なる態様で変復調するための変復調装置とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、第１導電線及び第２導電線を電力供給とデータ通信とに共用することができる。このような場合であっても、給電装置により無線で電力を供給する場合と、外部通信装置により無線でデータ通信を行う場合とで、無線信号を異なる態様で変復調するため、電力供給及びデータ通信を良好に行うことができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記センサが、前記内部ユニットに設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、第１導電線及びセンサがいずれも内部ユニットに設けられることにより、第１導電線とセンサとの間の配線をより短くすることができるので、電力供給及び／又はデータ通信などをより良好に行うことができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記内部ユニットが、着脱可能であることを特徴とする。

このような構成によれば、着脱可能な内部ユニットに第１導電線が設けられているので、膜エレメントを交換する場合であっても、古い膜エレメントに取り付けられていた内部ユニットを新しい膜エレメントに付け替えることにより、第１導電線を再利用することができる。また、膜エレメントには変更を加える必要がないので、従来の膜エレメントをそのまま使用することができる。

本発明に係る膜濾過装置は、前記センサには、透過物の電導度を測定するための電導度センサ、透過物の流量を測定するための流量センサ、及び、濾過対象物の圧力を測定するための圧力センサの少なくとも１つが含まれることを特徴とする。

このような構成によれば、電導度センサ、流量センサ及び圧力センサの少なくとも１つについて、第１導電線を介して電力供給を良好に行うことができるとともに、第１導電線を介して出力信号を外部へ良好に送信することができる。

本発明によれば、外部から第１導電線を介して電力供給及び／又はデータ通信などを行う場合に、外部の装置と第１導電線との距離をできるだけ短くすることができるので、第１導電線を介して外部からセンサなどへの電力供給を良好に行うことができるとともに、第１導電線を介してセンサからの出力信号を外部へ良好に送信することができる。

本発明の第１実施形態に係る膜濾過装置の一例を示した概略断面図である。 図１の膜エレメントの内部構成の一部を示した斜視図である。 内部ユニットの一構成例を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図を示している。 膜濾過装置の内部構成を示した概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る膜濾過装置に備えられた内部ユニットの一構成例を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図を示している。 本発明の第２実施形態にかかる膜濾過装置の内部構成を示した概略断面図である。

本発明に係る膜濾過装置は、膜エレメントを収容する耐圧容器と、前記膜エレメントとは別体として設けられ、その外周面が前記耐圧容器の内周面に近接する内部ユニットと、濾過対象物及び透過物の少なくとも一方の性状を検知するセンサと、前記センサに接続され、前記内部ユニットの外周面に沿った形状で設けられた第１導電線とを備えている点を特徴としている。したがって、本発明の一実施形態として、耐圧容器における第１導電線に対向する位置に、耐圧容器の外周面に沿った形状で第２導電線を設けた構成を例示できるが、第２導電線を備えた構成に限られるものではない。

前記耐圧容器は、円筒状のものを例示することができるが、円筒状のものに限らない。したがって、耐圧容器内に収容される膜エレメント及び内部ユニットも円形の断面形状を有するものに限らず、耐圧容器の形状に対応する他の断面形状を有するものであってもよい。また、導電線についても、円形状に巻回されたコイル状のものに限らず、耐圧容器の形状に対応する他の形状を有するものであってもよいし、耐圧容器の形状に対応しない形状を有するものであってもよい。

濾過対象物及び透過物としては、液体又は気体などを例示することができ、例えば水処理においては液体である。センサは、濾過対象物及び透過物の少なくとも一方の性状を検知するものであれば、各種センサを採用することができる。センサは、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。

膜エレメントの一例として、中心管の周囲に濾過膜がスパイラル状に巻回されたスパイラル型膜エレメントを例示することができるが、中空糸構造（キャピラリー構造）を有する膜エレメントなどの他の膜エレメントであってもよい。例えば、特開２００８−１８３５６１号公報に開示されているような濾過膜積層型の膜エレメントなどであってもよい。スパイラル型膜エレメントの場合には、隣接する膜エレメントは、その中心管同士がインターコネクタにより連結されていてもよい。

導電線は、膜エレメントとは別体である内部ユニットに設けられる。内部ユニットは、専用に設けられた部材に限らず、スペシャルアダプタ、スラストリング、テレスコープ防止部材などの従来設けられている部材を流用することも可能である。スパイラル型膜エレメントの場合には、内部ユニットが、中心管又はインターコネクタに設けられていてもよいし、中心管又はインターコネクタとは別個に設けられていてもよい。内部ユニットは、隣接する膜エレメント間に設けられていてもよいし、端部に位置する膜エレメントに対して隣接する膜エレメントとは反対側、すなわち耐圧容器内の最端部に設けられていてもよい。また、内部ユニットは、隣接する全ての膜エレメント間に設けられていてもよいし、一部の膜エレメント間にのみ設けられていてもよい。内部ユニットは、膜エレメントに対して着脱可能に設けられていてもよいし、一体的に形成されていてもよい。

内部ユニットの外側には、内部ユニットとの間で電力供給及びデータ通信の少なくとも一方を無線で行う外部ユニットが設けられていてもよい。外部ユニットは、耐圧容器と一体的に形成された構成であってもよいし、例えば移動式かつ給電式のリーダライタの他、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）等によるシール式、あるいは、デバイスとＦＰＣの複合型などのような別部材として構成されていてもよい。外部ユニットを耐圧容器とは別部材として構成する場合には、当該外部ユニットが耐圧容器の外周面に取り付けられていてもよいし、耐圧容器の外周面から離間して配置された構成であってもよい。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る膜濾過装置５０の一例を示した概略断面図である。また、図２は、図１の膜エレメント１０の内部構成の一部を示した斜視図である。この膜濾過装置５０は、膜エレメント１０を耐圧容器４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。ただし、耐圧容器４０内に膜エレメント１０が複数設けられた構成に限らず、膜エレメント１０が１つだけ設けられた構成であってもよい。

耐圧容器４０は、ベッセルと呼ばれる樹脂製の筒体であり、例えばＦＲＰ(Fiberglass Reinforced Plastics)により形成される。この例では、耐圧容器４０は、円筒状に形成されている。

耐圧容器４０の一端部には、排水や海水などの原水（濾過対象物）が流入する原水流入口４８が形成されており、当該原水流入口４８から流入する原水が複数の膜エレメント１０で濾過されることにより、浄化された透過水（透過物）と、濾過後の原水である濃縮水（濃縮液）とが得られる。耐圧容器４０の他端部には、透過水が流出する透過水流出口４６と、濃縮水が流出する濃縮水流出口４４とが形成されている。

図２に示すように、膜エレメント１０は、濾過膜１２と供給側流路材１８と透過側流路材１４とが積層された状態で中心管２０の周囲にスパイラル状に巻回されることにより形成されたＲＯ(Reverse Osmosis：逆浸透)エレメントである。

樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面には、同一の矩形形状からなる濾過膜１２が重ね合わせられ、その３辺が接着されることにより、１辺に開口部を有する袋状の膜部材１６が形成される。そして、この膜部材１６の開口部が中心管２０の外周面に取り付けられ、樹脂製の網状部材からなる供給側流路材１８とともに中心管２０の周囲に巻回されることにより、上記膜エレメント１０が形成される。上記濾過膜１２は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（緻密層）が順次に積層されることにより形成される。

上記のようにして形成された膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、原水スペーサとして機能する供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が濾過膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、透過水スペーサとして機能する透過側流路材１４により形成された透過水流路内に浸透する。

その後、透過水流路内に浸透した透過水が、当該透過水流路を通って中心管２０側に流れ、中心管２０の外周面に形成された複数の通水孔（図示せず）から中心管２０内に導かれる。これにより、膜エレメント１０の他端側から、中心管２０を介して透過水が流出するとともに、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して濃縮水が流出することとなる。

図１に示すように、耐圧容器４０内に収容されている複数の膜エレメント１０は、隣接する膜エレメント１０の中心管２０同士が管状のインターコネクタ（連結部）４２で連結されている。したがって、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、インターコネクタ４２により接続された１本の中心管２０を介して透過水流出口４６から流出する。一方、各膜エレメント１０の原水流路を通過することにより透過水が濾過されて濃縮された濃縮水は、濃縮水流出口４４から流出する。

本実施形態では、膜エレメント１０とは別体として内部ユニット１００が設けられている。内部ユニット１００は、その外周面が膜エレメント１０の外周面に対応する形状を有しており、当該内部ユニット１００の外周面は、耐圧容器４０の内周面に近接して対向している。内部ユニット１００の外周面と耐圧容器４０の内周面との距離、すなわち内部ユニット１００の外周面と耐圧容器４０の内周面との間に存在する液体（この例では原水）の厚みは、１０ｃｍ以内であることが好ましい。この場合、後述する第１導電線１０２及び／又はアンテナ１０３Ａと耐圧容器４０の内周面との距離は、必ずしも１０ｃｍ以内である必要はなく、仮に１０ｃｍより離れていたとしても第１導電線１０２及び／又はアンテナ１０３Ａを用いて電波を送受信することができる。この例では、内部ユニット１００が、インターコネクタ４２に取り付けられている。インターコネクタ４２は、各膜エレメント１０の中心管２０に対して着脱可能であり、これにより、内部ユニット１００が着脱可能となっている。

耐圧容器４０の外部における内部ユニット１００に対向する位置には、外部ユニット２００が設けられている。この外部ユニット２００は、内部ユニット１００との間で電力供給及びデータ通信を無線で行うためのものであり、この例では耐圧容器４０と一体的に形成されている。

図３は、内部ユニット１００の一構成例を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図を示している。ただし、図３（ｂ）では、内部ユニット１００の内部構成が、破線ではなく実線で示されている。

内部ユニット１００には、本体１０１と、当該本体１０１によりそれぞれ保持された第１導電線１０２、内部通信装置１０３、複数のセンサ１０４，１０５，１０６及びＩＣチップ１０７とが備えられている。本体１０１は、第１環状部１１１と、当該第１環状部１１１よりも小径の第２環状部１１２とが、リブ１１３を介して連結されることにより一体的に形成された構成を有している。この例では、本体１０１は樹脂により形成されているが、他の材料で形成されていてもよい。

第１環状部１１１は、外径が膜エレメント１０の外径とほぼ一致しており、その外周面が耐圧容器４０の内周面に近接して対向するように配置される。第２環状部１１２は、その内周面が透過水の流路を構成している。リブ１１３は、第１環状部１１１の内周面と第２環状部１１２の外周面とを連結する部材であり、複数設けられていることが好ましい。ただし、本体１０１は、上記のような形状に限らず、例えば円板状などの他の形状であってもよい。

第１導電線１０２は、導電線が巻回されることにより形成されたコイル状の導電線であり、本体１０１の第１環状部１１１に取り付けられている。第１導電線１０２は、第１環状部１１１の内部において当該第１環状部１１１の外周面に沿った形状（状態）で設けられている。これにより、第１導電線１０２は、耐圧容器４０の内周面に近接して対向するように設けられている。第１導電線１０２は、内部ユニット１００の外周面に沿った形状であれば、内部ユニット１００の外側に設けられていてもよいし、内側に設けられていてもよい。第１導電線１０２と耐圧容器４０の内周面との距離は、耐圧容器４０の外部との間で電波の送受信を良好に行う観点から、できるだけ短いことが好ましい。具体的には、上記距離は、１５ｃｍ以内であることが好ましく、５ｃｍ以内であればより好ましく、３ｃｍ以内であればさらに好ましい。

また、第１導電線１０２の太さは、送受信の感度の観点から、その断面積が５ｍｍ^２以上であることが好ましい。膜エレメント１０の径が大きくなると第１導電線１０２の導体抵抗が大きくなるため、第１導電線１０２の太さは、膜エレメント１０の径が大きいほど太くすることが好ましい。例えば、外径が８インチの膜エレメント１０を使用する場合よりも、外径が１６インチの膜エレメント１０を使用する場合の方が第１導電線１０２を太くしてもよい。第１導電線１０２としては、直径１．２ｍｍ以上、例えば直径２ｍｍ又は３ｍｍなどの銅線を使用することができる。ただし、第１導電線１０２の材料は、銅に限らず、金、銀、アルミ導体などであってもよい。第１導電線１０２は、円形の断面形状を有するものであってもよいし、平板状などの他の形状のものであってもよい。第１導電線１０２により形成されるコイルは、その巻き数が多いほど磁束密度が増し、電力伝送が容易になるが、第１導電線１０２が太いと巻き数を増やすことが難しくなるため、第１導電線１０２の太さとの関係で適正な巻き数とすることが好ましい。ただし、上記巻き数は、膜エレメント１０の径にかかわらず一定であってもよい。

内部通信装置１０３は、本体１０１の第１環状部１１１に取り付けられている。この内部通信装置１０３はアンテナ１０３Ａを備えており、当該アンテナ１０３Ａを介してデータを送受信することができるようになっている。内部通信装置１０３は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）を含むような構成であってもよい。内部通信装置１０３は、後述するセンサ１０４，１０５，１０６の出力信号をアンテナ１０３Ａから無線で送信することができる。

アンテナ１０３Ａは、耐圧容器４０の内周面に近接して対向するように設けられている。内部通信装置１０３のアンテナ１０３Ａと耐圧容器４０の内周面との距離は、耐圧容器４０の外部との間で電波の送受信を良好に行う観点から、できるだけ短いことが好ましい。具体的には、上記距離は、１５ｃｍ以内であることが好ましく、５ｃｍ以内であればより好ましく、３ｃｍ以内であればさらに好ましい。

電導度センサ１０４及び流量センサ１０５は、それぞれ本体１０１の第２環状部１１２に取り付けられ、第２環状部１１２の内側を流れる透過水の性状を検知するセンサである。具体的には、電導度センサ１０４は、透過水の電導度を検知するセンサであり、流量センサ１０５は、透過水の流量を検知するセンサである。圧力センサ１０６は、本体１０１のリブ１１３に取り付けられ、原水の性状を検知するセンサである。具体的には、圧力センサ１０６は、原水の圧力を検知するセンサであり、例えば圧電素子や歪みゲージなどにより構成することができる。

本実施形態では、内部ユニット１００に電導度センサ１０４、流量センサ１０５及び圧力センサ１０６が設けられた構成が示されているが、このような構成に限らず、耐圧容器４０内を流れる液体の性状を検知するセンサであれば、その特性に応じて、公知の物理センサ、化学センサ、スマートセンサ（情報処理機能付きセンサ）などの各種センサを内部ユニット１００に設けることができる。ただし、電導度センサ１０４、流量センサ１０５及び圧力センサ１０６の少なくとも１つが内部ユニット１００に設けられていることが好ましい。なお、内部ユニット１００に設けられるセンサにより検知される液体の性状としては、例えば流量、圧力、電導度、温度、汚染状況（イオン濃度など）を挙げることができる。

ＩＣチップ１０７は、内部ユニット１００に設けられている上記のような各電気部品に対する電力制御、センサ制御、通信制御などを司るマイクロコンピュータである。このＩＣチップ１０７は、複数のチップからなるような構成であってもよいし、ワンチップ化された構成であってもよい。

以上のような内部ユニット１００の本体１０１により保持された電気部品、すなわち第１導電線１０２、内部通信装置１０３、複数のセンサ１０４，１０５，１０６及びＩＣチップ１０７は、それぞれ本体１０１の内部に埋設されることにより周囲が樹脂で覆われている。また、上記のような各部品同士を電気的に接続する配線も、本体１０１の内部に埋設されることにより周囲が樹脂で覆われている。これにより、海水や廃水、洗浄の際に使用する酸、アルカリなどによって、各部品の腐食や損傷を抑制することができる。ただし、センサについては、その検知部分を本体１０１の外部に露出させる必要があるため、上記検知部分を除く他の部分が本体１０１の内部に埋設された構成であることが好ましい。

本実施形態では、着脱可能な内部ユニット１００に第１導電線１０２、内部通信装置１０３、センサ１０４，１０５，１０６及びＩＣチップ１０７が設けられているので、膜エレメント１０を交換する場合であっても、古い膜エレメント１０に取り付けられていた内部ユニット１００を新しい膜エレメント１０に付け替えることにより、これらの電気部品を再利用することができる。また、膜エレメント１０には変更を加える必要がないので、従来の膜エレメント１０をそのまま使用することができる。

図４は、膜濾過装置５０の内部構成を示した概略断面図である。図４では、図３（ｂ）と同様、内部ユニット１００の内部構成が、破線ではなく実線で示されている。この図４に示すように、耐圧容器４０の外部に設けられた外部ユニット２００には、第２導電線２０１、外部通信装置２０２及びＩＣチップ２０３が備えられている。

第２導電線２０１は、導電線が巻回されることにより形成されたコイル状の導電線であり、第１導電線１０２に対向する位置に、耐圧容器４０の外周面に沿った形状（状態）で設けられている。当該第２導電線２０１は、耐圧容器４０の外周面に接触していてもよいし、離間していてもよいが、離間した構成を採用する場合には、耐圧容器４０の外周面に対して近接して対向していることが好ましい。また、第２導電線２０１は、耐圧容器４０を構成する材料（例えば樹脂材料）に埋め込まれていてもよい。互いに対向する第１導電線１０２と第２導電線２０１の組は、１組に限らず複数組設けられていてもよく、複数組設けても同様の効果が得られる。

第２導電線２０１と耐圧容器４０の外周面との距離は、耐圧容器４０の内部との間で電波の送受信を良好に行う観点から、できるだけ短いことが好ましい。具体的には、上記距離は、１５ｃｍ以内であることが好ましく、５ｃｍ以内であればより好ましく、３ｃｍ以内であればさらに好ましい。また、第２導電線２０１の太さは、送受信の感度の観点から、その断面積が５ｍｍ^２以上であることが好ましい。膜エレメント１０の径が大きくなると第２導電線２０１の導体抵抗が大きくなるため、第２導電線２０１の太さは、膜エレメント１０の径が大きいほど太くすることが好ましい。例えば、外径が８インチの膜エレメント１０を使用する場合よりも、外径が１６インチの膜エレメント１０を使用する場合の方が第２導電線２０１を太くしてもよい。外径が８インチの膜エレメント１０を収容する耐圧容器４０は、その外径が例えば約２４．１ｃｍであり、その外周が例えば約７５．７７ｃｍである。外径が１６インチの膜エレメント１０を収容する耐圧容器４０は、その外径が例えば約４４．６ｃｍであり、外周が例えば約１４０．１ｃｍである。第２導電線２０１としては、直径１．２ｍｍ以上、例えば直径２ｍｍ又は３ｍｍなどの銅線を使用することができる。ただし、第２導電線２０１の材料は、銅に限らず、金、銀、アルミ導体などであってもよい。第２導電線２０１は、円形の断面形状を有するものであってもよいし、平板状などの他の形状のものであってもよい。第２導電線２０１により形成されるコイルは、その巻き数が多いほど磁束密度が増し、電力伝送が容易になるが、第２導電線２０１が太いと巻き数を増やすことが難しくなるため、第２導電線２０１の太さとの関係で適正な巻き数とすることが好ましい。ただし、上記巻き数は、膜エレメント１０の径にかかわらず一定であってもよい。

外部通信装置２０２は、耐圧容器４０の外部における内部通信装置１０３に対向する位置に設けられている。この外部通信装置２０２は、内部通信装置１０３からのデータを受信するとともに、その受信したデータを管理装置などに無線で送信する中継機として機能する。内部通信装置１０３と外部通信装置２０２との間でのデータ通信は、例えば２．４ＧＨｚの周波数帯で電波を送受信することにより行われる。

ＩＣチップ２０３は、第２導電線２０１から第１導電線１０２へと無線で電力を供給する給電装置を構成している。ＩＣチップ２０３は、発振回路及び増幅回路を備えており、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数帯で第２導電線２０１から第１導電線１０２へと電波を送信することにより給電を行う。なお、ＩＣチップ２０３は、外部通信装置２０２と一体的に形成された構成であってもよい。

耐圧容器４０を挟んで配置された第１導電線１０２及び第２導電線２０１を介して電波を良好に送受信する観点から、耐圧容器４０は非金属製であることが好ましく、樹脂製であればより好ましい。

第２導電線２０１から第１導電線１０２へと無線で供給される電力は、配線を介してセンサ１０４，１０５，１０６などへ供給される。センサ１０４，１０５，１０６は、電力供給されたときのみ起動し、当該センサ１０４，１０５，１０６から内部通信装置１０３にデータが伝送された後は、再び非作動状態となる。各センサ１０４，１０５，１０６に電力が供給されて作動することにより得られたデータは、直ちに内部通信装置１０３から外部通信装置２０２へと送信され、当該外部通信装置２０２を中継装置として管理装置に集約される。

各センサ１０４，１０５，１０６の作動時間（測定時間）は、膜エレメント１０の装填直後又は停止後の再稼動時と定常運転時とで異なる時間に設定することが好ましい。また、各センサ１０４，１０５，１０６で取得したデータに対して演算を行う場合には、耐圧容器４０内での消費電力を削減させる観点から、取得した生のデータ（デジタル変換したままの情報）をそのまま耐圧容器４０の外部に送信し、管理装置などで演算を行うことが好ましい。外部ユニット２００に備えられた各電気部品への電力供給は、無線で行われるような構成であってもよいし、有線で行われるような構成であってもよい。

本実施形態では、センサ１０４，１０５，１０６に接続された第１導電線１０２が内部ユニット１００の外周面に沿った形状で設けられているので、外部から第１導電線１０２を介して電力供給及び／又はデータ通信などを行う場合に、外部の装置と第１導電線１０２との距離をできるだけ短くすることができる。したがって、第１導電線１０２を介して外部からセンサ１０４，１０５，１０６などへの電力供給を良好に行うことができるとともに、第１導電線１０２を介してセンサ１０４，１０５，１０６からの出力信号を外部へ良好に送信することができる。

また、膜エレメント１０とは別体である内部ユニット１００に設けられた第１導電線１０２を介して、当該内部ユニット１００の近傍に配置されている電気部品に対して容易に電力を供給することができる。例えば、センサ１０４，１０５，１０６が内部ユニット１００に設けられている場合のように、センサ１０４，１０５，１０６が耐圧容器４０内に配置されている場合には、有線で電力供給及び／又はデータ通信を行うことは比較的困難であるが、本実施形態では、第１導電線１０２を介して無線で容易に電力供給及び／又はデータ通信を行うことができる。

さらに、膜エレメント１０とは別個に設けられた内部ユニット１００に第１導電線１０２を設けることにより、膜エレメント１０に第１導電線１０２を設けるような構成と比較して、第１導電線１０２を容易に設けることができる。また、本実施形態のように内部ユニット１００に第１導電線１０２を埋設すれば、膜エレメント１０に第１導電線１０２を設ける場合よりも、第１導電線１０２が濾過対象物（原水）や透過物（透過水）と接触する機会を減らすことが可能であり、これにより第１導電線１０２の耐久性を向上することができる。

本実施形態では、第１導電線１０２及びセンサ１０４，１０５，１０６がいずれも内部ユニット１００に設けられることにより、第１導電線１０２とセンサ１０４，１０５，１０６との間の配線をより短くすることができるので、電力供給及び／又はデータ通信などをより良好に行うことができる。

また、本実施形態では、耐圧容器４０内の内部ユニット１００の外周面に沿った形状で設けられた第１導電線１０２と、耐圧容器４０の外周面に沿った形状で設けられた第２導電線２０１とを介して、電力供給及び／又はデータ通信などを良好に行うことができる。特に、耐圧容器４０における第１導電線１０２に対向する位置に第２導電線２０１が設けられているので、第１導電線１０２と第２導電線２０１を比較的近接させることができる。したがって、原水などの濾過対象物や透過水などの透過物が耐圧容器４０内を流れているような環境下であっても、電力供給及び／又はデータ通信などを良好に行うことができる。

特に、本実施形態では、耐圧容器４０の内周面に対向するように内部通信装置１０３が設けられ、耐圧容器４０の外部における内部通信装置１０３に対向する位置に外部通信装置２０２が設けられているので、内部通信装置１０３と外部通信装置２０２を比較的近接させることができる。したがって、原水などの濾過対象物や透過水などの透過物が耐圧容器４０内を流れているような環境下であっても、センサ１０４，１０５，１０６からのデータを良好に送信することができる。また、第２導電線２０１から第１導電線１０２へと無線で電力を供給することにより、例えば本実施形態のようにセンサ１０４，１０５，１０６などが耐圧容器４０内に設けられているような構成であっても、当該センサ１０４，１０５，１０６などへの電力供給を容易に行うことができる。

＜第２実施形態＞

図５は、本発明の第２実施形態に係る膜濾過装置５０に備えられた内部ユニット１００の一構成例を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図を示している。ただし、図５（ｂ）では、内部ユニット１００の内部構成が、破線ではなく実線で示されている。以下では、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明する。

内部ユニット１００には、本体１０１と、当該本体１０１によりそれぞれ保持された第１導電線１０２、複数のセンサ１０４，１０５，１０６及びＩＣチップ１０７とが備えられているが、第１実施形態に示した構成とは異なり、内部通信装置１０３が備えられていない。

ＩＣチップ１０７には、変復調回路１０８が備えられている。当該変復調回路１０８は、第１導電線１０２を介して送信する無線信号を変調するとともに、第１導電線１０２を介して受信する無線信号を復調するための変復調装置である。ただし、変復調回路１０８は、ＩＣチップ１０７と一体的に形成された構成に限らず、ＩＣチップ１０７とは分離して設けられた構成であってもよい。

図６は、本発明の第２実施形態にかかる膜濾過装置５０の内部構成を示した概略断面図である。図６では、図５（ｂ）と同様、内部ユニット１００の内部構成が、破線ではなく実線で示されている。この図６に示すように、耐圧容器４０の外部に設けられた外部ユニット２００には、第２導電線２０１、外部通信装置２０２及びＩＣチップ２０３が備えられている。

ＩＣチップ２０３には、変復調回路２０４が備えられている。当該変復調回路２０４は、第２導電線２０１を介して送信する無線信号を変調するとともに、第２導電線２０１を介して受信する無線信号を復調するための変復調装置である。ただし、変復調回路２０４は、ＩＣチップ２０３と一体的に形成された構成に限らず、ＩＣチップ２０３とは分離して設けられた構成であってもよい。

本実施形態では、センサ１０４，１０５，１０６の出力信号が変復調回路１０８により変調されて第１導電線１０２から無線で送信され、第２導電線２０１を介して受信した無線信号が変復調回路２０４により復調されるようになっている。変復調回路２０４により復調された信号は、中継機として機能する外部通信装置２０２により受信され、管理装置などに無線で送信される。

また、本実施形態では、ＩＣチップ２０３から第２導電線２０１及び第１導電線１０２を介して無線で電力を供給する際、変復調回路２０４により変調されて第２導電線２０１から第１導電線１０２へと無線で送信された信号が、変復調回路１０８により復調されるようになっている。第２導電線２０１から第１導電線１０２へと無線で供給される電力は、配線を介してセンサ１０４，１０５，１０６などへ供給される。センサ１０４，１０５，１０６は、電力供給されたときのみ起動し、当該センサ１０４，１０５，１０６から第１導電線１０２及び第２導電線２０１を介してデータが伝送された後は、再び非作動状態となる。

このように、本実施形態では、ＩＣチップ２０３により無線で電力を供給する場合と、外部通信装置２０２により無線でデータを受信する場合とで、いずれも第２導電線２０１及び第１導電線１０２を介して無線信号が送受信されるようになっており、第２導電線２０１及び第１導電線１０２を電力供給とデータ通信とに共用することができる。第２導電線２０１及び第１導電線１０２を介して電力供給及びデータ通信を行う際の電波の周波数帯は、例えば１３．５６ＭＨｚである。

このように第２導電線２０１及び第１導電線１０２を電力供給とデータ通信とに共用した場合であっても、ＩＣチップ２０３により無線で電力を供給する場合と、外部通信装置２０２により無線でデータ通信を行う場合とで、無線信号を異なる態様で変復調することにより、電力供給及びデータ通信を良好に行うことができる。例えば、ＩＣチップ２０３により無線で電力を供給する場合と、外部通信装置２０２により無線でデータ通信を行う場合とで、無線信号の振幅、周波数及び位相のうち少なくとも１つを異なる値に設定するような構成であってもよい。

１０ 膜エレメント
４０ 耐圧容器
５０ 膜濾過装置
１００ 内部ユニット
１０１ 本体
１０２ 第１導電線
１０３ 内部通信装置
１０４ 電導度センサ
１０５ 流量センサ
１０６ 圧力センサ
１０７ ＩＣチップ
１０８ 変復調回路
２００ 外部ユニット
２０１ 第２導電線
２０２ 外部通信装置
２０３ ＩＣチップ
２０４ 変復調回路

Claims (9)

1. 濾過膜で濾過対象物を濾過することにより透過物を生成する膜エレメントと、
   前記膜エレメントを収容する耐圧容器と、
   前記膜エレメントとは別体として設けられ、その外周面が前記耐圧容器の内周面に近接する内部ユニットと、
   濾過対象物及び透過物の少なくとも一方の性状を検知するセンサと、
   前記センサに接続され、前記内部ユニットの外周面に沿った形状で設けられた第１導電線とを備えたことを特徴とする膜濾過装置。
2. 前記耐圧容器における前記第１導電線に対向する位置に、前記耐圧容器の外周面に沿った形状で設けられた第２導電線
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の膜濾過装置。
3. 前記第１導電線及び前記第２導電線の少なくとも一方が、コイル状であることを特徴とする請求項２に記載の膜濾過装置。
4. 前記第２導電線から前記第１導電線へと無線で電力を供給する給電装置を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の膜濾過装置。
5. 前記耐圧容器の内周面に対向するように設けられ、前記センサからのデータを無線で送信する内部通信装置と、
   前記耐圧容器の外部における前記内部通信装置に対向する位置に設けられ、前記内部通信装置からのデータを受信する外部通信装置とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の膜濾過装置。
6. 前記耐圧容器の外部に設けられ、前記第１導電線及び前記第２導電線を介して前記センサからのデータを無線で受信する外部通信装置と、
   前記給電装置により無線で電力を供給する場合と、前記外部通信装置により無線でデータ通信を行う場合とで、無線信号を異なる態様で変復調するための変復調装置とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の膜濾過装置。
7. 前記センサが、前記内部ユニットに設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の膜濾過装置。
8. 前記内部ユニットが、着脱可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の膜濾過装置。
9. 前記センサには、透過物の電導度を測定するための電導度センサ、透過物の流量を測定するための流量センサ、及び、濾過対象物の圧力を測定するための圧力センサの少なくとも１つが含まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の膜濾過装置。

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