JP2011200809A - 膜反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率が高く、その結果淡水の製造効率が高い膜蒸留装置を提供する。
【解決手段】第１枠体３の第１流通室３ａには、上下方向に延びる第１隔壁部９を設ける。これにより、第１流通室３ａの内部に上下方向へ互いに平行に延びる複数の第１通路３ｈを形成する。第２枠体５の第２流通室５ａには、上下方向に延びる第２隔壁部１１を設ける。これにより、第２流通室５ａの内部に上下方向へ互いに平行に延びる複数の第２通路５ｈを形成する。第１通路３ｈには、高温海水を下端部から上端部に向かって流す。第２通路５ｈには、低温淡水を上端部から下端部に向かって流す。
【選択図】図１

Description

この発明は、熱交換器、電気透析装置及び膜蒸留装置等の膜反応装置に関する。

一般に、膜蒸留装置は、特許文献１に記載されているように、第１枠体、第２枠体及び蒸留膜（膜体）を備えている。図１８は、そのような膜蒸留装置の概略構成を示す。膜蒸留装置の第１枠体Ａは、平面視長方形の枠状をなしており、その内部が第１流通室Ａ１になっている。第１流通室Ａ１を構成する内面には、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が形成されている。第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３は、第１流通室Ａ１の二つの隅部を結ぶ対角線Ｌ１上の一端部と他端部とにそれぞれ配置されている。第１流入口Ａ２には、原料水たる高温海水が供給される。そして、そこから第１流通室Ａ１に流入する。第１流通室Ａ１に流入した海水は、図１８において実線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ１の他端側に向かって流れた後、狭まりながら対角線Ｌ１に沿って流れる。そして、第１流出口Ａ３から流出する。

第１枠体Ａの一方の面には、蒸留膜（図示せず）が第１流通室Ａ１に臨んで設けられている。この蒸留膜は、気体の透過は許容するが、液体及び固体の透過を阻止する。したがって、高温の海水が第１流通室Ａ１内を流れるときには、高温の海水から発生する水蒸気が蒸留膜を透過して第１流通室Ａ１から外部に出る。

第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと同一形状及び同一寸法を有しており、第１枠体Ａと同一姿勢で配置されている。しかも、第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと蒸留膜を介して対向するよう、図１において第１枠体Ａの裏側に配置されている。第２枠体Ｂには、第１枠体Ａの第１流通室Ａ１、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３に対応する第２流通室Ｂ１、第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３が形成されている。第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３は、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が配置された対角線Ｌ１と交差する他の対角線Ｌ２上に配置されている。

第２流通室Ｂ１には、冷却水たる低温の海水が第２流入口Ｂ２から流入する。第２流通室Ｂ１内に流入した海水は、図１８において波線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ２に沿って流れ、その後狭まりながら対角線Ｌ２に沿って流れる。そして、第２流出口Ｂ３から流出する。低温の海水は、第２流通室Ｂ１内を流れるときに、蒸留膜を透過した水蒸気を冷却して凝縮させる。これによって、淡水が得られる。

特開昭６０−１９７２０５号公報

上記従来の膜蒸留装置においては、高温海水が対角線Ｌ１に沿って流れ、低温海水が対角線Ｌ２に沿って流れるので、第１流通室Ａ１及び第２流通室Ｂ１のうち、両対角線Ｌ１，Ｌ２が交差する交差部及びその近傍を含む部分（円Ｃで囲まれる部分）では、熱交換が行われるが、円Ｃの外側に位置する部分では、熱交換がほとんど行われない。しかも、円Ｃ内の部分においても、高温海水と低温海水とが、交差する方向に流れており、互いに逆方向に流れていない。つまり、対向流になっていない。このため、熱交換効率が悪く、淡水の製造効率が低いという問題があった。

上記の問題を解決するために、この発明に係る膜反応装置は、内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一端面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第２流通室とが上記膜体を介して互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を介して互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流入室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が、上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流入室内を流れて上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が、上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を流れて上記第２流出口から流出する膜反応装置において、上記第１流通室の内部にその一端側から他端側へ向かって延びる第１隔壁部が形成されることにより、上記第１流通室の内部が互いに平行に延びる複数の第１通路に区画され、上記第２流通室の内部に、上記第１隔壁部と平行に延びる第２隔壁部が形成されることにより、上記第２流通室の内部が上記第１通路と平行に延びる複数の第２通路に区画され、上記第１通路の長手方向の一端部及び他端部に上記第１流入口及び上記第１流出口がそれぞれ開口させられ、上記第１流入口が開口する上記第１通路の一端部と同一側に位置する上記第２通路の端部に上記第２流出口が開口させられ、上記第１流出口が開口する上記第１通路の他端部と同一側に位置する上記第２通路の端部に上記第２流入口が開口させられていることを特徴としている。
この場合、上記第１隔壁部の長手方向の両端部が上記第１流通室の内面に対してそれぞれ離間させられ、上記第１流通室の内部には、周縁部が上記第１枠体の内周部に固定された第１網体が設けられ、この第１網体に上記第１隔壁部が設けられ、上記第２隔壁部の長手方向の両端部が上記第２流通室の内面に対してそれぞれ離間させられ、上記第２流体室の内部には、周縁部が上記第２枠体の内周部に固定された第２網体が設けられ、この第２網体に上記第２隔壁部が設けられていることが望ましい。
上記第１流通室の上記第１流入口が開口する端部には、上記第１通路の長手方向と直交する方向に延び、かつ上記第１通路の一端部に連通した第１流入路が形成され、上記第１流通室の上記第１流出口が開口する他端部には、上記第１流入路と平行に延び、かつ上記第１通路の他端部に連通した第１流出路が形成され、上記第１流入路及び上記第１流出路の長手方向において互いに逆側に位置する端部に上記第１流入口及び上記第１流出口がそれぞれ開口させられ、上記第２流通室の上記第２流入口が開口する端部には、上記第１流入路と平行に延び、かつ上記第２通路の一端部に連通した第２流入路が形成され、上記第２流通室の上記第２流出口が開口する端部には、上記第２流入路と平行に延び、かつ上記第２通路の他端部に連通した第２流出路が形成され、上記第１流入口と逆側に位置する上記第２流入路の端部に上記第２流入口が開口させられ、上記第１流出口と逆側に位置する上記第２流出路の端部に上記第２流出口が開口させられていることが望ましい。
また、この発明に係る膜蒸留装置は、請求項１〜３に記載の膜反応装置において、上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴としている。
さらに、この発明に係る膜反応装置の製造方法は、請求項２に記載の膜反応装置を製造するための製造方法であって、上記第１流通室の内部に周縁部が上記第１枠体の内周部に固定された第１網体を設け、この第１網体に上記第１隔壁部を設け、上記第２流体室の内部に周縁部が上記第２枠体の内周部に固定された第２網体を設け、この第２網体に上記第２隔壁部を設けることを特徴とすしている。

上記構成を有するこの発明に係る膜反応装置によれば、第１通路内を流れる高温流体と第２通路内を流れる低温流体とが互いに平行に、しかも互いに逆向きに流れる。つまり、高温流体と低温流体とは対向流となって流れる。したがって、熱交換効率を向上させることができる。特に、膜反応装置として膜蒸留装置を用いた場合には、淡水の製造効率を向上させることができる。
また、この発明に係る膜反応装置の製造方法によれば、第１、第２隔壁部を第１、第２網体に設けることにより、第１、第２隔壁部を第１、第２枠体からそれぞれ離間した状態で設けることができる。

図１は、この発明の第１実施の形態を示す平面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図３は、図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 図４は、図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図５は、図２のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 図６は、この発明の第２実施の形態を示す平面図である。 図７は、図６のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図８は、図６のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 図９は、図７のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１０は、図７のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 図１１は、この発明の第３実施の形態を示す平面図である。 図１２は、図１１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１３は、図１１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 図１４は、図１１のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。 図１５は、図１２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１６は、図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１７は、図１４のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１８は、従来の膜蒸留装置の一例の概略構成を示す図である。

以下、この発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図５は、この発明の第１実施の形態を示す。この実施の形態は、この発明を膜反応装置の一例としての膜蒸留装置１に適用したものである。勿論、この発明は、膜蒸留装置１以外の膜反応装置、例えば熱交換器や電気透析装置にも適用可能である。

まず、膜蒸留装置１の構成及び作用を概略的に説明すると、図２及び図３に示すように、膜蒸留装置１は、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（蒸留膜）４、第２枠体５、下蒸留膜（蒸留膜）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６を有している。これらの部材２〜６は、図２及び図３において上から下（以下、この実施の形態において上下は、特に断わらない限り、図２及び図３における上下を意味するものとする。）に向かって順次重ねられている。

上第１枠体３は、その内部に第１流通室３ａを有している。この第１流通室３ａには、上板２に設けられた第１ポートＰ１から８０°Ｃ程度に加熱された高温海水（溶液）が流入する。第１流通室３ａに流入した高温海水は、第１流通室３ａを通過した後、上板２に設けられた第２ポートＰ２から外部に排出される。第１流通室３ａには、水を溶媒とする溶液であれば、海水以外のものを流入させてもよい。

第２部材５は、その内部に第２流通室５ａを有している。この第２流通室５ａには、上板２に設けられた第３ポートＰ３から低温の淡水が流入する。第２流通室５ａに流入した淡水は、第２流通室５ａを通過した後、上板２に設けられた第４ポートＰ４から外部に流出する。

下第１枠体３′は、第１枠体３と同様に構成されており、その内部に第１流通室３ａを有している。第１流通室３ａ内には、第１ポートＰ１から高温海水が流入し、その内部を通過した後、第２ポートＰ２から外部に流出する。

なお、第１〜第４ポートＰ１〜Ｐ４は、上板２の異なる箇所にそれぞれ配置されている。特に、この実施の形態では、上板２の４つの隅部にそれぞれ配置されている。すなわち、図１に示すように、第１ポートＰ１は左下に位置する隅部に配置され、第２ポートＰ２は右上に位置する隅部に配置され、第３ポートＰ３は左上に位置する隅部に配置され、第４ポートＰ４は右下に位置する隅部に配置されている。

第１流通室３ａ，３ａ内を高温海水が流れるときには、高温海水から発生する水蒸気が上下の蒸留膜４，４′をそれぞれ透過して第２流通室５ａ内に入り込む。第２流通室５ａ内に入り込んだ水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって直ちに冷却されて凝縮し、淡水と一緒に流れる。したがって、第４ポートＰ４から流出する淡水の量は、第３ポートＰ３から第２流通室５ａ内に流入する淡水の量より多くなっており、その増量分が膜製造装置１によって製造された淡水として取り出される。

増量分以外の淡水は、冷却手段（図示せず）によって再度冷却された後、第３ポートＰ３に戻される。一方、第２ポートＰ２から流出した高温海水は、取り出された淡水の分だけ第１ポートＰ１から第１流通室３ａ内に流入した高温海水の量より少なくなっており、その減少分だけ新たな海水が追加され、その後加熱手段（図示せず）によって再度加熱されて第１ポートＰ１に戻される。第２ポートＰ２から流出した高温海水については、再度利用することなく廃棄してもよい。ただし、その場合には、高温海水を廃棄する前にその熱を利用して他の新たな海水を加熱することが望ましい。そして、廃棄すべき高温海水によって加熱された新たな海水は、加熱手段（図示せず）によって所定の温度までさらに加熱された後、第１ポートＰ１に送られる。

次に、上記概略構成及び作用を有する膜蒸留装置１の詳細な構成を説明する。
上板２は、下板６と共に膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するためのものであり、剛性の高い樹脂又は海水に侵されない金属（チタン若しくは鉄などにテフロン(登録商標)コートなどの防錆処理したもの）その他の材料によって平板状に形成されている。特に、この実施の形態では、上板２を上下方向（第１及び第２枠体３，４の対向方向）から見たときの形状、つまり平面視形状が長方形に形成されている。上板２の平面視形状は、他の形状にしてもよい。また、上板２は、第１流通室３ａ内を流れる高温海水その他の高温の溶液に接触する。そこで、上板２は、それらの溶液に対して耐食性を有する材料で構成したり、あるいは第１流通室３ａに臨む上板２の下面に溶液に対する耐食性が高く、かつシール性に優れた材料からなる被覆層を設けたりすることが望ましい。

上第１枠体３は、その内部に上下に開口する第１流通室３ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第１枠体３は、上板２と同一の姿勢で配置されている。したがって、第１枠体３の上面全体が上板２の下面に接触している。これにより、第１流通室３ａの上端開口部が閉じられている。第１枠体３は、その第１流通室３ａ内を高温海水等の溶液が流れることから、溶液に対する耐食性に優れている材料によって構成することが望ましく、樹脂その他の材料によって構成されている。特に、この実施の形態では、シール材としてのパッキンを製造する際に用いられるゴムによって第１枠体３が構成されている。なお、上第１枠体３の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であり、図面上は、第１枠体３の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。第１枠体３は、必ずしもその平面視形状を上板２と同一にする必要がなく、第１流通室３ａが上板２によって遮蔽される限り、上板２と異なる形状にしてもよい。また、第１流通室３ａは、その上端部を上第１枠体３の上面に開口させることなく、閉じた状態で形成してもよい。

第１枠体３の第１流通室３ａは、平面視長方形をなしており、その長手方向を第１枠体３の長手方向と同一方向に向けて配置されている。上記のように、第１流通室３ａの上端開口部は上板２によって遮蔽されている。一方、第１流通室３ａの下側の開口部は、上蒸留膜４によって遮蔽されている。この結果、第１流通室３ａが外部に対して密封されている。

上蒸留膜４及び下蒸留膜４′は、気体の透過を許容し、液体及び固体の透過を阻止するという性質を有する透過膜、例えば多孔質の膜で構成されている。蒸留膜４，４′の材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂が用いられる。蒸留膜４，４′は、互いに同一形状、同一寸法を有しており、第１枠体３と同一の平面視形状に形成されている。したがって、上蒸留膜４は、第１枠体３の下面全体及び第２枠体５の上面全体に接触させられている。一方、下蒸留膜４′は、第２枠体５の下面全体及び下第１枠体３′の上面全体に接触させられている。蒸留膜４，４′の厚さは、通常、１０〜５００μｍ程度であるが、図面上では蒸留膜４，４′の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。

第２枠体５は、その内部に上下に開口する第２流通室５ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第２枠体５は、第１枠体３と同一の姿勢で配置されている、したがって、第２枠体５は、その上面全体が第１枠体３の下面全体と上蒸留膜４を介して上下に対向しており、第２枠体５の上面全体が、第１枠体３の下面全体に上蒸留膜４を介して接触している。第１枠体５の下面には、下蒸留膜４′が設けられている。第２枠体５の上下の面に上蒸留膜４及び下蒸留膜４′がそれぞれ設けられているので、第２枠体５は、高温海水等の溶液に接触することがなく、淡水が接触するだけである。したがって、第２枠体５は、海水等の溶液に対する耐食性に優れた材料で構成する必要がないが、この実施の形態では第１枠体３を構成する材料と同一の材料によって構成されている。つまり、ゴムによって構成されている。第２枠体５の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であるが、図面上は、その長さ及び幅に対して誇張されている。

第２枠体５の第２流通室５の上下の開口部は、上蒸留膜４及び下蒸留膜４′によって閉じられている。第２流通室５ａは、第１流通室３ａと同一の平面視形状に形成されている。しかも、第２流通室５ａは、平面視したとき、第１流通室３ａと同一位置に同一姿勢で配置されている。したがって、第２流通室５ａ全体が、第１流通室３ａ全体と上蒸留膜４（下蒸留膜４′）を介して上下に対向している。第２流通室５ａ全体と第１流通室３ａ全体とが対向する限り、第１枠体３（３′）と第２枠体５とは、互いに異なる外形状に形成してもよい。

下板６は、上記のように、上板２と共に、膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するものであり、上板２と同様の材料によって構成されている。しかも、下板５は、平面視形状が上板２と同一形状に形成されている。この結果、この実施の形態の膜蒸留装置１においては、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（膜体）４、第２枠体５、下蒸留膜（膜体）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６の平面視における外形状が互いに同一形状とされている。しかし、必ずしもそのように構成する必要がなく、互いに異なる外形状にしてもよい。

上記上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′、下第１枠体３′及び下板６は、その順に重ねられており、互いに隣接する部材どうしが接着固定されている。これによって、膜蒸留装置１全体が一定の形状に維持されている。上板２〜下板６までの各部材は、隣接するものどうしを接着固定することなく、上板２から下板６まで貫通する貫通孔（図示せず）を複数形成し、各貫通孔にボルト（図示せず）を挿通するともに、このボルトにナット（図示せず）を螺合させて締め付けることにより、各部材を相互に固定してもよい。

図１及び図４に示すように、第１流通室３ａを区画する第１枠体３（３′）の内面には、第１流入凹部（第１流入口）３ｂ及び第１流出凹部（第１流出口）３ｃがそれぞれ形成されている。第１流入凹部３ｂは、第１流通室３ａを区画する第１枠体３（３′）の４つの内面のうちの図４において左側（（以下、この実施の形態において、左右は、図４及び図５における左右を意味するものとする。））に位置する内面（以下、左内面という。）３ｄに形成されている。しかも、第１流入凹部３ｂは、平面視において第１ポートＰ１が配置された隅部と同一の隅部に位置するよう、左内面３ｄのうちの図４における上端部に配置されている。図２に示すように、第１流入凹部３ｂは、上板２の上面から下第１枠体３′まで延びる第１流入孔７Ａを介して第１ポートＰ１に連通している。したがって、第１ポートＰ１に供給された高温海水は、第１流入側連通孔７Ａ及び第１流入凹部３ｂを介して第１流通室３ａに流入する。

図１及び図４に示すように、第１流出凹部３ｃは、第１流通室３ａを区画する第１枠体３（３′）の４つの内面のうちの右内面３ｅに形成されている。しかも、第１流出凹部３ｃは、平面視において第２ポートＰ２が配置された隅部と同一の隅部に位置するよう、右内面３ｅのうちの図４における下端部に配置されている。図３に示すように、第１流出凹部３ｃは、上板２の上面から下第１枠体３′まで延びる第１流出孔７Ｂを介して第２ポートＰ２に連通している。したがって、第１流通室３ａから第１流出凹部３ｃに入り込んだ高温海水は、第１流出孔７Ｂを通って第２ポートＰ２に至り、さらに外部に流出する。

図１及び図５に示すように、第２流通室５ａを区画する第２枠体５の内面には、第２流入凹部（第２流入口）５ｂ及び第２流出凹部（第２流出口）５ｃがそれぞれ形成されている。第２流入凹部５ｂは、第２流通室５ａを区画する４つの内面のうちの右内面に配置されている。しかも、第２流入凹部５ｂは、平面視において第３ポートＰ３が配置された隅部と同一の隅部に位置するよう、右内面の図５における上端部に配置されている。図２に示すように、第２流入凹部５ｂは、上板２の上面から第２枠体５まで延びる第２流入孔７Ｃを介して第３ポートＰ３に連通している。したがって、第３ポートＰ３に供給された淡水は、第２流入孔７Ｃ及び第２流入凹部５ｂを介して第２流通室５ａに流入する。

図１及び図５に示すように、第２流出凹部５ｃは、第２枠体５の４つの内面のうちの左内面５ｅに形成されている。しかも、第２流出凹部５ｃは、平面視において第４ポートＰ４が配置された隅部と同一の隅部に位置するよう、左内面５ｅの図５における下端部に配置されている。図３に示すように、第２流出凹部５ｃは、上板２の上面から第２枠体５まで延びる第２流出孔７Ｄを介して第４ポートＰ４に連通している。したがって、第２流通室５ａを通過した淡水は、第２流出凹部５ｃに入り込み、そこから第２流出孔７Ｄを通って第４ポートＰ４に至り、さらに外部に流出する。

第１枠体３には、第１網体８が設けられている。第１網体８は、高温海水等の溶液に対する第１網体８の厚さは、第１枠体３の厚さと同一か若干薄くなっている。第１網体８の平面視における外形状は、第１枠体３の外形状と同一に設定されている。しかも、第１網体８は、第１枠体３と同一姿勢で配置されており、その周縁部が第１枠体３の周縁部に全周にわたって埋設されている。この結果、第１網体８が第１流通室３ａの全体にわたって設けられている。したがって、第１流通室３ａ内の圧力と第２流通室５ａ内の圧力との差圧によって蒸留膜４が上板２側に押されたとしても、蒸留膜４は、第１網体８に接触するだけであり、上板２に接触することがない。ここで、仮に蒸留膜４が上板２に直接接触したものとすると、高温海水はその接触部分を流れることができなくなり、その分だけ第１流通室３ａの流通面積が狭くなる。このため、高温海水の円滑な流通が妨げられる。この点、第１流通室３ａに第１網体８が設けられたこの膜蒸留装置１においては、蒸留膜４が差圧によって押されたとしても上板２に接触することがなく、第１網体８に接触するだけである。第１網体８は、多数の網目を有する。したがって、蒸留膜４が第１網体８に接触したとしても、高温海水は第１網体８の網目を通って流れることができる。よって、高温海水の円滑な流通を確保することができる。なお、第１網体８の外形寸法は、第１枠体３の内形寸法（第１流通室３ａの平面視における寸法）より大きくする限り、第１枠体３の外形寸法より小さくしてもよい。

第１網体８には、複数の第１隔壁部９が設けられている。第１隔壁部９は、各種の樹脂その他の材料で構成することができるが、通常は第１枠体３を構成する材料と同一の材料によって構成されている。特にこの実施の形態では、第１隔壁部９を構成する材料としてゴムが採用されている。第１隔壁部９の厚さは、第１枠体３の厚さと同一に設定されている。したがって、第１隔壁部９の厚さ方向の両面は、第１枠体３の上下の両面とそれぞれ同一平面上に位置しており、上板２及び蒸留膜４にそれぞれ密に接触している。しかも、第１隔壁部９内においては、第１網体８の網目が第１隔壁部９を構成する材料によって塞がれている。したがって、第１隔壁部９が形成された部分を高温海水が流れることはない。

複数の第１隔壁部９は、第１流通室３ａを区画する４つの内面のうちの図４における上下の内面３ｆ，３ｇに対して上下方向へ離間するとともに、互いに離間して配置されている。しかも、複数の第１隔壁部９は、左右の内面３ｄ，３ｅと直交する方向、つまり上下の内面３ｆ，３ｇと平行な方向に延びている。この結果、上内面３ｆとこれに隣接する第１隔壁部９との間、互いに隣接する二つの第１隔壁部９，９間、及び下内面３ｇとこれに隣接する第１隔壁部９との間には、左右方向へ互いに平行に延びる複数の第１通路３ｈが形成されている。第１隔壁部９は、一つだけ形成してもよい。その場合には、第１通路３ｈが二つだけ形成される。

図４に示すように、第１隔壁部９の長手方向の両端部、つまり左右方向の両端部は、左右の内面３ｄ，３ｅに対して左右方向へそれぞれ離間させられている。この結果、左内面３ｄと第１隔壁部９との間、及び右内面３ｅと第１隔壁部９との間には、第１通路３ｈと直交する方向に延びる第１流入路３ｉ及び第１流出路３ｊがそれぞれ形成されている。第１流入路３ｉは、その上端部において第１流入凹部３ｂと連通するとともに、各第１通路３ｈの左端部と連通している。したがって、高温海水は、第１流入凹部３ｂから第１流入路３ｉに流入する。そして、第１流入路３ｉ内を流れて各第１通路３ｈに流入する。一方、第１流出路３ｊは、各第１通路３ｈと連通するとともに、下端部において第１流出凹部３ｃと連通している。したがって、第１通路３ｈ内を流れた高温海水は、第１流出路３ｊに入り込んでその内部を流れた後、第１流出凹部３ｃに流入する。

第１網体８及び第１隔壁部９は、次のようにして設けることができる。勿論、ここで述べる設置方法は、多数の設置方法の一例であり、他の設置方法を採用することも可能である。

第１枠体３に第１網体８を設ける場合には、第１枠体３の厚さの半分の厚さを有する点以外第１枠体３と同一形状、同一寸法を有する一対の半体を用意する。ただし、一対の半体は、加硫する前のゴムによって構成しておく。そして、一対の半体をその厚さ方向に対向させて配置するとともに、一対の半体間に第１網体８を配置する。その後、一対の半体を接近移動させ、その周縁部を互いに接触させる。これにより、一対の半体を一体化する。このとき、一対の半体を構成するゴムが加硫前のものであって大きな流動性を有しているから、一対の半体を互いに接触させると、第１網体８を構成する線材が一対の半体の内部に入り込むとともに、各半体を構成するゴムが第１網体８の網目内に入りこむ。したがって、一対の半体の周縁部どうしは、それらの間に第１網体８が埋設された状態で隙間なく一体化される。その後、一対の半体を構成するゴムを加硫することにより、第１枠体３を完成させることができるとともに、第１枠体３に第１網体８を設けることができる。

第１網体８に第１隔壁部９を設ける場合には、第１隔壁部９の厚さの半分の厚さを有する点以外、第１隔壁部９と同一形状、同一寸法を有する一対の半体を用意する。ただし、一対の半体は、加硫する前のゴムによって構成しておく。そして、一対の半体をその厚さ方向に対向して配置するとともに、一対の半体間に第１網体８を配置する。その後、一対の半体を接近移動させて互いに接触させる。これにより、一対の半体を一体化する。このとき、一対の半体を構成するゴムが加硫前のものであって、大きな流動性を有しているから、一対の半体を互いに接触させると、第１網体８を構成する線材が一対の半体の内部に入り込むとともに、各半体を構成するゴムが第１網体８の網目内に入りこむ。したがって、一対の半体どうしは、それらの間に第１網体８が埋設された状態で隙間なく一体化される。その後、一対の半体を構成するゴムを加硫することにより、第１隔壁部９を完成させることができる。しかも、第１隔壁部９内に第１網体８が埋設される結果、第１網体８に第１隔壁部９が保持状態で設けられる。

第２枠体５ａには、第２網体１０が設けられている。第２網体１０の厚さ第２枠体５の厚さと同一か若干薄くなっている。第２網体１０の平面視における外形寸法は、第２枠体５の外形寸法と同一に設定されている。第２網体１０の外形寸法は、第２枠体５の内形寸法（第２流通室５ａの内形寸法）より大きくする限り、第２枠体５の外形寸法より小さくしてもよい。いずれにしても、第２網体１０の周縁部は、第２枠体５の周縁部に全周にわたって埋設されている。この結果、第２網体１０が第２流通室５ａ全体にわたって設けられている。したがって、第２流通室５ａ内の圧力と第１流通室３ａ内の圧力との差圧によって蒸留膜４（４′）が上板２（下板６）側に押されたとしても、蒸留膜４（４′）は、第２網体１０に接触するだけであり、上板２（下板６）に接触することがない。ここで、仮に蒸留膜４（４′）が上板（下板６）に直接接触したものとすると、その接触部分は淡水が流れなくなり、その分だけ第２流通室５ａの流通面積が狭くなる。この結果、淡水の円滑な流通が妨げられる。この点、第２流通室５ａに第２網体１０が設けられたこの膜蒸留装置１においては、蒸留膜４（４′）が差圧によって押されたとしても上板２（下板６）に接触することがなく、第２網体１０に接触するだけである。しかも、第２網体１０は、多数の網目を有している。したがって、蒸留膜４（４′）に第２網体１０が接触したとしても、淡水は第２網体１０の網目を通って流れることができる。よって、淡水の円滑な流通を確保することができる。

図５に示すように、第２網体１０には、第１隔壁部９と同数の第２隔壁部１１が設けられている。第２隔壁部１１は、各種の樹脂その他の材料で構成することができるが、通常は第２枠体５を構成する材料と同一の材料によって構成される。特にこの実施の形態では、第２隔壁部１１を構成する材料としてゴムが採用されている。第２隔壁部１１の厚さは、第２枠体５の厚さと同一に設定されている。したがって、第２隔壁部１１の厚さ方向の両面は、第２枠体５の上下の両面と同一平面上に位置しており、下蒸留膜４′及び下板６にそれぞれ密に接触している。しかも、第２隔壁部１１を構成する材料は、第２網体１０の網目内に入りこんで塞いでいる。したがって、第２隔壁部１１が形成された部分を淡水が流れることはない。

複数の第２隔壁部１１は、第２流通室５ａを区画する４つの内面のうちの図５において上下に位置する内面５ｆ，５ｇに対して上下方向へ離間するとともに、互いに離間して配置されている。しかも、複数の第２隔壁部１１は、左右の内面５ｄ，５ｅと直交する方向、つまり上下の内面５ｆ，５ｇと平行な方向に延びている。この結果、上内面５ｆとこれに隣接する第２隔壁部１１との間、互いに隣接する二つの第２隔壁部１１，１１間、及び下内面５ｇとこれに隣接する第２隔壁部１１との間には、左右方向へ互いに平行に延びる複数の第２通路５ｈが形成されている。平面視において第２隔壁部１１が第１隔壁部９と同一位置に配置され、しかも第２隔壁部１１が第１隔壁部９と同一寸法に形成されているので、各第２通路５ｈは、平面視において各第１通路５ｈと同一寸法を有しており、各第１通路３ｈと同一位置に配置されている。第２隔壁部１１は、一つだけ形成してもよい。その場合には、第２通路５ｈが二つだけ形成される。

第２隔壁部１１の長手方向の両端部、つまり左右方向の両端部は、左右の内面５ｄ，５ｅに対して左右方向へそれぞれ離間させられている。この結果、右内面５ｄと第２隔壁部１１との間、及び左内面５ｅと第２隔壁部１１との間には、第２通路５ｈと直交する方向に延びる第２流入路５ｉ及び第２流出路５ｊがそれぞれ形成されている。第２流入路５ｉは、その上端部において第２流入凹部５ｂに連通するとともに、各第２通路５ｈと連通している。したがって、淡水は、第２流入凹部５ｂから第２流入路５ｉに流入し、第２流入路５ｉ内を流れた後、各第２通路５ｈに流入する。一方、第２流出路５ｊは、各第２通路５ｈと連通するとともに、下端部において第２流出凹部５ｃに連通している。したがって、各第２通路５ｈ内を流れた淡水は、第２流出路５ｊ内を流れて第２流出凹部５ｃに流入する。

第２枠体５に第２網体１０を設ける方法は、第１枠体３に第１網体８を設ける方法と同一であり、第２網体１０に第２隔壁部１１を設ける方法は、第１網体８に第１隔壁部９を設ける方法と同一である。そこで、それらの方法についての説明は省略する。

上記構成の膜蒸留装置において、第１ポートＰ１に高温海水を供給すると、その高温海水は、図１に実線で示すように、第１流入孔７Ａ及び第１流入凹部３ｂを通り、第１流通室３ａの第１流入路３ｉに流入する。そして、第１流入路３ｉから各第１通路３ｈに入り、その内部を流れた後、第１流出路３ｊに入る。そこから、第１流出凹部３ｃに入り込み、第１流出孔７Ｂを通って第２ポートＰ２へ至り、外部に排出される。

一方、第３ポートＰ３に低温の淡水を供給すると、その淡水は、第２流入孔７Ｃ及び第２流入凹部５ｂを通って第２流通室５ａの第２流入路５ｉに入り込む。そして、第２流入路５ｉから各第２通路５ｈに入ってその内部を流れた後、第２流出路５ｊに入り、さらに第２流出凹部５ｃに入り込む。第２流出凹部５ｃに入り込んだ淡水は、第２流出孔７Ｄを通って第４ポートＰ４へ至り、そこから外部に排出される。

ここで、第１流通室３ａの第１通路３ｈ内を流れる高温海水と、第２流通室５ａの第２通路５ｈ内を流れる淡水とは、互いに平行に逆方向へ流れる。つまり、第１通路３ｈ内を流れる高温海水と第２通路５ｈ内を流れる淡水とは、いわゆる対向流となって流れる。したがって、高温海水と淡水との間の熱交換効率が向上し、淡水の製造効率を向上させることができる。しかも、高温海水と淡水との熱交換は、第１及び第２隔壁部９，１１が形成された部分を除いて、第１及び第２流通室３ａ，５ａの全域にわたって行われる。したがって、淡水の製造効率をより一層向上させることができる。

次に、この発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態に関しては、上記実施の形態と異なる構成部分についてのみ説明することとし、同様な構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図６〜図１０は、この発明の第２実施の形態を示す。この第２実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ａは、上記膜蒸留装置１を改良したものである。すなわち、図９及び図１０に示すように、この膜蒸留装置１Ａにおいては、第２流入凹部５ｂが第１流出凹部３ｃに対しその上側に近接して配置され、第２流出凹部５ｃが第１流入凹部３ｂに対しその下側に近接して配置されている。これに対応して、第３及び第４ポートＰ３，Ｐ４が第１、第２ポートＰ１、Ｐ２にそれぞれ近接して配置されるとともに、第２流入孔７Ｃ及び第２流出孔７Ｄが第１流入孔７Ａ及び第１流孔７Ｂにそれぞれ近接して配置されている。

このように構成された膜蒸留装置１Ａにおいては、第１流入路３ｉ及び第２流出路５ｊの、第１流入凹部３ｂと第２流出凹部５ｃとの間に位置する部分を除き、第１流入路３ｉを流れる高温海水と第２流出路５ｊを流れる淡水とを対向流にすることができる。同様に、第１流出路３ｊ及び第２流入路５ｉの、第１流出凹部３ｃと第２流入凹部５ｂとの間に位置する部分を除き、第１流出路３ｊを流れる高温海水と第２流入路５ｉを流れる淡水とを対向流にすることができる。したがって、高温海水と淡水との間の熱交換効率をさらに向上させることができ、ひいては淡水の製造効率をさらに向上させることができる。

膜蒸留装置１Ａについては、次のように構成することによってさらに改良することができる。すなわち、第１流入凹部３ｂと第２流出凹部５ｃとを、平面視において同一位置に配置するとともに、第１流出凹部３ｃと第２流入凹部５ｂとを平面視において同一位置に配置するのである。このように配置した場合には、第１流入路３ｉを流れる高温海水と第２流出路５ｊを流れる淡水とを、第１流入路３ｉ及び第２流出路５ｊの全長にわたって対向流にすることができるとともに、第１流出路３ｊを流れる高温海水と第２流入路５ｉを流れる淡水とを、第１流出路３ｊ及び第２流入路５ｉの全長にわたって対向流とすることができる。したがって、熱交換効率及び淡水の製造効率をより一層向上させることができる。

ただし、上記の配置構造を採用する場合には、第２流入凹部５ｂと第２流入孔７Ｃとを平面視において互いに離間するように配置する必要がある。そのようにしなければ、第２流入孔７Ｃが第１流出孔７Ｂと平面視において同一位置に配置することになってしまうからである。そこで、第２枠体５には、互いに離間した第２流入凹部５ｂと第２流入孔７Ｃとを連通させる通路を形成する必要がある。同様に、第２流出凹部５ｃと第２流出孔７Ｄとを互いに離間させ、第２枠体５には、第２流出凹部５ｃと第２流出孔７Ｄとを連通させる通路を形成する必要がある。

図１１〜図１７は、この発明の第３実施の形態を示す。この実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ｂにおいては、図１〜図１０に示す実施の形態においける左右方向が上下方向を向くように配置されている。図１２〜図１４に示すように、第２枠体５の厚さ方向（図１２〜図１４において左右方向；第１、第２枠体３，５の対向方向）の両面に、不透過膜１２，１２がそれぞれ固着されている。不透過膜１２は、第２枠体５と同一の平面視形状を有しており、二つの不透過膜１２，１２によって第２枠体５の第２流通室５ａの両端開口部が遮蔽されている。不透過膜１２は、気体、液体及び固体の透過を阻止し、かつ良好な熱伝導性を有する材質によって構成されている。不透過膜１２は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムによって構成されているが、他の材料からなるフィルムによって構成してもよい。

また、図１２〜図１４に示すように、上第１枠体３と第２枠体５との間、及び下第１枠体３′と第２枠体５との間には、第３枠体１３がそれぞれ配置されている。第３枠体１３は、第１枠体３，３′の第１流入凹部３ｂ及び第１流出凹部３ｃや第２枠体５の第２流入凹部５ｂ及び第２流出凹部５ｃに代えて、後述する水抜き凹部（水抜き口）１３ｂ及びガス抜き凹部（ガス抜き凹部）１３ｃが形成された点を除き、第１枠体３，３′や第２枠体５と同一材料により同一形状、同一寸法に形成されている。勿論、第３枠体１３は、第２枠体５と異なる材料で異なる形状及び寸法に形成してもよい。ただし、第３流入室１３ａは第２流通室５ａと同一形状とし、かつ第２流通室５ａ全体と対向するように配置することが望ましい。

第３枠体１３の開口部の一端部は、蒸留膜４（４′）によって遮蔽され、他端部は不透過膜１２によって遮蔽されている。これにより、第３枠体１３の内部に凝縮室１３ａが形成されている。凝縮室１３ａは、第１及び第２枠体３，５の対向方向から見たとき、第１流通室３ａ及び第２流通室５ａと同一形状を有しており、同一位置に配置されている。したがって、凝縮室１３ａは、蒸留膜４（４′）を介して第１流通室３ａに接し、不透過膜１２を介して第２流通室５ａに接している。第３枠体１３には、第３網体１４が設けられ、その結果第３網体１４の一部が凝縮室１３ａ内に設けられている。なお、網体１４には、第１、第２隔壁部９，１１と同一寸法を有する隔壁部を第１、第２隔壁部９，１１と平行に設けてもよい。

第３枠体１３の凝縮室１３ａを区画する内面には、水抜き凹部１３ｂ及びガス抜き凹部１３ｃが形成されている。図１１及び図１５〜図１７に示すように、水抜き凹部１３ｂは、第１、第２枠体３，５の対向方向から見たとき、第１流入凹部３ｂと第２流出凹部５ｃとの間に、特にこの実施の形態ではそれらの間の中央に位置するように配置されている。一方、ガス抜き凹部１３ｃは、第２流入凹部５ｂと第１流出凹部３ｃとの間の中央に位置するように配置されている。図１４に示すように、水抜き凹部１３ｂは、水排出孔７Ｅを介して第５ポートＰ５に連通しており、ガス抜き凹部１３ｃは、ガス排出孔７Ｆを介して第６ポートＰ６に連通している。

上記構成の膜蒸留装置１Ｂにおいては、高温海水が第１流通室３ａ内を流れる間に高温海水から発生した水蒸気が蒸留膜４（４′）を透過して凝縮室１３ａ内に流入する。凝縮室１３ａ内に流入した水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって冷却されて液体の水になる。この水は、水抜き凹部１３ｂ、水排出孔７Ｅを介して第５ポートＰ５に至り、そこから外部に淡水として取り出される。高温海水から発生して上流膜４（４′）を透過した気体のうち、凝縮されない気体は、ガス抜き凹部１３ｃ、ガス排出孔７Ｆを介して第６ポートに至り、そこから外部に排出される。

なお、この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形例を採用することができる。
例えば、上記の実施の形態においては、上板２から下板６までの各部材を一体的に固定して一つのブロックとし、その一つのブロックだけで膜蒸留装置１（１Ａ，１Ｂ）としているが、そのようなブロックを前後、左右又は上下に並べてそれら全部のブロックを一つの膜蒸留装置としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、第１隔壁部９が第１枠体３（３′）と別体に形成されているが、第１隔壁部９の両端部が第１流通室３ａの内面に連なるよう、第１隔壁部９を第１枠体３（３′）と一体に形成してもよい。ただし、その場合には、第１隔壁部９の両端部の厚さを薄くし、その両端部の薄い部分をそれぞれ第１流入路３ｉ及び第１流出路３ｊの一部とする。このような変形は、第２隔壁部１２に対しても適用可能である。
さらに、上記の実施の形態においては、高温海水（溶液）から淡水を製造するために膜体として蒸留膜４，４′が用いられているが、この発明を例えば熱交換機に用いる場合には、蒸留膜４，４′に代えて不透過膜が膜体として用いられる。

この発明は、膜蒸留装置、熱交換器及び電気透析装置等の各種の膜反応装置に利用することができる。

１ 膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ａ 膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ｂ 膜蒸留装置（膜反応装置）
３ 上第１枠体（第１枠体）
３′ 下第１枠体（第１枠体）
３ａ 第１流通室
３ｂ 第１流入凹部（第１流入口）
３ｃ 第１流出凹部（第１流出口）
３ｈ 第１通路
３ｉ 第１流入路
３ｊ 第１流出路
４ 上蒸留膜（蒸留膜）
４′ 下蒸留膜（蒸留膜）
５ 第２枠体
５ａ 第２流通室
５ｂ 第２流入凹部（第２流入口）
５ｃ 第２流出凹部（第２流出口）
５ｈ 第２通路
５ｉ 第２流入路
５ｊ 第２流出路
８ 第１網体
９ 第１隔壁部
１０ 第２網体
１１ 第２隔壁部

Claims (5)

1. 内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一端面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第２流通室とが上記膜体を介して互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を介して互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流入室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が、上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流入室内を流れて上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が、上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を流れて上記第２流出口から流出する膜反応装置において、
   上記第１流通室の内部にその一端側から他端側へ向かって延びる第１隔壁部が形成されることにより、上記第１流通室の内部が互いに平行に延びる複数の第１通路に区画され、
   上記第２流通室の内部に、上記第１隔壁部と平行に延びる第２隔壁部が形成されることにより、上記第２流通室の内部が上記第１通路と平行に延びる複数の第２通路に区画され、
   上記第１通路の長手方向の一端部及び他端部に上記第１流入口及び上記第１流出口がそれぞれ開口させられ、
   上記第１流入口が開口する上記第１通路の一端部と同一側に位置する上記第２通路の端部に上記第２流出口が開口させられ、上記第１流出口が開口する上記第１通路の他端部と同一側に位置する上記第２通路の端部に上記第２流入口が開口させられていることを特徴とする膜反応装置。
2. 上記第１隔壁部の長手方向の両端部が上記第１流通室の内面に対してそれぞれ離間させられ、上記第１流通室の内部には、周縁部が上記第１枠体の内周部に固定された第１網体が設けられ、この第１網体に上記第１隔壁部が設けられ、
   上記第２隔壁部の長手方向の両端部が上記第２流通室の内面に対してそれぞれ離間させられ、上記第２流体室の内部には、周縁部が上記第２枠体の内周部に固定された第２網体が設けられ、この第２網体に上記第２隔壁部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の膜反応装置。
3. 上記第１流通室の上記第１流入口が開口する端部には、上記第１通路の長手方向と直交する方向に延び、かつ上記第１通路の一端部に連通した第１流入路が形成され、上記第１流通室の上記第１流出口が開口する他端部には、上記第１流入路と平行に延び、かつ上記第１通路の他端部に連通した第１流出路が形成され、上記第１流入路及び上記第１流出路の長手方向において互いに逆側に位置する端部に上記第１流入口及び上記第１流出口がそれぞれ開口させられ、
   上記第２流通室の上記第２流入口が開口する端部には、上記第１流入路と平行に延び、かつ上記第２通路の一端部に連通した第２流入路が形成され、上記第２流通室の上記第２流出口が開口する端部には、上記第２流入路と平行に延び、かつ上記第２通路の他端部に連通した第２流出路が形成され、上記第１流入口と逆側に位置する上記第２流入路の端部に上記第２流入口が開口させられ、上記第１流出口と逆側に位置する上記第２流出路の端部に上記第２流出口が開口させられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜反応装置。
4. 請求項１〜３に記載の膜反応装置において、
   上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴とする膜蒸留装置。
5. 請求項２に記載の膜反応装置を製造するための製造方法であって、
   上記第１流通室の内部に周縁部が上記第１枠体の内周部に固定された第１網体を設け、この第１網体に上記第１隔壁部を設け、上記第２流体室の内部に周縁部が上記第２枠体の内周部に固定された第２網体を設け、この第２網体に上記第２隔壁部を設けることを特徴とする膜反応装置の製造方法。