JP2013208522A

JP2013208522A - テレスコープ防止板およびスパイラル型流体分離素子

Info

Publication number: JP2013208522A
Application number: JP2012079385A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ando; 秀明安東; Tomomasa Katayama; 智正片山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10

Abstract

【課題】スパイラル型流体分離素子におけるテレスコープ防止板について、運転中の圧力損失を軽減しスポーク部の破損を防ぐこと、かつ成形部材の重量およびコスト低減を図ることを課題とする。
【解決手段】分離膜、原液流路材及び透過液流路材が集液管の周りにスパイラル状に巻回されてなる膜巻回体の端部に配設されるテレスコープ防止板であって、内周環部２１と、内周環部２１から外側に放射線状に延伸する複数のスポーク２３と、複数のスポーク２３のそれぞれに連接する外周環部２２とを備え、前記スポーク２３の前記テレスコープ防止板の径方向断面において、空隙部および／または切り欠き部２５を有することを特徴とするテレスコープ防止板。
【選択図】図２

Description

本発明は、逆浸透装置、ナノ濾過装置、限外濾過装置、精密濾過装置等の流体分離装置に好適に用いられる流体分離素子およびそのテレスコープ防止板に関するものである。

海水淡水化用、半導体製造業における超純水製造用、さらには、一般のかん水淡水化用、有機物の分離用、廃水の再利用などの種々の分野において、分離膜を利用したさまざまな流体分離処理装置を用い、膜の透過液または濃縮液を有価物として取得することが行われている。この流体分離処理装置においては、分離膜を用いた流体分離素子を圧力容器に装填して使用することが一般的に行われている。

分離膜を用いた流体分離素子の形態としては、中空糸膜を用いた流体分離素子や、平膜を用いたプレートフレーム型流体分離素子、スパイラル型流体分離素子があげられる。

スパイラル型流体分離素子は、分離膜が透過液流路材と原液流路材と共に集液管の周りにスパイラル状に巻き付けられた構造をとるものであり、例えば、図１に示すような構造をとる。

図１において、第１の分離膜８および第２の分離膜９は、３辺が互いに接着され、もしくは折り返された封筒状の形状となっている。この封筒状の膜の間に透過液流路材１０が挟み込まれている。これと原液流路材１１とを１つのユニットとして、単数もしくは複数ユニットを積み重ね、集液管１の周囲にスパイラル状に巻き付けられ膜巻回体２を形成している。封筒状の膜は集液管１側で開口している。膜巻回体２の長手方向の両端部にはそれぞれテレスコープ防止板４ｕ、４ｄが取り付けられている。

原液６は、流体分離素子の一方の端面から、上流側のテレスコープ防止板４ｕを通って膜巻回体２内へと流入し、第１の分離膜８および第２の分離膜９を透過するか否かにより膜分離処理される。分離膜８、９を透過した透過液１３は透過液流路材１０を伝って流れ集液管１で集められ透過液１４として取り出される。分離膜８、９を透過しなかった原液７は、下流側のテレスコープ防止板４ｄを通り、流体分離素子の他方の端面から濃縮液１２として排出される。

このようなスパイラル型流体分離素子においては、通常、膜巻回体２の外周面側が、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）によりシェル状に固められている。この繊維強化樹脂層（外側ＦＲＰシェル）３は、膜巻回体２の形状を保持すると共に、膜巻回体２の外周面での原液通過を阻止する機能を果たす。

また、流体分離素子の上流側に取り付けられたテレスコープ防止板４ｕの外周面にはブラインシールと呼ばれるシール部材が取り付けられている（図示なし）。このブラインシールは、流体分離素子が圧力容器内に装填されて原液が流入された際に、流体分離素子の外側ＦＲＰシェル３と圧力容器との隙間内へ原液が流入してショートパスするのを防ぐ機能を果たす。

流体分離素子の上流側に取り付けられたテレスコープ防止板４ｕは、図４に示すように、内周環部２１と、内周環部２１から外側に放射線状に延伸する複数のスポーク２３と、外周部分を支えている外周環部２２から形成される。内周環部２１は、集液管１に受容されるためのハブ２６を備えている。外周環部２２は、それぞれのスポーク２３に連接しており、流体分離素子の外側ＦＲＰシェル３の半径に一致している半径の円を形成しており、ＦＲＰシェル３と連接するようになっている。また、外周環部２２の外表面には圧縮性のブラインシールを受容するようにチャンネル（図示なし）が形成されている。流体分離素子の下流側に取り付けられたテレスコープ防止板４ｄは、チャンネルが形成されていない点を除き、上流側テレスコープ防止板４ｕと同構成である。

スポーク２３は、主にテレスコープ防止板４ｕ、４ｄ（以下、テレスコープ防止板４）の強度や耐久性の向上を目的に構成される。運転中における流体分離素子での圧力損失分の荷重がテレスコープ防止板４に生じるため、スポーク２３の必要強度は、スポーク２３の数、幅、厚さ、またスポーク長さ（内周環部２１の外周から外周環部２２の内周までの距離）、材質等により決定される。テレスコープ防止板４は、内周環部２１、スポーク２３、外周環部２２、これらを射出成型により一体に成形されることが多いが、強度設計上の安全率の設定によっては、スポーク２３の数が多くなる、またはスポーク２３の幅が大きくなることがある。

このように成形されたテレスコープ防止板４を取り付けた流体分離素子を使用した場合、設計時に想定していた圧力損失より過大な圧力損失が流体分離素子に生じ、運転状況によっては応力集中等によりスポーク２３が破損してしまうケースがあった。スポーク２３が破損すると、原液流路の偏流、テレスコープ防止機能の損傷等により、著しい性能低下を誘発する。

また、スポーク数およびスポーク幅の増大により、成形部材のコスト高や、重量が増加してしまう問題もある。特に、径が１６インチの流体分離素子など、サイズ、重量が大きい流体分離素子に対してその影響は大きい。

特表２００７−５１７６６１号公報

本発明は、上記した従来技術における問題点を解決し、スパイラル型流体分離素子におけるテレスコープ防止板について、運転中の圧力損失を軽減しスポーク部の破損を防ぐこと、かつ成形部材の重量およびコスト低減を図ることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。

（１）分離膜、原液流路材及び透過液流路材が集液管の周りにスパイラル状に巻回されてなる膜巻回体の端部に配設されるテレスコープ防止板であって、内周環部と、前記内周環部から外側に放射線状に延伸する複数のスポークと、複数の前記スポークのそれぞれに連接する外周環部とを備え、前記スポークは、前記スポークの前記テレスコープ防止板の径方向断面において、空隙部および／または切り欠き部を有することを特徴とするテレスコープ防止板。

（２）分離膜、原液流路材及び透過液流路材がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル巻体の端部に前記（１）に記載のテレスコープ防止板が配設されてなるスパイラル型流体分離素子。

本発明では、テレスコープ防止板のスポークに貫通孔等の空隙部および／または切り欠き部を設けることにより、流体分離素子の運転中における圧力損失を軽減させ、スポーク破損を防ぐことができるとともに、成形部材の重量軽減かつコスト軽減が可能となる。

一般的なスパイラル型流体分離素子を示す一部分解斜視図である。本発明のテレスコープ防止板の一例を示す側面図である。本発明のテレスコープ防止板の別の一例を示す一部破断斜視図である。従来のテレスコープ防止板の一例を示す側面図である。

以下、本発明のスパイラル型流体分離素子やテレスコープ防止板の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。

本発明が適用される流体分離素子は、例えば図１に示すように、スパイラル型の膜巻回体２を備え、その両端側にテレスコープ防止板４ｕ、４ｄが取り付けられてなる流体分離素子である。テレスコープ防止板４が膜巻回体２の片端側に設けられたものでもよい。流体分離素子が圧力容器内に装填されて使用される際に、圧力容器と流体分離素子との隙間内への原液の流入を防ぐため、ブラインシールが上流側のテレスコープ防止板４ｕの外周面に取り付けられている。

流体分離素子を構成する膜巻回体２は、前述したように、分離膜８，９、原液流路材１１及び透過液流路材１０が所定順序で重ねられたユニットが積み重ねられてスパイラル状に巻回されたものであり、その外側に、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の外側ＦＲＰシェル３が形成されている。分離膜としては、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。膜巻回体２の中心には、透過液を集めて流すための集液管１が配置されている。集液管１には透過液流入用の孔が開けられている。

原液流路材１１には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過液流路材１０には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。

集液管１は、管の側面に複数の孔を有するものであり、集液管１の材質は、樹脂、金属など何れでもよいが、ノリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックが通常使用される。

テレスコープ防止板４は、膜巻回体２が通過する流体の圧力により筒状に変形すること（テレスコープ現象）を防止するために設置された、孔を有する板状物であり、流体分離素子の上流側に取り付けられたテレスコープ防止板４ｕの外周側にはシール材を装填するためのチャンネルを有していることが好ましい。テレスコープ防止板４の材質は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂などの樹脂材により構成されればよい。また、このテレスコープ防止板４は、図２に示すように、外周環部２２と内周環部２１と内周環部２１から外側に放射線状に延伸する複数のスポーク２３により構成される。

分離膜の端部を封止するための手段として、接着法が好適に用いられる。接着剤としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知の何れの接着剤も使用することができる。

また、流体分離素子は、膜巻回体２の外周部が外装材により拘束されて拡径しない構造になっていることも好ましい。外装材は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどからなるシートや、硬化性樹脂を塗ったガラス繊維などからなるもので、分離膜巻回体の外周表面に、かかるシートや繊維を巻回してエレメントが拡径しないように拘束する。

本発明は、上記のようなスパイラル型流体分離素子において、テレスコープ防止板４のスポーク２３が、テレスコープ防止板４の径方向断面において、貫通孔２５などの空隙部および／または切り欠き部を有することを特徴とする。

本発明で用いるテレスコープ防止板４のスポーク２３は上述した課題を解決するものであって、以下、その形態について説明する。

まず、スポーク２３の空隙部形状について、強度、または成形上問題なければ、丸形状、楕円形状、略四角形状など、空隙部の形状について特に限定されるものではないが、成形部材の重量およびコスト軽減の目的から、図２に示すように、スポーク２３に略四角形の貫通孔２５を複数有した格子形状のものが好ましい。なお、貫通孔２５は複数設けるのが好ましいが、強度上問題なければ、単一の貫通孔でもかまわない。

また、スポーク２３のテレスコープ防止板４の径方向断面における貫通孔２５の面積について、圧力損失低減の観点から、貫通孔２５の面積はスポークの総面積に対して２０％以上８０％以下の範囲であることが好ましい。貫通孔２５の面積がスポークの総面積に対して著しく小さい場合、前述したように、設計時に想定していた圧力損失より過大な圧力損失が流体分離素子に生じ、スポーク部が破損する可能性がある。また逆に、貫通孔２５の面積がスポークの総面積に対して著しく大きい場合、スポーク２３を形成するリブ２４の厚みが小さくなり、スポーク２３の強度低下、破損へと繋がる恐れがある。なお、ここで述べるリブ２４とは、スポーク２３の貫通孔２５を除いた部位を示す。

なお、当然のことではあるが、前記した貫通孔２５の面積の範囲内であれば、貫通孔２５の面積が増大すればするほど、成形部材の重量低減、およびそれに伴いコスト低減となる。そのため、強度上問題ない範囲であれば、貫通孔２５の面積は大きい方が好ましい。特に、径が１６インチの流体分離素子など、サイズ、重量が大きい流体分離素子に対してその影響は大きい。また、これに伴う他のメリットについて、貫通孔２５の面積が大きくなれば、スポーク２３の隙間に視界を得ることができるため、保守点検などが容易になるという効果も得られる。

貫通孔２５の形成について、射出成型による一体成形が好適に用いられるが、開口部の無いフラットバーに対して、丸、楕円などの任意形状の孔を加工し、残った部分がスポーク様を示すなど、その方法は任意でかまわない。

つぎに、スポーク２３の切り欠き形状について、図３に示すような、テレスコープ防止板４の径方向断面において、コの字形状（Ａ）やＨ型形状（Ｂ）のものが例として挙げられる。これら形状で形成されたスポーク２３は、図４に示す従来の切り欠きが無いスポーク２３に比較して強度が向上するため、スポーク数を少なく、またはスポーク幅を小さくすることが可能となり、結果的に圧力損失を軽減させることが出来る。

なお、テレスコープ防止板４の径方向の断面形状について、特に図３に記載した２つの実施態様に限定されず、前述した空隙部の実施態様と同様に、強度または成形上問題なければ、くの字形状等、その形状は任意で構わない。

また、スポーク２３の強度向上という観点から、上述したような貫通孔２５などの空隙部、切り欠きに限定されず、テレスコープ防止板４の径方向の断面形状について、矩形の形状に対して空隙および／または切り欠きを有するものであれば良く、略丸形状のスポーク２３についても当然ながら使用可能である。

以上、特定の実施形態を説明したが、多くの修正が可能であり、本発明はここに説明した特定の形状配置または方法に限定されるものではない。さらに形状および組合せの利用および他の形状および組合せを引用することなく使用することも可能である。このことは、特許請求の範囲に含まれるものである。

１集液管
２膜巻回体
３繊維強化樹脂層（外側ＦＲＰシェル）
４、４ｕ、４ｄテレスコープ防止板
５原液流路用の空間
６、７原液の流れ
８第１の分離膜
９第２の分離膜
１０透過液流路材
１１原液流路材
１２濃縮液
１３、１４透過液
２１内周環部
２２外周環部
２３スポーク
２４リブ
２５貫通孔
２６ハブ

Claims

分離膜、原液流路材及び透過液流路材が集液管の周りにスパイラル状に巻回されてなる膜巻回体の端部に配設されるテレスコープ防止板であって、内周環部と、前記内周環部から外側に放射線状に延伸する複数のスポークと、複数の前記スポークのそれぞれに連接する外周環部とを備え、前記スポークは、前記スポークの前記テレスコープ防止板の径方向断面において、空隙部および／または切り欠き部を有することを特徴とするテレスコープ防止板。
分離膜、原液流路材及び透過液流路材がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル巻体の端部に請求項１に記載のテレスコープ防止板が配設されてなるスパイラル型流体分離素子。