JP2013223821A

JP2013223821A - 接続管および流体分離膜モジュール

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Publication number: JP2013223821A
Application number: JP2012096233A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takenaka; 正彬竹中; Tomomasa Katayama; 智正片山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2013-10-31

Abstract

【課題】原液混入防止部材を嵌装する溝部の底面側部に適正な曲率半径の曲面を設けることにより、応力集中の緩和および疲労破壊の防止ができる接続管。
【解決手段】集水孔２を有する集水管３の周りに分離膜４、透過液流路材５および原液流路材６を含む膜ユニット７を形成してなる流体分離素子９の複数個を、互いの流体分離素子９の集水管３に内挿して液密に接続する接続管であって、前記接続管が、集水管３に内挿される部分に周方向にわたって原液混入防止部材が嵌装される溝部を有し、前記溝部の底面側部に曲率半径Ｒの曲面を有し、前記曲率半径Ｒが、前記接続管の内径ｄ_１、前記溝部の底面における外径ｄ_２および前記接続管の外径ｄ_３に対し、Ｒ＞０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２の不等式を満たすことを特徴とする接続管。
【選択図】図１

Description

本発明は、原水を濾過処理する流体分離素子の接続管に関するものである。

近年、海水淡水化や半導体分野における超純水用途、さらには一般かん水用途や有機物分離、排水再利用などをはじめとする膜の透過液を利用する様々な流体分離分野において、分離膜を用いた流体分離素子の使用が急速に増加してきている。

分離膜を用いた流体分離素子としては、例えば特許文献１に記載されているスパイラル型流体分離素子が知られている。スパイラル型流体分離素子は、集水孔を有する集水管の周りに分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成してなっており、膜分離による透過液を集水管に集める構造である。

このような流体分離素子を用いて実際に流体分離を行う際には、複数個の流体分離素子を接続し圧力容器内に収納して流体分離膜モジュールとして使用するが、互いに隣接する流体分離素子を接続するためには、通常、専用の接続手段を必要とする。この接続手段は、例えば、隣接する流体分離素子の集水管に内挿される接続管からなる。

接続管は、集水管へ原液が混入するのを防止して互いの流体分離素子を液密に接続するため、内挿される部分に周方向にわたって原液混入防止部材が嵌装される溝部を有する。

流体分離膜モジュールは、高圧ポンプを用いて、原液の流入側圧力と透過液の流出側圧力との差圧を大きくして運転を行う。通常、接続管の溝部の底面側部に曲面を設けるが、この曲面の曲率半径が小さい場合、この底面側部に圧縮方向の応力集中が発生する。さらに、高圧ポンプがプランジャー式の場合、アキュムレータが正常に作動しない場合は脈動圧力が発生しやすいため、接続管の溝部の底面側部を基点とした疲労破壊が発生するおそれがある。

特開平１１−２６７４７０号公報

本発明は、流体分離素子の接続管において、溝部の底面側部の曲面に適正な曲率を与えることで、圧縮および疲労破壊に対して強い接続管を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の接続管は、次の通り特定される。

（１）集水孔を有する集水管の周りに分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成してなる流体分離素子の複数個を、互いの流体分離素子の集水管に内挿して液密に接続する接続管であって、前記接続管が、前記集水管に内挿される部分に周方向にわたって原液混入防止部材が嵌装される溝部を有し、前記溝部の底面側部に曲率半径Ｒの曲面を有し、前記曲率半径Ｒが、前記接続管の内径ｄ_１、前記溝部の底面における外径ｄ_２および前記接続管の外径ｄ_３に対し、Ｒ＞０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２の不等式を満たすことを特徴とする接続管。

（２）前記原液混入防止部材がＯリングである前記（１）に記載の接続管。

（３）前記曲率半径Ｒが、前記Ｏリングの線径ｄ_０に対し、Ｒ＜ｄ_０／２の不等式を満たすことを特徴とする、前記（２）に記載の接続管。

（４）材質が、アクリルブタジエンスチレン共重合樹脂、塩化ビニル樹脂、変性ポリフェニレンオキシド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオキシメチレン樹脂およびガラス繊維強化エポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の接続管。

（５）圧力容器内に、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の接続管で接続した複数個の流体分離素子を収容してなる流体分離膜モジュール。

本発明によれば、溝部の底面側部の曲面に適正な曲率を与えることで、圧縮および疲労破壊に対して強い接続管を提供することができる。

本発明の一実施態様に係る流体分離素子組立体の部分分解斜視図である。本発明の一実施態様に係る流体分離膜モジュールの縦断面図である。本発明の接続管の一例を示す縦断面図である。図２の拡大部分縦断面図である。本発明の接続管の別の例を示す縦断面図である。従来の接続管の例を示す縦断面図である。

以下、本発明について、最良の実施形態を模式的に示す図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。

図１に本発明の一実施態様に係る流体分離素子組立体を示す。この流体分離素子組立体１においては、集水孔２を有する集水管３の周りに、分離膜４と透過液流路材５と原液流路材６とを含む膜ユニット７がスパイラル状に巻囲されており、その膜ユニット７の外側に外装体８が形成されて流体分離素子９が構成されている。この流体分離素子９の端面が露出され、その少なくとも一方の端部に、流体分離素子９がテレスコープ状に変形することを防止するために、テレスコープ防止板１０が装着されている。原液２０はテレスコープ防止板１０の原液流路１１を通って膜ユニット７に進入し、膜分離され、透過液２１として集水管３に集められる。

上記のように構成された流体分離素子９が、図２に示すように、圧力容器１３内に複数個直列に収容され、流体分離膜モジュール１４が構成される。各々の流体分離素子９では、原液２０が膜ユニット７に進入するように、テレスコープ防止板１０の外周に原液シール部材１２が設けられている。また、互いに隣接する流体分離素子９の集水管３は、両方の集水管３に内挿される接続管１５を介して流体的に接続される。

図３に本発明の接続管の一例を示す。また図４に本発明の接続管の実施態様として図２の拡大部分縦断面図を示す。接続管１５は、集水管３へ原液２０が混入するのを防止して互いに隣接する流体分離素子９を液密に接続するため、集水管３に内挿される部分に周方向にわたって原液混入防止部材１８が嵌装される溝部１６を有する。

接続管１５については、素材は特に限定しないが、生産性、コスト、軽量化の観点から、また、原水に含まれる様々な物質に対する耐薬品性も考慮し、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、変性ポリフェニレンオキシド樹脂（ＰＰＯ）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）、ポリオキシメチレン樹脂（ＰＯＭ）からなる群から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。また、この群から選ばれる少なくとも１つをガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）として用いても良い。

また、原液混入防止部材についても特に限定しないが、例えばエチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）製ないしニトリルゴム（ＮＢＲ）製のＯリングが選択される。

なお、図５に示すように、接続管１５の少なくとも一方の端部において、溝部１６を２個以上設けてもよい。このことにより原液混入防止部材の個数を増加させ、接続管１５のシール性を向上させることができる。

流体分離膜モジュールは、高圧ポンプを用いて、原液の流入側圧力と透過液の流出側圧力との差圧を大きくして運転を行う。接続管には流体分離素子同士を液密に接続するために接続管の溝部の底面側部に曲面を設けるが、この曲面の曲率半径が小さい場合、この底面側部に圧縮方向の応力集中が発生する。さらに、高圧ポンプがプランジャー式の場合、アキュムレータが正常に作動しない場合は脈動圧力が発生しやすいため、図６に示すように、接続管の溝部の底面側部を基点とした疲労破壊１９が発生するおそれがある。

一方、本発明における接続管１５の溝部１６の底面側部１７に設けた曲面の曲率半径Ｒは、接続管１５の内径ｄ_１、溝部１６の底面における外径ｄ_２および接続管１５の外径ｄ_３に対し、Ｒ＞０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２の不等式を満たすことを特徴とする。このことにより、流体分離素子９の運転時に発生する原液２０の流入側圧力と透過液２１の流出側圧力との差圧によって溝部１６の底面側部１７に生じる圧縮方向の応力の集中を緩和することができる。さらに、プランジャー式の高圧ポンプを使用して運転した場合においても、溝部１６の底面側部１７を基点とした疲労破壊の発生を防止することができる。

また、本発明においては、原液混入防止部材１８にＯリングを使用する場合、溝部１６の底面側部１７の曲面の曲率半径Ｒは、Ｏリングの線径ｄ_０に対し、Ｒ＜ｄ_０／２の不等式を満たすことが好ましい。Ｒ≧ｄ_０／２では、Ｏリングが潰れずに曲面に沿って逃げていくおそれがある。

以上のように、本発明の接続管においては、原液混入防止部材が嵌装される溝部の底面側部の曲面の曲率半径を適正な値にすることにより、溝部の底面側部に生じる圧縮方向の応力集中を緩和し、疲労破壊の発生を防止することができる。

＜比較例１＞
逆浸透膜を用いた直径２００ｍｍ、長さ１０２０ｍｍのスパイラル型流体分離素子（８インチ規格品）において、材質が変性ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）のガラス繊維強化樹脂であり、内径ｄ_１＝１７ｍｍ、溝部の底面における外径ｄ_２＝２４．６ｍｍおよび外径ｄ_３＝２８．５２ｍｍに対し、溝部の底面側部の曲率半径Ｒ＝０．４６ｍｍ＜０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２＝０．４９ｍｍである図６に示す構成の接続管を用いて、海水を運転圧力５．５ＭＰａで膜分離した。この結果、溝部の底面側部を基点とした疲労破壊が発生し、さらに断面観察により、外圧による圧縮塑性変形を確認した。

＜実施例１＞
比較例１のスパイラル型流体分離素子において、曲率半径を大きくしＲ＝０．７ｍｍ＞０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２＝０．４９ｍｍと変更した図３に示す構成の接続管を用いた結果、疲労破壊は発生しなかった。

＜比較例２＞
逆浸透膜を用いた直径４００ｍｍ、長さ１０２０ｍｍのスパイラル型流体分離素子（１６インチ規格品）において、材質が変性ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）のガラス繊維強化樹脂であり、内径ｄ_１＝５０ｍｍ、溝部の底面における外径ｄ_２＝７０ｍｍおよび外径ｄ_３＝７６ｍｍに対し、溝部の底面側部の曲率半径Ｒ＝１ｍｍ＜０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２＝１．３６ｍｍである図６に示す構成の接続管を用いて、海水を運転圧力５．５ＭＰａで膜分離した。この結果、溝部の底面側部を基点とした疲労破壊が発生した。

＜実施例２＞
比較例２のスパイラル型流体分離素子において、曲率半径を大きくしＲ＝１．５ｍｍ＞０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２＝１．４３ｍｍと変更した図３に示す構成の接続管を用いた結果、疲労破壊は発生しなかった。

１流体分離素子組立体
２集水孔
３集水管
４分離膜
５透過液流路材
６原液流路材
７膜ユニット
８外装体
９流体分離素子
１０テレスコープ防止板
１１原液流路
１２原液シール部材
１３圧力容器
１４流体分離膜モジュール
１５接続管
１６溝部
１７底面側部
１８原液混入防止部材
１９疲労破壊
２０原液
２１透過液

Claims

集水孔を有する集水管の周りに分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成してなる流体分離素子の複数個を、互いの流体分離素子の集水管に内挿して液密に接続する接続管であって、前記接続管が、前記集水管に内挿される部分に周方向にわたって原液混入防止部材が嵌装される溝部を有し、前記溝部の底面側部に曲率半径Ｒの曲面を有し、前記曲率半径Ｒが、前記接続管の内径ｄ_１、前記溝部の底面における外径ｄ_２および前記接続管の外径ｄ_３に対し、Ｒ＞０．０２５×ｄ_１×ｄ_３／ｄ_２の不等式を満たすことを特徴とする接続管。
前記原液混入防止部材がＯリングである請求項１に記載の接続管。
前記曲率半径Ｒが、前記Ｏリングの線径ｄ_０に対し、Ｒ＜ｄ_０／２の不等式を満たすことを特徴とする、請求項２に記載の接続管。
材質が、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合樹脂、塩化ビニル樹脂、変性ポリフェニレンオキシド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリオキシメチレン樹脂およびガラス繊維強化エポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の接続管。
圧力容器内に、請求項１〜４のいずれかに記載の接続管で接続した複数個の流体分離素子を収容してなる流体分離膜モジュール。