JP2512582Y2 - 回転式膜分離装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、平盤状の回転膜リーフ
と平盤状の固定仕切りを有する回転式膜分離装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】膜分離において、膜を透過しない溶質や
固体が膜表面に蓄積して起こる性能劣化を軽減するため
に、被処理流体を膜表面に沿って流動させる、いわゆる
クロスフロー濾過法が汎用されている。

【０００３】静止した膜モジュールのクロスフロー濾過
法としては、被処理液をポンプで圧送して、膜面に沿っ
て所要の流速を与える方法が従来より実用に供されてい
る。流速が膜性能に及ぼす効果は、例えば鹹水や海水の
逆浸透膜による脱塩では、主として塩排除率の改善に顕
著に現れる。また、高分子溶質や懸濁固体を含む果汁、
発酵液等、或いは各種排液等の限外濾過膜や精密濾過膜
による処理では、主として透過流束の改善に顕著に現れ
る。

【０００４】限外濾過法や精密濾過法では膜自身の透過
抵抗よりも境界層の抵抗の方が一般に大きく、一桁以上
の場合も希ではない。この様に大きい境界抵抗をクロス
フローによって低減させるためには、必然的に被処理液
の供給流量は莫大となり、しかもその大部分は膜を透過
せずに膜モジュールから排出されるため、莫大な投入エ
ネルギーの大部分が浪費されることになる。

【０００５】この損失を軽減する方法としては、膜モジ
ュールから排出される被処理液の大部分を、背圧調圧弁
を通して放圧することなく、膜モジュール入口に循環供
給する方法が採られており、この循環液に関しては流動
圧損で失われたエネルギーを補給すればよい。しかし、
この様にしても高流速による圧損は大きく、大量のエネ
ルギー補給を必要とするだけでなく、更に入口圧が膜モ
ジュールの耐圧限度を超えない様に流動長を制限する必
要が生じる場合は、並列化、即ち供給流量の増大による
動力費及び設備費の増大が生じる欠点を有している。

【０００６】この問題を解決する方法として、被処理液
を静止膜面に対し高速で流動させる代りに、膜面或は膜
面に対面する物体、壁面等を運動させることにより、膜
面と被処理液を相対的にクロスフロー状態とする方法が
主に提案されている。

【０００７】平膜を用いた装置及び方法として、例えば
特開昭48− 65179号公報には図３に示すように液体導入
口２と濃縮物排出口３を有する円筒容器１に対して中空
回転軸４と仕切り５を設け、中心に貫通孔を持つ円盤状
膜支持体７の両表面に分離膜８を被覆した膜リーフを膜
リーフ内部９と回転軸中空部10が小孔６で連通する様に
取り付ける膜分離装置、及び回転軸を介して膜リーフを
回転させることにより、膜表面に高い速度勾配を生じさ
せる膜分離方法が開示されている。

【０００８】静止円盤状膜リーフ間に回転する仕切りを
介在させることによっても、被処理液の共廻りによる速
度勾配の減少を防ぎ、膜面剪断速度を高める効果が期待
される。例えば特開昭49− 74175号公報には、膜リーフ
の中心孔は液密に封止され、膜透過液は膜リーフ外周部
から容器外に取り出され、膜リーフ間に設けられた仕切
りが、膜リーフ中心孔を非接触的に貫通する回転軸によ
って回転して被処理液を膜面に平行に流動させる装置を
開示している。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】従来の回転式膜分離装
置は、上述の様に被処理液を高流量で供給する必要がな
い長所を有しているが、一方で図３から明らかな様に、
被処理液が全膜リーフ間を直列に流れるため流路が長く
なり、同じ供給流量であっても各膜リーフ間を並列に流
れる場合に比較して、圧損が格段に大きい。従って、有
効濾過圧を確保するために供給圧力を高くせざるを得
ず、それだけ所要エネルギーが増大する短所を有してい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】膜分離装置への被処理液
の流入、流出量が与えられたとき、流動圧損を最小にす
る方法は各膜リーフと仕切り間の流路がすべて並列とな
る様に被処理液を分配することである。

【００１１】即ち、本考案は、内部に膜透過液流路を有
する平盤状支持体の両面に分離膜を具え、外周部は液密
に封止して成る膜リーフを一定間隔で中空回転軸に貫通
し、該膜リーフの透過液流路と該中空回転軸の中空部と
は回転軸壁の小孔を介して連通し、且つ外部とは液密に
封止されて成る膜エレメントを容器内に回転可能な様に
配し、該膜リーフ間には固定平盤状仕切りを有する回転
式膜分離装置において、各膜リーフに被処理液を並列に
供給し、排出させる構造の供給流路と排出流路とを該容
器に回転軸と平行に且つ回転軸に対して対称で互いに向
かい合う位置に設けてなることを特徴とする回転式膜分
離装置に関する。この様な構成により、被処理液は充分
な流路断面積を有する供給流路によって実質的に無視で
きる低圧損で全膜リーフに運ばれ、各膜リーフで処理さ
れた液は充分な流路断面積を有する排出流路を、実質的
に無視できる極低圧損で通過して排出される。

【００１２】各膜リーフに供給された被処理液のうち、
膜表面を流れないで、膜リーフと容器との間隙を流れる
傍流は、エネルギーの損失となるので、極力抑える必要
がある。このためには、膜リーフと容器との間隙を最小
にすることが必要であり、それには膜リーフが真円形
で、容器内部の横断面も真円形であることが好ましい。
又、仕切りの共廻り防止手段を容器内壁より内側に設け
ることは、上記のエネルギー損失の点からは好ましくな
い。容器自身が環状体を積層して形成する場合は環状体
間に挟持することが可能であるが、コスト高となる。容
器を円筒からつくる場合は、回転軸に略平行に平盤状膜
リーフの外周軌跡よりも外側に溝状に設けた被処理液供
給流路及び／又は排出流路内に共廻り防止手段を設け、
平盤状仕切りの該供給流路及び／又は排出流路に当たる
部分に突出部を設け、この突出部を該共廻り防止手段に
繋留させることにより膜リーフ及び仕切りと容器内壁と
の間隙を最小とすることができる。

【００１３】該供給流路及び／又は排出流路内に設ける
仕切りの共廻り防止手段としては、例えば棒状体を該流
路内に流路に平行に設け、仕切板の突出部を該棒状体に
嵌合し、且つ周囲の滑らかな孔を設けて、該棒状体に通
すことによって目的を達することができる。仕切り同志
の間隔及び仕切りと膜リーフとの間隔はスペーサーを通
すことにより調整し、保持することができる。

【００１４】本考案に用いられる膜リーフとしては、例
えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン
類、ポリビニルクロライド、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリスチレン等のビニル重合体、ポリアミド、ポリ
イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホ
ン、ポリエーテルスルホン等の縮重合体等のプラスチッ
クから成る平盤状成形体の表面または内層に透過液流路
を設けたもの、或はこれら材料から成る平板状成形体に
スクリーンメッシュや不織布等の多孔シートを重ねたも
の、或はプラスチック粒体又は金属粒体焼結板、或はス
クリーンメッシュ、樹脂加工した織布、ブリッスルから
成る織布、及び不織布等の耐圧且つ流体流路をもつ平盤
状のものを膜支持体とし、この膜支持体の両表面にポリ
アクリロニトリル系、ポリスルホン系、ポリアミド系、
ポリオレフィン系等の限外濾過膜又は精密濾過膜、セル
ロースアセテート系、架橋ポリアミド系等の逆浸透膜や
その他の選択透過機能を有する平盤状分離膜を重ね、外
周をポリウレタン系やエポキシ系等の接着剤で封止した
ものを挙げることができる。

【００１５】この様にして作製した膜リーフは、中空回
転軸に嵌合し、その当接表面は弾性Ｏ−リング、スペー
サ、接着剤等で液密に封止する。一方、中空回転軸内空
と支持体の透過液流路とは回転軸壁に設けた小孔によっ
て連通する様にする。又、本考案においては、軽量且つ
可撓性の仕切りが好適に用いられるが、その材料として
は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレ
フィン類、ポリビニルクロライド、ポリビニリデンクロ
ライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデン
フルオライド等のビニル重合体、ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリエステル等の縮合重合体、セルロースエステル
等の有機高分子のフィルムまたはシートを挙げることが
できるが、これらに限定されるものではない。

【００１６】本考案における仕切りは、その中心に回転
軸の外径より太径の穴をもつ同心円形状で、外周には係
合のための突起等を有するものでも、或は円形に限定せ
ず、突起間を曲線又は直線で結ぶ多辺形でもよい。

【００１７】膜リーフと中空回転軸から成る構造体は、
膜リーフを通常百枚以上積層するが、膜エレメント長と
しては１〜３ｍが適当で実用的である。

【００１８】

【実施例】本考案の実施例を図１〜２に示す。図２の左
半分（縦線のハッチング部）は膜リーフ面を示し、右半
分（縦・横線のハッチング部）は仕切り面を示してい
る。図１において、円盤状膜支持体７の両面に分離膜８
を重ね、外周部を接着剤で接合封止した円盤状分離膜リ
ーフが環状スペーサ11を介して一定間隔に重ねられ、中
空回転軸４に嵌合固定されている。円盤状支持体７の両
表面には放射状に溝が設けられており、不織布で裏打ち
した分離膜８との間に形成された透過液流路は中空回転
軸４に設けられた小孔６を介して回転軸中空部10と連通
している。また、膜リーフと中空回転軸４からなる膜エ
レメントは環状スペーサー11によって液密に結合されて
いる。各膜リーフ間には可撓性フィルムシートから打ち
抜いた図２（右半分）に示す両耳付き環状の仕切り５が
予め挿入されており、膜エレメントを円筒容器１に収納
組み立てる際に、孔12を円筒容器の内壁面の軸に平行、
且つ軸に対称の位置に溝状に設けられた被処理液の供給
流路13及び／又は排出流路14内に設けられた共廻り防止
棒15に通すことによって、仕切り５は回転が抑止され、
軸方向への変位は自由の状態で各膜リーフ間に位置す
る。

【００１９】被処理液は円筒容器１の片端部に設けられ
た液体導入口２から被処理液の供給流路13に、実質的に
圧損なしで流入し、回転している膜リーフの表面と回転
していない仕切り５の間を通り、膜透過液を失って被処
理液排出流路14に到り、濃縮物排出口３から流れ出る。

【００２０】中空回転軸４は、軸受け16で支持され、プ
ーリー17を介して駆動ベルト（図示しない）等によりモ
ータで回転される。

【００２１】本実施例では仕切り５は軸方向に変位自由
であるが、仕切り５間にも別途スペーサーを挿入するこ
とで軸方向の位置を共廻り防止棒15の位置で固定するこ
とも可能である。

【００２２】

【考案の効果】本考案は、被処理液を並列供給、排出す
ることにより、流動圧損を大幅に軽減できるものであ
り、その効果は膜リーフ数の略自乗に比例して大きくな
る。

【００２３】即ち、本考案装置と直列に被処理液が供
給、排出される従来装置とを、同一の膜リーフ数で同一
流量の被処理液を流入させる場合について比較すると、
本考案のものは、並列給液により供給流量が各々の膜リ
ーフに分流されるため、流量が膜リーフ１枚毎に全量供
給されていく従来のものに比し、膜リーフ１枚当りの供
給量が少なくなることによる膜リーフ数に略比例する圧
損軽減効果と、流路長さが膜リーフ長さの積層数倍にな
る従来のものに比し、本考案のものは１枚分の膜リーフ
長さですむことによる膜リーフ数に略比例する圧損軽減
効果との重奏効果、及び流路の折れ曲がりが非常に少な
いことによる圧損軽減効果を奏するものである。

【００２４】また、仕切りを供給、排出流路で繋留する
ことによって、膜リーフと容器のクリアランスを小さく
し、コンパクト化できるうえ、さらに仕切り及び／又は
膜リーフを可撓性とすれば、異物によって流路が閉塞し
た場合に一時的に膜リーフ及び／又は仕切りが撓んで流
路を拡張することにより、閉塞物を通過させることが可
能となり、流路閉塞を防止する効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す装置の縦断側面図であ
る。

【図２】本考案の装置の横断面を示した断面図である。

【図３】従来の回転式膜分離装置の縦断側面図である。

【符号の説明】

１ 円筒容器 ２ 液体導入口 ３ 濃縮物排出口 ４ 中空回転軸 ５ 仕切り ６ 小孔 ７ 円盤状膜支持体 ８ 分離膜 ９ 膜リーフ内部 10 回転軸中空部 11 環状スペーサー 12 穴 13 供給流路 14 排出流路 15 共廻り防止棒 16 軸受け 17 プーリー

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に膜透過液流路を有する平盤状支持
   体の両面に分離膜を具え、外周部は液密に封止して成る
   膜リーフを一定間隔で中空回転軸に貫通し、該膜リーフ
   の透過液流路と該中空回転軸の中空部とは回転軸壁の小
   孔を介して連通し、且つ外部とは液密に封止されて成る
   膜エレメントを容器内に回転可能な様に配し、該膜リー
   フ間には固定平盤状仕切りを有する回転式膜分離装置に
   おいて、各膜リーフに被処理液を並列に供給し、排出さ
   せる構造の供給流路と排出流路とを該容器に回転軸と平
   行に且つ回転軸に対して対称で互いに向かい合う位置に
   設けてなることを特徴とする回転式膜分離装置。
2. 【請求項２】 平盤状仕切りが、可撓性で回転軸方向に
   変位可能であることを特徴とする請求項１記載の回転式
   膜分離装置。
3. 【請求項３】 平盤状仕切りの共廻り防止を供給流路及
   び／又は排出流路に設けた繋留手段によって行うことを
   特徴とする請求項１又は２記載の回転式膜分離装置。