JP2526398Y2 - 回転式平膜分離装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、多数積層された平盤状
膜リーフからなる膜リーフエレメントと、膜リーフ間に
交互に挾まれた多数の平盤状仕切からなる平盤状仕切エ
レメントとが、相対的に回転可能な構造を有する回転式
平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】従来より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
著に表われる。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
表われる。

【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、並列化すなわち、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、膜面或いは
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６に示す様に液体
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５を設け、両表面に分離膜８を被覆
した円盤状膜リーフ９の中心を中空回転軸４で貫通し、
該膜リーフ内部７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を介
在させることによっても、被処理液の共回りによる速度
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
た仕切が、膜リーフ中心孔を非接触的に貫通する回転軸
に固定され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】従来の回転式平膜分離
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６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、周縁部は液密に封
止されてなる膜リーフが相互に間隔を保って多数積層さ
れて一体をなし、多数の膜リーフからの透過液を排出す
る流出部を持つ膜リーフエレメントと、膜リーフと交互
に間隔を保って挟まれて多数積層される平盤状仕切が、
該膜リーフエレメントとは別体として一体をなす平盤状
仕切エレメントとを相対的に回転可能に配するととも
に、膜リーフエレメントは中心部を回転軸で貫通されて
なり、該回転軸を膜リーフからの透過液が排出される流
出部である中空軸となし、膜リーフの透過液流路と該中
空軸の中空部とは中空軸壁の小孔を介して連通し、かつ
外部とは液密に封止してなる回転式平膜分離装置におい
て、膜リーフ群の回転軸に近い部分にそれぞれ通液孔が
設けられてなることを特徴とする回転式平膜分離装置で
ある。

【００１２】本考案の構成によれば、被処理液を該通液
孔を通して各膜リーフに低圧損で並列供給し、膜リーフ
と仕切あるいは２組の膜リーフの間の相対回転運動によ
って生ずる遠心力に促進されて、膜処理を施しながら膜
リーフの外周部へ運び、仕切または第２の膜リーフの外
周部及び／または周外に設けた通液路を通して低圧損で
排出することができる。

【００１３】さらなる本考案の利点は各膜リーフへの並
列給液路を、相対回転運動の回転中心近くに設けること
によって、被処理液の供給と排出が遠心力によって促進
されることである。

【００１４】膜エレメントがコンパクトな耐圧容器に収
納されず、膜エレメントに比して充分に大容量で且つ容
積変動の僅少な被処理液中に直接浸漬している場合は、
各膜リーフへの供給・排出には特に障碍はない様に見え
る。しかし、外部動力で被処理液を強制的に供給・排出
しない場合は膜エレメント内の被処理液と外部の被処理
液との交流部は膜リーフの外周部のみであるから、膜表
面に膜の法線方向に発生する通常言うところの濃度分極
の他に膜リーフの半径方向にも濃度分極が発生する。相
対的回転運動は前者の軽減には有効だが後者に対しては
殆んど効果が期待できない。濃度分極軽減に働く力とし
ては、半径方向の濃度勾配を駆動力とする拡散しかな
く、半径方向の流動がある場合に比較して、濃度分極に
よる膜性能低下の度合いは大きく、膜リーフ径が大きく
なる程著るしくなる。

【００１５】これに対し、本考案による膜エレメントで
は中空軸近傍に膜リーフを中空軸に略平行に貫通して設
けた通液孔が遠心力による被処理液の吸入口として作用
するので、膜リーフ周方向の流動と同時に半径方向の流
動も発生させ、半径方向の濃度分極軽減に有効に働くこ
とが期待される。

【００１６】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又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盤状成形体にス
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。

【００１７】ここで、本考案では、ある軸を中心として
回りが回転する場合であって、その軸が実際には回転し
ない固定軸であっても、相対的にみれば軸が回転してい
るとも見做せるので、それも回転軸と称する。

【００１８】この様にして作製した膜リーフは、中空の
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。

【００１９】又、本考案においては、軽量且つ可撓性の
仕切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。

【００２０】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。

【００２１】膜リーフと中空回転軸からなる膜エレメン
トは、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。

【００２２】

【実施例】以下、本考案を実施例により更に詳しく説明
するが、本考案はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

【００２３】実施例１ 本考案の実施例１を図１〜２に示す。図１は本考案にな
る一実施例を示す縦断面図である。図２は、その横断面
図である。図２の外周部は円筒容器１を示し、内部の円
形部の左半分は膜リーフ面を示し、右半分は仕切り面を
示している。

【００２４】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９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を介して回転軸の
中空部１０と連通している。また、膜リーフ９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９間には可撓性
フィルムシートから打ち抜いた仕切５が挿入されてお
り、リング状の単位を重ねて形成した円筒容器１のリン
グ間に挿んで固定することによって、回転が抑止され
る。

【００２５】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から各膜リーフ９の内周部に設けた通液
孔１２を被処理液の供給流路として各膜リーフ９に低い
圧損で流入し、回転している膜リーフの表面と回転して
いない仕切５の間を通り、膜透過液を失って仕切５の外
周部に設けた通液孔１３を被処理液排出流路として、濃
縮物排出口３に到り容器外へ流れ出る。

【００２６】中空回転軸４は、軸受け１４で支持され、
プーリー１５を介して駆動ベルト（図示せず）等により
モータで回転される。

【００２７】実施例２ 実施例１におけるリング状の単位を重ねて形成した円筒
容器の代りに、円筒容器として一体の円筒を用いた。こ
の装置の横断面を図３示す。図３の外周部は円筒容器１
を示し、内部の円形部の左半分は膜リーフ面を示し、右
半分は仕切面を示している。

【００２８】仕切５の外径を円筒容器１の内径より小さ
くし、外周部に突出部（耳）１７を複数個設けている。
被処理液は、膜リーフ９の内周部に設けた通液孔１２を
通じて膜リーフ９に供給され、膜処理を受けながら遠心
力の促進をうけて外周部に達し、間隙１６を通って他端
の濃縮液排出口３から容器外に排出される。仕切５の共
回りは仕切５の外周部に有する突出部１７に孔を穿ち共
回り防止棒１８を貫通し、円筒容器１の上下壁両端部に
固定して防止する。

【００２９】実施例３ 膜エレメントを固定し、仕切５を回転させる実施例を図
４に示す。膜リーフおよび仕切としては、図３と同様の
ものを用いた。

【００３０】図４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９が環状スペーサ１１を介して一定間隔に
重ねられ、中空軸４１に嵌合固定されている。

【００３１】円盤状支持体７はスクリーンメッシュから
切り出したもので、不織布で裏打ちした分離膜８の透過
液流路を形成し、中空軸４１に設けられた小孔６を介し
て軸中空部１０と連通している。また、膜リーフ９と中
空軸４１からなる膜エレメント９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３の右半分に示す耳
付き環状の仕切５が配置されており、膜リーフ外側の外
枠２１に固定される。外枠２１は中空軸４１と軸受１４
を介して回転可能に配されており、上下車輪１９とこれ
らのの外周部を中空軸４１と平行に連結する複数の仕切
係合棒２０とからなる。仕切５の耳部１７に設けた穴を
貫通することによって、プーリー１５と駆動ベルト（図
示せず）を介して外部動力（図示せず）によって回転す
る外枠の回転運動を仕切５に伝達する。

【００３２】被処理液は仕切５の回転によって発生する
遠心力に促進されて、上下両車輪１９の車軸間あるいは
軸受１４近傍に設けた孔（図示せず）を通って仕切５の
内周と環状スペーサー１１との間隙と膜リーフ９内周部
に設けた通液孔１２を通って各膜リーフに供給され、膜
リーフと仕切の間隙を膜透過水を失いながら外周に到り
放出される。

【００３３】通液孔１２の効果を実証する目的で線径
０．３２mm，目開き０．９５mmのスクリーン・メッシュ
から外径１３０mm，内径２０mmの円盤状膜支持体７を切
り出し、その両面にアクリロニトリル系限外濾過膜ＤＵ
Ｙ−Ｌ（ダイセル化学工業株式会社製）８を活性層を外
側に向けて重ね合わせ、外周部を接着剤で封止して膜リ
ーフ９−１を作製した。膜リーフ９−１にはＯ−リング
を有する環状スペーサー１１の外周から５mm外側に直径
１０mmの通液孔１２を４個設け、周囲を接着剤で封止し
た。比較例のために、通液孔１２を設けない以外は全く
同様にして膜リーフ９−２を作製した。仕切５は厚さ
０．３mmのポリエチレン・フィルムから外径１３０mm，
内径４５mmで９０°毎に４個所外方に突出した耳をもつ
フィルムを切り出した。膜リーフ９−１を用いた製造と
膜リーフ９−２を用いた装置は膜リーフ以外は同一の部
品を用いて同一寸法に組み立てた。

【００３４】この様に構成した回転式平膜分離装置１０
１を卵白アルブミン（和光純薬工業株式会社製）１５ｇ
と水溶性澱粉（和光純薬工業株式会社製）３７ｇを３０
リットルの燐酸緩衝液（pH６．７）に溶解した溶液に浸
漬し、図５に示す様に中空軸４１の上端をバルブ１０
２、透過液量計量トラップ１０３，圧力計１０４，三方
弁１０５を介して減圧ライン１０６に接続し、透過側を
０．８kg／cm² の負圧にして膜分離実験を行った。その
結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１の結果から通液孔１２の効果は明らか
である。この効果は膜リーフ外径が大きくなる程大きく
なることが期待される。即ち通液孔のない場合は、半径
方向の濃度分極を軽減する駆動力は濃度勾配のみで、半
径に逆比例するのに対し、遠心力は半径に自乗して大き
くなるからである。

【００３７】

【考案の効果】本考案によれば、一組の平盤状の膜リー
フと一組の仕切または膜リーフが交互に間隔を保って積
層され、膜リーフと仕切または第２の組の膜リーフとが
相対的に回転可能な回転式平膜分離装置において、少く
とも回転中心に位置する軸に固定された膜リーフに、好
ましくは軸に略平行に連通する様に通液孔を設けること
によって、被処理液を回転によって発生する遠心力で促
進して膜リーフの内周部に供給し、膜面を外周部へ運び
装置外へ排出することができ、この作用によって、被処
理液を外部動力によって強制的に供給・排出しなくと
も、膜性能を充分発揮させることができる回転式平膜分
離装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す実施例１の装置の縦断
面図である。

【図２】本考案の実施例１の装置の横断面を示す断面図
である。

【図３】本考案の実施例２の装置の横断面を示す断面図
である。

【図４】本考案の他の一実施例である実施例３の装置を
示す縦断面図である。

【図５】本考案の回転式平膜分離装置の性能測定に用い
た装置を示す概略図である。

【図６】従来の回転式平膜分離装置の縦断面図である。

【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 １０ 回転軸中空部 １１ 環状スペーサー １２ 通液孔 １３ 通液孔 １４ 軸受け １５ プーリー １６ 間隙 １７ 突出部（耳） １８ 共廻り防止棒 １９ 外枠車輪部 ２０ 仕切係合棒 ２１ 外枠 ４１ 中空軸 １０１ 回転式平膜分離装置 １０２ バルブ １０３ 透過液量計量トラップ １０４ 圧力計 １０５ 三方弁 １０６ 減圧ライン

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に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、周縁部は液密に封止されてなる
   膜リーフが相互に間隔を保って多数積層されて一体をな
   し、多数の膜リーフからの透過液を排出する流出部を持
   つ膜リーフエレメントと、膜リーフと交互に間隔を保っ
   て挟まれて多数積層される平盤状仕切が、該膜リーフエ
   レメントとは別体として一体をなす平盤状仕切エレメン
   トとを相対的に回転可能に配するとともに、膜リーフエ
   レメントは中心部を回転軸で貫通されてなり、該回転軸
   を膜リーフからの透過液が排出される流出部である中空
   軸となし、膜リーフの透過液流路と該中空軸の中空部と
   は中空軸壁の小孔を介して連通し、かつ外部とは液密に
   封止してなる回転式平膜分離装置において、膜リーフ群
   の回転軸に近い部分にそれぞれ通液孔が設けられてなる
   ことを特徴とする回転式平膜分離装置。
2. 【請求項２】 回転軸に近い部分に設けられてなるそれ
   ぞれの通液孔が、回転軸と略平行に連通されてなること
   を特徴とする請求項１記載の回転式平膜分離装置。