JP2883079B1 - 蒸留水処理装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 疎水性膜を使用して汚水を浄化する際に熱エ
ネルギの損失が少ない蒸留水処理装置を提供すること。 【解決手段】 装置ハウジング２と、装置ハウジング１
２内に配設された疎水性膜４および親水性膜６とを備
え、疎水性膜４は装置ハウジング２内に温度の高い汚水
が送給される第１の空間２６を規定し、親水性膜６は装
置ハウジング２内に温度の低い清水が送給される第２の
空間２８を規定するとともに、疎水性膜４と協働して減
圧される第３の空間３０を規定する蒸留水処理装置。第
１の空間２６にて発生した水蒸気が疎水性膜４を通して
第３の空間３０に透過し、第３の空間３０にて凝縮した
水が親水性膜６を通して第２の空間２８に透過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜を利用して汚水
から水蒸気を取出して清水に浄化する蒸留水処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、疎水性膜を利用して汚水を浄
化する蒸留水処理装置が提案されている。この公知の蒸
留水処理装置は、装置ハウジングと、装置ハウジング内
に配設された疎水性膜とを備えている。疎水性膜は、装
置ハウジング内の空間を仕切り、たとえばその片側の第
１の空間と、その他側の第２の空間とを規定する。この
装置においては、第１の空間を通して浄化すべき汚水が
送給され、第２の空間を通して清水が送給される。ま
た、第１の空間を流れる汚水の温度は第２の空間を流れ
る清水の温度より高く設定され、汚水はたとえば６０℃
に、清水はたとえば５℃に設定され、このように温度差
を持たせることによって、第１の空間と第２の空間との
間には水蒸気分圧差が生じる。したがって、水蒸気分圧
の高い第１の空間（汚水側）にて発生した水蒸気が、水
蒸気分圧差を駆動力として疎水性膜を通して水蒸気分圧
の低い第２の空間（清水側）に透過し、第２の空間にて
冷却、凝縮されて清水の一部となり、このようにして汚
水が浄化されて清水となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸留水処理装置
では、上述したように、水蒸気分圧差を利用して浄化す
るために、温度差のある汚水と清水とが疎水性膜を介し
て隔てられている。それ故に、温度の高い汚水から疎水
性膜を介して温度の低い清水に熱が伝達され、汚水を所
望の温度に維持するためには汚水を常時加熱しなければ
ならず、そのための熱エネルギを必要とする問題があ
る。特に、熱エネルギの必要性は、宇宙空間などで用い
る場合に大きな欠点となる。

【０００４】本発明の目的は、汚水から清水への熱伝達
がほとんどなく、汚水を清水に浄化することができる蒸
留水処理装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、装置ハウジン
グと、前記装置ハウジング内に配設された疎水性膜およ
び親水性膜とを備え、前記疎水性膜は前記装置ハウジン
グ内に第１の空間を規定し、前記親水性膜は前記装置ハ
ウジング内に第２の空間を規定するとともに、前記疎水
性膜と協働して第３の空間を規定し、前記第１の空間を
通して汚水が送給され、前記第２の空間を通して清水が
送給され、前記汚水の温度は前記清水の温度より高く設
定されており、また、前記第３の空間は減圧されてお
り、前記第１の空間にて発生した水蒸気が前記疎水性膜
を通して前記第３の空間に透過し、前記第３の空間にて
凝縮した水が前記親水性膜を通して前記第２の空間に透
過することを特徴とする蒸留水処理装置である。

【０００６】本発明に従えば、汚水が送給される第１の
空間にて発生した水蒸気が、減圧された第３の空間との
水蒸気分圧差を駆動力として疎水性膜を通して第３の空
間に透過する。そして、透過した水蒸気は第２の空間を
流れる清水によって冷却、凝縮され、かく凝縮された水
が、第２の空間との水蒸気分圧差を駆動力として親水性
膜を通して清水が送給される第２の空間に透過する。し
たがって、第１の空間と第２の空間との間には減圧され
た第３の空間が存在するので、第１の空間に送給される
温度の高い汚水から第２の空間に送給される温度の低い
清水への熱の伝達がほとんど行われず、汚水から清水へ
の熱伝達を著しく抑えながら汚水を清水に浄化すること
ができる。

【０００７】また本発明は、前記疎水性膜および前記親
水性膜は、前記装置ハウジング内に同心状に配設され、
前記第１の空間、前記第３の空間および前記第２の空間
が、この順序で、半径方向外側から内側に向けて、また
は半径方向内側から外側に向けて配設されていることを
特徴とする。

【０００８】本発明に従えば、疎水性膜および親水性膜
は、装置ハウジング内に同心状に配設されるので、第
１、第３および第２の空間が、この順序で、半径方向外
側から内側に向けて、または内側から外側に向けて配設
される。したがって、装置ハウジングをコンパクトにし
ながら疎水性膜および親水性膜の有効面積を大きくする
ことができ、汚水を効率よく浄化することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、さら
に詳細に説明する。図１は、本発明に従う蒸留水処理装
置の第一の実施形態を簡略的に示す断面図である。

【００１０】図１を参照して、図示の蒸留水処理装置
は、円筒状の装置ハウジング２を備え、この装置ハウジ
ング２の内部空間内に同心状に疎水性膜４および親水性
膜６が配設されている。疎水性膜４は、たとえばＰＴＦ
Ｅ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリプロピレンな
どから形成され、液体は透過しないが、気体は透過する
ことができる。また、親水性膜６は、親水化したＰＴＦ
Ｅ、酢酸セルロースなどから形成され、気体は透過しな
いが、液体は透過することができる。

【００１１】装置ハウジング２は、円筒状の側壁８と、
側壁８の下端部に設けられた円形状の大底壁１０と、側
壁８の上端部に設けられた円筒状の大上壁１２とから構
成され、その内部に円筒状空間を規定する。疎水性膜４
は、装置ハウジング２内の円筒状空間に配設された膜蒸
留モジュール１４に設けられている。膜蒸留モジュール
１４は、装置ハウジング２の大底壁１０の内側に配設さ
れた円形状の中底壁１６と、装置ハウジング２の大上壁
１２の内側に配設された円形状の中上壁１８とを有し、
疎水性膜４は、装置ハウジング２の側壁８の内側にて中
底壁１６と中上壁１８との間にわたって設けられてい
る。親水性膜６は、膜蒸留モジュール１４内の円筒状空
間に配設された凝縮モジュール２０に設けられている。
凝縮モジュール２０は、膜蒸留モジュール１４の中底壁
１６の内側に配設された円形状の小底壁２２と、膜蒸留
モジュール１４の中上壁１８の内側に配設された円形状
の小上壁２４とを有し、親水性膜６は疎水性膜４の内側
にて小底壁２２と小上壁２４との間にわたって設けられ
ている。

【００１２】この実施形態では、装置ハウジング２の側
壁８の内側に疎水性膜４が同心状に配設され、また疎水
性膜４の内側に親水性膜６が同心状に配設されている。
したがって、装置ハウジング２の側壁８と膜蒸留モジュ
ール１４の疎水性膜４との間に環状の第１の空間２６が
規定され、凝縮モジュール２０の親水性膜６の内側に、
円筒状の第２の空間２８が規定され、また、凝縮モジュ
ール２０の親水性膜６と膜蒸留モジュール１４の疎水性
膜４との間に、環状の第３の空間３０が規定され、第
１、第３および第２の空間２６，３０，２８がこの順序
で半径方向外側から内側に向けて形成されている。上述
した形態では疎水性膜４の内側に親水性膜６を配設して
いるが、これとは反対に、疎水性膜４の外側に親水性膜
６を配設するようにしてもよい。かかる場合、疎水性膜
４の内側に第１の空間が規定され、疎水性膜６の外側に
第２の空間が規定され、また疎水性膜４と親水性膜６と
の間に第３の空間が規定され、第１、第３および第２の
空間がこの順序で半径方向内側から外側に向けて形成さ
れる。

【００１３】装置ハウジング２の大底壁１０の外周部に
は、汚水送給管３２が接続され、汚水送給管３２は第１
の空間２６に連通されている。汚水送給管３２は汚水送
給ポンプ３４に接続されている。また、装置ハウジング
２の大上壁１２の外周部には汚水排出管３６が接続さ
れ、汚水排出管３６は第１の空間２６に連通されてい
る。したがって、汚水送給ポンプ３４が作動されると、
浄化すべき汚水は汚水送給管３２から装置ハウジング２
の第１の空間２６に送給され、かく送給された汚水は第
１の空間２６を通して流れ、汚水排出管３６から装置ハ
ウジング２の外へ排出される。

【００１４】凝縮モジュール２０の小底壁２２には、清
水送給管３８が接続され、清水送給管３８は装置ハウジ
ング２の大底壁１０および膜蒸留モジュール１４の中底
壁１６を貫通して、第２の空間２８に連通されている。
清水送給管３８は清水送給ポンプ４０に接続されてい
る。また、凝縮モジュール２０の小上壁２４には、清水
排出管４２が接続され、この清水排出管４２は、装置ハ
ウジング２の大上壁１２および膜蒸留モジュール１４の
中上壁１８を貫通して第２の空間２８に連通されてい
る。したがって、清水送給ポンプ４０が作動されると、
清水は清水送給管３６を通して第２の空間２８に送給さ
れ、かく送給された清水は、第２の空間２８を通して流
れ、清水排出管４２から外部に排出される。第２の空間
２８を流れる清水の温度は第１の空間２６を流れる汚水
の温度よりも低く設定される。

【００１５】膜蒸留モジュール１４の中底壁１６の外周
部には減圧管４４が接続され、この減圧管４４は、装置
ハウジング２の大底壁１０を貫通して第３の空間３０に
連通されている。減圧管４４には開閉弁４８が設けら
れ、この開閉弁４８を介して宇宙空間の如き減圧源４６
に接続されている。したがって、開閉弁４８を開放する
と第３の空間３０内が減圧され、第３の空間３０は所定
の減圧状態に保持される。

【００１６】次に、上述した第１の実施形態の蒸留水処
理装置の作用について説明する。浄化すべき汚水は、汚
水送給管３２を通して装置ハウジング２の第１の空間２
６に送給される。この第１の空間２６はたとえば大気圧
に保持され、また第１の空間２６に送給される汚水の温
度は、たとえば６０℃に設定され、これによって第１の
空間２６の水蒸気分圧は１５０ｍｍＨｇに保持される。
一方、第３の空間３０は、減圧管４４を介して減圧源４
６、たとえば宇宙空間に開閉弁４８を介して連通され、
したがってこの第３の空間３０は減圧状態、たとえば３
０ｍｍＨｇに保持され、この空間３０を満たす気体は水
蒸気のみであるため、水蒸気分圧は３０ｍｍＨｇとな
る。第１および第３の空間２６，３０がこのように保持
されるので、第１の空間２６内にて疎水性膜４付近を流
れる汚水は、疎水性膜４を介して減圧され、これによっ
てその沸点が下がり、疎水性膜４の表面またはその近傍
にて水蒸気が発生する。このように水蒸気が生成される
と、第１および第３の空間２６，３０間にて水蒸気分圧
が存在するので第１の空間２６（水蒸気分圧が高い空
間）にて発生した水蒸気が、水蒸気分圧差による駆動力
でもって疎水性膜４を通して第３の空間３０（水蒸気分
圧が低い空間）に透過する。このように水蒸気が透過す
ると、第３の空間３０内の水蒸気は飽和状態となり、飽
和状態になると、水蒸気の上述した透過は終了する。

【００１７】また、第２の空間２８には、予め浄化され
た清水が、清水送給管３８を通して送給される。この第
２の空間２８もたとえば大気圧に保持され、第２の空間
２８に送給される清水の温度は、たとえば５℃に設定さ
れ、これによって第２の空間２８の水蒸気分圧は６〜７
ｍｍＨｇに保持される。一方、第３の空間３０内は、第
１の空間２６からの水蒸気が透過されるので、その温度
はたとえば６０℃に保持される。第２および第３の空間
２８，３０が上述したように保持されるので、第２の空
間２８を流れる清水によって親水性膜６が冷却され、こ
れによって親水性膜６の表面またはその近傍に位置する
飽和状態にある水蒸気が冷却される。かく冷却される
と、第３の空間３０内の水蒸気は親水性膜６の表面また
はその近傍において凝縮し、凝縮した水は、第３および
第２の空間３０，２８間に存在する水蒸気分圧差でもっ
て親水性膜６を通して第２の空間２８に透過し、第２の
空間２８を流れる清水の一部となる。かくして、汚水
は、疎水性膜４および親水性膜６によって浄化され、浄
化された水は第２の空間２８を流れる清水とともに清水
排出管４２から装置ハウジング２の外に排出される。

【００１８】上述した蒸留水処理装置は、次のとおりの
特徴を有する。汚水が流通する第１の空間２６と、温度
の低い清水が流通する第２の空間２８との間に、減圧さ
れた第３の空間３０が介在されている。それ故に、第１
の空間２６から第２の空間２８への熱の伝達が少なく、
汚水をほとんど加熱することなく水蒸気分圧差を利用し
て汚水を清水に浄化することができる。また、疎水性膜
４および親水性膜６を装置ハウジング２内に同心状に配
設しているので、疎水性膜４の有効面積（水蒸気が透過
する部分の面積）および親水性膜６の有効面積（水が透
過する部分の面積）を比較的大きくすることができ、汚
水を効率よく浄化することができる。また、このように
構成することによって、装置全体を小形化することもで
きる。

【００１９】上述した実施形態においては、装置ハウジ
ング２、疎水性膜４および親水性膜６は円筒状に形成さ
れているが、これに代えて、四角筒状、六角筒状などの
多角筒状に形成することもできる。

【００２０】図２は、本発明に従う蒸留水処理装置の第
２の実施形態を簡略的に示す断面図である。この第２の
実施形態においては、装置ハウジング内の片端側から他
端側に向けて第１、第３および第２の空間がこの順序で
設けられている。

【００２１】図２を参照して、図示の蒸留水処理装置
は、円筒状の装置ハウジング１０２を備え、装置ハウジ
ング１０２は、円筒状の側壁１０４と、側壁１０４の下
端部に設けられた円形状の底壁１０６と、側壁１０４の
上端部に設けられた円形状の上壁１０８から構成され、
内部に円筒状空間を規定している。装置ハウジング１０
２内の上部には、円形状の疎水性膜１１０が配設され、
疎水性膜１１０の周縁部は装置ハウジング１０２の側壁
１０４に取付けられている。また、装置ハウジング１０
２内の下部には、親水性膜１１２が疎水性膜１１０と間
隔をおいて配設され、その周縁部は側壁１０４に取付け
られている。

【００２２】図２に示すとおり、疎水性膜１１０は、装
置ハウジング１０２の上壁１０８との間に第１の空間１
１４を規定し、親水性膜１１２は装置ハウジング１０２
の底壁１０６との間に第２の空間１１６を規定し、装置
ハウジング１０２内の中間部、すなわち疎水性膜１１０
と親水性膜１１２との間には第３の空間１１８が規定さ
れる。

【００２３】装置ハウジング１０２の側壁１０４の上部
には汚水送給管１２０および汚水排出管１２４が接続さ
れ、汚水送給ポンプ１２２の作用によって汚水送給管１
２０を通して浄化すべき汚水が第１の空間１１４に送給
され、第１の空間１１４を通して流れた汚水は、汚水排
出管１２４から装置ハウジング１０２の外へ排出され
る。

【００２４】装置ハウジング１０２の側壁１０４の下部
には清水送給管１２６および清水排出管１３０が接続さ
れ、清水送給ポンプ１２８の作用によって清水送給管１
２６を通して清水が第２の空間１１６に送給され、第２
の空間を通して流れた清水は、清水排出管１３０から装
置ハウジング１０２の外部に排出される。

【００２５】装置ハウジング１０２の側壁１０４の中間
部には減圧管１３２が接続され、この減圧管１３２は開
閉弁１３６を介して減圧源１３４に接続されており、こ
れによって、第３の空間１１８は所定の減圧状態に保持
される。

【００２６】第２の実施形態の蒸留水処理装置において
も第１の実施形態と同様にして汚水を浄化することがで
き、その作用を概説すると次のとおりである。浄化すべ
き汚水は、汚水送給管１２０を通して装置ハウジング１
０２の第１の空間１１４に送給される。第１の実施形態
と同様に、第１の空間１１４はたとえば大気圧に保持さ
れ、汚水の温度は、たとえば６０℃に設定され、これに
よって、第１の空間１１４の水蒸気分圧は７６０ｍｍＨ
ｇに保持される。一方、第３の空間１１８は減圧状態
に、３０ｍｍＨｇに保持され、この空間１１８を満たす
気体は水蒸気のみであるため、水蒸気分圧は３０ｍｍＨ
ｇとなる。第１および第３の空間１１４，１１８をこの
ように保持すると、第１の空間１１４にて疎水性膜１１
０付近を流れる汚水は、疎水性膜１１０を介して減圧さ
れて沸騰し、疎水性膜１１０の表面またはその近傍にて
水蒸気が生成される。このように水蒸気が発生すると、
発生した水蒸気は水蒸気分圧差によって疎水性膜１１０
を通して第３の空間１１８に透過する。

【００２７】第２の空間１１６には、清水が清水送給管
１２６を通して送給される。第２の空間１１６は、第１
の実施形態と同様に大気圧に保持され、送給される清水
の温度はたとえば５℃に設定され、これによって、第２
の空間１１６の水蒸気分圧は６〜７ｍｍＨｇに保持され
る。このように第２の空間１１６を保持するので、第３
の空間１１８にて親水性膜１１２の表面またはその近傍
に存在する飽和状態の水蒸気が親水性膜１１２を介して
冷却されて凝縮する。そして、凝縮した水は、第２およ
び第３の空間１１６，１１８の水蒸気分圧差によって第
３の空間１１８から親水性膜６を通して第２の空間１１
６に透過し、第２の空間１１６を流れる清水とともに清
水排出管１３０から装置ハウジング１０２の外に排出さ
れる。

【００２８】このように、第２の実施形態においても汚
水を所要のとおりに浄化することができる。また第１の
空間１１４と第２の空間１１６との間に第３の空間１１
８が介在されるので、汚水が流れる第１の空間１１４か
ら清水が流れる第２の空間１１６への熱の伝達も著しく
少なくすることができる。

【００２９】なお、上述した実施形態における汚水とは
たとえば生活排水、尿などであり、また清水とはたとえ
ば飲水の原料水であり、この蒸留水処理装置は生活排水
などから飲水を得る装置として用いることができる。

【００３０】以上、本発明に従う蒸留水処理装置の種々
の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形
態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱する
ことなく種々の変形、修正が可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明の請求項１の蒸留水処理装置によ
れば、汚水が送給される第１の空間にて発生した水蒸気
が、減圧された第３の空間との水蒸気分圧差を駆動力と
して疎水性膜を通して第３の空間に透過する。そして、
透過した水蒸気は第２の空間を流れる清水によって冷
却、凝縮され、かく凝縮された水が、第２の空間との水
蒸気分圧差を駆動力として親水性膜を通して清水が送給
される第２の空間に透過する。したがって、第１の空間
と第２の空間との間には減圧された第３の空間が存在す
るので、第１の空間に送給される温度の高い汚水から第
２の空間に送給される温度の低い清水への熱の伝達がほ
とんど行われず、汚水から清水への熱伝達を著しく抑え
ながら汚水を清水に浄化することができる。

【００３２】本発明の請求項２の蒸留水処理装置によれ
ば、疎水性膜および親水性膜は、装置ハウジング内に同
心状に配設されるので、第１、第３および第２の空間
が、この順序で、半径方向外側から内側に向けて、また
は内側から外側に向けて配設される。したがって、装置
ハウジングをコンパクトにしながら疎水性膜および親水
性膜の有効面積を大きくすることができ、汚水を効率よ
く浄化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う蒸留水処理装置の第１の実施形態
を簡略的に示す断面図である。

【図２】本発明に従う蒸留水処理装置の第２の実施形態
を簡略的に示す断面図である。

【符号の説明】

２，１０２ 装置ハウジング ４，１１０ 疎水性膜 ６，１１２ 親水性膜 ２６，１１４ 第１の空間 ２８，１１６ 第２の空間 ３０，１１８ 第３の空間 ３２，１２０ 汚水送給管 ３６，１２４ 汚水排出管 ３８，１２６ 清水送給管路 ４２，１３０ 清水排出管 ４４，１３２ 減圧管 ４８，１３６ 減圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−176404（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−224006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−262786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−227492（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01D 61/36 B01D 53/22 C02F 1/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置ハウジングと、前記装置ハウジング
   内に配設された疎水性膜および親水性膜とを備え、前記
   疎水性膜は前記装置ハウジング内に第１の空間を規定
   し、前記親水性膜は前記装置ハウジング内に第２の空間
   を規定するとともに、前記疎水性膜と協働して第３の空
   間を規定し、 前記第１の空間を通して汚水が送給され、前記第２の空
   間を通して清水が送給され、前記汚水の温度は前記清水
   の温度より高く設定されており、 また、前記第３の空間は減圧されており、 前記第１の空間にて発生した水蒸気が前記疎水性膜を通
   して前記第３の空間に透過し、前記第３の空間にて凝縮
   した水が前記親水性膜を通して前記第２の空間に透過す
   ることを特徴とする蒸留水処理装置。
2. 【請求項２】 前記疎水性膜および前記親水性膜は、前
   記装置ハウジング内に同心状に配設され、前記第１の空
   間、前記第３の空間および前記第２の空間が、この順序
   で、半径方向外側から内側に向けて、または半径方向内
   側から外側に向けて配設されていることを特徴とする請
   求項１記載の蒸留水処理装置。