JP3371788B2 - スパイラル型膜モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密濾過装置、限
外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に用い
られるスパイラル型膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】膜分離装置に用いられる膜モジュールと
して、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜
モジュールがある。

【０００３】図５は従来のスパイラル型膜モジュールの
構造を示す一部分解斜視図である。

【０００４】集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２が
メッシュスペーサ３を介して巻回されている。

【０００５】集水管１には管内外を連通するスリット状
開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、
その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜
２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿
入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透
過水流路となっている。

【０００６】袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング
６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブライン
シール８が周設されている。

【０００７】原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同
士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方
向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出す
る。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過して
その内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後
端側からモジュール外に取り出される。

【０００８】このようなスパイラル型膜モジュールの膜
の素材の一つとしてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチ
レン）等のフッ素樹脂がある。フッ素樹脂膜は、ポリエ
ステルなどの他の膜素材に比べ耐薬品性が高く、塩素や
過酸化水素などを含有する原水の処理も可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このフッ素
樹脂膜は疎水性であり、透過水量が少ないという短所が
あった。本発明は、透過水量の多いフッ素樹脂膜を有し
たスパイラル型膜モジュールを提供することを第１の目
的とする。

【００１０】また、図５に示す従来のスパイラル型膜モ
ジュールには、次のような解決すべき課題があった。

【００１１】 集水管１内の透過水流量を多くするた
めには該集水管１を大径化する必要があるが、そのよう
にするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなって
しまう。 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内
をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、
袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内か
ら集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵
抗も大きい。 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減
少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）
このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、
汚れが付着し易くなる。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点を解決し、集
水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル
型膜モジュールとして、袋状膜をシャフトに巻回して巻
回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過
水が巻回体の他端面から取り出されるようにしたスパイ
ラル型膜モジュールを提供することを第２の目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のスパイラル型膜
モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置さ
れ、袋状膜同士の間に原水流路材を介在させて該袋状膜
が巻回されて巻回体とされ、袋状膜の内部が透過水流路
となっていると共に、該巻回体の袋状膜同士の間が原水
流路となっているスパイラル型膜モジュールにおいて、
該袋状膜は親水化処理されたフッ素樹脂膜よりなり、該
袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方
形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該
第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となって
おり、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフト
に当てて袋状膜が巻回されて巻回体とされ、該巻回体に
あっては、前記第４の辺部が該巻回体の後端面に臨み、
該第４の辺部に対向する第２の辺部が該巻回体の前端面
に臨み、前記第３の辺部が該巻回体の外周面に臨んでお
り、該巻回体の外周面にあっては、各袋状膜同士の間の
原水流路が封じられており、該巻回体の後端面にあって
は、原水流路のうち前記袋状膜の開放部と重なる箇所が
閉鎖されており、且つ、該巻回体の後端面にあっては、
原水流路のうち前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放
し、この開放した箇所が濃縮水流出部となっていること
を特徴とするものである。

【００１４】かかるスパイラル型膜モジュールにあって
は、フッ素樹脂膜を親水化処理してあるため、透過水量
が多い。また、膜素材がフッ素樹脂であるため耐薬品性
も良好である。

【００１５】なお、このフッ素樹脂膜の親水化処理とし
ては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に浸漬するＩ
ＰＡ処理や、ドデシル硫酸ナトリウム等の界面活性剤処
理、膜の原水側に例えば６ｋｇ／ｃｍ²以上の高圧水を
供給してメカノケミカル的に膜表面を親水化する処理な
どが例示される。なお、界面活性剤の溶液の濃度は０．
０１〜０．０５％程度が好ましい。ＩＰＡ処理の場合、
純ＩＰＡを用いても良く、ＩＰＡ濃度５０％以上のＩＰ
Ａ水溶液を用いても良い。ＩＰＡ又は界面活性剤溶液に
浸漬する時間は０．１ｍｉｎ以上程度であれば良い。

【００１６】高圧水を膜面に接触させる親水化処理の場
合、接触時間は０．１ｍｉｎ以上程度であれば良い。

【００１７】

【００１８】本発明のスパイラル型膜モジュールにおい
ては、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。
この原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流
れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水と
して流出する。

【００１９】袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体
軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開
放部から流出する。

【００２０】このように、透過水が袋状膜内を巻回体の
軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜
モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そし
て、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が
無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。

【００２１】なお、集水管を無くしているため、その分
だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回
方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００２２】また、巻回体の後端面の一部においてのみ
原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の
下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めること
ができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止でき
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して発明の実施の
形態について説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形
態に係るスパイラル型膜モジュールの袋状膜及び該袋状
膜が巻き付けられるシャフトの斜視図である。図１
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−
Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフトの周りに袋状
膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は巻回体とソケ
ットとの係合関係を示す斜視図、図４はスパイラル型膜
モジュールの側面図である。

【００２４】この袋状膜の膜素材はＰＴＦＥ等のフッ素
樹脂であり、表面が親水化処理されている。

【００２５】図１に示すように、この袋状膜１０は、正
方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２
の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有し
ている。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺
部１３において分離膜フィルム同士が接着剤等によって
接着され、第４の辺部１４については一部だけを接着し
ている。

【００２６】第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３
にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されて
おらず、透過水流出用の開放部３０となっている。ま
た、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１に
かけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着され
ており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となってい
る。

【００２７】この袋状膜１０内に透過水流路材（例えば
メッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されて
いる。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルム
を第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の辺部１
１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着す
るようにしたものであっても良い。

【００２８】この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１
６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が
付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き
付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着
され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されて
いる。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途
中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開
放部３０に沿って付着されている。

【００２９】複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲
に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士
は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合され
る。これにより、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃
縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬
化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水
（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水
流出阻止用の閉鎖部が形成される。

【００３０】第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放
部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分か
ら、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されてい
る。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシ
ートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合され
るのが好ましい。

【００３１】袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の
如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き
付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成
される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が
延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一
箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９
は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１
９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出
部を形成することになる。このリング状の突出部内に円
筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５と
フィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット
２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１
９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付
け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても
良い。

【００３２】このようにソケット２５とフィン１９とを
接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透
過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域
とが区画される。

【００３３】なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに
巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０
同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在
させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させ
ることにより、原水流路が構成される。

【００３４】図４に示すように、巻回体２４の前縁及び
後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７
を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６
の外周にブラインシール２８を周設する。

【００３５】このように構成されたスパイラル型膜モジ
ュールにおいては、図４に示すように、巻回体２４の前
端面から原水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流入す
る。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原
水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側
の端面から取り出される。そして、このように原水が原
水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過
水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側か
ら流出する。

【００３６】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、膜１０が親水化フッ素樹脂膜であるため、耐薬品性
に優れ、しかも透過水量が多い。

【００３７】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行
方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパ
イラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要で
ある。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流
通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくな
る。

【００３８】なお、集水管を省略しており、その分だけ
袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方
向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００３９】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設
けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成と
しているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮
水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域
における汚れの付着を防止することができる。なお、ソ
ケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺
部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュール
の水回収率に応じて決めるのが好ましい。

【００４０】また、このスパイラル型膜モジュールにあ
っては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４
に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強
度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流
入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。

【００４１】このスパイラル型膜モジュールの逆洗を行
うときには、例えばスパイラル型膜モジュールの袋状膜
１０内の透過水流路に気体圧をかける。そうすると、袋
状膜１０内の残存透過水が袋状膜１０同士の間の原水流
路に流れ込み、まず水逆洗が行われる。気体供給を継続
する（連続的又は断続的に気体を供給する。）と、残存
透過水量が減少し、気液混合状態となって透過水及び気
体が逆流し、気液混合逆洗が行われる。残存透過水が実
質的に無くなると、気体のみが逆流し、気体逆洗が行わ
れる。

【００４２】上記実施の形態においては、ソケット２５
の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側
に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の
内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮
水流出部とするように構成しても良い。

【００４３】

【実施例】以下、実施例及び比較例について説明する。

【００４４】［実施例１］図１〜４に示す構成のスパイ
ラル型膜モジュールにおいて、膜を親水化ＰＴＦＥ製の
ものとした。この親水化処理は、膜を常温のＩＰＡに３
０分間浸漬することにより行った。

【００４５】この膜モジュールの膜面積は０．８７
ｍ²、膜モジュールの直径は１０ｃｍ、長さは４０ｃｍ
である。

【００４６】原水として市水を圧力０．４ｋｇ／ｃｍ²
にて２０ｍ³／ｍ²／ｄａｙにて通水した。

【００４７】その結果、平均の透過水量（フラックス）
は２０ｍ³／ｍ²／ｄａｙであった。

【００４８】［比較例１］膜を親水化処理していないＰ
ＴＦＥとしたこと以外は実施例１と同様にして原水を通
水した。その結果、フラックスは０．１ｍ³／ｍ²／ｄａ
ｙ以下と低いものであった。

【００４９】［実施例２］膜として、界面活性剤による
親水化処理（具体的には、膜をドデシル硫酸ナトリウム
に３０分間浸漬することにより行った。）したＰＴＦＥ
膜を用いたほかは実施例１と同様にして原水を通水した
ところ、フラックスは２０ｍ³／ｍ²／ｄａｙであった。

【００５０】

【発明の効果】以上の実施例及び比較例からも明らかな
通り、本発明のスパイラル型膜モジュールは、膜として
親水化フッ素樹脂膜を用いており、耐薬品性に優れると
共に透過水量も多い。また、本発明のスパイラル型膜モ
ジュールは、集水管が不要であり、透過水の流通抵抗が
小さく、また膜面積を大きくとることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係るスパイラル型膜モ
ジュールの袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−
Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿
う断面図である。

【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻
き付け方法を示す断面図である。

【図３】図１の膜モジュールの巻回体とソケットとの係
合関係を示す斜視図である。

【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図であ
る。

【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す
一部分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ 袋状膜 １１ 第１の辺部 １２ 第２の辺部 １３ 第３の辺部 １４ 第４の辺部 １５ 流路材 １６，１７，１８ 接着剤 １９ フィン ２０ シャフト ２４ 巻回体 ２５ ソケット ２９ メッシュスペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 袋状膜の内部に透過水流路材が配置さ
   れ、袋状膜同士の間に原水流路材を介在させて該袋状膜
   が巻回されて巻回体とされ、 袋状膜の内部が透過水流路となっていると共に、該巻回
   体の袋状膜同士の間が原水流路となっている スパイラル
   型膜モジュールにおいて、 該袋状膜は親水化処理されたフッ素樹脂膜よりなり、 該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略
   方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、
   該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっ
   ており、 前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当て
   て袋状膜が巻回されて巻回体とされ、該巻回体にあって
   は、前記第４の辺部が該巻回体の後端面に臨み、該第４
   の辺部に対向する第２の辺部が該巻回体の前端面に臨
   み、前記第３の辺部が該巻回体の外周面に臨んでおり、 該巻回体の外周面にあっては、各袋状膜同士の間の原水
   流路が封じられており、 該巻回体の後端面にあっては、原水流路のうち前記袋状
   膜の開放部と重なる箇所が閉鎖されており、 且つ、該巻回体の後端面にあっては、原水流路のうち前
   記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放し、この開放した
   箇所が濃縮水流出部となっている ことを特徴とするスパ
   イラル型膜モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記袋状膜の前記開
   放部は前記巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置さ
   れ、前記濃縮水流出部は前記巻回体の後端面の内周側又
   は外周側に配置されており、 該袋状膜の開放部から流出する透過水と該濃縮水流出部
   から流出する濃縮水とを離隔させるための円筒状のソケ
   ットが該巻回体の後端面に接続されている ことを特徴と
   するスパイラル型膜モジュール。