JP3493992B2 - 循環冷却水の処理装置 - 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、循環冷却水の処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ビル空調あるいは工業プラント等におい
て発生する熱を冷却するための循環冷却水系では、熱交
換器で負荷の冷却を行うことにより高温となった循環冷
却水を冷却塔に導いて冷却し、これに補給水を補給して
再び熱交換器において負荷の冷却を行うように循環して
いる。このような循環冷却水系では、冷却塔において循
環冷却水が蒸発により濃縮されて塩類濃度が高くなると
ともに、大気中から腐食性物質や菌類、その他の不純物
が混入するため、循環水の腐食性が高まり、またスケー
ルやスライムが生成しやすくなる。

【０００３】このため循環冷却水系では、腐食抑制剤、
スケール防止剤、スライム防止剤等の水処理薬剤を添加
する一方、間欠的に循環冷却水をブローして濃縮倍率を
一定の範囲に保持し、またサイドフィルタを設けて循環
冷却水の一部を濾過することにより、腐食やスケール、
スライム等による障害を防止している。この場合、循環
冷却水のブローは、循環冷却水の導電率が設定値の上限
に達したときに一定量を系外に排出し、それに相当する
補給水を補給することにより、希釈して循環水の濃縮倍
率を設定値の範囲に保持する。このようなブローは通常
数時間に１回の割合で行われる。

【０００４】一方サイドフィルタは循環冷却水中の懸濁
物や菌類等を除去するものであり、濾過の継続により目
詰まりが起こるため、通常１日に１回の割合で、逆洗と
呼ばれる洗浄が行われる。この洗浄は循環水を供給して
濾過層を展開し、濾材に捕捉された懸濁物等を除去する
操作であり、相当量の循環水が排出され、それに相当す
る補給水が補給されて、循環水が希釈される。洗浄は通
常圧損が上昇したとき、あるいは所定時間経過したとき
に一定時間行われる。

【０００５】このサイドフィルタは、循環水中の懸濁物
質等の濃度（以下、負荷ということがある。）が過大で
あると濁質がリークし易いという短所がある。一般に、
循環水中の懸濁物等の濃度はかなり大きく変動するの
で、負荷が大きくなった場合、洗浄を所定時間毎に行っ
ても濁質を完全に濾過できない場合が生じる。このよう
なときは循環水の汚れが増大するため、スケールやスラ
イムが生成しやすくなる。

【０００６】本発明は、このサイドフィルタの代わりに
スパイラル型膜モジュールを用いるのであるが、従来の
スパイラル型膜モジュールは次の如き構成を有してお
り、後述する種々の短所があった。

【０００７】図６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り、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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のスパイラル
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。

【００１２】 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。

【００１３】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
型膜モジュールを採用した循環冷却水の処理装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の循環冷却水の処
理装置は、循環冷却水の一部を膜モジュールに導入して
膜分離処理する循環冷却水の処理装置であって、該膜モ
ジュールは、分離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スパイラル型膜モジュールで
あることを特徴とする。

【００１５】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
には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュ
ールにおいて、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を巻回して巻回体と
し、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第
４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨
ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の
全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋
状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ
前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっている
ことが好ましい。

【００１６】かかる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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は、熱交換器を通過した循
環冷却水を冷却塔で冷却し、補給水を補給しながら循環
する循環冷却水素において、循環冷却水の一部を次に説
明するスパイラル型膜モジュールによって処理するもの
である。図１（ａ）はこの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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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（循環冷却水）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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】なお、逆洗を行う具体例としては、気体と
して空気、窒素など任意の気体を用いて、気体の供給と
停止とを１０秒ずつ複数回繰り返す方法が挙げられる。
もちろん、この１０秒は一例である。また、気体の供給
と停止時間は異なっていても良い。

【００３９】この水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を
行った後、膜モジュール内に水張りし、気体抜きを行
う。気体がすべて排出されると、濃縮水及び透過水が膜
モジュールから流出し始めるので、通水運転に復帰す
る。

【００４０】このように水逆洗、気液混合逆洗及び気体
逆洗を行うことにより、スパイラル型膜モジュールを十
分に逆洗することができ、透過水量を十分に回復させる
ことができる。

【００４１】なお、逆洗効率を高めるためには、膜モジ
ュールをシャフト軸心方向が上下方向となるように縦置
きするのが好ましい。

【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】図５は、本発明の循環冷却水の処理装置を
組み込んだ循環冷却システムを示す系統図である。図５
において、５１は冷却塔、５２は循環ポンプ、５３は熱
交換器であり、これらを循環水路５４により連絡して循
環冷却水系を構成している。

【００４４】冷却塔５１は散水管５１ａから散水された
冷却水が充填材層５１ｂを流下する間にルーバ５１ｃか
ら導入される空気と接触して冷却されて、ピット５１ｄ
に貯留され、蒸気を含む空気はファン５１ｅにより大気
中に排気されるように構成されている。

【００４５】５０は上記のスパイラル型膜モジュールで
ある。冷却塔５１とスパイラル型膜モジュール５０の原
水流入口は濾過ポンプ５６および弁５７ａを有する流路
５８ａにより連絡され、スパイラル型膜モジュール５０
の透過水取出口は冷却塔５１に対し弁５７ｂを有する流
路５８ｂにより連絡されている。スパイラル型膜モジュ
ール５０の濃縮水取出口は弁５７ｃを有する排水路５８
ｃに連絡している。なお、膜モジュール５０の逆洗のた
めに、透過水取出口には弁７０を介してエアポンプ７１
が接続されている。

【００４６】５９はセンサー５９ａを有する導電率計で
あって、冷却塔５１のピット５１ｄに設けられており、
制御装置６０に接続している。制御装置６０は弁５７ａ
〜５７ｃ、７０及びポンプ５６を制御するように構成さ
れている。６１は補給水路であって、レベルスイッチを
有する弁６２により、ピット５１ｄに連絡している。６
３は薬剤注入路であり、直接冷却塔のピット５１ｄに薬
注するように設けられている。

【００４７】上記の循環冷却水の処理装置においては、
循環ポンプ５２を駆動して冷却塔５１のピット５１ｄか
ら冷却水を熱交換器５３に供給して負荷の冷却を行う。
熱交換器５３において高温となった冷却水は、冷却塔５
１において一部が蒸発することにより冷却されてピット
５１ｄに流下し、再び循環する。冷却水の蒸発飛散によ
る損失分を補うため補給水路６１から補給水が供給さ
れ、ピット５１ｄの水位を一定に保つ。冷却塔５１では
冷却水の一部が蒸発することにより循環冷却水は濃縮さ
れて、塩分濃度が上昇する。また大気中からゴミ等の異
物が混入したり、循環冷却水系のスケールやスライムが
剥離して、循環冷却水系には濁質が含まれるようにな
る。このような循環冷却水による腐食やスケール、スラ
イム等の生成を防止するために、薬剤注入路６３から水
処理薬剤を注入する。

【００４８】スパイラル型膜モジュール５０による膜濾
過は、制御装置６０の指令により弁５７ａ，５７ｂを開
き、弁５７ｃ，７０を閉じた状態で濾過ポンプ５６を駆
動して行う。このときピット５１ｄの循環冷却水が流路
５８ａからスパイラル型膜モジュール５０に入り、膜濾
過されて流路５８ｂからピット５１ｄに戻る。これによ
り循環冷却水は濁質が除去されて、スケール、スライム
の生成が抑制される。

【００４９】導電率計５９が設定値の導電率を検出した
とき、制御装置６０の指令により弁５７ｃを開き冷却水
の一部をブローする。このブローにより冷却塔５１内の
水位が低下すると補給水路６１の弁６２が開弁し、該補
給水路６１から補給水が冷却塔５１内に補給される。こ
の水の補給は、冷却塔５１内の水位が所定レベルになる
ように行われる。循環冷却水の濃縮倍率の上限および下
限は運転条件により任意に決定することができるが、例
えば上限は６〜１０倍、下限は４〜８倍の範囲とするこ
とができる。この場合の導電率は水質等により変わる
が、例えば上限は１２０〜２００ｍＳ／ｍ、下限は８０
〜１６０ｍＳ／ｍとすることができる。

【００５０】スパイラル型膜モジュール５０は定期的に
または濾過差圧が所定値に達したときに逆洗される。こ
の場合、弁５７ａ，５７ｂを閉じ、弁７０，５７ｃを開
としてエアポンプ７１を作動させる。剥離した濁質を含
む逆洗排水は排水路５８ｃから系外に排出される。スパ
イラル型膜モジュール５０内の水が洗浄排水として排出
された段階で洗浄を終了することができるが、さらに洗
浄水を導入して同様の操作を行ってもよい。

【００５１】逆洗終了後に制御装置６０の指令により弁
５７ａ，５７ｂを開き、弁５７ｃ，７０を閉じて循環冷
却水をスパイラル型膜モジュール５０に導入し、膜濾過
を再開する。

【００５２】なお、補給水路６１からピット５１ｄの水
位を一定にするように補給水が供給されているため、逆
洗排水が排出されると、循環冷却水は希釈により濃縮倍
率が低下する。上記の循環冷却水の処理装置では、図１
〜４の改良されたスパイラル型膜モジュール５０によっ
て循環冷却水を膜濾過しており、循環水から効率よく濁
質を除去することができ、循環水が清浄に維持される。
このため、腐食や、スケール、スライムの生成が十分に
抑制される。

【００５３】

【発明の効果】以上の通り、本発明の循環冷却水の処理
装置で採用している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。このスパイラル型膜モジ
ュールは効率良く気体逆洗することができる。本発明の
処理装置は循環水から効率良く濁質を除去することがで
き、循環水が清浄に維持され、腐食やスケール、スライ
ムの生成を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る循環冷却水の処理
装置に用いられ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】循環冷却システムを示す系統図である。

【図６】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 ５０ スパイラル型膜モジュール ５１ 冷却塔 ５２ 循環ポンプ ５３ 熱交換器 ５４ 循環水路 ５６ 濾過ポンプ ５９ 導電率計 ６１ 補給水路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/44 B01D 63/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 循環冷却水の一部を膜モジュールに導入
   して膜分離処理する循環冷却水の処理装置であって、該
   膜モジュールは、分離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スパイラル型膜モジュー
   ルであることを特徴とする循環冷却水の処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記膜は第１、第
   ２、第３及び第４の辺部を有した略方形の袋状膜であ
   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
   て袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻
   回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の
   辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、 該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が
   封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の
   開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋
   状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっていることを
   特徴とする循環冷却水の処理装置。