JP3596980B2

JP3596980B2 - 流体分離装置

Info

Publication number: JP3596980B2
Application number: JP12440196A
Authority: JP
Inventors: 一郎河田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2016-05-20
Also published as: JPH09299765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒形に形成された膜エレメントを有する流体分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の成分を分離するために、スパイラル型膜モジュール、プリーツ型膜モジュール、積層型膜モジュール等の流体分離装置が用いられている。このような流体分離装置は、原流体の流路を形成する第１の領域と透過流体の流路を形成する第２の領域とを仕切る透過性膜体および第２の領域に連通して透過流体を導出する有孔中空管を備えた筒形の膜エレメントを有し、原流体を透過流体と濃縮流体とに分離するものである。透過性膜体としては、比較的低圧のもとで使用される逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の分離膜が用いられる。この種の流体分離装置は、１個または直列に接続された複数個の膜エレメントを筒形容器内に装填することにより構成される。
【０００３】
図２は従来の流体分離装置の一例を示す縦断面図である。図２の流体分離装置では、スパイラル型膜エレメントが２個使用されている。
図２において、スパイラル型膜エレメント２１は、透過膜（透過性膜体）、原流体流路材および透過流体流路材を１組とする素材群を有孔中空管２２の周りにスパイラル状に巻回することにより形成されている。図２の例では、２個の膜エレメント２１がＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、ステンレス鋼等からなる円筒容器２６内に挿入されている。各膜エレメント２１は、図中左方から供給される加圧された原流体を、透過膜を透過して有孔中空管２２の内部に導かれる透過流体と、その残余の濃縮流体とに分離する。
【０００４】
各膜エレメント２１の中心部を通る有孔中空管２２一端部どうしが内部継ぎ手２５ａにより連結されて２個の膜エレメント２１が円筒容器２６内に収納されている。一方の膜エレメント２１の有孔中空管２２の他端部（上流端）はキャップ２８で封止されている。他方の膜エレメント２１の有孔中空管２２の他端部（下流端）は、端板２３ｂの中心部から内側に向かって突出したハブ２４に内部継ぎ手２５ｂにより連結されている。
【０００５】
膜エレメント１の外周面と円筒容器２６の内周面との間には、原流体と濃縮流体との混合を防止するためのパッキン２９が介挿されている。円筒容器２６の両端はそれぞれ端板２３ａ，２３ｂで閉塞され、ボルト２７により固着されている。一方の端板２３ａには原流体入口３１ａが形成され、他方の端板２３ｂには濃縮流体出口３１ｂが形成されている。また、他方の端板２３ｂの中心部に形成されたハブ２４には透過流体出口３１ｃが穿孔されている。
【０００６】
この流体分離装置においては、一方の端板２３ａの原流体入口３１ａから円筒容器２６内に加圧された原流体が供給される。その原流体は、各膜エレメント２１の原流体流路材に沿って流れ、他方の端板２３ｂの濃縮流体出口３１ｂから濃縮流体として排出される。原流体が膜エレメント２１の原流体流路材に沿って流れる過程で透過膜を透過した透過流体が、透過流体流路材に沿って有孔中空管２２内に導かれ、端板２３ｂの透過流体出口３１ｃから排出される。このようにして、原流体が透過流体と濃縮流体とに分離される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の流体分離装置においては、円筒容器２６、膜エレメント２１およびパッキン２９により形成されるデッドスペースＳに流体が滞留する。この流体分離装置を長期間使用すると、デッドスペースＳに滞留している流体が変性を起こす。特に、流体が有機物を含有する液体である場合には、微生物が繁殖し、この微生物が有機物を分解して悪臭を発生したり、透過膜を分解してしまうことがある。
【０００８】
また、この流体分離装置を高い純度の透過水が要求される超純水製造ラインで使用する場合には、デッドスペースＳに流体が滞留するため、透過水の純度の立ち上がりが非常に遅くなるという問題がある。
【０００９】
さらに、従来の流体分離装置は、上記のように、膜エレメント２１を円筒容器２６内に収納することにより構成されているが、この円筒容器２６の製造コストが流体分離装置の全体のコストに占める割合は非常に大きいものとなっている。そのため、流体分離装置の低価格化が図れないという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、低価格化が可能でかつデッドスペースのない信頼性の高い流体分離装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係る流体分離装置は、原流体の流路を形成する第１の領域と透過流体の流路を形成する第２の領域とを仕切る透過性膜体および第２の領域に連通して透過流体を導出する有孔中空管を備えてなる筒形の膜エレメントを有し、原流体を透過流体と濃縮流体とに分離する流体分離装置において、膜エレメントの外周面に樹脂層を形成するとともに、膜エレメントの両端面が被覆されるように膜エレメントの両端面にそれぞれ樹脂層を形成し、膜エレメントの一方の端面の樹脂層に第１の領域に連通する第１の孔部を設け、かつ膜エレメントの他方の端面の樹脂層に第１の領域に連通する第２の孔部を設け、膜エレメントの少なくとも一方の端面の樹脂層に有孔中空管の内部に連通する第３の孔部を設けたものである。
【００１２】
本発明に係る流体分離装置においては、筒形の膜エレメントの外周面および両端面が樹脂層で被覆されており、これらの樹脂層に膜エレメントの第１の領域に連通する第１および第２の孔部ならびに有孔中空管に連通する第３の孔部が設けられている。それにより、膜エレメントの外周部にデッドスペースが形成されないので、膜エレメントの外周部において流体の滞留が生じない。
【００１３】
したがって、この流体分離装置を有機物を含有する流体の分離に使用した際に、微生物の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、透過性膜体の分解等の問題が起こらない。また、この流体分離装置を超純水製造ラインで使用した場合にも、透過水の純度の立ち上がりが良好となる。
【００１４】
さらに、膜エレメントを収納するための筒形容器が不要となるため、製造コストが低減する。また、複数の流体分離装置の第１の孔部と第２の孔部を連結することにより、複数の膜エレメントを容易に接続することができ、また複数の膜エレメントの接続段数を容易に変更することができる。
【００１５】
このように、低価格化が可能でかつデッドスペースのない信頼性の高い流体分離装置が提供される。
特に、第１の孔部が原流体入口用の孔部であり、第２の孔部が濃縮流体出口用の孔部であり、第３の孔部が透過流体出口用の孔部であってもよい。この場合、原流体は樹脂層の第１の孔部から膜エレメントの第１の領域に供給される。その原流体は、第１の領域を流れ、樹脂層の第２の孔部から濃縮流体として導出される。原流体が第１の領域を流れる過程で透過性膜体を透過した透過流体は、第２の領域を流れて有孔中空管の内部に導かれ、樹脂層の第３の孔部から排出される。
【００１６】
膜エレメントは、透過性膜体、原流体流路材および透過流体流路材からなる１組または複数組の素材群を有孔中空管の外周面に配設したものであってもよい。その場合、原流体流路材により第１の領域における原流体の流路が確保され、透過流体流路材により第２の領域における透過流体の流路が確保される。
【００１７】
また、第１の孔部および第２の孔部は、膜エレメントの端面の中心部から外周部に向かって等しい距離の位置に設けることが好ましい。それにより、複数個の膜エレメントの直列接続を容易に行なうことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の一実施例における流体分離装置の縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の流体分離装置の端部の横断面図である。本実施例では、スパイラル型膜エレメントを有する流体分離装置について説明する。
【００１９】
図１において、スパイラル型膜エレメント１は、透過膜（透過性膜体）、原流体流路材および透過流体流路材からなる１組の素材群を有孔中空管２の周りにスパイラル状に巻回することにより形成されている。
【００２０】
膜エレメント１の外周面は、全幅に亘って例えばＦＲＰ等からなる樹脂層３で被覆されている。この樹脂層３は、膜エレメント１の外周面を密閉して保護する作用を有している。膜エレメント１の両端面は、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等からなる樹脂層４ａ，４ｂでそれぞれ被覆され、密閉されている。
【００２１】
一方の樹脂層４ａには原流体入口５が形成され、他方の樹脂層４ｂには濃縮流体出口６が形成されている。これらの原流体入口５および濃縮流体出口６は有孔中空管２を中心として外周部に向って等しい距離の位置に設けられている。また、樹脂層４ａ，４ｂの表面は有孔中空管２の両端面とそれぞれ面一に形成されている。それにより、有孔中空管２の両端の開口部が樹脂層４ａ，４ｂの表面に露出している。有孔中空管２の両端の開口部が透過流体出口７となる。
【００２２】
次に、図１の流体分離装置の製造方法の一例を説明する。まず、有孔中空管２の周りに素材群を巻回し、最外周をテープ等で補強することによりスパイラル型膜エレメント１を形成する。そして、ガラス繊維を樹脂に含浸させて、いわゆるフィラメントワインディング法によりその樹脂を膜エレメント１の外周面の全幅に亘って巻付け、硬化させる。その後、その樹脂の両端を所定の長さに切断する。このようにして、膜エレメント１の外周面が樹脂層３で覆われる。
【００２３】
次に、外周面が樹脂層３で覆われた膜エレメント１を例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等に浸漬して含浸させ、硬化させることにより、膜エレメント１の両端面をそれぞれ樹脂層４ａ，４ｂで被覆する。このとき、所定の型枠を用いることにより、一方の樹脂層４ａに原流体入口５を形成し、他方の樹脂層４ｂに濃縮流体出口６を形成する。また、樹脂層４ａ，４ｂの表面が有孔中空管２の端面と面一になるように樹脂の厚さを調整する。
【００２４】
このようにして製造された流体分離装置においては、原流体が原流体入口５から膜エレメント１の素材群に供給される。素材群に供給された原流体は、原流体流路材に沿って流れ、濃縮流体出口６から濃縮流体として導出される。原流体が原流体流路材に沿って流れる過程で透過膜を透過した透過流体は、透過流体流路材に沿って有孔中空管２の内部に導かれ、透過流体出口７から取り出される。このようにして、原流体が濃縮流体と透過流体とに分離される。
【００２５】
本実施例の流体分離装置においては、膜エレメント１の外周面が直接樹脂層３で覆われているので、膜エレメント１の外周部にデッドスペースが形成されない。そのため、この流体分離装置を有機物を含有する液体等の分離に使用した際に、デッドスペースにおいて生ずる微生物の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、透過膜の分解等の不具合が発生しない。また、この流体分離装置を超純水製造ラインで使用した場合にも、透過水の純度の立ち上がりが良好となる。さらに、膜エレメント１を収納するための筒形容器が不要となるため、製造コストが低減する。
【００２６】
以上、流体分離装置を単体で使用する場合について説明したが、複数個の流体分離装置を接続して使用することも可能である。この場合、隣接する流体分離装置において、一方の流体分離装置の樹脂層４ｂに形成された濃縮流体出口６と他方の流体分離装置の樹脂層４ａに形成された原流体入口５とを管継ぎ手等の連結部材およびＯリング等のシール材を用いて連結する。これにより、複数の膜エレメント１を容易に接続することができ、また膜エレメント１の接続段数を容易に変更することができる。
【００２７】
上記実施例では、スパイラル型膜エレメント１が有孔中空管２の周りに１組の素材群を巻回することにより構成される単葉型のエレメントである場合を説明したが、スパイラル型膜エレメント１が２組以上の素材群を重ねて有孔中空管２の周りに巻回することにより構成される複葉型の膜エレメントであってもよい。
【００２８】
また、スパイラル型膜エレメント１の代わりにプリーツ型膜エレメント、積層型膜エレメント等の他の形態の膜エレメントを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における流体分離装置の縦断面図および横断面図である。
【図２】従来の流体分離装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１スパイラル型膜エレメント
２有孔中空管
３，４ａ，４ｂ樹脂層
５原流体入口
６濃縮流体出口
７透過流体出口

Claims

原流体の流路を形成する第１の領域と透過流体の流路を形成する第２の領域とを仕切る透過性膜体および前記第２の領域に連通して透過流体を導出する有孔中空管を備えてなる筒形の膜エレメントを有し、原流体を透過流体と濃縮流体とに分離する流体分離装置において、前記膜エレメントの外周面に樹脂層を形成するとともに、前記膜エレメントの両端面が被覆されるように前記膜エレメントの両端面にそれぞれ樹脂層を形成し、前記膜エレメントの一方の端面の樹脂層に前記第１の領域に連通する第１の孔部を設け、かつ前記膜エレメントの他方の端面の樹脂層に前記第１の領域に連通する第２の孔部を設け、前記膜エレメントの少なくとも一方の端面の樹脂層に前記有孔中空管の内部に連通する第３の孔部を設けたことを特徴とする流体分離装置。
前記第１の孔部は原流体入口用の孔部であり、前記第２の孔部は濃縮流体出口用の孔部であり、前記第３の孔部は透過流体出口用の孔部であることを特徴とする請求項１記載の流体分離装置。
前記膜エレメントは、前記有孔中空管の周囲に透過性膜体、原流体流路材および透過流体流路材からなる１組または複数組の素材群を配設してなることを特徴とする請求項１または２記載の流体分離装置。
前記第１の孔部および第２の孔部は、前記膜エレメントの端面の中心部から外周部に向かって等しい距離の位置に設けたことを特徴とする請求項１、２または３記載の流体分離装置。