JP3690012B2 - スパイラル型膜エレメント - Google Patents

Description

【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のエレメントに関する。
【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エレメントを耐圧ベッセル内に設置したスパイラル型膜モジュールがある。
【０００３】
図６は従来のスパイラル型膜エレメント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がメッシュ状の原水流路材３を介して巻回されている。この原水流路材３を介在させることにより、分離膜２，２間に原水流路が形成される。
【０００５】
集水管１には管内外を連通する円形の開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、その内部が集水管１内に連通している。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透過水流路材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】
この袋状膜２を集水管１の外周に巻回して巻回体５とする。この巻回体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、原水流路材３は、図４に示すように分離膜の膜面に沿って一方向に互いに平行に延在する直線状の第１の線材１１と、これと交叉する方向に互いに平行に延在する直線状の第２の線材１２とからなる。線材１１はそれぞれ等間隔に配置され、線材１２もそれぞれ等間隔に配置されている。線材１１と線材１２との交叉角度は６０〜９０°である。
【０００９】
このスパイラル型膜エレメントにおいては、図４に矢印で示すように、原水はその行手を遮るように配置された線材１１，１２と衝突し、また流路を変更するように流れる。そして、原水の流れは、分岐を繰り返し、線材１１，１２を乗り越えるようにして流出側へ向って流れる。
【００１０】
【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エレメントにおいては、線材１１，１２の交叉部分付近において原水の流れが淀むため、図５の如くこの付近に原水中のコロイドその他の懸濁物質が体積し易い。
【００１１】
このような懸濁物質の堆積が進行した場合、スパイラル型膜エレメントを薬剤などで洗浄するのであるが、上記交叉部分付近は薬剤が流れにくいので、堆積物が除去されにくく、薬剤洗浄しても残留しがちである。
【００１２】
また、従来のスパイラル型膜エレメントにおいては、薬剤洗浄によって堆積物を剥離させても、この剥離物が原水流路材３に邪魔されてスパイラル型膜エレメント外へ流出しにくい。
【００１３】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、懸濁物質が堆積しにくく、しかも洗浄時に剥離した物質が速やかに流出するスパイラル型膜エレメント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】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、対面する分離膜同士の間に原水流路材を介在させて原水流路を形成したスパイラル型膜エレメントにおいて、該原水流路材（３０）は、原水の流入側から流出側に向かってジグザグ状に延在する線材よりなるものであり、該線材は、対面する分離膜のうち一方の分離膜の膜面に沿って延在する第１の線材（３１）と、他方の分離膜の膜面に沿って延在する第２の線材（３２）とからなり、隣り合う第１の線材（３１）同士の間、及び、隣り合う第２の線材（３２）同士の間には、それぞれ、原水の流入側から流出側まで分離膜の膜面に沿って連続して延在する原水流路が形成されており、各線材（３１，３２）が分離膜に沿って上下方向に延在するように分離膜と正対した状態において、各線材（３１，３２）には、右側の屈曲部（３１ａ，３２ａ）と、左側の屈曲部（３１ｂ，３２ｂ）が設けられており、第１の線材（３１）の右左の屈曲部（３１ａ，３１ｂ）の中間部分と、第２の線材（３２）の右左の屈曲部（３２ａ，３２ｂ）の中間部分とが交叉して重なっており、第１の線材（３１）の右側の屈曲部（３１ａ）と第２の線材（３２）の左側の屈曲部（３２ｂ）とが重なり合っており、第１の線材（３１）の左側の屈曲部（３１ｂ）と第２の線材（３２）の右側の屈曲部（３２ａ）とが重なり合っており、これらの重なり合い部分が互いに接合され、これにより一体の原水流路材（３０）が構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
かかるスパイラル型膜エレメントにおいては、原水はジグザグ状の線材同士の間を膜面に沿ってジグザグ状に蛇行しながら流入側から流出側へ向って流れる。このスパイラル型膜エレメントにおいては、原水の流れに淀みが生じ易い箇所がなく、懸濁物質が堆積しにくい。また、洗浄時に剥離した物質も、速やかに膜エレメント外に流出する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して比較例及び本発明の実施の形態について説明する。図１は比較例に係る原水流路材を示すものであり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図及び（ｃ）図はそれぞれ（ａ）図のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。（ｄ）図は原水流路材の分解斜視図である。図２（ａ）はこの原水流路材及び分離膜の要部斜視図、図２（ｂ）はこの分離膜に沿う原水の流れを示す模式的な斜視図である。
【００１７】
この原水流路材２０は、分離膜２の膜面に沿って延在する第１の線材２１と第２の線材２２を備えている。各線材２１，２２は、それぞれ原水の流入側から流出側に向ってジグザグ状に延在している。なお、このジグザグの角度θ（図１（ａ）参照）は６０°〜９０°程度が好ましい。
【００１８】
この原水流路材２０は、対面する２枚の分離膜２，２の間に介在され、それらの間に原水流路を形成するものである。第１の線材２１は図１（ｂ），（ｃ）の下側の分離膜２に沿って延在しており、第２の線材２２は上側の分離膜２に沿って延在している。図１（ｄ）の如く、第１の線材２１は、右側の屈曲部２１ａと左側の屈曲部２１ｂとを有しており、第２の線材２２は右側の屈曲部２２ａと左側の屈曲部２２ｂとを備えている。そして、例えば第２の線材２２の右側の屈曲部２２ａが第１の線材２１の左側の屈曲部２１ｂに重なり、且つこの重なった箇所において線材２１，２２同士が接合され、これにより一体の原水流路材２０が構成されている。
【００１９】
なお、線材２１，２２の材質としてはポリエステル，ポリプロピレン等が用いられており、線材２１，２２同士を接合する方式としては熱溶着等が好適である。
【００２０】
図２に示す通り、下側の分離膜２の膜面に沿って、第１の線材２１，２１同士の間にジグザグ状に流入側から流出側に向って延在する原水流路が形成され、原水Ｗはこの流路を分離膜２の膜面に沿って蛇行しながら流れる。上側の分離膜２に沿って延在する第２の線材２２，２２同士の間にも、同様の原水の流路が原水流入側から原水流出側に連続して延在している。そして、原水はこの原水流路内を膜面に沿って蛇行しながら流れる。
【００２１】
このように構成された原水流路材２０を備えた膜エレメントにおいては、原水Ｗの流れに淀みが生じる箇所がなく、原水中の懸濁物質が堆積しにくい。また、長期間運転して堆積した堆積物を薬剤等で洗浄除去する場合、薬剤が原水流路のすみずみまで十分に行き渡るようになり、汚れを十分に除去することができる。さらに、剥離した堆積物が原水流路内をスムーズに流れ、速やかに膜エレメント外に流出する。
【００２２】
なお、図２（ｂ）の原水Ｗが流れている流路においては、流路に突出するＢで示す付近においては原水Ｗの流速が大きく、この付近では懸濁物質が堆積しにくいことが明瞭である。これに対し、Ｃで示すコーナー部付近においては原水流れが淀み、懸濁物質が堆積し易いかの如く視覚される。しかしながら、この第１の線材２１のコーナー部Ｃ付近は、第２の線材２２の原水流路においては流路への突出部Ｂと重なっており、結局この第１の線材２１のコーナー部付近においても原水がかなり高流速で流れるようになり、原水が淀むことがない。従って、この原水流路材２０は、その全域において原水が淀むことなく流れるようになる。
【００２３】
図３は本発明の実施の形態に係る膜エレメントに用いられる原水流路材を示すものであり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は斜視図である。
【００２４】
この原水流路材３０は、対面する一方の分離膜２の膜面に沿ってジグザグ状に延在する第１の線材３１と、他方の分離膜２の膜面に沿ってジグザグ状に延在する第２の線材３２とからなる。各線材３１，３２には、各線材３１，３２が上下方向に延在するように分離膜２と正対した状態に係る図３（ａ）において、右側の屈曲部３１ａ，３２ａと、左側の屈曲部３１ｂ，３２ｂが設けられている。そして、第１の線材３１の屈曲部３１ａ，３１ｂの中間部分と、第２の線材３２の屈曲部３２ａ，３２ｂの中間部分とが交叉して重なっている。また、第１の線材３１の右側の屈曲部３１ａと第２の線材３２の左側の屈曲部３２ｂとが重なり合っている。さらに第１の線材３１の左側の屈曲部３１ｂと第２の線材３２の右側の屈曲部３２ａとが重なり合っている。そして、これらの重なり合い部分がお互いに接合され、これにより一体の原水流路材３０が構成されている。
【００２５】
この原水流路材３０を用いた膜エレメントにおいても、分離膜２に沿う原水流路材３１，３１同士の間、及び分離膜２に沿う第２の線材３２，３２同士の間にそれぞれ原水流路がジグザグ状に流入側から流出側まで連続して形成され、この原水流路を原水が蛇行しながら流れる。
【００２６】
この原水流路材３０を用いた場合においても、前記原水流路材２０を用いた場合と同様に、原水の流れに淀みが生じる部分がなく、堆積物の堆積がきわめて少ないものとなる。また、洗浄時に薬剤が原水流路のすみずみにまで行き渡り、十分に洗浄することができると共に、剥離物質を速やかに膜エレメント外に流出させることができる。
【００２７】
なお、線材２１の屈曲部２１ａ，２１ｂ間の長さ及び線材２２の屈曲部２２ａ，２２ｂ間の長さは、それぞれ３〜１０ｍｍ程度が好適である。
【００２８】
原水流路材３０においては、屈曲部３１ａ，３１ｂ間の長さ及び屈曲部３２ａ，３２ｂ間の長さはそれぞれ６〜２０ｍｍ程度が好適である。図３の原水流路材３０においても、屈曲の角度θは６０°〜９０°程度が好適である。
【００２９】
線材２１，２２，３１，３２の直径は０．２〜１．０ｍｍ程度が好適である。この線材の直径を調整することにより原水流路材２０，３０の厚みを調整することができる。また、この線材２１，２２，３１，３２として直径１ｍｍ以下の細いものを採用することができ、このように細い線材を採用することにより分離膜２の膜面と原水との接触面積を大きくすることが可能である。
【００３０】
なお、前記の角度θを６０°〜９０°の範囲とすることにより、原水流れの乱流化を促進することができ、膜面の濃度分極を抑制することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のスパイラル型膜エレメントは原水中の懸濁物質による流路閉塞がきわめて少なく、また洗浄時にはこの堆積物を十分に除去でき、しかも剥離させた堆積物を速やかに膜エレメント外に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 比較例に係る膜エレメントの原水流路材を示すものであり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図及び（ｃ）図は断面図、（ｄ）図は分解斜視図である。
【図２】 比較例に係る膜エレメントの原水流路材を示すものであり、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は原水流路材により形成された原水流路を示す斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る膜エレメントの原水流路材を示すものであり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は斜視図である。
【図４】 従来の原水流路材を示す斜視図である。
【図５】 従来の原水流路材における堆積物の付着状況を示す斜視図である。
【図６】 スパイラル型膜エレメントの斜視図である。
【符号の説明】
１ 集水管
２ 袋状分離膜
３ 原水流路材
４ 透過水流路材
１１，２１，２１ 第１の線材
１２，２２，３２ 第２の線材
２０，３０ 原水流路材

Claims (1)

1. 対面する分離膜同士の間に原水流路材を介在させて原水流路を形成したスパイラル型膜エレメントにおいて、
   該原水流路材（３０）は、原水の流入側から流出側に向かってジグザグ状に延在する線材よりなるものであり、
   該線材は、対面する分離膜のうち一方の分離膜の膜面に沿って延在する第１の線材（３１）と、他方の分離膜の膜面に沿って延在する第２の線材（３２）とからなり、
   隣り合う第１の線材（３１）同士の間、及び、隣り合う第２の線材（３２）同士の間には、それぞれ、原水の流入側から流出側まで分離膜の膜面に沿って連続して延在する原水流路が形成されており、
   各線材（３１，３２）が分離膜に沿って上下方向に延在するように分離膜と正対した状態において、各線材（３１，３２）には、右側の屈曲部（３１ａ，３２ａ）と、左側の屈曲部（３１ｂ，３２ｂ）が設けられており、
   第１の線材（３１）の右左の屈曲部（３１ａ，３１ｂ）の中間部分と、第２の線材（３２）の右左の屈曲部（３２ａ，３２ｂ）の中間部分とが交叉して重なっており、
   第１の線材（３１）の右側の屈曲部（３１ａ）と第２の線材（３２）の左側の屈曲部（３２ｂ）とが重なり合っており、
   第１の線材（３１）の左側の屈曲部（３１ｂ）と第２の線材（３２）の右側の屈曲部（３２ａ）とが重なり合っており、
   これらの重なり合い部分が互いに接合され、これにより一体の原水流路材（３０）が構成されていることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。

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