JP4228324B2

JP4228324B2 - 流体分離素子

Info

Publication number: JP4228324B2
Application number: JP09410498A
Authority: JP
Inventors: 浩二藤原; 洋行筏
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11267467A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体分離素子に関する。詳しくは、逆浸透装置や限外濾過装置、精密濾過装置、さらには気体分離装置等に用いるのに好適な流体分離素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、海水淡水化や半導体分野における超純水用途、さらには、一般かん水用途や有機物分離、排水再利用などを始めとする膜の透過液を利用する様々な流体分離分野において、分離膜を用いた流体分離素子の使用が急速に増加してきている。
【０００３】
分離膜を用いた流体分離素子としては、特公昭５２−５４３１号公報や特公昭４４−１４２１６号公報に記載されているスパイラル型流体分離素子がある。このような流体分離素子は、通常、表面に集水孔を有する集水管の周りに、原液を分離するための膜ユニットを巻回して構成し、膜ユニットで分離された透過液を集水管内に集めるようにしている。そして、実際に流体分離を行う際には、たとえば、複数本の流体分離素子を接続して圧力容器に収納し分離膜モジュールとして使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の流体分離素子においては、膜ユニットが直接集水管に接着されていたため、たとえば膜ユニットが寿命に至った場合、流体分離素子全体を廃棄処分しなければならず、集水管自身は使用可能な状態にあっても、その再利用やリサイクルは困難であった。
【０００５】
そこで本発明の課題は、基本的に膜ユニットと集水管との直接接着を廃止できるようにし、集水管の再利用やリサイクルを可能にした流体分離素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る流体分離素子は、集水孔を有する集水管の周りに分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成し、その膜ユニットの外側に外装体を形成してなる流体分離素子であって、集水管と膜ユニットの間に、筒状体に形成されていたセパレータが、膜ユニットに対しては接着され、集水管に対してはその外周面に単に密着されるように装着されることにより、集水管を、膜ユニットおよびセパレータから引き抜いて分離できるように、介在されていることを特徴とするものからなる。
【０００７】
上記セパレータは、集水管の実質的に全長にわたって設け、集水管の集水孔に連通する孔を設けた構造とすることも可能であるが、集水管の集水孔の配置位置を避け、集水管の長手方向に部分的に配置する方が好ましい。たとえば、集水管の長手方向における両側に配置することができる。
【０００８】
このセパレータは、膜ユニットに対しては接着し、集水管に対してはその外周面に単に密着するように装着しておくことで、集水管を、膜ユニットおよびセパレータから容易に引き抜いて分解することができるようになる。原液が流体分離素子内を通過する際の圧力損失によって、膜ユニットが下流側に移動するのを防ぐために、集水管の端部を中央部より外径を小さく形成しておき、その端部にセパレータを設けたり、また、集水管の外周面上に長手方向に外径がテーパ状に変化するテーパ部を形成しておき、そのテーパ部上にセパレータを設けるようにすることが好ましい。テーパ部は、原液流れ方向上流側から下流側にかけて外径が大きくなるように設けることが好ましい。
【０００９】
また、セパレータの材質はセパレータと集水管とのシール性を考慮すると（あるいは集水管上への装着を考慮すると）、可撓性または弾性を有する材料が好ましく、弾性チューブ、たとえばゴムチューブを使用できる。この弾性チューブが膜ユニットに対しては接着され、集水管に対しては単に装着される。また、集水管とセパレータとの間に原液混入防止部材を設けることも好ましい。こうすることで、金属、プラスチック、ＦＲＰなどの高剛性材料のセパレータを用いても、高いシール性が得られる。使用中の錆などの腐食と強度を考慮すると、ステンレススチール、ノリル、ポリカーボネイト、硬質塩化ビニールなどで、曲げ強度が５０ＭＰａ以上のものが好ましい。
【００１０】
本発明に係る流体分離素子モジュールは、圧力容器内に、上記のような流体分離素子を少なくとも１個収容したものからなる。複数個の流体分離素子間の接続には、適当な接続手段を用いればよい。
【００１１】
このような本発明に係る流体分離素子においては、集水管と膜ユニットとの間にセパレータが介在されるので、膜ユニットと集水管を容易に分離でき、膜ユニットが寿命に至った場合にも、流体分離素子全体を廃棄処分する必要はなく、集水管を引き抜いて再利用やリサイクルに供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る流体分離素子を用いた流体分離素子組立体を示している。集水孔２を有する集水管３の周りに、分離膜４と透過液流路材５と原液流路材６とを含む膜ユニット７がスパイラル状に巻回されており、その膜ユニット７の外側に外装体８が形成されて流体分離素子９が構成されている。この流体分離素子９の端面が露出され、その少なくとも一方の端部に、流体分離素子９がテレスコープ状に変形することを防止するために、テレスコープ防止板１０が装着されて、流体分離素子組立体１に構成されている。そして流体分離素子９とテレスコープ防止板１０は、必要に応じて交換ができるように、テレスコープ防止板１０が流体分離素子９の端部に着脱自在に装着されている。テレスコープ防止板１０が着脱自在に装着されていることで、分離膜性能の低下などによって流体分離を十分に行えなくなった場合にも膜ユニット７だけを取り替え、テレスコープ防止板１０や集水管３は再利用することが可能となる。
【００１３】
図２に示すように、圧力容器１５内に、上記のような流体分離素子組立体１が複数個収容されて、流体分離膜モジュール３０に構成される。テレスコープ防止板１０には原液流路１１が設けられ、原液流路１１から流入した原液２０（図１）が、膜ユニット７の分離膜４で分離され、透過液２１（図１）が集水孔２を通して集水管３内に集められる。集水管３は、次の流体分離素子９の集水管３に、内挿された接続管１２を介して接続されており、次の集水管１３内へと送られる。接続管１２と集水管３の内面との間は、Ｏリング等からなるシール材１３によってシールされている。また、テレスコープ防止板１０の外周面上に形成された凹部１４内には、圧力容器１５の内周面に密着される原液シール部材１６が嵌着されており、この間をシールしている。なお、本実施態様では、テレスコープ防止板１０と接続管１２とを別体に構成したが、一体構成とすることも可能である。一体構成とする場合には、膜ユニット７の端面からの集水管３の突き出し量を減らせばよい。
【００１４】
図２および図３に示すように、流体分離素子９における集水管３と膜ユニット７の間には、セパレータ４０が介在されている。セパレータ４０は、本実施態様ではゴムチューブからなり、集水管３の長手方向における両側２箇所に、そして丁度膜ユニット７の長手方向両端部に相当する位置に、部分的に設けられている。各セパレータ４０ａ、４０ｂは、集水孔２を覆わないように、膜ユニット７の端面位置から集水孔２の設置位置までの間に設けられている。セパレータ４０ａ、４０ｂは、集水管３に対しては、その外周面に密着するように被せられており、膜ユニット７に対しては接着されている（接着部４１ａ、４１ｂ）。したがって、セパレータ４０ａ、４０ｂは、膜ユニット７と一体的に交換や廃棄処分可能であるが、集水管３とは分離可能となっている。なお、セパレータ４０を膜ユニット７と実質的に同じ長さとし、セパレータ４０の集水孔２に連通する孔を設けておくことも可能である。
【００１５】
本実施態様では、原液が流体分離素子９内を通過する際の圧力損失によって膜ユニット７が下流側へ移動するのを防ぐために、一方のセパレータ４０ａ設置部の集水管３の外周面に、長手方向に径がテーパ状に変化するテーパ部３ａが形成されており、このテーパ部３ａとその両側にわたってセパレータ４０ａが被せられている。このようなテーパ部３ａを設けることにより、膜ユニット７に接着されたセパレータ４０ａから、集水管３を下流側に向けて容易に引き抜くことができる。本実施態様ではセパレータ４０ｂ側にはこのようなテーパ部は形成されていないが、テーパ部をセパレータ４０ｂ側に設けてもよく、両側にテーパ部を設けてもよい。セパレータ４０をゴムなどの弾性チューブで形成すれば、集水管３に対する良好な密着性を確保しつつ集水管３を容易に引き抜くことができる。
【００１６】
また、図４に示すように、集水管３端部の外径を他の部分より小さくし、その端部にセパレータ４２を嵌入することでも、セパレータ４２の位置を固定でき、膜ユニットが圧力損失によって下流側に移動することを防ぐことができる。
【００１７】
そして、本発明において図４に示すようにセパレータ４２と集水管３との間にシール部材１３を設けることも好ましい。こうすると、セパレータ４２に弾性部材を用いなくても原液が透過水に混入することを防ぐことができる。
【００１８】
さらに、図３における上流側のセパレータ４０ａや図４における上流側セパレータ４２は、流体分離素子９の圧力損失によって生じるスラスト荷重をその断面で受けるため、そのスラスト荷重に容易に耐えうる断面積を有していることが好ましい。
【００１９】
なお、集水管３の引き抜きの際には、一端部の外径が他の部分より小さい場合は、他の部分の方から集水管を引き出し、図４に示すように両端部の外径が他の部分より小さい場合は、膜ユニット７の中央部を切断する。
【００２０】
上記のように構成された流体分離素子９においては、膜ユニット７と集水管３との間にセパレータ４０を介装することにより、集水管３を膜ユニット７から引き抜いて分離することが可能となる。したがって、膜ユニット７の性能低下や寿命の際に、膜ユニット７のみを廃棄したり交換したりできるようになり、集水管３は再利用、場合によってはリサイクルすることが可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体分離素子によれば、膜ユニットと集水管との間にセパレータを介在させたので、その膜ユニットの使用が不可能になった場合でも、欠点のある部材のみを廃棄処分し、流体分離素子組立体の他の部材、特に集水管を再利用やリサイクルに供することができる。また、膜ユニットの交換も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る流体分離素子を用いた流体分離素子組立体の部分分解斜視図である。
【図２】図１の流体分離素子組立体を用いた流体分離膜モジュールの部分縦断面図である。
【図３】図２の流体分離素子の拡大縦断面図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係る流体分離素子の縦断面図である。
【符号の説明】
１流体分離素子組立体
２集水孔
３集水管
３ａテーパ部
４分離膜
５透過液流路材
６原液流路材
７膜ユニット
８外装体
９流体分離素子
１０テレスコープ防止板
１１原液流路
１２接続管
１３シール材
１４凹部
１５圧力容器
１６原液シール部材
２０原液
２１透過液
３０流体分離膜モジュール
４０、４０ａ、４０ｂ、４２セパレータ
４１ａ、４１ｂ接着部

Claims

集水孔を有する集水管の周りに分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成し、その膜ユニットの外側に外装体を形成してなる流体分離素子であって、集水管と膜ユニットの間に、筒状体に形成されていたセパレータが、膜ユニットに対しては接着され、集水管に対してはその外周面に単に密着されるように装着されることにより、集水管を、膜ユニットおよびセパレータから引き抜いて分離できるように、介在されていることを特徴とする流体分離素子。
前記セパレータが集水管の集水孔の配置位置を避け集水管の長手方向に部分的に設けられている、請求項１の流体分離素子。
集水管が、中央部よりも外径の小さな端部を有し、その端部にセパレータが設けられている、請求項１または２に記載の流体分離素子。
集水管が、長手方向に外径がテーパ状に変化するテーパ部を有し、該テーパ部上に前記セパレータが設けられている、請求項１ないし３のいずれかに記載の流体分離素子。
前記セパレータが、集水管の長手方向における両側に設けられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の流体分離素子。
前記セパレータと集水管の間に原液混入防止部材が設けられている、請求項１ないし５のいずれかに記載の流体分離素子。
請求項１〜６のいずれかに記載の流体分離素子の端部の少なくとも一方に、テレスコープ防止板が着脱自在に装着されていることを特徴とする流体分離素子組立体。