JP5136738B2 - スパイラル型膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置等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ものである。

膜分離装置に用いられる膜モジュールとしては、集水管の外周に分離膜を巻回して成るスパイラル型膜モジュールが従来から知られている。このようなスパイラル型膜モジュールにおいては、集水管内の透過水流量を多くするためには該集水管の口径が小さいと差圧が高過ぎるため、集水管を大径化する必要がある。

ところが、集水管を大径化すると、スパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまい、又、スパイラル型膜モジュールの径を大きくすることなく集水管のみを大径化すると、膜面積が小さくなって分離性能が低下してしまう。

そこで、内部に原水が供給される内部流路が形成された複数の分離膜を中心軸回りに巻回し、各分離幕内部に矩形シート状の内部流路材を配置するとともに、隣接する分離膜間に形成される外部流路に矩形シート状の外部流路材を配置して成るスパイラル型膜未ジュールが提案されている（特許文献１，２参照）。このようなスパイラル型膜モジュールの一例を図５〜図７に示す。

図５及び図６は従来のスパイラル型膜モジュールの分離膜の製造工程を示す分解斜視図、図７は同スパイラル型膜モジュールにおける水の流れを示す斜視図である。

図５において、１１は矩形シート状の上下２枚の膜シートであって、両膜シート１１の図６に示すａ’，ｂ’，ｃ’部分を接着剤で封じることによって、図６に示すような袋状の分離膜１２が得られる。この分離膜１２において、一方の開口部は原水入口１６を構成し、反対側の小さな開口部は濃縮水出口１７を構成している。そして、袋状の分離膜１２の内部には矩形シート状の内部流路材１５（図５参照）が配置されている。

又、隣り合う分離膜１２の間に形成される外部流路には矩形シート状の外部流路材１３が配置されるが、この外部流路材１３は、その一部を除く周縁部分（図６のｄ’部分）が分離膜１２に接着剤で接着されて、隣り合う分離膜１２間が封じられ、接着されていない開放部が透過水出口１８を構成している。

而して、複数（例えば１９枚）の分離膜１２をコアーバー１４の回りに巻回した状態で、前述のように隣り合う分離膜１２間に外部流路材１３が介在された図７に示すような円柱状のスパイラル型膜モジュール２０が得られる。尚、このスパイラル型膜モジュール２０の出口側端部には、各分離膜１２の濃縮水出口１７（図６参照）に連なるディバイダー２１が取り付けられている。

以上のように構成されたスパイラル型膜モジュール２０においては、図７に矢印にて示すように、原水は軸方向一端側から軸方向に供給され、濃縮水は前記ディバイダー２１から軸方向に排出され、その周囲から透過水が同じく軸方向に排出される。即ち、各分離膜１２においては、図６に矢印にて示すように、原水は分離膜１２の原水入口１６から該分離膜１２内の内部流路へと導入され、その一部は分離膜１２を透過して隣接する分離膜１２間の外部流路へと流れ、透過水として外部流路材１３の透過水出口１８から外部に排出される。又、分離膜１２を透過しない濃縮水は、分離膜１２の濃縮水出口１７から前記ディバイダー２１を通って外部に排出される。

このようなスパイラル型膜モジュール２０においては、エアー逆洗に際して透過水出口１８から加圧したエアーを導入し、膜表面から剥離した濁質を含んだ排水を原水入口１６と濃縮水出口１７から排出するが、透過水出口１８の幅が広いため、この部分での逆洗用エアーの圧損が小さく、効率の良いエアー逆洗を行うことができる。
特開平１０−０７６１４６号公報 特許第３２８２５３５号公報

ところが、上記従来のスパイラル型膜モジュール２０においては、膜表面に付着する濁質が多くなると、所定の透過水量を確保するためには給水圧力と透過水圧力の差（膜間差圧）を高める必要があり、各分離膜１２の水の流れに対向する部分（図６の接着部分ｃ’）に大きな負荷が掛かり、この部分に剥離や破損が発生し易い。例えば、分離膜１２の接着部分ｃ’の一部（図示のｅ’部分）に剥離や破損が発生刷ると、その部分（ｅ’部分）から原水がリークして透過水に混ざり、透過水質が劣化するという問題が発生する。そして、このような事態に陥ると、膜エレメントの修復は困難で、全体を交換する以外に水質を回復させる手段は無く、コストアップは免れない。

そこで、従来から分離膜の接着部（原水封止部）の接着強度を高めて許容膜間差圧を高める工夫がなされているが、接着部（原水封止部）は分離膜のスキン層同士を接着したものであるため、スキン層の孔径が数μｍのＭＦ膜である場合にはアンカー効果(接着剤がスキン層の孔を通って裏側に達し接着強度が高くなる効果)には限界があり、接着部（原水封止部）の接着強度を高めるには限界があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、耐圧強度を高めて耐久性向上を図ることができるスパイラル型膜モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、内部に原水が供給される内部流路が形成された複数の分離膜を中心軸回りに巻回し、各分離膜の内部に矩形シート状の内部流路材を配置するとともに、隣り合う分離膜間に形成される外部流路に矩形シート状の外部流路材を配置して成るスパイラル型膜モジュールにおいて、 前記各分離膜を、矩形の膜シートを折り返してその端部同士を封じることによって筒状に成形してその一端開口部を原水入口とし、他端開口部を濃縮水出口とするとともに、各分離膜の封じられた前記端部を中心軸に固定し、該分離膜の折り返し部の１辺を除く他の３辺で隣り合う分離膜間を封じることによって、隣り合う分離膜間に形成される前記外部流路の１辺に開口する開口部を透過水出口としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記各分離膜の内側にスキン層、外側に支持層を形成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、各分離膜において接着剤等で封じられる辺部は中心軸への固定部の１辺のみとなり、所定の透過水量を確保するために膜間差圧を高めても、分離膜において負荷によって破損する可能性のある部分は上述した辺部の１箇所のみとなり、万一、この部位に剥離や破損が生じても、この部位では、隣り合う分離膜間は封じられているため、原水が分離膜の外部にリークして外部流路を流れる透過水と混ざることがなく、透過水質の劣化が防がれる。このため、従来のように水質回復のためにスパイラル型膜モジュール自体を交換する必要がなく、当該スパイラル型膜モジュールの耐久性が高められ、そのコストダウンが図られる。

尚、このスパイラル型膜モジュールにおいては、矩形の膜シートを折り返してその端部同士を封じることによって筒状に成形された分離膜の一端開口部（原水入口）から原水が導入されると、濃縮水は、分離膜の他端開口部（濃縮水出口）から軸方向（原水導入方向）に排出され、分離膜を透過した透過水は、隣り合う分離膜間の外部流路において流れ方向を直角に曲げて外部流路材の開口部（透過水出口）から軸直角方向（側方）へと排出される。

請求項２記載の発明によれば、各分離膜の内側にスキン層、外側に支持層を形成したため、スキン層同士の接着のような接着強度の限界の問題が発生せず、外部流路材と分離膜とを強固に接着して原水のリークを確実に防ぐことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの分離膜の製造工程を示す分解斜視図、図３は同分離膜の巻回方法を示す破断斜視図、図４は本発明に係るスパイラル型膜モジュールにおける水の流れを示す斜視図である。

図１において、１は薄い矩形シート状の膜シートであって、この膜シート１は、図示のように長さ方向中間部が折り返され、その折り返された部分の端部（１辺）１ａ同士が接着剤で接着されることによって（図２において、黒塗部ａは接着部を示す）、図２に示すような円筒状の分離膜２が得られる。尚、図２に示す分離膜２は、その内側にスキン層、外側に支持層が形成されている。

本実施の形態においては、後述のように、矩形シート状の外部流路材３が外面に接着された複数（例えば１９枚）の分離膜２を中心軸としてコアバー４の回りに巻回して図４に示すようなスパイラル型膜モジュール１０が得られるが、図２に示す両端が開口した円筒状の各分離膜２においては、その内部には図１に示す矩形シート状の内部流路材５が配置され、この内部流路材５によって分離膜２の内部には所定厚さの内部流路が形成されている。又、各分離膜２においては、その一端開口部が原水入口６を構成し、他端開口部が濃縮水出口７を構成している。

ところで、隣り合う分離膜２の間には外部流路が形成され、この外部流路には矩形シート状の前記外部流路材３が配置されるが、この外部流路材３は、その周縁の図２の黒塗部分(接着部ｂ)が接着剤にて隣り合う分離膜２と接着されることで分離膜２の折り返し部の１辺を除く他の３辺で隣り合う分離膜２巻か接着封じられる。従って、隣り合う分離膜２同士の間は、接着封じられていない１辺のみが開口することとなり、この開口部が透過水出口８を構成している。

而して、複数（１９枚）の分離膜２をコアバー４の回りに巻回した状態で、前述のように隣り合う分離膜２の間に外部流路材３が挟まれた図４に示すようなスパイラル型膜モジュール１０が得られるが、分離膜２のコアバー４への巻回方法を図３に基づいて説明する。

分離膜２のコアバー４への巻回に際しては、外部流路材３が分離膜２の接着部ａと同じ辺で分離膜２の外面に接着された複数（１９枚）の分離膜２を、その接着部ａをコアバー４に接着剤にて接着することによって固定する。そして、図３に示すように、複数の分離膜２の１辺（接着部ａ）が接着されたコアバー４を支持台９によって垂直に起立せしめ、複数の分離膜２をコアバー４の回りに一方向（図１の矢印Ａ方向）に巻回するとともに、得られる巻回体の両端を形成することとなる分離膜２の２つの辺を、隣り合う分離膜２間を挟み込んだ外部流路材３を介して接着剤で接着封じることで、図４に示す円柱状のスパイラル型膜モジュール１０が得られる。

次に、以上のように構成されたスパイラル型離モジュール１０の作用について説明する。

図４に示すスパイラル型膜モジュール１０においては、矢印にて示すように、原水は軸方向一端側から軸方向に供給され、濃縮水は他端側から軸方向に排出される。又、分離膜２を透過した透過水は、流れが軸直角方向に曲げられて側部から排出される。即ち、各分離膜２においては、図２に矢印にて示すように、その一端開口部である原水入口６から原水が内部流路へと導入されると、濃縮水は、分離膜２の他端開口部である濃縮水出口７から軸方向（原水導入方向）に排出され、分離膜２を透過した透過水は、隣り合う分離膜２間の外部流路において流れ方向を直角に曲げて外部流路材３の透過水出口８から軸直角方向（側方）へと排出される。

而して、本実施の形態に係るスパイラル型膜モジュール１０においては、各分離膜２の接着部（接着剤によって封じられている部分）ａはコアバー４への固定部の一辺のみとなり、所定の透過水量を確保するために膜間差圧を高めても、各分離膜２において負荷が掛かって破損する可能性のある部分は接着部ａの１箇所のみとなり、万一、この接着部ａに剥離や破損が生じても、この接着部ａの辺部では分離膜２間に形成される外部流路は接着封じられているため、原水が分離膜２の外部にリークして外部流路を流れる透過水と混ざることがなく、透過水質の劣化が防がれる。このため、従来のように水質回復のためにスパイラル型膜モジュール１０自体を交換する必要がなく、当該スパイラル型膜モジュール１０の耐久性が高められ、そのコストダウンが図られる。

又、本実施の形態では、各分離膜２の内側にスキン層、外側に支持層を形成したため、スキン層同士の接着のような接着強度の限界の問題が発生せず、外部流路材３と分離膜２とを強固に接着して原水のリークを確実に防ぐことができる。

本発明に係るスパイラル型膜モジュールの分離膜の製造工程を示す分解斜視図である。 本発明に係るスパイラル型膜モジュールの分離膜の製造工程を示す分解斜視図である。 本発明に係るスパイラル型膜モジュールの分離膜の巻回方法を示す破断斜視図である。 本発明に係るスパイラル型膜モジュールにおける水の流れを示す斜視図である。 従来のスパイラル型膜モジュールの分離膜の製造工程を示す分解斜視図である。 従来のスパイラル型膜モジュールの分離膜の製造工程を示す分解斜視図である。 従来のスパイラル型膜モジュールにおける水の流れを示す斜視図である。

符号の説明

１ 膜シート
２ 分離膜
３ 外部流路材
４ コアバー（中心軸）
５ 内部流路材
６ 原水入口
７ 濃縮水出口
８ 透過水出口
９ 支持台
１０ スパイラル型分離モジュール
ａ，ｂ 接着部

Claims (2)

1. 内部に原水が供給される内部流路が形成された複数の分離膜を中心軸回りに巻回し、各分離膜の内部に矩形シート状の内部流路材を配置するとともに、隣り合う分離膜間に形成される外部流路に矩形シート状の外部流路材を配置して成るスパイラル型膜モジュールにおいて、
   前記各分離膜を、矩形の膜シートを折り返してその端部同士を封じることによって筒状に成形してその一端開口部を原水入口とし、他端開口部を濃縮水出口とするとともに、各分離膜の封じられた前記端部を中心軸に固定し、
   該分離膜の折り返し部の１辺を除く他の３辺で隣り合う分離膜間を封じることによって、隣り合う分離膜間に形成される前記外部流路の1辺に開口する開口部を透過水出口としたことを特徴とするスパイラル型膜モジュール。
   
2. 前記各分離膜の内側にスキン層、外側に支持層を形成したことを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜モジュール。

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