JP5594138B2 - 流体分離素子、流体分離素子用テレスコープ防止板、及び流体分離装置 - Google Patents
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Description
本発明は、逆浸透装置、ナノ濾過装置、限外濾過装置、精密濾過装置等の流体分離装置に好適に用いられる流体分離素子に関するものである。
海水淡水化用、半導体製造業における超純水製造用、さらには、一般のかん水淡水化用、有機物の分離用、廃水の再利用などの種々の分野において、分離膜を利用したさまざまな流体分離処理装置を用い、膜の透過液または濃縮液を有価物として取得することが行われている。この流体分離処理装置においては、分離膜を用いた流体分離素子を圧力容器内に装填して使用することが一般的に行われている。
分離膜を用いた流体分離素子の形態としては、中空糸膜を用いた流体分離素子や、平膜を用いたプレートフレーム型流体分離素子、スパイラル型流体分離素子があげられる。
スパイラル型流体分離素子は、分離膜が透過液流路材と供給液流路材と共に集水管の周りにスパイラル状に巻き付けられた構造をとるものであり、例えば、図１に示すような構造をとる。
図１において、第１の分離膜１３および第２の分離膜１４は、３辺が互いに接着されもしくは折り返された、封筒状の形状となっている。この封筒状の膜の間に透過水流路材１５が挟み込まれている。これと原水流路材１６とを１つのユニットとして、単数もしくは複数ユニットを積み重ね、集水管１１の周囲にスパイラル状に巻き付けられ膜巻回体１を形成している。封筒状の膜は集水管１１側で開口している。膜巻回体１の長手方向の両端部にはそれぞれテレスコープ防止板２が取り付けられている。
原水１２は、流体分離素子の一方の端面から、上流側のテレスコープ防止板２ｕを通って膜巻回体１内へと流入し、第１の分離膜１３および第２の分離膜１４を透過するか否かにより膜分離処理される。分離膜１３、１４を透過した透過水１８は透過水流路材１５を伝って流れ集水管１１で集められて取り出される。分離膜１３、１４を透過しなかった原水１２は、下流側のテレスコープ防止板２ｄを通り、流体分離素子の他方の端面から、濃縮液１７として排出される。
通常スパイラル型の流体分離素子は、膜巻回体１の外周面側が、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）によりシェル状により固められている。
流体分離素子の上流側に取り付けられたテレスコープ防止板２ｕの外周面にはブラインシールと呼ばれるシール部材が取り付けられている。このブラインシールは、流体分離素子が圧力容器内に装填されて原水が流入された際に、流体分離素子の外側ＦＲＰシェルと圧力容器との隙間内へ原水が流入してショートパスするのを防ぐ機能を果たす。
環状のブラインシールを取り付けるために、テレスコープ防止板の外周面には溝が設けられ、この溝内に嵌め込まれるようにブラインシールが取り付けられる（例えば、特開２００５−１１１４７３号公報や特開２００６−２１２５１４号公報参照）。
テレスコープ防止板の外周面の溝部に嵌め込まれるブラインシールにはＯリング、Ｘリング等、様々の断面形状のものがあるが、圧力容器への装填性から断面がＵ字状であるＵシールが用いられることが多い。Uシールを嵌め込むときには、最適なシール効果を得るために上流側（原水入り側）にＵ字の上部分が向くように嵌め込むことが必要である。ところが、弾性樹脂からなるＵシールは嵌め込むときにねじれてしまうことがある。テレスコープ防止板の溝部に嵌め込まれたＵシールがねじれた状態のままであると、その流体分離素子を圧力容器内に装填しても、目的とするシール効果が得られない。そこで、ねじれた状態のＵシールを一度取り外し、再度嵌め込む作業が必要である。この際、ブラインシールにもテレスコープ防止板にも傷を付けずにＵシールを取り外すことが要求される。
ところで、ブラインシールの取り外しを目的とするものではないが、ブラインシールを嵌め込む溝の片側壁の壁高を低くしたり、部分的に欠損させたりすることが、特開２００５−１１１４７３号公報で提案されている。しかし、この場合でも、シール材を取り外すためには、先端が尖った治具を溝部内に差し込むことが必要であり、テレスコープ防止板とシール材との間に尖った治具を差し込むことにより、テレスコープ防止板とシール材の両方が傷つけられ易い。また、シール材のシール機能部分に治具を押し当てて引き上げる作業を行う場合には、シール機能部分が傷つけられ易い。
本発明は、上記した従来技術における問題点を解消し、テレスコープ防止板の溝部からブラインシールを取り外す際における傷つきを防止するとともに、取り外し作業を容易化することを主たる目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明の流体分離素子は以下のとおり特定される。
（１）分離膜、原水流路材及び透過水流路材を重ねスパイラル状に巻回してなる膜巻回体の両端側もしくは片端側にテレスコープ防止板が取り付けられてなる流体分離素子であって、該テレスコープ防止板の外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部が設けられ、かつ、該溝部の内側の底辺部分と、テレスコープ防止板の内側の原水流路とが連通する孔が設けられており、かつ、該孔が、該溝部にブラインシールを取り付けた際にブラインシールにより閉塞される位置に設けられていることを特徴とする流体分離素子。
（２）テレスコープ防止板が流体分離素子の両端側に取り付けられ、上流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールが嵌め込まれ、かつ、下流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールが嵌められていないことを特徴とする上記（１）記載の流体分離素子。
（３）ブラインシールが、弾性樹脂からなる断面Ｕ字状のシール材であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の流体分離素子。
（４）外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部が設けられ、かつ、内側に原水流路を有するテレスコープ防止板であって、溝部の内側の底辺部分と、テレスコープ防止板の内側の原水流路とが連通する孔が設けられており、かつ、該孔が、該溝部にブラインシールを取り付けた際にブラインシールにより閉塞される位置に設けられていることを特徴とする流体分離素子用テレスコープ防止板。
（５）ブラインシール嵌め込み用の溝部にブラインシールが嵌め込まれていることを特徴とする上記（４）記載の流体分離素子用テレスコープ防止板。
（６）ブラインシールが、弾性樹脂からなる断面Ｕ字状のシール材であることを特徴とする上記（５）記載の流体分離素子用テレスコープ防止板。
（７）上記（２）又は（３）に記載の流体分離素子の複数が圧力容器内に直列に複数装填され、かつ、隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板どうしが接する形式で接続されていることを特徴とする流体分離装置。
（８）複数の流体分離素子が圧力容器内に直列に装填して使用され、かつ、装填時に隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板どうしが接する形式で接続される流体分離素子であることを特徴とする上記（１）に記載の流体分離素子。
（１）分離膜、原水流路材及び透過水流路材を重ねスパイラル状に巻回してなる膜巻回体の両端側もしくは片端側にテレスコープ防止板が取り付けられてなる流体分離素子であって、該テレスコープ防止板の外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部が設けられ、かつ、該溝部の内側の底辺部分と、テレスコープ防止板の内側の原水流路とが連通する孔が設けられており、かつ、該孔が、該溝部にブラインシールを取り付けた際にブラインシールにより閉塞される位置に設けられていることを特徴とする流体分離素子。
（２）テレスコープ防止板が流体分離素子の両端側に取り付けられ、上流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールが嵌め込まれ、かつ、下流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールが嵌められていないことを特徴とする上記（１）記載の流体分離素子。
（３）ブラインシールが、弾性樹脂からなる断面Ｕ字状のシール材であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の流体分離素子。
（４）外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部が設けられ、かつ、内側に原水流路を有するテレスコープ防止板であって、溝部の内側の底辺部分と、テレスコープ防止板の内側の原水流路とが連通する孔が設けられており、かつ、該孔が、該溝部にブラインシールを取り付けた際にブラインシールにより閉塞される位置に設けられていることを特徴とする流体分離素子用テレスコープ防止板。
（５）ブラインシール嵌め込み用の溝部にブラインシールが嵌め込まれていることを特徴とする上記（４）記載の流体分離素子用テレスコープ防止板。
（６）ブラインシールが、弾性樹脂からなる断面Ｕ字状のシール材であることを特徴とする上記（５）記載の流体分離素子用テレスコープ防止板。
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本発明の場合、テレスコープ防止板の、ブラインシールを嵌め込むための溝部の内側に、原水流路側と連通する孔が設けられているので、この連通孔の原水流路側の開口端から、シール材の奥側を押すことができる。従って、連通孔の原水流路側の開口端から、棒状治具の先端を押し当て、または圧空を吹き込んで、シール材の奥側を押すことにより、テレスコープ防止板もブラインシールも傷付けること無く、簡単にシール材を取り外すことが可能となる。
以下、本発明の流体分離素子やテレスコープ防止板の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明が適用される流体分離素子は、図１に示すように、スパイラル型の膜巻回体１を備え、その両端側にテレスコープ防止板２ｕ、２ｄが取り付けられてなる流体分離素子である。テレスコープ防止板が片端側に設けられたものでもよい。流体分離素子が圧力容器内に装填されて使用される際に、圧力容器と流体分離素子との隙間内への原水の流入を防ぐため、ブラインシール２８が上流側のテレスコープ防止板２ｕの外周面に取り付けられている。
流体分離素子を構成する膜巻回体１は、前述したように、分離膜、原水流路材及び透過水流路材が所定順序で重ねられたユニットが積み重ねられてスパイラル状に巻回されたものであり、その外側に繊維補強樹脂（ＦＲＰ）製の外側シェル３が形成されている。分離膜としては、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が用いられる。膜巻回体１の中心には、透過水を集めて流すための集水管１１が配置されている。集水管１１には透過水流入用の孔が開けられている。
膜巻回体１の両端側もしくは片端側にはテレスコープ防止板２が取り付けられる。両端側にテレスコープ防止板２を取り付ける場合には、上流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールを嵌め込むことが好ましい。
テレスコープ防止板としては、種々の形状があるが、図には、スポーク型のテレスコープ防止板の形状を例示する。図２に示すように、スポーク型テレスコープ防止板は、主として、内周環部２１、外周環部２２、スポーク部２３から構成される。内周環部２１の内側には、膜巻回体の中心に位置する集水管が嵌合される。外周環部２２の外周面には、ブラインシール嵌め込み用の溝部２５が設けられる。スポーク部２３は、内周環部２１と外周環部２２とを繋ぐものであり、内周環部２１と外周環部２２とスポーク部２３とで囲まれる空間は原水流路２４となる。内周環部２１と外周環部２２とを繋ぐ部材は、原水流路用の空間が開いていれば種々の形状をとることができ、例えば、複数ないし多数の丸孔が穿設された多孔板状でもよい。
本発明のテレスコープ防止板では、その外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部２５が設けられ、かつ、該溝部２５の内側に「原水流路側と連通する孔」（以下、連通孔という）が設けられている。
ブラインシール嵌め込み用の溝部２５は、外周環部２２の外周面に設けられた溝部であり、両側壁部２６で挟まれて溝状となっている部分である。両側壁部２６の高さや厚み（幅）や溝部２５の幅や深さは、テレスコープ防止板の形状、大きさやブラインシールの形状、大きさ等に応じて最適化した値をとればよい。例えば、両側壁部２６の高さは、図に示すように同じとすることが好ましいが、片方の側壁部の高さを部分的に他方よりも低くしてもよい。
溝部２５の内側には、連通孔２７が開けられている。この連通孔２７は、溝部２５と原水流路２４と連通する孔状空間であり、その孔形状は、図３等に示す丸形や図６（ｂ）等に示す楕円形であることが好ましいが、その他の形状、例えば、半円形、三角形、四角形、その他の多角形としてもよい。これらの孔形状を図６や図７に例示する。この連通孔２７は、棒状治具を差し通すための直線状孔空間を確保できるように、孔深さ方向に直線状に延びる孔であることが好ましい。
連通孔２７の孔の大きさは、ブラインシールを押し出すための棒状治具を差し通すことができ、かつ、ブラインシールが落ち込まず、外周環部２２の強度を阻害しない程度のものとする。例えば、ブラインシールを押し出すためには、１個の孔の断面積は0.78mm2以上、特に、3.14mm2以上であることが好ましい。孔の数は１個でもよいし２個以上でもよい。また、ブラインシールが落ち込まないためには１個の孔の大きさをある程度以下、例えばブラインシール嵌め込み溝部２５の底面積に対して８％以下の大きさとすることが好ましい。ブラインシールが落ち込まないためには、さらに、シール材長手方向の孔の長さをある程度以下、例えばブラインシール嵌め込み溝部２５の周長に対して１７％以下とすることが好ましい。また、外周環部２２の強度を阻害しないためには、必要最小限の孔数および孔断面積和とすることが好ましい。例えば、ブラインシール嵌め込み溝部２５の底面積に対する孔断面積和が５０％以下となるようにすること、孔の数が１００個以下となるようにすることが好ましい。
連通孔２７を設ける位置は、溝部２５の内側、即ち溝部２５の底辺部分であって、かつ、スポーク部２３の延長線上を除く部分である。スポーク部２３の延長線上の部分では、原水流路側と連通する孔とすることが困難である。複数の連通孔を設ける場合には、溝部２５の内側にほぼ等間隔で設けてもよいし、また、２個ないし数個を、近接させて設けても良い。複数個の孔の並びは、円周上の同じ直線上であってもよいし、また千鳥状に位置をずらしてもよい。孔の形状の異なる複数の連通孔を設けてもよい。例えば、丸形孔と多角形孔または半円形孔等との組み合わせや、楕円形孔と半円形孔または多角形孔等との組み合わせなどが挙げられる。
ブラインシール嵌め込み用の溝部２５に嵌め込むことによって取り付けられるブラインシールは、溝内に嵌り、かつシール機能を発揮できる形状のものであればよい。なかでも、図５や図８に示すような断面Ｕ字状のシール材（Ｕシール）が好ましいが、ＯリングやＸリングを用いてもよい。このシール材としては、アクリルゴム（ACM）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ニトリルゴム、NBR）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ウレタンゴム（Ｕ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ、ＥＣＯ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム（Ｑ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＭＫ）、ポリイソブチレン（ブチルゴム、ＩＩＲ）等の弾性樹脂が用いられるがこれに限られるものではない。
本発明のテレスコープ防止板において、外周面のブラインシール嵌め込み用の溝部２５に、ブラインシールを嵌め込む作業は、通常の方法で、例えば手作業により行えばよい。ブラインシールを取り外す際には、連通孔２７の中に原水流路側から丸棒状の治具を差し込んでシール材を押し出して取り外せばよい。連通孔２７を通じてシール材を押し出すためには、連通孔２７内に圧空を圧入させてもよい。
本発明の流体分離素子は、圧力容器内に１個装填されて使用され、もしくは、図８に示すように、圧力容器内に複数個が直列に装填され、隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板どうしが接する形式で接続されて使用される。図８には、テレスコープ防止板が流体分離素子の両端側に取り付けられ、上流側のテレスコープ防止板２ｕの溝部にブラインシール２８が嵌め込まれている流体分離素子を、圧力容器５内に収納した場合の断面図を例示する。図８では、原水は左側から右側へと流れている。流体分離素子において上流側に位置するテレスコープ防止板２uには、Ｕ字状のブラインシール２８が取り付けられているので、連通孔２７はブラインシール２８により閉塞されている。従って、上流側テレスコープ防止板２uでは、ブラインシール２８によって、原水流路側から外周側方向への原水流れは阻止されている。また、下流側に位置するテレスコープ防止板２dにはブラインシール２８が取り付けられていないので、下流側テレスコープ防止板２dの連通孔２８は塞がれていない。従って、流体分離素子と圧力容器との間の隙間内と、流体分離素子内の原水流路との間の原水の移動が、その連通孔２８を通じて生じる。この結果、流体分離素子内の急激な圧力変動が生じた時でも、流体分離素子と圧力容器との隙間内での圧力異常を防止することができる。
図２〜４に示す形状のスポーク型テレスコープ防止板を通常の樹脂成形により作製した。このテレスコープ防止板の外径は２００ｍｍであり、外周面の溝部２５の幅は９ｍｍ、深さは８ｍｍであり、連通孔２７は、孔形状が丸、直径が４ｍｍであった。
外周面の溝部２５に、通常の方法でエチレンプロピレンゴム製の断面Ｕ字状で環状のブラインシール２８を、図５に示すように嵌め込んで取り付けた。次いで、連通孔２７の原水流路側の開口端から直径３ｍｍの金属丸棒（先端フラットの丸棒）を差し込み、ブラインシール２８を押し上げ、取り外す作業を行った。この結果、テレスコープ防止板およびブラインシールに傷を付けることなく容易に取り外すことが出来た。
１：膜巻回体
２、２ｕ、２ｄ：テレスコープ防止板
３：外側シェル
５：圧力容器
１１：集水管
１２：原水の流れ
１３、１４：分離膜
１５：透過水流路材
１６：原水流路材
１７：濃縮水の流れ
１８：透過水の流れ
２１：内周環部
２２：外周環部
２３：スポーク部
２４：原水流路
２５：ブラインシール嵌め込み用の溝部
２６：溝部の両側壁部
２７：連通孔（原水流路側と連通する孔）
２８：ブラインシール
２、２ｕ、２ｄ：テレスコープ防止板
３：外側シェル
５：圧力容器
１１：集水管
１２：原水の流れ
１３、１４：分離膜
１５：透過水流路材
１６：原水流路材
１７：濃縮水の流れ
１８：透過水の流れ
２１：内周環部
２２：外周環部
２３：スポーク部
２４：原水流路
２５：ブラインシール嵌め込み用の溝部
２６：溝部の両側壁部
２７：連通孔（原水流路側と連通する孔）
２８：ブラインシール
Claims (8)
- 分離膜、原水流路材及び透過水流路材を重ねスパイラル状に巻回してなる膜巻回体の両端側もしくは片端側に、内側に原水流路を有するテレスコープ防止板が取り付けられてなる流体分離素子であって、該テレスコープ防止板の外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部が設けられ、かつ、該溝部の内側の底辺部分と、テレスコープ防止板の内側の原水流路とが連通する孔が設けられており、かつ、該孔が、該溝部にブラインシールを取り付けた際にブラインシールにより閉塞される位置に設けられていることを特徴とする流体分離素子。
- テレスコープ防止板が流体分離素子の両端側に取り付けられ、上流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールが嵌め込まれ、かつ、下流側のテレスコープ防止板の溝部にブラインシールが嵌められていないことを特徴とする請求項１記載の流体分離素子。
- ブラインシールが、弾性樹脂からなる断面Ｕ字状のシール材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体分離素子。
- 外周面にブラインシール嵌め込み用の溝部が設けられ、かつ、内側に原水流路を有するテレスコープ防止板であって、溝部の内側の底辺部分と、テレスコープ防止板の内側の原水流路とが連通する孔が設けられており、かつ、該孔が、該溝部にブラインシールを取り付けた際にブラインシールにより閉塞される位置に設けられていることを特徴とする流体分離素子用テレスコープ防止板。
- ブラインシール嵌め込み用の溝部にブラインシールが嵌め込まれていることを特徴とする請求項４記載の流体分離素子用テレスコープ防止板。
- ブラインシールが、弾性樹脂からなる断面Ｕ字状のシール材であることを特徴とする請求項５記載の流体分離素子用テレスコープ防止板。
- 請求項２又は３に記載の流体分離素子の複数が圧力容器内に直列に複数装填され、かつ、隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板どうしが接する形式で接続されていることを特徴とする流体分離装置。
- 複数の流体分離素子が圧力容器内に直列に装填して使用され、かつ、装填時に隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板どうしが接する形式で接続される流体分離素子であることを特徴とする請求項１に記載の流体分離素子。
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