JP6771812B2 - スパイラル型分離膜モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、スパイラル型分離膜モジュールに関する。かかるスパイラル型分離膜モジュールは、食品用途などで有効成分の濃縮、浄水や下水用途等での有害成分の除去などの高度処理に用いることができる。
従来より、液状混合物の成分を分離するために、膜分離による逆浸透分離装置、限外ろ過装置、あるいは精密ろ過装置などが用いられている。具体的には、流体分離装置において、加圧供給原流体を導入し、膜を通過して有孔の中空管に導かれる透過流体と、その残余の濃縮流体に分離するものである。こうした液体分離装置には、複数のスパイラル型分離膜エレメント（以下「膜エレメント」ともいう。）を有するスパイラル型分離膜モジュール（以下「膜モジュール」ともいう。）が多用されている。
例えば、膜エレメントを３個使用した従来の膜モジュールの一例を図１に示す。図１の断面図に示すように、従来の膜モジュール１は、円筒容器２内に３個の膜エレメント３を連結して収納した構造を有する。膜エレメント３は、分離膜の供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管４にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないように封止された構造を有する。３個の膜エレメント３は、中空管４の端部同士が内部継手５により連結され、互いに直列に接合され円筒容器２に収納されている。そして、供給原流体入口孔６側の中空管４の端部には、供給原流体が中空管４内に混入しないように密栓７が設けられており、一方、透過流体出口孔８側の中空管４の端部は、濃縮流体が混入しないように端部継手９により円筒容器２の透過流体出口孔８と連結されている。なお、濃縮流体は、濃縮流体出口孔１０から排出される。
しかし、このような従来の膜モジュール１は、供給原流体又は濃縮流体が内部継手５、密栓７、又は端部継手９の接合隙間から中空管４内に混入するおそれがあり、有害成分除去の信頼性が低いというデメリットがあった。
一方、特許文献１では、円筒型容器を必要としない膜モジュールを用い、簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高く、かつ結合部において漏れの発生しない密着度の高い構造を有する液体分離装置が提案されている。
特許第４６８８１４１号公報
本発明は、供給原流体及び濃縮流体が中空管内に混入するおそれがなく、有害成分除去の信頼性が高い膜モジュールを提供することを目的とする。
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す膜モジュールにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、分離膜の供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないように封止された構造を有するスパイラル型分離膜エレメントを円筒容器内に収納したスパイラル型分離膜モジュールにおいて、
前記円筒容器は、供給原流体入口孔と透過流体出口孔と濃縮流体出口孔とを有しており、
前記中空管の上流側端部は、管側面と一体的に閉塞されており、
前記中空管の下流側端部は、前記円筒容器の透過流体出口孔を介して外に突出していることを特徴とするスパイラル型分離膜モジュール、に関する。
前記円筒容器は、両端に透過流体出口孔を１つずつ有しており、前記円筒容器内に前記スパイラル型分離膜エレメントが２個収納されており、各スパイラル型分離膜エレメントの各中空管の下流側端部は、前記円筒容器の各透過流体出口孔を介して外に突出している形態であってもよい。当該形態にすることにより、透水効率を向上させることができる。
本発明の膜モジュールは、従来の膜モジュールのように内部継手や栓や端部継手を用いていないため、中空管内に供給原流体又は濃縮流体が混入するおそれがなく、有害成分除去の信頼性が高いものである。
従来の膜モジュールの一例を示す断面図である。 本発明の膜モジュールの一例を示す断面図である。 本発明の膜モジュールの他の一例を示す断面図である。 本発明の膜モジュールの下流側端部の一例を示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を基に説明する。
図２は、本発明の膜モジュールの一例を示す断面図である。膜モジュール１は、円筒容器２内に膜エレメント３を１個収納したものである。円筒容器２は、供給原流体入口孔６と透過流体出口孔８と濃縮流体出口孔１０とを有している。膜エレメント３は、中空管４以外は一般的な構造を有するものであり、具体的には、分離膜の供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管４にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないように封止された構造を有する。
前記中空管４は、前記積層体が巻回される部分に透過流体を管内に通すための孔（図示せず）を有しており、その上流側端部１１は管側面と一体的に閉塞されており、その下流側端部１２は円筒容器２の透過流体出口孔８を介して外に突出している。透過流体出口孔８の内部には、中空管４との隙間を封止するためのシール部材１３（例えば、Ｏ−リングなど）が設けられていることが好ましい。また、下流側端部１２は、外部配管１４に接合するための接合部材１５を有していてもよい。
膜モジュール１の構造を上記構造にすることにより、中空管４内に供給原流体又は濃縮流体が混入するおそれがなくなるため、有害成分除去の信頼性が向上する。
図３は、本発明の膜モジュールの他の一例を示す断面図である。図２における説明と重複する部分については記載を省略する。膜モジュール１は、円筒容器２内に膜エレメント３を２個収納したものである。円筒容器２は、両端に透過流体出口孔８を１つずつ有している。２個の膜エレメント３は、各中空管４の上流側端部１１が互いに向かい合うように円筒容器２内に収納されている。そして、２個の膜エレメント３の各中空管４の下流側端部１２は、円筒容器２の各透過流体出口孔８を介して外に突出している。
膜モジュール１の構造を上記構造にすることにより、中空管４内に供給原流体又は濃縮流体が混入するおそれがなくなるため、有害成分除去の信頼性が向上する。また、膜モジュール１は、膜エレメント３を２個収納しているため、膜エレメント３を１個収納する場合に比べて透水効率が優れている。
図４は、本発明の膜モジュールの下流側端部の一例を示す断面図である。円筒容器２は、耐圧性を確保するために金属で作製されることが多いが、金属製の端板に中空管４を貫通させると中空管４の表面を傷つける恐れがある。特に、透過流体出口孔８にシール部材１３を設けるための溝がある場合には、中空管４が傷つくリスクが高い。透過流体出口孔８に樹脂製の保護スリーブ１６を設けることにより、中空管４に傷がつくことを防止することができる。
以上、本発明の膜モジュールの代表的な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、各種の用途に適した構造を適宜採用することができる。
本発明の膜モジュールは、食品用途などで有効成分の濃縮、浄水や下水用途等での有害成分の除去などの高度処理に用いることができる。
１：スパイラル型分離膜モジュール
２：円筒容器
３：スパイラル型分離膜エレメント
４：中空管
５：内部継手
６：供給原流体入口孔
７：密栓
８：透過流体出口孔
９：端部継手
１０：濃縮流体出口孔
１１：上流側端部
１２：下流側端部
１３：シール部材
１４：外部配管
１５：接合部材
１６：保護スリーブ

Claims (2)

  1. 分離膜の供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないように封止された構造を有するスパイラル型分離膜エレメントを円筒容器内に収納したスパイラル型分離膜モジュールにおいて、
    前記円筒容器は、金属製の円筒容器であり、
    前記円筒容器は、供給原流体入口孔と透過流体出口孔と濃縮流体出口孔とを有しており、
    前記中空管の上流側端部は、前記中空管の側面と隙間なく一体的に閉塞されており、
    前記中空管の下流側端部は、前記円筒容器の透過流体出口孔を介して外に突出していることを特徴とするスパイラル型分離膜モジュール。
  2. 前記円筒容器は、両端に透過流体出口孔を１つずつ有しており、前記円筒容器内に前記スパイラル型分離膜エレメントが２個収納されており、各スパイラル型分離膜エレメントの各中空管の下流側端部は、前記円筒容器の各透過流体出口孔を介して外に突出している請求項１に記載のスパイラル型分離膜モジュール。
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