JPH0314492B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中空糸型逆浸透装置に利用されるモ
ジユールに関し、特にモジユールを形成する中空
糸条の巻付構成を改良して、原水を均一に流し偏
流がなく且つ濃度分極もなく塩排除率を大きくし
た中空糸型逆浸透モジユールに関するものであ
る。

最近、海水の淡水化、かん水の淡水化或は純水
製造用として逆浸透装置が使用される様になつて
きた。そしてこれらの逆浸透装置としては、チユ
ーブラー型、スパイラル型および中空糸型がある
が、中空糸型が他の型に比べて単位膜面積当りの
透過流量は小さいが表面積を大きくとる事がで
き、全体としての透過流量が著しく大きくなり、
容積効率が非常に高い利点があるので多く採用さ
れるに至つている。

ところでこの様な中空糸型モジユールは、圧力
容器内に多数の中空糸を束状に形成した膜組立体
（エレメント）を１個若しくは複数、単列或は複
列に配設して構成される。第１図は従来のモジユ
ールの一例を示す構成説明図でシングルエレメン
ト型を示したものである。即ち１は圧力容器でそ
の両側にそれぞれ蓋板２，３を取り付けて構成す
る。そして該圧力容器１内に配置するエレメント
４は、中心部に有孔筒で形成した流通筒体８を配
し、その周辺に多数の中空繊維５を束ねる様に配
置すると共に該中空繊維５はそれぞれＵ字形に折
り曲げ、その両端部を流通筒体８と共に樹脂フラ
ンジ部７に埋設して該フランジ部７の外周面に中
空繊維５の開口部５ａを形成する。またＵ字に折
り曲げた中空繊維の折り曲げ端側も樹脂フランジ
部６で形成する。また該フランジ部６は他方開口
側のフランジ部７より小径の外径とする。そして
圧力容器１内に配設するに当つては、フランジ部
７の外周にリングパツキン７ａを配して水密的に
設けられる。一方該エレメント４のフランジ部６
側には原水導入パイプ９が接続され、該パイプ９
は蓋板２を貫通する様に連結されてエレメント４
の流通筒体８内に開口する。また圧力容器１内に
おいてエレメント４のフランジ部７の外側には空
所１１を形成し、該空所１１は製造水の溜部とな
る。蓋板３には製造水取り出しパイプ１２が設け
られ空所１１と連通している。また圧力容器１の
エレメント４の外周適当部には濃縮水取り出しパ
イプ１０が接続され、該パイプ１０には適当な開
閉弁装置が設けられる。またダブルエレメント型
であつては、エレメント４を互いに背合わせ形に
配設して圧力容器１の外周に設ける原水導入パイ
プ９を分岐してそれぞれのエレメント４のフラン
ジ部６に連通し、両側の蓋板２，３に製造水取り
出しパイプ１２をそれぞれ取り付ける。そして濃
縮水取り出しパイプ１０も前記したと同じ様に１
本若しくは２本を圧力容器１の外周に接続する。
そして造水に当つては、いずれも原水が導入パイ
プ９を介してエレメント４の流通筒体８内に圧送
され、中空繊維５の膜を通つて浸透された製造水
は、フランジ部７の中空繊維開口部５ａを通つて
溜部１１に流れ、取り出しパイプ１２から取り出
される。一方浸透され得なかつた原水は濃縮水と
なつて取り出しパイプ１０から取り出され、原水
はエレメント４の中心側から外周側に移動しなが
ら浸透する。また反対にエレメント４の外周側か
ら原水を導入して、流通筒体８側に移動しながら
浸透することもあり、製造水の取り出しはフラン
ジ部７の開口部５ａと同様であるが、濃縮水の取
り出しは流通筒体８の一方側から取ることにな
る。

ところでこの様なエレメント４を構成する中空
繊維５の配列については、繊維本数を多く配置し
て浸透膜形成面積を増大させること、原水の通過
を阻害することなく、しかも均整な通過が行なわ
れる様に配列されること、更には配列並びに構成
が容易であることが要求される。また中空繊維５
の開口部５ａの面積に応じた長さの繊維長である
ことも浸透効率を左右している。またこれらの中
空繊維５は、エレメント４を構成するパツケージ
に均一な密度となる様に巻かれる必要がある。第
２図は従来のエレメント４の一例を示したもの
で、中空繊維５をほぼエレメントの長さとして流
通筒体８の外周に配置し、これらの周辺を結束用
糸条５ｂによつて巻き締めて構成したものである
が、密度が高過ぎたり、パツケージ成形に手数を
要している。これらから一般の糸巻パツケージの
様に単繊条をトラバースさせたり、或は集束した
ものをトラバースさせながらパツケージを成形す
ることも知られているが、巻芯を形成する流通筒
体８に中空繊維束をこの様な巻き付け方法で配置
したモジユールにおいては、流通筒体８から外周
方向の繊条層に流体を導くとき、流体は予想に反
して均一に流れず、偏流を起し易い。従つてこの
様なモジユールでは流体の透過量が少なく、また
被処理液体の非透過成分の濃度分極のために高い
分離効率を得ることは困難であつた。またモジユ
ールを構成するエレメント４の巻き付け中空繊条
５は、その開口端間の距離を長くすると、中空繊
維内部の透過液体の圧力のために透過率は低下す
る。これらからエレメントのパツケージ形成に当
つては、前記した様な要件を具備すると共に容易
に形成できるものであることが要望される。

本発明はこれらに基づいてなされたもので、特
に中空繊維を多数本集めて扁平な束状として巻き
付けると共に、その交差部においても均密的に配
置され、巻き付け充填密度が高く、均一な浸透を
行ない得るモジユールを提供しようとするもので
ある。しかしてこの様な中空糸型モジユールと
は、流通筒体の外周には断面扁平状の繊条束が該
流通筒体の軸に対して５〜60度の螺旋角で巻装さ
れ、該繊条束は多数本の中空繊維単繊条からなる
断面円形の繊条群が複数並べられたものであり、
その巻き付け状態は、直前に巻かれた同じ螺旋方
向の繊条束と平行で隣接する様に巻き付け、反対
の螺旋方向の繊条束とは交互に重なり合つて交差
部を形成するが、該交差部は、巻き付け流通筒体
の一定位置で且つ同一円周上を順次移動して形成
され、交差部以外では、相互に平行な多数の繊条
束が層を形成し、反対方向の繊条束が形成する層
とが交互に積層されるものである。この様にして
形成した中空糸のエレメントは、流通筒体側から
導入される液体、或はエレメントの外周側から流
通筒体側に導入される液体を、巻き付け繊条の層
中を偏流を作ることなく均一に通過させることが
できる。

以下図面に基づいて本発明中空糸型モジユール
を詳細に説明するが、図は本発明の具体的な実施
の一例を示すもので、本発明はこれらの図示例に
限定されず、前記および後述する記載の趣旨に徴
して、他の巻取手段を利用したり、或は一部の構
成を変更しても同様に実施することができる。第
４図は本発明に係るエレメント４ａの側面略図で
一部を破断して示す。第５図および第６図は、巻
き取りを示す平面図および巻取側から見たトラバ
ース装置の正面図で、巻取装置の一例を示し、第
７図は第５図に示した巻取体を拡大した説明図、
第８図乃至第１１図は巻き付け説明図である。こ
れらの図において、本発明中空糸型モジユールを
構成するエレメント４ａは、第７図に示す様にト
ラバースされて互いに交差する交差部２５を、巻
付体のほぼ特定位置の周面上に形成する様に巻き
取るものである。そして巻き付けトラバースさせ
る中空繊維５は、その単繊条を10〜30本集めて１
つの繊条群とし、さらにこの繊条群を複数横方向
に並べて、偏平な繊条束として巻き付ける。即ち
これらの繊条を案内するガイド１７は、第８図に
示す様に単穴１７ａを３個横列に並べて構成し、
中空繊維の繊条群２２を第９図（平面図）の様に
して使用する。従つて該ガイド１７から引き出さ
れる繊条束２２ａは、偏平な断面積となり、しか
もその両側は互いに薄くなる。またトラバースに
当つては、これらの繊条束２２ａが互いに隣接る
様にし、第７図の切断線Ｘ−Ｘの一部を第１０図
に示す様に順次層状に巻き付ける。更に前記交差
部２５は第１１図に略示する様にほぼ特定位置の
円周上に形成する。そして、この様にして巻かれ
たエレメント４は、互いに交差して巻かれた繊条
束２２ａがその直前に巻かれた同じ螺旋方向の繊
条束と平行して隣接する交差部２５を形成し、該
交差部は一定位置で層状に積層され、引き続いて
巻かれる繊条束の交差部は、前回の交差部からほ
ぼ一定の問隔で巻付円周方向に順次形成される様
に形成するものである。

しかしてこの様に巻き付けるに当つては、適当
な巻取装置を利用することができるが、以下に述
べる手段を利用して巻き取ることができる。第５
図は巻取装置の全体を示す平面図、第６図は第５
図の切断線−に沿う矢印方向断面図で、これ
らの図において、エレメント４ａを構成する流通
筒体８を巻付芯体として駆動装置に挾持させる。
駆動装置としては、駆動部１４から突出した駆動
軸１４ａと、これに対設された支持装置１３とに
よつて構成され、前記流通筒体８を該駆動軸１４
ａと支持装置１３から突出退入できる様に設けら
れた支軸１３ａに挾持させる。駆動軸１４ａは変
速装置１４ｂを介して調速され、支軸１３ａは遊
転して流通筒体８が回転される。一方トラバース
装置１５は、上下に２本の案内ロツド１６，１６
が固定して設けられ、該ロツド１６，１６にガイ
ドブラケツト１８が摺動自在に設けられる。また
前記ガイド１７は該ガイドブラケツト１８の頂部
に取り付けられる。そしてロツド１６，１６の間
で且つその裏側（供給側）には、エンドレスチエ
ーン１９を張設して回動させ、その回動は駆動装
置２０によつて一定速度で行なわれる。２１は支
持部材である。そして該チエーン１９の一部に
は、突起を設けた係合部材を固定し、この係合部
材を前記ガイドブラケツト１８に形成した縦長溝
に係合させる。よつてチエーン１９が回動するこ
とによつてガイドブラケツト１８は案内ロツド１
６，１６に沿つてトラバースする。２４はガイド
バーで繊条収容容器２３から引き出す繊条束２２
を案内する。そして巻き取り駆動に当つては、巻
取芯側の速度を順次減速する様にして、前記交差
部２５をほぼ一定の位置に形成する様にする。な
おこれらの巻取駆動手段は一例を示したもので、
本発明エレメントを形成するに当つては他の手段
を利用することもできる。

本発明中空糸型モジユールは、前記した様に単
繊条を多数集めて偏平な繊条束として巻き付ける
と共に螺旋トラバースの交差部を、巻取長さ方向
の一定位置でしかも円周上に順次移動して形成し
たから、選択透過性中空繊維条が平行に配列され
た層を形成し、反対の螺旋方向の繊条が形成する
層とが交互に規則正しく重畳されているので、巻
き付け繊条の層中を通過する流体は偏流を作るこ
となく均一に流れるので、濃度分極を起すことな
く高い透過量と高い分離性を達成することができ
るのである。なお、この様に繊条束の交差部を特
定位置でしかも円周上に順次形成することは、一
見して交差部の重なり部の繊維密度が交差部以外
部より高くなり、その近傍に密度の粗部分を形成
して、原水の通過斑を形成する様に考えられる
が、実際に実験してみるとこれらの予想に反して
前記した様に偏流せず均一に流れる。この理由は
エレメントを構成する厚さ方向の繊維数はいずれ
の部分も同じであつて、円筒形である限り全体密
度は均一となるからである。また交差部は密度の
ばらつきが積極的に形成されるので、一定圧の原
水はこの粗部分を通つて中心側に流れるものがで
きる。すなわち均密部では中心側に浸透する程、
原水が濃縮されており、透過され得る能力が低下
している。よつて中心側の中空繊条は透過能の少
ない濃縮液に曝されて有効な浸透を行なえない。
ところが前記交差部の近傍では、密度の粗部分が
形成されて、濃縮されていない（透過能力のすぐ
れた）原水を中心側に送り入れることができ、中
心側に導入されると共に巻軸螺旋方向にも浸透す
る様になり、中心側の中空繊条において透過され
て濃度分極を作らないことが考えられる。これら
からエレメントを大口径でしかも層厚で形成して
処理能力のすぐれたものとすることができる。

本発明中空糸型逆浸透モジユールを構成するエ
レメントは、この様に構成したから実質的に繊条
密度を均整にすることができ、原水の透過性を均
一にする。またその流れ方向は放射状に均一に流
れて偏流がなく濃度分極もなくなり、浸透性のす
ぐれたモジユールを得ることができ、特に海水の
淡水化に利用するときは塩排除率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中空糸型逆浸透モジユールの一例を示
す説明側面図、第２図はエレメントの構成説明側
面図、第３図は第２図の右側面図、第４図は本発
明に係るエレメントの説明略図、第５図は巻取成
形を示す平面略図、第６図は第５図の切断線−
に沿う矢印方向断面図、第７図は第５図の一部
を拡大した説明図、第８図はトラバースガイドの
正面図、第９図は繊条の巻付供給を示す平面図、
第１０図は第７図の切断線−における一部拡
大断面図、第１１図は巻き付けを示す略示図であ
る。 １……圧力容器、２，３……蓋板、４……エレ
メント、５……中空繊維、６，７……樹脂フラン
ジ部、８……流通筒、９……導入パイプ、１０…
…濃縮水取出パイプ、１１……溜部、１２……製
造水取出パイプ、１３……支持装置、１４……駆
動装置、１５……トラバース装置、１６……ガイ
ドロツド、１７……ガイド、１８……ガイドブラ
ケツト、１９……チエーン、２０……駆動装置、
２１……支持部材、２２……中空繊条群、２４…
…ガイドバー、２５……交差部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有孔流通筒体の外周に多数の中空繊維を配設
   し、該中空繊維の一方側端を開口させ、該中空繊
   維の開口側と周辺部とを隔離し、前記流通筒体の
   内側若しくは中空繊維配設層の外周側から原水を
   導入し、上記中空繊維の開口側から製造水を取り
   出す様に形成した中空糸型逆浸透モジユールであ
   つて、前記流通筒体の外周には断面扁平状の繊条
   束が該流通筒体の軸に対して５〜60度の螺旋角で
   巻装され、該繊条束は多数本の中空繊維単繊条か
   らなる断面円形の繊条群が複数並べられたもので
   あり、同じ螺旋方向の繊条束はその直前に巻かれ
   た繊条束と平行で隣接する様に配置され、一方反
   対の螺旋方向の繊条束とは交互に重なり合つて交
   差部が形成され、該交差部は巻き付け流通筒体の
   一定位置で且つ同一円周上を順次移動して形成さ
   れ、交差部以外の位置では平行な多数の繊条束が
   層を形成し、反対の螺旋方向の繊条束が形成する
   層と交互に積層されてなることを特徴とする中空
   糸型逆浸透モジユール。