JPH03267125A - 半透膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 食品、発酵、製薬、水道水の再利用等の分野に於て、２
種類以上の分子量を有する流体を半透膜で濾過あるいは
濃縮することを目的とした流体の濾過装置に於て、被処
理液の流路を螺旋状に形成した半透膜分離装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来の半透膜分離装置の代表的な形状を、第７図に示す
。これは平らな半透膜支持体２０を平行に何層にも重ね
ている。　　第８図には半透膜を固定している半透膜支
持体２０の一枚の構造を示す。

第７図、第８図を用いて従来技術を説明すると、半透膜
支持体２０は溝２１に挿入された水密性の封止材１１を
介して積層されているので半透膜支持体２０同士の間に
は被処理液の流路１６が形成されている。　　被処理流
体は流入案内１の流入口２から入り、半透膜支持体２０
の連絡流路１７を通る。　　その後、流体は被処理液の
流路１６を流れるので、半透膜支持体２０と半透膜支持
体２゜の間の薄層流路となる。　　　このとき流入ａ２
から入った流体は、積層に依って構成された隙間１６の
数だけ、つまり流路の数だけ分配される。

分配された流体は隙間１６を流れ、このとき半透膜支持
体２０に固定された半透膜１２の面を流れる。　　　さ
らにもう一方の連絡流路１７−１を通って、流出口４で
集合し排出される。

半透膜１２０面を流体が流れるときに、その流体の一部
が濾過されて、透過液１３が得られるので、流出口４で
の流体は濃縮されている。

従って本装置に依って透過液１３と濃縮液とが製造され
る。　　　透過液１３は、多孔体１７−２を通り透過液
流出口１５から排出される。

この方法で、より多い透過液量を得ようとする場合、一
般的に次の方法がとられている。

（イ）被処理流体の圧力を高める （０）半透膜１２の面を流れる流体速度を高める。

（＾）被処理流体の温度を上げる。

（：）半透膜１２の面積を増やす。

そのため積層の数を増やすか、 の膜面積を大きくする。

等である。

または　−枚 （発明が解決しようとする課！ｌｉ） しかしながら、これらの対策は次の欠点がある。

（イ）　　被処理流体の圧力を高めると、流体の吐出ポ
ンプが大型になり、かつ配管経路の耐圧性を増強せねば
ならない。

（（１）　　半透膜１２の面を流れる被処理流体速度を
早くすると、流体の吐出ポンプが大型になる。

（ハ）　　被処理流体の温度を上げると、流体の性質に
損傷を与える場合があり、加熱コストがかかる。

（：）積層の数を増やすか、或は−枚の膜面積を大きく
する、等により半透膜１２の面積を増やすと、積層の数
を増やせば、流入口２から入った流体は積層に依って構
成された被処理液の流路１６を通るので、流入量は積層
の数だけ分配されてしまう。　　従って積層の数を多く
して膜面積を増やし、それに依って、より大きな透過流
量を得ようとすると、分配される流路が増えることにな
るので、結局、半透膜１２の面上を流れる流体速度を減
じる事になる。

第７図の例で述べれば、流入口２からの流入量を、例え
ば３００　Ｌ／分の流量を流しても、流路が６つである
から各流路に流れる流量は５０Ｌ／分に減じてしまう。

流路を流れる流体の速度は、 （流路１６を流れる流量）÷（流路１６の断面積）て現
されるから、流量が１／６に減ずれば、流速もまた１／
６に減じてしまうことになる。

一方、透過液１３の量は、半透＠１２の面上を流れる被
処理液の流速が遅いと、透過液量が減少する事は公知の
事実である。

従って、ポンプの吐出能力を高めて流速を速くせねばな
らず不経済である。

また流体の流速を安定にするためには、被処理液の流路
１６の寸法精度が重要である。従来、流速を速くするた
めこの隙間は１．５ｍｍ以下という極めて薄い隙間であ
る。

ところが、実際の施工現場での組立作業でこの隙間を精
度よく保つことは極めて困難なことであり、調整の狂い
や、たわみによっては０．　５ｍｍ程度の誤差が生じや
すい。　　わずか０．５ｍｍといえども、１．５ｍｍに
対しての０．５ｍｍであるから割合で現せば３３％もの
誤差となり、これはそのまま流体の流速の誤差となる。

また、むやみにポンプの吐出量を高めずに膜面積を増や
そうとする場合の折衷案として、流路があまり多（なら
ない程度に、数枚の膜支持板２０を重ねたものを−ブロ
ックとして、これを数ブロツク連結する事に依って、流
路数の減少と、流速の確保を図る場合がある。　　しか
しながら、この場合、ブロックからブロックへと流体が
流動する際に、激しい乱流を発生するため著しい圧力損
失を生ずる。　　さらに詳細に述べれば、第７図に示し
たように６つの流路が形成されているのであるが、必ず
しも各々の流路には流体が均等に分配されないので、し
ばしば流速の不均一を生ずる。

そうすると半透膜１２の持っている性能を充分に引き出
せないばかりか、粘性の高い流体や、汚濁物質を含んだ
流体の場合には、流速の遅い流路にあっては、流路を閉
塞するという事故が発生する。　　この様な事故が頻繁
に発生すると、その都度運転を停止して装置の分解、清
掃をせねばならず、甚だ不都合である。　　　また膜面
積を増やすため、−枚の膜面積を増大すると、設備の設
置面積が大きくなり、本装置を限定された床面積の建築
物の中に納める場合の障害にもなる。

（課題を解決するための手段） ２種類以上の分子量を有する流体を２種類の分留成分に
分離するための半透膜１２と、半透膜支持体５に固着さ
れた半透膜１２によって濾過された透過ｉ１！１３を少
なくとも一つ以上の透過液流出口１５へ導くための透過
液流路１４と、被処理液流路の周縁を封止するための封
止材１１．案内板１８、連絡流路１７よりなる半透膜支
持体５であって、半透膜支持体５の集合には、被処理液
の流路１６が設けられており、この被処理液の流路１６
は案内板１８、連絡流路１７によって、螺旋状の流路１
６を構成し、かつこの半透膜支持体５へ、被処理液を滑
らかに流入あるいは流出させるだめの少なくとも１つ以
上の流入口２、流出口４とによって構成されていること
を特徴とした半透膜分離装置を提供するものである。　
　以下にその手段を示す図面の説明を行う。

第１図には、本発明の螺旋状の半透膜分離装置を示す。

第２図には、前記第１図に用いた半透膜支持体５の構造
を示す。これは平らな円盤の両面に半透ｌ１１１２を配
したような構造になっており円盤の両面を貫通する連絡
流路１７、案内板１８、がある。

第３図には、前記第２図の円盤状の半透膜支持体５を積
層した様子を模式的に示している。　　第３図（Ａ）で
説明すると、３枚の半透膜支持体５はそれぞれ連絡流路
１７、案内板１８、の位置をずらせて積層しているので
被処理液の流路１６は螺旋状の流路を構成する。第３図
（Ｂ）は連絡流路１７、案内板１８、を２組配したもの
で、この場合被処理液の流路１６は２本となる。このよ
うに連絡流路１７、案内板１８の数を複数重することに
よって、複数の被処理液の流路１６が構成される。

第４図（Ａ）には、円盤状の半透膜支持体７に斜めの連
絡流路１７を設けたものである。

これを用いて積層すれば、前記第３図のように連絡流路
１７、案内板１８の位置をずらせな（とも螺旋状の被処
理液の流路１６が構成される。

箪４図（Ｄ）は、連絡流路１７、案内板１８の数を複数
重することによって、複数の被処理液の流路１６が構成
されている。

第４−１図は第４図の半透膜支持板の連絡流路１７と案
内板１Ｂとを一体にしたものであり、（Ａ）は−流路の
場合の説明図で、（Ｄ）は複数流路の場合の説明図であ
る。

第１図は、半透膜支持体５が半透膜分離装置の中心軸に
対して９０度の角度に設定されているが、この角度は０
度から９０度の任意の角度に設定してもよい。　　０度
に設定したときには、半透膜支持体がのり巻のようにな
り、半径方向に螺旋状の被処理液の流路１６となる。　
　第５図には、半径方向に螺旋状の半透膜支持体とその
積層方法を示す。

第６図は、前記第２図の半透膜支持体５に、被処理液の
流路に整流板１９を設けたものである。

この整流板１９は、曲がり部の流路を流れる被処理液の
圧力損失を低減させるのに有効であり、本明細書に例と
して記載した半透膜支持体図面の形状以外でも、曲がり
部を有する半透膜分離装置の流路の圧力損失を低減させ
るのに有効である。

第１図および第２図によって、螺旋状の半透膜分離装置
を説明すれば、２種類以上の分子量を有する流体を２種
類の分留成分に分離するための半透膜１２と、半透膜支
持体５に固着された半透膜１２によって濾過された透過
液１３を少なくとも一つ以上の透過液流出口１５へ導く
ための透過液流路１４と、被処理液流路の周縁を封止す
るための封止材１１．案内板１８、連絡流路１フよりな
る半透膜支持体５であって、半透膜支持体５には、被処
理液の流路１６が設けられており、この被処理液の流路
１６は案内板１８、連絡流路１７の位置を適宜配置して
積層された半透膜支持体５の集合は螺旋状の被処理液の
流路１６を構成している。

そしてこの半透膜支持体５へ被処理液を滑らかに流入あ
るいは流出させるための少なくとも１つ以上の流入口２
、流出口４とによって構成されている。

（作用） 第３図（Ａ）に示す半透膜支持体５の積層によれば、図
の左側より流入した被処理液は半透膜支持体５に固着さ
れた半透膜１２に当り、案内板１８によって流路の流れ
方向を右まわりに規制されて半透膜１２の面上を円を描
きながら連絡流路１７に至る。　　被処理液は連絡流路
１７を通じて次の半透膜支持体５に当たる。　　この運
動を繰り返すことに依って被処理液の流路１６は螺旋状
を形成する。　　　従って、第１図の半透膜分離装置に
依れば、流入口２から入った流体は、従来方法のように
、その液量を分配されることなく高速で被処理液の流路
１６を螺旋状に旋回しながら、流出口４に向かうて流れ
、半透膜１２によって濾過された透過液１３は透過液流
路１４を通って透過液流出口１５より排出される。　　
　但しここでは右まわりの例を示したが、案内板の位置
を変えることによって左まわりとすることも可能であり
、また被処理液流路１６の形状は本明細書添付の図面に
例として示した円形のみには限定されない。

（実施ｆｌＩ） ２種類以上の分子量を有する流体を２種類の分留成分に
分離するための半透ｌ１１２と、半透膜支持体５に固着
された半透膜１２によって濾過された透過液１３を少な
（とも一つ以上の透過液流出口１５へ導くための透過液
流路１４と、被処理液流路の周縁を封止するための封止
材１１．案内板１８、連絡流路１７よりなる半透膜支持
体５であって、半透膜支持体５の集合には、被処理液の
流路１６が設けられており、この被処理液の流路１６は
案内板１８、連絡流路１７によって、螺旋状の流路１６
を構成し、かっこの半透膜支持体５へ、被処理液を滑ら
かに流入あるいは流出させるための少なくとも１つ以上
の流入口２、流出口４とによって構成されていることを
特徴とした半透膜分離装置であり、以下にその実施例を
示す。

（イ）第２図の半透膜支持体５は、第３図（Ｂ）の半透
膜支持体６のように連絡流路１７、案内板１８を複数設
けることによって複数の被処理液流路１６を構成しても
よい。

（０）箪２図の半透膜支持体５は、第４図（Ａ）の半透
膜支持体７のように半透膜支持体に対して斜めの連絡流
路１７を設けることによって、第３図の積層方法のよう
に半透膜支持体５の連絡流路１７、案内板１８の位置を
ずらせずに螺旋状の被処理液流路１６を構成してもよい
。

（＾）第４図（１））のように複数の連絡流路１７と案
内板１８を設けることによって、複数の被処理液流路１
６を構成してもよい。

（：）蔦４−１図（Ａ）の膜支持板７−１のよう５こ連
絡流路１７と案内板１８とを一体にしてもよ（１゜（ｔ
）箪４−を図（Ｄ）の膜支持板８−１のように連絡流路
１７と案内板１８とを一体にし、これを複数配置しても
よい。

い）　第１図は、半透膜支持体５が半透膜分離装置の中
心軸に対して９０度の角度に設定されて−するが、この
角度は０度から９０度の任意の角度に設定してもよい。

　　０度に設定したときには、半透膜支持体がのり巻の
ようになり、半径方向に螺旋状の被処理液の流路１６と
なる。第５図（Ａ）、（Ｂ）のように、半径方向に螺旋
状で一つの被処理液流路１６をもつ半透膜支持体とその
積層方法としてもよい。

（ト）　　前記（へ）と同様に、半透膜支持体が中心軸
に対して０度に設定しており、第５図（Ｃ）、（Ｄ）の
ように、半径方向に螺旋状で複数の被処理液流路１６を
もつ半透膜支持体とその積層方法としてもよい。

（テ）　　第６図は、前記第２図の半透膜支持体５に、
被処理液の流路に整流板１９を設けたものである。

この整流板１９は被処理液の流路１６に少なくとも一列
以上設けることによって、二次流れの発生や剥離を抑制
するので、曲がり部の流路を流れる被処理液の圧力損失
を低減させるのに有効であり、本明細書に例として記載
した半透膜支持体図面の形状以外でも、曲がり部を有す
る半透膜分離装置の流路の圧力損失を低減させるのに有
効であるからこの整流板１９を被処理液流路１６の曲が
り部あるいはそれ以外の場所に配してもよい。

（す）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（ｌＯ）、（５−１）
は、屈曲自在であってもよいし、剛性があってもよい。

（ヌ）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（１０）、（５−１）
は、半透膜１２によって濾過された透過液１３を少なく
とも一つ以上の透過液流出口１５へ導く、透過液の流路
１４があるが、この流路の機能は多孔体でもよいし、穴
、溝あるいは凸凹を用いるなど技術的に可能な範囲に於
て、この機能に代えてもよい。

（ル）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（ｌＯ）、（５−１）
は、水密性の封止材１１が、半透膜支持体と一体になっ
ていてもよい。

（ヲ）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（１０）、（５−１）
は、螺旋状に形成された１組の半透膜支持体の集合体、
ないし分離装置を−ブロックとして、これを数ブロツク
連結してもよい。

（ワ）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（１０）、（５−１）
は、封止材の位置を、技術的に可能な範囲に於てその位
置、形状を変えてもよい。

（禽）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（ｌＯ）、（５−１）
は、被処理液の流入と流出の方向を逆にしてもよい。

（コ）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（ｌＯ）、（５−１）
は、その形状を、四角形、長方形、Ｃ字形、１字形、１
字形、Ｌ字形、０字形、Ｓ字形、Ｕ字形、７字形、Ｗ字
形、２字形、３字形、６字形、８字形、９字形　として
もよい。

（り）半透膜支持体（５）、（６）、（７）、（８）（
７−１）、（８−１）、（９）、（ｌＯ）、（５−１）
は、その形状を、四角形、長方形、Ｃ字形、１字形、１
字形、Ｌ字形、０字形、Ｓ字形、Ｕ字形、７字形、Ｗ字
形、２字形、３字形、６字形、８字形、９字形を組み合
わせた形状でもよい。

（し）被処理液の流路１６の周縁を封止するための水密
性の封止材１１の機能は、技術的に可能な範囲において
他の方法を用いてもよい。

（ソ）半透膜面上の被処理液の流路１６が万−何等かの
理由で閉塞した場合には内圧が上昇するが、案内板１８
は異常な内圧変動に依って変形あるいは破損し案内板と
しての作用を一時的あるいは永久的に失なわしめる機能
を備えて置き、異常内圧の発生時には被処理液が遮平板
１８をパスして直接連絡流路１７へ流れるフェイルセー
フ機能を備えてもよい。

（ツ）本明細書添付の図面における半透膜支持体５の積
層方法は、連絡流路１７の位置が互いに重なり合わない
様にしであるが、必要に応じて連絡流路１７の一部また
は全部が互いに重なり合うようにしてもよいし、技術的
に可能な範囲に於て案内板１８の位置および数を任意に
設定してもよい。

（ネ）本明細書添付の図面における案内板１８は半透膜
支持体の片面に配置しているが、これを両面に配置して
もよい。

（す）連絡流路１７と案内板１８の形状、数、配置は技
術的に可能な範囲に於て任意に設定してよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は流体の分配の無い流路を
構成したことにより流速を速く出来、その結果透過水量
を増大することが出来たので、より小さな膜面積で大き
な透過液量が得られるから、装置の小型化が実現できる
。

また、流体が、従来よりも速い速度で流路を流れるので
、半透膜面１２に堆積する汚れが少ないし、流体の速度
を極めて速くできるので、被処理液の流路１６の精度が
従来と同程度であっても、実用的には大きな支障となら
ないうえ、被処理液の流路１６の寸法を従来よりも広げ
ることが出来るから、半透膜面１２に堆積する汚れで被
処理液の流路１６を閉塞する事故が発生しない。

さらに、半透膜支持体同士を積層できるので、必要に応
じていかようにも膜面積を増減できる。

そのうえ、前に述べた様なブロックを形成する必要無し
に、膜面積の増加と、流速の増加が容易に実現できるか
ら圧力損失を最小限に抑えられる。

等の従来にない効果がある。

を図るための分離装置である。

・実験条件・ 限外濾過膜の分画分子量　　ｌＯ万 ＭＬＳＳ濃度　　　　４０１０　（ｍｇ／Ｌ）圧力　　
　　　　　　　１（Ｋ１７ｃｍ２）第１表の実験結果に
示す通り、従来方法では膜面積１ｍ２当りの透過水量は
、７７（Ｌ／時）であったのに対して、本考案による方
法では、同一の膜面積、同一の流入量であっても、約２
．５倍に相当する、１８９（Ｌ／時）の透過水量が得ら
れ、流路の閉塞も発生しなかった。

その実験結果の一部を第１表に示す。

この実験に用いた半透膜分離装置は、生活排水中の有機
物を活性汚泥法によって分解し、その処理水から半透膜
、この装置では限外濾過膜によってトイレ水、洗車水、
冷暖房用水等に再利用可能な透過処理水を得る事に依っ
て、水道水の有効利用第１表 従来方法と、本発明による方法 との実験結果の比較

【図面の簡単な説明】

第１図は、発明の半透膜分離装置で （Ａ）は側面図、（Ｂ）は断面図。 第２図は、半透膜支持体で （Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘの断面図。 第３図は、半透膜支持体の集合によって構成された螺旋
状の被処理液流路の様子を示す模式図で（Ａ）は−流路
の場合（Ｂ）は二液路の場合。 第４図は、連絡流路が半透膜支持体に斜めに入っている
ものであり、（Ａ）は−流路の場合の平面図で（Ｂ）は
そのＹ−Ｙ断面図、（Ｄ）は　二液路の場合の平面図で
（Ｃ）がそのＷ−Ｗ断面図であり（Ｅ）が２−２断面図
。 第４−１図は、案内板１８と一体になった連絡流路１フ
が半透膜支持体に斜めに入りているものであり、（Ａ）
は−流路の場合の平面図で（Ｂ）はそのＹ−Ｙ断面図、
（Ｄ）は　二液路の場合の平面図で（Ｃ）がそのＷ−Ｗ
断面図であり（Ｅ）が２−２断面図。 箆５図は、のり巻状の半透膜支持体で、（Ａ）は−流路
の断面図、（Ｂ）はその平面図。 （Ｃ）は二液路の断面図、（Ｄ）はその平面図。 第６図は、第２図の半透膜支持体に整流板を設けたもの
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図。 第７図は、従来の半透膜分離装置の断面図。 第８図は、従来の半透膜支持体で、 （Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図。 流入案内 流入口 流出案内 流出口 半透膜支持体 半透膜支持体 半透膜支持体 半透膜支持体 半透膜支持体 半透膜支持体 半透膜支持体 ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ １７−１ １７−２ ８ ９ ０ １ 半透膜支持体 半透膜支持体 水密性の封止材 半透膜 透過液 透過液の流路 透過液の流出口 被処理液の流路 連絡流路 もう一方の連絡流路 多孔体 案内板 整流板 従来の半透膜支持体 水密性の封止材を特徴する

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　２種類以上の分子量を有する流体を２種類の分留成分
   に分離するための半透膜１２と、半透膜支持体５に固着
   された半透膜１２によって濾過された透過液１３を少な
   くとも一つ以上の透過液流出口１５へ導くための透過液
   流路１４と、被処理液流路の周縁を封止するための封止
   材１１、案内板１８、連絡流路１７よりなる半透膜支持
   体５であって、半透膜支持体５の集合には、被処理液の
   流路１６が設けられており、この被処理液の流路１６は
   案内板１８、連絡流路１７によって、螺旋状の流路１６
   を構成し、かつこの半透膜支持体５へ、被処理液を滑ら
   かに流入あるいは流出させるための少なくとも１つ以上
   の流入口２、流出口４とによって構成されていることを
   特徴とした半透膜分離装置。