JPH03288531A - 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４図に示す
。これは平らな半透膜支持体１５を平行に何層にも重ね
ている。　　第５図には半透膜を固定している半透膜支
持体上５の一枚の構造を示す。

１Ｂ４図、第５図を用いて従来技術を説明すると、半透
膜支持体１５は溝１７に挿入された水密性の封止材７を
介して積層されているので半透膜支持体１５同士の間に
は被処理液の流路９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１５の
連絡流路８を通る。

その後、流体は急角度にその方向を曲げられて被処理液
の流路９を流れるので、半透膜支持体１５と半透膜支持
体１５の間は薄層流路となる。

このとき流入口２から入った流体は、積層に依って構成
された隙間の数だけ、つまり流路９の数だけ分配される
。

分配された流体は隙間９を流れ、このとき半透膜支持体
１５に固定された半透膜１０の面を流れる。　　　さら
にもう一方の連絡流路８で急角度にその方向を曲げられ
て、流出口４で集合し排出される。　　半透膜１０の面
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１１が得られるので、流出口４での流体は濃縮さ
れている。

透過液１１は、多孔体１６を通り透過液流出口１３から
排出される。　　従って本装置に依って透過液１１と濃
縮液とが製造される。

この方法で、より多い透過液量を得ようとする場合、−
船釣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 （口）半透膜１ｏの面を流れる流体速度を高める。

（Ａ）被処理流体の温度を上げる。

に）半透ｒ！Ａ１０の面積を増やす。

そのため積層の数を増やすか、または−枚の膜面積を大
きくする。

等である。

（発明が解決しようとするＷ！［） 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。

（ロ）半透膜１０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１０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１０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９を流れる流ｊｌ）÷（流路９の断面積）で現さ
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。

第４図の例では６流路の場合を示したが、実際には流路
の数が数十にも及ぶ場合がある。

一方、透過液１１の量は、半透膜１０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
９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−ａ整の狂い
や、たわみによってはＱ、　　５ｍｍ程度の誤差が生じ
やすい。　　わずかＱ、５ｍｍといえども、１．５ｍｍ
に対してのＱ、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、流路があまり多くなら
ない程度に、数枚の膜支持体上５を重ねたものを一ブロ
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、１１４図には
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
速の不均一を発生するし、流路の数が多くなるとこの傾
向はさらに顕著になる。

そうすると半透膜１０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） 本発明は上記の実状に鑑み、螺旋状の流路を形成するこ
とによって、透過液量の増大と濃縮効率の向上を実現す
るものである。

１１図には、流入案内１、流入口２、流出寮内３、流出
口４、半透膜支持体５、仕切り板６、水密性の封止材７
、連絡流路８、被処理液の流路９゜半透膜１０、透過液
１１、透過液流路１２、透過液流出口１３．案内板１４
、よりなる本発明の螺旋状の半透膜分離装置を示す。

ｊＩ２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膜１０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終流
路８、案内板１４、がある。

第３図には、前記１２１１１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。１１３図で説明
すると、複数の半透膜支持体５は仕切り板６によって仕
切られていて、半透膜支持体５と仕切り板６には、それ
ぞれ連絡流路８、案内板１４、がありこの位置を適宜に
積層しているので被処理液の流路９は螺旋状の流路を構
成する。

（作用） Ｉ！３図に示す半透膜支持体５の積層によれば、図の上
段左側（Ａ）より流入した被処理液は（Ｂ）（Ｃ）の連
絡流路８を通って（Ｄ）の仕切り板６に当たる。　　被
処理液は（Ｂ）、　（Ｃ）の半透膜支持体５と（Ａ）、
　（Ｄ）の仕切り板６とによって構成された被処理液の
流路９を流れるが、案内板１４によって流路の流れ方向
を右まわりに規制されるので、半透膜１０の面上を円を
描きながらもう一方の連絡流路８に至る。　　　被処理
液はもう一方の連絡流路８を通って（Ｄ）の仕切り板６
の連絡流路８を通過しくＥ）、　（Ｆ）の連絡流路８を
通って（Ｇ）の仕切り板６に当たり、前述のような運動
を繰り返す。

この半透膜支持体５と仕切り板６は、必要以上に厚くな
らないようにしており、連終流路８と案内板１４の数と
形状は、被処理液の流路９が全体として螺旋状を形成す
るように組み合わせられている。　　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、流れの方向を急角度で曲げられる事
なく高速で被処理液の流路９を螺旋状に旋回しながら、
流出口４に向かって流れ、半透膜１０によって濾過され
た透過液１１は透過液の流路１２を通って透過液流出口
１３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９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。

（実施例） （（）３１２図の半透膜支持体５は、連絡流路８、案内
板１４を複数設けることによって複数の被処理液流路９
を構成してもよい。

（ロ）Ｉ！２図の半透膜支持体５は、半透膜支持体の厚
さ方向に対して斜めの連絡流路８を設けることによって
、３１３図の積層方法のように半透膜支持体５の連絡流
路８、案内抜工４の位置をずらせずに螺旋状の被処理液
流路９を構成してもよい。

（ハ）連絡流路８と案内板１４とを一体にしてもよい。

に）連絡流路８と案内板１４とを一体にし、これを複数
配置してもよい。

（０第１図は、半透膜支持体５が半透膜分離装置の中心
輪に対して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９となる。

半径方向に螺旋状の被処理液流路９をもつ半透膜支持体
とその積層方法としてもよい。

（へ）　半透膜支持体５の集合には被処理液の流路９が
構成されているが、この流路の中に並行に整流板を設け
てもよい、　　この整流板は被処理液の流路９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を被処理液流路９の曲
がり部あるいはそれ以外の場所に配してもよい。

（ト）半透膜支持体５は、屈曲自在であってもよいし、
剛性があってもよい。

（チ）半透膜支持体５は、半透［１０によって！！通さ
れた透過液１１を少なくとも一つ以上の透過液流出口１
３へ導く、透過液の流路１２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。

（す）半透膜支持体５は、水密性の封止材７が、半透膜
支持体と一体になっていてもよい。

（ヌ）半透膜支持体５は、螺旋状に形成された１組の半
透膜支持体の集合体、ないし分離装置を一ブロックとし
て、これを数ブロツク連結してもよい。

（ル）半透膜支持体５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。

（ヲ）半透膜支持体５は、被処理液の流入と流出の方向
を逆にしてもよい。

（ワ）半透膜支持体５は、その形状を、四角形、長方形
、Ｃ字形、■字形、５字形、Ｌ字形、０字形。

Ｓ字形、Ｕ字形、■字形、Ｗ字形、２字形、３字形、６
字形、８字形、９字形　としてもよいし、これらを組み
合わせてもよい。

（力）被処理液の流路９の周縁を封止するための水密性
の封止材７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。

（３）半透膜面上の被処理液の流路９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１４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案内板１
４をパスして直接連絡流路８へ流れるフェイルセーフ機
能を備えてもよい。

（す）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８の位置が互いに重なり合わない欅
にしであるが、必要に応じて連絡流路８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１４の位置を任意に設定してもよ
い。

（し）本明細書添付の図面における案内板１４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。

（ソ）連絡流路８と案内板１４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。

（））流入口２と流出口４の方向を逆にしてもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明は流体の分配が少なく、か
つ被処理液の流路の方向が急角度に変化す一部ることの
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ｌＯ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９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９の寸法を従来よりも広げるこ
とが出来るか・実験条件・ ら、半透層面１０に堆積する汚れで被処理液の流路９を
閉塞する事故が発生しない。

さらに、半透膜支持体を任意に積層できるので、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。

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、水道水の有効利用を図るための分離装置である。

限外濾過膜の分画分子量　　１０万 ＭＬＳＳ濃度　　　　４０１０（ｍｇ／Ｌ）圧力　　　
　　　　　　１（Ｋｇ／ｃｍ２）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１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。

３１１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】

１１図は１発明の半透膜分離装置を示す斜視図。 １２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ａｔされた螺旋
状の被処理液流路の様子を示す模式図で被処理液は（Ａ
）から（Ｊ）に向かって螺旋を描きながら流れる。 Ｉ！４図は、従来の半透膜分離装置の断面図。 第５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 仕切り板 水密性の封止材 連絡流路 １０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 被処理液の流路 半透裏 透過液 透過液流路 透過液流出口 案内板 従来の半透誤支持体 多孔体 水密性の封止材を特徴とる

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１０と、半透膜支持体５に固着さ
   れた半透膜１０によつて濾過された透過液１１を少なく
   とも一つ以上の透過液流出口１３へ導くための透過液の
   流路１２と、被処理液流路の周縁を封止するための封止
   材７、案内板１４、連絡流路８よりなる半透膜支持体５
   であって、半透膜支持体５と仕切り板６の集合には、被
   処理液の流路９が設けられており、この被処理液の流路
   ９は案内板１４、連絡流路８の作用によって、螺旋状の
   流路９を構成しており、さらにこの半透膜支持体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。