JPH09299765A - 流体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低価格化が可能でかつデッドスペースのない
信頼性の高い流体分離装置を提供することである。 【解決手段】 スパイラル型膜エレメント１は、透過
膜、原流体流路材および透過流体流路材を１組とする素
材群を有孔中空管２の周りにスパイラル状に巻回するこ
とにより形成される。膜エレメント１の外周面は、全幅
に亘って樹脂層３で被覆されている。樹脂層３は膜エレ
メント１の外周面を密封して保護する作用を有する。膜
エレメント１の両端面は、それぞれ樹脂層４ａ，４ｂで
被覆され、密閉されている。一方の樹脂層４ａには原流
体入口５が形成され、他方の樹脂層４ｂには濃縮流体出
口６が形成されている。有孔中空管２の両端の開口部が
透過流体出口７となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒形に形成された
膜エレメントを有する流体分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の成分を分離するために、スパイラ
ル型膜モジュール、プリーツ型膜モジュール、積層型膜
モジュール等の流体分離装置が用いられている。このよ
うな流体分離装置は、原流体の流路を形成する第１の領
域と透過流体の流路を形成する第２の領域とを仕切る透
過性膜体および第２の領域に連通して透過流体を導出す
る有孔中空管を備えた筒形の膜エレメントを有し、原流
体を透過流体と濃縮流体とに分離するものである。透過
性膜体としては、比較的低圧のもとで使用される逆浸透
膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の分離膜が用いられる。
この種の流体分離装置は、１個または直列に接続された
複数個の膜エレメントを筒形容器内に装填することによ
り構成される。

【０００３】図２は従来の流体分離装置の一例を示す縦
断面図である。図２の流体分離装置では、スパイラル型
膜エレメントが２個使用されている。図２において、ス
パイラル型膜エレメント２１は、透過膜（透過性膜
体）、原流体流路材および透過流体流路材を１組とする
素材群を有孔中空管２２の周りにスパイラル状に巻回す
ることにより形成されている。図２の例では、２個の膜
エレメント２１がＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、ス
テンレス鋼等からなる円筒容器２６内に挿入されてい
る。各膜エレメント２１は、図中左方から供給される加
圧された原流体を、透過膜を透過して有孔中空管２２の
内部に導かれる透過流体と、その残余の濃縮流体とに分
離する。

【０００４】各膜エレメント２１の中心部を通る有孔中
空管２２一端部どうしが内部継ぎ手２５ａにより連結さ
れて２個の膜エレメント２１が円筒容器２６内に収納さ
れている。一方の膜エレメント２１の有孔中空管２２の
他端部（上流端）はキャップ２８で封止されている。他
方の膜エレメント２１の有孔中空管２２の他端部（下流
端）は、端板２３ｂの中心部から内側に向かって突出し
たハブ２４に内部継ぎ手２５ｂにより連結されている。

【０００５】膜エレメント１の外周面と円筒容器２６の
内周面との間には、原流体と濃縮流体との混合を防止す
るためのパッキン２９が介挿されている。円筒容器２６
の両端はそれぞれ端板２３ａ，２３ｂで閉塞され、ボル
ト２７により固着されている。一方の端板２３ａには原
流体入口３１ａが形成され、他方の端板２３ｂには濃縮
流体出口３１ｂが形成されている。また、他方の端板２
３ｂの中心部に形成されたハブ２４には透過流体出口３
１ｃが穿孔されている。

【０００６】この流体分離装置においては、一方の端板
２３ａの原流体入口３１ａから円筒容器２６内に加圧さ
れた原流体が供給される。その原流体は、各膜エレメン
ト２１の原流体流路材に沿って流れ、他方の端板２３ｂ
の濃縮流体出口３１ｂから濃縮流体として排出される。
原流体が膜エレメント２１の原流体流路材に沿って流れ
る過程で透過膜を透過した透過流体が、透過流体流路材
に沿って有孔中空管２２内に導かれ、端板２３ｂの透過
流体出口３１ｃから排出される。このようにして、原流
体が透過流体と濃縮流体とに分離される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の流体分離
装置においては、円筒容器２６、膜エレメント２１およ
びパッキン２９により形成されるデッドスペースＳに流
体が滞留する。この流体分離装置を長期間使用すると、
デッドスペースＳに滞留している流体が変性を起こす。
特に、流体が有機物を含有する液体である場合には、微
生物が繁殖し、この微生物が有機物を分解して悪臭を発
生したり、透過膜を分解してしまうことがある。

【０００８】また、この流体分離装置を高い純度の透過
水が要求される超純水製造ラインで使用する場合には、
デッドスペースＳに流体が滞留するため、透過水の純度
の立ち上がりが非常に遅くなるという問題がある。

【０００９】さらに、従来の流体分離装置は、上記のよ
うに、膜エレメント２１を円筒容器２６内に収納するこ
とにより構成されているが、この円筒容器２６の製造コ
ストが流体分離装置の全体のコストに占める割合は非常
に大きいものとなっている。そのため、流体分離装置の
低価格化が図れないという問題がある。

【００１０】本発明の目的は、低価格化が可能でかつデ
ッドスペースのない信頼性の高い流体分離装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る流体分離装置は、原流体の流路を形成する第１の
領域と透過流体の流路を形成する第２の領域とを仕切る
透過性膜体および第２の領域に連通して透過流体を導出
する有孔中空管を備えてなる筒形の膜エレメントを有
し、原流体を透過流体と濃縮流体とに分離する流体分離
装置において、膜エレメントの外周面に樹脂層を形成す
るとともに、膜エレメントの両端面にそれぞれ樹脂層を
形成し、膜エレメントの一方の端面の樹脂層に第１の領
域に連通する第１の孔部を設け、かつ膜エレメントの他
方の端面の樹脂層に第１の領域に連通する第２の孔部を
設け、膜エレメントの少なくとも一方の端面の樹脂層に
有孔中空管の内部に連通する第３の孔部を設けたもので
ある。

【００１２】本発明に係る流体分離装置においては、筒
形の膜エレメントの外周面および両端面が樹脂層で被覆
されており、これらの樹脂層に膜エレメントの第１の領
域に連通する第１および第２の孔部ならびに有孔中空管
に連通する第３の孔部が設けられている。それにより、
膜エレメントの外周部にデッドスペースが形成されない
ので、膜エレメントの外周部において流体の滞留が生じ
ない。

【００１３】したがって、この流体分離装置を有機物を
含有する流体の分離に使用した際に、微生物の繁殖、有
機物の分解による悪臭の発生、透過性膜体の分解等の問
題が起こらない。また、この流体分離装置を超純水製造
ラインで使用した場合にも、透過水の純度の立ち上がり
が良好となる。

【００１４】さらに、膜エレメントを収納するための筒
形容器が不要となるため、製造コストが低減する。ま
た、複数の流体分離装置の第１の孔部と第２の孔部を連
結することにより、複数の膜エレメントを容易に接続す
ることができ、また複数の膜エレメントの接続段数を容
易に変更することができる。

【００１５】このように、低価格化が可能でかつデッド
スペースのない信頼性の高い流体分離装置が提供され
る。特に、第１の孔部が原流体入口用の孔部であり、第
２の孔部が濃縮流体出口用の孔部であり、第３の孔部が
透過流体出口用の孔部であってもよい。この場合、原流
体は樹脂層の第１の孔部から膜エレメントの第１の領域
に供給される。その原流体は、第１の領域を流れ、樹脂
層の第２の孔部から濃縮流体として導出される。原流体
が第１の領域を流れる過程で透過性膜体を透過した透過
流体は、第２の領域を流れて有孔中空管の内部に導か
れ、樹脂層の第３の孔部から排出される。

【００１６】膜エレメントは、透過性膜体、原流体流路
材および透過流体流路材からなる１組または複数組の素
材群を有孔中空管の外周面に配設したものであってもよ
い。その場合、原流体流路材により第１の領域における
原流体の流路が確保され、透過流体流路材により第２の
領域における透過流体の流路が確保される。

【００１７】また、第１の孔部および第２の孔部は、膜
エレメントの端面の中心部から外周部に向かって等しい
距離の位置に設けることが好ましい。それにより、複数
個の膜エレメントの直列接続を容易に行なうことができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は本発明の一実施例に
おける流体分離装置の縦断面図、図１（ｂ）は図１
（ａ）の流体分離装置の端部の横断面図である。本実施
例では、スパイラル型膜エレメントを有する流体分離装
置について説明する。

【００１９】図１において、スパイラル型膜エレメント
１は、透過膜（透過性膜体）、原流体流路材および透過
流体流路材からなる１組の素材群を有孔中空管２の周り
にスパイラル状に巻回することにより形成されている。

【００２０】膜エレメント１の外周面は、全幅に亘って
例えばＦＲＰ等からなる樹脂層３で被覆されている。こ
の樹脂層３は、膜エレメント１の外周面を密閉して保護
する作用を有している。膜エレメント１の両端面は、例
えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂等から
なる樹脂層４ａ，４ｂでそれぞれ被覆され、密閉されて
いる。

【００２１】一方の樹脂層４ａには原流体入口５が形成
され、他方の樹脂層４ｂには濃縮流体出口６が形成され
ている。これらの原流体入口５および濃縮流体出口６は
有孔中空管２を中心として外周部に向って等しい距離の
位置に設けられている。また、樹脂層４ａ，４ｂの表面
は有孔中空管２の両端面とそれぞれ面一に形成されてい
る。それにより、有孔中空管２の両端の開口部が樹脂層
４ａ，４ｂの表面に露出している。有孔中空管２の両端
の開口部が透過流体出口７となる。

【００２２】次に、図１の流体分離装置の製造方法の一
例を説明する。まず、有孔中空管２の周りに素材群を巻
回し、最外周をテープ等で補強することによりスパイラ
ル型膜エレメント１を形成する。そして、ガラス繊維を
樹脂に含浸させて、いわゆるフィラメントワインディン
グ法によりその樹脂を膜エレメント１の外周面の全幅に
亘って巻付け、硬化させる。その後、その樹脂の両端を
所定の長さに切断する。このようにして、膜エレメント
１の外周面が樹脂層３で覆われる。

【００２３】次に、外周面が樹脂層３で覆われた膜エレ
メント１を例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコ
ン樹脂等に浸漬して含浸させ、硬化させることにより、
膜エレメント１の両端面をそれぞれ樹脂層４ａ，４ｂで
被覆する。このとき、所定の型枠を用いることにより、
一方の樹脂層４ａに原流体入口５を形成し、他方の樹脂
層４ｂに濃縮流体出口６を形成する。また、樹脂層４
ａ，４ｂの表面が有孔中空管２の端面と面一になるよう
に樹脂の厚さを調整する。

【００２４】このようにして製造された流体分離装置に
おいては、原流体が原流体入口５から膜エレメント１の
素材群に供給される。素材群に供給された原流体は、原
流体流路材に沿って流れ、濃縮流体出口６から濃縮流体
として導出される。原流体が原流体流路材に沿って流れ
る過程で透過膜を透過した透過流体は、透過流体流路材
に沿って有孔中空管２の内部に導かれ、透過流体出口７
から取り出される。このようにして、原流体が濃縮流体
と透過流体とに分離される。

【００２５】本実施例の流体分離装置においては、膜エ
レメント１の外周面が直接樹脂層３で覆われているの
で、膜エレメント１の外周部にデッドスペースが形成さ
れない。そのため、この流体分離装置を有機物を含有す
る液体等の分離に使用した際に、デッドスペースにおい
て生ずる微生物の繁殖、有機物の分解による悪臭の発
生、透過膜の分解等の不具合が発生しない。また、この
流体分離装置を超純水製造ラインで使用した場合にも、
透過水の純度の立ち上がりが良好となる。さらに、膜エ
レメント１を収納するための筒形容器が不要となるた
め、製造コストが低減する。

【００２６】以上、流体分離装置を単体で使用する場合
について説明したが、複数個の流体分離装置を接続して
使用することも可能である。この場合、隣接する流体分
離装置において、一方の流体分離装置の樹脂層４ｂに形
成された濃縮流体出口６と他方の流体分離装置の樹脂層
４ａに形成された原流体入口５とを管継ぎ手等の連結部
材およびＯリング等のシール材を用いて連結する。これ
により、複数の膜エレメント１を容易に接続することが
でき、また膜エレメント１の接続段数を容易に変更する
ことができる。

【００２７】上記実施例では、スパイラル型膜エレメン
ト１が有孔中空管２の周りに１組の素材群を巻回するこ
とにより構成される単葉型のエレメントである場合を説
明したが、スパイラル型膜エレメント１が２組以上の素
材群を重ねて有孔中空管２の周りに巻回することにより
構成される複葉型の膜エレメントであってもよい。

【００２８】また、スパイラル型膜エレメント１の代わ
りにプリーツ型膜エレメント、積層型膜エレメント等の
他の形態の膜エレメントを使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における流体分離装置の縦断
面図および横断面図である。

【図２】従来の流体分離装置の一例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ スパイラル型膜エレメント ２ 有孔中空管 ３，４ａ，４ｂ 樹脂層 ５ 原流体入口 ６ 濃縮流体出口 ７ 透過流体出口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原流体の流路を形成する第１の領域と透
   過流体の流路を形成する第２の領域とを仕切る透過性膜
   体および前記第２の領域に連通して透過流体を導出する
   有孔中空管を備えてなる筒形の膜エレメントを有し、原
   流体を透過流体と濃縮流体とに分離する流体分離装置に
   おいて、前記膜エレメントの外周面に樹脂層を形成する
   とともに、前記膜エレメントの両端面にそれぞれ樹脂層
   を形成し、前記膜エレメントの一方の端面の樹脂層に前
   記第１の領域に連通する第１の孔部を設け、かつ前記膜
   エレメントの他方の端面の樹脂層に前記第１の領域に連
   通する第２の孔部を設け、前記膜エレメントの少なくと
   も一方の端面の樹脂層に前記有孔中空管の内部に連通す
   る第３の孔部を設けたことを特徴とする流体分離装置。
2. 【請求項２】 前記第１の孔部は原流体入口用の孔部で
   あり、前記第２の孔部は濃縮流体出口用の孔部であり、
   前記第３の孔部は透過流体出口用の孔部であることを特
   徴とする請求項１記載の流体分離装置。
3. 【請求項３】 前記膜エレメントは、前記有孔中空管の
   周囲に透過性膜体、原流体流路材および透過流体流路材
   からなる１組または複数組の素材群を配設してなること
   を特徴とする請求項１または２記載の流体分離装置。
4. 【請求項４】 前記第１の孔部および第２の孔部は、前
   記膜エレメントの端面の中心部から外周部に向かって等
   しい距離の位置に設けたことを特徴とする請求項１、２
   または３記載の流体分離装置。