JPH09299766A - 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】 複数の膜エレメント１が直列に接合され
る。各膜エレメント１の外周面は、全幅に亘って樹脂層
３で被覆されている。端板４ａ，４ｂには、それぞれ膜
エレメント１の樹脂層３の外周面に嵌合する環状突出部
８ａ，８ｂが設けられ、かつ有孔中空管２の内部に嵌合
するハブ９ａ，９ｂが設けられている。一方の端板４ａ
には原流体入口５が形成され、他方の端板４ｂには濃縮
流体出口６が形成され、他方の端板４ｂのハブ９ｂには
透過流体出口７が形成されている。上流側の膜エレメン
ト１の端部に端板４ａが装着され、下流側の膜エレメン
ト１の端部に端板４ｂが装着され、端板４ａ，４ｂ間が
複数のロッド１４により連結される。

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、互いに直列に接続された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２
８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が樹脂層で被覆さ
れ、膜エレメントの両端面が一対の端板により封止され
たものである。

【００１２】特に、膜エレメントに対向する各端板の面
に膜エレメントの樹脂層の外周面端部に嵌合する環状突
出部が形成され、環状突出部の内周面と樹脂層の外周面
との間に環状シール材が介挿され、一対の端板どうしが
連結部材により連結されることが好ましい。

【００１３】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が樹脂層で被覆されており、
膜エレメントの両端面が一対の端板により封止されてい
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。

【００１４】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場合に、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。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。

【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。一方の端板に膜エレメントの第１領域に連通する第
１の孔部が設けられ、かつ他方の端板に膜エレメントの
第１の領域に連通する第２の孔部が設けられ、少なくと
も一方の端板に有孔中空管の内部に連通する第３の孔部
が設けられていてもよい。

【００１６】この場合、原流体は一方の端板の第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、他方の端板の第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、少なくとも一方
の端板の第３の孔部から排出される。

【００１７】一対の端板間に複数の膜エレメントが直列
に配置され、隣接する膜エレメントの有孔中空管どうし
が管継ぎ手により連結されるとともに、隣接する膜エレ
メントの樹脂層の外周面端部どうしが管継ぎ手により連
結されてもよい。このようにして、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。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
流体分離装置の縦断面図である。本実施例では、２個の
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、各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】各膜エレメント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。

【００２１】ここで、樹脂層３の形成方法の一例を説明
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、いわゆるフィラメント
ワインディング法により、ガラス繊維を樹脂に含浸させ
て膜エレメント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、各ユニットＵが形成される。

【００２２】このようにして形成された２つのユニット
Ｕは管継ぎ手１０および内部管継ぎ手１１により接合さ
れる。内部管継ぎ手１１は、一方のユニットＵの有孔中
空管２の内部および他方のユニットＵの有孔中空管２の
内部に嵌合される。内部管継ぎ手１１の外周面と各有孔
中空管２の内周面との間にはそれぞれＯリング１３が介
挿される。管継ぎ手１０は、その内周面に２つのＯリン
グ１２を保持するための環状溝を有している。この管継
ぎ手１０は、一方のユニットＵの樹脂層３の外周面およ
び他方のユニットＵの樹脂層３の外周面に嵌合される。
管継ぎ手１０の環状溝と各ユニットＵの樹脂層３の外周
面との間にはそれぞれＯリング１２が介挿される。

【００２３】このようにして接合された２個のユニット
Ｕの両端部にはそれぞれ端板４ａ，４ｂが装着される。
一方の端板４ａには、一方のユニットＵの樹脂層３の外
周面に嵌合する環状突出部８ａが形成されている。環状
突出部８ａの内周面には、Ｏリング１２を保持するため
の環状溝が形成されている。この端板４ａの中心部に
は、一方のユニットＵの有孔中空管２の内部に嵌合する
ハブ９ａが設けられている。また、この端板８ａには原
流体入口５が形成されている。

【００２４】同様に、他方の端板４ｂには、他方のユニ
ットＵの樹脂層３の外周面に嵌合する環状突出部８ｂが
設けられている。この環状突出部８ｂの内周面にも、Ｏ
リング１２を保持するための環状溝が形成されている。
この端板４ｂの中心部には、他方のユニットＵの有孔中
空管２の内部に嵌合するハブ９ｂが設けられている。ハ
ブ９ｂには透過流体出口７が穿孔されている。

【００２５】上流側のユニットＵの端部に一方の端板４
ａが配置され、その端板４ａのハブ９ａが有孔中空管２
の内部に嵌合されるとともに、環状突出部８ａが樹脂層
３の外周面に嵌合される。ハブ９ａの外周面と有孔中空
管２の内周面との間にはＯリング１３が介挿され、環状
突出部８ａの環状溝と樹脂層３の外周面との間にはＯリ
ング１２が介挿される。これにより、上流側のユニット
Ｕの有孔中空管２の端部がハブ９ａで封止される。一
方、下流側のユニットＵの端部には他方の端板４ｂが配
置され、その端板４ｂのハブ９ｂが有孔中空管２の内部
に嵌合されるとともに、環状突出部８ｂが樹脂層３の外
周面に嵌合される。ハブ７の外周面と有孔中空管２の内
周面との間にはＯリング１３が介挿され、環状突出部８
ｂの環状溝と樹脂層３の外周面との間にはＯリング１２
が介挿される。

【００２６】この状態で、端板４ａ，４ｂが、２個のユ
ニットＵの外周面の周囲に配置された複数本のロッド１
４により連結されて全体が接合される。このようにし
て、２個の膜エレメント１を有する流体分離装置が構成
される。

【００２７】本実施例の流体分離装置においては、原流
体が上流側の端板４ａの原流体入口５から膜エレメント
１の素材群に供給される。この原流体は、順次２個の膜
エレメント１の原流体流路材に沿って流れ、下流側の端
板４ｂの濃縮流体出口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各有孔
中空管２の内部に導かれ、下流側の端板４ｂの透過流体
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。

【００２８】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。

【００２９】また、隣接するユニットＵを管継ぎ手１
０、内部管継ぎ手１３およびＯリング１２，１３を用い
て連結することにより、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。

【００３０】以上、ユニットＵを複数個直列に接続して
使用する場合について説明したが、１個のユニットＵの
両端部に端板４ａ，４ｂを装着することにより、１個の
膜エレメント１を有する流体分離装置を構成することも
できる。

【００３１】なお、上記実施例では、一対の端板４ａ，
４ｂ間を連結する連結部材としてロッド１４を用いてい
るが、ロッド１４以外の連結部材を用いて端板４ａ，４
ｂ間を連結してもよい。

【００３２】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。

【００３３】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 樹脂層 ４ａ，４ｂ 端板 ５ 原流体入口 ６ 濃縮流体出口 ７ 透過流体出口 ８ａ，８ｂ 環状突出部 ９ａ，９ｂ ハブ １０ 管継ぎ手 １１ 内部管継ぎ手 １２，１３ Ｏリング Ｕ ユニット

Claims (5)

【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が樹脂層で被覆さ
   れ、前記膜エレメントの両端面が一対の端板により封止
   されたことを特徴とする流体分離装置。
2. 【請求項２】 前記膜エレメントに対向する各端板の面
   に前記膜エレメントの前記樹脂層の外周面端部に嵌合す
   る環状突出部が形成され、前記環状突出部の内周面と前
   記樹脂層の外周面との間に環状シール材が介挿され、前
   記一対の端板どうしが連結部材により連結されたことを
   特徴とする請求項１記載の流体分離装置。
3. 【請求項３】 一方の前記端板に前記膜エレメントの前
   記第１の領域に連通する第１の孔部が設けられ、かつ他
   方の前記端板に前記膜エレメントの前記第１の領域に連
   通する第２の孔部が設けられ、少なくとも一方の前記端
   板に前記有孔中空管の内部に連通する第３の孔部が設け
   られた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】 前記一対の端板間に複数の前記膜エレメ
   ントが直列に配置され、隣接する膜エレメントの前記有
   孔中空管どうしが管継ぎ手により連結されるとともに、
   前記隣接する膜エレメントの前記樹脂層の外周面端部ど
   うしが管継ぎ手により連結され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。
5. 【請求項５】 前記連結部材は、前記膜エレメントの外
   周面の周囲に配置されて前記一対の端板間を連結する複
   数の棒状部材からなることを特徴とする請求項１〜４の
   いずれかに記載の流体分離装置。