JPH10113542A - 流体分離装置および膜エレメントの接続方法 - 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がな
く、膜エレメントの交換に必要なスペースおよび設置面
積が小さく信頼性が高い流体分離装置および膜エレメン
トの接続方法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の両端部に
それぞれ端面封止部材２ａ，２ｂが装着される。一方の
端面閉塞部材２ａに原水入口５が形成され、他方の端面
閉塞部材２ｂに濃縮水出口６および透過水出口７が形成
される。原水入口５、濃縮水出口６および透過水出口７
に、濾過時の内圧で端面閉塞部材２ａ，２ｂが膜エレメ
ントから１外れないように端面閉塞部材２ａ，２ｂを外
側から押圧するようにそれぞれ配管が接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆浸透膜分離装
置、限外濾過装置、精密濾過装置等の流体分離装置およ
び膜エレメントの接続方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、浄水技術へ膜分離技術が適用され
るとともに、海水淡水化等で用いられる逆浸透膜分離シ
ステムの前処理として膜分離技術が適用されつつある。
このような膜分離に使用される膜の種類としては、高透
過水量が得られる精密濾過膜または限外濾過膜が多い
が、最近、超低圧力で高透過水量が得られる逆浸透膜も
開発されてきた。

【０００３】また、膜分離に使用される膜エレメントの
形態としては、単位体積当たりの膜面積（体積効率）の
点から中空糸膜エレメントが多く使用されている。しか
しながら、中空糸膜エレメントは、膜が折れやすいとい
う欠点を有している。

【０００４】一方、膜面積を大きく取れる膜エレメント
の形態としてスパイラル型膜エレメントがある。このス
パイラル型膜エレメントは、中空糸膜エレメントと比較
すると、膜が折れにくく、破れにくいという利点を有し
ている。

【０００５】逆浸透膜分離装置、限外濾過装置、精密濾
過装置等の流体分離装置（膜分離装置）は、通常、ベッ
セルと呼ばれる圧力容器の内部に膜エレメントを封入し
てなり、圧力容器内を加圧し、分離膜の原水側と透過水
側の圧力差を利用して透過水を得るように構成されてい
る。

【０００６】図４はスパイラル型膜エレメントを用いた
従来の流体分離装置の一例を示す断面図である。図４に
おいて、圧力容器５０は、筒形ケース５２および一対の
端板５３，５４により構成される。圧力容器５０の内部
にはスパイラル型膜エレメント５１が収納されている。

【０００７】スパイラル型膜エレメント５１は、透過水
スペーサの両面に分離膜を重ね合わせて３辺を接着する
ことにより封筒状膜（袋状膜）を形成し、その封筒状膜
の開口部を有孔中空管からなる集水管５５に取り付け、
ネット状（網状）の原水スペーサとともに集水管５５の
外周面にスパイラル状に巻回することにより構成され
る。

【０００８】膜エレメント５１の外周面と筒形ケース５
２の内周面との間にはＯリング等のシール部材５６が装
着されている。これにより、圧力容器５０の内部には第
１の液室５７と第２の液室５８とが形成されている。

【０００９】一方の端板５３には、第１の液室５７に連
通する原水入口５９が形成され、他方の端板５４には、
第２の液室５８に連通する濃縮水出口６０および集水管
５５の一方の開口端に連通する透過水出口６１が形成さ
れている。

【００１０】この流体分離装置を用いて原水を分離処理
する場合には、原水を圧力容器５０の原水入口５９から
第１の液室５７内に導入する。原水は、第１の液室５７
から膜エレメント５１を通過し、その透過水が集水管５
５から透過水出口６１を通して外部へ取り出され、ま
た、濃縮水が第２の液室５８から濃縮水出口６０を通し
て外部へ取り出される。

【００１１】

【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、圧力容器５０の筒形ケース５２の内周
面とスパイラル型膜エレメント５１の外周面との間に空
隙が存在する。この空隙はデッドスペースとなり、流体
の滞留（液溜まり）が生じる。この流体分離装置を長期
間使用すると、デッドスペースに滞留している流体が変
成を起こす。特に、流体が有機物を含有する液体である
場合には、微生物等の雑菌が繁殖し、この雑菌が有機物
を分解して悪臭を発生したり、分離膜を分解してしまう
ことがある。

【００１２】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。

【００１３】さらに、この流体分離装置においてスパイ
ラル型膜エレメント５１を交換する際には、一対の端板
５３，５４のうち一方を取り外し、スパイラル型膜エレ
メント５１を筒形ケース５２から引き抜く必要がある。
そのため、膜エレメント５１の交換時に圧力容器５０の
長さに加えて、スパイラル型膜エレメント５１の長さ分
のスペースが必要になり、設置面積も大きくなる。

【００１４】また、この流体分離装置は、スパイラル型
膜エレメント５１を筒形ケース５２内に収納することよ
り構成されているが、この筒形ケース５２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。

【００１５】一方で、前述したように逆浸透膜分離シス
テムの前処理として使用される流体分離装置では、比較
的低圧で高透過水量が得られるようになってきているた
め、圧力容器に以前ほど高い耐圧が要求されない。

【００１６】本発明の目的は、低価格化が可能でかつデ
ッドスペースがなく、膜エレメントの交換に必要なスペ
ースおよび設置面積が小さく信頼性が高い流体分離装置
および膜エレメントの接続方法を提供することです。

【００１７】

【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、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、膜エレメントの両端面が一対の端面封止部材に
より封止されたものである。

【００１８】特に、膜エレメントが、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、一方の端面封止部
材に膜エレメントの第１の領域に連通する第１の孔部が
設けられ、かつ他方の端面封止部材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
一方の端面封止部材に有孔中空管の内部に連通する第３
の孔部が設けられ、第１、第２および第３の孔部に一対
の端面封止部材を膜エレメントの内圧に抗して外側から
押圧するようにそれぞれ配管が接続されることが好まし
い。

【００１９】この場合、原流体は一方の端面封止部材の
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、他方の端面封止
部材の第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面封止部材の第３の孔部から排
出される。

【００２０】本発明に係る流体分離装置においては、膜
エレメントが圧力容器内に装填されることなく、膜エレ
メントの両端面が一対の端面封止部材により封止されて
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（液溜まり）が生じない。

【００２１】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、微生物等の雑菌
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
純水製造ラインで使用した場合、透過水の純度の立ち上
がりが良好となる。

【００２２】さらに、一対の端面封止部材を取り外すだ
けで膜エレメントの交換が可能となり、膜エレメントを
その軸方向に引き抜く操作が必要ないので、膜エレメン
トの交換に必要なスペースが小さくなり、流体分離装置
の設置面積も小さくなる。また、膜エレメントを収納す
るための筒形ケースがないため、流体分離装置の重量が
軽減され、膜エレメントの交換が軽作業となり、また、
製造コストも低減する。

【００２３】このように、低価格化が可能でかつデッド
スペースがなく、膜エレメントの交換に必要なスペース
および設置面積が小さく信頼性の高い流体分離装置が提
供される。

【００２４】特に、第１、第２および第３の孔部に一対
の端面封止部材を膜エレメントの内圧に抗して外側から
押圧するように配管が接続されるので、流体分離装置の
構造が単純となり、膜エレメントの接続および交換が容
易になる。さらに、複数の膜エレメントを配管を介して
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。

【００２５】端面封止部材の各々は、膜エレメントの端
部の外周面に液密に嵌合する円環状部材と、その円環状
部材の端面に液密に当接する端板とにより構成されても
よい。また、端面封止部材の各々は、膜エレメントの端
部の外周面に液密に嵌合する周壁部と、その周壁部の開
口端を閉塞する底部とが一体形成されてもよい。

【００２６】本発明に係る膜エレメントの接続方法は、
筒形の膜エレメントを配管に接続する方法において、膜
エレメントの両端面を一対の端面封止部材により封止
し、各端面封止部材を膜エレメントの内圧に抗して外側
から押圧するように配管に接続するものである。

【００２７】この場合、膜エレメントが圧力容器内に装
填されることなく、膜エレメントの両端面が一対の端面
封止部材により封止されているので、膜エレメントの外
周部にデッドスペースが形成されず、膜エレメントの外
周部において流体の滞留（液溜まり）が生じない。

【００２８】したがって、この膜エレメントを有機物を
含有する流体の分離に使用した場合に、微生物等の雑菌
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、この膜エレメントを
純水製造ラインで使用した場合、透過水の純度の立ち上
がりが良好となる。

【００２９】一対の端面封止部材を取り外すだけで膜エ
レメントの交換が可能となり、膜エレメントをその軸方
向に引き抜く操作が必要ないので、膜エレメントの交換
のスペースが小さくなり、膜エレメントの設置面積も小
さくなる。また、膜エレメントを収納するための筒形ケ
ースがないため、重量が軽減され、膜エレメントの交換
が軽作業となり、また、製造コストも低減する。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例にお
ける流体分離装置の縦断面図である。また、図３は図１
の流体分離装置に用いられるスパイラル型膜エレメント
の一部切欠き斜視図である。本実施例の流体分離装置
は、例えば、低圧逆浸透膜分離装置、限外濾過装置また
は精密濾過装置として用いられる。

【００３１】図３に示すように、スパイラル型膜エレメ
ント１は、透過水スペーサ３３の両面に２枚の分離膜
（透過性膜体）３２を重ね合わせ、その３辺を接着する
ことにより封筒状膜（袋状膜）３４を形成し、その封筒
状膜３４の開口部を有孔中空管からなる集水管３１に取
り付け、ネット状（網状）の原水スペーサ３５とともに
集水管３１の外周面にスパイラル状に巻回することによ
り構成される。

【００３２】原水（原流体）３６はスパイラル型膜エレ
メント１の一方の端面側から供給される。この原水３６
は、原水スペーサ３５に沿って集水管３１と平行な方向
に直線状に流れ、スパイラル型膜エレメント１の他方の
端面側から濃縮水（濃縮流体）３８として排出される。
原水３６が原水スペーサ３５に沿って流れる過程で、原
水側と透過水側の圧力差によって原水３６の一部が分離
膜３２を透過し、透過水（透過流体）３７が透過水スペ
ーサ３３に沿って集水管３１の内部に流れ込み、集水管
３１の端部から排出される。

【００３３】図１において、膜エレメント１の外周面
は、全幅にわたってポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポ
リプロピレン、ポリエチレン、シリコーン等からなる廉
価な収縮チューブで覆われている。この収縮チューブ
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。なお、比較的高い耐圧を必要とする場合に
は、膜エレメント１の外周面を、例えばＦＲＰ（繊維強
化プラスチック）等からなる樹脂層で被覆する。膜エレ
メント１の集水管３１の一方の開口端にはエンドキャッ
プ８が装着されている。このエンドキャップ８は集水管
３１内に原水が浸入することを防いでいる。

【００３４】膜エレメント１の両端部にはそれぞれ端面
封止部材２ａ，２ｂが着脱自在に装着されている。端面
封止部材２ａは円環状部材３ａおよび端板４ａにより構
成される。円環状部材３ａは、膜エレメント１の一方の
端部の外周面に液密に接着される周壁部１０と、その周
壁部１０の端面側に形成されたフランジ部１１とからな
る。端板４ａの中央部には円形の凹部が形成されてい
る。

【００３５】円環状部材３ａのフランジ部１１の端面に
Ｏリング等のシール部材１２を介して端板４ａが液密に
当接し、ボルト１３およびナット１４により固定されて
いる。膜エレメント１の一方の端面と端板４ａの凹部と
の間の空間が第１の液室１５となる。

【００３６】同様に、端面封止部材２ｂは円環状部材３
ｂおよび端板４ｂにより構成される。円環状部材３ｂ
は、円環状部材３ａと同様に周壁部１０およびフランジ
部１１からなり、端板４ｂの中央部には円形の凹部が形
成されている。円環状部材３ｂのフランジ部１１の端面
にＯリング等のシール部材１２を介して端板４ｂが液密
に当接し、ボルト１３およびナット１４で固定されてい
る。膜エレメント１の他方の端面と端板４ｂの凹部との
間の空間が第２の液室１６となる。

【００３７】一方の端板４ａには、第１の液室１５に連
通する原水入口５が形成されている。他方の端板４ｂに
は、第２の液室１６に連通する濃縮水出口６が形成さ
れ、かつ集水管３１の内部に連通する透過水出口７が形
成されている。

【００３８】原水入口５には原水３６を供給するための
配管が接続され、濃縮水出口６には濃縮水３８を導出す
るための配管が接続され、透過水出口７には透過水３７
を導出するための配管が接続される。これらの配管は、
濾過時の内圧で円環状部材３ａ，３ｂが膜エレメント１
から外れないように端板４ａ，４ｂを外側から押圧する
ように配置される。配管の材質としては、耐圧性を考慮
してステンレス等の金属が好ましいが、１ｋｇｆ／ｃｍ
² 以下の低圧で使用する場合には、ＰＶＣ等のプラスチ
ックを使用することも可能である。

【００３９】この流体分離装置においては、原水３６が
上流側の端板４ａの原水入口５から第１の液室１５を介
して膜エレメント１の内部に供給され、第２の液室１６
に導出された濃縮水３８が下流側の端板４ｂの濃縮水出
口６から取り出される。また、集水管３１の内部に導か
れた透過水３７が下流側の端板４ｂの透過水出口７から
取り出される。このようにして、原水が濃縮水と透過水
とに分離される。

【００４０】図２は本発明の第２の実施例における流体
分離装置の縦断面図である。図２において、スパイラル
膜エレメント１の構造は図３に示した構造と同様であ
る。膜エレメント１の両端部にはそれぞれ一体型の端面
封止部材１７ａ，１７ｂが着脱自在に装着されている。

【００４１】端面封止部材１７ａは、膜エレメント１の
一方の端部の外周面にＯリング等のシール部材２０を介
して液密に嵌合する周壁部１８と、その周壁部１８の一
方の開口端を閉塞する底部１９とが一体形成されてな
る。

【００４２】同様に、端面閉塞部材１７ｂは、膜エレメ
ント１の他方の端部の外周面にＯリング等のシール部材
２０を介して液密に嵌合する周壁部１８と、その周壁部
１８の開口端を閉塞する底部１９とが一体形成されてな
る。

【００４３】一方の端面閉塞部材１７ａの底部１９には
原水入口５が形成されている。他方の端面閉塞部材１７
ｂの底部１９には濃縮水出口６および透過水出口７が形
成されている。

【００４４】本実施例の流体分離装置においても、原水
入口５、濃縮水出口６および透過水出口７にそれぞれ配
管が接続されている。これらの配管は、濾過時の内圧で
端面閉塞部材１７ａ，１７ｂが膜エレメント１から外れ
ないように外側から端面閉塞部材１７ａ，１７ｂを押圧
するように配置されている。

【００４５】第１および第２の実施例の流体分離装置に
おいては、膜エレメント１の外周面が収縮チューブで覆
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
ペースにおいて生じる微生物等の雑菌の繁殖、有機物の
分解による悪臭の発生、分離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ケ
ースが不要となるため、製造コストが低減する。

【００４６】膜エレメント１の交換時には、端面封止部
材２ａ，２ｂ，１７，１７ｂを膜エレメント１から取り
外すだけでよく、膜エレメント１を軸方向に圧力容器か
ら抜き出すという操作が不要となる。そのため、交換時
に必要なスペースが小さくなり、流体分離装置の設置面
積も小さくなる。しかも、圧力容器がないため、流体分
離装置の重量が軽減され、膜エレメント１の交換が軽作
業となる。さらに、配管を介して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。

【００４７】上記実施例では、スパイラル型膜エレメン
ト１が集水管３１の回りに１組の素材群を巻回すること
により構成される単葉形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
群を重ねて集水管３１の回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。

【００４８】また、スパイラル型膜エレメントの代わり
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】本発明の第１の実施例における流体分離装置の
縦断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例における流体分離装置の
縦断面図である。

【図３】図１および図２の流体分離装置に用いられるス
パイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。

【図４】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 ２ａ，２ｂ，１７ａ，１７ｂ 端面封止部材 ３ａ，３ｂ 円環状部材 ４ａ，４ｂ 端板 ５ 原水入口 ６ 濃縮水出口 ７ 透過水出口 １８ 周壁部 １９ 底部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、
   前記膜エレメント両端面が一対の端面封止部材により封
   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、一方の前記端
   面封止部材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、かつ他方の前記端面封止部
   材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面封止部材
   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、前記第１、第２および前記第３の孔部に前記一対の
   端面封止部材を前記膜エレメントの内圧に抗して外側か
   ら押圧するようにそれぞれ配管が接続されたことを特徴
   とする請求項１記載の流体分離装置。
3. 【請求項３】 前記一対の端面封止部材の各々は、前記
   膜エレメントの端部の外周面に液密に嵌合する円環状部
   材と、前記円環状部材の端面に液密に当接する端板とに
   より構成さ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】 前記一対の端面封止部材の各々は、前記
   膜エレメントの端部の外周面に液密に嵌合する周壁部
   と、前記周壁部の開口端を閉塞する底部とが一体形成さ
   れ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。
5. 【請求項５】 筒形の膜エレメントを配管に接続する方
   法において、膜エレメントの両端面を一対の端面封止部
   材により封止し、各端面封止部材を膜エレメントの内圧
   に抗して外側から押圧するように配管に接続することを
   特徴とする膜エレメントの接続方法。