JPH11179352A - スパイラル型膜エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スパイラル型膜エレメントにおいて原水流路
の乱流化を促進し、透過水量を著しく増大させ、濃縮水
量を著しく減少させる。 【解決手段】 辺部１１，１２，１３が閉じ、辺部１４
の一部が開放した袋状膜１０内に透過水スペーサ１５が
挿入され、袋状膜１０に接着剤１６，１７，１８が付着
される。この袋状膜１０が原水スペーサ２９と共にシャ
フト２０の周りに巻回される。この巻回された袋状膜１
０の端面にソケット２５を装着し、その外周側を透過水
流出口とし、内側を濃縮水流出口とする。原水は巻回体
２４の前端面から流入する。原水スペーサ２９は、凸
凹、フィンなどの乱流促進機構を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密濾過装置、限
外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に用い
られるスパイラル型膜エレメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】膜分離装置に用いられる膜モジュールと
して、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜
エレメントがある。

【０００３】図６は従来のスパイラル型膜エレメントの
構造を示す一部分解斜視図である。

【０００４】集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２が
メッシュよりなる原水スペーサ３を介して巻回されてい
る。

【０００５】集水管１には管内外を連通するスリット状
開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、
その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜
２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿
入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透
過水流路となっている。

【０００６】袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング
６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブライン
シール８が周設されている。

【０００７】原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同
士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方
向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出す
る。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過して
その内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後
端側からモジュール外に取り出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】スパイラル型膜エレメ
ントは原水側膜面に汚れが付着しない様にメッシュの流
路材によって乱流を起こし汚れの付着を防ごうとしてい
るが、本発明はさらに乱流が発生しやすく、低流速でも
十分に乱流が起きるスパイラル型膜エレメントを提供す
ることを目的とする。

【０００９】ところで、上記従来のスパイラル型膜エレ
メントには、次のような解決すべき課題があった。

【００１０】 集水管１内の透過水流量を多くするた
めには該集水管１を大径化する必要があるが、そのよう
にするとスパイラル型膜エレメントの径も大きくなって
しまう。 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内
をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、
袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内か
ら集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵
抗も大きい。 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減
少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）
このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、
汚れが付着し易くなる。

【００１１】本出願人は、上記従来の問題点を解決し、
集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラ
ル型膜エレメントを特願平９−８２７８０号にて提案し
ている。同号の発明に係るスパイラル型膜エレメントに
おいては、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入す
る。この原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向
に流れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮
水として流出する。

【００１２】袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体
軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開
放部から流出する。

【００１３】このように、透過水が袋状膜内を巻回体の
軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜
エレメントに用いられていた集水管が不要となる。この
結果、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗
が無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。また、集水
管を無くしているため、その分だけ袋状膜の巻回方向の
長さを大きくとることができ、膜面積を拡張できる。そ
して、このように袋状膜の巻回方向長さを大きくしても
透過水の流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすること
ができる。

【００１４】本発明は、この特願平９−８２７８０号の
スパイラル型膜エレメントに適用するのに好適なスパイ
ラル型膜エレメントを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のスパイラル型膜
エレメントは、膜をスペーサと共に巻回してなり、巻回
された膜の一端面に原水が供給され、透過水は巻回膜の
軸心方向に流れて他端面から排出されるようにしたスパ
イラル型膜エレメントであって、該スペーサに乱流促進
機構が設けられていることを特徴とするものである。

【００１６】かかるスパイラル型膜エレメントにあって
は、スペーサに乱流促進機構が設けられており、原水流
路内を流れる原水の乱流化が促進され、透過水量を増大
させ、濃縮水量を著しく少なくすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して発明の実施の
形態について説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形
態に係るスパイラル型膜エレメントに用いられる一枚の
袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図
である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ
−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフト
の周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は
巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４はス
パイラル型膜エレメントの側面図、図５は原水スペーサ
の構成図である。

【００１８】この実施の形態に用いられている袋状膜１
０は、図１に示すように正方形又は長方形状のものであ
り、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３
及び第４の辺部１４を有している。この袋状膜１０は、
長い一枚の分離膜フィルムを第２の辺部１２の部分で二
つに折り返し、第１の辺部１１及び第３の辺部１３にお
いて折り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によっ
て接着し、第４の辺部１４の一部については接着を行う
ことなく開放部とした袋状のものである。

【００１９】この実施の形態においては、第４の辺部１
４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離
膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開
放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該
途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離
膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止
する閉鎖部３１となっている。

【００２０】この袋状の膜１０内に透過水流路材（例え
ばメッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置され
ている。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィル
ムを第２の辺部１２部分で二つに折り返したものに限ら
ず、二枚の分離膜フィルムを重ね合わせ、第１の辺部１
１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１
４の一部を接着するようにしたものであっても良い。

【００２１】この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１
６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が
付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き
付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着
され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されて
いる。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途
中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開
放部３０に沿って付着されている。

【００２２】袋状膜１０を原水スペーサ２９と共に図２
の如くシャフト２０の周囲に巻き付けることにより、図
３に示す巻回体を形成する。重なり合った袋状膜１０の
辺縁部同士は接着剤１６，１７，１８の部分において水
密的に接合され、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃
縮水）が流れる原水流路が構成される。

【００２３】巻回体の後端面にあっては、接着剤１８を
付着させていない巻回体内周側に原水（濃縮水）の流出
用の開放部が形成され、接着剤１８を付着させてある巻
回体外周側に透過水流出阻止用の閉鎖部３１が形成され
る。

【００２４】この実施の形態にあっては、第４の辺部１
４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用
の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向って
フィン１９が延設されている。このフィン１９は、例え
ば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に
対し接着等により接合されるのが好ましい。

【００２５】このフィン１９は、図３に示すように巻回
体２４の後端面から延出する。各袋状膜１０の第４の辺
部１４において同一箇所にフィン１９を設けておくこと
により、フィン１９は巻回体２４の軸心から等半径位上
に位置し、フィン１９が重なり合うことによりフィン１
９がリング状の突出部を形成することになる。このリン
グ状の突出部内に円筒状のソケット２５の後端を挿入
し、該ソケット２５とフィン１９を接着剤等により接合
する。なお、ソケット２５をフィン１９に外嵌めしても
良い。また、フィン１９に沿って巻回体２４の後端面に
旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット２５の端部を埋
め込むようにしても良い。

【００２６】このようにソケット２５とフィン１９とを
接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透
過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域
とが区画される。

【００２７】図４に示すように、巻回体２４の前縁及び
後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７
を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６
の外周にブラインシール２８を周設する。

【００２８】このように構成されたスパイラル型膜エレ
メントにおいては、図４に示すように、巻回体２４の前
端面から原水が袋状膜１０同士の間の原水流路に流入す
る。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原
水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側
の端面から取り出される。そして、このように原水が原
水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過
水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側か
ら流出する。

【００２９】このスパイラル型膜エレメントにあって
は、合成樹脂の糸状体を網状に編んだメッシュよりなる
原水スペーサ２９の該糸状体にネジレ、突起などの乱流
促進機構を形成し、原水流路を流れる原水の乱流化を促
進している。

【００３０】図５はこの乱流促進機構の具体例を示すも
のであり、（ａ）図は原水スペーサの一部の平面図、
（ｂ）〜（ｆ）図は乱流促進機構を示す拡大図である。

【００３１】この原水スペーサ２９は、縦糸と横糸とか
らなり、各糸にそれぞれ乱流促進機構が設けられてい
る。図５（ｂ）の乱流促進機構は、糸として複数本の細
糸２９ａを撚り合わせることにより形成されている。図
５（ｃ）の乱流促進機構は、糸に多数のイボ状の凸部２
９ｂと凹部２９ｃとを設けたものである。図５（ｄ）の
乱流促進機構は、糸に多数の節（ふし）状の凸部２９ｄ
を設けたものである。図５（ｅ）の乱流促進機構は、節
の間隔を図５（ｄ）よりも小さくし、糸の長手方向にお
いて小径部２９ｅと大径部２９ｆとを小さなピッチで繰
り返し形成したものである。図５（ｆ）の乱流促進機構
は、糸の外表面からヒレ状の突片２９ｇを多数突設した
ものである。

【００３２】このように原水スペーサ２９に乱流促進機
構が設けられているため、原水流路を流れる原水の乱流
化が促進され、原水流速が小さい場合でも透過水量が著
しく増大し、濃縮水量が著しく少ないものとなる。な
お、濃縮水量を著しく少なくすることにより、濃縮水の
循環を不要にすることも可能である。

【００３３】この実施の形態のスパイラル型膜エレメン
トにあっては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸
心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、
従来のスパイラル型膜エレメントに用いられていた集水
管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ
込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく
小さくなる。

【００３４】なお、集水管を省略しており、その分だけ
袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方
向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００３５】この実施の形態にあっては、原水流路の出
口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流
路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原
水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分
に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付
着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側
の面積と外側の面積（接着材１８の辺部１４方向の長
さ）は、このスパイラル型膜エレメントの水回収率に応
じて決めるのが好ましい。

【００３６】また、この実施の形態にあっては、ソケッ
ト２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続してお
り、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そ
して、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水
の流出側とが水密的に区画分離される。

【００３７】なお、上記実施の形態においては、ソケッ
ト２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５
の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット
２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側
を濃縮水流出部とするように構成しても良い。

【００３８】上記実施の形態にあっては、原水スペーサ
に乱流促進機構を設けているが、透過水スペーサ１５に
乱流促進機構を設けても良い。透過水スペーサ１５に乱
流促進機構を設けた場合、この透過水スペーサ１５に接
した袋状膜１０が凸凹したものとなり、原水流路におけ
る原水の乱流化を促進することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上の通り、本発明のスパイラル型膜エ
レメントにおいては、原水流路を流れる原水の乱流化が
促進され、原水流速が小さい場合でも透過水量が著しく
増大し、濃縮水量が著しく少ないものとなる。なお、濃
縮水量を著しく少なくすることにより、濃縮水の循環を
不要にすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る袋状膜の斜視図、
（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図
は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図２】実施の形態に係るスパイラル型膜エレメントの
袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。

【図３】巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図で
ある。

【図４】実施の形態に係るスパイラル型膜エレメントの
側面図である。

【図５】従来のスパイラル型膜エレメントの構造を示す
一部分解斜視図である。

【図６】スペーサの乱流促進機構を示す構成図である。

【符号の説明】

１０ 袋状膜 １１ 第１の辺部 １２ 第２の辺部 １３ 第３の辺部 １４ 第４の辺部 １５ 透過水スペーサ １６，１７，１８ 接着剤 １９ フィン ２０ シャフト ２４ 巻回体 ２５ ソケット ２９ 原水スペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜をスペーサと共に巻回してなり、巻回
   された膜の一端面に原水が供給され、透過水は巻回膜の
   軸心方向に流れて他端面から排出されるようにしたスパ
   イラル型膜エレメントであって、該スペーサに乱流促進
   機構が設けられていることを特徴とするスパイラル型膜
   エレメント。