JPH11197470A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高水質の透過水を取り出すことができる膜分
離装置を提供する。 【解決手段】 耐圧容器５０内に第１及び第２のスパイ
ラル型膜モジュール５１，５２が設置されている。原水
は原水流入口５４から耐圧容器５０内に流入し、第１の
スパイラル型膜モジュール５１の原水流路を該膜モジュ
ール５１の軸心線と略平行方向に流れ、この間に膜透過
処理が行われる。透過水は該膜モジュール５１の後端面
外周部から流出し、次いで第２のスパイラル型膜モジュ
ール５２の原水流路に流入し膜透過処理を受ける。この
第２の膜モジュール５２の透過水は、耐圧容器５０の後
端側の透過水流出口５５から取り出される。第１及び第
２の膜モジュールの濃縮水は、それぞれ濃縮水取出管５
３を介して耐圧容器５０外に取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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係
り、特に筒状の耐圧容器内に複数のスパイラル型膜モジ
ュールを同軸的に多段に配置した膜分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の膜分離装置の従来例について図
６を参照して説明する。筒状の耐圧容器６０内に複数の
スパイラル型膜モジュール６１が同軸的に配置されてい
る。各スパイラル型膜モジュール６１は集水管６２の外
周に分離膜をスパイラル状に巻回したものであり、集水
管６２同士は継手６３により接続されている。原水は耐
圧容器６０の流入口６４から耐圧容器内に入り、各膜モ
ジュールの原水流路を耐圧容器の軸心線と略平行方向に
流れ、耐圧容器６０の流出口６５から流出する。透過水
は集水管６２内に流入し、耐圧容器６０の後端側から取
り出される。６６はブラインシールを示す。

【０００３】図７は従来のスパイラル型膜モジュールの
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】図６に示す従来の膜分
離装置では、原水は１回の膜透過処理を受けるだけで透
過水の水質が不十分であることがある。本発明は、耐圧
容器にスパイラル型膜モジュールを配置した膜分離装置
において透過水質を高めるように多段に膜透過処理でき
るように構成した膜分離装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】ところで、図７の従来のスパイラル型膜モ
ジュールには、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モジュール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】本発明は、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
型膜モジュールを備えた膜分離装置を提供することを第
２の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離装置は、
筒状の耐圧容器内に複数のスパイラル型膜モジュールを
同軸的に多段に配置した膜分離装置において、該スパイ
ラル型膜モジュールは、分離膜を巻回して巻回体とし、
該巻回体の一端面から原水が供給され、濃縮水及び透過
水が巻回体の他端面からそれぞれ取り出されるものであ
り、前段側の膜モジュールから流出した透過水を後段側
の膜モジュールの原水流路に供給することを特徴とする
ものである。

【００１３】かかる本発明の膜分離装置にあっては、原
水が耐圧容器内に配置された膜モジュールで複数回膜透
過処理されるため、きわめて高水質の透過水を得ること
ができる。

【００１４】本発明のスパイラル型膜モジュールは、袋
状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間
には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュ
ールにおいて、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の
辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺
部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部
が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１
の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体と
し、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第
４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨
ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の
全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋
状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ
前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっている
ことが好ましい。

【００１５】かかるスパイラル型膜モジュールにおいて
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。

【００１６】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。

【００１７】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
モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そし
て、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。

【００１８】なお、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。

【００１９】また、巻回体の後端面の一部においてのみ
原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の
下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めること
ができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止でき
る。

【００２０】

【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。

【００２１】図５は実施の形態に係る膜分離装置の断面
図であり、耐圧容器５０内に第１及び第２のスパイラル
型膜モジュール５１，５２が設置されている。

【００２２】各スパイラル型膜モジュール５１，５２は
袋状膜を巻回し、袋状膜同士の間を原水流路とし袋状膜
の内部を透過水流路としたものである。スパイラル型膜
モジュール５１，５２の前端面が原水（被処理水）の流
入面となっている。後端面の中央側は濃縮水の流出部と
され、外周側は透過水の流出部となっている。該濃縮水
の流出部には濃縮水取出管５３が接続され、濃縮水が耐
圧容器５０外に取り出される。

【００２３】原水は耐圧容器５０の先端側の原水流入口
５４から耐圧容器５０内に流入し、第１のスパイラル型
膜モジュール５１の原水流路を該膜モジュール５１の軸
心線と略平行方向に流れ、この間に膜透過処理が行われ
る。透過水は袋状膜内を同様にスパイラル型膜モジュー
ルの軸心線と略平行方向に流れ、該膜モジュール５１の
後端面外周部から流出し、次いで第２のスパイラル型膜
モジュール５２の前端面から該膜モジュール５２の原水
流路に流入する。そして、この膜モジュール５２の原水
流路内をその軸心線と略平行方向に流れ、膜透過処理を
受ける。

【００２４】この第２の膜モジュール５２の透過水は、
該膜モジュール５２の袋状膜内をその軸心線と略平行方
向に流れ、後端面の外周部の透過水流出部から流出し、
耐圧容器５０の後端側の透過水流出口５５から取り出さ
れる。第１及び第２の膜モジュールの濃縮水は、それぞ
れ濃縮水取出管５３を介して耐圧容器５０外に取り出さ
れる。

【００２５】このように原水をスパイラル型膜モジュー
ル５１，５２に順次に通して２回の膜透過処理を行うこ
とにより透過水としているため、透過水取出口５５から
取り出される透過水の水質がきわめて良好となる。

【００２６】この実施の形態にあっては、スパイラル型
膜モジュールを２段に設置しているが、膜モジュールは
３段以上であっても良い。膜モジュールの膜としては、
限外濾過膜、精密濾過膜、逆浸透膜など各種のものを用
いることができる。本発明では、同一の耐圧容器に同種
の膜モジュールのみを設置しても良く、２種以上のスパ
イラル型膜モジュールを組み合せて設置しても良い。

【００２７】次に、本発明において採用するのに好適な
スパイラル型膜モジュールについて説明する。

【００２８】図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュー
ル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
はスパイラル型膜モジュールの側面図である。

【００２９】図１に示すように、この袋状膜１０は、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。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺
部１３において分離膜フィルム４０同士が接着剤等によ
って接着され、第４の辺部１４については一部だけを接
着している。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフ
ィルム４０を第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第
１の辺部１１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一
部を接着するようにしたものであっても良い。

【００３０】第４の辺部１４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。

【００３１】この袋状膜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。

【００３２】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。

【００３３】複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲
に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士
は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合され
る。これにより、各袋状膜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。接着剤１８が
硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原
水（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原
水流出阻止用の閉鎖部が形成される。

【００３４】第４の辺部１４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。

【００３５】各袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２
の如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻
き付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形
成される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９
が延出する。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１
９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１９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。

【００３６】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。このソケット２５に対し、前記の濃縮
水取出管５３が接続される。

【００３７】なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに
巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０
同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在
させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させ
ることにより、原水流路が構成される。

【００３８】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。

【００３９】このように構成されたスパイラル型膜モジ
ュールにおいては、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。

【００４０】このスパイラル型膜モジュールにあって
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
イラル型膜モジュール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。

【００４１】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。

【００４２】このスパイラル型膜モジュールにあって
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（接着剤１８の辺
部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュール
の水回収率に応じて決めるのが好ましい。

【００４３】また、このスパイラル型膜モジュールにあ
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た
め、濃縮水取出管５３から濃縮水のみを（透過水を混入
させることなく）取り出すことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上の通り、本発明の膜分離装置による
ときわめて水質が良好な透過水を得ることができる。な
お、本発明（請求項２）の膜分離装置が採用するスパイ
ラル型膜モジュールは、集水管が不要であり、透過水の
流通抵抗が小さく、また膜面積を大きくとることができ
る。従って、耐圧容器内に多段にスパイラル型膜モジュ
ールを設置しても原水供給圧が過大になることがなく、
透過水取出量も多い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る膜分離装置に用い
られるスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、
（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】図１スパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き
付け方法を示す断面図である。

【図３】図１の膜モジュールの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】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図であ
る。

【図５】実施の形態に係る膜分離装置を示す断面図であ
る。

【図６】従来の膜分離装置の断面図である。

【図７】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す
一部分解斜視図である。

【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 流路材 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 メッシュスペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部 ５０，６０ 耐圧容器 ５１，５２，６１ スパイラル型膜モジュール ５３ 濃縮水取出管 ５４，６４ 原水流入口 ５５ 透過水取出口 ６２ 集水管 ６５ 濃縮水流出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の耐圧容器内に複数のスパイラル型
   膜モジュールを同軸的に多段に配置した膜分離装置にお
   いて、 該スパイラル型膜モジュールは、分離膜を巻回して巻回
   体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、濃縮水
   及び透過水が巻回体の他端面からそれぞれ取り出される
   ものであり、 前段側の膜モジュールから流出した透過水を後段側の膜
   モジュールの原水流路に供給することを特徴とする膜分
   離装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記袋状膜は第１、
   第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第
   １、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一
   部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、 前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当て
   て袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻
   回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の
   辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、 該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が
   封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の
   開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋
   状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっていることを
   特徴とするスパイラル型膜モジュール。