JPH11207153A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １個の耐圧容器内に複数の膜モジュールを並
列に設置して原水を効率良く膜分離処理することができ
る膜分離装置を提供する。 【解決手段】 原水ポート５６から耐圧容器４０内の両
側の流入室４４へ原水が流入する。耐圧容器４０内に２
個のスパイラル型膜モジュール４６，４６が配置されて
いる。膜モジュール４６は、袋状膜を原水流路材を介し
て巻回し、袋状膜同士の間を原水流路とし袋状膜内部を
透過水流路としたものである。流入室４４内の原水は膜
モジュール４６の一端面から袋状膜同士の間に流入し、
膜モジュール４６の軸心線と略平行方向に原水流路を流
れ、膜モジュール４６の他端面の外周側から流出室５０
内に透過水として流れ込み、ポート６０から取り出され
る。濃縮水はソケット２５及び配管８２を介して取り出
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、特に膜モジュールとしてスパイラル型膜モジュール
を用いた場合に好適な膜分離装置に関する。詳しくは、
本発明は１個の耐圧容器内に複数個の膜モジュールを設
置した膜分離装置に関する。

【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
モジュールがある。

【０００３】図５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】このようなスパイラル型膜モジュールは、
円筒状の耐圧容器内に収容され、該巻回体５の前端面側
に原水の流入室が設けられ後端面側に濃縮水の流出室が
設けられ、この濃縮水の中央を貫通するように透過水の
取出管が耐圧容器の軸心線の延長方向に延設される。

【０００９】なお、複数個の膜モジュールを１個の円筒
状の耐圧容器内に収容されることがある。この場合、各
膜モジュールは直列に設置される。即ち、第１の膜モジ
ュールの後端面から流出した濃縮水が第２の膜モジュー
ルの前端面から第２の膜モジュールの原水流路に流入
し、該第２の膜モジュールの後端面から濃縮水として流
出する。以下、同様に第ｎの膜モジュールの後端面から
流出した濃縮水が第（ｎ＋１）の膜モジュールの前端面
から第（ｎ＋１）の膜モジュールの原水流路に流入し、
その後端面から濃縮水として流出する。各膜モジュール
の集水管は、耐圧容器の軸心を貫通する１本の長い管路
を構成するように連結され、各膜モジュールの透過水は
この１本の集水管連結体を通って耐圧容器外に取り出さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】１個の耐圧容器内に複
数個の膜モジュールを設置した従来の膜分離装置は、原
水が各膜モジュールを直列に流れるものであり、原水の
通水抵抗が大きくなり、処理効率が低い。

【００１１】本発明は、１個の耐圧容器内に複数の膜モ
ジュールを並列に設置して原水を効率良く膜分離処理す
ることができる膜分離装置を提供することを第１の目的
とするものである。

【００１２】また、上記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。

【００１３】 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。

【００１４】本発明は、かかる問題点を解決し、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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離装置は、
膜モジュールを耐圧容器内に設置してなる膜分離装置に
おいて、該耐圧容器は筒状であり、筒軸心方向の両端側
にそれぞれに第１の室が設けられ、筒軸心方向の中間部
に第２の室が設けられ、且つ該第２の室の筒軸心側に第
３の室が設けられており、耐圧容器には各室内を耐圧容
器外に連通する通液部が設けられており、膜モジュール
の原水流路が第１の室と、第２の室及び第３の室の一方
とに連通し、膜モジュールの透過水流路が第２の室及び
第３の室の他方に連通していることを特徴とするもので
ある。

【００１６】かかる膜分離装置にあっては、原水は耐圧
容器内に導入され各膜モジュールに並列に導入されて膜
分離処理されるため、原水の通水抵抗が小さく効率の良
い膜分離処理を行うことができる。

【００１７】本発明において、耐圧容器内に設置される
膜モジュールは、膜をシャフトに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、透過水が巻回体
の他端面から取り出されるスパイラル型膜モジュールで
あることが好ましい。

【００１８】この膜モジュールは、該膜が第１、第２、
第３及び第４の辺部を有した略方形の袋状膜であり、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ものが特に好ましい。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】この膜モジュールでは、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。

【００２４】この膜モジュールでは、袋状膜の開放部は
巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、原水流
路は巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されてお
り、袋状膜の開放部から流出する透過水と原水流路の開
放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材
が該巻回体の後端面に接続されていることが好ましい。
この環状部材によって原水の流出側と濃縮水の流出側と
が区画される。

【００２５】

【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。

【００２６】図６は実施の形態に係る膜分離装置の断面
図である。

【００２７】円筒状の耐圧容器４０の長手方向の両端に
エンドプレート５４が取り付けられ、このエンドプレー
ト５４の原水流入ポート５６から耐圧容器４０内の両端
側の第１の室（以下、「流入室」ということがある。）
４４へ原水が流入する。この耐圧容器４０内には２個の
スパイラル型膜モジュール４６，４６が配置されてい
る。なお、膜モジュール４６，４６同士の間に所定の間
隔をあけて第２の室（流出室）５０を形成するためにス
ペーサ４８が膜モジュール４６，４６間に配置されてい
る。

【００２８】この膜モジュール４６は、袋状膜を原水流
路材を介して巻回し、袋状膜同士の間を原水流路とし袋
状膜内部を透過水流路としたものである。流入室４４内
の原水は膜モジュール４６の一端面から袋状膜同士の間
に流入し、巻回体よりなる膜モジュール４６の軸心線と
略平行方向に原水流路を流れ、この間に膜を透過する。
透過水は、膜モジュール４６の他端面の外周側から第２
の室（流出室）５０内に流入し、透過水取出ポート６０
から耐圧容器４０外に取り出される。

【００２９】膜モジュール４６の該流出室５０に臨む端
面の中央部においては、この袋状膜同士の間の原水流路
から濃縮水を流出させる開口が設けられており、濃縮水
はこの開口から第３の室（ソケット２５内）へ流出す
る。このソケット２５は巻回体よりなる膜モジュール４
６と同軸的に設けられており、各膜モジュール４６，４
６のソケット２５にＴ字管７０が接続されている。

【００３０】このＴ字管７０は分岐管７２を有してお
り、この分岐管７２に対し濃縮水取出用のフレキシブル
チューブ８０がフランジ７４，７６によって連結されて
いる。このフレキシブルチューブ８０はフランジ８４付
きの濃縮水取出用配管８２に接続されている。従って、
濃縮水はソケット２５からＴ字管７０、フレキシブルチ
ューブ８０及び配管８２を介して耐圧容器４０外に流出
する。

【００３１】耐圧容器４０には作業口８６が設けられて
おり、この作業口８６のフランジ８８に該フランジ８４
が連結される。

【００３２】耐圧容器４０内に膜モジュール４６を挿入
配置する場合、まず２個の膜モジュール４６，４６のＴ
字管７０で接続しておく。このＴ字管７０にはフレキシ
ブルチューブ８０は接続しないでおく。なお、両膜モジ
ュール４６，４６間にはスペーサ４８を介在させてお
く。

【００３３】エンドプレート５４及び濃縮水取出用配管
８４が取り払われた耐圧容器４０内にこの膜モジュール
４６，４６の連結体を挿入する。この際Ｔ字管７０の分
岐管７２が作業口８６の方向を指向するように膜モジュ
ール４６，４６の向きを調整する。次いで、フレキシブ
ルチューブ８０をフランジ７６，７４の連結によって該
分岐管７２に接続する。この接続作業は作業口８６を通
して行われる。

【００３４】このフレキシブルチューブ８０に対しては
予め濃縮水取出用配管８２を接続しておき、該フレキシ
ブルチューブ８０のフランジ７６を分岐管７２のフラン
ジ７４に連結した後、該配管８２のフランジ８４を作業
口８６のフランジ８８に連結する。しかる後、エンドプ
レート５４を耐圧容器４０に取り付ける。

【００３５】このように構成された膜分離装置は、２個
の膜モジュール４６を備え、各膜モジュール４６で原水
を処理するものであり、１個の膜モジュールを備えた膜
分離装置を２基並設した場合と同じ透過水量を得ること
ができる。しかも２個の膜モジュール４６が１個の耐圧
容器４０内に配列されているから、膜分離装置の構成が
コンパクトであり、設置面積が少ない。なお、耐圧容器
４０をその軸心線方向が上下方向となるように設置した
場合には、膜分離装置の設置面積がきわめて小さなもの
となる。

【００３６】上記の実施の形態では取出ポート６０から
透過水を取り出すようにしているが、袋状膜の透過水流
出用開口をソケット２５内に連通させ、濃縮水の流出部
分を袋状膜の巻回体よりなる膜モジュール４６の外周側
に配置した場合、透過水は配管８２から取り出され、濃
縮水は取出ポート６０から取り出される。

【００３７】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。

【００３８】図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュー
ル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はスパイラル型膜モジュールの側面図
である。

【００３９】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。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。

【００４０】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。

【００４１】この袋状の膜１０内に流路材（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１１、
第２の辺部１２、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。

【００４２】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１６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。

【００４３】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１６，１７，１８の部分において水密的に接合
される。これにより、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。

【００４４】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。

【００４５】袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の
如くメッシュスペーサ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１
９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１
９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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】なお、図１〜４の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。こ
の場合、前述の通り、ポート６０から濃縮水が流出し、
配管８２から透過水が取り出される。

【００５５】

【発明の効果】以上の通り、本発明の膜分離装置は１個
の耐圧容器内に複数の膜モジュールを設けたものであ
り、コンパクトな構成で高透過水量を得ることができ
る。本発明の膜分離装置は、原水の通水抵抗が小さく、
効率の良い膜分離処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は本発明で採用するのに好適なスパイ
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の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】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】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。

【図６】本発明の膜分離装置の断面図である。

【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 ４０ 耐圧容器 ４４ 第１の室（流入室） ４６ 膜モジュール ５０ 第２の室（流出室） ７０ Ｔ字管 ８０ フレキシブルチューブ ８２ 濃縮水取出用配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膜モジュールを耐圧容器内に設置してな
   る膜分離装置において、 該耐圧容器は筒状であり、筒軸心方向の両端側にそれぞ
   れ第１の室が設けられ、筒軸心方向の中間部に第２の室
   が設けられ、且つ該第２の室の筒軸心側に第３の室が設
   けられており、 耐圧容器には各室内を耐圧容器外に連通する通液部が設
   けられており、 膜モジュールの原水流路が第１の室と、第２の室及び第
   ３の室の一方とに連通し、 膜モジュールの透過水流路が第２の室及び第３の室の他
   方に連通してい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、前記膜モジュール
   は、膜をシャフトに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、透過水が巻回体の他端面から
   取り出されるスパイラル型膜モジュールであることを特
   徴とする膜分離装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、膜は第１、第２、第
   ３及び第４の辺部を有した略方形の袋状膜であり、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スパイ
   ラル型膜モジュールであることを特徴とする膜分離装
   置。