JPH11235520A

JPH11235520A - 流体分離素子

Info

Publication number: JPH11235520A
Application number: JP4007498A
Authority: JP
Inventors: Toshio Touchi; 利夫斗内; Hisaaki Fujino; 久昭藤野; Fujio Ueda; 富士男上田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】分離膜面近傍の濃度分極を低く維持すると共
に、流路材による原液の圧力損失を大幅に低減すること
のできる、実用的な流体分離素子を提供する。【解決手段】集水管の周囲に、分離膜と、原液流路材
と、透過液流路材とを含む膜ユニットを形成してなる流
体分離素子であって、上記原液流路材は、網目が菱目の
ネットからなり、かつ、その菱目の長軸が原液の流れ方
向になるように配置されているとともに、その流れ方向
に対する網脚の角度が±１５〜４０度の範囲にある流体
分離素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は逆浸透膜などの分離
膜を用いた流体分離素子に関する。詳しくは、原液が流
体分離素子中を通過する際の圧力損失を低減できる流体
分離素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、海水の淡水化やかん水の脱塩、半
導体分野における超純水の製造、さらには各種産業にお
ける排水の濃縮や有価物を含む廃液の処理等、さまざま
な分野において、逆浸透膜などの分離膜を用いた流体分
離が行われており、集水管の周囲に、分離膜と透過液流
路材と原液流路材とを巻き付けた流体分離素子が使われ
ている。

【０００３】原液流路材は、濃度分極を抑えるために、
原液を乱流にする効果の高いものが必要である。そこ
で、原液を分離膜面上で乱流とするために、ネットが多
く用いられている。このネットは、網目の長軸が原液の
流れ方向に平行になるように配置されており、その原液
流れ方向に対する網脚の角度が±４５度である。しか
し、このような原液流路材では、流路材による原液の圧
力損失が大きく、圧力容器内に複数本充填されて使用す
る造水設備においては、流体分離素子に作用する有効圧
力の低下が著しい。その結果、生産水質及び生産水量を
維持するためには運転圧力を上げざるを得なくなり、造
水設備の消費電力、そして、ランニングコストが増加す
る。また、造水設備として、高圧ポンプや耐圧性に優れ
た材料の配管が必要となり、高額な設備投資が必要とな
る。

【０００４】そこで、特開平５−１６８８６９号公報に
は、原液の圧力損失を低減するための、縦糸が原液の流
れ方向と平行で、かつ、その縦糸をつなぐ横糸の原液流
れ方向に対する角度が４５度未満の特殊なネットが開示
されている。しかし、この原液流路材を用いた流体分離
素子は、生産水質や生産水量が低下し、また、圧力損失
の低減効果が一応認められるものの、流体分離の分野に
用いられる実際の流速域においてその低減効果は乏し
く、実用的でない。さらに、網目が従来ネットの菱目に
比べ平行四辺形と極めて特殊であり、高度な製網技術や
生産技術を必要とし、その結果高価なネットとなり、実
用性に乏しい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、分離膜面近
傍の濃度分極を抑えつつ、流路材による原液の圧力損失
を大幅に低減する、実用的な流体分離素子を提供するこ
とを目的をする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、集水管の周囲に、分離膜と、原液流路材
と、透過液流路材とを含む膜ユニットを形成してなる流
体分離素子であって、上記原液流路材は、網目が菱目の
ネットからなり、かつ、その菱目の長軸が原液の流れ方
向になるように配置されているとともに、その流れ方向
に対する網脚の角度が±１５〜４０度の範囲にある流体
分離素子を特徴とするものである。

【０００７】ここで、ネットの厚みが０．５〜０．９mm
の範囲にあるもの、そして、菱目の長軸長さが３．０〜
８．０mmの範囲にあるものが好ましい。

【０００８】また、これらの流体分離素子を圧力容器に
収容してなる分離膜モジュールも好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の流体分離素子は、図１に
示すように、集水管１の周囲に、分離膜２と透過液流路
材３と原液流路材４とを含む膜ユニットを巻き付けてな
る流体分離素子である。そして、その原液流路材４は、
網目が菱目のネットからなり、かつ、その菱目の長軸が
原液の流れ方向になるように配置されているとともに、
その流れ方向に対する網脚の角度が±１５〜４０度であ
る。

【００１０】本発明において、長軸とは、網目の対向す
る２点を結んだものの長いほうを示し、また、原液の流
れ方向に対する網脚の角度とは、図２において矢印で示
す原液の流れ方向とネットを構成する網脚５で形成され
る角度αのことである。

【００１１】本発明において、ネットの網目は菱目であ
る。網目が菱目であるネットは、製網が容易で安価な、
実用的なネットである。

【００１２】また、本発明において、原液の流れ方向に
対する網脚の角度の絶対値が４０度を超えると、必要以
上に乱流効果が増し、原液が流体分離素子中を通過する
際に生じる圧力損失が上昇する。また、この角度の絶対
値が１５度を下回ると、原液の乱流効果が過度に低下し
て膜面近傍での濃度が増加し、濃度分極が大きくなり、
分離能力が悪化して生産水質が悪化する。したがって、
本発明において、原液の流れ方向に対する網脚の角度は
±１５〜４０度、好ましくは±２０〜３５度である。

【００１３】そして、ネットの厚みは、膜面積の低下を
防止して十分な造水量を得るために、好ましくは０．９
mm以下、より好ましくは０．８mm以下、一方、流路幅が
狭くなり流路抵抗および圧力損失が著しく上昇するのを
防ぐためには、好ましくは０．５mm以上、より好ましく
は０．６mm以上である。

【００１４】本発明において、図２で示す菱目の長軸長
さＬが、３．０〜８．０mmの範囲にあることが好まし
い。この長さを３．０mm以上とすることで、単位面積当
たりのネット交点の密度を抑えて液流抵抗の増加を防
ぎ、圧力損失の上昇を防止することができる。一方、こ
の長軸長さを８．０mm以下にすることで、原液の偏流を
防止して、流れやすい部分のみの分離性能の低下や、流
れにくい部分との分離性能低下の度合いのばらつきを防
ぐことができる。この長軸長さＬは、より好ましくは、
３．３〜７．０mm、さらに好ましくは、３．５〜６．０
mmである。

【００１５】上記のような本発明の流体分離素子は、両
端に図１に示すテレスコープ防止板６を取り付けて複数
本連結し、圧力容器に収容して分離膜モジュールとす
る。この分離膜モジュールを用いて流体分離を行う。

【００１６】原液は、図１において黒矢印で示すよう
に、テレスコープ防止板６を通って原液流路材４によっ
て形成される原液流路へ送られる。送られた原液は、分
離膜２で透過液と濃縮液とに分離され、透過液が透過液
流路材３で形成される透過液流路を通って集水管１に至
り、白矢印で示すように、反対側のテレスコープ防止板
６を通過して下流側へと流れる。一方、濃縮水は、その
まま原液流路、テレスコープ防止板６を通って次の分離
膜モジュールへ流れ、上流側と同様に流体分離がなされ
る。

【００１７】この過程において、本発明の流体分離素子
を用いた分離膜モジュールは、各々の流体分離素子によ
る圧力損失が小さいので、下流側の流体分離素子に作用
する運転圧力の低下を防止でき、上流側と下流側の圧力
差が小さくすることができる。その結果、上流側の運転
圧力を下げることができ、運転コストも下がる。また、
このように圧力損失を減少できるうえに、生産水質や造
水性能も従来のレベルを保つことができる。

【００１８】

【実施例】実施例１厚み０．７mm、長軸長さ５mm、原液の流れ方向に対する
ネットの網脚角度が±３３度のポリプロピレン製菱目ネ
ットを、その菱目の長軸が、原液の流れ方向になるよう
に、平行平板セル（流路幅１６０mm、流路長さ３００m
m）に取り付けた。そして、２５℃の水を流し、流速と
圧力損失の関係を測定した。その結果を図３に示す。図
３より、圧力損失が非常に小さいことがわかる。

【００１９】実施例２原液流路材として実施例１のネット、分離膜としてシー
ト状のポリスルフォン多孔質層の上に芳香族ポリアミド
の活性薄層を形成した複合逆浸透膜、透過液流路材とし
てポリエステルのトリコットを用い、それらを集水管の
周りに巻きつけてスパイラル型流体分離素子とした。そ
の流体分離素子は径が２００ｍｍ、長さが１ｍ、膜面積
が３５ｍ²であった。その流体分離素子を６本直列に配
置して圧力容器内に納めて分離膜モジュールとし、ま
た、原水として０．０５％塩化ナトリウム水溶液を用い
て、圧力損失の測定を行った。このときの運転圧力は
０．７５ＭＰａ、回収率は５０％、ｐＨは６．５、温度
は２５度であった。結果を表１に示す。表１より、圧力
損失が非常に小さいことがわかる。

【００２０】比較例１厚み０．７mm、長軸長さ４mm、原液の流れ方向に対する
ネットの網脚角度が±４５度のポリプロピレン製菱目ネ
ットを用いた以外は、実施例１と同様に、流速と圧力損
失の関係を測定した。その結果を図３に示す。実施例１
に比べ、圧力損失が大きいことが認められる。

【００２１】比較例２比較例１に用いたネットを流体分離素子の原液流路材と
して用いた以外は、実施例２と同様に造水性能を観察し
た。その結果を表１に示す。これより、圧力損失が大き
く、また、造水性能や食塩濃度の点で実施例２より劣る
ことがわかる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明の流体分離素子は、原液流路材と
してネットを備え、そのネットの原液の流れ方向に対す
る網脚の角度が、±１５〜４０度の範囲にあることで、
濃度分極を抑えつつ適度な乱流効果を与え、圧力損失を
大幅に小さくすることができる。また、ネットの網目が
菱目であるので、製網が容易で、工業的に安価な原液流
路材となり、流体分離素子としても安価に製造すること
ができる。

【００２４】ここで、ネットが厚みを０．５〜０．９mm
の範囲にすると、圧力損失を小さく維持したままで膜面
積を確保し、十分な造水量が得られる。また、ネットの
長軸長さを３．０〜８．０mmにすると、原液の偏流を防
止しつつ、単位面積当たりの網目の交点密度による圧力
損失を防ぎ、分離性能の低下やばらつきを防ぐことがで
きる。

【００２５】また、本発明の流体分離素子を圧力容器に
収容して分離膜モジュールとすると、上記のような効果
のために、運転圧力の低下を防ぐことができるので、上
流側の圧力を下げても従来と同様の造水量が得られ、そ
の結果、造水コストを下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る流体分離素子の概略
斜視図である。

【図２】本発明で用いるネットを示す図である。

【図３】実施例１および比較例１における流速と圧力損
失の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１：集水管２：分離膜３：透過液流路材４：原液流路材５：網脚６：テレスコープ防止板Ｌ：長軸長さ α：角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集水管の周囲に、分離膜と、原液流路材
と、透過液流路材とを含む膜ユニットを形成してなる流
体分離素子であって、上記原液流路材は、網目が菱目の
ネットからなり、かつ、その菱目の長軸が原液の流れ方
向になるように配置されているとともに、その流れ方向
に対する網脚の角度が±１５〜４０度の範囲にあること
を特徴とする流体分離素子。
【請求項２】ネットの厚みが０．５〜０．９mmの範囲に
ある、請求項１に記載の流体分離素子。
【請求項３】菱目の長軸長さが３．０〜８．０mmの範囲
にある、請求項１または２に記載の流体分離素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の流体分離
素子を圧力容器に収容してなることを特徴とする分離膜
モジュール。