WO2012137499A1 - 分離膜モジュールおよび連結部材 - Google Patents

分離膜モジュールおよび連結部材 Download PDF

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central tube
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貴久 小西
誠 小泓
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Definitions

  • the present invention relates to a separation membrane module that generates a permeate from a stock solution and a connecting member used in this separation membrane module.
  • Patent Document 1 discloses a separation membrane module 10 as shown in FIG.
  • a separation membrane module 10 As shown in FIG.
  • a plurality of spiral separation membrane elements 12 are loaded in a row in a cylindrical pressure vessel 11.
  • the stock solution is supplied into the pressure vessel 11 from one end of the separation membrane module 10
  • the stock solution is filtered by the separation membrane of the spiral separation membrane element 12.
  • a permeate is generated, and the permeate and the concentrated stock solution are separately discharged from the other end of the separation membrane module 10.
  • Adjacent spiral separation membrane elements 12 are connected by a connecting member 15.
  • Each spiral separation membrane element 12 has a configuration in which a laminate including a separation membrane and a channel material is wound around a central tube 13.
  • the connecting member 15 is usually composed of a short tube whose both ends are fitted to the central tube 13 of the spiral separation membrane element 12. In the example shown in FIG. 8, the connecting member 15 is fitted to the center tube 13 from the outside.
  • Patent Document 1 describes that the connecting member 15 is provided with various sensors for detecting the properties of the stock solution and the permeated liquid and an antenna for transmitting a detection signal from these sensors.
  • a sensor or the like can be reused even when the spiral separation membrane element 12 is replaced.
  • connection member attachment member
  • an object of the present invention is to provide a separation membrane module capable of performing stable measurement using a sensor and a connecting member suitably used for the separation membrane module.
  • the present invention provides a cylindrical pressure vessel and a plurality of separation membrane elements loaded in the pressure vessel so as to be aligned in the axial direction of the pressure vessel, comprising a central tube and A separation membrane element including a pair of end members fixed to both ends of the central tube, and a connecting member for connecting the adjacent separation membrane elements by fitting with the central tube, both sides of the connection member
  • a separation membrane module comprising: a connecting member configured to engage with at least one of the end members located at a position; and a sensor attached to the connecting member.
  • the present invention is also a connecting member for connecting separation membrane elements including a center tube and a pair of end members fixed to both ends of the center tube, both ends of which are hollow fitting into the center tube.
  • a connecting member is provided that includes a shaft portion, a plate portion interposed between the end members, and a protruding portion that protrudes from the plate portion and engages with the end member.
  • the separation membrane module of the present invention since the rotation of the connecting member to which the sensor is attached to the separation membrane element is restricted, stable measurement using the sensor can be performed.
  • Sectional drawing of the separation membrane module which concerns on 1st Embodiment of this invention Schematic configuration diagram of a spiral type separation membrane element as an example of a separation membrane element Exploded perspective view of the connecting member and end members located on both sides thereof 4A is a front view of the connecting member, and FIG. 4B is a sectional view taken along line IVB-IVB in FIG. 4A.
  • 5A is a cross-sectional view taken along line VA-VA in FIG. 1
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line VB-VB in FIG.
  • the figure explaining the positional relationship of the end members located in the both sides of a connection member The front view of the connection member in 2nd Embodiment of this invention.
  • Cross-sectional view of a conventional separation membrane module
  • FIG. 1 shows a separation membrane module 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the separation membrane module 1 includes a cylindrical pressure vessel 7 called a vessel, and a plurality (for example, 3 to 8) of separation membrane elements loaded in the pressure vessel 7 so as to be aligned in the axial direction of the pressure vessel 7. 2 and a connecting member 5A for connecting adjacent separation membrane elements 2 to each other.
  • Disc-shaped caps 8 and 9 are attached to both ends of the pressure vessel 7.
  • a supply pipe 81 for supplying the stock solution into the pressure vessel 7 is provided at a position shifted from the center.
  • the cap 9 on the other side is provided with a first discharge pipe 91 for taking out the permeate produced by filtering the stock solution through a separation membrane 23 described later, and is concentrated.
  • a second discharge pipe 92 for taking out the undiluted solution is provided at a position shifted from the center. That is, in the pressure vessel 7, a stock solution flow from one cap 8 toward the other cap 9 is formed.
  • the supply pipe 81 and the second discharge pipe 92 may be provided in the pressure vessel 7.
  • the separation membrane element 2 may be, for example, a spiral ultrafiltration membrane element or other cylindrical element.
  • Each separation membrane element 2 includes a central tube 21 functioning as a water collecting tube, a laminated body 22 wound around the central tube 21, and a pair fixed to both ends of the central tube 21 so as to sandwich the laminated body 22.
  • the pair of end members 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B also serves to prevent the stacked body 22 from expanding in a telescopic manner.
  • the upstream end member 3A of the pair of end members 3A and 3B has a gap between the separation membrane element 2 and the inner peripheral surface of the pressure vessel 7 as the seal member 4, and the upstream pressure of the stock solution.
  • a packing having a substantially U-shaped cross section for sealing by using the above is mounted.
  • the seal member 4 is not limited to the packing having a substantially U-shaped cross section, and any shape can be used as long as the gap between the separation membrane element 2 and the inner peripheral surface of the pressure vessel 7 can be sealed. You may have.
  • the central tube 21 is formed with a plurality of introduction holes for allowing the permeate to flow therein (see FIG. 2).
  • a hollow shaft portion 51 described later of the connecting member 5 ⁇ / b> A constitutes a continuous flow path for allowing the permeate to flow over the central tube 21 of the adjacent separation membrane element 1.
  • a plug 82 is attached to the central pipe 21 of the separation membrane element 2 located on the most upstream side, and the central pipe 21 of the separation membrane element 2 located on the most downstream side is connected to the first discharge pipe 91 by a connector 93. Has been.
  • the laminate 22 has a rectangular shape in which the winding direction is one opposite side direction, and a membrane leaf in which separation membranes 23 are superimposed on both surfaces of the permeate-side flow path member 24. , And supply side flow path member 25.
  • the membrane leaf has a configuration in which the separation membranes 23 are joined to each other at three sides so as to form a bag opening in one direction, and the opening communicates with the introduction hole of the central tube 21.
  • the permeate-side flow path member 24 is a net made of, for example, a resin, and forms a flow path for allowing the permeate to flow between the separation membranes 23 joined to each other.
  • the supply-side flow path member 25 is, for example, a net made of resin (a net having a larger mesh size than that of the permeate-side flow path member 24), and a flow path for flowing the stock solution between the surrounding portions of the wound membrane leaf. Form.
  • Examples of the separation membrane 23 include a composite reverse osmosis membrane in which a polyamide skin layer is provided on a nonwoven fabric or a polysulfone porous membrane support, a polyvinyl alcohol separation membrane having excellent permeability, and a sulfonation suitable for a nanofiltration membrane.
  • Examples include polyethersulfone separation membranes.
  • each of the end members 3A and 3B includes an inner cylindrical portion 31 fitted to the end portion of the central tube 21 from the outside, and an outer cylindrical portion concentric with the inner cylindrical portion 31 surrounding the inner cylindrical portion 31 while being separated from each other. 32.
  • the inner cylinder portion 31 and the outer cylinder portion 32 are connected to each other by a plurality of (six in the illustrated example) ribs 33 (not shown in FIG. 1) arranged radially.
  • a thin plate 34 (not shown in FIG. 1) is disposed between the ribs 33.
  • the thin plate 34 is provided with a plurality of through holes for passing the stock solution through the end members 3A and 3B. ing.
  • the thin plate 34 is not necessarily provided, and the space between the ribs 33 may constitute a circulation port through which the stock solution flows through the end members 3A and 3B.
  • each rib 33 (the axial dimension of the central tube 21) is the same as the axial length of the inner cylinder portion 31 and the outer cylinder portion 32, and both end surfaces of each rib 33 are formed on the inner cylinder. It is located on the same plane as both end faces of the part 31 and the outer cylinder part 32.
  • Each rib 33 is curved so as to exhibit a counterclockwise spiral shape when viewed from the inside of the separation membrane element 2. As described above, since the pair of end members 3A and 3B are disposed in the opposite directions, the rib 33 of the downstream end member 3B forms a counterclockwise spiral when viewed from the upstream side, The rib 33 of the side end member 3A forms a clockwise spiral shape.
  • the ribs 33 do not necessarily have a spiral shape, and each rib 33 may extend linearly in the radial direction.
  • a groove extending in the circumferential direction for supporting the seal member 4 may be formed on the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 32. Furthermore, a step for holding the exterior material 28 may be formed in the outer cylindrical portion 32. Moreover, it is preferable to provide the groove part for distribute
  • the end members 3A and 3B can be manufactured by molding a plastic resin using a mold.
  • plastic resins include ABS resins, polyolefin resins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), modified polyphenylene ether (PPE) resins, vinyl chloride (VC) resins, and polysulfone (PSU) resins.
  • the connecting member 5A connects adjacent separation membrane elements 2 by fitting with the central tube 21.
  • the connecting member 5A has a shaft portion 51 whose both ends are fitted in the center tube 21, and a center portion of the shaft portion 51, and the end members 3A and 3B. And a plate portion 52 interposed therebetween.
  • the shaft portion 51 and the plate portion 52 are integrally formed of resin, but they may be molded separately and then joined by an adhesive or welding.
  • the method of integrally forming the shaft portion 51 and the development portion 53 is not particularly limited, and examples thereof include injection molding, extrusion molding, insert molding, cast molding, and vacuum casting.
  • the resin used include ABS resin, polyolefin resin such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), modified polyphenylene ether (PPE) resin, vinyl chloride (VC) resin, polysulfone (PSU) resin and the like. Among these, a modified PPE resin excellent in pressure resistance is particularly preferably used.
  • the shaft portion 51 has a cylindrical shape with a certain thickness.
  • seal members for example, O-rings that seal the gap between the outer peripheral surface of the shaft portion 51 and the inner peripheral surface of the center tube 21 are respectively attached to both ends of the shaft portion 51. Yes.
  • the number of seal members attached to one end may be one or plural.
  • the center tube 21 does not necessarily have a constant inner diameter over the entire length, and an end portion of the center tube 21 is provided with an enlarged portion having an enlarged inner diameter. The end of the part 51 may be fitted.
  • both main surfaces of the plate portion 52 facing the end members 3A and 3B are in contact with the end surfaces of the end members 3A and 3B.
  • both main surfaces of the plate part 52 do not necessarily have to contact the end surfaces of the end members 3A and 3B.
  • the cylindrical part which protrudes from the both main surfaces of the plate part 52 is formed around the shaft part 51, and the end face of the cylindrical part comes into contact with the end faces of the end members 3A and 3B. Both main surfaces may be separated from the end surfaces of the end members 3A and 3B.
  • the plate part 52 has a plurality of (three in the illustrated example) development parts 53 extending radially outward from the shaft part 51.
  • Each development part 53 has a width sufficiently larger than the thickness.
  • deployment part 53 is larger than the outer diameter of the axial part 51 at least in the root part. If it becomes like this, since the root part of the expansion
  • the connecting member 5A is configured to engage with the end members 3A and 3B located on both sides of the connecting member 5A, thereby restricting its own rotation.
  • each of the main surfaces of the plate portion 52 is provided with a protruding portion 54 that protrudes from the main surface and engages with the end member 3A (or 3B).
  • both projecting portions 54 are provided in the same deployment portion 53.
  • the protrusion part of this invention should just be supported by the end member to the extent which suppresses rotation of a plate part (connection member), it may have a structure connectable with an end member.
  • each protruding portion 54 is fitted between the ribs 33 at a position close to the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 32 of the end member 3A (or 3B).
  • each protruding portion 54 is formed in a shape so as to contact both of the adjacent ribs 33, and is sandwiched between the adjacent ribs 33.
  • each protrusion 54 does not necessarily need to contact both the adjacent ribs 33, and may be loosely fitted between the ribs 33.
  • the protruding portion 54 may be formed integrally with the plate portion 52, but may be formed separately from the plate portion 52 and then joined to the plate portion 52 by an adhesive or welding.
  • the both projections 54 are located at positions corresponding to the projections 54.
  • a power supply device 64 is enclosed so as to straddle.
  • the power supply device 64 supplies power to the first flow rate sensor 61 and the second flow rate sensor 62 via the circuit board 63.
  • connection with a battery, a generator, an AC power supply, or wireless power transmission can be used. Among them, the use of a battery is preferable because it is easy to use.
  • the first flow rate sensor 61 is attached to the other one of the expansion portions 53 (the expansion portion 53 located at the lower left in FIG. 4A, hereinafter also referred to as “sensor expansion portion 53”), and the second flow rate sensor 62. Is attached to the shaft 51.
  • the first flow sensor 61 is for detecting the flow rate of the undiluted solution fed from the upstream separation membrane element 2 to the downstream separation membrane element 2
  • the second flow sensor 62 is the upstream separation membrane element. 2 for detecting the flow rate of the permeate sent to the separation membrane element 2 on the downstream side.
  • the sensor deployment portion 53 is provided with a through hole 55 that penetrates the deployment portion 53 in the axial direction of the shaft portion 51, and the first flow rate sensor 61 is disposed in the through hole 55. ing.
  • the second flow sensor 62 is disposed in the shaft portion 51.
  • first flow sensor 61 and the second flow sensor various flow meters such as an electromagnetic flow meter and an impeller flow meter can be used, but it is preferable to use an impeller flow meter having a simple configuration. .
  • the positional relationship between the end members 3A and 3B sandwiching the plate portion 52 by the protruding portion 54 described above is one space between the ribs 33 in one end member.
  • the area where the sensor development part 53 overlaps is maximized, and the area where one space between the ribs 33 on the other end member overlaps the sensor development part 53 is maximized.
  • the through-hole 55 is located in the overlapping range of those areas.
  • the first flow sensor 61 is disposed in a region facing the space between the ribs 33 of the end members 3 ⁇ / b> A and 3 ⁇ / b> B sandwiching the plate portion 52 in the plate portion 52. ing.
  • first flow sensor 61 only one first flow sensor 61 is provided, but it is preferable that a plurality of first flow sensors 61 having different sizes are provided. If such a form is used, it is possible to correct errors caused by individual differences in the flow sensors.
  • An antenna 65 for transmitting detection signals from the first flow rate sensor 61 and the second flow rate sensor 62 is provided to the remaining expansion portion 53 (the expansion portion 53 located in the lower right in FIG. 4A). Held in the department.
  • the “tip portion” refers to a region of about 3 from the tip surface of the entire length of the expanded portion 53 from the shaft portion 51.
  • the antenna 65 is enclosed in the deployment part 53.
  • the antenna 65 extends in the width direction of the development part 53 in which the antenna 65 is enclosed.
  • the length of the antenna 65 depends on the frequency of the radio wave used for wireless communication.
  • Examples of the wireless communication method include a WiFi method, a ZigBee method, a Bluetooth method, and an IrDA method.
  • the ZigBee method is particularly preferable from the viewpoint of managing a large number of sensors for evaluation for each separation membrane element 2 and suppressing power consumption. If a primary concentrator that collects information from the antenna 65 is installed outside the pressure vessel 7, and this primary concentrator is connected to the central control center by wire or wireless, a large-scale sensor network can be constructed.
  • the power supply device 64, the first flow rate sensor 61 and the second flow rate sensor 62, and the circuit board 63 connected to the antenna 65 are also enclosed in the deployment portion 53 in which the antenna 65 is enclosed. Yes.
  • the antenna 65 is connected to the first flow rate sensor 61 and the second flow rate sensor 62 via the circuit board 63.
  • the circuit board 63 includes a wireless communication circuit for performing wireless communication using the antenna 65, a power control circuit for controlling power supply from the power supply device 64 to the first flow sensor 61 and the second flow sensor 62, and the like. Is formed.
  • the circuit board 63 may extend to just below the antenna 65 so that the antenna 65 is directly mounted on the circuit board 63, or is located radially inward of the antenna 65 and connected to the antenna 65 by wiring. May be.
  • the development part 53 is divided into two parts in the axial direction of the shaft part 51, and the electrical part is placed on the split surface of one of the pieces. The method of joining both pieces after mounting is mentioned.
  • the rotation of the connecting member 5A to which the first flow rate sensor 61 and the second flow rate sensor 62 are attached to the separation membrane element 2 is regulated. Measurements can be made.
  • the power supply device 64 is enclosed in the plate portion 52 at a position corresponding to the protruding portion 54. Since the power supply device 64 usually has a relatively large thickness, the thickness of the plate portion 52 can be reduced by arranging the power supply device 64 at a position corresponding to the protruding portion 54.
  • the power supply device 64 is provided in comparison with the case where the protrusions 54 are provided on one main surface of the plate part 52.
  • the projecting height of the projecting portion 54 necessary for housing can be reduced.
  • the first flow sensor 61 is disposed in a region facing the space between the ribs 33 of the end members 3A and 3B that sandwich the plate portion 52 in the plate portion 52. The occurrence of the above-described problems can be prevented. This effect can be obtained if the first flow sensor 61 is arranged in a region facing the space between at least one rib 33 of the end members 3A and 3B in the plate portion 52.
  • the first flow sensor 61 and the second flow sensor 62 are used.
  • the sensor of the present invention is not limited to this, and can detect at least one property of the stock solution and the permeate. Any thing may be adopted as long as it is appropriate.
  • the sensor of the present invention may be a pressure sensor, a temperature sensor, an electric concentration sensor, or the like.
  • the protruding portions 54 are provided on both main surfaces of the plate portion 52, but the connecting member 5A is engaged with at least one of the end members 3A and 3B located on both sides of the connecting member 5A. As described above, the protruding portion 54 may be provided on at least one of the two main surfaces of the plate portion 52.
  • the separation membrane module of the present embodiment is different from the separation membrane module 1 of the first embodiment only in that a connection member 5B shown in FIG. 7 is used instead of the connection member 5A. Only the member 5B will be described.
  • FIG. 7 the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the plate portion 52 has two development portions 53 that extend radially outward from the shaft portion 51 in opposite directions. Further, the plate portion 52 is provided with an arcuate bridge portion 56 that bridges the tip portions of the developing portion 53. And the cylindrical outer peripheral surface of the connection member 5B is comprised by the front end surface of the expansion
  • the antenna 65 is held at the tip of one of the developing parts 53 (the developing part 53 located on the left in FIG. 7). Similar to the first embodiment, the antenna 65 is enclosed in the deployment part 53. In addition, a circuit board 63 is enclosed in the development part 53.
  • the other development part 53 protrudes from the development part 53 so as to fit between the ribs 33 of the end members 3A and 3B and engages with the end members 3A and 3B.
  • a pair of protrusions 54 are provided (only one protrusion 54 is shown in FIG. 7).
  • a power supply device 64 is enclosed in the development portion 53 at a position corresponding to the protruding portion 54.
  • an electric concentration sensor 66 for detecting the electric conductivity of the permeate is attached to the connecting member 5B.
  • the electric concentration sensor 66 has a main body portion sealed in the connecting member 5 ⁇ / b> B and a pair of electrodes protruding from the main body portion to the inside of the shaft portion 51.
  • the power concentration sensor 66 is supplied with power from the power supply device 64 via the circuit board 63, and a voltage is applied between the pair of electrodes.
  • the electroconcentration sensor 66 is not limited to an electrode type, and an electromagnetic induction type can also be used. However, it is preferable to use an electrode type electric concentration sensor from the viewpoint of the electric concentration measurement range of this application.
  • the antenna 65 is enclosed in the deployment portion 53.
  • the antenna 65 is waterproofed, for example, part or all of the antenna 65 is exposed from the deployment portion 53. You may do it.

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Abstract

　分離膜モジュールは、筒状の圧力容器と、圧力容器の軸方向に並ぶように圧力容器内に装填された複数本の分離膜エレメントと、隣り合う分離膜エレメントを連結する連結部材とを備えている。分離膜エレメントは、中心管および中心管の両端部に固定された一対の端部材３Ａ，３Ｂを含む。連結部材５Ａは、当該連結部材５Ａの両側に位置する端部材３Ａ，３Ｂの少なくとも一方と係合するように構成されている。また、連結部材５Ａには、センサが取り付けられている。

Description

分離膜モジュールおよび連結部材
　本発明は、原液から透過液を生成する分離膜モジュールおよびこの分離膜モジュールに用いられる連結部材に関する。
　従来、例えば海水淡水化処理や超純水の製造などに用いられる分離膜モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、図８に示すような分離膜モジュール１０が開示されている。この分離膜モジュール１０では、筒状の圧力容器１１内に複数本のスパイラル型分離膜エレメント１２が一列に装填されている。そして、図８中に矢印で示すように、分離膜モジュール１０の一方の端部から圧力容器１１内に原液が供給されると、その原液がスパイラル型分離膜エレメント１２の分離膜によって濾過されて透過液が生成され、その透過液と濃縮された原液が分離膜モジュール１０の他方の端部から別々に排出される。
　隣り合うスパイラル型分離膜エレメント１２は、連結部材１５によって連結される。各スパイラル型分離膜エレメント１２は、分離膜および流路材を含む積層体が中心管１３の回りに巻き回された構成を有している。連結部材１５は、通常、両端部がスパイラル型分離膜エレメント１２の中心管１３と嵌合する短管からなる。図８に示す例では、連結部材１５が中心管１３に外側から嵌合している。
　さらに、特許文献１には、原液や透過液の性状を検知するための各種のセンサやこれらのセンサによる検知信号を発信するためのアンテナを連結部材１５に設けることが記載されている。この構成により、特許文献１に開示された分離膜モジュール１０では、スパイラル型分離膜エレメント１２が取り替えられるときでもセンサなどを再利用することができる。
特開２００９－１６６０３４号公報
　しかしながら、上記のように分離膜エレメント間に連結部材（取付部材）などを用いてセンサを設ける場合、スパイラル型分離膜エレメントに対して連結部材が回転可能であるために、センサの位置が定まらない。圧力容器内では一般に原液や透過液の流れの状態が場所によって異なるため、センサの位置が定まらないと、センサによる測定数値にバラツキが生じ、信頼性の高い数値が得られない場合がある。
　本発明は、このような事情に鑑み、センサを用いた安定的な測定を行うことができる分離膜モジュールおよびこの分離膜モジュールに好適に用いられる連結部材を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明は、筒状の圧力容器と、前記圧力容器の軸方向に並ぶように前記圧力容器内に装填された複数本の分離膜エレメントであって、中心管および前記中心管の両端部に固定された一対の端部材を含む分離膜エレメントと、前記中心管と嵌合することにより隣り合う前記分離膜エレメントを連結する連結部材であって、当該連結部材の両側に位置する前記端部材の少なくとも一方と係合するように構成された連結部材と、前記連結部材に取り付けられたセンサと、を備える、分離膜モジュールを提供する。
　また、本発明は、中心管および前記中心管の両端部に固定された一対の端部材を含む分離膜エレメント同士を連結する連結部材であって、両端部が前記中心管内に嵌合する中空の軸部と、前記端部材間に介在するプレート部と、前記プレート部から突出して前記端部材に係合する突出部と、を備える、連結部材を提供する。
　本発明の分離膜モジュールによれば、センサが取り付けられた連結部材の分離膜エレメントに対する回転が規制されるため、センサを用いた安定的な測定を行うことができる。
本発明の第１実施形態に係る分離膜モジュールの断面図 分離膜エレメントの一例であるスパイラル型分離膜エレメントの概略構成図 連結部材およびこの両側に位置する端部材の分解斜視図 図４Ａは連結部材の正面図、図４Ｂは図４ＡのIVＢ－IVＢ線断面図 図５Ａは図１のVＡ－VＡ線断面図、図５Ｂは図１のVＢ－VＢ線断面図 連結部材の両側に位置する端部材同士の位置関係を説明する図 本発明の第２実施形態における連結部材の正面図 従来の分離膜モジュールの断面図
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
　（第１実施形態）
　図１に、本発明の第１実施形態に係る分離膜モジュール１を示す。この分離膜モジュール１は、ベッセルと呼ばれる筒状の圧力容器７と、圧力容器７の軸方向に並ぶように圧力容器７内に装填された複数本（例えば、３～８本）の分離膜エレメント２と、隣り合う分離膜エレメント２を連結する連結部材５Ａとを備えている。
　圧力容器７の両端には、円盤状のキャップ８，９が取り付けられている。一方（図１では左側）のキャップ８には、原液を圧力容器７内に供給するための供給管８１が中心からずれた位置に設けられている。他方（図１では右側）のキャップ９には、後述する分離膜２３によって原液が濾過されることにより生成される透過液を取り出すための第１排出管９１が中心に設けられており、濃縮された原液を取り出すための第２排出管９２が中心からずれた位置に設けられている。すなわち、圧力容器７内には、一方のキャップ８から他方のキャップ９に向かう原液の流れが形成される。なお、供給管８１および第２排出管９２は、圧力容器７に設けられていてもよい。
　本実施形態では、分離膜エレメント２として、スパイラル型の逆浸透膜エレメントが用いられている。ただし、分離膜エレメント２は、例えばスパイラル型の限外濾過膜エレメントであってもよいし、その他の円筒形エレメントであってもよい。
　各分離膜エレメント２は、集水管として機能する中心管２１と、中心管２１の回りに巻き回された積層体２２と、積層体２２を挟むように中心管２１の両端部に固定された一対の端部材３Ａ，３Ｂと、積層体２２を取り巻く外装材２８とを有している。一対の端部材３Ａ，３Ｂは、積層体２２がテレスコピック状に伸張することを防止する役割も果たす。
　本実施形態では、一対の端部材３Ａ，３Ｂのうちの上流側の端部材３Ａに、シール部材４として、分離膜エレメント２と圧力容器７の内周面との隙間を原液の上流側の圧力を利用してシールする断面略Ｕ字状のパッキンが装着されている。ただし、シール部材４は、断面略Ｕ字状のパッキンに限定されるものではなく、分離膜エレメント２と圧力容器７の内周面との隙間をシール可能なものであればどのような形状を有していてもよい。
　中心管２１には、内部に透過液を流入させる複数の導入孔が形成されている（図２参照）。連結部材５Ａの後述する中空の軸部５１は、隣り合う分離膜エレメント１の中心管２１に跨って、透過液を流すための連続した流路を構成する。なお、最上流側に位置する分離膜エレメント２の中心管２１にはプラグ８２が取り付けられ、最下流側に位置する分離膜エレメント２の中心管２１は連結器９３によって第１排出管９１と連結されている。
　図２に示すように、積層体２２は、巻き回される方向が一方の対辺方向となる矩形状をなしており、透過側流路材２４の両面に分離膜２３が重ね合わされた膜リーフと、供給側流路材２５とを含む。膜リーフは、一方向に開口する袋状となるように分離膜２３同士が３辺で接合された構成を有しており、その開口が中心管２１の導入孔と連通している。透過側流路材２４は、例えば樹脂からなる網であり、互いに接合される分離膜２３同士の間に透過液を流すための流路を形成する。供給側流路材２５は、例えば樹脂からなる網（透過側流路材２４よりも網目の大きな網）であり、巻き回される膜リーフの周回部分同士の間に原液を流すための流路を形成する。
　分離膜２３としては、不織布やポリスルホン多孔質膜支持体上にポリアミド系スキン層を設けた複合逆浸透膜や、透過性に優れたポリビニルアルコール系分離膜、ナノフィルトレーション膜に好適なスルホン化ポリエーテルスルホン系分離膜などが挙げられる。
　図１に戻って、一対の端部材３Ａ，３Ｂは、中心管２１にそれらの端面が同一平面上に位置するように固定されている。また、一対の端部材３Ａ，３Ｂは、相互に同一の形状を有しており、互いに逆向きに配置されていることが好ましいが、一対の端部材３Ａ，３Ｂとしてはそれぞれ実用性に応じて異なる形状のものを用いてもよい。具体的に、各端部材３Ａ，３Ｂは、中心管２１の端部に外側から嵌合する内側筒部３１と、内側筒部３１を離間しながら取り囲む、内側筒部３１と同心の外側筒部３２とを有している。
　図３に示すように、内側筒部３１と外側筒部３２は、放射状に配置された複数（図例では６つ）のリブ３３（図１では作図を省略）によって互いに連結されている。リブ３３間には薄板３４（図１では作図を省略）が配設されており、この薄板３４には、端部材３Ａ，３Ｂを貫通して原液を流通させるための複数の貫通孔が設けられている。ただし、薄板３４は必ずしも設けられている必要はなく、リブ３３間の空間が端部材３Ａ，３Ｂを貫通して原液を流通させる流通口を構成していてもよい。
　本実施形態では、各リブ３３の高さ（中心管２１の軸方向の寸法）は、内側筒部３１および外側筒部３２の軸長と同一であり、各リブ３３の両端面は、内側筒部３１および外側筒部３２の両端面と同一平面上に位置している。また、各リブ３３は、分離膜エレメント２の内側から見たときに、反時計回りの渦巻き状を呈するように湾曲している。上述したように一対の端部材３Ａ，３Ｂは互いに逆向きに配置されているので、上流側から見たときには、下流側の端部材３Ｂのリブ３３は反時計回りの渦巻き状を形成し、上流側の端部材３Ａのリブ３３は時計回りの渦巻き状を形成する。なお、リブ３３は必ずしも渦巻き状を呈する必要はなく、各リブ３３が径方向に直線的に延びていてもよい。
　図１に示すように、外側筒部３２の外周面には、シール部材４を担持するための周方向に延びる溝が形成されていてもよい。さらに、外側筒部３２には、外装材２８を保持するための段差が形成されていてもよい。また、外側筒部３２の後述するプレート部５２に当接する端面には、原液を流通させるための溝部を設けることが好ましい。この溝部はプレート部５２の壁面に設けてもよい。
　端部材３Ａ，３Ｂは、金型を用いてプラスチック樹脂を成型することにより製造することができる。このようなプラスチック樹脂としては、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、塩化ビニル（ＶＣ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）樹脂などが挙げられる。
　連結部材５Ａは、中心管２１と嵌合することにより隣り合う分離膜エレメント２を連結する。具体的に、連結部材５Ａは、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、両端部が中心管２１内に嵌合する軸部５１と、軸部５１の中央部から広がって、端部材３Ａ，３Ｂ間に介在するプレート部５２とを有している。本実施形態では、軸部５１およびプレート部５２が樹脂によって一体的に形成されているが、これらは別々に成型された後に接着剤や溶着などで接合されてもよい。
　軸部５１および展開部５３を一体的に形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、射出成形、押出成形、インサート成形、注型成形、真空注型成形などを挙げることができる。また、使用される樹脂としては、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、塩化ビニル（ＶＣ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）樹脂などが挙げられる。中でも、耐圧性に優れる変性ＰＰＥ樹脂が特に好ましく用いられる。
　軸部５１は、一定の肉厚の筒状をなしている。なお、図示は省略するが、軸部５１の両端部には、軸部５１の外周面と中心管２１の内周面との隙間をシールするシール部材（例えば、オーリング）がそれぞれ装着されている。一方の端部に装着されるシール部材の数は、１つであってもよいし複数であってもよい。なお、中心管２１は、必ずしも全長に亘って一定の内径を有している必要はなく、中心管２１の端部には内径が拡大された拡径部が設けられ、この拡径部に軸部５１の端部が嵌り込むようになっていてもよい。
　本実施形態では、プレート部５２における端部材３Ａ，３Ｂと対向する両主面が端部材３Ａ，３Ｂの端面に当接する。ただし、プレート部５２の両主面は、必ずしも端部材３Ａ，３Ｂの端面に当接する必要はない。例えば、軸部５１の周囲にプレート部５２の両主面から突出する筒状部が形成されていて、この筒状部の端面が端部材３Ａ，３Ｂの端面に当接することによりプレート部５２の両主面が端部材３Ａ，３Ｂの端面から離間していてもよい。
　プレート部５２は、軸部５１から径方向外向きに延びる複数（図例では３つ）の展開部５３を有している。各展開部５３は、厚さよりも十分に大きな幅を有している。なお、展開部５３の幅は、少なくとも根元部分では軸部５１の外径よりも大きいことが好ましい。このようになっていれば、展開部５３の根元部分同士が連続して軸部５１の周囲に切れ目のないリング部を形成することができるため、このリング部に配線を通したりすることができる。
　さらに、本実施形態では、連結部材５Ａが当該連結部材５Ａの両側に位置する端部材３Ａ，３Ｂと係合し、これにより自身の回転が規制されるように構成されている。具体的には、プレート部５２の両主面のそれぞれに、当該主面から突出して端部材３Ａ（または３Ｂ）に係合する突出部５４が設けられている。本実施形態では、双方の突出部５４が同一の展開部５３に設けられている。なお、本発明の突出部は、プレート部（連結部材）の回転を抑制する程度に端部材に支持されていればよいが、端部材と連結可能な構造を有していてもよい。
　各突出部５４は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、端部材３Ａ（または３Ｂ）の外側筒部３２の内周面に近接する位置で、リブ３３間に嵌り込んでいる。本実施形態では、各突出部５４が、隣り合うリブ３３の双方に接触するような形状に形成されており、隣り合うリブ３３に挟持されている。ただし、各突出部５４は、必ずしも隣り合うリブ３３の双方に接触する必要はなく、リブ３３間に遊嵌していてもよい。
　突出部５４は、プレート部５２と一体的に形成されてもよいが、プレート部５２と別に成型された後にプレート部５２に接着剤や溶着などで接合されてもよい。
　図４Ａおよび図４Ｂに戻って、突出部５４が設けられた展開部５３（図４Ａでは上に位置する展開部５３）内には、突出部５４に対応する位置に、双方の突出部５４に跨るようにして電源装置６４が封入されている。電源装置６４は、回路基板６３を介して第１流量センサ６１および第２流量センサ６２に電力を供給する。電源装置６４としては、電池や発電機、ＡＣ電源との接続や無線送電を利用することができる。中でも使用が簡便であるため、電池の使用が好ましい。
　第１流量センサ６１は、展開部５３の他の１つ（図４Ａでは左下に位置する展開部５３、以下「センサ用展開部５３」ともいう。）に取り付けられており、第２流量センサ６２は軸部５１に取り付けられている。第１流量センサ６１は、上流側の分離膜エレメント２から下流側の分離膜エレメント２に送り込まれる原液の流量を検知するためのものであり、第２流量センサ６２は、上流側の分離膜エレメント２から下流側の分離膜エレメント２に送り込まれる透過液の流量を検知するためのものである。
　具体的に、センサ用展開部５３には、当該展開部５３を軸部５１の軸方向に貫通する貫通孔５５が設けられており、第１流量センサ６１はこの貫通孔５５内に配設されている。一方、第２流量センサ６２は、軸部５１内に配設されている。
　第１流量センサ６１および第２流量センサとしては、電磁式流量計や羽根車式流量計などの各種の流量計を用いることができるが、簡易な構成の羽根車式流量計を用いることが好ましい。
　本実施形態では、上述した突出部５４によってプレート部５２を挟む端部材３Ａ，３Ｂ同士の位置関係が、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、一方の端部材におけるリブ３３間の１つの空間とセンサ用展開部５３とが重なり合うエリアが最大化し、かつ、他方の端部材におけるリブ３３間の１つの空間とセンサ用展開部５３とが重なり合うエリアが最大化するように決定される。そして、貫通孔５５は、それらのエリアの重複範囲内に位置している。換言すれば、第１流量センサ６１は、図６に示すように、プレート部５２における当該プレート部５２を挟む端部材３Ａ，３Ｂのどちらのリブ３３間の空間にも面する領域内に配置されている。
　なお、本実施形態では、第１流量センサ６１が１つだけ設けられているが、第１流量センサ６１は大きさの異なるものが複数設けられていることが好ましい。このような形態を用いると、流量センサの個体差から生じる誤差を補正することができる。
　残りの展開部５３（図４Ａでは右下に位置する展開部５３）には、第１流量センサ６１および第２流量センサ６２による検知信号などを発信するためのアンテナ６５が当該展開部５３の先端部に保持されている。ここで、「先端部」とは、軸部５１からの展開部５３の全長のうちの先端面からおよそ１／３の領域をいう。本実施形態では、アンテナ６５が展開部５３内に封入されている。
　アンテナ６５は、当該アンテナ６５が封入された展開部５３の幅方向に延びている。アンテナ６５の長さは、無線通信に使用する電波の周波数に依存する。無線通信の方式としては、ＷｉＦｉ方式、ＺｉｇＢｅｅ方式、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ方式、ＩｒＤＡ方式などが挙げられる。中でも、分離膜エレメント２ごとの評価のために多数のセンサを管理するという観点や消費電力を抑えるという観点からは、ＺｉｇＢｅｅ方式が特に好ましい。なお、アンテナ６５からの情報を集める一次集約機を圧力容器７外に設置し、この一次集約機を有線または無線により集中管理センターと接続すれば、大規模センサネットワークを構築することができる。
　また、本実施形態では、アンテナ６５が封入された展開部５３内には、電源装置６４、第１流量センサ６１および第２流量センサ６２、ならびにアンテナ６５に接続された回路基板６３も封入されている。換言すれば、アンテナ６５は回路基板６３を介して第１流量センサ６１および第２流量センサ６２に接続されている。回路基板６３には、アンテナ６５を使用した無線通信を行うための無線通信回路や、電源装置６４から第１流量センサ６１および第２流量センサ６２への電力の供給を制御する電力制御回路などが形成されている。なお、回路基板６３は、当該回路基板６３にアンテナ６５が直接実装されるようにアンテナ６５の直下まで広がっていてもよいし、アンテナ６５よりも径方向内側に位置し、アンテナ６５と配線で接続されていてもよい。
　上記のような展開部５３内への電気部品の封入を実現する方法としては、例えば、展開部５３を軸部５１の軸方向に二分割し、そのうちの一方のピースの分割面に電気部品を実装した後に、双方のピースを接合する方法が挙げられる。
　以上説明した本実施形態の分離膜モジュール１では、第１流量センサ６１および第２流量センサ６２が取り付けられた連結部材５Ａの分離膜エレメント２に対する回転が規制されるため、センサを用いた安定的な測定を行うことができる。
　また、本実施形態では、プレート部５２内に突出部５４に対応する位置に電源装置６４が封入されている。電源装置６４は、通常、相対的に大きな厚さを有するため、このような電源装置６４を突出部５４に対応する位置に配置することにより、プレート部５２の厚さを薄くすることができる。
　さらに、本実施形態のように突出部５４がプレート部５２の両主面のそれぞれに設けられていれば、突出部５４をプレート部５２の一方の主面に設ける場合に比べ、電源装置６４を収めるのに必要な突出部５４の突出高さを小さくすることができる。
　ところで、プレート部５２が端部材３Ａ，３Ｂによって押圧される場合は、プレート部５２と端部材３Ａ，３Ｂとが接触する位置にセンサが配置されていると、センサに圧縮応力がかかってセンサが誤作動したり破損したりするおそれがある。特に、図６に示すように、一方の端部材のリブ３３と他方の端部材のリブ３３が交差する位置では、そのような不具合が起きる可能性が高い。これに対し、本実施形態では、第１流量センサ６１がプレート部５２における当該プレート部５２を挟む端部材３Ａ，３Ｂのどちらのリブ３３間の空間にも面する領域内に配置されているので、上記のような不具合の発生を防ぐことができる。なお、この効果は、第１流量センサ６１がプレート部５２における端部材３Ａ，３Ｂの少なくとも一方のリブ３３間の空間に面する領域内に配置されていれば得ることができる。
　なお、本実施形態では、第１流量センサ６１および第２流量センサ６２が用いられていたが、本発明のセンサはこれに限られるものではなく、原液および透過液の少なくとも一方の性状を検知可能なものであればどのようなものを採用してもよい。例えば、本発明のセンサは、圧力センサ、温度センサ、電濃度センサなどであってもよい。
　また、本実施形態では突出部５４がプレート部５２の両主面のそれぞれに設けられていたが、連結部材５Ａが当該連結部材５Ａの両側に位置する端部材３Ａ，３Ｂの少なくとも一方と係合するように突出部５４がプレート部５２における両主面の少なくとも一方に設けられていてもよい。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る分離膜モジュールを説明する。なお、本実施形態の分離膜モジュールは、第１実施形態の分離膜モジュール１に比べ、連結部材５Ａの代わりに図７に示す連結部材５Ｂが用いられている点だけが異なるので、以下では連結部材５Ｂについてのみを説明する。なお、図７では、第１実施形態で説明した構成と同一部分には同一符号を付している。
　本実施形態では、プレート部５２が、軸部５１から互いに反対向きに径方向外向きに延びる２つの展開部５３を有している。さらに、プレート部５２には、展開部５３の先端部同士を橋架する円弧状の橋架部５６が設けられている。そして、展開部５３の先端面および橋架部５６の外側面によって、連結部材５Ｂの筒状の外周面が構成されている。また、橋架部５６の内側面と展開部５３の側面は、連結部材５Ｂを軸部５１の軸方向に貫通する開口５７を形成する。
　一方の展開部５３（図７では左に位置する展開部５３）には、アンテナ６５が先端部に保持されている。第１実施形態と同様に、アンテナ６５は、展開部５３内に封入されている。また、この展開部５３内には、回路基板６３が封入されている。
　他方の展開部５３（図７では右に位置する展開部５３）には、当該展開部５３から端部材３Ａ，３Ｂのリブ３３間に嵌り込むように突出して端部材３Ａ，３Ｂに係合する一対の突出部５４が設けられている（図７では一方の突出部５４のみ図示）。また、この展開部５３内には、突出部５４と対応する位置に、電源装置６４が封入されている。
　本実施形態では、連結部材５Ｂに、透過液の電気伝導度を検知する電濃度センサ６６が取り付けられている。電濃度センサ６６は、連結部材５Ｂ内に封入された本体部と、この本体部から軸部５１の内側に突出する一対の電極とを有している。そして、電濃度センサ６６には、回路基板６３を介して電源装置６４から電力が供給され、一対の電極間に電圧が印加される。電濃度センサ６６としては、電極式のものに限らず、電磁誘導式のものを用いることも可能である。ただし、本用途の電濃度の計測レンジの観点から、電極式の電濃度センサを用いることが好ましい。
　上述した構成の連結部材５Ｂを用いても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（その他の実施形態）
　前記第１および第２実施形態では、展開部５３内にアンテナ６５が封入されていたが、アンテナ６５に例えば防水処理が施してある場合は、アンテナ６５の一部または全部が展開部５３から露出していてもよい。
　１　　　　　分離膜モジュール
　２　　　　　分離膜エレメント
　２１　　　　中心管
　２２　　　　積層体
　２３　　　　分離膜
　２４　　　　透過側流路材
　２５　　　　供給側流路材
　３Ａ，３Ｂ　端部材
　３１　　　　内側筒部
　３２　　　　外側筒部
　３３　　　　リブ
　５Ａ，５Ｂ　連結部材
　５１　　　　軸部
　５２　　　　プレート部
　５３　　　　展開部
　５４　　　　突出部
　６１　　　　第１流量センサ
　６２　　　　第２流量センサ
　６５　　　　アンテナ
　６６　　　　電濃度センサ
　７　　　　　圧力容器

Claims (10)

  1. 　筒状の圧力容器と、
    　前記圧力容器の軸方向に並ぶように前記圧力容器内に装填された複数本の分離膜エレメントであって、中心管および前記中心管の両端部に固定された一対の端部材を含む分離膜エレメントと、
    　前記中心管と嵌合することにより隣り合う前記分離膜エレメントを連結する連結部材であって、当該連結部材の両側に位置する前記端部材の少なくとも一方と係合するように構成された連結部材と、
    　前記連結部材に取り付けられたセンサと、
    を備える、分離膜モジュール。
  2. 　前記連結部材は、両端部が前記中心管内に嵌合する中空の軸部と、前記端部材間に介在するプレート部とを含み、
    　前記プレート部における前記端部材と対向する両主面の少なくとも一方には、当該主面から突出して前記端部材に係合する突出部が設けられている、請求項１に記載の分離膜モジュール。
  3. 　前記端部材は、前記中心管と嵌合する内側筒部、前記内側筒部を離間しながら取り囲む外側筒部、および前記内側筒部と前記外側筒部とを連結する複数のリブを有し、
    　前記突出部が前記リブ間に配置される、請求項２に記載の分離膜モジュール。
  4. 　前記突出部は、前記プレート部の両主面のそれぞれに設けられている、請求項２または３に記載の分離膜モジュール。
  5. 　前記センサが、前記プレート部における前記端部材の少なくとも一方の前記リブ間の空間に面する領域内に配置されている、請求項３または４に記載の分離膜モジュール。
  6. 　前記プレート部内には、前記突出部に対応する位置に、前記センサに電力を供給する電源装置が封入されている、請求項２～５のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
  7. 　前記プレート部に保持された、前記センサと接続されたアンテナをさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
  8. 　前記プレート部は、前記軸部から径方向外向きに延びる複数の展開部を有し、
    　前記アンテナは、前記展開部の先端部に保持されている、請求項７に記載の分離膜モジュール。
  9. 　前記分離膜エレメントは、前記中心管の回りに分離膜および流路材を含む積層体が巻き回されたスパイラル型分離膜エレメントである、請求項１～８のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
  10. 　中心管および前記中心管の両端部に固定された一対の端部材を含む分離膜エレメント同士を連結する連結部材であって、
    　両端部が前記中心管内に嵌合する中空の軸部と、
    　前記端部材間に介在するプレート部と、
    　前記プレート部から突出して前記端部材に係合する突出部と、
    を備える、連結部材。
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