WO2023176647A1 - 正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュール - Google Patents

正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュール Download PDF

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WO2023176647A1
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forward osmosis
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osmosis membrane
membrane
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明彦 谷岡
秀之 坂井
守裕 入江
良 眞壁
哲郎 上山
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協和機電工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a forward osmosis membrane element and a forward osmosis membrane module. Specifically, the present invention relates to a forward osmosis membrane element and a forward osmosis membrane module that can efficiently permeate water from a low concentration side to a high concentration side by a forward osmosis phenomenon.
  • osmotic power generation which brings water with different solute concentrations, such as seawater and rivers, into contact through an osmotic membrane has recently attracted attention. More specifically, by forward osmosis, water permeates from the freshwater flow path to the saltwater flow path to obtain mixed water of saltwater and freshwater, thereby increasing the overall amount of water. Then, by using the increased amount of mixed water to rotate a prime mover such as a turbine, efficient power generation is realized.
  • forward osmosis membrane modules In osmotic power generation, it is necessary to efficiently generate a forward osmosis phenomenon to increase the amount of water, and forward osmosis membrane modules are being developed for this purpose.
  • a forward osmosis membrane module for example, a hollow fiber type forward osmosis membrane module in which hollow fibers having a small diameter are housed in a conduit at high density is known. Fresh water is supplied into the hollow fibers from a freshwater path, and salt water is supplied between the hollow fibers. Then, due to the forward osmosis phenomenon, fresh water permeates to the outside of the hollow fiber, making it possible to increase the amount of salt water.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 a plurality of membrane leaves consisting of a bag-like shape with an internal space formed in a main pipe where fresh water is mainly supplied are wound in a spiral shape, and there is a gap between adjacent membrane leaves. is supplied with salt water.
  • the fresh water supplied to the membrane leaf permeates from the inside of the membrane leaf to the outside by forward osmosis, and mixes with the salt water flowing outside the membrane leaf to produce mixed water.
  • the mixed water whose flow rate has increased is then discharged to the outside and used for osmotic power generation.
  • unpermeated water that has not moved to the outside of the membrane leaf is discharged from an outlet formed at the end of the main pipe.
  • a partition plate that serves as a flow path for fresh water is formed inside the membrane leaf.
  • the fresh water supplied to the inside of the membrane leaf by this partition plate forms a curved flow in a roughly U-shape, but at this time, the water flow becomes stagnant, which reduces the permeation ability and prevents a sufficient amount of mixed water from flowing. can't get it.
  • the stagnation of the water flow there is a problem in that the membrane leaf deteriorates early due to localized penetration into a part of the membrane leaf.
  • the present invention was devised in view of the above points, and provides a forward osmosis membrane element and a forward osmosis membrane module that can efficiently permeate water from a low concentration side to a high concentration side by a forward osmosis phenomenon.
  • the purpose is to provide
  • the forward osmosis membrane element of the present invention includes a plurality of membrane leaves each having a first flow path formed therein to which a predetermined first liquid is supplied; A main pipe in which a second liquid having a solute concentration different from that of the first liquid is supplied in an axial direction parallel to the first flow path, and an outflow hole for allowing the second liquid to flow out is formed on a side surface. and a second flow path, which is formed by a gap between the adjacent membrane leaves and has one side communicating with the outflow hole and the other side being open.
  • the first liquid can flow into the membrane leaves.
  • the membrane leaf is wrapped around the membrane leaf, and a second liquid having a different solute concentration from the first liquid is supplied in an axial direction parallel to the first flow path, and an outflow hole is provided on the side surface for causing the second liquid to flow out.
  • the first liquid and the second liquid can be connected to each other. Due to the forward osmosis phenomenon caused by the solute concentration difference, the second liquid is allowed to permeate from the second flow path into the first flow path through the membrane leaf, or from the first flow path through the membrane leaf into the second flow path. By infiltrating one liquid, mixed water with increased energy content can be obtained.
  • the membrane leaf has a flat first spacer in which a mesh is formed to partition the first flow path, the shear stress near the membrane leaf in the first flow path of the first liquid is reduced. To increase. Thereby, permeation of the first liquid from the first flow path to the second flow path can be promoted. Furthermore, even when the membrane leaf is housed in the case, a predetermined space is formed within the membrane leaf by the first spacer, so it is possible to prevent the flow of the first liquid flowing through the first channel from being obstructed. .
  • the second flow path for the second liquid is provided.
  • the shear stress near the membrane leaf increases. Thereby, permeation of the second liquid from the second flow path to the first flow path can be promoted.
  • a predetermined space is formed within the membrane leaf by the second spacer, so it is possible to prevent the flow of the first liquid flowing through the second channel from being obstructed. .
  • the first flow path is formed from the first opening to the second opening facing the first opening, and the second spacer and the membrane leaf are arranged in a state where the membrane leaf is overlapped with the second spacer.
  • the first flow path and the second flow path can be partitioned.
  • the first liquid supplied from outside the system can be allowed to flow only into the first flow path formed in the membrane leaf, and can be prevented from flowing into the second flow path.
  • unpenetrated water of the second liquid that has flowed out into the second flow path may flow into the first flow path, or unpermeated water of the first liquid that has been supplied to the first flow path may flow into the second flow path. It can prevent the inflow.
  • an inlet for supplying the second liquid is formed at one end of the main pipe, and the outlet holes are arranged in parallel along the axial direction of the main pipe, and the opening area becomes smaller as the distance from the inlet becomes smaller. In this case, by increasing the opening area of the outflow hole distal to the inlet where the water pressure drops, it is possible to equalize the amount of the second liquid flowing into the second flow path.
  • the first liquid has a relatively high solute concentration compared to the second liquid and the first liquid is diluted by the second liquid flowing into the first flow path by forward osmosis, for example.
  • the second liquid flows into the first flow path due to forward osmosis and mixes with the first liquid, increasing the amount of energy. Mixed water can be easily obtained.
  • the second liquid has a relatively high solute concentration compared to the first liquid and the second liquid is diluted by the first liquid flowing into the second flow path due to forward osmosis, for example.
  • the first liquid flows into the second flow path and mixes with the second liquid due to forward osmosis, increasing the amount of energy. You can get mixed water.
  • the forward osmosis membrane module of the present invention includes a first supply pipe and a second supply pipe arranged at predetermined positions on one end side of a cylindrical main body, A case having a first discharge pipe disposed at a predetermined position, a second discharge pipe disposed at a predetermined position on the other end side of the main body, and a first opening communicating with the first supply pipe.
  • a plurality of membrane leaves each having a first flow path formed therein through which a first liquid is supplied toward a second opening that communicates with a second discharge pipe; and a plurality of membrane leaves that are wound around and parallel to the first flow path.
  • a second liquid having a solute concentration different from the solute concentration of the first liquid is supplied in the axial direction, and an outflow hole is formed on the side surface for allowing the second liquid to flow out.
  • a forward osmosis membrane element housed in the case, the flow path having a second flow path formed by a gap, one side communicating with the outflow hole and the other side communicating with the first discharge pipe; Be prepared.
  • the forward osmosis membrane element can be housed within the case.
  • the case has a first supply pipe and a second supply pipe arranged at a predetermined position on one end side of the cylindrical main body, so that liquids with different solute concentrations can be supplied to the first supply pipe and the second supply pipe. Can be supplied to each of the tubes. Then, by utilizing the forward osmosis phenomenon caused by the forward osmosis membrane element housed in the case, the liquids supplied from the respective supply pipes can be mixed to obtain mixed water with an increased amount of energy.
  • the case utilizes the forward osmosis phenomenon by having a first discharge pipe placed at a predetermined position on the side surface of the main body and a second discharge pipe placed at a predetermined position on the other end of the main body.
  • the mixed water produced can be discharged from one discharge pipe, and the unpermeated water that has not been used for forward osmosis can be discharged from the other discharge pipe.
  • the plurality of membrane leaves each have a first flow path formed therein, through which the first liquid is supplied from a first opening communicating with the first supply pipe to a second opening communicating with the second discharge pipe.
  • a second liquid having a solute concentration different from that of the first liquid was supplied in an axial direction parallel to the first flow path around which the membrane leaf was wrapped, and an outflow hole was formed on the side surface for allowing the second liquid to flow out.
  • the first liquid has a relatively high solute concentration compared to the second liquid, and when the second liquid flows into the first flow path by forward osmosis, the first liquid is diluted, and the diluted mixed water is discharged from the second discharge pipe, and when the unpenetrated water of the second liquid flowing into the second flow path is discharged from the first discharge pipe, the first liquid and the second liquid obtained by the forward osmosis phenomenon
  • the water mixed with the liquid is discharged from the second discharge pipe, and the unpermeated water of the second liquid is discharged from the first discharge pipe. Therefore, the liquid discharged from each discharge pipe can be used according to the purpose. I can do it.
  • the second liquid has a relatively high solute concentration compared to the first liquid, and when the first liquid flows into the second flow path by forward osmosis, the second liquid is diluted, and the diluted mixed water is discharged from the first discharge pipe, and when the unpenetrated water of the first liquid supplied to the first flow path is discharged from the second discharge pipe, the first liquid obtained by forward osmosis and the second Since the water mixed with the liquid is discharged from the first discharge pipe, and the unpermeated water of the first liquid is discharged from the second discharge pipe, the liquid discharged from each discharge pipe can be used according to the purpose. be able to.
  • the forward osmosis membrane element and forward osmosis membrane module according to the present invention can efficiently permeate water from the low concentration side to the high concentration side by the forward osmosis phenomenon.
  • FIG. 1 is a diagram showing the internal structure of a forward osmosis membrane module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a forward osmosis membrane element according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a forward osmosis membrane element according to a first embodiment of the present invention in a state in which a membrane leaf is wrapped around a main conduit.
  • 3A is a cross-sectional view of a forward osmosis membrane element according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3, and (b) is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 3.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow of liquid within the forward osmosis membrane element according to the first embodiment of the present invention.
  • 1 is a block diagram of an osmotic power generation system to which a forward osmosis membrane module according to a first embodiment of the present invention is applied. It is a figure showing the internal structure of the forward osmosis membrane module concerning the 2nd embodiment of the present invention. It is a figure which shows typically the flow of the liquid in the forward osmosis membrane element based on the 2nd Embodiment of this invention.
  • the first liquid is defined as “salt water” and the second liquid is defined as “fresh water”, but the first liquid and the second liquid are defined as a membrane leaf in which a forward osmosis phenomenon occurs. It suffices if the solute concentration difference is approximately the same.
  • FIG. 1 is a diagram showing the internal structure of a forward osmosis membrane module 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the forward osmosis membrane module 1 includes a case 2 and a forward osmosis membrane element 3 housed inside the case 2.
  • the case 2 includes a cylindrical main body 20 made of, for example, FRP (Fiber Reinforced Plastic), and a first supply unit that supplies salt water W1, which is a first liquid, to a position offset from the approximate center of one end of the main body 20.
  • a second supply pipe 22 to which fresh water W2, which is a second liquid, is supplied is connected to approximately the center of one end of each of the pipes 21 .
  • a first exhaust pipe 23 that opens toward the side surface is provided at a substantially central position in the axial direction of the main body portion 20, and a second discharge pipe 24 is provided at a substantially central position on the other end side.
  • the forward osmosis membrane element 3 is supported by a support member 36 within the case 2, and a sealing material 37 such as a packing or an O-ring is interposed in the gap between the support member 36 and the inner wall of the case 2.
  • a sealing material 37 such as a packing or an O-ring is interposed in the gap between the support member 36 and the inner wall of the case 2.
  • the installation positions of the first supply pipe 21, the second supply pipe 22, the first discharge pipe 23, and the second discharge pipe 24 in the main body 20 are as follows: It is sufficient if the device can communicate with the device, and the specific installation position can be changed as appropriate.
  • the forward osmosis membrane element 3 is composed of a main conduit 30 and membrane leaves 31, and a plurality of membrane leaves 31 are wound around the outer circumference of the main conduit 30 in a spiral shape. (For example, this refers to a state as shown in FIG. 2(b) of Patent Document 1 and Patent Document 2.) and is built into the main body portion 20.
  • the main pipe line 30 has a cylindrical shape and has an inlet port 301 that communicates with the second supply pipe 22 of the case 2 at one end. Furthermore, an outflow hole 302 is formed on the side surface of the main channel 30 and communicates with the second channel 35 formed between the stacked membrane leaves 31 . With the above configuration, all of the fresh water W2 supplied to the main pipe line 30 is made to flow out from the outflow hole 302 to the second flow path 35.
  • the outflow holes 302 are formed in parallel along the axial direction of the main conduit 30, and in the embodiment of the present invention, a group of outflow holes 302 arranged in parallel in the axial direction of the main conduit 30 are formed in the circumferential direction of the side surface of the main conduit 30. A total of four rows are formed at approximately 90° intervals.
  • the outflow holes 302 do not necessarily need to be formed in a total of four rows at approximately 90° intervals in the circumferential direction of the side surface of the main pipe 30.
  • a total of two rows may be formed at an interval of approximately 180 degrees in the circumferential direction of the side surface of the main pipe 30, and the position and number of the outflow holes 302 can be changed as appropriate.
  • the opening area of the outflow hole 302 can be changed as appropriate, for example, the opening area can be formed to gradually become wider as it moves away from the inflow port 301 of the main pipe 30 in the axial direction.
  • the opening area By changing the opening area in this way, the amount of fresh water W2 flowing out from the outflow hole 302 located near the inlet 301 where the water pressure is relatively high, and the amount of fresh water W2 flowing out from the outflow hole 302 located near the inlet 301 where the water pressure is relatively low can be adjusted.
  • the amount of fresh water W2 flowing out from the holes 302 can be adjusted to equalize the flow rate of fresh water W2 flowing out from each outflow hole 302. Thereby, the flow of the fresh water W2 flowing into the second flow path 35 is made uniform, so that the forward osmosis phenomenon can be performed more efficiently.
  • the membrane leaf 31 is made of a material that causes a forward osmosis phenomenon, and includes a base material layer made of a nonwoven material such as polypropylene, a support layer made of porous material such as polysulfone, and an active layer made of polyamide, which are laminated in this order. It consists of a single sheet with a three-layer structure.
  • FIG. 2 it is folded so that the upper active layer is on the inside, and the mesh-like first spacer 32 made of a resin material is sandwiched between the edges of the folded and overlapped ends.
  • a first opening 311 is formed at one end and a second opening 312 is formed at the other end, and a first flow partitioned inside by a first spacer 32 made of a resin material is formed.
  • a channel 33 can be formed.
  • the membrane leaf 31 does not necessarily have to have a three-layer structure consisting of a base layer, a support layer, and an active layer.
  • the support layer and the active layer may be integrated to form one layer, and a base material layer may be combined with this to form a two-layer structure.
  • the materials of the base layer, the support layer, and the active layer are not necessarily limited to those described above, and as long as the membrane leaf 31 can cause a forward osmosis phenomenon, known materials can be used as appropriate. You can choose.
  • the first spacer 32 does not necessarily need to be included. However, by having the first spacer 32, even when the membrane leaf 31 is folded and built into the case 2 in a spiral shape, a gap for the first flow path 33 can be secured within the membrane leaf 31. The flow of the salt water W1 in the first channel 33 is not blocked, and the flow rate can be kept constant.
  • the material for the first spacer 32 is appropriately selected from thermoplastic resin materials such as polypropylene, high-density polyethylene, nylon, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, and ethylene vinyl acetate.
  • the membrane leaves 31 configured as described above are laminated and wound around the main pipe 30 with the mesh-shaped second spacer 34 made of polyester sandwiched therebetween.
  • the material for the second spacer 34 is not limited to polyester, and may be appropriately selected from known materials having a certain strength and low water absorption.
  • the second spacer 34 does not necessarily need to be included.
  • the shear stress near the membrane leaf 31 in the second flow path 35 of the fresh water W2 increases.
  • permeation of fresh water W2 from the second flow path 35 to the first flow path 33 can be promoted.
  • a gap as the second flow path 35 formed between adjacent membrane leaves 31 can be secured, so the second flow path The flow of fresh water W2 in 35 is not obstructed, and the flow rate can be kept constant.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the forward osmosis membrane element 3 built into the case 2, (a) is a sectional view taken along line AA in FIG. 3, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3. (For convenience of explanation, only a pair of adjacent membrane leaves 31, 31 are taken out and illustrated.) Note that the CC sectional view in FIG. 3 is the same as the AA sectional view, so illustration thereof is omitted.
  • the membrane leaf 31 and the second spacer 34 are bonded without any gaps in the edge region of the membrane leaf 31 on the first opening 311 side, so that the compartment A is Only one channel 33 is in communication. Therefore, all of the salt water W1 supplied to the compartment A from the first supply pipe 21 can be made to flow into the first flow path 33.
  • the membrane leaf 31 and the second spacer 34 are not bonded to each other in the area other than the edges of the first opening 311 and the second opening 312 of the membrane leaf 31.
  • a gap formed between adjacent membrane leaves 31 is partitioned by a second spacer 34, and a second flow path 35 is formed in a direction perpendicular to the first flow path 33.
  • the second flow path 35 communicates with the outflow hole 302 of the main conduit 30 and has an open end that communicates with the compartment B.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the flow of liquid within the forward osmosis element 3 according to the first embodiment of the present invention.
  • salt water W1 is supplied from the first supply pipe 21 to the compartment A
  • fresh water W2 is supplied from the second supply pipe 22 to the main pipe line 30.
  • the salt water W1 supplied to the compartment A flows in the first channel 33 from the first opening 311 of the membrane leaf 31 toward the second opening 312.
  • the fresh water W2 supplied to the main pipe 30 flows out from the outflow hole 302 to the second flow path 35
  • the salt water W1 flowing through the first flow path 33 and the second flow Due to the forward osmosis phenomenon due to the concentration difference with the fresh water W2 flowing through the channel 35
  • the fresh water W2 in the second channel 35 flows into the first channel 33, mixes with the salt water W1 flowing in the first channel 33, and is increased in volume. This becomes mixed water W3.
  • first flow path 33 and the second flow path 35 do not necessarily need to be perpendicular to each other, and may be in a relationship where they intersect at a predetermined angle other than orthogonal.
  • first flow path 33 and the second flow path 35 are in a substantially orthogonal relationship, the forward osmosis phenomenon from the second flow path 35 to the first flow path 33 does not occur. It was confirmed that it is the most efficient.
  • the directions of the salt water W1 flowing through the first flow path 33 and the fresh water W2 flowing through the second flow path 35 do not necessarily have to match.
  • it may be configured such that salt water W1 and fresh water W2 flow from directions opposite to each other.
  • the mixed water W3 in the first flow path 33 flows out from the second opening 312 into the compartment C, and is further discharged from the second discharge pipe 24 communicating with the compartment C to the outside of the system.
  • unpermeated water W4 that has not penetrated into the first flow path 33 out of the fresh water W2 in the second flow path 35 is discharged from the compartment B communicating with the second flow path 35 to the outside of the system through the first discharge pipe 23. be done.
  • FIG. 6 shows a block diagram of an osmotic power generation system to which the forward osmosis membrane module 1 according to the embodiment of the present invention is applied.
  • the osmotic power generation system mainly includes a first liquid tank 4 in which salt water W1 is stored, a second liquid tank 5 in which fresh water W2 is stored, a forward osmosis membrane module 1, and a water turbine generator 6.
  • the salt water W1 and Fresh water W2 is supplied to each forward osmosis membrane module 1.
  • the flow of salt water W1 and fresh water W2 in the forward osmosis membrane module 1 is as described above, and the fresh water flowing through the second flow path 35 flows into the first flow path 33 in the membrane leaf 31 due to the forward osmosis phenomenon.
  • mixed water W3 of salt water W1 and fresh water W2 is generated.
  • the mixed water W3 obtained by the forward osmosis phenomenon is supplied from the first flow path 33 to the water turbine generator 6 through the second discharge pipe 24.
  • the mixed water W3 supplied to the water turbine generator 6 is used to rotate a prime mover such as a turbine, thereby realizing power generation by the water turbine generator 6. Since the mixed water W3 discharged from the first flow path 33 has an increased amount of energy due to the inflow of fresh water W2 from the second flow path 35, the water turbine generator 6 can be activated more efficiently using the mixed water W3. It can generate electricity.
  • the salt water W1 supplied from the first liquid tank 4 is generally concentrated salt water with a high salinity concentration, so if it is dumped into the ocean as it is, it will cause marine pollution, but the mixed water W3 used for power generation
  • the salt concentration is diluted to a predetermined value by the inflow of fresh water W2. Therefore, the mixed water W3 can be directly discharged to the outside of the system (for example, to the sea).
  • low-concentration unpermeated water W4 that could not flow into the first flow path 33 due to the forward osmosis phenomenon is connected to a discharge path connected to the first discharge pipe 23.
  • the water may be discharged to the outside of the system, such as the sea, or may be returned to the second liquid tank 5 via a circulation path.
  • FIG. 7 is a diagram showing the internal structure of the forward osmosis membrane module 1a according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the liquid in the forward osmosis membrane element 3a according to the second embodiment.
  • fresh water W2 is supplied from the first supply pipe 21, and salt water W1 is supplied from the second supply pipe 22, respectively.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that the other configurations are the same.
  • the fresh water W2 supplied from the first supply pipe 21 flows through the first flow path 33 within the membrane leaf 31.
  • the salt water W1 supplied from the second supply pipe 22 flows through the main pipe 30 and flows out from the outflow hole 302 into the second flow path 35.
  • the mixed water W3 obtained by the forward osmosis phenomenon is discharged from the compartment B of the case 2 to the outside of the system through the first discharge pipe 23 located on the side surface of the case 2.
  • unpermeated water W4 that has not penetrated into the second flow path 35 out of the fresh water W2 flowing through the first flow path 33 is discharged from the compartment C communicating with the second flow path 35 to the outside of the system through the second discharge pipe 24. is discharged.
  • the forward osmosis membrane module 1a according to the second embodiment mixed water generated by the forward osmosis phenomenon can be efficiently obtained, similar to the first embodiment.
  • the forward osmosis membrane module 1a according to the second embodiment can also be applied to an osmotic pressure power generation system in the same way as the first embodiment to perform efficient power generation.
  • the forward osmosis membrane element and the forward osmosis membrane module according to the present invention can efficiently permeate water from the low concentration side to the high concentration side by the forward osmosis phenomenon.

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Abstract

【課題】正浸透現象により、低濃度側から高濃度側に効率的に水を浸透させることができる正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールを提供することを目的とする。 【解決手段】正浸透膜モジュール１は、ケース２内に正浸透膜エレメント３がスパイラル状に収納されている。正浸透膜エレメント３は、塩水Ｗ１が供給される第１流路３３が形成された膜リーフ３１と、淡水Ｗ２が供給され、隣接する膜リーフ３１の隙間に形成された第２流路３５に流出する流出孔３０２が形成された主管路３０を有する。第２流路３５に流出した淡水Ｗ２は、第１流路３３を流れる塩水Ｗ１との濃度差による正浸透現象により第１流路３３へと流入し、混合水Ｗ３となって系外へと排出させることができる。

Description

正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュール
　本発明は、正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールに関する。詳しくは、正浸透現象により低濃度側から高濃度側に効率的に水を浸透させることができる正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールに係るものである。
　近年、世界の経済発展に伴う化石燃料の消費、資源の枯渇、温室効果ガスの増加など様々な地球規模の環境問題が顕在化してきている。そのような状況の下で、エネルギーの生産手段として、太陽光発電、風力発電、及び地熱発電など新規の脱炭素エネルギー技術が開発されている。
　これらの技術のうち、最近では海水と河川などの溶質濃度の異なる水を、浸透膜を介して接触させる浸透圧発電が着目されている。より具体的には、正浸透現象により淡水流路から塩水流路に水が浸透することにより塩水と淡水との混合水を得ることで全体としての水量が増加する。そして、水量が増加した混合水を利用してタービン等の原動機を回転させることで効率的な発電を実現するというものである。
　浸透圧発電においては、効率的に正浸透現象を生じさせて水量を増加させる必要があり、そのための正浸透膜モジュールの開発が行われている。この種の正浸透膜モジュールとして、例えば直径の小さな中空糸が管路の中に高密度に収容された中空糸型の正浸透膜モジュールが知られている。中空糸の中には淡水経路から淡水が供給され、中空糸の間には塩水が供給される。そして正浸透現象によって、淡水が中空糸外側へ浸透することで、塩水の水量を増量させることができる。
　一方、中空糸の単位面積当たりの浸透能力は決して高いものではなく、浸透圧発電を効率的に行い得る程度に十分な水量を確保することができないという問題がある。そこで、近年では、より浸透能力の高い正浸透膜モジュールとして、ケース内に膜リーフをスパラル状に設置して単位面積当たりの浸透能力を高めた膜リーフ型の正浸透膜モジュールが開発されている（特許文献１、特許文献２）。
　特許文献１、及び特許文献２によれば、主に淡水が供給される主管路に内部空間が形成された袋状からなる複数の膜リーフがスパイラル状に巻き付けられており、隣接する膜リーフ間には塩水が供給される。膜リーフに供給された淡水は、正浸透現象により膜リーフの内部から外部に浸透し、膜リーフの外側を流れる塩水と混合して混合水を生成する。そして、流量が増加した混合水は外部に排出して浸透圧発電に利用される。一方、膜リーフの外側に移動しなかった未浸透水は主管路の端部に形成された流出口から排出される。
特開２０１４－０２３９８６号公報 特開２０１４－０２３９８５号公報
　ところで、前記した特許文献１、及び特許文献２に開示の正浸透膜モジュールは、膜リーフの内部に淡水の流路となる仕切り板が形成されている。この仕切り板により膜リーフの内部に供給される淡水は略Ｕ字状に屈曲した流れを形成するが、このとき水流の滞りが生じてしまうことで浸透能力が低下し、十分な水量の混合水を得ることができない。さらに水流の滞りが生じることで膜リーフの一部に偏った局所的な浸透により、膜リーフが早期に劣化するという問題が生じる。
　本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、正浸透現象により低濃度側から高濃度側に効率的に水を浸透させることができる正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールを提供することを目的とするものである。
　前記の目的を達成するために、本発明の正浸透膜エレメントは、所定の第１液体が供給される第１流路が内部に形成された複数の膜リーフと、該膜リーフが巻き付けられ、前記第１流路と並行する軸方向に向けて前記第１液体とは溶質濃度が異なる第２液体が供給されるとともに、側面に前記第２液体を流出させるための流出孔が形成された主管路と、隣接する前記膜リーフ同士の隙間により形成された流路であって、一側が前記流出孔と連通し、他側が開放された第２流路とを備える。
　ここで、所定の第１液体が供給される第１流路が内部に形成された複数の膜リーフを備えることにより、膜リーフ内に第１液体を流入させることができる。
　また、膜リーフが巻き付けられ、第１流路と並行する軸方向に向けて第１液体とは溶質濃度が異なる第２液体が供給されるとともに、側面に第２液体を流出させるための流出孔が形成された主管路を備えることにより、第１液体とは溶質濃度の異なる第２液体を主管路内に流入させ、主管路の側面から第２液体を流出させることができる。
　また、隣接する膜リーフ同士の隙間により形成された流路であって、一側が流出孔と連通し、他側が開放された第２流路を備えることにより、第１液体と第２液体との溶質濃度差による正浸透現象により、第２流路から膜リーフを介して第１流路内に第２液体を浸透させ、或いは第１流路から膜リーフを介して第２流路内に第１液体を浸透させることで、エネルギー量が増加した混合水を得ることができる。
　また、膜リーフの内部には、第１流路を区画する網目が形成された平板状の第１スペーサを有する場合には、第１液体の第１流路内における膜リーフ近傍のせん断応力が増加する。これにより第１流路から第２流路への第１液体の浸透を促進することができる。さらに、膜リーフをケース内に収納する場合でも、第１スペーサにより膜リーフ内には所定の空間が形成されるため、第１流路を流れる第１液体の流れが阻害されることを防止できる。
　また、第２流路を形成する隣接する膜リーフ間には、第２流路を区画する網目が形成された平板状の第２スペーサを有する場合には、第２液体の第２流路内における膜リーフ近傍のせん断応力が増加する。これにより第２流路から第１流路への第２液体の浸透を促進することができる。さらに、膜リーフをケース内に収納する場合でも、第２スペーサにより膜リーフ内には所定の空間が形成されるため、第２流路を流れる第１液体の流れが阻害されることを防止できる。
　また、第１流路は、第１開口部から第１開口部と対峙する第２開口部に向けて形成され、第２スペーサと膜リーフとは、第２スペーサに膜リーフを重ねた状態で、膜リーフの第１開口部側、及び第２開口部側のそれぞれの縁部を接着して一体化されている場合には、第１流路と第２流路を区画することができる。これにより系外から供給される第１液体は膜リーフ内に形成された第１流路にのみ流入させ、第２流路に流入することを防止できる。また、第２流路に流出した第２液体の未浸透水が第１流路内に流入すること、或いは第１流路に供給された第１液体の未浸透水が第２流路内に流入することを防止できる。
　また、主管路の一端には第２液体が供給される流入口が形成され、流出孔は主管路の軸方向に沿って並列するとともに、流入口との距離が近いほど開口面積が小さく形成されている場合には、水圧が落ちる流入口から遠位にある流出孔の開口面積を大きくすることで、第２流路に流出する第２液体の流出量を均一化することができる。
　また、第１液体は第２液体に対して溶質濃度が相対的に高く、第２液体が第１流路内に正浸透現象により流入することで第１液体が希釈される場合には、例えば第１流路に塩水、第２流路に淡水を供給することで、正浸透現象により第２液体が第１流路内に流入して第１液体と混合することで、エネルギー量が増加した混合水を容易に得ることができる。
　また、第２液体は第１液体に対して溶質濃度が相対的に高く、第１液体が正浸透現象により第２流路内に流入することで第２液体が希釈される場合には、例えば第１流路に淡水、第２流路に塩水を供給することで、正浸透現象により第１液体が第２流路内に流入して第２液体と混合することで、エネルギー量が増加した混合水を得ることができる。
　前記の目的を達成するために、本発明の正浸透膜モジュールは、筒状の本体部の一端側の所定の位置に配置された第１供給管及び第２供給管、前記本体部の側面の所定の位置に配置された第１排出管、前記本体部の他端側の所定の位置に配置された第２排出管を有するケースと、前記第１供給管と連通する第１開口部から前記第２排出管と連通する第２開口部に向けて第１液体が供給される第１流路が内部に形成された複数の膜リーフと、該膜リーフが巻き付けられ前記第１流路と並行する軸方向に向けて前記第１液体の溶質濃度とは異なる第２液体が供給され、側面に前記第２液体を流出させるための流出孔が形成された主管路、隣接する前記膜リーフ同士の隙間により形成された流路であって一側が前記流出孔と連通し他側が前記第１排出管と連通する第２流路を有し、前記ケース内に収納された正浸透膜エレメントと、を備える。
　ここで、正浸透膜モジュールが筒状のケースを備えることにより、ケース内に正浸透膜エレメントを収納することができる。
　そして、ケースは、筒状の本体部の一端側の所定の位置に配置された第１供給管、及び第２供給管を有することにより、異なる溶質濃度の液体を第１供給管と第２供給管のそれぞれに供給することができる。そして、ケース内に収納された正浸透膜エレメントによる正浸透現象を利用して、それぞれの供給管から供給された液体を混合し、エネルギー量が増加した混合水を得ることができる。
　また、ケースは、本体部の側面の所定の位置に配置された第１排出管、本体部の他端側の所定の位置に配置された第２排出管を有することにより、正浸透現象を利用して生成された混合水を一方の排出管から排出させ、正浸透現象に利用されなかった未浸透水を他方の排出管から排出することができる。
　また、第１供給管と連通する第１開口部から第２排出管と連通する第２開口部に向けて第１液体が供給される第１流路が内部に形成された複数の膜リーフと、膜リーフが巻き付けられ第１流路と並行する軸方向に向けて第１液体の溶質濃度とは異なる第２液体が供給され、側面に第２液体を流出させるための流出孔が形成された主管路、隣接する膜リーフ同士の隙間により形成された流路であって一側が流出孔と連通し他側が第１排出管と連通する第２流路を有し、ケース内に収納された正浸透膜エレメントを備えることにより、前記した通り、正浸透現象を通じてエネルギー量が増大した混合水を容易に得ることができる。
　また、第１液体は第２液体に対して溶質濃度が相対的に高く、第２液体が第１流路内に正浸透現象により流入することで第１液体が希釈され、希釈された混合水が第２排出管から排出され、第２流路に流入する第２液体の未浸透水が第１排出管から排出される場合には、正浸透現象により得られた第１液体と第２液体との混合水が第２排出管から排出され、第２液体のうち未浸透水は第１排出管から排出されるため、それぞれの排出管から排出される液体を目的に応じた利用に供することができる。
　また、第２液体は第１液体に対して溶質濃度が相対的に高く、第１液体が第２流路内に正浸透現象により流入することで第２液体が希釈され、希釈された混合水が第１排出管から排出され、第１流路に供給された第１液体の未浸透水が第２排出管から排出される場合には、正浸透現象により得られた第１液体と第２液体との混合水が第１排出管から排出され、第１液体のうち未浸透水は第２排出管から排出されるため、それぞれの排出管から排出される液体を目的に応じた利用に供することができる。
　本発明に係る正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールは、正浸透現象により低濃度側から高濃度側に効率的に水を浸透させることができる。
本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜モジュールの内部構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜エレメントの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜エレメントについて、膜リーフを主管路に巻き付けた状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜エレメントの断面図であり、（ａ）は図３のＡ－Ａ断面図、（ｂ）は図３のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜エレメント内の液体の流れを模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜モジュールを適用した浸透圧発電システムのブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る正浸透膜モジュールの内部構造を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る正浸透膜エレメント内の液体の流れを模式的に示す図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールについて、図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明においては、便宜的に第１液体を「塩水」、第２液体を「淡水」とそれぞれ規定するが、第１液体と第２液体とは、膜リーフにおいて正浸透現象が生じる程度の溶質濃度差を有していればよい。
［第１の実施形態］
　図１は本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜モジュール１の内部構造を示す図である。正浸透膜モジュール１は、ケース２と、ケース２の内部に収納された正浸透膜エレメント３から構成されている。
　ケース２は、例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ）製の筒状の本体部２０と、本体部２０の一端側の略中心からずれた位置には第１液体である塩水Ｗ１が供給される第１供給管２１、一端側の略中心には第２液体である淡水Ｗ２が供給される第２供給管２２がそれぞれ接続されている。また、本体部２０の軸方向の略中心位置には、側面側に向けて開放する第１排出管２３、他端側の略中心位置には第２排出管２４がそれぞれ設けられている。
　正浸透膜エレメント３はケース２内で支持部材３６により支持されるとともに、支持部材３６とケース２の内壁との隙間にはパッキンやＯリングなどのシール材３７が介装されており、ケース２内では独立した区画室である区画室Ａ、区画室Ｂ、区画室Ｃが形成される。そして、区画室Ａと第１供給管２１、区画室Ｂと第１排出管２３、区画室Ｃと第２排出管２４がそれぞれ連通状態となっている。
　なお、第１供給管２１、第２供給管２２、第１排出管２３、及び第２排出管２４のそれぞれの本体部２０における設置位置については、区画室Ａ～Ｃ、及び後記する主管路３０と連通可能であればよく、具体的な設置位置については適宜変更することができる。
　図２乃至図４に基づいて本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜エレメント３の詳細な構成について説明する。図２、及び図３に示すように、正浸透膜エレメント３は主管路３０、及び膜リーフ３１から構成されており、複数の膜リーフ３１が主管路３０の外周に沿って巻き付けられ、スパイラル状（例えば、特許文献１や特許文献２の図２（ｂ）で示すような状態をいう。）となって本体部２０内に内蔵されている。
　主管路３０は、円筒状であり一端側にケース２の第２供給管２２と連通する流入口３０１が形成されている。また、主管路３０の側面には積層された膜リーフ３１間に形成された第２流路３５と連通する流出孔３０２が形成されている。以上の構成により、主管路３０に供給された淡水Ｗ２は全て流出孔３０２から第２流路３５へと流出させる構造となっている。
　流出孔３０２は主管路３０の軸方向に沿って並列して形成され、本発明の実施形態では、主管路３０の軸方向に並列する一群の流出孔３０２が、主管路３０の側面の周囲方向に略９０°の間隔で計４列が形成されている。
　ここで、必ずしも、流出孔３０２は、主管路３０の側面の周囲方向に略９０°の間隔で計４列が形成されている必要はない。例えば主管路３０の側面の周囲方向に略１８０°の間隔で計２列が形成されていてもよく、流出孔３０２の位置、及び数は適宜変更することができる。
　流出孔３０２の開口面積は適宜変更することができるが、例えば主管路３０の流入口３０１から軸方向に離れるにつれて徐々に開口面積を広く形成することもできる。このように開口面積を変化させることで、水圧が比較的高い流入口３０１の近傍に位置する流出孔３０２から流出する淡水Ｗ２の量と、水圧が比較的低い流入口３０１から離れた位置の流出孔３０２から流出する淡水Ｗ２の量を調整し、各流出孔３０２から流出する淡水Ｗ２の流量を均一化することができる。これにより、第２流路３５に流れる淡水Ｗ２の流れが均一化されるため、正浸透現象をより効率的に行うことができる。
　膜リーフ３１は、正浸透現象を生じさせる素材から構成され、例えばポリプロピレン等の不織布素材である基材層、ポリスルホン等の多孔質性からなる支持層、及びポリアミドからなる活性層がこの順で積層された３層構造をした１枚のシート状からなるものである。
　そして、図２に示すように、上層である活性層が内側となるようにして、樹脂素材の網目状の第１スペーサ３２を挟み込むようにして折り畳み、折り畳んで重ね合わせた端部同士の縁部を接着して封止することで一端に第１開口部３１１、他端に第２開口部３１２がそれぞれ形成されるとともに、内部には樹脂素材からなる第１スペーサ３２により区画された第１流路３３を形成することができる。
　ここで、必ずしも、膜リーフ３１は前記した通り、基材層、支持層、及び活性層からなる３層構造である必要はない。例えば支持層と活性層を一体化して一つの層を構成し、これに基材層を組み合わせた２層構造とすることもできる。
　また、必ずしも、基材層、支持層、及び活性層の材質は前記したものに限定されるものではなく、膜リーフ３１が正浸透現象を生じさせることが可能であれば、公知の材料から適宜選択することができる。
　また、必ずしも、第１スペーサ３２は有している必要はない。但し、第１スペーサ３２を有することで、ケース２内に膜リーフ３１を折り畳んでスパイラル状に内蔵する場合でも、膜リーフ３１内に第１流路３３としての隙間を確保することができるため、第１流路３３内の塩水Ｗ１の流れが遮られず、流量を一定に保つことができる。
　なお、第１スペーサ３２の素材としては、例えばポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルファイド、エチレン酢酸ビニル等の熱可塑性樹脂材から適宜選択される。
　以上のように構成された膜リーフ３１は、ポリエステルからなる網目状の第２スペーサ３４を挟み込むようにして積層して主管路３０に巻き付けられる。なお、第２スペーサ３４の素材としては、ポリエステルに限定されるものではなく、一定の強度と吸水性の低い公知の素材から適宜選択することができる。
　膜リーフ３１の主管路３０への巻き付けは、図２に示すように、まず１層目の第２スペーサ３４が主管路３０の側面に接着され、その表面に膜リーフ３１が積層され、膜リーフ３１の第１開口部３１１、及び第２開口部３１２側のそれぞれの縁部が第２スペーサ３４に接着される。以後は第２スペーサ３４と膜リーフ３１とを交互に積層して、同じく膜リーフ３１の第１開口部３１１、第２開口部３１２側の縁部を接着する。そして、最後の膜リーフ３１を１層目の第２スペーサ３４の裏面に接着したら完成となる。
　ここで、必ずしも、第２スペーサ３４は有している必要はない。但し、第２スペーサ３４を有することで、淡水Ｗ２の第２流路３５内における膜リーフ３１近傍のせん断応力が増加する。これにより第２流路３５から第１流路３３への淡水Ｗ２の浸透を促進することができる。さらに、ケース２内に膜リーフ３１を折り畳んでスパイラル状に内蔵する場合でも、隣接する膜リーフ３１間に形成される第２流路３５としての隙間を確保することができるため、第２流路３５内の淡水Ｗ２の流れが遮られず、流量を一定に保つことができる。
　図４はケース２内に内蔵された状態の正浸透膜エレメント３の要部断面拡大図であり、（ａ）は図３におけるＡ－Ａ断面図、（ｂ）は図３におけるＢ－Ｂ断面図をそれぞれ示している（説明の便宜上、隣接する一対の膜リーフ３１、３１のみを取り出して図示する。）。なお、図３におけるＣ－Ｃ断面図はＡ－Ａ断面図と同一であるため図示を省略する。
　図４（ａ）に示すように、膜リーフ３１の第１開口部３１１側の縁部の領域は、膜リーフ３１と第２スペーサ３４とが隙間なく接着されているため、区画室Ａは第１流路３３のみが連通する状態となっている。従って、第１供給管２１から区画室Ａに供給された塩水Ｗ１の全てを第１流路３３に流入させることができる。
　また、図４（ｂ）に示すように、膜リーフ３１の第１開口部３１１、及び第２開口部３１２の縁部を除く領域では膜リーフ３１と第２スペーサ３４とは接着されていないため、隣接する膜リーフ３１間に形成された隙間が第２スペーサ３４によって区画され、第１流路３３と直交する方向に向けて第２流路３５が形成される。第２流路３５は主管路３０の流出孔３０２と連通するとともに、区画室Ｂと連通する開放端を有している。
　図５には本発明の第１の実施形態に係る正浸透エレメント３内における液体の流れの模式図を示す。図５に示すように、第１供給管２１から区画室Ａに塩水Ｗ１が供給され、第２供給管２２から主管路３０に淡水Ｗ２が供給される。
　区画室Ａに供給された塩水Ｗ１は膜リーフ３１の第１開口部３１１から第２開口部３１２に向けて第１流路３３内を流れる。一方、主管路３０に供給された淡水Ｗ２は、流出孔３０２から第２流路３５に流出すると、淡水Ｗ２が膜リーフ３１に接触するときに第１流路３３を流れる塩水Ｗ１と第２流路３５を流れる淡水Ｗ２との濃度差による正浸透現象により、第２流路３５の淡水Ｗ２が第１流路３３に流入し、第１流路３３を流れる塩水Ｗ１と混合して増量された混合水Ｗ３となる。
　ここで、必ずしも、第１流路３３と第２流路３５とは直交する必要はなく、直交以外の所定の角度で交差する関係にあってもよい。但し、発明者らが検討した結果では、第１流路３３と第２流路３５とが略直交関係にある場合には、第２流路３５から第１流路３３への正浸透現象が最も効率的であることが確認できた。
　また、必ずしも、第１流路３３を流れる塩水Ｗ１と、第２流路３５を流れる淡水Ｗ２の方向が一致する必要はない。例えば、互いに相対する方向から塩水Ｗ１と淡水Ｗ２とが流れるように構成してもよい。
　第１流路３３の混合水Ｗ３は第２開口部３１２から区画室Ｃへと流出し、さらに区画室Ｃと連通状態にある第２排出管２４から系外へと排出される。一方、第２流路３５の淡水Ｗ２のうち第１流路３３に浸透できなかった未浸透水Ｗ４は、第２流路３５と連通する区画室Ｂから第１排出管２３を通じて系外に排出される。
　以上が、本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜モジュール１の詳細な構造である。次に本発明の第１の実施形態に係る正浸透膜モジュール１の適用例について説明する。図６は、本発明の実施形態に係る正浸透膜モジュール１が適用される浸透圧発電システムのブロック図を示す。浸透圧発電システムは、塩水Ｗ１が貯留される第１液体槽４、淡水Ｗ２が貯留される第２液体槽５、正浸透膜モジュール１、水車発電機６から主に構成されている。
　第１液体槽４と正浸透膜モジュール１の第１供給管２１が接続され、第２液体槽５と正浸透膜モジュール１の第２供給管２２とが接続されることで、塩水Ｗ１、及び淡水Ｗ２がそれぞれ正浸透膜モジュール１に供給される。そして、正浸透膜モジュール１内における塩水Ｗ１と淡水Ｗ２の流れは前記した通りであり、膜リーフ３１内の第１流路３３に第２流路３５を流れる淡水が正浸透現象により流入することで、塩水Ｗ１と淡水Ｗ２との混合水Ｗ３が生成される。
　正浸透現象により得られた混合水Ｗ３は第１流路３３から第２排出管２４を通じて水車発電機６に供給される。水車発電機６に供給された混合水Ｗ３はタービン等の原動機の回転に利用され、これにより水車発電機６による発電が実現される。そして、第１流路３３から排出される混合水Ｗ３は第２流路３５からの淡水Ｗ２の流入によりエネルギー量が増大しているため、係る混合水Ｗ３でより効率的に水車発電機６を発電することができる。
　また、第１液体槽４から供給される塩水Ｗ１は一般的に塩分濃度の高い濃縮塩水が使用されるため、そのまま海洋に投棄すると海洋汚染の原因となるが、発電に利用された混合水Ｗ３は淡水Ｗ２の流入により塩分濃度が所定に希釈されている。従って、混合水Ｗ３はそのまま系外（例えば海）に排出することが可能である。
　一方、正浸透膜モジュール１に供給された淡水Ｗ２のうち、正浸透現象によって第１流路３３に流入できなかった低濃度の未浸透水Ｗ４については第１排出管２３に接続された排出路を通じて、混合水Ｗ３と同様に海などの系外へと排出、或いは循環路を経由して第２液体槽５に還流するようにしてもよい。
［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態に係る正浸透膜モジュールについて説明する。なお、以下の説明においては、第１の実施形態と共通する構成については共通の符号を付するとともに、重複する説明については省略する。
　図７は本発明の第２の実施形態に係る正浸透膜モジュール１ａの内部構造を示す図、図８は第２の実施形態に係る正浸透膜エレメント３ａ内における液体の模式図をそれぞれ示す。図７に示す通り、第２の実施形態では正浸透膜モジュール１ａに供給する液体について、第１供給管２１から淡水Ｗ２、第２供給管２２から塩水Ｗ１をそれぞれ供給する構成となっている点で第１の実施形態と異なり、その他の構成は同一である。
　第１供給管２１から供給された淡水Ｗ２は膜リーフ３１内の第１流路３３を流れる。一方、第２供給管２２から供給された塩水Ｗ１は主管路３０を流れて流出孔３０２から第２流路３５に流出する。
　そして、第１流路３３を流れる淡水Ｗ２と第２流路３５を流れる塩水Ｗ１との濃度差による正浸透現象により、第１流路３３の淡水Ｗ２が第２流路３５に流入し、第２流路３５において淡水Ｗ２と塩水Ｗ１との混合水Ｗ３を得ることができる。
　正浸透現象により得られた混合水Ｗ３は、ケース２の区画室Ｂから、ケース２の側面に位置する第１排出管２３を通じて系外へと排出される。一方、第１流路３３を流れる淡水Ｗ２のうち第２流路３５に浸透できなかった未浸透水Ｗ４は、第２流路３５と連通する区画室Ｃから第２排出管２４を通じて系外へと排出される。
　以上のように、第２の実施形態に係る正浸透膜モジュール１ａにおいては、第１の実施形態と同様に、正浸透現象により生じた混合水を効率的に得ることができる。そして、第２の実施形態に係る正浸透膜モジュール１ａについても、第１の実施形態と同様に浸透圧発電システムに適用することで、効率的な発電を行うことができる。
　以上、本発明に係る正浸透膜エレメント、及び正浸透膜モジュールは、正浸透現象により低濃度側から高濃度側に効率的に水を浸透させることができる。
　　　１　　　正浸透膜モジュール
　　　２　　　ケース
　　　２０　　　本体部
　　　２１　　　第１供給管
　　　２２　　　第２供給管
　　　２３　　　第１排出管
　　　２４　　　第２排出管
　　　３、３ａ　　　正浸透膜エレメント
　　　３０　　　主管路
　　　３０１　　　流入口
　　　３０２　　　流出孔
　　　３１　　　膜リーフ
　　　３１１　　　第１開口部
　　　３１２　　　第２開口部
　　　３２　　　第１スペーサ
　　　３３　　　第１流路
　　　３４　　　第２スペーサ
　　　３５　　　第２流路
　　　３６　　　支持部材
　　　３７　　　シール材
　　　４　　　第１液体槽
　　　５　　　第２液体槽
　　　６　　　水車発電機

Claims (10)

  1. 　所定の第１液体が供給される第１流路が内部に形成された複数の膜リーフと、
    　該膜リーフが巻き付けられ、前記第１流路と並行する軸方向に向けて前記第１液体とは溶質濃度が異なる第２液体が供給されるとともに、側面に前記第２液体を流出させるための流出孔が形成された主管路と、
    　隣接する前記膜リーフ同士の隙間により形成された流路であって、一側が前記流出孔と連通し、他側が開放された第２流路と、を備える
    　正浸透膜エレメント。
  2. 　前記膜リーフの内部には、前記第１流路を区画する網目が形成された平板状の第１スペーサを有する
    　請求項１に記載の正浸透膜エレメント。
  3. 　前記第２流路を形成する隣接する前記膜リーフ間には、前記第２流路を区画する網目が形成された平板状の第２スペーサを有する
    　請求項１または請求項２に記載の正浸透膜エレメント。
  4. 　前記第１流路は、第１開口部から該第１開口部と対峙する第２開口部に向けて形成され、
    　前記第２スペーサと前記膜リーフとは、前記第２スペーサに前記膜リーフを重ねた状態で、前記膜リーフの前記第１開口部、及び前記第２開口部側のそれぞれの縁部を接着して一体化されている
    　請求項３に記載の正浸透膜エレメント。
  5. 　前記主管路の一端には前記第２液体が供給される流入口が形成され、
    　前記流出孔は前記主管路の軸方向に沿って並列するとともに、前記流入口との距離が近いほど開口面積が小さく形成されている
    　請求項１または請求項２に記載の正浸透膜エレメント。
  6. 　前記第１液体は前記第２液体に対して溶質濃度が相対的に高く、前記第２液体が前記第１流路内に正浸透現象により流入することで前記第１液体が希釈される
    　請求項１または請求項２に記載の正浸透膜エレメント。
  7. 　前記第２液体は前記第１液体に対して溶質濃度が相対的に高く、前記第１液体が正浸透現象により前記第２流路内に流入することで前記第２液体が希釈される
    　請求項１または請求項２に記載の正浸透膜エレメント。
  8. 　筒状の本体部の一端側の所定の位置に配置された第１供給管及び第２供給管、前記本体部の側面の所定の位置に配置された第１排出管、前記本体部の他端側の所定の位置に配置された第２排出管を有するケースと、
    　前記第１供給管と連通する第１開口部から前記第２排出管と連通する第２開口部に向けて第１液体が供給される第１流路が内部に形成された複数の膜リーフと、該膜リーフが巻き付けられ前記第１流路と並行する軸方向に向けて前記第１液体の溶質濃度とは異なる第２液体が供給され、側面に前記第２液体を流出させるための流出孔が形成された主管路、隣接する前記膜リーフ同士の隙間により形成された流路であって一側が前記流出孔と連通し他側が前記第１排出管と連通する第２流路を有し、前記ケース内に収納された正浸透膜エレメントと、を備える
    　正浸透膜モジュール。
  9. 　前記第１液体は前記第２液体に対して溶質濃度が相対的に高く、
    　前記第２液体が前記第１流路内に正浸透現象により流入することで前記第１液体が希釈され、希釈された混合水が前記第２排出管から排出され、
    　前記第２流路に流入する前記第２液体の未浸透水が前記第１排出管から排出される
    　請求項８に記載の正浸透膜モジュール。
  10. 　前記第２液体は前記第１液体に対して溶質濃度が相対的に高く、
    　前記第１液体が前記第２流路内に正浸透現象により流入することで前記第２液体が希釈され、希釈された混合水が前記第１排出管から排出され、
    　前記第１流路に供給された前記第１液体の未浸透水が前記第２排出管から排出される
    　請求項８に記載の正浸透膜モジュール。
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