JPH0380920A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、純水製造や各種の排液濃縮に用いられる膜分
離装置で、詳しくは、液室と気室とに内部が仕切られた
分離器を設け、その分離器の前記液室に被処理液を供給
するための給液路と、前記液室を気室よりも高温にする
ための温度調整手段とを設け、前記分離器の仕切りに、
液室と気室との温度差に相当する水蒸気分圧差をもって
液室から気室に水蒸気のみを選択的に透過させる透過膜
を設けてある膜分離装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の膜分離装置としては、第３図に示すように、前記
給液路（２）に、被処理液（純水製造では原水であり、
排液濃縮では排液である。）を冷却材として前記分離器
（１）の気室（１ｂ）を冷却する冷却部（２Ａ）を設け
、その給液路（２）のうち冷却部（２Ａ）から分離器（
１〉の液室（１ａ）に到る部分に、ボイラ等で製造され
た高温の加熱流体（水等）との熱交換により被処理液を
加熱する熱交換器（Ｈｌ）や電熱ヒータを設けて、前述
した温度調整手段を構成したものが知られている（例え
ば特公昭４９−４５４６１号公報や特開昭６０−１１８
２０４号公報）。また、第４図に示すように、前記の構
成に加え、前記給液路（２）のうち冷却部（２Ａ）より
も上流側の箇所に、冷水等の冷却用流体との熱交換によ
り被処理液を冷却する熱交換器（Ｈ２）を設けて、気室
（１ｂ）の冷却、液室（１ａ）の加熱を行うようにした
ものも知られている。

なお、（ＬＡ）が透過膜であり、（４）は、分離器（１
）の液室（１ａ）から排出される濃縮液を給液路（２）
に戻すブロー（４ａ）付の戻り路である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記従来技術によるときは、次のような欠点が
あった。

前者の従来技術によるときは、給液路における冷却部に
冷却材として供給される被処理液が常温で、その常温の
被処理液を熱交換器で加熱された液室内の高温被処理液
との温度差が、水蒸気の膜透過の駆動力となる液室と気
室との温度差となるため、十分な駆動力を得ることがで
きる温度差とするためには、液室内を高温にするか、或
いは、被処理液として低温のものを用意するかのいずれ
かが必要である。そして、前者の場合には、透過膜の早
期劣化を招来し、後者の場合には適用性に欠ける。

他方、後者従来技術によるときは、冷却部に冷却材とし
て供給する被処理水を冷却するため、液室と気室との温
度を十分に確保しながらも、液室の低温化を図って透過
膜の早期劣化を防止でき、しかも、汎用性を向上できる
ものの、被処理水の冷却にエネルギーが必要で、かつ、
−旦冷却した被処理水を加熱する必要があって加熱に対
する負荷が大きく加熱に大エネルギーが必要であること
によって、ランニングコストが高く付いていた。特に、
戻り路を設けて液を循環させることにより濃縮度を上げ
る場合、図中実線で示すように冷却用の熱交換器よりも
上流側に濃縮液を戻すようにすると、その冷却用の熱交
換器による冷却負荷が増大する。また、図中二点鎖線で
示すように冷却部と加熱用の熱交換器との間に濃縮液を
戻すようにすると、冷却された被処理水の冷却部への供
給量が著しく減少して、気室の冷却不足を招来し、その
結果、温度差確保のために液室内の高温化が不可避とな
って、透過膜の早期劣化を招来する。

本発明の目的は、上記従来欠点を解消する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による膜分離装置の特徴構成は、前記温度調整手
段を構成するに、ヒートポンプを設け、そのヒートポン
プの凝縮器と蒸発器とのうち、凝縮器を液室加熱源とし
、かつ、蒸発器を気室冷却源として夫々設けてある点に
ある。

前記給液路に被処理液を冷却材として前記気室を冷却す
る冷却部を設け、その給液路のうち冷却部よりも上流側
の部分に、被処理液の冷却器として前記蒸発器を設け、
冷却部から前記液室に到る部分に、被処理液の加熱器と
して前記凝縮器を設けてあることが好ましい。

更に、前記分離器の液室から排出される濃縮液を前記給
液路に戻すための戻り路を設けることが好ましい。

〔作　用〕

分離器の気室は、ヒートポンプの蒸発器による吸熱作用
によって冷却される。他方、液室は、ヒートポンプの凝
縮による放熱作用によって加熱される。従って、液室と
気室との温度差として、水蒸気の膜透過に十分な温度差
を確保しながらも、液室の交換化を回避できる。

しかも、凝縮器と蒸発器とが１つのヒートポンプのもの
で、液室の加熱により凝縮器で得た冷熱を、外部に放出
することなく蒸発器での気室の冷却に利用するため、加
熱、冷却のための熱損失を少なくできる。

特に、液室から放出される濃縮液を給液路に戻す場合は
、凝縮器により被処理液に付与した温熱を回収して熱効
率を向上できると共に、液の濃縮の場合、濃縮度を上げ
ることができる。

〔発明の効果〕

従って、本発明によれば、透過膜の早期劣化を招来する
ことなく、低コストで膜分離を行えるようになった。特
に請求項３記載のようにすれば、より一層コストの低下
を図れると共に、液の濃縮に好適である。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を示す。

膜分離装置は第１図に示すように、分離用の膜モジュー
ル（Ｍ）と、その膜モジュール（Ｍ）に被処理液を供給
するための給液路（２）と、温度調整手段とを備えてい
る。

前記膜モジュール（Ｍ）は、容器の内部を液室（１ａ）
と気室（１ｂ）と冷却室（ｌｃ）との３つに、気室（１
ｂ）に液室（１ａ）と冷却室（１ｃ）とが隣合う状態に
仕切り、液室（１ａ）と気室（１ｂ）との仕切りとして
、液室（１ａ）と気室（１ｂ）との温度差に相当する水
蒸気分圧差をもって高温側から低温側に水蒸気のみを透
過させる透過膜（ＬＡ）を設け、前記気室（１ｂ）と冷
却室（ｌｃ）との仕切りとして、伝熱板（ＩＢ）を設け
たものである。

前記給液路（２）の途中は、前記膜モジュール（Ｍ）の
冷却室（１ｃ）から構成されている。つまり、給液路（
２）は、冷却室（ＩＣ）と伝熱板（ＩＢ）とから被処理
液を冷却材として前記気室（１ｂ）を冷却するように構
成された冷却部（２Ａ）を備えており、膜モジュール（
Ｍ）は、液室（１ａ）・気室（１ｂ）・透過膜（１Ａ）
からなる分離器（１）と前記冷却部（２Ａ）とを一体化
したものである。

前記温度調整手段は、前記膜モジュール（Ｍ）の液室（
１ａ）を気室（１ｂ）よりも高温にして、液室（１ａ）
から気室（１，ｂ）に水蒸気を透過膜（１Ａ）を通して
透過させる手段である。具体的には、圧縮機（３Ａ）・
凝縮器（３Ｂ）・膨張弁（３Ｃ）・蒸発器（３Ｄ）・圧
縮機（３Ａ）とその記載順に冷媒を循環させることによ
り、凝縮器（３Ｂ）で放熱を、かつ、蒸発器（３Ｄ）で
吸熱を夫々行う１つのヒートポンプ（３）を設け、その
ヒートポンプ（３）の凝縮器（３Ｂ）を、前記給液路（
２）のうち冷却室（ＩＣ）から液室（１ａ）に到る部分
に被処理液の加熱器として設け、前記蒸発器（３Ｄ）を
、給液路（２）のうち冷却室（ＩＣ）よりも上流側の部
分に被処理液の冷却器として設けたものがある。つまり
、凝縮器（３Ｂ）を加熱源として、液室（１ａ）に供給
する被処理液を加熱することにより液室（１ａ）を間接
的に加熱し、蒸発器（３Ｄ）を冷却源として、冷却室（
ｌｃ）に供給する被処理液を冷却することにより気室（
１ｂ）を間接的に冷却するものである。

かつ、膜分離装置は、前記給液路（２）のうち蒸発器（
３Ｄ）よりも上流側の部分に前記液室（１ａ）から排出
される濃縮液を戻すためのブロー（４ａ）付きの戻り路
（４）を備えている。

上記の如く構成された膜分離装置は、純水製造や排液の
濃縮に用いられるのであって、純水製造時の被処理液は
原水であり、排液濃縮時の被処理は排液である。

上記の膜分離装置によれば、液室（１ａ）から気室（１
ｂ）への透過膜（１Ａ）を通しての水蒸気の透過により
液室（１ａ）内の被処理液が濃縮される。この濃縮液は
被処理液に戻されて循環するため、時間経過に伴って濃
縮度が次第に高くなる。他方、気室（１ｂ）内に透過し
た水蒸気は、冷却によって結露し、純水として排出され
る。そして、被処理液の加熱により凝縮器（３Ｂ）で生
成された冷熱は、ヒートポンプ（３）で蒸発器（３Ｄ）
に運ばれて、冷却部（２Ａ）へ供給する被処理液の冷却
に利用されるため、冷熱の無駄がない。

〔別実施例〕

以下に本発明の別実施例を示す。

［１］上記実施例では、戻り路（４）を設けたが、本発
明は、戻り路（４〉を設けずに実施しても良い。この場
合、排液等の液濃縮にも適用できるが、純水製造に適用
することが好ましい。

［２］上記実施例では、液室（１ａ）に供給する被処理
液を加熱することで液室（１ａ）を加熱し、冷却部（２
Ａ）に供給する被処理液を冷却することで気室（１ｂ）
を冷却するようにしたが、第２図に示すように液室（１
ａ）内に凝縮器（３Ｂ）を設置し、気室（１ｂ）又は冷
却室（ｌｃ）　［図面は気室（１ｂ）内に設けて冷却室
（Ｃ）を省いたものを示す。〕内に蒸発器（３Ｄ）を設
置して、液室（１ａ）の加熱、気室（１ｂ）の冷却を行
ってもよい。

［３］尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利に
する為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面
の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略構成図、第２図は本
発明の別実施例を示す概略構成図であり、第３図、第４
図は従来例を示す概略構成図である。 （１ａ）・・・・・・液室、（１ｂ）・・・・・・気室
、（１）・・・・・・分離器、（２）・・・・・・給液
路、（１Ａ）・・・・・・透過膜、（３）・・・・・・
ヒートポンプ、（３Ｂ）・・・・・・凝縮器、（３Ｄ）
・・・・・・蒸発器、（４）・・・・・・戻り路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液室（１ａ）と気室（１ｂ）とに内部が仕切られた
   分離器（１）を設け、その分離器（１）の前記液室（１
   ａ）に被処理液を供給するための給液路（２）と、前記
   液室（１ａ）を気室（１ｂ）よりも高温にするための温
   度調整手段とを設け、前記分離器（１）の仕切りに、液
   室（１ａ）と気室（１ｂ）との温度差に相当する水蒸気
   分圧差をもって液室 （１ａ）から気室（１ｂ）に水蒸気のみを選択的に透過
   させる透過膜（１Ａ）を設けてある膜分離装置であって
   、前記温度調整手段を構成するに、ヒートポンプ（３）
   を設け、そのヒートポンプ（３）の凝縮器（３Ｂ）と蒸
   発器（３Ｄ）とのうち、凝縮器（３Ｂ）を液室加熱源と
   し、かつ、蒸発器（３Ｄ）を気室冷却源として夫々設け
   てある膜分離装置。 ２、前記給液路（２）に被処理液を冷却材として前記気
   室（１ｂ）を冷却する冷却部（２Ａ）を設け、その給液
   路（２）のうち冷却部（２Ａ）よりも上流側の部分に、
   被処理液の冷却器として前記蒸発器（３Ｄ）を設け、冷
   却部（２Ａ）から前記液室（１ａ）に到る部分に、被処
   理液の加熱器として前記凝縮器（３Ｂ）を設けてある請
   求項１記載の膜分離装置。 ３、前記分離器（１）の液室（１ａ）から排出される濃
   縮液を前記給液路（２）に戻すための戻り路（４）を設
   けてある請求項１又は２記載の膜分離装置。