JPH11267469A

JPH11267469A - 流体分離素子組立体

Info

Publication number: JPH11267469A
Application number: JP10094106A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujiwara; 浩二藤原; Hiroyuki Ikada; 洋行筏; Hisaaki Fujino; 久昭藤野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】有効膜面積が大きく、圧力損失が大きくなっ
ても好適に流体分離でき、かつ安価に製造できる流体分
離素子組立体を提供する。【解決手段】集水孔を有する集水管の周りに分離膜、
透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成
し、その膜ユニットの外側に外装体を形成してなる流体
分離素子と、その流体分離素子の一端部に設けられたテ
レスコープ防止板とを有している流体分離素子組立体で
あって、テレスコープ防止板が外装体により流体分離素
子に固定されていることを特徴とする流体分離素子組立
体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体分離素子組立
体に関する。詳しくは、逆浸透装置や限外濾過装置、精
密濾過装置、さらには気体分離装置等に用いるのに好適
な流体分離素子組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、海水淡水化や半導体分野における
超純水用途、さらには、一般かん水用途や有機物分離、
排水再利用などを始めとする膜の透過液を利用する様々
な流体分離分野において、分離膜を用いた流体分離素子
の使用が急速に増加してきている。

【０００３】分離膜を用いた流体分離素子としては、特
公昭５２−５４３１号公報や特公昭４４−１４２１６号
公報に記載されているスパイラル型流体分離素子があ
る。これら流体分離素子の原液流れ方向下流側端面に
は、原液が通過する際に生じる圧力損失によって流体分
離素子が望遠鏡（テレスコープ）状に変形することを防
止するために、テレスコープ防止板が取り付けられ、流
体分離素子組立体として用いられている。また、実際に
流体分離を行う際には、複数本の流体分離素子組立体を
接続し圧力容器に収納して分離膜モジュールとして使用
するが、圧力容器と流体分離素子組立体の間を原液が流
れて、モジュールの分離性能が低下するのを防ぐため
に、流体分離素子の上流側端面にテレスコープ防止板を
取り付けて、そのテレスコープ防止板に原液シール部材
を装着する。このように通常、流体分離素子の両端面に
テレスコープ防止板を設けている。

【０００４】ところが、このように流体分離素子の両端
面にテレスコープ防止板を設けた流体分離素子組立体を
複数個接続して流体分離膜モジュールに組み立てると、
圧力容器でテレスコープ防止板が占めるスペースが大き
くなり、その分分離膜の有効面積が低下してモジュール
としての性能低下を招くことになる。

【０００５】また、テレスコープ防止板の流体分離素子
への固定については、従来、接着や、機械的に特別な機
構や部材を用いて固定していたが、このような固定方法
では、工数がかかるとともに、製造コスト増大の要因と
もなる。

【０００６】さらに、上記のように流体分離素子の両端
面にテレスコープ防止板を設ける場合、とくに下流側の
端面に設けられるテレスコープ防止板には、流体分離時
にかかる大きな圧力損失によるスラスト荷重に耐えるこ
とができるよう、流体分離素子に対し高い固定強度が要
求される。この要求を満たそうとすると、このテレスコ
ープ防止板部の占有スペースがさらに増大したり、固定
のための機構が複雑化したり、製造コストが増大したり
するおそれがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、有効
膜面積が大きく、圧力損失が大きくなっても好適に流体
分離でき、かつ安価に製造できる流体分離素子組立体を
提供することにある。また、本発明の課題は、併せて、
その流体分離素子組立体、およびその流体分離素子組立
体を用いた流体分離膜モジュールに、望ましいシール性
能を付与することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の流体分離素子組立体は、集水孔を有する集
水管の周りに分離膜、透過液流路材および原液流路材を
含む膜ユニットを形成し、その膜ユニットの外側に外装
体を形成してなる流体分離素子と、その流体分離素子の
一端部に設けられたテレスコープ防止板とを有している
流体分離素子組立体であって、テレスコープ防止板が外
装体により流体分離素子に固定されていることを特徴と
するものからなる。

【０００９】すなわち、本発明においては、テレスコー
プ防止板が流体分離素子の一端部のみに設けられ、この
流体分離素子組立体を用いて流体分離膜モジュールを構
成するときには、テレスコープ防止板が流体分離素子の
上流側の端部に位置するように配される。そして、この
テレスコープ防止板は、特別な機構や部材を使用するこ
となく、外装体の形成を利用して、テレスコープ防止板
の外周面の少なくとも一部を外装体で被されることで流
体分離素子に固定される。このような固定は、たとえば
外装体をＦＲＰで形成し、そのＦＲＰ製外装体をフィラ
メントワインディング法によって形成し、その際テレス
コープ防止板の外周面の少なくとも一部を包み込むよう
に固定することで、容易に実施できる。また、流体分離
素子の上流側にテレスコープ防止板を設け、そのテレス
コープ防止板と流体分離素子が外装体により固定され、
なおかつ、テレスコープ防止板に原液シール部材を設け
ることにより、圧力容器と流体分離素子との間の空間を
多量の原液が流れることを防ぐことができる。

【００１０】また、テレスコープ防止板を、原液流路を
有する円板部と、その円板部の中心部に設けられた、透
過液流路を有する接続管部を備えた構成とし、接続管部
を集水管に内挿するようにすれば、上記外装体形成前に
テレスコープ防止板を所定の位置に正確に位置決めする
ことが可能になる。

【００１１】さらに、この流体分離素子組立体において
は、原液の、分離膜を通った透過液への混入を適切に防
止するために、各種部位に原液シール部材を設けること
が好ましい。原液シール部材は、たとえば、テレスコー
プ防止板の外周面や外装体の外周面に設けることができ
る。テレスコープ防止板の外周面に原液シール部材を設
ける場合には、テレスコープ防止板の外周面に凹部を形
成し、その凹部に原液シール部材を装着することが好ま
しい。

【００１２】本発明に係る流体分離膜モジュールは、上
記のような流体分離素子組立体を、圧力容器に少なくと
も１個収容したものからなる。

【００１３】上記のような本発明に係る流体分離素子組
立体においては、テレスコープ防止板が流体分離素子の
一端部のみに、とくに上流側端部のみに設けられるの
で、この流体分離素子組立体を複数個接続して圧力容器
内に収容しモジュールを構成する場合には、下流側の流
体分離素子組立体のテレスコープ防止板が、その上流側
に位置する流体分離素子のテレスコープを防止する部材
として機能する。ただし、最下流側に位置する流体分離
素子の下流側端面部には、別にテレスコープ防止板を設
ける必要が生じる場合もある。

【００１４】上流側にテレスコープ防止板が固定された
流体分離素子によって、その上流に位置する流体分離素
子の膜ユニットが圧力損失によるスラスト荷重のために
下流側へテレスコープ状に変形するのを防ぐ。上流側に
固定されたテレスコープ防止板が上流側の流体分離素子
端面と接してテレスコープを防止する部材として機能す
る。その結果、流体分離が可能となる。

【００１５】また、テレスコープ防止板はその上流側の
流体分離素子に固定されていないので、上流側流体分離
素子の端面と下流側流体分離素子に固定されたテレスコ
ープ防止板の間に、わずかながら空間が生じる。そのた
め、その隙間から圧力容器と流体分離素子の間の空間
へ、流体分離素子で処理されなかった原液が流れ込み、
その隙間の圧力もその流体分離素子端面にかかる圧力と
同じである。その結果、流体分離素子の外周（外装体）
にかかる圧力は、流体分離素子１本の入口と出口との差
圧に等しく、運転圧力と比べはるかに小さい。そのた
め、外装体の耐圧性を格別高くする必要がない。（空間
がなければ流体分離素子の外周にかかる圧力も運転圧力
と等しくなり、外装体の耐圧性を高くしなければならな
い。）

【００１６】このように、隣接する流体分離素子間に
は、確実に１枚のテレスコープ防止板しか介在しないこ
とになり、流体分離膜モジュール内におけるテレスコー
プ防止板の占有スペースが小さく抑えられて分離膜の有
効面積が大きく確保され、モジュール全体としての性能
が高められる。そのため、コスト低減も可能となる。

【００１７】また、このテレスコープ防止板は、たとえ
ば外装体をフィラメントワインディング法によりＦＲＰ
で形成する際に、その形成を利用して固定できるので、
特別な固定機構や部材を用いることなく、極めて容易に
所望の状態に固定される。したがって、固定のための工
数やコストが大幅に低減される。

【００１８】さらに、上記テレスコープ防止板や流体分
離素子に原液シール部材を付設すれば、原液が透過液に
混入することを適切に防ぐことができるようになり、分
離性能の高い流体分離素子組立体となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一
実施態様に係る流体分離素子組立体を示している。流体
分離素子組立体１においては、集水孔２を有する集水管
３の周りに、分離膜４と透過液流路材５と原液流路材６
とを含む膜ユニット７がスパイラル状に巻回されてお
り、その膜ユニット７の外側に外装体８が形成されて流
体分離素子９が構成されている。この流体分離素子９の
端面が露出され、その一方の端部に、つまり上流側の端
部に、流体分離素子９がテレスコープ状に変形すること
を防止するために、テレスコープ防止板１０が固定され
ている。

【００２０】このテレスコープ防止板１０は、図３に示
すように、その外周面側において、外装体８によって流
体分離素子９に固定されている。外装体８は、本実施態
様ではＦＲＰからなり、フィラメントワインディング法
によって膜ユニット７の外周上に形成されている。すな
わち、テレスコープ防止板１０を、膜ユニット７の上流
端に対し所定位置にセットした後、フィラメントワイン
ディング法により外装体８を形成し、形成した外装体８
の膜ユニット７端面からの筒状突き出し部をテレスコー
プ防止板１０の外周面の一部に配置することで、テレス
コープ防止板１０を流体分離素子９に一体的に固定して
いる。この固定には、特別に付加する部材は必要なく、
また、特別な機構も必要ない。

【００２１】テレスコープ防止板１０は、原液流路１１
を有する円板部１２と、その円板部１２の中心部に、透
過液流路１３を有する接続管部１４とを備えたものから
なる。テレスコープ防止板１０が、原液流路１１および
透過液流路１３を備えているだけでなく接続管部１４を
備えていることで、従来必要であった、複数個の流体分
離素子組立体を連続に接続して用いる場合の接続手段が
不要になる。また、その結果、省スペースとなるので、
圧力容器に収容して流体分離膜モジュールとして用いる
場合には、流体分離素子部分の長さを大きくすることが
でき、性能や効率を高めることができる。

【００２２】また、この接続管部１４には、原液が透過
液に混入することを防ぐために原液混入防止部材１９が
取り付けられている。テレスコープ防止板１０を流体分
離素子９に装着した際に、この原液混入防止部材１９が
集水管３の集水孔２の位置よりも端部側に位置するよう
に取り付けることで、集水孔２から原液が透過液に混入
することを防ぐ。一般的な１０１６ｍｍ長の流体分離素
子の場合、集水管端部から１０〜９０ｍｍの範囲に原液
混入防止部材１９を位置することが好ましく、流体分離
素子とテレスコープ防止板の接続時のがたつきを少なく
するためには、４０〜７０ｍｍの範囲に位置することが
より好ましい。

【００２３】また、その接続管部１４は、流体分離素子
９の集水管３に内挿される。そのため、接続管部１４の
外径は、流体分離素子９の集水管３の内径よりも小さ
く、流体分離素子９との接続時のがたつきを少なくし、
原液のシール性をよくするためには、その差が０．０１
〜０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。そして、透
過液の流路を十分に確保し、かつ十分な強度を得るため
に、接続管部１４の内外径差が６ｍｍ以上であることが
好ましく、より好ましくは８〜１２ｍｍの範囲である。
接続管部１４を集水管３に内挿することにより、前述の
外装体８による固定の前に、テレスコープ防止板１０が
流体分離素子９に対して正確に位置決めされる。

【００２４】テレスコープ防止板１０の円板部１２の材
質は、原液流路１１を十分に大きく確保し、かつ、十分
な強度を得るために、曲げ強度が５０ＭＰａ以上の高剛
性のものが好ましい。高剛性の材料としては、たとえ
ば、金属、プラスチック、ＦＲＰなどがあるが、使用中
に生じる錆などの腐食を受けにくいステンレススチー
ル、ノリルやポリカーボネイト、硬質塩化ビニールなど
が好ましい。また、流体分離素子９を長くして膜面積を
大きくするためには円板部１２が薄いほうがよいが、強
度を得るためには厚いほうがよい。また、リブ４１を厚
くすることでも強度を高めることができる。これらを考
慮して上記の材料を使用する場合、テレスコープ防止板
１０の円板部１２の厚さは５〜３５ｍｍの範囲にあるこ
とが好ましい。

【００２５】流体分離を行うためには、たとえば図２に
示すように、上述した流体分離素子組立体１を複数個接
続して、圧力容器１５に収容し、流体分離膜モジュール
４０とする。このとき、各流体分離素子組立体１のテレ
スコープ防止板１０が上流側に位置される。ただし、最
下流側の流体分離素子９の下流端には、別のテレスコー
プ防止板１０ａが設けられている。

【００２６】本発明の流体分離膜モジュールは、図２お
よび図３に示すように、隣接する２つの流体分離素子９
が１つのテレスコープ防止板１０を介して接続される。
このため、接続に要する空間が１つのテレスコープ防止
板１０の厚み分だけとなるため、流体分離素子の両端に
テレスコープ防止板が装着されており、さらにその他に
接続手段を必要としていた従来の流体分離膜モジュール
に比べ、流体分離素子９を長くして、従来の圧力容器に
収容することができる。すなわち、外形寸法を変更せず
にモジュール内部における有効膜面積を増加することが
でき、流体分離素子１本当たりの造水量を増やすことが
できる。一方、従来と同じ造水量を確保する場合には、
運転圧力を下げることができるため、運転コストの削減
が可能である。新規設備を建設する場合には、配管、圧
力容器など数量の削減だけでなく、低圧ポンプの採用や
配管、圧力容器１５の耐圧を低く設定できるため、初期
投資の大幅な削減ができる。

【００２７】このような流体分離膜モジュール４０を用
いた流体分離では、図１に示すように、圧力容器内に送
られた原液２０が、テレスコープ防止板１０の原液流路
１１を通過して流体分離素子９の膜ユニット７へと進
む。膜ユニット７に送られた原液２０は、原液流路材６
を下流へ進むと同時に分離膜４を透過して、塩などの不
要成分が除去され透過液流路材５へと流れる。そして、
透過液流路材５に流入した透過液２１は、流体分離素子
９の中心に位置する集水管３へと進む。集水孔２と通し
て集水管３内に到達した透過液２１は、その集水管３内
を下流側へと流れ、次のテレスコープ防止板１０の透過
液流路である接続管部１４、さらに次の流体分離素子９
の集水管３へ進む。１つの流体分子素子９で処理されな
かった原液は、テレスコープ防止板１０の原液流路１１
を通って、次の流体分離素子９へと進み、下流側の流体
分離素子９で処理される。

【００２８】このとき、介在するテレスコープ防止板１
０は、その上流側に位置する膜ユニット７のテレスコー
プを防止する。また、上流側の流体分離素子９から、圧
力損失に伴うスラスト荷重を受けるが、テレスコープ防
止板１０はその下流側の流体分離素子９に固定されてお
り、該流体分離素子９の上流側端面で上記スラスト荷重
が受けられるので、安定した形態を維持できる。また、
テレスコープ防止板１０自身は、比較的薄い、剛性の低
いものであっても、その下流側の流体分離素子９による
支持によって、十分に所望の形状や姿勢に保たれる。

【００２９】また、上記流体分離の際には、圧力容器１
５と流体分離素子９の外装体８との隙間にも原液が流れ
る。原液が圧力容器１５と流体分離素子９との隙間を流
れることにより、原液が隙間に滞留して微生物が発生し
たり、原液中の有機物が腐敗することを防ぐ。しかし、
流れる原液の量が多すぎると、分離膜面を流れる原液の
量が減り、分離膜面の濃度分布が大きくなるため、透過
液の造水量や塩除去率を低下させてしまうばかりでな
く、分離膜面への付着物の量も増加する。そのため、造
水のための処理回数が増えるばかりでなく処理に要する
時間が長くなり、しかも分離膜の寿命が短くなる。そこ
で、流体分離素子９の外装体８やテレスコープ防止板１
０の外周面に原液シール部材を付設することが好まし
い。

【００３０】原液シール部材は、流体分離素子９の外装
体８またはテレスコープ防止板１０の外周部、あるいは
それらの両方に設けることができる。まず、流体分離素
子９の外装体外周面に原液シール部材を付設する場合、
図４に示すように、径方向に突出し周方向に延びる環状
の原液シール部材２５を圧力容器１５の内周面に密着さ
せ使用する。原液シール部材２５の材質としては、高剛
性の部材、弾性体を用いることができるが、圧力容器１
５に原液シール部材２５をしっかりと密着させるために
は弾性体であることが好ましい。

【００３１】テレスコープ防止板１０の外周面に原液シ
ール部材を付設する場合は、図２および図３に示したよ
うに、原液シール部材２８を固定するためにテレスコー
プ防止板１０に凹部２７を設け、その凹部２７に原液シ
ール部材２８を嵌入して装着することが好ましい。この
場合の原液シール部材２８は、圧力容器１５の内周面に
密着させ使用するため弾性体であることが好ましい。な
お、流体分離素子９の外装体８とテレスコープ防止板１
０の両方に、原液シール部材を設けてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流体分離
素子組立体によれば、テレスコープ防止板を流体分離素
子の上流端にのみ外装体の形成を利用して固定したの
で、流体分離膜モジュールに構成する場合のテレスコー
プ防止板の占有スペースを小さく抑えることができ、分
離膜の有効面積を拡大して性能の高いモジュールを得る
ことができる。

【００３３】また、テレスコープ防止板の固定に、特別
な機構や部材を用いる必要がなく、ＦＲＰ製等の外装体
の形成を利用して確実に固定できるので、所望のテレス
コープ防止板配設構造を安価に達成できる。

【００３４】また、上流端に固定したテレスコープ防止
板にかかるスラスト荷重を、流体分離素子自身で受ける
ことができるので、テレスコープ防止板に格別高い強度
は必要なくなり、占有スペースの一層の削減やコスト低
減が可能になるとともに、高圧の流体分離にも対応でき
る。

【００３５】また、テレスコープ防止板に接続管部を設
けておけば、固定前の位置決めが容易になるとともに、
正確に位置決めできる。

【００３６】さらに、テレスコープ防止板や外装体に原
液シール部材を付設すれば、所望の高いシール性能を同
時に付与できる。

【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組立体
の部分分解斜視図である。

【図２】本発明の一実施態様に係る流体分離膜モジュー
ルの縦断面図である。

【図３】図２の流体分離膜モジュールの拡大部分縦断面
図である。

【図４】外装体の外周面への原液シール部材の設置構造
を示す流体分離膜モジュールの部分縦断面図である。

【符号の説明】

１流体分離素子組立体２集水孔３集水管４分離膜５透過液流路材６原液流路材７膜ユニット８外装体９流体分離素子１０テレスコープ防止板１１原液流路１２円板部１３透過液流路１４接続管部１５圧力容器１９原液混入防止部材２０原液２１透過液２５原液シール部材２７凹部２８原液シール部材４０流体分離膜モジュール４１リブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集水孔を有する集水管の周りに分離膜、
透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットを形成
し、その膜ユニットの外側に外装体を形成してなる流体
分離素子と、その流体分離素子の一端部に設けられたテ
レスコープ防止板とを有している流体分離素子組立体で
あって、テレスコープ防止板が外装体により流体分離素
子に固定されていることを特徴とする流体分離素子組立
体。
【請求項２】テレスコープ防止板が、その外周面の少
なくとも一部を外装体で被されることで固定されてい
る、請求項１に記載の流体分離素子組立体。
【請求項３】外装体がＦＲＰからなる、請求項１また
は２に記載の流体分離素子組立体。
【請求項４】外装体がフィラメントワインディング法
により形成されている、請求項３に記載の流体分離素子
組立体。
【請求項５】テレスコープ防止板が、流体分離素子の
原液の流れ方向に関して上流側の端部に固定されてい
る、請求項１ないし４のいずれかに記載の流体分離素子
組立体。
【請求項６】テレスコープ防止板が、原液流路を有す
る円板部と、その円板部の中心部に設けられた、透過液
流路を有する接続管部とを備えている、請求項１ないし
５のいずれかに記載の流体分離素子組立体。
【請求項７】接続管部が流体分離素子の集水管に内挿
される、請求項６に記載の流体分離素子組立体。
【請求項８】接続管部が集水管への原液混入防止部材
を備えている、請求項６または７に記載の流体分離素子
組立体。
【請求項９】テレスコープ防止板の外周面に原液シー
ル部材が設けられている、請求項１ないし８のいずれか
に記載の流体分離素子組立体。
【請求項１０】原液シール部材がテレスコープ防止板
の外周面に設けられた凹部に装着されている、請求項９
に記載の流体分離素子組立体。
【請求項１１】外装体の外周面に原液シール部材が設
けられている、請求項１ないし１０のいずれかに記載の
流体分離素子組立体。
【請求項１２】圧力容器に、請求項１ないし１１のい
ずれかに記載の流体分離素子組立体を少なくとも１個収
容してなることを特徴とする流体分離膜モジュール。