KR20140047149A - 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재, 스파이럴형 분리막 엘리먼트 및 분리막 모듈 - Google Patents

스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재, 스파이럴형 분리막 엘리먼트 및 분리막 모듈 Download PDF

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Abstract

스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재(3A)는 내주부(31)와, 내주부(31)를 이격하면서 둘러싸는 외주부(32)와, 내주부(31)와 외주부(32)를 연결하는 복수의 연결부(33)와, 적어도 한 쌍의 연결부(33) 사이에 배치된, 외주부(32)와의 사이에 개구부(41)를 형성하는 차폐판(34)을 구비하고 있다. 이 구성에 의하면, 차폐판 (34)에 의해 직경 방향 외향의 확산류가 형성되기 때문에, 공급액 중의 현탁 물질을 효과적으로 외주측으로 유도할 수 있다.

Description

스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재, 스파이럴형 분리막 엘리먼트 및 분리막 모듈 {END MEMBER FOR SPIRAL SEPARATION MEMBRANE ELEMENT, SPIRAL SEPARATION MEMBRANE ELEMENT AND SEPARATION MEMBRANE MODULE}
본 발명은 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 단부재를 사용한 스파이럴형 분리막 엘리먼트 및 이 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 내장하는 분리막 모듈에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 해수 담수화 처리나 초순수의 제조 등에 사용되는 스파이럴형 분리막 엘리먼트가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 일반적으로, 스파이럴형 분리막 엘리먼트에서는 중심관의 주위에 분리막을 포함하는 적층체가 감기고, 그 양측에 단부재가 배치된다. 단부재는 적층체가 텔레스코픽 형상으로 신장되는 것을 방지하는 역할 등을 한다.
스파이럴형 분리막 엘리먼트에 공급되는 공급액은 한쪽 단부재를 통과한 후에 분리막에 의해 투과액과 농축액으로 분리된다. 투과액은 중심관을 통해서 배출되고, 농축액은 다른 쪽 단부재를 통과해서 배출된다.
단부재는 통상 내주부와 외주부가 복수의 리브로 연결된 구성을 갖고 있다. 이러한 단부재에서는 리브를 비튼 형상으로 함으로써 공급액에 선회류를 발생시키는 조치도 이루어지고 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제2005-111473호 공보 일본 특허 공개 제2009-220070호 공보
공급액에는 현탁 물질이 포함되는 경우가 있기 때문에, 이 현탁 물질이 분리막 상에 스케일이나 바이오 필름 등으로서 퇴적되는 경우가 있다. 본 발명의 발명자들은 이 경향이 외주측보다 중심측 쪽이 현저한 것을 알아내었다. 이에 대하여, 상기와 같이 선회류를 발생시키면, 현탁 물질을 외주측으로 유도할 수 있어, 이에 의해 현탁 물질 퇴적의 편재를 억제할 수 있다.
본 발명은 현탁 물질 퇴적의 편재를 억제할 수 있는 신규 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그 단부재를 사용한 스파이럴형 분리막 엘리먼트 및 이를 내장하는 분리막 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 사용되는 단부재이며, 내주부와, 상기 내주부를 이격하면서 둘러싸는 외주부와, 상기 내주부와 상기 외주부를 연결하는 복수의 연결부와, 적어도 한 쌍의 상기 연결부 사이에 배치된, 상기 외주부와의 사이에 개구부를 형성하는 차폐판을 구비한 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 단부재를 적어도 1개 포함하는 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 제공한다.
또한, 본 발명은 통 형상의 압력 용기와, 상기 압력 용기 내에 장전된, 상기 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 구비한 분리막 모듈을 제공한다.
상기 구성에 의하면, 차폐판에 의해 직경 방향 외향의 확산류가 형성되기 때문에, 공급액 중의 현탁 물질을 효과적으로 외주측으로 유도할 수 있다. 이에 의해, 현탁 물질 퇴적의 편재를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재를 사용한 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 내장하는 분리막 모듈의 단면도.
도 2a는 중심관의 주위에 감기기 전의 적층체의 사시도, 도 2b는 중심관의 주위에 감긴 적층체의 모식적인 단면도.
도 3은 제1 실시 형태의 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재의 정면도.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 단부재의 단면도임과 함께, 그 단부재를 통과하는 공급액의 흐름을 설명하는 도면.
도 5는 변형예의 단부재의 단면도임과 함께, 그 단부재를 통과하는 농축액의 흐름을 설명하는 도면.
도 6은 다른 변형예의 단부재의 단면도임과 함께, 그 단부재를 통과하는 농축액의 흐름을 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재의 정면도.
도 8은 도 7의 VIII-VIII선을 따른 단부재의 단면도임과 함께, 그 단부재를 통과하는 공급액의 흐름을 설명하는 도면.
도 9는 도 7에 도시하는 단부재를 통과하는 농축액의 흐름을 설명하는 도면.
도 10은 변형예의 단부재의 단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명은 본 발명의 일례에 관한 것으로, 본 발명은 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재(3A)를 사용한 스파이럴형 분리막 엘리먼트(2)를 내장하는 분리막 모듈(1)을 도시한다. 이 분리막 모듈(1)은 베셀이라고 불리는 통 형상의 압력 용기(7)와, 압력 용기(7) 내에 장전된 복수개의 분리막 엘리먼트(2)를 구비하고 있다. 인접하는 분리막 엘리먼트(2)는 결합기(61)에 의해 후술하는 중심관(21)이 연속된 유로를 구성하도록 연결된다.
압력 용기(7)의 양단에는 원반 형상의 캡(8, 9)이 설치되어 있다. 한쪽(도 1에서는 좌측) 캡(8)에는 원액을 압력 용기(7) 내에 공급하기 위한 공급관(81)이 중심으로부터 어긋난 위치에 설치되어 있다. 다른 쪽(도 1에서는 우측) 캡(9)에는 원액으로부터 추출된 투과액을 취출하기 위한 제1 배출관(91)이 중심에 설치되어 있으며, 농축된 원액을 취출하기 위한 제2 배출관(92)이 중심으로부터 어긋난 위치에 설치되어 있다. 즉, 압력 용기(7) 내에는 한쪽 캡(8)으로부터 다른 쪽 캡(9)을 향하는 원액의 흐름이 형성된다. 또한, 공급관(81) 및 제2 배출관(92)은 압력 용기(7)에 설치되어 있어도 좋다.
각 분리막 엘리먼트(2)에서는 공급액이 투과액과 농축액으로 분리된다. 최상류측에 위치하는 분리막 엘리먼트(2)에는 원액이 공급액으로서 공급되고, 나머지 분리막 엘리먼트(2)에는 상류측 분리막 엘리먼트(2)로부터 배출된 농축액이 공급액으로서 공급된다.
각 분리막 엘리먼트(2)는 집수관으로서 기능하는 중심관(21)과, 중심관(21) 주위에 감긴 적층체(22)와, 적층체(22)를 둘러싸는 외장재(28)를 갖고 있다. 본 실시 형태의 단부재(3A)는 적층체(22)를 사이에 두도록 적층체(22)의 양측에 배치되어 있다. 단부재(3A)는 적층체(22)가 텔레스코픽 형상으로 신장되는 것을 방지하는 역할을 함과 함께, 외장재(28)를 지지하는 역할을 한다. 또한, 최상류측에 위치하는 분리막 엘리먼트(2)의 중심관(21)에는 플러그(62)가 설치되고, 최하류측에 위치하는 분리막 엘리먼트(2)의 중심관(21)은 제2 결합기(63)에 의해 제1 배출관(91)과 연결된다.
본 실시 형태에서는, 적층체(22)의 양측 단부재(3A) 중 상류측 단부재(3A)에, 시일 부재(5)로서 분리막 엘리먼트(2)와 압력 용기(7)의 내주면(7a)의 간극을 원액의 상류측 압력을 이용하여 시일하는 단면이 대략 U자 형상인 패킹이 장착되어 있다. 또한, 시일 부재(5)는 상류측 단부재(3A)가 아니라 하류측 단부재(3A)에 장착되어 있어도 좋다.
도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 각 분리막 엘리먼트(2)의 중심관(21)에는 내부에 투과액을 유입시키기 위한 복수의 관통 구멍(20)이 형성되어 있다. 적층체(22)는 투과측 유로재(24)의 양면에 분리막(23)이 중첩된 봉투 형상의 막 리프(26)와 공급측 유로재(25)가 교대로 적층된 구성을 갖고 있다. 투과측 유로재(24)는, 예를 들어 수지를 포함하는 망이며, 분리막(23)끼리의 사이에 투과액을 흘리기 위한 투과측 유로(2B)를 형성한다. 공급측 유로재(25)는, 예를 들어 수지를 포함하는 망(투과측 유로재(24)보다 그물코가 큰 망)이며, 막 리프(26)끼리의 사이에 공급액을 흘리기 위한 공급측 유로(2A)를 형성한다.
예를 들어, 1매의 연속된 시트(27)가 공급측 유로재(25)를 사이에 두고 절반 접기됨으로써, 2매의 분리막(23)이 형성된다. 막 리프(26)는 그렇게 해서 형성된 분리막(23)끼리가 투과측 유로재(24)를 사이에 두고 3변에서 접합됨으로써 얻어진다. 이 접합에는 접착제가 사용된다. 또한, 예를 들어 투과측 유로재(24)의 1매를 연장시킨 연장부가 중심관(21)에 직접 감기고, 그 양단부가 접착제로 밀봉됨으로써, 중심관(21)의 외주면에 면하는 통 형상 유로(2C)가 형성된다. 막 리프(26)의 개구는 이 통 형상 유로(2C)를 통해서 관통 구멍(20)과 연통되어 있다.
단, 적층체(22)의 구성은 도 2a 및 도 2b에 도시한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 연속된 시트가 벨로우즈 형상으로 절첩됨으로써, 모든 분리막(23)이 연결되어 있어도 좋다.
분리막(23)으로서는 역침투막(RO막), 한외 여과막(UF막), 정밀 여과막(MF막), 나노 여과막(NF막), 정침투막, PV법이나 VP법 용도 등의 기체 분리막 등을 들 수 있다. 역침투막으로서는, 예를 들어 다공성 지지체 상에 폴리아미드계 중합물을 포함하는 스킨층을 형성한 복합막을 사용할 수 있다.
상기 다공성 지지체로서는, 그 위에 스킨층을 형성할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 부직포나 직포 등의 기재 상에 폴리술폰을 포함하는 미다공층을 형성한 것이 바람직하게 사용된다. 그 밖에는 폴리이미드나 폴리불화비닐리덴, 에폭시 등의 다공성막을 단독으로 사용할 수도 있다.
상기 스킨층은 공지된 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 다공성 지지체 상에 다관능 아민 성분을 포함하는 수용액 피복층을 형성하고, 거기에 다관능산 할라이드 성분을 포함하는 용액을 접촉시키면 된다. 상기 다관능 아민 성분으로서는 방향족, 지방족 또는 지환식 다관능 아민을 들 수 있다. 또한 이들 다관능 아민 성분은 단독으로 사용해도 좋고, 혼합물로 해도 좋다. 상기 다관능산 할라이드 성분으로서는 방향족, 지방족 또는 지환식 다관능산 할로겐화물을 사용할 수 있다. 이들 다관능산 할라이드 성분에 있어서도 단독으로 사용해도 좋지만, 혼합물로서 사용해도 좋다.
이어서, 도 3 및 도 4를 참조하여, 단부재(3A)에 대해서 상세하게 설명한다.
단부재(3A)는 전체로서 분리막 엘리먼트(2)의 축방향으로 편평한 원반 형상의 부재이며, 분리막 엘리먼트(2)의 단부면을 형성하는 제1 단부면(3a)과, 이 제1 단부면(3a)과 반대측(즉, 적층체(22)측)을 향하는 제2 단부면(3b)을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 단부면(3a)이 중심관(21)의 단부면과 일치하도록 단부재(3A)가 중심관(21)에 고정되어 있어서, 분리막 엘리먼트(2)끼리가 연결되었을 때에는 그들 단부재(3A)의 제1 단부면(3a)끼리가 밀착하도록 되어 있다. 또한, 이하에서는, 설명의 편의를 위해서 단부재(3A)의 두께 방향의 중심에서 보아서 제1 단부면(3a)측을 표측, 제2 단부면(3b)측을 이측이라고 한다. 또한, 단부재(3A)의 두께 방향을 간단히 축방향이라고도 한다.
단부재(3A)는, 예를 들어 수지를 사출 성형함으로써 얻을 수 있다. 사용하는 수지는 특별히 한정되는 것은 아니며, 노릴(변성 PPE), PA, PE, PP 등 각종 수지를 사용할 수 있다. 단, 경제성, 내약품성 및 기계적 강도의 관점에서 ABS 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 단부재(3A)는 중심관(21)의 단부에 외측으로부터 끼워 맞추는 통 형상의 내주부(31)와, 내주부(31)를 이격하면서 둘러싸는, 내주부(31)와 동심에 배치된 통 형상의 외주부(32)를 포함한다. 내주부(31)와 외주부(32)는, 예를 들어 동일한 각도 간격으로 배치된 복수의 연결부(33)에 의해 서로 연결되어 있다.
본 실시 형태에서는, 내주부(31)와 외주부(32)가 동일한 길이를 갖고 있으며, 각 연결부(33)가 그 길이와 동일한 폭의 판상의 리브로 구성되어 있다. 즉, 내주부(31) 및 외주부(32)의 표측 단부면 및 연결부(33)의 표측 측면이 연속된 제1 단부면(3a)을 형성하고, 내주부(31) 및 외주부(32)의 이측 단부면 및 연결부의 이측 측면이 연속된 제2 단부면(3b)을 형성한다. 단, 제1 단부면(3a) 및 제2 단부면(3b)은 반드시 연속된 면일 필요는 없다. 예를 들어, 각 연결부(33)를 구성하는 리브의 폭이 내주부(31) 및 외주부(32)의 길이보다 짧게 설정됨으로써, 제1 단부면(3a) 및/또는 제2 단부면(3b)의 중간 부분이 내측 주연부 및 외측 주연부보다 오목해도 좋다.
외주부(32)의 외주면에는 시일 부재(5)를 유지하기 위한 전체 둘레에 걸쳐서 직경 방향 외향으로 개구하는 환상 홈(35)이 형성되어 있다. 또한, 외주부(32)의 외주면과 이측 단부면의 코너부에는 외장재(28)를 지지하기 위한 단차부(36)가 형성되어 있다. 또한, 외주부(32)의 표측 단부면에는 분리막 엘리먼트(2)끼리가 연결되었을 때에 그들 단부재(3A) 사이에 분리막 엘리먼트(2)의 주위로 원액을 유도하는 유로를 확보하기 위한 홈(37)이 형성되어 있다.
각 연결부(33)를 구성하는 리브는, 본 실시 형태에서는 직경 방향으로 직선적으로 연장되어 있다. 즉, 연결부(33)는 방사상으로 배치되어 있다. 연결부(33)끼리의 사이의 공간은 공급액 또는 농축액이 단부재(3A)를 통과해서 흐르는 유통 구를 구성한다. 단, 리브는 축방향에서 보았을 때에 반드시 직선 형상을 가질 필요는 없고, 소용돌이치는 것 같은 곡선 형상을 가져도 된다. 또한, 연결부(33)는 판상의 리브에 한정되는 것은 아니며, 내주부(31)와 외주부(32)를 충분한 강도로 연결하는 단면 형상을 갖는 것, 즉 축 방향의 단면 2차 계수가 충분히 큰 것이면 어떤 형상을 가져도 된다. 예를 들어, 연결부(33)로서 막대 형상의 스포크를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 단부면(3a)이 내주부(31) 및 외주부(32)의 표측 단부면만으로 구성되고, 제2 단부면(3b)이 내주부(31) 및 외주부(32)의 이측 단부면만으로 구성되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 모든 연결부(33) 사이에 인접하는 연결부(33)에 접하면서 직경 방향으로 전개되는 차폐판(34)이 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 차폐판(34)에 의해 모든 연결부(33)가 환상으로 연결되어 있다.
각 차폐판(34)은 내주부(31) 및 외주부(32)로부터 이격해서 배치되어 있다. 즉, 각 차폐판(34)은 외주부(32)와의 사이에 제1 개구부(41)를 형성함과 함께, 내주부(31)와의 사이에 제2 개구부(42)를 형성한다. 제1 개구부(41)는 인접하는 연결부(33), 외주부(32) 및 차폐판(34)의 외주부(32)측 외측 단부에 의해 형성되어 있다. 제2 개구부(42)는 인접하는 연결부(33), 내주부(31) 및 차폐판(34)의 내주부(31)측 외측 단부에 의해 형성되어 있다.
각 차폐판(34)의 형상 및 자세는 차폐판(34)이 직경 방향으로 전개하는 것인 이상 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 차폐판(34)은 축방향과 직교하도록 구성되어 있어도 좋다. 단, 각 차폐판(34)은 외주부(32)측 외측 단부가 내주부(31)측 내측 단부보다 제2 단부면(3b)측에 위치하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 각 차폐판(34)은 내측 단부로부터 외측 단부를 향해서 제2 단부면(3b)에 근접하도록 일정한 각도로 경사지는 연속되는 판이다. 차폐판(34)이 경사지는 각도는 예를 들어 5° 내지 6°이며, 차폐판(34)의 두께는 예를 들어 3mm이다. 단, 각 차폐판(34)은 전체적으로 경사져 있으면 좋고, 반드시 일정한 각도로 경사져 있을 필요는 없다. 예를 들어, 각 차폐판(34)은 제1 단부면(3a)측 또는 제2 단부면(3b)측에 볼록해지도록 만곡되어 있어도 좋다.
제1 개구부(41)의 면적은 유로 저항을 억제하고, 또한 교반 효과를 얻는다는 관점에서, 내주부(31), 외주부(32) 및 한 쌍의 연결부(33)로 둘러싸이는 공간 면적의 1/10 이상 1/2 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 「면적」이란 제1 개구부(41) 또는 상기 공간을 축방향에서 보았을 때의 면적을 말한다. 보다 바람직하게는, 제1 개구부(41)의 면적은 상기 공간 면적의 1/5 이상 1/3 이하이다.
제1 개구부(41)와 제2 개구부(42)의 관계로서는 차폐판(34)으로부터 외주부(32)까지의 거리가 내주부(31)로부터 차폐판(34)까지의 거리보다 큰 것이 바람직하다.
구체적으로, 내주부(31)로부터 차폐판(34)까지의 거리는 외주부(32)의 외주면의 최대 반경의 1/70 이상 1/20 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 내주부(31)로부터 차폐판(34)까지의 거리는 중심측에서의 액의 체류를 방지한다는 목적 및 너무 작으면 먼지 등의 조대 물질이 막히기 쉬워진다는 이유로 2mm 이상이어도 좋다. 또한, 내주부(31)로부터 차폐판(34)까지의 거리는 많은 공급액이 제1 개구부(41)를 통과하도록 5mm 이하 정도이어도 좋다.
또한, 각 차폐판(34)의 내측 단부는, 축방향에서 제1 단부면(3a)보다 제2 단부면(3b)측으로 어느 정도 인입한 위치에 위치하는 것이 바람직하다. 분리막 엘리먼트(2)끼리가 연결되었을 때에, 차폐판(34)의 내측 단부끼리가 접촉하지 않도록 하기 위해서이다.
이상에서 설명한 본 실시 형태의 단부재(3A)에서는, 분리막 엘리먼트(2)에 공급되는 공급액이 상류측 단부재(3A)의 차폐판(34)에 의해 차단되기 때문에, 도 4 중에 화살표 A로 도시하는 바와 같이 차폐판(34)과 외주부(32) 사이의 제1 개구부(41)를 지나서 차폐판(34)의 이측으로 돌아 들어간다. 즉, 차폐판(34)은 축류로서 공급된 공급액을 직경 방향 외향으로 퍼지는 확산류로 변환한다. 이에 의해, 공급액 중의 현탁 물질을 효과적으로 외주측으로 유도할 수 있어, 현탁 물질 퇴적의 편재를 억제할 수 있다. 나아가, 분리막 엘리먼트(2) 내의 압력 손실의 균일화를 도모할 수도 있다.
특히, 본 실시 형태에서는 각 차폐판(34)의 외측 단부가 내측 단부보다 제2 단부면(3b)측에 위치하고 있기 때문에, 차폐판(34)에 부딪친 공급액이 차폐판(34)에 의해 제1 개구부(41)를 향해서 가이드된다. 따라서, 공급액의 대부분을 원활하게 제1 개구부(41)로 향하게 할 수 있다.
<변형예>
상기 실시 형태에서는 차폐판(34)이 연속되는 판이기 때문에, 하류측 단부재(3A)에서는 농축액이 차폐판(34)에 의해 제2 개구부(42)를 향해서 가이드되게 된다. 따라서, 제2 개구부(42)를 향해서 가이드되는 농축액을 저감시킨다는 관점에서는, 차폐판(34)에 상기 차폐판(34)을 축방향(단부재(3)의 두께 방향)으로 관통하는 유로가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5에 도시하는 변형예의 단부재(3B)와 같이, 차폐판(34)이 축방향으로 연장되는 복수의 관통 구멍(34a)이 형성된 연속하는 판이어도 좋다. 혹은, 도 6에 도시하는 변형예의 단부재(3C)와 같이, 차폐판(34)이 직경 방향으로 복수의 부품으로 분할되어 있어도 좋다.
도 6에 도시하는 예에서는, 복수의 부품 각각이 둥근 막대(34b)이다. 차폐판(34)이 복수의 부품으로 분할되어 있는 경우에는, 복수의 부품의 중심을 연결하는 가상선이 차폐판(34)의 내측 단부로부터 외측 단부를 향해서 제2 단부면(3b)에 근접하도록 경사져 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 차폐판(34)의 외측 단부를 내측 단부보다 제2 단부면(3b)측에 위치시킬 수 있다. 또한, 차폐판(34)으로부터 외주부(32)까지의 거리가 복수의 부품 사이의 거리(그들 부품끼리가 직경 방향으로 이격된 거리)보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 차폐판(34)과 내주부(31) 사이의 제2 개구부(42)는 반드시 형성되어 있을 필요는 없고, 차폐판(34)의 내측 단부는 내주부(31)와 연결되어 있어도 좋다. 단, 차폐판(34)과 내주부(31) 사이에 제2 개구부(42)가 형성되어 있으면, 액의 체류를 효과적으로 방지하여, 오염 물질의 퇴적 및 균의 번식을 억제할 수 있다.
또한, 연결부(33)로서 막대 형상의 스포크를 사용하는 경우에는, 인접하는 차폐판(34)은 스포크에 의해 완전히 분단되어 있을 필요는 없고, 스포크의 주위에서 연속되어 있어도 좋다. 바꾸어 말하면, 테이퍼 형상의 차폐판(34)의 연속체(링)를 연결부(33)가 관통해도 좋다.
(제2 실시 형태)
이어서, 도 7 내지 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 분리막 엘리먼트용 단부재(3D)를 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에서 설명한 구성과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 실시 형태에서는, 각 차폐판(34)이 도 6에 도시하는 변형예의 단부재(3C)와 마찬가지로 직경 방향으로 복수의 부품으로 분할되어 있으며, 3개의 원호판(38)으로 구성되어 있다. 이에 의해, 차폐판(34)에는 도 5 및 도 6에 도시한 구성과 마찬가지로, 상기 차폐판(34)을 축방향으로 관통하는 유로가 형성되어 있다. 또한, 1개의 차폐판(34)을 구성하는 원호판(38)의 수량은 적절히 선정 가능하다.
원호판(38)은 외주부(32)에 근접함에 따라서 직경 방향의 폭이 커지도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는 각 원호판(38)이 내주부(31)로부터 외주부(32)를 향해서 제2 단부면(3b)에 근접하도록 경사져 있다.
원호판(38)은 내주부(31)로부터 외주부(32)를 향해서 서서히 제2 단부면(3b)측으로 시프트함으로써 인접하는 원호판(38) 사이에 단차가 형성되도록 배치되어 있다. 또한, 가장 직경 방향 외측에 위치하는 원호판(38) 이외의 2개의 원호판(38)에는 직경 방향 외측 단부에 상기 단차를 메우도록 제2 단부면(3b)측으로 돌출된 돌기(39)가 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 내주부(31)의 외주면에서의 모든 연결부(33)와의 사이에 결손부(31a)가 설치되어 있다. 각 결손부(31a)는 제2 단부면(3b)으로부터 제1 단부면(3a)을 향하는 방향 및 직경 방향 외향으로 개구되어 있으며, 제1 단부면(3a)으로부터 제2 단부면(3b)을 향하는 방향으로 개구되어 있지 않다.
보다 상세하게는, 각 결손부(31a)는 인접하는 연결부(33)에 연속해서 오목해지는 오목부이며, 제1 단부면(3a)으로부터 제2 단부면(3b)을 향하여, 내주부(31)의 표측 단부면으로부터 차폐판(34)의 내측 단부(가장 직경 방향 내측에 위치하는 원호판(38)의 직경 방향 내측 단부)를 넘는 위치까지 연장되어 있다. 이에 의해, 차폐판(34)과 내주부(31) 사이에 제2 개구부(42)가 크게 확보되어 있다. 즉, 각 결손부(31a)는 차폐판(34)과 내주부(31) 사이에 형성되는 제2 개구부(42)의 적어도 일부를 구성한다. 또한, 분리막 엘리먼트(2)끼리가 연결되었을 때에는, 하류측 단부재(3D)의 제2 개구부(42)로부터 상류측 단부재(3D)의 제2 개구부(42)에 농축액을 원활하게 유입할 수 있다.
결손부(31a)에서의 차폐판(34)의 내측 단부를 넘는 위치에서의 종단부는 차폐판(34)의 내측 단부와의 사이의 유로 단면적이 균일해지도록, 만곡하면서 상승되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 결손부(31)로부터 유출되는 흐름이 경사류가 되어, 이 경사류에 의해 교반 효과를 높일 수 있다.
이상에서 설명한 구성으로도, 상류측 단부재(3D)에서는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 한편, 하류측 단부재(3D)에서는 돌기(39)에 의해 농축액의 차폐판(34)을 따르는 흐름이 차단되기 때문에, 도 9 중에 화살표 B로 도시하는 바와 같이, 농축액이 원호판(38) 사이의 유로를 양호하게 통과하게 된다. 또한, 하류측 단부재(3D)와 상류측 단부재(3D)가 인접하는 경우, 하류측 단부재(3D)의 원호판(38) 사이의 유로를 통과하는 농축액은 도 9에 도시하는 바와 같이 직경 방향 외측을 향하는 흐름으로 되므로, 농축액이 상류측 단부재(3D)의 제1 개구부(41)를 향해서 흐르기 쉬워진다.
<변형예>
내주부(31)의 외주면에 설치한 결손부(31a)는 제1 실시 형태에서 채용되어도 좋다. 또한, 결손부(31a)는 차폐판(34)과 내주부(31) 사이에 제2 개구부(42)가 형성되지 않는 경우에도, 실질적인 개구부가 되어 경사류를 형성하여 교반 효과를 높인다는 점에서 유용하다.
원호판(38)은 반드시 외주부(32)에 근접함에 따라서 직경 방향의 폭이 커지도록 구성되어 있을 필요는 없고, 모든 원호판(38)의 직경 방향의 폭이 동일하여도 좋다. 단, 원호판(38)은 상기 실시 형태와 같이 중심측에 근접할수록 폭이 좁아지도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 중심측에서는 농축액이 집중되기 쉽기 때문에, 중심측에 폭이 좁은 원호판(38)을 배치함으로써, 농축액의 교반 혼합 효과가 높아진다.
또한, 원호판(38)은 반드시 인접하는 원호판(38) 사이에 단차가 형성되도록 배치되어 있을 필요는 없고, 동일 직선 상에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 인접하는 원호판(38) 사이에 단차가 형성되는 경우에는, 돌기(39)가 적어도 1개의 원호판(38)에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 인접하는 원호판(38) 사이에 단차가 형성되는 경우에는, 각각의 원호판(38)이 경사져 있는 것이 바람직하지만, 반드시 모든 원호판(38)이 내주부(31)로부터 외주부(32)를 향해서 적층체(22)에 근접하도록 경사져 있을 필요는 없다. 예를 들어, 도 10에 도시하는 변형예의 단부재(3E)와 같이, 그 중 몇 개 또는 전부가 내주부(31) 및 외주부(32)의 축방향과 수직으로 되어 있어도 좋다. 또한 그 경우에는, 가장 직경 방향 내측에 위치하는 원호판(38) 이외의 원호판(38)에는 직경 방향 내측 단부에 상기 단차를 메우도록 제1 단부면(3a)측으로 돌출되는 돌기(39')가 형성되어 있어도 좋다. 또한, 모든 원호판(38)이 축 방향으로 수직인 경우에는, 원호판(38)을 직경 방향 외측을 향해서 서서히 적층체(22)측으로 시프트시키면, 인접하는 원호판(38) 사이에 단차를 형성하는 것과 동시에, 차폐판(34)의 외측 단부를 내측 단부보다 제2 단부면(3b)측에 위치시킬 수 있다.
(그 밖의 실시 형태)
상기 제1 및 제2 실시 형태에서는 모든 연결부(33) 사이에 차폐판(34)이 배치되어 있었지만, 차폐판(34)은 적어도 한 쌍의 연결부(33) 사이에 배치되어 있으면 된다.
또한, 압력 용기(7) 내에는 반드시 복수개의 분리막 엘리먼트(2)가 장전되어 있을 필요는 없고, 1개의 분리막 엘리먼트(2)가 장전되어 있어도 좋다.
또한, 분리막 엘리먼트(2)에 대해서는, 적어도 상류측 단부재가 차폐판(34)을 갖는 단부재(3)인 것이 바람직하고, 하류측 단부재는 반드시 차폐판(34)을 갖는 단부재(3)일 필요는 없다.
1 분리막 모듈
2 스파이럴형 분리막 엘리먼트
20 관통 구멍
21 중심관
23 분리막
24, 25 유로재
3A 내지 3E 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재
3a 제1 단부면
3b 제2 단부면
31 내주부
31a 결손부
32 외주부
33 연결부
34 차폐판
34b 둥근 막대(부품)
38 원호판(부품)
39 돌기
41, 42 개구부
7 압력 용기

Claims (19)

  1. 스파이럴형 분리막 엘리먼트에 사용되는 단부재이며,
    내주부와,
    상기 내주부를 이격하면서 둘러싸는 외주부와,
    상기 내주부와 상기 외주부를 연결하는 복수의 연결부와,
    적어도 한 쌍의 상기 연결부 사이에 배치된, 상기 외주부와의 사이에 개구부를 형성하는 차폐판
    을 구비한 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단부재는 상기 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 단부면을 형성하는 제1 단부면 및 이 제1 단부면과 반대측을 향하는 제2 단부면을 갖고 있으며,
    상기 차폐판의 상기 외주부측의 외측 단부가, 상기 차폐판의 상기 내주부측의 내측 단부보다 상기 제2 단부면측에 위치하고 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차폐판이 상기 내측 단부로부터 상기 외측 단부를 향해서 상기 제2 단부면에 근접하도록 경사지는 연속되는 판인 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  4. 제2항에 있어서, 상기 차폐판이 직경 방향으로 복수의 부품으로 분할되어 있으며,
    상기 복수의 부품 각각의 중심을 연결하는 가상선이, 상기 내측 단부로부터 상기 외측 단부를 향해서 상기 제2 단부면에 근접하도록 경사져 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차폐판으로부터 상기 외주부까지의 거리가, 상기 복수의 부품 사이의 간극보다 큰 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구부의 면적이 상기 내주부, 상기 외주부 및 한 쌍의 상기 연결부로 둘러싸이는 공간 면적의 1/10 이상 1/2 이하인 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차폐판이 상기 내주부와의 사이에도 개구부를 형성하는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차폐판으로부터 상기 외주부까지의 거리가 상기 내주부로부터 상기 차폐판까지의 거리보다 큰 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 내주부로부터 상기 차폐판까지의 거리가 상기 외주부의 외주면의 최대 반경의 1/70 이상 1/20 이하인 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부재는 상기 스파이럴형 분리막 엘리먼트의 단부면을 형성하는 제1 단부면 및 이 제1 단부면과 반대측을 향하는 제2 단부면을 갖고 있으며,
    상기 내주부의 외주면에는, 상기 제2 단부면으로부터 상기 제1 단부면을 향하는 방향 및 직경 방향 외향으로 개구되는 결손부가 설치되어 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  11. 제10항에 있어서, 상기 결손부가 상기 차폐판과 상기 내주부 사이에 형성되는 개구부의 적어도 일부를 구성하도록, 상기 제1 단부면으로부터 상기 제2 단부면을 향해서, 상기 내주부의 단부면으로부터 상기 차폐판의 상기 내주부측 내측 단부를 넘는 위치까지 연장되어 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  12. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 복수의 부품 각각이 원호판인 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  13. 제12항에 있어서, 상기 원호판은 상기 내주부로부터 상기 외주부를 향해서 서서히 상기 제2 단부면측으로 시프트함으로써 인접하는 원호판 사이에 단차가 형성되도록 배치되어 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  14. 제13항에 있어서, 상기 원호판 중 적어도 하나에는, 직경 방향 외측 단부에 상기 단차를 메우도록 상기 제2 단부면측으로 돌출된 돌기가 형성되어 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원호판은 상기 외주부에 근접함에 따라서 직경 방향의 폭이 커지도록 구성되어 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차폐판이 모든 상기 연결부 사이에 배치되어 있는 스파이럴형 분리막 엘리먼트용 단부재.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 단부재를 적어도 1개 포함하는 스파이럴형 분리막 엘리먼트.
  18. 통 형상의 압력 용기와, 상기 압력 용기 내에 장전된 제17항에 기재된 스파이럴형 분리막 엘리먼트를 구비한 분리막 모듈.
  19. 제18항에 있어서, 상기 스파이럴형 분리막 엘리먼트에서의 적어도 상류측 단부재가 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 단부재인 분리막 모듈.
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