(57)【要約】【課題】  簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高く、かつ結合部において漏れの発生しない密着度の高い構造を有する液体分離装置を提供することにある。【解決手段】  供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管１０５にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないための封止構造を有する膜エレメント１０２からなるスパイラル型膜モジュールにおいて、最外周面を直接樹脂１０１で覆い、その樹脂１０１によって前記膜エレメント１０２の両端部に結合用部材１０３を固着し、圧力容器としての機能を付加することを特徴とする。【選択図】  図２
2006116523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないための封止構造を有する膜エレメントからなるスパイラル型膜モジュールにおいて、最外周面を直接樹脂で覆い、その樹脂によって前記膜エレメントの両端部に結合用部材を固着し、圧力容器としての機能を付加することを特徴とする液体分離装置。
【請求項２】
前記スパイラル型膜モジュールを、前記樹脂が環状に覆うことを特徴とする請求項１記載の液体分離装置。
【請求項３】
前記スパイラル型膜モジュールが、構造補強材を有することを特徴とする請求項１または２記載の液体分離装置。
【請求項４】
前記結合用部材が供給流体入口用外部配管および濃縮流体出口用外部配管との結合用接続部を有するとともに、前記樹脂とを固着する部位を有することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の液体分離装置。
【請求項５】
その内面に少なくとも１つの凹部を設けた前記結合用部材を、前記スパイラル型膜モジュールの少なくとも一方の端面に固着することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の液体分離装置。
【請求項６】
前記中空管と透過流体出口用外部配管との結合部を、前記結合用部材の外面よりも外側に有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の液体分離装置。
【請求項７】
前記結合用部材と前記膜エレメントとの間隙に封止部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体分離装置に関し、詳しくは、液状混合物の成分を膜分離するスパイラル型分離膜モジュールを用いた液体分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液状混合物の成分を分離するために、膜分離による逆浸透分離装置、限外ろ過装置、あるいは精密ろ過装置などが用いられている。具体的には、流体分離装置において、加圧供給原流体を導入し、膜を通過して有孔の中空管に導かれる透過流体と、その残余の濃縮流体に分離するものである。こうした液体分離装置には、複数の膜エレメントを有するスパイラル型分離膜モジュール（以下「膜モジュール」という。）が多用されている。
【０００３】
例えば、膜エレメントを２個使用してなる従来の流体分離装置の一例を第１図に示す。この断面図に示すように、従来の膜エレメント１の構造は、膜の供給側に供給側流路材を、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管２にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないための封止構造を有する。このような従来型の膜エレメント１においては、その中心部を通る有孔中空管２の端部同士、あるいは有孔中空管２の端板３ｂと端板３ｂのポート４の間が内部継手５により連結され、互いに直列に接合され円筒容器６に収納されている。かかる円筒容器６の両端は、端板３ａ，３ｂで閉塞され、ボルト７で固着されている。一方の端板には供給流体入口３１ａが形成され、他方の端板には濃縮流体出口３１ｂが形成され、その端板の中心から内側に向かって形成されたポート４に透過流体出口３１ｃが穿孔されている（例えば特許文献１参照）。尚、８はプロダクトパッキンであり、９はＵ−パッキンであり、１０はスペシャルアダプターであり、１１はプラグを示す。
【特許文献１】特開昭５８−１６３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来型の液体分離装置においては、必ず膜エレメントをＦＲＰ、ステンレス等によって製作される円筒形容器に収納して構成されるため、装置の荷重が増大し、円筒型容器のコスト負荷が装置全体のコストに占める割合は非常に大きいものとなっている。
【０００５】
また、液体分離装置は、比較的高圧の液体を扱うことから、こうした圧力条件においても溶液の漏れのない容器構造を要求される。膜モジュールの内部には、供給流体、濃縮流体、および透過流体が分離された流れを形成しており、従来の構成のように、例えば、外部配管との接続を膜モジュールの内部で継ぎ手を用いて行う方法では、流体の漏れや混入を阻止することが難しい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、こうした円筒型容器を必要としない膜モジュールを用い、簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高く、かつ結合部において漏れの発生しない密着度の高い構造を有する液体分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す液体分離装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明は、液体分離装置であって、供給側に供給側流路材を配置し、透過側に透過側流路材を配置した積層体が有孔の中空管にスパイラル状に巻回され、供給側流路と透過側流路とが直接連通しないための封止構造を有する膜エレメントからなるスパイラル型膜モジュールにおいて、最外周面を直接樹脂で覆い、その樹脂によって前記膜エレメントの両端部に結合用部材を固着し、圧力容器としての機能を付加することを特徴とする。
【０００９】
本発明者は、膜モジュールの構成について検討した結果、その最外周面を直接樹脂で覆うとともに、膜エレメントの両端部に結合用部材をその樹脂で固着することによって、圧力容器としての機能を付加することができることを案出したもので、簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高く、かつ結合部において漏れの発生しない密着度の高い構造を有する液体分離装置を提供することが可能となった。また、これによって高価な円筒型容器を必要としない低価格の液体分離装置とすることができる。
【００１０】
本発明は、前記液体分離装置であって、前記スパイラル型膜モジュールを、前記樹脂が環状に覆うことを特徴とする。
【００１１】
上記のように、液体分離装置としては、液の流路を形成するとともに筐体として維持するために、円筒型容器に相当する構成要素を有する膜モジュールを形成する必要がある。本発明においては、膜エレメントの最外周面を、樹脂により全幅にわたって環状に覆うことによって、円筒型容器と同等の機能を有し、簡便な構造で信頼性が高い液体分離装置を構成することができる。
【００１２】
本発明は、前記液体分離装置であって、前記スパイラル型膜モジュールが、構造補強材を有することを特徴とする。
【００１３】
膜エレメントの最外周面を、構造補強材を含有する樹脂により全幅にわたって覆うことによって、円筒型容器に相当する構成要素を有する膜モジュールを形成し、液の流路を形成するとともに筐体として維持することができる。従って、簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高い液体分離装置を構成することができる。特に、樹脂を環状に覆うことによって、円筒型容器と同等の機能を確保することができることから、さらに機能の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明は、前記液体分離装置であって、前記結合用部材が供給流体入口用外部配管および濃縮流体出口用外部配管との結合用接続部を有するとともに、前記樹脂とを固着する部位を有することを特徴とする。
【００１５】
液体分離装置においては、各種の用途に対応することから、供給流体入口用外部配管および濃縮流体出口用外部配管と任意に接続可能であるとともに膜モジュールとしての筐体を維持することを要求される。本発明においては、これらを膜エレメントの両端を固定する結合用部材によって構成したもので、部品点数の少ない簡便な構造で、耐圧強度の信頼性が高い、かつ汎用性の高い液体分離装置を構成することができる。
【００１６】
本発明は、前記液体分離装置であって、その内面に少なくとも１つの凹部を設けた前記結合用部材を、前記スパイラル型膜モジュールの少なくとも一方の端面に固着することを特徴とする。
【００１７】
上記のように、膜エレメントの両端を固定する結合用部材は、該端面と密着性の高いほど膜エレメントおよび筐体としての膜モジュールの堅固さが保持され、高い耐圧強度を有することが可能である一方、膜エレメントの端面は供給流体の導入口あるいは濃縮流体の排出口であることから、一定の空隙を有する流路の確保が不可欠である。本発明においては、その内面に少なくとも１つの凹部を設けた結合用部材を膜エレメントの端面に固着することによって、こうした相反することがある機能を確保したものであり、簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高い液体分離装置を構成することができる。
【００１８】
本発明は、前記液体分離装置であって、前記中空管と透過流体出口用外部配管との結合部を、前記結合用部材の外面よりも外側に有することを特徴とする。
【００１９】
膜モジュールの内部に流れる供給流体、濃縮流体および透過流体の分離した流れを形成するには、構造的に漏れや混入を排除することが好ましい。本発明においては、透過流体の流れの独立性を確保することによって、各流体の混入を防止することが可能である。具体的には、供給流体と濃縮流体のいずれかと取り合い部を有する結合用部材において、透過流体との取り合い部を設けずに、かつ結合用部材の外面よりも外側において外部配管と接続することによって、こうした流路の独立性を確保することが可能となる。
【００２０】
本発明は、前記液体分離装置であって、前記結合用部材と前記膜エレメントとの間隙に封止部材が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
結合用部材と膜エレメントとの間隙に封止部材を設け間隙部を封することにより、スパイラル型膜モジュールに流れる供給流体、またはスパイラル型膜モジュールから流れる排出供給流体によって、結合用部材と膜エレメントとの間隙からリークするのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、膜モジュールの最外周部への樹脂の被覆、および結合用部材の形状・流路との取り合いを工夫することによって、簡便な構造で耐圧強度の信頼性が高く、かつ結合部において漏れの発生しない密着度の高い構造を有する液体分離装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２４】
第２図は、本発明に係る膜モジュールの断面図を例示したものである。膜エレメント１０２の両端にエンドキャップ（結合用部材）１０３を有し、エンドキャップ１０３が供給流体入口用外部配管（図示せず）および濃縮流体出口用外部配管（図示せず）との結合用接続部１０７，１１１を有する。以下、膜モジュールの外部および内部の構成について詳述する。
【００２５】
膜エレメント１０２の外周部については、その最外周面を全幅にわたって樹脂１０１によって直接覆い、また、環状に覆うことで形成している。この樹脂１０１は、膜エレメント１０２の外周を密封して保護するとともに、エンドキャップ１０３を膜エレメント１０２に固着する作用を持っている。
【００２６】
かかる樹脂１０１の材料は、例えば、強化プラスチック（ＦＲＰ）を使用することができる。また、膜エレメント１０２を環状に覆う方法は、いわゆるフィラメントワインディング法により行い、ガラス繊維を樹脂に含浸させて巻き付け、硬化させて膜モジュールを形成する。フィラメントワインディング法によってガラス繊維を樹脂１０１に含浸させて膜エレメント１０２の外周部に巻き付ける際に、樹脂１０１とともに構造補強材１１２を巻きこむことにより外周部の強度を高めることができる。
【００２７】
構造補強材１１２は、膜エレメント１０２の外周部の一部もしくは全部を覆うものであり、構造は特定しないが、外周部を覆うことが可能であるシート状の構造体が好ましい。また、材質については、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などが挙げられる。
【００２８】
外周部を覆う樹脂１０１とエンドキャップ１０３とのシールについては、エンドキャップ１０３の外径面に段部１０８を設けることによって、最外周面を覆う樹脂１０１と固着する部位が増え、固着されやすくなる。また、かかるエンドキャップ１０３の外径面の段部１０８の固着位置に、例えば、エポキシ樹脂のような接着樹脂を使用しても良い。
【００２９】
このとき、エンドキャップ１０３の外径面の段部１０８の固着位置に、例えば、第３図に例示するような、凹凸部２０１を有することによって、固着部位の強度を高めることが可能となる。
【００３０】
エンドキャップ１０３と膜エレメント１０２との接触面については、第４図のように、膜エレメント１０２の端面との接合部位を、少なくとも１つの空隙（凹部）３０１を保持する構造にすることによって、エンドキャップ１０３と膜エレメント１０２との間に所定の空間を確保することができることから、膜モジュールへの供給流体の流れ及び膜モジュールからの排出流体の流れを改善することが可能である。
【００３１】
また、膜エレメント１０２の両端部付近に於いて、膜エレメント１０２とエンドキャップ１０３の内周面との間に間隙が存在する場合、この間隙を埋めるための封止部材４０１を設けてもよい（第５図参照）。膜エレメント１０２とエンドキャップ１０３の内周面との間に間隙が存在すると、膜エレメント１０２の外周部へ供給流体の流れ及び膜モジュールからの排出供給流体の流れからのリークが発生する恐れがある。さらに、このリークが樹脂１０１内を通ずることにより、膜モジュールから外部へのリークを引き起こす恐れがある。従って、第５図に示すように、封止部材４０１を用いて前記の間隙を埋めることにより、これらのリークを抑止することが可能になる。前記封止部材４０１としては、間隙を埋めるものであれば特に限定されない。密着性及び作業性の観点からは、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの接着樹脂が好ましい。
【００３２】
また、中空管１０５と透過流体出口用外部配管（図示せず）との結合用接続部（結合部）１０６を、エンドキャップ１０３の外側に有する構造にすることによって、結合部１０６での供給流体や濃縮流体の混入を防ぐことが可能である。つまり、中空管１０５と透過流体出口用外部配管との結合部がそれぞれ中空管１０５とエンドキャップ１０３、エンドキャップ１０３と外部配管というようにエンドキャップ１０３を介して結合された場合には、結合部での供給流体や濃縮流体の混入を生じさせることがあるためである。中空管１０５用の貫通部をエンドキャップ１０３に設け、中空管１０５とエンドキャップ１０３とのシールを貫通部の内部に設けたＯ−リング１０４，１０９によって行い、結合部１０６をエンドキャップ１０３の外側に有する構造によって、透過流体出口用外部配管との結合部１０６において漏れの発生しない密着度の高い構造とすることが可能となる。従って、こうした構成によって、各流体の漏れや混入の可能性を有効に排除することができる。
【００３３】
また、中空管１０５の他端は、密栓１１０によってシールされ、透過流体の漏れおよび他の流体の混入を防止している。
【００３４】
以上、本発明に係る液体分離装置の代表的実施形態について説明したが、本発明は、こうした膜エレメントあるいは結合用部材などの構成に限定されるものでないことはいうまでもなく、各種の用途に適した構造を適用することが可能である。
【実施例】
【００３５】
以下、具体的実施例により本発明をさらに説明する。また、実施例等における評価項目は下記のように算出した。なお、本発明がかかる実施例、評価方法に限定されるものでないことはいうまでもない。
【００３６】
＜評価方法＞
（１）塩化ナトリウム阻止率
膜モジュールの塩化ナトリウム阻止率Ｒは、次式によって算出する
Ｒ＝（１−Ｃｐ／Ｃｆ）×１００  ［％］ここで、Ｃｐは透過液中の塩化ナトリウム濃度、Ｃｆは（供給液中の塩化ナトリウム濃度＋濃縮液中の塩化ナトリウム濃度）／２をいう。
【００３７】
＜実施例１＞
本発明に基づく第２図の構造の膜モジュールにおいて透過流体出口用外部配管、濃縮流体出口用外部配管、供給流体入口用外部配管を接続し、０．１５％塩化ナトリウム水溶液を原水として、水温２５℃、ｐＨ７．０、圧力１．０５ＭＰａ、濃縮水流量３５Ｌ／ｍｉｎの一定の条件で性能評価を実施した結果、塩化ナトリウム阻止率９９．２％、透過流量１１．４ｍ３／ｄであった。
【００３８】
＜比較例１＞
本発明の図２の膜エレメントと同構造の膜エレメントを従来の円筒容器に収め、０．１５％塩化ナトリウム水溶液を原水として、水温２５℃、ｐＨ７．０、圧力１．０５ＭＰａ、濃縮水流量３５Ｌ／ｍｉｎの一定の条件で性能評価を実施した結果、塩化ナトリウム阻止率９９．２％、透過流量１１．４ｍ３／ｄであった。
【００３９】
＜評価結果＞
上記試料を評価した結果、実施例１と比較例１ともに、ほぼ同等の性能を確保することができた。従って、本発明に係る簡便な構成による液体分離装置が、十分実用化できることが判明した。
【００４０】
＜実施例２＞
本発明に基づく第５図の構造の膜モジュールにおいて、膜エレメント１０２とエンドキャップ１０３との間隙を封止するため封止部材４０１を設けた。封止部材４０１としてはウレタン樹脂（Ｈ．Ｂ．フーラー（株）製）を用いた。この膜モジュールに、０．１５％塩化ナトリウム水溶液を原水として、水温２５℃、ｐＨ７．０、圧力２．１ＭＰａ、濃縮水流量２０Ｌ／ｍｉｎの一定の条件で通水した。その結果、膜モジュールの樹脂の外周部から漏れが生じていないことが確認された。
【００４１】
＜実施例３＞
本発明に基づく第５図の構造の膜モジュールにおいて、膜エレメント１０２とエンドキャップ１０３との間隙に封止部材を設けることなく、０．１５％塩化ナトリウム水溶液の原水を通水した。通水の条件は、水温２５℃、ｐＨ７．０、圧力２．１ＭＰａ、濃縮水流量２０Ｌ／ｍｉｎとした。その結果、膜モジュールの樹脂の外周部から漏れが生じていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の流体分離装置の横断面図
【図２】本発明の実施の一形態に係る液体分離装置の横断面
【図３】前記液体分離装置のエンドキャップ横断面図
【図４】前記液体分離装置のエンドキャップ外径面の段部を含む横断面図
【図５】本発明の他の実施の形態に係る液体分離装置の横断面
【符号の説明】
【００４３】
１０１    樹脂
１０２    膜エレメント
１０３    エンドキャップ（結合用部材）
１０４、１０９  Ｏ−リング
１０５    中空管
１０６    透過流体出口用外部配管との結合用接続部
１０７    濃縮流体出口用外部配管との結合用接続部
１０８    段部
１１０    密栓
１１１    供給流体入口用外部配管との結合用接続部（結合部）
１１２    構造補強材
２０１    凹凸部
３０１    空隙（凹部）
４０１    封止部材
【図１】
2006116523.tif 000003
【図２】
2006116523.tif 000004
【図３】
2006116523.tif 000005
【図４】
2006116523.tif 000006
【図５】
2006116523.tif 000007