(57)【要約】【課題】殺菌用熱水が流通しにくいデッドスペースが無く、しかも複数の膜分離装置同士を著しく近接配置することも可能な膜分離装置を提供する。【解決手段】ベッセル１２内にスパイラル型膜モジュール１０Ａが収容されている。この膜モジュール１０Ａにはブラインシールが設けられておらず、ベッセル１２Ａの内周面と膜モジュール１０Ａの外周面との間のスペースＳは、ベッセル１２Ａの一端側から他端側まで連通した微小間隙となっている。このスペースＳの間隙は０．０１〜１．５ｍｍとなっている。原水流入口１３から熱水をベッセル１２内に流通させて内部を熱水で殺菌する場合、スペースＳの全体にも熱水が流通する。このため、膜モジュール１０Ａのみならずベッセル１２Ａ内の全域が十分に殺菌される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形のベッセル内に膜モジュールが収容されており、該ベッセルの一端側から原水が導入され、他端側から濃縮水が取り出され、該膜モジュールから透過水が取り出される膜分離装置において、
該膜モジュールの外周面とベッセルの内周面との間に、該ベッセルの一端側と他端側とを連通している、水が流通可能な微小間隙が形成されていることを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】
請求項１において、該膜モジュールにブラインシールが装着されておらず、該膜モジュールの外周面とベッセルの内周面との間隔が０．０１〜１．５ｍｍであることを特徴とする膜分離装置。
【請求項３】
請求項１において、該膜モジュールの外周面を周方向に取り巻くブラインシールが設けられており、該ブラインシールに前記ベッセルの一端側と他端側とを連通する孔又は溝が設けられていることを特徴とする膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に係り、特に円筒形のベッセル内にスパイラル型膜モジュール等の円柱形の膜モジュールを設置した膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離装置に用いられる膜モジュールとして、集水管の外周に分離膜を巻回したスパイラル型膜モジュールがある。
【０００３】
図４は従来のスパイラル型膜モジュール１０の構造を示す一部分解斜視図である。
【０００４】
集水管１の外周に複数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回され巻回体５とされている。
【０００５】
集水管１には管内外を連通するスリット状開口（図示略）が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透過水流路となっている。
【０００６】
袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング６とエンドリング７とが設けられ、該トップリング６の外周にブラインシール８が周設されている。巻回体５の外周面は樹脂含浸ガラス繊維、熱収縮チューブ等で水密的に被覆されている。
【０００７】
図３はこのスパイラル型膜モジュール１０を耐圧ベッセル内に収容してなる膜分離装置１１の概略的な断面図である。
【０００８】
このベッセル１２は、円筒形であり、一端面に原水の流入口１３が設けられ、他端面に濃縮水の流出口１４が設けられている。膜モジュール１０はベッセル１２内に該ベッセル１２と同軸的に設置されている。集水管１の後端１ｂは、ベッセル１２の後端面の集水管挿通用管座１５を通ってベッセル１２外へ延出している。集水管１の先端は閉鎖されている。
【０００９】
このように構成された膜分離装置１１において、流入口１３からベッセル１２内に流入した原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同士の間の原水流路に流入し、巻回体５の長手方向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出し、流出口１４からベッセル１２外へ取り出される。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過してその内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後端１ｂから膜モジュール１０外に取り出される。
【００１０】
なお、ブラインシール８がベッセル１２の内周面に水密的に接しているため、原水が膜モジュール１０とベッセル１２との間のスペースＳを通ってベッセル１２の後端側へ流れることはない。従来、このスペースＳの間隙（膜モジュール１０の外周面の半径とベッセル１２の内周面の半径との差）は３〜１０ｍｍの程度である。
【００１１】
このような膜分離装置を食品向け純水装置、医薬向け精製水装置、注射用前処理装置、半導体用純水装置等に組み込んで運転する場合、ベッセル１２内に間欠的特に定期的に６０℃以上の熱水を流通させて殺菌を行うことがある。ところが、図３に示す膜分離装置１１の場合、スペースＳは熱水が流れにくいデッドスペースとなるため、殺菌が不十分となりがちである。
【００１２】
このような問題点を解決しようとするものとして、特開２００３−８８７３２号公報には、ベッセル後端の濃縮水流出口１４の代りに図３の矢印Ｐで示すブラインシール後流側の直近部位に濃縮水流出口を設けた膜分離装置が記載されている。
【００１３】
このように濃縮水流出口をＰ付近に設けた場合、熱水は膜モジュール１０の後端面からスペースＳを図３の左端側へ向って流れるので、スペースＳがデッドスペースとならず、スペースＳも十分に熱水で殺菌される。
【特許文献１】特開２００３−８８７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図３のＰ付近に濃縮水流出口を設けた場合、この濃縮水流出口及びそれに連なる濃縮水配管がベッセル１２から側方へ枝管状に張り出すため、膜分離装置が嵩高いものとなる。
【００１５】
膜分離装置は、多量の水を処理するために複数本を並列配置し、且つこの際に膜分離装置の設置スペースをコンパクトにするために各膜分離装置を近接配置することがあるが、上記のように側方から枝管状に濃縮水流出口及び濃縮水配管が突出していると、膜分離装置同士を近接配置するのに邪魔になる。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、殺菌用熱水が流通しにくいデッドスペースが無く、しかも複数の膜分離装置同士を著しく近接配置することも可能な膜分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明（請求項１）の膜分離装置は、円筒形のベッセル内に膜モジュールが収容されており、該ベッセルの一端側から原水が導入され、他端側から濃縮水が取り出され、該膜モジュールから透過水が取り出される膜分離装置において、該膜モジュールの外周面とベッセルの内周面との間に、該ベッセルの一端側と他端側とを連通している、水が流通可能な微小間隙が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２の膜分離装置は、請求項１において、該膜モジュールにブラインシールが装着されておらず、該膜モジュールの外周面とベッセルの内周面との間隔が０．０１〜１．５ｍｍであることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３の膜分離装置は、請求項１において、該膜モジュールの外周面を周方向に取り巻くブラインシールが設けられており、該ブラインシールに前記ベッセルの一端側と他端側とを連通する孔又は溝が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の膜分離装置にあっては、膜モジュールの外周面とベッセルの内周面との間に微小間隙が形成されており、殺菌用熱水の流通時に熱水が膜モジュール外周面とベッセル内周面との間の間隙を流れ、十分に殺菌が行われる。この間隙は微小であるため、原水の膜分離処理運転中に該間隙を通り抜ける原水量はわずかである。このため、膜面を流れる原水量を十分に確保することができる。
【００２１】
本発明の膜分離装置にあっては、濃縮水の流出口がベッセルの後端側に設けられており、特開２００３−８８７３２号の如く側方へ枝管状に出張ることがないので、複数の膜分離装置同士を著しく近接配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。図１は実施の形態に係る膜分離装置１１Ａの断面図、図２は別の実施の形態に係る膜分離装置１１Ｂの一部の断面図である。
【００２３】
図１の実施の形態に係る膜分離装置１１Ａにあっては、ベッセル１２内にスパイラル型膜モジュール１０Ａが収容されている。この膜モジュール１０Ａにはブラインシールが設けられておらず、ベッセル１２Ａの内周面と膜モジュール１０Ａの外周面との間のスペースＳは、ベッセル１２Ａの一端側から他端側まで連通した微小間隙となっている。
【００２４】
このスペースＳの間隙（ベッセル１２Ａの内周面の半径と膜モジュール１０Ａの外周面の半径との差）は０．０１〜１．５ｍｍ好ましくは０．０５〜１．０ｍｍ特に好ましくは０．２５〜０．７５ｍｍとなっている。この間隙が０．０１ｍｍよりも小さいと、膜モジュールをベッセル内に挿入するのが難しい。また、熱水が間隙全域に均等に流通しないおそれもある。一方、この間隙が１．５ｍｍよりも大きいと、膜面を流れる原水流量を十分に確保できず、スケーリングや処理水の水質不良が生じるおそれがある。
【００２５】
この膜モジュール１０Ａにあっては、集水管１Ａの前端１ａは保持部材１６を介してベッセル１２Ａの前端面の管座１７に保持されている。この集水管１Ａの前端１ａは閉鎖されている。集水管１Ａの後端１ｂはベッセル１２Ａの後端面の管座１５を通ってベッセル１２Ａの後方へ延出している。ベッセル１２Ａの前端面には原水の流入口１３が設けられ、後端面に濃縮水の流出口１４が設けられている。なお、膜モジュール１０Ａの構成は、集水管１Ａの前端１ａ側が上述の通り前方へ延出していることを除き、前記膜モジュール１０と同一である。
【００２６】
このように構成された膜分離装置１１Ａにおいて、流入口１３からベッセル１２Ａ内に流入した原水は、膜モジュール１０Ａの前端面から該膜モジュール１０Ａの袋状膜同士の間の原水流路に流入し、膜モジュール１０Ａの軸心線と略平行方向に流れ、膜モジュール１０Ａの後端面から濃縮水として流出し、流出口１４からベッセル１２Ａ外へ取り出される。この原水流路を流れる間に水が袋状膜を透過してその内部に入り、集水管１Ａ内に流入し、該集水管１の後端１ｂから膜モジュール１０Ａ外に取り出される。
【００２７】
なお、ブラインシール８が設けられていないが、スペースＳの間隙が微小であるため、スペースＳを流れてベッセル１２Ａの後端側へ流出する原水流量は少量である。このため、原水圧を十分に高くし、透過水流束を確保することができる。
【００２８】
この膜分離装置１１Ａは、原水の流入口１３がベッセル１２Ａの前端面に設けられ、濃縮水流出口１４がベッセル１２Ａの後端面に設けられており、いずれもベッセル１２Ａの側方へ出張っていない。このため、複数の膜分離装置１１Ａ同士を著しく近接配置することができる。
【００２９】
この膜分離装置１１Ａにあっては、原水流入口１３から５０〜１００℃好ましくは６０〜８０℃程度の熱水をベッセル１２内に流通させて内部を熱水で殺菌する場合、スペースＳの全体にも熱水が流通する。このため、膜モジュール１０Ａのみならずベッセル１２Ａ内の全域が十分に殺菌される。
【００３０】
図２に示す膜分離装置１１Ｂにあっては、孔８ａを有したブラインシール８Ａが外嵌された膜モジュール１０Ｂがベッセル１２Ａ内に収容されている。この孔８ａは、ブラインシール８Ａを膜モジュール１０Ｂの軸心線と平行方向に貫通しており、ベッセル１２Ａ内の前端側と後端側とを連通している。孔８ａは、ブラインシール８Ａの周方向に間隔をおいて複数個設けられている。孔８ａ同士の周方向の間隔は０．５〜２ｍｍ程度が好適である。
【００３１】
この孔８ａの開口面積の合計は、膜モジュール１０Ｂの直径をＤ（ｍｍ）、円周率をπとした場合、（０．０２Ｄ＋０．０００２）π〜（３Ｄ＋４．５）π（ｍｍ２）好ましくは（０．１Ｄ＋０．００５）π〜（２Ｄ＋２）π（ｍｍ２）特に好ましくは（０．５Ｄ＋０．１２５）π〜（１．５Ｄ＋１．１２５）π（ｍｍ２）程度が好適である。直径が４インチの膜モジュールの場合、孔８ａの開口面積は約７０〜２５０ｍｍ２程度が好適であり、８インチの膜モジュールの場合、約２５０〜１０００ｍｍ２程度が好適である。なお、図２の膜分離装置１１Ｂにおいては、膜モジュール１０Ｂの外周面とベッセル１２Ａの内周面との間のスペースＳの間隙ｄは、図１の場合の間隙よりも広いものとされ、通常は３〜１０ｍｍ程度が好適である。
【００３２】
この膜分離装置１１Ｂのその他の構成は図１の膜分離装置１１Ａと同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００３３】
この膜分離装置１１Ｂの作動は図１の膜分離装置１１Ａと同一である。この膜分離装置１１Ｂにおいては、孔８ａの合計の開口面積が小さく、原水圧を高くして十分な透過水流束を得ることができる。この膜分離装置１１Ｂにおいても、側方への出張りがなく、複数の膜分離装置１１Ｂ同士を近接配置することができる。また、熱水を通水して殺菌する場合、スペースＳにも熱水が流通され、十分に殺菌される。
【００３４】
上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとりうる。例えば図２ではブラインシール８Ａに孔８ａを設けてその上流側と下流側とを連通しているが、孔８ａの代りに溝を設けてもよい。この場合も、溝の流路断面積の合計は上記孔８ａの開口面積と同一程度が好適である。
【００３５】
本発明では、膜モジュールの直径は通常は４インチモジュールと称するもので９５〜１００ｍｍ、８インチモジュールと称するもので１９５〜２０５ｍｍ程度であり、軸心線方向の長さは直径にかかわらず９５０〜１０５０ｍｍ程度とされるが、これよりも大きくてもまた小さくてもよい。
【実施例】
【００３６】
実施例１〜６、比較例１，２
直径約１０１ｍｍ、長さ９８５ｍｍのスパイラル型膜モジュールをベッセル内に収容してなる図１の構造の逆浸透膜分離装置を製作した。スペースＳの間隙（半径差）は、実施例１では０．０１ｍｍ、実施例２では０．０５ｍｍ、実施例３では０．２５ｍｍ、実施例４では０．５ｍｍ、実施例５では１ｍｍ、実施例６では１．５ｍｍ、比較例１では２ｍｍとした。比較例２では間隙（半径差）を２ｍｍとし、ブラインシールでベッセルとモジュール間をシールした。なお、この間隙は、ベッセルの内径を変化させることにより調整した。原水として野木町水を活性炭にＳＶ２０で通水した濾液をさらに孔径５μｍのカートリッジフィルターに通水した水を０．７５ＭＰａの供給圧で２０日間６ｍ３／ｄａｙの割合で通水した後、７０℃の熱水を０．１５ｍ３／Ｈｒの割合で０．５Ｈｒ通水した。通水終了後、膜モジュール長手方向中間付近のスペースＳ内の生菌数を測定した。更に膜面へのスケール生成のしやすさを加速的に試験するために、７０℃の熱水による通水を５０回繰り返し行い、透過流束を測定した。結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2005342653.tif 000003
【００３８】
表１の通り、実施例１〜６によると、透過流束が高く、生菌数も少ない。これに対し、比較例１では生菌数は少ないが、透過流束が低い。また、ブラインシールを備えた比較例２では、透過流束は高いものの熱水殺菌は不良であった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態に係る膜分離装置のベッセル軸心線方向の断面図である。
【図２】別の実施の形態に係る膜分離装置の一部の断面図である。
【図３】従来の膜分離装置の断面図である。
【図４】スパイラル型膜モジュールの構成を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１Ａ  集水管
２  袋状分離膜
３  メッシュスペーサ
４  流路材
５  巻回体
１０，１０Ａ，１０Ｂ  膜モジュール
１１，１１Ａ，１１Ｂ  膜分離装置
１２，１２Ａ  ベッセル
１３  原水流入口
１４  濃縮水流出口
【図１】
2005342653.tif 000004
【図２】
2005342653.tif 000005
【図３】
2005342653.tif 000006
【図４】
2005342653.tif 000007