(57)【要約】【課題】  透過流体の圧力に対する耐圧強度が高く、閉塞部分での透過流体の漏れの発生を防止することが可能であり、かつ閉塞部分での信頼性が高い液体分離装置を提供する。【解決手段】  本発明の液体分離装置は、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を有し、前記スパイラル型膜モジュールの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て、圧力容器としての機能を付加したものであり、前記中空管の少なくとも一方の開口端部には、該中空管を被覆して閉塞する蓋状部材が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図２
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【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を有し、
前記スパイラル型膜モジュールの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て、圧力容器としての機能を付加したものであり、
前記中空管の少なくとも一方の開口端部には、該中空管を被覆して閉塞する蓋状部材が設けられていることを特徴とする液体分離装置。
【請求項２】
前記中空管の外周面と前記蓋状部材の周壁内周面とに互いに螺合するネジが設けられており、該中空管と蓋状部材とは螺合によりネジ締め固定されていることを特徴とする請求項１に記載の液体分離装置。
【請求項３】
前記蓋状部材の内部には、前記中空管からのリークを防止する為のリーク防止部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体分離装置。
【請求項４】
前記結合用部材は前記蓋状部材を収容する為の収容部を有し、蓋状部材は少なくともその上面が表側に露出して収容部に収容されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体分離装置。
【請求項５】
前記蓋状部材によって前記中空管を閉塞又は開口操作する為の操作治具に係合する治具係合部が、該蓋状部材に設けられていることを特徴とする請求項４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、より詳細には、逆浸透分離装置、限外ろ過装置又は精密ろ過装置等の、液状混合物の成分を膜分離するスパイラル型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等が用いられている。具体的には、液体分離装置に於いて、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】
第６図は、従来の液体分離装置の一例を例示したものである。この断面図に示すように、従来の膜モジュールは、膜エレメント１０２の両端にエンドキャップ１０３を有し、エンドキャップ１０３が供給流体入口用外部配管及び濃縮流体出口用外部配管との結合用接続部１０７，１１１を有する。
【０００４】
膜エレメント１０２の外周部には、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に固着させている。
【０００５】
また、膜エレメント１０２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。
【０００６】
前述の通り、中空管１０５の一方の端部は供給流体出口用外部配管１０６と結合される。他方の端部は透過流体出口用外部配管に結合、又は透過流体の流出防止措置が施される。ここで、従来の流出防止措置としては、例えば中空管１０５の端部に、密栓１１０による封止が行われていた。また、密栓１１０と中空管１０５は樹脂で固着されていた。
【特許文献１】特開２００６−１１６５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記の様な従来の封止方法では、樹脂による固着部分が密栓１１０と中空管１０５の一部分に限られていた。この為、閉塞部分の耐圧強度を十分に高めることは困難であった。
【０００８】
また、前記の封止方法では、例えば運転方法や透過流体出口用外部配管の形状に起因して中空管１０５の内部を流れる透過流体の圧力が上昇する場合がある。この様な場合、前記の封止方法では、特に圧力容器一体型の液体分離装置に於いて、透過流体の圧力が被着部の耐圧強度を上回るか、過剰な圧力変動が繰り返されると、圧力容器を有しない為に密栓１１０と中空管１０５との閉塞部分から透過流体の漏れが発生する。
【０００９】
更に、前記封止方法では、樹脂の塗布量及び塗布位置によって、密栓１１０と中空管１０５との樹脂による固着面積が大きく異なる。更に、中空管として一般的な部材である塩ビ配管等に於いては、その口径の基準値が外径であり、内径の寸法は参考値である。その為、中空管の内径寸法のバラつきが大きく、この様なバラつきによっても固着面積が大きく異なる。その結果、閉塞部分の固着状態を一定に調整することは困難であり、封止構造の信頼性としては不十分であった。
【００１０】
本発明は前記に鑑みなされたものであり、その目的は、透過流体の圧力に対する耐圧強度が高く、閉塞部分での透過流体の漏れの発生を防止することが可能であり、かつ閉塞部分での信頼性が高い液体分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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前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。
【００１２】
本発明の液体分離装置は、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を有し、前記スパイラル型膜モジュールの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て、圧力容器としての機能を付加したものであり、前記中空管の少なくとも一方の開口端部には、該中空管を被覆して閉塞する蓋状部材が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、中空管を閉塞する手段として前記構成の蓋状部材を採用する。蓋状部材は、中空管の開口端部に密栓を埋設し該中空管と密栓とを樹脂により固着して閉塞するものではなく、開口端部を被覆して閉塞するものである。この為、従来の液体分離装置と比較して、中空管の閉塞部分の耐圧強度を向上させることが可能になる。その結果、透過流体の圧力が大きい場合にもその漏れを十分に防止することができる。また、前記蓋状部材であると、中空管の内径寸法のバラつきとは無関係に、中空管の良好な閉塞を可能にする。その結果、液体分離装置として信頼性に優れたものとすることができる。
【００１４】
前記構成に於いては、前記中空管の外周面と前記蓋状部材の周壁内周面とに互いに螺合するネジが設けられており、該中空管と蓋状部材とは螺合によりネジ締め固定されていることが好ましい。前記構成の様に、蓋状部材により中空管の開口端部をネジ締め固定することにより、蓋状部材による中空管の開口端部の密閉性を一層向上させることができる。その結果、閉塞部分の耐圧強度を更に向上させ、透過流体の漏れを確実に防止することができる。
【００１５】
また、前記蓋状部材の内部には、前記中空管からのリークを防止する為のリーク防止部材が設けられていることが好ましい。当該構成によっても、蓋状部材による中空管の開口端部の密閉性を一層向上させることができる。その結果、前記構成と同様、閉塞部分の耐圧強度を一層向上させ、透過流体の漏れを確実に防止することができる。
【００１６】
更に、前記結合用部材は前記蓋状部材を収容する為の収容部を有し、蓋状部材は少なくともその上面が表側に露出して収容部に収容されていることが好ましい。前記構成では、蓋状部材は少なくともその上面が表側に露出して結合用部材の収容部に収容されているので、例えば蓋状部材の部品交換や解体などを容易に行うことができる。
【００１７】
また、前記蓋状部材によって前記中空管を閉塞又は開口操作する為の操作治具に係合する治具係合部が、該蓋状部材に設けられていることが好ましい。これにより、蓋状部材の部品交換や解体などの操作が一層容易になる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の液体分離装置は、中空管を閉塞する手段として、開口端部を被覆して閉塞する蓋状部材を採用するので、従来の液体分離装置と比較して、中空管の閉塞部分の耐圧強度を向上させることができ、その結果、透過流体の圧力が大きい場合にもその漏れの防止が可能になる。また、前記蓋状部材であると、中空管の内径寸法のバラつきとは無関係に、中空管の良好な閉塞を可能にするので、閉塞手段としても信頼性に優れた構造とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
第１図は、本発明の液体分離装置１１の断面図を例示したものである。この液体分離装置１１は、膜エレメントの最外周面を直接樹脂で覆うことにより、ベッセル等の圧力容器を不要とした圧力容器一体型の液体分離装置であり、膜エレメント１２の両端に、結合用部材としての第１エンドキャップ１３ａ及び第２エンドキャップ１３ｂをそれぞれ有している。第１エンドキャップ１３ａは供給流体入口用外部配管（図示せず）と結合する為の結合用接続部１４を有する。また、第２エンドキャップ１３ｂは、濃縮流体出口用外部配管（図示せず）と結合する為の結合用接続部１５を有する。
【００２０】
前記膜エレメント１２は、分離膜ユニットが有孔で中空状の中心管（集水管）１６の周囲に巻回した構造を有する。分離膜ユニットは、二つ折りにした分離膜の間に供給側流路材を配置した構成の膜リーフと、透過側流路材とを交互に重ねた構造を有する。かかる膜エレメント１２は、従来公知の分離膜、透過側流路材、供給側流路材、中心管などを何れも採用できる。
【００２１】
前記中空管１６の一方の開口端部には、透過流体出口用外部配管と結合する為の結合用接続部（結合部）１９が設けられている。他方の開口端部には、これを閉塞する為の蓋状部材１７が設けられている。蓋状部材１７は第１エンドキャップ１３ａに於ける収容部１８に、その上面２２が表側に露出する様に収容されている。上面２２を表側に露出させることにより、例えば蓋状部材１７の部品交換や解体などを容易に行うことができる。
【００２２】
蓋状部材１７の外部構造は特に限定されないが、中空管１６の開口端部を蓋状に覆う様にして閉塞するキャップ状の構造を有していることが必要である。蓋状部材１７の内部構造である開口部分２０の形状は特に限定されず、中空管１６と嵌合可能な形状であればよい。また、中空管１６の外周面と蓋状部材１７の周壁内周面とには相互に螺合するネジが設けられていることが好ましい。より詳細には、第２図に示すように、中空管１６の軸方向に螺旋状の雄ねじ２３が設けられており、蓋状部材１７の周壁内周面には雄ねじ２３に螺合する雌ねじ２４が設けられている。これにより、中空管１６と蓋状部材１７との螺合によるネジ締め固定を可能にし、透過流体の圧力に対する耐圧強度を高めることが可能になると共に、蓋状部材１７の取り外しが容易なものとなる。
【００２３】
また、蓋状部材１７の材料としては、例えば塩化ビニル等のプラスチック類を使用することができる。
【００２４】
ここで、本発明に於いては、蓋状部材１７と中空管１６の閉塞部分に樹脂を使用してもよい。これにより、蓋状部材１７による閉塞性を一層向上させることができ、透過流体の圧力に対する耐圧強度を高めることが可能になる。前記樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂のような接着樹脂が例示できる。
【００２５】
また本発明に於いては、蓋状部材１７で中空管１６を閉塞した場合に、蓋状部材１７と中空管１６との間に生じる間隙を埋めるＯリング（リーク防止部材）２１を設けてもよい。これにより、透過流体のリークを確実に防止することできると共に、中空管１６と蓋状部材１７との間の気密性の向上も図れるので、閉塞部分の耐圧強度を一層向上させることができる。
【００２６】
更に、蓋状部材１７の外側の上面２２には、例えば回動操作により中空管１６の開口端部を閉塞又は開口することが可能な操作治具に係合する溝（治具係合部）２５が設けられていることが好ましい（第３図（ａ）及び（ｂ）参照）。これにより、操作治具を用いて蓋状部材１７の部品交換や解体などの操作を一層容易に行うことができる。
【００２７】
膜エレメント１２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３５により直接覆い、また、環状に覆うことで形成している。この樹脂３５は、膜エレメント１２の外周を密封して保護するとともに、第１エンドキャップ１３ａ及び第２エンドキャップ１３ｂ（以下、「第１エンドキャップ１３ａ等」と言う）を膜エレメント１２に固着する作用を持っている。
【００２８】
かかる樹脂３５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１２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。
【００２９】
外周部を覆う樹脂３５と第１エンドキャップ１３ａ等とのシールについては、第１エンドキャップ１３ａ等の外径面に段部３１を設けることによって、最外周面を覆う樹脂３５と固着する部位が増え、固着されやすくなる。また、各エンドキャップの外径面の段部３１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。
【００３０】
このとき、第１エンドキャップ１３ａ等の外径面の段部３１の固着位置に、例えば第３図に例示するような、凹凸部３２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。
【００３１】
第１エンドキャップ１３ａ等と膜エレメント１２との接触面については、第４図のように、膜エレメント１２の端面との接合部位を、少なくとも１つの空隙（凹部）３５を保持する構造にすることによって、第１エンドキャップ１３ａ等と膜エレメント１２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。
【００３２】
また、中空管１６と透過流体出口用外部配管（図示せず）との結合部１９を、第１エンドキャップ１３ａ等の外側に有する構造にすることによって、結合部１９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１６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１６と第１エンドキャップ１３ａ等、第１エンドキャップ１３ａ等と外部配管というように第１エンドキャップ１３ａ等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１６用の貫通部を第１エンドキャップ１３ａ等に設け、中空管１６と第１エンドキャップ１３ａ等とのシールを貫通部の内部に設けたＯリング３３，３４によって行い、結合部１９を第１エンドキャップ１３ａ等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１９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】
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蓋状部材等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】
【００３４】
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料等は、特に限定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３５】
＜実施例１＞
本発明に基づく第１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、供給圧力１．０５ＭＰａ、透過圧力０．５ＭＰａ、濃縮水流量３５Ｌ／ｍｉｎの一定の条件で性能評価を実施した。その結果、中空管と蓋状部材との閉塞部分からの透過流体の流出・漏れは生じなかった。
【００３６】
＜比較例１＞
従来の液体分離装置に基づく第６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、供給圧力１．０５ＭＰａ、透過圧力０．５ＭＰａ、濃縮水流量３５Ｌ／ｍｉｎの一定の条件で性能評価を実施した。その結果、中空管と蓋状部材との閉塞部分からの透過流体の流出・漏れが生じた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の一形態に係る液体分離装置の横断面
【図２】前記液体分離装置の蓋状部材を拡大した要部拡大図
【図３】前記液体分離装置の蓋状部材を拡大した要部拡大図
【図４】前記液体分離装置のエンドキャップ横断面図
【図５】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６】従来の流体分離装置の横断面図
【符号の説明】
【００３８】
１１    液体分離装置
１２    膜エレメント
１３ａ  第１エンドキャップ
１３ｂ  第２エンドキャップ
１４、１５    結合用接続部
１６    中空管
１７    蓋状部材
１８    収容部
１９    結合用接続部（結合部）
２０    開口部分
２１    Ｏリング（リーク防止部材）
２２    上面
２３    雄ねじ
２４    雌ねじ
２５    溝（治具係合部）
３１    段部
３２    凹凸部
３３、３４  Ｏリング
３５    樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007330946.tif 000007
【図６】
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