(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器内に収納されて用いられるスパイラル型膜エレメントであって、
有孔中空管の外周面に透過性膜を巻回したスパイラル状膜要素と、
前記スパイラル状膜要素の外周面を覆う円筒部および前記スパイラル状膜要素の両端面を閉塞する第１および第２の端面閉塞部より構成された外装体とを備え、
前記スパイラル状膜要素の外周面と前記外装体の前記円筒部の内周面との間にシール材が装着され、前記第１および第２の端面閉塞部が前記円筒部から分離可能かつ前記スパイラル状膜要素から取外し可能に構成され、かつ前記円筒部が前記スパイラル状膜要素から取外し可能に構成されたことを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項２】
前記円筒部の両端部に第１のねじ部が形成され、前記第１および第２の端面閉塞部に前記円筒部の前記第１のねじ部に螺合する第２のねじ部が形成されたことを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
前記シール材が、前記スパイラル状膜要素の外周面に締着される環状締着部および前記環状締着部の一方の端面から原液供給側に向かって斜め外周方向に漸次薄くなる環状突出部からなることを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
前記シール材がゴムからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項５】
前記シール材に微小な孔が設けられたことを特徴とする請求項４記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項６】
前記シール材がホットメルト樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項７】
前記シール部材は、発泡シートからなることを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項８】
前記第１および第２の端面閉塞部にそれぞれ原液入口および濃縮液出口が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中の成分の分離操作に用いられるスパイラル型膜エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分離膜技術は、水不足に対応した海水の淡水化やかん水の脱塩、電子産業および医薬分野での超純水の製造、排水の再利用、さらには食品、医薬およびファインケミカルにおける分離、生成、濃縮等、様々な用途で活用されている。
【０００３】
近年では、水道水の浄水処理プロセスに精密濾過膜モジュールや限外濾過膜モジュールが使用され始めており、また、海水淡水化には逆浸透膜モジュールが使用されている。このような分野では処理容量が大きいため分離膜モジュールの使用量も増加しつつある。一方、半導体産業をはじめ幅広い分野で分離膜モジュールの用途がますます拡大する傾向にあり、分離膜モジュールのニーズはさらに増すと考えられる。
【０００４】
このような濾過用に用いられる膜モジュールとしては用途や目的に合わせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、平膜積層型など各種形式の膜モジュールが存在する。中でも、スパイラル型膜モジュールは、活性薄膜化が比較的容易なシート状分離膜を用いており、耐圧性に優れ、しかも比較的安価に製造できるという利点を有する。そのため、使用量が今後さらに増加すると予想される。
【０００５】
スパイラル型膜モジュールは、スパイラル型膜エレメントを圧力容器内に収容してなる。スパイラル型膜エレメントは、使用に伴い除去物質により汚染され、分離性能（透過能力および除去能力）が低下する。逆流洗浄等による物理的または薬品による化学的清浄を行って性能を回復させているが、徐々に回復性能が低下し、長くても数年で寿命となるため、スパイラル型膜エレメントの交換が必要となる。
【０００６】
図６に従来のスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図を示す。スパイラル状膜要素１は、透過液流路材の両面に分離膜を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜を形成し、その封筒状膜の開口部を有孔中空管からなる集水管５に取り付け、ネット状の原液流路材とともに集水管の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。スパイラル状膜要素１の両端面にアンチテレスコープ１１が装着され、ガラス繊維を含有するエポキシ樹脂をスパイラル状膜要素１の外周面上に塗り固めることによりスパイラル状膜要素１の外周面がＦＲＰシェル１０で覆われている。
【０００７】
そのため、使用済みのスパイラル型膜エレメントを解体し、各部材の状態に応じて部材ごとに再利用または廃棄処理するといった細かな対応は困難である。また、使用済みのスパイラル型膜エレメントの解体、分別および廃棄を実施すると、膨大な労力を要し製品コストの上昇につながる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、スパイラル型膜モジュールの使用量が今後さらに増加すると予想され、それに伴う使用済みスパイラル型膜エレメントの大量発生が見込まれる。地球環境の保全が注目される昨今、解体が容易で部材ごとに再利用または廃棄処理が可能なスパイラル型膜エレメントの開発が望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、解体が容易で部材ごとに再利用または廃棄処理が可能なスパイラル型膜エレメントを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、圧力容器内に収納されて用いられるスパイラル型膜エレメントであって、有孔中空管の外周面に透過性膜を巻回したスパイラル状膜要素と、スパイラル状膜要素の外周面を覆う円筒部およびスパイラル状膜要素の両端面を閉塞する第１および第２の端面閉塞部より構成された外装体とを備え、スパイラル状膜要素の外周面と外装体の円筒部の内周面との間にシール材が装着され、第１および第２の端面閉塞部が円筒部から分離可能かつスパイラル状膜要素から取外し可能に構成され、かつ円筒部がスパイラル状膜要素から取外し可能に構成されたものである。
【００１１】
本発明に係るスパイラル型膜エレメントでは、第１および第２の端面閉塞部が円筒部から分離可能かつスパイラル状膜要素から取外し可能に構成され、かつ円筒部がスパイラル状膜要素から取外し可能に構成されているので、スパイラル状膜要素は外装体の円筒部の両端面のいずれかから取り出すことが可能である。
【００１２】
このように、外装体を複数個に分離することによりスパイラル状膜要素から取り外すことが可能である。これにより、外装体およびスパイラル状膜要素の各部材を再利用または廃棄処理することが可能である。
【００１３】
また、スパイラル状膜要素の外周面と外装体の円筒部の内周面との間にシール材が装着されている。第１の端面閉塞部から供給された原液は、透過性膜を透過し有孔中空管に流れ込む透過液と、透過性膜を透過せず第２の端面閉塞部から排出される濃縮液とに分離される。原液と濃縮液が混合しないようにシール材で分離することにより、分離操作を効率的に行うことができる。
【００１４】
円筒部の両端部に第１のねじ部が形成され、第１および第２の端面閉塞部に円筒部の第１のねじ部に螺合する第２のねじ部が形成されてもよい。この場合、外装体はねじ部で分離可能である。
【００１５】
シール材が、スパイラル状膜要素の外周面に締着される環状締着部および環状締着部の一方の端面から原液供給側に向かって斜め外周方向に漸次薄くなる環状突出部からなってもよい。環状突出部の先端部外周は円筒部の内周面と液密に接触し、原液側の空間と濃縮液側の空間との間をシールする。この場合、環状突出部を挟む原液側空間と濃縮液側空間の差圧が大きくなるほど、環状突出部は円筒部の内周面との接触面積が増加するように変形する。それにより、シール性が高くなる。
【００１６】
シール材がゴムからなることが好ましい。これにより、シール部材の密封性および変形性が良好となる。
【００１７】
シール材に微小な孔が設けられてもよい。これにより、スパイラル状膜要素の外周面と外装体の円筒部の内周面との間に挟まれた空間に液体が流れるようになる。その結果、液体の滞留による液質の低下が防止される。
【００１８】
シール材がホットメルト樹脂からなってもよい。ホットメルト樹脂は取り扱い性が良好であるため、組み立てが容易になる。また、ホットメルト樹脂は加熱により溶融するので、解体が容易になる。
【００１９】
シール部材は、発泡シートからなってもよい。この場合、発泡シートによりスパイラル状膜要素の外周面と外装体の円筒部の内周面との間にデッドスペースが形成されず、液質の低下が発生しない。
【００２０】
第１および第２の端面閉塞部にそれぞれ原液入口および濃縮液出口が設けられてもよい。これにより、第１の端面閉塞部の原液入口より供給された原液は、スパイラル状膜要素の一方の端面からスパイラル状膜要素の内部に流入した後、濃縮液と透過液とに分離され、濃縮液はスパイラル状膜要素の他方の端面から流出し、第２の端面閉塞部の濃縮液出口より排出される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例におけるスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図、図２は図１のスパイラル型膜エレメントにおけるゴムパッキンの拡大断面図である。また、図３はスパイラル型膜エレメントにおけるスパイラル状膜要素の一部切欠き斜視図である。
【００２２】
まず、図３に示すように、スパイラル状膜要素１は、透過液流路材３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜４を形成し、その封筒状膜４の開口部を有孔中空管からなる集水管５に取り付け、原液流路材６とともに集水管５の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。
【００２３】
図１に示すように、スパイラル状膜要素１の原液側端面１６ａの近くの外周面にゴムパッキン１２が締着されている。ゴムパッキン１２は、図２に示すように、環状締着部１２ａおよび環状締着部１２ａの一方の端面から図１のスパイラル状膜要素１の原液側端面１６ａに向かって斜め外周方向に漸次薄くなる環状突出部１２ｂを一体形成してなる。
【００２４】
図１に示すように、ゴムパッキン１２が取り付けられたスパイラル状膜要素１は、円筒形の外装材１０ａの内部に挿入される。外装材１０ａの軸方向の長さはスパイラル状膜要素１と同一であり、外装材１０ａの外周面の両端部には雄ねじが形成されている。また、ゴムパッキン１２の環状突出部１２ｂの先端部外周は外装材１０ａの内周面と液密に接触している。
【００２５】
なお、外装材１０ａの材質としては、ステンレス等の金属材料、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等の複合材料、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、変性ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、ＡＢＳ（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合体）樹脂等のプラスチックが挙げられる。
【００２６】
また、ゴムパッキン１２の材料としては、ＢＲ（ブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、シリコーンゴム、バイトン等が挙げられる。
【００２７】
外装材１０ａの両端部に、スパイラル状膜要素１の原液側端面１６ａおよび外装材１０ａの端部を覆う第１アンチテレスコープ１１ａと、濃縮液側端面１６ｂおよび外装材１０ａの端部を覆う第２アンチテレスコープ１１ｂがそれぞれ取り付けられる。これにより、スパイラル型膜エレメント１００が形成される。
【００２８】
第１アンチテレスコープ１１ａは、スパイラル状膜要素１および外装材１０ａの端面を覆う円板部と外装材１０ａの端部外周を覆う円筒部とが一体形成されてなる。そして、第１アンチテレスコープ１１ａの円筒部の内周面に外装材１０ａの端部の雄ねじに螺合する雌ねじが形成されている。第１アンチテレスコープ１１ａの円板部の中央には、集水管５の端部が貫通する孔部が設けられ、その孔部の周囲には原液入口１４ａが形成され、円板部の外周面にはシール材取り付け用の溝が設けられている。
【００２９】
一方、第２アンチテレスコープ１１ｂは、スパイラル状膜要素１および外装材１０ａの端面を覆う円板部と外装材１０ａの端部外周を覆う円筒部とが一体形成されてなる。そして、第２アンチテレスコープ１１ｂの円筒部の内周面に外装材１０ａの端部の雄ねじに螺合する雌ねじが形成されている。第２アンチテレスコープ１１ｂの円板部の中央には、集水管５の端部が貫通する孔部が設けられ、その孔部の周囲には濃縮液出口１４ｂが形成されている。
【００３０】
なお、第１アンチテレスコープ１１ａおよび第２アンチテレスコープ１１ｂの材質としては、ステンレス等の金属材料、ＦＲＰ等の複合材料、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＰＥ、変性ＰＰＥ、ＰＶＣ、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックが挙げられる。
【００３１】
本実施例では、外装材１０ａ、第１アンチテレスコープ１１ａおよび第２アンチテレスコープ１１ｂが外装体を構成する。
【００３２】
図１のスパイラル型膜エレメント１００は、運転時には、圧力容器（図示せず）内に収納される。原液７が第１アンチテレスコープ１１ａの原液入口１４ａに供給され、図３に示すように、原液流路材６に沿って軸方向に流れる。その過程で分離膜２を透過した透過液８は、透過液流路材３に沿って流れ、集水管５の外周面に設けた孔を通って集水管５の内部に流れ込み、集水管５の端部から排出される。一方、透過されなかった原液７は濃縮液９となり、図１に示す第２アンチテレスコープ１１ｂの濃縮液出口１４ｂから排出される。
【００３３】
ゴムパッキン１２の環状突出部１２ｂは原液７の上流方向に開いた構造となっている。このため、原液７が流れて環状突出部１２ｂを挟む原液側空間１５ａと濃縮液側空間１５ｂとの間に圧力損失による差圧が発生することにより、環状突出部１２ｂは外装材１０ａの内周面との接触面積が増加するように変形する。それにより、シール性が高くなる。
【００３４】
使用済みのスパイラル型膜エレメント１００において、第１アンチテレスコープ１１ａまたは第２アンチテレスコープ１１ｂを外装材１０ａから取り外せばスパイラル状膜要素１を容易に抜き出すことができる。
【００３５】
第１アンチテレスコープ１１ａ、第２アンチテレスコープ１１ｂおよび外装材１０ａは再利用が可能であり、スパイラル状膜要素１を構成している各部材およびパッキン１２は、部材ごとに解体して再利用または廃棄処理ができるため、スパイラル型膜エレメント１００の部材の再利用率が大幅に改善できる。
【００３６】
なお、スパイラル状膜要素１の外周面と外装材１０ａの内周面との間にデッドスペースが形成され、液体の滞留による液質の低下が懸念される場合は、ゴムパッキン１２に微小な孔を設けることにより、原液側空間１５ａから濃縮液側空間１５ｂに原液７の一部が流れるようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施例のスパイラル型膜エレメント１００においては、スパイラル状膜要素１の外周面にガラス繊維を含有するエポキシ樹脂等のＦＲＰ樹脂を塗り固める従来法と比較し、硬化時間待ちがなく、また組み立てや分解および分別が簡便にでき、組み立て作業環境が改善できる。
【００３８】
図４は本発明の第２の実施例におけるスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図である。本実施例は、第１の実施例におけるゴムパッキン１２の代わりにホットメルト樹脂１３を用いたものである。
【００３９】
スパイラル状膜要素１を外装材１０ａの内部に挿入し、原液入口１４ａ側の外装材１０ａの内周面とスパイラル状膜要素１の外周面との間をホットメルト樹脂１３により液密に埋める。
【００４０】
ホットメルト樹脂１３の材質としては、主成分がエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリアミド、ポリエステル、アタクチックポリプロピレン等の合成ゴム系が挙げられる。
【００４１】
外装材１０ａ、第１アンチテレスコープ１１ａおよび第２アンチテレスコープ１１ｂの構成および材質は第１の実施例と同じである。また、スパイラル型膜エレメント１００の運転時の原液７、透過液８および濃縮液９の流動も第１の実施例と同じである。
【００４２】
使用済みのスパイラル型膜エレメント１００において、第１アンチテレスコープ１１ａまたは第２アンチテレスコープ１１ｂを外装材１０ａから取り外せばスパイラル状膜要素１を容易に抜き出すことができる。
【００４３】
第１アンチテレスコープ１１ａ、第２アンチテレスコープ１１ｂおよび外装材１０ａは再利用が可能であり、スパイラル状膜要素１を構成している各部材およびホットメルト樹脂１３は、部材ごとに解体して再利用または廃棄処理ができるため、スパイラル型膜エレメント１００の部材の再利用率が大幅に改善できる。
【００４４】
ホットメルト樹脂は取り扱い性が良好であるため、組み立てが容易になる。また、ホットメルト樹脂は加熱により溶融するので、解体が容易になる。
【００４５】
また、スパイラル状膜要素１の外周面にガラス繊維を含有するエポキシ樹脂等のＦＲＰ樹脂を塗り固める従来法と比較し、硬化時間待ちがなく、また組み立てや分解および分別が簡便にでき、組み立て作業環境が改善できる。
【００４６】
図５は本発明の第３の実施例におけるスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図である。本実施例は、第１の実施例のゴムパッキン１２および第２の実施例のホットメルト樹脂１３の代わりに発泡シート１７を用いたものである。
【００４７】
ゴムからなる発泡シート１７を外周面に巻回したスパイラル状膜要素１を外装材１０ａの内部に挿入し、加熱することにより外装材１０ａの内周面とスパイラル状膜要素１の外周面との間を発泡シート１７により液密に埋める。なお、発泡シート１７の幅はスパイラル状膜要素１の軸方向の長さと同一である。
【００４８】
発泡シート１７の材質としては、ＰＥ、ＰＰ、ポリウレタン、ポリスチレン等が挙げられる。
【００４９】
外装材１０ａ、第１アンチテレスコープ１１ａおよび第２アンチテレスコープ１１ｂの構成および材質は第１の実施例と同じである。また、スパイラル型膜エレメント１００の運転時の原液７、透過液８および濃縮液９の流動も第１の実施例と同じである。
【００５０】
使用済みのスパイラル型膜エレメント１００において、第１アンチテレスコープ１１ａまたは第２アンチテレスコープ１１ｂを外装材１０ａから取り外せばスパイラル状膜要素１を容易に抜き出すことができる。
【００５１】
第１アンチテレスコープ１１ａ、第２アンチテレスコープ１１ｂおよび外装材１０ａは再利用が可能であり、スパイラル状膜要素１を構成している各部材および発泡シート１７は、部材ごとに解体して再利用または廃棄処理ができるため、スパイラル型膜エレメント１００の部材の再利用率が大幅に改善できる。
【００５２】
また、スパイラル状膜要素１の外周面にガラス繊維を含有するエポキシ樹脂等のＦＲＰ樹脂を塗り固める従来法と比較し、硬化時間待ちがなく、また組み立てや分解および分別が簡便にでき、組み立て作業環境が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜エレメントにおけるゴムパッキンの拡大断面図である。
【図３】図１、図４、図５および図６のスパイラル型膜エレメントにおけるスパイラル型膜要素の一部切欠き斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例におけるスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例におけるスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図である。
【図６】従来のスパイラル型膜エレメントの軸方向の断面図である。
【符号の説明】
１  スパイラル状膜要素
５  集水管
７  原液
１０ａ  外装材
１１ａ  第１アンチテレスコープ
１１ｂ  第２アンチテレスコープ
１２  ゴムパッキン
１２ａ  環状締着部
１２ｂ  環状突出部
１３  ホットメルト樹脂
１４ａ  原液入口
１４ｂ  濃縮液出口
１７  発泡シート
【図１】
0003874542.tif 000002
【図２】
0003874542.tif 000003
【図３】
0003874542.tif 000004
【図４】
0003874542.tif 000005
【図５】
0003874542.tif 000006
【図６】
0003874542.tif 000007