(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜モジュールを耐圧容器内に設置してなる膜分離装置において、
該耐圧容器は筒状であり、筒軸心方向の中間部に第１の室が設けられ、筒軸心方向の両端側にそれぞれ第２の室が設けられ、且つ該第２の室の筒軸心側に第３の室が設けられており、
耐圧容器には各室内を耐圧容器外に連通する通液部が設けられており、
前記膜モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールであって、
該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、
前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、
該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイラル型膜モジュールであり、
該膜モジュールの原水流路が第１の室と、第２の室及び第３の室の一方とに連通し、
該膜モジュールの透過水流路が第２の室及び第３の室の他方に連通しており、かつ、
前記スパイラル型膜モジュールの袋状膜の開放部は前記巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、前記原水流路は前記巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されており、
該袋状膜の開放部から流出する透過水と該原水流路の開放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体の後端面に接続さ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、特に膜モジュールとしてスパイラル型膜モジュールを用いた場合に好適な膜分離装置に関する。詳しくは、本発明は１個の耐圧容器内に複数個の膜モジュールを設置した膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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５は従来のスパイラル型膜モジュール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、その外周にブラインシール８が周設されている。
【０００７】
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、そのまま巻回体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する。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の後端側からモジュール外に取り出される。
【０００８】
このようなスパイラル型膜モジュールは、円筒状の耐圧容器内に収容され、該巻回体５の前端面側に原水の流入室が設けられ後端面側に濃縮水の流出室が設けられ、この濃縮水の中央を貫通するように透過水の取出管が耐圧容器の軸心線の延長方向に延設される。
【０００９】
なお、複数個の膜モジュールを１個の円筒状の耐圧容器内に収容されることがある。この場合、各膜モジュールは直列に設置される。即ち、第１の膜モジュールの後端面から流出した濃縮水が第２の膜モジュールの前端面から第２の膜モジュールの原水流路に流入し、該第２の膜モジュールの後端面から濃縮水として流出する。以下、同様に第ｎの膜モジュールの後端面から流出した濃縮水が第（ｎ＋１）の膜モジュールの前端面から第（ｎ＋１）の膜モジュールの原水流路に流入し、その後端面から濃縮水として流出する。各膜モジュールの集水管は、耐圧容器の軸心を貫通する１本の長い管路を構成するように連結され、各膜モジュールの透過水はこの１本の集水管連結体を通って耐圧容器外に取り出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
１個の耐圧容器内に複数個の膜モジュールを設置した従来の膜分離装置は、原水が各膜モジュールを直列に流れるものであり、原水の通水抵抗が大きくなり、処理効率が低い。
【００１１】
本発明は、１個の耐圧容器内に複数の膜モジュールを並列に設置して原水を効率良く膜分離処理することができる膜分離装置を提供することを第１の目的とするものである。
【００１２】
また、上記従来のスパイラル型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があった。
【００１３】
▲１▼  集水管１内の透過水流量を多くするためには該集水管１を大径化する必要があるが、そのようにするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなってしまう。
▲２▼  袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内から集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵抗も大きい。
▲３▼  原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、汚れが付着し易くなる。
【００１４】
本発明は、かかる問題点を解決し、集水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル型膜モジュールを備えた膜分離装置を提供することを第２の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離装置は、膜モジュールを耐圧容器内に設置してなる膜分離装置において、該耐圧容器は筒状であり、筒軸心方向の中間部に第１の室が設けられ、筒軸心方向の両端側にそれぞれ第２の室が設けられ、且つ該第２の室の筒軸心側に第３の室が設けられており、耐圧容器には各室内を耐圧容器外に連通する通液部が設けられており、前記膜モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールであって、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイラル型膜モジュールであり、該膜モジュールの原水流路が第１の室と、第２の室及び第３の室の一方とに連通し、該膜モジュールの透過水流路が第２の室及び第３の室の他方に連通しており、かつ、前記スパイラル型膜モジュールの袋状膜の開放部は前記巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、前記原水流路は前記巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されており、該袋状膜の開放部から流出する透過水と該原水流路の開放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体の後端面に接続されていることを特徴とするものである。
【００１６】
かかる膜分離装置にあっては、原水は耐圧容器内に導入され各膜モジュールに並列に導入されて膜分離処理されるため、原水の通水抵抗が小さく効率の良い膜分離処理を行うことができる。
【００１７】
本発明において、耐圧容器内に設置される膜モジュールは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜モジュールであって、該袋状膜は第１、第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっている。
【００１８】
かかるスパイラル型膜モジュールにおいては、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。この原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水として流出する。
【００１９】
袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開放部から流出する。
【００２０】
このように、透過水が袋状膜内を巻回体の軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そして、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。
【００２１】
なお、集水管を無くしているため、その分だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００２２】
この膜モジュールでは、巻回体の後端面の一部においてのみ原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めることができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止できる。
【００２３】
この膜モジュールでは、袋状膜の開放部は巻回体の後端面の外周側又は内周側に配置され、原水流路は巻回体の後端面の内周側又は外周側に配置されており、袋状膜の開放部から流出する透過水と原水流路の開放部から流出する濃縮水とを離隔させるための環状部材が該巻回体の後端面に接続されている。この環状部材によって原水の流出側と濃縮水の流出側とが区画される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
図６は実施の形態に係る膜分離装置の断面図である。
【００２６】
円筒状の耐圧容器４０の長手方向の中間部にセンターポート（通液部）４２が設けられ、このセンターポート４２から耐圧容器４０内の中央の第１の室（以下、「流入室」ということがある。）４４へ原水が流入する。この流入室４４を挟んで２個のスパイラル型膜モジュール４６，４６が配置されている。なお、膜モジュール４６，４６同士の間に所定の間隔をあけて流入室４４を形成するためにスペーサ４８が膜モジュール４６，４６間に配置されている。
【００２７】
この膜モジュール４６は、袋状膜を原水流路材を介して巻回し、袋状膜同士の間を原水流路とし袋状膜内部を透過水流路としたものである。流入室４４内の原水は膜モジュール４６の一端面から袋状膜同士の間に流入し、巻回体よりなる膜モジュール４６の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、膜モジュール４６の他端面の外周側から第２の室（以下、「流出室」ということがある。）５０内に濃縮水として流れ込む。
【００２８】
耐圧容器４０の両端側の側周面にはサイドポート５２が設けられており、流出室５０内の濃縮水はこのサイドポート５２から耐圧容器４０外へ取り出される。
【００２９】
袋状膜の巻回体の該流出室５０に臨む端面の中央部においては、この袋状膜の内部から透過水を流出させる開口が設けられており、透過水はこの開口から第３の室（ソケット２５内）へ流出する。このソケット２５は巻回体よりなる膜モジュール４６と同軸的に設けられており、このソケット２５の外側が流出室５０となっている。
【００３０】
耐圧容器４０の両端はエンドプレート５４で封じられている。このエンドプレート５４の中央部にエンドポート５６が設けられており、前記ソケット２５内はこのエンドポート５６に連通している。
【００３１】
膜モジュール４６の端面の透過水流出用開口からソケット２５内に流入した透過水は、このエンドポート５６から耐圧容器４０外へ取り出される。
【００３２】
このように構成された膜分離装置は、２個の膜モジュール４６を備え、各膜モジュール４６で原水を処理するものであり、１個の膜モジュールを備えた膜分離装置を２基並設した場合と同じ透過水量を得ることができる。しかも２個の膜モジュール４６が１個の耐圧容器４０内に配列されているから、膜分離装置の構成がコンパクトであり、設置面積が少ない。なお、耐圧容器４０をその軸心線方向が上下方向となるように設置した場合には、膜分離装置の設置面積がきわめて小さなものとなる。
【００３３】
上記の実施の形態ではエンドポート５６から透過水を取り出すようにしているが、後述の図１〜４のスパイラル型膜モジュールのように袋状膜の透過水流出用開口を袋状膜の巻回体よりなる膜モジュール４６の外周側に配置し、ソケット２５内を袋状膜同士の間の原水流路に連通するように構成した場合、透過水はサイドポート５２から取り出され、濃縮水はエンドポート５６から取り出される。
【００３４】
次に、本発明において採用するのに好適なスパイラル型膜モジュールについて説明する。
【００３５】
図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュールに用いられる一枚の袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフトの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４はスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【００３６】
この袋状膜１０は、正方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有している。この袋状膜１０は、長い一枚の分離膜フィルムを第２の辺部１２の部分で二つに折り返し、第１の辺部１１及び第３の辺部１３において折り重なった分離膜フィルム同士を接着剤等によって接着し、第４の辺部１４の一部については接着を行うことなく開放部とした袋状のものである。
【００３７】
第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されておらず、透過水流出用の開放部３０となっている。また、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１にかけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となっている。
【００３８】
この袋状の膜１０内に流路材（例えばメッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されている。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルムを第２の辺部１２部分で二つに折り返したものに限らず、二枚の分離膜フィルムを重ね合わせ、第１の辺部１１、第２の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接着するようにしたものであっても良い。
【００３９】
この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き付けられる。接着剤１６は第１の辺部１６に沿って付着され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されている。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開放部３０に沿って付着されている。
【００４０】
複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士は接着剤１６，１７，１８の部分において水密的に接合される。これにより、袋状膜１０，１０……同士の間には原水（及び濃縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水流出阻止用の閉鎖部が形成される。
【００４１】
第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分から、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されている。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合されるのが好ましい。
【００４２】
袋状膜１０，１０……をシャフト２０の周りに図２の如くメッシュスペーサ２９を介して巻き付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出部を形成することになる。このリング状の突出部内に円筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５とフィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても良い。
【００４３】
このようにソケット２５とフィン１９とを接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域とが区画される。
【００４４】
なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０同士の間にメッシュスペーサ２９を介在させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させることにより、原水流路が構成される。
【００４５】
図４に示すように、巻回体２４の前縁及び後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６の外周にブラインシール２８を周設する。
【００４６】
このように構成されたスパイラル型膜モジュールにおいては、図４に示すように、巻回体２４の前端面から原水が袋状膜１０，１０……同士の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２４の軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケット２５の内側の端面から取り出される。そして、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうちソケット２５の外周側から流出する。
【００４７】
このスパイラル型膜モジュールにあっては、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパイラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要である。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくなる。
【００４８】
なお、集水管を省略しており、その分だけ袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、透過水量を多くすることができる。
【００４９】
この実施の形態にあっては、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成としているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域における汚れの付着を防止することができる。なお、ソケット２５の内側の面積と外側の面積（接着材１８の辺部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュールの水回収率に応じて決めるのが好ましい。
【００５０】
また、この実施の形態にあっては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。
【００５１】
なお、図１〜４の実施の形態においては、ソケット２５の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮水流出部とするように構成しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の膜分離装置は１個の耐圧容器内に複数の膜モジュールを設けたものであり、コンパクトな構成で高透過水量を得ることができる。本発明の膜分離装置は、原水の通水抵抗が小さく、効率の良い膜分離処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は本発明で採用するのに好適なスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻き付け方法を示す断面図である。
【図３】巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す一部分解斜視図である。
【図６】本発明の膜分離装置の断面図である。
【符号の説明】
１０  袋状膜
１１  第１の辺部
１２  第２の辺部
１３  第３の辺部
１４  第４の辺部
１５  流路材
１６，１７，１８  接着剤
１９  フィン
２０  シャフト
２４  巻回体
２５  ソケット
２９  メッシュスペーサ
３０  透過水流出用の開放部
３１  透過水流出阻止用の閉鎖部
４０  耐圧容器
４２  センターポート
４４  第１の室（流入室）
４６  膜モジュール
５０  第２の室（流出室）
５２  サイドポート
５６  エンドポート
【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】
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【図６】
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