(57)【要約】  【課題】  スパイラル型流体分離素子を大型化した場合でも、所望の機械的強度があり、複数本のスパイラル型流体分離素子を配列しても、隣接するスパイラル型流体分離素子のテレスコープ防止板間において著しい流動抵抗の上昇を回避することができるようにする。  【解決手段】  集液孔を有する集液管の周りに、分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニット７が巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体で覆われ、膜ユニット及び外装体の両端面に、それぞれ、テレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型流体分離素子であって、テレスコープ防止板１０に複数個の原液通過孔１３が開口し、該原液通過孔１３が長形状であり、かつ、該長形状の長軸方向が、テレスコープ防止板１０の半径方向に対し交差する。【選択図】  図１
2009189947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集液孔を有する集液管の周りに、分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットが巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体で覆われ、膜ユニット及び外装体の両端面に、それぞれ、テレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型流体分離素子であって、テレスコープ防止板に複数個の原液通過孔が開口し、該原液通過孔が長形状であり、かつ、該長形状の長軸方向が、テレスコープ防止板の半径方向に対し交差することを特徴とするスパイラル型流体分離素子。
【請求項２】
テレスコープ防止板が、内周環状部、外周環状部、及び、内周環状部と外周環状部とを繋ぐスポーク部を有する構造であり、かつ、原液通過孔が、内周環状部及び／又は外周環状部に設けられていることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型流体分離素子。
【請求項３】
流体分離素子の両端におけるテレスコープ防止板は、その原液通過孔の形状及び配置が、流体分離素子の外方から見て実質的に同じであることを特徴とするスパイラル型流体分離素子。
【請求項４】
テレスコープ防止板の原液通過孔の長形状が、長軸に対して軸対象の形状であ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流体分離素子。
【請求項５】
テレスコープ防止板の原液通過孔の長形状が、略弧状であ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流体分離素子。
【請求項６】
内周環状部、外周環状部、及び、内周環状部と外周環状部とを繋ぐスポーク部を有する構造のテレスコープ防止板であって、テレスコープ防止板の内周環状部及び／又は外周環状部に複数個の原液通過孔が開口し、該原液通過孔が長形状であり、かつ、該長形状の長軸方向が、テレスコープ防止板の半径方向に対し交差することを特徴とするテレスコープ防止板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器内に複数本を装填して使用されるスパイラル型流体分離素子に関するものである。即ち、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜などの平膜がスパイラル状に巻回して配設されてなるスパイラル型流体分離素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海水淡水化や、半導体分野における超純水製造の用途において、さらには、一般かん水淡水化用途や、有機物分離、廃水再利用などをはじめとする種々の水処理用途において、水処理手段として分離膜を用いた流体分離処理が利用されている。この膜による分離処理では、分離膜を用いたスパイラル型流体分離素子が使用され、その使用が急速に増加してきている。
【０００３】
スパイラル型流体分離素子は、一般的に、分離膜を通過した透過液が集合する集液管の周りに、分離膜ユニットを巻回し、巻回した膜ユニットの両端にテレスコープ防止板を配置し、さらにその外周に繊維強化樹脂からなる外装体を形成した構造をとる。
【０００４】
産業用水処理で用いられる場合では、直径８インチまたは直径４インチのスパイラル型流体分離素子が主流である。近年では、大容量水処理に対応すべく直径１６インチの大型スパイラル型流体分離素子が開発され社会的に認知されてきている。
【０００５】
スパイラル型流体分離素子を用いて実際に流体分離を行う際には、複数本のスパイラル型流体分離素子を、圧力容器内に長手方向に直列に配列して装填して分離膜モジュールとして使用される。分離膜による分離性能を効果的に発揮し、かつ分離膜面の汚れを防止するために必要な液量を分離膜面上に流すために、４〜８本のスパイラル型流体分離素子を圧力容器内に直列に収容して使用されることが多い。直列に配列して装填されたスパイラル型流体分離素子は、流体分離素子の端部のテレスコープ防止板と隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板とを密接させ、かつ、中央の透過液流路をコネクタによって繋ぐことによって接続されている。
【０００６】
スパイラル型流体分離素子の端部に取付けられているテレスコープ防止板としては、一般的に、集液管と係合する内周環状部と、スパイラル型流体分離素子の直径とほぼ同等の直径を有する外周環状部と、これら環状部同士を連結するスポーク型のテレスコープ防止板や（特許文献１、特許文献２、非特許文献２）、または、丸孔をパンチングした板、あるいはスポークと丸孔パンチング板とを組み合わせて構成される丸孔パンチング型のテレスコープ防止板（特許文献３、非特許文献１）が用いられている。
【０００７】
直径１６インチの大型スパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板は、上記した従来のテレスコープ防止板の形状を単に大型化して作製することが考えられる。しかし、単に大型化した場合、次のような問題が生じる。
【０００８】
スポーク型テレスコープ防止板の場合、直径８インチ流体分離素子に比しスポーク部の長さが大幅に長くなり、外周近くではスポーク部の間が相当に広くなる。スポーク部が長くなり、間隔が広くなると使用時に受ける液圧力による変形が大きくなり、破損され易くなるので、所望の機械的強度が得られ難い。
【０００９】
機械的強度を確保するための対策としては、スポーク部の厚みを増すこと、またはスポーク部の本数を増すことが考えられる。しかしながら、樹脂の射出成形によって大量生産される一般的なテレスコープ防止板の場合、次のような問題が生じる。すなわち、スポーク部の厚みを増す場合、射出成形に好適な厚みの上限である４〜５mmを越えると、射出成形後の熱収縮が均一にならず、スポーク部の変形により却って強度の低下を来すといった弊害がある。
【００１０】
また、スポーク部の本数を増やした場合、スポーク部が集中する内周環状部の近傍において、隣接するスポーク部同士が接触して一体化するので、射出成形に適した厚み上限を超過し、強度の低下を来す。そこで、隣りのスポーク部と接触しないようにするためには、中央環状部の外径を大きくすることや、スポーク部を細くすることが考えられるが、いずれの場合でも、射出成形品において所要の強度を確保することが困難となる。
【００１１】
また、丸孔パンチング型のテレスコープ防止板の場合、大型化することによる強度低下の問題は生じ難い。しかし、強度確保のために原液通過用丸孔の開孔率は、スポーク型の場合よりも低くすることが必要であるので、原液の通過面積の減少による著しい流動抵抗の増加を招き、原液の送液圧力を高めなければならない。この場合は送液ポンプのエネルギー的負荷が上がるばかりか、スパイラル型流体分離素子とその部品であるテレスコープ防止板への機械的負荷が却って高まってしまうといった問題がある。
【００１２】
さらに、丸孔パンチング型のテレスコープ防止板の場合は、隣接するエレメントのテレスコープ防止板同士における丸孔位置の配置が、そのエレメント中心軸に対する回転位相により、丸孔位置が重なったり、重ならずにずれたりするので、丸孔位置の重なり程度によって原液の通過し易さが大きく変動する。よって、隣接するエレメントの配置により、流動抵抗が大きく異なってくるといった問題がある。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２１２５１４号報
【特許文献２】特表２００７−５１７６６１号報
【特許文献３】特開２００５−１１１４７３号報
【非特許文献１】ハイドロノーティクス（HYDRANATUICS）、フラッシュカットエレメントデザイン（FLUSH CUT ELEMENT DESIGN）、テクニカルサービスブレテイン（Technical Service Bulletin）、[online]２００２年９月、ハイドロノーティクスホームページ［平成２０年１月２０日検索］、インターネット<ＵＲＬ：http://www.membranes.com/docs/tsb/tsb103.pdf>
【非特許文献２】ジョンソン ジェイ（Johnson Ｊ）アイレック インターロッキング エンドキャプス メイクシーウォーター デズリネイション プロセッシング イージアー レス エクスペンシブ （iLEK interlocking Endcaps Make Seawater Desalination Processing Easier Less Expensive） ［online］、 ダウケミカルカンパニー（Dow Chemical Company）、２００４年８月３１日、ダウケミカルカンパニーホームページ［平成２０年１月２０日検索］、インターネット<ＵＲＬhttp://www.dow.com/webapps/lit/litorder.asp?filepath=liquidseps/pdfs/noreg/609-00466.pdf>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、圧力容器内に複数のスパイラル型流体分離素子を装填して膜分離モジュールを作製する際に使用されるスパイラル型流体分離素子の直径を大型化した場合であっても、所望の機械的強度があり、隣接するスパイラル型流体分離素子のテレスコープ防止板の原液通過孔同士の間での流体通過断面積を安定的に確保し、原液通過抵抗の上昇を回避できるテレスコープ防止板を備えたるスパイラル型流体分離素子を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のスパイラル型流体分離素子は、集液孔を有する集液管の周りに、分離膜、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットが巻回され、その巻回された膜ユニットの外周が外装体で覆われ、膜ユニット及び外装体の両端面に、それぞれ、テレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型流体分離素子であって、テレスコープ防止板に複数個の原液通過孔が開口し、該原液通過孔が長形状であり、かつ、該長形状の長軸方向が、テレスコープ防止板の半径方向に対し交差することを特徴とするものである。
【００１６】
また、テレスコープ防止板が、内周環状部、外周環状部、及び、内周環状部と外周環状部とを繋ぐスポーク部を有する構造であり、かつ、原液通過孔が、内周環状部及び／又は外周環状部に設けられていることが好ましい。
【００１７】
また、流体分離素子の両端におけるテレスコープ防止板は、その原液通過孔の形状及び配置が、流体分離素子の外方から見て実質的に同じであることが好ましい。
さらには、テレスコープ防止板の原液通過孔の長形状が、長軸に対して軸対象の形状であることが好ましいが、原液通過孔の長形状が略弧状であってもよい。
【００１８】
またさらには、本発明は、内周環状部、外周環状部、及び、内周環状部と外周環状部とを繋ぐスポーク部を有する構造のテレスコープ防止板であって、テレスコープ防止板の内周環状部及び／又は外周環状部に複数個の原液通過孔が開口し、該原液通過孔が長形状であり、かつ、該長形状の長軸方向が、テレスコープ防止板の半径方向に対し交差することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のスパイラル型流体分離素子では、テレスコープ防止板の内周環状部や外周環状部等に長形状の原液通過孔が開けられているので、スパイラル型流体分離素子の直径を大型化した場合であっても、所望の機械的強度を備えた直径の大きいテレスコープ防止板を容易に設計・製造することができる。さらに、複数のスパイラル型流体分離素子を圧力容器内に長手方向に直列に配列装填した際に、テレスコープ防止板の原液通過孔の位相に因らず、隣接するテレスコープ防止板同士の間における原液流動抵抗の上昇を回避し、流動抵抗を安定化することができる。
【００２０】
また、スポーク型テレスコープ防止板の場合には、内周環状部や外周環状部に原液通過孔を設けることによって、スポーク部を所望の長さにしたり、スポーク部の本数を増やしたりすることの設計が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明のスパイラル型流体分離素子、テレスコープ防止板について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。
【００２２】
従来の一般的なスポーク型テレスコープ防止板を取り付けてなるスパイラル型流体分離素子１は、図７の部分解体斜視図（外装体を外して部分解体した斜視図）に示すように、集液孔２を有する集液管３の周りに、分離膜４、透過液流路材５および原液流路材６を含む膜ユニット７が巻回され、その巻回された膜ユニット７の両端部にそれぞれ、スポーク型テレスコープ防止板１０が配置されている。このテレスコープ防止板は、内周環状部、外周環状部、それらを繋ぐスポーク部から主として構成されていて、それら部材には表面から裏面へと連通した孔は形成されていない。
【００２３】
本発明のスパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板１０の一実施態様を図１（斜視図）に示す。図１に示す実施態様では、内周環状部１１に、その表面側から裏面側へと連通した複数の孔（原液通過孔１３）が設けられている。この原液通過孔１３の形は長形状であり、該長形状の長軸方向が、テレスコープ防止板の半径方向に対し斜めに交差している。
【００２４】
原液通過孔は、テレスコープ防止板の表面から裏面へと貫通する孔であり、表面からみた形状は長形状である。ここで、長形状は、正四角形の両側に半円が接続した俵状長円形（図１〜図６に例示する形等）、楕円形、角が丸められた細長い長方形のように、細長い形状である。また、略弧状のように緩やかに曲がった長形状（例えばゼリービーンズ状や弓状等）であってもよい。
【００２５】
原液通過孔の長軸は、テレスコープ防止板１０の半径方向に対し斜めにもしくは直角に交差する向きである。斜めに交差する向きの場合を、図１〜図４、図６に例示する。直角に交差する向きの場合を図５に例示する。斜めに交差する場合の交差角度は、  tan-1(短軸／長軸)  度以上であればよい。ここで、直角に交差する場合の交差角度を９０度、交差せずに平行な場合を交差角度０度とする。図１の場合の交差角度は約３５度である。原液通過孔が略弧状の場合には、その長軸の向きは、その中央部での長軸の向きでもって表す。
【００２６】
なお、原液通過孔の形や配置等の条件を設計する際には、その長軸／短軸の比、孔のピッチ、孔を配列する部分の半径位置、孔が直線状か略弧状であるか等の関連する諸条件を考慮して最適化すればよい。
【００２７】
テレスコープ防止板１０を構成する素材は特に限定されるものではないが、大量生産、コスト、軽量化の観点から通常は射出成形に好適な樹脂を選択すればよい。さらに、原液に含まれる様々な物質に侵され難いために耐薬品性に優れたものであることが好ましい。例えば、アクリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリルエチレンスチレン樹脂（ＡＥＳ）、ポリサルフォン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などや、これらの複合素材（ポリマアロイ等）を利用することができる。
【００２８】
内周環状部１１、外周環状部１２、及び、内周環状部と外周環状部とを繋ぐスポーク部１４とをもつスポーク型テレスコープ防止板の場合（図１〜図５）、原液通過孔１３は、内周環状部１１及び／又は外周環状部１２に配置されればよい。また、孔パンチング型テレスコープ防止板の場合（図６）、板面に設けた孔として、本発明で特定した長形状の原液通過孔１３を設ければよい。
【００２９】
スポーク部１４を設けたスポーク型テレスコープ防止板の方が原液通過面積をより大きくすることができるので、原液の流動抵抗をより小さくすることができる。
【００３０】
図１や図２の例では、原液通過孔１３を内周環状部１１に配置しているので、内周環状部１１の直径を大きくすることができ、内周環状部の外周に接続するスポーク部１４の本数を増やすことによる不都合（隣接するスポーク部１４同士の接触による一体化）を回避でき、スポーク部の本数を増やすことができる。
【００３１】
流体分離素子の両端に取り付けられているテレスコープ防止板は、その原液通過孔の形状及び配置が、流体分離素子の外方から見て実質的に同じとなるようにする。即ち、流体分離素子の一端側にも、その反対側にも、外側から見た場合に原液通過孔の形状及び配置が実質的に同じであるテレスコープ防止板を取り付ける。
【００３２】
従って、圧力容器内に複数の流体分離素子を直列に配置した場合に、流体分離素子のテレスコープ防止板と、これに隣接する流体分離素子のテレスコープ防止板とは、少なくとも外周端部と内周端部において互いに密接して接続している。この密接しているテレスコープ防止板について、そのテレスコープ防止板の裏面側から見た状態を図３に示す。
【００３３】
図３は、図１に示すテレスコープ防止板の２枚を、その表面側（図１で描かれている側）同士が密接するように重ねた状態を示すものであって、テレスコープ防止板の裏面側（図１では隠れている側）から見た図である。ここで、実線で示すテレスコープ防止板１０ａが、図の手前側に位置するテレスコープ防止板である。破線で示すテレスコープ防止板１０ｂが、図の奥側に位置するテレスコープ防止板である。手前側のテレスコープ防止板１０ａと奥側のテレスコープ防止板１０ｂとは、スポーク部１４ａ、１４ｂ同士がずれて配置されている。そして、斜め位置で配置された長形状の原液通過孔１３ａ、１３ｂ同士は部分的に重なっている。
【００３４】
図３に示すテレスコープ防止板の重なりにおいて、図の手前側から奥側へと原液が流れると考えれば、流体分離素子同士が隣接する箇所においてテレスコープ防止板を通過す
る原液の流れ具合を考察することができる。この図３に示す場合はスポーク部１４ａ、１４ｂ同士がずれて配置されていて、原液は手前側のスポーク部１４ａにも奥側のスポーク部１４ｂにも突き当たる状況であるが、この場合でも、内周環状部の原液通過孔１３ａと１３ｂとは通過孔同士が部分的に重なり、原液の流れ道を形成されている。
【００３５】
ここで、長形状の長軸は、テレスコープ防止板１０を図３の例の如く任意の相対的位置で重ね合わせた際に、テレスコープ防止板１０ａに開口した１つの原液透過孔１３ａが、相対するテレスコープ防止板１０ｂに開口した原液透過孔１３ｂの複数に重なるような長さをもつことが好ましい。このような長さの長軸をもつ長形状の場合には、両テレスコープ防止板１０ａ、１０ｂの相対的位置関係が変動したときでも、１つの原液透過孔１３ａと、相対する原液透過孔１３ｂとの部分的重なりの重なり面積の変動を小さく抑えることができる。これに対し、長形状の長軸が短か過ぎて、図３の例の如く任意の相対的位置で重ね合わせた際に、１つの原液透過孔１３ａと重なる原液透過孔１３ｂが１つとなる場合には、両テレスコープ防止板１０ａ、１０ｂの相対的位置関係によって原液通過孔１３ａ、１３ｂ同士の重なる面積が大きく変動し易くなり、この結果、テレスコープ防止板を通過する原液量が大きく変動し易くなる。このように、本発明によると、スパイラル型流体分離素子の配置により、原液通過孔１３ａ、１３ｂ同士の位相関係がずれたにしても、通過孔同士の部分的な重なりを確保することができ、原液の通過流量を所定条件内に確保し易くなる。
【００３６】
また、長形状の原液通過孔は、その長軸方向がテレスコープ防止板の半径方向に対し交差するように配設されているので、隣接する原液通過孔同士の距離に関し、長形状の内部端同士の距離に比べて外部端同士での距離の方が大きくなる。この原液通過孔の隣接距離の差は、長形状の長径が長くなるほど大きくなるので、長形状が長すぎる場合には、内部端側で近接し過ぎ外部端側で離れ過ぎとなる。隣接する原液通過孔が近接し過ぎる場合でも離れ過ぎる場合でも、そのテレスコープ防止板部材を樹脂射出成形で製造することが難しくなるという不都合が生じる。また、原液通過孔の内部端近傍部分と外部端近傍部分とで開孔率の差が大きくなり過ぎる不都合も生じる。従って、長形状の長軸の長さは長くても、射出成形等に不都合を生じさせない長さに抑えることが好ましい。なお、この不都合を抑制するためには、長形状の内部端近傍では短径幅を狭くし、外部端近傍では短径幅を広くした形状、例えば、細長いしずく状や細長い三角状としてもよい。
【００３７】
このように本発明のスパイラル型流体分離素子では、テレスコープ防止板に設けられた原液通過孔が、長形状でかつ、半径方向と斜めもしくは直角に交差するように配置されているので、原液通過孔同士の重なりの位相が変化しても、原液通過孔における原液
通過可能な断面積は著しく増大または減少することが無く、よって原液流動抵抗の変動を少なくおさえることができる。
【００３８】
また、例えば図４に示すように、内周環状部１１にも外周環状部１２にも原液通過孔１３を配置すれば、さらにスポーク部１４の長さをより短くすることができるので、スポーク部での座屈変形を低減させることができる。
【００３９】
さらに、図１や図２や図４の例ではそれぞれ、内周環状部１１や外周環状部１２に原液通過孔１３の群を円周上に１層ずつ配置した場合を示したが、図５の例のように、複数層設けてもよい。図５の例では、テレスコープ防止板の半径方向に対し直交する長軸向きの長形状の原液通過孔の群が３層設けられていて、長形状はやや湾曲した形としてある。
【００４０】
また、孔パンチング型テレスコープ防止板の場合には、図６の例のように、パンチング板１５の全面にわたり、同心円状に複数層に長形状の原液通過孔１３の群を穿孔すればよい。この場合には、スポーク部を設ける必要はないが、補強のために中心から放射状に延びるスポーク状の骨格部を設けてもよい（図示なし）。
【００４１】
本発明のスパイラル型流体分離素子を構成する集液管、分離膜、透過液流路材、原液流路材、外装体等の各部材としては、従来と同様の物を用いればよい。また、透過液流路材および原液流路材を含む膜ユニットの巻回しや、外装体の取り付けや、テレスコープ防止板の取り付けの構造および方法も従来と同様とすればよい。
【００４２】
即ち、本発明により従来のスパイラル型流体分離素子の構成および製法を変更する必要はなく、かつ、制限するものでもないため、スパイラル型流体分離素子を容易に大型化することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のスパイラル型流体分離素子やテレスコープ防止板は、スパイラル型流体分離素子の直径を大型化する場合に特に好適であって、直径１６インチの大型スパイラル型流体分離素子に適用できるが、従来の直径８インチや直径４インチのスパイラル型流体分離素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のスパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明のスパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板の別の一実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明のスパイラル型流体分離素子同士を隣接させて配置した場合において、テレスコープ防止板の裏面側から見た状態を示す図である。
【図４】本発明のスパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板のさらに別の一実施形態を示す正面図である。
【図５】本発明のスパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板のさらに別の一実施形態を示す正面図である。
【図６】本発明のスパイラル型流体分離素子に取り付けるテレスコープ防止板のさらに別の一実施形態を示す正面図である。
【図７】一般的なスパイラル型流体分離素子の構造を示す部分解体斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  スパイラル型流体分離素子
２  集液孔
３  集液管
４  分離膜
５  透過液流路材
６  原液流路材
７  膜ユニット
１０  テレスコープ防止板
１１  内周環状部
１２  外周環状部
１３  原液通過孔
１４  スポーク部
１５  パンチング板部
【図１】
2009189947.tif 000003
【図２】
2009189947.tif 000004
【図３】
2009189947.tif 000005
【図４】
2009189947.tif 000006
【図５】
2009189947.tif 000007
【図６】
2009189947.tif 000008
【図７】
2009189947.tif 000009