(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
１枚の袋状膜のみをシャフトに巻き付けてなり、
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ことを特徴とするスパイラル型膜モジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記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スパイラル型膜モジュール。
【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用いられるスパイラル型膜モジュールに関する。
【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６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】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００９】
▲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。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、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提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパイラル型膜モジュールは、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において、１枚の袋状膜のみをシャフトに巻き付けてなり、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ことを特徴とするものである。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明では、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。
【００１７】
本発明では袋状膜を１枚だけシャフトに巻き付けており、袋状膜の巻き付け作業が簡単である。
【００１８】
本発明では、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とが好ましい。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。
【００１９】
【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。図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る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説明図であり、（ａ）図は図１（ａ）のII−II線に沿う断面図、（ｂ）図は巻回途中図である。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。
【００２０】
この実施の形態に用いられている袋状膜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。
【００２１】
この実施の形態においては、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１１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。
【００２４】
１枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲に図２の如く原水流路材（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。袋状膜１０のうち重なり合った部分同士は接着剤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。巻回体の後端面の内周側は原水（濃縮水）の流出用の領域となり、外周側は透過水流出用の領域となる。
【００２５】
この実施の形態にあっては、第４の辺部１４の閉鎖部３１のうち透過水流出用の開放部３０の近傍において、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。このフィン１９は、袋状膜１０をシャフト２０の回りに巻回したときにリング状の突出部を形成する。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。
【００２６】
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。
【００２７】
その後、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（接着剤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。
【００３２】
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。
【００３３】
図１〜４ではフィン１９を設けることによりソケット２５と巻回体２４との連結を行っているが、図５のように袋状膜１０’の第４の辺部１４のうち閉鎖部３１の部分を延出させて延出部１０Ｅを設け、袋状膜１０を巻回したときに原水（濃縮水）の流出部が透過水の流出部よりも突出するようにしても良い。このように巻回されて円柱状となった延出部１０Ｅに対し、図５（ｃ）のようにソケット２５が外嵌され、接着剤によってソケット２５の内周が延出部１０Ｅの巻回体の外周に接着される。
【００３４】
なお、図示は省略するが、第４の辺部１４において閉鎖部３１を開放部３０から後退させ、巻回体２４の中央側に凹部を形成し、この凹部にソケット２５を嵌め込むようにしても良い。
【００３５】
上記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。
【００３６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のスパイラル型膜モジュールにおいては、集水管が不要であり、透過水の流通抵抗が小さい。また、膜面積を大きくとることができ、しかも膜面積を大きくしても透過水流通抵抗が増大しない。本発明では、シャフトの周囲に袋状膜を１枚だけ巻回しており、膜モジュールの組み立てがきわめて簡単である。
【００３７】
本発明では、原水流路の下流域における原水（濃縮水）の流速を大きくし、原水流路下流域における汚れの付着を防止することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は実施の形態に係る袋状膜の斜視図、（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】実施の形態に係る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】実施の形態に係るスパイラル型膜モジュールの側面図である。
【図５】別の実施の形態に係る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説明図であり、（ａ）図は袋状膜１０’の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図である。
【図６】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。
【符号の説明】
１０，１０'  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  原水流路材（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
【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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