スパイラル型分離膜エレメント用端部材、スパイラル型分離膜エレメントおよび分離膜モジュール
【課題】懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる新規なスパイラル型分離膜エレメント用端部材を提供する。
【解決手段】スパイラル型分離膜エレメント用端部材３Ａは、内周部３１と、内周部３１を離間しながら取り囲む外周部３２と、内周部３１と外周部３２とを連結する複数の連結部３３と、少なくとも一対の連結部３３の間に配置された、外周部３２との間に開口部４１を形成する遮蔽板３４と、を備えている。この構成によれば、遮蔽板３４によって径方向外向きの拡散流が形成されるため、供給液中の懸濁物質を効果的に外周側に誘導することができる。
【解決手段】スパイラル型分離膜エレメント用端部材３Ａは、内周部３１と、内周部３１を離間しながら取り囲む外周部３２と、内周部３１と外周部３２とを連結する複数の連結部３３と、少なくとも一対の連結部３３の間に配置された、外周部３２との間に開口部４１を形成する遮蔽板３４と、を備えている。この構成によれば、遮蔽板３４によって径方向外向きの拡散流が形成されるため、供給液中の懸濁物質を効果的に外周側に誘導することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラル型分離膜エレメント用端部材に関する。また、本発明は、前記端部材を用いたスパイラル型分離膜エレメント、およびこのスパイラル型分離膜エレメントを内蔵する分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば海水淡水化処理や超純水の製造などに用いられるスパイラル型分離膜エレメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。一般的に、スパイラル型分離膜エレメントでは、中心管の回りに分離膜を含む積層体が巻き回され、その両側に端部材が配置される。端部材は、積層体がテレスコピック状に伸張することを防止する役割などを果たす。
【０００３】
スパイラル型分離膜エレメントに供給される供給液は、一方の端部材を通過した後に分離膜によって透過液と濃縮液とに分離される。透過液は中心管を通じて排出され、濃縮液は他方の端部材を通過して排出される。
【０００４】
端部材は、通常、内周部と外周部とが複数のリブで連結された構成を有している。このような端部材においては、リブを捻った形状とすることで供給液に旋回流を生じさせるような取り組みもなされている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１１４７３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
供給液には懸濁物質が含まれることがあるため、この懸濁物質が分離膜上にスケールやバイオフィルムなどとして堆積することがある。本発明の発明者らは、この傾向が外周側よりも中心側の方が顕著であることを見出した。これに対し、上記のように旋回流を生じさせれば、懸濁物質を外周側に誘導することができ、これにより懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる。
【０００７】
本発明は、懸濁物質堆積の偏在を抑制することができるスパイラル型分離膜エレメント用端部材を提供することを目的とする。また、本発明は、その端部材を用いたスパイラル型分離膜エレメントおよびこれを内蔵する分離膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、スパイラル型分離膜エレメントに用いられる端部材であって、内周部と、前記内周部を離間しながら取り囲む外周部と、前記内周部と前記外周部とを連結する複数の連結部と、少なくとも一対の前記連結部の間に配置された、前記外周部との間に開口部を形成する遮蔽板と、を備えた、スパイラル型分離膜エレメント用端部材を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記の端部材を少なくとも１つ含む、スパイラル型分離膜エレメントを提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、筒状の圧力容器と、前記圧力容器内に装填された、上記のスパイラル型分離膜エレメントとを備えた、分離膜モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成によれば、遮蔽板によって径方向外向きの拡散流が形成されるため、供給液中の懸濁物質を効果的に外周側に誘導することができる。これにより、懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメント用端部材を用いたスパイラル型分離膜エレメントを内蔵する分離膜モジュールの断面図
【図２】図２（ａ）は中心管の回りに巻き回される前の積層体の斜視図、（ｂ）は中心管の回りに巻き回された積層体の模式的な断面図
【図３】第１実施形態のスパイラル型分離膜エレメント用端部材の正面図
【図４】図３のIV−IV線に沿った端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する供給液の流れを説明する図
【図５】変形例の端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する濃縮液の流れを説明する図
【図６】他の変形例の端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する濃縮液の流れを説明する図
【図７】本発明の第２実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメント用端部材の正面図
【図８】図７のVIII−VIII線に沿った端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する供給液の流れを説明する図
【図９】図７に示す端部材を通過する濃縮液の流れを説明する図
【図１０】変形例の端部材の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメント用端部材３Ａを用いたスパイラル型分離膜エレメント２を内蔵する分離膜モジュール１を示す。この分離膜モジュール１は、ベッセルと呼ばれる筒状の圧力容器７と、圧力容器７内に装填された複数本の分離膜エレメント２とを備えている。隣り合う分離膜エレメント２は、連結器６１によって後述する中心管２１が連続した流路を構成するように連結される。
【００１５】
圧力容器７の両端には、円盤状のキャップ８，９が取り付けられている。一方（図１では左側）のキャップ８には、原液を圧力容器７内に供給するための供給管８１が中心からずれた位置に設けられている。他方（図１では右側）のキャップ９には、原液から抽出された透過液を取り出すための第１排出管９１が中心に設けられており、濃縮された原液を取り出すための第２排出管９２が中心からずれた位置に設けられている。すなわち、圧力容器７内には、一方のキャップ８から他方のキャップ９に向かう原液の流れが形成される。なお、供給管８１および第２排出管９２は、圧力容器７に設けられていてもよい。
【００１６】
各分離膜エレメント２では、供給液が透過液と濃縮液とに分離される。最上流側に位置する分離膜エレメント２には原液が供給液として供給され、残りの分離膜エレメント２には上流側の分離膜エレメント２から排出された濃縮液が供給液として供給される。
【００１７】
各分離膜エレメント２は、集水管として機能する中心管２１と、中心管２１の回りに巻き回された積層体２２と、積層体２２を取り囲む外装材２８とを有している。本実施形態の端部材３Ａは、積層体２２を挟むように積層体２２の両側に配置されている。端部材３Ａは、積層体２２がテレスコピック状に伸張することを防止する役割を果たすとともに、外装材２８を支持する役割を果たす。なお、最上流側に位置する分離膜エレメント２の中心管２１にはプラグ６２が取り付けられ、最下流側に位置する分離膜エレメント２の中心管２１は第２の連結器６３によって第１排出管９１と連結される。
【００１８】
本実施形態では、積層体２２の両側の端部材３Ａのうちの上流側の端部材３Ａに、シール部材５として、分離膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの隙間を原液の上流側の圧力を利用してシールする断面略Ｕ字状のパッキンが装着されている。なお、シール部材５は上流側の端部材３Ａではなく下流側の端部材３Ａに装着されていてもよい。
【００１９】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、各分離膜エレメント２の中心管２１には、内部に透過液を流入させるための複数の貫通孔２０が設けられている。積層体２２は、透過側流路材２４の両面に分離膜２３が重ね合わされた封筒状の膜リーフ２６と供給側流路材２５とが交互に積層された構成を有している。透過側流路材２４は、例えば樹脂からなる網であり、分離膜２３同士の間に透過液を流すための透過側流路２Ｂを形成する。供給側流路材２５は、例えば樹脂からなる網（透過側流路材２４よりも網目の大きな網）であり、膜リーフ２６同士の間に供給液を流すための供給側流路２Ａを形成する。
【００２０】
例えば、１枚の連続したシート２７が供給側流路材２５を挟んで二つ折りにされることにより、２枚の分離膜２３が形成される。膜リーフ２６は、そのようにして形成された分離膜２３同士が透過側流路材２４を挟んで三辺で接合されることにより得られる。この接合には接着剤が用いられる。また、例えば、透過側流路材２４の１枚を延長させた延長部が中心管２１に直接巻き付けられ、その両端部が接着剤で封止されることにより、中心管２１の外周面に面する筒状流路２Ｃが形成される。膜リーフ２６の開口は、この筒状流路２Ｃを介して貫通孔２０と連通している。
【００２１】
ただし、積層体２２の構成は、図２（ａ）および（ｂ）に示した構成に限られない。例えば、連続したシートが蛇腹状に折り畳まれることにより、全ての分離膜２３がつながっていてもよい。
【００２２】
分離膜２３としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、正浸透膜、ＰＶ法やＶＰ法用途などの気体分離膜などが挙げられる。逆浸透膜としては、例えば、多孔性支持体上にポリアミド系重合物からなるスキン層を設けた複合膜を用いることができる。
【００２３】
前記多孔性支持体としては、その上にスキン層を形成し得るものであれば特に限定されず、不織布や織布等の基材上にポリスルホンからなる微多孔層を設けたものが好ましく用いられる。他には、ポリイミドやポリフッ化ビニリデン、エポキシ等の多孔性膜を単独で用いることもできる。
【００２４】
前記スキン層は、公知の方法を用いて形成することができる。例えば、多孔性支持体上に多官能アミン成分を含む水溶液被覆層を形成し、そこに多官能酸ハライド成分を含む溶液を接触させればよい。前記多官能アミン成分としては、芳香族、脂肪族、または脂環式の多官能アミンが挙げられる。またこれらの多官能アミン成分は単独で用いてもよく、混合物としてもよい。前記多官能酸ハライド成分としては、芳香族、脂肪族、または脂環式の多官能酸ハロゲン化物を用いることができる。これらの多官能酸ハライド成分においても単独で用いてもよいが、混合物として用いてもよい。
【００２５】
次に、図３および図４を参照して、端部材３Ａについて詳細に説明する。
【００２６】
端部材３Ａは、全体として分離膜エレメント２の軸方向に扁平な円盤状の部材であり、分離膜エレメント２の端面を形成する第１端面３ａと、この第１端面３ａと反対側（すなわち、積層体２２側）を向く第２端面３ｂを有している。本実施形態では、第１端面３ａが中心管２１の端面と一致するように端部材３Ａが中心管２１に固定されていて、分離膜エレメント２同士が連結されたときにはそれらの端部材３Ａの第１端面３ａ同士が密着するようになっている。なお、以下では、説明の便宜のために、端部材３Ａの厚み方向の中心から見て第１端面３ａ側を表側、第２端面３ｂ側を裏側という。また、端部材３Ａの厚み方向を単に軸方向ともいう。
【００２７】
端部材３Ａは、例えば樹脂を射出成形することにより得ることができる。使用する樹脂は、特に限定されるものではなく、ノリル（変性ＰＰＥ）、ＰＡ、ＰＥ、ＰＰなど各種樹脂を用いることができる。ただし、経済性、耐薬品性および機械的強度の観点から、ＡＢＳ樹脂を用いることが好ましい。
【００２８】
具体的に、端部材３Ａは、中心管２１の端部に外側から嵌合する筒状の内周部３１と、内周部３１を離間しながら取り囲む、内周部３１と同心に配置された筒状の外周部３２とを含む。内周部３１と外周部３２は、例えば等角度間隔で配置された複数の連結部３３によって互いに連結されている。
【００２９】
本実施形態では、内周部３１と外周部３２とが同一の長さを有しており、各連結部３３がその長さと等しい幅の板状のリブで構成されている。すなわち、内周部３１および外周部３２の表側端面ならびに連結部３３の表側側面が連続した第１端面３ａを形成し、内周部３１および外周部３２の裏側端面ならびに連結部の裏側側面が連続した第２端面３ｂを形成する。ただし、第１端面３ａおよび第２端面３ｂは必ずしも連続した面である必要はない。例えば、各連結部３３を構成するリブの幅が内周部３１および外周部３２の長さよりも短く設定されることにより、第１端面３ａおよび／または第２端面３ｂの中間部分が内側周縁部および外側周縁部よりも落ち込んでいてもよい。
【００３０】
外周部３２の外周面には、シール部材５を保持するための全周に亘って径方向外向きに開口する環状溝３５が形成されている。また、外周部３２の外周面と裏側端面とのコーナー部には、外装材２８を支持するための段差部３６が形成されている。さらに、外周部３２の表側端面には、分離膜エレメント２同士が連結されたときにそれらの端部材３Ａの間に分離膜エレメント２の周囲に原液を導く流路を確保するための溝３７が形成されている。
【００３１】
各連結部３３を構成するリブは、本実施形態では、径方向に直線的に延びている。すなわち、連結部３３は、放射状に配置されている。連結部３３同士の間の空間は、供給液または濃縮液が端部材３Ａを通過して流れる流通口を構成する。ただし、リブは、軸方向から見たときに必ずしも直線形状を有している必要はなく、渦を巻くような曲線形状を有していてもよい。また、連結部３３は、板状のリブに限定されるものではなく、内周部３１と外周部３２とを十分な強度で連結する断面形状を有するもの、すなわち軸方向の断面二次係数が十分に大きなものであればどのような形状を有していてもよい。例えば、連結部３３として棒状のスポークを用いることも可能である。この場合、第１端面３ａが内周部３１および外周部３２の表側端面のみで構成され、第２端面３ｂが内周部３１および外周部３２の裏側端面のみで構成されていてもよい。
【００３２】
さらに、本実施形態では、全ての連結部３３間に、隣り合う連結部３３に接しながら径方向に展開する遮蔽板３４が配置されている。換言すれば、遮蔽板３４によって、全ての連結部３３が環状につながれている。
【００３３】
各遮蔽板３４は、内周部３１および外周部３２から離間して配置されている。すなわち、各遮蔽板３４は、外周部３２との間に第１の開口部４１を形成するとともに、内周部３１との間に第２の開口部４２を形成する。第１の開口部４１は、隣り合う連結部３３、外周部３２及び遮蔽板３４の外周部３２側の外側端部によって形成されている。第２開口部４２は、隣り合う連結部３３、内周部３１及び遮蔽板３４の内周部３１側の外側端部によって形成されている。
【００３４】
各遮蔽板３４の形状および姿勢は、遮蔽板３４が径方向に展開するものである限り特に限定されるものではない。例えば、各遮蔽板３４は、軸方向と直交するように構成されていてもよい。ただし、各遮蔽板３４は、外周部３２側の外側端部が内周部３１側の内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置するように構成されていることが好ましい。
【００３５】
本実施形態では、各遮蔽板３４は、内側端部から外側端部に向かって第２端面３ｂに近づくように一定の角度で傾斜する連続する板である。遮蔽板３４が傾斜する角度は例えば５°〜６°であり、遮蔽板３４の厚さは例えば３ｍｍである。ただし、各遮蔽板３４は、全体的に傾斜していればよく、必ずしも一定の角度で傾斜している必要はない。例えば、各遮蔽板３４は、第１端面３ａ側または第２端面３ｂ側に凸となるように湾曲していてもよい。
【００３６】
第１の開口部４１の面積は、流路抵抗を抑え、かつ、攪拌効果を得るという観点から、内周部３１、外周部３２および一対の連結部３３で囲まれる空間面積の１／１０以上１／２以下であることが好ましい。ここで、「面積」とは、第１の開口部４１または上記空間を軸方向から見たときの面積をいう。より好ましくは、第１の開口部４１の面積は、上記空間面積の１／５以上１／３以下である。
【００３７】
第１の開口部４１と第２の開口部４２の関係としては、遮蔽板３４から外周部３２までの距離が内周部３１から遮蔽板３４までの距離よりも大きいことが好ましい。
【００３８】
具体的に、内周部３１から遮蔽板３４までの距離は、外周部３２の外周面の最大半径の１／７０以上１／２０以下であることが好ましい。例えば、内周部３１から遮蔽板３４までの距離は、中心側での液の滞留を防止するという目的、および小さすぎるとゴミなどの粗大物質が詰まりやすくなるという理由から、２ｍｍ以上であってもよい。また、内周部３１から遮蔽板３４までの距離は、多くの供給液が第１の開口部４１を通過するように、５ｍｍ以下程度であってもよい。
【００３９】
また、各遮蔽板３４の内側端部は、軸方向において、第１端面３ａよりも第２端面３ｂ側にある程度入り込んだ位置に位置することが好ましい。分離膜エレメント２同士が連結されたときに、遮蔽板３４の内側端部同士が当接しないようにするためである。
【００４０】
以上説明した本実施形態の端部材３Ａでは、分離膜エレメント２に供給される供給液が、上流側の端部材３Ａの遮蔽板３４によって遮られるために、図４中に矢印Ａで示すように遮蔽板３４と外周部３２との間の第１の開口部４１を通って遮蔽板３４の裏側に回り込む。すなわち、遮蔽板３４は、軸流として供給された供給液を径方向外向きに広がる拡散流に変換する。これにより、供給液中の懸濁物質を効果的に外周側に誘導することができ、懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる。さらには、分離膜エレメント２内の圧力損失の均一化を図ることもできる。
【００４１】
特に、本実施形態では、各遮蔽板３４の外側端部が内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置しているために、遮蔽板３４にぶつかった供給液が遮蔽板３４によって第１の開口部４１に向かってガイドされる。従って、供給液の大半をスムーズに第１の開口部４１に向かわせることができる。
【００４２】
＜変形例＞
前記実施形態では、遮蔽板３４が連続する板であるため、下流側の端部材３Ａでは、濃縮液が遮蔽板３４によって第２の開口部４２に向かってガイドされるようになる。そこで、第２の開口部４２に向かってガイドされる濃縮液を減らすという観点からは、遮蔽板３４に、当該遮蔽板３４を軸方向（端部材３の厚み方向）に貫通する流路が形成されていることが好ましい。例えば、図５に示す変形例の端部材３Ｂのように、遮蔽板３４が軸方向に延びる複数の貫通孔３４ａが設けられた連続する板であってもよい。あるいは、図６に示す変形例の端部材３Ｃのように、遮蔽板３４が径方向に複数のパーツに分割されていてもよい。
【００４３】
図６に示す例では、複数のパーツのそれぞれが丸棒３４ｂである。遮蔽板３４が複数のパーツに分割されている場合は、複数のパーツの中心を結ぶ仮想線が、遮蔽板３４の内側端部から外側端部に向かって第２端面３ｂに近づくように傾斜していることが好ましい。このようにすれば、前記実施形態と同様に、遮蔽板３４の外側端部を内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置させることができる。また、遮蔽板３４から外周部３２までの距離が複数のパーツの間の距離（それらのパーツ同士が径方向に離間する距離）よりも大きいことが好ましい。
【００４４】
また、遮蔽板３４と内周部３１との間の第２の開口部４２は必ずしも形成されている必要はなく、遮蔽板３４の内側端部は内周部３１とつながっていてもよい。ただし、遮蔽板３４と内周部３１との間に第２の開口部４２が形成されていれば、液の滞留を効果的に防止して、汚染物質の堆積および菌の繁殖を抑制できる。
【００４５】
また、連結部３３として棒状のスポークを用いる場合は、隣り合う遮蔽板３４は、スポークによって完全に分断されている必要はなく、スポークの周囲で連続していてもよい。換言すれば、テーパー状の遮蔽板３４の連続体（リング）を連結部３３が貫通していてもよい。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図７〜９を参照して、本発明の第２実施形態に係る分離膜エレメント用端部材３Ｄを説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態で説明した構成と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略することがある。
【００４７】
本実施形態では、各遮蔽板３４が、図６に示す変形例の端部材３Ｃと同様に径方向に複数のパーツに分割されており、３つの円弧板３８で構成されている。これにより、遮蔽板３４には、図５および図６に示した構成と同様に、当該遮蔽板３４を軸方向に貫通する流路が形成されている。なお、１つの遮蔽板３４を構成する円弧板３８の数量は、適宜選定可能である。
【００４８】
円弧板３８は、外周部３２に近づくにつれて径方向の幅が大きくなるように構成されている。本実施形態では、各円弧板３８が、内周部３１から外周部３２に向かって第２端面３ｂに近づくように傾斜している。
【００４９】
円弧板３８は、内周部３１から外周部３２に向かって徐々に第２端面３ｂ側にシフトすることによって隣り合う円弧板３８の間に段差が形成されるように配置されている。また、最も径方向外側に位置する円弧板３８以外の２つの円弧板３８には、径方向外側の端部に、前記段差を埋め合わせるように第２端面３ｂ側に突出する突起３９が設けられている。
【００５０】
さらに、本実施形態では、内周部３１の外周面における全ての連結部３３との間に欠損部３１ａが設けられている。各欠損部３１ａは、第２端面３ｂから第１端面３ａに向かう方向および径方向外向きに開口しており、第１端面３ａから第２端面３ｂに向かう方向に開口していない。
【００５１】
より詳しくは、各欠損部３１ａは、隣り合う連結部３３に連続して窪む窪みであり、第１端面３ａから第２端面３ｂに向かって、内周部３１の表側端面から遮蔽板３４の内側端部（最も径方向内側に位置する円弧板３８の径方向内側の端部）を超える位置まで延びている。これにより、遮蔽板３４と内周部３１との間に第２の開口部４２が大きく確保されている。すなわち、各欠損部３１ａは、遮蔽板３４と内周部３１との間に形成される第２の開口部４２の少なくとも一部を構成する。また、分離膜エレメント２同士が連結されたときには、下流側の端部材３Ｄの第２の開口部４２から上流側の端部材３Ｄの第２の開口部４２に濃縮液がスムーズに流入できる。
【００５２】
欠損部３１ａにおける遮蔽板３４の内側端部を超える位置での終端は、遮蔽板３４の内側端部との間の流路断面積が均一となるように、湾曲しながら立ち上がっていることが好ましい。この構成によれば、欠損部３１から流出する流れが斜め流となり、この斜め流によって攪拌効果を高めることができる。
【００５３】
以上説明した構成でも、上流側の端部材３Ｄでは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。一方、下流側の端部材３Ｄでは、突起３９により濃縮液の遮蔽板３４に沿う流れが遮られるために、図９中に矢印Ｂで示すように、濃縮液が円弧板３８間の流路を良好に通過するようになる。また、下流側の端部材３Ｄと上流側の端部材３Ｄとが隣り合う場合、下流側の端部材３Ｄの円弧板３８間の流路を通過する濃縮液は図９に示すように径方向外側に向かう流れとなるので、濃縮液が上流側の端部材３Ｄの第１の開口部４１に向かって流れやすくなる。
【００５４】
＜変形例＞
内周部３１の外周面に設けた欠損部３１ａは、第１実施形態で採用されてもよい。また、欠損部３１ａは、遮蔽板３４と内周部３１との間に第２の開口部４２が形成されない場合でも、実質的な開口部となり、斜め流を形成して攪拌効果を高めるという点で有用である。
【００５５】
円弧板３８は、必ずしも外周部３２に近づくにつれて径方向の幅が大きくなるように構成されている必要はなく、全ての円弧板３８の径方向の幅が同じであってもよい。ただし、円弧板３８は、前記実施形態のように中心側に近づくほど幅が狭くなるように構成されていることが好ましい。中心側では濃縮液が集中しやすいため、中心側に幅の狭い円弧板３８を配置することで、濃縮液の攪拌混合効果が高くなる。
【００５６】
また、円弧板３８は、必ずしも隣り合う円弧板３８の間に段差が形成されるように配置されている必要はなく、同一直線上に配置されていてもよい。なお、隣り合う円弧板３８間に段差が形成される場合は、突起３９が少なくとも１つの円弧板３８に設けられていることが好ましい。
【００５７】
さらに、隣り合う円弧板３８間に段差が形成される場合には、それぞれの円弧板３８が傾斜していることが好ましいが、必ずしも全ての円弧板３８が内周部３１から外周部３２に向かって積層体２２に近づくように傾斜している必要はない。例えば、図１０に示す変形例の端部材３Ｅのように、そのうちのいくつかまたは全てが内周部３１および外周部３２の軸方向と垂直になっていてもよい。さらにその場合には、最も径方向内側に位置する円弧板３８以外の円弧板３８には、径方向内側の端部に、前記段差を埋め合わせるように第１端面３ａ側に突出する突起３９’が設けられていてもよい。なお、全ての円弧板３８が軸方向に垂直である場合は、円弧板３８を径方向外側に向かって徐々に積層体２２側にシフトさせれば、隣り合う円弧板３８間に段差を形成するのと同時に、遮蔽板３４の外側端部を内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置させることができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
前記第１および第２実施形態では、全ての連結部３３の間に遮蔽板３４が配置されていたが、遮蔽板３４は、少なくとも一対の連結部３３の間に配置されていればよい。
【００５９】
また、圧力容器７内には必ずしも複数本の分離膜エレメント２が装填されている必要はなく、１本の分離膜エレメント２が装填されていてもよい。
【００６０】
また、分離膜エレメント２については、少なくとも上流側の端部材が遮蔽板３４を有する端部材３であることが好ましく、下流側の端部材は必ずしも遮蔽板３４を有する端部材３である必要はない。
【符号の説明】
【００６１】
１ 分離膜モジュール
２ スパイラル型分離膜エレメント
２０ 貫通孔
２１ 中心管
２３ 分離膜
２４，２５ 流路材
３Ａ〜３Ｅ スパイラル型分離膜エレメント用端部材
３ａ 第１端面
３ｂ 第２端面
３１ 内周部
３１ａ 欠損部
３２ 外周部
３３ 連結部
３４ 遮蔽板
３４ｂ 丸棒（パーツ）
３８ 円弧板（パーツ）
３９ 突起
４１，４２ 開口部
７ 圧力容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパイラル型分離膜エレメント用端部材に関する。また、本発明は、前記端部材を用いたスパイラル型分離膜エレメント、およびこのスパイラル型分離膜エレメントを内蔵する分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば海水淡水化処理や超純水の製造などに用いられるスパイラル型分離膜エレメントが知られている（例えば、特許文献１参照）。一般的に、スパイラル型分離膜エレメントでは、中心管の回りに分離膜を含む積層体が巻き回され、その両側に端部材が配置される。端部材は、積層体がテレスコピック状に伸張することを防止する役割などを果たす。
【０００３】
スパイラル型分離膜エレメントに供給される供給液は、一方の端部材を通過した後に分離膜によって透過液と濃縮液とに分離される。透過液は中心管を通じて排出され、濃縮液は他方の端部材を通過して排出される。
【０００４】
端部材は、通常、内周部と外周部とが複数のリブで連結された構成を有している。このような端部材においては、リブを捻った形状とすることで供給液に旋回流を生じさせるような取り組みもなされている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１１４７３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
供給液には懸濁物質が含まれることがあるため、この懸濁物質が分離膜上にスケールやバイオフィルムなどとして堆積することがある。本発明の発明者らは、この傾向が外周側よりも中心側の方が顕著であることを見出した。これに対し、上記のように旋回流を生じさせれば、懸濁物質を外周側に誘導することができ、これにより懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる。
【０００７】
本発明は、懸濁物質堆積の偏在を抑制することができるスパイラル型分離膜エレメント用端部材を提供することを目的とする。また、本発明は、その端部材を用いたスパイラル型分離膜エレメントおよびこれを内蔵する分離膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、スパイラル型分離膜エレメントに用いられる端部材であって、内周部と、前記内周部を離間しながら取り囲む外周部と、前記内周部と前記外周部とを連結する複数の連結部と、少なくとも一対の前記連結部の間に配置された、前記外周部との間に開口部を形成する遮蔽板と、を備えた、スパイラル型分離膜エレメント用端部材を提供する。
【０００９】
また、本発明は、上記の端部材を少なくとも１つ含む、スパイラル型分離膜エレメントを提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、筒状の圧力容器と、前記圧力容器内に装填された、上記のスパイラル型分離膜エレメントとを備えた、分離膜モジュールを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成によれば、遮蔽板によって径方向外向きの拡散流が形成されるため、供給液中の懸濁物質を効果的に外周側に誘導することができる。これにより、懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメント用端部材を用いたスパイラル型分離膜エレメントを内蔵する分離膜モジュールの断面図
【図２】図２（ａ）は中心管の回りに巻き回される前の積層体の斜視図、（ｂ）は中心管の回りに巻き回された積層体の模式的な断面図
【図３】第１実施形態のスパイラル型分離膜エレメント用端部材の正面図
【図４】図３のIV−IV線に沿った端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する供給液の流れを説明する図
【図５】変形例の端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する濃縮液の流れを説明する図
【図６】他の変形例の端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する濃縮液の流れを説明する図
【図７】本発明の第２実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメント用端部材の正面図
【図８】図７のVIII−VIII線に沿った端部材の断面図であるとともに、その端部材を通過する供給液の流れを説明する図
【図９】図７に示す端部材を通過する濃縮液の流れを説明する図
【図１０】変形例の端部材の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメント用端部材３Ａを用いたスパイラル型分離膜エレメント２を内蔵する分離膜モジュール１を示す。この分離膜モジュール１は、ベッセルと呼ばれる筒状の圧力容器７と、圧力容器７内に装填された複数本の分離膜エレメント２とを備えている。隣り合う分離膜エレメント２は、連結器６１によって後述する中心管２１が連続した流路を構成するように連結される。
【００１５】
圧力容器７の両端には、円盤状のキャップ８，９が取り付けられている。一方（図１では左側）のキャップ８には、原液を圧力容器７内に供給するための供給管８１が中心からずれた位置に設けられている。他方（図１では右側）のキャップ９には、原液から抽出された透過液を取り出すための第１排出管９１が中心に設けられており、濃縮された原液を取り出すための第２排出管９２が中心からずれた位置に設けられている。すなわち、圧力容器７内には、一方のキャップ８から他方のキャップ９に向かう原液の流れが形成される。なお、供給管８１および第２排出管９２は、圧力容器７に設けられていてもよい。
【００１６】
各分離膜エレメント２では、供給液が透過液と濃縮液とに分離される。最上流側に位置する分離膜エレメント２には原液が供給液として供給され、残りの分離膜エレメント２には上流側の分離膜エレメント２から排出された濃縮液が供給液として供給される。
【００１７】
各分離膜エレメント２は、集水管として機能する中心管２１と、中心管２１の回りに巻き回された積層体２２と、積層体２２を取り囲む外装材２８とを有している。本実施形態の端部材３Ａは、積層体２２を挟むように積層体２２の両側に配置されている。端部材３Ａは、積層体２２がテレスコピック状に伸張することを防止する役割を果たすとともに、外装材２８を支持する役割を果たす。なお、最上流側に位置する分離膜エレメント２の中心管２１にはプラグ６２が取り付けられ、最下流側に位置する分離膜エレメント２の中心管２１は第２の連結器６３によって第１排出管９１と連結される。
【００１８】
本実施形態では、積層体２２の両側の端部材３Ａのうちの上流側の端部材３Ａに、シール部材５として、分離膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの隙間を原液の上流側の圧力を利用してシールする断面略Ｕ字状のパッキンが装着されている。なお、シール部材５は上流側の端部材３Ａではなく下流側の端部材３Ａに装着されていてもよい。
【００１９】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、各分離膜エレメント２の中心管２１には、内部に透過液を流入させるための複数の貫通孔２０が設けられている。積層体２２は、透過側流路材２４の両面に分離膜２３が重ね合わされた封筒状の膜リーフ２６と供給側流路材２５とが交互に積層された構成を有している。透過側流路材２４は、例えば樹脂からなる網であり、分離膜２３同士の間に透過液を流すための透過側流路２Ｂを形成する。供給側流路材２５は、例えば樹脂からなる網（透過側流路材２４よりも網目の大きな網）であり、膜リーフ２６同士の間に供給液を流すための供給側流路２Ａを形成する。
【００２０】
例えば、１枚の連続したシート２７が供給側流路材２５を挟んで二つ折りにされることにより、２枚の分離膜２３が形成される。膜リーフ２６は、そのようにして形成された分離膜２３同士が透過側流路材２４を挟んで三辺で接合されることにより得られる。この接合には接着剤が用いられる。また、例えば、透過側流路材２４の１枚を延長させた延長部が中心管２１に直接巻き付けられ、その両端部が接着剤で封止されることにより、中心管２１の外周面に面する筒状流路２Ｃが形成される。膜リーフ２６の開口は、この筒状流路２Ｃを介して貫通孔２０と連通している。
【００２１】
ただし、積層体２２の構成は、図２（ａ）および（ｂ）に示した構成に限られない。例えば、連続したシートが蛇腹状に折り畳まれることにより、全ての分離膜２３がつながっていてもよい。
【００２２】
分離膜２３としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）、限外濾過膜（ＵＦ膜）、精密濾過膜（ＭＦ膜）、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）、正浸透膜、ＰＶ法やＶＰ法用途などの気体分離膜などが挙げられる。逆浸透膜としては、例えば、多孔性支持体上にポリアミド系重合物からなるスキン層を設けた複合膜を用いることができる。
【００２３】
前記多孔性支持体としては、その上にスキン層を形成し得るものであれば特に限定されず、不織布や織布等の基材上にポリスルホンからなる微多孔層を設けたものが好ましく用いられる。他には、ポリイミドやポリフッ化ビニリデン、エポキシ等の多孔性膜を単独で用いることもできる。
【００２４】
前記スキン層は、公知の方法を用いて形成することができる。例えば、多孔性支持体上に多官能アミン成分を含む水溶液被覆層を形成し、そこに多官能酸ハライド成分を含む溶液を接触させればよい。前記多官能アミン成分としては、芳香族、脂肪族、または脂環式の多官能アミンが挙げられる。またこれらの多官能アミン成分は単独で用いてもよく、混合物としてもよい。前記多官能酸ハライド成分としては、芳香族、脂肪族、または脂環式の多官能酸ハロゲン化物を用いることができる。これらの多官能酸ハライド成分においても単独で用いてもよいが、混合物として用いてもよい。
【００２５】
次に、図３および図４を参照して、端部材３Ａについて詳細に説明する。
【００２６】
端部材３Ａは、全体として分離膜エレメント２の軸方向に扁平な円盤状の部材であり、分離膜エレメント２の端面を形成する第１端面３ａと、この第１端面３ａと反対側（すなわち、積層体２２側）を向く第２端面３ｂを有している。本実施形態では、第１端面３ａが中心管２１の端面と一致するように端部材３Ａが中心管２１に固定されていて、分離膜エレメント２同士が連結されたときにはそれらの端部材３Ａの第１端面３ａ同士が密着するようになっている。なお、以下では、説明の便宜のために、端部材３Ａの厚み方向の中心から見て第１端面３ａ側を表側、第２端面３ｂ側を裏側という。また、端部材３Ａの厚み方向を単に軸方向ともいう。
【００２７】
端部材３Ａは、例えば樹脂を射出成形することにより得ることができる。使用する樹脂は、特に限定されるものではなく、ノリル（変性ＰＰＥ）、ＰＡ、ＰＥ、ＰＰなど各種樹脂を用いることができる。ただし、経済性、耐薬品性および機械的強度の観点から、ＡＢＳ樹脂を用いることが好ましい。
【００２８】
具体的に、端部材３Ａは、中心管２１の端部に外側から嵌合する筒状の内周部３１と、内周部３１を離間しながら取り囲む、内周部３１と同心に配置された筒状の外周部３２とを含む。内周部３１と外周部３２は、例えば等角度間隔で配置された複数の連結部３３によって互いに連結されている。
【００２９】
本実施形態では、内周部３１と外周部３２とが同一の長さを有しており、各連結部３３がその長さと等しい幅の板状のリブで構成されている。すなわち、内周部３１および外周部３２の表側端面ならびに連結部３３の表側側面が連続した第１端面３ａを形成し、内周部３１および外周部３２の裏側端面ならびに連結部の裏側側面が連続した第２端面３ｂを形成する。ただし、第１端面３ａおよび第２端面３ｂは必ずしも連続した面である必要はない。例えば、各連結部３３を構成するリブの幅が内周部３１および外周部３２の長さよりも短く設定されることにより、第１端面３ａおよび／または第２端面３ｂの中間部分が内側周縁部および外側周縁部よりも落ち込んでいてもよい。
【００３０】
外周部３２の外周面には、シール部材５を保持するための全周に亘って径方向外向きに開口する環状溝３５が形成されている。また、外周部３２の外周面と裏側端面とのコーナー部には、外装材２８を支持するための段差部３６が形成されている。さらに、外周部３２の表側端面には、分離膜エレメント２同士が連結されたときにそれらの端部材３Ａの間に分離膜エレメント２の周囲に原液を導く流路を確保するための溝３７が形成されている。
【００３１】
各連結部３３を構成するリブは、本実施形態では、径方向に直線的に延びている。すなわち、連結部３３は、放射状に配置されている。連結部３３同士の間の空間は、供給液または濃縮液が端部材３Ａを通過して流れる流通口を構成する。ただし、リブは、軸方向から見たときに必ずしも直線形状を有している必要はなく、渦を巻くような曲線形状を有していてもよい。また、連結部３３は、板状のリブに限定されるものではなく、内周部３１と外周部３２とを十分な強度で連結する断面形状を有するもの、すなわち軸方向の断面二次係数が十分に大きなものであればどのような形状を有していてもよい。例えば、連結部３３として棒状のスポークを用いることも可能である。この場合、第１端面３ａが内周部３１および外周部３２の表側端面のみで構成され、第２端面３ｂが内周部３１および外周部３２の裏側端面のみで構成されていてもよい。
【００３２】
さらに、本実施形態では、全ての連結部３３間に、隣り合う連結部３３に接しながら径方向に展開する遮蔽板３４が配置されている。換言すれば、遮蔽板３４によって、全ての連結部３３が環状につながれている。
【００３３】
各遮蔽板３４は、内周部３１および外周部３２から離間して配置されている。すなわち、各遮蔽板３４は、外周部３２との間に第１の開口部４１を形成するとともに、内周部３１との間に第２の開口部４２を形成する。第１の開口部４１は、隣り合う連結部３３、外周部３２及び遮蔽板３４の外周部３２側の外側端部によって形成されている。第２開口部４２は、隣り合う連結部３３、内周部３１及び遮蔽板３４の内周部３１側の外側端部によって形成されている。
【００３４】
各遮蔽板３４の形状および姿勢は、遮蔽板３４が径方向に展開するものである限り特に限定されるものではない。例えば、各遮蔽板３４は、軸方向と直交するように構成されていてもよい。ただし、各遮蔽板３４は、外周部３２側の外側端部が内周部３１側の内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置するように構成されていることが好ましい。
【００３５】
本実施形態では、各遮蔽板３４は、内側端部から外側端部に向かって第２端面３ｂに近づくように一定の角度で傾斜する連続する板である。遮蔽板３４が傾斜する角度は例えば５°〜６°であり、遮蔽板３４の厚さは例えば３ｍｍである。ただし、各遮蔽板３４は、全体的に傾斜していればよく、必ずしも一定の角度で傾斜している必要はない。例えば、各遮蔽板３４は、第１端面３ａ側または第２端面３ｂ側に凸となるように湾曲していてもよい。
【００３６】
第１の開口部４１の面積は、流路抵抗を抑え、かつ、攪拌効果を得るという観点から、内周部３１、外周部３２および一対の連結部３３で囲まれる空間面積の１／１０以上１／２以下であることが好ましい。ここで、「面積」とは、第１の開口部４１または上記空間を軸方向から見たときの面積をいう。より好ましくは、第１の開口部４１の面積は、上記空間面積の１／５以上１／３以下である。
【００３７】
第１の開口部４１と第２の開口部４２の関係としては、遮蔽板３４から外周部３２までの距離が内周部３１から遮蔽板３４までの距離よりも大きいことが好ましい。
【００３８】
具体的に、内周部３１から遮蔽板３４までの距離は、外周部３２の外周面の最大半径の１／７０以上１／２０以下であることが好ましい。例えば、内周部３１から遮蔽板３４までの距離は、中心側での液の滞留を防止するという目的、および小さすぎるとゴミなどの粗大物質が詰まりやすくなるという理由から、２ｍｍ以上であってもよい。また、内周部３１から遮蔽板３４までの距離は、多くの供給液が第１の開口部４１を通過するように、５ｍｍ以下程度であってもよい。
【００３９】
また、各遮蔽板３４の内側端部は、軸方向において、第１端面３ａよりも第２端面３ｂ側にある程度入り込んだ位置に位置することが好ましい。分離膜エレメント２同士が連結されたときに、遮蔽板３４の内側端部同士が当接しないようにするためである。
【００４０】
以上説明した本実施形態の端部材３Ａでは、分離膜エレメント２に供給される供給液が、上流側の端部材３Ａの遮蔽板３４によって遮られるために、図４中に矢印Ａで示すように遮蔽板３４と外周部３２との間の第１の開口部４１を通って遮蔽板３４の裏側に回り込む。すなわち、遮蔽板３４は、軸流として供給された供給液を径方向外向きに広がる拡散流に変換する。これにより、供給液中の懸濁物質を効果的に外周側に誘導することができ、懸濁物質堆積の偏在を抑制することができる。さらには、分離膜エレメント２内の圧力損失の均一化を図ることもできる。
【００４１】
特に、本実施形態では、各遮蔽板３４の外側端部が内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置しているために、遮蔽板３４にぶつかった供給液が遮蔽板３４によって第１の開口部４１に向かってガイドされる。従って、供給液の大半をスムーズに第１の開口部４１に向かわせることができる。
【００４２】
＜変形例＞
前記実施形態では、遮蔽板３４が連続する板であるため、下流側の端部材３Ａでは、濃縮液が遮蔽板３４によって第２の開口部４２に向かってガイドされるようになる。そこで、第２の開口部４２に向かってガイドされる濃縮液を減らすという観点からは、遮蔽板３４に、当該遮蔽板３４を軸方向（端部材３の厚み方向）に貫通する流路が形成されていることが好ましい。例えば、図５に示す変形例の端部材３Ｂのように、遮蔽板３４が軸方向に延びる複数の貫通孔３４ａが設けられた連続する板であってもよい。あるいは、図６に示す変形例の端部材３Ｃのように、遮蔽板３４が径方向に複数のパーツに分割されていてもよい。
【００４３】
図６に示す例では、複数のパーツのそれぞれが丸棒３４ｂである。遮蔽板３４が複数のパーツに分割されている場合は、複数のパーツの中心を結ぶ仮想線が、遮蔽板３４の内側端部から外側端部に向かって第２端面３ｂに近づくように傾斜していることが好ましい。このようにすれば、前記実施形態と同様に、遮蔽板３４の外側端部を内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置させることができる。また、遮蔽板３４から外周部３２までの距離が複数のパーツの間の距離（それらのパーツ同士が径方向に離間する距離）よりも大きいことが好ましい。
【００４４】
また、遮蔽板３４と内周部３１との間の第２の開口部４２は必ずしも形成されている必要はなく、遮蔽板３４の内側端部は内周部３１とつながっていてもよい。ただし、遮蔽板３４と内周部３１との間に第２の開口部４２が形成されていれば、液の滞留を効果的に防止して、汚染物質の堆積および菌の繁殖を抑制できる。
【００４５】
また、連結部３３として棒状のスポークを用いる場合は、隣り合う遮蔽板３４は、スポークによって完全に分断されている必要はなく、スポークの周囲で連続していてもよい。換言すれば、テーパー状の遮蔽板３４の連続体（リング）を連結部３３が貫通していてもよい。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図７〜９を参照して、本発明の第２実施形態に係る分離膜エレメント用端部材３Ｄを説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態で説明した構成と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略することがある。
【００４７】
本実施形態では、各遮蔽板３４が、図６に示す変形例の端部材３Ｃと同様に径方向に複数のパーツに分割されており、３つの円弧板３８で構成されている。これにより、遮蔽板３４には、図５および図６に示した構成と同様に、当該遮蔽板３４を軸方向に貫通する流路が形成されている。なお、１つの遮蔽板３４を構成する円弧板３８の数量は、適宜選定可能である。
【００４８】
円弧板３８は、外周部３２に近づくにつれて径方向の幅が大きくなるように構成されている。本実施形態では、各円弧板３８が、内周部３１から外周部３２に向かって第２端面３ｂに近づくように傾斜している。
【００４９】
円弧板３８は、内周部３１から外周部３２に向かって徐々に第２端面３ｂ側にシフトすることによって隣り合う円弧板３８の間に段差が形成されるように配置されている。また、最も径方向外側に位置する円弧板３８以外の２つの円弧板３８には、径方向外側の端部に、前記段差を埋め合わせるように第２端面３ｂ側に突出する突起３９が設けられている。
【００５０】
さらに、本実施形態では、内周部３１の外周面における全ての連結部３３との間に欠損部３１ａが設けられている。各欠損部３１ａは、第２端面３ｂから第１端面３ａに向かう方向および径方向外向きに開口しており、第１端面３ａから第２端面３ｂに向かう方向に開口していない。
【００５１】
より詳しくは、各欠損部３１ａは、隣り合う連結部３３に連続して窪む窪みであり、第１端面３ａから第２端面３ｂに向かって、内周部３１の表側端面から遮蔽板３４の内側端部（最も径方向内側に位置する円弧板３８の径方向内側の端部）を超える位置まで延びている。これにより、遮蔽板３４と内周部３１との間に第２の開口部４２が大きく確保されている。すなわち、各欠損部３１ａは、遮蔽板３４と内周部３１との間に形成される第２の開口部４２の少なくとも一部を構成する。また、分離膜エレメント２同士が連結されたときには、下流側の端部材３Ｄの第２の開口部４２から上流側の端部材３Ｄの第２の開口部４２に濃縮液がスムーズに流入できる。
【００５２】
欠損部３１ａにおける遮蔽板３４の内側端部を超える位置での終端は、遮蔽板３４の内側端部との間の流路断面積が均一となるように、湾曲しながら立ち上がっていることが好ましい。この構成によれば、欠損部３１から流出する流れが斜め流となり、この斜め流によって攪拌効果を高めることができる。
【００５３】
以上説明した構成でも、上流側の端部材３Ｄでは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。一方、下流側の端部材３Ｄでは、突起３９により濃縮液の遮蔽板３４に沿う流れが遮られるために、図９中に矢印Ｂで示すように、濃縮液が円弧板３８間の流路を良好に通過するようになる。また、下流側の端部材３Ｄと上流側の端部材３Ｄとが隣り合う場合、下流側の端部材３Ｄの円弧板３８間の流路を通過する濃縮液は図９に示すように径方向外側に向かう流れとなるので、濃縮液が上流側の端部材３Ｄの第１の開口部４１に向かって流れやすくなる。
【００５４】
＜変形例＞
内周部３１の外周面に設けた欠損部３１ａは、第１実施形態で採用されてもよい。また、欠損部３１ａは、遮蔽板３４と内周部３１との間に第２の開口部４２が形成されない場合でも、実質的な開口部となり、斜め流を形成して攪拌効果を高めるという点で有用である。
【００５５】
円弧板３８は、必ずしも外周部３２に近づくにつれて径方向の幅が大きくなるように構成されている必要はなく、全ての円弧板３８の径方向の幅が同じであってもよい。ただし、円弧板３８は、前記実施形態のように中心側に近づくほど幅が狭くなるように構成されていることが好ましい。中心側では濃縮液が集中しやすいため、中心側に幅の狭い円弧板３８を配置することで、濃縮液の攪拌混合効果が高くなる。
【００５６】
また、円弧板３８は、必ずしも隣り合う円弧板３８の間に段差が形成されるように配置されている必要はなく、同一直線上に配置されていてもよい。なお、隣り合う円弧板３８間に段差が形成される場合は、突起３９が少なくとも１つの円弧板３８に設けられていることが好ましい。
【００５７】
さらに、隣り合う円弧板３８間に段差が形成される場合には、それぞれの円弧板３８が傾斜していることが好ましいが、必ずしも全ての円弧板３８が内周部３１から外周部３２に向かって積層体２２に近づくように傾斜している必要はない。例えば、図１０に示す変形例の端部材３Ｅのように、そのうちのいくつかまたは全てが内周部３１および外周部３２の軸方向と垂直になっていてもよい。さらにその場合には、最も径方向内側に位置する円弧板３８以外の円弧板３８には、径方向内側の端部に、前記段差を埋め合わせるように第１端面３ａ側に突出する突起３９’が設けられていてもよい。なお、全ての円弧板３８が軸方向に垂直である場合は、円弧板３８を径方向外側に向かって徐々に積層体２２側にシフトさせれば、隣り合う円弧板３８間に段差を形成するのと同時に、遮蔽板３４の外側端部を内側端部よりも第２端面３ｂ側に位置させることができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
前記第１および第２実施形態では、全ての連結部３３の間に遮蔽板３４が配置されていたが、遮蔽板３４は、少なくとも一対の連結部３３の間に配置されていればよい。
【００５９】
また、圧力容器７内には必ずしも複数本の分離膜エレメント２が装填されている必要はなく、１本の分離膜エレメント２が装填されていてもよい。
【００６０】
また、分離膜エレメント２については、少なくとも上流側の端部材が遮蔽板３４を有する端部材３であることが好ましく、下流側の端部材は必ずしも遮蔽板３４を有する端部材３である必要はない。
【符号の説明】
【００６１】
１ 分離膜モジュール
２ スパイラル型分離膜エレメント
２０ 貫通孔
２１ 中心管
２３ 分離膜
２４，２５ 流路材
３Ａ〜３Ｅ スパイラル型分離膜エレメント用端部材
３ａ 第１端面
３ｂ 第２端面
３１ 内周部
３１ａ 欠損部
３２ 外周部
３３ 連結部
３４ 遮蔽板
３４ｂ 丸棒（パーツ）
３８ 円弧板（パーツ）
３９ 突起
４１，４２ 開口部
７ 圧力容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル型分離膜エレメントに用いられる端部材であって、
内周部と、
前記内周部を離間しながら取り囲む外周部と、
前記内周部と前記外周部とを連結する複数の連結部と、
少なくとも一対の前記連結部の間に配置された、前記外周部との間に開口部を形成する遮蔽板と、
を備えた、スパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項２】
前記端部材は、前記スパイラル型分離膜エレメントの端面を形成する第１端面およびこの第１端面と反対側を向く第２端面を有しており、
前記遮蔽板の前記外周部側の外側端部が、当該遮蔽板の前記内周部側の内側端部よりも前記第２端面側に位置している、請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項３】
前記遮蔽板が、前記内側端部から前記外側端部に向かって前記第２端面に近づくように傾斜する連続する板である、請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項４】
前記遮蔽板が、径方向に複数のパーツに分割されており、
前記複数のパーツのそれぞれの中心を結ぶ仮想線が、前記内側端部から前記外側端部に向かって前記第２端面に近づくように傾斜している、請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項５】
前記遮蔽板から前記外周部までの距離が、前記複数のパーツの間の隙間よりも大きい、請求項４に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項６】
前記開口部の面積が、前記内周部、前記外周部および一対の前記連結部で囲まれる空間面積の１／１０以上１／２以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項７】
前記遮蔽板が、前記内周部との間にも開口部を形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項８】
前記遮蔽板から前記外周部までの距離が、前記内周部から前記遮蔽板までの距離よりも大きい、請求項７に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項９】
前記内周部から前記遮蔽板までの距離が、前記外周部の外周面の最大半径の１／７０以上１／２０以下である、請求項７または８に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１０】
前記端部材は、前記スパイラル型分離膜エレメントの端面を形成する第１端面およびこの第１端面と反対側を向く第２端面を有しており、
前記内周部の外周面には、前記第２端面から前記第１端面に向かう方向および径方向外向きに開口する欠損部が設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１１】
前記欠損部が、前記遮蔽板と前記内周部との間に形成される開口部の少なくとも一部を構成するように、前記第１端面から前記第２端面に向かって、前記内周部の端面から前記遮蔽板の前記内周部側の内側端部を超える位置まで延びている、請求項１０に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１２】
前記複数のパーツのそれぞれが、円弧板である、請求項４または５に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１３】
前記円弧板は、前記内周部から前記外周部に向かって徐々に前記第２端面側にシフトすることによって隣り合う円弧板の間に段差が形成されるように配置されている、請求項１２に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１４】
前記円弧板のうちの少なくとも１つには、径方向外側の端部に、前記段差を埋め合わせるように前記第２端面側に突出する突起が設けられている、請求項１３に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１５】
前記円弧板は、前記外周部に近づくにつれて径方向の幅が大きくなるように構成されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１６】
前記遮蔽板が、全ての前記連結部の間に配置されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の端部材を少なくとも１つ含む、スパイラル型分離膜エレメント。
【請求項１８】
筒状の圧力容器と、前記圧力容器内に装填された、請求項１７に記載のスパイラル型分離膜エレメントとを備えた、分離膜モジュール。
【請求項１９】
前記スパイラル型分離膜エレメントにおける少なくとももと上流側の端部材が、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の端部材である、請求項１８に記載の分離膜モジュール。
【請求項１】
スパイラル型分離膜エレメントに用いられる端部材であって、
内周部と、
前記内周部を離間しながら取り囲む外周部と、
前記内周部と前記外周部とを連結する複数の連結部と、
少なくとも一対の前記連結部の間に配置された、前記外周部との間に開口部を形成する遮蔽板と、
を備えた、スパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項２】
前記端部材は、前記スパイラル型分離膜エレメントの端面を形成する第１端面およびこの第１端面と反対側を向く第２端面を有しており、
前記遮蔽板の前記外周部側の外側端部が、当該遮蔽板の前記内周部側の内側端部よりも前記第２端面側に位置している、請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項３】
前記遮蔽板が、前記内側端部から前記外側端部に向かって前記第２端面に近づくように傾斜する連続する板である、請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項４】
前記遮蔽板が、径方向に複数のパーツに分割されており、
前記複数のパーツのそれぞれの中心を結ぶ仮想線が、前記内側端部から前記外側端部に向かって前記第２端面に近づくように傾斜している、請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項５】
前記遮蔽板から前記外周部までの距離が、前記複数のパーツの間の隙間よりも大きい、請求項４に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項６】
前記開口部の面積が、前記内周部、前記外周部および一対の前記連結部で囲まれる空間面積の１／１０以上１／２以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項７】
前記遮蔽板が、前記内周部との間にも開口部を形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項８】
前記遮蔽板から前記外周部までの距離が、前記内周部から前記遮蔽板までの距離よりも大きい、請求項７に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項９】
前記内周部から前記遮蔽板までの距離が、前記外周部の外周面の最大半径の１／７０以上１／２０以下である、請求項７または８に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１０】
前記端部材は、前記スパイラル型分離膜エレメントの端面を形成する第１端面およびこの第１端面と反対側を向く第２端面を有しており、
前記内周部の外周面には、前記第２端面から前記第１端面に向かう方向および径方向外向きに開口する欠損部が設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１１】
前記欠損部が、前記遮蔽板と前記内周部との間に形成される開口部の少なくとも一部を構成するように、前記第１端面から前記第２端面に向かって、前記内周部の端面から前記遮蔽板の前記内周部側の内側端部を超える位置まで延びている、請求項１０に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１２】
前記複数のパーツのそれぞれが、円弧板である、請求項４または５に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１３】
前記円弧板は、前記内周部から前記外周部に向かって徐々に前記第２端面側にシフトすることによって隣り合う円弧板の間に段差が形成されるように配置されている、請求項１２に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１４】
前記円弧板のうちの少なくとも１つには、径方向外側の端部に、前記段差を埋め合わせるように前記第２端面側に突出する突起が設けられている、請求項１３に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１５】
前記円弧板は、前記外周部に近づくにつれて径方向の幅が大きくなるように構成されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１６】
前記遮蔽板が、全ての前記連結部の間に配置されている、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のスパイラル型分離膜エレメント用端部材。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の端部材を少なくとも１つ含む、スパイラル型分離膜エレメント。
【請求項１８】
筒状の圧力容器と、前記圧力容器内に装填された、請求項１７に記載のスパイラル型分離膜エレメントとを備えた、分離膜モジュール。
【請求項１９】
前記スパイラル型分離膜エレメントにおける少なくとももと上流側の端部材が、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の端部材である、請求項１８に記載の分離膜モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−５２３８８（Ｐ２０１３−５２３８８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７８４９１（Ｐ２０１２−１７８４９１）
【出願日】平成２４年８月１０日（２０１２．８．１０）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１０日（２０１２．８．１０）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]