スパイラル型膜エレメント及びこれを備えたスパイラル型膜濾過装置
【課題】使用する電力を良好に回収することができるスパイラル型膜エレメント及びこれを備えたスパイラル型膜濾過装置を提供する。
【解決手段】液体を用いて発電を行う発電部（コイル２５など）と、上記発電部から供給される電力を有線又は無線で出力する電力出力部３９とを備える。これにより、液体（原水、透過水又は濃縮水）を用いて発電部で発電される電力を電力出力部３９から有線又は無線で出力することができる。したがって、上記電力出力部３９から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【解決手段】液体を用いて発電を行う発電部（コイル２５など）と、上記発電部から供給される電力を有線又は無線で出力する電力出力部３９とを備える。これにより、液体（原水、透過水又は濃縮水）を用いて発電部で発電される電力を電力出力部３９から有線又は無線で出力することができる。したがって、上記電力出力部３９から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメント及びこれを備えたスパイラル型膜濾過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記スパイラル型膜エレメント（以下、単に「膜エレメント」という。）を一直線上に複数配置するとともに、隣接する膜エレメントの上記中心管同士をインターコネクタ（連結部）で連結することにより構成されるスパイラル型膜濾過装置（以下、単に「膜濾過装置」という。）が知られている。このようにして連結された複数の膜エレメントは、例えば樹脂により形成された外筒内に収容され、１本の膜濾過装置として取り扱われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の膜濾過装置は、一般的に、排水や海水などの原水（原液）を濾過して、浄化された透過水（透過液）を得るために用いられる。特に大型のプラントなどでは、多数本の膜濾過装置がトレーンと呼ばれるラックで保持され、例えば１日に１００００トン程度の原水を処理するような大型のプラントでは、１０００本以上の膜濾過装置が使用される。
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２７３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような膜濾過装置を用いて原水を処理する場合、その処理コストの大部分は使用する電力が占めている。特に、上記のような大型のプラントでは、原水を処理するために莫大な電力が必要となる。したがって、使用する電力を良好に回収することができれば、処理コストを低減することも可能である。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、使用する電力を良好に回収することができるスパイラル型膜エレメント及びこれを備えたスパイラル型膜濾過装置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】
【０００７】
第１の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、液体を用いて発電を行う発電部と、上記発電部から供給される電力を有線又は無線で出力する電力出力部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を電力出力部から有線又は無線で出力することができる。したがって、上記電力出力部から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【０００９】
第２の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、液体を用いて発電を行う発電部と、上記発電部から供給される電力を蓄積する蓄電部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を蓄電部に蓄積しておくことができるので、使用する電力を良好に回収することができ、当該電力を用いてスパイラル型膜エレメントに備えられている各部を動作させることができる。
【００１１】
第３の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記発電部が、上記液体の流圧により発電を行うことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、スパイラル型膜エレメント内を液体が流れているときに、当該液体の流圧により効率よく発電を行うことができる。
【００１３】
第４の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記液体の流圧により回転する回転体を備え、上記発電部が、上記回転体の回転に基づいて発電を行うことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、スパイラル型膜エレメント内を液体が流れているときに、当該液体の流圧により回転体が回転し、その回転に基づいて発電部で発電が行われる。したがって、上記液体の流圧により回転する回転体を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。
【００１５】
第５の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記回転体が、上記中心管内に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、中心管内を透過液が流れているときに、当該液体の流圧により回転体が回転し、その回転に基づいて発電部で発電が行われる。したがって、中心管内に回転体を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。
【００１７】
第６の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記回転体が、上記原液流路内に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、原液流路内を原液が流れているときに、当該液体の流圧により回転体が回転し、その回転に基づいて発電部で発電が行われる。したがって、原液流路内に回転体を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。また、一般的に、原液流路内を流れる原液は、中心管内を流れる透過液よりも流圧が大きいため、原液流路内に回転体を設けることによって、より効率よく発電を行うことができる。
【００１９】
第７の本発明に係るスパイラル型膜濾過装置は、上記スパイラル型膜エレメントを備えたことを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を電力出力部から有線又は無線で出力することができる。したがって、上記電力出力部から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を電力出力部から有線又は無線で出力することができるので、使用する電力を良好に回収することができる。また、本発明によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を蓄電部に蓄積しておくことができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパイラル型膜エレメント１０が備えられたスパイラル型膜濾過装置５０の一例を示した概略断面図である。また、図２は、図１のスパイラル型膜エレメント１０の内部構成を示した斜視図である。このスパイラル型膜濾過装置５０（以下、単に「膜濾過装置５０」という。）は、スパイラル型膜エレメント（以下、単に「膜エレメント１０」という。）を外筒４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。
【００２３】
外筒４０は、耐圧ベッセルと呼ばれる樹脂製の筒体であり、例えばＦＲＰ(Fiberglass Reinforced Plastics)により形成される。外筒４０の一端部には、排水や海水などの原水（原液）が流入する原水流入口４８が形成されており、当該原水流入口４８から流入する原水が複数の膜エレメント１０で濾過されることにより、浄化された透過水（透過液）と、濾過後の原水である濃縮水（濃縮液）とが得られる。外筒４０の他端部には、透過水が流出する透過水流出口４６と、濃縮水が流出する濃縮水流出口４４とが形成されている。
【００２４】
図２に示すように、膜エレメント１０は、分離膜１２と供給側流路材１８と透過側流路材１４とが積層された状態で中心管２０の周囲にスパイラル状に巻回されることにより形成されたＲＯ(Reverse Osmosis：逆浸透)エレメントである。
【００２５】
より具体的には、樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面に、同一の矩形形状からなる分離膜１２が重ね合わせられるとともに、その３辺が接着されることにより、１辺に開口部を有する袋状の膜部材１６が形成される。そして、この膜部材１６の開口部が中心管２０の外周面に取り付けられ、樹脂製の網状部材からなる供給側流路材１８とともに中心管２０の周囲に巻回されることにより、上記膜エレメント１０が形成される。上記分離膜１２は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（緻密層）が順次に積層されることにより形成される。
【００２６】
上記のようにして形成された膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、原水スペーサとして機能する供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が分離膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、透過水スペーサとして機能する透過側流路材１４により形成された透過水流路内に浸透する。
【００２７】
その後、透過水流路内に浸透した透過水が、当該透過水流路を通って中心管２０側に流れ、中心管２０の外周面に形成された複数の通水孔（図示せず）から中心管２０内に導かれる。これにより、膜エレメント１０の他端側から、中心管２０を介して透過水が流出するとともに、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して濃縮水が流出することとなる。
【００２８】
図１に示すように、外筒４０内に収容されている複数の膜エレメント１０は、隣接する膜エレメント１０の中心管２０同士が管状のインターコネクタ（連結部）４２で連結されている。したがって、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、インターコネクタ４２により接続された１本の中心管２０を介して透過水流出口４６から流出する。一方、各膜エレメント１０の原水流路を通過することにより透過水が濾過されて濃縮された濃縮水は、濃縮水流出口４４から流出する。
【００２９】
図３は、中心管２０の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。この例では、中心管２０内に、当該中心管２０内を流れる透過水の流圧により回転する回転体としての羽根車２１が設けられている。ただし、上記回転体は、羽根車２１に限らず、各種形状のものを採用することができる。また、中心管２０は、例えば直径が２０ｍｍ〜５０ｍｍの円管からなるような構成を採用することができるが、このような構成に限らず、より小径又はより大径の中心管２０を採用することも可能である。
【００３０】
中心管２０内には、その中心軸線に沿って主軸２２が配置されており、当該主軸２２の両端部が中心管２０の両端部において保持部２３により保持されている。保持部２３は、中心管２０の中心軸線に対して放射状に延びる複数本の棒材からなり、これらの棒材間の空間が透過水を流通させるための通水口２４を形成している。
【００３１】
羽根車２１は、それぞれの先端部が中心管２０の内周面に近接する位置まで延びる複数枚の羽根２１ａを有している。したがって、中心管２０の一端部の通水口２４を介して中心管２０内に流入した透過水が、羽根車２１の羽根２１ａに接触しながら中心管２０内を流通し、当該中心管２０の他端部の通水口２４から流出することにより、羽根２１ａに作用する透過水の流圧によって羽根車２１が回転するようになっている。
【００３２】
中心管２０における羽根車２１の周囲には、金属線が巻回されることによりコイル２５が形成されている。また、羽根車２１の各羽根２１ａの先端部には、磁石（図示せず）が取り付けられている。このような構成により、羽根車２１が回転すると、コイル２５の周囲で上記磁石により形成される磁界が変化し、いわゆる電磁誘導によってコイル２５に誘導電流が流れるようになっている。すなわち、羽根車２１に取り付けられた磁石及びコイル２５は、羽根車２１の回転に基づいて発電を行う発電部２６を構成している。ただし、液体の流圧により回転する回転体を用いて発電を行うような構成としては、上記羽根車２１を用いた構成に限らず、特開２００６−１４１１５５号公報に開示されているような回転式磁石発電機や、特開２０００−１４６６３９号公報に開示されているような非接触式回転体を用いた構成を採用することにより、良好に発電を行うことができる。
【００３３】
図４は、図１のスパイラル型膜濾過装置５０の電気的構成を示したブロック図である。この膜濾過装置５０は、上記コイル２５の他に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、バッテリ３１、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４、汚染検知センサ３５、通信部３６、ＲＦＩＤタグ３７及び電力出力部３９などを備えている。
【００３４】
膜濾過装置５０に備えられた上記各部のうち、コイル２５、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、バッテリ３１、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４、汚染検知センサ３５、通信部３６及び電力出力部３９は、中心管２０に取り付けられている。一方、ＲＦＩＤタグ３７は、膜エレメント１０の外周面を形成する膜部材１６に取り付けられている。ただし、このような構成に限らず、発電部２６、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、バッテリ３１、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４、汚染検知センサ３５、通信部３６及び電力出力部３９などが、膜エレメント１０における中心管２０以外の部分、例えば膜エレメント１０の端部に取り付けられる端部部材（シールキャリア又はテレスコープ防止部材）などに取り付けられた構成であってもよい。また、ＲＦＩＤタグ３７が、膜エレメント１０における膜部材１６以外の部分、例えば中心管２０又は上記端部部材などに取り付けられた構成であってもよい。
【００３５】
コイル２５に発生する誘導電流は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０により交流(ＡＣ)電流から直流(ＤＣ)電流に変換され、バッテリ３１に供給される。バッテリ３１は二次電池からなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０を介して発電部２６から供給される電力を蓄積する蓄電部を構成している。このように、膜エレメント１０内を流れる液体（この例では、透過水）を用いて発電部２６で発電される電力をバッテリ３１に蓄積しておくことができるので、使用する電力を良好に回収することができ、当該電力を用いて膜エレメント１０に備えられている各部を動作させることができる。
【００３６】
バッテリ３１に蓄積された電力は、当該膜濾過装置５０に備えられた流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４及び汚染検知センサ３５といった各種センサの他、通信部３６などの他の電気部品にも供給される。上記他の電気部品には、例えばＧＰＳ(Global Positioning System)などの位置検知部が含まれていてもよい。
【００３７】
流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４及び汚染検知センサ３５は、それぞれ中心管２０内を流れる透過水の性状を検知するセンサである。より具体的には、流量センサ３２は、上記羽根車２１を含む構成であって、当該羽根車２１の回転数に基づいて、中心管２０内を流れる透過水の流量を検知する。言い換えれば、羽根車２１に取り付けられた磁石及びコイル２５により構成される発電部２６は、流量センサ３２の羽根車２１を用いて発電を行うものである。
【００３８】
このような構成によれば、中心管２０内を透過水が流れているときに、流量センサ３２に備えられた羽根車２１が透過水の流圧で回転することにより、その回転数に基づいて当該流量センサ３２で透過水の流量を検知することができるとともに、羽根車２１の回転に基づいて発電部２６で発電を行うことができる。したがって、流量センサ３２に備えられた羽根車２１を利用して、効率よく発電を行うことができる。
【００３９】
電導度センサ３３は、中心管２０内を流れる透過水の電導度を検知するセンサである。温度センサ３４は、中心管２０内を流れる透過水の温度を検知するセンサであり、例えば熱電対により構成することができる。汚染検知センサ３５は、中心管２０内を流れる透過水の汚染状態を検知するセンサである。
【００４０】
通信部３６は、アンテナ３６ａを有しており、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４及び汚染検知センサ３５などの各種センサからの検知信号を通信装置３８へ無線送信する無線送信部を構成している。通信部３６のアンテナ３６ａは、例えば中心管２０に金属線を巻回することにより形成することができる。
【００４１】
ＲＦＩＤタグ３７は、データを記憶可能な記憶媒体を備え、電波を用いた非接触通信により、通信装置３８との間でデータを送受信することができる無線タグである。このＲＦＩＤタグ３７は、蓄電部を有するアクティブ型のものであってもよいし、蓄電部を有しておらず、通信装置３８からの電波に基づいて電磁誘導を生じることにより電力を得るようなパッシブ型のものであってもよい。
【００４２】
ＲＦＩＤタグ３７には、当該ＲＦＩＤタグ３７が取り付けられている膜エレメント１０に関するデータを記憶することができる。このＲＦＩＤタグ３７に記憶されるデータとしては、膜エレメント１０の位置情報、膜エレメント１０の製造履歴、膜エレメント１０の性能データ、又は、膜エレメント１０のロードマップデータなどが挙げられる。
【００４３】
電力出力部３９は、例えば図１に破線で描いた円形領域内に示されるような中心管２０の端部に、電極を設けることにより構成することができる。すなわち、上記電極を介して、当該膜濾過装置５０の外部に設けられた電気部品や蓄電部などをバッテリ３１と有線で電気的に接続することにより、バッテリ３１に蓄積されている電力を外部に出力することができる。これにより、電力出力部３９から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【００４４】
ただし、電力出力部３９は、上記のように中心管２０の端部に設けられた電極により構成されるものに限らず、膜エレメント１０の発電部２６で発電された電力を当該膜濾過装置５０の外部に出力することができるような構成であれば、他の各種構成を採用することができる。例えば、図１に一点鎖線で描いた円形領域内に示されるような膜エレメント１０の外周面に、電極を設けることにより電力出力部３９を構成し、当該電極と接触する外筒４０を介して、発電部２６で発電された電力が当該膜濾過装置５０の外部に出力されるような構成であってもよい。
【００４５】
また、上記の例では、発電部２６から供給される電力が電力出力部３９から有線で出力されるような構成について説明したが、このような構成に限らず、発電部２６から供給される電力が電力出力部３９から無線で出力されるような構成であってもよい。この場合、電力出力部３９にアンテナが備えられたような構成であってもよいし、通信部３６のアンテナ３６ａを用いて電力を出力するような構成であってもよい。
【００４６】
さらに、上記の例では、バッテリ３１に蓄積されている電力が電力出力部３９から外部に出力されるような構成について説明したが、このような構成に限らず、発電部２６から供給される電力が、バッテリ３１のような蓄電部を介さずに直接外部に出力されるような構成であってもよい。この場合、電力出力部３９が、発電部２６（コイル２５）又はＡＣ／ＤＣコンバータ３０に対して直接接続された構成であってもよい。
【００４７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、中心管２０内に設けられた回転体（羽根車２１）の回転に基づいて発電が行われるような構成について説明した。これに対して、第２実施形態では、供給側流路材１８により形成される原水流路内に回転体が設けられている点が異なっている。
【００４８】
図５は、本発明の第２実施形態に係るスパイラル型膜エレメント１０の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。この例では、中心管２０の周囲に巻回された膜部材１６が、中心管２０の軸線方向に沿って２つに分割され、これらの分割された膜部材１６の端面間に空間２７が形成されている。この空間２７は、分割された一方の膜部材１６内における供給側流路材１８により形成された原水流路２８から、他方の膜部材１６内の原水流路２８へと流れる原水が流通する領域であり、上記原水流路２８の一部を構成している。
【００４９】
上記空間２７内には、中心管２０に対して回転可能に取り付けられた回転体としての羽根車１２１が配置されている。この羽根車１２１は、それぞれの先端部が膜エレメント１０の外周面に近接する位置まで延びる複数枚の羽根１２１ａを有している。したがって、分割された一方の膜部材１６内の原水流路２８から他方の膜部材１６内の原水流路２８へと流れる原水が、羽根車１２１の羽根１２１ａに接触しながら空間２７内を流通することにより、羽根１２１ａに作用する原水の流圧によって羽根車１２１が回転するようになっている。
【００５０】
分割された各膜部材１６の一方又は両方における羽根車１２１の周囲には、金属線が巻回されることによりコイル１２５が形成されている。また、羽根車１２１の各羽根１２１ａの先端部には、磁石（図示せず）が取り付けられている。このような構成により、羽根車１２１が回転すると、コイル１２５の周囲で上記磁石により形成される磁界が変化し、いわゆる電磁誘導によってコイル１２５に誘導電流が流れるようになっている。すなわち、羽根車１２１に取り付けられた磁石及びコイル１２５は、羽根車１２１の回転に基づいて発電を行う発電部１２６を構成している。
【００５１】
このような構成によれば、原水流路２８内を原水が流れているときに、羽根車１２１が原水の流圧で回転し、その回転に基づいて発電部１２６で発電がおこなわれる。したがって、膜エレメント１０内に羽根車１２１を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。ただし、上記回転体は、羽根車１２１に限らず、各種形状のものを採用することができる。
【００５２】
なお、本実施形態における膜濾過装置５０の電気的構成は、図４を用いて説明した第１実施形態に係る膜濾過装置５０の電気的構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略することとする。
【００５３】
＜第３実施形態＞
第２実施形態では、膜エレメント１０の中間部に設けられた回転体（羽根車１２１）の回転に基づいて発電が行われるような構成について説明した。これに対して、第３実施形態では、膜エレメント１０の端部に回転体が設けられている点が異なっている。
【００５４】
図６は、本発明の第３実施形態に係るスパイラル型膜エレメント１０の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。この例では、中心管２０の周囲に巻回された膜部材１６における軸線方向の両端部に、外周面にシール部材（図示せず）を保持するシールキャリア、又は、膜部材１６がテレスコープ状に変形するのを防止するテレスコープ防止部材として機能する端部部材１１が取り付けられている。膜部材１６内における供給側流路材１８により形成された原水流路２８を流れる原水は、これらの端部部材１１内を通過するようになっている。
【００５５】
端部部材１１内には、中心管２０に対して回転可能に取り付けられた回転体としての羽根車２２１が配置されている。この羽根車２２１は、それぞれの先端部が膜エレメント１０の外周面に近接する位置まで延びる複数枚の羽根２２１ａを有している。したがって、膜部材１６内の原水流路２８に対して流入又は流出する原水が、羽根車２２１の羽根２２１ａに接触しながら端部部材１１内を流通することにより、羽根２２１ａに作用する原水の流圧によって羽根車２２１が回転するようになっている。
【００５６】
各端部部材１１に隣接する膜部材１６の両端部には、金属線が巻回されることによりコイル２２５が形成されている。また、羽根車２２１の各羽根２２１ａの先端部には、磁石（図示せず）が取り付けられている。このような構成により、羽根車２２１が回転すると、コイル２２５の周囲で上記磁石により形成される磁界が変化し、いわゆる電磁誘導によってコイル２２５に誘導電流が流れるようになっている。すなわち、羽根車２２１に取り付けられた磁石及びコイル２２５は、羽根車２２１の回転に基づいて発電を行う発電部２２６を構成している。
【００５７】
なお、図６の例では、膜エレメント１０の一端部に取り付けられた端部部材１１内にのみ羽根車２２１を図示するとともに、当該一端部にのみコイル２２５を図示しており、膜エレメント１０の他端部に設けられている羽根車２２１及びコイル２２５を省略して示している。ただし、羽根車２２１及びコイル２２５は、膜エレメント１０の両端部に設けられるような構成に限らず、いずれか一方の端部にのみ設けられるような構成であってもよい。
【００５８】
本実施形態のような構成によれば、原水流路２８内を原水が流れているときに、羽根車２２１が原水の流圧で回転し、その回転に基づいて発電部２２６で発電がおこなわれる。したがって、端部部材１１に羽根車２２１を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。ただし、上記回転体は、羽根車２２１に限らず、各種形状のものを採用することができる。
【００５９】
なお、本実施形態における膜濾過装置５０の電気的構成は、図４を用いて説明した第１実施形態に係る膜濾過装置５０の電気的構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略することとする。
【００６０】
以上の実施形態では、センサにより検知される液体（原水、透過水又は濃縮水）を用いて発電部２６，１２６，２２６で発電を行うことによって、効率よく発電を行うことができる。なお、一般的に、原水流路２８内を流れる原水は、中心管２０内を流れる透過水よりも流圧が大きいため、第２実施形態又は第３実施形態のように原水流路２８内に羽根車１２１，２２１を設けることによって、第１実施形態の場合よりも効率よく発電を行うことができる。
【００６１】
また、以上の実施形態では、膜エレメント１０にＲＦＩＤタグ３７を取り付けることにより、当該ＲＦＩＤタグ３７にデータを予め格納しておき、当該データを外部から読み出すことにより、膜エレメント１０の処理特性の管理を行うことができる。したがって、ＲＦＩＤタグ３７に格納されているデータと、上記センサなどの各部で得られるデータとに基づいて、より精度よく管理を行うことができる。
【００６２】
以上の実施形態では、羽根車２１，１２１，２２１などの流量センサ３２に備えられた回転体を用いて発電を行うような構成について説明したが、このような構成に限らず、流量センサ３２とは別個に設けられた回転体を用いて発電を行うような構成であってもよいし、回転体以外の他の機構を用いて発電を行うような構成であってもよい。上記他の機構としては、中心管２０や原水流路２８などの膜濾過装置５０内を流れる液体から受ける流圧に応じた電圧を発生する圧電素子や歪みゲージなどを挙げることができる。例えば、膜濾過装置５０の適切な場所に圧電素子（ピエゾ素子）を設けることにより発電することができる。圧電素子は、設置のしやすさや発電効率の観点から、屈曲性を有するフィルム状であることが好ましい。また、圧電素子は、外筒４０（耐圧ベッセル）の内面、膜エレメント１０の外装面、中心管２０の内部やインターコネクタ４２との接続部、外筒４０端部の原水流入部分、膜エレメント１０端部の膜保持部材、膜濾過装置５０の配管内部など、流体の圧力を受けやすい部位や、振動の生じやすい部位に設置することができる。なかでも、電気配線や無線伝送により電力を取り出し、利用する観点からは、外筒４０の内面や、膜エレメント１０の外装面に設けることが好ましい。なお、圧電素子としては、モノモルフ型、バイモルフ型、積層型など、適宜公知の技術を適用することができる。
【００６３】
また、膜濾過装置５０内を流れる液体の流圧を用いて発電を行うような構成に限らず、他の態様で発電を行うような構成を採用することも可能である。例えば、中心管２０内を流れる透過水中に多数の気泡を発生させることにより、当該気泡のエネルギーを用いて発電を行うことも考えられる。この場合、透過水中に発生する多数の気泡の作用により、透過水の洗浄効果も期待することができる。
【００６４】
さらに、以上の実施形態では、膜濾過装置５０を用いて排水や海水などの原水を濾過する場合について説明したが、このような構成に限らず、膜濾過装置５０を用いて水以外の原液を濾過するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパイラル型膜エレメントが備えられたスパイラル型膜濾過装置の一例を示した概略断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜エレメントの内部構成を示した斜視図である。
【図３】中心管の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。
【図４】図１のスパイラル型膜濾過装置の電気的構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスパイラル型膜エレメントの内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。
【図６】本発明の第３実施形態に係るスパイラル型膜エレメントの内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。
【符号の説明】
【００６６】
１０ スパイラル型膜エレメント
１２ 分離膜
１４ 透過側流路材
１６ 膜部材
１８ 供給側流路材
２０ 中心管
２１ 羽根車
２５ コイル
２６ 発電部
２７ 空間
２８ 原水流路
３１ バッテリ
３２ 流量センサ
３３ 電導度センサ
３４ 温度センサ
３５ 汚染検知センサ
３６ 通信部
３７ ＲＦＩＤタグ
３８ 通信装置
３９ 電力出力部
４０ 外筒
４２ インターコネクタ
４４ 濃縮水流出口
４６ 透過水流出口
４８ 原水流入口
５０ スパイラル型膜濾過装置
１２１ 羽根車
１２５ コイル
１２６ 発電部
２２１ 羽根車
２２５ コイル
２２６ 発電部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメント及びこれを備えたスパイラル型膜濾過装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記スパイラル型膜エレメント（以下、単に「膜エレメント」という。）を一直線上に複数配置するとともに、隣接する膜エレメントの上記中心管同士をインターコネクタ（連結部）で連結することにより構成されるスパイラル型膜濾過装置（以下、単に「膜濾過装置」という。）が知られている。このようにして連結された複数の膜エレメントは、例えば樹脂により形成された外筒内に収容され、１本の膜濾過装置として取り扱われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の膜濾過装置は、一般的に、排水や海水などの原水（原液）を濾過して、浄化された透過水（透過液）を得るために用いられる。特に大型のプラントなどでは、多数本の膜濾過装置がトレーンと呼ばれるラックで保持され、例えば１日に１００００トン程度の原水を処理するような大型のプラントでは、１０００本以上の膜濾過装置が使用される。
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２７３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような膜濾過装置を用いて原水を処理する場合、その処理コストの大部分は使用する電力が占めている。特に、上記のような大型のプラントでは、原水を処理するために莫大な電力が必要となる。したがって、使用する電力を良好に回収することができれば、処理コストを低減することも可能である。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、使用する電力を良好に回収することができるスパイラル型膜エレメント及びこれを備えたスパイラル型膜濾過装置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】
【０００７】
第１の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、液体を用いて発電を行う発電部と、上記発電部から供給される電力を有線又は無線で出力する電力出力部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を電力出力部から有線又は無線で出力することができる。したがって、上記電力出力部から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【０００９】
第２の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、液体を用いて発電を行う発電部と、上記発電部から供給される電力を蓄積する蓄電部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を蓄電部に蓄積しておくことができるので、使用する電力を良好に回収することができ、当該電力を用いてスパイラル型膜エレメントに備えられている各部を動作させることができる。
【００１１】
第３の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記発電部が、上記液体の流圧により発電を行うことを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、スパイラル型膜エレメント内を液体が流れているときに、当該液体の流圧により効率よく発電を行うことができる。
【００１３】
第４の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記液体の流圧により回転する回転体を備え、上記発電部が、上記回転体の回転に基づいて発電を行うことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、スパイラル型膜エレメント内を液体が流れているときに、当該液体の流圧により回転体が回転し、その回転に基づいて発電部で発電が行われる。したがって、上記液体の流圧により回転する回転体を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。
【００１５】
第５の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記回転体が、上記中心管内に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、中心管内を透過液が流れているときに、当該液体の流圧により回転体が回転し、その回転に基づいて発電部で発電が行われる。したがって、中心管内に回転体を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。
【００１７】
第６の本発明に係るスパイラル型膜エレメントは、上記回転体が、上記原液流路内に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、原液流路内を原液が流れているときに、当該液体の流圧により回転体が回転し、その回転に基づいて発電部で発電が行われる。したがって、原液流路内に回転体を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。また、一般的に、原液流路内を流れる原液は、中心管内を流れる透過液よりも流圧が大きいため、原液流路内に回転体を設けることによって、より効率よく発電を行うことができる。
【００１９】
第７の本発明に係るスパイラル型膜濾過装置は、上記スパイラル型膜エレメントを備えたことを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を電力出力部から有線又は無線で出力することができる。したがって、上記電力出力部から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を電力出力部から有線又は無線で出力することができるので、使用する電力を良好に回収することができる。また、本発明によれば、液体を用いて発電部で発電される電力を蓄電部に蓄積しておくことができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るスパイラル型膜エレメント１０が備えられたスパイラル型膜濾過装置５０の一例を示した概略断面図である。また、図２は、図１のスパイラル型膜エレメント１０の内部構成を示した斜視図である。このスパイラル型膜濾過装置５０（以下、単に「膜濾過装置５０」という。）は、スパイラル型膜エレメント（以下、単に「膜エレメント１０」という。）を外筒４０内に一直線上に複数配置することにより構成されている。
【００２３】
外筒４０は、耐圧ベッセルと呼ばれる樹脂製の筒体であり、例えばＦＲＰ(Fiberglass Reinforced Plastics)により形成される。外筒４０の一端部には、排水や海水などの原水（原液）が流入する原水流入口４８が形成されており、当該原水流入口４８から流入する原水が複数の膜エレメント１０で濾過されることにより、浄化された透過水（透過液）と、濾過後の原水である濃縮水（濃縮液）とが得られる。外筒４０の他端部には、透過水が流出する透過水流出口４６と、濃縮水が流出する濃縮水流出口４４とが形成されている。
【００２４】
図２に示すように、膜エレメント１０は、分離膜１２と供給側流路材１８と透過側流路材１４とが積層された状態で中心管２０の周囲にスパイラル状に巻回されることにより形成されたＲＯ(Reverse Osmosis：逆浸透)エレメントである。
【００２５】
より具体的には、樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面に、同一の矩形形状からなる分離膜１２が重ね合わせられるとともに、その３辺が接着されることにより、１辺に開口部を有する袋状の膜部材１６が形成される。そして、この膜部材１６の開口部が中心管２０の外周面に取り付けられ、樹脂製の網状部材からなる供給側流路材１８とともに中心管２０の周囲に巻回されることにより、上記膜エレメント１０が形成される。上記分離膜１２は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（緻密層）が順次に積層されることにより形成される。
【００２６】
上記のようにして形成された膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、原水スペーサとして機能する供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が分離膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、透過水スペーサとして機能する透過側流路材１４により形成された透過水流路内に浸透する。
【００２７】
その後、透過水流路内に浸透した透過水が、当該透過水流路を通って中心管２０側に流れ、中心管２０の外周面に形成された複数の通水孔（図示せず）から中心管２０内に導かれる。これにより、膜エレメント１０の他端側から、中心管２０を介して透過水が流出するとともに、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して濃縮水が流出することとなる。
【００２８】
図１に示すように、外筒４０内に収容されている複数の膜エレメント１０は、隣接する膜エレメント１０の中心管２０同士が管状のインターコネクタ（連結部）４２で連結されている。したがって、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、インターコネクタ４２により接続された１本の中心管２０を介して透過水流出口４６から流出する。一方、各膜エレメント１０の原水流路を通過することにより透過水が濾過されて濃縮された濃縮水は、濃縮水流出口４４から流出する。
【００２９】
図３は、中心管２０の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。この例では、中心管２０内に、当該中心管２０内を流れる透過水の流圧により回転する回転体としての羽根車２１が設けられている。ただし、上記回転体は、羽根車２１に限らず、各種形状のものを採用することができる。また、中心管２０は、例えば直径が２０ｍｍ〜５０ｍｍの円管からなるような構成を採用することができるが、このような構成に限らず、より小径又はより大径の中心管２０を採用することも可能である。
【００３０】
中心管２０内には、その中心軸線に沿って主軸２２が配置されており、当該主軸２２の両端部が中心管２０の両端部において保持部２３により保持されている。保持部２３は、中心管２０の中心軸線に対して放射状に延びる複数本の棒材からなり、これらの棒材間の空間が透過水を流通させるための通水口２４を形成している。
【００３１】
羽根車２１は、それぞれの先端部が中心管２０の内周面に近接する位置まで延びる複数枚の羽根２１ａを有している。したがって、中心管２０の一端部の通水口２４を介して中心管２０内に流入した透過水が、羽根車２１の羽根２１ａに接触しながら中心管２０内を流通し、当該中心管２０の他端部の通水口２４から流出することにより、羽根２１ａに作用する透過水の流圧によって羽根車２１が回転するようになっている。
【００３２】
中心管２０における羽根車２１の周囲には、金属線が巻回されることによりコイル２５が形成されている。また、羽根車２１の各羽根２１ａの先端部には、磁石（図示せず）が取り付けられている。このような構成により、羽根車２１が回転すると、コイル２５の周囲で上記磁石により形成される磁界が変化し、いわゆる電磁誘導によってコイル２５に誘導電流が流れるようになっている。すなわち、羽根車２１に取り付けられた磁石及びコイル２５は、羽根車２１の回転に基づいて発電を行う発電部２６を構成している。ただし、液体の流圧により回転する回転体を用いて発電を行うような構成としては、上記羽根車２１を用いた構成に限らず、特開２００６−１４１１５５号公報に開示されているような回転式磁石発電機や、特開２０００−１４６６３９号公報に開示されているような非接触式回転体を用いた構成を採用することにより、良好に発電を行うことができる。
【００３３】
図４は、図１のスパイラル型膜濾過装置５０の電気的構成を示したブロック図である。この膜濾過装置５０は、上記コイル２５の他に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、バッテリ３１、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４、汚染検知センサ３５、通信部３６、ＲＦＩＤタグ３７及び電力出力部３９などを備えている。
【００３４】
膜濾過装置５０に備えられた上記各部のうち、コイル２５、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、バッテリ３１、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４、汚染検知センサ３５、通信部３６及び電力出力部３９は、中心管２０に取り付けられている。一方、ＲＦＩＤタグ３７は、膜エレメント１０の外周面を形成する膜部材１６に取り付けられている。ただし、このような構成に限らず、発電部２６、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０、バッテリ３１、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４、汚染検知センサ３５、通信部３６及び電力出力部３９などが、膜エレメント１０における中心管２０以外の部分、例えば膜エレメント１０の端部に取り付けられる端部部材（シールキャリア又はテレスコープ防止部材）などに取り付けられた構成であってもよい。また、ＲＦＩＤタグ３７が、膜エレメント１０における膜部材１６以外の部分、例えば中心管２０又は上記端部部材などに取り付けられた構成であってもよい。
【００３５】
コイル２５に発生する誘導電流は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０により交流(ＡＣ)電流から直流(ＤＣ)電流に変換され、バッテリ３１に供給される。バッテリ３１は二次電池からなり、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０を介して発電部２６から供給される電力を蓄積する蓄電部を構成している。このように、膜エレメント１０内を流れる液体（この例では、透過水）を用いて発電部２６で発電される電力をバッテリ３１に蓄積しておくことができるので、使用する電力を良好に回収することができ、当該電力を用いて膜エレメント１０に備えられている各部を動作させることができる。
【００３６】
バッテリ３１に蓄積された電力は、当該膜濾過装置５０に備えられた流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４及び汚染検知センサ３５といった各種センサの他、通信部３６などの他の電気部品にも供給される。上記他の電気部品には、例えばＧＰＳ(Global Positioning System)などの位置検知部が含まれていてもよい。
【００３７】
流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４及び汚染検知センサ３５は、それぞれ中心管２０内を流れる透過水の性状を検知するセンサである。より具体的には、流量センサ３２は、上記羽根車２１を含む構成であって、当該羽根車２１の回転数に基づいて、中心管２０内を流れる透過水の流量を検知する。言い換えれば、羽根車２１に取り付けられた磁石及びコイル２５により構成される発電部２６は、流量センサ３２の羽根車２１を用いて発電を行うものである。
【００３８】
このような構成によれば、中心管２０内を透過水が流れているときに、流量センサ３２に備えられた羽根車２１が透過水の流圧で回転することにより、その回転数に基づいて当該流量センサ３２で透過水の流量を検知することができるとともに、羽根車２１の回転に基づいて発電部２６で発電を行うことができる。したがって、流量センサ３２に備えられた羽根車２１を利用して、効率よく発電を行うことができる。
【００３９】
電導度センサ３３は、中心管２０内を流れる透過水の電導度を検知するセンサである。温度センサ３４は、中心管２０内を流れる透過水の温度を検知するセンサであり、例えば熱電対により構成することができる。汚染検知センサ３５は、中心管２０内を流れる透過水の汚染状態を検知するセンサである。
【００４０】
通信部３６は、アンテナ３６ａを有しており、流量センサ３２、電導度センサ３３、温度センサ３４及び汚染検知センサ３５などの各種センサからの検知信号を通信装置３８へ無線送信する無線送信部を構成している。通信部３６のアンテナ３６ａは、例えば中心管２０に金属線を巻回することにより形成することができる。
【００４１】
ＲＦＩＤタグ３７は、データを記憶可能な記憶媒体を備え、電波を用いた非接触通信により、通信装置３８との間でデータを送受信することができる無線タグである。このＲＦＩＤタグ３７は、蓄電部を有するアクティブ型のものであってもよいし、蓄電部を有しておらず、通信装置３８からの電波に基づいて電磁誘導を生じることにより電力を得るようなパッシブ型のものであってもよい。
【００４２】
ＲＦＩＤタグ３７には、当該ＲＦＩＤタグ３７が取り付けられている膜エレメント１０に関するデータを記憶することができる。このＲＦＩＤタグ３７に記憶されるデータとしては、膜エレメント１０の位置情報、膜エレメント１０の製造履歴、膜エレメント１０の性能データ、又は、膜エレメント１０のロードマップデータなどが挙げられる。
【００４３】
電力出力部３９は、例えば図１に破線で描いた円形領域内に示されるような中心管２０の端部に、電極を設けることにより構成することができる。すなわち、上記電極を介して、当該膜濾過装置５０の外部に設けられた電気部品や蓄電部などをバッテリ３１と有線で電気的に接続することにより、バッテリ３１に蓄積されている電力を外部に出力することができる。これにより、電力出力部３９から出力された電力を外部に設けられた電気部品で使用したり、外部に設けられた蓄電部に蓄積したりすることができるので、使用する電力を良好に回収することができる。
【００４４】
ただし、電力出力部３９は、上記のように中心管２０の端部に設けられた電極により構成されるものに限らず、膜エレメント１０の発電部２６で発電された電力を当該膜濾過装置５０の外部に出力することができるような構成であれば、他の各種構成を採用することができる。例えば、図１に一点鎖線で描いた円形領域内に示されるような膜エレメント１０の外周面に、電極を設けることにより電力出力部３９を構成し、当該電極と接触する外筒４０を介して、発電部２６で発電された電力が当該膜濾過装置５０の外部に出力されるような構成であってもよい。
【００４５】
また、上記の例では、発電部２６から供給される電力が電力出力部３９から有線で出力されるような構成について説明したが、このような構成に限らず、発電部２６から供給される電力が電力出力部３９から無線で出力されるような構成であってもよい。この場合、電力出力部３９にアンテナが備えられたような構成であってもよいし、通信部３６のアンテナ３６ａを用いて電力を出力するような構成であってもよい。
【００４６】
さらに、上記の例では、バッテリ３１に蓄積されている電力が電力出力部３９から外部に出力されるような構成について説明したが、このような構成に限らず、発電部２６から供給される電力が、バッテリ３１のような蓄電部を介さずに直接外部に出力されるような構成であってもよい。この場合、電力出力部３９が、発電部２６（コイル２５）又はＡＣ／ＤＣコンバータ３０に対して直接接続された構成であってもよい。
【００４７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、中心管２０内に設けられた回転体（羽根車２１）の回転に基づいて発電が行われるような構成について説明した。これに対して、第２実施形態では、供給側流路材１８により形成される原水流路内に回転体が設けられている点が異なっている。
【００４８】
図５は、本発明の第２実施形態に係るスパイラル型膜エレメント１０の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。この例では、中心管２０の周囲に巻回された膜部材１６が、中心管２０の軸線方向に沿って２つに分割され、これらの分割された膜部材１６の端面間に空間２７が形成されている。この空間２７は、分割された一方の膜部材１６内における供給側流路材１８により形成された原水流路２８から、他方の膜部材１６内の原水流路２８へと流れる原水が流通する領域であり、上記原水流路２８の一部を構成している。
【００４９】
上記空間２７内には、中心管２０に対して回転可能に取り付けられた回転体としての羽根車１２１が配置されている。この羽根車１２１は、それぞれの先端部が膜エレメント１０の外周面に近接する位置まで延びる複数枚の羽根１２１ａを有している。したがって、分割された一方の膜部材１６内の原水流路２８から他方の膜部材１６内の原水流路２８へと流れる原水が、羽根車１２１の羽根１２１ａに接触しながら空間２７内を流通することにより、羽根１２１ａに作用する原水の流圧によって羽根車１２１が回転するようになっている。
【００５０】
分割された各膜部材１６の一方又は両方における羽根車１２１の周囲には、金属線が巻回されることによりコイル１２５が形成されている。また、羽根車１２１の各羽根１２１ａの先端部には、磁石（図示せず）が取り付けられている。このような構成により、羽根車１２１が回転すると、コイル１２５の周囲で上記磁石により形成される磁界が変化し、いわゆる電磁誘導によってコイル１２５に誘導電流が流れるようになっている。すなわち、羽根車１２１に取り付けられた磁石及びコイル１２５は、羽根車１２１の回転に基づいて発電を行う発電部１２６を構成している。
【００５１】
このような構成によれば、原水流路２８内を原水が流れているときに、羽根車１２１が原水の流圧で回転し、その回転に基づいて発電部１２６で発電がおこなわれる。したがって、膜エレメント１０内に羽根車１２１を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。ただし、上記回転体は、羽根車１２１に限らず、各種形状のものを採用することができる。
【００５２】
なお、本実施形態における膜濾過装置５０の電気的構成は、図４を用いて説明した第１実施形態に係る膜濾過装置５０の電気的構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略することとする。
【００５３】
＜第３実施形態＞
第２実施形態では、膜エレメント１０の中間部に設けられた回転体（羽根車１２１）の回転に基づいて発電が行われるような構成について説明した。これに対して、第３実施形態では、膜エレメント１０の端部に回転体が設けられている点が異なっている。
【００５４】
図６は、本発明の第３実施形態に係るスパイラル型膜エレメント１０の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。この例では、中心管２０の周囲に巻回された膜部材１６における軸線方向の両端部に、外周面にシール部材（図示せず）を保持するシールキャリア、又は、膜部材１６がテレスコープ状に変形するのを防止するテレスコープ防止部材として機能する端部部材１１が取り付けられている。膜部材１６内における供給側流路材１８により形成された原水流路２８を流れる原水は、これらの端部部材１１内を通過するようになっている。
【００５５】
端部部材１１内には、中心管２０に対して回転可能に取り付けられた回転体としての羽根車２２１が配置されている。この羽根車２２１は、それぞれの先端部が膜エレメント１０の外周面に近接する位置まで延びる複数枚の羽根２２１ａを有している。したがって、膜部材１６内の原水流路２８に対して流入又は流出する原水が、羽根車２２１の羽根２２１ａに接触しながら端部部材１１内を流通することにより、羽根２２１ａに作用する原水の流圧によって羽根車２２１が回転するようになっている。
【００５６】
各端部部材１１に隣接する膜部材１６の両端部には、金属線が巻回されることによりコイル２２５が形成されている。また、羽根車２２１の各羽根２２１ａの先端部には、磁石（図示せず）が取り付けられている。このような構成により、羽根車２２１が回転すると、コイル２２５の周囲で上記磁石により形成される磁界が変化し、いわゆる電磁誘導によってコイル２２５に誘導電流が流れるようになっている。すなわち、羽根車２２１に取り付けられた磁石及びコイル２２５は、羽根車２２１の回転に基づいて発電を行う発電部２２６を構成している。
【００５７】
なお、図６の例では、膜エレメント１０の一端部に取り付けられた端部部材１１内にのみ羽根車２２１を図示するとともに、当該一端部にのみコイル２２５を図示しており、膜エレメント１０の他端部に設けられている羽根車２２１及びコイル２２５を省略して示している。ただし、羽根車２２１及びコイル２２５は、膜エレメント１０の両端部に設けられるような構成に限らず、いずれか一方の端部にのみ設けられるような構成であってもよい。
【００５８】
本実施形態のような構成によれば、原水流路２８内を原水が流れているときに、羽根車２２１が原水の流圧で回転し、その回転に基づいて発電部２２６で発電がおこなわれる。したがって、端部部材１１に羽根車２２１を設けるといった簡単な構成で、効率よく発電を行うことができる。ただし、上記回転体は、羽根車２２１に限らず、各種形状のものを採用することができる。
【００５９】
なお、本実施形態における膜濾過装置５０の電気的構成は、図４を用いて説明した第１実施形態に係る膜濾過装置５０の電気的構成と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略することとする。
【００６０】
以上の実施形態では、センサにより検知される液体（原水、透過水又は濃縮水）を用いて発電部２６，１２６，２２６で発電を行うことによって、効率よく発電を行うことができる。なお、一般的に、原水流路２８内を流れる原水は、中心管２０内を流れる透過水よりも流圧が大きいため、第２実施形態又は第３実施形態のように原水流路２８内に羽根車１２１，２２１を設けることによって、第１実施形態の場合よりも効率よく発電を行うことができる。
【００６１】
また、以上の実施形態では、膜エレメント１０にＲＦＩＤタグ３７を取り付けることにより、当該ＲＦＩＤタグ３７にデータを予め格納しておき、当該データを外部から読み出すことにより、膜エレメント１０の処理特性の管理を行うことができる。したがって、ＲＦＩＤタグ３７に格納されているデータと、上記センサなどの各部で得られるデータとに基づいて、より精度よく管理を行うことができる。
【００６２】
以上の実施形態では、羽根車２１，１２１，２２１などの流量センサ３２に備えられた回転体を用いて発電を行うような構成について説明したが、このような構成に限らず、流量センサ３２とは別個に設けられた回転体を用いて発電を行うような構成であってもよいし、回転体以外の他の機構を用いて発電を行うような構成であってもよい。上記他の機構としては、中心管２０や原水流路２８などの膜濾過装置５０内を流れる液体から受ける流圧に応じた電圧を発生する圧電素子や歪みゲージなどを挙げることができる。例えば、膜濾過装置５０の適切な場所に圧電素子（ピエゾ素子）を設けることにより発電することができる。圧電素子は、設置のしやすさや発電効率の観点から、屈曲性を有するフィルム状であることが好ましい。また、圧電素子は、外筒４０（耐圧ベッセル）の内面、膜エレメント１０の外装面、中心管２０の内部やインターコネクタ４２との接続部、外筒４０端部の原水流入部分、膜エレメント１０端部の膜保持部材、膜濾過装置５０の配管内部など、流体の圧力を受けやすい部位や、振動の生じやすい部位に設置することができる。なかでも、電気配線や無線伝送により電力を取り出し、利用する観点からは、外筒４０の内面や、膜エレメント１０の外装面に設けることが好ましい。なお、圧電素子としては、モノモルフ型、バイモルフ型、積層型など、適宜公知の技術を適用することができる。
【００６３】
また、膜濾過装置５０内を流れる液体の流圧を用いて発電を行うような構成に限らず、他の態様で発電を行うような構成を採用することも可能である。例えば、中心管２０内を流れる透過水中に多数の気泡を発生させることにより、当該気泡のエネルギーを用いて発電を行うことも考えられる。この場合、透過水中に発生する多数の気泡の作用により、透過水の洗浄効果も期待することができる。
【００６４】
さらに、以上の実施形態では、膜濾過装置５０を用いて排水や海水などの原水を濾過する場合について説明したが、このような構成に限らず、膜濾過装置５０を用いて水以外の原液を濾過するような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスパイラル型膜エレメントが備えられたスパイラル型膜濾過装置の一例を示した概略断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜エレメントの内部構成を示した斜視図である。
【図３】中心管の内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。
【図４】図１のスパイラル型膜濾過装置の電気的構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスパイラル型膜エレメントの内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。
【図６】本発明の第３実施形態に係るスパイラル型膜エレメントの内部構成の一例を示した概略斜視図であり、内部構成を透視した状態を示している。
【符号の説明】
【００６６】
１０ スパイラル型膜エレメント
１２ 分離膜
１４ 透過側流路材
１６ 膜部材
１８ 供給側流路材
２０ 中心管
２１ 羽根車
２５ コイル
２６ 発電部
２７ 空間
２８ 原水流路
３１ バッテリ
３２ 流量センサ
３３ 電導度センサ
３４ 温度センサ
３５ 汚染検知センサ
３６ 通信部
３７ ＲＦＩＤタグ
３８ 通信装置
３９ 電力出力部
４０ 外筒
４２ インターコネクタ
４４ 濃縮水流出口
４６ 透過水流出口
４８ 原水流入口
５０ スパイラル型膜濾過装置
１２１ 羽根車
１２５ コイル
１２６ 発電部
２２１ 羽根車
２２５ コイル
２２６ 発電部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、
液体を用いて発電を行う発電部と、
上記発電部から供給される電力を有線又は無線で出力する電力出力部とを備え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】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、
液体を用いて発電を行う発電部と、
上記発電部から供給される電力を蓄積する蓄電部とを備えたことを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
上記発電部が、上記液体の流圧により発電を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
上記液体の流圧により回転する回転体を備え、
上記発電部が、上記回転体の回転に基づいて発電を行うことを特徴とする請求項３に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項５】
上記回転体が、上記中心管内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項６】
上記回転体が、上記原液流路内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントを備えたことを特徴とするスパイラル型膜濾過装置。
【請求項１】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、
液体を用いて発電を行う発電部と、
上記発電部から供給される電力を有線又は無線で出力する電力出力部とを備え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】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層された状態で中心管の周囲にスパイラル状に巻回され、上記供給側流路材により形成される原液流路を介して供給される原液から上記分離膜により濾過された透過液が、上記透過側流路材を介して上記中心管に導かれるスパイラル型膜エレメントであって、
液体を用いて発電を行う発電部と、
上記発電部から供給される電力を蓄積する蓄電部とを備えたことを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
上記発電部が、上記液体の流圧により発電を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
上記液体の流圧により回転する回転体を備え、
上記発電部が、上記回転体の回転に基づいて発電を行うことを特徴とする請求項３に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項５】
上記回転体が、上記中心管内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項６】
上記回転体が、上記原液流路内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメントを備えたことを特徴とするスパイラル型膜濾過装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６６０３６（Ｐ２００９−１６６０３６Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１９８１６（Ｐ２００８−３１９８１６）
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【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２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]