圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュール
【課題】組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供する。
【解決手段】圧力容器４０の一端部に、挿入口４３から挿入された分離膜エレメント１０に係合する係合部（凹部４２）を形成する。圧力容器４０の両端部には、他の圧力容器４０を直列に連結可能な連結部４１を形成する。これにより、圧力容器４０内に挿入口４３から分離膜エレメント１０を挿入して係合部（凹部４２）に係合させた後、その圧力容器４０を他の圧力容器４０と連結部４１を介して直列に連結するだけで、分離膜モジュール１を容易に形成することができる。また、分離膜エレメント１０を交換する場合であっても、交換の対象となる分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０に対して作業を行うだけで、分離膜エレメント１０を容易に交換することができる。
【解決手段】圧力容器４０の一端部に、挿入口４３から挿入された分離膜エレメント１０に係合する係合部（凹部４２）を形成する。圧力容器４０の両端部には、他の圧力容器４０を直列に連結可能な連結部４１を形成する。これにより、圧力容器４０内に挿入口４３から分離膜エレメント１０を挿入して係合部（凹部４２）に係合させた後、その圧力容器４０を他の圧力容器４０と連結部４１を介して直列に連結するだけで、分離膜モジュール１を容易に形成することができる。また、分離膜エレメント１０を交換する場合であっても、交換の対象となる分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０に対して作業を行うだけで、分離膜エレメント１０を容易に交換することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給流体を濃縮流体と透過流体とに分離するクロスフロー型の分離膜エレメントを収容するための圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分離膜エレメントの一例として、供給流体を膜面に対して平行に通過させることにより濾過を行なうクロスフロー型の分離膜エレメントが知られている。この種の分離膜エレメントを、例えば筒状の圧力容器内に一直線上に並べて複数配置することにより、分離膜モジュールが構成される（例えば、特許文献１及び２参照）。当該分離膜モジュールにおいては、圧力容器の一端部側から供給流体を供給することにより、分離膜モジュール内で濃縮流体と透過流体とに分離され、それらの濃縮流体及び透過流体が圧力容器の他端部側から排出される。
【０００３】
一方で、分離膜エレメントを圧力容器と一体化された構成とし、このような分離膜エレメントを直列に複数連結することにより分離膜モジュールを構成することも提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２３７４４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２０１０４号公報
【特許文献３】特開昭５８−１６３４０４号公報
【特許文献４】特開２００６−１１６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、筒状の圧力容器内に複数の分離膜エレメントが一直線上に並べて配置された分離膜モジュールにおいては、以下のような問題が生じる場合がある。例えば、組立時又はメンテナンス時の作業性の問題として、１本の分離膜エレメントを交換する場合であっても複数本の分離膜エレメントを動かす必要があったり、分離膜エレメントを圧力容器の奥の方まで押し込むための労力を要したりするなどの問題を挙げることができる。このような問題は、１モジュール当たりの水処理効率を高めるために、分離膜エレメントの外径を大型化した場合や、圧力容器内に収容する分離膜エレメントの本数を増やした場合などには、さらに顕著になる。その他にも、例えば供給流体の混合を防ぐためにＯリングゴムなどのシール部材を設けた場合にゴムが劣化するなどの耐久性の問題や、圧力容器内に収容する分離膜エレメントの本数が固定化されてしまうといった設計上の自由度の問題なども挙げることができる。
【０００６】
一方、圧力容器と一体化された分離膜モジュールを直列に複数連結することにより形成された分離膜モジュールにおいては、以下のような問題が生じる場合がある。例えば、組立時又はメンテナンス時の作業性の問題として、各分離膜モジュール内の分離膜エレメント同士の連結が困難であるなどの問題を挙げることができる。また、耐久性の問題として、高圧条件に対する耐久性が低く、例えば圧力が１ＭＰａを超える逆浸透膜処理での長時間の使用に耐えられない場合がある。その他にも、分離膜エレメントごとの寸法差に応じて隙間のない耐圧部分を形成する必要があり、製造のために高度な技術が求められるといった製造プロセス上の問題や、分離膜エレメントを交換する際には耐圧部分も含めて交換する必要があるといった製造コスト上の問題なども挙げることができる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、耐久性を向上することができる圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、設計上の自由度が高い圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、製造プロセス上又は製造コスト上の観点から有利な圧力容器及びこれを備えた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】
本発明に係る圧力容器は、供給流体を濃縮流体と透過流体とに分離するクロスフロー型の分離膜エレメントを収容するための圧力容器であって、前記圧力容器の一端部には、前記分離膜エレメントを挿入するための挿入口と、当該挿入口から挿入された前記分離膜エレメントに係合する係合部とが形成され、前記圧力容器の両端部には、他の圧力容器を直列に連結可能な連結部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、圧力容器内に挿入口から分離膜エレメントを挿入して係合部に係合させた後、その圧力容器を他の圧力容器と連結部を介して直列に連結するだけで、分離膜モジュールを容易に形成することができる。また、分離膜エレメントを交換する場合であっても、交換の対象となる分離膜エレメントが収容された圧力容器に対して作業を行うだけで、分離膜エレメントを容易に交換することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００１０】
また、分離膜エレメントとは別個に構成された圧力容器内に分離膜エレメントが挿入されるため、高圧条件に対する耐久性を向上することができる。さらに、任意の数の分離膜エレメントを直列に連結可能であるため、連結する分離膜エレメントの本数や種類を選択する際の設計上の自由度を向上することができる。
【００１１】
また、圧力容器とは別個に分離膜エレメントが構成されているため、分離膜エレメントごとの寸法差をある程度許容できることに加えて、圧力容器を廃棄することなく分離膜エレメントのみを交換することが可能である。したがって、製造プロセス上及び製造コスト上の観点からも有利である。
【００１２】
前記圧力容器には、前記挿入口が形成された前記一端部からのみ前記分離膜エレメントを挿入可能であってもよい。
【００１３】
このような構成によれば、圧力容器における分離膜エレメントが挿入される側の端部と、他の圧力容器における分離膜エレメントが挿入される側とは反対側の端部とを順次に連結することにより、分離膜モジュールを形成することができる。したがって、連結時の圧力容器の向きが分かりやすく、組立時又はメンテナンス時の作業性をより向上することができる。
【００１４】
前記係合部は、前記分離膜エレメントの一端部に形成された凸部と係合する凹部を有していてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、分離膜エレメントを圧力容器内に挿入して、当該分離膜エレメントの一端部に形成された凸部を、圧力容器の一端部に形成された係合部の凹部に係合させるだけで、分離膜エレメント同士を容易に連結することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００１６】
前記圧力容器の一端部は、供給流体の供給方向の上流側端部であってもよい。
【００１７】
このような構成によれば、圧力容器内に供給される供給流体の流圧によって、当該圧力容器内の分離膜エレメントがずれるのを防止することができるので、耐久性をより向上することができる。
【００１８】
本発明に係る分離膜モジュールは、前記圧力容器が、前記分離膜エレメントを収容した状態で、前記連結部を介して直列に複数連結されたことを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、上記のような特有の効果を奏する分離膜モジュールを提供することができる。
【００２０】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器に収容されている前記分離膜エレメントの端部同士が密着していてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、各圧力容器に収容されている分離膜エレメントの端部同士を密着させることにより、隣接する分離膜エレメント間を互いに連通することができるため、分離膜エレメント同士の連結が容易であり、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００２２】
密着する前記分離膜エレメントの端部間には、透過流体を通過させるための挿入管が挿入されていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、密着する分離膜エレメントの端部間に挿入管を挿入するだけで、当該挿入管を介して透過流体を良好に流通させることができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００２４】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器の端部同士が密着し、前記係合部に係合している前記分離膜エレメントの端部が、隣接する前記圧力容器の端部間に挟み込まれてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、分離膜エレメントを各圧力容器内に挿入して、各圧力容器の端部同士を密着させて連結するだけで、隣接する圧力容器の端部間に分離膜エレメントの端部を挟み込んで固定することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００２６】
隣接する前記圧力容器の前記連結部同士が、３本以上かつ１６本以下のボルト及びナットを用いて連結されていてもよい。
【００２７】
このような構成によれば、３本以上かつ１６本以下のボルト及びナットを用いて、隣接する圧力容器の連結部同士を強固に連結することができるため、耐久性を向上することができる。
【００２８】
前記分離膜エレメントには、供給流体の供給方向の下流側端部から、前記分離膜エレメントの外周面と前記圧力容器の内周面との間の空間へと濃縮流体を通過させるための通路が形成されていてもよい。
【００２９】
このような構成によれば、分離膜エレメントの内外における圧力差を低減し、分離膜エレメント内での濃縮流体の圧力により分離膜エレメントが膨張して破裂するのを防止することができるため、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る分離膜モジュールの一例を示した概略断面図である。
【図２】図１の分離膜モジュールに備えられた分離膜エレメントの内部構成の一部を示した斜視図である。
【図３Ａ】分離膜エレメントに備えられた第１端部部材の構成例を示した平面図であって、図１におけるＡ−Ａ矢視図を示している。
【図３Ｂ】分離膜エレメントに備えられた第２端部部材の構成例を示した平面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。
【図４】分離膜モジュールの概略断面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。
【図５】分離膜モジュールの別の実施形態を示した概略断面図である。
【図６】分離膜モジュールのさらに別の実施形態を示した概略断面図である。
【図７】図６の分離膜モジュールの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る分離膜モジュール１の一例を示した概略断面図である。図２は、図１の分離膜モジュール１に備えられた分離膜エレメント１０の内部構成の一部を示した斜視図である。この分離膜モジュール１は、濾過膜で原水（供給流体）を濾過することにより、濾過後の原水である濃縮水（濃縮流体）と、浄化された透過水（透過流体）とに分離する装置である。
【００３２】
本実施形態に係る分離膜モジュール１は、分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０が、直列に複数連結されることにより構成されている。すなわち、１つの圧力容器内に複数の分離膜エレメントが一直線上に配置された構成ではなく、それぞれ分離膜エレメント１０を収容する複数の圧力容器４０が一直線上に並べた状態で連結されることにより、複数の分離膜エレメント１０同士が連通するように構成されている。
【００３３】
圧力容器４０は、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。この例では、圧力容器４０は、円筒状に形成されているが、このような形状に限らず、他の各種形状及び材料で圧力容器４０を構成することが可能である。
【００３４】
各圧力容器４０の両端部には、他の圧力容器４０を直列に連結可能な連結部４１が形成されている。この例では、各連結部４１が圧力容器４０の端部から径方向に突出するように形成されたフランジ部からなり、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士を密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて連結されるようになっている。密着する連結部４１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン４４が取り付けられ、当該シールパッキン４４を介して連結部４１同士が水密に連結されるようになっている。
【００３５】
分離膜モジュール１の一端部に位置する圧力容器４０には、当該分離膜モジュール１の一端部を閉塞するための蓋５０が取り付けられている。蓋５０には、圧力容器４０の連結部４１に対応する形状の連結部５１が形成されており、圧力容器４０の連結部４１と蓋５０の連結部５１とを密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて連結される。この蓋５０には、排水や海水などの原水が流入する原水流入口５２が形成されており、当該原水流入口５２から流入する原水が複数の分離膜エレメント１０で濾過されることにより、透過水と濃縮水とが得られる。密着する連結部４１，５１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン５３が取り付けられ、当該シールパッキン５３を介して連結部４１，５１同士が水密に連結されるようになっている。
【００３６】
分離膜モジュール１の他端部に位置する圧力容器４０には、当該分離膜モジュール１の他端部を閉塞するための蓋６０が取り付けられている。蓋６０には、圧力容器４０の連結部４１に対応する形状の連結部６１が形成されており、圧力容器４０の連結部４１と蓋６０の連結部６１とを密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて連結される。この蓋６０には、透過水が流出する透過水流出口６２と、濃縮水が流出する濃縮水流出口６３とが形成されている。密着する連結部４１，６１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン６４が取り付けられ、当該シールパッキン６４を介して連結部４１，６１同士が水密に連結されるようになっている。
【００３７】
分離膜エレメント１０は、原水を膜面に対して平行に通過させることにより濾過を行なうクロスフロー型の分離膜エレメントである。より具体的には、本実施形態における分離膜エレメント１０は、図２に示すように、濾過膜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)膜エレメントである。なお、本発明は、限外濾過膜や精密濾過膜を用いたエレメントにも適用可能である。
【００３８】
樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面には、同一の矩形形状からなる濾過膜１２が重ね合わせられ、その３辺に接着剤を塗布することにより、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の周囲に巻回した後、接着剤を硬化させることにより、上記分離膜エレメント１０が形成される。上記濾過膜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）が順次に形成される。前記スキン層は、界面重合法により形成されたポリアミド系スキン層であることが好ましい。巻回された膜部材１６の外周面は、図１に示すように、外装部材１９により覆われる。
【００３９】
上記のようにして形成された分離膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、分離膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が濾過膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、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。
【００４０】
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、分離膜エレメント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。
【００４１】
図３Ａは、分離膜エレメント１０に備えられた第１端部部材３１の構成例を示した平面図であって、図１におけるＡ−Ａ矢視図を示している。図３Ｂは、分離膜エレメント１０に備えられた第２端部部材３２の構成例を示した平面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。第１端部部材３１及び第２端部部材３２に共通する構成については、図に同一符号を付して説明する。
【００４２】
第１端部部材３１は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部に位置している。一方、第２端部部材３２は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の下流側端部に位置している。これにより、スパイラル状に巻回された膜部材１６の両端部が第１端部部材３１及び第２端部部材３２により挟持されるため、膜部材１６が上記供給方向Ｄ１にずれることによってテレスコープ状に変形するのを防止することができる。
【００４３】
本実施形態における第１端部部材３１及び第２端部部材３２は、それぞれ、中心管２０が挿通される円環状の中心部３３と、当該中心部３３の径方向外側に位置する円環状の外周部３４とが、一体的に形成された構成となっている。中心部３３と外周部３４とは、径方向に向かって放射状に延びる複数のリブ３５によって連結されており、これにより、中心部３３と外周部３４との間に濃縮水を通過させるための開口部３６が形成されている。
【００４４】
各圧力容器４０が連結部４１を介して直列に複数連結された状態では、図１に示すように、各圧力容器４０に収容されている分離膜エレメント１０の端部同士が密着する。より具体的には、隣接する２つ分離膜エレメント１０のうち一方の分離膜エレメント１０の第１端部部材３１と、他方の分離膜エレメント１０の第２端部部材３２とが密着する。この状態では、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の中心部３３同士が密着するとともに、外周部３４同士が密着することにより、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の開口部３６同士が連通する。このように、各圧力容器４０に収容されている分離膜エレメント１０の端部同士を密着させることにより、隣接する分離膜エレメント１０間を互いに連通することができるため、分離膜エレメント１０同士の連結が容易であり、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００４５】
密着する分離膜エレメント１０の端部間には、透過水を通過させるための挿入管２１が挿入されている。当該挿入管２１は、密着する２つの分離膜エレメント１０の各中心管２０を跨ぐように、各中心管２０内に嵌め込まれた状態で取り付けられる。これにより、密着する分離膜エレメント１０の端部間に挿入管２１を挿入するだけで、当該挿入管２１を介して透過水を良好に流通させることができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性をより向上することができる。
【００４６】
蓋５０に隣接する分離膜エレメント１０における蓋５０側の端部には、中心管２０の端部を閉塞するための端部栓２２が取り付けられている。一方、蓋６０に隣接する分離膜エレメント１０における蓋６０側の端部には、中心管２０の端部と蓋６０の透過水流出口６２とを連通するための端部管２３が取り付けられている。
【００４７】
図１に示すように、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の分離膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各分離膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、挿入管２１により接続された複数本の中心管２０を介して透過水流出口６２から流出する。一方、各分離膜エレメント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６３から流出する。
【００４８】
第１端部部材３１の外周部３４には、径方向に突出するフランジ状の凸部３７が形成されている。外周部３４の外径が圧力容器４０の内径よりも小さいのに対して、凸部３７の外径は圧力容器４０の内径よりも大きい。図１に示すように、各圧力容器４０の一端部の内周縁には、第１端部部材３１の凸部３７に対応する形状の凹部４２が形成されている。当該凹部４２は、分離膜エレメント１０を圧力容器４０に係合させるための係合部を構成しており、凹部４２に分離膜エレメント１０（第１端部部材３１）の凸部３７が係合するようになっている。圧力容器４０の凹部４２には、例えばＯリングからなるシールパッキン４５が取り付けられ、当該シールパッキン４５を介して凸部３７と凹部４２とが水密に連結されるようになっている。
【００４９】
各圧力容器４０の両端面に形成されている開口部のうち、凹部４２が形成されている側の開口部は、分離膜エレメント１０を挿入するための挿入口４３を構成している。本実施形態では、圧力容器４０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部に、挿入口４３が形成されている。圧力容器４０に対して挿入口４３から挿入された分離膜エレメント１０は、第１端部部材３１の凸部３７が圧力容器４０の凹部４２に係合することにより、原水の供給方向Ｄ１への移動が規制されるようになっている。
【００５０】
本実施形態では、圧力容器４０内に挿入口４３から分離膜エレメント１０を挿入して係合部（凹部４２）に係合させた後、その圧力容器４０を他の圧力容器４０と連結部４１を介して直列に連結するだけで、分離膜モジュール１を容易に形成することができる。また、分離膜エレメント１０を交換する場合であっても、交換の対象となる分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０に対して作業を行うだけで、分離膜エレメント１０を容易に交換することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００５１】
特に、分離膜エレメント１０を圧力容器４０内に挿入して、当該分離膜エレメント１０の一端部に形成された凸部３７を、圧力容器４０の一端部に形成された凹部４２に係合させるだけで、分離膜エレメント１０同士を容易に連結することができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００５２】
また、分離膜エレメント１０とは別個に構成された圧力容器４０内に分離膜エレメント１０が挿入されるため、高圧条件に対する耐久性を向上することができる。さらに、任意の数の分離膜エレメント１０を直列に連結可能であるため、連結する分離膜エレメント１０の本数や種類を選択する際の設計上の自由度を向上することができる。
【００５３】
また、圧力容器４０とは別個に分離膜エレメント１０が構成されているため、分離膜エレメント１０ごとの寸法差をある程度許容できることに加えて、圧力容器４０を廃棄することなく分離膜エレメント１０のみを交換することが可能である。したがって、製造プロセス上及び製造コスト上の観点からも有利である。
【００５４】
また、本実施形態では、第１端部部材３１の凸部３７の外径が圧力容器４０の内径よりも大きいため、圧力容器４０には、挿入口４３が形成された一端部からのみ分離膜エレメント１０を挿入可能となっている。言い換えれば、挿入口４３が形成された一端部から圧力容器４０に分離膜エレメント１０を挿入した場合にのみ、圧力容器４０の内部に分離膜エレメント１０を完全に収納することができるようになっている。
【００５５】
これにより、圧力容器４０における分離膜エレメント１０が挿入される側の端部と、他の圧力容器４０における分離膜エレメント１０が挿入される側とは反対側の端部とを順次に連結することにより、分離膜モジュール１を形成することができる。したがって、連結時の圧力容器４０の向きが分かりやすく、組立時又はメンテナンス時の作業性をより向上することができる。
【００５６】
特に、圧力容器４０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部からのみ分離膜エレメント１０を挿入可能となっているため、圧力容器４０内に供給される原水の流圧によって、当該圧力容器４０内の分離膜エレメント１０がずれるのを防止することができ、これにより耐久性をさらに向上することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、各圧力容器４０が連結部４１を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器４０の端部同士が密着し、凹部４２に係合している分離膜エレメント１０の端部（第１端部部材３１の凸部３７）が、隣接する圧力容器４０の端部間に挟み込まれるようになっている。これにより、分離膜エレメント１０を各圧力容器４０内に挿入して、各圧力容器４０の端部同士を密着させて連結するだけで、隣接する圧力容器４０の端部間に分離膜エレメント１０の端部を挟み込んで固定することができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００５８】
ただし、分離膜エレメント１０に係合する圧力容器４０の係合部は、凹部４２により構成されるものに限らず、例えば凹部４２に加えて凸部を含む構成や、他の全く異なる構成からなるものであってもよい。例えば、上記係合部は、その形状又は姿勢を変化させて係合可能な可動係合部などであってもよい。
【００５９】
図３Ｂに示すように、第２端部部材３２の外周部３４における膜部材１６側とは反対側の端面には、複数の凹部３８が形成されている。当該凹部３８は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の下流側端部から、当該分離膜エレメント１０の外周面と圧力容器４０の内周面との間の空間Ｓへと濃縮水を通過させるための通路を構成している。すなわち、凹部３８が形成されていることにより、隣接する分離膜エレメント１０の第１端部部材３１と第２端部部材３２とが密着した状態であっても、当該凹部３８を介して、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の内部に形成された開口部３６と上記空間Ｓとが連通するようになっている。
【００６０】
これにより、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の開口部３６を通過する濃縮水が、凹部３８により形成された通路を介して上記空間Ｓへと流れ込むため、分離膜エレメント１０の内外における圧力差を低減し、分離膜エレメント１０内での濃縮水の圧力により分離膜エレメント１０が膨張して破裂するのを防止することができる。したがって、耐久性をさらに向上することができる。
【００６１】
ただし、分離膜エレメント１０の外周面と圧力容器４０の内周面との間の空間Ｓへと濃縮水を通過させるための通路は、凹部３８に限らず、孔などの他の構成であってもよい。また、上記通路は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の下流側端部に、複数形成された構成に限らず、１つだけ形成された構成であってもよい。
【００６２】
図４は、分離膜モジュール１の概略断面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。図４に示すように、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士は、複数の固定部材７０を用いて連結される。この例では、連結部４１の周方向に沿って等間隔で８本のボルト７１及びナット７２が取り付けられている。
【００６３】
隣接する圧力容器４０の連結部４１同士は、３本以上かつ１６本以下のボルト７１及びナット７２を用いて連結されることが好ましい。２本以下であれば安定性に欠け、１７本以上であれば必要以上に多くなるという観点に基づくものである。３本以上かつ１６本以下のボルト７１及びナット７２を用いることにより、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士を強固に連結することができるため、耐久性を向上することができる。ただし、ボルト７１及びナット７２は上記本数に限られるものではない。また、固定部材７０が、ボルト７１及びナット７２以外の構成からなるものであってもよい。
【００６４】
図５は、分離膜モジュール１の別の実施形態を示した概略断面図である。図１の例では、分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０が直列に複数連結された構成について説明したが、図５の例では、圧力容器４０を１つだけ用いた構成となっている。
【００６５】
具体的には、１つの圧力容器４０の一端部に蓋５０が取り付けられ、他端部に蓋６０が取り付けられている。蓋５０は、連結部５１を圧力容器４０の連結部４１と密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて固定される。密着する連結部４１，５１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン５３が取り付けられ、当該シールパッキン５３を介して連結部４１，５１同士が水密に連結されるようになっている。
【００６６】
蓋６０は、連結部６１を圧力容器４０の連結部４１と密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて固定される。密着する連結部４１，６１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン６４が取り付けられ、当該シールパッキン６４を介して連結部４１，６１同士が水密に連結されるようになっている。
【００６７】
蓋５０に隣接する分離膜エレメント１０の一端部には、中心管２０の端部を閉塞するための端部栓２２が取り付けられている。一方、蓋６０に隣接する分離膜エレメント１０の他端部には、中心管２０の端部と蓋６０の透過水流出口６２とを連通するための端部管２３が取り付けられている。
【００６８】
圧力容器４０に収容された分離膜エレメント１０の一端部（蓋５０側の端部）には、第１端部部材３１が設けられ、他端部（蓋６０側の端部）には、第２端部部材３２が設けられている。圧力容器４０の一端部の内周縁には、第１端部部材３１の凸部３７に対応する形状の凹部４２が形成されている。当該凹部４２は、分離膜エレメント１０を圧力容器４０に係合させるための係合部を構成しており、凹部４２に分離膜エレメント１０（第１端部部材３１）の凸部３７が係合するようになっている。圧力容器４０の凹部４２には、例えばＯリングからなるシールパッキン４５が取り付けられ、当該シールパッキン４５を介して凸部３７と凹部４２とが水密に連結されるようになっている。
【００６９】
圧力容器４０の両端面に形成されている開口部のうち、凹部４２が形成されている側の開口部は、分離膜エレメント１０を挿入するための挿入口４３を構成している。本実施形態では、圧力容器４０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部に、挿入口４３が形成されている。圧力容器４０に対して挿入口４３から挿入された分離膜エレメント１０は、第１端部部材３１の凸部３７が圧力容器４０の凹部４２に係合することにより、原水の供給方向Ｄ１への移動が規制されるようになっている。
【００７０】
本実施形態では、圧力容器４０が蓋５０と連結されることにより、圧力容器４０と蓋５０とが密着し、凹部４２に係合している分離膜エレメント１０の端部（第１端部部材３１の凸部３７）が、隣接する圧力容器４０と蓋５０との間に挟み込まれるようになっている。これにより、分離膜エレメント１０を圧力容器４０内に挿入して、圧力容器４０と蓋５０とを密着させて連結するだけで、隣接する圧力容器４０と蓋５０との間に分離膜エレメント１０の端部を挟み込んで固定することができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００７１】
図６は、分離膜モジュール１のさらに別の実施形態を示した概略断面図である。図７は、図６の分離膜モジュール１の概略断面図である。本実施形態では、圧力容器４０同士の連結態様、及び、蓋５０，６０の圧力容器４０に対する連結態様のみが上記実施形態とは異なり、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
本実施形態では、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士、圧力容器４０と蓋５０の連結部４１，５１同士、及び、圧力容器４０と蓋６０の連結部４１，６１同士をそれぞれ固定するための固定部材８０が、クランプを用いた構成となっている。具体的には、固定部材８０は、連結部４１，５１，６１の外形に対応する形状からなる円弧状の２つのアーム部８１を備えており、これらの２つのアーム部８１で隣接する連結部同士（２つの連結部４１同士、連結部４１，５１同士、又は、連結部４１，６１同士）を挟み込んで固定することができるようになっている。
【００７３】
２つのアーム部８１は、例えば半円弧状に形成され、それらの一端部同士が支軸８２により回動可能に連結されている。各アーム部８１は、略Ｕ字状の内壁面を有しており、２つのアーム部８１の他端部同士が近接するように支軸８２を中心に回動させることにより、２つのアーム部８１の内壁面間に隣接する２つの連結部を挟み込むことができる。２つのアーム部８１の他端部同士は、例えばボルト及びナットなどからなる止め具８３により連結される。ただし、止め具８３は、ボルト及びナット以外の構成からなるものであってもよい。
【００７４】
その他、圧力容器４０同士の連結態様、及び、蓋５０，６０の圧力容器４０に対する連結態様としては、タップ形態やパッチン錠を用いた方法など、他の各種態様を採用することができる。
【００７５】
以上の実施形態では、供給流体が原水である場合について説明したが、水ではなく油などの他の流体であってもよいし、気体などであってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１ 分離膜モジュール
１０ 分離膜エレメント
２０ 中心管
２１ 挿入管
３１ 第１端部部材
３２ 第２端部部材
３７ 凸部
３８ 凹部
４０ 圧力容器
４１ 連結部
４２ 凹部
４３ 挿入口
５０ 蓋
５１ 連結部
６０ 蓋
６１ 連結部
７０ 固定部材
７１ ボルト
７２ ナット
８０ 固定部材
８１ アーム部
８２ 支軸
８３ 止め具
Ｄ１ 供給方向
Ｓ 空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供給流体を濃縮流体と透過流体とに分離するクロスフロー型の分離膜エレメントを収容するための圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分離膜エレメントの一例として、供給流体を膜面に対して平行に通過させることにより濾過を行なうクロスフロー型の分離膜エレメントが知られている。この種の分離膜エレメントを、例えば筒状の圧力容器内に一直線上に並べて複数配置することにより、分離膜モジュールが構成される（例えば、特許文献１及び２参照）。当該分離膜モジュールにおいては、圧力容器の一端部側から供給流体を供給することにより、分離膜モジュール内で濃縮流体と透過流体とに分離され、それらの濃縮流体及び透過流体が圧力容器の他端部側から排出される。
【０００３】
一方で、分離膜エレメントを圧力容器と一体化された構成とし、このような分離膜エレメントを直列に複数連結することにより分離膜モジュールを構成することも提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２３７４４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２０１０４号公報
【特許文献３】特開昭５８−１６３４０４号公報
【特許文献４】特開２００６−１１６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、筒状の圧力容器内に複数の分離膜エレメントが一直線上に並べて配置された分離膜モジュールにおいては、以下のような問題が生じる場合がある。例えば、組立時又はメンテナンス時の作業性の問題として、１本の分離膜エレメントを交換する場合であっても複数本の分離膜エレメントを動かす必要があったり、分離膜エレメントを圧力容器の奥の方まで押し込むための労力を要したりするなどの問題を挙げることができる。このような問題は、１モジュール当たりの水処理効率を高めるために、分離膜エレメントの外径を大型化した場合や、圧力容器内に収容する分離膜エレメントの本数を増やした場合などには、さらに顕著になる。その他にも、例えば供給流体の混合を防ぐためにＯリングゴムなどのシール部材を設けた場合にゴムが劣化するなどの耐久性の問題や、圧力容器内に収容する分離膜エレメントの本数が固定化されてしまうといった設計上の自由度の問題なども挙げることができる。
【０００６】
一方、圧力容器と一体化された分離膜モジュールを直列に複数連結することにより形成された分離膜モジュールにおいては、以下のような問題が生じる場合がある。例えば、組立時又はメンテナンス時の作業性の問題として、各分離膜モジュール内の分離膜エレメント同士の連結が困難であるなどの問題を挙げることができる。また、耐久性の問題として、高圧条件に対する耐久性が低く、例えば圧力が１ＭＰａを超える逆浸透膜処理での長時間の使用に耐えられない場合がある。その他にも、分離膜エレメントごとの寸法差に応じて隙間のない耐圧部分を形成する必要があり、製造のために高度な技術が求められるといった製造プロセス上の問題や、分離膜エレメントを交換する際には耐圧部分も含めて交換する必要があるといった製造コスト上の問題なども挙げることができる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、耐久性を向上することができる圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、設計上の自由度が高い圧力容器及びこれを備えた分離膜モジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、製造プロセス上又は製造コスト上の観点から有利な圧力容器及びこれを備えた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】
本発明に係る圧力容器は、供給流体を濃縮流体と透過流体とに分離するクロスフロー型の分離膜エレメントを収容するための圧力容器であって、前記圧力容器の一端部には、前記分離膜エレメントを挿入するための挿入口と、当該挿入口から挿入された前記分離膜エレメントに係合する係合部とが形成され、前記圧力容器の両端部には、他の圧力容器を直列に連結可能な連結部が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、圧力容器内に挿入口から分離膜エレメントを挿入して係合部に係合させた後、その圧力容器を他の圧力容器と連結部を介して直列に連結するだけで、分離膜モジュールを容易に形成することができる。また、分離膜エレメントを交換する場合であっても、交換の対象となる分離膜エレメントが収容された圧力容器に対して作業を行うだけで、分離膜エレメントを容易に交換することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００１０】
また、分離膜エレメントとは別個に構成された圧力容器内に分離膜エレメントが挿入されるため、高圧条件に対する耐久性を向上することができる。さらに、任意の数の分離膜エレメントを直列に連結可能であるため、連結する分離膜エレメントの本数や種類を選択する際の設計上の自由度を向上することができる。
【００１１】
また、圧力容器とは別個に分離膜エレメントが構成されているため、分離膜エレメントごとの寸法差をある程度許容できることに加えて、圧力容器を廃棄することなく分離膜エレメントのみを交換することが可能である。したがって、製造プロセス上及び製造コスト上の観点からも有利である。
【００１２】
前記圧力容器には、前記挿入口が形成された前記一端部からのみ前記分離膜エレメントを挿入可能であってもよい。
【００１３】
このような構成によれば、圧力容器における分離膜エレメントが挿入される側の端部と、他の圧力容器における分離膜エレメントが挿入される側とは反対側の端部とを順次に連結することにより、分離膜モジュールを形成することができる。したがって、連結時の圧力容器の向きが分かりやすく、組立時又はメンテナンス時の作業性をより向上することができる。
【００１４】
前記係合部は、前記分離膜エレメントの一端部に形成された凸部と係合する凹部を有していてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、分離膜エレメントを圧力容器内に挿入して、当該分離膜エレメントの一端部に形成された凸部を、圧力容器の一端部に形成された係合部の凹部に係合させるだけで、分離膜エレメント同士を容易に連結することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００１６】
前記圧力容器の一端部は、供給流体の供給方向の上流側端部であってもよい。
【００１７】
このような構成によれば、圧力容器内に供給される供給流体の流圧によって、当該圧力容器内の分離膜エレメントがずれるのを防止することができるので、耐久性をより向上することができる。
【００１８】
本発明に係る分離膜モジュールは、前記圧力容器が、前記分離膜エレメントを収容した状態で、前記連結部を介して直列に複数連結されたことを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、上記のような特有の効果を奏する分離膜モジュールを提供することができる。
【００２０】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器に収容されている前記分離膜エレメントの端部同士が密着していてもよい。
【００２１】
このような構成によれば、各圧力容器に収容されている分離膜エレメントの端部同士を密着させることにより、隣接する分離膜エレメント間を互いに連通することができるため、分離膜エレメント同士の連結が容易であり、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００２２】
密着する前記分離膜エレメントの端部間には、透過流体を通過させるための挿入管が挿入されていてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、密着する分離膜エレメントの端部間に挿入管を挿入するだけで、当該挿入管を介して透過流体を良好に流通させることができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００２４】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器の端部同士が密着し、前記係合部に係合している前記分離膜エレメントの端部が、隣接する前記圧力容器の端部間に挟み込まれてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、分離膜エレメントを各圧力容器内に挿入して、各圧力容器の端部同士を密着させて連結するだけで、隣接する圧力容器の端部間に分離膜エレメントの端部を挟み込んで固定することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００２６】
隣接する前記圧力容器の前記連結部同士が、３本以上かつ１６本以下のボルト及びナットを用いて連結されていてもよい。
【００２７】
このような構成によれば、３本以上かつ１６本以下のボルト及びナットを用いて、隣接する圧力容器の連結部同士を強固に連結することができるため、耐久性を向上することができる。
【００２８】
前記分離膜エレメントには、供給流体の供給方向の下流側端部から、前記分離膜エレメントの外周面と前記圧力容器の内周面との間の空間へと濃縮流体を通過させるための通路が形成されていてもよい。
【００２９】
このような構成によれば、分離膜エレメントの内外における圧力差を低減し、分離膜エレメント内での濃縮流体の圧力により分離膜エレメントが膨張して破裂するのを防止することができるため、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る分離膜モジュールの一例を示した概略断面図である。
【図２】図１の分離膜モジュールに備えられた分離膜エレメントの内部構成の一部を示した斜視図である。
【図３Ａ】分離膜エレメントに備えられた第１端部部材の構成例を示した平面図であって、図１におけるＡ−Ａ矢視図を示している。
【図３Ｂ】分離膜エレメントに備えられた第２端部部材の構成例を示した平面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。
【図４】分離膜モジュールの概略断面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。
【図５】分離膜モジュールの別の実施形態を示した概略断面図である。
【図６】分離膜モジュールのさらに別の実施形態を示した概略断面図である。
【図７】図６の分離膜モジュールの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る分離膜モジュール１の一例を示した概略断面図である。図２は、図１の分離膜モジュール１に備えられた分離膜エレメント１０の内部構成の一部を示した斜視図である。この分離膜モジュール１は、濾過膜で原水（供給流体）を濾過することにより、濾過後の原水である濃縮水（濃縮流体）と、浄化された透過水（透過流体）とに分離する装置である。
【００３２】
本実施形態に係る分離膜モジュール１は、分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０が、直列に複数連結されることにより構成されている。すなわち、１つの圧力容器内に複数の分離膜エレメントが一直線上に配置された構成ではなく、それぞれ分離膜エレメント１０を収容する複数の圧力容器４０が一直線上に並べた状態で連結されることにより、複数の分離膜エレメント１０同士が連通するように構成されている。
【００３３】
圧力容器４０は、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。この例では、圧力容器４０は、円筒状に形成されているが、このような形状に限らず、他の各種形状及び材料で圧力容器４０を構成することが可能である。
【００３４】
各圧力容器４０の両端部には、他の圧力容器４０を直列に連結可能な連結部４１が形成されている。この例では、各連結部４１が圧力容器４０の端部から径方向に突出するように形成されたフランジ部からなり、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士を密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて連結されるようになっている。密着する連結部４１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン４４が取り付けられ、当該シールパッキン４４を介して連結部４１同士が水密に連結されるようになっている。
【００３５】
分離膜モジュール１の一端部に位置する圧力容器４０には、当該分離膜モジュール１の一端部を閉塞するための蓋５０が取り付けられている。蓋５０には、圧力容器４０の連結部４１に対応する形状の連結部５１が形成されており、圧力容器４０の連結部４１と蓋５０の連結部５１とを密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて連結される。この蓋５０には、排水や海水などの原水が流入する原水流入口５２が形成されており、当該原水流入口５２から流入する原水が複数の分離膜エレメント１０で濾過されることにより、透過水と濃縮水とが得られる。密着する連結部４１，５１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン５３が取り付けられ、当該シールパッキン５３を介して連結部４１，５１同士が水密に連結されるようになっている。
【００３６】
分離膜モジュール１の他端部に位置する圧力容器４０には、当該分離膜モジュール１の他端部を閉塞するための蓋６０が取り付けられている。蓋６０には、圧力容器４０の連結部４１に対応する形状の連結部６１が形成されており、圧力容器４０の連結部４１と蓋６０の連結部６１とを密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて連結される。この蓋６０には、透過水が流出する透過水流出口６２と、濃縮水が流出する濃縮水流出口６３とが形成されている。密着する連結部４１，６１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン６４が取り付けられ、当該シールパッキン６４を介して連結部４１，６１同士が水密に連結されるようになっている。
【００３７】
分離膜エレメント１０は、原水を膜面に対して平行に通過させることにより濾過を行なうクロスフロー型の分離膜エレメントである。より具体的には、本実施形態における分離膜エレメント１０は、図２に示すように、濾過膜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)膜エレメントである。なお、本発明は、限外濾過膜や精密濾過膜を用いたエレメントにも適用可能である。
【００３８】
樹脂製の網状部材からなる矩形形状の透過側流路材１４の両面には、同一の矩形形状からなる濾過膜１２が重ね合わせられ、その３辺に接着剤を塗布することにより、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の周囲に巻回した後、接着剤を硬化させることにより、上記分離膜エレメント１０が形成される。上記濾過膜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）が順次に形成される。前記スキン層は、界面重合法により形成されたポリアミド系スキン層であることが好ましい。巻回された膜部材１６の外周面は、図１に示すように、外装部材１９により覆われる。
【００３９】
上記のようにして形成された分離膜エレメント１０の一端側から原水を供給すると、供給側流路材１８により形成された原水流路を介して、分離膜エレメント１０内を原水が通過する。その際、原水が濾過膜１２により濾過され、原水から濾過された透過水が、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。
【００４０】
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、分離膜エレメント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。
【００４１】
図３Ａは、分離膜エレメント１０に備えられた第１端部部材３１の構成例を示した平面図であって、図１におけるＡ−Ａ矢視図を示している。図３Ｂは、分離膜エレメント１０に備えられた第２端部部材３２の構成例を示した平面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。第１端部部材３１及び第２端部部材３２に共通する構成については、図に同一符号を付して説明する。
【００４２】
第１端部部材３１は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部に位置している。一方、第２端部部材３２は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の下流側端部に位置している。これにより、スパイラル状に巻回された膜部材１６の両端部が第１端部部材３１及び第２端部部材３２により挟持されるため、膜部材１６が上記供給方向Ｄ１にずれることによってテレスコープ状に変形するのを防止することができる。
【００４３】
本実施形態における第１端部部材３１及び第２端部部材３２は、それぞれ、中心管２０が挿通される円環状の中心部３３と、当該中心部３３の径方向外側に位置する円環状の外周部３４とが、一体的に形成された構成となっている。中心部３３と外周部３４とは、径方向に向かって放射状に延びる複数のリブ３５によって連結されており、これにより、中心部３３と外周部３４との間に濃縮水を通過させるための開口部３６が形成されている。
【００４４】
各圧力容器４０が連結部４１を介して直列に複数連結された状態では、図１に示すように、各圧力容器４０に収容されている分離膜エレメント１０の端部同士が密着する。より具体的には、隣接する２つ分離膜エレメント１０のうち一方の分離膜エレメント１０の第１端部部材３１と、他方の分離膜エレメント１０の第２端部部材３２とが密着する。この状態では、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の中心部３３同士が密着するとともに、外周部３４同士が密着することにより、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の開口部３６同士が連通する。このように、各圧力容器４０に収容されている分離膜エレメント１０の端部同士を密着させることにより、隣接する分離膜エレメント１０間を互いに連通することができるため、分離膜エレメント１０同士の連結が容易であり、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００４５】
密着する分離膜エレメント１０の端部間には、透過水を通過させるための挿入管２１が挿入されている。当該挿入管２１は、密着する２つの分離膜エレメント１０の各中心管２０を跨ぐように、各中心管２０内に嵌め込まれた状態で取り付けられる。これにより、密着する分離膜エレメント１０の端部間に挿入管２１を挿入するだけで、当該挿入管２１を介して透過水を良好に流通させることができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性をより向上することができる。
【００４６】
蓋５０に隣接する分離膜エレメント１０における蓋５０側の端部には、中心管２０の端部を閉塞するための端部栓２２が取り付けられている。一方、蓋６０に隣接する分離膜エレメント１０における蓋６０側の端部には、中心管２０の端部と蓋６０の透過水流出口６２とを連通するための端部管２３が取り付けられている。
【００４７】
図１に示すように、原水流入口４８から流入した原水は、当該原水流入口４８側の分離膜エレメント１０から順に原水流路内に流れ込み、各分離膜エレメント１０で原水から濾過された透過水が、挿入管２１により接続された複数本の中心管２０を介して透過水流出口６２から流出する。一方、各分離膜エレメント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６３から流出する。
【００４８】
第１端部部材３１の外周部３４には、径方向に突出するフランジ状の凸部３７が形成されている。外周部３４の外径が圧力容器４０の内径よりも小さいのに対して、凸部３７の外径は圧力容器４０の内径よりも大きい。図１に示すように、各圧力容器４０の一端部の内周縁には、第１端部部材３１の凸部３７に対応する形状の凹部４２が形成されている。当該凹部４２は、分離膜エレメント１０を圧力容器４０に係合させるための係合部を構成しており、凹部４２に分離膜エレメント１０（第１端部部材３１）の凸部３７が係合するようになっている。圧力容器４０の凹部４２には、例えばＯリングからなるシールパッキン４５が取り付けられ、当該シールパッキン４５を介して凸部３７と凹部４２とが水密に連結されるようになっている。
【００４９】
各圧力容器４０の両端面に形成されている開口部のうち、凹部４２が形成されている側の開口部は、分離膜エレメント１０を挿入するための挿入口４３を構成している。本実施形態では、圧力容器４０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部に、挿入口４３が形成されている。圧力容器４０に対して挿入口４３から挿入された分離膜エレメント１０は、第１端部部材３１の凸部３７が圧力容器４０の凹部４２に係合することにより、原水の供給方向Ｄ１への移動が規制されるようになっている。
【００５０】
本実施形態では、圧力容器４０内に挿入口４３から分離膜エレメント１０を挿入して係合部（凹部４２）に係合させた後、その圧力容器４０を他の圧力容器４０と連結部４１を介して直列に連結するだけで、分離膜モジュール１を容易に形成することができる。また、分離膜エレメント１０を交換する場合であっても、交換の対象となる分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０に対して作業を行うだけで、分離膜エレメント１０を容易に交換することができる。したがって、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００５１】
特に、分離膜エレメント１０を圧力容器４０内に挿入して、当該分離膜エレメント１０の一端部に形成された凸部３７を、圧力容器４０の一端部に形成された凹部４２に係合させるだけで、分離膜エレメント１０同士を容易に連結することができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００５２】
また、分離膜エレメント１０とは別個に構成された圧力容器４０内に分離膜エレメント１０が挿入されるため、高圧条件に対する耐久性を向上することができる。さらに、任意の数の分離膜エレメント１０を直列に連結可能であるため、連結する分離膜エレメント１０の本数や種類を選択する際の設計上の自由度を向上することができる。
【００５３】
また、圧力容器４０とは別個に分離膜エレメント１０が構成されているため、分離膜エレメント１０ごとの寸法差をある程度許容できることに加えて、圧力容器４０を廃棄することなく分離膜エレメント１０のみを交換することが可能である。したがって、製造プロセス上及び製造コスト上の観点からも有利である。
【００５４】
また、本実施形態では、第１端部部材３１の凸部３７の外径が圧力容器４０の内径よりも大きいため、圧力容器４０には、挿入口４３が形成された一端部からのみ分離膜エレメント１０を挿入可能となっている。言い換えれば、挿入口４３が形成された一端部から圧力容器４０に分離膜エレメント１０を挿入した場合にのみ、圧力容器４０の内部に分離膜エレメント１０を完全に収納することができるようになっている。
【００５５】
これにより、圧力容器４０における分離膜エレメント１０が挿入される側の端部と、他の圧力容器４０における分離膜エレメント１０が挿入される側とは反対側の端部とを順次に連結することにより、分離膜モジュール１を形成することができる。したがって、連結時の圧力容器４０の向きが分かりやすく、組立時又はメンテナンス時の作業性をより向上することができる。
【００５６】
特に、圧力容器４０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部からのみ分離膜エレメント１０を挿入可能となっているため、圧力容器４０内に供給される原水の流圧によって、当該圧力容器４０内の分離膜エレメント１０がずれるのを防止することができ、これにより耐久性をさらに向上することができる。
【００５７】
また、本実施形態では、各圧力容器４０が連結部４１を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器４０の端部同士が密着し、凹部４２に係合している分離膜エレメント１０の端部（第１端部部材３１の凸部３７）が、隣接する圧力容器４０の端部間に挟み込まれるようになっている。これにより、分離膜エレメント１０を各圧力容器４０内に挿入して、各圧力容器４０の端部同士を密着させて連結するだけで、隣接する圧力容器４０の端部間に分離膜エレメント１０の端部を挟み込んで固定することができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性をさらに向上することができる。
【００５８】
ただし、分離膜エレメント１０に係合する圧力容器４０の係合部は、凹部４２により構成されるものに限らず、例えば凹部４２に加えて凸部を含む構成や、他の全く異なる構成からなるものであってもよい。例えば、上記係合部は、その形状又は姿勢を変化させて係合可能な可動係合部などであってもよい。
【００５９】
図３Ｂに示すように、第２端部部材３２の外周部３４における膜部材１６側とは反対側の端面には、複数の凹部３８が形成されている。当該凹部３８は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の下流側端部から、当該分離膜エレメント１０の外周面と圧力容器４０の内周面との間の空間Ｓへと濃縮水を通過させるための通路を構成している。すなわち、凹部３８が形成されていることにより、隣接する分離膜エレメント１０の第１端部部材３１と第２端部部材３２とが密着した状態であっても、当該凹部３８を介して、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の内部に形成された開口部３６と上記空間Ｓとが連通するようになっている。
【００６０】
これにより、第１端部部材３１及び第２端部部材３２の開口部３６を通過する濃縮水が、凹部３８により形成された通路を介して上記空間Ｓへと流れ込むため、分離膜エレメント１０の内外における圧力差を低減し、分離膜エレメント１０内での濃縮水の圧力により分離膜エレメント１０が膨張して破裂するのを防止することができる。したがって、耐久性をさらに向上することができる。
【００６１】
ただし、分離膜エレメント１０の外周面と圧力容器４０の内周面との間の空間Ｓへと濃縮水を通過させるための通路は、凹部３８に限らず、孔などの他の構成であってもよい。また、上記通路は、分離膜エレメント１０における原水の供給方向Ｄ１の下流側端部に、複数形成された構成に限らず、１つだけ形成された構成であってもよい。
【００６２】
図４は、分離膜モジュール１の概略断面図であって、図１におけるＢ−Ｂ矢視図を示している。図４に示すように、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士は、複数の固定部材７０を用いて連結される。この例では、連結部４１の周方向に沿って等間隔で８本のボルト７１及びナット７２が取り付けられている。
【００６３】
隣接する圧力容器４０の連結部４１同士は、３本以上かつ１６本以下のボルト７１及びナット７２を用いて連結されることが好ましい。２本以下であれば安定性に欠け、１７本以上であれば必要以上に多くなるという観点に基づくものである。３本以上かつ１６本以下のボルト７１及びナット７２を用いることにより、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士を強固に連結することができるため、耐久性を向上することができる。ただし、ボルト７１及びナット７２は上記本数に限られるものではない。また、固定部材７０が、ボルト７１及びナット７２以外の構成からなるものであってもよい。
【００６４】
図５は、分離膜モジュール１の別の実施形態を示した概略断面図である。図１の例では、分離膜エレメント１０が収容された圧力容器４０が直列に複数連結された構成について説明したが、図５の例では、圧力容器４０を１つだけ用いた構成となっている。
【００６５】
具体的には、１つの圧力容器４０の一端部に蓋５０が取り付けられ、他端部に蓋６０が取り付けられている。蓋５０は、連結部５１を圧力容器４０の連結部４１と密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて固定される。密着する連結部４１，５１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン５３が取り付けられ、当該シールパッキン５３を介して連結部４１，５１同士が水密に連結されるようになっている。
【００６６】
蓋６０は、連結部６１を圧力容器４０の連結部４１と密着させた状態で、例えばボルト７１及びナット７２などの固定部材７０を用いて固定される。密着する連結部４１，６１の一方には、例えばＯリングからなるシールパッキン６４が取り付けられ、当該シールパッキン６４を介して連結部４１，６１同士が水密に連結されるようになっている。
【００６７】
蓋５０に隣接する分離膜エレメント１０の一端部には、中心管２０の端部を閉塞するための端部栓２２が取り付けられている。一方、蓋６０に隣接する分離膜エレメント１０の他端部には、中心管２０の端部と蓋６０の透過水流出口６２とを連通するための端部管２３が取り付けられている。
【００６８】
圧力容器４０に収容された分離膜エレメント１０の一端部（蓋５０側の端部）には、第１端部部材３１が設けられ、他端部（蓋６０側の端部）には、第２端部部材３２が設けられている。圧力容器４０の一端部の内周縁には、第１端部部材３１の凸部３７に対応する形状の凹部４２が形成されている。当該凹部４２は、分離膜エレメント１０を圧力容器４０に係合させるための係合部を構成しており、凹部４２に分離膜エレメント１０（第１端部部材３１）の凸部３７が係合するようになっている。圧力容器４０の凹部４２には、例えばＯリングからなるシールパッキン４５が取り付けられ、当該シールパッキン４５を介して凸部３７と凹部４２とが水密に連結されるようになっている。
【００６９】
圧力容器４０の両端面に形成されている開口部のうち、凹部４２が形成されている側の開口部は、分離膜エレメント１０を挿入するための挿入口４３を構成している。本実施形態では、圧力容器４０における原水の供給方向Ｄ１の上流側端部に、挿入口４３が形成されている。圧力容器４０に対して挿入口４３から挿入された分離膜エレメント１０は、第１端部部材３１の凸部３７が圧力容器４０の凹部４２に係合することにより、原水の供給方向Ｄ１への移動が規制されるようになっている。
【００７０】
本実施形態では、圧力容器４０が蓋５０と連結されることにより、圧力容器４０と蓋５０とが密着し、凹部４２に係合している分離膜エレメント１０の端部（第１端部部材３１の凸部３７）が、隣接する圧力容器４０と蓋５０との間に挟み込まれるようになっている。これにより、分離膜エレメント１０を圧力容器４０内に挿入して、圧力容器４０と蓋５０とを密着させて連結するだけで、隣接する圧力容器４０と蓋５０との間に分離膜エレメント１０の端部を挟み込んで固定することができるため、組立時又はメンテナンス時の作業性を向上することができる。
【００７１】
図６は、分離膜モジュール１のさらに別の実施形態を示した概略断面図である。図７は、図６の分離膜モジュール１の概略断面図である。本実施形態では、圧力容器４０同士の連結態様、及び、蓋５０，６０の圧力容器４０に対する連結態様のみが上記実施形態とは異なり、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して説明を省略する。
【００７２】
本実施形態では、隣接する圧力容器４０の連結部４１同士、圧力容器４０と蓋５０の連結部４１，５１同士、及び、圧力容器４０と蓋６０の連結部４１，６１同士をそれぞれ固定するための固定部材８０が、クランプを用いた構成となっている。具体的には、固定部材８０は、連結部４１，５１，６１の外形に対応する形状からなる円弧状の２つのアーム部８１を備えており、これらの２つのアーム部８１で隣接する連結部同士（２つの連結部４１同士、連結部４１，５１同士、又は、連結部４１，６１同士）を挟み込んで固定することができるようになっている。
【００７３】
２つのアーム部８１は、例えば半円弧状に形成され、それらの一端部同士が支軸８２により回動可能に連結されている。各アーム部８１は、略Ｕ字状の内壁面を有しており、２つのアーム部８１の他端部同士が近接するように支軸８２を中心に回動させることにより、２つのアーム部８１の内壁面間に隣接する２つの連結部を挟み込むことができる。２つのアーム部８１の他端部同士は、例えばボルト及びナットなどからなる止め具８３により連結される。ただし、止め具８３は、ボルト及びナット以外の構成からなるものであってもよい。
【００７４】
その他、圧力容器４０同士の連結態様、及び、蓋５０，６０の圧力容器４０に対する連結態様としては、タップ形態やパッチン錠を用いた方法など、他の各種態様を採用することができる。
【００７５】
以上の実施形態では、供給流体が原水である場合について説明したが、水ではなく油などの他の流体であってもよいし、気体などであってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１ 分離膜モジュール
１０ 分離膜エレメント
２０ 中心管
２１ 挿入管
３１ 第１端部部材
３２ 第２端部部材
３７ 凸部
３８ 凹部
４０ 圧力容器
４１ 連結部
４２ 凹部
４３ 挿入口
５０ 蓋
５１ 連結部
６０ 蓋
６１ 連結部
７０ 固定部材
７１ ボルト
７２ ナット
８０ 固定部材
８１ アーム部
８２ 支軸
８３ 止め具
Ｄ１ 供給方向
Ｓ 空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給流体を濃縮流体と透過流体とに分離するクロスフロー型の分離膜エレメントを収容するための圧力容器であって、
前記圧力容器の一端部には、前記分離膜エレメントを挿入するための挿入口と、当該挿入口から挿入された前記分離膜エレメントに係合する係合部とが形成され、
前記圧力容器の両端部には、他の圧力容器を直列に連結可能な連結部が形成されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
前記圧力容器には、前記挿入口が形成された前記一端部からのみ前記分離膜エレメントを挿入可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記係合部は、前記分離膜エレメントの一端部に形成された凸部と係合する凹部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記圧力容器の一端部は、供給流体の供給方向の上流側端部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圧力容器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧力容器が、前記分離膜エレメントを収容した状態で、前記連結部を介して直列に複数連結されたことを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項６】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器に収容されている前記分離膜エレメントの端部同士が密着することを特徴とする請求項５に記載の分離膜モジュール。
【請求項７】
密着する前記分離膜エレメントの端部間には、透過流体を通過させるための挿入管が挿入されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の分離膜モジュール。
【請求項８】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器の端部同士が密着し、前記係合部に係合している前記分離膜エレメントの端部が、隣接する前記圧力容器の端部間に挟み込まれることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の分離膜モジュール。
【請求項９】
隣接する前記圧力容器の前記連結部同士が、３本以上かつ１６本以下のボルト及びナットを用いて連結されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記分離膜エレメントには、供給流体の供給方向の下流側端部から、前記分離膜エレメントの外周面と前記圧力容器の内周面との間の空間へと濃縮流体を通過させるための通路が形成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の分離膜モジュール。
【請求項１】
供給流体を濃縮流体と透過流体とに分離するクロスフロー型の分離膜エレメントを収容するための圧力容器であって、
前記圧力容器の一端部には、前記分離膜エレメントを挿入するための挿入口と、当該挿入口から挿入された前記分離膜エレメントに係合する係合部とが形成され、
前記圧力容器の両端部には、他の圧力容器を直列に連結可能な連結部が形成されていることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
前記圧力容器には、前記挿入口が形成された前記一端部からのみ前記分離膜エレメントを挿入可能であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記係合部は、前記分離膜エレメントの一端部に形成された凸部と係合する凹部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記圧力容器の一端部は、供給流体の供給方向の上流側端部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圧力容器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧力容器が、前記分離膜エレメントを収容した状態で、前記連結部を介して直列に複数連結されたことを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項６】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器に収容されている前記分離膜エレメントの端部同士が密着することを特徴とする請求項５に記載の分離膜モジュール。
【請求項７】
密着する前記分離膜エレメントの端部間には、透過流体を通過させるための挿入管が挿入されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の分離膜モジュール。
【請求項８】
前記圧力容器が前記連結部を介して直列に複数連結されることにより、各圧力容器の端部同士が密着し、前記係合部に係合している前記分離膜エレメントの端部が、隣接する前記圧力容器の端部間に挟み込まれることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の分離膜モジュール。
【請求項９】
隣接する前記圧力容器の前記連結部同士が、３本以上かつ１６本以下のボルト及びナットを用いて連結されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記分離膜エレメントには、供給流体の供給方向の下流側端部から、前記分離膜エレメントの外周面と前記圧力容器の内周面との間の空間へと濃縮流体を通過させるための通路が形成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の分離膜モジュール。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１７８８５（Ｐ２０１２−２１７８８５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３７９６（Ｐ２０１１−８３７９６）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【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２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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