筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法
【課題】スパイラル型分離膜エレメントの圧力容器への装填、抜き出し及び交換を効率良く実施きる分離膜エレメントの圧力容器内への着脱方法を提供する。
【解決手段】分離膜エレメントの着脱方法において、分離膜エレメントが、分離膜を含む膜ユニットが巻回されてなる膜ユニット巻体の両端もしくは片端にテレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型分離膜エレメントであり、分離膜エレメントが筒状圧力容器内に装填された際には、少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着された原水シール部材１４が筒状圧力容器の内壁と密接する構造であり、原水シール部材１４が、スプリットリング状の非弾性材製シール部材であり、かつ、分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向とは逆の方向への摺動を行うことによって効率よく筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱を行う。
【解決手段】分離膜エレメントの着脱方法において、分離膜エレメントが、分離膜を含む膜ユニットが巻回されてなる膜ユニット巻体の両端もしくは片端にテレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型分離膜エレメントであり、分離膜エレメントが筒状圧力容器内に装填された際には、少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着された原水シール部材１４が筒状圧力容器の内壁と密接する構造であり、原水シール部材１４が、スプリットリング状の非弾性材製シール部材であり、かつ、分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向とは逆の方向への摺動を行うことによって効率よく筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理流体中に存在している成分を分離除去するためのスパイラル型分離膜エレメントの圧力容器内への着脱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、逆浸透膜等の分離膜を用いた流体の分離は、省エネルギープロセスとして注目され、利用が進んでいる。たとえば、逆浸透膜を用いた逆浸透分離法では、塩分等の溶質を含んだ溶液を該溶液の浸透圧以上の圧力で逆浸透膜を透過させることで、塩分等の溶質の濃度が低減された液体を得ることが可能であり、例えば海水の淡水化、かん水の脱塩、超純水の製造や廃水処理に用いられている。
【０００３】
これらの分離膜は、平膜の場合、スパイラル型エレメントという形態で用いられることが多い。従来のスパイラル型分離膜エレメントの構造としては、たとえば図１に示すように、分離膜１、供給側流路材３及び透過側流路材２の積層体の単数または複数が、有孔の中心管４の周りに巻きつけられ、その両端側にテレスコープ防止板５を設置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この分離膜エレメントは、被処理流体６が一端面より供給され、供給側流路材３に沿って流動しながらその溶媒成分が分離膜１を透過することにより、溶媒成分が分離される。その後、分離膜を透過した溶媒成分（透過流体７′）は、透過側流路材２に沿って流動して、中心管４内へとその側面の孔から流入し、該中心管内を流動し、エレメントの他端面より透過流体７として取り出される。一方、溶質を高濃度に含有する処理流体は、エレメントの他端面より濃縮流体８として取り出される。
【０００５】
上記した従来の分離膜エレメントにおいては、通常、原水側に配置されたテレスコープ防止板の外周側の周回溝に弾性材製シール部材が嵌着されていて、その分離膜エレメントが圧力容器であるベッセル内に、複数本、装填されて使用される。分離膜エレメントは、テレスコープ防止板の外周側の周回溝に弾性材製シール部材が嵌着されることにより、分離膜エレメントと圧力容器との隙間を弾性材製シール部材にてシールすることができ、その隙間内の被処理液体の流通が阻止されるので、効率良く被処理流体を分離膜エレメントにて処理することができる。従来は、断面Ｏ字状のＯ−リングシールや断面Ｕ字状のＵ−カップシールなどの弾性樹脂製シール部材が使用されている。Ｏ−リングシールを使用した場合は、テレスコープ防止板の外周側の周回溝に嵌着されたＯ−リングシールが、圧力容器の内壁と接触し、Ｏ−リングシールがつぶれて変形することで、分離膜エレメントと圧力容器内との隙間を埋めている。
【０００６】
図２は、Ｏ−リングシール１２がテレスコープ防止板の外周部１０に嵌着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態を示すものであって、Ｏ−リングシール装着部分の近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。図２において、Ｏ−リングシール１２は、圧力容器の内壁９と圧接している部分において変形し、圧力容器の内壁９との接触面積が大きくなっている。さらに、Ｏ−リングシール１２は弾性樹脂で構成されているので圧力容器の内壁９との摺動摩擦が大きい。
【０００７】
そのため、圧力容器内でエレメントを移動させる際には、Ｏ−リングシール１２と圧力容器の内壁９との摩擦に抗するために大きな荷重が必要であり、特に、複数本の分離膜エレメントを圧力容器内で移動させる場合は特に大きな荷重となって労力がかかるため、実際に圧力容器内に分離膜エレメントを着脱させる作業は非効率となる。
【０００８】
このようなＯ−リングシールの問題点を解消するために、分離膜エレメントのシール部材として、Ｕ−カップシールが考案され広く使用されている。このＵ−カップシールは、Ｕ字状の開いた部分が原水側に向くように分離膜エレメントのテレスコープ防止板にセットされている。このＵ−カップシールは、原水側から水が供給された時に、その水圧でＵ字が開き、Ｕ−カップシールと圧力容器との隙間を埋める構造になっている。
【０００９】
図３は、Ｕ−カップシール１３がテレスコープ防止板の外周部１０に嵌着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態を示すものであって、Ｕ−カップシール装着部分の近傍を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図３において、Ｕ−カップシール１３は、圧力容器の内壁９との接触面積は比較的小さいが、前述したとおり、図の右から左への方向に流れる流体に対してはシール機能が発揮される。しかし、図の左から右へと流れる流体に対してはシール機能不十分である。
【００１０】
そのようなＵ−カップシールの構造のため、原水側から濃縮水側に分離膜エレメントを移動させる際は、Ｕ−カップシールの端が圧力容器の内壁と軽く接触する程度であり、容易にエレメントを移動させることができる。しかし、濃縮水側から原水側に移動させる場合、Ｕ-カップシールの端が圧力容器の内壁と強く接触すること、さらには、Ｕ−カップシールの端が反り返り、分離膜エレメントと圧力容器の隙間に挟まってしまい、分離膜エレメントを移動させるために非常に大きな荷重が必要となることがある。そこで、Ｕ−カップシールが使用されているエレメントを用いる実際のプラントでは、分離膜エレメントの圧力容器内への脱着作業は、圧力容器の原水側から分離膜エレメントを挿入し、濃縮水側に押し込み、濃縮側からエレメントを抜き出す、あるいは、濃縮水側から引き出す方法を採用している。
【００１１】
圧力容器内に装填された分離膜エレメントは、原水を通過させる膜分離処理を続けていくと、原水中の汚れ物質が分離膜エレメント内の膜面に付着し堆積していき、分離膜エレメントの機能が低下し、全体の生産水の水量、水質が低下してくる。この膜面への汚れの付着・堆積は、特に、原水側に一番近い分離膜エレメント内の膜面の原水側部分において多い。その様な場合、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除いて、新しい分離膜エレメントを装填することで、全体の生産水の水量、水質を改善することができる。
【００１２】
圧力容器内の分離膜エレメントにＵ−カップシールが嵌着されている場合、エレメントは常に原水側から濃縮水側へと圧力容器内を移動させる必要があるので、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除くためには、圧力容器内の他の分離膜エレメントを一旦濃縮水側から圧力容器外に取り出す必要があり、結果として、全ての分離膜エレメントを、圧力容器内から抜き出すことになるため、非常に大きな労力を要する作業となっている。その後の再装填作業では、最後に取り出された原水側に一番近い分離膜エレメントを除き、その替わりの新品の分離膜エレメントを使用する。新品のエレメントを最初に原水側から圧力容器内に装填し、次いで、前回装填されていた順序で、他のエレメントを再度、圧力容器内に装填する。圧力容器内に装填された分離膜エレメントは、原水側に近いほど汚れが溜まり易く交換される頻度が高いので、新品の分離膜エレメントは濃縮水側に一番近い位置に装填する方が効率的だからである。
【００１３】
また、特許文献２には、ベッセル内に逆浸透膜エレメント１本を装填する装置において、ベッセル内でのエレメント移動時の抵抗を低減し、方向に関係無くエレメントを装填できるために、エレメントのシール部材にＯ−リングシールや断面略Ｘ状シール部材を使用し、エレメント装填完了時にＯ−リングシール部材が接触する部分以外の圧力容器の内径を大きくすることが提案されている。
【００１４】
しかし、複数本のエレメントをベッセル内に装填する装置に上記ベッセル装置構造（圧力容器内のＯ−リングシールが装填完了時に接触する部分以外の内径のサイズを大きくする装置構造）を適用した場合には、圧力容器内に複数の凹凸が存在し、装填、抜き出し作業時に、隣接するエレメントの位置がずれることになる。また、逆浸透膜エレメントを圧力容器内に複数本装填する際には、エレメントの透過水パイプ部に、Ｏ−リングなどのシール部材を有するコネクターを挿入して連結する必要があるが、圧力容器内を移動させる時に圧力容器内の凹凸で、隣接する逆浸透膜エレメントの透過水パイプの位置がずれ易くなる。透過水パイプの位置ずれが生じると、コネクターの装着が困難となり易い。例えば、透過水パイプの位置がずれていると、コネクター装着時に、大きな負荷がコネクターに掛かり、コネクターのＯ−リングの破損や脱落などの問題が発生し、エレメントの圧力容器への装填が困難となる問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−１３７５５８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、上記した従来技術における問題点を解決し、スパイラル型分離膜エレメントを筒状圧力容器内の開口端から装填する、開口端から取り出す、もしくは、開口端から取り出した後に装填するエレメント脱着方法における作業の効率性を高めること、作業に要する労力の低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明は、次のいずれかの構成をとるものである。
【００１８】
（１）分離膜エレメントを、筒状圧力容器内の開口端から装填する、開口端から取り出す、もしくは、開口端から取り出した後に装填する分離膜エレメントの着脱方法において、分離膜エレメントが、分離膜を含む膜ユニットが巻回されてなる膜ユニット巻体の外周が外装体で覆われ、膜ユニット巻体及び外装体の両端もしくは片端にテレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型分離膜エレメントであり、分離膜エレメントが筒状圧力容器内に装填された際には、少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着された原水シール部材が筒状圧力容器の内壁と密接する構造であり、原水シール部材が、スプリットリング状の非弾性材製シール部材であり、かつ、分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向とは逆の方向への摺動が行われることを特徴とする筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００１９】
（２）分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向へも摺動が行われることを特徴とする（１）に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２０】
（３）テレスコープ防止板の外周側に周回溝があり、該周回溝に原水シール部材が嵌着されることを特徴とする（１）または（２）に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２１】
（４）原水シール部材において、筒状圧力容器の内壁と接する側が、テーパー構造を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２２】
（５）原水シール部材が、繊維補強樹脂からなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２３】
（６）テレスコープ防止板の外周側に１以上の原水シール部材が装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合している、（１）〜（５）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２４】
（７）原水シール部材の複数が並列してテレスコープ防止板の外周側に装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合する位置が、複数の原水シール部材どうしで相互に異なることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の分離膜エレメントの脱着方法によると、スパイラル型分離膜エレメントを筒状圧力容器内に装填する時も、また、分離膜エレメントを圧力容器から抜き取る時も、容易に分離膜エレメントを圧力容器内で移動させることができる。特に、圧力容器内の原水側に一番近い分離膜エレメントを抜き取り、新品の分離膜エレメントを濃縮水側に一番近い位置に補充する分離膜エレメントの一部交換作業の場合、本発明によると、圧力容器の濃縮水側から新品の分離膜エレメントを押し込み、原水側から所定の分離膜エレメントを抜きとることで、分離膜エレメントの抜き取りと補充の作業を終了することができ、非常に効率良く分離膜エレメントの圧力容器内への交換作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明が適用されるスパイラル型分離膜エレメントの一例を示す部分破断斜視図である。
【図２】テレスコープ防止板にＯ−リングシールが装着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態（従来技術）を示すための、Ｏ−リングシール装着部分近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【図３】テレスコープ防止板にＵ−カップシールが装着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態（従来技術）を示すための、Ｕ−カップシール装着部分近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明で用いるスプリットリング状の非弾性材製シール部材を模式的に示す平面図（図４（ａ））、ａ−ａ’での断面図（図４（ｂ））である。
【図５】本発明で用いるスプリットリング状の非弾性材製シール部材を模式的に示す別の平面図（図５（ａ））、ｂ−ｂ’での断面図（図５（ｂ））である。
【図６】本発明で用いるスプリットリング状の非弾性材製シール部材を分離膜エレメントのテレスコープ防止板の外周部の溝に装着した時の、スプリット部近傍部分を拡大して示す模式図である。
【図７】スプリットリング状の非弾性材製シール部材のスプリット部の一片と他方とを凹凸嵌合により接合する場合の一例を示すスプリット部近傍部分の拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明が適用されるスパイラル型分離膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図である。スパイラル型分離膜エレメントの代表例は、図１に示すように、分離膜１、供給側流路材３、および透過側流路材２が積層状態で、有孔の中心管４の周囲にスパイラル状に巻回され、その分離膜巻回体の両端にテレスコープ防止板５が設置されている。分離膜１は端部が封止されて、供給流体と透過流体の混合を防止している。
【００２９】
分離膜１は平膜状の分離膜であって、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路材３には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過側流路材２には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。
【００３０】
テレスコープ防止板５は、分離膜巻回体が通過する流体の圧力により筒状に変形すること（テレスコープ現象）を防止するために設置された、孔を有する板状物であり、外周側にはシール材を装填するための周回溝を有していることが好ましい。テレスコープ防止板５の材質は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂などの樹脂材により構成されればよい。また、このテレスコープ防止板５は、外周環状部と内周環状部と放射状スポーク部とを有するスポーク型構造であることが好ましい。
【００３１】
中心管４は、管の側面に複数の孔を有するものであり、中心管４の材質は、樹脂、金属など何れでもよいが、ノリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックが通常使用される。
【００３２】
分離膜１の端部を封止するための手段として、接着法が好適に用いられる。接着剤としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知の何れの接着剤も使用することができる。
【００３３】
また、スパイラル型分離膜エレメントは、分離膜巻回体の外周部が外装材により拘束されて拡径しない構造になっていることも好ましい。外装材は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどからなるシートや、硬化性樹脂を塗ったガラス繊維などからなるもので、分離膜巻回体の外周表面に、かかるシートや繊維を巻回してエレメントが拡径しないように拘束する。
【００３４】
本発明は、上記のようなスパイラル型分離膜エレメントにおいて、その両端もしくは片端にあるテレスコープ防止板の少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着するシール材として、スプリットリング状の非弾性材製シール部材（以下、スプリットリングシールという）を使用したことを特徴とする。
【００３５】
本発明で用いるスプリットリングシールの形態を、図４および図５を用いて説明する。スプリットリングシールは、環状シールが１箇所以上で切断・分割された如き形状を有するものであって、例えば、図４（ａ）（平面図）や図５（ａ）に示すようにスプリット部が１箇所存在するものが好ましいが、環状シールが２箇所で切断・分割された如き半円弧状スプリットリングシールを２つ用いてもよい。スプリットリングシールの横断面形状は、特に限定されるものでは無いが、テレスコープ防止板５の外周部の溝に収まり、移動しない構造であればよく、例えば、図４（ｂ）（ａ−ａ’での断面図）に示すように略四角形でもよいし、図５（ｂ）（ｂ−ｂ’での断面図）に示すように圧力容器と接する側の角を直線または曲線で落としたテーパー構造でもよく、略多角形でもよい。
【００３６】
また、スプリットリングシールの外周部の長さ（外周長）は、そのスプリットリングシールのスプリット部を繋げて環状にした時の外周直径が、圧力容器の内壁の直径サイズよりも少し大きくなるように設計し、実際に分離膜エレメントのテレスコープ防止板に装着して圧力容器内に装填された時には、そのスプリット部の隙間が縮まり、スプリットリングシールが圧力容器の内壁と密接する構造となるようにする。さらに、圧力容器と接する側にテーパー構造を有するスプリットリングシールを用いることで、圧力容器内にエレメントを装填する時に、スプリットリングシールの引っ掛かかりが少なくなり、滑らかに装填することが可能となる。
【００３７】
また、スプリットリングシールの内周部長さ（内周長）は、そのスプリットリングシールのスプリット部を繋げて環状にした時に、テレスコープ防止板の外周部の周回溝内に、隙間無く収まる大きさであれば良い。スプリットリングシールの大きさは、エレメントの外径や材質等により最適化すればよいが、例えば、シールの径方向幅（即ち、外周直径と内周直径との差の半分）が５〜１０ｍｍ程度、シールの厚み３〜１０ｍｍ程度を採用することができる。
【００３８】
スプリットリングシールの材質は、非弾性樹脂や金属などの非弾性の材料であれば、特に限定されるものではないが、海水や、分離膜エレメントの洗浄液との耐性を考慮すると非弾性樹脂が好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ノリル、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、四フッ化ポリエチレンなどが使用される。また、強度や耐久性に優れた繊維補強樹脂も好適に使用することができ、例えばグラスファイバーやナイロン、ビニロンなどの繊維により補強したポリプロピレンなどを使用することができ、中でも引張強度や曲げ弾性率（剛性）が優れたガラス繊維強化ポリプロピレンなどを好適に使用することができる。ガラス繊維の混合比率について、比率を多くすると強度・剛性は高くなるが、衝撃に対する耐性が低下し脆くなる傾向があるため、ガラス繊維強化樹脂の繊維と樹脂の混合比率を適宜、検討し最適化する必要がある。本発明に係るスプリットリングシールに要求される強度、剛性、耐衝撃性を考慮し、樹脂とガラス繊維の混合比率を検討し、ポロプロピレン樹脂に対するガラス繊維の混合比率は５〜５０ｗｔ％であれば好ましく、さらに好ましくは１０〜３０ｗｔ％の時に好適に使用することができる。
【００３９】
スプリットリングシールにおけるスプリット部の形状は、特に限定されるものではないが、一例として、図６に示すように、シール長手方向に直角に切断した場合（図６（ａ））、シール長手方向に対し斜めに切断した場合（図６（ｂ））、シール長手方向に対し階段状に切断した場合（図６（ｃ））が挙げられる。
【００４０】
特に、シール長手方向に対し斜めに切断した場合（図６（ｂ））、シール長手方向に対し階段状に切断した場合（図６（ｃ））のスプリットリングシールを用いた時には、実際に被処理流体が圧力容器内を流れる際の圧力でもってスプリットリング端部どうしが押し付けられ、スプリットリング端部の隙間がほとんど無い状態となる。この結果、スプリット端部どうしの接合部分でもシール効果はほぼ保たれ、被処理流体が分離膜エレメントの外側をバイパスする量はかなり少なく、効率的な水処理を行うことができる。
【００４１】
スプリットリングシールを、分離膜エレメントのテレスコープ防止板の外周部に装着した後、そのスプリット部どうしは単に接触するように配置することでもよいし、スプリット部どうしを接合しても良い。その際の接合の方法としては、熱融着接合や接着剤を用いる強固な接合でも良いし、スプリットリングシールのスプリット部の一片と他方とが凹凸嵌合により組み合わさった接合でもよい。スプリットリングシールのスプリット部の凹凸嵌合の一例を図７に示す。図７に示すようにスプリット端部どうしを凹凸嵌合させて接合することで、取り扱い時の衝撃でスプリットリングシールの脱落を阻止することができる。
【００４２】
スプリットリングシールを、テレスコープ防止板の外周に装着するにあたって、１もしくは複数のシール部材を装着してもよい。複数個のシール部材を装着する場合は、スプリット部の位置を相互に異なる位置にすることが好ましく、これにより原水が分離膜エレメントの外側を通り抜ける量をより少なくすることができる。例えば、２個のスプリットリングシールを使用する場合、それぞれのリングシールのスプリット部が異なる位置になるように、テレスコープ防止板の外周に装着することが好ましく、さらに好ましくは、それぞれのスプリット部がもっとも遠い位置関係になるように装着することで、原水が分離膜エレメントの外側を通り抜ける量を、さらに少なくすることができ、好適である。
【００４３】
上記のテレスコープ防止板の外周側にスプリットリングシールが装着されている分離膜エレメントは、スプリットリングシールの材質及び構造から、圧力容器内で移動方向に関係無く、低荷重にて移動させることができる。特に、複数本の分離膜エレメントが圧力容器内に装填されている場合でも、その分離膜エレメントを原水側から濃縮水側へ移動させることも、その反対方向への移動も容易に実施することができる。
【００４４】
さらに、外径の大きな分離膜エレメントの場合は、その自重が重くなるため、従来のような弾性材製シール部材が装着された場合に、その重くなった自重の影響で、弾性材製シール部材が、大きく変形して圧力容器の内壁と接するため、その分離膜エレメントを移動させるのに必要な荷重が大きくなるが、スプリットリングシールを装着した場合は、そのシール部材が分離膜エレメントの自重で、ほとんど変形しないので、分離膜エレメントを移動させるのに必要な荷重もさほど大きくならない。この点から、前述したスプリットリングシールは、外径の大きな分離膜エレメントにおいて、その装填、抜き出しなどの移動が容易になるという利点が大きく、非常に有効である。
【００４５】
原水を通過させる膜分離処理を続けていくと、圧力容器内に装填された分離膜エレメント内に原水の汚れなどが付着・堆積してくるが、特に、原水側に一番近い分離膜エレメント内への汚れ物質の付着・堆積が多く、分離膜エレメントの機能が低下し、全体の生産水の水量、水質が低下してくる。その様な場合には、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除いて、替わりに新しい分離膜エレメントを装填すること（エレメント一部交換）で、全体の生産水の水量、水質を改善することが行われる。
【００４６】
テレスコープ防止板の外周側にスプリットリングシールを装着した分離膜エレメントを用い、このエレメントを筒状圧力容器内に装填する本発明の場合は、前述したとおり、圧力容器内での摺動方向がどちらであっても、方向に関係なく容易に移動させることができるので、エレメント着脱作業時において、濃縮水側から原水側へエレメント摺動させる動作を容易に行うことができる。従って、例えば、原水側に一番近い分離膜エレメントを新品の分離膜エレメントに交換する際には、新品エレメントを濃縮水側から圧力容器内に押し込み、原水側から、原水側に一番近いエレメントを抜き取ることで、分離膜エレメントの抜き取りと新品の補充作業を終了することができる。その結果、効率および作業性良く分離膜エレメントの圧力容器内への脱着作業を実施することが可能となる。
【００４７】
これに対し、従来技術において用いられている弾性材製のＯ−リングシールを装着したエレメントの場合は、前述したとおり、圧力容器内でのエレメントの移動は、どちらの方向にも移動可能であるものの大きな荷重をかける必要があるので、作業に多大な労力を要し、特に作業性が極めて悪い。
【００４８】
また、従来技術において用いられている弾性材製のＵ−カップシール部材を装着した分離膜エレメントの場合は、前述したとおり、圧力容器内でエレメントを原水側から濃縮水側に移動させることは容易に行えるが、その逆方向、即ち、濃縮水側から原水側に移動させる時は、Ｕ-カップシールの材質及び構造からエレメントの移動に非常に大きな荷重が必要となる。従って、この場合、特に複数本のエレメントを同じ圧力容器内に装填して用いる実際のプラントにおいては、圧力容器内でエレメントを移動させるエレメント脱着作業時には常に、原水側から濃縮水側にエレメントを移動させることが必要である。例えば、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除いて交換する場合でも、圧力容器内の他の分離膜エレメントも濃縮側から一旦抜き出し再度装填する作業が必要であり、作業効率や作業性が極めて悪い。
【実施例】
【００４９】
以下に具体例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００５０】
＜実施例１＞
全長１０２ｃｍ、直径２０ｃｍのスパイラル型逆浸透膜エレメントの原水側のテレスコープ防止板の外周溝に、スプリットリングシールを装着した。スプリットリングシールとしては、シール長手方向に対し垂直にカットしたスプリット部を有する図５に示すスプリットリング状であって、グラスファイバーで補強したポリプロピレン（ガラスファイバー量で２０重量％）からなるスプリットリングシールを用い、スプリットリングの断面が、図５（ｂ）に示すテーパー構造（圧力容器と接する側の角を直線状に落とした構造）のスプリットリングを使用した。このスプリットリングシールの２個を外周溝の中に並列に、かつ、そのスプリット部の位置が、異なる位置になるように配置して装着した。スプリットリングシールの径方向幅は７ｍｍ、スプリットリングシール１個当たりの厚みは３ｍｍであり、外周直径は２０．３ｃｍであった。
【００５１】
スプリットリングシールを装着したテレスコープ防止板が原水側に配置されるように、スパイラル型逆浸透膜エレメントの８本を同じ圧力容器内に装填した。
【００５２】
次に、エレメントを装填した圧力容器２０本に、砂ろ過処理を施したかん水（塩分濃度２５００ｍｇ／Ｌ）を供給して脱塩処理・造水を行った。なお、供給水はｐＨ６．５、水温２５℃に調整してからエレメントに供給した。また、運転圧力は０．８ＭＰａ、回収率５０％で運転を行った。２４時間運転を継続した後の透過水の蒸発残留物濃度をイオンクロマト分析にて各種イオン濃度を測定することで求めたところ、２５ｍｇ／Ｌであった。
【００５３】
数ヶ月の運転を継続したところ、透過水の蒸発残留物濃度が、運転開始直後の値と比較して約２倍に達したため、その時点で運転を停止した。運転停止の直後に圧力容器内の分離膜エレメントを観察したところ、原水側に一番近い逆浸透膜エレメントに原水由来の汚れが大量に堆積していた。汚れ量が多く洗浄での回復は困難と考えられたので、原水側に一番近い分離膜エレメントの交換を実施することにした。
【００５４】
交換用の新品の逆浸透膜エレメントにも、上記と同じポリプロピレン製スプリットリングシール２個を装着したエレメントを用いた。２０本の圧力容器の両側の端板を外し、濃縮水側から新品の逆浸透膜エレメント１本を装填し、原水側から汚れが大量に付着した逆浸透膜エレメントを抜き去り、圧力容器の両側の端板を取り付けるエレメント交換作業を、それぞれの圧力容器について行った。作業員４名で、逆浸透膜エレメントの装填、抜き出しに要した時間は約３０分であった。
【００５５】
その後、運転を再開し、２４時間後の透過水の蒸発残留物濃度を測定したところ２７ｍｇ／Ｌにまで改善した。
【００５６】
＜比較例１＞
逆浸透膜エレメントのテレスコープ防止板の原水側に装着したシール材として、エチレンプロピレンゴム製のＵ−カップシール１個を装着したこと以外は、実施例１と同様の方法で、圧力容器内に逆浸透膜エレメント８本を同じ圧力容器内に装填した。
【００５７】
次に、エレメントを装填した圧力容器２０本に、砂ろ過処理を施したかん水（塩分濃度２５００ｍｇ／Ｌ）を供給して脱塩処理・造水を行った。なお、供給水はｐＨ６．５、水温２５℃に調整してからエレメントに供給した。また、運転圧力は０．８ＭＰａ、回収率５０％で運転を行った。２４時間運転を継続した後の透過水の蒸発残留物濃度をイオンクロマト分析にて各種イオン濃度を測定することで求めたところ、２３ｍｇ／Ｌであった。
【００５８】
数ヶ月の運転を継続したところ、透過水の蒸発残留物濃度が、運転開始直後の値と比較して約２倍に達したため、その時点で運転を停止し、圧力容器内の分離膜エレメントを観察したところ、原水側に一番近い逆浸透膜エレメントに原水由来の汚れが大量に堆積していた。汚れ量が多く洗浄での回復は困難と考えられたので、原水側に一番近い分離膜エレメントの交換を実施することにした。
【００５９】
交換用の新品の逆浸透膜エレメントにも、上記と同じエチレンプロピレンゴム製のＵ−カップシール部材１個を装着したエレメントを用いた。２０本の圧力容器の両側の端板を外し、原水側から濃縮水側へ、新品の逆浸透膜エレメント１本を押し込んで装填し、次いで、濃縮水側から取り出された逆浸透膜エレメントを再度、原水側から押し込んだ。この作業を繰り返して、原水側に一番近い位置で使用された逆浸透膜エレメントが抜き去されるまで繰り返した。その後、圧力容器の両側の端板を取り付けてエレメント交換作業を終了した。作業員４名で逆浸透膜エレメントの装填、抜き出しに要した時間は約４時間であった。
【００６０】
その後、運転を再開し、２４時間後の透過水の蒸発残留物濃度を測定したところ２６ｍｇ／Ｌにまで改善した。
【符号の説明】
【００６１】
１：分離膜
２：透過側流路材
３：供給側流路材
４：中心管
５：テレスコープ防止板
６、６′：被処理流体（原水）
７、７′：透過流体（透過水）
８：濃縮流体（濃縮水）
９：筒状圧力容器の内壁
１０：テレスコープ防止板の外周部
１１：テレスコープ防止板の外周面
１２：Ｏ−リングシール
１３：Ｕ−カップシール
１４：スプリットリング状の非弾性材製シール部材
１５：スプリットリング状の非弾性材製シール部材のスプリット部
１６：スプリットリング状の非弾性材製シール部材の内径
１７：スプリットリング状の非弾性材製シール部材の外径
１８：垂直にカットされたスプリット部
１９、２０：垂直にカットされたスプリット部の近傍のシール部材
２１：テレスコープ防止板の円周溝の両側部分
２２：斜めにカットされたスプリット部
２３、２４：斜めにカットされたスプリット部の近傍のシール部材
２５：階段状にカットされたスプリット部
２６、２７：階段状にカットされたスプリット部の近傍のシール部材
２８：凸凹により嵌合するスプリット部を有する非弾性材製シール部材
２９：端面に凹部を有する非弾性材製シール部材（一方側）
３０：端面に凸部を有する非弾性材製シール部材（他方側）
３１：非弾性材製シール部材の端面の凹部
３２：非弾性材製シール部材の端面の凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理流体中に存在している成分を分離除去するためのスパイラル型分離膜エレメントの圧力容器内への着脱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、逆浸透膜等の分離膜を用いた流体の分離は、省エネルギープロセスとして注目され、利用が進んでいる。たとえば、逆浸透膜を用いた逆浸透分離法では、塩分等の溶質を含んだ溶液を該溶液の浸透圧以上の圧力で逆浸透膜を透過させることで、塩分等の溶質の濃度が低減された液体を得ることが可能であり、例えば海水の淡水化、かん水の脱塩、超純水の製造や廃水処理に用いられている。
【０００３】
これらの分離膜は、平膜の場合、スパイラル型エレメントという形態で用いられることが多い。従来のスパイラル型分離膜エレメントの構造としては、たとえば図１に示すように、分離膜１、供給側流路材３及び透過側流路材２の積層体の単数または複数が、有孔の中心管４の周りに巻きつけられ、その両端側にテレスコープ防止板５を設置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この分離膜エレメントは、被処理流体６が一端面より供給され、供給側流路材３に沿って流動しながらその溶媒成分が分離膜１を透過することにより、溶媒成分が分離される。その後、分離膜を透過した溶媒成分（透過流体７′）は、透過側流路材２に沿って流動して、中心管４内へとその側面の孔から流入し、該中心管内を流動し、エレメントの他端面より透過流体７として取り出される。一方、溶質を高濃度に含有する処理流体は、エレメントの他端面より濃縮流体８として取り出される。
【０００５】
上記した従来の分離膜エレメントにおいては、通常、原水側に配置されたテレスコープ防止板の外周側の周回溝に弾性材製シール部材が嵌着されていて、その分離膜エレメントが圧力容器であるベッセル内に、複数本、装填されて使用される。分離膜エレメントは、テレスコープ防止板の外周側の周回溝に弾性材製シール部材が嵌着されることにより、分離膜エレメントと圧力容器との隙間を弾性材製シール部材にてシールすることができ、その隙間内の被処理液体の流通が阻止されるので、効率良く被処理流体を分離膜エレメントにて処理することができる。従来は、断面Ｏ字状のＯ−リングシールや断面Ｕ字状のＵ−カップシールなどの弾性樹脂製シール部材が使用されている。Ｏ−リングシールを使用した場合は、テレスコープ防止板の外周側の周回溝に嵌着されたＯ−リングシールが、圧力容器の内壁と接触し、Ｏ−リングシールがつぶれて変形することで、分離膜エレメントと圧力容器内との隙間を埋めている。
【０００６】
図２は、Ｏ−リングシール１２がテレスコープ防止板の外周部１０に嵌着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態を示すものであって、Ｏ−リングシール装着部分の近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。図２において、Ｏ−リングシール１２は、圧力容器の内壁９と圧接している部分において変形し、圧力容器の内壁９との接触面積が大きくなっている。さらに、Ｏ−リングシール１２は弾性樹脂で構成されているので圧力容器の内壁９との摺動摩擦が大きい。
【０００７】
そのため、圧力容器内でエレメントを移動させる際には、Ｏ−リングシール１２と圧力容器の内壁９との摩擦に抗するために大きな荷重が必要であり、特に、複数本の分離膜エレメントを圧力容器内で移動させる場合は特に大きな荷重となって労力がかかるため、実際に圧力容器内に分離膜エレメントを着脱させる作業は非効率となる。
【０００８】
このようなＯ−リングシールの問題点を解消するために、分離膜エレメントのシール部材として、Ｕ−カップシールが考案され広く使用されている。このＵ−カップシールは、Ｕ字状の開いた部分が原水側に向くように分離膜エレメントのテレスコープ防止板にセットされている。このＵ−カップシールは、原水側から水が供給された時に、その水圧でＵ字が開き、Ｕ−カップシールと圧力容器との隙間を埋める構造になっている。
【０００９】
図３は、Ｕ−カップシール１３がテレスコープ防止板の外周部１０に嵌着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態を示すものであって、Ｕ−カップシール装着部分の近傍を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図３において、Ｕ−カップシール１３は、圧力容器の内壁９との接触面積は比較的小さいが、前述したとおり、図の右から左への方向に流れる流体に対してはシール機能が発揮される。しかし、図の左から右へと流れる流体に対してはシール機能不十分である。
【００１０】
そのようなＵ−カップシールの構造のため、原水側から濃縮水側に分離膜エレメントを移動させる際は、Ｕ−カップシールの端が圧力容器の内壁と軽く接触する程度であり、容易にエレメントを移動させることができる。しかし、濃縮水側から原水側に移動させる場合、Ｕ-カップシールの端が圧力容器の内壁と強く接触すること、さらには、Ｕ−カップシールの端が反り返り、分離膜エレメントと圧力容器の隙間に挟まってしまい、分離膜エレメントを移動させるために非常に大きな荷重が必要となることがある。そこで、Ｕ−カップシールが使用されているエレメントを用いる実際のプラントでは、分離膜エレメントの圧力容器内への脱着作業は、圧力容器の原水側から分離膜エレメントを挿入し、濃縮水側に押し込み、濃縮側からエレメントを抜き出す、あるいは、濃縮水側から引き出す方法を採用している。
【００１１】
圧力容器内に装填された分離膜エレメントは、原水を通過させる膜分離処理を続けていくと、原水中の汚れ物質が分離膜エレメント内の膜面に付着し堆積していき、分離膜エレメントの機能が低下し、全体の生産水の水量、水質が低下してくる。この膜面への汚れの付着・堆積は、特に、原水側に一番近い分離膜エレメント内の膜面の原水側部分において多い。その様な場合、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除いて、新しい分離膜エレメントを装填することで、全体の生産水の水量、水質を改善することができる。
【００１２】
圧力容器内の分離膜エレメントにＵ−カップシールが嵌着されている場合、エレメントは常に原水側から濃縮水側へと圧力容器内を移動させる必要があるので、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除くためには、圧力容器内の他の分離膜エレメントを一旦濃縮水側から圧力容器外に取り出す必要があり、結果として、全ての分離膜エレメントを、圧力容器内から抜き出すことになるため、非常に大きな労力を要する作業となっている。その後の再装填作業では、最後に取り出された原水側に一番近い分離膜エレメントを除き、その替わりの新品の分離膜エレメントを使用する。新品のエレメントを最初に原水側から圧力容器内に装填し、次いで、前回装填されていた順序で、他のエレメントを再度、圧力容器内に装填する。圧力容器内に装填された分離膜エレメントは、原水側に近いほど汚れが溜まり易く交換される頻度が高いので、新品の分離膜エレメントは濃縮水側に一番近い位置に装填する方が効率的だからである。
【００１３】
また、特許文献２には、ベッセル内に逆浸透膜エレメント１本を装填する装置において、ベッセル内でのエレメント移動時の抵抗を低減し、方向に関係無くエレメントを装填できるために、エレメントのシール部材にＯ−リングシールや断面略Ｘ状シール部材を使用し、エレメント装填完了時にＯ−リングシール部材が接触する部分以外の圧力容器の内径を大きくすることが提案されている。
【００１４】
しかし、複数本のエレメントをベッセル内に装填する装置に上記ベッセル装置構造（圧力容器内のＯ−リングシールが装填完了時に接触する部分以外の内径のサイズを大きくする装置構造）を適用した場合には、圧力容器内に複数の凹凸が存在し、装填、抜き出し作業時に、隣接するエレメントの位置がずれることになる。また、逆浸透膜エレメントを圧力容器内に複数本装填する際には、エレメントの透過水パイプ部に、Ｏ−リングなどのシール部材を有するコネクターを挿入して連結する必要があるが、圧力容器内を移動させる時に圧力容器内の凹凸で、隣接する逆浸透膜エレメントの透過水パイプの位置がずれ易くなる。透過水パイプの位置ずれが生じると、コネクターの装着が困難となり易い。例えば、透過水パイプの位置がずれていると、コネクター装着時に、大きな負荷がコネクターに掛かり、コネクターのＯ−リングの破損や脱落などの問題が発生し、エレメントの圧力容器への装填が困難となる問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１０−１３７５５８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、上記した従来技術における問題点を解決し、スパイラル型分離膜エレメントを筒状圧力容器内の開口端から装填する、開口端から取り出す、もしくは、開口端から取り出した後に装填するエレメント脱着方法における作業の効率性を高めること、作業に要する労力の低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明は、次のいずれかの構成をとるものである。
【００１８】
（１）分離膜エレメントを、筒状圧力容器内の開口端から装填する、開口端から取り出す、もしくは、開口端から取り出した後に装填する分離膜エレメントの着脱方法において、分離膜エレメントが、分離膜を含む膜ユニットが巻回されてなる膜ユニット巻体の外周が外装体で覆われ、膜ユニット巻体及び外装体の両端もしくは片端にテレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型分離膜エレメントであり、分離膜エレメントが筒状圧力容器内に装填された際には、少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着された原水シール部材が筒状圧力容器の内壁と密接する構造であり、原水シール部材が、スプリットリング状の非弾性材製シール部材であり、かつ、分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向とは逆の方向への摺動が行われることを特徴とする筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００１９】
（２）分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向へも摺動が行われることを特徴とする（１）に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２０】
（３）テレスコープ防止板の外周側に周回溝があり、該周回溝に原水シール部材が嵌着されることを特徴とする（１）または（２）に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２１】
（４）原水シール部材において、筒状圧力容器の内壁と接する側が、テーパー構造を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２２】
（５）原水シール部材が、繊維補強樹脂からなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２３】
（６）テレスコープ防止板の外周側に１以上の原水シール部材が装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合している、（１）〜（５）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【００２４】
（７）原水シール部材の複数が並列してテレスコープ防止板の外周側に装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合する位置が、複数の原水シール部材どうしで相互に異なることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の分離膜エレメントの脱着方法によると、スパイラル型分離膜エレメントを筒状圧力容器内に装填する時も、また、分離膜エレメントを圧力容器から抜き取る時も、容易に分離膜エレメントを圧力容器内で移動させることができる。特に、圧力容器内の原水側に一番近い分離膜エレメントを抜き取り、新品の分離膜エレメントを濃縮水側に一番近い位置に補充する分離膜エレメントの一部交換作業の場合、本発明によると、圧力容器の濃縮水側から新品の分離膜エレメントを押し込み、原水側から所定の分離膜エレメントを抜きとることで、分離膜エレメントの抜き取りと補充の作業を終了することができ、非常に効率良く分離膜エレメントの圧力容器内への交換作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明が適用されるスパイラル型分離膜エレメントの一例を示す部分破断斜視図である。
【図２】テレスコープ防止板にＯ−リングシールが装着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態（従来技術）を示すための、Ｏ−リングシール装着部分近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【図３】テレスコープ防止板にＵ−カップシールが装着された分離膜エレメントが圧力容器内に装填された状態（従来技術）を示すための、Ｕ−カップシール装着部分近傍を拡大して模式的に示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明で用いるスプリットリング状の非弾性材製シール部材を模式的に示す平面図（図４（ａ））、ａ−ａ’での断面図（図４（ｂ））である。
【図５】本発明で用いるスプリットリング状の非弾性材製シール部材を模式的に示す別の平面図（図５（ａ））、ｂ−ｂ’での断面図（図５（ｂ））である。
【図６】本発明で用いるスプリットリング状の非弾性材製シール部材を分離膜エレメントのテレスコープ防止板の外周部の溝に装着した時の、スプリット部近傍部分を拡大して示す模式図である。
【図７】スプリットリング状の非弾性材製シール部材のスプリット部の一片と他方とを凹凸嵌合により接合する場合の一例を示すスプリット部近傍部分の拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。
【００２８】
図１は、本発明が適用されるスパイラル型分離膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図である。スパイラル型分離膜エレメントの代表例は、図１に示すように、分離膜１、供給側流路材３、および透過側流路材２が積層状態で、有孔の中心管４の周囲にスパイラル状に巻回され、その分離膜巻回体の両端にテレスコープ防止板５が設置されている。分離膜１は端部が封止されて、供給流体と透過流体の混合を防止している。
【００２９】
分離膜１は平膜状の分離膜であって、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路材３には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過側流路材２には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。
【００３０】
テレスコープ防止板５は、分離膜巻回体が通過する流体の圧力により筒状に変形すること（テレスコープ現象）を防止するために設置された、孔を有する板状物であり、外周側にはシール材を装填するための周回溝を有していることが好ましい。テレスコープ防止板５の材質は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂などの樹脂材により構成されればよい。また、このテレスコープ防止板５は、外周環状部と内周環状部と放射状スポーク部とを有するスポーク型構造であることが好ましい。
【００３１】
中心管４は、管の側面に複数の孔を有するものであり、中心管４の材質は、樹脂、金属など何れでもよいが、ノリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックが通常使用される。
【００３２】
分離膜１の端部を封止するための手段として、接着法が好適に用いられる。接着剤としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知の何れの接着剤も使用することができる。
【００３３】
また、スパイラル型分離膜エレメントは、分離膜巻回体の外周部が外装材により拘束されて拡径しない構造になっていることも好ましい。外装材は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどからなるシートや、硬化性樹脂を塗ったガラス繊維などからなるもので、分離膜巻回体の外周表面に、かかるシートや繊維を巻回してエレメントが拡径しないように拘束する。
【００３４】
本発明は、上記のようなスパイラル型分離膜エレメントにおいて、その両端もしくは片端にあるテレスコープ防止板の少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着するシール材として、スプリットリング状の非弾性材製シール部材（以下、スプリットリングシールという）を使用したことを特徴とする。
【００３５】
本発明で用いるスプリットリングシールの形態を、図４および図５を用いて説明する。スプリットリングシールは、環状シールが１箇所以上で切断・分割された如き形状を有するものであって、例えば、図４（ａ）（平面図）や図５（ａ）に示すようにスプリット部が１箇所存在するものが好ましいが、環状シールが２箇所で切断・分割された如き半円弧状スプリットリングシールを２つ用いてもよい。スプリットリングシールの横断面形状は、特に限定されるものでは無いが、テレスコープ防止板５の外周部の溝に収まり、移動しない構造であればよく、例えば、図４（ｂ）（ａ−ａ’での断面図）に示すように略四角形でもよいし、図５（ｂ）（ｂ−ｂ’での断面図）に示すように圧力容器と接する側の角を直線または曲線で落としたテーパー構造でもよく、略多角形でもよい。
【００３６】
また、スプリットリングシールの外周部の長さ（外周長）は、そのスプリットリングシールのスプリット部を繋げて環状にした時の外周直径が、圧力容器の内壁の直径サイズよりも少し大きくなるように設計し、実際に分離膜エレメントのテレスコープ防止板に装着して圧力容器内に装填された時には、そのスプリット部の隙間が縮まり、スプリットリングシールが圧力容器の内壁と密接する構造となるようにする。さらに、圧力容器と接する側にテーパー構造を有するスプリットリングシールを用いることで、圧力容器内にエレメントを装填する時に、スプリットリングシールの引っ掛かかりが少なくなり、滑らかに装填することが可能となる。
【００３７】
また、スプリットリングシールの内周部長さ（内周長）は、そのスプリットリングシールのスプリット部を繋げて環状にした時に、テレスコープ防止板の外周部の周回溝内に、隙間無く収まる大きさであれば良い。スプリットリングシールの大きさは、エレメントの外径や材質等により最適化すればよいが、例えば、シールの径方向幅（即ち、外周直径と内周直径との差の半分）が５〜１０ｍｍ程度、シールの厚み３〜１０ｍｍ程度を採用することができる。
【００３８】
スプリットリングシールの材質は、非弾性樹脂や金属などの非弾性の材料であれば、特に限定されるものではないが、海水や、分離膜エレメントの洗浄液との耐性を考慮すると非弾性樹脂が好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ノリル、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、四フッ化ポリエチレンなどが使用される。また、強度や耐久性に優れた繊維補強樹脂も好適に使用することができ、例えばグラスファイバーやナイロン、ビニロンなどの繊維により補強したポリプロピレンなどを使用することができ、中でも引張強度や曲げ弾性率（剛性）が優れたガラス繊維強化ポリプロピレンなどを好適に使用することができる。ガラス繊維の混合比率について、比率を多くすると強度・剛性は高くなるが、衝撃に対する耐性が低下し脆くなる傾向があるため、ガラス繊維強化樹脂の繊維と樹脂の混合比率を適宜、検討し最適化する必要がある。本発明に係るスプリットリングシールに要求される強度、剛性、耐衝撃性を考慮し、樹脂とガラス繊維の混合比率を検討し、ポロプロピレン樹脂に対するガラス繊維の混合比率は５〜５０ｗｔ％であれば好ましく、さらに好ましくは１０〜３０ｗｔ％の時に好適に使用することができる。
【００３９】
スプリットリングシールにおけるスプリット部の形状は、特に限定されるものではないが、一例として、図６に示すように、シール長手方向に直角に切断した場合（図６（ａ））、シール長手方向に対し斜めに切断した場合（図６（ｂ））、シール長手方向に対し階段状に切断した場合（図６（ｃ））が挙げられる。
【００４０】
特に、シール長手方向に対し斜めに切断した場合（図６（ｂ））、シール長手方向に対し階段状に切断した場合（図６（ｃ））のスプリットリングシールを用いた時には、実際に被処理流体が圧力容器内を流れる際の圧力でもってスプリットリング端部どうしが押し付けられ、スプリットリング端部の隙間がほとんど無い状態となる。この結果、スプリット端部どうしの接合部分でもシール効果はほぼ保たれ、被処理流体が分離膜エレメントの外側をバイパスする量はかなり少なく、効率的な水処理を行うことができる。
【００４１】
スプリットリングシールを、分離膜エレメントのテレスコープ防止板の外周部に装着した後、そのスプリット部どうしは単に接触するように配置することでもよいし、スプリット部どうしを接合しても良い。その際の接合の方法としては、熱融着接合や接着剤を用いる強固な接合でも良いし、スプリットリングシールのスプリット部の一片と他方とが凹凸嵌合により組み合わさった接合でもよい。スプリットリングシールのスプリット部の凹凸嵌合の一例を図７に示す。図７に示すようにスプリット端部どうしを凹凸嵌合させて接合することで、取り扱い時の衝撃でスプリットリングシールの脱落を阻止することができる。
【００４２】
スプリットリングシールを、テレスコープ防止板の外周に装着するにあたって、１もしくは複数のシール部材を装着してもよい。複数個のシール部材を装着する場合は、スプリット部の位置を相互に異なる位置にすることが好ましく、これにより原水が分離膜エレメントの外側を通り抜ける量をより少なくすることができる。例えば、２個のスプリットリングシールを使用する場合、それぞれのリングシールのスプリット部が異なる位置になるように、テレスコープ防止板の外周に装着することが好ましく、さらに好ましくは、それぞれのスプリット部がもっとも遠い位置関係になるように装着することで、原水が分離膜エレメントの外側を通り抜ける量を、さらに少なくすることができ、好適である。
【００４３】
上記のテレスコープ防止板の外周側にスプリットリングシールが装着されている分離膜エレメントは、スプリットリングシールの材質及び構造から、圧力容器内で移動方向に関係無く、低荷重にて移動させることができる。特に、複数本の分離膜エレメントが圧力容器内に装填されている場合でも、その分離膜エレメントを原水側から濃縮水側へ移動させることも、その反対方向への移動も容易に実施することができる。
【００４４】
さらに、外径の大きな分離膜エレメントの場合は、その自重が重くなるため、従来のような弾性材製シール部材が装着された場合に、その重くなった自重の影響で、弾性材製シール部材が、大きく変形して圧力容器の内壁と接するため、その分離膜エレメントを移動させるのに必要な荷重が大きくなるが、スプリットリングシールを装着した場合は、そのシール部材が分離膜エレメントの自重で、ほとんど変形しないので、分離膜エレメントを移動させるのに必要な荷重もさほど大きくならない。この点から、前述したスプリットリングシールは、外径の大きな分離膜エレメントにおいて、その装填、抜き出しなどの移動が容易になるという利点が大きく、非常に有効である。
【００４５】
原水を通過させる膜分離処理を続けていくと、圧力容器内に装填された分離膜エレメント内に原水の汚れなどが付着・堆積してくるが、特に、原水側に一番近い分離膜エレメント内への汚れ物質の付着・堆積が多く、分離膜エレメントの機能が低下し、全体の生産水の水量、水質が低下してくる。その様な場合には、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除いて、替わりに新しい分離膜エレメントを装填すること（エレメント一部交換）で、全体の生産水の水量、水質を改善することが行われる。
【００４６】
テレスコープ防止板の外周側にスプリットリングシールを装着した分離膜エレメントを用い、このエレメントを筒状圧力容器内に装填する本発明の場合は、前述したとおり、圧力容器内での摺動方向がどちらであっても、方向に関係なく容易に移動させることができるので、エレメント着脱作業時において、濃縮水側から原水側へエレメント摺動させる動作を容易に行うことができる。従って、例えば、原水側に一番近い分離膜エレメントを新品の分離膜エレメントに交換する際には、新品エレメントを濃縮水側から圧力容器内に押し込み、原水側から、原水側に一番近いエレメントを抜き取ることで、分離膜エレメントの抜き取りと新品の補充作業を終了することができる。その結果、効率および作業性良く分離膜エレメントの圧力容器内への脱着作業を実施することが可能となる。
【００４７】
これに対し、従来技術において用いられている弾性材製のＯ−リングシールを装着したエレメントの場合は、前述したとおり、圧力容器内でのエレメントの移動は、どちらの方向にも移動可能であるものの大きな荷重をかける必要があるので、作業に多大な労力を要し、特に作業性が極めて悪い。
【００４８】
また、従来技術において用いられている弾性材製のＵ−カップシール部材を装着した分離膜エレメントの場合は、前述したとおり、圧力容器内でエレメントを原水側から濃縮水側に移動させることは容易に行えるが、その逆方向、即ち、濃縮水側から原水側に移動させる時は、Ｕ-カップシールの材質及び構造からエレメントの移動に非常に大きな荷重が必要となる。従って、この場合、特に複数本のエレメントを同じ圧力容器内に装填して用いる実際のプラントにおいては、圧力容器内でエレメントを移動させるエレメント脱着作業時には常に、原水側から濃縮水側にエレメントを移動させることが必要である。例えば、原水側に一番近い分離膜エレメントを取り除いて交換する場合でも、圧力容器内の他の分離膜エレメントも濃縮側から一旦抜き出し再度装填する作業が必要であり、作業効率や作業性が極めて悪い。
【実施例】
【００４９】
以下に具体例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００５０】
＜実施例１＞
全長１０２ｃｍ、直径２０ｃｍのスパイラル型逆浸透膜エレメントの原水側のテレスコープ防止板の外周溝に、スプリットリングシールを装着した。スプリットリングシールとしては、シール長手方向に対し垂直にカットしたスプリット部を有する図５に示すスプリットリング状であって、グラスファイバーで補強したポリプロピレン（ガラスファイバー量で２０重量％）からなるスプリットリングシールを用い、スプリットリングの断面が、図５（ｂ）に示すテーパー構造（圧力容器と接する側の角を直線状に落とした構造）のスプリットリングを使用した。このスプリットリングシールの２個を外周溝の中に並列に、かつ、そのスプリット部の位置が、異なる位置になるように配置して装着した。スプリットリングシールの径方向幅は７ｍｍ、スプリットリングシール１個当たりの厚みは３ｍｍであり、外周直径は２０．３ｃｍであった。
【００５１】
スプリットリングシールを装着したテレスコープ防止板が原水側に配置されるように、スパイラル型逆浸透膜エレメントの８本を同じ圧力容器内に装填した。
【００５２】
次に、エレメントを装填した圧力容器２０本に、砂ろ過処理を施したかん水（塩分濃度２５００ｍｇ／Ｌ）を供給して脱塩処理・造水を行った。なお、供給水はｐＨ６．５、水温２５℃に調整してからエレメントに供給した。また、運転圧力は０．８ＭＰａ、回収率５０％で運転を行った。２４時間運転を継続した後の透過水の蒸発残留物濃度をイオンクロマト分析にて各種イオン濃度を測定することで求めたところ、２５ｍｇ／Ｌであった。
【００５３】
数ヶ月の運転を継続したところ、透過水の蒸発残留物濃度が、運転開始直後の値と比較して約２倍に達したため、その時点で運転を停止した。運転停止の直後に圧力容器内の分離膜エレメントを観察したところ、原水側に一番近い逆浸透膜エレメントに原水由来の汚れが大量に堆積していた。汚れ量が多く洗浄での回復は困難と考えられたので、原水側に一番近い分離膜エレメントの交換を実施することにした。
【００５４】
交換用の新品の逆浸透膜エレメントにも、上記と同じポリプロピレン製スプリットリングシール２個を装着したエレメントを用いた。２０本の圧力容器の両側の端板を外し、濃縮水側から新品の逆浸透膜エレメント１本を装填し、原水側から汚れが大量に付着した逆浸透膜エレメントを抜き去り、圧力容器の両側の端板を取り付けるエレメント交換作業を、それぞれの圧力容器について行った。作業員４名で、逆浸透膜エレメントの装填、抜き出しに要した時間は約３０分であった。
【００５５】
その後、運転を再開し、２４時間後の透過水の蒸発残留物濃度を測定したところ２７ｍｇ／Ｌにまで改善した。
【００５６】
＜比較例１＞
逆浸透膜エレメントのテレスコープ防止板の原水側に装着したシール材として、エチレンプロピレンゴム製のＵ−カップシール１個を装着したこと以外は、実施例１と同様の方法で、圧力容器内に逆浸透膜エレメント８本を同じ圧力容器内に装填した。
【００５７】
次に、エレメントを装填した圧力容器２０本に、砂ろ過処理を施したかん水（塩分濃度２５００ｍｇ／Ｌ）を供給して脱塩処理・造水を行った。なお、供給水はｐＨ６．５、水温２５℃に調整してからエレメントに供給した。また、運転圧力は０．８ＭＰａ、回収率５０％で運転を行った。２４時間運転を継続した後の透過水の蒸発残留物濃度をイオンクロマト分析にて各種イオン濃度を測定することで求めたところ、２３ｍｇ／Ｌであった。
【００５８】
数ヶ月の運転を継続したところ、透過水の蒸発残留物濃度が、運転開始直後の値と比較して約２倍に達したため、その時点で運転を停止し、圧力容器内の分離膜エレメントを観察したところ、原水側に一番近い逆浸透膜エレメントに原水由来の汚れが大量に堆積していた。汚れ量が多く洗浄での回復は困難と考えられたので、原水側に一番近い分離膜エレメントの交換を実施することにした。
【００５９】
交換用の新品の逆浸透膜エレメントにも、上記と同じエチレンプロピレンゴム製のＵ−カップシール部材１個を装着したエレメントを用いた。２０本の圧力容器の両側の端板を外し、原水側から濃縮水側へ、新品の逆浸透膜エレメント１本を押し込んで装填し、次いで、濃縮水側から取り出された逆浸透膜エレメントを再度、原水側から押し込んだ。この作業を繰り返して、原水側に一番近い位置で使用された逆浸透膜エレメントが抜き去されるまで繰り返した。その後、圧力容器の両側の端板を取り付けてエレメント交換作業を終了した。作業員４名で逆浸透膜エレメントの装填、抜き出しに要した時間は約４時間であった。
【００６０】
その後、運転を再開し、２４時間後の透過水の蒸発残留物濃度を測定したところ２６ｍｇ／Ｌにまで改善した。
【符号の説明】
【００６１】
１：分離膜
２：透過側流路材
３：供給側流路材
４：中心管
５：テレスコープ防止板
６、６′：被処理流体（原水）
７、７′：透過流体（透過水）
８：濃縮流体（濃縮水）
９：筒状圧力容器の内壁
１０：テレスコープ防止板の外周部
１１：テレスコープ防止板の外周面
１２：Ｏ−リングシール
１３：Ｕ−カップシール
１４：スプリットリング状の非弾性材製シール部材
１５：スプリットリング状の非弾性材製シール部材のスプリット部
１６：スプリットリング状の非弾性材製シール部材の内径
１７：スプリットリング状の非弾性材製シール部材の外径
１８：垂直にカットされたスプリット部
１９、２０：垂直にカットされたスプリット部の近傍のシール部材
２１：テレスコープ防止板の円周溝の両側部分
２２：斜めにカットされたスプリット部
２３、２４：斜めにカットされたスプリット部の近傍のシール部材
２５：階段状にカットされたスプリット部
２６、２７：階段状にカットされたスプリット部の近傍のシール部材
２８：凸凹により嵌合するスプリット部を有する非弾性材製シール部材
２９：端面に凹部を有する非弾性材製シール部材（一方側）
３０：端面に凸部を有する非弾性材製シール部材（他方側）
３１：非弾性材製シール部材の端面の凹部
３２：非弾性材製シール部材の端面の凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜エレメントを、筒状圧力容器内の開口端から装填する、開口端から取り出す、もしくは、開口端から取り出した後に装填する分離膜エレメントの着脱方法において、
分離膜エレメントが、分離膜を含む膜ユニットが巻回されてなる膜ユニット巻体の外周が外装体で覆われ、膜ユニット巻体及び外装体の両端もしくは片端にテレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型分離膜エレメントであり、
分離膜エレメントが筒状圧力容器内に装填された際には、少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着された原水シール部材が筒状圧力容器の内壁と密接する構造であり、
原水シール部材が、スプリットリング状の非弾性材製シール部材であり、かつ、
分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向とは逆の方向への摺動が行われることを特徴とする筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項２】
分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向へも摺動が行われることを特徴とする請求項１に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項３】
テレスコープ防止板の外周側に周回溝があり、該周回溝に原水シール部材が嵌着されることを特徴とする請求項１または２に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項４】
原水シール部材において、筒状圧力容器の内壁と接する側が、テーパー構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項５】
原水シール部材が、繊維補強樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項６】
テレスコープ防止板の外周側に１以上の原水シール部材が装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合している、請求項１〜５のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項７】
原水シール部材の複数が並列してテレスコープ防止板の外周側に装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合する位置が、複数の原水シール部材どうしで相互に異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項１】
分離膜エレメントを、筒状圧力容器内の開口端から装填する、開口端から取り出す、もしくは、開口端から取り出した後に装填する分離膜エレメントの着脱方法において、
分離膜エレメントが、分離膜を含む膜ユニットが巻回されてなる膜ユニット巻体の外周が外装体で覆われ、膜ユニット巻体及び外装体の両端もしくは片端にテレスコープ防止板が設けられてなるスパイラル型分離膜エレメントであり、
分離膜エレメントが筒状圧力容器内に装填された際には、少なくとも一端側のテレスコープ防止板の外周側に装着された原水シール部材が筒状圧力容器の内壁と密接する構造であり、
原水シール部材が、スプリットリング状の非弾性材製シール部材であり、かつ、
分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向とは逆の方向への摺動が行われることを特徴とする筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項２】
分離膜エレメント着脱時に筒状圧力容器内で分離膜エレメントを摺動させる際、原水流入の方向へも摺動が行われることを特徴とする請求項１に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項３】
テレスコープ防止板の外周側に周回溝があり、該周回溝に原水シール部材が嵌着されることを特徴とする請求項１または２に記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項４】
原水シール部材において、筒状圧力容器の内壁と接する側が、テーパー構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項５】
原水シール部材が、繊維補強樹脂からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項６】
テレスコープ防止板の外周側に１以上の原水シール部材が装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合している、請求項１〜５のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【請求項７】
原水シール部材の複数が並列してテレスコープ防止板の外周側に装着され、原水シール部材のスプリット端部どうしが接合する位置が、複数の原水シール部材どうしで相互に異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒状圧力容器内への分離膜エレメントの着脱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４８２６９（Ｐ２０１２−１４８２６９Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４７１２（Ｐ２０１１−２５４７１２）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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