膜反応装置
【課題】 熱交換効率が高く、その結果淡水の製造効率が高い膜蒸留装置を提供する。
【解決手段】第１枠体３には、高温海水を第１流通室３ａに流入させる第１流入口３ｂ、及び高温海水を第１流通室３ａから流出させる第１流出口３ｃを形成する。第１流入口３ｂ及び第１流出口３ｃは、第１流通室３ａの長手方向に対向する二つの内面にそれぞれ開口させる。第１流入口３ｂ及び第１流出口３ｃの各開口部は、第１流通室３ａの幅方向の中央部に配置する。第２枠体５には、低温の淡水を第２流通室５ａに流入させる第２流入口５ｂ、及び淡水を第２流通室５ａから流出させる第２流出口を形成する。第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃについては、それらを第１枠体２と第２枠体５との対向方向から見たとき、第１流入口３ｂと第２流出口５ｃとが同一位置に位置し、第１流出口３ｃと第２流入口５ｂとが同一位置に位置するように配置する。
【解決手段】第１枠体３には、高温海水を第１流通室３ａに流入させる第１流入口３ｂ、及び高温海水を第１流通室３ａから流出させる第１流出口３ｃを形成する。第１流入口３ｂ及び第１流出口３ｃは、第１流通室３ａの長手方向に対向する二つの内面にそれぞれ開口させる。第１流入口３ｂ及び第１流出口３ｃの各開口部は、第１流通室３ａの幅方向の中央部に配置する。第２枠体５には、低温の淡水を第２流通室５ａに流入させる第２流入口５ｂ、及び淡水を第２流通室５ａから流出させる第２流出口を形成する。第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃについては、それらを第１枠体２と第２枠体５との対向方向から見たとき、第１流入口３ｂと第２流出口５ｃとが同一位置に位置し、第１流出口３ｃと第２流入口５ｂとが同一位置に位置するように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器、電気透析装置及び膜蒸留装置等の膜反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、膜蒸留装置は、特許文献１に記載されているように、第１枠体、第２枠体及び蒸留膜（膜体）を備えている。図１６は、そのような膜蒸留装置の概略構成を示す。膜蒸留装置の第１枠体Ａは、平面視長方形の枠状をなしており、その内部が第１流通室Ａ１になっている。第１流通室Ａ１を構成する内面には、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が形成されている。第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３は、第１流通室Ａ１の二つの角部を結ぶ対角線Ｌ１上の一端部と他端部とにそれぞれ配置されている。第１流入口Ａ２には、原料水たる高温海水が供給される。そして、そこから第１流通室Ａ１に流入する。第１流通室Ａ１に流入した海水は、図１６において実線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ１の他端側に向かって流れた後、狭まりながら対角線Ｌ１に沿って流れる。そして、第１流出口Ａ３から流出する。
【０００３】
第１枠体Ａの一方の面には、蒸留膜（図示せず）が第１流通室Ａ１に臨んで設けられている。この蒸留膜は、気体の透過は許容するが、液体及び固体の透過を阻止する。したがって、高温の海水が第１流通室Ａ１内を流れるときには、高温の海水から発生する水蒸気が蒸留膜を透過して第１流通室Ａ１から外部に出る。
【０００４】
第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと同一形状及び同一寸法を有しており、第１枠体Ａと同一姿勢で配置されている。しかも、第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと蒸留膜を介して対向するよう、図１６において第１枠体Ａの裏側に配置されている。第２枠体Ｂには、第１枠体Ａの第１流通室Ａ１、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３に対応する第２流通室Ｂ１、第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３が形成されている。第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３は、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が配置された対角線Ｌ１と交差する他の対角線Ｌ２上に配置されている。
【０００５】
第２流通室Ｂ１には、冷却水たる低温の海水が第２流入口Ｂ２から流入する。第２流通室Ｂ１内に流入した海水は、図１６において破線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ２に沿って流れ、その後狭まりながら対角線Ｌ２に沿って流れる。そして、第２流出口Ｂ３から流出する。低温の海水は、第２流通室Ｂ１内を流れるときに、蒸留膜を透過した水蒸気を冷却して凝縮させる。これによって、淡水が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１９７２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の膜蒸留装置においては、高温海水が対角線Ｌ１に沿って流れ、低温海水が対角線Ｌ２に沿って流れるので、第１流通室Ａ１及び第２流通室Ｂ１のうち、両対角線Ｌ１，Ｌ２が交差する交差部及びその近傍を含む部分（円Ｃで囲まれる部分）では、熱交換が行われるが、円Ｃの外側に位置する部分では、熱交換がほとんど行われない。しかも、円Ｃ内の部分においても、高温海水と低温海水とが、交差する方向に流れており、互いに逆方向に流れていない。つまり、対向流になっていない。このため、熱効率が悪く、淡水の製造効率が低いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するために、この発明に係る膜反応装置は、内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一方の面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第１流通室とが上記膜体を間にして互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を間にして互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流通室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流通室を通って上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を通って上記第２流出口から流出する膜反応装置において、上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口、及び上記第２流出口が、それらを上記第１及び第２枠体の対向方向からみたとき、上記第１流入口の開口部と上記第２流出口の開口部とが互いに同一位置に位置し、かつ上記第１流出口の開口部と上記第２流入口の開口部とが互いに同一位置に位置するように配置されていることを特徴としている。
この場合、上記第１枠体には、それぞれ上記膜体が設けられた上記一方の面と逆側に位置する他方の面から上記一方の面に向かって延びる第１流入孔及び第１流出孔が形成され、上記第２枠体には、それぞれ上記第１枠体を上記他方の面から上記一方の面に向かって貫通して上記第２枠体の内部に達する第２流入孔及び第２流出孔が形成され、上記第１流入孔、上記第１流出孔、上記第２流入孔及び上記第２流入孔が、互いに離間し、かつ上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口及び上記第２流出口のいずれに対しても離間するように配置され、上記第１流入孔と上記第１流入口とが第１流入通路によって連通され、上記第１流出孔と上記第１流出口とが第１流出通路によって連通され、上記第２流入孔と上記第２流入口とが第２流入通路によって連通され、上記第２流出孔と上記第２流出口とが第２流出通路によって連通されていることが望ましい。
上記第１流通室と上記第２流通室とが、それらを上記第１枠体と上記第２枠体との対向方向から見たとき、互いに同一形状及び同一寸法を有する長方形に形成されるとともに、互いに同一位置に同一姿勢で配置され、上記第１流入口及び上記第１流出口が、上記第１流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられ、上記第２流入口及び上記第２流出口が、上記第２流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられていることが望ましい。
この発明に係る膜蒸留装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜反応装置において、上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成を有するこの発明によれば、第１枠体と第２枠体との対向方向から見たとき、第１流入口及び第２流出口の各開口部が互いに同一位置に配置され、第１流出口及び第２流入口の各開口部が互いに同一位置に配置されているから、第１流通室内を流れる高温流体と、第２流通室内を流れる低温流体とは、互いにほぼ平行に、かつ互いに逆向きに流れる。つまり、ほぼ対向流となって流れる。したがって、熱交換効率を向上させることができる。特に、膜反応装置として膜蒸留装置を用いた場合には、淡水の製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、この発明の第１実施の形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図４】図４は、図１のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図５】図５は、図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図６】図６は、図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図７】図７は、この発明の第２実施の形態を示す平面図である。
【図８】図８は、同実施の形態の図５と同様の断面図である。
【図９】図９は、同実施の形態の図６と同様の断面図である。
【図１０】図１０は、この発明の第３実施の形態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１２】図１２は、図１０のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図１３】図１３は、図１０のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図１４】図１４は、図１１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１５】図１５は、図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１６】図１６は、従来の膜蒸留装置の一例の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図６は、この発明の第１実施の形態を示す。この実施の形態は、この発明を膜反応装置の一例としての膜蒸留装置１に適用したものである。勿論、この発明は、膜蒸留装置１以外の膜反応装置、例えば熱交換器や電気透析装置にも適用可能である。
【００１２】
まず、膜蒸留装置１の構成及び作用を概略的に説明すると、図２及び図３に示すように、膜蒸留装置１は、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（蒸留膜）４、第２枠体５、下蒸留膜（蒸留膜）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６を有している。これらの部材２〜６は、図２及び図３において上から下（以下、この実施の形態において上下は、特に断わらない限り、図２及び図３における上下を意味するものとする。）に向かって順次重ねられている。
【００１３】
上第１枠体３は、その内部に第１流通室３ａを有している。この第１流通室３ａには、上板２に設けられた第１ポートＰ１から８０°Ｃ程度に加熱された高温海水（溶液）が流入する。第１流通室３ａに流入した高温海水は、第１流通室３ａを通過した後、上板２に設けられた第２ポートＰ２から外部に排出される。第１流通室３ａには、水を溶媒とする溶液であれば、海水以外のものを流入させてもよい。
【００１４】
第２部材５は、その内部に第２流通室５ａを有している。この第２流通室５ａには、上板２に設けられた第３ポートＰ３から低温の淡水が流入する。第２流通室５ａに流入した淡水は、第２流通室５ａを通過した後、上板２に設けられた第４ポートＰ４から外部に流出する。
【００１５】
下第１枠体３′は、第１枠体３と同様に構成されており、その内部に第１流通室３ａを有している。第１流通室３ａ内には、第１ポートＰ１から高温海水が流入し、その内部を通過した後、第２ポートＰ２から外部に流出する。
【００１６】
なお、第１〜第４ポートＰ１〜Ｐ４は、上板２の異なる箇所にそれぞれ配置されている。特に、この実施の形態では、上板２の４つの隅部にそれぞれ配置されている。すなわち、図１に示すように、第１ポートＰ１は左下に位置する隅部に配置され、第２ポートＰ２は右上に位置する隅部に配置され、第３ポートＰ３は左上に位置する隅部に配置され、第４ポートＰ４は右下に位置する隅部に配置されている。
【００１７】
第１流通室３ａ，３ａ内を高温海水が流れるときには、高温海水から発生する水蒸気が上下の蒸留膜４，４′をそれぞれ透過して第２流通室５ａ内に入り込む。第２流通室５ａ内に入り込んだ水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって直ちに冷却されて凝縮し、淡水と一緒に流れる。したがって、第４ポートＰ４から流出する淡水の量は、第３ポートＰ３から第２流通室５ａ内に流入する淡水の量より多くなっており、その増量分が膜製造装置１によって製造された淡水として取り出される。
【００１８】
増量分以外の淡水は、冷却手段（図示せず）によって再度冷却された後、第３ポートＰ３に戻される。一方、第２ポートＰ２から流出した高温海水は、取り出された淡水の分だけ第１ポートＰ１から第１流通室３ａ内に流入した高温海水の量より少なくなっており、その減少分だけ新たな海水が追加され、その後加熱手段（図示せず）によって再度加熱されて第１ポートＰ１に戻される。第２ポートＰ２から流出した高温海水については、再度利用することなく廃棄してもよい。ただし、その場合には、高温海水を廃棄する前にその熱を利用して他の新たな海水を加熱することが望ましい。そして、廃棄すべき高温海水によって加熱された新たな海水は、加熱手段（図示せず）によって所定の温度までさらに加熱された後、第１ポートＰ１に送られる。
【００１９】
次に、上記概略構成及び作用を有する膜蒸留装置１の詳細な構成を説明する。
上板２は、下板６と共に膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するためのものであり、剛性の高い樹脂その他の材料によって平板状に形成されている。特に、この実施の形態では、上板２を上下方向（第１及び第２枠体３，４の対向方向）から見たときの形状、つまり平面視形状が長方形に形成されている。上板２の平面視形状は、他の形状にしてもよい。また、上板２は、第１流通室３ａ内を流れる高温海水その他の高温の溶液に接触する。そこで、上板２は、それらの溶液に対して耐食性を有する材料で構成したり、あるいは第１流通室３ａに臨む上板２の下面に溶液に対する耐食性が高く、かつシール性に優れた材料からなる被覆層を設けたりすることが望ましい。
【００２０】
上第１枠体３は、その内部に上下に開口する第１流通室３ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第１枠体３は、上板２と同一の姿勢で配置されている。したがって、第１枠体３の上面全体が上板２の下面に接触している。これにより、第１流通室３ａの上端開口部が閉じられている。第１枠体３は、その第１流通室３ａ内を高温海水等の溶液が流れることから、溶液に対する耐食性に優れている材料によって構成することが望ましく、樹脂その他の材料によって構成されている。特に、この実施の形態では、シール材としてのパッキンを製造する際に用いられるゴムによって第１枠体３が構成されている。なお、上第１枠体３の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であり、図面上は、第１枠体３の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。第１枠体３は、必ずしもその平面視形状を上板２と同一にする必要がなく、第１流通室３ａが上板２によって遮蔽される限り、上板２と異なる形状にしてもよい。また、第１流通室３ａは、その上端部を上第１枠体３の上面に開口させることなく、閉じた状態で形成してもよい。
【００２１】
第１枠体３の第１流通室３ａは、平面視長方形をなしており、その長手方向を第１枠体３の長手方向と同一方向に向けて配置されている。第１流通室３ａの長さと幅との比は、２（長さ）；１（幅）〜５：１又はそれ以上に設定することが望ましい。第１流通室３ａの下側の開口部は、上蒸留膜４によって遮蔽されている。この結果、第１流通室３ａが外部に対して密封されている。
【００２２】
第１枠体３には、第１網体７が設けられている。第１網体７は、第１枠体３と同一の平面視形状を有しており、その厚さ（上下方向の寸法）は、第１枠体３と同一か若干薄く設定されている。第１網体７の周縁部は、第１枠体３の周縁部に埋設されている。第１網体７の内側の部分は、第１流通室３ａ内に入り込んでいる。
【００２３】
第１網体７は、次のようにして第１枠体３に設けることができる。すなわち、第１枠体３をその厚さ方向において２分した一対の半体（図示せず）を用意する。一対の半体は、加硫前のゴムで構成しておく。一対の半体を互いに所定距離だけ離した状態で対向させる。そして、一対の半体間に第１網体７を配置する。その後、一対の半体を互いに接近させて接触させて一体化する。このとき、第１網体７を構成する線材が一対の半体の内部に入り込むとともに、各半体を構成するゴムが第１網体７の網目内に入り込んでこれを埋める。その後、一体化された一対の半体を構成するゴムを加硫する。これにより、第１枠体３を製造すると同時に、第１網体７を第１枠体３に埋設した状態で設けることができる。
【００２４】
下第１枠体３′は、上第１枠体３と同一の材料により同一形状、同一寸法に形成されている。勿論、下第１枠体３′にも、第１網体７が設けられている。下第１枠体３′の第１流通室３ａの上端開口部は下蒸留膜４′によって遮蔽されており、下端開口部は下板６によって遮蔽されている。下第１枠体３′は、必ずしも設ける必要がなく、省略してもよい。その場合には、後述する第２枠体５の下面に下板６が接触させられ、第２流通室５ａが下板６によって遮蔽される。さらに、下第１枠体３′の第１流通室３ａについては、その下端部を下第１枠体３′の下面に開口させることなく、閉じた状態で形成してもよい。
【００２５】
上蒸留膜４及び下蒸留膜４′は、気体の透過を許容し、液体及び固体の透過を阻止するという性質を有する透過膜、例えば多孔質の膜で構成されている。蒸留膜４，４′の材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂が用いられる。蒸留膜４，４′は、互いに同一形状、同一寸法を有しており、第１枠体３と同一の平面視形状に形成されている。したがって、上蒸留膜４は、第１枠体３の下面全体及び第２枠体５の上面全体に接触させられている。一方、下蒸留膜４′は、第２枠体５の下面全体及び下第１枠体３′の上面全体に接触させられている。蒸留膜４，４′の厚さは、通常、１０〜５００μｍ程度であるが、図面上では蒸留膜４、４′の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。
【００２６】
第２枠体５は、その内部に上下に開口する第２流通室５ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第２枠体５は、第１枠体３と同一の姿勢で配置されている、したがって、第２枠体５は、第１枠体３と上蒸留膜４を介して上下に対向しており、第２枠体５の上面全体が、第１枠体３の下面全体に上蒸留膜４を介して接触している。第１枠体５の下面には、下蒸留膜４′が設けられている。第２枠体５の上下の面に上蒸留膜４及び下蒸留膜４′がそれぞれ設けられているので、第２枠体５は、高温海水等の溶液に接触することがなく、淡水に接触するだけである。したがって、第２枠体５は、海水等の溶液に対する耐食性に優れた材料で構成する必要がないが、この実施の形態では第１枠体３を構成する材料と同一の材料によって構成されている。つまり、ゴムによって構成されている。第２枠体５の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であるが、図面上は、その長さ及び幅に対して誇張されている。
【００２７】
第２枠体５の第２流通室５の上下の開口部は、上蒸留膜４及び下蒸留膜４′によって閉じられている。第２流通室５ａは、第１流通室３ａと同一の平面視形状に形成されている。しかも、第２流通室５ａは、平面視したとき第１流通室３ａと同一位置に同一姿勢で配置されている。したがって、第２流通室５ａ全体が、第１流通室３ａ全体と上蒸留膜４（下蒸留膜４′）を介して上下に対向している。第２流通室５ａ全体と第１流通室３ａ全体とが対向する限り、第１枠体３（３′）と第２枠対５とは、互いに異なる外形状に形成してもよい。
【００２８】
第２枠体５には、第２網体８が設けられている。第２網体８は、第２枠体５と同一の平面視形状を有しており、その厚さ（上下方向の寸法）が、第２枠体５と同一か若干薄く設定されている。第２網体８の周縁部は、第２枠体５の周縁部に埋設されている。第２網体８の内側の部分は、第２流通室５ａ内に入り込んでいる。第２網体８は、第１網体７を第１枠体３に設ける場合と同様にして第２枠体５に設けることができる。
【００２９】
下板６は、上記のように、上板２と共に、膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するものであり、上板２と同様の材料によって構成されている。しかも、下板５は、平面視形状が上板２と同一形状に形成されている。この結果、この実施の形態の膜蒸留装置１においては、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（膜体）４、第２枠体５、下蒸留膜（膜体）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６の平面視における外形状が互いに同一形状とされている。しかし、必ずしもそのように構成する必要がなく、互いに異なる外形状にしてもよい。
【００３０】
上記上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′、下第１枠体３′及び下板６は、その順に重ねられており、互いに隣接する部材どうしが接着固定されている。これによって、膜蒸留装置１全体が一定の形状に維持されている。上板２〜下板６までの各部材は、隣接するものどうしを接着固定することなく、上板２から下板６まで貫通する貫通孔（図示せず）を複数形成し、各貫通孔にボルト（図示せず）を挿通するともに、このボルトにナット（図示せず）を螺合させて締め付けることにより、各部材を相互に固定してもよい。
【００３１】
次に、第１及び第２ポートＰ１，Ｐ２と第１流通室３ａとの間の流通経路、並びに第３及び第４ポートＰ３，Ｐ４と第２流通室５ａとの間の流通経路について説明する。なお、前者の経路は、上第１枠体３と下第１枠体３′とにおいて同様に構成されているので、上第１枠体３における経路についてのみ説明する。
【００３２】
まず、第１及び第２ポートＰ１，Ｐ２と第１流通室３ａとの間の流通経路について説明すると、図５に示すように、第１枠体３には、第１流入口３ｂ及び第１流出口３ｃが形成されている。第１流入口３ｂは、図５の左右方向（図１の上下方向）において第１ポートＰ１が配置された端部と同一の端部、つまり左端部に配置されている（以下、この実施の形態において左右は、図５及び図６における左右を意味するものとする。）。第１流入口３ｂは、第１流通室３ａの長手方向に対向する二つの内面のうちの左内面に開口させられている。しかも、第１流入口３ｂの開口部は、第１流通室３ａの幅方向の中央部に配置されている。
【００３３】
一方、第１流出口３ｃは、図５の左右方向（図１の上下方向）において第１ポートＰ２が配置された端部と同一の端部、つまり右端部に配置されている。第１流出口３ｄは、第１流通室３ａの右内面に開口させられている。しかも、第１流出口３ｄの開口部は、第１流通室３ａの幅方向の中央部に配置されている。
【００３４】
図６に示すように、第２枠体５には、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃが形成されている。第２流入口５ｂは、図６の左右方向（図１の上下方向）において第３ポートＰ３が配置された端部と同一の端部、つまり左端部に配置されている。第１流入口５ｂは、第２流通室５ａの長手方向に対向する二つの内面のうちの右内面に開口させられている。しかも、第２流入口５ｂの開口部は、第２流通室５ａの幅方向の中央部に配置されている。この結果、第２流入口５ｂの開口部は、平面視において第１流出口３ｃの第１流通室３ａに対する開口部と同一位置に位置させられている。
【００３５】
一方、第２流出口５ｃは、図６の左右方向（図１の上下方向）において第４ポートＰ４が配置された端部と同一の端部、つまり左端部に配置されている。第２流出口５ｃは、第２流通室５ａの左内面に開口させられている。しかも、第１流出口５ｃの開口部は、第２流通室５ａの幅方向の中央部に配置されている。この結果、第２流出口５ｃの開口部は、平面視において第１流入口３ｂの第１流通室３ａに対する開口部と同一位置に位置させられている。
【００３６】
図１〜図３に示すように、膜蒸留装置１は、第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄを有している。第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄは、互いに異なる位置に配置されているのみならず、第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃのいずれとも異なる位置に配置されている。
【００３７】
図１及び図２に示すように、第１流入孔９Ａは、平面視において第１ポートＰ１と同一位置に配置されている。第１流入孔９Ａは、上板２の上面から下方に延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′及び下第１枠体３′を貫通している。第１流入孔９Ａの上端開口部は、第１ポートＰ１に連通させられている。したがって、第１ポートＰ１に高温海水が供給されると、その高温海水が第１流入孔９Ａに流入する。第１流入孔９Ａの下端開口部は、下板６によって閉じられている。
【００３８】
図１及び図３に示すように第１流出孔９Ｂは、平面視において第２ポートＰ２と同一に配置されている。第１流出孔９Ｂは、上板２の上面から下方に延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′及び下第１枠体３′を貫通している。第１流出孔９Ｂの上端開口部は、第２ポートＰ２に連通させられている。したがって、第２ポートＰ２には、第１流出孔９Ｂから高温海水が流れ込む。第１流出孔９Ｂの下端開口部は、下板６によって閉じられている。
【００３９】
図１及び図２に示すように、第２流入孔９Ｃは、平面視において第３ポートＰ３と同一位置に配置されている。第２流入孔９Ｃは、上板２の上面から下方に向かって延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４及び第２枠体５を貫通している。第２流入９Ｃの上端開口部は、第３ポートＰ３に連通させられている。したがって、第３ポートＰ３に淡水が供給されると、その淡水が第２流入孔９Ｃに流入する。第２流入孔９Ｃの下端開口部は、下蒸留膜４′によって閉じられている。
【００４０】
図１及び図３に示すように、第２流出孔９Ｄは、平面視において第４ポートＰ４と同一位置に配置されている。第２流出孔９Ｄは、上板２の上面から下方に延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５を貫通している。第２流出孔９Ｄの上端開口部は、第４ポートＰ４に連通させられている。したがって、第４ポートＰ４には、第２流出孔９Ｄから淡水が流入する。第２流出孔９Ｄの下端開口部は、下蒸留膜４′によって閉じられている。
【００４１】
図５に示すように、第１枠体３の左端部には、第１流入通路３ｄが形成されている。この第１流入通路３ｄの一端部は、第１流入孔９Ａに連通しており、他端部は第１流入口３ｂに連通している。この結果、第１ポートＰ１と第１流通室３ａの左端部とが、第１流入孔９Ａ、第１流入通路３ｄ及び第１流入口３ｂを介して連通させられている。
【００４２】
第１枠体３の右端部には、第１流出通路３ｅが形成されている。この第１流出通路３ｅの一端部は、第１流出孔９Ｂに連通しており、他端部は第１流出口３ｃに連通している。この結果、第２ポートＰ２と第１流通室３ａの右端部とが、第１流出孔９Ｂ、第１流出通路３ｅ及び第１流出口３ｃを介して連通させられている。
【００４３】
図６に示すように、第２枠体５の右端部には、第２流入通路５ｄが形成されている。この第２流入通路５ｄの一端部は、第２流入孔９Ｃに連通しており、他端部は第１流入口５ｂに連通している。この結果、第３ポートＰ３と第２流通室５ａの右端部とが、第２流入孔９Ｃ、第２流入通路５ｄ及び第２流入口５ｂを介して連通させられている。
【００４４】
第２枠体５の左端部には、第２流出通路５ｅが形成されている。この第２流出通路３ｅの一端部は、第１流出孔９Ｄに連通しており、他端部は第２流出口５ｃに連通している。この結果、第４ポートＰ４と第２流通室５ａとが、第２流出孔９Ｄ、第２流出通路５ｅ及び第２流出口５ｃを介して連通させられている。
【００４５】
このように、第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄを、互いに異なる位置に配置するとともに、第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃのいずれとも異なる位置に配置し、第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄと、第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃとを、第１流入通路３ｄ、第１流出通路３ｅ、第２流入通路５ｄ及び第２流出通路５ｅによってそれぞれ連通させているので、第１枠体３の第１流入口３ｂと第２枠体５の第２流出口５ｃとを平面視において同一位置に配置することができ、第１枠体３の第１流出口３ｃと第２枠体５の第２流入口５ｂとを平面視において同一位置に配置することができたのである。
【００４６】
上記構成の膜蒸留装置において、第１ポートＰ１に高温海水を供給すると、その高温海水は、第１流入孔９Ａ及び第１流入通路３ｄを通って第１流入口３ｂに入り込み、そこから第１流通室３ａの左端部の幅方向における中央部に流入する。図５に示すように、第１流通室３ａの左端部の中央部に流入した高温海水は、幅方向に広がりながら第１流通室３ａの右端側へ流れる。高温海水は、第１流通室３ａの長手方向の中間部においてはその長手方向に沿ってほぼ平行に流れる。その後、高温海水は、第１流通室３ａの幅方向に狭まりながらその右端側へ流れ、第１流出口３ｃに流入する。そして、第１流出通路３ｅ及び第１流出孔９Ｂを通って第２ポートＰ２へ至り、そこから外部に流出する。
【００４７】
一方、第３ポートＰ３に低温の淡水を供給すると、その淡水は、第２流入孔９Ｃ及び第２流入通路５ｄを通って第２流入口５ｂへ至り、そこから第２流通室５ａの右端部の幅方向における中央部に流入する。図６に示すように、第２流通室５ａの右端部の中央部に流入した淡水は、幅方向に広がりながら第２流通室５ａ内を左端部側へ流れる。淡水は、第２流通室５ａの長手方向の中間部においてはその長手方向に沿ってほぼ平行に流れる。その後、淡水は、第２流通室５ａの幅方向に狭まりながらその左端側へ流れ、第２流出口５ｃに流入する。そして、第２流出通路５ｅ及び第２流出孔９Ｄを通って第４ポートＰ４へ至り、そこから外部に流出する。
【００４８】
ここで、第１流入口３ｂと第２流出口５ｃとが平面視において同一位置に配置され、第１流出口３ｃと第２流入口５ｂとが平面視において同一位置に配置されており、第１流入口３ｂの開口部と第１流出口３ｃの開口部とを結ぶ線と、第２流入口５ｂの開口部と第２流出口５ｃの開口部とを結ぶ線とが、平面視において同一位置に位置している。したがって、第１流通室３ａ内を流れる高温海水と第２流通室５ａ内を流れる淡水とは、図１に示すように、互いに逆方向に流れる。つまり、高温海水と淡水とは対向流となって流れる。したがって、高温海水と淡水との間の熱交換効率が向上し、淡水の製造効率を向上させることができる。しかも、高温海水と淡水とは、平面視においてはほぼ同一の経路をたどって流れる。よって、高温海水と淡水との熱交換が、それらの全流域において行われる。この結果、高温海水と淡水との間の淡水の製造効率をさらに向上させることができる。
【００４９】
また、この実施の形態においては、第１流通室３ａ内に第１網体７が設けられているので、第１流通室３ａ内に常に一定以上の流通面積を確保することができる。すなわち、第１網対７が設けられていない場合において、仮に第１流通室３ａ内の圧力が第２流通室５ａ内の圧力より低くなると、その差圧によって上蒸留膜４が上方へ押されて上板２に接近ないしは接触することがある。すると、第２流通室３ａ内の流通面責が小さくなり、高温海水の第１流通室３ａ内における流量が低下し、この結果熱交換効率及び淡水の製造効率が低下してしまう。
【００５０】
この点、この実施の形態の膜蒸留装置１においては、第１流通室３ａ内に第１網体７が設けられており、上蒸留膜４が上方へ押されたとしても、第１網体７に接触するだけであり、それ以上上板２側へ押されることがない。したがって、第１流通室３ａ内の流通面積が上蒸留膜４によって狭められることがない。しかも、上蒸留膜４が第１網体７に接触した状態では、高温海水が第１網体７の網目を通って流れる。したがって、第１流通室３ａ内に常に一定の大きさ以上の流通面積を確保することができ、高温海水を円滑な流すことができる。よって、熱交換効率及び淡水の製造効率を向上させることができる。
【００５１】
これは、下蒸留膜４′が下方へ押された場合、及び上蒸留膜４及び下蒸留膜４′が第２流通室５側へ押された場合も同様である。下蒸留膜４′が下方へ押された場合には、下第１枠体３′に設けられた第１網体７に下蒸留膜４′に接触するからであり、上蒸留膜４及び下蒸留膜４′が第２流通室５ａ側へ押されたときには、それらが第２網体８に接触するからである。
【００５２】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態については、上記実施の形態と異なる構成だけを説明することとし、同様な構成には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図７〜図９は、この発明の第２実施の形態を示す。この実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ａにおいては、図８に示すように、第１流入口３ｂが第１流通室３ａの左内面のうちの幅方向において第１ポートＰ１に隣接する端部に開口させられている。一方、第１流出口３は、第１流通室３ａの右内面のうちの幅方向において第２ポートＰ２に隣接する端部に開口させられている。つまり、第１流出口３の開口部は、第１流通室３ａの幅方向において第１流入口３ｂの開口部と逆側の端部に配置されている。換言すれば、第１流入口３ｂの開口部と第１流出口の開口部とが、第１流通室３ａの第１ポートＰ１側の角部と第２ポートＰ２側の角部とを結ぶ対角線上に配置されているのである。
【００５４】
図８及び図９に示すように、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃは、平面視において第１流出口３ｃ及び第１流入口３ｂと同一位置に位置するように配置されている。このように配置した場合には、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４を上記実施の形態と同様の位置に配置すると、第２流入口５ｂと第２流入孔９Ｃとの間の距離、及び第２流出口５ｃと第２流出孔９Ｄとの間の距離が長くなり、ひいては第２流入通路５ｄ及び第２流出通路５ｅの長さが長くなってしまう。そこで、第３ポートＰ３及び第２流入孔９Ｃを、第２ポートＰ２及び第１流出孔９Ｂと異なる位置ではあるが、それらに接近させて配置するとともに、第４ポートＰ４及び第２流出孔９Ｄを、第１ポートＰ１及び第１流入孔９Ａと異なる位置ではあるが、それらに接近させて配置している。これにより、第２流入通路５ｄ及び第２流出通路５ｅの長さを極力短くしている。
【００５５】
この実施の形態において、第１流通室３ａ内に流入した高温海水は、図７において実線で示すように、広がりながら対角線に沿って流れた後、狭まりながら対角線に沿って流れる。一方、第２流通室５ａに流入した淡水は、図７において破線で示すように、広がりながら対角線に沿って流れた後、狭まりながら対角線に沿って流れる。このとき、高温海水の流れる方向と淡水の流れる方向とは互いに逆方向であり、両者は対向流となって流れる。したがって、この膜蒸留装置１Ａにおいても、熱交換効率及び淡水の製造効率を向上させることができる。
【００５６】
図１０〜図１５は、この発明の第３実施の形態を示す。この実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ｂにおいては、図１０に示すように、各部材２〜６の長手方向が上下方向を向くように配置されている。
【００５７】
図１１〜図１３に示すように、第２枠体５の厚さ方向（図１１〜図１３において左右方向）の両面には、不透過膜１１，１１がそれぞれ固着されている。この二つの不透過膜１１，１１によって第２流通室５ａの両端開口部が遮蔽されている。不透過膜１１は、気体、液体及び固体の透過を阻止し、かつ良好な熱伝導性を有する材質によって構成されている。不透過膜１２は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムによって構成されているが、他の材料からなるフィルムによって構成してもよい。
【００５８】
上第１枠体３と第２枠体５との間、及び下第１枠体３′と第２枠体５との間には、第３枠体１２がそれぞれ配置されている。第３枠体１２は、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃに代えて水抜き口１２ｂ及びガス抜き口１２ｃが形成されている点を除き、第２枠体５と同一材料により同一形状、同一寸法に形成されている。そして、第３枠体１の内部が、第２流通室５ａに代わる凝縮室１２ａになっている。勿論、この凝縮室１２ａの形状、寸法は、第２流通室５ａと同一である。凝縮室１２ａの図１１〜図１３における左右の開口部は、蒸留膜４，４′によって遮蔽されている。また、第３枠体１２には、第３網体１３が設けられている。この第３網体１３の周縁部は、第３枠体１２に埋設固定されており、内側の部分が凝縮室１２ａに入り込んでいる。第３枠体１２は、第２枠体５と異なる材料で異なる形状及び寸法に形成してもよい。ただし、凝縮室１２ａは、第２流通室５ａと同一形状とし、かつ第２流通室５ａ全体と対向するように配置することが望ましい。
【００５９】
水抜き口１２ｂは、図１４及び図１５から明らかなように、第３枠体１２の厚さ方向から見たとき、つまり第１、第２枠体３，５の対向方向から見たとき、第１流入口３ｂ及び第２流出口５ｃと同一位置に配置されている。したがって、水抜き孔１２ｂは、図１５において下側に位置する凝縮室１３ａの内面の幅方向における中央部に開口させられている。一方、ガス抜き口１３ｃは、第１流出口３ｃ及び第２流入口５ｂと同一位置に配置されており、図１５において上側に位置する凝縮室１３ａの内面の幅方向における中央部に開口させられている。
【００６０】
図１０、図１１及び図１３に示すように、第３枠体１２の図１０における下面の幅方向の中央部には、第５ポートＰ５が設けられている。この第５ポートＰ５は、第３枠体１２の下端部に設けられた水排出孔１２ｄを介して水抜き口１２ｂに連通させられている。第２枠体１２の上面の幅方向の中央部には、第６ポートＰ６が設けられている。この第６ポートＰ６は、第３枠体１２の上端部に設けられたガス排出孔１２ｅを介してガス抜き口１２ｃに連通させられている。
【００６１】
上記構成の膜蒸留装置１Ｂにおいては、高温海水が第１流通室３ａ内を流れる間に高温海水から発生した水蒸気が蒸留膜４（４′）を透過して凝縮室１３ａ内に流入する。第３流通室１３ａ内に流入した水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって冷却されて液体の水になる。この水は、水抜き口１３ｂ及び水排出孔１３ｄを通り、第５ポートＰ５ら外部に淡水として取り出される。高温海水から発生して上流膜４（４′）を透過した気体で凝縮されない気体は、ガス抜き凹部１３ｃ及びガス排出孔１３ｅを通り、第６ポートから外部に排出される。なお、これから明らかなように、第２流通室５ａには、水蒸気が入り込むことも、その水蒸気が凝縮されることによって製造された淡水が入り込むこともない。したがって、第２流通室５ａには、必ずしも淡水を流す必要がなく、低温の海水を流すようにしてもよい。
【００６２】
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形例を採用することができる。
例えば、上記の実施の形態においては、上板２、下板６及びそれらの間に配置された各部材を一つのブロックとし、そのブロックを膜蒸留装置としているが、そのようなブロックを前後、左右及び上下に並べてそれら全体を膜蒸留装置としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、高温海水（溶液）から淡水を製造するために膜体として蒸留膜４，４′が用いられているが、この発明を例えば熱交換機に用いる場合には、蒸留膜４，４′に代えて熱伝導性に優れた不透過膜が膜体として用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、膜蒸留装置、熱交換器及び電気透析装置等の各種の膜反応装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ａ 膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ｂ 膜蒸留装置（膜反応装置）
３ 上第１枠体（第１枠体）
３′ 下第１枠体（第１枠体）
３ａ 第１流通室
３ｂ 第１流入口
３ｃ 第１流出口
３ｄ 第１流入通路
３ｅ 第１流出通路
４ 上蒸留膜（蒸留膜）
４′ 下蒸留膜（蒸留膜）
５ 第２枠体
５ａ 第２流通室
５ｂ 第２流入口
５ｃ 第２流出口
５ｄ 第２流入通路
５ｅ 第２流出通路
９Ａ 第１流入孔
９Ｂ 第１流出孔
９Ｃ 第２流入孔
９Ｄ 第２流出孔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱交換器、電気透析装置及び膜蒸留装置等の膜反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、膜蒸留装置は、特許文献１に記載されているように、第１枠体、第２枠体及び蒸留膜（膜体）を備えている。図１６は、そのような膜蒸留装置の概略構成を示す。膜蒸留装置の第１枠体Ａは、平面視長方形の枠状をなしており、その内部が第１流通室Ａ１になっている。第１流通室Ａ１を構成する内面には、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が形成されている。第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３は、第１流通室Ａ１の二つの角部を結ぶ対角線Ｌ１上の一端部と他端部とにそれぞれ配置されている。第１流入口Ａ２には、原料水たる高温海水が供給される。そして、そこから第１流通室Ａ１に流入する。第１流通室Ａ１に流入した海水は、図１６において実線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ１の他端側に向かって流れた後、狭まりながら対角線Ｌ１に沿って流れる。そして、第１流出口Ａ３から流出する。
【０００３】
第１枠体Ａの一方の面には、蒸留膜（図示せず）が第１流通室Ａ１に臨んで設けられている。この蒸留膜は、気体の透過は許容するが、液体及び固体の透過を阻止する。したがって、高温の海水が第１流通室Ａ１内を流れるときには、高温の海水から発生する水蒸気が蒸留膜を透過して第１流通室Ａ１から外部に出る。
【０００４】
第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと同一形状及び同一寸法を有しており、第１枠体Ａと同一姿勢で配置されている。しかも、第２枠体Ｂは、第１枠体Ａと蒸留膜を介して対向するよう、図１６において第１枠体Ａの裏側に配置されている。第２枠体Ｂには、第１枠体Ａの第１流通室Ａ１、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３に対応する第２流通室Ｂ１、第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３が形成されている。第２流入口Ｂ２及び第２流出口Ｂ３は、第１流入口Ａ２及び第１流出口Ａ３が配置された対角線Ｌ１と交差する他の対角線Ｌ２上に配置されている。
【０００５】
第２流通室Ｂ１には、冷却水たる低温の海水が第２流入口Ｂ２から流入する。第２流通室Ｂ１内に流入した海水は、図１６において破線で示すように、扇状に広がりながら対角線Ｌ２に沿って流れ、その後狭まりながら対角線Ｌ２に沿って流れる。そして、第２流出口Ｂ３から流出する。低温の海水は、第２流通室Ｂ１内を流れるときに、蒸留膜を透過した水蒸気を冷却して凝縮させる。これによって、淡水が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１９７２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の膜蒸留装置においては、高温海水が対角線Ｌ１に沿って流れ、低温海水が対角線Ｌ２に沿って流れるので、第１流通室Ａ１及び第２流通室Ｂ１のうち、両対角線Ｌ１，Ｌ２が交差する交差部及びその近傍を含む部分（円Ｃで囲まれる部分）では、熱交換が行われるが、円Ｃの外側に位置する部分では、熱交換がほとんど行われない。しかも、円Ｃ内の部分においても、高温海水と低温海水とが、交差する方向に流れており、互いに逆方向に流れていない。つまり、対向流になっていない。このため、熱効率が悪く、淡水の製造効率が低いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するために、この発明に係る膜反応装置は、内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一方の面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第１流通室とが上記膜体を間にして互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を間にして互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流通室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流通室を通って上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を通って上記第２流出口から流出する膜反応装置において、上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口、及び上記第２流出口が、それらを上記第１及び第２枠体の対向方向からみたとき、上記第１流入口の開口部と上記第２流出口の開口部とが互いに同一位置に位置し、かつ上記第１流出口の開口部と上記第２流入口の開口部とが互いに同一位置に位置するように配置されていることを特徴としている。
この場合、上記第１枠体には、それぞれ上記膜体が設けられた上記一方の面と逆側に位置する他方の面から上記一方の面に向かって延びる第１流入孔及び第１流出孔が形成され、上記第２枠体には、それぞれ上記第１枠体を上記他方の面から上記一方の面に向かって貫通して上記第２枠体の内部に達する第２流入孔及び第２流出孔が形成され、上記第１流入孔、上記第１流出孔、上記第２流入孔及び上記第２流入孔が、互いに離間し、かつ上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口及び上記第２流出口のいずれに対しても離間するように配置され、上記第１流入孔と上記第１流入口とが第１流入通路によって連通され、上記第１流出孔と上記第１流出口とが第１流出通路によって連通され、上記第２流入孔と上記第２流入口とが第２流入通路によって連通され、上記第２流出孔と上記第２流出口とが第２流出通路によって連通されていることが望ましい。
上記第１流通室と上記第２流通室とが、それらを上記第１枠体と上記第２枠体との対向方向から見たとき、互いに同一形状及び同一寸法を有する長方形に形成されるとともに、互いに同一位置に同一姿勢で配置され、上記第１流入口及び上記第１流出口が、上記第１流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられ、上記第２流入口及び上記第２流出口が、上記第２流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられていることが望ましい。
この発明に係る膜蒸留装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜反応装置において、上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成を有するこの発明によれば、第１枠体と第２枠体との対向方向から見たとき、第１流入口及び第２流出口の各開口部が互いに同一位置に配置され、第１流出口及び第２流入口の各開口部が互いに同一位置に配置されているから、第１流通室内を流れる高温流体と、第２流通室内を流れる低温流体とは、互いにほぼ平行に、かつ互いに逆向きに流れる。つまり、ほぼ対向流となって流れる。したがって、熱交換効率を向上させることができる。特に、膜反応装置として膜蒸留装置を用いた場合には、淡水の製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、この発明の第１実施の形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図４】図４は、図１のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図５】図５は、図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図６】図６は、図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図７】図７は、この発明の第２実施の形態を示す平面図である。
【図８】図８は、同実施の形態の図５と同様の断面図である。
【図９】図９は、同実施の形態の図６と同様の断面図である。
【図１０】図１０は、この発明の第３実施の形態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１２】図１２は、図１０のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図１３】図１３は、図１０のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。
【図１４】図１４は、図１１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１５】図１５は、図１３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１６】図１６は、従来の膜蒸留装置の一例の概略構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図６は、この発明の第１実施の形態を示す。この実施の形態は、この発明を膜反応装置の一例としての膜蒸留装置１に適用したものである。勿論、この発明は、膜蒸留装置１以外の膜反応装置、例えば熱交換器や電気透析装置にも適用可能である。
【００１２】
まず、膜蒸留装置１の構成及び作用を概略的に説明すると、図２及び図３に示すように、膜蒸留装置１は、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（蒸留膜）４、第２枠体５、下蒸留膜（蒸留膜）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６を有している。これらの部材２〜６は、図２及び図３において上から下（以下、この実施の形態において上下は、特に断わらない限り、図２及び図３における上下を意味するものとする。）に向かって順次重ねられている。
【００１３】
上第１枠体３は、その内部に第１流通室３ａを有している。この第１流通室３ａには、上板２に設けられた第１ポートＰ１から８０°Ｃ程度に加熱された高温海水（溶液）が流入する。第１流通室３ａに流入した高温海水は、第１流通室３ａを通過した後、上板２に設けられた第２ポートＰ２から外部に排出される。第１流通室３ａには、水を溶媒とする溶液であれば、海水以外のものを流入させてもよい。
【００１４】
第２部材５は、その内部に第２流通室５ａを有している。この第２流通室５ａには、上板２に設けられた第３ポートＰ３から低温の淡水が流入する。第２流通室５ａに流入した淡水は、第２流通室５ａを通過した後、上板２に設けられた第４ポートＰ４から外部に流出する。
【００１５】
下第１枠体３′は、第１枠体３と同様に構成されており、その内部に第１流通室３ａを有している。第１流通室３ａ内には、第１ポートＰ１から高温海水が流入し、その内部を通過した後、第２ポートＰ２から外部に流出する。
【００１６】
なお、第１〜第４ポートＰ１〜Ｐ４は、上板２の異なる箇所にそれぞれ配置されている。特に、この実施の形態では、上板２の４つの隅部にそれぞれ配置されている。すなわち、図１に示すように、第１ポートＰ１は左下に位置する隅部に配置され、第２ポートＰ２は右上に位置する隅部に配置され、第３ポートＰ３は左上に位置する隅部に配置され、第４ポートＰ４は右下に位置する隅部に配置されている。
【００１７】
第１流通室３ａ，３ａ内を高温海水が流れるときには、高温海水から発生する水蒸気が上下の蒸留膜４，４′をそれぞれ透過して第２流通室５ａ内に入り込む。第２流通室５ａ内に入り込んだ水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって直ちに冷却されて凝縮し、淡水と一緒に流れる。したがって、第４ポートＰ４から流出する淡水の量は、第３ポートＰ３から第２流通室５ａ内に流入する淡水の量より多くなっており、その増量分が膜製造装置１によって製造された淡水として取り出される。
【００１８】
増量分以外の淡水は、冷却手段（図示せず）によって再度冷却された後、第３ポートＰ３に戻される。一方、第２ポートＰ２から流出した高温海水は、取り出された淡水の分だけ第１ポートＰ１から第１流通室３ａ内に流入した高温海水の量より少なくなっており、その減少分だけ新たな海水が追加され、その後加熱手段（図示せず）によって再度加熱されて第１ポートＰ１に戻される。第２ポートＰ２から流出した高温海水については、再度利用することなく廃棄してもよい。ただし、その場合には、高温海水を廃棄する前にその熱を利用して他の新たな海水を加熱することが望ましい。そして、廃棄すべき高温海水によって加熱された新たな海水は、加熱手段（図示せず）によって所定の温度までさらに加熱された後、第１ポートＰ１に送られる。
【００１９】
次に、上記概略構成及び作用を有する膜蒸留装置１の詳細な構成を説明する。
上板２は、下板６と共に膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するためのものであり、剛性の高い樹脂その他の材料によって平板状に形成されている。特に、この実施の形態では、上板２を上下方向（第１及び第２枠体３，４の対向方向）から見たときの形状、つまり平面視形状が長方形に形成されている。上板２の平面視形状は、他の形状にしてもよい。また、上板２は、第１流通室３ａ内を流れる高温海水その他の高温の溶液に接触する。そこで、上板２は、それらの溶液に対して耐食性を有する材料で構成したり、あるいは第１流通室３ａに臨む上板２の下面に溶液に対する耐食性が高く、かつシール性に優れた材料からなる被覆層を設けたりすることが望ましい。
【００２０】
上第１枠体３は、その内部に上下に開口する第１流通室３ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第１枠体３は、上板２と同一の姿勢で配置されている。したがって、第１枠体３の上面全体が上板２の下面に接触している。これにより、第１流通室３ａの上端開口部が閉じられている。第１枠体３は、その第１流通室３ａ内を高温海水等の溶液が流れることから、溶液に対する耐食性に優れている材料によって構成することが望ましく、樹脂その他の材料によって構成されている。特に、この実施の形態では、シール材としてのパッキンを製造する際に用いられるゴムによって第１枠体３が構成されている。なお、上第１枠体３の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であり、図面上は、第１枠体３の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。第１枠体３は、必ずしもその平面視形状を上板２と同一にする必要がなく、第１流通室３ａが上板２によって遮蔽される限り、上板２と異なる形状にしてもよい。また、第１流通室３ａは、その上端部を上第１枠体３の上面に開口させることなく、閉じた状態で形成してもよい。
【００２１】
第１枠体３の第１流通室３ａは、平面視長方形をなしており、その長手方向を第１枠体３の長手方向と同一方向に向けて配置されている。第１流通室３ａの長さと幅との比は、２（長さ）；１（幅）〜５：１又はそれ以上に設定することが望ましい。第１流通室３ａの下側の開口部は、上蒸留膜４によって遮蔽されている。この結果、第１流通室３ａが外部に対して密封されている。
【００２２】
第１枠体３には、第１網体７が設けられている。第１網体７は、第１枠体３と同一の平面視形状を有しており、その厚さ（上下方向の寸法）は、第１枠体３と同一か若干薄く設定されている。第１網体７の周縁部は、第１枠体３の周縁部に埋設されている。第１網体７の内側の部分は、第１流通室３ａ内に入り込んでいる。
【００２３】
第１網体７は、次のようにして第１枠体３に設けることができる。すなわち、第１枠体３をその厚さ方向において２分した一対の半体（図示せず）を用意する。一対の半体は、加硫前のゴムで構成しておく。一対の半体を互いに所定距離だけ離した状態で対向させる。そして、一対の半体間に第１網体７を配置する。その後、一対の半体を互いに接近させて接触させて一体化する。このとき、第１網体７を構成する線材が一対の半体の内部に入り込むとともに、各半体を構成するゴムが第１網体７の網目内に入り込んでこれを埋める。その後、一体化された一対の半体を構成するゴムを加硫する。これにより、第１枠体３を製造すると同時に、第１網体７を第１枠体３に埋設した状態で設けることができる。
【００２４】
下第１枠体３′は、上第１枠体３と同一の材料により同一形状、同一寸法に形成されている。勿論、下第１枠体３′にも、第１網体７が設けられている。下第１枠体３′の第１流通室３ａの上端開口部は下蒸留膜４′によって遮蔽されており、下端開口部は下板６によって遮蔽されている。下第１枠体３′は、必ずしも設ける必要がなく、省略してもよい。その場合には、後述する第２枠体５の下面に下板６が接触させられ、第２流通室５ａが下板６によって遮蔽される。さらに、下第１枠体３′の第１流通室３ａについては、その下端部を下第１枠体３′の下面に開口させることなく、閉じた状態で形成してもよい。
【００２５】
上蒸留膜４及び下蒸留膜４′は、気体の透過を許容し、液体及び固体の透過を阻止するという性質を有する透過膜、例えば多孔質の膜で構成されている。蒸留膜４，４′の材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂が用いられる。蒸留膜４，４′は、互いに同一形状、同一寸法を有しており、第１枠体３と同一の平面視形状に形成されている。したがって、上蒸留膜４は、第１枠体３の下面全体及び第２枠体５の上面全体に接触させられている。一方、下蒸留膜４′は、第２枠体５の下面全体及び下第１枠体３′の上面全体に接触させられている。蒸留膜４，４′の厚さは、通常、１０〜５００μｍ程度であるが、図面上では蒸留膜４、４′の厚さが、その長さ及び幅に対して誇張されている。
【００２６】
第２枠体５は、その内部に上下に開口する第２流通室５ａが形成されることによって枠状をなしており、平面視において上板２と同一の外形状を有している。しかも、第２枠体５は、第１枠体３と同一の姿勢で配置されている、したがって、第２枠体５は、第１枠体３と上蒸留膜４を介して上下に対向しており、第２枠体５の上面全体が、第１枠体３の下面全体に上蒸留膜４を介して接触している。第１枠体５の下面には、下蒸留膜４′が設けられている。第２枠体５の上下の面に上蒸留膜４及び下蒸留膜４′がそれぞれ設けられているので、第２枠体５は、高温海水等の溶液に接触することがなく、淡水に接触するだけである。したがって、第２枠体５は、海水等の溶液に対する耐食性に優れた材料で構成する必要がないが、この実施の形態では第１枠体３を構成する材料と同一の材料によって構成されている。つまり、ゴムによって構成されている。第２枠体５の厚さは、例えば１．５ｍｍ程度であるが、図面上は、その長さ及び幅に対して誇張されている。
【００２７】
第２枠体５の第２流通室５の上下の開口部は、上蒸留膜４及び下蒸留膜４′によって閉じられている。第２流通室５ａは、第１流通室３ａと同一の平面視形状に形成されている。しかも、第２流通室５ａは、平面視したとき第１流通室３ａと同一位置に同一姿勢で配置されている。したがって、第２流通室５ａ全体が、第１流通室３ａ全体と上蒸留膜４（下蒸留膜４′）を介して上下に対向している。第２流通室５ａ全体と第１流通室３ａ全体とが対向する限り、第１枠体３（３′）と第２枠対５とは、互いに異なる外形状に形成してもよい。
【００２８】
第２枠体５には、第２網体８が設けられている。第２網体８は、第２枠体５と同一の平面視形状を有しており、その厚さ（上下方向の寸法）が、第２枠体５と同一か若干薄く設定されている。第２網体８の周縁部は、第２枠体５の周縁部に埋設されている。第２網体８の内側の部分は、第２流通室５ａ内に入り込んでいる。第２網体８は、第１網体７を第１枠体３に設ける場合と同様にして第２枠体５に設けることができる。
【００２９】
下板６は、上記のように、上板２と共に、膜蒸留装置１全体の形状を一定の形状に維持するものであり、上板２と同様の材料によって構成されている。しかも、下板５は、平面視形状が上板２と同一形状に形成されている。この結果、この実施の形態の膜蒸留装置１においては、上板２、上第１枠体（第１枠体）３、上蒸留膜（膜体）４、第２枠体５、下蒸留膜（膜体）４′、下第１枠体（第１枠体）３′及び下板６の平面視における外形状が互いに同一形状とされている。しかし、必ずしもそのように構成する必要がなく、互いに異なる外形状にしてもよい。
【００３０】
上記上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′、下第１枠体３′及び下板６は、その順に重ねられており、互いに隣接する部材どうしが接着固定されている。これによって、膜蒸留装置１全体が一定の形状に維持されている。上板２〜下板６までの各部材は、隣接するものどうしを接着固定することなく、上板２から下板６まで貫通する貫通孔（図示せず）を複数形成し、各貫通孔にボルト（図示せず）を挿通するともに、このボルトにナット（図示せず）を螺合させて締め付けることにより、各部材を相互に固定してもよい。
【００３１】
次に、第１及び第２ポートＰ１，Ｐ２と第１流通室３ａとの間の流通経路、並びに第３及び第４ポートＰ３，Ｐ４と第２流通室５ａとの間の流通経路について説明する。なお、前者の経路は、上第１枠体３と下第１枠体３′とにおいて同様に構成されているので、上第１枠体３における経路についてのみ説明する。
【００３２】
まず、第１及び第２ポートＰ１，Ｐ２と第１流通室３ａとの間の流通経路について説明すると、図５に示すように、第１枠体３には、第１流入口３ｂ及び第１流出口３ｃが形成されている。第１流入口３ｂは、図５の左右方向（図１の上下方向）において第１ポートＰ１が配置された端部と同一の端部、つまり左端部に配置されている（以下、この実施の形態において左右は、図５及び図６における左右を意味するものとする。）。第１流入口３ｂは、第１流通室３ａの長手方向に対向する二つの内面のうちの左内面に開口させられている。しかも、第１流入口３ｂの開口部は、第１流通室３ａの幅方向の中央部に配置されている。
【００３３】
一方、第１流出口３ｃは、図５の左右方向（図１の上下方向）において第１ポートＰ２が配置された端部と同一の端部、つまり右端部に配置されている。第１流出口３ｄは、第１流通室３ａの右内面に開口させられている。しかも、第１流出口３ｄの開口部は、第１流通室３ａの幅方向の中央部に配置されている。
【００３４】
図６に示すように、第２枠体５には、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃが形成されている。第２流入口５ｂは、図６の左右方向（図１の上下方向）において第３ポートＰ３が配置された端部と同一の端部、つまり左端部に配置されている。第１流入口５ｂは、第２流通室５ａの長手方向に対向する二つの内面のうちの右内面に開口させられている。しかも、第２流入口５ｂの開口部は、第２流通室５ａの幅方向の中央部に配置されている。この結果、第２流入口５ｂの開口部は、平面視において第１流出口３ｃの第１流通室３ａに対する開口部と同一位置に位置させられている。
【００３５】
一方、第２流出口５ｃは、図６の左右方向（図１の上下方向）において第４ポートＰ４が配置された端部と同一の端部、つまり左端部に配置されている。第２流出口５ｃは、第２流通室５ａの左内面に開口させられている。しかも、第１流出口５ｃの開口部は、第２流通室５ａの幅方向の中央部に配置されている。この結果、第２流出口５ｃの開口部は、平面視において第１流入口３ｂの第１流通室３ａに対する開口部と同一位置に位置させられている。
【００３６】
図１〜図３に示すように、膜蒸留装置１は、第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄを有している。第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄは、互いに異なる位置に配置されているのみならず、第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃのいずれとも異なる位置に配置されている。
【００３７】
図１及び図２に示すように、第１流入孔９Ａは、平面視において第１ポートＰ１と同一位置に配置されている。第１流入孔９Ａは、上板２の上面から下方に延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′及び下第１枠体３′を貫通している。第１流入孔９Ａの上端開口部は、第１ポートＰ１に連通させられている。したがって、第１ポートＰ１に高温海水が供給されると、その高温海水が第１流入孔９Ａに流入する。第１流入孔９Ａの下端開口部は、下板６によって閉じられている。
【００３８】
図１及び図３に示すように第１流出孔９Ｂは、平面視において第２ポートＰ２と同一に配置されている。第１流出孔９Ｂは、上板２の上面から下方に延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５、下蒸留膜４′及び下第１枠体３′を貫通している。第１流出孔９Ｂの上端開口部は、第２ポートＰ２に連通させられている。したがって、第２ポートＰ２には、第１流出孔９Ｂから高温海水が流れ込む。第１流出孔９Ｂの下端開口部は、下板６によって閉じられている。
【００３９】
図１及び図２に示すように、第２流入孔９Ｃは、平面視において第３ポートＰ３と同一位置に配置されている。第２流入孔９Ｃは、上板２の上面から下方に向かって延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４及び第２枠体５を貫通している。第２流入９Ｃの上端開口部は、第３ポートＰ３に連通させられている。したがって、第３ポートＰ３に淡水が供給されると、その淡水が第２流入孔９Ｃに流入する。第２流入孔９Ｃの下端開口部は、下蒸留膜４′によって閉じられている。
【００４０】
図１及び図３に示すように、第２流出孔９Ｄは、平面視において第４ポートＰ４と同一位置に配置されている。第２流出孔９Ｄは、上板２の上面から下方に延びており、上板２、上第１枠体３、上蒸留膜４、第２枠体５を貫通している。第２流出孔９Ｄの上端開口部は、第４ポートＰ４に連通させられている。したがって、第４ポートＰ４には、第２流出孔９Ｄから淡水が流入する。第２流出孔９Ｄの下端開口部は、下蒸留膜４′によって閉じられている。
【００４１】
図５に示すように、第１枠体３の左端部には、第１流入通路３ｄが形成されている。この第１流入通路３ｄの一端部は、第１流入孔９Ａに連通しており、他端部は第１流入口３ｂに連通している。この結果、第１ポートＰ１と第１流通室３ａの左端部とが、第１流入孔９Ａ、第１流入通路３ｄ及び第１流入口３ｂを介して連通させられている。
【００４２】
第１枠体３の右端部には、第１流出通路３ｅが形成されている。この第１流出通路３ｅの一端部は、第１流出孔９Ｂに連通しており、他端部は第１流出口３ｃに連通している。この結果、第２ポートＰ２と第１流通室３ａの右端部とが、第１流出孔９Ｂ、第１流出通路３ｅ及び第１流出口３ｃを介して連通させられている。
【００４３】
図６に示すように、第２枠体５の右端部には、第２流入通路５ｄが形成されている。この第２流入通路５ｄの一端部は、第２流入孔９Ｃに連通しており、他端部は第１流入口５ｂに連通している。この結果、第３ポートＰ３と第２流通室５ａの右端部とが、第２流入孔９Ｃ、第２流入通路５ｄ及び第２流入口５ｂを介して連通させられている。
【００４４】
第２枠体５の左端部には、第２流出通路５ｅが形成されている。この第２流出通路３ｅの一端部は、第１流出孔９Ｄに連通しており、他端部は第２流出口５ｃに連通している。この結果、第４ポートＰ４と第２流通室５ａとが、第２流出孔９Ｄ、第２流出通路５ｅ及び第２流出口５ｃを介して連通させられている。
【００４５】
このように、第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄを、互いに異なる位置に配置するとともに、第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃのいずれとも異なる位置に配置し、第１流入孔９Ａ、第１流出孔９Ｂ、第２流入孔９Ｃ及び第２流出孔９Ｄと、第１流入口３ｂ、第１流出口３ｃ、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃとを、第１流入通路３ｄ、第１流出通路３ｅ、第２流入通路５ｄ及び第２流出通路５ｅによってそれぞれ連通させているので、第１枠体３の第１流入口３ｂと第２枠体５の第２流出口５ｃとを平面視において同一位置に配置することができ、第１枠体３の第１流出口３ｃと第２枠体５の第２流入口５ｂとを平面視において同一位置に配置することができたのである。
【００４６】
上記構成の膜蒸留装置において、第１ポートＰ１に高温海水を供給すると、その高温海水は、第１流入孔９Ａ及び第１流入通路３ｄを通って第１流入口３ｂに入り込み、そこから第１流通室３ａの左端部の幅方向における中央部に流入する。図５に示すように、第１流通室３ａの左端部の中央部に流入した高温海水は、幅方向に広がりながら第１流通室３ａの右端側へ流れる。高温海水は、第１流通室３ａの長手方向の中間部においてはその長手方向に沿ってほぼ平行に流れる。その後、高温海水は、第１流通室３ａの幅方向に狭まりながらその右端側へ流れ、第１流出口３ｃに流入する。そして、第１流出通路３ｅ及び第１流出孔９Ｂを通って第２ポートＰ２へ至り、そこから外部に流出する。
【００４７】
一方、第３ポートＰ３に低温の淡水を供給すると、その淡水は、第２流入孔９Ｃ及び第２流入通路５ｄを通って第２流入口５ｂへ至り、そこから第２流通室５ａの右端部の幅方向における中央部に流入する。図６に示すように、第２流通室５ａの右端部の中央部に流入した淡水は、幅方向に広がりながら第２流通室５ａ内を左端部側へ流れる。淡水は、第２流通室５ａの長手方向の中間部においてはその長手方向に沿ってほぼ平行に流れる。その後、淡水は、第２流通室５ａの幅方向に狭まりながらその左端側へ流れ、第２流出口５ｃに流入する。そして、第２流出通路５ｅ及び第２流出孔９Ｄを通って第４ポートＰ４へ至り、そこから外部に流出する。
【００４８】
ここで、第１流入口３ｂと第２流出口５ｃとが平面視において同一位置に配置され、第１流出口３ｃと第２流入口５ｂとが平面視において同一位置に配置されており、第１流入口３ｂの開口部と第１流出口３ｃの開口部とを結ぶ線と、第２流入口５ｂの開口部と第２流出口５ｃの開口部とを結ぶ線とが、平面視において同一位置に位置している。したがって、第１流通室３ａ内を流れる高温海水と第２流通室５ａ内を流れる淡水とは、図１に示すように、互いに逆方向に流れる。つまり、高温海水と淡水とは対向流となって流れる。したがって、高温海水と淡水との間の熱交換効率が向上し、淡水の製造効率を向上させることができる。しかも、高温海水と淡水とは、平面視においてはほぼ同一の経路をたどって流れる。よって、高温海水と淡水との熱交換が、それらの全流域において行われる。この結果、高温海水と淡水との間の淡水の製造効率をさらに向上させることができる。
【００４９】
また、この実施の形態においては、第１流通室３ａ内に第１網体７が設けられているので、第１流通室３ａ内に常に一定以上の流通面積を確保することができる。すなわち、第１網対７が設けられていない場合において、仮に第１流通室３ａ内の圧力が第２流通室５ａ内の圧力より低くなると、その差圧によって上蒸留膜４が上方へ押されて上板２に接近ないしは接触することがある。すると、第２流通室３ａ内の流通面責が小さくなり、高温海水の第１流通室３ａ内における流量が低下し、この結果熱交換効率及び淡水の製造効率が低下してしまう。
【００５０】
この点、この実施の形態の膜蒸留装置１においては、第１流通室３ａ内に第１網体７が設けられており、上蒸留膜４が上方へ押されたとしても、第１網体７に接触するだけであり、それ以上上板２側へ押されることがない。したがって、第１流通室３ａ内の流通面積が上蒸留膜４によって狭められることがない。しかも、上蒸留膜４が第１網体７に接触した状態では、高温海水が第１網体７の網目を通って流れる。したがって、第１流通室３ａ内に常に一定の大きさ以上の流通面積を確保することができ、高温海水を円滑な流すことができる。よって、熱交換効率及び淡水の製造効率を向上させることができる。
【００５１】
これは、下蒸留膜４′が下方へ押された場合、及び上蒸留膜４及び下蒸留膜４′が第２流通室５側へ押された場合も同様である。下蒸留膜４′が下方へ押された場合には、下第１枠体３′に設けられた第１網体７に下蒸留膜４′に接触するからであり、上蒸留膜４及び下蒸留膜４′が第２流通室５ａ側へ押されたときには、それらが第２網体８に接触するからである。
【００５２】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態については、上記実施の形態と異なる構成だけを説明することとし、同様な構成には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図７〜図９は、この発明の第２実施の形態を示す。この実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ａにおいては、図８に示すように、第１流入口３ｂが第１流通室３ａの左内面のうちの幅方向において第１ポートＰ１に隣接する端部に開口させられている。一方、第１流出口３は、第１流通室３ａの右内面のうちの幅方向において第２ポートＰ２に隣接する端部に開口させられている。つまり、第１流出口３の開口部は、第１流通室３ａの幅方向において第１流入口３ｂの開口部と逆側の端部に配置されている。換言すれば、第１流入口３ｂの開口部と第１流出口の開口部とが、第１流通室３ａの第１ポートＰ１側の角部と第２ポートＰ２側の角部とを結ぶ対角線上に配置されているのである。
【００５４】
図８及び図９に示すように、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃは、平面視において第１流出口３ｃ及び第１流入口３ｂと同一位置に位置するように配置されている。このように配置した場合には、第３ポートＰ３及び第４ポートＰ４を上記実施の形態と同様の位置に配置すると、第２流入口５ｂと第２流入孔９Ｃとの間の距離、及び第２流出口５ｃと第２流出孔９Ｄとの間の距離が長くなり、ひいては第２流入通路５ｄ及び第２流出通路５ｅの長さが長くなってしまう。そこで、第３ポートＰ３及び第２流入孔９Ｃを、第２ポートＰ２及び第１流出孔９Ｂと異なる位置ではあるが、それらに接近させて配置するとともに、第４ポートＰ４及び第２流出孔９Ｄを、第１ポートＰ１及び第１流入孔９Ａと異なる位置ではあるが、それらに接近させて配置している。これにより、第２流入通路５ｄ及び第２流出通路５ｅの長さを極力短くしている。
【００５５】
この実施の形態において、第１流通室３ａ内に流入した高温海水は、図７において実線で示すように、広がりながら対角線に沿って流れた後、狭まりながら対角線に沿って流れる。一方、第２流通室５ａに流入した淡水は、図７において破線で示すように、広がりながら対角線に沿って流れた後、狭まりながら対角線に沿って流れる。このとき、高温海水の流れる方向と淡水の流れる方向とは互いに逆方向であり、両者は対向流となって流れる。したがって、この膜蒸留装置１Ａにおいても、熱交換効率及び淡水の製造効率を向上させることができる。
【００５６】
図１０〜図１５は、この発明の第３実施の形態を示す。この実施の形態の膜蒸留装置（膜反応装置）１Ｂにおいては、図１０に示すように、各部材２〜６の長手方向が上下方向を向くように配置されている。
【００５７】
図１１〜図１３に示すように、第２枠体５の厚さ方向（図１１〜図１３において左右方向）の両面には、不透過膜１１，１１がそれぞれ固着されている。この二つの不透過膜１１，１１によって第２流通室５ａの両端開口部が遮蔽されている。不透過膜１１は、気体、液体及び固体の透過を阻止し、かつ良好な熱伝導性を有する材質によって構成されている。不透過膜１２は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムによって構成されているが、他の材料からなるフィルムによって構成してもよい。
【００５８】
上第１枠体３と第２枠体５との間、及び下第１枠体３′と第２枠体５との間には、第３枠体１２がそれぞれ配置されている。第３枠体１２は、第２流入口５ｂ及び第２流出口５ｃに代えて水抜き口１２ｂ及びガス抜き口１２ｃが形成されている点を除き、第２枠体５と同一材料により同一形状、同一寸法に形成されている。そして、第３枠体１の内部が、第２流通室５ａに代わる凝縮室１２ａになっている。勿論、この凝縮室１２ａの形状、寸法は、第２流通室５ａと同一である。凝縮室１２ａの図１１〜図１３における左右の開口部は、蒸留膜４，４′によって遮蔽されている。また、第３枠体１２には、第３網体１３が設けられている。この第３網体１３の周縁部は、第３枠体１２に埋設固定されており、内側の部分が凝縮室１２ａに入り込んでいる。第３枠体１２は、第２枠体５と異なる材料で異なる形状及び寸法に形成してもよい。ただし、凝縮室１２ａは、第２流通室５ａと同一形状とし、かつ第２流通室５ａ全体と対向するように配置することが望ましい。
【００５９】
水抜き口１２ｂは、図１４及び図１５から明らかなように、第３枠体１２の厚さ方向から見たとき、つまり第１、第２枠体３，５の対向方向から見たとき、第１流入口３ｂ及び第２流出口５ｃと同一位置に配置されている。したがって、水抜き孔１２ｂは、図１５において下側に位置する凝縮室１３ａの内面の幅方向における中央部に開口させられている。一方、ガス抜き口１３ｃは、第１流出口３ｃ及び第２流入口５ｂと同一位置に配置されており、図１５において上側に位置する凝縮室１３ａの内面の幅方向における中央部に開口させられている。
【００６０】
図１０、図１１及び図１３に示すように、第３枠体１２の図１０における下面の幅方向の中央部には、第５ポートＰ５が設けられている。この第５ポートＰ５は、第３枠体１２の下端部に設けられた水排出孔１２ｄを介して水抜き口１２ｂに連通させられている。第２枠体１２の上面の幅方向の中央部には、第６ポートＰ６が設けられている。この第６ポートＰ６は、第３枠体１２の上端部に設けられたガス排出孔１２ｅを介してガス抜き口１２ｃに連通させられている。
【００６１】
上記構成の膜蒸留装置１Ｂにおいては、高温海水が第１流通室３ａ内を流れる間に高温海水から発生した水蒸気が蒸留膜４（４′）を透過して凝縮室１３ａ内に流入する。第３流通室１３ａ内に流入した水蒸気は、第２流通室５ａ内を流れる淡水によって冷却されて液体の水になる。この水は、水抜き口１３ｂ及び水排出孔１３ｄを通り、第５ポートＰ５ら外部に淡水として取り出される。高温海水から発生して上流膜４（４′）を透過した気体で凝縮されない気体は、ガス抜き凹部１３ｃ及びガス排出孔１３ｅを通り、第６ポートから外部に排出される。なお、これから明らかなように、第２流通室５ａには、水蒸気が入り込むことも、その水蒸気が凝縮されることによって製造された淡水が入り込むこともない。したがって、第２流通室５ａには、必ずしも淡水を流す必要がなく、低温の海水を流すようにしてもよい。
【００６２】
この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において各種の変形例を採用することができる。
例えば、上記の実施の形態においては、上板２、下板６及びそれらの間に配置された各部材を一つのブロックとし、そのブロックを膜蒸留装置としているが、そのようなブロックを前後、左右及び上下に並べてそれら全体を膜蒸留装置としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、高温海水（溶液）から淡水を製造するために膜体として蒸留膜４，４′が用いられているが、この発明を例えば熱交換機に用いる場合には、蒸留膜４，４′に代えて熱伝導性に優れた不透過膜が膜体として用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
この発明は、膜蒸留装置、熱交換器及び電気透析装置等の各種の膜反応装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ 膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ａ 膜蒸留装置（膜反応装置）
１Ｂ 膜蒸留装置（膜反応装置）
３ 上第１枠体（第１枠体）
３′ 下第１枠体（第１枠体）
３ａ 第１流通室
３ｂ 第１流入口
３ｃ 第１流出口
３ｄ 第１流入通路
３ｅ 第１流出通路
４ 上蒸留膜（蒸留膜）
４′ 下蒸留膜（蒸留膜）
５ 第２枠体
５ａ 第２流通室
５ｂ 第２流入口
５ｃ 第２流出口
５ｄ 第２流入通路
５ｅ 第２流出通路
９Ａ 第１流入孔
９Ｂ 第１流出孔
９Ｃ 第２流入孔
９Ｄ 第２流出孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一方の面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第１流通室とが上記膜体を間にして互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を間にして互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流通室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流通室を通って上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を通って上記第２流出口から流出する膜反応装置において、
上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口、及び上記第２流出口が、それらを上記第１及び第２枠体の対向方向からみたとき、上記第１流入口の開口部と上記第２流出口の開口部とが互いに同一位置に位置し、かつ上記第１流出口の開口部と上記第２流入口の開口部とが互いに同一位置に位置するように配置されていることを特徴とする膜反応装置。
【請求項２】
上記第１枠体には、それぞれ上記膜体が設けられた上記一方の面と逆側に位置する他方の面から上記一方の面に向かって延びる第１流入孔及び第１流出孔が形成され、
上記第２枠体には、それぞれ上記第１枠体を上記他方の面から上記一方の面に向かって貫通して上記第２枠体の内部に達する第２流入孔及び第２流出孔が形成され、
上記第１流入孔、上記第１流出孔、上記第２流入孔及び上記第２流入孔が、互いに離間し、かつ上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口及び上記第２流出口のいずれに対しても離間するように配置され、
上記第１流入孔と上記第１流入口とが第１流入通路によって連通され、上記第１流出孔と上記第１流出口とが第１流出通路によって連通され、
上記第２流入孔と上記第２流入口とが第２流入通路によって連通され、上記第２流出孔と上記第２流出口とが第２流出通路によって連通されていることを特徴とする請求項１に記載の膜反応装置。
【請求項３】
上記第１流通室と上記第２流通室とが、それらを上記第１枠体と上記第２枠体との対向方向から見たとき、互いに同一形状及び同一寸法を有する長方形に形成されるとともに、互いに同一位置に同一姿勢で配置され、
上記第１流入口及び上記第１流出口が、上記第１流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられ、
上記第２流入口及び上記第２流出口が、上記第２流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられていることを特徴とする請求項２に記載の膜反応装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜反応装置において、
上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴とする膜蒸留装置。
【請求項１】
内部に第１流通室を有する第１枠体と、上記第１枠体の一方の面に設けられて上記第１流通室を覆う膜体と、内部に第２流通室を有する第２枠体とを備え、上記第１流通室と上記第１流通室とが上記膜体を間にして互いに対向するよう、上記第１枠体と上記第２枠体とが上記膜体を間にして互いに対向して配置され、上記第１枠体には、上記第１流通室の内面にそれぞれ開口する第１流入口及び第１流出口が形成され、上記第２枠体には、上記第２流通室の内面にそれぞれ開口する第２流入口及び第２流出口が形成され、高温流体が上記第１流入口から上記第１流通室に流入し、上記第１流通室を通って上記第１流出口から流出し、上記高温流体より低温である低温流体が上記第２流入口から上記第２流通室に流入し、上記第２流通室内を通って上記第２流出口から流出する膜反応装置において、
上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口、及び上記第２流出口が、それらを上記第１及び第２枠体の対向方向からみたとき、上記第１流入口の開口部と上記第２流出口の開口部とが互いに同一位置に位置し、かつ上記第１流出口の開口部と上記第２流入口の開口部とが互いに同一位置に位置するように配置されていることを特徴とする膜反応装置。
【請求項２】
上記第１枠体には、それぞれ上記膜体が設けられた上記一方の面と逆側に位置する他方の面から上記一方の面に向かって延びる第１流入孔及び第１流出孔が形成され、
上記第２枠体には、それぞれ上記第１枠体を上記他方の面から上記一方の面に向かって貫通して上記第２枠体の内部に達する第２流入孔及び第２流出孔が形成され、
上記第１流入孔、上記第１流出孔、上記第２流入孔及び上記第２流入孔が、互いに離間し、かつ上記第１流入口、上記第１流出口、上記第２流入口及び上記第２流出口のいずれに対しても離間するように配置され、
上記第１流入孔と上記第１流入口とが第１流入通路によって連通され、上記第１流出孔と上記第１流出口とが第１流出通路によって連通され、
上記第２流入孔と上記第２流入口とが第２流入通路によって連通され、上記第２流出孔と上記第２流出口とが第２流出通路によって連通されていることを特徴とする請求項１に記載の膜反応装置。
【請求項３】
上記第１流通室と上記第２流通室とが、それらを上記第１枠体と上記第２枠体との対向方向から見たとき、互いに同一形状及び同一寸法を有する長方形に形成されるとともに、互いに同一位置に同一姿勢で配置され、
上記第１流入口及び上記第１流出口が、上記第１流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられ、
上記第２流入口及び上記第２流出口が、上記第２流通室の四つの内面のうちの長手方向の両端に位置する二つの内面の幅方向における中央部にそれぞれ開口させられていることを特徴とする請求項２に記載の膜反応装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜反応装置において、
上記高温流体が水を溶媒とする高温溶液であり、上記膜体が、上記高温溶液の水蒸気の透過を許容し、かつ上記高温溶液の他の構成物質の透過を阻止する蒸留膜であり、上記蒸留膜を透過した水蒸気が上記冷却流体によって冷却されて液体の水とされることを特徴とする膜蒸留装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２００８１０（Ｐ２０１１−２００８１０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１６４８（Ｐ２０１０−７１６４８）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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