JP7100531B2 - Separation Membrane Element and Separation Membrane Module - Google Patents

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Description

本開示は、分離膜エレメント及び分離膜モジュールに関する。 The present disclosure relates to separation membrane elements and separation membrane modules.

分離膜エレメントは、海水の淡水化、純水の製造、廃水処理、原油の採掘などの様々な分野で使用されている。分離膜エレメントは、例えば、集水管と、集水管に巻きつけられた分離膜とを備えている。 Separation membrane elements are used in various fields such as desalination of seawater, production of pure water, wastewater treatment, and crude oil mining. The separation membrane element includes, for example, a water collecting pipe and a separation membrane wrapped around the water collecting pipe.

処理されるべき原水は、分離膜と分離膜との間に定められた原水流路を流れる。透過水は、透過水流路を通じて集水管に集められる。 The raw water to be treated flows through the raw water flow path defined between the separation membranes. The permeated water is collected in the catchment pipe through the permeated water channel.

国際公開第２０１５／０４１２６３号International Publication No. 2015/041263

原水が原水流路を流れたとき、圧力損失に応じて、処理されるべき原水と濃縮された原水との間には圧力差が生じる。そのため、分離膜エレメントには、集水管の長手方向に平行な方向の荷重が加わる。 When the raw water flows through the raw water flow path, there is a pressure difference between the raw water to be treated and the concentrated raw water depending on the pressure loss. Therefore, a load is applied to the separation membrane element in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe.

例えば、複数の分離膜エレメントが圧力容器に収められている場合、圧力損失に起因して分離膜エレメントの構成部材が破損することがある。そのため、より優れた耐圧性を有する分離膜エレメントが望まれている。 For example, when a plurality of separation membrane elements are housed in a pressure vessel, the components of the separation membrane element may be damaged due to the pressure loss. Therefore, a separation membrane element having more excellent pressure resistance is desired.

本開示は、
集水管と、
前記集水管に巻きつけられた分離膜と、
前記分離膜の端面を覆うように配置された端面部材と、
を備え、
前記集水管の長手方向に平行な方向において、前記端面部材の端面からの前記集水管の突出長さが０ｍｍよりも大きく、かつ２ｍｍ以下である、分離膜エレメント。 This disclosure is
With a water pipe,
The separation membrane wrapped around the water pipe and
An end face member arranged so as to cover the end face of the separation membrane, and
Equipped with
A separation membrane element having a protrusion length of the water collecting pipe from the end face of the end face member of the water collecting pipe of more than 0 mm and 2 mm or less in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe.

別の側面において、本開示は、
圧力容器と、
前記圧力容器の内部に配置され、互いに接続された複数の分離膜エレメントと、
を備え、
前記複数の分離膜エレメントのそれぞれは、上記の分離膜エレメントである、分離膜モジュール。 In another aspect, this disclosure is:
With a pressure vessel,
A plurality of separation membrane elements arranged inside the pressure vessel and connected to each other,
Equipped with
Each of the plurality of separation membrane elements is a separation membrane module, which is the above-mentioned separation membrane element.

本開示によれば、優れた耐圧性を有する分離膜エレメント及びそれを用いた分離膜モジュールを提供できる。詳細には、本開示によれば、圧力損失に起因した分離膜エレメントの構成部材の破損を防止することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a separation membrane element having excellent pressure resistance and a separation membrane module using the separation membrane element. Specifically, according to the present disclosure, it is possible to prevent damage to the constituent members of the separation membrane element due to pressure loss.

図１は、本開示の一実施形態に係る分離膜モジュールの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a separation membrane module according to an embodiment of the present disclosure. 図２は、端面部材の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the end face member. 図３は、図１に示す分離膜モジュールに使用された分離膜エレメントの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the separation membrane element used in the separation membrane module shown in FIG. 図４は、図３の部分拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 図５は、変形例に係る分離膜エレメントの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the separation membrane element according to the modified example. 図６は、分離膜エレメントの展開斜視図である。FIG. 6 is a developed perspective view of the separation membrane element. 図７は、集水管の構成材料の圧縮強さを測定するための試験片の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a test piece for measuring the compressive strength of the constituent material of the water collecting pipe. 図８は、集水管の横断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the water collecting pipe.

本明細書では、集水管の長手方向に平行な方向を「スラスト方向」とも称する。スラスト方向の荷重を「スラスト荷重」とも称する。 In the present specification, the direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe is also referred to as "thrust direction". The load in the thrust direction is also referred to as "thrust load".

本発明者らの知見によれば、圧力損失に起因して破損する可能性がある構成部材としては、集水管、シェル及び端面部材が挙げられる。シェルは、分離膜の外周面を覆っている筒状の部材である。端面部材は、分離膜の端面を覆っている部材である。当初、破損の原因は、構成部材の強度不足にあると考えられていた。しかし、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、破損の原因が単なる強度不足ではないことを突き止めた。 According to the findings of the present inventors, components that may be damaged due to pressure loss include water collecting pipes, shells, and end face members. The shell is a tubular member that covers the outer peripheral surface of the separation membrane. The end face member is a member that covers the end face of the separation membrane. Initially, the cause of the damage was thought to be the lack of strength of the components. However, as a result of diligent studies, the present inventors have found that the cause of the breakage is not merely insufficient strength.

特許文献１に記載された分離膜モジュールにおいて、隣り合う分離膜エレメントの端面部材（特許文献１では、テレスコープ防止板）は、互いに接している。この構造は、しばしば、フラッシュカット構造と呼ばれる。フラッシュカット構造によれば、圧力容器の内部の無駄な空間を減らし、分離膜の面積を増やすことができる。フラッシュカット構造を構築するために、スラスト方向において、集水管の端面の位置は、端面部材の端面の位置に揃えられている。 In the separation membrane module described in Patent Document 1, the end face members (telescope prevention plate in Patent Document 1) of adjacent separation membrane elements are in contact with each other. This structure is often referred to as a flash cut structure. According to the flash cut structure, the wasted space inside the pressure vessel can be reduced and the area of the separation membrane can be increased. In order to construct the flash cut structure, the position of the end face of the water collecting pipe is aligned with the position of the end face of the end face member in the thrust direction.

集水管は、シェルと同様、スラスト荷重を受ける重要な部材である。しかし、構成部材の寸法精度、組立精度などの問題によって集水管が端面部材の貫通孔の中に僅かに引き下がっていたり、集水管が僅かに収縮したりすると、集水管がスラスト荷重を十分に受けことができない。この場合、シェル及び端面部材が負担すべきスラスト荷重が増え、結果として、シェル及び／又は端面部材が破損することがある。本発明者らは、このような破損のメカニズムに関する知見を得て、本開示の分離膜エレメント及び分離膜モジュールを完成させるに至った。 Like the shell, the water pipe is an important member that receives the thrust load. However, if the water collecting pipe is slightly pulled down into the through hole of the end face member or the water collecting pipe is slightly contracted due to problems such as dimensional accuracy and assembly accuracy of the constituent members, the water collecting pipe receives a sufficient thrust load. Can't. In this case, the thrust load to be borne by the shell and the end face member increases, and as a result, the shell and / or the end face member may be damaged. The present inventors have obtained knowledge about the mechanism of such breakage, and have completed the separation membrane element and the separation membrane module of the present disclosure.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to the following embodiments.

図１は、本開示の一実施形態に係る分離膜モジュールの断面を示している。分離膜モジュール１００は、圧力容器１及び少なくとも１つ分離膜エレメント２を備えている。１又は複数の分離膜エレメント２が円筒状の圧力容器１の内部に同軸に配置されている。分離膜エレメント２の数は特に限定されず、例えば、１～７である。分離膜エレメント２は、スパイラル型膜エレメントでありうる。 FIG. 1 shows a cross section of a separation membrane module according to an embodiment of the present disclosure. The separation membrane module 100 includes a pressure vessel 1 and at least one separation membrane element 2. One or a plurality of separation membrane elements 2 are coaxially arranged inside the cylindrical pressure vessel 1. The number of separation membrane elements 2 is not particularly limited, and is, for example, 1 to 7. The separation membrane element 2 can be a spiral membrane element.

圧力容器１の両端には、円盤状の端板８及び９が取り付けられている。端板８には、原水を圧力容器１の内部に供給するための供給管８１が中心からずれた位置に設けられている。端板９には、透過水を取り出すための第１排出管９１が中心に設けられており、濃縮水を取り出すための第２排出管９２が中心からずれた位置に設けられている。圧力容器１の内部には、端板８から端板９に向かって原水の流れが形成される。供給管８１及び第２排出管９２は、圧力容器１に設けられていてもよい。 Disc-shaped end plates 8 and 9 are attached to both ends of the pressure vessel 1. The end plate 8 is provided with a supply pipe 81 for supplying raw water to the inside of the pressure vessel 1 at a position deviated from the center. The end plate 9 is provided with a first discharge pipe 91 for taking out the permeated water in the center, and a second discharge pipe 92 for taking out the concentrated water is provided at a position deviated from the center. Inside the pressure vessel 1, a flow of raw water is formed from the end plate 8 toward the end plate 9. The supply pipe 81 and the second discharge pipe 92 may be provided in the pressure vessel 1.

分離膜エレメント２は、集水管２１、積層体２２及び一対の端面部材３を備えている。積層体２２は、集水管２１に巻きつけられている。各端面部材３は、積層体２２の各端面を覆うように配置されている。端面部材３は、集水管２１の端部に固定されていてもよい。端面部材３は、積層体２２がテレスコピック状に伸張することを防止する役割も果たす。積層体２２の端面は、集水管２１の長手方向に平行な方向における積層体２２の端面を意味する。積層体２２の端面は、後述する分離膜の端面である。 The separation membrane element 2 includes a water collecting pipe 21, a laminate 22, and a pair of end face members 3. The laminated body 22 is wound around the water collecting pipe 21. Each end face member 3 is arranged so as to cover each end face of the laminated body 22. The end face member 3 may be fixed to the end of the water collecting pipe 21. The end face member 3 also plays a role of preventing the laminated body 22 from stretching in a telescopic manner. The end face of the laminated body 22 means the end face of the laminated body 22 in the direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe 21. The end face of the laminated body 22 is the end face of the separation film described later.

分離膜エレメント２は、逆浸透膜エレメントでありうる。ただし、分離膜エレメント２は、ナノ濾過膜エレメントであってもよく、限外濾過膜エレメントであってもよく、精密濾過膜エレメントであってもよい。 The separation membrane element 2 can be a reverse osmosis membrane element. However, the separation membrane element 2 may be a nanofiltration membrane element, an ultrafiltration membrane element, or a microfiltration membrane element.

分離膜エレメント２は、さらに、積層体２２を取り囲むシェル２８を備えている。端面部材３は、シェル２８の端部に取り付けられていてもよい。 The separation membrane element 2 further comprises a shell 28 that surrounds the laminate 22. The end face member 3 may be attached to the end portion of the shell 28.

シェル２８の外径は、例えば、２００ｍｍ（８インチ）である。つまり、分離膜エレメント２の直径は、２００ｍｍでありうる。 The outer diameter of the shell 28 is, for example, 200 mm (8 inches). That is, the diameter of the separation membrane element 2 can be 200 mm.

シェル２８の材料としては、金属、樹脂、セラミックなどが挙げられる。集水管２１の材料として後述する材料をシェル２８にも使用可能である。シェル２８は、ＦＲＰ製であってもよい。 Examples of the material of the shell 28 include metal, resin, and ceramic. The material described later as the material of the water collecting pipe 21 can also be used for the shell 28. The shell 28 may be made of FRP.

端面部材３には、環状のシール部材５が装着されている。シール部材５は、分離膜エレメント２と圧力容器１の内周面１ａとの隙間を原水の圧力を利用してシールする。シール部材５の具体例は、Ｕ字状の断面を有するパッキンである。 An annular seal member 5 is attached to the end face member 3. The sealing member 5 seals the gap between the separation membrane element 2 and the inner peripheral surface 1a of the pressure vessel 1 by using the pressure of raw water. A specific example of the sealing member 5 is a packing having a U-shaped cross section.

集水管２１の長手方向に平行な方向において、隣り合う分離膜エレメント２は、コネクタ６１によって互いに接続されている。コネクタ６１は、集水管２１の内部に位置するインターコネクタでありうる。集水管２１の長手方向に平行な方向において、隣り合う分離膜エレメント２の端面部材３は互いに接している。詳細には、端面部材３の端面同士が互いに接している。このような構造によれば、圧力容器１の内部の無駄な空間を減らし、積層体２２の長さを最大限に確保できるので、分離膜の面積を十分に確保することができる。 Adjacent separating membrane elements 2 are connected to each other by a connector 61 in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe 21. The connector 61 may be an interconnector located inside the water collecting pipe 21. The end face members 3 of the adjacent separation membrane elements 2 are in contact with each other in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe 21. Specifically, the end faces of the end face members 3 are in contact with each other. According to such a structure, the wasted space inside the pressure vessel 1 can be reduced and the length of the laminated body 22 can be secured to the maximum, so that the area of the separation membrane can be sufficiently secured.

原水の流れ方向において、最上流側に位置する分離膜エレメント２の集水管２１には、キャップ６２が取り付けられている。端面部材３と端板８との間にプラグなどの他の部材が配置されていてもよい。端面部材３と端板９との間に、プラグ、スラストリングなどの他の部材が配置されていてもよい。最下流側に位置する分離膜エレメント２の集水管２１は、アダプタ６３によって第１排出管９１に接続されている。端面部材３と端板９との間にスラストリングなどの他の部材が配置されていてもよい。 A cap 62 is attached to the water collecting pipe 21 of the separation membrane element 2 located on the most upstream side in the flow direction of the raw water. Other members such as plugs may be arranged between the end face member 3 and the end plate 8. Other members such as plugs and thrust rings may be arranged between the end face member 3 and the end plate 9. The water collecting pipe 21 of the separation membrane element 2 located on the most downstream side is connected to the first discharge pipe 91 by the adapter 63. Other members such as thrust rings may be arranged between the end face member 3 and the end plate 9.

本実施形態において、集水管２１の長手方向は、原水の流れ方向に平行である。 In the present embodiment, the longitudinal direction of the water collecting pipe 21 is parallel to the flow direction of the raw water.

図２は、端面部材の平面図である。端面部材３は、内側筒部３１、外側筒部３２及び複数のリブ３３を有する。端面部材３は、テレスコープ防止部材又はシールキャリアとも呼ばれる。内側筒部３１が外側筒部３２によって周方向に囲まれている。外側筒部３２の中心は、内側筒部３１の中心に一致している。複数のリブ３３は、内側筒部３１の周りに等角度間隔で設けられており、内側筒部３１から外側筒部３２に向かって延びている。リブ３３は、弓状に湾曲した部分であってもよく、半径方向に真っ直ぐ延びた部分であってもよい。内側筒部３１には、集水管２１を通すための貫通孔３ｈが設けられている。隣り合うリブ３３とリブ３３との間に広がる部分には、原水を通過させるための複数の貫通孔３ｂが設けられている。リブ３３とリブ３３との間に広がる部分の全部が貫通孔であってもよい。 FIG. 2 is a plan view of the end face member. The end face member 3 has an inner cylinder portion 31, an outer cylinder portion 32, and a plurality of ribs 33. The end face member 3 is also referred to as a telescope prevention member or a seal carrier. The inner cylinder portion 31 is surrounded by the outer cylinder portion 32 in the circumferential direction. The center of the outer cylinder portion 32 coincides with the center of the inner cylinder portion 31. The plurality of ribs 33 are provided around the inner cylinder portion 31 at equal angle intervals, and extend from the inner cylinder portion 31 toward the outer cylinder portion 32. The rib 33 may be a portion curved in an arch shape or a portion extending straight in the radial direction. The inner cylinder portion 31 is provided with a through hole 3h for passing the water collecting pipe 21. A plurality of through holes 3b for allowing raw water to pass through are provided in a portion extending between the adjacent ribs 33 and the ribs 33. The entire portion extending between the ribs 33 and the ribs 33 may be through holes.

端面部材３の材料は特に限定されない。集水管２１の材料として後述する材料を端面部材３にも使用可能である。 The material of the end face member 3 is not particularly limited. As the material of the water collecting pipe 21, the material described later can also be used for the end face member 3.

図３は、図１に示す分離膜モジュールに使用された分離膜エレメントの断面を拡大して示している。図４は、図３の一部を拡大して示している。集水管２１の長手方向に平行な方向において、端面部材３から集水管２１が僅かに突出している。集水管２１の長手方向に平行な方向において、端面部材３の端面３ｐからの集水管２１の突出長さＧは、例えば、０ｍｍよりも大きく、かつ２ｍｍ以下である。 FIG. 3 shows an enlarged cross section of the separation membrane element used in the separation membrane module shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged view of a part of FIG. The water collecting pipe 21 slightly protrudes from the end face member 3 in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe 21. In the direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe 21, the protrusion length G of the water collecting pipe 21 from the end surface 3p of the end surface member 3 is, for example, larger than 0 mm and 2 mm or less.

本実施形態によれば、複数の分離膜エレメント２をモジュール化させるとき、隣り合う分離膜エレメント２の集水管２１と集水管２１とが確実に接触する。運転が始まると集水管２１がスラスト方向に押されて僅かに収縮及び／又は撓み、集水管２１の端面２１ｐの位置が端面部材３の端面３ｐの位置に揃い、隣り合う端面部材３と端面部材３とが互いに接触する。その結果、圧力損失に基づくスラスト荷重を集水管２１及びシェル２８のそれぞれで受けることができ、ひいては、端面部材３及び／又はシェル２８の破損を防止することができる。つまり、本実施形態の分離膜エレメント２は、圧力損失に対する優れた耐圧性を有する。隣り合う端面部材３と端面部材３とは、互いに面接触していてもよい。 According to the present embodiment, when a plurality of separation membrane elements 2 are modularized, the water collecting pipes 21 and the water collecting pipes 21 of the adjacent separation membrane elements 2 are surely in contact with each other. When the operation starts, the water collecting pipe 21 is pushed in the thrust direction and slightly contracts and / or bends, the position of the end face 21p of the water collecting pipe 21 is aligned with the position of the end face 3p of the end face member 3, and the adjacent end face member 3 and the end face member are aligned. 3 and 3 come into contact with each other. As a result, the thrust load based on the pressure loss can be received by each of the water collecting pipe 21 and the shell 28, and by extension, the end face member 3 and / or the shell 28 can be prevented from being damaged. That is, the separation membrane element 2 of the present embodiment has excellent pressure resistance against pressure loss. Adjacent end face members 3 and end face members 3 may be in surface contact with each other.

集水管２１の突出長さＧが大きすぎると、隣り合う端面部材３と端面部材３との接触が不十分になるおそれがある。この場合、圧力損失に基づくスラスト荷重が集水管２１に集中し、集水管２１の破損を招くおそれがある。そのため、集水管２１の突出長さＧが２ｍｍ以下であることが望ましい。 If the protruding length G of the water collecting pipe 21 is too large, the contact between the adjacent end face member 3 and the end face member 3 may be insufficient. In this case, the thrust load based on the pressure loss is concentrated on the water collecting pipe 21, which may cause damage to the water collecting pipe 21. Therefore, it is desirable that the protruding length G of the water collecting pipe 21 is 2 mm or less.

端面部材３の端面３ｐは、集水管２１を通すための貫通孔３ｈが設けられた部分の端面であって、分離膜エレメント２の外部に向かって露出している端面である。本実施形態において、貫通孔３ｈが設けられた部分は、内側筒部３１である。このような構成によれば、集水管２１の長手方向に平行な方向の荷重を集水管２１で確実に受けることができる。本実施形態では、内側筒部３１の端面及び外側筒部３２の端面が同一平面上に存在する。さらに、内側筒部３１の端面、外側筒部３２の端面、及び、リブ３３の端面は、同一平面上に存在していてもよい。 The end face 3p of the end face member 3 is an end face of a portion provided with a through hole 3h for passing the water collecting pipe 21, and is an end face exposed toward the outside of the separation membrane element 2. In the present embodiment, the portion provided with the through hole 3h is the inner cylinder portion 31. According to such a configuration, the water collecting pipe 21 can surely receive the load in the direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe 21. In the present embodiment, the end face of the inner cylinder portion 31 and the end face of the outer cylinder portion 32 are present on the same plane. Further, the end surface of the inner cylinder portion 31, the end surface of the outer cylinder portion 32, and the end surface of the rib 33 may be present on the same plane.

集水管２１の突出長さＧは、０．５ｍｍ以上であってもよい。集水管２１の突出長さＧは、１．５ｍｍ以下であってもよく、１．０ｍｍ以下であってもよい。突出長さＧを適切に調整することによって、構成部材の破損をより確実に防止できる。 The protruding length G of the water collecting pipe 21 may be 0.5 mm or more. The protruding length G of the water collecting pipe 21 may be 1.5 mm or less, or 1.0 mm or less. By appropriately adjusting the protrusion length G, damage to the constituent members can be prevented more reliably.

図３に示すように、一対の端面部材３は、第１端面部材３ａ及び第２端面部材３ｂを含む。第１端面部材３ａは、積層体２２の一対の端面の一方を覆っている。第２端面部材３ｂは、積層体２２の一対の端面の他方を覆っている。例えば、原水の流れ方向において、上流側に第１端面部材３ａが配置され、下流側に第２端面部材３ｂが配置されている。 As shown in FIG. 3, the pair of end face members 3 includes a first end face member 3a and a second end face member 3b. The first end face member 3a covers one of the pair of end faces of the laminated body 22. The second end face member 3b covers the other of the pair of end faces of the laminated body 22. For example, in the flow direction of raw water, the first end face member 3a is arranged on the upstream side, and the second end face member 3b is arranged on the downstream side.

本実施形態において、集水管２１は、第１端面部材３ａ及び第２端面部材３ｂのそれぞれから突出している。分離膜エレメント２の全長Ｌが第１端面部材３ａの端面３ｐから第２端面部材３ｂの端面３ｐまでの長さで表されるとき、集水管２１の全長は、（Ｌ＋２Ｇ）で表される。 In the present embodiment, the water collecting pipe 21 protrudes from each of the first end face member 3a and the second end face member 3b. When the total length L of the separation membrane element 2 is represented by the length from the end surface 3p of the first end surface member 3a to the end surface 3p of the second end surface member 3b, the total length of the water collecting pipe 21 is represented by (L + 2G).

第１端面部材３ａの端面３ｐからの集水管２１の突出長さは、第２端面部材３ｂの端面３ｐからの集水管２１の突出長さと等しくてもよく、異なっていてもよい。 The protruding length of the water collecting pipe 21 from the end surface 3p of the first end surface member 3a may be equal to or different from the protruding length of the water collecting pipe 21 from the end surface 3p of the second end surface member 3b.

図５は、変形例に係る分離膜エレメントを示している。分離膜エレメント２０によれば、集水管２１の長手方向に平行な方向において、集水管２１の端面２１ｐの位置が第１端面部材３ａの端面２１ｐの位置に揃っている。他方、集水管２１は、第２端面部材３ｂから突出している。あるいは、集水管２１が第１端面部材３ａから突出し、集水管２１の端面２１ｐの位置が第２端面部材３ｂの端面２１ｐの位置に揃っていてもよい。このような構成によっても、先に説明した効果と同じ効果が得られる。図５に示す例において、集水管２１の全長は、（Ｌ＋Ｇ）で表される。 FIG. 5 shows a separation membrane element according to a modified example. According to the separation membrane element 20, the position of the end surface 21p of the water collection pipe 21 is aligned with the position of the end surface 21p of the first end surface member 3a in the direction parallel to the longitudinal direction of the water collection pipe 21. On the other hand, the water collecting pipe 21 protrudes from the second end face member 3b. Alternatively, the water collecting pipe 21 may protrude from the first end face member 3a, and the position of the end face 21p of the water collecting pipe 21 may be aligned with the position of the end face 21p of the second end face member 3b. Even with such a configuration, the same effect as that described above can be obtained. In the example shown in FIG. 5, the total length of the water collecting pipe 21 is represented by (L + G).

集水管２１の突出長さＧは、集水管２１の材料、集水管２１の外径などの条件に応じて最適化されてもよい。例えば、集水管２１が収縮しやすい材料で作製されているとき、突出長さＧが大きく、集水管２１が収縮しにくい材料で作製されているとき、突出長さＧは小さい。 The protruding length G of the water collecting pipe 21 may be optimized according to conditions such as the material of the water collecting pipe 21 and the outer diameter of the water collecting pipe 21. For example, when the water collecting pipe 21 is made of a material that easily shrinks, the protrusion length G is large, and when the water collecting pipe 21 is made of a material that does not easily shrink, the protrusion length G is small.

図６は、分離膜エレメントを部分的に展開して示している。図６において、端面部材３及びシェル２８は省略されている。分離膜エレメント２において、積層体２２は、分離膜１２、第１流路スペーサ１３及び第２流路スペーサ１４によって構成されている。分離膜１２の端面が積層体２２の端面を構成する。積層体２２は、詳細には、複数の分離膜１２、複数の第１流路スペーサ１３及び複数の第２流路スペーサ１４によって構成されている。 FIG. 6 shows the separation membrane element partially expanded. In FIG. 6, the end face member 3 and the shell 28 are omitted. In the separation membrane element 2, the laminate 22 is composed of the separation membrane 12, the first flow path spacer 13, and the second flow path spacer 14. The end face of the separation membrane 12 constitutes the end face of the laminated body 22. In detail, the laminate 22 is composed of a plurality of separation membranes 12, a plurality of first flow path spacers 13, and a plurality of second flow path spacers 14.

複数の分離膜１２は、互いに重ね合わされ、袋状の構造を有するように３辺において封止され、集水管２１に巻きつけられている。袋状の構造の外部に位置するように、分離膜１２と分離膜１２との間に第１流路スペーサ１３が配置されている。第１流路スペーサ１３は、分離膜１２と分離膜１２との間に原水の流路としての空間を確保している。袋状の構造の内部に位置するように、分離膜１２と分離膜１２との間に第２流路スペーサ１４が配置されている。第２流路スペーサ１４は、分離膜１２と分離膜１２との間に透過水の流路としての空間を確保している。透過水の流路が集水管２１に連通するように、袋状の構造の開口端が集水管２１に接続されている。 The plurality of separation membranes 12 are overlapped with each other, sealed on three sides so as to have a bag-like structure, and wound around a water collecting pipe 21. The first flow path spacer 13 is arranged between the separation membrane 12 and the separation membrane 12 so as to be located outside the bag-shaped structure. The first flow path spacer 13 secures a space as a flow path for raw water between the separation membrane 12 and the separation membrane 12. The second flow path spacer 14 is arranged between the separation membrane 12 and the separation membrane 12 so as to be located inside the bag-shaped structure. The second flow path spacer 14 secures a space as a flow path for permeated water between the separation membrane 12 and the separation membrane 12. The open end of the bag-shaped structure is connected to the water collecting pipe 21 so that the flow path of the permeated water communicates with the water collecting pipe 21.

分離膜１２は、例えば、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜又は精密濾過膜である。 The separation membrane 12 is, for example, a reverse osmosis membrane, a nanofiltration membrane, an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane.

集水管２１は、各分離膜１２を透過した透過水を集めて分離膜エレメント２の外部に導く役割を担っている。集水管２１には、その長手方向に沿って複数の貫通孔２１ｈが所定間隔で設けられている。透過水は、これらの貫通孔２１ｈを通じて集水管２１の中に流入する。 The water collecting pipe 21 plays a role of collecting the permeated water that has permeated through each separation membrane 12 and guiding it to the outside of the separation membrane element 2. The water collecting pipe 21 is provided with a plurality of through holes 21h at predetermined intervals along the longitudinal direction thereof. The permeated water flows into the water collecting pipe 21 through these through holes 21h.

集水管２１は十分な強度を有する。具体的に、集水管２１の構成材料の圧縮強さは、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2以上でありうる。このような構成によれば、分離膜エレメント２の強度を効果的に向上させることができる。集水管２１が高い圧縮強さを有している場合、分離膜エレメント２は、高い運転圧力に対する優れた耐圧性のみならず、圧力損失に対する優れた耐圧性をも獲得する。 The water collecting pipe 21 has sufficient strength. Specifically, the compressive strength of the constituent material of the water collecting pipe 21 can be 1000 kgf / cm 2 or more. According to such a configuration, the strength of the separation membrane element 2 can be effectively improved. When the water collecting pipe 21 has a high compressive strength, the separation membrane element 2 acquires not only excellent pressure resistance against high operating pressure but also excellent pressure resistance against pressure loss.

集水管２１は、分離膜エレメント２の背骨に相当する部材である。図３及び図４を参照して説明した構造と高い圧縮強さを有する集水管２１との相乗効果により、各部材の破損を防止しつつ、分離膜エレメント２に加わるスラスト荷重を確実に受けることができる。 The water collecting pipe 21 is a member corresponding to the spine of the separation membrane element 2. The synergistic effect of the structure described with reference to FIGS. 3 and 4 and the water collecting pipe 21 having a high compressive strength ensures that the thrust load applied to the separation membrane element 2 is received while preventing damage to each member. Can be done.

集水管２１の構成材料の圧縮強さの上限は特に限定されず、例えば、２５００ｋｇｆ／ｃｍ2である。 The upper limit of the compressive strength of the constituent material of the water collecting pipe 21 is not particularly limited, and is, for example, 2500 kgf / cm 2 .

集水管２１の構成材料の圧縮強さは、次の方法によって測定されうる。 The compressive strength of the constituent material of the water collecting pipe 21 can be measured by the following method.

図７に示すように、集水管２１を切断して適切な長さの円筒状の試験片２１ｋを作製する。試験片は、貫通孔が設けられていない部分から採取する。試験片２１ｋの長さは、集水管２１の外径の９０～１１０％である。試験片２１ｋの上面と下面とが互いに平行になるように、上面及び下面に研磨などの機械加工を施す。次に、市販の材料試験機を用いて圧縮破壊試験を行う。圧縮破壊試験において、荷重速度は、０．８～１．２ｍｍ／ｍｉｎである。圧縮破壊試験でのピーク荷重と集水管２１の断面積とから、集水管２１の構成材料の圧縮強さを算出する。集水管２１の断面積は、外径を直径とする円の面積から内径を直径とする円の面積を引いた面積に等しい。言い換えれば、集水管２１の断面積は、試験片２１ｋの上面又は下面の面積に等しい。圧縮強さは、ピーク荷重を断面積で除することによって算出されうる。 As shown in FIG. 7, the water collecting pipe 21 is cut to prepare a cylindrical test piece 21k having an appropriate length. The test piece is collected from the part where the through hole is not provided. The length of the test piece 21k is 90 to 110% of the outer diameter of the water collecting pipe 21. The upper surface and the lower surface are machined by polishing or the like so that the upper surface and the lower surface of the test piece 21k are parallel to each other. Next, a compression fracture test is performed using a commercially available material tester. In the compression fracture test, the load velocity is 0.8 to 1.2 mm / min. The compressive strength of the constituent material of the water collecting pipe 21 is calculated from the peak load in the compression fracture test and the cross-sectional area of the water collecting pipe 21. The cross-sectional area of the water collecting pipe 21 is equal to the area obtained by subtracting the area of the circle having the inner diameter from the area of the circle having the outer diameter as the diameter. In other words, the cross-sectional area of the water collecting pipe 21 is equal to the area of the upper surface or the lower surface of the test piece 21k. Compressive strength can be calculated by dividing the peak load by the cross-sectional area.

集水管２１の構成材料は特に限定されない。集水管２１は、例えば、金属、セラミック又は樹脂で作られている。 The constituent material of the water collecting pipe 21 is not particularly limited. The water collecting pipe 21 is made of, for example, metal, ceramic or resin.

金属としては、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、黄銅（真鍮）、青銅、ジュラルミン、その他の合金などが挙げられる。 Examples of the metal include iron, aluminum, stainless steel, copper, brass (brass), bronze, duralumin, and other alloys.

セラミックとしては、アルミナセラミック、ジルコニアセラミック、窒化ケイ素セラミック、窒化アルミニウムセラミック、炭化ケイ素セラミックなどが挙げられる。 Examples of the ceramic include an alumina ceramic, a zirconia ceramic, a silicon nitride ceramic, an aluminum nitride ceramic, and a silicon carbide ceramic.

樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂（ユリア樹脂）、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂などが挙げられる。集水管２１を構成する樹脂は、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、又はシリコーン樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエステル樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリブチレンテレフタレート樹脂）、ポリフェニレンオキシド樹脂、変性ポリフェニレンオキシド樹脂（例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリルニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体樹脂、アクリルニトリル－スチレン共重合体樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、これらの樹脂の混合物、これらの樹脂を含むポリマーアロイなどが挙げられる。 Examples of the resin include thermosetting resins and thermoplastic resins. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin (urea resin), alkyd resin, unsaturated polyester resin, polyurethane, thermosetting polyimide, silicone resin, diallyl phthalate resin and the like. The resin constituting the water collecting pipe 21 may be an epoxy resin, a melamine resin, or a silicone resin. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene resin, polystyrene resin, polypropylene resin, polycarbonate resin, polyacetal resin, polyamide resin, polysulfon resin, polyester resin (for example, polyethylene terephthalate resin and polybutylene terephthalate resin), polyphenylene oxide resin, and modified polyphenylene oxide resin. (For example, modified polyphenylene ether resin), polyphenylene sulfide resin, acrylic nitrile-butadiene-styrene copolymer resin, acrylic nitrile-styrene copolymer resin, polymethyl methacrylate resin, mixtures of these resins, polymers containing these resins. Examples include alloys.

集水管２１の構成材料は樹脂を含んでいてもよい。この場合、集水管２１に優れた耐食性を付与しやすい。集水管２１の構成材料の主成分が樹脂であってもよい。「主成分」とは、体積比で最も多く含まれた成分を意味する。 The constituent material of the water collecting pipe 21 may contain a resin. In this case, it is easy to impart excellent corrosion resistance to the water collecting pipe 21. The main component of the constituent material of the water collecting pipe 21 may be a resin. The "main component" means the component contained most in volume ratio.

集水管２１の構成材料は、樹脂と強化材料とを含む樹脂組成物であってもよい。強化材料としては、繊維材料、結晶材料などが挙げられる。繊維材料としては、ガラス繊維、炭素繊維などが挙げられる。結晶材料としては、ウィスカー、液晶ポリマーなどが挙げられる。ガラス繊維としては、ガラスウール、チョップド・ガラスファイバー、ミルド・ガラスファイバーが挙げられる。炭素繊維としては、ミルド炭素繊維が挙げられる。ウィスカーとしては、ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、塩基性硫酸マグネシウムウィスカー、珪酸カルシウムウィスカー、硫酸カルシウムウィスカーなどが挙げられる。 The constituent material of the water collecting pipe 21 may be a resin composition containing a resin and a reinforcing material. Examples of the reinforcing material include fiber materials and crystalline materials. Examples of the fiber material include glass fiber and carbon fiber. Examples of the crystal material include whiskers and liquid crystal polymers. Examples of the glass fiber include glass wool, chopped glass fiber, and milled glass fiber. Examples of carbon fibers include milled carbon fibers. Examples of the whiskers include aluminum borate whiskers, potassium titanate whiskers, basic magnesium sulfate whiskers, calcium silicate whiskers, calcium sulfate whiskers and the like.

樹脂と強化材料とを含む樹脂組成物は、ＦＲＰ（fiber reinforced plastic）と呼ばれる。集水管２１は、ＦＲＰ製であってもよい。構成材料としてＦＲＰを使用することによって、集水管２１に高い圧縮強さを付与することができる。例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とを含むＦＲＰは、安価であり、入手しやすく、成形性も良好である。 A resin composition containing a resin and a reinforced material is called FRP (fiber reinforced plastic). The water collecting pipe 21 may be made of FRP. By using FRP as a constituent material, high compressive strength can be imparted to the water collecting pipe 21. For example, FRP containing glass fiber and epoxy resin is inexpensive, easily available, and has good moldability.

樹脂と強化材料とを含む樹脂組成物の主成分は、樹脂であってもよく、強化材料であってもよい。樹脂組成物の全体に対する強化材料の比率は、例えば、５０～８０体積％である。強化材料の比率が適切に調整されていると、樹脂組成物の成形性を大きく損なうことなく、集水管２１に高い圧縮強さを付与することができる。 The main component of the resin composition containing the resin and the reinforcing material may be a resin or a reinforcing material. The ratio of the reinforcing material to the whole resin composition is, for example, 50 to 80% by volume. When the ratio of the reinforcing material is appropriately adjusted, high compressive strength can be imparted to the water collecting pipe 21 without significantly impairing the moldability of the resin composition.

樹脂組成物の各種特性を向上させること目的として、樹脂組成物は、各種添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、難燃剤、安定剤、顔料、染料、離型材、滑材、耐候性改良剤などが挙げられる。これらの添加剤から選ばれる１種又は２種以上の混合物を用いることができる。 The resin composition may contain various additives for the purpose of improving various properties of the resin composition. Examples of the additive include flame retardants, stabilizers, pigments, dyes, mold release materials, lubricants, weather resistance improvers and the like. One or a mixture of two or more selected from these additives can be used.

図８は、集水管の横断面を示している。集水管２１の内径Ｄ１は、例えば、２０～２８ｍｍの範囲にある。集水管２１の外径Ｄ２は、例えば、３７～４１ｍｍの範囲にある。集水管２１の内径Ｄ１及び外径Ｄ２が適切な範囲に調整されていると、有効膜面積の減少を抑制することができる。 FIG. 8 shows a cross section of the water collecting pipe. The inner diameter D1 of the water collecting pipe 21 is, for example, in the range of 20 to 28 mm. The outer diameter D2 of the water collecting pipe 21 is, for example, in the range of 37 to 41 mm. When the inner diameter D1 and the outer diameter D2 of the water collecting pipe 21 are adjusted to appropriate ranges, the decrease in the effective membrane area can be suppressed.

なお、集水管２１の内径Ｄ１は、コネクタ６１が存在しない位置における内径でありうる。集水管２１の端部の内径は、拡張されていることがある。この場合、集水管２１にコネクタ６１を挿入しやすかったり、長手方向へのコネクタ６１の移動を阻止できたりする。 The inner diameter D1 of the water collecting pipe 21 may be the inner diameter at a position where the connector 61 does not exist. The inner diameter of the end of the water collecting pipe 21 may be expanded. In this case, the connector 61 can be easily inserted into the water collecting pipe 21, or the connector 61 can be prevented from moving in the longitudinal direction.

本実施形態の分離膜エレメント２及び分離膜モジュール１００は、非常に高い耐圧性が要求される用途に適している。具体的には、分離膜エレメント２を用いた分離膜モジュール１００の最大運転圧力は、例えば、１２ＭＰａである。「最大運転圧力」とは、分離膜モジュール１００の入口近傍において、原水に加えられた圧力を意味する。分離膜モジュール１００の入口近傍は、例えば、最も上流側に位置している分離膜エレメント２と供給管８１との間の空間である。 The separation membrane element 2 and the separation membrane module 100 of the present embodiment are suitable for applications requiring extremely high pressure resistance. Specifically, the maximum operating pressure of the separation membrane module 100 using the separation membrane element 2 is, for example, 12 MPa. The “maximum operating pressure” means the pressure applied to the raw water in the vicinity of the inlet of the separation membrane module 100. The vicinity of the inlet of the separation membrane module 100 is, for example, a space between the separation membrane element 2 located on the most upstream side and the supply pipe 81.

例えば、直径２００ｍｍ、長さ１０１６ｍｍの分離膜エレメント２において、分離膜１２の有効膜面積は、２７ｍ2以上でありうる。有効膜面積の上限は特に限定されず、例えば、３７ｍ2である。「直径」は、シェル２８（又は端面部材３）の直径である。「長さ」は、第１端面部材３ａの端面３ｐから第２端面部材３ｂの端面３ｐまでの長さである。「有効膜面積」とは、接着剤によって封止された部分等を除く、原水をろ過処理できる部分の面積を意味する。 For example, in the separation membrane element 2 having a diameter of 200 mm and a length of 1016 mm, the effective membrane area of the separation membrane 12 may be 27 m 2 or more. The upper limit of the effective film area is not particularly limited, and is, for example, 37 m 2 . The "diameter" is the diameter of the shell 28 (or end face member 3). The "length" is the length from the end face 3p of the first end face member 3a to the end face 3p of the second end face member 3b. The "effective membrane area" means the area of the portion where the raw water can be filtered, excluding the portion sealed with the adhesive.

圧力容器１の内部に処理されるべき原水が供給されると、原水は、分離膜エレメント２の一端部から原水の流路に流入する。原水は、分離膜１２によってろ過されて濃縮される。これにより、濃縮された原水と透過水とが生成される。濃縮された原水は、分離膜エレメント２の他端部から分離膜エレメント２の外部へと排出される。透過水は、透過水の流路及び集水管２１を通じて、分離膜エレメント２の外部へと排出される。分離膜エレメント２は、原水に含まれたイオン、塩類などの溶質が取り除かれた透過水を生成する。 When the raw water to be treated is supplied to the inside of the pressure vessel 1, the raw water flows into the raw water flow path from one end of the separation membrane element 2. The raw water is filtered by the separation membrane 12 and concentrated. This produces concentrated raw water and permeated water. The concentrated raw water is discharged from the other end of the separation membrane element 2 to the outside of the separation membrane element 2. The permeated water is discharged to the outside of the separation membrane element 2 through the permeated water flow path and the water collecting pipe 21. The separation membrane element 2 produces permeated water from which solutes such as ions and salts contained in the raw water have been removed.

本開示の分離膜エレメント２及び分離膜モジュール１００は、各種廃水の処理に適している。原水としての廃水における溶質の濃度は、海水における塩分濃度（約３．５％）を上回ることがある。この場合、高い運転圧力が必要とされる。 The separation membrane element 2 and the separation membrane module 100 of the present disclosure are suitable for treating various waste waters. The concentration of solutes in wastewater as raw water may exceed the salinity in seawater (about 3.5%). In this case, high operating pressure is required.

本開示の分離膜エレメント２及び分離膜モジュール１００は、原油随伴水の処理及び油田注入水の生成に適している。原油を採掘すると、大量の随伴水が副産物として得られる。随伴水には様々な物質が高濃度で含まれているので、随伴水を処理するには高い運転圧力が必要とされる。随伴水を処理することによって得られた浄化水を注入水として再利用することも可能である。 The separation membrane element 2 and the separation membrane module 100 of the present disclosure are suitable for the treatment of crude oil accompanying water and the generation of oil field injection water. Mining crude oil produces a large amount of accompanying water as a by-product. Since the accompanying water contains various substances in high concentration, high operating pressure is required to treat the accompanying water. It is also possible to reuse the purified water obtained by treating the accompanying water as injection water.

本開示の分離膜エレメント及び分離膜モジュールは、海水の淡水化、純水の製造、廃水処理、原油採掘に伴う水処理などの様々な用途に使用されうる。 The separation membrane element and separation membrane module of the present disclosure can be used for various applications such as desalination of seawater, production of pure water, wastewater treatment, and water treatment associated with crude oil mining.

１ 圧力容器
２，２０ 分離膜エレメント
３ 端面部材
３ａ 第１端面部材
３ｂ 第２端面部材
３ｐ 端面
３ｈ 貫通孔
１２ 分離膜
２１ 集水管
２１ｐ 端面
３１ 内側筒部
３２ 外側筒部
６１ コネクタ
１００ 分離膜モジュール 1 Pressure vessel 2, 20 Separation membrane element 3 End face member 3a First end face member 3b Second end face member 3p End face 3h Through hole 12 Separation membrane 21 Water collecting pipe 21p End face 31 Inner cylinder part 32 Outer cylinder part 61 Connector 100 Separation membrane module

Claims (7)

集水管と、
前記集水管に巻きつけられた分離膜と、
前記分離膜の端面を覆うように配置された端面部材と、
を備えた分離膜エレメントであって、
前記集水管の長手方向に平行な方向において、前記端面部材の端面からの前記集水管の突出長さが０ｍｍよりも大きく、かつ２ｍｍ以下であり、
前記集水管の長手方向に平行な方向において、隣り合う前記分離膜エレメントの前記端面部材の端面同士が互いに接する構造に適している、分離膜エレメント。 With a water pipe,
The separation membrane wrapped around the water pipe and
An end face member arranged so as to cover the end face of the separation membrane, and
It is a separation membrane element equipped with
In the direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe, the protruding length of the water collecting pipe from the end face of the end face member is larger than 0 mm and 2 mm or less .
A separation membrane element suitable for a structure in which the end faces of the end face members of the adjacent separation membrane elements are in contact with each other in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe . 前記集水管の前記突出長さが０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１に記載の分離膜エレメント。 The separation membrane element according to claim 1, wherein the protrusion length of the water collecting pipe is 0.5 mm or more and 2 mm or less. 前記端面部材は、前記集水管を通すための貫通孔が設けられた内側筒部と、前記内側筒部を周方向に囲んでいる外側筒部とを有し、
前記端面部材の前記端面は、前記内側筒部の端面である、請求項１又は２に記載の分離膜エレメント。 The end face member has an inner cylinder portion provided with a through hole for passing the water collecting pipe, and an outer cylinder portion that surrounds the inner cylinder portion in the circumferential direction.
The separation membrane element according to claim 1 or 2, wherein the end face of the end face member is an end face of the inner cylinder portion. 前記集水管の構成材料が樹脂を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。 The separation membrane element according to any one of claims 1 to 3, wherein the constituent material of the water collecting pipe contains a resin. 前記集水管がＦＲＰ製である、請求項１から４のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。 The separation membrane element according to any one of claims 1 to 4, wherein the water collecting pipe is made of FRP. 圧力容器と、
前記圧力容器の内部に配置され、互いに接続された複数の分離膜エレメントと、
を備え、
前記複数の分離膜エレメントのそれぞれは、請求項１から５のいずれか１項に記載の分離膜エレメントである、分離膜モジュール。 With a pressure vessel,
A plurality of separation membrane elements arranged inside the pressure vessel and connected to each other,
Equipped with
The separation membrane module, wherein each of the plurality of separation membrane elements is the separation membrane element according to any one of claims 1 to 5. 前記集水管の長手方向に平行な方向において隣り合う前記分離膜エレメントの前記端面部材の前記端面同士が接している、請求項６に記載の分離膜モジュール。 The separation membrane module according to claim 6, wherein the end faces of the end face members of the separation membrane elements adjacent to each other in a direction parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe are in contact with each other.
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