JPH0632239Y2 - 分離膜処理装置付き小型ボイラー - Google Patents

分離膜処理装置付き小型ボイラー

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JPH0632239Y2
JPH0632239Y2 JP1988102819U JP10281988U JPH0632239Y2 JP H0632239 Y2 JPH0632239 Y2 JP H0632239Y2 JP 1988102819 U JP1988102819 U JP 1988102819U JP 10281988 U JP10281988 U JP 10281988U JP H0632239 Y2 JPH0632239 Y2 JP H0632239Y2
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征男 豊田
義裕 菅野
大介 越水
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、蒸気ボイラーに供給する水の純化処理技術に
関する。さらに詳しくは、供給水を逆浸透分離膜モジュ
ールと、脱気膜モジュールとで処理し、供給水を純化
し、かつ溶存ガスを除去する分離膜処理装置付き小型ボ
イラーに関する。
[従来の技術] 蒸気ボイラーに供給する水は、水道水や工業用水をその
まま使うと、水に含まれるカルシウムやケイ酸などが加
熱部の配管内に析出し、スケールとなってボイラー内面
のスケールの付着、腐蝕、泡立ちなどの好ましくない現
象の原因となる。また供給水に溶存酸素が存在すると、
酸化による腐蝕が促進されるなどの問題がある。そして
これらの問題を放置するとボイラー性能や寿命を低下さ
せる。
従来、この問題を回避するため、ボイラー業界、とくに
蒸発量が約10〜3000kg/hr程度の小型蒸気ボイラ
ーにおいては、まずイオン交換樹脂を用いて硬水の軟水
化を行ない、次いで薬液(還元剤)を供給水に注入して
脱気処理を行ってきた。一例を示すと第3図のとおりで
あり、供給水1を供給ポンプ(図示せず)で軟化器11
に供給し、軟水タンク12に溜め、吸水ポンプ2により
ボイラー8に供給する。吸水ポンプ2とボイラー8の中
間に薬液タンク13から薬液ポンプ(図示せず)を介し
て薬液を供給していた。
本考案に近似した別の技術分野、すなわち電子工業や製
薬工業などに用いる超純水を得る公知例としては、多孔
質膜からなる脱気膜と逆浸透膜を直列に使用した例が知
られている(実開昭57−35795号公報、特開昭6
2−273095号公報)。
[考案が解決しようとする課題] しかし、従来の軟水処理や薬液処理(化学処理)は供給
水の流量に合わせて薬液を注入しなくてはならず、運転
管理がむずかしくて結局はボイラー寿命を低下させてい
た。とくに小型ボイラーは個人的・家庭的な用途に使用
されているので、薬液管理は行き届かないという問題も
ある。さらに装置が大型化し、コンパクトな装置にでき
ないという問題点もあった。
また従来の多孔質膜を用いた脱気膜処理は、細孔の間に
いわゆる水垢や無機物、その他の固形物が付着しやす
く、目詰まりが起こりやすかったり、水が洩れてしまう
という問題点があった。
本考案はこのような従来の欠点を解消するものであっ
て、第1の目的はメンテナンス管理(装置の保守管理)
が容易で、かつ装置寿命を長くできるとともに、装置全
体を小型化し安価な小型蒸気ボイラー装置を提供するこ
とにある。第2の目的は脱気膜として、少なくとも多孔
質支持体とその上に設けた高分子均質層または緻密層か
らなる気体分離膜、もしくはその中間体を使用し、これ
と逆浸透膜とを直列に配置することにより、長期間安定
して運転できる小型蒸気ボイラー装置を提供することを
目的としている。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため本考案は下記の構成からなる。
(1) 逆浸透分離膜モジュールと、脱気膜モジュールと
を、被処理ラインに直列に設けた分離膜処理装置付き小
型ボイラーであって、逆浸透膜を用いた分離装置の濃縮
水流出口側にエジェクターの駆動水側を接続するととも
に、前記脱気膜を用いた脱気装置の吸引配管にエジェク
ターの吸引側を接続し、逆浸透装置の濃縮水の残圧を用
いて脱気装置を減圧し、かつ、前記脱気膜が、少なくと
も多孔質支持体と、その上に設けた高分子均質層または
緻密層からなることを特徴とする分離膜処理装置付き小
型ボイラー (2) 脱気膜の酸素分離係数αが1.3以上であること
を特徴とする請求項第(1)項の分離膜処理装置付き小型
ボイラー。(ただしα=QO/QNを示す。) 以下図面を用いて本考案を詳細に説明する。
第1図は本考案の一実施態様を示す。
供給水1は水道から直接、または吸水タンク(図示せ
ず)を介して供給ポンプ2に供給され、これによって、
まず逆浸透膜モジュール3に供給される。ここで塩や有
機物、そのほかの夾雑物を除去する。逆浸透膜の透過水
は次に脱気膜モジュール4に送られ、ここで水中の溶存
酸素や炭酸を除去する。精製水は次にボイラー8に供給
される。ボイラー8に供給するに際しては、供給タンク
および/または供給ポンプ(いずれも図示せず)を設け
てもよい。
脱気膜モジュール4の減圧方法はいかなる手段を用いて
もよく、真空ポンプやエジェクターなどを使用すること
ができる。好ましくは、減圧ライン6は、逆浸透膜モジ
ュールから排出された排出管7の残圧水の圧力を利用し
たエジェクター5に導き、脱気膜モジュール4を減圧に
する。このようにすれば、排水圧のエネルギーを有効に
利用でき、運転管理費を安価にできるからである。
前記した供給ポンプ2、逆浸透膜モジュール3、脱気膜
モジュール4、エジェクター5は1つのハウジングユニ
ットに納めてもよいし、ボイラー8のハウジングに納め
てもよい。いずれにしても本考案の装置は全体として小
型化できるというメリットを有す。
逆浸透分離膜モジュールに使用される逆浸透膜としては
いかなるものも用いることができる。たとえば酢酸セル
ロース系非対称性膜、ポリアミド系複合合成膜(例え
ば、特開昭62−121603号公報、特開昭62−2
01606号公報、特開昭55−147106号公報)
等が例示される。逆浸透分離膜モジュールの形態として
はいかなるタイプのものであってもよく、スパイラルモ
ジュール、中空糸モジュール、あるいは平膜モジュール
等が例示される。
脱気膜モジュールの脱気膜は、素材としては、ポリエス
テル、ポリアルキレン、ポリアクリレート、ポリメタク
リレート、“テフロン”(デュポン社商品名)(ポリ4
フツ化エチレン)、シリコーン、ポリスルホンなどが例
示される。
しかし本考案において好ましい脱気膜モジュールの脱気
膜は、少なくとも多孔質支持体層と、その上に設けた高
分子均質層または緻密層からなる。図面を用いてそのモ
デルを示すと、第2図のようになる。すなわち第2図の
番号21は高分子均質層または緻密層を示し、番号22
は多孔質支持体層である。多孔質支持体層22の下に
は、平膜の場合はタフタ織物などの補強層があるのが好
ましいが、中空糸の場合はとくに補強層は必要でない。
高分子均質層とは、多孔質支持体層22の高分子材料と
同一、または別な高分子材料で構成される層をいい、少
なくとも2層を別々に製造するものをいう。緻密層と
は、多孔質支持体層22の高分子材料と同じ高分子材料
で構成される層をいい、1工程で製造するものをいう。
前記において多孔質支持体層の好ましい高分子として
は、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリ
アクリレート、ポリタメクリレート、テフロン(ポリ4
フッ化エチレン)、シリコーン、ポリスルホン、ポリカ
ーボネートなどが例示される。このうちとくに好ましく
はポリスルホン、またはポリプロピレンである。多孔質
支持体層の厚さは任意のものとすることができる。好ま
しくは数ミクロン〜数mmである。多孔質支持体の空隙率
は10〜80%程度のものがよい。この多孔質支持体を
製造するには、一例としてポリエーテルスルホンを挙げ
ると、ジメチルホルムアミドなどの溶媒を用いてキャス
ト製膜し、次いで水の中で溶媒を除去することにより得
られる。
多孔質支持体は高分子均質膜または緻密膜を支持する機
能をはたすもので、表面の孔の大きさが約10Å〜50
00Å、好ましくは約10Å〜1000Åである。ま
た、気体の透過抵抗になりにくいように非対称構造を持
つことが好ましい。気体透過性としては、窒素透過速度
で10(m3/m2・hr/atm)以上のものが好ましい。
次に高分子均質層または緻密層の好ましい材料として
は、酸素透過係数PO2が、1×10−8(cm3・cm/c
m2・cmHg・sec)以上の高分子である。かかる高分子の
具体例としては、ポリオルガノシロキサン、架橋型ポリ
オルガノシロキサン、ポリオルガノシロキサン/ポリカ
ーボネート共重合体、ポリオルガノシロキサン/ポリフ
ェニレン共重合体、ポリオルガノシロキサン/ポリスチ
レン共重合体、ポリトリメチルシリルプロピンなどが挙
げられる。この中でも、機械的強度が高く酸素透過係数
が大きいという点で、架橋型ポリジメチルシロキサンが
最も好ましい。この架橋型ポリジメチルシロキサンは、
製法によって、得られる薄膜の性能が異なり、特開昭60
-257803、特願昭61-60272、特願昭61-59269に記載され
ている製法に従って得られた架橋型ポリジメチルシロキ
サンの薄膜が気体透過性に優れ、ピンホールが少ないた
め好ましい。これらは酸素分離係数α[ただしα=Q
O2/QN2]が高いからである。たとえばポリシロキ
サンはα=2.0〜2.1、ポリ(4−メチル−1−ペ
ンテン)はα=4.0、ポリスチレンはα=8.5、ニ
トロセルロースはα=10.0である。また緻密層とし
てはエチルセルロースなどを用いることができる。
多孔質支持体上に架橋型ポリジメチルシロキサンから成
る均質膜を設ける方法としては、具体的には下記のイ〜
ハに示すような方法がある。
イ.特開昭60-257803に示されている、末端にシラノー
ル基を有するポリジメチルシロキサンと四官能以上のシ
ラン架橋剤、または四官能以上のシロキサン架橋剤を溶
媒に混合して得られた溶液を多孔質支持体上に塗工して
得る方法。
ロ.特願昭61-60272で示されている、側鎖の末端がアミ
ノ変成されたポリオルガノシロキサンと、側鎖の末端が
イソシアネート変成されたポリオルガノシロキサンを溶
媒に混合して得られた溶液を多孔質支持体上に塗工して
得る方法。
ハ.特願昭61-59269で示されている、側鎖の末端がシラ
ノール変成されたポリオルガノシロキサンとシラン架橋
剤またはシロキサン架橋剤を溶媒に混合した溶液を多孔
質支持体上に塗工して得る方法。
高分子均質膜または緻密膜の膜厚は、気体透過性の点
で、薄いほど好ましいが、ピンホールの発生を考え合せ
ると極度に薄いものは適当ではない。上記記載された製
法に従えば、膜厚が0.1μm程度までピンホールフリ
ーの薄膜を作成することが可能であるため0.1μmに
近いほど好ましい。
本考案の脱気膜全体としては、高分子均質膜または緻密
膜を有する脱気膜であればいかなる膜であってもよい
が、好ましくは、酸素分離係数αが1.3以上である。
ピンホールがなく、分離効率が高いからである。酸素分
離係数αは1.5以上であればさらに好ましく、とくに
は2.0以上である。参考までに従来技術の多孔質の脱
気膜の酸素分離係数αは1.0またはそれ以下のもので
ある。
前記した多孔質支持体と高分子均質層の組み合わせの代
表的例としては、特開昭53−86684号公報があ
り、多孔質支持体と緻密層の組み合わせの例としては、
特開昭52−55719号公報、特開昭58−9552
5号公報などがある。
本考案においてこのような気体分離膜、とくに酸素濃縮
膜を用いるのは、水中の溶存酸素を特異的に除去できる
からである。たとえば多孔質支持体にポリスルホンを用
い、高分子均質層にポリシロキサンを用いた脱気膜を用
いて、40torr程度の減圧で、原水中の溶存酸素は1/
8程度以下に減少する。
従来酸素濃縮膜の濃縮の原理は、空気中の酸素をいつた
ん膜中に溶解し、これを透過側に拡散するという考えか
たが定説である。したがってこの膜を水中の脱気に使用
しても、飽和水蒸気中のわずかな溶存酸素の除去は分離
効率が悪いと考えるのが普通の当業者の予想である。し
かしながら実際は前記のとおり極めて分離効率がよく、
さらに長期安定性に優れるという予期できない効果を奏
することがわかった。
このような脱気膜モジュールの形態として、スパイラル
モジュール、中空系モジュール、あるいは平膜モジュー
ル等が例示される。
上述したような、逆浸透分離膜モジュールおよび脱気膜
モジュールは、被処理水ラインに直列に設けられる限
り、いずれのモジュールが上流側に置かれてもよい。
さらに本考案においては、逆浸透膜を用いた分離装置の
濃縮水流出側にエジェクターの駆動水側を接続するとと
もに、脱気膜を用いた脱気装置の吸引配管にエジェクタ
ーの吸引側を接続し、逆浸透装置の濃縮水の残圧を用い
て脱気装置を真空にすることが好ましい。回収エネルギ
ーを有効に使えるからである。
本考案の装置は、とくに約10〜3000kg/hr程度の
小型蒸気ボイラーに好適である。
[実施例] 以下の実施例によって本考案をさらに詳細に説明する。
膜性能の測定方法並びに効果の評価方法は下記の記載の
通りである。また、脱気膜の性能は、気体分離膜を隔て
て、一次側の圧力を2atm、二次側の圧力を1atmにし、
気体(酸素または窒素)透過速度を精密膜流量計SF−
101(スタンクダード・テクノロジー社製)で測定し
た。酸素透過速度QO2(単位はm3/m2・hr・atmであ
る。)を気体透過性能とし、酸素透過速度と窒素透過速
度QN2(単位はm3/m2・hr・atmである。)の比であ
る分離係数αを気体分離性能の評価基準とした。
脱気膜としては、多孔質支持体材料にポリエーテルスル
ホン(アモコ社、旧ユニオンカーバイド社製P−350
0)を用い、溶媒にジメチルホルムアミドを用いて、ポ
リエステルタフタ上にキャストし水中で脱溶媒して多孔
質層とした。この上に特開昭62−140620号公報
に記載されている方法でポリジメチルシロキサンの均質
膜を形成した。得られた脱気膜は第2図に示すとおりで
あった。この脱気膜の分離係数αは2.0であった。
逆浸透膜は東レ株式会社製品のUTC−70(架橋ポリ
アミラド)を用いた。
実施例1 第1図のフローにしたがって、装置を構成した。
ボイラー8は三浦工業(株)製EH−40SGのガス蒸
気ボイラー(蒸発量40kg/hr、熱出力22300Kcal/h
r)を用い、逆浸透モジュールは東レ(株)製UTC−
70の4インチの直径のスパライルモジュールを1本用
い、脱気膜は前記した膜を用いた。
供給ポンプの圧力は5kg/cm2とし、原水の供給量は1
0/分であった。またエジェクター5の真空度を40
torrとした。
このように構成することにより、逆浸透膜によって塩や
有機物などが除去でき、さらに被処理水に溶存している
各種の気体が、脱気膜4を介して取り除かれた。とくに
溶存酸素は8ppmが1ppm以下に減少した。
この装置は取扱いが簡単で、長期安定性にも優れてい
た。
[考案の効果] 本考案は、ボイラーに逆浸透膜と脱気膜を直列に配置
し、全体として比較的小型で、かつ安価なボイラー装置
とすることができた。
さらに脱気膜として、高分子均質層または緻密層を有す
る気体分離膜、もしくはその中間体を使用するので、脱
気性に優れた装置とすることができた。
また、装置の小型化により、被処理水の脱気をオンライ
ンで行うことができるので、本考案は、比較的小型のボ
イラー装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施態様を示す。第2図は本考案に
使用する脱気膜の一例の断面図を示す。 第3図は従来技術のボイラー装置である。 3:逆浸透膜モジュール、4:脱気膜モジュール 5:エジェクター、8:ボイラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // F22D 1/28 A 7526−3L (72)考案者 越水 大介 神奈川県横浜市戸塚区原宿町926 (56)参考文献 特開 平2−2802(JP,A) 特開 昭62−273095(JP,A) 特開 昭60−257803(JP,A) 大矢晴彦監修「純水・超純水製造法−要 素技術と応用システム−」(昭60−3− 20)幸書房P.149〜151

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】逆浸透分離膜モジュールと、脱気膜モジュ
    ールとを、被処理ラインに直列に設けた分離膜処理装置
    付き小型ボイラーであって、逆浸透膜を用いた分離装置
    の濃縮水流出口側にエジェクターの駆動水側を接続する
    とともに、前記脱気膜を用いた脱気装置の吸引配管にエ
    ジェクターの吸引側を接続し、逆浸透装置の濃縮水の残
    圧を用いて脱気装置を減圧し、かつ、前記脱気膜が、少
    なくとも多孔質支持体と、その上に設けた高分子均質層
    または緻密層からなることを特徴とする分離膜処理装置
    付き小型ボイラー。
  2. 【請求項2】脱気膜の酸素分離係数αが1.3以上であ
    ることを特徴とする請求項第(1)項の分離膜処理装置付
    き小型ボイラー。 (ただしα=QO/QNを示す。)
JP1988102819U 1988-08-03 1988-08-03 分離膜処理装置付き小型ボイラー Expired - Lifetime JPH0632239Y2 (ja)

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