JP5509021B2 - 分離膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、筒状の圧力容器内に複数本の膜エレメントが挿入された分離膜モジュールに関する。

従来、例えば海水淡水化処理や超純水の製造などに用いられる分離膜モジュールが知られている。例えば、特許文献１には、図１２および図１３に示すような分離膜モジュール１０が開示されている。この分離膜モジュール１０は、筒状の圧力容器１１と、圧力容器１１内に一列に挿入された複数本の膜エレメント１２とを備えている。そして、図１２中に矢印で示すように、分離膜モジュール１０の一方の端部から圧力容器１１内に原水が供給されると、その原水が膜エレメント１２の分離膜によって透過水と濃縮水とに分離され、それらが分離膜モジュール１０の他方の端部から別々に排出される。

各膜エレメント１２は、中心管の回りに巻き回された、分離膜を含む積層体と、この積層体を挟んで配置された一対の端部材１３とを有している。図１２および図１３に示す分離膜モジュール１０では、上流側の端部材１３に、膜エレメント１２と圧力容器１１の内周面との隙間を原水の上流側の圧力を利用してシールする断面略Ｕ字状のパッキン１５が装着されている。

パッキン１５は、上流側の圧力が作用していない自然体でも圧力容器１１の内周面の直径と同程度の外径を有している。このため、従来、膜エレメント１２を圧力容器１１内に挿入する際には、膜エレメント１２の自重によって押し潰されるパッキン１５を圧力容器１１の内周面と摩擦させながら膜エレメント１２を圧力容器１１内に押し込んでいた。

特開２００９−２２０１０４号公報

従来は外径が８インチの膜エレメントが主流であったが、近年では外径が１６〜２４インチと大型の膜エレメントが開発されてきている。しかしながら、このような大型の膜エレメントでは、圧力容器の内周面とパッキンとの接触面積が増大するとともに、膜エレメントの重量が増大する。このため、従来の分離膜モジュールの構造では膜エレメントを圧力容器内に挿入するのが困難である。

本発明は、このような事情に鑑み、膜エレメントを圧力容器内に容易に挿入することができる分離膜モジュールを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、筒状の圧力容器と、分離膜ならびにこの分離膜を挟んで配置された第１端部材および第２端部材を有し、前記圧力容器内に前記第１端部材と前記第２端部材とが当該圧力容器の軸方向に交互に並ぶように挿入された複数本の膜エレメントと、隣り合う前記第１端部材および前記第２端部材の一方または双方に装着された、通常時は、装着された前記第１端部材および／または前記第２端部材の最大径よりも内側に収まる環状のシール部材と、を備え、前記シール部材は、隣り合う膜エレメント同士の当接または前記圧力容器内への加圧流体の供給によって変形して前記圧力容器の内周面に密着する、分離膜モジュールを提供する。

なお、「通常時」とは、シール部材が第１端部材および／または第２端部材（以下、単に「端部材」という。）に装着されただけの自由な自然形状に保たれる状態、すなわち端部材に装着されたシール部材が外力によって変形していない状態をいう。

上記の構成によれば、通常時はシール部材が端部材の最大径よりも内側に収まるので、圧力容器の内周面上に端部材を滑らせながら膜エレメントを圧力容器内に容易に挿入することができる。そして、次の膜エレメントが正規の位置に配置される、または全ての膜エレメントが正規の位置に配置され、圧力容器内に原水が供給されると、シール部材が変形して膜エレメントと圧力容器の内周面との隙間がシールされる。

本発明の第１実施形態に係る分離膜モジュールの断面図 膜エレメントの一例であるスパイラル型膜エレメントの構成図 （ａ）は膜エレメント同士を連結する前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）は膜エレメント同士を連結した後の状態を示す拡大断面図 （ａ）は下流加圧型の分離膜モジュールにおける原水の流れを示す模式図、（ｂ）は上流加圧型の分離膜モジュールにおける原水の流れを示す模式図 第１実施形態の変形例の分離膜モジュールを示す図であり、（ａ）は膜エレメント同士を連結する前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）は膜エレメント同士を連結した後の状態を示す拡大断面図 本発明の第２実施形態に係る分離膜モジュールを示す図であり、（ａ）は膜エレメント同士を連結する前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）は膜エレメント同士を連結した後の状態を示す拡大断面図 第２実施形態の変形例の分離膜モジュールを示す図であり、（ａ）は膜エレメント同士を連結する前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）は膜エレメント同士を連結した後の状態を示す拡大断面図 本発明の第３実施形態に係る分離膜モジュールを示す図であり、（ａ）は膜エレメント同士を連結する前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）は膜エレメント同士を連結した後の状態を示す拡大断面図 膜エレメントの第１端部材および第２端部材にシール部材が装着された状態を示す側面図 変形例のシール部材の断面図 本発明の第４実施形態に係る分離膜モジュールを示す図であり、（ａ）は圧力容器内に原水が供給される前の状態を示す拡大断面図、（ｂ）は圧力容器内に原水が供給された後の状態を示す拡大断面図 従来の分離膜モジュールの断面図 図１２の要部拡大図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る分離膜モジュール１Ａを示す。この分離膜モジュール１Ａは、ベッセルと呼ばれる筒状の圧力容器７と、圧力容器７内に挿入された複数本の膜エレメント２とを備えている。

圧力容器７の両端には、円盤状のキャップ８，９が取り付けられている。一方（図１では左側）のキャップ８には、原水を圧力容器７内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。他方（図１では右側）のキャップ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。すなわち、圧力容器７内には、一方のキャップ８から他方のキャップ９に向かう原水の流れが形成される。なお、供給管８１および第２排出管９２は、圧力容器７に設けられていてもよい。

本実施形態では、膜エレメント２として、スパイラル型の逆浸透膜エレメントが用いられている。ただし、膜エレメント２は、例えばスパイラル型の限外濾過膜エレメントであってもよいし、その他の円筒形エレメントであってもよい。

各膜エレメント２は、集水管として機能する中心管２１と、中心管２１の回りに巻き回された積層体２２と、積層体２２を挟んで配置された第１端部材３および第２端部材４と、積層体２２を取り巻く外装材２８とを有している。第１端部材３および第２端部材４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。

本実施形態では、膜エレメント２が、圧力容器７内に、第１端部材３が上流側に位置し、第２端部材４が下流側に位置する向きで挿入されている。換言すれば、第１端部材３と第２端部材４は、圧力容器７の軸方向に交互に並んでいる。

また、本実施形態では、隣り合う膜エレメント２同士が、双方の膜エレメント７の中心管２１内に嵌り込む連結器６１によって、第１端部材３と第２端部材４とが密着した状態で、換言すれば隣り合う膜エレメント２同士が直接的に当接した状態で連結される。また、最上流側に位置する膜エレメント２における中心管２１の連結器６１と反対側の端部にはプラグ６２が取り付けられており、原水の中心管２１内への流入が阻止されている。さらに、最下流側に位置する膜エレメント２の中心管２１は、第２の連結器６３によって第１排出管９１と連結されている。

図２に示すように、各膜エレメント２の中心管２１には、内部に濾過水を流入させる複数の導入孔が形成されている。

積層体２２は、巻き回される方向が一方の対辺方向となる矩形状をなしており、透過水流路材２４の両面に分離膜２３が重ね合わされた膜部材と、原水流路材２５とを含む。膜部材は、一方向に開口する袋状となるように分離膜２３同士が３辺で接合されており、その開口が中心管２１の導入孔と連通している。透過水流路材２４は、例えば樹脂からなる網であり、互いに接合される分離膜同士の間に透過水を流すための流路を形成する。原水流路材２５は、例えば樹脂からなる網（透過水流路材２４よりも網目の大きな網）であり、巻き回される膜部材の周回部分同士の間に原水を流すための流路を形成する。

分離膜２３を構成する材料としては、低圧化に優れた芳香族ポリアミド系、透過性に優れたポリビニルアルコール系、ナノフィルトレーション膜に好適なスルホン化ポリエーテルスルホン系などが挙げられる。

図１に戻って、第１端部材３は、中心管２１の端部に外嵌される内側筒部３１と、内側筒部３１を離間しながら取り囲む、内側筒部３１と同心の外側筒部３２とを有している。内側筒部３１と外側筒部３２とは複数のリブまたは貫通孔が形成された環状板（双方とも図示せず）で連結されており、これにより内側筒部３１と外側筒部３２との間に第１端部材３を貫通して原水を流通させる流通口が構成されている。

第２端部材４は、第１端部材３と同様に、中心管２１の端部に外嵌される内側筒部４１と、内側筒部４１を離間しながら取り囲む、内側筒部４１と同心の外側筒部４２とを有している。内側筒部４１と外側筒部４２とは複数のリブまたは貫通孔が形成された環状板（双方とも図示せず）で連結されており、これにより内側筒部４１と外側筒部４２との間に第２端部材４を貫通して原水を流通させる流通口が構成されている。

第１端部材３のうちで第２端部材４と隣接する第１端部材３（すなわち、最上流側に位置する膜エレメント２以外の膜エレメント２の第１端部材３）には、環状のシール部材５Ａが装着されている。最上流側に位置する膜エレメント２の第１端部材３には、従来と同じ断面略Ｕ字状のパッキン１５が装着されている。本実施形態では、最上流側に位置する膜エレメント２の第１端部材３も他の第１端部材３と同じ形状に形成されている。

一方、第２端部材４のうちで第１端部材３と隣接する第２端部材４（すなわち、最下流側に位置する膜エレメント２以外の膜エレメント２の第２端部材４）には、シール部材５Ａを押圧する押圧部４０（図３（ａ）および（ｂ）参照）が設けられている。本実施形態では、最下流側に位置する膜エレメント２の第２端部材４も他の第２端部材４と同じ形状に形成されている。ただし、最下流側に位置する膜エレメント２の第２端部材４は、押圧部４０を有していない形状（例えば、第１端部材３と同じ形状）であってもよい。

次に、図３（ａ）および（ｂ）を参照して、シール部材５Ａ周辺の構成を詳細に説明する。

第１端部材３の外側筒部３２は、外装材２８の内部に嵌り込むガイド部３３と、外装材２８の軸方向の動きを規制する鍔部３４とを有している。鍔部３４は外装材２８よりも径方向外側に張り出しており、この鍔部３４の外周面によって第１端部材３の最大径が規定されている。また、鍔部３４は、外装材２８と反対側を向く外端面を有しており、この外端面によってシール部材５Ａが第２端部材４と反対側から支持される。

また、外側筒部３２は、シール部材５Ａを内側から保持する細径部３５と、細径部３５の先端から径方向外側に突出してシール部材５Ａが細径部３５から抜けることを防止する突出部３６とを有している。換言すれば、鍔部３４、細径部３５、および突出部３６によって、周方向に延びるシール部材５Ａ装着用の溝が形成されている。

シール部材５Ａは、第１端部材３に装着されただけの自由な自然形状に保たれる状態では（通常時は）第１端部材３の最大径よりも内側に収まるような外径を有している。すなわち、自然体でのシール部材５Ａの外径は、第１端部材３の最大径よりも僅かに小さい。そして、シール部材５Ａは、隣り合う膜エレメント２同士の当接によって変形して圧力容器７の内周面７ａに密着する。

本実施形態で用いられるシール部材５Ａは、中空の弾性体を例示するが、中空でなくてもよい。シール部材５Ａの断面形状は、円形状であることが好ましいが、多角形状であってもよい。シール部材５Ａを構成する材料としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）などの合成ゴム、あるいは天然ゴムなどを用いることができる。また、シール部材５Ａの硬さは、ショア硬度で３０〜８０の範囲内が好ましく、４０〜６０の範囲内がより好ましい。硬度が高すぎると押圧時に割れやすくなり、硬度が低すぎると流体の圧力に耐えきれずにシール機能が不十分になる。

一方、第２端部材４の外側筒部４２は、外装材２８の内部に嵌り込むガイド部４３と、外装材２８の軸方向の動きを規制する鍔部４４とを有している。鍔部４４は外装材２８よりも径方向外側に張り出しており、この鍔部４４の外周面によって第２端部材４の最大径が規定されている。なお、第２端部材４の最大径は、第１端部材３の最大径と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

外側筒部４２には、第１端部材３に装着されたシール部材５Ａと対応する位置で第１端部材３と対向する端面から突出する筒状の突出部が一体的に成形されており、この突出部によって上述した押圧部４０が構成されている。押圧部４０は、外側筒部４２の端面と平行でフラットな先端面を有している。すなわち、押圧部４０は、図３（ｂ）に示すように、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときに、シール部材５Ａを圧力容器７の軸方向に押圧してその方向に押しつぶすように変形させ、シール部材５Ａを圧力容器７の内周面７ａに押し付ける。

さらに、本実施形態では、第１端部材３と第２端部材４との間に、膜エレメント２を通過した原水を膜エレメント２の周囲に導くための流路２０が形成されている。流路２０は、例えば第１端部材３の外側筒部３２における第２端部材４と対向する端面に形成された溝で構成することができる。

また、押圧部４０には、当該押圧部４０を径方向に貫通する貫通孔が設けられており、この貫通孔によって、膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの間の空間を流路２０と連通する連通路４０ａが構成されている。このため、分離膜モジュール１Ａは、図４（ａ）に示すように、個々の膜エレメント２の外装材２８の外面にその膜エレメント２を通過した後の原水の圧力を作用させる下流加圧型の分離膜モジュールとなっている。これにより、原水の圧力が急激に上昇する運転開始時などに、膜エレメント２の内外で大きな圧力差が生じることを防いで、膜エレメント２が破損するのを防ぐことができる。なお、連通路４０ａは、押圧部４０を複数の円弧状のピースに分割し、それらのピース同士の間に形成される隙間で構成してもよい。

以上説明した本実施形態の分離膜モジュール１Ａでは、通常時はシール部材５Ａが第１端部材３の最大径よりも内側に収まるので、圧力容器７の内周面７ａ上に第１端部材３を滑らせながら膜エレメント２を圧力容器７内に容易に挿入することができる。そして、次の膜エレメント２が正規の位置に配置されると、シール部材５Ａが変形して膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの隙間がシールされる。

＜変形例＞
膜エレメント２は、圧力容器７内に、前記実施形態とは逆に第１端部材３が下流側に位置し、第２端部材４が上流側に位置する向きで挿入されていてもよい。この場合には、図４（ｂ）に示すように、個々の膜エレメント２の外装材２８の外面にその膜エレメント２を通過する前の原水の圧力を作用させる上流加圧型の分離膜モジュールを実現することができる。なお、その場合には、図４（ｂ）に示すように、最下流側に位置する膜エレメント２の第１端部材３に従来と同じパッキン１５を装着すればよい。

あるいは、原水の圧力を徐々に上昇させる場合や、原水にかけられる操作圧力が小さな場合には、第１端部材３と第２端部材４との間に流路２０が形成されておらず、押圧部４０に連通路４０ａが設けられていなくてもよい。

また、前記実施形態では、第１端部材３と第２端部材４が密着する状態で隣り合う膜エレメント２同士が連結されていたが、隣り合う膜エレメント２同士は、図１２に示す従来の分離膜モジュール１０と同様に、中心管２１に外側から嵌合する連結器によって第１端部材３と第２端部材４とが離間した状態で連結されてもよい。すなわち、隣り合う膜エレメント２同士は必ずしも直接的に当接する必要はなく、連結器を介して当接してもよい。この場合には、第１端部材３と第２端部材４との間に形成される隙間によって、膜エレメント２を通過した原水を膜エレメント２の周囲に導くための流路２０が構成される。

また、前記実施形態では、押圧部４０が第２端部材４に一体的に成形された突出部で構成されていたが、第２端部材４に設けられる押圧部４０は、図５（ａ）および（ｂ）に示す変形例の分離膜モジュール１Ｂのように、第２端部材４に支持された別部材で構成されていてもよい。

具体的に、分離膜モジュール１Ｂでは、第２端部材４の外側筒部４２が、第１端部材３の外側筒部３２の鍔部３４、細径部３５、および突出部３６と同形状の鍔部４４、細径部４５、および突出部４６を有している。そして、押圧部４０は、突出部４６で内側から保持される筒状の部材で構成されており、鍔部４４の外装材２８と反対側を向く外端面によって第１端部材３と反対側から支持される。

このようにすれば、第１端部材３と第２端部材４とを対称な形状または共通部品とすることが可能になり、製造コストを低減することができる。

（第２実施形態）
次に、図６（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る分離膜モジュール１Ｃを説明する。なお、本実施形態では、上述した構成と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。この点は、後述する実施形態でも同様である。

本実施形態で用いられるシール部材５Ｂは、中実の弾性体を例示するが、中空弾性体を用いてもよい。シール部材５Ａの断面形状は、円形状であることが好ましいが、多角形状であってもよい。なお、シール部材５Ｂとして使用可能な材料や好ましい硬さは、第１実施形態と同様である。

シール部材５Ｂは、第１実施形態のシール部材５Ａと同様に、第１端部材３に装着されただけの自由な自然形状に保たれる状態では（通常時は）第１端部材３の最大径よりも内側に収まるような外径を有している。すなわち、自然体でのシール部材５Ｂの外径は、第１端部材３の最大径よりも僅かに小さい。そして、シール部材５Ｂは、隣り合う膜エレメント２同士の当接によって変形して圧力容器７の内周面７ａに密着する。

第２端部材４の外側筒部４２には、第１実施形態と同様に、第１端部材３に装着されたシール部材５Ｂと対応する位置で第１端部材３と対向する端面から突出する筒状の突出部が一体的に成形されており、この突出部によって押圧部４０が構成されている。本実施形態では、押圧部４０の外周面が外側筒部４２の端面から離れるにつれて縮径するテーパー面となっている。すなわち、押圧部４０は、図６（ｂ）に示すように、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときに、シール部材５Ｂを径方向外側に押圧して拡径させるように変形させ、シール部材５Ｂを圧力容器７の内周面７ａに押し付ける。

また、押圧部４０には、第１実施形態と同様に、第１端部材３と第２端部材４との間に形成された、膜エレメント２を通過した原水を膜エレメント２の周囲に導くための流路２０を、膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの間の空間と連通する連通路４０ａが設けられている。

本実施形態の分離膜モジュール１Ｃでも、第１実施形態の分離膜モジュール１Ａと同様の効果を得ることができる。

＜変形例＞
第２端部材４に設けられる押圧部４０は、第１実施形態の変形例と同様に、図７（ａ）および（ｂ）に示す変形例の分離膜モジュール１Ｄのように、第２端部材４に支持された別部材で構成されていてもよい。なお、第１実施形態で説明したその他の変形例が第２実施形態に適用可能であることは言うまでもない。

（第３実施形態）
次に、図８（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第３実施形態に係る分離膜モジュール１Ｅを説明する。

本実施形態では、第１端部材３と第２端部材４とが略対称な形状を有しており、隣り合う第１端部材３および第２端部材４に、当該第１端部材３および第２端部材４に跨って環状のシール部材５Ｃが装着されている。具体的には、第１端部材３に、鍔部３４、細径部３５、および突出部３６によって周方向に延びるシール部材５Ｃ装着用の溝が形成されているとともに、第２端部材４に、鍔部４４、細径部４５、および突出部４６によって周方向に延びるシール部材５Ｃ装着用の溝が形成されている。

シール部材５Ｃは、第１端部材３および第２端部材４に装着されただけの自由な自然形状に保たれる状態では（通常時は）第１端部材３および第２端部材４の最大径よりも内側に収まるような外径を有している。すなわち、自然体でのシール部材５Ｃの外径は、第１端部材３および第２端部材４の最大径よりも僅かに小さい。そして、図８（ｂ）に示すように、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときに、シール部材５Ｃは、第１端部材３および第２端部材４によって径方向外側に張り出すように押しつぶされて、圧力容器７の内周面７ａに押し付けられる。すなわち、シール部材５Ｃは、第１実施形態および第２実施形態と同様に、隣り合う膜エレメント２同士の当接によって変形して圧力容器７の内周面７ａに密着する。

具体的に、シール部材５Ｃは、断面矩形状の第１リング部５１と、第１リング部５１と同一の断面形状の第２リング部５２と、第１リング部５１と第２リング部５２とを径方向外側に膨らみながら橋架する橋架部５３とを有している。

第１リング部５１は、鍔部３４、細径部３５および突出部３６によって形成される溝に挿入されることにより第１端部材３に保持される。第２リング部５２は、鍔部４４、細径部４５および突出部４６によって形成される溝に挿入されることにより第２端部材４に保持される。そして、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときには、第１リング部５１が第１端部材３の鍔部３４における外装材２８と反対側を向く外端面によって圧力容器の一方（上流側）に向かって押圧され、第２リング部５２が第２端部材４の鍔部４４における外装材２８と反対側を向く外端面によって圧力容器の他方（下流側）に向かって押圧される。

橋架部５３は、シール部材５Ｃの軸方向において、突出部３６と突出部４６の合計厚さよりも十分に長い長さを有している。そして、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときには、橋架部５３が径方向外側に膨らむように変形し、橋架部５３の中央が圧力容器７の内周面７ａに押し付けられる。

橋架部５３には、中央よりも上流側の位置に、第１端部材３と第２端部材４との間に形成された、膜エレメント２を通過した原水を膜エレメント２の周囲に導くための流路２０を、膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの間の空間と連通する複数の貫通孔５３ａが設けられている。このため、第１実施形態と同様に、分離膜モジュール１Ｅは、図４（ａ）に示すような下流加圧型の分離膜モジュールとなっている。なお、貫通孔５３ａが橋架部５３の中央よりも下流側の位置に設けられていれば、図４（ｂ）に示すような上流加圧型の分離膜モジュールを実現することができる。また、貫通孔５３ａは、図９に示すように、同一円周上に等角度間隔で配置されていることが好ましい。

本実施形態の分離膜モジュール１Ｅでは、圧力容器７内へ膜エレメント２を挿入する際には、隣り合う膜エレメント２同士が一定距離を隔てて離間する状態を維持しながら挿入作業を行う。例えば、下流側の膜エレメント２を引き込みながら上流側の膜エレメント２を押し込む。

以上説明した本実施形態の分離膜モジュール１Ｅでは、通常時はシール部材５Ｃが第１端部材３および第２端部材４の最大径よりも内側に収まるので、圧力容器７の内周面７ａ上に第１端部材３および第２端部材４を滑らせながら膜エレメント２を圧力容器７内に容易に挿入することができる。そして、次の膜エレメント２が正規の位置に配置されると、シール部材５Ｃが変形して膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの隙間がシールされる。

＜変形例＞
なお、シール部材５Ｃの橋架部５３は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように必ずしも円弧状の断面形状を有している必要はなく、例えば図１０に示すようにＶ字状の断面形状を有していてもよい。

（第４実施形態）
次に、図１１（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明の第４実施形態に係る分離膜モジュール１Ｆを説明する。

本実施形態の分離膜モジュール１Ｆは、シール部材５Ｄの形状を除き、第３実施形態の分離膜モジュール１Ｅと同様の構成を有している。本実施形態で用いられるシール部材５Ｄは、第１端部材３および第２端部材４に装着された後に隣り合う膜エレメント２同士が連結されただけでは殆ど変形しないように構成されている。

シール部材５Ｄは、第１端部材３および第２端部材４に装着されただけの自由な自然形状に保たれる状態では（通常時は）第１端部材３および第２端部材４の最大径よりも内側に収まるような外径を有している。すなわち、自然体でのシール部材５Ｄの外径は、第１端部材３および第２端部材４の最大径よりも僅かに小さい。そして、図１１（ｂ）に示すように、隣り合う膜エレメント２同士が連結された後に、圧力容器７の軸方向の一方（本実施形態では上流側）からかかる圧力が圧力容器７の軸方向の他方（本実施形態では下流側）からかかる圧力よりも大きくなったときに、シール部材５Ｄは、径方向外側に張り出すように変形して、圧力容器７の内周面７ａに押し付けられる。すなわち、シール部材５Ｄは、圧力容器７内への原水（加圧流体）の供給によって変形して圧力容器７の内周面７ａに密着する。

具体的に、シール部材５Ｄは、断面矩形状の第１リング部５１と、第１リング部５１と同一の断面形状の第２リング部５２と、第１リング部５１と第２リング部５２とを橋架する橋架部５３とを有している。

第１リング部５１は、鍔部３４、細径部３５および突出部３６によって形成される溝に挿入されることにより第１端部材３に保持される。第２リング部５２は、鍔部４４、細径部４５および突出部４６によって形成される溝に挿入されることにより第２端部材４に保持される。

橋架部５３は、シール部材５Ｄの軸方向において、シール部材５Ｄの自然長が、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときの第１端部材３の鍔部３４と第２端部材４の鍔部４４との間の距離と略同じになる程度の長さを有している。すなわち、隣り合う膜エレメント２同士が連結されて当接したときには、橋架部５３は殆ど変形しない。なお、図例では、橋架部５３は、中央が径方向外側に膨らむように湾曲しているが、シール部材５Ｄの軸方向に平行な筒状であってもよい。

橋架部５３の外周面には、拡径しながら圧力容器７の軸方向の一方（本実施形態では上流側）に延びる拡径部５４が設けられている。なお、本実施形態では、橋架部５３の外周面に、拡径部５４と対称な形状の第２の拡径部５５が、拡径部５４と連続して設けられている。ただし、シール部材５Ｄは、第２の拡径部５５を有しない断面略Ｙ字型であってもよい。

また、橋架部５３には、拡径部５４がつながる位置から拡径部５４が延びる方向と反対側（圧力容器７の軸方向の他方側）に位置する部分に、第１端部材３と第２端部材４との間に形成された、膜エレメント２を通過した原水を膜エレメント２の周囲に導くための流路２０を、膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの間の空間と連通する複数の貫通孔５３ａが設けられている。このため、第１実施形態とは逆に、分離膜モジュール１Ｆは、図４（ｂ）に示すような上流加圧型の分離膜モジュールとなっている。

拡径部５４は、橋架部５３との間に上流側に向かって開く開口を形成しており、図１１（ｂ）に示すように、その開口内に上流側から原水が流入すると、径方向外側に広がるように変形し、拡径部５４の先端が圧力容器７の内周面７ａに押し付けられる。なお、拡径部５４が変形するのと同時に、上流側と下流側の圧力差によって第２リング部５２が下流側に位置ずれするとともに、橋架部５３が僅かに径方向外側に膨らむように変形する。

本実施形態の分離膜モジュール１Ｆでは、圧力容器７内へ膜エレメント２を挿入する際には、圧力容器７の軸方向の一方（上流側または下流側）から、膜エレメント２を押し込むことができる。

以上説明した本実施形態の分離膜モジュール１Ｆでは、通常時はシール部材５Ｄが第１端部材３および第２端部材４の最大径よりも内側に収まるので、圧力容器７の内周面７ａ上に第１端部材３および第２端部材４を滑らせながら膜エレメント２を圧力容器７内に容易に挿入することができる。そして、全ての膜エレメント２が正規の位置に配置され、圧力容器７内に原水が供給されると、シール部材５Ｄが変形して膜エレメント２と圧力容器７の内周面７ａとの隙間がシールされる。

＜変形例＞
なお、膜エレメント２が圧力容器７内に、第１端部材３が下流側に位置し、第２端部材４が上流側に位置する向きで挿入される場合には、拡径部５４が橋架部５３との間に下流側に向かって開く開口を形成し、貫通孔５３ａがその反対側に位置するようになる。この場合には、図４（ａ）に示すような下流加圧型の分離膜モジュールを実現することができる。

１Ａ〜１Ｆ 分離膜モジュール
２ 膜エレメント
２０ 流路
２１ 中心管
２２ 分離膜
３ 第１端部材
４ 第２端部材
４０ 押圧部
４０ａ 貫通孔
５Ａ〜５Ｄ シール部材
５１ 第１リング部
５２ 第２リング部
５３ 橋架部
５３ａ 貫通孔
５４ 拡径部
７ 圧力容器
７ａ 内周面

Claims (10)

1. 筒状の圧力容器と、
   分離膜ならびにこの分離膜を挟んで配置された第１端部材および第２端部材を有し、前記圧力容器内に前記第１端部材と前記第２端部材とが当該圧力容器の軸方向に交互に並ぶように挿入された複数本の膜エレメントと、
   隣り合う前記第１端部材および前記第２端部材の一方または双方に装着された、通常時は、装着された前記第１端部材および／または前記第２端部材の最大径よりも内側に収まる環状のシール部材と、を備え、
   前記シール部材は、隣り合う膜エレメント同士の当接または前記圧力容器内への加圧流体の供給によって変形して前記圧力容器の内周面に密着する、分離膜モジュール。
2. 前記シール部材は、前記第１端部材のうちで前記第２端部材と隣接する前記第１端部材に装着されており、
   前記第２端部材のうちで前記第１端部材と隣接する第２端部材には、隣り合う前記膜エレメント同士が当接したときに前記シール部材を押圧することにより前記シール部材を変形させて前記圧力容器の内周面に押し付ける押圧部が設けられている、請求項１に記載の分離膜モジュール。
3. 前記押圧部は、前記第２端部材に一体的に成形された突出部で構成されている、請求項２に記載の分離膜モジュール。
4. 前記押圧部は、前記第２端部材に支持された別部材で構成されている、請求項２に記載の分離膜モジュール。
5. 前記第１端部材と前記第２端部材との間には、前記膜エレメント内を通過した原水を前記膜エレメントの周囲に導くための流路が形成されており、
   前記押圧部には、前記膜エレメントと前記圧力容器の内周面との間の空間を前記流路と連通する連通路が設けられている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
6. 前記シール部材は、隣り合う前記第１端部材および前記第２端部材にこれらに跨って装着されており、隣り合う前記膜エレメント同士が当接したときに前記第１端部材および前記第２端部材によって径方向外側に張り出すように押しつぶされて前記圧力容器の内周面に押し付けられるように構成されている、請求項１に記載の分離膜モジュール。
7. 前記シール部材は、前記第１端部材に保持される第１リング部と、前記第２端部材に保持される第２リング部と、前記第１リング部と前記第２リング部とを径方向外側に膨らみながら橋架する橋架部とを有している、請求項６に記載の分離膜モジュール。
8. 前記第１端部材と前記第２端部材との間には、前記膜エレメント内を通過した原水を前記膜エレメントの周囲に導くための流路が形成されており、
   前記シール部材の前記橋架部には、前記膜エレメントと前記圧力容器の内周面との間の空間を前記流路と連通する貫通孔が設けられている、請求項７に記載の分離膜モジュール。
9. 前記シール部材は、隣り合う前記第１端部材および前記第２端部材にこれらに跨って装着されており、前記圧力容器の軸方向の一方からかかる圧力が前記圧力容器の軸方向の他方からかかる圧力より大きくなったときに径方向外側に張り出すように変形して前記圧力容器の内周面に押し付けられるように構成されており、
   前記第１端部材と前記第２端部材との間には、前記膜エレメント内を通過した原水を前記膜エレメントの周囲に導くための流路が形成されており、
   前記シール部材には、前記膜エレメントと前記圧力容器の内周面との間の空間を前記流路と連通する貫通孔が設けられている、請求項１に記載の分離膜モジュール。
10. 前記シール部材は、前記第１端部材に保持される第１リング部と、前記第２端部材に保持される第２リング部と、前記第１リング部と前記第２リング部とを橋架する橋架部と、前記橋架部の外周面に設けられた、拡径しながら前記圧力容器の軸方向の一方に延びる拡径部とを有しており、
    前記貫通孔は、前記橋架部における前記拡径部がつながる位置から前記圧力容器の軸方向の他方側に位置する部分に形成されている、請求項９に記載の分離膜モジュール。

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