CN117897219A

CN117897219A - 中空纤维膜组件单元

Info

Publication number: CN117897219A
Application number: CN202280056539.1A
Authority: CN
Inventors: 中岛直纪; 樋垣道隆; 市村凉; 藤井纮平
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2042-08-18
Also published as: WO2023022208A1; AU2022330672B2; JP7359315B2; KR102765085B1; US20240325980A1; KR20240046493A; EP4368281A1; EP4368281A4; JPWO2023022208A1; AU2022330672A1; CN117897219B

Abstract

本发明涉及中空纤维膜组件单元，是在两端部设置有集管盖的多个中空纤维膜元件并列地成列而构成的中空纤维膜组件单元，其特征在于，在中空纤维膜元件的透过液侧安装的相邻的所述集管盖彼此的连接是通过侧密封连接及基于支承杆的连接而进行的。

Description

中空纤维膜组件单元

技术领域

本发明涉及由多个中空纤维膜组件构成的中空纤维膜组件单元。

背景技术

加压型中空纤维膜组件具有节能、省空间的特长，因此在各种各样的领域中扩大着使用。例如，在专利文献1、专利文献2中提出了设置的省空间化的方法，在专利文献2中公开了将多个中空纤维膜组件收纳于单元架并将组件盖和集管经由挠性软管而连接的中空纤维膜组件单元的构造。

相对于此，在专利文献3中公开了特征在于使用将组件盖和集管一体化而成的集管盖的中空纤维膜组件单元的构造。而且，示出了中空纤维膜组件与集管盖的连接方法、向连接部施加的轴力的抑制方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2013-52386号公报

专利文献2：日本国特开2009-28716号公报

专利文献3：欧洲专利第1743690号说明书

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献3中，未示出集管盖彼此的连接方法、向集管盖彼此的连接部施加的轴力的抑制方法。

本发明的目的在于，提供能够实现容许构件的尺寸误差、确保良好的组装性和抑制因向集管盖彼此的连接部施加的轴力而产生的集管盖的移位、变形、破损的兼顾的中空纤维膜组件单元。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述课题，具有以下的构成。

(1)一种中空纤维膜组件单元，是在两端部安装有集管盖的多个中空纤维膜元件并列地成列而构成的中空纤维膜组件单元，其特征在于，在所述中空纤维膜元件的透过液侧安装的相邻的所述集管盖彼此的连接是通过覆盖抵接面的外周的侧密封连接而进行的，处于所述列的至少两端的所述集管盖由支承杆固定。

(2)根据(1)所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，相邻的所述集管盖彼此的连接是通过覆盖抵接面的外周的侧密封连接及基于支承杆的连接而进行的。

(3)根据(1)或(2)所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，所述侧密封连接是在所述集管盖的连接部的外周部设置槽的槽形式的连接。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，所述支承杆隔着所述集管盖而位于所述中空纤维膜元件的相反侧。

(5)根据(1)～(4)中任一项所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，所述支承杆相对于所述集管盖成2列地设置。

发明效果

本发明的中空纤维膜组件单元在使用将组件盖和集管一体化而成的集管盖时，通过将集管盖彼此的连接利用覆盖抵接面的外周的侧密封连接及基于支承杆的连接来进行，能够容许构成中空纤维膜组件单元的各构件的尺寸误差，能够一边确保良好的组装性一边抑制作用于集管盖的移位、变形。

附图说明

图1示出本发明的中空纤维膜组件单元的一实施方式，图1的(a)是概略立体图，图1的(b)是概略立体图。

图2是示出在本发明中使用的中空纤维膜元件的一实施方式的概略剖视图。

图3是示出在本发明中使用的集管盖的一实施方式的概略立体图。

图4示出在本发明中使用的集管盖彼此的连接方法的一实施方式，图4的(a)是概略立体图，图4的(b)是概略剖视图。

图5是示出利用本发明的中空纤维膜组件单元进行的过滤的一实施方法的概略流程图。

图6是示出利用本发明的中空纤维膜组件单元进行的逆洗的一实施方法的概略流程图。

图7是示出利用本发明的中空纤维膜组件单元进行的空洗的一实施方法的概略流程图。

图8是示出在本发明中使用的中空纤维膜元件的侧喷嘴的配置的一实施方式的概略俯视图。

具体实施方式

本发明的中空纤维膜组件单元是在两端部安装有集管盖的多个中空纤维膜元件并列地成列而构成的中空纤维膜组件单元，其特征在于，

在所述中空纤维膜元件的透过液侧安装的相邻的所述集管盖彼此的连接是通过覆盖抵接面的外周的侧密封连接而进行的，处于所述列的至少两端的所述集管盖由支承杆固定。

参照附图在以下说明本发明的中空纤维膜组件单元。

使用图1的(a)的概略立体图和图1的(b)的概略立体图来说明本发明的中空纤维膜组件单元1的一实施方式。本发明的中空纤维膜组件单元1是多个中空纤维膜元件2排成2列的构成。在中空纤维膜元件2的一方的端部，通过元件接头4a而安装有T字形状的集管盖3a。并且，在另一方的端部，通过元件接头4b而安装有T字形状的集管盖3b。另外，在同一列中相邻的集管盖3a彼此由集管盖接头5a连接。同样，集管盖3b彼此由集管盖接头5b连接。在此，成为了一列的多个集管盖3a中的几个通过螺栓等而与台座6紧固连结。另一方面，成为了一列的多个集管盖3b中的几个通过螺栓等而与支承杆7紧固连结。

另外，处于中空纤维膜元件2的侧面的侧喷嘴24通过侧喷嘴接头9而与弯曲成90°的形状的长弯头8的一端连接。此时，长弯头8的另一方的端部以与中空纤维膜元件长度方向的集管盖3b侧的端部平行地开口的方式设置。即，以向Z轴方向的正的朝向开口的方式设置。而且，长弯头8的另一方的端部通过长弯头接头11而与在直管的外周面具有多个分支部的歧管10连接。在此，歧管10在排成2列的集管盖3b之间的Z轴方向上部以与列平行的方式配置。此时，歧管10在通过螺栓等而紧固连结于所述支承杆7且以跨越2列的方式安装于所述支承杆7的歧管底座12上嵌入设置。

另外，在排成2列的中空纤维膜元件2之间配置有直管形状的空气管(air pipe)13。在空气管13的外周面设置有与连接的集管盖3a相同数量的贯通孔。并且，该贯通孔全部与设置于集管盖3a的空气注入用贯通孔33(参照图3)经由空气导管(air tube)14而分别连接。此时，空气管13在以跨越排成2列的中空纤维膜元件2的方式嵌入设置的空气管底座15上嵌入设置。

在此，元件接头4a、4b只要能够与O型圈、垫圈等密封件(未图示)配合来液密地将中空纤维膜元件2和集管盖3a、3b的分支部的端部32(参照图3)连接，则能够选择任意的接头。其中，从能够将中空纤维膜元件2和集管盖3a、3b在轴向上以使其接触的形式紧固连结、能够抑制紧固连结部的松动和与其相伴的破损的观点出发，优选使用V型带式连接器。另外，其材质能够根据使用状况、所需强度而任意地选择，但从耐压性、耐腐蚀性的观点出发，优选为SUS304、SUS316。

侧喷嘴接头9、长弯头接头11只要能够与密封件(未图示)配合来液密地将长弯头8和中空纤维膜元件2、歧管10连接，则能够选择任意的接头。其中，从能够容许因中空纤维膜元件2、集管盖3a所具有的尺寸误差而产生的组装误差的观点出发，优选使用能够改变连接长度的侧密封连接，可举出槽接头连接、ヴィクトリックジョイント连接(注册商标)、ストラブカップリング(注册商标)连接等作为合适的例子。另外，其材质能够根据使用状况、所需强度而任意地选择，但从耐压性、成本、重量、成形性的观点出发，优选为玻璃纤维强化塑料。

台座6只要具有能够设置集管盖3a的座面、螺栓插通孔，则可以是任意的形状，也可以适当设置用于向地板面、地基等固定的锚固螺栓插通孔等。另外，在图1中，成为了在1个台座6装载1列6根中空纤维膜元件的构成，但能够根据中空纤维膜元件2的所需根数而适当变更形状并任意地选择装载数。可以如图1那样相对于1列的中空纤维膜元件使用1个台座6，也可以相对于2列使用1个台座6。

长弯头8只要能够将中空纤维膜元件2和歧管10连接，则能够任意地选择形状及材质。例如，可举出金属配管、塑料配管、挠性软管等作为其候补。其中，优选为能够将中空纤维膜元件2和歧管10刚性连接且成本也便宜、重量也轻的塑料配管。具体而言，从耐久性的观点出发，尤其优选PVC(聚氯乙烯)作为材质。

在此，使用图2的概略剖视图来说明在本发明中使用的中空纤维膜元件2的一实施方式。中空纤维膜元件2由用多个中空纤维膜21构成的中空纤维膜束和将中空纤维膜束内包的筒状容器22构成。中空纤维膜束和筒状容器22的两端部分别通过灌封材料23a和23b而液密地粘接固定。灌封材料23a在其长度方向上具有贯通孔。另外，在灌封材料23a中，中空纤维膜21的端部被埋没、密封于灌封材料23a内。另一方面，在灌封材料23b中，中空纤维膜21的端部以在中空纤维膜元件2的透过液侧的端部26处开口的方式制作。另外，在筒状容器22的长度方向的灌封材料23b侧的侧面设置有侧喷嘴24。在从中空纤维膜的外周面向内周方向进行过滤的外压式过滤的情况下，中空纤维膜元件2从处于原液侧的端部25的灌封材料23a的贯通孔导入加压后的原液，将由中空纤维膜21过滤后的透过液从灌封材料23b的端部26排出。另一方面，未被过滤的浓缩液、清洗用的空气等从侧喷嘴24排出。

在此，使用图3的概略立体图来说明在本发明中使用的集管盖3a、3b的一实施方式。集管盖3a、3b呈T字形状，向直管部的端部31和分支部的端部32这3个方向开口。另外，在集管盖3a的侧面另外设置有1个空气注入用贯通孔33。空气注入用贯通孔33最好以容易与空气导管14连接的方式适当进行切削螺纹等加工。另外，集管盖3a、3b的分支部的端部32的相反侧的端部呈平坦的形状。通过在此处设置螺栓孔34且使用该孔，能够通过螺栓等而与台座6、支承杆7紧固连结。另外，其材质优选为能够将其复杂形状通过注射成形而制作、成本也便宜、重量也轻的塑料。其中，从耐久性、耐候性、强度的观点出发，尤其优选PVC。

在此，使用图4的(a)的概略立体图和图4的(b)的概略剖视图来说明在本发明中使用的集管盖彼此的连接方法的一实施方式。在图4的(a)、(b)中，以集管盖3b为例来进行说明，但关于集管盖3a也能够同样地说明。相邻的集管盖3b彼此以使其直管部的端部31彼此面对面的方式配置，以覆盖其抵接面的外周的方式设置、连接集管盖接头5b。在集管盖3b与集管盖接头5b之间，需要设置作为用于确保液密性的密封构件的橡胶圈16。集管盖接头5b从能够容许因中空纤维膜元件2、集管盖3b等所具有的尺寸误差而产生的组装误差的观点出发，使用能够改变连接长度的侧密封连接。即，如图4的(b)所示，若使用侧密封连接，则即使是在相邻的集管盖3b的直管部的端部31彼此之间存在间隙的状态也能够连接，因此，只要为能够连接的距离的范围内，就能够容许因组装误差而产生的间隙距离的增减。

在此，侧密封连接是指如ヴィクトリック公司制的ヴィクトリックジョイント(注册商标)所代表的那样以覆盖连接配管的抵接面的外周的方式进行密封的壳体型的连接。在其连接形式中，存在在配管具有槽的槽形式、具有凸部的肩形式、环形式、ストラブカップリング(注册商标)等。其中，作为在本发明中使用的侧密封连接，由于在作为连接对象的集管盖的成形的容易性、成本上优异且组装长度、角度的容许范围广，所以优选为在集管盖的连接部的外周部设置槽的槽形式的连接。另外，集管盖接头5b的材质能够根据使用状况、所需强度而任意地选择，但从耐压性、成本、重量、成形性的观点出发，优选为玻璃纤维强化塑料。

然而，在仅通过侧密封连接进行了连接的情况下，通过由中空纤维膜组件单元运转时的压力、液流引起的载荷，集管盖3b会在其直管部的长度方向(图的箭头35的方向)上移位。即，集管盖3b彼此分离、间隙扩大的方向的载荷进行作用而移动。若集管盖3b这样移动，则集管盖3b自身、与集管盖3b连接的中空纤维膜元件2、其他的构件有可能变形且破损。

本发明的中空纤维膜组件单元1在能够一边通过使用侧密封连接来确保组装的容易性一边通过使用支承杆7来抑制集管盖3b的移位、变形上具有特征。具体而言，以跨越相邻的集管盖3b彼此的方式，沿着集管盖3b的分支部的端部32的相反侧的平坦的面设置支承杆7。而且，通过使用螺栓孔34而将集管盖3b和支承杆7利用螺栓等紧固连结。由此，相邻的集管盖3b彼此能够经由支承杆7而刚性连接，能够抑制向箭头35的方向(集管盖的移动方向)的移位。

此时，成列的集管盖中的至少处于两端的集管盖需要与支承杆7紧固连结。另一方面，关于除了两端之外的集管盖与支承杆的紧固连结，考虑中空纤维膜组件的尺寸及其组装性、成本而适当决定紧固连结部位即可，但从破损抑制的观点出发，优选所有集管盖分别与支承杆7紧固连结。即，相邻的集管盖彼此的连接优选通过覆盖抵接面的外周的侧密封连接及基于支承杆的连接而进行。

在此，在图4的(a)中，支承杆7为跨越多个集管盖3b那样的长度，但只要是能够抑制集管盖3b的移位的构成，则其长度不限。只要能够实现能够抑制移位的紧固连结状态即可，例如，支承杆7也可以针对相邻的集管盖3b的每个连结部设置。另外，支承杆7的根数、形状、配置位置只要是能够抑制集管盖3b的移位、变形、连接部的泄漏的范围，则能够任意地选择。

在图4的(a)中，示出了相对于集管盖3b的上部的平坦的面而在与其直管部的长度方向垂直的两端部配置2根支承杆7的构成。从集管盖3b的移位抑制、连接部的泄漏防止的观点出发，优选如图1的(a)所示那样支承杆7隔着集管盖3b而位于中空纤维膜元件2的相反侧。

另外，从同样的观点出发，优选设置多个支承杆7，优选相对于集管盖成2列地设置。在该情况下，优选在连接部圆周方向上使设置均等。

若是如图4的(a)所示那样的在集管盖3b的上部的平坦的面的两端部配置2根支承杆7的构成，则能够一边确保集管盖3b的移位抑制、连接部的泄漏防止的效果一边将一方的支承杆7也作为歧管底座12的座面来使用，因此在构造上优选。除此之外，若是这样的构造，则能够如图4的(a)那样使支承杆7成为棱柱的简单的形状，因此从成本、处理性、组装的容易性的观点出发是优选的。另外，若如图4所示那样使支承杆7和集管盖3b直接接触地紧固连结，则通过两者的摩擦力也能够抑制移位，因此优选。

支承杆7的材质能够从金属、塑料、纤维强化塑料等根据使用状况、所需强度而任意地选择，但从强度、耐蠕变性的观点出发，优选为碳钢、碳纤维强化塑料，从耐腐蚀性的观点出发，优选为不锈钢，从轻的观点出发，优选为碳纤维强化塑料。

另外，在图4的(a)、(b)中，示出了使用支承杆7来将集管盖3b固定的方法，但在集管盖3a的固定中，台座6起到与支承杆7相同的作用，可得到同样的效果。

在此，使用箭头40而在图5～7中说明利用本发明的中空纤维膜组件单元1进行的各种运转时的流体的流动。

首先，使用图5的概略图来说明利用本发明的中空纤维膜组件单元1进行的过滤的一实施方法。从最靠端部的集管盖3a的直管部的端部31导入后的原液一边在连接且连通的集管盖3a的直管部内流动，一边局部分支而从中空纤维膜元件2的原液侧的端部25向中空纤维膜元件2内流入。流入到中空纤维膜元件2内的原液从中空纤维膜21的外周面朝向内周被全量过滤。此时，杂质向外周膜面附着，透过液从透过液侧的端部26向集管盖3b内排出。流入到各集管盖3b内的透过液向连接且连通的集管盖3b的直管部内汇集，向最靠端部的集管盖3b的方向流动，从端部排出。

在进行全量过滤时，与中空纤维膜元件2的侧喷嘴24(未图示)相连的流路不使用而密封。

另外，在图5中，将6根中空纤维膜元件以1列图示而示出了流动，但在实际的运转中，在2列中分别进行过滤，中空纤维膜元件的根数也配合所需处理量而改变连结根数，从而能够任意地选择。

另外，在图5中，示出了从集管盖3a的一端导入原液且从集管盖3b的一端排出透过液的流动，在该情况下，在集管盖3a和3b的另一端设置盖等而保持液密性即可。另外，也能够考虑与外部配管(未图示)的配合，适当从集管盖的两端导入原液并排出透过液。关于集管盖3a、3b与外部配管的连接，可以与集管盖彼此的连接同样地使用集管盖接头(即，侧密封连接)，也可以将侧密封连接部变换为凸缘之后进行连接，能够适当根据外部配管的状况而选择。

接着，使用图6的概略图来说明利用本发明的中空纤维膜组件单元1进行的逆洗的一实施方法。在逆洗中，使用在图5的运转中得到的透过液作为清洗液，从最靠端部的集管盖3b的端部导入清洗液。导入后的清洗液一边在连接且连通的集管盖3b的直管部内流动，一边局部分支而向中空纤维膜元件2内流入。流入到中空纤维膜元件2内的清洗液从中空纤维膜21的内周面朝向外周透过。此时，清洗液一边将附着于外周膜面的杂质剥离，一边向中空纤维膜21外排出。排出到中空纤维膜21外的包含杂质的清洗液从中空纤维膜元件2的侧喷嘴24向长弯头8、歧管10流动，向连接且连通的歧管10内汇集，从最靠端部的歧管10的端部排出。在进行该逆洗时，与集管盖3a相连的流路不使用而密封。

在图6中，示出了从集管盖3b的一端导入清洗液且从歧管10的一端排出清洗液的流动，在该情况下，在集管盖3b、歧管10的另一端设置盖等而保持液密性即可。另外，也能够考虑与外部配管(未图示)的配合，将清洗液适当从集管盖3b的两端导入并从歧管10的两端排出。

另外，清洗液不仅从图示的1列中空纤维膜元件也从另1列中空纤维膜元件向歧管10流入，将2列中空纤维膜元件的清洗液汇集、排出。在图6中，歧管10为能够与6根(3根×2列)中空纤维膜元件连接的分支数及长度，但分支数能够根据中空纤维膜元件的所需根数、组装性而适当选择。然而，关于歧管10的分支数，考虑歧管自身的重量为能够通过人手来处理的范围、歧管彼此的连接部位的数量、歧管底座12的所需数，优选为4～8根(2～4根×2列)的分支数。

另外，歧管10彼此的连接由歧管接头17进行。歧管接头17只要能够与O型圈、垫圈等密封件(未图示)配合来液密地将歧管10彼此连接，则能够选择任意的接头，但从能够将歧管10彼此在轴向上以使其接触的形式紧固连结、能够抑制紧固连结部的松动和与其相伴的破损的观点出发，优选使用V型带式连接器。另外，材质也能够根据使用状况、所需强度而任意地选择，但从耐压性、耐腐蚀性的观点出发，优选为SUS304、SUS316。

最后，使用图7的概略图来说明利用本发明的中空纤维膜组件单元1进行的空洗的一实施方法。在进行空洗时，首先将中空纤维膜元件2内利用原液或透过液充满，在此基础上导入空气。从空气管13的端部导入后的空气一边在空气管13内流动，一边局部向设置于圆筒部侧面的多个孔分支，通过空气导管14，从空气注入用贯通孔33向集管盖3a流入。流入后的空气从集管盖3a的分支部向中空纤维膜元件2内流入。流入后的空气沿着中空纤维膜21外周面上升，一边将附着于膜面的杂质剥离一边流动，通过侧喷嘴24、长弯头8、歧管10，向连接且连通的歧管10内汇集，从最靠端部的歧管10的端部排出。在进行该空洗时，与集管盖3a和3b的直管部的端部31相连的流路不使用而密封。

如上所述，使用图5～7示出了本发明的中空纤维膜组件单元1的各运转时的流体的流动，但图5～7只不过是用于将流动通俗易懂地示出的图，并非准确地示出实际的构件的朝向、配合。实际的构件的朝向、配置、配合请参照图1。

在此，使用图8的概略俯视图来说明在本发明中使用的中空纤维膜元件2的侧喷嘴24的配置的一实施方式。在本发明中，在配置成2列的中空纤维膜元件2设置的侧喷嘴24为了与歧管10连接而朝向列之间配置。此时，在2列中成对的侧喷嘴24彼此优选不以互相对向的方式配置而如图那样互相错开朝向地配置。其理由是，经由侧喷嘴接头9而与侧喷嘴24连接的长弯头8能够在2列的间隙内高效地配置，在省空间的观点上优选。虽然也要看膜径、组件尺寸，但通过为这样的构成，与将侧喷嘴24以互相对向的方式设置时相比，能够将设置效率(组件设置每单位面积的膜面积)提高至2倍以上的625m²/m²左右。另外，通过为这样的构成，能够将与长弯头8连接的歧管10的分支部等间隔地配置，因此从通水性能、组装性的观点出发也优选。

产业上的可利用性

根据本公开，能够提供能够容许构成中空纤维膜组件单元的各构件的尺寸误差、能够一边确保良好的组装性一边抑制作用于集管盖的移位、变形的中空纤维膜组件单元。

虽然将本发明详细地参照特定的实施方式而进行了说明，但能够不脱离本发明的精神和范围地施加各种各样的变更、修正对于本领域技术人员来说是显而易见的。

本申请基于2021年8月20日申请的日本专利申请(日本特愿2021-134671)，其内容作为参照而向此引入。

附图标记说明

1 中空纤维膜组件单元

2 中空纤维膜元件

3a、3b 集管盖

4a、4b 元件接头

5a、5b 集管盖接头

6 台座

7 支承杆

8 长弯头

9 侧喷嘴接头

10 歧管

11 长弯头接头

12 歧管底座

13 空气管

14 空气导管

15 空气管底座

16 橡胶圈

17 歧管接头

21 中空纤维膜

22 筒状容器

23a、23b 灌封材料

24 侧喷嘴

25 中空纤维膜元件的原液侧的端部

26 中空纤维膜元件的透过液侧的端部

31 集管盖的直管部的端部

32 集管盖的分支部的端部

33 空气注入用贯通孔

34 螺栓孔

35 箭头

40 箭头。

Claims

1.一种中空纤维膜组件单元，是在两端部安装有集管盖的多个中空纤维膜元件并列地成列而构成的中空纤维膜组件单元，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，

相邻的所述集管盖彼此的连接是通过覆盖抵接面的外周的侧密封连接及基于支承杆的连接而进行的。

3.根据权利要求1或2所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，

所述侧密封连接是在所述集管盖的连接部的外周部设置槽的槽形式的连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，

所述支承杆隔着所述集管盖而位于所述中空纤维膜元件的相反侧。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的中空纤维膜组件单元，其特征在于，

所述支承杆相对于所述集管盖成2列地设置。