螺旋型膜元件和具备它的螺旋型膜过滤装置.pdf

具体实施方式

<第一实施方式>

图1是表示具备本发明的第一实施方式涉及的螺旋型膜元件10的螺旋型膜过滤装置50的一例的概略截面图。此外，图2是表示图1的螺旋型膜元件10的内部结构的立体图。该螺旋型膜过滤装置50(以下简称为“膜过滤装置50”)是通过在外筒40内且在一直线上配置多个螺旋型膜元件(以下简称为“膜元件10”)而构成的。

外筒40是被称作耐压容器的树脂制筒体，例如由FRP(FiberglassReinforced Plastics)形成。在外筒40的一端部形成有排水、海水等原水(原液)流入的原水流入口48，从该原水流入口48流入的原水被多个膜元件10过滤，由此得到被净化的滤过水(滤过液)和作为过滤后的原水的浓缩水(浓缩液)。在外筒40的另一端部上，形成有滤过水流出的滤过水流出口46和浓缩水流出的浓缩水流出口44。

如图2所示，膜元件10是将分离膜12、供应侧流路构件18和滤过侧流路侧14以层叠的状态在中心管20的周围卷绕成螺旋状而形成的RO(Reverse Osmosis：反渗透)元件。

具体而言，在由树脂制的网状部件构成的矩形形状的滤过侧流路构件14的两面，重合由相同的矩形形状构成的分离膜12，并且其三边粘合，从而形成在一边具有开口部的袋状膜部件16。而且，该膜部件16的开口部安装在中心管20的外周面，与由树脂制的网状部件构成的供应侧流路构件18一起被卷绕在中心管20的周围，由此形成上述膜元件10。上述分离膜12由例如在无纺布层上顺次层叠多孔性支承体和表皮层(致密层)而形成。

如果从按照上述方式形成的膜元件10的一端侧供应原水，通过由作为原水隔离物发挥功能的供应侧流路构件18形成的原水流路，原水在膜元件10内通过。此时，原水被分离膜12过滤，从原水过滤的滤过水，浸透到由作为滤过水隔离物起作用的滤过侧流路构件14形成的滤过水流路内。

之后，浸透到滤过水流路内的滤过水，经过该滤过水流路向中心管20侧流动，从形成在中心管20的外周面的多个通水孔(未图示)导入中心管20内。由此，滤过水从膜元件10的另一端侧通过中心管20流出，并且浓缩水通过由供应侧流路构件18形成的原水流路流出。

如图1所示，收容在外筒40内的多个膜元件10，邻接的膜元件10的中心管20彼此用管状的中间连接器(连结部)42连结。因而，从原水流入口48流入的原水，从该原水流入口48侧的膜元件10顺次流入原水流路内，用各膜元件10从原水过滤的滤过水，通过由中间连接器42连接的一个中心管20从滤过水流出口46流出。另一方面，穿过各膜元件10的原水流路，将滤过水过滤并浓缩而得到的浓缩水，从浓缩水流出口44流出。

图3是表示中心管20的内部结构的一例的概略立体图，表示了透视内部结构的状态。在该例子中，在中心管20内设置有利用在中心管20内流动的滤过水的流体压力旋转的作为旋转体的叶轮21。但是，上述旋转体并不限定于叶轮21，能够采用各种形状的叶轮。此外，中心管20例如能够采用由直径为20mm～50mm的圆管构成的结构，但并不限定于此，也可以采用更小直径或更大直径的中心管20。

在中心管20内沿着其中心轴线配置有主轴22，该主轴22的两端部被保持部23保持在中心管20的两端部。保持部23由相对于中心管20的中心轴线放射状延伸的多根棒件构成，这些棒件间的空间形成用于使滤过水流通的通水口24。

叶轮21具有各自的前端部延伸至与中心管20的内周面近接的位置的多根叶片21a。因而，通过中心管20的一端部的通水口24流入到中心管20内的滤过水，一边与叶轮21的叶片21a接触一边在中心管20内流通，并从该中心管20的另一端部的通水口24流出，这样能够利用作用于叶片21a的滤过水的流体压力使叶轮21旋转。

在中心管20的叶轮21的周围，通过卷绕金属线而形成有线圈25。此外，在叶轮21的各叶片21a的前端部安装有磁铁(未图示)。根据这样的结构，如果叶轮21旋转，在线圈25的周围由上述磁铁形成的磁场发生变化，利用所谓的电磁感应在线圈25中流动感应电流。即，安装在叶轮21上的磁铁和线圈25构成基于叶轮21的旋转进行发电的发电部26。但是，作为使用利用液体的流体压力旋转的旋转体进行发电的结构，并不限定于使用上述叶轮21的结构，通过采用日本特开2006-141155号公报所公开的旋转式磁铁发电机、或使用日本特开2000-146639号公报所公开的非接触式旋转体的结构，能够进行良好地发电。

图4是表示图1的螺旋型膜过滤装置50的电气结构的框图。该膜过滤装置50，除了上述线圈25之外，还具备AC/DC转换器30、电池31、流量传感器32、电导率传感器33、温度传感器34、污染检测传感器35、通信部36、RFID标签37和电力输出部39等。

在膜过滤装置50具备的上述各部之中，线圈25、AC/DC转换器30、电池31、流量传感器32、电导率传感器33、温度传感器34、污染检测传感器35、通信部36和电力输出部39安装于中心管20。另一方面，RFID标签37安装于形成膜元件10的外周面的膜部件16。但是，并不限定于这样的结构，也可以采用如下结构，即、发电部26、AC/DC转换器30、电池31、流量传感器32、电导率传感器33、温度传感器34、污染检测传感器35、通信部36和电力输出部39等，安装在膜元件10中的中心管20以外的部分、例如安装在膜元件10的端部的端部部件(密封载体或防伸缩部件)等。此外，也可以构成为RFID标签37安装在膜元件10的膜元件16以外的部分、例如中心管20或上述端部部件等。

在线圈25中产生的感应电流，被AC/DC转换器(converter)30从交流(AC)转换成直流(DC)后向电池31供应。电池31由二次电池构成，构成蓄积通过AC/DC转换器30从发电部26供应的电力的蓄电部。这样，由于能够在电池31中蓄积使用在膜元件10内流动的液体(在该例子中为滤过水)在发电部26发电的电力，所以能够良好地回收所使用的电力，能够使用该电力使膜元件10具备的各部动作。

蓄积在该电池31中的电力，除了供应至该膜过滤装置50具备的流量传感器32、电导率传感器33、温度传感器34、污染检测传感器35的各种传感器之外，还供应至通信部36等其他的电气部件。上述其他电气部件也可以包含例如GPS(Global Positioning System)等的位置检测部。

流量传感器32、电导率传感器33、温度传感器34和污染检测传感器35，分别是对在中心管20内流动的滤过水的性状进行检测的传感器。具体而言，流量传感器32是包括上述叶轮21的结构，基于该叶轮21的转速，对在中心管20内流动的滤过水的流量进行检测。换言之，由安装在叶轮21上的磁铁和线圈25构成的发电部26使用流量传感器32的叶轮21进行发电。

根据这样的结构，当滤过水在中心管20内流动时，流量传感器32具备的叶轮21由于滤过水的流体压力而旋转，能够基于该转速用该流量传感器32检测滤过水的流量，并且能够基于叶轮21的旋转用发电部26进行发电。因而，利用流量传感器32具备的叶轮21，能够有效地进行发电。

电导率传感器33是对在中心管20内流动的滤过水的电导率进行检测的传感器。温度传感器34是对在中心管20内流动的滤过水的温度进行检测的传感器，例如其能够由热电偶构成。污染检测传感器35是对在中心管20内流动的滤过水的污染状态进行检测的传感器。

通信部36具有天线36a，并且构成将来自流量传感器32、电导率传感器33、温度传感器34和污染传感器35等的各种传感器的检测信号向通信装置38无线发送的无线发送部。通信部36的天线36a，例如能够通过在中心管20上卷绕金属线而形成。

RFID标签37具备可存储数据的存储介质，是利用使用电波的非接触通信能够与通信装置38之间发送接收数据的无线标签。该RFID标签37可以是具有蓄电部的有源型标签，也可以是不具有蓄电部而基于来自通信装置38的电波产生电磁感应得到电力的无源型标签。

在RFID标签37中能够存储与该RFID标签37被安装到的膜元件10相关的数据。作为存储于该RFID标签37的数据，能够举出膜元件10的位置信息、膜元件10的制造履历、膜元件10的性能数据或膜元件10的负载图数据等。

电力输出部39能够通过例如在图1的虚线所描绘的圆形区域内表示的中心管20的端部设置电极而构成。即，将在该膜过滤装置50的外部设置的电气部件及蓄电部等通过有线与电池31电连接，从而能够经由电极将电池31中蓄积的电力输出到外部。由此，由于能够使用设置在外部的电气部件或设置在外部的蓄电部蓄积从电力输出部39输出的电力，所以能够良好地回收所使用的电力。

但是，电力输出部39并不限定于如上所述由设置在中心管20的端部的电极构成，只要是能够将由膜元件10的发电部26产生的电力输出到该膜过滤装置50的外部的结构，就能够采用其他各种结构。例如也可以采用如下结构，通过在图1中用点画线描绘的圆形区域内表示的膜元件10的外周面设置电极而构成电力输出部39，通过与该电极接触的外筒40将由发电部26产生的电力输出到该膜过滤装置50的外部。

此外，在上述例子中，对从发电部26供应的电力从电力输出部39通过有线输出的结构进行了说明，但并不限定于此，也可以是从发电部26供应的电力从电力输出部39通过无线输出的结构。在该情况下，也可以是在电力输出部39中具备天线的结构，也可以是使用通信部36的天线36a输出电力的结构。

进而，在上述的例子中，针对在电池31中蓄积的电力从电力输出部39输出到外部的结构进行了说明，但并不限定于此，也可以是从发电部26供应的电力不经由电池31这样的蓄电部而直接输出到外部。在该情况下，电力输出部39也可以是与发电部26(线圈25)或AC/DC转换器30直接连接的结构。

<第二实施方式>

第一实施方式中，针对基于设置在中心管20内的旋转体(叶轮21)的旋转进行发电的结构进行了说明。与此相反，第二实施方式中在由供应侧流路构件18形成原水流路内设置有旋转体这一点不同。

图5是表示本发明的第二实施方式的螺旋型膜元件10的内部结构的一例的概略立体图，表示了透视内部结构的状态。在该例子中，在中心管20的周围卷绕的膜部件16沿着中心管20的轴线方向被分割成两个，在这些被分割成的膜部件16的端面间形成有空间27。该空间27是从被分割成的一个膜部件16内的由供应侧流路构件18形成的原水流路28向另一个膜部件16内的原水流路28流动的原水流通的区域，构成上述原水流路28的一部分。

在上述空间27内配置有相对中心管20能够旋转地安装的作为旋转体的叶轮121。该叶轮121具有各自的前端部延伸至与膜元件10的外周面近接的位置的多个叶片121a。因而，从被分割成的一个膜元件16内的原水流路28向另一个膜元件16内的原水流路28流动的原水，一边与叶轮121的叶片121a接触一边在空间27内流通，从而能够利用作用于叶轮121a的原水的流体压力使叶轮121旋转。

在被分割成的各膜元件16的一个或两个的叶轮121的周围，通过卷绕金属线而形成有线圈125。此外，在叶轮121的各叶片121a的前端部安装有磁铁(未图示)。根据这样的结构，如果叶轮121旋转，在线圈125的周围由上述磁铁形成磁场发生变化，利用所谓的电磁感应在线圈125中流动感应电流。即，安装在叶轮121上的磁铁和线圈125，构成基于叶轮121的旋转进行发电的发电部126。

根据这样的结构，当原水在原水流路28内流动时，叶轮121由于原水的流体压力而旋转，基于该旋转通过发电部126进行发电。因而，用在膜元件10内设置叶轮121这样的简单结构能够有效地进行发电。但是，上述旋转体并不限定于叶轮121，也能够采用各种形状的叶轮。

另外，本实施方式中的膜过滤装置50的电气结构与使用图4说明的第一实施方式涉及的膜过滤装置50的电气结构相同，所以在此省略详细的说明。

<第三实施方式>

在第二实施方式中，针对基于设置在膜元件10的中心部的旋转体(叶轮121)的旋转进行发电的结构进行了说明。与此相反，第三实施方式中在膜元件10的端部设置有旋转体这一点不同。

图6是表示本发明的第三实施方式的螺旋型膜元件10的内部结构的一例的概略立体图，表示了透视内部结构的状态。在该例子中，在中心管20的周围卷绕的膜元件16的轴线方向的两端部安装有在外周面保持密封部件(未图示)的密封载体、或防止膜部件16伸缩变形的作为防伸缩部件发挥功能的端部部件11。在膜部件16内的由供应侧流路构件18形成的原水流路28流动的原水，在这些端部部件11内通过。

在端部部件11内配置有相对于中心管20能够旋转地安装的作为旋转体的叶轮221。该叶轮221具有各自的前端部延伸至与膜元件10的外周面近接的位置的多个叶片221a。因而，从相对膜元件16内的原水流路28流入或流出的原水，一边与叶轮221的叶片221a接触一边在端部部件11内流通，从而能够利用作用于叶轮221a的原水的流体压力使叶轮221旋转。

在与各端部部件11邻接的膜部件16的两端部，通过卷绕金属线而形成有线圈225。此外，在叶轮221的各叶片221a的前端部安装有磁铁(未图示)。根据这样的结构，如果叶轮221旋转，在线圈225的周围由上述磁铁形成磁场发生变化，利用所谓的电磁感应在线圈225中流动感应电流。即，安装在叶轮221上的磁铁和线圈225，构成基于叶轮221的旋转进行发电的发电部226。

另外，在图6的例子中，仅在安装于膜元件10的一端部的端部部件11内图示叶轮221，并且仅在该一端部图示线圈225，省略表示设置在膜元件10的另一端部的叶轮221和线圈225。但是，叶轮221和线圈225并不限定于设置在膜元件10的两端部的结构，也可以是仅设置在任意一个端部的结构。

根据本实施方式的结构，当原水在原水流路28内流动时，叶轮221由于原水的流体压力而旋转，基于该旋转通过发电部226进行发电。因而，用在端部部件11上设置叶轮221这样的简单结构能够有效地进行发电。但是，上述旋转体并不限定于叶轮221，也能够采用各种形状的叶轮。

另外，本实施方式中的膜过滤装置50的电气结构与使用图4说明的第一实施方式涉及的膜过滤装置50的电气结构相同，所以在此省略详细的说明。

在以上的实施方式中，通过使用由传感器检测的液体(原水、滤过水或浓缩水)在发电部26、126、226进行发电，能够不进行繁杂的作业而确保更多的电力。另外，一般地，由于在原水流路28内流动的原水与在中心管20内流动的滤过水相比流体压力大，所以通过如第二实施方式或第三实施方式那样在原水流路28内设置叶轮121、221，能够进行比第一实施方式更有效的发电。

此外，在以上的实施方式中通过在膜元件10上安装RFID标签37，在该RFID标签37中预先存储数据，并从外部读出该数据，从而能够进行膜元件10的处理特性的管理。因而，基于存储于RFID标签37的数据和由上述传感器等各部得到的数据能够进行更高精度的管理。

在以上的实施方式中，对使用叶轮21、121、221等的流量传感器32具备的旋转体进行发电的结构进行了说明，但并不限定于这样的结构，可以是使用与流量传感器32分开设置的旋转体进行发电的结构，也可以是使用旋转体以外的其他机构进行发电的结构。作为上述其他机构，能够举出产生与从中心管20和原水流路28等的膜过滤装置50内流动的液体接受的流体压力对应的电压的压电元件及应变片等。例如，能够通过在膜过滤装置50的适当部位设置压电元件(压电元件)来进行发电。从设置的容易度和发电效率的观点出发，优选压电元件是具有弯曲性的薄膜状。此外，也能够将压电元件设置在外筒40(耐压容器)的内面、膜元件10的外装面、中心管20的内部或与中间连接器42的连结部、外筒40端部的原水流入部分、膜元件10端部的膜保持部件、膜过滤装置50的配管内部等，易于受到流体的压力的部位，或易于产生振动的部位。其中，从利用电气配线或无线传送取出电力并加以利用的观点出发，优选将压电元件设置在外筒40的内面或膜元件10的外装面。另外，作为压电元件，能够应用单压电晶片型、双压电晶片型、层叠型等适当公知的技术。

此外，并不限定于使用在膜过滤装置50内流动的液体的流体压力进行发电的结构，也可以是采用其他方式进行发电的结构。例如，也考虑通过在中心管20内流动的滤过水中产生大量气泡，这样使用该气泡的能量进行发电。在该情况下，利用在滤过水中产生的大量气泡的作用，也能够期待滤过水的清洗效果。

进而，在以上的实施方式中，对使用膜过滤装置50过滤排水、海水等的原水的情况进行了说明，但并不限定于这样的结构，也可以是使用膜过滤装置50过滤原水以外的原液的结构。