得到净化水的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明的主要目的在于提供一种可发挥出长时间稳定地制造水的性能、而且净化水中的盐浓度低的方法、膜组件、以及净化水制造装置，该方法的特征在于，使原水沿着气体透过膜的一个面流动，使透过气体透过膜的水蒸气冷凝，得到净化水。
【专利说明】得到净化水的方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及从海水或排水等含有杂质(特别是可以含有有机盐和无机盐等电解质、其它溶解性成分、分散体或微小生物)的水(下文中称为原水)中得到杂质少的水(下文中称为净化水)的方法、膜组件、以及净化水制造装置。更详细来说，涉及使用气体透过膜对原水进行膜蒸馏而制造水的方法、膜组件、以及净化水制造装置。
【背景技术】
[0002]以往，作为由原水得到净化水的方法，已知反渗透膜法、蒸馏法、膜蒸馏法。
[0003]反渗透膜法是指通过在高压下用反渗透膜对盐水进行处理而得到净化水的方法。
[0004]虽然该方法被广泛使用，但是存在以下问题:需要高压泵；为了充分降低净化水中的盐浓度而需要多级的装置。
[0005]蒸馏法是指通过对加热原水而蒸发的水蒸气进行冷凝而制造水的方法。蒸馏法难以在小于沸点的条件下得到水，具有装置大型等缺点。
[0006]膜蒸馏法是指使用膜从原水取出水蒸气并以水的形式进行回收的方法。该膜蒸馏法中，具有可简单地得到盐浓度低的净化水的优点。膜蒸馏法不需要高压泵，可以利用太阳热能或各种机器和设备的废热，近年来作为节能型的方法而受到关注。
[0007]作为膜蒸馏法的具体例，在专利文献1中记载了使用疏水性多孔质膜的膜蒸馏法，在专利文献2中记载了使用半透膜的膜蒸馏法。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开平9-1143号公报
[0011]专利文献2:日本特开2010-162527号公报
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]在专利文献1中记载的使用疏水性多孔质膜的方法中，液体的水不会在膜的细孔中透过，而仅仅是作为气体的水蒸气透过。由此，通过仅收集透过的气体并冷却，可得到净化水。但是，例如在用于海水的净化时，若膜表面或细孔内被海水所含有的微小生物和其它分散体、或者溶解的有机物等污染，则膜的表面或细孔内被堵塞。另外，若膜的表面或细孔内被该污染亲水化，则液体的水会透过，海水透过膜，估计会存在净化水中的盐浓度上升等问题。
[0014]专利文献2中记载的使用半透膜的方法是利用液体的水分子在膜中透过的功能而进行膜蒸馏的方法，但在需要吸收水的中介溶液等方面来看，装置复杂。另外，在用于海水的净化时，膜表面或膜内部也可能被海水中含有的微小生物和其它分散体、或者溶解的有机物等污染，膜性能有可能经时地发生变化。
[0015]本发明中，其主要目的在于解决上述现有方法的课题，提供一种可发挥出长时间稳定地制造水的性能、而且净化水中的盐浓度低的方法、膜组件、以及净化水制造装置。
[0016]用于解决课题的方案
[0017]本发明人为了解决上述课题而进行了反复深入的研究，结果发现，若通过气体透过膜对水进行蒸馏，则可以长期将所得到的水中的杂质浓度维持为较低，可以提供对于各种污染的耐久性高的方法、膜组件、以及净化水制造装置，由此完成了本发明。
[0018]SP，本发明如下所述。
[0019](I) 一种方法，其特征在于，使原水沿着气体透过膜的一个面流动，使透过气体透过膜的水蒸气冷凝，得到净化水。
[0020](2)如上述(I)所述的方法，其特征在于，使空气沿着气体透过膜的另一个面流动。
[0021](3)如上述(I)或(2)所述的方法，其特征在于，通过进行冷却而使水蒸气冷凝。
[0022](4)如上述(I)?(3)的任一项所述的方法，其中，气体透过膜的水蒸气透过速度为 10GPU 以上 I, 000，000GPU 以下。
[0023](5)如上述⑴?(4)的任一项所述的方法，其特征在于，原水为海水。
[0024](6)如上述⑴?(5)的任一项所述的方法，其特征在于，原水的温度为1°C以上100°C以下。
[0025](7)如上述(I)?(6)的任一项所述的方法，其特征在于，在膜组件中原水流动的方向与冷却介质流动的方向是相对的，所述膜组件具备气体透过膜、冷却膜、和收纳气体透过膜和冷却膜的壳体，在壳体内具有由气体透过膜和壳体形成的第一空间、由气体透过膜和冷却膜形成的第二空间、和由冷却膜和壳体形成的第三空间，第一空间至少具有向第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口，第二空间具有至少I个以上的开口部，第三空间至少具有向第三空间供给冷却介质的冷却介质供给口和从第三空间排出冷却介质的冷却介质排出口。
[0026](8) 一种膜组件，其具备气体透过膜和冷却膜，原水沿着气体透过膜的一个面流动。
[0027](9)如上述(7)所述的膜组件，其中，冷却介质沿着冷却膜的一个面流动。
[0028](10)如上述⑶或(9)所述的膜组件，其特征在于，原水流动的方向和冷却介质流动的方向是相对的。
[0029](11) 一种膜组件，其特征在于，其进一步具备收纳气体透过膜和冷却膜的壳体，在壳体内具有由气体透过膜和壳体形成的第一空间、由气体透过膜和冷却膜形成的第二空间、和由冷却膜和壳体形成的第三空间，第一空间至少具有向第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口，第二空间具有至少I个以上的开口部，第三空间至少具有向第三空间供给冷却介质的冷却介质供给口和从第三空间排出冷却介质的冷却介质排出口。
[0030](12)如上述⑶所述的膜组件，其特征在于，第二空间具有2个以上的开口部。
[0031](13)如上述⑶或(9)所述的膜组件，其特征在于，在气体透过膜与冷却膜之间具有间隔物。
[0032](14)如上述⑶?(10)的任一项所述的膜组件，其特征在于，气体透过膜和冷却膜为平膜褶状。
[0033](15)如上述(8)?(11)的任一项所述的膜组件，其特征在于，按照在第一空间流动的原水的方向与在第三空间流动的冷却介质的方向相对的方式配置有原水供给口、原水排出口、冷却介质供给口、冷却介质排出口。
[0034](16)如上述⑶?(12)的任一项所述的膜组件，其特征在于，其具有两个以上气体透过膜和冷却膜，第一空间形成于相邻的气体透过膜彼此之间，第二空间形成于相邻的气体透过膜与冷却膜之间，第三空间形成于相邻的冷却膜彼此之间，按照第一空间、第二空间、第三空间、第二空间的顺序反复进行了层积。
[0035](17) 一种净化水制造装置，其特征在于，其具有上述(8)?(13)的任一项所述的膜组件、原水供给装置和冷却介质供给装置，第一空间的原水供给口与原水供给装置连接，第三空间的冷却介质供给口与冷却介质供给装置连接。
[0036](18)如上述(17)所述的净化水制造装置，其特征在于，在第二空间的开口部连接有水蒸气的冷凝单元。
[0037](19) 一种净化水制造装置，其为具有膜组件和水蒸气的冷凝单元的净化水制造装置，所述膜组件具备气体透过膜和收纳气体透过膜的壳体，其特征在于，膜组件为以下膜组件:其在壳体内具有由气体透过膜和壳体形成的第一空间、和由气体透过膜和壳体形成的第四空间，第一空间至少具有向第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口，第四空间具有至少1个以上的开口部，在第四空间的开口部连接有水蒸气的冷凝单元。
[0038](20)如上述(18)或(19)所述的净化水制造装置，其特征在于，水蒸气的冷凝单元为热交换器或冷却器。
[0039](21)如上述(17)?(20)的任一项所述的净化水制造装置，其中，其进一步具备控制原水的温度的温度控制部和控制原水的流量的流量控制部。
[0040]发明的效果
[0041]根据本发明的方法，可以长时间稳定地制造净化水，而且可以制造杂质浓度低的净化水。除此之外，通过本发明的膜组件和净化水制造装置，可以提供能够稳定地制造耐久性高、杂质浓度低的净化水；且能够简单操作的净化水制造用的膜组件和净化水制造装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是具备膜组件的一个实施方式的净化水制造装置的示意图。
[0043]图2是膜组件的一个实施方式的示意图。
[0044]图3是示出组装到膜组件中的褶状成型体的一例的示意图。
[0045]图4是褶型膜组件的一个实施方式的示意图。
[0046]图5是图4所示的褶型膜组件的一个实施方式的示意图。
[0047]图6是膜组件的另一个实施方式的示意图。
[0048]图7是膜组件的另一个实施方式的示意图。
[0049]图8是中空纤维型膜组件的一个实施方式的示意图。
[0050]图9是净化水制造装置的一个实施方式的示意图。
[0051]图10是中空纤维型膜组件的一个实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0052]下面根据需要参照附图对本发明的【具体实施方式】(以下仅称为“本实施方式”)进行详细说明。以下的本实施方式为用于对本发明进行说明的示例，并非意图将本发明限定于以下的内容。另外，所附的附图为示出实施方式的一例的附图，并非解释为将实施方式限定于此。本发明可以在其要点的范围内进行适当变形来实施。需要说明的是，对于附图中的上下左右等位置关系来说，只要不特别声明，其基于附图所示的位置关系，附图的尺寸比例并不限于图示的比例。
[0053]本实施方式的方法为以下方法:使原水沿着气体透过膜的一个面流动，使透过气体透过膜的水蒸气冷凝，得到净化水。
[0054]〔原水、净化水〕
[0055]本实施方式中的原水是指含有杂质的水，特别是可以含有有机盐和无机盐等电解质、其它溶解性成分、分散体或者微小生物的水。作为原水没有特别限定，可以举出海水、河川水、工业排水、生活排水等。作为原水，优选海水。
[0056]本实施方式中的净化水是指对原水进行了处理的水，是使透过气体透过膜的水蒸气冷凝而得到的水。净化水为杂质浓度低的水，作为杂质，可以举出有机盐和无机盐等电解质、其它溶解性成分、分散体或者微小生物等。在使用海水作为原水时，作为净化水，优选盐浓度低。
[0057]〔气体透过膜〕
[0058]本实施方式中的气体透过膜是指具有下述机构的膜:水蒸气等气体通过在形成膜的材料中溶解和扩散而透过。通过使用该气体透过膜，液体的水或原水中的盐类、非盐类等溶解成分、分散体以及微小生物等不透过气体透过膜，而水蒸气在膜中溶解和扩散从而透过，因此可得到杂质极少的水。除此之外，本实施方式的气体透过膜是实质上不具有贯通的孔的膜，可以抑制膜内被杂质所污染。
[0059]此处，本实施方式中，实质上不具有贯通的孔是指实质上不具有宏观的贯通孔和显示努森流的微观的贯通孔，在膜的气体透过方面气体的溶解扩散机构处于支配地位。若用氧透过速度相对于氮透过速度之比来表现该情况，则是指氧透过速度/氮透过速度比超过1。氮(氧)透过速度是指将氮(或氧)的单位时间的透过量换算成每单位面积.单位压力(例如，GPU = 10_6cm3(STP)/cm2/s/cmHg)而得到的值。
[0060]使用疏水性微多孔膜的现有方法利用了气体可物理性地通过与成为膜材料的分子相比非常大的空隙(几nm以上)的现象，本发明的气体透过与现有方法在原理上是不同的。即，在专利文献1中记载的使用疏水性微多孔膜的方法中，通过水蒸气物理性地透过微多孔中的空隙，从而由原水得到水；但本实施方式的方法是通过水蒸气在气体透过膜溶解和扩散而由原水得到水的方法。因此，根据本实施方式的方法，由于气体透过膜实质上不具有孔，因而可以抑制原水中含有的杂质所导致的膜的污染。
[0061]〔气体透过膜的气体透过性能〕
[0062]对于本实施方式中的气体透过膜中的水蒸气透过来说，膜的原水侧与其对抗侧的水蒸气的分压差成为驱动力。其水蒸气透过速度用下式表示，取决于原水侧与其对抗侧的水蒸气的差压△?和膜面积3。
[0063]F[l(T6Lcm3(STP)s-1] = J[GPU] X Δ P [cmHg] X S [cm2]
[0064]上述式中，J[GPU(1-6Cm3(STP)/cm2/s/cmHg)]被称为气体透过速度，是表示气体透过膜的气体透过性能的指标。本实施方式的气体透过膜的水蒸气透过速度优选为10?1000，000GPU、更优选为 100 ?I, 000，000GPU、更优选为 I, 000 ?I, 000，000GPU、进一步优选为5，000?1，000, OOOGPU0水蒸气透过速度/氮透过速度比优选为5以上、更优选为10以上。另外，通常为1，000，000以下。
[0065]〔气体透过膜的材料〕
[0066]作为本实施方式中的气体透过膜，可以举出有机系气体透过膜或无机系气体透过膜，优选有机系高分子的气体透过膜。
[0067]作为有机系高分子的气体透过膜，可以举出使用了疏水性高分子或亲水性高分子的气体透过膜，更优选使用了疏水性高分子的气体透过膜。疏水性气体透过膜实质上不含有液体的水，且不使液体的水透过。因此，水所含有的有机盐和无机盐等电解质、其它溶解性成分、分散体等所导致的膜内部的污染少，耐久性提高。本实施方式中，疏水性高分子是指吸水率为0.5质量％以下的物质。吸水率优选为0.1质量％以下、更优选为0.05质量％以下、进一步优选为0.01质量％以下。需要说明的是，在疏水性无机材料的情况下也优选同样的吸水率。吸水率的测定方法可以根据ASTM D570在将样品浸溃于23°C的水中24小时的条件下进行测定。
[0068]作为疏水性高分子的气体透过膜，例如可以举出氟树脂系的气体透过膜、聚酰亚胺系的气体透过膜、娃系的气体透过膜、PIM(Polymers of intrinsic microporosity,内在微孔聚合物材料)的气体透过膜等。其中，从水蒸气透过的速度快的方面考虑，进一步优选氟树脂系的气体透过膜、聚酰亚胺系的气体透过膜、PIM的气体透过膜，特别优选氟树脂系的气体透过膜、PM的气体透过膜。
[0069]〔氟树脂系气体透过膜〕
[0070]作为氟树脂系气体透过膜，优选使用非晶态的含氟聚合物。
[0071]作为非晶态的含氟聚合物，例如可以举出具有含氟脂环结构的聚合物等。
[0072]作为用于得到具有含氟脂环结构的聚合物的单体，可以例示全氟(2，2_ 二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯)(TOD)、全氟(2-甲基-1，3-间二氧杂环戊烯)、全氟(2-乙基-2丙基-1，3-间二氧杂环戊烯)、全氟(2，2- 二甲基-4甲基-1，3-间二氧杂环戊烯)、全氟间二氧杂环戊烯类、具有三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基等氟取代烷基的全氟间二氧杂环戊烯化合物类、全氟(4-甲基-2-亚甲基-1，3-二氧戊环)(MMD)、全氟(2-甲基_1，4_ 二噁英)等具有含氟脂环结构的单体。
[0073]作为与上述单体形成共聚物的其它单体，可以举出四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟(甲基乙烯基醚)等。还可以使用主链具有含氟脂环结构的聚合物。可以将这些单体单独或组合而进行聚合，得到作为气体透过膜使用的氟系高分子化合物。
[0074]也可以使用市售品，例如，可以举出商品名“特氟龙(注册商标)AF”(杜邦社制造)、商品名“HYFL0N AD”(Ausimont社制造)等。作为特氟龙(注册商标)AF，可以例示特氟龙(注册商标)AF1600和特氟龙(注册商标)AF2400。
[0075]另外，作为气体透过膜的表面的水接触角，优选为90°以上、更优选为95°以上、进一步优选为100°以上。
[0076]作为无机系的气体透过膜的材料，可以举出氮化硅系、碳系等气体透过膜。
[0077]〔气体透过膜的支持层〕
[0078]本实施方式中的气体透过膜优选具有支持层。气体透过膜越薄则气体透过速度越高，但是膜的机械强度降低。因此，通过使气体透过膜具备支持层，膜的机械强度提高，因而是优选的。
[0079]支持层的材质只要是可以使膜透过气体就没有特别限定，可以使用各种材质。例如，可以使用机织物、无纺布、微多孔膜等。作为用作支持层的微多孔膜，可以举出作为聚酰亚胺系微多孔膜、PVDF系微多孔膜、PTFE系微多孔膜、聚烯烃系微多孔膜、超滤膜(UF膜)使用的聚砜系微多孔膜、聚醚砜系微多孔膜等。这些之中，从工业上容易得到的方面出发，优选聚烯烃微多孔膜、超滤膜(UF膜)。
[0080]在膜的形状为平膜时，可以举出在支持层上形成有气体透过膜的形态。中空纤维膜的情况下，可以举出在作为支持层的中空纤维膜的内侧表面或外侧表面形成有气体透过膜的形态。对于气体透过膜来说，利用涂布形成通常为容易的方法，是优选的。
[0081]作为具有支持层的膜的其它例子，可以举出按照在膜表面形成具有气体透过性能的外皮层的方式以湿式制膜的非对称结构的膜。作为该形态的膜，可以例示聚酰亚胺中空纤维。在无机系的气体透过膜的情况下，可以举出在作为支持层的陶瓷膜之上利用水热合成形成有气体透过膜的膜、利用化学蒸镀(CVD)进行了薄膜形成的膜。
[0082]〔气体透过膜的形状〕
[0083]气体透过膜优选为平膜状或者中空纤维状。
[0084]气体透过膜为平膜状的情况下，可以例示褶型、板框型、螺旋型。需要说明的是，冷却膜也可以为平膜状或者中空纤维状，在平膜状的情况下，可以为褶型(平膜褶状)、板框型、螺旋型。
[0085]如图4所示，褶型(平膜褶状)是指将平膜反复折叠成蛇纹状而成的结构。图4为示意图，折痕部分具有曲率，曲率的大小根据折压力而变化。为了制作褶型，通常使用褶皱机。褶包括将褶重叠为箱型的箱型结构和圆筒结构。圆筒结构中，还可以例示在心轴周围将各褶以螺旋状缠绕而成的结构。
[0086]板框型是将膜一片一片地重叠而成的结构。
[0087]螺旋型是指，对于信封状的平膜来说将信封的入口与心轴连接并缠绕而成的结构。
[0088]褶型容易制成膜滤芯，因而是优选的。在中空纤维的情况下，具有原水在中空纤维的内侧流动的情况和原水在中空纤维的外侧流动的情况。
[0089]此处，膜滤芯是指由气体透过膜、冷却膜、增强框等构成并安装于膜组件内的部分。
[0090]本实施方式的方法中，使原水沿着气体透过膜的一个面流动，使水蒸气透过气体透过膜。通过使原水流动，可以利用原水的显热供给水的蒸发潜热，可以进行水蒸气产生量和温度、水蒸气分压的控制。
[0091]流动的原水的温度可以设定为1°C以上100°C以下。更优选为50°C以上100°C以下。通过设为该温度范围，可以高效地得到净化水。
[0092]另外，本实施方式的方法中，使透过气体透过膜的水蒸气冷凝，制造净化水。作为使水蒸气冷凝的方法，可以举出冷却或者加压。
[0093]本实施方式的方法中，优选使空气沿着气体透过膜的另一个面流动。这是因为，通过使空气沿着与原水流动的气体透过膜的面的相反一侧即气体透过膜的另一个面流动，可以更有效地透过水蒸气。气体透过膜的水蒸气透过速度取决于原水侧和其对抗侧(下文中称为净化水侧)的水蒸气的分压差，通过流动空气，可以降低净化水侧的水蒸气的分压，可以稳定且高效地制造净化水。
[0094]需要说明的是，原水流动的方向和空气流动的方向可以为相同方向，也可以为相对方向。
[0095]〔空气〕
[0096]本实施方式中，作为空气的温度、压力、组成，没有特别限定。
[0097]〔温度〕
[0098]本实施方式中，作为用于加热原水的热源，可以利用各种热源，从节能的方面出发，优选利用工厂、发电站、热机、焚烧炉等的排热或太阳能。
[0099]〔膜组件〕
[0100]下面，对本实施方式的组装气体透过膜而组件化的膜组件进行说明。需要说明的是，本申请中原水、净水、冷却介质(优选冷却水，但也可以为冷却用气体)的各流体通常装入容器中使用，因此有壳体，但在浸溃于海水中使用时等，各流体不需要装入容器中(也可以装入)，此时壳体不是必须的，可以使各膜与开放的流体接触而使用。该情况下，优选各流体强制性地相对于膜流动(该情况下，可以是膜静止而流体移动，也可以是流体静止而膜移动，还可以是流体、膜双方均移动)，因此，例如在膜附近可以具有搅拌机或流体喷出器。需要说明的是，在具有壳体的膜组件中也可以采用搅拌机或流体喷出器。下面，以具有壳体的情况为前提进行说明。
[0101]本实施方式的膜组件是具备气体透过膜、冷却膜、和收纳气体透过膜和冷却膜的壳体的膜组件，在壳体内具有由气体透过膜和壳体形成的第一空间、由气体透过膜和冷却膜形成的第二空间、和由冷却膜和壳体形成的第三空间，第一空间至少具有向第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口，第二空间具有至少I个以上的开口部，第三空间至少具有向第三空间供给冷却介质的冷却介质供给口和从第三空间排出冷却介质的冷却介质排出口。
[0102]膜组件的第一空间由气体透过膜和壳体形成，至少具有向第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口。第一空间中，从原水供给口供给的原水在沿着气体透过膜流动后，由原水排出口被排出到外部。第一空间可以具有两个以上原水供给口和原水排出口，也可以具有其它开口部。
[0103]膜组件的第二空间由气体透过膜和冷却膜形成，具有至少I个以上的开口部。由原水透过气体透过膜的水蒸气在第二空间被冷凝，由第二空间所具有的开口部被排出到外部。需要说明的是，在第二空间不需要水蒸气全部被冷凝，一部分的水蒸气可以不被冷凝。另外，第二空间可以由气体透过膜、冷却膜和壳体形成。
[0104]另外，第二空间优选具有2个以上的开口部。通过使第二空间具有2个以上的开口部，可以使空气沿着气体透过膜的面流动。由此，水蒸气可以高效地透过气体透过膜，因而是优选的。
[0105]此外，通过在气体透过膜与冷却膜之间具有间隔物，可以提高气体透过膜和冷却膜的强度，因而是优选的。另外，通过选择适当的间隔物，可以对气体透过膜与冷却膜之间的距离、即第二空间的形状和体积进行控制而形成，因而是优选的。
[0106]膜组件的第三空间由冷却膜和壳体形成，至少具有向第三空间供给冷却介质的冷却介质供给口和从第三空间排出冷却介质的冷却介质排出口。第三空间中，由冷却介质供给口所供给的冷却介质沿着冷却膜流动，从冷却介质排出口被排出。此时，通过冷却膜，可以将存在于第二空间的水蒸气冷却。即，第二空间的水蒸气通过与冷却膜接触而被冷凝，成为水。第三空间可以具有两个以上冷却介质供给口和冷却介质排出口，也可以具有其它开口部。
[0107]本实施方式的膜组件优选按照在第一空间流动的原水的方向与在第三空间流动的冷却介质的方向相对的方式配置有原水供给口、原水排出口、冷却介质供给口、冷却介质排出口。
[0108]本实施方式的膜组件是气体透过膜与冷却膜之间的距离极近的结构，因此可以高效地进行水蒸气的冷凝，并且装置整体可以小型化。
[0109]本实施方式中，冷却膜是指具有将透过气体透过膜的水蒸气冷却而进行冷凝的功能的膜。具体来说，可以举出高分子膜、金属薄膜、无机薄膜。另外，优选为非孔性膜。
[0110]本实施方式中，间隔物用于将气体透过膜或冷却膜的各膜间隔保持为恒定，可以例示网、无纺布、棒状体。这些之中优选为网。
[0111]另外，本实施方式中，冷却介质是出于通过冷却膜将水蒸气冷却的目的而使用的，可以使用水、水溶液、有机溶剂等。作为冷却介质，优选净化水、海水、水。
[0112]接着，下文中对本实施方式的净化水制造装置进行说明。
[0113]本实施方式的净化水制造装置具有本实施方式的膜组件、原水供给装置和冷却介质供给装置，第一空间的原水供给口与原水供给装置连接，第三空间的冷却介质供给口与冷却介质供给装置连接。
[0114]通过原水供给装置，原水被供给到膜组件的第一空间的原水供给口，通过原水排出口，原水被排出。原水也可以循环利用。在循环利用时，由于原水中的杂质浓度升高，因此优选一边适当供给新的原水一边进行循环供给。另外，通过冷却介质供给装置，冷却介质被供给到膜组件的第三空间的冷却介质供给口，通过冷却介质排出口，冷却介质被排出。冷却介质也可以循环利用。在循环利用时，优选在将温度保持为恒定的同时对冷却介质进行循环。
[0115]另外，通过在第二空间的开口部连接冷凝单元，水蒸气进一步被冷凝，因而是优选的。作为冷凝单元，可以举出热交换器、冷却器、加压器等。
[0116]作为本实施方式的其它净化水制造装置，涉及下述净化水制造装置，其为具有膜组件和水蒸气的冷凝单元的净化水制造装置，所述膜组件具备气体透过膜和收纳气体透过膜的壳体，膜组件为以下膜组件:其在壳体内具有由气体透过膜和壳体形成的第一空间、和由气体透过膜和壳体形成的第四空间，第一空间至少具有向第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口，第四空间具有至少I个以上的开口部，在第四空间的开口部连接有水蒸气的冷凝单元。
[0117]上述净化水制造装置中，不是利用冷却膜将水蒸气冷凝，而是利用与第四空间连接的冷凝单元将水蒸气冷凝。作为冷凝单元，可以举出上述的冷凝单元。
[0118]上述净化水制造装置中，第四空间优选具有2个以上的开口部。可以从开口部将空气供给到膜组件的第四空间，水蒸气可以高效地透过气体透过膜，因而是优选的。并且，含有水蒸气的空气被与其它开口部连接的冷凝单元所冷凝，可以制造净化水。
[0119]另外，本实施方式的净化水制造装置中，优选进一步具备控制原水的温度的温度控制部和控制原水的流量的流量控制部。由于可以控制原水的温度和流量，容易进行用于在最佳条件下进行水的制造的管理。
[0120]下面，参照附图对各实施方式进行更详细的说明。首先，参照图1对膜组件和净化水制造装置的实施方式进行说明。图1是以膜组件为中心表示的净化水制造装置的一个实施方式的示意图。膜组件1具有气体透过膜2、冷却膜3和壳体4。通过气体透过膜2和冷却膜3，在壳体4内形成了第一空间A、第二空间B和第三空间C。
[0121]第一空间A由壳体4和气体透过膜2形成，第二空间B由气体透过膜2、冷却膜3和壳体4形成，第三空间C由冷却膜3和壳体4形成。并且，第一空间A具有原水供给口 41和原水排出口 42，第二空间B具有2个开口部43a、43b，第三空间C具有冷却介质供给口 44和冷却介质排出口 45。
[0122]在图1所示的膜组件1中，原水被供给到膜组件1 (参照图1的F3)，在第一空间A中沿着气体透过膜2的面流动(参照图1的Fa)并被排出(参照图1的F4)。并且，由气体透过膜2向第二空间B透过的水蒸气被冷却膜3所冷凝，经过气体透过膜2与冷却膜3之间(参照图1的Fb)而从膜组件1排出(参照图1的F8)。需要说明的是，空气由空气供给装置103被供给到第二空间B(参照图7的F1)，与透过气体透过膜2的水蒸气一起被供给到冷凝单元7，从而被冷凝。该空气的流动(参照图7的Fd)与原水的流动(参照图7的Fa)是相对的。
[0123]另外，在第三空间C中，冷却介质从冷却介质供给口 44被供给(参照图1的F6)，沿着冷却膜3流动(参照图1的Fc)，由冷却介质排出口 45被排出(参照图1的F7)。
[0124]需要说明的是，本实施方式中，为了将气体透过膜2与冷却膜3的间隔保持为恒定，以夹入的方式配置了间隔物5，设法提高形状稳定性，但也可以省略间隔物5。另外，本实施方式中，为了高效地排出水蒸气，向第二空间B供给了空气，但也可以省略空气的供
5口 ?
[0125]在图1的形态中，气体透过膜2与冷却膜3接近，因此可以有效地利用冷却膜3将透过气体透过膜2的水蒸气冷凝，因而是优选的。需要说明的是，可以在气体透过膜2与冷却膜3之间强制地流通空气。另外，在图1的膜组件中，原水流动的方向(参照图1的F3和F4)与冷却介质流动的方向(参照图1的F6和F7)是相对的。
[0126]另外，图1所示的净化水制造装置100具有上述的膜组件1、原水供给装置101、冷却介质供给装置102、空气供给装置103、和冷凝单元7。膜组件1的第一空间A的原水供给口 41与原水供给装置101连接，第三空间C的冷却介质供给口 44与冷却介质供给装置102连接，第二空间B的一个开口部43a与空气供给装置103连接，另一个开口部43b与水蒸气的冷凝单元7连接。另外，净化水制造装置100具备控制原水的温度的温度控制部104和控制原水的流量的流量控制部105。
[0127]图2是本实施方式的膜组件的其它实施方式的示意图。图2的膜组件1是按照冷却膜3、气体透过膜2、气体透过膜2、冷却膜3、冷却膜3、气体透过膜2、气体透过膜2、冷却膜3的顺序层积而成的膜组件1。通过以该顺序层积气体透过膜2以及冷却膜3，可以形成以第一空间A、第二空间B、第三空间C、第二空间B的顺序反复层积而成的膜组件1。该形态为板框型膜组件的一部分、或褶型膜组件的一部分，气体透过膜的表面积增大，因而是优选的。层积的个数可以为3组以上。
[0128]在图2的膜组件1中，在由气体透过膜2和气体透过膜2形成的空间中原水被供给和排出(参照图2的F3和F4)。并且，在由冷却膜3和冷却膜3形成的空间中冷却介质被供给和排出(图2的F6和F7)，从由气体透过膜2和冷却膜3形成的空间得到冷凝后的水(参照图2的F8)。在图2的膜组件1中，也可以向由气体透过膜2和冷却膜3形成的空间供给空气。
[0129]需要说明的是，作为图2所示的膜组件1的变形例，例如，将图2所示的同样的膜以圆筒状连接，从而也可以制成中空纤维膜型的膜组件。
[0130]图3是示出组装到图1所示的膜组件1中的褶状成型体的一例的示意图。图3所示的褶状成型体是按照间隔物5、气体透过膜2、间隔物5、冷却膜3、间隔物5的顺序进行层积并加工成褶状而制造的。出于将各膜间的距离保持恒定的目的，在各膜间使用间隔物5。该形态可以在有限的空间保持较大的膜面积，因而容积效率提高，从这方面来看是优选的。
[0131]图4是使用了图3的褶状成型体的膜组件的其它实施方式。此处，在褶状成型体中，将沿着褶的折痕的方向上的长度设为褶状成型体的长度，将与长度方向呈直角的、与褶的折痕呈直角的方向上的长度设为褶状成型体的宽度，将与长度和宽度呈直角的方向上的长度设为褶状成型体的高度。
[0132]在图4所示的膜组件1中，褶状成型体的端面除了气体透过膜2和冷却膜3的第二空间B外两面均被密封。并且，在图4的褶状成型体的上面设有在宽度方向延伸的隔壁部6。需要说明的是，不仅是褶状成型体的上面，在下面也可以设有隔壁部6。
[0133]若原水从原水供给口 41被供给到膜组件1 (参照图4的F6)，则原水沿着褶状成型体的折痕向长度方向流动，从原水排出口 42被排出(参照图4的F7)。另一方面，若从冷却介质供给口供给冷却介质，则冷却介质沿着褶状成型体的折痕向长度方向流动，从冷却介质排出口被排出。所供给的原水成为水蒸气并透过气体透过膜2，被冷却膜3冷却而成为水，从气体透过膜2与冷却膜3之间被排出。膜组件1若具有隔壁部6，则原水或冷却介质沿着气体透过膜2的面流动，效率提高，因而是优选的。
[0134]图5是使用了褶状成型体的膜组件1中的原水、冷却介质、冷凝的水流动的示意图。原水从F3沿着气体透过膜2的面流动(参照图8的Fa)，从F4被排出。需要说明的是，F3、Fa、F4在图5中位于气体透过膜2的前方侧。另一方面，冷却介质从F6沿着冷却膜3的面流动(参照图8的Fc)，从F7被排出。需要说明的是，F6、Fc、F7在图5中位于冷却膜3的里面侧。并且，透过气体透过膜2的水蒸气在冷却膜3被冷凝，从F8被排出。在图5所示的膜组件1中，原水流动的方向(参照图8的Fa)与冷却介质流动的方向(参照图8的Fc)是相反的方向。
[0135]图6是本实施方式的膜组件的另一个实施方式的示意图。通过气体透过膜2，壳体4内形成了第一空间A和第四空间D，第一空间A的1个开口部46a与冷凝单元7连接。在图6的膜组件1中，原水被供给到膜组件1 (参照图6的F3)，在第一空间A中沿着气体透过膜2的面流动，并被排出(参照图6的F4)。另外，从气体透过膜2向第四空间D透过的水蒸气(参照图6的Fb)被送入冷凝单元7 (参照图6的F8)，被冷凝单元7所冷凝(参照图6的F5)，从而制造成水。图6中，冷凝单元7与第四空间D的开口部46a连接。
[0136]图7是本实施方式的膜组件的一个实施方式的其它示意图。该实施方式的膜组件I是图6所示的膜组件I的变形例，除了图6所示的膜组件I的构成要件外，在第四空间D具有其它的开口部46b，从该开口部46b供给空气(参照图7的Fl)，与透过气体透过膜2的水蒸气一起被供给到冷凝单元7，从而被冷凝。若使用图7的膜组件1，则可以使水蒸气高效地从气体透过膜2透过。在使用图7所示的膜组件I的情况下，原水流动的方向(参照图7的Fa)与空气流动的方向(参照图7的Fd)隔着气体透过膜2为反向(相对)。
[0137]图8是中空纤维型的膜组件的一个实施方式的示意图。图8中，膜组件I的壳体4内被分成中空纤维状的气体透过膜2的外侧和内侧。气体透过膜2在中空纤维的外侧表面或内侧表面形成。并且，原水被供给到中空纤维状的气体透过膜2的内侧，并被排出。另夕卜，相反地，原水可以被供给到中空纤维的外侧，并被排出。从中空纤维状的气体透过膜2透过的水蒸气与被供给到第四空间D的空气一起被排出。另外，水蒸气被冷凝单元7所冷凝，从而制造成水。需要说明的是，在图7和8中，作为冷凝单元7，代替冷却器也可以将中空纤维状的冷却膜用作冷凝单元7。
[0138]实施例
[0139]〔实施例1〕
[0140]将特氟龙(注册商标)AF-1600 (Dupont社制造)涂布至外径为1mm、内径为0.7mm的聚醚砜中空纤维微多孔膜，制作气体透过膜。氧透过速度为1，200GPU，氧透过速度/氮透过速度比=2.3，水蒸气透过速度为5，400GPU。AF-1600膜的吸水率为0.01%以下，与水的接触角为104°。关于吸水率，根据ASTM570，在将样品浸溃于23°C的水中24小时的条件下进行测定。与水的接触角如下测定:在样品的表面放置去离子水的水滴，在23°C放置I分钟后，使用接触角测定装置(协和界面科学制造，CA-X150型接触角计)进行测定。捆扎中空纤维，制作4个1m2的膜组件11，组装成合计40m2的膜组件11 (参照图10)。膜组件11具备由中空纤维膜构成的两个以上气体透过膜2、两个以上冷却膜3、以及收纳气体透过膜2和冷却膜3的壳体4。
[0141]利用该膜组件11，在图9所示的净化水制造装置100中进行实验。在图9的净化水制造装置100中，驱动空气供给装置103将空气从Fll供给到膜组件11，从F12排出，在冷却器16使水蒸气冷凝。冷凝后的水从F15被排出，空气由F18排出。另外，驱动原水供给装置101将海水(原水的一例)从F16供给到循环槽15，经由循环泵14，海水被加热器13加热。其后，通过F13，海水被供给到膜组件11，从F14排出的海水再次返回循环槽15。海水可以从F17排出(blow down)。需要说明的是，净化水制造装置100具备驱动控制循环泵14而控制海水的流量的流量控制部104、和进行加热器13的温度控制而控制海水的温度的温度控制部105。
[0142]被供给到循环槽15的海水设为20°C、3.2L/分钟的流量，使加热器13的电容为83kW，将海水加热。关于加热后的海水，在膜组件11的原水供给口为89°C、43L/分钟的流量，在膜组件I的原水排出口为69.2°C、39.8L分钟的流量。另外，通过Fll被供给到膜组件11的空气为6.3Nm3/分钟的流量。
[0143]在上述运转条件下运转图9的净化水制造装置100，其结果可以得到约3L/分钟的水(净化水)。净水的盐浓度为0.01重量％以下。不存在杂质等导致的膜污染。
[0144]〔实施例2〕
[0145]将特氟龙(注册商标)AF-1600涂布至聚烯烃系微多孔膜，制作气体透过膜，氧透过性为1300GPU，氧透过速度/氮透过速度比=2.3，水蒸气透过速度为5，900GPU。AF-1600膜的吸水率为0.01%以下，与水的接触角为104°。关于吸水率，根据ASTM570，在将样品浸溃于23°C的水中24小时的条件下进行测定。与水的接触角如下测定:在样品的表面放置去离子水的水滴，在23°C放置1分钟后，使用接触角测定装置(协和界面科学制造，CA-X150型接触角计)进行测定。将500旦尼尔10目的平纹网作为间隔物，用该间隔物夹住气体透过膜而加工成褶。制作4个10m2的膜组件，组装成合计40m2的净化水制造装置。除了使图9的膜组件11(参照图10)为图7的膜组件1以外，在与实施例1同样的条件下实施，结果可以得到约3L/分钟的水(冷凝水)。净水的盐浓度为0.01重量％以下。
[0146]工业实用性
[0147]本发明可以用于由海水制造净化水。
[0148]符号说明
[0149]1…膜组件、2…气体透过膜、3…冷却膜、4…壳体、5…间隔物、6…隔壁部、7…冷凝单兀、11...膜组件、12…气体透过膜、13...加热器、14…循环泵、15…循环槽、16…冷却器、41…原水供给口、42…原水排出口、43a，43b, 46a, 46b…开口部、100…净化水制造装置、101…原水供给装置、103…冷却介质供给装置、104…流量控制部、105…温度控制部、A…第一空间、B…第二空间、C…第三空间、D…第四空间。
【权利要求】
1.一种方法，其特征在于，使原水沿着气体透过膜的一个面流动，使透过所述气体透过膜的水蒸气冷凝，得到净化水。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使空气沿着所述气体透过膜的另一个面流动。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过进行冷却而使水蒸气冷凝。
4.如权利要求1?3的任一项所述的方法，其中，所述气体透过膜的水蒸气透过速度为1GPU 以上 I, 000，000GPU 以下。
5.如权利要求1?4的任一项所述的方法,其特征在于,原水为海水。
6.如权利要求1?5的任一项所述的方法,其特征在于,原水的温度为1°C以上100°C以下。
7.如权利要求1?6的任一项所述的方法，其特征在于，在膜组件中原水流动的方向与冷却介质流动的方向是相对的， 所述膜组件具备气体透过膜、冷却膜、和收纳所述气体透过膜和所述冷却膜的壳体， 在所述壳体内具有由所述气体透过膜和所述壳体形成的第一空间、由所述气体透过膜和所述冷却膜形成的第二空间、和由所述冷却膜和所述壳体形成的第三空间， 所述第一空间至少具有向所述第一空间供给原水的原水供给口和从第一空间排出原水的原水排出口， 所述第二空间具有至少I个以上的开口部， 所述第三空间至少具有向所述第三空间供给冷却介质的冷却介质供给口和从所述第三空间排出冷却介质的冷却介质排出口。
8.一种膜组件，其具备气体透过膜和冷却膜，原水沿着所述气体透过膜的一个面流动。
9.如权利要求8所述的膜组件，其中，冷却介质沿着所述冷却膜的一个面流动。
10.如权利要求8或9所述的膜组件，其特征在于，原水流动的方向和冷却介质流动的方向是相对的。
11.如权利要求8?10的任一项所述的膜组件，其特征在于， 其进一步具备收纳所述气体透过膜和所述冷却膜的壳体， 在所述壳体内具有由所述气体透过膜和所述壳体形成的第一空间、由所述气体透过膜和所述冷却膜形成的第二空间、和由所述冷却膜和所述壳体形成的第三空间， 所述第一空间至少具有向所述第一空间供给原水的原水供给口和从所述第一空间排出原水的原水排出口， 所述第二空间具有至少I个以上的开口部， 所述第三空间至少具有向所述第三空间供给冷却介质的冷却介质供给口和从所述第三空间排出冷却介质的冷却介质排出口。
12.如权利要求11所述的膜组件，其特征在于，所述第二空间具有2个以上的所述开口部。
13.如权利要求11或12所述的膜组件，其特征在于，在所述气体透过膜与所述冷却膜之间具有间隔物。
14.如权利要求11?13的任一项所述的膜组件，其特征在于，所述气体透过膜和所述冷却膜为平膜褶状。
15.如权利要求11?14的任一项所述的膜组件，其特征在于，按照在所述第一空间流动的原水的方向与在所述第三空间流动的冷却介质的方向相对的方式配置有所述原水供给口、所述原水排出口、所述冷却介质供给口、所述冷却介质排出口。
16.如权利要求11?15的任一项所述的膜组件,其特征在于， 其具有两个以上所述气体透过膜和所述冷却膜， 所述第一空间形成于相邻的所述气体透过膜彼此之间， 所述第二空间形成于相邻的所述气体透过膜与所述冷却膜之间， 所述第三空间形成于相邻的所述冷却膜彼此之间， 按照所述第一空间、所述第二空间、所述第三空间、所述第二空间的顺序反复进行了层积。
17.一种净化水制造装置，其特征在于，其具有权利要求11?16的任一项所述的膜组件、原水供给装置和冷却介质供给装置， 所述第一空间的所述原水供给口与所述原水供给装置连接， 所述第三空间的所述冷却介质供给口与所述冷却介质供给装置连接。
18.如权利要求17所述的净化水制造装置，其特征在于，在所述第二空间的开口部连接有水蒸气的冷凝单元。
19.一种净化水制造装置，其为具有膜组件和水蒸气的冷凝单元的净化水制造装置，所述膜组件具备气体透过膜和收纳气体透过膜的壳体， 其特征在于， 所述膜组件为以下膜组件:其在所述壳体内具有由所述气体透过膜和所述壳体形成的第一空间、和由所述气体透过膜和所述壳体形成的第四空间， 所述第一空间至少具有向所述第一空间供给原水的原水供给口和从所述第一空间排出原水的原水排出口， 所述第四空间具有至少I个以上的开口部； 在所述第四空间的开口部连接有水蒸气的冷凝单元。
20.如权利要求18或19所述的净化水制造装置，其特征在于，所述水蒸气的冷凝单元为热交换器或冷却器。
21.如权利要求17?20的任一项所述的净化水制造装置，其中，其进一步具备控制原水的温度的温度控制部和控制原水的流量的流量控制部。
【文档编号】B01D61/36GK104364203SQ201280073520
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2012年5月30日 优先权日:2012年5月30日
【发明者】清水敦, 大野裕一, 新滨智广 申请人:旭化成化学株式会社