(57)【要約】【課題】高回収率運転を行っても性能が低下しにくい分離膜エレメントを提供する。【解決手段】分離膜エレメント１０は、集液管２１と、集液管２１の周囲に配置された分離膜１２と、集液管２１の長手方向における分離膜１２の一方の端面である第１端面１０ｐと、集液管２１の長手方向における分離膜１２の他方の端面である第２端面１０ｑと、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑまで直線状に延びる第１原液流路１５と、第２端面１０ｑから第１端面１０ｐまで直線状に延びる第２原液流路１６と、を備えている。原液は、第１端面１０ｐを通過して第１原液流路１５に流入し、第２端面１０ｑを通過して第１原液流路１５から流出したのち、第２端面１０ｑを通過して第２原液流路１６に流入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集液管と、
前記集液管の周囲に配置された分離膜と、
前記集液管の長手方向における前記分離膜の一方の端面である第１端面と、
前記集液管の長手方向における前記分離膜の他方の端面である第２端面と、
前記第１端面から前記第２端面まで直線状に延びる第１原液流路と、
前記第２端面から前記第１端面まで直線状に延びる第２原液流路と、
を備え、
原液は、前記第１端面を通過して前記第１原液流路に流入し、前記第２端面を通過して前記第１原液流路から流出したのち、前記第２端面を通過して前記第２原液流路に流入する、分離膜エレメント。
【請求項２】
前記第２原液流路の流路断面積は、前記第１原液流路の流路断面積よりも小さい、請求項１に記載の分離膜エレメント。
【請求項３】
前記第１原液流路は、前記集液管の周方向における第１角度の領域を占有する流路であり、
前記第２原液流路は、前記集液管の周方向における第２角度の領域を占有する流路であり、
前記第１角度は、前記第２角度と異なる、請求項１又は２に記載の分離膜エレメント。
【請求項４】
前記第１原液流路と前記第２原液流路とを仕切っている複数の仕切りをさらに備え、
前記複数の仕切りのそれぞれが前記集液管の長手方向に延びている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。
【請求項５】
前記第１原液流路及び前記第２原液流路に配置された原液スペーサをさらに備え、
前記複数の仕切りのそれぞれは、前記原液スペーサに一体化されている、請求項４に記載の分離膜エレメント。
【請求項６】
前記集液管の周方向に第１の角度位置と第２の角度位置とが定められ、
前記複数の仕切りは、前記第１の角度位置において前記集液管の半径方向に並べられた複数の第１仕切りと、前記第２の角度位置において前記集液管の前記半径方向に並べられた複数の第２仕切りと、を含む、請求項５に記載の分離膜エレメント。
【請求項７】
前記仕切りは、ホットメルト樹脂及びシリコーンシーラントからなる群より選ばれる少なくとも１つによって作られている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。
【請求項８】
前記第２端面における前記第１原液流路の出口と前記第２端面における前記第２原液流路の入口とを接続している連絡流路をさらに備えた、請求項１〜７のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。
【請求項９】
前記連絡流路は、前記第２端面を覆っているカバーの内部空間である、請求項８に記載の分離膜エレメント。
【請求項１０】
前記第１端面から前記第２端面まで直線状に延びる第３原液流路をさらに備え、
前記原液は、前記第１端面を通過して前記第２原液流路から流出したのち、前記第１端面を通過して前記第３原液流路に流入する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。
【請求項１１】
前記第１端面から前記第２端面まで直線状に延びる少なくとも１つの追加の原液流路をさらに備え、
前記原液は、前記第１端面又は前記第２端面を通過して前記追加の原液流路から流出したのち、前記追加の原液流路から流出する際に通過した前記第１端面又は前記第２端面を再び通過し、前記追加の原液流路の下流側に位置する別の追加の原液流路に流入する、請求項１〜９のいずれかに１項に記載の分離膜エレメント。
【請求項１２】
前記分離膜が折り畳まれて前記集液管に巻きつけられている、請求項１に記載の分離膜エレメント。
【請求項１３】
前記第１原液流路と前記第２原液流路とを仕切っている複数の仕切りをさらに備え、
前記複数の仕切りのそれぞれは、前記集液管の半径方向及び前記集液管の長手方向の両方向に延びている、請求項１２に記載の分離膜エレメント。
【請求項１４】
前記集液管の周方向に並べられた複数の分割エレメントをさらに備え、
前記複数の分割エレメントによって前記第１原液流路及び前記第２原液流路が形成されており、
前記複数の分割エレメントのそれぞれは、外壁部と、前記外壁部の内側に配置された前記分離膜と、を含み、
前記集液管の周方向に沿った前記原液の流れは、前記複数の分割エレメントのそれぞれの前記外壁部によって遮断されている、請求項１に記載の分離膜エレメント。
【請求項１５】
平板かつ矩形の形状を有し、積層された複数の分離膜と、
前記積層された複数の分離膜の互いに向かい合う一対の端面から選ばれる一方の端面である第１端面と、
前記一対の端面から選ばれる他方の端面である第２端面と、
前記第１端面から前記第２端面まで直線状に延びる第１原液流路と、
前記第２端面から前記第１端面まで直線状に延びる第２原液流路と、
を備え、
原液は、前記第１端面を通過して前記第１原液流路に流入し、前記第２端面を通過して前記第１原液流路から流出したのち、前記第２端面を通過して前記第２原液流路に流入する、分離膜エレメント。
【請求項１６】
前記第１原液流路と前記第２原液流路とを仕切っている仕切りをさらに備え、
前記仕切りは、平板状であり、前記分離膜と前記分離膜との間に配置されている、請求項１５に記載の分離膜エレメント。
【請求項１７】
前記積層された複数の分離膜の互いに向かい合う他の一対の端面から選ばれる１つの端面を通じて透過液を集めるために設けられた集合流路をさらに備えた、請求項１５又は１６に記載の分離膜エレメント。
【請求項１８】
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配置された請求項１〜１７のいずれか１項に記載の分離膜エレメントと、
を備えた、分離膜モジュール。
【請求項１９】
前記分離膜エレメントが請求項８に記載の分離膜エレメントであり、
前記連絡流路が前記ケーシングの内部空間である、請求項１８に記載の分離膜モジュール。
【請求項２０】
プレフィルタと、
活性炭フィルタと、
分離膜フィルタと、
を備え、
前記プレフィルタ、前記活性炭フィルタ及び前記分離膜フィルタは、原水がこの順番で流れるように互いに接続されており、
前記分離膜フィルタが請求項１〜１７のいずれか１項に記載の分離膜エレメントを含む、浄水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜エレメント、分離膜モジュール及び浄水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
分離膜エレメントは、海水の淡水化、純水の製造、水道水の浄化、廃水処理、原油の採掘などの様々な分野で使用されている。例えば、スパイラル型の分離膜エレメントは、集水管と、集水管に巻きつけられた分離膜とを備えている。処理されるべき原水は、分離膜と分離膜との間に定められた原水流路を流れる。透過水は、透過水流路を通じて集水管に集められる。
【０００３】
分離膜エレメントを使用して原水を処理するとき、原水から多くの透過水を回収できることが望ましい。特許文献１には、長期安定運転を可能にするツリー構造のＲＯ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２５５２７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／００４２０８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ツリー構造を採用できなかったり、分離膜エレメントを単段で使用することが要求されたりすることがある。この場合、分離膜エレメントの性能を十分に発揮させることは容易ではない。
【０００６】
分離膜エレメントを単段で使用して高回収率運転を行うと、原水流路の出口付近で原水の線速が大幅に低下し、塩阻止率及び透過水の流量が大幅に低下する。なぜなら、原水の線速が低下することによって、原水スペーサによる原水の撹拌効果が低下し、濃度分極層が発達する。これにより、塩阻止率及び透過水の流量が低下する。
【０００７】
特許文献２に記載された逆浸透膜エレメントは、蛇行した原水流路を有する。しかし、蛇行した原水流路は、複数の淀み領域を生じさせる。淀み領域における原水の線速は非常に遅いので、淀み領域は、分離機能に殆ど寄与しない。
【０００８】
本発明は、高回収率運転を行っても性能が低下しにくい分離膜エレメントを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
集液管と、
前記集液管の周囲に配置された分離膜と、
前記集液管の長手方向における前記分離膜の一方の端面である第１端面と、
前記集液管の長手方向における前記分離膜の他方の端面である第２端面と、
前記第１端面から前記第２端面まで直線状に延びる第１原液流路と、
前記第２端面から前記第１端面まで直線状に延びる第２原液流路と、
を備え、
原液は、前記第１端面を通過して前記第１原液流路に流入し、前記第２端面を通過して前記第１原液流路から流出したのち、前記第２端面を通過して前記第２原液流路に流入する、分離膜エレメントを提供する。
【００１０】
別の側面において、本発明は、
平板かつ矩形の形状を有し、積層された複数の分離膜と、
前記積層された複数の分離膜の互いに向かい合う一対の端面から選ばれる一方の端面である第１端面と、
前記一対の端面から選ばれる他方の端面である第２端面と、
前記第１端面から前記第２端面まで直線状に延びる第１原液流路と、
前記第２端面から前記第１端面まで直線状に延びる第２原液流路と、
を備え、
原液は、前記第１端面を通過して前記第１原液流路に流入し、前記第２端面を通過して前記第１原液流路から流出したのち、前記第２端面を通過して前記第２原液流路に流入する、分離膜エレメントを提供する。
【００１１】
さらに別の側面において、本発明は、
集液管と、
集液管の周方向に並べられた複数の分割エレメントと、
を備え、
前記複数の分割エレメントは、前記集液管の長手方向に平行に延びる第１原液流路を形成している少なくとも１つの分割エレメントと、前記集液管の長手方向に平行に延びる第２原液流路を形成している少なくとも１つの分割エレメントとを有し、
前記複数の分割エレメントのそれぞれは、外壁部と、外壁部の内側に配置された分離膜とを含み、
前記集液管の周方向に沿った原液の流れは、前記複数の分割エレメントのそれぞれの前記外壁部によって遮断される、分離膜エレメント。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の分離膜エレメントにおいて、原液流路の合計の長さは、第１端面と第２端面との間の距離の２倍以上である。原液流路の流路断面積を減らし、原液流路の合計長さを増やすことによって、原液の線速を上げて濃度分極層が発達することを抑制できる。つまり、本発明の分離膜エレメントは、高回収率運転を行っても性能（塩阻止率及び透過液の流量）が低下しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る分離膜エレメントの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す分離膜エレメントの縦断面図である。
【図３】図３は、図１に示す分離膜エレメントの展開斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１端面又は第２端面から見たときの分離膜エレメントの正面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１端面又は第２端面の部分拡大斜視図である。
【図５】図５は、原水スペーサに仕切りを一体化させる方法を示す図である。
【図６】図６は、変形例に係る原水スペーサの斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１角度及び第２角度の別の例を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１角度及び第２角度のさらに別の例を示す模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第１角度及び第２角度のさらに別の例を示す模式図である。
【図８Ａ】図８Ａは、変形例１に係る分離膜エレメントの斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第２端面から見たときの分離膜エレメントの模式的な平面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、第１端面から見たときの分離膜エレメントの模式的な平面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、変形例２に係る分離膜エレメントの斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第１端面又は第２端面から見たときの分離膜エレメントの模式的な正面図である。
【図１０】図１０は、変形例１の分離膜エレメントに使用された４枚の原水スペーサの展開図である。
【図１１】図１１は、仕切りの位置を決定するために用いられる曲線を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施形態２に係る分離膜エレメントを第１端面又は第２端面から見たときの模式的な平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、実施形態２に係る分離膜エレメントに使用された分離膜の展開図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、実施形態２に係る分離膜エレメントの分解断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、実施形態３に係る分離膜エレメントの概略的な斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａに示す分離膜エレメントの断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、実施形態４に係る分離膜エレメントを第１端面又は第２端面から見たときの模式的な平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、分割エレメントの断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、分割エレメントに使用された分離膜の展開図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、分割エレメントの分解断面図である。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、実施形態４に係る分離膜エレメントの縦断面図である。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、実施形態４に係る分離膜エレメントの別の縦断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、別の分割エレメントの断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、さらに別の分割エレメントの断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、さらに別の分割エレメントの断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態に係る分離膜モジュールの断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、変形例に係る分離膜モジュールの断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、別の変形例に係る分離膜モジュールの断面図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、さらに別の変形例に係る分離膜モジュールの断面図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、さらの別の変形例に係る分離膜モジュールの断面図である。
【図１７Ｅ】図１７Ｅは、さらに別の変形例に係る分離膜モジュールの断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、カバーの一例の斜視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、別のカバーの一例の斜視図である。
【図１９】図１９は、図１８Ａに示すカバーの変形例を示す図である。
【図２０】図２０は、図１７Ｃに示す分離膜モジュールに使用されたカバーの一例の斜視図である。
【図２１】図２１は、本発明の一実施形態に係る浄水器の正面図である。
【図２２】図２２は、参照例の分離膜エレメントの斜視図である。
【図２３】図２３は、実施例及び参照例の分離膜エレメントにおける回収率と透過水の流量との関係を示すグラフである。
【図２４】図２４は、特許文献２に記載された逆浸透膜エレメントの問題点を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１５】
図１は、本実施形態の分離膜エレメント１０の構成を概略的に示している。図１に示すように、分離膜エレメント１０は、第１端面１０ｐ、第２端面１０ｑ、第１原水流路１５及び第２原水流路１６を備えている。第１端面１０ｐ及び第２端面１０ｑは、互いに向かい合う端面である。第１原水流路１５は、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑまで延びている。第２原水流路１６は、第２端面１０ｑから第１端面１０ｐまで延びている。第１原水流路１５は、第２原水流路１６に直列に接続されている。
【００１６】
分離膜エレメント１０によって処理（濾過）されるべき液体としては、水（原水）が挙げられる。本明細書では、簡単のため、液体の代表として「水」の用語を使用する。
【００１７】
分離膜エレメント１０は、詳細には、集水管２１及び積層体２２を備えている。積層体２２は、分離膜１２を含み、集水管２１の周囲に配置されている。第１原水流路１５及び第２原水流路１６は、積層体２２の内部に形成された流路である。第１端面１０ｐは、集水管２１の長手方向における分離膜１２の一方の端面である。第２端面１０ｑは、集水管２１の長手方向における分離膜１２の他方の端面である。
【００１８】
矢印で示すように、分離膜エレメント１０において、原水は、第１端面１０ｐを通過して第１原水流路１５に流入し、第２端面１０ｑを通過して第１原水流路１５から流出する。その後、原水は、第２端面１０ｑを通過して第２原水流路１６に流入し、第１端面１０ｐを通過して第２原水流路１６から流出する。原水は、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間を往復する。
【００１９】
従来の分離膜エレメントにおいて、原水流路の長さは、分離膜エレメントの端面間の距離に等しい。例えば、透過水の回収率を５０％に設定して運転を行う場合、原水流路の出口付近における原水の流量は入口付近における原水の流量の約半分である。そのため、原水流路の出口付近において、原水の線速は著しく低下する。その結果、濃度分極層が発達し、塩阻止率及び透過水の流量が低下する。
【００２０】
これに対し、本実施形態の分離膜エレメント１０において、原水流路の合計の長さは、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間の距離の２倍以上である。原水流路の流路断面積を減らし、原水流路の合計長さを増やすことによって、原水の線速を上げて濃度分極層が発達することを抑制できる。つまり、本実施形態の分離膜エレメント１０は、高回収率運転を行っても性能（塩阻止率及び透過水の流量）が低下しにくい。また、原水の線速を上げることによって、スケールの付着を抑制することも可能である。
【００２１】
特に、原水の流れ方向における下流側に進むにつれて原水流路の流路断面積が段階的に減少している場合、原水の線速を上げることによる上記の効果をより十分に得ることができる。
【００２２】
図２４に示すように、特許文献２に記載された逆浸透膜エレメントは、蛇行した原水流路を備えている。原水流路の合計の長さは、逆浸透膜エレメントの端面間の距離の２倍以上である。しかし、蛇行した原水流路は、複数の淀み領域ＳＡを生じさせる。淀み領域ＳＡにおける原水の線速は非常に遅い。つまり、淀み領域ＳＡは、分離機能に殆ど寄与しない。
【００２３】
これに対し、本実施形態の分離膜エレメント１０において、原水は、第２端面１０ｑを通過して第１原水流路１５から流出したのち、第２端面１０ｑを通過して第２原水流路１６に流入する。つまり、原水は、分離膜と分離膜との間の空間である第１原水流路１５から一旦外部に出て、再度、分離膜と分離膜との間の別の空間である第２原水流路１６に流入する。原水は、それぞれの原水流路内を直進し、流れの方向が変わることがないため、第１原水流路１５にも第２原水流路１６にも淀み領域が生じにくい。
【００２４】
本実施形態では、第１原水流路１５も第２原水流路１６も蛇行しておらず、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間において直線状に延びている。原水は、各原水流路を直線状に流れる。このような構成によれば、淀み領域ができることをより確実に防止できる。
【００２５】
本明細書において、「直線状」とは、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑに至るまで、あるいは、第２端面１０ｑから第１端面１０ｐに至るまでに原水の流れ方向が大幅に変化しないことを意味する。すなわち、直線状に延びる流路とは、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間で実質的に淀み領域ができない形状及び構成を有する流路を意味する。流路には、湾曲、ねじれ、拡大、縮小などを多少伴う部分があってもよい。
【００２６】
本実施形態において、第１原水流路１５の長さは、第２原水流路１６の長さに等しい。第１原水流路１５における原水の流れ方向は、第２原水流路１６における原水の流れ方向と平行である。詳細には、第１原水流路１５における原水の流れ方向は、第２原水流路１６における原水の流れ方向と１８０度反対の方向である。第１原水流路１５における原水の流れ方向及び第２原水流路１６における原水の流れ方向は、集水管２１の長手方向に平行である。第１原水流路１５から第２原水流路１６に移るとき、原水の流れ方向が１８０度反転する。このような構成によれば、分離膜エレメント１０をコンパクトに構成することが可能である。
【００２７】
第２原水流路１６の流路断面積は、例えば、第１原水流路１５の流路断面積よりも小さい。このような構成によれば、第２原水流路１６において原水の線速が低下しにくい。そのため、分離膜エレメント１０は、高回収率運転に適している。
【００２８】
第１原水流路１５の流路断面積は、第１原水流路１５としての空間の体積を集水管２１の長手方向における第１原水流路１５の長さで割ることによって算出されうる。集水管２１の長手方向における第１原水流路１５の長さは、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間の最短距離に等しい。第２原水流路１６の流路断面積も同じ方法で算出されうる。
【００２９】
本実施形態では、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとを最短距離で結ぶ線分に垂直な断面における第１原水流路１５の面積が一定である。言い換えれば、第１原水流路１５の流路断面積は、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとを最短距離で結ぶ線分に垂直な断面における第１原水流路１５の面積で表される。このような構成によれば、淀み領域ができることをより確実に防止できる。「第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとを最短距離で結ぶ線分に垂直な断面」は、集水管２１の長手方向に垂直な断面である。
【００３０】
同様に、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとを最短距離で結ぶ線分に垂直な断面における第２原水流路１６の面積が一定である。言い換えれば、第２原水流路１６の流路断面積は、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとを最短距離で結ぶ線分に垂直な断面における第２原水流路１６の面積で表される。このような構成によれば、淀み領域ができることをより確実に防止できる。
【００３１】
第１原水流路１５の入口は、第１端面１０ｐに位置している。第１原水流路１５の出口は、第２端面１０ｑに位置している。第２原水流路１６の入口は、第２端面１０ｑに位置している。第２原水流路１６の出口は、第１端面１０ｐに位置している。言い換えれば、第１原水流路１５は、第１端面１０ｐ及び第２端面１０ｑのそれぞれにおいて開口している。第２原水流路１６は、第１端面１０ｐ及び第２端面１０ｑのそれぞれにおいて開口している。
【００３２】
図２は、分離膜エレメント１０の縦断面を概略的に示している。図２に示すように、分離膜エレメント１０は、連絡流路２７をさらに備えている。連絡流路２７は、第２端面１０ｑにおける第１原水流路１５の出口と第２端面１０ｑにおける第２原水流路１６の入口とを接続している。連絡流路２７は、第１原水流路１５から第２原水流路１６への原水の移送を可能にする。
【００３３】
本実施形態において、連絡流路２７は、第２端面１０ｑを覆っているカバー２８の内部空間でありうる。カバー２８は、第２端面１０ｑを覆い、連絡流路２７としての隔離部屋を形成している。このような構成によれば、第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水が移送されうる。カバー２８は、例えば、積層体２２に取り付けられている。分離膜エレメント１０は、分離膜１２を覆う円筒状のシェルを備えていてもよい。カバー２８は、円筒状のシェルの端部に取り付けられていてもよい。後述するように、カバー２８は、分離膜エレメント１０の全体を収容するケーシングの一部であってもよい。
【００３４】
分離膜エレメント１０は、第１端面１０ｐにおける第１原水流路１５の入口と第１端面１０ｐにおける第２原水流路１６の出口とを仕切る隔壁を含むアダプタを備えていてもよい。アダプタは、処理されるべき原水と濃縮された原水（濃縮水）との混合を防ぎつつ、第１原水流路１５に処理されるべき原水を導き、第２原水流路１６から濃縮水を回収する。このようなアダプタは、積層体２２に取り付けられてもよく、分離膜エレメント１０の全体を収容するケーシングの一部であってもよい。
【００３５】
図３は、図１に示す分離膜エレメント１０を部分的に展開して示している。積層体２２は、分離膜１２、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４によって構成されている。分離膜１２の端面が積層体２２の端面を構成する。積層体２２は、詳細には、複数の分離膜１２、複数の原水スペーサ１３及び複数の透過水スペーサ１４によって構成されている。原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４は、例えば、網状の部材である。原水スペーサ１３として、例えば、ひし形の開口を有する押出ネットが使用される。透過水スペーサ１４として、トリコット編みの編物、平織りの織物などを使用してもよい。
【００３６】
複数の分離膜１２は、互いに重ね合わされ、袋状の構造を有するように３辺において封止され、集水管２１に巻きつけられている。袋状の構造の外部に位置するように、分離膜１２と分離膜１２との間に原水スペーサ１３が配置されている。原水スペーサ１３は、分離膜１２と分離膜１２との間に原水流路としての空間を確保している。原水流路には、第１原水流路１５及び第２原水流路１６が含まれる。袋状の構造の内部に位置するように、分離膜１２と分離膜１２との間に透過水スペーサ１４が配置されている。透過水スペーサ１４は、分離膜１２と分離膜１２との間に透過水流路としての空間を確保している。１対の分離膜１２及び透過水スペーサ１４によって膜リーフ１１が構成されている。透過水流路が集水管２１に連通するように、膜リーフ１１の開口端が集水管２１に接続されている。
【００３７】
第１端面１０ｐ及び第２端面１０ｑは、それぞれ、集水管２１の長手方向における分離膜１２の端面でありうる。このような構成によれば、分離膜１２の端から端まで第１原水流路１５及び第２原水流路１６が形成されるので、分離膜１２の分離機能を最大限に発揮させることが可能である。
【００３８】
本実施形態の分離膜エレメント１０は、スパイラル型の分離膜エレメントでありうる。スパイラル型の分離膜エレメントの材料、構造、特性、製造方法などは良く知られている。そのため、最小限の設計変更にて、既存のスパイラル型の分離膜エレメントに本明細書に記載された技術を適用することが可能である。
【００３９】
分離膜１２は、例えば、逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜又は精密濾過膜である。分離膜１２は、典型的には、逆浸透膜又はナノ濾過膜である。分離膜１２は、多孔性支持体と、多孔性支持体によって支持された分離機能層とを有する複合半透膜であってもよい。多孔性支持体としては、微多孔層を不織布上に形成した限外ろ過膜が用いられる。微多孔層の材料としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。分離機能層は、ポリアミドによって構成されうる。
【００４０】
集水管２１は、各分離膜１２を透過した透過水を集めて分離膜エレメント１０の外部に導く役割を担っている。集水管２１には、その長手方向に沿って複数の貫通孔２１ｈが所定間隔で設けられている。透過水は、これらの貫通孔２１ｈを通じて集水管２１の中に流入する。
【００４１】
図４Ａは、第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑから見たときの分離膜エレメント１０の正面図である。本実施形態において、第１原水流路１５は、集水管２１の周方向における第１角度θ１の領域を占有する流路である。第２原水流路１６は、集水管２１の周方向における第２角度θ２の領域を占有する流路である。第１角度θ１は、第２角度θ２と異なる。詳細には、第１角度θ１は、第２角度θ２よりも大きい。このような構成によれば、第２原水流路１６における原水の線速の低下を十分に抑制することができる。また、第１角度θ１及び第２角度θ２を適切に変更することによって、第１原水流路１５における原水の線速と第２原水流路１６における原水の線速とを均一化することも可能である。
【００４２】
図４Ａの例において、第１角度θ１は２４０度であり、第２角度θ２は１２０度である。したがって、第１原水流路１５の流路断面積に対する第２原水流路１６の流路断面積の比率は、０．５である。
【００４３】
分離膜エレメント１０は、複数の仕切り２３をさらに備えている。複数の仕切り２３のそれぞれが第１原水流路１５と第２原水流路１６とを仕切っている。複数の仕切り２３のそれぞれが集水管２１の長手方向に延びている。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がショートカットして流れることも防止できる。
【００４４】
仕切り２３は、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑまで延びている。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。
【００４５】
図４Ｂは、第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑの一部を拡大して示している。図４Ｂに示すように、膜リーフ１１と膜リーフ１１との間に原水スペーサ１３が配置されている。この例では、仕切り２３の右側の空間が第１原水流路１５であり、仕切り２３の左側の空間が第２原水流路１６である。仕切り２３は、原水スペーサ１３に一体化されている。言い換えれば、仕切り２３は、原水スペーサ１３の一部であってもよい。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がショートカットして流れることも防止できる。各仕切り２３は、帯状の形状を有する。
【００４６】
図４Ａに示すように、複数の仕切り２３は、第１の角度位置Ｐ１において集水管２１の半径方向に並べられた複数の第１仕切り２３１と、第２の角度位置Ｐ２において集水管２１の半径方向に並べられた複数の第２仕切り２３２と、を含む。第１の角度位置Ｐ１及び第２の角度位置Ｐ２は、集水管２１の周方向における所定の角度位置である。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がショートカットして流れることも防止できる。
【００４７】
図５は、原水スペーサ１３に仕切り２３を一体化させる方法の一例を示している。具体的には、原水スペーサ１３の所定の位置に仕切り２３の原料部材であるリボン２３ａを配置する。原水スペーサ１３及びリボン２３ａを耐熱シート２５で挟み、リボン２３ａが溶融し、原水スペーサ１３が溶融しない温度にて、原水スペーサ１３及びリボン２３ａに熱及び圧力を加える。耐熱シート２５は、シリコーンなどで表面が剥離処理された耐熱シートである。リボン２３ａが溶融及び固化することによって、原水スペーサ１３に一体化された仕切り２３が形成される。仕切り２３は、例えば、ホットメルト樹脂によって作られている。図５に示す方法によれば、原水スペーサ１３に仕切り２３を容易に一体化させることができる。仕切り２３の厚さを原水スペーサ１３の厚さに一致させることができるとともに、平滑な表面の仕切り２３を形成することができる。仕切り２３の形成後、耐熱シート２５は、原水スペーサ１３から剥離され、除去される。集水管２１に膜リーフ１１と原水スペーサ１３を巻きつけた後、巻回体を再加熱することによって、仕切り２３と分離膜１２との間の封止性を向上させることも可能である。
【００４８】
仕切り２３は、シリコーンシーラントによって作られていてもよい。シリコーンシーラントを使用する場合、耐熱シート２５に代えて、ワックスペーパーを使用できる。
【００４９】
図６は、変形例に係る原水スペーサ１３１を示している。原水スペーサ１３１は、多数の開口を有するシート状の本体部１３２と、本体部１３２に一体化された複数の仕切り２３とを備えている。複数の仕切り２３は、互いに平行に並んでいる。仕切り２３は、本体部１３２の厚さを上回る厚さを有している。このような原水スペーサ１３１は、シート材料を加工してロールツーロール方式で作製されうる。仕切り２３を有する原水スペーサは、多数の開口部を有するネットと、仕切り２３としての帯状の部材とを交互に接続することによって作製されてもよい。
【００５０】
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、図４Ａを参照して説明した第１角度θ１及び第２角度θ２の別の例を示している。第１角度θ１は、第１原水流路１５が占有する領域の角度である。第２角度θ２は、第２原水流路１６が占有する領域の角度である。図７Ａに示すように、例えば、第１角度θ１が２５７度であり、第２角度θ２が１０３度である。図７Ｂに示すように、例えば、第１角度θ１が２７０度であり、第２角度θ２が９０度である。図７Ｃに示すように、例えば、第１角度θ１が２８８度であり、第２角度θ２が７２度である。原水の線速が十分に維持されるように、第１角度θ１及び第２角度θ２が適切に設定されうる。
【００５１】
（変形例１）
図８Ａは、変形例１に係る分離膜エレメント２０の構成を概略的に示している。図８Ｂは、第２端面１０ｑから見たときの分離膜エレメント２０の模式的な平面図である。図８Ｃは、第１端面１０ｐから見たときの分離膜エレメント２０の模式的な平面図である。分離膜エレメント１０に関する全ての説明は、技術的な矛盾が無い限り、分離膜エレメント２０にも適用されうる。
【００５２】
図８Ａに示すように、分離膜エレメント２０は、分離膜エレメント１０の構成に加え、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑまで延びる第３原水流路１７をさらに備えている。矢印で示すように、分離膜エレメント２０において、原水は、第１端面１０ｐを通過して第１原水流路１５に流入し、第２端面１０ｑを通過して第１原水流路１５から流出する。次に、原水は、第２端面１０ｑを通過して第２原水流路１６に流入し、第１端面１０ｐを通過して第２原水流路１６から流出する。さらに、原水は、第１端面１０ｐを通過して第３原水流路１７に流入し、第２端面１０ｑを通過して第３原水流路１７から流出する。つまり、原水は、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間を１．５往復する。本変形例によれば、原水流路の合計長さを更に増やすことによって、各原水流路の流路断面積が減少する。その結果、原水の線速を上げて濃度分極層が発達することを更に抑制できる。
【００５３】
第１原水流路１５及び第２原水流路１６と同様、第３原水流路１７も第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間を直線状に延びている。このような構成によれば、淀み領域ができることをより確実に防止できる。
【００５４】
第１原水流路１５から第２原水流路１６に移るとき、原水の流れ方向が１８０度反転する。第２原水流路１６から第３原水流路１７に移るとき、原水の流れ方向が１８０度反転する。このような原水の流れは、別の変形例及び別の実施形態にも適用されている。
【００５５】
本変形例において、第１原水流路１５は、集水管２１の周方向における第１角度θ１の領域を占有している。第２原水流路１６は、集水管２１の周方向における第２角度θ２の領域を占有している。第３原水流路１７は、集水管２１の周方向における第３角度θ３の領域を占有している。第１角度θ１は、第２角度θ２よりも大きい。第２角度θ２は、第３角度θ３よりも大きい。このような構成によれば、原水の線速の低下を十分に防ぐことができる。例えば、第１角度θ１が１６０度であり、第２角度θ２が１２０度であり、第３角度θ３が８０度である。
【００５６】
第２原水流路１６の流路断面積は第１原水流路１５の流路断面積よりも小さい。第３原水流路１７の流路断面積は第２原水流路１６の流路断面積よりも小さい。つまり、下流側に位置している原水流路の流路断面積は、上流側に位置している原水流路の流路断面積よりも小さい。このような構成によれば、第２原水流路１６及び第３原水流路１７において原水の線速が低下しにくい。そのため、分離膜エレメント２０は、高回収率運転に適している。
【００５７】
複数の仕切り２３は、第１原水流路１５、第２原水流路１６及び第３原水流路１７を相互に仕切っている。これにより、原水は、流路をショートカットすることなく、第１原水流路１５、第２原水流路１６及び第３原水流路１７を順番に流れる。
【００５８】
図４Ａを参照して説明した構成は、本変形例にも適用されうる。具体的には、複数の仕切り２３は、第１の角度位置において集水管２１の半径方向に並べられた複数の第１仕切りと、第２の角度位置において集水管２１の半径方向に並べられた複数の第２仕切りと、第３の角度位置において集水管２１の半径方向に並べられた複数の第３仕切りと、を含む。第１の角度位置、第２の角度位置及び第３の角度位置は、集水管２１の周方向における所定の角度位置である。このような構成によれば、第１原水流路１５、第２原水流路１６及び第３原水流路１７を相互に確実に仕切ることができる。
【００５９】
分離膜エレメント２０は、連絡流路３１及び連絡流路３２をさらに備えている。連絡流路３１は、第２端面１０ｑにおける第１原水流路１５の出口と第２端面１０ｑにおける第２原水流路１６の入口とを接続している。連絡流路３１は、第３原水流路１７から隔離されている。連絡流路３２は、第１端面１０ｐにおける第２原水流路１６の出口と第１端面１０ｐにおける第３原水流路１７の入口とを接続している。連絡流路３２は、第１原水流路１５から隔離されている。連絡流路３１は、第１原水流路１５から第２原水流路１６への原水の移送を可能にする。連絡流路３２は、第２原水流路１６から第３原水流路１７への原水の移送を可能にする。
【００６０】
本変形例において、連絡流路３１は、第２端面１０ｑを覆っているカバー２８１の内部空間でありうる。連絡流路３２は、第１端面１０ｐを覆っているカバー２８２の内部空間でありうる。図８Ｂに示すように、カバー２８１は、第２端面１０ｑを覆い、連絡流路３１としての隔離部屋を形成している。カバー２８１は、第１原水流路１５の出口及び第２原水流路１６の入口を第３原水流路１７の出口から隔離している。図８Ｃに示すように、カバー２８２は、第１端面１０ｐを覆い、連絡流路３２としての隔離部屋を形成している。カバー２８２は、第２原水流路１６の出口及び第３原水流路１７の入口を第１原水流路１５の入口から隔離している。このような構成によれば、第１原水流路１５、第２原水流路１６及び第３原水流路１７の順番で原水が流れる。図２４を参照して説明した淀み領域ＳＡが形成されることも防止できる。第２原水流路１６を流れることなく第１原水流路１５から第３原水流路１７に原水がショートカットして流れたり、第３原水流路１７から第１原水流路１５に原水が戻ったりすることも防止できる。カバー２８１及びカバー２８２は、例えば、積層体２２に取り付けられている。
【００６１】
（変形例２）
図９Ａは、変形例２に係る分離膜エレメント３０の構成を概略的に示している。図９Ｂは、第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑから見たときの分離膜エレメント３０の模式的な平面図である。分離膜エレメント１０及び２０に関する全ての説明は、技術的な矛盾が無い限り、分離膜エレメント３０にも適用されうる。
【００６２】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、分離膜エレメント３０は、分離膜エレメント２０の構成に加え、第２端面１０ｑから第１端面１０ｐまで延びる第４原水流路１８をさらに備えている。矢印で示すように、分離膜エレメント３０において、原水は、第１端面１０ｐを通過して第１原水流路１５に流入し、第２端面１０ｑを通過して第１原水流路１５から流出する。次に、原水は、第２端面１０ｑを通過して第２原水流路１６に流入し、第１端面１０ｐを通過して第２原水流路１６から流出する。次に、原水は、第１端面１０ｐを通過して第３原水流路１７に流入し、第２端面１０ｑを通過して第３原水流路１７から流出する。さらに、原水は、第２端面１０ｑを通過して第４原水流路１８に流入し、第１端面１０ｐを通過して第４原水流路１８から流出する。つまり、原水は、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間を２往復する。本変形例によれば、原水流路の合計長さを更に増やすことによって各原水流路の流路断面積が減少する。その結果、原水の線速を上げて濃度分極層が発達することを更に抑制できる。
【００６３】
第１原水流路１５、第２原水流路１６及び第３原水流路１７と同様、第４原水流路１８も第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間を直線状に延びている。このような構成によれば、淀み領域ができることをより確実に防止できる。
【００６４】
本変形例において、第１原水流路１５は、集水管２１の周方向における第１角度θ１の領域を占有している。第２原水流路１６は、集水管２１の周方向における第２角度θ２の領域を占有している。第３原水流路１７は、集水管２１の周方向における第３角度θ３の領域を占有している。第４原水流路１８は、集水管２１の周方向における第４角度θ４の領域を占有している。第１角度θ１は、第２角度θ２よりも大きい。第２角度θ２は、第３角度θ３よりも大きい。第３角度θ３は、第４角度θ４よりも大きい。このような構成によれば、原水の線速の低下を十分に防ぐことができる。例えば、第１角度θ１が１２０度であり、第２角度θ２が１００度であり、第３角度θ３が８０度であり、第４角度θ４が６０度である。
【００６５】
第２原水流路１６の流路断面積は第１原水流路１５の流路断面積よりも小さい。第３原水流路１７の流路断面積は第２原水流路１６の流路断面積よりも小さい。第４原水流路１８の流路断面積は第３原水流路１７の流路断面積よりも小さい。このような構成によれば、第２原水流路１６、第３原水流路１７及び第４原水流路１８において原水の線速が低下しにくい。そのため、分離膜エレメント３０は、高回収率運転に適している。
【００６６】
複数の仕切り２３は、第１原水流路１５、第２原水流路１６、第３原水流路１７及び第４原水流路１８を相互に仕切っている。これにより、原水は、流路をショートカットすることなく、第１原水流路１５、第２原水流路１６、第３原水流路１７及び第４原水流路１８を順番に流れる。
【００６７】
変形例１及び変形例２から理解できるように、原水流路の数は、２つに限定されず、３以上であってもよい。原水流路の数を増やせば増やすほど、各原水流路の流路断面積が減少し、原水の線速は上がる。仕切り２３による膜面積の減少、製造容易性などを考慮して、原水流路の数、及び、各原水流路が占有する領域の角度が決定される。
【００６８】
本変形例から理解できるように、本実施形態の分離膜エレメントは、第１原水流路１５及び第２原水流路１６に加えて、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑまで直線状に延びる少なくとも１つの追加の原水流路をさらに備えていてもよい。少なくとも１つの追加の原水流路は、本変形例では、第３原水流路１７及び第４原水流路１８に相当する。原水は、第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑを通過して追加の原水流路から流出する。その後、原水は、追加の原水流路から流出する際に通過した第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑを再び通過し、追加の原水流路の下流側に位置する別の追加の原水流路に流入する。追加の原水流路同士は互いに隣接していてもよく、離れていてもよい。
【００６９】
例えば、分離膜エレメントがｎ個（ｎは２以上の整数）の原水流路を備えているとき、原水は、第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑを通過してｋ番目（ｋは１以上、ｎ−１以下の任意の整数）の原水流路から流出する。その後、原水は、ｋ番目の原水流路から流出する際に通過した第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑを再び通過し、ｋ番目の原水流路の下流側に位置する（ｋ＋１）番目の原水流路に流入する。
【００７０】
次に、原水スペーサ１３における仕切り２３の位置について説明する。
【００７１】
分離膜エレメント１０，２０及び３０は、例えば、集水管２１に巻きつけられた４枚の膜リーフ１１（図３参照）及び４枚の原水スペーサ１３を有する。各膜リーフ１１は、例えば、１対の分離膜１２及び透過水スペーサ１４によって構成されている。集水管２１に膜リーフ１１及び原水スペーサ１３を巻きつけるとき、ワーク（組立中の分離膜エレメント）の半径が徐々に増加するので、４枚の原水スペーサ１３における仕切り２３の間隔は等間隔ではない。膜リーフ１１及び原水スペーサ１３の数は、４以外の複数であってもよい。
【００７２】
図１０は、変形例１の分離膜エレメント２０が４枚の膜リーフ１１及び４枚の原水スペーサ１３で構成される場合の４枚の原水スペーサ１３を展開して示している。縦方向の線の位置が仕切り２３の位置を表している。図１０の左側が集水管２１に近い側であり、仕切り２３が密に配置されている。これらの原水スペーサ１３の端部は、集水管２１の周りに好ましくは略９０度の等間隔で配置される。４枚の膜リーフ１１及び原水スペーサ１３を９０度の間隔で配置すると、分離膜エレメント２０の外形がより円形に近づき、集水管２１の中心に対する外径の偏心も極小化できる。「外径の偏心」とは、分離膜エレメント２０に外接する円の中心と集水管２１の中心との間のずれの大きさを意味する。
【００７３】
仕切り２３の位置は、例えば、極座標の方程式ｒ＝ｒ0＋ｂθ（ｒ0：集水管２１の半径、ｂ：定数）によって表される曲線を用いて決定することができる。図１１に示すように、この曲線は、周回ごとに半径が等間隔で増加する渦巻きであり、アルキメデスの螺旋と呼ばれる。展開状態の原水スペーサ１３における仕切り２３の位置は、膜リーフ１１及び原水スペーサ１３を集水管２１に巻きつけた状態における仕切り２３の位置までの螺旋の弧長を算出することによって決定できる。ある巻き角度θ（単位：ラジアン）までの弧長は、微小角度Δθにおける弧長ｒ・Δθ（ｒとΔθとの積）を巻き角度θまで積算することによって決定できる。定数ｂは、ｂ＝ｗ／（２π）で表される。定数ｂは、シート状部材の厚さの合計が周回ごとの半径の増加長さｗに一致するように決定される。図１０の例では、シート状部材の厚さの合計は、４枚の膜リーフ１１の合計厚さと４枚の原水スペーサ１３の合計厚さとの合計である。
【００７４】
以下、他のいくつかの実施形態について説明する。各実施形態に共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。技術的に矛盾しない限り、各実施形態に関する説明は、相互に適用されうる。技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
【００７５】
（実施形態２）
図１２Ａは、実施形態２に係る分離膜エレメント４０を第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑから見たときの平面図である。図１２Ａは、原水スペーサ及び透過水スペーサを省略し、折り畳まれた分離膜１２のみを示している。分離膜エレメント４０は、折り畳み構造を有する。具体的には、分離膜１２が折り畳まれて集水管２１に巻きつけられている。本実施形態では、複数の折り畳まれた分離膜１２が使用されており、それぞれが集水管２１に巻きつけられている。本実施形態の分離膜エレメント４０も実施形態１の分離膜エレメント１０（，２０，３０）と同じ効果を奏する。
【００７６】
分離膜１２と分離膜１２との間には、仕切り２３６が設けられている。分離膜エレメント４０は、複数の仕切り２３６を備えている。これらの仕切り２３６によって、第１原水流路１５と第２原水流路１６とが仕切られている。複数の仕切り２３６のそれぞれは、集水管２１の半径方向及び集水管２１の長手方向の両方向に延びている。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。仕切り２３６は、原水スペーサ１３とは異なる部材であって、遮水性のある材料で作られた部材でありうる。この場合、第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がショートカットして流れることをより確実に防止できる。
【００７７】
図１２Ｂは、分離膜エレメント４０に使用された分離膜１２を展開して示している。図１２Ｃは、分離膜エレメント４０の分解断面図であって、分離膜１２、原水スペーサ１３、透過水スペーサ１４及び仕切り２３６の位置関係を示している。図１２Ｂに示すように、分離膜１２の透過側の表面上には、封止樹脂２９が設けられている。封止樹脂２９は、分離膜１２の透過側の空間を囲むように、分離膜１２の外周部に沿って設けられている。分離膜１２の透過側の空間は、封止樹脂２９によって閉じられて透過水流路として機能する。透過水流路は、集水管２１の貫通孔２１ｈ（図３参照）に連通している。
【００７８】
実線で示された位置Ｐ１は、山折りの位置を表している。一点鎖線で示された位置Ｐ２は、谷折りの位置を示している。図１２Ｃに示すように、分離膜１２は、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４を交互に挟みながら位置Ｐ１及び位置Ｐ２においてジグザグに折り畳まれる。仕切り２３６は、分離膜１２の端部に接着される。
【００７９】
原水は、分離膜１２の折り目に平行な方向に直線状に流れる。透過水は、分離膜１２の折り目に対して垂直な方向にらせん状に流れる。
【００８０】
分離膜１２、原水スペーサ１３、透過水スペーサ１４及び仕切り２３６は、集水管２１に巻きつけられる。折り目の前後で分離膜１２の曲率に差が生じるため、折り目の前後で適切な折り幅は異なる。曲率の差を考慮に入れて折り目の前後で折り幅を変えると、集水管２１に巻きつけたときに分離膜１２にシワが生じるなどの不具合が発生することを回避できる。
【００８１】
仕切り２３６は、水を遮断できるフィルムによって構成されうる。フィルムの材料としては、樹脂、金属、セラミックなどが挙げられる。仕切り２３６が可撓性を有する材料で作られている場合、集水管２１に巻きつけられるときに分離膜１２とともに仕切り２３６が変形できる。例えば、仕切り２３６は、ポリ塩化ビニルなどの軟質の樹脂シートによって作られていてもよい。
【００８２】
本実施形態の分離膜エレメント４０において、周方向に関する透過水流路の長さは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの距離に等しい。つまり、分離膜エレメント４０の透過水流路は、スパイラル型の分離膜エレメントの透過水流路よりも短いため、分離膜エレメント４０の透過水流路における流れ抵抗は小さい。したがって、スパイラル型の分離膜エレメントに使用するものよりも薄い透過水スペーサ１４を分離膜エレメント４０に使用して流れ抵抗が増大したとしてもこれを許容することが可能となる。分離膜エレメント４０には、薄い透過水スペーサ１４を使用することができる。薄い透過水スペーサ１４を使用することによって、分離膜エレメント４０の膜面積を増やすことができる。透過水スペーサ１４の厚さは特に限定されず、５ミル（ｍｉｌ）以下であってもよく、１〜５ミルであってもよい。分離膜１２の支持体が透過水を流す機能を一定程度有している場合、透過水スペーサ１４が省略されてもよい。
【００８３】
（実施形態３）
図１３Ａは、実施形態３に係る分離膜エレメント５０の概略的な斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示す分離膜エレメント５０の断面を示している。
【００８４】
本実施形態の分離膜エレメント５０は、積層された平板状の複数の分離膜１２を備えている。第１端面１０ｐ及び第２端面１０ｑは、積層された複数の分離膜１２の互いに向かい合う端面であって、分離膜エレメント５０の端面である。本実施形態の分離膜エレメント５０も実施形態１及び実施形態２の分離膜エレメント１０，２０，３０及び４０と同じ効果を奏する。
【００８５】
詳細には、分離膜エレメント５０は、積層された複数の平板状のブロック７１を備えている。各ブロック７１は、分離膜１２、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４によって構成されている。折り畳まれた分離膜１２が各ブロック７１に使用されている。分離膜１２のひだとひだとの間に原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４が交互に配置されている。複数のブロック７１から選ばれる１つのブロック７１が第１原水流路１５を有する。複数のブロック７１から選ばれる別のブロック７１が第２原水流路１６を有する。複数のブロック７１から選ばれる更に別のブロック７１が第３原水流路１７を有する。本実施形態では、第１原水流路１５を有するブロック７１、第２原水流路１６を有するブロック７１及び第３原水流路１７を有するブロック７１がこの順番で積層されている。本実施形態においても、原水流路１５，１６及び１７のそれぞれは、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間で直線状に延びている。
【００８６】
矢印で示すように、分離膜エレメント５０においても、原水は、第１端面１０ｐと第２端面１０ｑとの間を往復する。詳細には、原水は、第１端面１０ｐを通過して第１原水流路１５に流入し、第２端面１０ｑを通過して第１原水流路１５から流出する。その後、原水は、第２端面１０ｑを通過して第２原水流路１６に流入し、第１端面１０ｐを通過して第２原水流路１６から流出する。さらに、原水は、第１端面１０ｐを通過して第３原水流路１７に流入し、第２端面１０ｑを通過して第３原水流路１７から流出する。
【００８７】
分離膜エレメント５０は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。原水は、第１端面１０ｐから第２端面１０ｑ、又は、第２端面１０ｑから第１端面１０ｐに向かって各原水流路を流れる。透過水は、原水の流れ方向及びブロック７１の積層方向に対して垂直な方向に導かれる。
【００８８】
分離膜エレメント５０は、複数の平板状の仕切り２３７を備えている。仕切り２３７は、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを仕切っている。別の仕切り２３７は、第２原水流路１６と第３原水流路１７とを仕切っている。各仕切り２３７は、分離膜１２と分離膜１２との間に配置されている。詳細には、各仕切り２３７は、ブロック７１とブロック７１との間に配置されている。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。第２原水流路１６と第３原水流路１７とを確実に仕切ることができる。仕切り２３７は、原水スペーサ１３とは異なる部材であって、遮水性のある材料で作られた部材でありうる。この場合、第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がショートカットして流れることをより確実に防止できる。第２原水流路１６から第３原水流路１７に原水がショートカットして流れることをより確実に防止できる。仕切り２３７は、水を遮断できるフィルム、水を遮断できるプレートなどによって構成されうる。フィルム及びプレートの材料としては、樹脂、金属、セラミックなどが挙げられる。
【００８９】
原水スペーサ１３は、分離膜１２の分離機能層側に配置されている。透過水スペーサ１４は、分離膜１２の支持体側に配置されている。分離膜１２の透過側の表面上には、封止樹脂２９が設けられている。封止樹脂２９は、分離膜１２の透過側の空間を囲むように、分離膜１２の外周部に沿って設けられている。分離膜１２の透過側の空間は、封止樹脂２９によって閉じられて透過水流路として機能する。
【００９０】
ブロック７１は、図１２Ｂ及び図１２Ｃを参照して説明した分離膜エレメント４０の作製方法と同じ方法で作製されうる。
【００９１】
図１２Ｂ及び図１２Ｃを参照して説明したように、封止樹脂２９は、分離膜１２の透過側の空間を囲むように、分離膜１２の外周部に沿って設けられている。分離膜１２の透過側の空間は、封止樹脂２９によって囲まれて透過水流路として機能する。分離膜１２を折り畳んだとき、ブロック７１の３辺に封止樹脂２９が存在し、ブロック７１の１辺に封止樹脂２９が存在しない。封止樹脂２９が存在しない１辺から透過水が流出する。
【００９２】
実線で示された位置Ｐ１は、山折りの位置を表している。一点鎖線で示された位置Ｐ２は、谷折りの位置を示している。図１２Ｃに示すように、分離膜１２は、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４を交互に挟みながら位置Ｐ１及び位置Ｐ２においてジグザグに折り畳まれる。仕切り２３６に代えて、仕切り２３７が分離膜１２の端部に接着される。
【００９３】
図１３Ａに示すように、連絡流路３１は、第２端面１０ｑにおける第１原水流路１５の出口と第２端面１０ｑにおける第２原水流路１６の入口とを接続している。連絡流路３１は、第３原水流路１７から隔離されている。連絡流路３２は、第１端面１０ｐにおける第２原水流路１６の出口と第１端面１０ｐにおける第３原水流路１７の入口とを接続している。連絡流路３２は、第１原水流路１５から隔離されている。連絡流路３１は、第１原水流路１５から第２原水流路１６への原水のスムーズな移送を可能にする。連絡流路３２は、第２原水流路１６から第３原水流路１７への原水のスムーズな移送を可能にする。
【００９４】
連絡流路３１は、第２端面１０ｑを覆っているカバー２８５の内部空間でありうる。カバー２８５は、第２端面１０ｑを覆い、連絡流路３１としての隔離部屋を形成している。連絡流路３２は、第１端面１０ｐを覆っているカバー２８６の内部空間でありうる。カバー２８６は、第１端面１０ｐを覆い、連絡流路３２としての隔離部屋を形成している。このような構成によれば、第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がスムーズに移送され、第２原水流路１６から第３原水流路１７に原水がスムーズに移送されうる。図２４を参照して説明した淀み領域ＳＡが形成されることも防止できる。カバー２８５及び／又はカバー２８６は、分離膜エレメント５０の全体を収容するケーシングの一部であってもよい。
【００９５】
分離膜エレメント５０は、透過水を集めるために設けられた集合流路３３をさらに備えている。集合流路３３は、第３端面１０ｒを通じて透過水を集めるための流路である。第３端面１０ｒは、積層された複数の分離膜１２の互いに向かい合う他の一対の端面から選ばれる１つの端面である。このような構造によれば、原水と透過水との混合を避けつつ、透過水を分離膜エレメント５０の外部へと導くことができる。
【００９６】
詳細には、集合流路３３は、第３端面１０ｒを覆っているカバー２８７の内部空間でありうる。カバー２８７は、第３端面１０ｒを覆い、集合流路３３としての隔離部屋を形成している。カバー２８７には、流出口２８９が設けられている。流出口２８９を通じて、透過水が分離膜エレメント５０の外部へと導かれる。
【００９７】
ブロック７１の数は、２つであってもよい。この場合、１組の仕切り２３７及びブロック７１が省略され、第３原水流路１７が省略される。分離膜エレメント５０は、第１原水流路１５及び第２原水流路１６を備える。分離膜エレメント５０は、仕切り２３７を１つのみ備えていてもよい。
【００９８】
ブロック７１は、複数の分離膜１２を有していてもよい。ブロック７１は、複数の原水スペーサ１３を有していてもよい。ブロック７１は、複数の透過水スペーサ１４を有していてもよい。
【００９９】
本実施形態において、第１原水流路１５の流路断面積は、第２原水流路１６の流路断面積に等しく、第３原水流路１７の流路断面積に等しい。つまり、同じ構造を有する複数のブロック７１が使用されている。そのため、量産効果が高く、分離膜エレメント５０の製造コストを抑えることができる。もちろん、第２原水流路１６の流路断面積は、第１原水流路１５の流路断面積よりも小さくてもよい。第３原水流路１７の流路断面積は、第２原水流路１６の流路断面積よりも小さくてもよい。このような構成によれば、原水の線速が低下しにくいので、高回収率運転に適した積層型の分離膜エレメントを提供できる。
【０１００】
本実施形態の分離膜エレメント５０の透過水流路は、スパイラル型の分離膜エレメントの透過水流路よりも短いため、分離膜エレメント５０の透過水流路における流れ抵抗は小さい。したがって、スパイラル型の分離膜エレメントに使用するものよりも薄い透過水スペーサ１４を分離膜エレメント５０に使用して流れ抵抗が増大したとしてもこれを許容することが可能となる。薄い透過水スペーサ１４を使用することによって、分離膜エレメント５０の膜面積を増やすことができる。透過水スペーサ１４の厚さは特に限定されず、５ミル（ｍｉｌ）以下であってもよく、１〜５ミルであってもよい。分離膜１２の支持体が透過水を流す機能を一定程度有している場合、透過水スペーサ１４が省略されてもよい。
【０１０１】
例えば、分離膜１２の支持体に多孔質構造を付与したり、分離膜１２の支持体の表面に微細な凹凸を設けたりして、分離膜１２の支持体に透過水スペーサ１４の代替機能を一定程度付与することが可能である。この場合、透過水スペーサ１４を省略したとしても分離膜エレメント５０を構成できる。分離膜エレメント５０の透過水流路は短いため、透過水流路の流れ抵抗が比較的大きかったとしても透過水の圧力損失は大きくなりすぎず、分離膜エレメント５０の使用時の有効圧力に大きな影響は及ばない。透過水流路が短い場合、流路そのものが短いだけでなく、分離膜１２を透過して透過水流路に流れ込む透過水の量も少ない。これらの効果が相まって、透過水流路での透過水の圧力損失（流動損失）が減少する。
【０１０２】
（実施形態４）
図１４Ａは、実施形態４に係る分離膜エレメント６０を第１端面１０ｐ又は第２端面１０ｑから見たときの模式的な平面図である。図１４Ａに示すように、本実施形態の分離膜エレメント６０は、集水管２１の周方向に並べられた複数の分割エレメント８１を備えている。分割エレメント８１は、部分円環の断面形状を有している。「部分円環」は、特定の角度範囲にて円環の一部を切り取ることによって得られる形状を意味する。複数の分割エレメント８１の１つ１つが独立したコンパートメントである。分離膜エレメント６０は、全体としては、円筒の形状を有する。
【０１０３】
各分割エレメント８１は、第１原水流路１５、第２原水流路１６又は第３原水流路１７を形成している。本実施形態では、４つの分割エレメント８１が第１原水流路１５を形成し、３つの分割エレメント８１が第２原水流路１６を形成し、２つの分割エレメント８１が第３原水流路１７を形成している。したがって、第１原水流路１５の流路断面積は、第２原水流路１６の流路断面積よりも大きい。第２原水流路１６の流路断面積は、第３原水流路１７の流路断面積よりも大きい。下流側に進むにつれて原水流路の流路断面積が縮小しているので、高回収率運転を行っても原水流路における原水の流速を高く維持できる。
【０１０４】
図１４Ｂは、図１４Ａに示す分離膜エレメント６０に使用された分割エレメント８１の断面を示している。断面は、集水管２１の長手方向に垂直な断面である。複数の分割エレメント８１のそれぞれは、外壁部８３と、外壁部８３の内側に配置された分離膜１２とを含む。集水管２１の周方向に沿った原水の流れは、複数の分割エレメント８１のそれぞれの外壁部８３によって遮断されている。このような構成によれば、第１原水流路１５と第２原水流路１６とを確実に仕切ることができる。第２原水流路１６と第３原水流路１７とを確実に仕切ることができる。分割エレメント８１のそれぞれが独立しているので、第１原水流路１５から第２原水流路１６に原水がショートカットして流れることを確実に防止できる。第２原水流路１６から第３原水流路１７に原水がショートカットして流れることを確実に防止できる。
【０１０５】
本実施形態によれば、小区画をなす分割エレメント８１を流路の単位構造として、各原水流路の流路断面積を調整することが可能である。つまり、分割エレメント８１を１単位として、原水の流れを制御することが可能である。
【０１０６】
分割エレメント８１は、複数の原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４をさらに備えている。分割エレメント８１において、分離膜１２は、折り畳まれて外壁部８３の内側に配置されている。外壁部８３には、集水管２１の貫通孔２１ｈに連通する貫通孔８３ｈが設けられている。外壁部８３は、例えば、両端が開口した筒の形状を有する。分離膜１２のひだとひだとの間に原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４が交互に配置されている。複数の原水スペーサ１３は、１つにつながっていてもよい。透過水スペーサ１４は、複数の部分に分かれていてもよい。
【０１０７】
外壁部８３の材料として、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂で作られた樹脂シートが使用されうる。樹脂シートを折り曲げることによって、筒状の外壁部８３が作製されていてもよく、複数の部材を組み合わせることによって外壁部８３が作製されていてもよい。筒状の外壁部８３の内部に分離膜１２、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４が配置される。
【０１０８】
本実施形態によれば、透過水流路が非常に短い。そのため、分割エレメント８１には、薄い透過水スペーサ１４を使用することができる。薄い透過水スペーサ１４を使用することによって、分離膜エレメント６０の膜面積を増やすことができる。透過水スペーサ１４の厚さは特に限定されず、５ミル（ｍｉｌ）以下であってもよく、１〜５ミルであってもよい。分離膜１２の支持体が透過水を流す機能を一定程度有している場合、透過水スペーサ１４が省略されてもよい。
【０１０９】
図１４Ｃは、分割エレメント８１に使用された分離膜１２を展開して示している。図１４Ｄは、分割エレメント８１における分離膜１２、原水スペーサ１３、透過水スペーサ１４及び仕切り外壁部８３の位置関係を示している。
【０１１０】
図１４Ｃに示すように、分離膜１２の透過側の表面上には、封止樹脂２９が設けられている。封止樹脂２９は、分離膜１２を折りたたみながら貼り合せた際に透過側の空間を形成するように、分離膜１２の外周部に沿って設けられている。分離膜１２の透過側の空間は、封止樹脂２９によって原水流路と隔離された透過水流路として機能する。分離膜１２の支持体と外壁部８３の内面との隙間が封止樹脂２９によって水密にシールされる。透過水流路は、集水管２１の貫通孔２１ｈに連通している。
【０１１１】
実線で示された位置Ｐ１は、山折りの位置を表している。一点鎖線で示された位置Ｐ２は、谷折りの位置を示している。図１４Ｃに示すように、分離膜１２は、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４を交互に挟みながら位置Ｐ１及び位置Ｐ２においてジグザグに折り畳まれる。
【０１１２】
原水は、分離膜１２の折り目に平行な方向に直線状に流れる。透過水は、分離膜１２の折り目に対して垂直な方向に流れる。
【０１１３】
分割エレメント８１が部分円環の断面形状を有しているので、この部分円環の内部を分離膜１２、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４によって隙間なく埋めるために、分離膜１２の適切な折り幅は場所によって異なる。外壁部８３の内部に大きい隙間が生じないように分離膜１２の折り幅を変えることによって、内部に隙間が生じにくい。これにより、原水流路の全体に均一に原水を流すことができる。分割エレメント８１には、スパイラル型膜エレメントの膜リーフ１１を折り畳んで使用してもよい。
【０１１４】
図１４Ｄに示すように、外壁部８３は、例えば、４つの部分８３ａ，８３ａ，８３ｂ及び８３ｃによって構成されている。封止樹脂２９（図１４Ｃ参照）は、折り畳まれた分離膜１２の支持体同士、及び、分離膜１２の支持体と外壁部８３との間を封止する。これにより、分割エレメント８１において、原水流路と透過水流路とが互いに隔離される。
【０１１５】
図１４Ｅは、透過水流路を含む位置における分離膜エレメント６０の縦断面を示している。図１４Ｅにおいて、矢印は、透過水の流れを表している。図１４Ｆは、原水流路を含む位置における分離膜エレメント６０の縦断面を示している。図１４Ｆにおいて、矢印は、原水の流れを示している。なお、図１４Ｅ及び図１４Ｆでは、先の実施形態で説明したカバー２８１及びカバー２８２が省略されている。
【０１１６】
図１４Ｅに示すように、複数の分割エレメント８１は、それらの透過水流路が集水管２１の貫通孔２１ｈに連通するように、集水管２１の周囲に配置されている。分割エレメント８１と集水管２１との間には、封止樹脂３４によって閉じられた接続流路３６が設けられている。接続流路３６は、トリコット編みの編物、メッシュなどの多孔体を集水管２１に１周又は複数周巻きつけることによって形成されうる。例えば、透過水スペーサ１４が集水管２１に巻きつけられて接続流路３６が形成される。つまり、接続流路３６は、集水管２１を３６０°にわたって取り囲んでいる。そのため、集水管２１の貫通孔２１ｈと分割エレメント８１の貫通孔８３ｈとの位置合わせが不要であるとともに、集水管２１の貫通孔２１ｈの数を減らすことができる。接続流路３６の働きによって、分割エレメント８１の外壁部８３に設けられた貫通孔８３ｈから集水管２１の貫通孔２１ｈへと透過水がスムーズに導かれる。
【０１１７】
分割エレメント８１の透過水流路は、原水流路の入口及び出口に対応する位置に配置された封止樹脂２９によって閉じられている。集水管２１の長手方向と直交する方向において、分離膜１２の端部は、外壁部８３に接着されている。詳細には、図１４Ｄに示す分離膜１２の谷折り部の折り目の頂部（図中の下側の頂部）が外壁部８３に接着される。これにより、分割エレメント８１において、原水流路と透過水流路とが互いに隔離される。
【０１１８】
図１４Ｆに示すように、集水管２１の長手方向において、第１原水流路１５の両端は開口している。
【０１１９】
図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、変形例に係る分割エレメント８５，８７及び８９の断面を示している。これらの変形例から理解できるように、分離膜１２、原水スペーサ１３及び透過水スペーサ１４の配置及び形状は特に限定されない。
【０１２０】
図１５Ａに示す分割エレメント８５において、分離膜１２は、折り畳まれている。透過水スペーサ１４は、樹木の枝の形状を有している。言い換えれば、透過水流路が樹木の枝の形状を有している。
【０１２１】
図１５Ｂに示す分割エレメント８７は、折り畳まれた分離膜１２を備えている。分離膜１２は、透過水スペーサ１４を挟むように折り畳まれており、透過水スペーサとともに膜リーフ１１を形成している。分離膜１２及び透過水スペーサ１４を含む膜リーフ１１がジグザグに折り畳まれている。分離膜１２と分離膜１２との間に位置するように、折り畳まれた膜リーフ１１の外側に原水スペーサ１３が配置されている。
【０１２２】
図１５Ｃに示す分割エレメント８９において、分離膜１２は、透過水スペーサ１４を挟むように折り畳まれており、透過水スペーサとともに膜リーフ１１を形成している。膜リーフ１１は、渦巻き状に巻かれて外壁部８３の内側に配置されている。分離膜１２と分離膜１２との間に位置するように、渦巻き状に巻かれた膜リーフ１１の外側に原水スペーサ１３が配置されている。原水スペーサ１３と透過水スペーサ１４との間に分離膜１２が位置している。この変形例では、単一の原水スペーサ１３が使用されている。
【０１２３】
従来のスパイラル型の分離膜エレメントにおいて、集水管に巻きつけられる前の分離膜は、２つ折りの状態で約１ｍの長さを有しており、長い。そのため、分離膜エレメントの製造設備も必然的に大きい床面積を必要とする。
【０１２４】
これに対し、本実施形態の分離膜エレメント６０において、分離膜１２は、集水管２１に巻きつけられていない。分割エレメント８１の製造工程は、分割エレメント８１を集水管２１に取り付けるための工程とは独立して実施されうる。そのため、分離膜エレメント６０は、製造設備の床面積の大幅な削減をもたらす。また、必要な封止部を熱融着法などの工法で形成することが可能である。
【０１２５】
本実施形態の分離膜エレメント６０は、従来のスパイラル型の分離膜エレメントと同じ使い方をすることも可能である。つまり、分離膜エレメント６０の一方向にのみ原水を流して原水を処理してもよい。
【０１２６】
従来のスパイラル型の分離膜エレメントは、集水管に巻きつけられた複数の膜リーフ及び複数原水スペーサを備えている。各膜リーフは、例えば、１対の分離膜及び透過水スペーサによって構成されている。従来のスパイラル型の分離膜エレメントを製造するとき、膜リーフを形成するために分離膜に接着剤が塗布される。接着剤が固化するタイミングは、膜リーフ及び原水スペーサが集水管に巻き付けられた後に完了するように調整されている。つまり、固化するまでの時間を稼ぐことができる接着剤を使用せざるを得ず、製造に費やされる時間が長くなりがちである。
【０１２７】
製造の煩雑さを取り除くために、新規な構造の分離膜エレメントが望まれている。しかし、分離膜エレメントの形状を大きく変更することは、既存の水処理設備の変更が必要になったり、設置スペースの増加を招いたりするので敬遠されがちである。そのため、スパイラル型の分離膜エレメントと同じ大きさ及び同じ形状を有しうる新規な分離膜エレメントが望まれている。
【０１２８】
本実施形態の分離膜エレメント６０は、上記の要望に応えることができる。本実施形態の分離膜エレメント６０は、集水管２１と、集水管２１の周方向に並べられた複数の分割エレメント８１とを備えている。複数の分割エレメント８１は、集水管２１の長手方向に平行に延びる第１原水流路１５を形成している少なくとも１つの分割エレメント８１と、第２原水流路１６を形成している少なくとも１つの分割エレメント８１とを有する。複数の分割エレメント８１のそれぞれは、外壁部８３と、外壁部８３の内側に配置された分離膜１２とを含む。集水管２１の周方向に沿った原水の流れは、分割エレメント８１の外壁部８３によって遮断される。本実施形態の分離膜エレメント６０は、高回収率運転に適しているだけでなく、上記した要望を満たすことができる。例えば、本実施形態の分離膜エレメント６０を既存の圧力容器に入れ、分離膜モジュールを構成することも可能である。
【０１２９】
（分離膜エレメントを用いた水道水の浄化）
例えば、分離膜エレメント１０を用いて水道水を浄化することができる。第１端面１０ｐを通じて第１原水流路１５に水道水を流入させる。第２端面１０ｑを通じて第１原水流路１５から水道水を排出させる。水道水の流れ方向を１８０度反転させ、第２端面１０ｑを通じて、第１原水流路１５から排出された水道水を第２原水流路１６に流入させる。第１端面１０ｐを通じて第２原水流路１６から水道水を排出させる。透過水は、高度に浄化された水であり、高い付加価値を持つ。例えば、水道水が飲用に適していない国及び地域においても、分離膜エレメント１０によって処理することによって水道水から飲用水を作ることができる。高回収率運転を行えば、濃縮されて排出され、廃棄される水道水の量も少なく、経済的である。
【０１３０】
分離膜エレメント１０が逆浸透膜エレメント又はナノ濾過膜エレメントであるとき、水道水からヒ素、重金属などの原子レベルの有害物質も大幅に除去できる。その結果、より安全な飲用水が得られる。硬水から軟水を製造できるという利点もある。
【０１３１】
分離膜エレメント２０を用いた場合、第１端面１０ｐを通じて第２原水流路１６から水道水を流出させ、水道水の流れ方向を再度１８０度反転させ、第１端面１０ｐを通じて、第２原水流路１６から排出された水道水を第３原水流路１７に流入させる。第２端面１０ｑを通じて第３原水流路１７から水道水を排出させる。透過水は、飲用水としての使用に適している。高回収率運転を行えば、濃縮水の量も少なく、経済的である。
【０１３２】
本発明の分離膜エレメントは、コンパクトでありながら高い回収率を達成できるので、設置スペースが限られる場所、例えば、家庭での水道水の浄化に特に適している。
【０１３３】
以上の通り、本実施形態の分離膜エレメント１０〜６０によれば、高い回収率にて原水を処理することができる。「高い回収率」は、例えば、５０％以上であり、６０％以上であってもよい。回収率の上限値は特に限定されない。例えば、分離膜エレメント１０〜６０を用いて高い回収率で水道水を処理することによって、廃棄される水の量を減らすことができる。その結果、水資源を大幅に節約することが可能である。「回収率」は、原水の流量に対する透過水の流量の比率である。「原水の流量」は、第１原水流路１５の入口における原水の流量である。
【０１３４】
（分離膜モジュールの実施形態）
図１６は、本発明の一実施形態に係る分離膜モジュール１００の断面を示している。分離膜モジュール１００は、ケーシング４２及び分離膜エレメント１０を備えている。分離膜エレメント１０は、ケーシング４２の内部に配置されている。ケーシング４２の内部空間によって連絡流路２７が形成されている。このような構成によれば、ケーシング４２を再利用しやすく、分離膜エレメント１０のみを交換することによって、分離膜モジュール１００の性能を簡単に回復させることができる。
【０１３５】
ケーシング４２は、原水入口４２ａ、濃縮水出口４２ｂ及び透過水出口４２ｃを有する。原水入口４２ａは、分離膜エレメント１０の第１端面１０ｐにおける第１原水流路１５の入口に連通している。濃縮水出口４２ｂは、分離膜エレメント１０の第１端面１０ｐにおける第２原水流路１６の出口に連通している。濃縮水出口４２ｂは、分離膜エレメント１０における最も下流側の原水流路の出口に連通していてもよい。透過水出口４２ｃは、集水管２１に連通している。
【０１３６】
図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃ、図１７Ｄ及び図１７Ｅは、それぞれ、変形例に係る分離膜モジュール１０１，１０２，１０３，１０４及び１０５の断面を示している。これらの図は、理解を容易にするために集水管２１が省略されている。これらの図において、矢印は、原水の流れを示している。
【０１３７】
図１７Ａに示す分離膜モジュール１０１は、図１６を参照して説明した分離膜モジュール１００の構成に加えて、パッキン４３及びアダプタ４４をさらに備えている。パッキン４３は、分離膜エレメント１０の外周面とケーシング４２の内周面との間に配置されており、原水と濃縮水との混合を防止する。パッキン４３は、ブラインシールとも呼ばれる。アダプタ４４は、第２原水流路１６の出口とケーシング４２の原水出口４２ｂとを接続している。アダプタ４４によって、第１原水流路１５に供給されるべき原水と第２原水流路１６から排出された原水との混合を防止できる。第１原水流路１５は、連絡流路２７によって第２原水流路１６に接続されている。連絡流路２７は、ケーシング４２の内部空間の一部である。
【０１３８】
図１７Ｂに示す分離膜モジュール１０２は、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを参照して説明した分離膜エレメント２０を備えている。原水入口４２ａは、ケーシング４２の長手方向（円筒の高さ方向）の一方の端面に設けられている。原水出口４２ｂは、ケーシング４２の長手方向の他方の端面に設けられている。分離膜エレメント２０において、第１原水流路１５と第２原水流路１６とがカバー２８１の内部に形成された連絡流路３１によって接続されている。第２原水流路１６と第３原水流路１７とがカバー２８２の内部に形成された連絡流路３２によって接続されている。ケーシング４２の内部空間は、パッキン４３によって、原水入口４２ａに連通する空間と原水出口４２ｂに連通する空間とに分かれている。原水入口４２ａに連通する空間に向かって第１原水流路１５が開口している。原水出口４２ｂに連通する空間に向かって第３原水流路１７が開口している。
【０１３９】
図１７Ｃに示す分離膜モジュール１０３は、図９Ａ及び図９Ｂを参照して説明した分離膜エレメント３０を備えている。分離膜エレメント３０において、第１原水流路１５と第２原水流路１６とがカバー２８３の内部に形成された連絡流路３８によって接続されている。第２原水流路１６と第３原水流路１７とがカバー２８４の内部に形成された連絡流路３９によって接続されている。第３原水流路１７は、ケーシング４２の内部空間を通じて第４原水流路１８に接続されている。アダプタ４４は、第４原水流路１８の出口とケーシング４２の原水出口４２ｂとを接続している。
【０１４０】
図１７Ｄに示す分離膜モジュール１０４は、分離膜エレメント７０を備えている。分離膜エレメント７０は、第１原水流路１５、第２原水流路１６、第３原水流路１７、第４原水流路１８及び第５原水流路１９を有する。第１原水流路１５と第２原水流路１６とがカバー２９１の内部に形成された連絡流路５１によって接続されている。第２原水流路１６と第３原水流路１７とがカバー２９３の内部に形成された連絡流路５２によって接続されている。第３原水流路１７と第４原水流路１８とがカバー２９２の内部に形成された連絡流路５３によって接続されている。第４原水流路１８と第５原水流路１９とがカバー２９４の内部に形成された連絡流路５４によって接続されている。ケーシング４２の内部空間は、パッキン４３によって、原水入口４２ａに連通する空間と原水出口４２ｂに連通する空間とに分かれている。原水入口４２ａに連通する空間に向かって第１原水流路１５が開口している。原水出口４２ｂに連通する空間に向かって第５原水流路１９が開口している。
【０１４１】
図１７Ｅに示す分離膜モジュール１０５は、分離膜エレメント８０を備えている。分離膜エレメント８０は、第１原水流路１５、第２原水流路１６、第３原水流路１７及び第４原水流路１８を有する。第１原水流路１５と第２原水流路１６とがカバー２９５の内部に形成された連絡流路５５によって接続されている。第２原水流路１６と第３原水流路１７とがカバー２９６の内部に形成された連絡流路５６によって接続されている。第３原水流路１７と第４原水流路１８とがカバー２９７の内部に形成された連絡流路５７によって接続されている。連絡流路５５及び５７のそれぞれは、互いに隣接していない原水流路同士を接続している。アダプタ４４は、第４原水流路１８の出口とケーシング４２の原水出口４２ｂとを接続している。
【０１４２】
図１７Ａから図１７Ｅを参照して説明した分離膜モジュールは、以下のような構成を有する。原水流路の数ｎ（ｎは２以上の整数）が偶数であるとき、原水入口４２ａと原水出口４２ｂとが同じ側に位置しているので、ケーシング４２の原水出口４２ｂと原水流路とを接続するためのアダプタ４４が使用されている。原水流路と原水流路とを接続するための連絡流路の数は（ｎ−１）個である。
【０１４３】
原水流路の数ｎが奇数であるとき、ケーシング４２の原水出口４２ｂと原水流路とを接続するためのアダプタ４４は不要である。原水流路と原水流路とを接続するための連絡流路の数は（ｎ−１）個である。
【０１４４】
原水流路の数によらず、ケーシング４２の原水入口４２ａと第１原水流路１５とを接続するためのアダプタは不要である。ケーシング４２の原水出口４２ｂと最下流の原水流路とを接続するためのアダプタ４４に代えて、ケーシング４２の原水入口４２ａと第１原水流路１５とを接続するためのアダプタを用いることも考えられる。しかし、以下の理由により、ケーシング４２の原水出口４２ｂと最下流の原水流路とをアダプタ４４によって接続することが有利である。
【０１４５】
例えば、第１原水流路１５の開口面積は、第３原水流路１７の開口面積よりも大きい。第１原水流路１５と原水入口４２ａとを接続するためのアダプタの寸法は、第３原水流路１７と原水出口４２ｂとを接続するためのアダプタの寸法を上回る。つまり、アダプタ４４が出口側に設けられていることは、部品寸法の観点で有利である。また、ケーシング４２の原水入口４２ａにおける原水の圧力は相対的に高く、ケーシング４２の原水出口４２ｂにおける原水の圧力は相対的に低い。原水入口４２ａにアダプタが取り付けられた場合、アダプタの内部が相対的に高圧となり、アダプタの外部が相対的に低圧となる。原水出口４２ｂにアダプタが取り付けられた場合、アダプタの内部が相対的に低圧となり、アダプタの外部が相対的に高圧となる。後者の場合の方がアダプタに耐圧性を付与しやすいので、有利である。
【０１４６】
図１８Ａは、カバー２８２の一例の斜視図である。図１８Ａの上図は、カバー２８２の外面側から見たときの図である。図１８Ａの下図は、カバー２８２の内面側から見たときの図である。カバー２８２は、第１原水流路１５に面する開口部１５ｐ及び連絡流路３２として機能する凹部を有する。
【０１４７】
図１８Ｂは、カバー２８１の一例の斜視図である。図１８Ｂの上図は、カバー２８１の外面側から見たときの図である。図１８Ｂの下図は、カバー２８１の内面側から見たときの図である。カバー２８１は、第３原水流路１７に面する開口部１７ｐ及び連絡流路３１として機能する凹部を有する。
【０１４８】
カバー２８１及び２８２は、例えば、射出成形によって作製された樹脂部品である。カバー２８１及び２８２は、それぞれ、平面視で円形の形状を有する。図１８Ａに示す構造によれば、カバー２８２と分離膜エレメントのエレメント本体（積層体２２）との接続が容易である。図１８Ｂに示す構造によれば、カバー２８１と分離膜エレメントのエレメント本体（積層体２２）との接続が容易である。
【０１４９】
図１９は、図１８Ａに示すカバー２８２の変形例を示している。図１９に示すように、カバー２８２には、ブラインシール（Ｕパッキン）を嵌めるための溝２８２ａが設けられていてもよい。溝２８２ａは、カバー２８２の周方向の全域にわたって設けられている。このような構造によれば、図１７Ａを参照して説明したパッキン４３をカバー２８２に保持させることが可能である。
【０１５０】
図２０は、図１７Ｃに示す分離膜モジュール１０３の分離膜エレメント３０に使用されたカバー２８４の一例の斜視図である。図２０の上図は、分離膜エレメント３０の外面側から見たときの図である。図２０の下図は、分離膜エレメント３０の内面側から見たときの図である。カバー２８４は、第１原水流路１５に面する開口部１５ｐ及び連絡流路３９として機能する凹部を有する。連絡流路３９は、第２原水流路１６と第３原水流路１７とを接続する流路である。カバー２８４は、第４原水流路１８とケーシング４２の原水出口４２ｂ（図１７Ｃ参照）とを接続するアダプタ４４を含む。アダプタ４４として機能するノズル状の部分は、他の部分と一体に形成されている。Ｏリングなどの封止部材を使用して、アダプタ４４をケーシング４２の原水出口４２ｂに嵌め合わせることが可能である。
【０１５１】
（浄水器の実施形態）
図２１は、本発明の一実施形態に係る浄水器の正面図である。浄水器２００は、プレフィルタ９０、活性炭フィルタ９１及び分離膜フィルタ９２を備えている。プレフィルタ９０、活性炭フィルタ９１及び分離膜フィルタ９２は、原水がこの順番で流れるように互いに接続されている。プレフィルタ９０は、例えば、不織布によって構成されている繊維フィルタである。分離膜フィルタ９２には、本実施形態の分離膜エレメント１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０又は８０が使用されうる。このような構成によれば、高い回収率及び高い透過水の流量にて、清浄な水を生成することができる。
【０１５２】
原水は、例えば、水道水である。本実施形態の浄水器２００は、高い回収率及び高い透過水の流量を達成できるので、水資源の乏しい国及び地域での使用に特に適している。
【０１５３】
本実施形態の浄水器２００によれば、水道水は、プレフィルタ９０に通されて浄化される。プレフィルタ９０によって浄化された水道水が分離膜フィルタ９２によってさらに浄化される。詳細には、水道水は、プレフィルタ９０に通されて浄化される。プレフィルタ９０は繊維フィルタであり、繊維によって固形分がこしとられる。プレフィルタ９０によって浄化された水道水がさらに活性炭フィルタ９１に通されて浄化される。活性炭フィルタ９１は、水道水に溶解している成分を吸着して除去する。特に、分離膜フィルタ９２に分離膜として逆浸透膜が用いられている場合、逆浸透膜は塩素によってダメージを受けやすい。殺菌のために水道水に添加されている塩素成分を活性炭フィルタ９１によって除去することによって、分離膜フィルタ９２の逆浸透膜を保護することができる。プレフィルタ９０及び活性炭フィルタ９１によって浄化された水道水が分離膜フィルタ９２によってさらに浄化される。浄水器２００によって生成された透過水は、極めて清浄であり、飲用水としての使用に適している。
【０１５４】
プレフィルタ９０、活性炭フィルタ９１及び分離膜フィルタ９２は、それぞれ、ケーシングに収められており、浄水器２００の本体部９３に取り付けられている。プレフィルタ９０、活性炭フィルタ９１及び分離膜フィルタ９２は、本体部９３から取り外し可能であり、必要に応じて交換される。
【実施例】
【０１５５】
本発明の分離膜エレメントの優位性を確かめるために、以下の実験を行った。実施例の分離膜エレメントとして、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して説明した分離膜エレメントを作製した。第１原水流路、第２原水流路及び第３原水流路のそれぞれの流路断面積は等しかった。参照例の分離膜エレメントとして、図２２に示す構造を有する積層型の分離膜エレメントを作製した。この分離膜エレメントは、連絡流路を有さず、原水は、１方向にのみ流れる。
【０１５６】
実施例及び参照例の分離膜エレメントにおける透過水の流量（ｃｍ3／ｍｉｎ）を以下の方法で測定した。原水として、ＮａＣｌを７５０重量ｐｐｍの濃度で含むＮａＣｌ水溶液を用いた。分離膜エレメントの入口における原水の圧力を０．３ＭＰａに設定し、分離膜エレメントの下流側に配置された弁の開度を変更しながら、回収率と透過水の流量との関係を調べた。結果を図２３に示す。
【０１５７】
図２３において、横軸は透過水の回収率を示している。縦軸は透過水の流量を示している。図２３のグラフから明らかなように、実験を行った全ての回収率において、実施例の分離膜エレメントの透過水の流量は、参照例の分離膜エレメントの透過水の流量を大幅に上回っていた。このような大きな差を生じさせた要因として、下記が挙げられる。
【０１５８】
実施例の分離膜エレメントの原水流路の流路断面積は、参照例の分離膜エレメントの原水流路の流路断面積の１／３である。そのため、濃縮水の流量が同一である場合、実施例の分離膜エレメントの原水流路の出口における濃縮水の流速は、参照例の分離膜エレメントの原水流路の出口における濃縮水の流速の３倍である。濃縮水の流速が速いと濃度分極を抑えることができるので、透過水の流量は増加する。
【０１５９】
例えば、５０％の回収率で比較すると、実施例における透過水の流量は、参照例における透過水の流量の約１．６倍であった。同一の回収率で比較する場合、透過水の流量が６０％増加することは、濃縮水の流量が６０％増加することを意味する。実施例の分離膜エレメントにおける濃縮水の流量は、参照例の分離膜エレメントにおける濃縮水の１．６倍であるから、実施例の分離膜エレメントの原水流路の出口における濃縮水の流速は、参照例の分離膜エレメントの原水流路の出口における濃縮水の流速と比較して、約５倍（３×１．６＝４．８）となる。この大きな濃縮水の流速の差が透過水の流量の大きな差をもたらしていると言える。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明の分離膜エレメントは、海水の淡水化、純水の製造、水道水の浄化、廃水処理などの様々な用途に使用されうる。本発明の分離膜エレメントは、コンパクトな設計が要求される用途、例えば、家庭用の浄水器に適している。
【符号の説明】
【０１６１】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０  分離膜エレメント
１０ｐ  第１端面
１０ｑ  第２端面
１０ｒ  第３端面
１１  膜リーフ
１２  分離膜
１３，１３１  原水スペーサ
１４  透過水スペーサ
１５  第１原水流路
１６  第２原水流路
１７  第３原水流路
１８  第４原水流路
１９  第５原水流路
２１  集水管
２１ｈ  貫通孔
２２  積層体
２３，２３６，２３７  仕切り
２７，３１，３２，３８，３９，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７  連絡流路
２８，２８１，２８２，２８３，２８４，２８５，２８６，２８７，２９１，２９２，２９３，２９４，２９５，２９６，２９７  カバー
２９，３４  封止樹脂
３３  集合流路
３６  接続流路
４２  ケーシング
４３  パッキン
４４  アダプタ
７１  ブロック
８１，８５，８７，８９  分割エレメント
８３  外壁部
８３ｈ  貫通孔
９０  プレフィルタ
９１  活性炭フィルタ
９２  分離膜フィルタ
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５  分離膜モジュール
２００  浄水器
２３１  第１仕切り
２３２  第２仕切り
２８９  流出口
【図１】
2020082068.tif 000003
【図２】
2020082068.tif 000004
【図３】
2020082068.tif 000005
【図４Ａ】
2020082068.tif 000006
【図４Ｂ】
2020082068.tif 000007
【図５】
2020082068.tif 000008
【図６】
2020082068.tif 000009
【図７Ａ】
2020082068.tif 000010
【図７Ｂ】
2020082068.tif 000011
【図７Ｃ】
2020082068.tif 000012
【図８Ａ】
2020082068.tif 000013
【図８Ｂ】
2020082068.tif 000014
【図８Ｃ】
2020082068.tif 000015
【図９Ａ】
2020082068.tif 000016
【図９Ｂ】
2020082068.tif 000017
【図１０】
2020082068.tif 000018
【図１１】
2020082068.tif 000019
【図１２Ａ】
2020082068.tif 000020
【図１２Ｂ】
2020082068.tif 000021
【図１２Ｃ】
2020082068.tif 000022
【図１３Ａ】
2020082068.tif 000023
【図１３Ｂ】
2020082068.tif 000024
【図１４Ａ】
2020082068.tif 000025
【図１４Ｂ】
2020082068.tif 000026
【図１４Ｃ】
2020082068.tif 000027
【図１４Ｄ】
2020082068.tif 000028
【図１４Ｅ】
2020082068.tif 000029
【図１４Ｆ】
2020082068.tif 000030
【図１５Ａ】
2020082068.tif 000031
【図１５Ｂ】
2020082068.tif 000032
【図１５Ｃ】
2020082068.tif 000033
【図１６】
2020082068.tif 000034
【図１７Ａ】
2020082068.tif 000035
【図１７Ｂ】
2020082068.tif 000036
【図１７Ｃ】
2020082068.tif 000037
【図１７Ｄ】
2020082068.tif 000038
【図１７Ｅ】
2020082068.tif 000039
【図１８Ａ】
2020082068.tif 000040
【図１８Ｂ】
2020082068.tif 000041
【図１９】
2020082068.tif 000042
【図２０】
2020082068.tif 000043
【図２１】
2020082068.tif 000044
【図２２】
2020082068.tif 000045
【図２３】
2020082068.tif 000046
【図２４】
2020082068.tif 000047