(57)【要約】【課題】中空管近辺の透過側流路における流動抵抗を低減し、透過流体量を向上させることができる分離膜エレメントを提供する。【解決手段】外周面および内周面を有する中空管と、前記中空管の周囲に巻回された、少なくとも１つの分離膜リーフとを備える分離膜エレメントであって、前記中空管は外周面から内周面につながる複数の連通孔を有し、前記外周面において互いに近接する前記連通孔間の距離は、２０μｍ〜５０００μｍであることを特徴とする分離膜エレメントとする。【選択図】図１
2014140840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面および内周面を有する中空管と、前記中空管の周囲に巻回された、少なくとも1つの分離膜リーフとを備える分離膜エレメントであって、
前記中空管は外周面から内周面につながる複数の連通孔を有し、前記外周面において互いに近接する前記連通孔間の距離は、２０μｍ〜５０００μｍであることを特徴とする分離膜エレメント。
【請求項２】
前記中空管の外周面上の単位面積当たりの孔数が１個／ｃｍ２〜１００００個／ｃｍ２である、請求項１記載の分離膜エレメント。
【請求項３】
前記連通孔の平均孔径が５０μｍ〜２０００μｍである、請求項１または請求項２に記載の分離膜エレメント。
【請求項４】
前記中空管の全体積に対する気孔率が２０％〜６０％である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の分離膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体、気体等の流体に含まれる成分を分離するために使用される分離膜エレメントおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外周面から内周面につながる複数の貫通孔を有する中空管は、例えば、排水の浄化や海水淡水化に用いられる分離膜エレメントの中空管として用いることができる。この分離膜エレメントでは、分離膜として逆浸透膜や精密漏過膜、限外濾過膜が用いられ、海水やかん水の淡水化や排水処理に実用化されている。このような分離膜エレメントは、近年、需要が増加するとともに、要求される分離性能も著しい向上が求められており、分離膜の性能ばかりでなく、分離膜エレメント全体として、エレメント内の圧力損失低減などの性能向上が検討されている。
【０００３】
従来では、この中空管に関しては、特許文献1に示すような貫通孔の孔径と中空管周囲の流路材の開孔率を乗じて計算される有効有孔部面積について検討されている他に、特許文献２に示すような中空管外周面に非貫通凹部を設けることによる圧力損失低減について検討されてきたが、現在においても更なる性能向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０５８２３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、中空管近辺の透過側流路における透過流体にかかる抵抗を低減し、透過流体量を向上させることができる分離膜エレメントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明に係る分離膜エレメントは、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１）外周面および内周面を有する中空管と、前記中空管の周囲に巻回された、少なくとも1つの分離膜リーフとを備える分離膜エレメントであって、
前記中空管は外周面から内周面につながる複数の連通孔を有し、前記外周面において互いに近接する前記連通孔間の距離は、２０μｍ〜５０００μｍであることを特徴とする分離膜エレメント。
（２）前記中空管の外周面上の単位面積当たりの孔数が１個／ｃｍ２〜１００００個／ｃｍ２である、上記（１）記載の分離膜エレメント。
（３）前記連通孔の平均孔径が５０μｍ〜２０００μｍである、上記（１）または（２）に記載の分離膜エレメント。
（４）前記中空管の全体積に対する気孔率が２０％〜６０％である、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の分離膜エレメント。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分離膜を透過し中空管外周面へと集められた流体が、連通孔へ流入するまでに透過流体にかかる抵抗を小さくすることができる。これにより、透過流体量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る中空管を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る中空管の表面の拡大図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、中空管の連通孔間隔における透過流体の流入パターンを説明する図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の異なる実施形態に係る中空管の円周方向の断面図である。
【図５】分離膜リーフの一形態を示す要部拡大斜視図である。
【図６】分離膜の巻回方向において連続的に設けられた透過側流路材を備える分離膜を示す平面図である。
【図７】分離膜の中空管長手方向において不連続的に設けられた透過側流路材を備える分離膜を示す平面図である。
【図８】透過側流路材を備える分離膜を示す断面図である。
【図９】分離膜エレメントの一形態を示す展開斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の他の実施形態に係る中空管を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
〔１．中空管〕
図１に、本発明の一実施形態に係る分離膜エレメントに用いられる中空管６を示す。中空管６は円筒形状を有し、外周面から内周面につながる複数の連通孔６１を有する。中空管６の材質などは特に限定されるものではないが、中空管６は可撓性を有しない剛体であることが好ましい。
【００１１】
（１−１）素材
中空管６の素材としては例えば、金属や樹脂、セラミックス製のものが好ましく用いられる。
金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス、銅、黄銅（真鍮）、青銅、ジュラルミンや、２種以上の金属元素を有する合金を用いることができるが、浄水用途に用いる場合、コスト、強度および耐蝕性の面から、ステンレスを用いることが好ましい。
【００１２】
前記樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂
としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂（ユリア樹
脂）、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、シリコーン樹脂及びジアリルフタレート樹脂が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂やメラミン樹脂、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂）、変性ポリフェニレンオキシド樹脂（例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂、アクリルニトリル−スチレン共重合体樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、あるいはこれらの混合物やポリマーアロイを挙げることができる。
【００１３】
また、樹脂の強度を高めるために、樹脂組成物中にガラス繊維や炭素繊維などの繊維材料や、ウィスカーや液晶ポリマーなどの結晶系材料を加えてもよい。例えば、ガラス繊維としては、ガラスウール、チョップド・ガラスファイバー、ミルド・ガラスファイバーを挙げることができる。また、炭素繊維としては、ミルド炭素繊維を挙げることができる。ウィスカーとしては、ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、塩基性硫酸マグネシウムウィスカー、珪酸カルシウムウィスカー及び硫酸カルシウムウィスカーを挙げることができる。
【００１４】
さらには、樹脂の特性向上を目的として各種添加剤を加えてもよい。例えば、難燃剤、安定剤、顔料、染料、離型材、滑材、耐候性改良剤などを樹脂組成物に添加してもよい。これらの添加物は単独で用いてもよく、２種以上の混合物として用いることができる。
【００１５】
前記セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、酸化チタン、ジルコン、炭化珪素、ゼオライト、フェライト、ムライト、コーディエライト、フォルステライト、ステアタイト、窒化アルミニウム、窒化珪素、チタン酸ジルコン酸鉛等を適宜用いることができる。
【００１６】
（１−２）多孔質・連通孔
中空管６には外周面から内周面へと通じる複数の連通孔６１が設けられている。本実施形態では中空管６の外周面上の互いに近接する前記連通孔間の距離が２０μｍ〜５０００μｍである。連通孔間の距離は、５０μｍ〜３０００μｍであることが好ましく、１００μｍ〜２０００μｍであることがより好ましい。
ここで、互いに近接する連通孔間の距離とは、図２に示すように互いに近接する連通孔６１における一方の孔の境界から他方の孔の境界までの前記中空管の外周面を通る最短距離Ｌをいう。連通孔間の距離が上記の範囲にあることで、中空管周辺に到達した透過流体が連通孔へと流入するまでの距離が短くなり、流入効率が向上し流動抵抗を低減できるため、分離膜エレメントの透過流体量を向上させることができる。また、連通孔間の距離は必ずしも全て同じである必要はなく、上記範囲内であれば、１本の中空管の中で異なっていてもよい。例えば、上流側から下流側に向かって孔間隔が漸増または漸減する構成となっていてもよく、中空管６の長手方向の中央部と端部、より具体的には分離膜リーフで覆われる領域と中空管６と分離膜リーフを接着する部分（以下、接着部分と記載）で単位面積辺りの孔数が異なる構成となっていてもよい。
【００１７】
通常、後述する透過側流路材３によって形成される透過側流路５は、図３（ａ）のように、中空管長手方向に直行するように形成されており、透過流体は中空管６周囲に到達した後、連通孔６１へと移動し中空管内へと流入する。前述のように、透過側流路５は中空管長手方向に直行するように形成されているため、中空管長手方向への流れは流動抵抗が大きくなる。中空管長手方向の連通孔６１の間隔を透過側流路５のピッチと略同じかそれよりも小さくすることで、図３（ｂ）のように中空管６内にスムーズに透過流体が流入することができる。
【００１８】
中空管６の外周面の単位面積当たりの孔の個数は特に限定されるものではないが、１個／ｃｍ２〜１００００個／ｃｍ２の孔数を有する多孔質中空管を好適に用いることができる。前記孔数は２個／ｃｍ２〜５０００個／ｃｍ２がより好ましく、１０個／ｃｍ２〜２５００個／ｃｍ２がさらに好ましい。ここで、単位面積当たりの孔の個数とは中空管の長手方向１ｃｍと円周方向１ｃｍで区切られた領域内に存在する孔の個数をいい、多孔質とはその素材が多数の細孔を有することをいう。単位面積当たりの孔の個数を１個／ｃｍ２以上とすることで透過流体が中空管外周面のあらゆる方位から内周部へと流入するため、さらなる流入効率の向上を期待することができ、１００００個／ｃｍ２以下とすることで、中空管の強度を保ち、また分離膜を中空管周囲へと巻回する工程におけるしわの発生を抑制することができる。単位面積辺りの孔の個数は中空管６上の全ての箇所で同じである必要はなく、全体での単位面積辺りの孔の個数が上記範囲内であれば、１本の中空管の中で異なっていてもよく、一部上記範囲を超える箇所があってもよい。例えば、上流側から下流側に向かって孔数が漸増している構成となっていてもよく、中空管６の長手方向の中央部と端部、より具体的には分離膜リーフで覆われる部分と接着部分で単位面積辺りの孔数が異なる構成となっていてもよい。ただし、中空管６の長手方向の分離膜リーフに覆われる部分において、孔が存在しない領域が広い範囲にわたって存在するなど、孔の配置に極端な偏りが存在すると、中空管内部へのスムーズな流れを妨げるため、全体的に存在していることが好ましい。
【００１９】
連通孔６１の孔の形状は特に限定されるものではなく、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形などがある。また、図４（ａ）に示すように外周面と内周面を直線的につなぐ貫通孔であってもよいし、図４（ｂ）に示すように中空管内部６３で蛇行していてもよい。さらに、個々の連通孔６１が独立していてもよく、図４（ｃ）に示すように中空管内部６３で複数の連通孔６１が通じており、外周面上の孔数と内周面上の孔数が一致していなくてもよい。
【００２０】
複数の連通孔６１を設ける方法としては特に限定されるものではなく、中空管成形時に孔を設けてもよいし、成形後にドリル、レーザー等により孔を設けてもよい。
【００２１】
中空管が樹脂により成形される場合、多孔性樹脂の成形方法としては、例えば、樹脂粉体を焼結成形し気孔を形成する方法、成形時に空気や窒素ガスを直接吹き込む方法、成形時に発泡剤を添加する方法を適宜用いることが出来る。前記発泡剤としては、ヘプタン、ヘキサン、クロロフルオロカーボン等の成形時の加熱や圧力開放により気化する低沸点溶媒、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム等の熱分解時にガスを発生させるものが挙げられる。また、塩類等成形後溶媒中に溶出させることにより気孔を形成させるものも含まれる。
【００２２】
また、中空管がセラミックスにより成形される場合、多孔性セラミックスの成形方法としては、焼成時に緻密化しない低い温度で焼成する方法、炭素、澱粉等の造孔剤を添加し焼成時に酸化除去する方法、スポンジ等の他孔材にセラミックススラリーを染み込ませてスポンジを酸化除去する方法等が挙げられる。
【００２３】
さらに、中空管が金属により成形される場合、多孔性金属の成形方法としては、金属繊維の束を焼結する方法、溶融金属にガス原子を溶解させた後に凝固させる方法、金属粉末と水素化チタンや炭酸水素ナトリウム等の発泡剤を混合して圧縮・固化させた後、加熱して気泡を発生させる方法等が挙げられる。
【００２４】
連通孔６１の平均孔径は特に限定されないが、５０〜２０００μｍが好ましく、１００μｍ〜１０００μｍがより好ましい。平均孔径が５０μｍ以上であることにより連通孔内での抵抗を低減でき、２０００μｍ以下であることにより透過側流路材ないし分離膜の連通孔への落ち込みを抑制できる。かん水や水道水などの原流体の塩濃度が低く、運転圧力の小さい条件では、落ち込みの影響は少ないが、海水などの原流体の塩濃度が高く運転圧力の大きい条件では、落ち込みの影響を考慮する必要がある。また孔径は必ずしも全ての孔で同じである必要はない。例えば、図１０（ｃ）〜（ｅ）に示すように、上流側から下流側に向かって孔径が漸増している構成（図１０（ｃ））、孔径の大小が交互となるように配置した構成（図１０（ｄ））、中空管６の長手方向の中央部と端部、より具体的には分離膜リーフで覆われる部分と接着部分で孔径が異なる構成（図１０（ｅ））となっていてもよい。
【００２５】
平均孔径は水銀圧入法（ＪＩＳ  Ｒ１６５５（２００３））に準拠して測定した気孔径分布より算出することができる。以下に平均孔径の測定方法の概要を示す。測定を行う試料を秤量した後、ガラスないしステンレスの試料容器に試料を充填する。測定室内に試料容器を設置後、排気を行い真空状態（１０Ｐａ以下）にする。真空状態にて水銀を注入し、徐々に真空状態を解放して必要とする圧力まで昇圧する。その際の圧力Ｐと水銀圧入量を測定する。このようにして測定した値を用いて下記ウォッシュバーン式により孔径ｄを算出し、圧力を変化させながら水銀圧入量を測定することで孔径分布および平均孔径を算出する。
ｄ＝−４σ（ｃｏｓθ）／Ｐ
ここで、σは水銀の表面張力、θは試料と水銀の接触角を表す。水銀の表面張力σは固有の値であり、２５℃で０．４８０Ｎ／ｍである。接触角θは成形体表面上に水銀の液滴を垂らし、水銀液滴像に引いた接線と成形体平面との角度より求めることができる。
【００２６】
用いる素材によっては水銀圧入法による測定中に中空管が潰れてしまうことがあり、その場合は外周面上の連通孔の孔径を直接測定することで算出し、代用することができる。外周面上の孔径測定には、例えば、市販のマイクロスコープなどを用いることができる。無作為に抽出した孔の孔径を３０個以上測定し、その平均値を算出することで、求められる。孔が円形ではない場合は面積を計算し下記式にて代表孔径Ｄを算出する。
Ｄ＝４×Ｓ／ｌ
ここで、Ｓは孔の面積、ｌは孔の周長を示す。このようにして求めた、少なくとも３０個の測定の結果得られる値が、上記範囲を満たせばよい。
【００２７】
連通孔６１の気孔率は特に限定されないが、中空管６の全体積に対して２０％〜６０％が好ましく、３０％〜５０％がより好ましい。ここで、気孔率とは中空管が占める全体積（ただし中心の中空部分の体積は除く）のうち、気孔部分すなわち空隙部分を占める割合のことをいう。気孔率が２０％以上であることにより十分な流路を確保でき、６０％以下であることにより中空管の強度を保ち、分離膜を中空管の周囲へ巻回する工程でかかる応力や分離膜エレメントの運転時にかかる圧力に耐えることができる。
【００２８】
気孔率はＪＩＳ  Ｚ２５０１（２０００）に準拠して測定することができる。以下に測定方法の概要を示す。試料の試験片を溶剤に浸漬して洗浄し、乾燥後の重量（ｍ１）を測定する。密度ρ１の油に浸して真空状態にて脱気を行い、油含浸後の重量（ｍ２）を測定する。含浸後の試験片を密度ρ２の液体に浸し、重量（ｍ３）を測定する。このようにして測定した値を用いて下記式により体積Ｖおよび気孔率Ｐを算出する。
Ｖ＝（ｍ２−ｍ３）／ρ２
Ｐ＝１００×（ｍ２−ｍ１）／ρ１・Ｖ
【００２９】
一般に、分離膜エレメント同士の接続や圧力容器と接続する際、中空管の内周面側からつなぐインナーコネクター型と中空管の外周面側からつなぐアウターコネクター型がある。後者の場合、中空管長手方向において、分離膜リーフに覆われる位置よりも端部側に中空管が存在するため、中空管全体に連通孔６１が存在していると原流体、もしくは濃縮流体が透過流体側に流れ込み、分離効率が悪くなる恐れがある。分離膜エレメントにおける分離膜は、一般に二つ折りまたは貼り合わせて三辺を封止される構造のものが用いられるが、中空管６の端部ではこの封止部分付近が中空管６と接着されている。連通孔６１がこの接着部分と重なると、接着剤が連通孔６１を通じて中空管６内部まで浸透することで透過液の流路を塞ぎ透過水量が低くなる場合がある。したがって、連通孔６１が存在する範囲は、分離膜リーフで覆われている領域に連通孔６１が設けられるように、中空管６の両端部（接着部分）に達していないことが好ましい。連通孔６１が分離膜リーフで覆われている部分を越えて接着部分にまで存在する場合、接着部分を含む端部の連通孔６１の孔径を分離膜リーフで覆われている領域と比べ小さくし、接着剤が浸透しにくくする、もしくは接着部分を中空管内周面と連通していない非連通孔とすることで、前記中空管内部の閉塞を抑制することができる。この場合、前記閉塞抑制効果に加えて中空管６周囲における接着剤塗布後の接着剤の広がりによる有効膜面積の減少を抑制することができるため、分離膜エレメントの透過流体量をより向上させることができる。連通孔６１が接着部分を越えて中空管６の両端部にまで存在する場合は、原流体および濃縮流体が透過側に漏れ出てしまい分離効率が悪くなる場合があり、中空管６の接着部分および分離膜リーフで覆われない部分をシールすることで対応できる。
【００３０】
（２−１）分離膜の概要
分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得ることができる膜である。分離膜は、分離膜本体と、分離膜本体上に配置された透過側流路材とを備える。
以下、図５〜図９を用いて分離膜の各部の詳細について説明する。なお、図中にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向軸を示し、ｘ軸を中空管長手方向、ｙ軸を巻回方向と称することがある。
【００３１】
このような分離膜の例として、本実施形態の分離膜１は、図５に示したように、分離膜本体２と透過側流路材３とを備える。分離膜本体２は、供給側の面２１と透過側の面２２とを備え、透過側流路材３は、分離膜本体２の透過側の面２２上に、流路を形成するように設けられている。
本書において、分離膜本体２の「供給側の面」とは、分離膜本体２の２つの面のうち、原流体が供給される側の表面を意味する。「透過側の面」とは、その逆側の面を意味する。後述するように分離膜本体２が基材及び分離機能層を備える場合は、一般的に、分離機能層側の面が供給側の面であり、基材側の面が透過側の面である。図９等に示すように、分離膜本体２は長方形であり、中空管長手方向および巻回方向は、分離膜本体２の外縁に平行である。中空管長手方向を幅方向と称し、巻回方向を長さ方向と称することがある。
【００３２】
（２−２）分離膜本体
＜概要＞
分離膜本体２としては、使用方法、目的等に応じた分離性能を有する膜が用いられる。分離膜本体２は、単一層によって形成されていてもよいし、分離機能層と基材とを備える複合膜であってもよい。また、複合膜においては、分離機能層と基材との間に、多孔性支持層が形成されていてもよい。
【００３３】
＜分離機能層＞
分離機能層の厚みは具体的な数値に限定されないが、分離性能と透過性能の点で５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。特に逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜では５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。
分離機能層の厚みは、これまでの分離膜の膜厚測定法に準ずることができる。例えば、分離膜を樹脂により包埋し、それを切断することで超薄切片を作製し、得られた切片に染色などの処理を行う。その後、透過型電子顕微鏡により観察することで、厚みの測定が可能である。また、分離機能層がひだ構造を有する場合、多孔性支持層より上に位置するひだ構造の断面長さ方向に５０ｎｍ間隔で測定し、ひだの数を２０個測定し、その平均から求めることができる。
【００３４】
分離機能層は、分離機能および支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを備えていてもよい。なお、「分離機能層」とは、少なくとも分離機能を備える層を指す。
【００３５】
分離機能層が分離機能および支持機能の両方を有する場合、分離機能層としては、セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホンを主成分として含有する層が好ましく適用される。
【００３６】
なお、本書において、「ＸがＹを主成分として含有する」とは、ＸにおけるＹの含有率が、５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上、最も好ましくは９５重量％以上であることを意味する。また、Ｙに該当する複数の成分が存在する場合は、それら複数の成分の合計量が、上述の範囲を満たせばよい。
【００３７】
一方、多孔性支持層を有する分離機能層としては、孔径制御が容易であり、かつ耐久性に優れるという点で架橋高分子が好ましく使用される。特に、原流体中の成分の分離性能に優れるという点で、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなるポリアミド分離機能層、有機無機ハイブリッド機能層などが好適に用いられる。これらの分離機能層は、多孔性支持層上でモノマーを重縮合することによって形成可能である。
【００３８】
例えば、分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有することができる。このような膜は、公知の方法により、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを界面重縮合することで形成される。例えば、多孔性支持層に多官能アミン水溶液を塗布し、余分なアミン水溶液をエアーナイフなどで除去し、その後、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液を塗布することで、ポリアミド分離機能層が得られる。
【００３９】
また、分離機能層は、Ｓｉ元素などを有する有機−無機ハイブリッド構造を有してもよい。有機−無機ハイブリッド構造を有する分離機能層は、例えば、以下の化合物（Ａ）、（Ｂ）：
（Ａ）エチレン性不飽和基を有する反応性基および加水分解性基がケイ素原子に直接結合したケイ素化合物、ならびに
（Ｂ）前記化合物（Ａ）以外の化合物であってエチレン性不飽和基を有する化合物
を含有することができる。具体的には、分離機能層は、化合物（Ａ）の加水分解性基の縮合物ならびに化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）のうちの少なくとも一方のエチレン性不飽和基の重合物を含有してもよい。すなわち、分離機能層は、
・化合物（Ａ）のみが縮合または重合することで形成された重合物、
・化合物（Ｂ）のみが重合して形成された重合物、並びに
・化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合物
のうちの少なくとも１種の重合物を含有することができる。なお、重合物には縮合物が含まれる。また、化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合体中で、化合物（Ａ）は加水分解性基を介して縮合していてもよい。
【００４０】
ハイブリッド構造は、公知の方法で形成可能である。ハイブリッド構造の形成方法の一例は次のとおりである。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）を含有する反応液を多孔性支持層に塗布する。余分な反応液を除去した後、加水分解性基を縮合させるためには、加熱処理すればよい。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合方法としては、熱処理、電磁波照射、電子線照射、プラズマ照射を行えばよい。重合速度を速める目的で分離機能層形成の際に重合開始剤、重合促進剤等を添加することができる。
【００４１】
なお、いずれの分離機能層についても、使用前に、例えばアルコール含有水溶液、アルカリ水溶液によって膜の表面を親水化させてもよい。
【００４２】
＜多孔性支持層＞
多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、多孔性樹脂層とも言い換えられる。
多孔性支持層に使用される材料やその形状は特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂によって基板上に形成されてもよい。多孔性支持層としては、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂あるいはそれらを混合、積層したものが使用され、化学的、機械的、熱的に安定性が高く、孔径が制御しやすいポリスルホンを使用することが好ましい。
【００４３】
多孔性支持層は、分離膜に機械的強度を与え、かつイオン等の分子サイズの小さな成分に対して分離膜のような分離性能を有さない。多孔性支持層の有する孔のサイズおよび孔の分布は特に限定されないが、例えば、多孔性支持層は、均一で微細な孔を有してもよいし、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面にかけて径が徐々に大きくなるような孔径の分布を有してもよい。また、いずれの場合でも、分離機能層が形成される側の表面で原子間力顕微鏡または電子顕微鏡などを用いて測定された細孔の投影面積円相当径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。特に界面重合反応性および分離機能層の保持性の点で、多孔性支持層において分離機能層が形成される側の表面における孔は、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下の投影面積円相当径を有することが好ましい。
【００４４】
多孔性支持層の厚みは特に限定されないが、分離膜に強度を与えるため等の理由から、２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下である。
【００４５】
多孔性支持層の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔性支持層を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金または白金−パラジウムまたは四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして３ｋＶ〜６ｋＶの加速電圧で、高分解能電界放射型走査電子顕微鏡（ＵＨＲ−ＦＥ−ＳＥＭ）で観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、日立製Ｓ−９００型電子顕微鏡などが使用できる。得られた電子顕微鏡写真に基づいて、多孔性支持層の膜厚、表面の投影面積円相当径を測定することができる。
【００４６】
多孔性支持層の厚み、孔径は、平均値であり、多孔性支持層の厚みは、断面観察で厚み方向に直交する方向に２０μｍ間隔で測定し、２０点測定の平均値である。また、孔径は、２００個の孔について測定された、各投影面積円相当径の平均値である。
【００４７】
次に、多孔性支持層の形成方法について説明する。多孔性支持層は、例えば、上記ポリスルホンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以降、ＤＭＦと記載）溶液を、後述する基材、例えば密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、製造することができる。
【００４８】
多孔性支持層は、”オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法に従って形成される。なお、所望の形態を得るために、ポリマー濃度、溶媒の温度、貧溶媒は調整可能である。
例えば、所定量のポリスルホンをＤＭＦに溶解し、所定濃度のポリスルホン樹脂溶液を調製する。次いで、このポリスルホン樹脂溶液をポリエステル布あるいは不織布からなる基材上に略一定の厚さに塗布した後、一定時間空気中で表面の溶媒を除去した後、凝固液中でポリスルホンを凝固させることによって得ることができる。
【００４９】
＜基材＞
分離膜本体の強度、寸法安定性等の観点から、分離膜本体は基材を有してもよい。基材としては、強度、凹凸形成能および流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。
【００５０】
基材としては、長繊維不織布及び短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。特に、長繊維不織布は、優れた製膜性を有するので、高分子重合体の溶液を流延した際に、その溶液が過浸透により裏抜けすること、多孔性支持層が剥離すること、さらには基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、及びピンホール等の欠点が生じることを抑制できる。また、基材が熱可塑性連続フィラメントより構成される長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布と比べて、高分子溶液流延時に繊維の毛羽立ちによって起きる不均一化および膜欠点の発生を抑制することができる。さらに、分離膜は、連続製膜されるときに、製膜方向に対し張力がかけられるので、寸法安定性に優れる長繊維不織布を基材として用いることが好ましい。
【００５１】
長繊維不織布は、成形性、強度の点で、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、多孔性支持層側の表層の繊維よりも縦配向であることが好ましい。そのような構造によれば、強度を保つことで膜破れ等を防ぐ高い効果が実現されるだけでなく、分離膜に凹凸を付与する際の、多孔性支持層と基材とを含む積層体としての成形性も向上し、分離膜表面の凹凸形状が安定するので好ましい。
【００５２】
より具体的には、長繊維不織布の、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度は、０°以上２５°以下であることが好ましく、また、多孔性支持層側表層における繊維配向度との配向度差が１０°以上９０°以下であることが好ましい。
分離膜の製造工程やエレメントの製造工程においては加熱する工程が含まれるが、加熱により多孔性支持層または分離機能層が収縮する現象が起きる。特に連続製膜において張力が付与されていない幅方向において、収縮は顕著である。収縮することにより、寸法安定性等に問題が生じるため、基材としては熱寸法変化率が小さいものが望まれる。不織布において多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と多孔性支持層側表層における繊維配向度との差が１０°以上９０°以下であると、熱による幅方向の変化を抑制することもでき、好ましい。
【００５３】
ここで、繊維配向度とは、多孔性支持層を構成する不織布基材の繊維の向きを示す指標である。具体的には、繊維配向度とは、連続製膜を行う際の製膜方向、つまり不織布基材の長手方向と、不織布基材を構成する繊維との間の角度の平均値である。つまり、繊維の長手方向が製膜方向と平行であれば、繊維配向度は０°である。また、繊維の長手方向が製膜方向に直角であれば、すなわち不織布基材の幅方向に平行であれば、その繊維の配向度は９０°である。よって、繊維配向度が０°に近いほど縦配向であり、９０°に近いほど横配向であることを示す。
【００５４】
繊維配向度は以下のように測定される。まず、不織布からランダムに小片サンプル１０個を採取する。次に、そのサンプルの表面を走査型電子顕微鏡で１００〜１０００倍で撮影する。撮影像の中で、各サンプルあたり１０本を選び、不織布の長手方向（縦方向、製膜方向）を０°としたときの角度を測定する。つまり１枚の不織布あたり計１００本の繊維について、角度の測定が行われる。こうして測定された１００本の繊維についての角度から平均値を算出する。得られた平均値の小数点以下第一位を四捨五入して得られる値が、繊維配向度である。
【００５５】
基材の厚みは、基材と多孔性支持層との厚みの合計が、３０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内、好ましくは５０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内となる程度に設定されることが好ましい。
【００５６】
（２−３）透過側流路材
＜概要＞
図５に示したように、分離膜本体２の透過側の面には、透過側の流路を形成するように透過側流路材３が設けられる。「透過側の流路を形成するように設けられる」とは、分離膜１が後述の分離膜エレメントに組み込まれたときに、分離膜本体２を透過した透過流体が中空管に到達できるように、流路材が形成されていることを意味する。透過側流路材３の構成の詳細は以下のとおりである。
【００５７】
＜透過側流路材の構成成分＞
透過側流路材３は、分離膜本体２とは異なる素材で形成されることが好ましい。異なる素材とは、分離膜本体２で使用される材料とは異なる組成を有する材料を意味する。特に、透過側流路材３の組成は、分離膜本体２のうち、透過側流路材３が形成されている面の組成とは異なることが好ましく、分離膜本体２を形成するいずれの層の組成とも異なることが好ましい。
【００５８】
透過側流路材３を構成する成分としては特に限定されないが、樹脂が好ましく用いられる。具体的には、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンや共重合ポリオレフィンなどが好ましく、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのポリマーも選択でき、これらを単独もしくは２種類以上からなる混合物として用いることができる。特に、熱可塑性樹脂は成形が容易であるため、均一な形状の流路材を形成することができる。
【００５９】
＜透過側流路材の形状および配置＞
＜＜概要＞＞
透過側流路材３は流動抵抗を小さくするために溝が非連結とされていることが好ましい。シート状物や分離膜の透過側に固着させたものを使用することができるが、後述する理由から分離膜の透過側に固着させることで流動抵抗を著しく低減できる。
従来、透過側流路材として広く用いられているトリコットは編み物であり、立体的に交差した糸で構成されている。つまり、トリコットは、二次元的に連続した構造を有している。このようなトリコットが流路材として適用された場合、流路の高さはトリコットの厚みよりも小さくなる。すなわち、トリコットの厚みの全てを流路の高さとして利用することはできない。
【００６０】
これに対して、本発明では、図８等に示したように、透過側流路材３は、互いに重ならないように配置されている。よって、本実施形態の透過側流路材３の高さ（つまり厚み）は全て、流路の溝の高さとして活用される。よって、本実施形態の透過側流路材３が適用された場合、透過側流路材３の高さと同じ厚みを有するトリコットが適用された場合よりも、流路は高くなる。つまり、流路の断面積がより大きくなるので、流動抵抗はより小さくなる。
【００６１】
また、本発明において、不連続な複数の透過側流路材３が、１つの分離膜本体２上に固着されている。「不連続」とは、複数の透過側流路材が、間隔を置いて設けられている状態である。つまり、１枚の分離膜中の透過側流路材３を分離膜本体２から剥離すると、互いに分かれた複数の透過側流路材３が得られる。これに対して、ネット、トリコットおよびフィルム等の部材は、分離膜本体２から分離されても、連続した一体の形状を示す。
【００６２】
不連続な複数の透過側流路材３が設けられていることで、分離膜１は、後述の分離膜エレメント１００に組み込まれたときに、圧力損失を低く抑えることができる。このような構成の一例として、図６では、透過側流路材３は中空管長手方向においてのみ不連続に形成されおり、図７では中空管長手方向および巻回方向のいずれにおいても不連続に形成されている。
【００６３】
分離膜は、分離膜エレメントにおいて、その巻回方向が分離膜エレメントの巻回方向と一致するように配置されることが好ましい。つまり、分離膜エレメントにおいて、分離膜は、中空管長手方向が中空管６の長手方向に平行であり、巻回方向が中空管６の長手方向に直交するように配置されることが好ましい。
【００６４】
透過側流路材３は、中空管の長手方向において不連続に設けられると共に、巻回方向においては、分離膜本体２の一端から他端まで連続するように設けられている。つまり、図９に示したように、分離膜エレメント１００に分離膜１が組み込まれたときに、透過側流路材３は、巻回方向における分離膜１の内側端部から外側端部まで連続するように配置される。巻回方向の内側とは、分離膜において中空管に近い側であり、巻回方向の外側とは、分離膜において中空管から遠い側である。
【００６５】
流路材が「巻回方向において連続する」とは、図６のように透過側流路材３が分離膜本体２の巻回方向に途切れることなく設けられている場合と、図７のように、透過側流路材３が途切れる箇所はあるが、透過側流路材３が実質的に分離膜本体２の巻回方向に連続している場合の両方を包含する。「実質的に連続する」形態とは、好ましくは、巻回方向における透過側流路材３の間隔ｅ（つまり透過側流路材において途切れている部分の長さ）が５ｍｍ以下である。特に、間隔ｅは、１ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、巻回方向において並ぶ一列の透過側流路材３の先頭から最後尾までに含まれる間隔ｅの合計値が、１００ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく、３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。なお、図６の形態では、間隔ｅは０（ゼロ）である。
図６のように透過側流路材３が途切れずに設けられている場合、加圧ろ過時に膜落ち込みが抑制される。膜落ち込みとは、膜が流路に落ち込んで流路を狭めることである。
【００６６】
図７では、透過側流路材３は、中空管長手方向だけでなく巻回方向においても不連続に設けられている。つまり、透過側流路材３は、長さ方向において間隔をおいて設けられている。ただし、上述したように、透過側流路材３が巻回方向において実質的に連続していることで、膜落ち込みが抑制される。また、このように、２つの方向において不連続な透過側流路材３が設けられることで、流路材と流体との接触面積が小さくなるので圧力損失が小さくなる。この形態は、流路５が分岐点を備える構成であるとも言い換えられる。つまり、図７の構成において、透過流体は、流路５を流れながら、透過側流路材３によって分けられ、さらに下流で合流することができる。
【００６７】
上述したように、図６では、透過側流路材３が、中空管の長手方向（巻回方向）において分離膜本体２の一端から他端まで連続するように設けられている。また、図７では中空管の長手方向（巻回方向）において透過側流路材３は複数の部分に分割されているが、これらの複数の部分が、分離膜本体２の一端から他端まで並ぶように設けられている。
【００６８】
流路材が「分離膜本体の一端から他端まで設けられている」とは、透過側流路材３が分離膜本体２の縁まで設けられている形態と、縁近傍において透過側流路材３が設けられていない領域がある形態との両方を包含する。つまり、流路材は、透過側の流路を形成できる程度に、巻回方向に渡って分布していればよく、分離膜本体２において、透過側流路材３が設けられない部分があってもよい。例えば、透過側の面における他の分離膜との接着部分には、透過側流路材３が設けられる必要はない。また、その他の仕様上または製造上の理由により、分離膜の端部などの一部の箇所に、透過側流路材３が配置されない領域が設けられていてもよい。
【００６９】
中空管長手方向においても、透過側流路材３は、分離膜本体の全体にわたってほぼ均等に分布することができる。ただし、巻回方向における分布と同様に、透過側の面における他の分離膜との接着部分には、透過側流路材３が設けられる必要はない。また、その他の仕様上または製造上の理由により、分離膜の端部などの一部の箇所に、透過側流路材３が配置されない領域が設けられていてもよい。
【００７０】
＜＜分離膜本体および透過側流路材の寸法＞＞
ここで、分離膜本体２の寸法に対する透過側流路材３の寸法について説明する。図６〜図８において、ａ〜ｆは下記値を指す。
ａ：分離膜本体２の長さ
ｂ：分離膜本体２の幅方向における透過側流路材３の間隔
ｃ：透過側流路材の高さ（透過側流路材３と分離膜本体２の透過側の面２２との高低差）
ｄ：透過側流路材３の幅
ｅ：分離膜本体２の長さ方向における透過側流路材３の間隔
ｆ：透過側流路材３の長さ
値ａ〜ｆの測定には、例えば、市販の形状測定システムまたはマイクロスコープなどを用いることができる。各値は、１枚の分離膜において３０箇所以上で測定を行い、それらの値を総和した値を測定総箇所の数で割って平均値を算出することで、求められる。このように、少なくとも３０箇所における測定の結果得られる各値が、上記範囲を満たせばよい。
【００７１】
（分離膜本体の長さａ）
長さａは、巻回方向における分離膜本体２の一端から他端までの距離である。この距離が一定でない場合、１枚の分離膜本体２において３０箇所以上の位置でこの距離を測定し、平均値を求めることで長さａを得ることができる。
【００７２】
（中空管の長手方向における透過側流路材の間隔ｂ）
中空管長手方向における透過側流路材３の間隔、すなわち分離膜本体２の幅方向における透過側流路材３の間隔ｂは、流路５の幅に相当する。１つの断面において１つの流路５の幅が一定でない場合、つまり隣り合う２つの透過側流路材３の側面が平行でない場合は、１つの断面内で、１つの流路５の幅の最大値と最小値の平均値を測定し、その平均値を算出する。図８に示すように、巻回方向に垂直な断面において、透過側流路材３は上が細く下が太い台形状を示す場合、まず、隣接する２つの透過側流路材３の上部間の距離と下部間の距離を測定して、その平均値を算出する。任意の３０箇所以上の断面において、透過側流路材３の間隔を測定して、それぞれの断面において平均値を算出する。そして、こうして得られた平均値の相加平均値をさらに算出することで、間隔ｂが算出される。
【００７３】
間隔ｂが大きくなるにつれて、加圧ろ過時に膜落ち込みが生じやすくなり、中空管６周辺の流路を確保することが困難になる。逆に間隔ｂが小さいほど膜落ち込みが生じにくくなるが、流路が小さくなるため流動抵抗が大きくなる。流動抵抗を考慮すると、間隔ｂは０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ以上であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上である。また、膜落ち込みの抑制という面では、間隔ｂは５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ以下であり、さらに好ましくは２ｍｍ以下であり、最も好ましくは０．８ｍｍ以下である。
これらの上限および下限は任意に組み合わせられる。例えば、間隔ｂは、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、膜落ち込みを抑えながら流動抵抗を小さくすることができる。間隔ｂはより好ましくは、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。
【００７４】
（透過側流路材の高さｃ）
高さｃとは、透過側流路材３と分離膜本体２の表面との高低差である。図８に示したように、高さｃは、巻回方向に垂直な断面における、透過側流路材３の最も高い部分と分離膜本体２の透過側面との高さの差である。すなわち、高さｃにおいては、基材中に含浸している部分の厚みは考慮しない。高さｃは、３０箇所以上の透過側流路材３についての高さを測定し、平均して得られる値である。透過側流路材３の高さｃは、同一の平面内における流路材の断面の観察によって得られてもよいし、複数の平面における流路材の断面の観察によって得られてもよい。
【００７５】
高さｃは、エレメントの使用条件および目的などに応じて適宜選択できるが、例えば以下のように設定されてもよい。
高さｃが大きい方が流動抵抗が小さくなる。よって、高さｃは０．０３ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは０．１ｍｍ以上である。その一方で、高さｃが小さい方が、１つのエレメント当たりに充填される膜の数が多くなる。よって、高さｃは、０．８ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．４ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３２ｍｍ以下である。これらの上限および下限は組み合わせ可能であり、例えば、高さｃは、０．０３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましく、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．３２ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００７６】
また、隣り合う２つの透過側流路材の高さの差が小さいことが好ましい。高さの差が大きいと加圧ろ過時に分離膜の歪みが生じるので、分離膜に欠陥が発生することがある。隣接する２つの透過側流路材の高低差は、０．１ｍｍ以下であることが好ましく、０．０６ｍｍ以下であることがより好ましく、０．０４ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
同様の理由から、分離膜に設けられた全ての透過側流路材の最大高低差は０．２５ｍｍ以下であることが好ましく、特に好ましくは０．１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．０３ｍｍ以下である。
【００７７】
（透過側流路材の幅ｄ）
透過側流路材３の幅ｄは、次のように測定される。まず、中空管６の長手方向に垂直な１つの断面において、１つの透過側流路材３の最大幅と最小幅の平均値を算出する。つまり、図８に示すような上部が細く下部が太い透過側流路材３においては、流路材下部の幅と上部の幅を測定し、その平均値を算出する。このような平均値を少なくとも３０箇所の断面において算出し、その相加平均を算出することで、１枚の膜当たりの幅ｄを算出することができる。
【００７８】
透過側流路材３の幅ｄは好ましくは０．２ｍｍ以上であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。幅ｄが０．２ｍｍ以上であることで、分離膜エレメントの運転時に透過側流路材３に圧力がかかっても、流路材の形状を保持することができ透過側流路が安定的に形成される。幅ｄは、好ましくは２ｍｍ以下であり、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。幅ｄが２ｍｍ以下であることで、透過側の流路を十分確保することができる。
【００７９】
透過側流路材３は、その長さがその幅よりも大きくなるように形成されている。このように長い透過側流路材３は「壁状物」とも称される。
【００８０】
（巻回方向での透過側流路材の間隔ｅ）
巻回方向における透過側流路材３の間隔、すなわち分離膜本体２の長さ方向における透過側流路材３の間隔ｅは、巻回方向において隣り合う透過側流路材３間の最短距離である。図６に示したように、透過側流路材３が巻回方向において分離膜本体２の一端から他端まで（分離膜エレメント内では、巻回方向の内側端部から外側端部まで）連続して設けられている場合、間隔ｅは０ｍｍである。また、図７に示したように、透過側流路材３が巻回方向において途切れている場合、間隔ｅは、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である。間隔ｅが上記範囲内であることで、膜落ち込みが生じても膜への機械的負荷が小さく、流路閉塞による圧力損失を比較的小さくすることができる。なお、間隔ｅの下限は、０ｍｍである。
【００８１】
（透過側流路材の長さｆ）
透過側流路材３の長さｆは、分離膜本体２の長さ方向（つまり巻回方向）における透過側流路材３の長さである。長さｆは、１枚の分離膜１内で、３０個以上の透過側流路材３の長さを測定し、その平均値を算出することで求められる。透過側流路材３の長さｆは、分離膜本体２の長さａ以下であればよい。流路材の長さｆが分離膜本体の長さａと同等のときは、透過側流路材３が分離膜１の巻回方向内側端部から外側端部へ連続的に設けられていることを指す。長さｆは、好ましくは１０ｍｍ以上であり、より好ましくは２０ｍｍ以上である。長さｆが１０ｍｍ以上であることで、圧力下でも流路が確保される。
【００８２】
（寸法ａ−ｆの関係）
上述したように、本実施形態の透過側流路材は、従来のトリコットのような連続形状を有する流路材に比べて圧力損失を小さくすることができる。言い換えると、本実施形態の技術によると、圧力損失が同等であっても、従来技術よりもリーフ長を大きくすることができる。リーフ長を大きくすることができると、リーフ数を低減することができる。
【００８３】
寸法ａ−ｆが以下の数式ｉ）〜ｖ）の全てを満たすように設定されることで、リーフ数を特に低減することができる。
ｉ）ａ２ｆ２（ｂ＋ｃ）２（ｂ＋ｄ）×１０−６／ｂ３ｃ３（ｅ＋ｆ）２≦１４００
ｉｉ）８５０≦ａ≦７０００
ｉｉｉ）ｂ≦２
ｉｖ）ｃ≦０．５
ｖ）０．１５≦ｄｆ／（ｂ＋ｄ）（ｅ＋ｆ）≦０．８５
【００８４】
このように、分離膜本体２の透過側に流路材３を所定の形態で設けることで、従来のトリコットのような連続形状を有する流路材に比べて圧力損失が小さくなるので、リーフ長を長くすることができる。よって、１個の分離膜エレメント当たりのリーフ数を低減しても、分離性能に優れる分離膜エレメントを提供することができる。
なお、上記の数式において、長さの単位はｍｍが採用されうる。
【００８５】
（形状）
透過側流路材の形状は特に限定されないが、流路の流動抵抗を少なくし、透過させた際の流路を安定化させるような形状が選択され得る。これらの点で、分離膜の面方向に垂直ないずれかの断面において、流路材の形状は、直柱状や台形状、曲柱状、あるいはそれらの組み合わせでもよい。
【００８６】
透過側流路材の断面形状が台形の場合、上底の長さと下底の長さとの差が大きすぎると、小さい方に接する膜で加圧ろ過時の膜落込みが生じやすくなる。例えば、透過側流路材の上底の方が下底よりも短い場合、その間の流路においては、上部の幅は下部の幅よりも広い。よって、上の膜が下に向かって落ち込みやすい。そこで、このような落ち込みを抑制するために、透過側流路材の下底の長さに対する上底の長さの比率は０．６以上１．４以下が好ましく、０．８以上１．２以下がさらに好ましい。
【００８７】
透過側流路材が熱可塑性樹脂であれば、処理温度および選択する熱可塑性樹脂の種類を変更することで、要求される分離特性や透過性能の条件を満足できるように自由に流路材の形状を調整することができる。
【００８８】
また、透過側流路材の分離膜の平面方向における形状は、図６に示すように、全体として直線状であってもよく、その他の形状として、例えば曲線状、鋸歯状、波線状であってもよい。また、これらの形状において、流路材は破線状であってもよい。
【００８９】
また、透過側流路材の分離膜の平面方向における形状が直線状である場合、隣り合う流路材は、互いに略平行に配置されていてもよい。「略平行に配置される」とは、例えば、流路材が分離膜上で交差しないことを示し、好ましくは隣り合う２つの流路材の長手方向のなす角度が０°以上３０°以下であり、より好ましくは上記角度が０°以上１５°以下で記角度が０°以上５°以下である。
【００９０】
また、透過側流路材の長手方向と中空管の長手方向との成す角度は、６０°以上１２０°以下であることが好ましく、７５°以上１０５°以下であることがより好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましい。流路材の長手方向と中空管の長手方向との成す角度が上記範囲であることで、透過水が効率良く中空管に集められる。
【００９１】
流路を安定して形成するには、分離膜エレメントにおいて分離膜本体が加圧されたときの分離膜本体の落ち込みを抑制できることが好ましい。そのためには、分離膜本体と流路材との接触面積が大きいこと、つまり分離膜本体の面積に対する流路材の面積（分離膜本体の膜面に対する投影面積）が大きいことが好ましい。一方で、圧力損失を低減させるには、流路の断面積が広いことが好ましい。流路の断面とは、流路の長手方向に対して垂直な分離膜本体と透過側流路材との接触面積を大きく確保しつつ、かつ流路の断面積を広く確保するには、流路の断面形状は凹レンズ状であることが好ましい。また、透過側流路材３は、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化のない直柱状であってもよい。また、分離膜性能に影響を与えない範囲内であれば、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化があるような台形状の壁状物、楕円柱、楕円錐、四角錐あるいは半球のような形状であってもよい。
【００９２】
透過側流路材の形状は、図５〜図９に示す形状に限定されるものではない。分離膜本体の透過側の面に、例えばホットメルト法のように、溶融した材料を固着させることで透過側流路材を配置する場合は、処理温度や選択するホットメルト用樹脂の種類を変更することで、要求される分離特性および透過性能の条件を満足できるように、透過側流路材の形状を自由に調整することができる。
【００９３】
図５〜図９では、透過側流路材３の平面形状は、長さ方向において直線状である。ただし、透過側流路材３は、分離膜本体２の表面に対して凸であり、かつ分離膜エレメントとしての所望の効果が損なわれない範囲であれば、他の形状に変更可能である。すなわち、流路材の平面方向における形状は、曲線状および波線状等であってもよい。また、１つの分離膜に含まれる複数の流路材が、幅および長さの少なくとも一方が互いに異なるように形成されていてもよい。
【００９４】
（投影面積比）
分離膜の透過側の面に対する透過側流路材の投影面積比は、特に透過側流路の流動抵抗を低減し、流路を安定に形成させる点では、０．０３以上０．８５以下であることが好ましく、０．１５以上０．８５以下であることがより好ましく、０．２以上０．７５以下であることがさらに好ましく、０．３以上０．６以下であることがさらに好ましい。なお、投影面積比とは、分離膜を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる流路材の投影面積を、切り出し面積（２５ｃｍ２）で割った値である。また、この値は、上述の式ｄｆ／（ｂ＋ｄ）（ｅ＋ｆ）で表すこともできる。
【００９５】
〔２．分離膜エレメント〕
（２−１）概要
分離膜エレメント１００は、中空管６と、上述したいずれかの構成を備え、中空管６の周囲に巻回された分離膜１を備える。また、分離膜エレメント１００は、図示しない端板等の部材をさらに備える。
【００９６】
（２−２）分離膜
＜概要＞
分離膜１は、中空管６の周囲に巻回されており、幅方向が中空管６の長手方向に沿うように配置される。その結果、分離膜１は、長さ方向が巻回方向に沿うように配置される。
よって、壁状物である透過側流路材３は、分離膜１の透過側の面２２において、少なくとも中空管６の長手方向に不連続状に配置される。つまり、流路５は、巻回方向において分離膜の外側端部から内側端部まで連続するように形成される。その結果、透過水が中空管へ到達し易く、すなわち流動抵抗が小さくなるので、大きな透過流体量が得られる。
「巻回方向の内側」及び「巻回方向の外側」は、図９に示した通りである。つまり、「巻回方向の内側端部」及び「巻回方向の外側端部」とはそれぞれ、分離膜１において中空管６に近い方の端部、及び遠い方の端部に該当する。
【００９７】
上述したように、透過側流路材３は分離膜１の縁まで達していなくてもよいので、例えば、巻回方向における封筒状膜の外側端部、及び中空管６の長手方向における封筒状膜の端部では、透過側流路材３が設けられていなくてもよい。
【００９８】
＜膜リーフおよび封筒状膜＞
図５に示すように、分離膜１は、分離膜リーフ４（本書において、単に「リーフ」と称することがある。）を形成する。リーフ４において分離膜１は、供給側の面２１が、図示しない供給側流路材を挟んで他の分離膜７の供給側の面７１と対向するように、配置される。分離膜リーフ４において、互いに向かい合う分離膜の供給側の面の間には供給側流路（図示せず）が形成される。
【００９９】
さらに、２枚の分離膜リーフ４が重ねられることで、分離膜１と、分離膜１の透過側の面２２に対向する他の膜リーフの分離膜７の透過側の面７２とが、封筒状膜を形成する。封筒状膜において、向かい合う透過側の面の間は、透過水が中空管６に流れるように、分離膜の長方形状において、巻回方向内側の一辺のみにおいて開放され、他の三辺においては封止される。透過水はこの封筒状膜によって供給水から隔離される。
封止の形態としては、接着剤またはホットメルトなどにより接着されている形態、加熱またはレーザなどにより融着されている形態、およびゴム製シートが挟みこまれている形態が挙げられる。接着による封止は、最も簡便で効果が高いために特に好ましい。
【０１００】
また、分離膜１の供給側の面２１において、巻回方向における内側端部は、折りたたみ又は封止により閉じられている。分離膜１の供給側の面２１が、折り畳まれているのではなく封止されていることで、分離膜の端部における撓みが発生しにくい。折り目近傍での撓みの発生が抑制されることで、巻囲したときに分離膜間での空隙の発生およびこの空隙によるリークの発生が抑制される。
【０１０１】
こうしてリークの発生が抑制されることで、封筒状膜の回収率が向上する。封筒状膜の回収率とは、次のように求められる。すなわち、水中で分離膜エレメントのエアリークテスト（air leak test）を行って、リークが発生した封筒状膜数をカウントする。そのカウント結果に基づいて、（エアリークが発生した封筒状膜の数／評価に供した封筒状膜の数）の比率を、封筒状膜の回収率として算出する。
【０１０２】
具体的なエアリークテストの方法は、以下のとおりである。分離膜エレメントの中空管の端部を封止し、もう一方の端部から空気を注入する。注入された空気は中空管の孔を通過して分離膜の透過側に到達するが、上記のように分離膜の折りたたみが不十分で折り目近傍で撓みが生じたりして空隙が存在すると、空気がその空隙を移動してしまう。その結果、分離膜の供給側へ空気が移動し、分離膜エレメントの端部（供給側）から水中に空気が到達する。このようにエアリークを気泡の発生として確認することができる。
【０１０３】
折り畳みによって分離膜リーフを形成する場合、リーフが長いほど（つまり元の分離膜が長いほど）分離膜の折りたたみに要する時間は長い。しかし、分離膜の供給側面を、折り畳みでなく封止することで、リーフが長くても製造時間の増大を抑制することができる。
【０１０４】
なお、分離膜リーフおよび封筒状膜において、互いに対向する分離膜（図５における分離膜１および７）は、同じ構成を備えてもよいし、異なる構成を備えてもよい。すなわち、分離膜エレメントにおいて、向かい合う２枚の透過側の面のうち、少なくとも一方に上述の透過側流路材が設けられていればよいので、透過側流路材を備える分離膜と、備えない分離膜とが交互に重ねられていてもよい。ただし、説明の便宜上、分離膜エレメントおよびそれに関係する説明においては、「分離膜」は、透過側流路材を備えない分離膜（たとえば分離膜本体と同じ構成を備える膜）を含む。
透過側の面において、または供給側の面において、互いに対向する分離膜は、２枚の異なる分離膜であってもよいし、１枚の膜が折りたたまれたものであってもよい。
【０１０５】
（２−３）透過側流路
上述したように、分離膜１には透過側流路材３を備えている。透過側流路材３によって、封筒状膜の内側、つまり向かい合う分離膜１の透過側の面２２の間には、透過側流路が形成される。
【０１０６】
（２−４）供給側流路
（流路材）
分離膜エレメント１００は、重なり合う分離膜の供給側の面の間に、分離膜１に対する投影面積比が０を超えて１未満となる流路材を備える（図示せず）。供給側流路材の投影面積比は０．０３以上０．５０以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．１０以上０．４０以下であり、特に好ましくは、０．１５以上０．３５以下である。投影面積比が０．０３以上０．５０以下であることで、流動抵抗が比較的小さく抑えられる。なお、投影面積比とは、分離膜と供給側流路材を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、供給側流路材を分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる投影面積を切り出し面積で割った値である。
供給側流路材の高さは、後述するように各性能のバランスや運転コストを考慮すると０．５ｍｍを超えて２．０ｍｍ以下が好ましく、０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がさらに好ましい。
【０１０７】
供給側流路材の形状は特に限定されず、連続形状を有していてもよいし、不連続な形状を有していてもよい。連続形状を有する流路材としては、フィルムおよびネットといった部材が挙げられる。ここで、連続形状とは、実質的に流路材の全範囲において連続であることを意味する。連続形状には、透過流体量が低下するなどの不具合が生じない程度に、流路材の一部が不連続となる箇所が含まれていてもよい。また、「不連続」の定義については、透過側の流路材について説明したとおりである。なお、供給側流路材の素材は特に限定されず、分離膜と同素材であっても異素材であってもよい。
【０１０８】
（凹凸加工）
また、分離膜の供給側に供給側流路材を配置する代わりに、エンボス成形、水圧成形、カレンダ加工といった方法で分離膜の供給側に高低差を付与することができる。
エンボス成形法としては、例えばロールエンボス加工などが挙げられ、これを実施する際の圧力や処理温度は、分離膜の融点に応じて適宜決定することができる。例えば分離膜がエポキシ樹脂を含む多孔性支持層を有する場合では、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上６０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましく、加熱温度４０℃以上１５０℃以下が好ましい。また、ポリスルホン等の耐熱性樹脂を含む多孔性支持層を有する場合、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上７０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましくロール加熱温度７０℃以上１６０℃以下が好ましい。ロールエンボス加工ならばいずれの場合も巻き取り速度１ｍ／分以上２０ｍ／分以下が好ましい。
【０１０９】
エンボス加工を施す場合、ロールの柄の形状は特に限定されないが、流路の流動抵抗を少なくし、かつ分離膜エレメントに流体を供給、透過させた際の流路を安定化させることが重要である。これらの点で、表面上部から観察した形では、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形があり、立体的には表面上部からの形をそのまま表面方向に賦形したもの、広がる形で賦形したもの、狭める形で賦形したものが用いられる。
【０１１０】
エンボス加工によって付与できる分離膜の供給側表面の高低差は、分離特性や水透過性能が要求される条件を満足するように加圧熱処理条件を変更することで自由に調整することができる。しかしながら、分離膜の供給側表面の高低差が深すぎると流動抵抗が小さくなるが、エレメント化した場合にベッセルに充填できる膜リーフ数が少なくなる。高低差が小さいと流路の流動抵抗が大きくなり、分離特性や水透過性能が低下してしまう。そのため、エレメントの造水能力が低下し、透過流体量を増加させるための運転コストが高くなる。
【０１１１】
従って、上述した各性能のバランスや運転コストを考慮すると、分離膜においては、分離膜の供給側表面の高低差は、好ましくは０．５ｍｍを超えて２．０ｍｍ以下が好ましく、０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がさらに好ましい。
分離膜の供給側表面の高低差は、上述した分離膜透過側の高低差の場合と同手法で求めることができる。
溝幅は好ましくは０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【０１１２】
ピッチは、溝幅の１０分の１倍以上５０倍以下の間で適宜設計するとよい。溝幅とは高低差が存在する表面で沈下している部位のことであり、ピッチとは、高低差が存在する表面における高い箇所の最も高いところから近接する高い箇所の最も高い箇所までの水平距離のことである。
【０１１３】
エンボス加工によって凸となる部分の投影面積比は、供給側流路材の場合と同様の理由から、０．０３以上０．５以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．１０以上０．４０以下であり、特に好ましくは、０．１５以上０．３５以下である。
【０１１４】
分離膜の面における、「高低差」とは、異素材で形成された流路材が配置されている場合は分離膜本体の表面と流路材の頂点との高低差（つまり流路材の高さ）であり、分離膜本体が凹凸加工されている場合は、凹部と凸部との高低差である。
【０１１５】
〔３．分離膜エレメントの製造方法〕
（３−１）分離膜本体の製造
分離膜本体の製造方法については上述したが、簡単にまとめると以下のとおりである。
良溶媒に樹脂を溶解し、得られた樹脂溶液を基材にキャストして純水中に浸漬して多孔性支持層と基材を複合させる。その後、上述したように、多孔性支持層上に分離機能層を形成する。さらに、必要に応じて分離性能、透過性能を高めるべく、塩素、酸、アルカリ、亜硝酸などの化学処理を施し、さらにモノマー等を洗浄し分離膜本体の連続シートを作製する。
なお、化学処理の前または後で、エンボス等によって分離膜本体に凹凸を形成してもよい。
【０１１６】
（３−２）分離膜本体の透過側への流路材の配置
透過側流路材を分離膜に固着させる場合、分離膜の製造方法は、分離膜本体の透過側の面に、不連続な流路材を設ける工程を備える。この工程は、分離膜製造のどの時点で行われてもよい。例えば、流路材は、基材上に多孔性支持層が形成される前に設けられてもよいし、多孔性支持層が設けられた後であって分離機能層が形成される前に設けられてもよいし、分離機能層が形成された後、上述の化学処理が施される前または後に行われてもよい。
【０１１７】
透過側流路材を配置する方法は、例えば、柔らかな材料を分離膜上に配置する工程と、それを硬化する工程とを備える。具体的には、透過側流路材の配置には、紫外線硬化樹脂、化学重合、ホットメルト、乾燥等が利用される。特に、ホットメルトは好ましく用いられ、具体的には、熱により樹脂等の材料を軟化する（つまり熱溶融する）工程、軟化した材料を分離膜上に配置する工程、この材料を冷却により硬化することで分離膜上に固着させる工程を含む。
【０１１８】
透過側流路材を配置する方法としては、例えば、塗布、印刷、噴霧等が挙げられる。また、使用される機材としては、ノズル型のホットメルトアプリケーター、スプレー型のホットメルトアプリケーター、フラットノズル型のホットメルトアプリケーター、ロール型コーター、押出型コーター、印刷機、噴霧器などが挙げられる。
【０１１９】
（３−３）分離膜本体の供給側流路の形成
分離膜本体の供給側流路材が、分離膜本体と異なる素材で形成された不連続な部材である場合、供給側流路材の形成には、透過側流路材の形成と同じ方法およびタイミングを適用することができる。
また、分離膜本体との異素材で供給側流路材を形成するのではなく、エンボス成形、水圧成形、カレンダ加工といった方法で分離膜の供給側に高低差を付与することもできる。
【０１２０】
エンボス成形法としては、例えばロールエンボス加工などが挙げられ、これを実施する際の圧力や処理温度は、分離膜の融点に応じて適宜決定することができる。例えば分離膜がエポキシ樹脂を含む多孔性支持層を有する場合では、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上６０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましく、加熱温度４０℃以上１５０℃以下が好ましい。また、ポリスルホン等の耐熱性樹脂を含む多孔性支持層を有する場合、線圧１０ｋｇ／ｃｍ以上７０ｋｇ／ｃｍ以下であることが好ましくロール加熱温度７０℃以上１６０℃以下が好ましい。ロールエンボス加工ならばいずれの場合も巻き取り速度１ｍ／分以上２０ｍ／分以下が好ましい。
【０１２１】
エンボス加工を施す場合、ロールの柄の形状は特に限定されないが、流路の圧力損失を少なくし、かつ分離膜エレメントに流体を供給、透過させた際の流路を安定化させることが重要である。これらの点で、表面上部から観察した形では、楕円、円、長円、台形、三角形、長方形、正方形、平行四辺形、菱形、不定形等が採用される。また、立体的には高さの高い箇所ほど幅が小さくなるように形成されていてもよいし、逆に高い箇所ほど幅が広くなるように形成されていてもよいし、高さによらず同じ幅で形成されていてもよい。
エンボス加工によって付与できる分離膜の供給側表面の高低差は、分離特性や水透過性能が要求される条件を満足するように加圧熱処理条件を変更することで自由に調整することができる。
【０１２２】
なお、以上に述べたように、供給側流路の形成が、供給側流路材を分離膜本体に固着することで行われる場合、または膜を凹凸加工することで行われる場合は、これら供給側流路の形成工程が分離膜の製造方法における一工程と見なされてもよい。
供給側流路がネット等の連続的に形成された部材である場合は、分離膜本体に透過側流路材が配置されることで分離膜が製造された後、この分離膜と供給側流路材とを重ね合わせればよい。
【０１２３】
（３−４）分離膜リーフの形成
分離膜リーフは、上述したように、供給側の面が内側を向くように分離膜を折りたたむことで形成することされてもよいし、別々の２枚の分離膜を貼り合わせることで形成されてもよい。
分離膜エレメントの製造方法は、分離膜の巻回方向における内側端部を、供給側の面において封止する工程を備えることが好ましい。封止する工程においては、２枚の分離膜を、互いの供給側の面が向かい合うように重ねる。さらに、重ねられた分離膜の巻回方向における内側端部、つまり図９における左側端部を封止する。
【０１２４】
「封止」する方法としては、接着剤またはホットメルトなどによる接着、加熱またはレーザなどによる融着、およびゴム製シートを挟みこむ方法が挙げられる。接着による封止は、最も簡便で効果が高いために特に好ましい。
【０１２５】
このとき、重ねられた分離膜の内側に、分離膜とは別に形成された供給側流路材を配置してもよい。上述したように、エンボスまたは樹脂塗布等によって分離膜の供給側の面にあらかじめ高低差を設けることで、供給側流路材の配置を省略することもできる。
供給側の面の封止と透過側の面の封止（封筒状膜の形成）とは、どちらかが先に行われてもよいし、分離膜を重ねながら、供給側の面の封止と透過側の面の封止とを並行して行ってもよい。ただし、巻回時における分離膜でのシワの発生を抑制するためには、隣り合う分離膜が巻回によって長さ方向にずれることを許容するように、幅方向端部における接着剤またはホットメルトの固化等、つまり封筒状膜を形成するための固化等を、巻回の終了後に完了させることが好ましい。
【０１２６】
（３−５）封筒状膜の形成
１枚の分離膜を透過側面が内側を向くように折り畳んで貼り合わせることで、または２枚の分離膜を透過側面が内側を向くように重ねて貼り合わせることで、封筒状膜を形成することができる。長方形状の封筒状膜においては、長さ方向の一端のみが開口するように、他の３辺を封止する。封止は、接着剤またはホットメルト等による接着、熱またはレーザによる融着等により実行できる。
【０１２７】
封筒状膜の形成に用いられる接着剤は、粘度が４０Ｐ（Poise）以上１５０Ｐ以下の範囲内であることが好ましく、さらに５０Ｐ以上１２０Ｐ以下がより好ましい。接着剤粘度が高すぎる場合には、積層したリーフを中空管に巻囲するときに、しわが発生し易くなる。しわは、分離膜エレメントの性能を損なうことがある。逆に、接着剤粘度が低すぎる場合には、リーフの端部から接着剤が流出して装置を汚すことがある。また、接着すべき部分以外に接着剤が付着すると、分離膜エレメントの性能が損なわれると共に、流出した接着剤の処理作業により作業効率が著しく低下する。
【０１２８】
接着剤の塗布量は、リーフを中空管に巻囲した後に、接着剤が塗布される部分の幅が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるような量であることが好ましい。これによって、分離膜が確実に接着されるので、原流体の透過側への流入が抑制される。また、有効膜面積も比較的大きく確保することができる。
【０１２９】
接着剤としてはウレタン系接着剤が好ましく、粘度を４０Ｐ（Poise）以上１５０Ｐ以下の範囲とするには、主剤のイソシアネートと硬化剤のポリオールとを、イソシアネート：ポリオール＝１：１〜１：５の割合で混合したものが好ましい。接着剤の粘度は、予め主剤、硬化剤単体、及び配合割合を規定した混合物の粘度をＢ型粘度計（ＪＩＳ  Ｋ  ６８３３−１（２００８））で測定したものである。
【０１３０】
（３−６）分離膜の巻回
分離膜エレメントの製造には、従来のエレメント製作装置を用いることができる。また、エレメント作製方法としては、参考文献（特公昭４４−１４２１６号公報、特公平４−１１９２８号公報、特開平１１−２２６３６６号公報）に記載される方法を用いることができる。詳細には以下の通りである。
【０１３１】
中空管の周囲に分離膜を巻回するときは、分離膜を、リーフの閉じられた端部、つまり封筒状膜の閉口部分が中空管を向くように配置する。このような配置で中空管の周囲に分離膜を巻きつけることで、分離膜をスパイラル状に巻回する。
通常、中空管の周囲に分離膜を巻回するときは、中空管周辺の流路を確保するためトリコットや基材のようなスペーサーを巻回する。透過側流路材としてトリコット等のシート状物を用いる場合は中空管に巻回する分長さを調節することで対応できるが、分離膜の透過側に流路材を固着させた構成においては、別途スペーサーを設ける必要がある。しかし、本実施形態では中空管に到達した透過流体は、中空管長手方向に移動することなく連通孔へ到達することが可能であり、中空管内周部へとスムーズに導かれるため、前記スペーサーを省くことができる。
【０１３２】
（３−７）その他の工程
分離膜エレメントの製造方法は、上述のように形成された分離膜の巻回体の外側に、フィルムおよびフィラメント等をさらに巻きつけることを含んでいてもよいし、中空管の長手方向における分離膜の端を切りそろえるエッジカット、端板の取り付け等のさらなる工程を含んでいてもよい。
【０１３３】
〔４．分離膜エレメントの利用〕
分離膜エレメントは、さらに、直列または並列に接続して圧力容器に収納されることで、分離膜モジュールとして使用されてもよい。
また、上記の分離膜エレメント、モジュールは、それらに流体を供給するポンプや、その流体を前処理する装置などと組み合わせて、流体分離装置を構成することができる。この分離装置を用いることにより、例えば供給水を飲料水などの透過水と膜を透過しなかった濃縮水とに分離して、目的にあった水を得ることができる。
【０１３４】
流体分離装置の操作圧力は高い方が除去率は向上するが、運転に必要なエネルギーも増加すること、また、分離膜エレメントの供給流路、透過流路の保持性を考慮すると、膜モジュールに被処理水を透過する際の操作圧力は、０．２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下が好ましい。供給水温度は、高くなると塩除去率が低下するが、低くなるにしたがい膜透過流束も減少するので、５℃以上４５℃以下が好ましい。また、供給水のｐＨが中性領域にある場合、供給水が海水などの高塩濃度の液体であっても、マグネシウムなどのスケールの発生が抑制され、また、膜の劣化も抑制される。
【０１３５】
分離膜エレメントによって処理される流体は特に限定されないが、水処理に使用する場合、供給水としては、海水、かん水、排水等の５００ｍｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下のＴＤＳ（Ｔｏｔａｌ  Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  Ｓｏｌｉｄｓ：総溶解固形分）を含有する液状混合物が挙げられる。一般に、ＴＤＳは総溶解固形分量を指し、「重量÷体積」で表されるが、１Ｌを１ｋｇと見なして「重量比」で表されることもある。定義によれば、０．４５μｍのフィルターで濾過した溶液を３９．５〜４０．５℃の温度で蒸発させ残留物の重さから算出できるが、より簡便には実用塩分（Ｓ）から換算する。
【実施例】
【０１３６】
以下に実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【０１３７】
（中空管の単位面積当たりの孔の個数）
キーエンス製デジタルマイクロスコープＶＨＸ−１０００を用いて、中空管長手方向１ｃｍ×円周方向１ｃｍ内の孔の個数を測定し、無作為に抽出した１０箇所の平均値を単位面積当たりの孔の個数とした。個数が１００個を超える場合は中空管長手方向１ｍｍ×円周方向１ｍｍ内の孔の個数を測定し、無作為に抽出した１０箇所の平均値を１平方センチメートル当たりの個数に換算して算出した。
【０１３８】
（分離膜透過側の高低差）
キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、５ｃｍ×５ｃｍの透過側の測定結果から平均の高低差を解析した。１０μｍ以上の高低差のある３０箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。
【０１３９】
（透過側流路材のピッチおよび間隔）
走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００）（日立製作所製）を用いて３０個の任意の流路材断面を５００倍で写真撮影し、分離膜の透過側における流路材の頂点から、隣の流路材の頂点までの水平距離を２００箇所について測定し、その平均値をピッチとして算出した。
また、間隔ｂについては、ピッチを測定した写真において、上述の方法で測定した。
【０１４０】
（透過側流路材の投影面積比）
透過側流路材と共に分離膜を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、レーザ顕微鏡（倍率１０〜５００倍の中から選択）を用い、ステージを移動させて、該流路材の全投影面積を測定した。該流路材を分離膜透過側または供給側から投影した時に得られる投影面積を切り出し面積で割った値を投影面積比とした。
【０１４１】
（８インチサイズの分離膜エレメントの平均造水量）
供給水として濃度５００ｍｇ／ＬかつｐＨ６．５の食塩水を用いて、運転圧力０．７ＭＰａ、運転温度２５℃、回収率１５％の条件下で３時間予備運転を実施した後、１０分間透過水を採取した。得られた透過水の体積から、分離膜エレメント１本あたり、かつ１日あたりの透水量（立方メートル）を、造水量（ｍ３／日）として算出した。この評価を分離膜エレメント３０本について実施し、各分離膜エレメントの造水量の平均値を８インチサイズの分離膜エレメントの平均造水量とした。
【０１４２】
（２インチサイズの分離膜エレメントの平均造水量）
供給水として濃度５００ｍｇ／ＬかつｐＨ６．５の食塩水を用いて、運転圧力０．４ＭＰａ、運転温度２５℃、回収率１５％の条件下で３時間予備運転を実施した後、１０分間透過水を採取した。得られた透過水の体積から、分離膜エレメント１本あたり、かつ１日あたりの透水量（立方メートル）を、造水量（ｍ３／日）として算出した。この評価を分離膜エレメント３０本について実施し、各分離膜エレメントの造水量の平均値を２インチサイズの分離膜エレメントの平均造水量とした。
【０１４３】
（平均脱塩率（ＴＤＳ除去率））
平均造水量の測定における１０分間の運転で用いた供給水およびサンプリングした透過水について、ＴＤＳ濃度を伝導率測定により求め、下記式からＴＤＳ除去率を算出した。
ＴＤＳ除去率（％）＝１００×｛１−（透過水中のＴＤＳ濃度／供給水中のＴＤＳ濃度）｝
この評価を分離膜エレメント３０本について実施し、各分離膜エレメントの脱塩率の平均値を平均脱塩率とした。
【０１４４】
（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる抄紙法で得られた不織布（糸径：１デシテックス、厚み：９０μｍ、通気度：０．９ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ）上にポリスルホンの１５．０重量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置して８０℃の温水で１分間浸漬することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる多孔性支持層（厚さ１３０μｍ）ロールを作製した。
その後、多孔性支持層ロールを巻き出し、ポリスルホン表面に、ｍ−ＰＤＡの２．１重量％、ε−カプロラクタム４．５重量％水溶液中を塗布し、エアーノズルから窒素を吹き付け支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド０．０７重量％を含む２５℃のｎ−デカン溶液を表面が完全に濡れるように塗布した。その後、膜から余分な溶液をエアブロー除去し、８０℃の熱水で洗浄し、エアブローで液切りして分離膜ロールを得た。
【０１４５】
次いで、スリット幅０．８ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍの櫛形シムを装填したアプリケーターを用いて、バックアップロールを２０℃に温度調節しながら、分離膜エレメントとした場合に中空管の長手方向に対して垂直かつ封筒状膜とした場合に巻回方向の内側端部から外側端部まで中空管の長手方向に対して垂直になるよう直線状に、エチレン酢酸ビニル系ホットメルト８２２０Ｍ（積水フーラー社製）を樹脂温度１７０℃、走行速度３．０ｍ／ｍｉｎで直線状に塗布して、高さ０．３０ｍｍ、流路材幅０．８ｍｍ、中空管長手方向と成す角度９０°、中空管長手方向における流路材間隔０．７ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍ、投影面積比０．５３、の透過側流路材を分離膜の全体に固着させた。
【０１４６】
得られた分離膜ロールを、分離膜エレメントでの有効面積が３７ｍ２となるように折り畳み断裁加工し、ネット（厚み：０．８ｍｍ、ピッチ：５ｍｍ×５ｍｍ、繊維径：３５０μｍ、投影面積比：０．１３）を供給側流路材として幅９００ｍｍかつリーフ長８００ｍｍで２６枚のリーフを作製した。
【０１４７】
ＡＢＳ製中空管（幅：１，０２０ｍｍ、外径：４０ｍｍ、内径：３０ｍｍ、厚み：５ｍｍ）を中空管長手方向に直線状になるよう２００μｍ間隔で中空管の外周面から反対側の外周面へと貫通するようにして市販の穿孔機を用いて孔径３００μｍの孔を配置した（単位面積当たりの孔の個数：３．２個／ｃｍ２、気孔率：０．３％）。作製したリーフにウレタン系接着剤を塗布し、この中空管にスパイラル状に巻き付け、外周にさらにフィルムを巻き付けた。テープで固定した後に、エッジカット、端板取りつけ、およびフィラメントワインディングを行うことで、直径８インチサイズの分離膜エレメントを作製した。同様の作業を繰り返し、分離膜エレメントを計３０本作製した。
このエレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３１．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．４％であった。
【０１４８】
（実施例２）
中空管として、図１０（ａ）に示すように、連通孔６１を螺旋状に配置したものを用いた以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：２００μｍ、孔径：３００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２．３個／ｃｍ２、気孔率：０．２％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３３．６ｍ３／ｄａｙおよび９８．５％であった。
【０１４９】
（実施例３）
中空管として、図１０（ｂ）に示すように、孔径２０００μｍの連通孔６１を間隔５０００μｍの格子状に配置した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：５０００μｍ、孔径：２０００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２．０個／ｃｍ２、気孔率：７．３％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３４．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．６％であった。
【０１５０】
（実施例４）
中空管の材質としてＰＰ製焼結多孔質体を用いた以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：２０〜５０μｍ、孔径：５０μｍ、単位面積当たりの孔の個数：１００００個／ｃｍ２、気孔率：３０％）。ＰＰ製焼結多孔質体はＰＰ粉末を金型へと充填し、温度８０℃にて焼成処理を行い、冷却・固化させることにより作製した。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３１．２ｍ３／ｄａｙおよび９８．４％であった。
【０１５１】
（実施例５）
中空管の材質として孔間隔、孔径、単位面積当たりの孔の個数の異なるＰＰ製焼結多孔質体を用いた以外は、実施例４と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：５０〜１００μｍ、孔径：１００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２０００個／ｃｍ２、気孔率：３０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３３．６ｍ３／ｄａｙおよび９８．５％であった。
【０１５２】
（実施例６）
中空管の材質として孔間隔、孔径、単位面積当たりの孔の個数の異なるＰＰ製焼結多孔質体を用いた以外は、実施例４と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：２００〜５００μｍ、孔径：２００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２００個／ｃｍ２、気孔率：３０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３５．４ｍ３／ｄａｙおよび９８．７％であった。
【０１５３】
（実施例７）
中空管の材質として孔間隔、孔径、単位面積当たりの孔の個数の異なるＰＰ製焼結多孔質体を用いた以外は、実施例４と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：３０００〜５０００μｍ、孔径：１５００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：１．２個／ｃｍ２、気孔率：３０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３０．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．３％であった。
【０１５４】
（実施例８）
透過側流路材としてトリコット（厚み：２８０μｍ、溝幅：４００μｍ、畦幅：３００μｍ、溝高さ：１０５μｍ、ポリエチレンテレフタレート製）を用いた以外は、実施例６と同様にして分離膜エレメントを作製した（孔間隔：２００〜５００μｍ、孔径：２００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２００個／ｃｍ２、気孔率：３０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３３．４ｍ３／ｄａｙおよび９８．５％であった。
【０１５５】
（実施例９）
実施例１で得た壁状物を固着した分離膜ロールを、分離膜エレメントでの有効面積が０．５ｍ２となるように折り畳み断裁加工し、ネット（厚み：５１０μｍ、ピッチ：２ｍｍ×２ｍｍ、繊維径：２５５μｍ、投影面積比：０．２１）を供給側流路材として幅２５０ｍｍで２枚のリーフを作製した。
その後、プラスチック焼結多孔質体（富士ケミカル（株）、ポリプロピレン製）からなる中空管（幅：３００ｍｍ、外径：１７ｍｍ、内径：１０ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）に巻き付けながら２枚のリーフをスパイラル状に巻き付けた分離膜エレメントを作製し、外周にフィルムを巻き付け、テープで固定した後に、エッジカット、端板取りつけを行い、直径２インチサイズの分離膜エレメントを作製した（孔間隔：２００〜５００μｍ、孔径：２００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２００個／ｃｍ２、気孔率：３０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、０．４６ｍ３／ｄａｙおよび９８．７％であった。
【０１５６】
（実施例１０）
中空管の材質としてセラミック焼結多孔質体ＦＡ０６０（富士ケミカル（株）、アルミナ製）を用いた以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：１００〜５００μｍ、孔径：２００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２００個／ｃｍ２、気孔率：５０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３４．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．５％であった。
【０１５７】
（実施例１１）
中空管の材質として多孔性金属（ＳＵＳ製）を用いた以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：２００〜５００μｍ、孔径：４００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：１００個／ｃｍ２、気孔率：６０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３４．６ｍ３／ｄａｙおよび９８．６％であった。
【０１５８】
（実施例１２）
中空管の連通孔の孔径を３０００μｍとし、間隔を５０００μｍとした以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（単位面積当たりの孔の個数：０．２個／ｃｍ２、気孔率：１．６％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３０．３ｍ３／ｄａｙおよび９８．６％であった。
【０１５９】
（実施例１３）
中空管として、図１０（ｂ）に示すように、孔径３０００μｍの連通孔６１を間隔３０００μｍの格子状に配置した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：５０００μｍ、孔径：２０００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２．７個／ｃｍ２、気孔率：２１％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３３．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．４％であった。
【０１６０】
（実施例１４）
中空管として、図１０（ｅ）に示すように、中央部と両端部で孔径および孔間隔の異なる構成で格子状に連通孔６１を配置した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（中央部幅：８２０ｍｍ、両端部幅：１００ｍｍ、孔間隔：中央部２０００μｍ、端部１００μｍ、孔径：中央部２０００μｍ、端部５０μｍ、単位面積当たりの孔の個数：１２０個／ｃｍ２、気孔率：２０％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、３５．９ｍ３／ｄａｙおよび９８．９％であった。
【０１６１】
（比較例１）
中空管の連通孔の孔径を３０００μｍとし、間隔を７０００μｍとした以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（単位面積当たりの孔の個数：０．２個／ｃｍ２、気孔率：１．２％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、１５．７ｍ３／ｄａｙおよび９８．０％であった。
【０１６２】
（比較例２）
中空管の連通孔を図１０（ｂ）に示すように孔径３０００μｍの孔を間隔７０００μｍの格子状に配置した以外は、実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した（孔間隔：７０００μｍ、単位面積当たりの孔の個数：０．５個／ｃｍ２、気孔率：３．１％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、２０．１ｍ３／ｄａｙおよび９８．０％であった。
【０１６３】
（比較例３）
中空管の材質として孔間隔、孔径、単位面積当たりの孔の個数および気孔率の異なるＰＰ製焼結多孔質体を用いた以外は、実施例４と同様にして分離膜エレメントを作製しようとしたところ、分離膜エレメントを巻囲する工程にて中空管が破損し、評価するに至らなかった（孔間隔：５〜１５μｍ、孔径：４０μｍ、単位面積当たりの孔の個数：２００００個／ｃｍ２、気孔率：６５％）。
【０１６４】
（比較例４）
中空管長手方向に直線状になるよう７０００μｍ間隔で中空管の外周面から反対側の外周面へと貫通するようにして孔径３０００μｍの孔を配置したＡＢＳ製中空管（幅：３００ｍｍ、外径：１７ｍｍ）を用いた以外は、実施例９と同様に分離膜エレメントを作製した（単位面積当たりの孔の個数：０．１個／ｃｍ２、気孔率：１．２％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、０．２１ｍ３／ｄａｙおよび９８．１％であった。
【０１６５】
（比較例５）
透過側流路材としてトリコット（厚み：２８０μｍ、溝幅：４００μｍ、畦幅：３００μｍ、溝高さ：１０５μｍ、ポリエチレンテレフタレート製）を用いた以外は比較例１と同様にして分離膜エレメントを作製した（単位面積当たりの孔の個数：０．２個／ｃｍ２、気孔率：１．２％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、２８．５ｍ３／ｄａｙおよび９８．１％であった。
【０１６６】
（比較例６）
中空管の連通孔の孔径を１０００μｍとし、間隔を６０００μｍとした以外は、実施例３と同様に分離膜エレメントを作製した（単位面積当たりの孔の個数：１．４個／ｃｍ２、気孔率：１．２％）。
該エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で運転を行って透過水を得たところ、平均造水量および平均脱塩率はそれぞれ、２４．１ｍ３／ｄａｙおよび９８．０％であった。
【０１６７】
【表１】
2014140840.tif 000003
【０１６８】
【表２】
2014140840.tif 000004
【０１６９】
【表３】
2014140840.tif 000005
【０１７０】
【表４】
2014140840.tif 000006
【０１７１】
表１〜４の結果より、実施例１〜８、１０〜１４の８インチサイズの分離膜エレメントは平均造水量（ｍ３／ｄａｙ）が３０．０ｍ３／ｄａｙ以上であり、比較例の分離膜エレメントに比べ高い平均造水量を有しており、同様に実施例９の２インチサイズの分離膜エレメントにおいても比較例４の分離膜エレメントよりも優れた平均造水量を有していることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明の膜エレメントは、特に、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１７３】
１  分離膜
２  分離膜本体
３  透過側流路材
４  分離膜リーフ
５  透過側流路
６  中空管
６１  連通孔
６２  孔間距離
６３  中空管内部
７  分離膜
２１  供給側の面
２２  透過側の面
７１  供給側の面
７２  透過側の面
１００  分離膜エレメント
ａ  分離膜本体（リーフ）の長さ
ｂ  分離膜本体の幅方向における透過側流路材の間隔
ｃ  透過側流路材の高さ
ｄ  透過側流路材の幅
ｅ  分離膜本体の長さ方向における透過側流路材の間隔
ｆ  透過側流路材の長さ
【図１】
2014140840.tif 000007
【図２】
2014140840.tif 000008
【図３】
2014140840.tif 000009
【図４】
2014140840.tif 000010
【図５】
2014140840.tif 000011
【図６】
2014140840.tif 000012
【図７】
2014140840.tif 000013
【図８】
2014140840.tif 000014
【図９】
2014140840.tif 000015
【図１０】
2014140840.tif 000016