(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を受圧する半透膜の裏面側を支持する流路材を配置して形成した液体分離膜モジュールにおいて、
前記流路材は、２枚オサを有するトリコット編機により編成されたトリコット編地で、かつ地組織部分と凸部分とを有し、
前記トリコット編地はバック（逆）ハーフ組織であり、かつ一方のオサで形成された編目のシンカ・ループ部を前記地組織部分とし、ニードル・ループ部及び他方のオサで形成された鎖部分を前記凸部分とし、
前記トリコット編地を構成する繊維は、高融点成分が芯に配置され、低融点成分が鞘に配置された芯鞘型コンジュゲート繊維からなる熱可塑性合成繊維フィラメント糸条であり、
前記地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条は、実質的に同一繊度であり、
前記トリコット編地の構成糸条は前記低融点成分の融着により、互いに接着され編地全体が剛直化され、前記地組織部分に透過水が流れ、前記凸部分が前記地組織部分の空間を保持して流路材が形成されていることを特徴とする液体分離膜モジュール。
【請求項２】
地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条の繊度は、４５〜５５デニールの範囲である請求項１に記載の液体分離膜モジュール。
【請求項３】
原液を受圧する半透膜の裏面側を支持する流路材を用いた液体分離膜モジュールの製造方法において、
高融点成分が芯に配置され、低融点成分が鞘に配置された芯鞘型コンジュゲート繊維からなる熱可塑性合成繊維フィラメント糸条を使用し、
２枚オサを有するトリコット編機により、地組織部分と凸部分とを編成し、
前記トリコット編地はバック（逆）ハーフ組織であり、かつ一方のオサで形成された編目のシンカ・ループ部を前記地組織部分とし、ニードル・ループ部及び他方のオサで形成された鎖部分を前記凸部分とし、
その際に、前記地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条は、実質的に同一繊度とし、
編地を編成した後に、コンジュゲート繊維の低融点成分の融点以上、高融点成分の軟化点未満の加熱処理をし、前記トリコット編地中の構成糸条を相互に融着固化して編地全体を剛直化させることにより、前記地組織部分に透過水が流れ、前記凸部分が前記地組織部分の空間を保持して流路材を形成し、
前記流路材を半透膜の裏面側に配置して液体分離膜モジュールを形成したことを特徴とする液体分離膜モジュールの製造方法。
【請求項４】
地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条の繊度は、４５〜５５デニールの範囲である請求項３に記載の液体分離膜モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体分離膜モジュールにおいて、原液を受圧する半透膜の裏面側を支持する流路材を組み込み熱水や高温の原水を処理することを可能とした耐熱液体分離膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半透膜を用いた液体分離膜モジュールは、その半透膜を長尺の封筒（袋状）に形成すると共に、その封筒内に半透膜側からかかる原液圧力を支え且つ透過液を案内する流路となる流路材が内挿し、その流路材を内挿した封筒解放端側を中空軸に固定してのり巻き状に高密度に巻き付けてなるスパイラル型が代表的である。このような液体分離膜モジュールは、いずれも封筒の外側に膜の逆浸透圧以上の高圧の原液を通過させ、膜を通過した透過液は封筒の内側を通って取り出される。封筒自体高圧で外側から加圧されるため、透過液の流路として挿入されている流路材を押しつぶすことになり液の流れを悪くするので、一般に封筒の内側に封筒の外側を加圧されても透過液の流路をなす流路材がつぶされないように流路材自体を剛直化させ変形に耐えられるようにしている。このような液体分離膜モジュールは広くボイラ用水の前処理、排水の再利用、海水の淡水化や超純水などの造水装置として実用化されおり、使用する水温は４０℃以下である。
【０００３】
従来、この流路材に用いられているものは織物、編物などの多孔性でその内部に延びる微細な溝をもつ布帛が用いられ、特に表面に溝をもつ構造のものが用いられてきた。これらの布帛は膜を介して原液に加わる圧力によっても容易に変形しないようにエポキシ樹脂やメラミン樹脂などを含浸させて剛直化させていた。この要求を満たすには上記布帛の重量の半分近くまで樹脂を付着するように樹脂加工する必要がある。しかし、高純度の透過水を必要とする用途や高温の液体を処理する用途においては含浸樹脂の溶出による問題が生じていた。とくに、膜モジュールの処理対象とする原液が食品用の液や医薬用の液である場合、無菌であることが要求される。そのため膜分離処理の開始前あるいは終了後に雑菌汚染を防ぐために熱水による殺菌を行う。或いは、汚染防止や粘度を調整するためや結晶化を防止するために処理対象とする原液そのものを４０℃を超える高温で処理することがある。
【０００４】
前記問題を解決するために、３枚オサを用いたトリコット編機により、地編地の凸部分になる繊維が地組織の繊維より太い繊度のものを用い、かつ融着繊維を編み込んで編地全体を剛直構造にした流路材が提案されている（特公平３−６６００８号公報）。しかしながら、この流路材は３枚オサを用いること及び太い繊度（デニール）の糸と細い繊度（デニール）の糸を用いるため、生産性が低くコストが高くなるという問題があった。とくに低融点成分と高融点成分から成るコンジュゲート糸を使用する場合は、コストアップは無視できない問題であった。さらに流路材の厚さを薄くすることができないという問題もあった。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の問題を解決するため、流路抵抗を上げることなく透過液生産性を損なわなずに流路材の構造及び剛直性を長時間維持し、かつ溶出のない薄い厚さの流路材を組み込んだ液体分離膜モジュールをコスト安く提供することを目的とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記目的を達成するため、本発明の耐熱液体分離膜モジュール用流路材は、原液を受圧する半透膜の裏面側を支持する流路材を配置して形成した液体分離膜モジュールにおいて、
前記流路材は、２枚オサを有するトリコット編機により編成されたトリコット編地で、かつ地組織部分と凸部分とを有し、
前記トリコット編地はバック（逆）ハーフ組織であり、かつ一方のオサで形成された編目のシンカ・ループ部を前記地組織部分とし、ニードル・ループ部及び他方のオサで形成された鎖部分を前記凸部分とし、
前記トリコット編地を構成する繊維は、高融点成分が芯に配置され、低融点成分が鞘に配置された芯鞘型コンジュゲート繊維からなる熱可塑性合成繊維フィラメント糸条であり、
前記地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条は、実質的に同一繊度であり、
前記トリコット編地の構成糸条は前記低融点成分の融着により、互いに接着され編地全体が剛直化され、前記地組織部分に透過水が流れ、前記凸部分が前記地組織部分の空間を保持して流路材が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
前記液体分離膜モジュールにおいては、地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条の繊度は、４５〜５５デニールの範囲であることが好ましい。
【０００９】
次に本発明の液体分離膜モジュールの製造方法は、原液を受圧する半透膜の裏面側を支持する流路材を用いた液体分離膜モジュールの製造方法において、
高融点成分が芯に配置され、低融点成分が鞘に配置された芯鞘型コンジュゲート繊維からなる熱可塑性合成繊維フィラメント糸条を使用し、
２枚オサを有するトリコット編機により、地組織部分と凸部分とを編成し、
前記トリコット編地はバック（逆）ハーフ組織であり、かつ一方のオサで形成された編目のシンカ・ループ部を前記地組織部分とし、ニードル・ループ部及び他方のオサで形成された鎖部分を前記凸部分とし、
その際に、前記地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条は、実質的に同一繊度とし、
編地を編成した後に、コンジュゲート繊維の低融点成分の融点以上、高融点成分の軟化点未満の加熱処理をし、前記トリコット編地中の構成糸条を相互に融着固化して編地全体を剛直化させることにより、前記地組織部分に透過水が流れ、前記凸部分が前記地組織部分の空間を保持して流路材を形成し、
前記流路材を半透膜の裏面側に配置して液体分離膜モジュールを形成したことを特徴とする。
【００１０】
前記方法においては、地組織部分と凸部分とを構成する熱可塑性合成繊維フィラメント糸条の繊度は、４５〜５５デニールの範囲であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の流路材の素材となるトリコット編地は２枚のオサ数のトリコット編機により編成される。その編地の一例である２枚オサ編地を図１、図２（図１のＡの部分の拡大図）及び図３の（Ａ），（Ｂ）に示した。図１〜２に示す２枚オサ編地は、地組織部分の糸条Ｆと同じ太さの凸部分の糸条Ｂが編込まれた構成になっている。上記糸条Ｆは、フロント・オサに供給し、図３（Ａ）に示すような［１−０／１−２］に編成する。糸条Ｂはバック・オサに供給して図３（Ｂ）に示すような［２−３／１−Ｏ］に編成する。この編み組織を、バック（逆）ハーフ組織という。このような編成によってフロント・オサで形成された編目のシンカ・ループ部（デンビー編または１／１トリコット編）が地組織部分となり、ニードル・ループ部及びバック・オサで形成された鎖部分がコード編となり凸部分となる。すなわち、図１のＸの部分が地組織部分となり、ここを透過水が流れ、図１のＹの部分が凸部分となり、地組織部分Ｘの空間を保持する。図１の矢印Ｌは編み立て方向である。
【００１３】
前記の通り、本発明の流路材素材のトリコット編地は同繊度の熱可塑性合成繊維フィラメント糸条を用い、２枚オサのトリコット編機を使用して編成することができ、一方の糸条により地組織部分を編成し、この糸条が形成するニードル・ループ部にもう一方の糸条を編むことによって凸部分を形成するもので、これによって地組織部分と凸部分とをもったトリコット編地が形成される。
【００１４】
前記のように編成したトリコット編地は、さらに糸条相互を接着処理して剛直化させ、高圧の原液に対して簡単に潰れることがないようにする必要がある。
【００１５】
低融点成分と高融点成分とからなる熱可塑性合成繊維フィラメント糸条としては、コンジュゲート糸（複合糸）の形態にすればよい。複合糸の場合は、鞘側に低融点成分を配置し、芯側に高融点成分を配置した芯鞘型複合糸が接着性が優れることから好ましい。
【００１６】
２種類の異なる成分の比率は接着剤となる低融点成分が５０％を超えない方が好ましいが、溶融後に骨格となる高融点成分が強度的に十分機能するならばこの限りではない。また、両成分の融点差は少なくとも１０℃、好ましくは２０℃以上あれば十分である。
【００１７】
高融点成分と低融点成分との代表的な組合せは、高融点ポリエステルと低融点ポリエステル、高融点ポリアミドと低融点ポリアミド、高融点ポリオレフィンと低融点ポリオレフィンなどがあり、このうちでも融着加工後の剛性などの点から高融点ポリエステルと低融点ポリエステルとの組合せが好ましい。低融点成分は一般的に高分子共重合体とすることによって簡単に得ることができ、その融点差は共重合比率の変更、共重合成分の追加、共重合成分の変更、立体規則性あるいは重合度の変更等によって変更することができる。また、これとは別に融点差のある異種重合体との組合せによってもよい。ポリエステルの場合は、一般的に１モル％共重合することにより融点が２℃下がる。ポリエステルに共重合させるモノマー成分は、イソフタル酸、アジピン酸などの酸成分が一般的である。ポリエチレンテレフタレート（融点約２６０℃）を高融点成分として用いる場合、低融点成分にはポリブチレンテレフタレート（融点約２２５℃）またはポリブチレンテレフタレートに任意のモノマーを所定量共重合した共重合体を用いる。例えばポリブチレンテレフタレート（７５モル％）−イソフタレート（２５モル％）共重合体の融点は、融点約１７５℃となる。
【００１８】
前記した両成分の組合せからなる熱可塑性合成繊維フィラメント糸条は、地組織部分及び凸部分の糸条において使用する必要があり、また、両部分に使用する低融点成分は同一の融点であることが望ましい。
【００１９】
図４及び図５は、前記した流路材を使用したスパイラル型の液体分離膜モジュールを例示したものである。
【００２０】
１１は流体分離素子であり、１２はこの流体分離素子１１を収納している円筒容器である。流体分離素子１１は円筒容器１２内で一端をＶ字形のシール材１３によりシールされ、他方の端部の透過液排出管１４を円筒容器１２の外側へ突出させている。円筒容器１２はＶ字形のシール材１３の開いた方の側壁に原液供給管１５を、またもう一方の側壁に原液排出管１６を設けている。
【００２１】
液体分離素子１１は、図５に示すように中心に小孔１７を有する中空管からなる透過液排出管２２を有し、その外側を封筒状の半透膜１９がスパイラル状に巻回している。封筒状の半透膜１９はその内側に本発明による透過液流路材２０を内挿し、その開口端を上記小孔１７に対向させて透過液排出管２２の内側に連通している。またスパイラル状に巻回した封筒状の半透膜１９の外側面同士の間には原液流路材２１が介在している。１８は封止部である。
【００２２】
【実施例１】
高融点ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート：融点約２６０℃）を芯成分（７０重量％）に配置し、低融点ポリエステル（ポリブチレンテレフタレート（７５モル％）−イソフタレート（２５モル％）共重合体（融点約１７５℃））を鞘成分（３０重量％）に配置し、トータル繊度が５０デニール、フィラメント数が１２本のフィラメント糸条を用意した。
【００２３】
上記フィラメント糸条を用い、図１〜３に示す編組織（バック（逆）ハーフ組織）により２８ゲージ２枚オサのトリコット編地を形成した。その後、前記トリコット編地を精練し、乾燥後、熱処理後のウエル、コース密度がそれぞれ３８本／ｉｎｃｈ、４５本／ｉｎｃｈとなるようにテンタ条件を決めて１８０℃で１分間の熱融着加工を行い、本発明に相当する流路材Ｐを作成した。
【００２４】
一方、芳香族ポリアミド系複合膜（トリメシン酸クロライドとｍ−フェニレンジアミンとを界面重縮合させた膜、日東電工社製）を準備し、上記流路材Ｐを分離膜面に配置して、図５に示すように耐熱性スパイラル型分離膜モジュール（膜面積６．５ｍ2）を製作し、図４に示す円筒容器１２内に組み込んだ。
【００２５】
上記耐熱性スパイラル型分離膜モジュールを１５００ppm ＮａＣｌ水溶液（ＰＨ＝６．５に調整）を原水に用いて、圧力１５kgf/cm2、温度２３℃の条件下で逆浸透試験を行った。
【００２６】
次に、温度９０℃の熱水にて無加圧で１時間滅菌処理のため運転した。運転後、前記の逆浸透試験を行った。その結果、前記加熱滅菌処理前は、透過水量（ｍ３／ｄａｙ）は７．１であり、処理後は６．９であった。
【００２７】
【比較例１】
実施例１の熱可塑性合成繊維フィラメント糸条にかえて、同繊度のレギュラーポリエステルフィラメント（ポリエチレンテレフタレート）糸条を用い、上記実施例と同様にトリコット編地を精錬した後、エポキシ樹脂（含浸量１８ｗｔ％）にて剛直化させた流路材Ｑを用いた以外は、実施例１と同様にして温度９０℃の熱水にて無加圧で１時間滅菌処理のため運転した。実施例１と同様に、前記の逆浸透試験を行い、スパイラル型分離膜モジュールの性能を評価した。
【００２８】
比較例１の場合は、９０℃の１時間滅菌処理のための運転前後において透過水量（ｍ３／ｄａｙ）は７．１から４．３に大幅に低下した。しかし、実施例１の本発明の耐熱性スパイラル型分離膜モジュールを使用すれば、９０℃の１時間滅菌処理のための運転前後において透過水量（ｍ３／ｄａｙ）は７．１から６．９までの低下にとどめることができた。即ち本発明の分離膜モジュールを用いることで熱水処理後の透過水量は、従来の分離膜モジュールを用いる場合の１．５倍以上を達成できる。また、比較例１の場合は、９０℃の１時間滅菌処理のための運転直後に有機成分が透過水に混入していることを紫外・可視分光光度計を用いて確認したが、実施例１の場合は、同様の分析を行った結果、上記有機成分が透過水に混入していないことを確認した。
【００２９】
【実施例２】
実施例１で製作した耐熱性スパイラル型分離膜モジュールを用い、１５００ppm ＮａＣｌ水溶液（ｐＨ＝６．５に調整）を原水に用いて、圧力１５kgf/cm2、温度６０℃の条件下で２００時間の連続逆浸透試験を行った。その結果、２００時間前後の透過水量(m3/day)は７．１から６．８とほとんど低下しなかった。
【００３０】
【比較例２】
比較例１のスパイラル型分離膜モジュールを用いた以外は実施例２と同様な試験を行った。
【００３１】
比較例２の場合、２００時間前後の透過水量（ｍ３／ｄａｙ）は７．１から３．３に連続的に低下した。これに対し、実施例２の本発明の耐熱性スパイラル型分離膜モジュールを使用した場合、２００時間前後の透過水量（ｍ３／ｄａｙ）は７．１から６．８とほとんど低下しなかった。また、連続運転により比較例１より比較例２の方が低下度合いが大きく、この原因として、剛直化させるためのエポキシ樹脂が６０℃×２００時間の連続運転間に溶出し、流路材Ｑが操作圧力により潰れ透過側の抵抗が上昇し透過水量の低下に繋がった。実施例２の場合エポキシ樹脂を含浸していないため剛直性が保たれており透過水量の低下を阻止することができた。
【００３２】
以上の実施例、比較例から本発明の優位性が確認できた。なお、本発明と特公平３−６６００８号公報の３枚オサを用いて凸部分に太繊度の糸を編み込んだ場合の比較は、下記の通りとなる。
（１）生産性は、従来技術の３枚オサと比較して、本発明の２枚オサは約１．５倍、生産性が高く、その分コストダウンが可能となる。
（２）従来技術の３枚オサは、３種類の糸を使用するために在庫管理や糸の管理が繁雑となるが、本発明の２枚オサは繁雑性は軽減される。
（３）３枚オサの経編機は特殊であるが、２枚オサの経編機は汎用であり、設備的に有利である。
（４）本発明の２枚オサにすることにより、流路を確保しつつ流路材の厚みを薄くできるので、コンパクトな流路材が形成できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の液体分離膜モジュールは、流路抵抗を上げることなく透過液生産性を損なわずに流路材の構造及び剛直性を長時間維持し、かつ溶出のない薄い流路材を組み込んだ液体分離膜モジュールをコスト安く提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例で用いる２枚オサのトリコット編地の平面編み立て図。
【図２】図１のＡ部の部分拡大編み立て図。
【図３】本発明の一実施例で用いる２枚オサのトリコット編地の組織図。
【図４】本発明の一実施例のスパイラル型の液体分離膜モジュールの断面図。
【図５】図４のＩ−Ｉ線断面図。
【符号の説明】
１１  流体分離素子
１２  円筒容器
１３  Ｖ字形のシール材
１４  透過液排出管
１５  原液供給管
１６  原液排出管
１７  小孔
１８  封止部
１９  逆浸透透膜
２０  透過液流路材
２１  原液流路材
２２  透過液排出管
Ｘ    地組織部分で形成される透過液の流路
Ｙ    鎖部で形成される凸部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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