(57)【要約】  本発明は、分離膜エレメントを運転した時の分離除去性能を安定化させることのできる分離膜エレメントの提供を課題とする。本発明は、少なくとも集水管と、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、上記供給側流路材は一方向に並んだ複数の繊維状物Ａから構成される繊維状列Ｘおよび上記繊維状列Ｘとは異なる方向に並んだ複数の繊維状物Ｂから構成される繊維状列Ｙから構成され、上記繊維状物Ａは上記繊維状物Ｂと交差して交点を形成し、上記繊維状物Ａおよび／または上記繊維状物Ｂは、それぞれの繊維状列に平行な切断面において、隣接する交点間に細径部および太径部を有する、分離膜エレメントである。
2018221103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも集水管と、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、
前記供給側流路材は一方向に並んだ複数の繊維状物Ａから構成される繊維状列Ｘおよび前記繊維状列Ｘとは異なる方向に並んだ複数の繊維状物Ｂから構成される繊維状列Ｙから構成され、
前記繊維状物Ａは前記繊維状物Ｂと交差して交点を形成し、
前記繊維状物Ａおよび／または前記繊維状物Ｂは、それぞれの繊維状列に平行な切断面において、隣接する交点間に細径部および太径部を有する、分離膜エレメント。
【請求項２】
前記供給側流路材の交点間隔に対する前記細径部の長さの比率が０．２５以上０．８０以下である請求項１に記載の分離膜エレメント。
【請求項３】
前記太径部の平均径に対する、前記細径部の平均径の比率が０．１７以上０．７８以下である請求項１または２に記載の分離膜エレメント。
【請求項４】
少なくとも集水管と、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、
前記供給側流路材は、繊維状物により区画され、網目状に連続した領域を有し、
前記領域は、四つの略曲線からなり、内二つの該略曲線が、略放物線を形成し、
該略放物線の両端を結ぶ直線を、直線Ｌとしたとき、
前記直線Ｌおよび前記略放物線により囲まれた部位の面積をＳ１、前記領域におけるＳ１以外の部位の面積をＳ２、としたとき、
前記Ｓ１および前記Ｓ２が、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たし、
前記繊維状物は、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たす、径Ｒ１の太径部、径Ｒ２の細径部を有する分離膜エレメント。
【請求項５】
前記供給側流路材の交点間を結ぶ略放物線の長さに対する細径部の長さの比率が０．２５以上０．８０以下である請求項４に記載の分離膜エレメント。
【請求項６】
前記細径部は、前記供給側流路材の厚み方向において、前記太径部の中間に配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載の分離膜エレメント。
【請求項７】
前記太径部の径Ｒ１に対する、前記細径部の径Ｒ２の比率が０．１７以上０．７８以下である請求項４〜６のいずれか一項に記載の分離膜エレメント。
【請求項８】
前記細径部の引張弾性率が２００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である請求項１〜７のいずれか一項に記載の分離膜エレメント。
【請求項９】
前記太径部は前記細径部の片端に配置される請求項１〜８のいずれか一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、分離膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
海水およびかん水などに含まれるイオン性物質を除くための技術においては、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして、分離膜エレメントによる分離法の利用が拡大している。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜は、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜に分類される。これらの膜は、例えば海水、かん水および有害物を含んだ水などからの飲料水の製造、工業用超純水の製造、並びに排水処理および有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分および分離性能によって使い分けられている。
分離膜エレメントとしては様々な形態があるが、分離膜の一方の面に供給水を供給し、他方の面から透過流体を得る点では共通している。分離膜エレメントは、束ねられた多数の分離膜を備えることで、１個の分離膜エレメントあたりの膜面積が大きくなるように、つまり１個の分離膜エレメントあたりに得られる透過流体の量が大きくなるように形成されている。分離膜エレメントとしては、用途や目的にあわせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、平膜集積型などの各種の形状が提案されている。【０００３】
例えば、逆浸透ろ過には、スパイラル型分離膜エレメントが広く用いられる。スパイラル型分離膜エレメントは、集水管と、集水管の周囲に巻き付けられた分離膜とを備える。分離膜は、供給水（つまり被処理水）を分離膜表面へ供給する供給側流路材、供給水に含まれる成分を分離する分離膜および分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体を集水管へと導くための透過側流路材が積層されることで形成される。スパイラル型分離膜エレメントは、供給水に圧力を付与することができるので、透過水を多く取り出すことができる点で好ましく用いられている。【０００４】
濃度分極による分離膜エレメント性能低下を抑制するためには、例えば供給側流路材の厚みを薄くし、供給水の膜面線速度を大きくして分離膜表面近くで乱流を生じさせ、濃度分極層を薄くすれば良いが、供給側流路材の厚みを薄くすると供給水中の不純物や微生物によるファウラントが供給側の流路を閉塞して分離膜エレメント性能が低下したり、分離膜エレメントの圧力損失が大きくなり、供給水を供給するポンプの必要動力が大きくなるため電力費が高くなったり、分離膜エレメントが破損するといった問題が生じるため、供給側流路材による分離膜エレメントの性能向上が提案されている。
具体的には、特許文献１および２では、供給側流路材中の繊維状物の配列を制御することで、流動抵抗を低減させたネットが提案されている。また、特許文献３では縦糸および横糸が非円形断面である織物状の流路材が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特表２０１５−５２５２８２号公報
【特許文献２】日本国特開２０００−０００４３７号公報
【特許文献３】日本国特開平１０−１１８４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した分離膜エレメントは、供給側流路材の流動抵抗と乱流発生とのバランスが十分とはいえず、とりわけ繊維状物同士の交点付近の供給水の滞留の解消が十分でなかった。そこで、本発明は、特に高い圧力をかけて分離膜エレメントを運転した時の分離除去性能を安定化させることのできる分離膜エレメントを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によれば、少なくとも集水管と、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、上記供給側流路材は一方向に並んだ複数の繊維状物Ａから構成される繊維状列Ｘおよび上記繊維状列Ｘとは異なる方向に並んだ複数の繊維状物Ｂから構成される繊維状列Ｙから構成され、上記繊維状物Ａは上記繊維状物Ｂと交差して交点を形成し、上記繊維状物Ａおよび／または上記繊維状物Ｂは、それぞれの繊維状列に平行な切断面において、隣接する交点間に細径部および太径部を有する、分離膜エレメントが提供される。【０００８】
また本発明によれば、少なくとも集水管と、分離膜と、供給側流路材と、透過側流路材とを備える分離膜エレメントであって、上記供給側流路材は、繊維状物により区画され、網目状に連続した領域を有し、上記領域は、四つの略曲線からなり、内二つの該略曲線が、略放物線を形成し、該略放物線の両端を結ぶ直線を、直線Ｌとしたとき、上記直線Ｌおよび上記略放物線により囲まれた部位の面積をＳ１、前記領域におけるＳ１以外の部位の面積をＳ２、としたとき、上記Ｓ１および上記Ｓ２が、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たし、上記繊維状物は、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たす、径Ｒ１の太径部、径Ｒ２の細径部を有する分離膜エレメントが提供される。【０００９】
また、本発明の好ましい形態によれば、上記細径部は、上記供給側流路材の厚み方向において、上記太径部の中間に配置される分離膜エレメントが提供される。
また、本発明の好ましい形態によれば、上記太径部の径Ｒ１に対する、上記細径部の径Ｒ２の比率が０．１７以上０．７８以下である分離膜エレメントが提供される。
また、本発明の好ましい形態によれば、上記供給側流路材の交点間を結ぶ略放物線の長さに対する細径部の長さの比率が０．２５以上０．８０以下である分離膜エレメントが提供される。
また、本発明の好ましい形態によれば、上記細径部の引張弾性率が２００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である分離膜エレメントが提供される。
また、本発明の好ましい形態によれば、上記太径部は上記細径部の片端に配置される分離膜エレメントが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、分離膜エレメントを運転した際に生じるファウリングの進行を減速させ、供給側の流路が閉塞することによる差圧上昇を抑制できるため、運転安定性に優れた分離膜エレメントを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】分離膜エレメントの一形態を示す展開斜視図である。
【図２】本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の一例の平面図である。
【図３】本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の別の一例の平面図である。
【図４】本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の別の一例の平面図である。
【図５】本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材における網目領域の一例である。
【図６】本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の別の一例の平面図である。
【図７】本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材における網目領域の別の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
＜分離膜エレメント＞
図１に示すように、分離膜エレメント（１００）は、集水管（６）と、集水管（６）の周囲に巻回された分離膜（１）を備える。図１に示すｘ軸の方向が集水管の長手方向である。またｙ軸の方向が集水管の長手方向と垂直な方向である。
【００１３】
＜供給側流路＞
（供給側流路材）
本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の一態様は、図２に示すように一方向に並んだ複数の繊維状物Ａ（２１）から構成される繊維状列Ｘ、および、繊維状列Ｘとは異なる方向に並んだ複数の繊維状物Ｂ（２２）から構成される繊維状列Ｙから構成され、繊維状物Ａ（２１）は繊維状物Ｂ（２２）と複数の地点で交差している。
【００１４】
繊維状物へのファウラントの付着や、分離膜表面の濃度分極を抑制するには、繊維状物周辺の乱流の程度を増すことが重要である。乱流により分離膜表面にまだ接触していない供給水が分離膜表面に供給されるからである。供給水は供給側流路材の繊維状物の間に沿って広がりながら流れるため、供給水の流れ方向と平行でない繊維状物は、供給水の流れの障害となり、乱流の程度を増す役割を果たす。一方で、供給水の流れ方向と平行でない繊維状物は流路を塞ぎ、供給水の流れを妨げることになるため流動抵抗が高くなる傾向にある。そこで、それぞれの繊維状列について、平面に対し上方から観察した際に、その中心を通るよう厚み方向に切断した際の切断面において、隣接する交点間に細径部（３）および太径部（４）を有することで、乱流強度と流動抵抗とのバランスが改善される。特に、図３のように細径部の片端に太径部が配置された構造であることでさらに効果が高まる。なお、太径部が細径部の片端に配置されている場合、太径部が配置されていない方は細径部のまま交点で交わっている。具体的には、繊維状物の一部が細径化することで流路が拡大し、流動抵抗が低減される。通常、流路が拡大されると供給水流速が減速し、乱流強度が低下するが、交点間の距離を広げて流路を拡大することなく、繊維状物の細径化によって流体を移動しやすくさせると、従来は偏流が生じていた交点付近の供給水が移動しやすくなるため、流動抵抗を低減しながら乱流強度は維持される。その結果、分離膜エレメントを運転した際に生じるファウリングの進行を減速させ、供給側流路が閉塞することによる差圧上昇を抑制できるため、運転安定性に優れた分離膜エレメントを得ることができる。なお、図３のように細径部の片端に太径部が配置される構造の場合、供給水が流入する方向によって、その供給水の流れ方は異なる（例えば、図３における（２０１）、（２０２）および（２０３））が、供給水の水質に応じて適宜変更できる。
【００１５】
繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂのいずれも細径部を有することで、供給水が供給側の流路を流れる際に均一に広がるため流動抵抗の低減に効果的であり、一方、繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂのいずれかが細径部を有することで流れが不均一化し、分離膜表面の塩濃度を低減して浸透圧の影響を小さくする効果がある。すなわち、細径部の配置は供給水の水質や運転条件に合わせて適宜選択できる。
【００１６】
また、本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の別の一態様は、図４に示すように、繊維状物により区画された領域すなわち網目領域（５０）が網目状に連続しており、その網目領域（５０）は、図５に示すように四つの略曲線（５１）、（５２）、（５３）、（５４）からなり、内二つの該略曲線が、略放物線（（５１）および（５４））を形成する。さらに、図５に示すように、該略放物線の両端を結ぶ直線を、直線Ｌとしたとき、直線Ｌおよび略放物線（（５１）および（５４））により囲まれた部位の面積をＳ１、その網目領域（５０）におけるＳ１以外の部位の面積をＳ２としたとき、Ｓ１およびＳ２が、Ｓ１＞Ｓ２の関係を満たす。供給側流路材がこのような構造を有することで、供給水が区画を通過する際には直線Ｌを境界として流れを乱しつつ、繊維状物が略曲線であるため供給水の流れが繊維状物に沿いやすくなり、供給水の剥離を抑制できるため、流動抵抗を低減できる。その結果、繊維状物へのファウラントの付着や、分離膜表面の濃度分極を抑制する効果を有する。
特に、上記の効果を高めるためにはＳ１に対するＳ２の比率（Ｓ２／Ｓ１の値）は０．１０〜０．７０が好ましく、０．３３〜０．５５がより好ましい。
なお、上記Ｓ１、Ｓ２は、網目領域を無作為に選択し、市販のマイクロスコープを用いて観察し、面積測定モードにて測定することができる。
網目領域は、四つの略曲線により構成されているが、一の網目領域と、直線Ｌに対して垂直方向に隣接した網目領域において、従来の供給側流路材とは異なり、図６に示すように、各略曲線は各交点を結ぶ直線と同一線上に配置されない。その結果として、上述した流動抵抗やファウリング付着の低減、濃度分極抑制効果が高い供給側流路材が実現される。
【００１７】
網目領域を区画する繊維状物は、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たす、径Ｒ１の太径部、径Ｒ２の細径部（いずれも図示しない）を有する。
図２若しくは図３に示されるような態様の供給側流路材、または、図４等に示されるような態様の供給側流路材のいずれについても、供給水の流れを導きやすくするためには、太径部の平均径である径Ｒ１に対する、細径部の平均径である径Ｒ２の比率は、０．１７以上０．７８以下が好ましく、０．３以上０．５以下がさらに好ましい。
さらに、交点付近に滞留する供給水を下流側（分離膜エレメントの濃縮水排出部側）に移動しやすくするためには、供給側流路材の交点間隔に対する細径部の長さｃ（図２参照）の比率、または、供給側流路材の交点間を結ぶ略放物線の長さに対する細径部の長さ（図示しない）の比率は、０．２５以上０．８０以下が好ましく、０．３５以上０．５０以下がさらに好ましい。
【００１８】
なお、上記のような供給側流路材が分離膜エレメントに適用された際には、供給側流路材が分離膜で包まれる構成になるが、細径部が、供給側流路材の厚み方向において太径部の中間に配置されることで、供給側流路材の繊維状物と分離膜との間に生じる空間量が多くなるので好ましい。
【００１９】
（細径部と太径部の測定）
それぞれの繊維状物について、供給側流路材の平面に対し上方から観察した際に、その中心を通るよう、厚み方向に切断した際の切断面（以下、「切断面Ｓ」）において、図２等における細径部および太径部の厚みがそれぞれの径となる。すなわち、この切断面Ｓにおいて細径部と太径部が存在すればよく、例えばそれぞれの繊維状列について、平面に対し上方から観察した際に、厚み方向の中心を通るよう平面方向に切断した際の切断面に細径部と太径部が存在しなくてもよい。
交点間の繊維状物において、交点厚みの５０％以上の太さを有する領域を太径部、その太径部の平均径に対して８０％以下の太さを有する領域を細径部とする。なお、繊維状物の径は、市販のマイクロスコープで切断面Ｓを観察し、その厚みを測定することで求めることができる。なお、それぞれの平均径すなわち太径部の径Ｒ１および細径部の径Ｒ２は、測定モードを用いて細径部または太径部の無作為に選択した３０箇所の径を測定して、その平均値としてそれぞれ算出することができる。
【００２０】
（細径部の径の均一性）
供給側流路材と供給水との摩擦を低減し、ファウラントの付着を低減して排濁性を向上させつつ、供給水の流れに適度な乱れを与えるために、細径部の径の変動係数は１％以上１１％以下が好ましく、１％以上７％以下がより好ましく、１％以上５％以下が更に好ましい。なお細径部の径の変動係数とは、細径部の径Ｒ２の算出で得られた３０箇所の測定値の標準偏差を径Ｒ２の値で除し、百分率に変換することで求めることができる。すなわち、この数値が小さいほど、細径部の径の均一性が高いことになる。
【００２１】
（細径部の引張弾性率）
従来の供給側流路材では製造工程における取り扱い性を維持するため、剛性を高める必要があったが、本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材では、太径部で供給側流路材の剛性を確保できるため、細径部を低弾性率化して供給水と接触した際に振動により撹拌させ、乱流強度を向上させることができる。なお、例えば図２若しくは図３に示されるような態様の供給側流路材においては、繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂのいずれもが、隣接する交点間において細径部と太径部とを有することで上記効果を高めることができる。そのため、細径部の引張弾性率は２００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下が好ましく、３００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下がさらに好ましい。なお引張弾性率は、市販の引張試験機に細径部を取り付け、引張試験することで測定することができる。
【００２２】
（供給水の流れ方向と繊維状物との角度）
供給水の流れ方向（すなわち集水管の長手方向）と繊維状物との角度が大きくなるにつれて乱流強度が増すものの、流動抵抗が増す傾向にあるため、角度は１５°以上５０°以下が好ましく、３０°以上４５°以下がさらに好ましい。
【００２３】
（厚み）
供給側流路材の厚みとは、図２または図３に示されるような態様の供給側流路材においては、実質的に繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの交点厚みに相当する。すなわち、繊維状物Ａと繊維状物Ｂの厚みの合計である。また、図４等に示されるような態様の供給側流路材においては、略放物線の中央付近上に位置することとなる、繊維状物の交点厚みに相当する。供給側流路材の厚みは、薄くすれば、供給水の膜面線速度が大きくなり分離膜表面の流れが乱れるので、濃度分極層が薄くなり、分離膜エレメントの分離性能が向上し好ましい。しかしあまり供給側流路材の厚みを薄くすると、供給水中の不純物や、微生物などのファウラントが供給側の流路を閉塞する傾向がある。その結果、分離膜エレメントの造水量が低下したり、分離膜エレメントの流動抵抗が大きくなり、供給水を供給するポンプの必要動力が大きくなるため電力費が高くなったり、分離膜エレメントが破損するといった問題が生じるため、好ましくない。そこで、供給側流路材の平均厚さは、０．２０ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．３２ｍｍ以上０．８５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５０ｍｍ以上０．８０ｍｍ以下である。
供給側流路材の平均厚みは、無作為に選択した１０箇所以上の繊維状物の交点厚み、図２または図３に示されるような態様の供給側流路材においては繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの厚みについて、精密厚みゲージ等で測定した平均値として算出することができる。
また、供給側流路材の厚みのばらつきが大きいことは、逆浸透膜の性能を均一に発揮させることができず好ましくないので、繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂの交点厚みは、いずれも供給側流路材の平均厚みの０．９倍以上１．１倍以下の範囲内であることが好ましい。
【００２４】
（材料）
供給側流路材の材料は特に限定されないが、成形性の観点から熱可塑性樹脂が好ましく、特にポリエチレンおよびポリプロピレンは分離膜の表面を傷つけにくく、また安価であるので好適である。
【００２５】
（分離膜表面との摩擦）
スパイラル型分離膜エレメントのように高圧で供給水を処理する場合、透過側流路材の圧縮や、分離膜のクリープ現象により供給側流路に隙間が生じ、供給側流路材が下流側に押流され、スパイラル型分離膜エレメントの端面から飛び出すことがある。そうすると、供給側流路が確保されないため、ろ過性能が急激に低下し、運転トラブルの原因となる。そのため、繊維状物の断面を非円形とし、分離膜表面との接触面積を増加させることで、運転時において供給側流路に隙間が生じても、分離膜表面との摩擦により下流側に押流され難くなる。
【００２６】
（供給側流路材の繊維状物間の交点間隔）
図２または図３に示すように繊維状物Ａ（２１）および繊維状物Ｂ（２２）を配列して形成される供給側流路材（２）において、複数の繊維状物Ａ（２１）はそれぞれほぼ平行に配置される。同様に、複数の繊維状物Ｂ（２２）もそれぞれほぼ平行に配置される。
繊維状物Ａ（２１）と繊維状物Ｂ（２２）により形成される交点は、その隣接する交点との間に一定の距離を有する。図２に示すように、繊維状物Ａ（２１）における交点間隔はａ、繊維状物Ｂ（２３）における交点間隔はｂになる。つまり、交点間隔とは、ある交点の中央と隣接する交点の中央との距離である。
交点間隔が小さいほど流動抵抗が大きくなる傾向にあるが、供給側流路材全体として剛性が高くなる傾向にある。そのため、間隔は供給側流路材の厚みや供給水の性質に応じて様々に変更可能である。
交点間隔の測定方法としては、供給側流路材を厚み方向上部から観察し、例えばマイクロスコープにより距離を測定することができる
なお図２では繊維状物Ａおよび繊維状物Ｂのいずれにも細径部が存在し、その両端に太径部が配置される構成であるが、上述したように繊維状物Ａまたは繊維状物Ｂのいずれかにのみ細径部が存在する構成、細径部の片端のみに配置される構成においても同様である。
【００２７】
（供給側流路材の網目領域における交点間距離）
網目領域における略放物線上により形成される交点は、その隣接する交点との間に一定の距離を有する。図７に示すように、網目領域における交点間距離ｄおよびｅは、交点の中心と、隣接する交点の中心との距離である。
交点間距離が小さいほど流動抵抗が大きくなる傾向にあるが、供給側流路材全体として剛性は高くなる傾向にある。そのため交点間距離は、供給側流路材の厚みや供給水の性質に応じて様々に変更可能である。
交点間距離の測定方法としては、市販のマイクロスコープを用いて供給側流路材を厚み方向上方から観察し、測定することができる。
【００２８】
（製造方法）
交点厚みが保たれたまま、交点間の繊維状物において糸径が異なる領域が存在する供給側流路材を、繊維径が比較的均一なネットの後処理にて製造する場合、繊維状物がネッキングを発生させるまで延伸処理する方法、エンボス加工やインプリント加工、プレス法などにより交点間の繊維状物を圧縮変形させる方法、金型に溶融樹脂を流延し取り出す方法を採用することができる。なお、ネッキングとは、高分子を伸長した際に、試料が均一に伸びず降伏後にくびれが生じる現象を指す。
また、本発明の分離膜エレメントが備える供給側流路材の製造には、３Ｄプリンターを用いても構わない。
【００２９】
（供給水）
本発明の分離膜エレメントへの供給水は特に限定されず、予め処理された水道水でもよく、海水やかん水のように溶液中の不純物多いものでもよい。
【００３０】
＜透過側流路材＞
透過側流路材を挟む分離膜同士の間には、透過側流路材によって透過側の流路が形成される。透過側流路材の材料としては限定されず、トリコットや不織布、突起物を固着させた多孔性シート、凹凸成形し、穿孔加工を施したフィルム、凹凸不織布を用いることができる。また、透過側流路材として機能する突起物を分離膜の透過側に固着させてもよい。
【００３１】
＜分離膜の形成＞
分離膜は、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枚の分離膜が、供給側の面が向かい合うように封止で形成されてもよい。
「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。
【００３２】
＜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、分離膜モジュールは、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分離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。
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、透過側の流路の保持性を考慮すると、分離膜モジュールに供給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、分離膜の劣化も抑制される。
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、「質量÷体積」で表されるが、１Ｌを１ｋｇと見なして「質量比」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】
【００３３】
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。【００３４】
（供給側流路材の厚み）
ミツトヨ社製シクネスゲージ（品番５４７−３６０）を用いて、１００ｍｍ×１００ｍｍの供給側流路材のサンプルの交点部分の厚みを測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所数で除した値とした。【００３５】
（供給側流路材の細径部と太径部の判定）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、供給側流路材の平面及び切断面Ｓを倍率２０倍で観察し、太径部および細径部の有無をそれぞれ確認した。具体的には、本観察の際に、交点間の繊維において２０％以上の細径化が生じている領域があった場合、細径部と太径部が存在すると判断し、細い領域を細径部、太い領域を太径部とした。【００３６】
（細径部と太径部の平均径およびその比率）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて、供給側流路材の細径部および太径部の径をそれぞれ３０箇所測定し、その平均値を算出して細径部の径Ｒ２および太径部の径Ｒ１とした。次に、径Ｒ２を径Ｒ１で除した値を、太径部の径Ｒ１に対する細径部の径Ｒ２の比率とした。【００３７】
（交点間隔に対する細径部の長さの比率）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて、無作為に選択した供給側流路材の交点の中心と、繊維状物方向に隣接する交点の中心間距離（図４に示されるような態様の供給側流路材においては、交点中心同士を結ぶ略放物線の長さ）を測定して交点間隔とした。その交点間に配された細径部の長さを測定し、その比率を求めた。この操作を、無作為に選択した他の交点間で合計３０箇所実施し、その平均値を交点間隔に対する細径部の長さの比率とした。【００３８】
（細径部における繊維径の均一性）
細径部の径Ｒ２を算出する際に得られた３０箇所の測定値の標準偏差を径Ｒ２の値で除し、百分率に変換して変動係数を算出した。 【００３９】
（引張弾性率）
無作為に選択した供給側流路材の５０箇所の細径部について、可能な限り繊維長が長い状態で採取し、その長さを測定長とし、引張試験機を用いて引張試験（引張速度５ｍｍ／分）を実施した。
各測定で得られた合計５０個の引張弾性率について平均値を算出し、その数値を細径部の引張弾性率とした。【００４０】
（供給側流路材Ａの作製）
ポリプロピレンを材料とした溶融成形により、図２または図３に示されるような態様のネット状サンプルを作製し、８０℃の環境下にて二軸延伸を施して細径部と太径部を有する供給側流路材を作製した。なお、ネット状サンプルの編み目の大きさを変更しておき、得られる供給側流路材の構造制御を行った。各供給側流路材の特徴を表１〜３にまとめた。【００４１】
（供給側流路材Ｂの作製）
ポリプロピレンを材料とした溶融成形により、図４に示されるような態様のネット状サンプルを作製し、４５℃の環境下にて一軸延伸を施して、細径部と太径部とを有する供給側流路材を作製した。なお、ネット状サンプルの網目領域の形状等を変更しておき、得られる供給側流路材の構造制御を行った。【００４２】
（初期差圧）
ネット状サンプルを５０ｍｍ×４００ｍｍに切り取り評価セルに取り付け、ネット状サンプルの平面方向片端から他端に向かって、供給水がネット状サンプルによって形成された流路を流れる状態にした。次に、蒸留水を評価セルに０．２Ｌ／分の流量で供給し、供給してから５分後の流路の入口から下流側へ１０ｍｍの位置、ならびに出口から１０ｍｍの位置に設置した圧力計が示す数値の差分を初期差圧（ｋＰａ）とした。なお、細径部の片端に太径部を有するネット状サンプルについては、供給水の流れ方向を図３における（２０１）とした。【００４３】
（差圧上昇）
初期差圧の測定と同じ評価セルを用いて、供給水として琵琶湖水を０．２Ｌ／分の流量で１００時間供給し、流路の入口と出口とに設置した圧力計が示す数値の差分を読み取った。この差分から初期差圧を差し引いた値と差圧上昇（ｋＰａ）とした。【００４４】
（造水量）
抄紙法で製造されたポリエステル繊維からなる不織布（通気度１．０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ）上に、ポリスルホンの１５質量％ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶液を室温（２５℃）で、かつ塗布厚み１８０μｍでキャストした後、ただちに純水中に５分間浸漬することによって基材上に多孔性支持層を形成し、多孔性支持膜を作製した。
次に、２−エチルピペラジンが２．０質量％、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムが１００ｐｐｍ、リン酸３ナトリウム１．０質量％になるように溶解した水溶液に１０秒間浸漬した後、エアーノズルから窒素を吹き付けて余分な水溶液を除去した。このときのアミン水溶液のｐＨは、１２．０であった。続いて７０℃に加温した０．２質量％のトリメシン酸クロリドを含むｎ−デカン溶液を多孔性支持層の表面に均一塗布し、６０℃の膜面温度で３秒間保持した後に、膜面温度を１０℃まで冷却し、この温度を維持したまま空気雰囲気下で１分間放置し、分離機能層を形成した後、膜を垂直に保持して液切りした。得られた膜を６０℃の純水で２分間洗浄して分離膜ロールを得た。【００４５】
このように得られた分離膜を、分離膜エレメントでの有効面積が１．８ｍ２となるように折り畳み断裁加工し、表１に示すネットを供給側流路材として３枚の分離膜（幅９２０ｍｍ）を作製した。
得られたリーフの透過側の面に透過側流路材として表１に示す透過側流路材を積層し、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）製集水管（幅：１０００ｍｍ、径：１８ｍｍ、孔数４０個×直線状１列）にスパイラル状に巻き付け、両端のエッジカットを行い直径が２インチの分離膜エレメントを作製した。
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、供給水として、濃度２００ｐｐｍの食塩水、ｐＨ６．５のＮａＣｌ水溶液を用い、運転圧力０．４１ＭＰａ、温度２５℃の条件下で１５分間運転した後に１分間のサンプリングを行い、１日あたりの透水量（ガロン）を造水量（ＧＰＤ（ガロン／日））として表した。なお、回収率は５％とした。【００４６】
（除去率（ＴＤＳ除去率））
造水量の測定における１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）｝【００４７】
（実施例１）
作製した供給側流路材について評価セルを用い、また分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で評価したところ、結果は表１の通りであった。【００４８】
【表１】
2018221103.tif 000003
【００４９】
（実施例２〜１４）
供給側流路材を表１〜３の通りにした以外は全て実施例１と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表１〜３の通りであった。【００５０】
（実施例１５〜２１）
供給側流路材を表４の通りにした以外は全て実施例１と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、実施例１と同条件で各性能を評価したところ、結果は表４の通りであった。【００５１】
【表２】
2018221103.tif 000004
【００５２】
【表３】
2018221103.tif 000005
【００５３】
【表４】
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【００５４】
（比較例１、２）
供給側流路材を表３の通りにした以外は全て実施例１と同様にして、分離膜エレメントを作製した。
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述の条件で各性能を評価したところ、結果は表３の通りであった。
すなわち、比較例１では供給側流路材の繊維状物Ｘ間の距離および繊維状物Ｙ間の距離は実施例１〜１４と同等であるが、繊維状物の径が均一であるため、繊維状物が分離膜に接触する領域が大きく、差圧上昇が顕著であった。また、流動抵抗が大きいため造水量の低下が生じた。【００５５】
比較例２では繊維状物の径が均一であるものの、繊維状物Ｘ間の距離および繊維状物Ｙ間の距離が広く、流路材が厚いため流動抵抗は低いが、供給側流路材による供給水の乱流化が不十分であり、差圧上昇および除去率の低下が顕著であった。
また、略放物線を有する網目領域からなる供給側流路材を適用した実施例１５〜２１に対しても、差圧上昇が顕著であり、流動抵抗が大きいため造水量の低下が生じた。【００５６】
表１〜表４に示す結果から明らかなように、実施例１〜２１の供給側流路材および分離膜エレメントは、供給水の流動を阻害せずに優れた分離性能を安定して備えているといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の分離膜エレメントは、特に、ＲＯ浄水器としての利用や、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。【００５８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１７年５月３０日出願の日本特許出願（特願２０１７−１０６２３８）、２０１７年９月２６日出願の日本特許出願（特願２０１７−１８４４９８）、及び２０１７年９月２６日出願の日本特許出願（特願２０１７−１８４４９９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１  分離膜
２  供給側流路材
２１  繊維状物Ａ
２２  繊維状物Ｂ
３  細径部
４  太径部
５０  網目領域
５１、５２、５３、５４  略放物線を形成する略曲線
６  集水管
１００  分離膜エレメント
２０１、２０２、２０３  供給水の流れ方向
ａ  繊維状物Ａにおける交点間隔
ｂ  繊維状物Ｂにおける交点間隔
ｃ  細径部の長さ
ｄ  網目領域における交点間距離
ｅ  網目領域における交点間距離
Ｌ  略放物線の両端を結ぶ直線
Ｓ１  直線Ｌおよび略放物線により囲まれた部位の面積
Ｓ２  網目領域におけるＳ１以外の部位の面積
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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