(57)【要約】【課題】  有効な膜面積を拡大して分離性能を向上させることが可能なスパイラル型分離膜エレメント、およびその製造装置を提供する。【解決手段】  本発明に係るスパイラル型分離膜エレメント１は、分離膜２の間に供給側流路材６を配置した分離膜ユニットと透過側流路材３とを交互に重ねた積層体を、有孔の中空状中心管５の周囲に巻回したスパイラル型分離膜エレメント１に於いて、前記中心管５の内壁面が、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトの挿入を許容する形状であることを特徴とする。【選択図】  図１
2006159122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜の間に供給側流路材を配置した分離膜ユニットと透過側流路材とを交互に重ねた積層体を、有孔の中空状中心管の周囲に巻回したスパイラル型分離膜エレメントに於いて、
前記中心管の内壁面が、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトの挿入を許容する形状であることを特徴とするスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項２】
前記中心管の内壁面が、その断面に於いて略円形状を除く形状であることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項３】
分離膜の間に供給側流路材を配置した分離膜ユニットと透過側流路材とを交互に重ねた積層体を、有孔の中空状中心管の周囲に巻回する手段を備えたスパイラル型分離膜エレメントの製造装置に於いて、
前記中心管の内部に挿入して該中心管を回転させ、中心管の周囲に前記積層体を巻回させる為の駆動シャフトであって、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトを有することを特徴とするスパイラル型分離膜エレメントの製造装置。
【請求項４】
前記駆動シャフトの外形が、その断面に於いて略円形状を除く形状であることを特徴とする請求項３に記載のスパイラル型分離膜エレメントの製造装置。
【請求項５】
前記中心管に前記積層体を巻き付ける際に、該積層体の端部に張力を加える手段を備えることを特徴とする請求項３または４に記載のスパイラル型分離膜エレメントの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜を用いて逆浸透技術、櫨過技術等により流体の成分を分離するスパイラル型分離膜エレメント及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工場やビルなどにおける排水処理あるいは精製水供給には、多くの濾過装置が使用されている。特に、近年半導体製造工程における処理水などにおいては、高度な精密濾過装置が要求され、精密濾過膜（ＭＦ膜）や限外濾過膜（ＵＦ膜）あるいは逆浸透膜（ＲＯ膜）などを利用したスパイラル型分離膜エレメント（以下、膜エレメントと言う）が多用されている。
【０００３】
こうした膜エレメントの構造としては、図１に示す分離膜２、供給側流路材６および透過側流路材３の複数が、有孔の中空状中心管５の周りに渦巻き状に巻き付けられた膜エレメント１が知られている。この膜エレメント１において、原液７は一端面より供給され他端面より濃縮液９が取り出される。原液７は供給側流路材６に導かれる間に、分離膜２で濾過された透過液８は透過側流路材３を通り、中空状中心管５の孔を通って取り出される。また、透過液や洗浄液を用いた逆流洗浄の場合は、逆に中心管５に逆流洗浄液が供給され孔から分散供給され分離膜２の裏側から洗浄して洗浄排水として排出される（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、分離膜２等の中心管５への巻き付けは、例えば中心管５内部に駆動シャフトを挿入し、分離膜２等に張力を加えながら、この駆動シャフトを回転させることにより行っていた。
【０００５】
しかし、中心管５の内部形状が円形であると、張力が中心管５の内壁面と駆動シャフトとの間で生じる摩擦力よりも大きい場合には、両者の間で滑りが生じる。その結果、中心管５の内壁面に駆動シャフトがキズを付けるという問題があった。
【０００６】
また、十分な張力で分離膜２等を引っ張ることができないことから、特に中心管５の近傍で隙間が発生していた。膜エレメント１をハウジング等に収納する際には、ハウジング等のスペース上の制約が有ることから、膜エレメントの大きさを極力抑制する必要がある。しかし、前述のように隙間が生じるような巻き付けであると、ハウジング等に収納可能な範囲内で、より膜面積の大きい分離膜を巻き付けることができず、従って膜面積が大きく分離性能に優れた膜エレメントが得難いという問題もあった。
【特許文献１】特開平１０−１３７５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、有効な膜面積を拡大して分離性能を向上させることが可能なスパイラル型分離膜エレメント、及びその製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者等は、前記従来の問題点を解決すべく、スパイラル型分離膜エレメント及びその製造装置について鋭意検討した。その結果、下記構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメントは、前記の課題を解決する為に、分離膜の間に供給側流路材を配置した分離膜ユニットと透過側流路材とを交互に重ねた積層体を、有孔の中空状中心管の周囲に巻回したスパイラル型分離膜エレメントに於いて、前記中心管の内壁面が、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトの挿入を許容する形状であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメントの製造装置は、前記の課題を解決する為に、分離膜の間に供給側流路材を配置した分離膜ユニットと透過側流路材とを交互に重ねた積層体を、有孔の中空状中心管の周囲に巻回する手段を備えたスパイラル型分離膜エレメントの製造装置に於いて、前記中心管の内部に挿入して該中心管を回転させ、中心管の周囲に前記積層体を巻回させる為の駆動シャフトであって、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトを有することを特徴とする。
【００１１】
前記構成に於いては、前記駆動シャフトの外形が、断面に於いて略円形状を除く形状であることが好ましい。
【００１２】
また、前記構成に於いては、前記中心管に前記積層体を巻き付ける際に、該積層体の端部に張力を加える手段を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、前記に説明した手段により、以下に述べるような効果を奏する。  
【００１４】
すなわち、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメントによれば、中心管の内壁面が、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトの挿入を許容する形状であるので、該駆動シャフトを用いて中心管を軸回転させ積層体を巻回させた場合、その中心管の内壁面が傷付くのを防止することができる。さらに、積層体に大きな張力を加えて巻回させることも可能になり、また集水管長手方向に対し均一に駆動力をかけることができ、これにより積層体にシワが発生したり、或いは中心管の巻き始め部分に隙間が生じるのを無くすこともできる。その結果、サイズが大きくなるのを抑制しつつできるだけ面積の大きい分離膜を中心管に巻き付けることができ、分離性能に優れたスパイラル型分離膜エレメントを提供することができる。
【００１５】
また、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメントの製造装置によれば、スパイラル型分離膜エレメントに於ける中心管の内部で、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトを備えているので、中心管に積層体を巻き付ける際には、中心管の内壁面を傷付けることなく回転させることができる。また、積層体に大きな張力を加えつつ巻回させることも可能になる。これにより、積層体に隙間やシワが発生するのを防止し、サイズが大きくなるのを抑制しつつできるだけ面積の大きい分離膜を中心管に巻き付けて製造することができる。従って、本発明によれば、分離性能に優れたスパイラル型分離膜エレメントの製造が可能な製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について、図を参照しながら以下に説明する。尚、本発明に係るスパイラル型分離膜エレメント（以下、膜エレメントという）は、中心管内面の形状のみが従来のものと異なっており、他の構造は上述の従来の膜エレメントの構成を適用することができる。したがって、ここでは、再度図１を参照して本実施の形態に係る膜エレメントの構成の一例について説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係る膜エレメント１は、合成樹脂のネットからなる透過側流路材３の両面に分離膜２を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜（袋状膜）４を形成し、その封筒状膜４の開口部を中心管５に取付け、合成樹脂のネットからなる供給側流路材６とともに中心管５の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成される。
【００１８】
前記分離膜２は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（緻密層）が順次積層された構造を有する。不織布層の構成材料としては特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができる。
【００１９】
前記多孔性支持体の構成材料としては、従来公知のものを採用することができる。具体的には、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン等が例示できる。
【００２０】
前記スキン層は、流体に含まれる分離対象物質に対し透過性を示さない分離機能を有する。スキン層を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができる。具体的には、例えば、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、ナイロン、ポリアミド、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＭＭＡ、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、エチレン−ビニルアルコール共重合体等が例示できる。
【００２１】
前記供給側流路材６には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。また、透過側流路材３には、ネット状材料、編み物状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。
【００２２】
前記中心管５は、図２に示すように、管の周囲に複数の開孔を有する構造である。中心管５の内壁面１０は、その断面に於いて正六角形状となっており、後述の駆動シャフトの挿入を許容する形状を有している。この様な内壁面１０であると、駆動シャフトが回転することにより中心管５に伝達される力は、中心管５の内壁面１０を、回転させようとする方向（巻回方向）側に押す力となる。この力が中心管５を回転させる駆動力となる。一方、従来の円形状であると、中心管５を回転させる駆動力は、中心管５の内壁と駆動シャフトとの接触面に生じる摩擦力だけである。この場合、巻き付ける分離膜２等に張力を加えたりすると、中心管５の内壁面１０と駆動シャフトとの間で滑りを生じる場合が多く、その結果内壁面１０を傷付けたり、中心管５の近傍等で積層体間に隙間が生じたりする。尚、中心管５の内壁面１０の断面に於ける形状は、軸方向に於いて同一であることが好ましい。
【００２３】
ここで、中心管５の断面形状は、図２に示す形状のものに限定されず、例えば図３に示す楕円形状の内壁面１１や、図４に示す矩形状の内壁面１２とすることもできる。また図５（ａ）に示す様に、中心管５の端部が円形状の内壁面１３を有し、それ以外の部分は正六角形状の内壁面１４を有する構造としてもよい。更に、図５（ｂ）に示す正六角形状の内壁面１５としてもよい。また中心管５は、円形状の内壁面の一部に溝を設けたものや、軸方向に平行に延在した突条部を設けたものも採用することができる。さらに中心管５は、駆動シャフトがスプライン軸の場合には、少なくとも４条以上のキー溝が軸方向に形成された内壁面を備えたものとすることもできる。この様な形状であると、中心管５に一層大きな回転力を伝達することができる。すなわち、本発明に於いて、中心管５の内壁面は、これを回転させる駆動力が該中心管５と駆動シャフトとの間に生じる摩擦力だけでなく、巻回方向側に押す力が内壁面の少なくとも一部に加わる様なものであれば、特に限定されるものではない。
【００２４】
尚、中心管５の回転を防止する点からは、例えば、単にその外形を矩形状にしたり、或いは突起部を設けたりする態様も考えられる。しかしながら、これらの形状であると、円形状に積層体を巻き付けることができず、歪な形状の膜エレメントになるという不都合がある。
【００２５】
前記中心管５の構成材料としては特に限定されず、従来公知の樹脂等を採用することができる。また、中心管５の長さ、外径及び内径等も用途等に応じて適宜変更可能である。さらに、中心管５の製造方法についても、従来公知の方法を採用することができる。
【００２６】
本実施の形態に係る膜エレメントの製造装置に於いては、中心管５の内部に挿入してこれを回転させ、中心管５の周囲に前記積層体を巻回させる為の駆動シャフトを備える。該駆動シャフトの外形は、中心管５の内壁面の形状及び大きさと合致していることが好ましい。駆動シャフトの回転力を中心管５に有効に伝達させる為である。従って、中心管５の内壁面が、その断面に於いて図２及び３に示すような楕円形状または正四角形状である場合には、駆動シャフトの外形も楕円形状または矩形状とするのが好ましい。また駆動シャフトとしては、円形状の外形の一部に軸方向に平行に延在した突条部を設けたものや、その一部に溝を設けたもの、スプライン軸等を採用することもできる。但し、本発明に於いて、駆動シャフトの外形は前記の場合に限定されず、例えば略円形状を除く形状にする等して中心管５の内壁面との間に相対回転を係止できる構造であれば、その内壁面の形状と必ずしも一致させる必要はない。
【００２７】
前記駆動シャフトの構成材料としては特に限定されず、例えば鋼材など従来公知のものを採用することができる。また、駆動シャフトは、図示しない駆動モーター等の従来公知の駆動装置により駆動される。
【００２８】
また、本実施の形態に係る膜エレメントの製造装置は、中心管５に巻き付けられつつある積層体のうち、最外層の積層体の端部に張力を加える手段を備えることが好ましい。これにより、積層体を中心管５の近傍に於いても隙間無く巻き付けることができ、その結果、従来の膜エレメントと比較して面積の一層大きい分離膜２を、従来の膜エレメントと同じサイズ内で巻き付けることが可能になる。その結果、膜有効面積を大きくすることができ、分離性能に優れた膜エレメントを製造することができる。
【００２９】
ここで、前記手段としては特に限定されず、例えば積層体の端部を把持して張力を加えることが可能なニップロール等が挙げられる。また、積層体に加える張力は、前記駆動モーターの駆動力等に応じて適宜設定されるのが好ましい。具体的には、例えば２〜５Ｎ／エレメント幅の範囲内であることが好ましい。
【００３０】
尚、本発明に係る膜エレメントの製造装置に於いて、その他の構成については、従来公知のものを採用し得る。
【００３１】
また、膜エレメント１の表面には、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、駆動シャフトを用いて中心管５を軸回転させ、膜エレメント１の表面にシート状の外周テープ２０を巻回してもよい。この様な場合にも中心管５の内壁面が、相対回転を係止可能な外形を有する駆動シャフトの挿入を許容する形状であるので、その中心管５の内壁面が傷付くのを防止することができる。この外周テープ２０に加えるテープテンションは１０〜２０ｋｇｆ／７５ｍｍ（０．１３〜０．２７ｋｇｆ／ｍｍ、１．３１〜２．６５Ｎ／ｍｍ）の範囲内であることが好ましい。同図（ａ）〜（ｄ）は、所定幅の外周テープ２０を軸方向端部に向けてらせん状に巻回した後、他方の軸方向端部に向けてらせん状に巻回し、更に軸方向中央付近に向けてらせん状に巻回する例を示す。即ち、外周テープ２０は膜エレメント１の各部において、らせん状に２層分巻回されている。なお、外周テープ２０の巻回方向は、膜エレメント１における積層体の巻回方向と同じである。
【００３２】
図６（ａ）に示すように、外周テープ２０の先端を膜エレメント１の巻回の開始位置に固定する。固定の方法は貼付、融着、接着などの方法で行うことができる。巻回の際には、外周テープ２０の供給ロールをトラバースさせたり、膜エレメント１を軸方向又は供給ロール側に移動させたりすることで、外周テープ２０をらせん状に巻回することができる。
【００３３】
また、外周テープ２０を巻回する際、らせん状のシート同士が重なって隙間が無い状態とするのが好ましい。具体的には外周テープ２０の重なりをシート幅の５〜５０％とするのが好ましい。この範囲を下回ると隙間が出来やすく、隙間が出来るとその部分は分離膜と供給側流路材と透過側流路材の密着性が低下し易い。また、この範囲を超えると外周テープ２０の巻き付け時間と外周テープ２０の使用量が増加し安価なスパイラル膜エレメントを供給しにくくなる。
【００３４】
本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、外周テープ２０を一方の軸方向端部まで巻回すると、続いて他方の軸方向端部に向けてらせん状に外周テープ２０を巻回する。その際、外周テープ２０を一旦切断した後に、再度、一方の軸方向端部から巻回を開始してもよいが、外周テープ２０を切断せずに連続して巻回を行うのが好ましい。巻回を連続して行う場合、徐々に巻回の角度（シート長手方向と軸方向のなす角度）を変えてもよく、一時に変えてもよい。また、このようなターン部分を、外周テープ２０の巻回後にトリミングして除去することも可能である。
【００３５】
本実施形態では、図６（ｃ）〜（ｄ）に示すように、外周テープ２０を他方の軸方向端部まで巻回すると、続いて軸方向中央付近に向けてらせん状に外周テープ２０を巻回する。この場合も上記と同様にしてターンを行うのが好ましい。本実施形態において、更に巻回の層数を増加させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の一形態に係るスパイラル型分離膜エレメントの構成例を示す説明図である。
【図２】前記スパイラル型分離膜エレメントに於ける中心管の断面形状を示す模式図である。
【図３】前記スパイラル型分離膜エレメントに於ける他の中心管の断面形状を示す模式図である。
【図４】前記スパイラル型分離膜エレメントに於ける他の中心管の断面形状を示す模式図である。
【図５】前記スパイラル型分離膜エレメントに於ける他の中心管の断面形状を示す模式図である。
【図６】前記スパイラル型分離膜エレメントに外周テープを巻き付ける工程を説明する為の模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    スパイラル型分離膜エレメント
２    分離膜
３    透過側流路材
４    封筒状膜
５    中空状中心管
６    供給側流路材
７    原液
８    透過液
９    濃縮液
１０〜１５    内壁面
２０    外周テープ
【図１】
2006159122.tif 000003
【図２】
2006159122.tif 000004
【図３】
2006159122.tif 000005
【図４】
2006159122.tif 000006
【図５】
2006159122.tif 000007
【図６】
2006159122.tif 000008