(57)【要約】【課題】原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極の発生や圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を効果的に抑制できるスパイラル型分離膜エレメント及びモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、原液を分離する三方シール袋状の分離膜と、この分離膜内に収容される透過液流路材と、分離膜の開口部が連通され、分離膜内の透過液が集められる集液管と、この集液管に巻き付けられる分離膜間に積層される原液流路材とを備えたスパイラル型分離膜エレメントであって、原液流路材が第１構成糸と第１構成糸に交差する複数の第２構成糸とを有し、これらが交差部分で一体化されており、交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が交差部分の平均最大厚みよりも小さく、第１構成糸の線状部分の軸芯の交差部分の厚み方向の中心に対する厚み方向の偏倚量が、上記平均最大厚みと上記平均最小径との差の半分以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液を分離する三方シール袋状の１又は複数の分離膜と、この分離膜内に収容される透過液流路材と、上記分離膜の開口部が連通され、上記分離膜内の透過液が集められる集液管と、この集液管に巻き付けられる１又は複数の分離膜間に積層される１又は複数の原液流路材とを備えたスパイラル型分離膜エレメントであって、
上記原液流路材が複数の第１構成糸とこれらの第１構成糸に交差する複数の第２構成糸とを有し、これらが複数の交差部分で一体化されており、
上記第１構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さく、
上記第１構成糸の線状部分の軸芯の上記交差部分の厚み方向の中心に対する上記厚み方向の偏倚量が、上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下であるスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項２】
上記第１構成糸と上記第２構成糸とが上記交差部分で融和されている請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項３】
上記線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みの１０％以上７０％以下である請求項１又は請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項４】
上記線状部分の平均最小径が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、
上記交差部分の平均最大厚みが０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項５】
上記第１構成糸の線状部分が、上記第１構成糸の軸方向に延伸されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項６】
上記第２構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さい請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項７】
上記分離膜が不織布である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項８】
上記複数の交差部分のうちの上記第１構成糸又は上記第２構成糸の軸方向に隣接する２つの交差部分の平均中心間距離が、２ｍｍ以上６ｍｍ以下である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項９】
上記第１構成糸及び上記第２構成糸が、ポリプロピレン、ポリエチレン又は架橋ポリエチレンを主成分とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
【請求項１０】
請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメントを備えるスパイラル型分離膜モジュール。
【請求項１１】
上記スパイラル型分離膜エレメントへの上記原液の供給圧力が１ＭＰａ以下である請求項１０に記載のスパイラル型分離膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパイラル型分離膜モジュールは、膜エレメントを圧力容器に収容したものである。膜エレメントとしては、原液流路材、袋状の分離膜、及びこの分離膜の内部に収容される透過液流路材を集液管に巻き付けるものが知られている。
【０００３】
原液流路材は、分離膜の間に原液のための流路を確保するものである。このような原液流路材としては、主に樹脂製のネットが使用されている。このネットは、膜エレメントに原液を供給したときの原液の流れの乱れに起因する不都合、例えば分離膜表面での濃度分極の発生、圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を抑制するために種々の改良がなされている（特開２０００−４３７号公報及び特開２００７−２９８０８号公報）。
【０００４】
ネットとしては、図８に示すようなメッシュスペーサ８として構成されたものが使用されている。このメッシュスペーサ８は、縦糸８０と横糸８１とを交差させたものである。メッシュスペーサ８は、例えば押出成形により縦糸８０と横糸８１とを押出してこれらの縦糸８０と横糸８１との交差部８２で互いに融着させることで形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−４３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２９８０８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、従来のメッシュスペーサ８を用いたスパイラル型分離膜モジュールでは、図９に示すようにメッシュスペーサ８が分離膜９０，９１の間に位置しているが、縦糸８０及び横糸８１が全長にわたって分離膜９０，９１に密着する。そのため、縦糸８０及び横糸８１と分離膜９０，９１との接触面積が大きく、原液供給時の原液流れの乱れを十分に抑制することができない。その結果、原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極の発生、圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を十分に抑制することができず、未だ改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、原液を供給したときの原液流れの乱れに起因する不都合、例えば分離膜表面での濃度分極の発生、圧力損失の増加等による膜エレメントの性能低下を効果的に抑制できるスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュール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】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明は、原液を分離する三方シール袋状の１又は複数の分離膜と、この分離膜内に収容される透過液流路材と、上記分離膜の開口部が連通され、上記分離膜内の透過液が集められる集液管と、この集液管に巻き付けられる１又は複数の分離膜間に積層される１又は複数の原液流路材とを備えたスパイラル型分離膜エレメントであって、上記原液流路材が複数の第１構成糸とこれらの第１構成糸に交差する複数の第２構成糸とを有し、これらが複数の交差部分で一体化されており、上記第１構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さく、上記第１構成糸の線状部分の軸芯の上記交差部分の厚み方向の中心に対する上記厚み方向の偏倚量が、上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下である。
【０００９】
上記課題を解決するためになされたさらに別の本発明は、当該スパイラル型分離膜エレメントを備えるスパイラル型分離膜モジュールである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、原液供給時の原液流れの乱れを抑制することで、分離膜表面での濃度分極を抑制できると共に圧力損失を低減できる。従って、本発明により提供されるスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールでは、膜エレメントの性能低下が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスパイラル型分離膜モジュールの模式的断面図である。
【図２】図１のスパイラル型分離膜モジュールの膜エレメントを、一部を破断して示す模式的斜視図である。
【図３】図２の膜エレメントを展開した状態での模式的断面図である。
【図４】図２の膜エレメントの分離膜を示す模式的斜視図である。
【図５】図２の膜エレメント要部を示す模式的断面図である。
【図６】図２の膜エレメントの原液流路材（メッシュスペーサ）の一部を示す模式的平面図である。
【図７】図６のＸ１−Ｘ１線に沿う模式的断面図である。
【図８】従来の膜エレメントの原液流路材（メッシュスペーサ）の一部を示す模式的平面図である。
【図９】従来の膜エレメントの要部を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
上記課題を解決するためになされた本発明は、原液を分離する三方シール袋状の１又は複数の分離膜と、この分離膜内に収容される透過液流路材と、上記分離膜の開口部が連通され、上記分離膜内の透過液が集められる集液管と、この集液管に巻き付けられる１又は複数の分離膜間に積層される１又は複数の原液流路材とを備えたスパイラル型分離膜エレメントであって、上記原液流路材が複数の第１構成糸とこれらの第１構成糸に交差する複数の第２構成糸とを有し、これらが交差部分で一体化されており、上記第１構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さく、上記第１構成糸の線状部分の軸芯の上記交差部分の厚み方向の中心に対する上記厚み方向の偏倚量が、上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下である。
【００１３】
当該スパイラル型分離膜エレメントによれば、原液流路材の第１構成糸と第２構成糸とが交差部分で一体化され、交差部分間の第１構成糸の線状部分の平均最小径が交差部分の平均最大厚みよりも小さく、厚み方向における第１構成糸の線状部分の軸芯の交差部分の中心に対する偏倚量が上記交差部分の平均最大厚みと上記線状部分の平均最小径との差の半分以下とされている。そのため、上記原液流路材は、交差部分において分離膜に接触し、第１構成糸の線状部分が分離膜とは接触しない構成とすることが可能となる。そのため、第１構成糸の線状部分と分離膜との接触面積を小さくすることで、原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極を抑制し、圧力損失を低減できる。これにより、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、膜エレメントの性能低下を効果的に抑制できる。
【００１４】
ここで、「厚み方向」とは、第１構成糸と第２構成糸との重ね方向をいう。「交点部分の平均最大厚み」とは、任意に選択された複数の交点部分における厚み方向の最大寸法の平均値であり、１０点の平均値とする。「線状部分の平均最小径」とは、各構成糸の軸方向に隣接する２つの交点部分間に位置する部分の厚み方向の最小径を、任意に選択された複数の部分で測定した値の平均値であり、１０点の平均値とする。「第１構成糸」及び「第２構成糸」は、これらの構成糸の線状部分の上記平均最小径が小さいほうが「第１構成糸」、上記平均最小径が大きいほうが「第２構成糸」として定義される。なお、２つの構成糸の平均最小径が同じである場合には、「第１構成糸」及び「第２構成糸」は任意に定義される。
【００１５】
上記第１構成糸と上記第２構成糸とが上記交差部分で融和されているとよい。このように第１構成糸と第２構成糸とが融和されていることで、交差部分の強度を高めることができる。
【００１６】
ここで、「融和」とは、第１構成糸と第２構成糸とが溶融して一体化した結果、第１構成糸と第２構成糸とを区別できる明確な界面が存在しない状態をいう。
【００１７】
上記線状部分の平均最小径としては上記交差部分の平均最大厚みの１０％以上７０％以下が好ましい。このように線状部分の平均最小径を交差部分の平均最大厚みに対して上記範囲とすることで、上記線状部分の強度を確保しつつ線状部分と分離膜との間の隙間をより適切に確保できるため原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００１８】
上記線状部分の平均最小径としては０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が好ましく、上記交差部分の平均最大厚みとしては０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下が好ましい。このように線状部分の平均最小径及び交差部分の平均最大厚みを上記範囲とすることで、上記線状部分の強度を確保しつつ線状部分と分離膜との間の隙間をより適切に確保できるため原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００１９】
上記第１構成糸の線状部分が、上記第１構成糸の軸方向に延伸されているとよい。このように第１構成糸の線状部分が延伸されることで、線状部分の厚さを小さくすることができると共に第１構成糸の線状部分の軸芯を交差部分の厚み方向の中心に近づけることができる。そのため、上記線状部分を分離膜から離間させることができるため原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。その結果、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００２０】
上記第２構成糸における上記交差部分の間に位置する線状部分の平均最小径が上記交差部分の平均最大厚みよりも小さいとよい。このように第２構成糸の線状部分の平均最小径を上記交差部分の平均最大厚みよりも小さくすることで、第２構成糸の線状部分が分離膜と接触する可能性を低減し、第２構成糸の線状部分と分離膜との接触面積をより小さくすることが可能となる。そのため、原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜表面での濃度分極を抑制し、圧力損失を低減できる。これにより、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００２１】
上記分離膜が不織布であるとよい。このように分離膜が不織布であることで、当該スパイラル型分離膜エレメントを油水分離の用途にも適用することが可能となる。そのため、油水分離時における分離膜表面での濃度分極を抑制すると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００２２】
上記複数の交差部分のうちの上記第１構成糸又は上記第２構成糸の軸方向に隣接する２つの交差部分の平均中心間距離としては、２ｍｍ以上６ｍｍ以下が好ましい。このように平均中心間距離を上記範囲とすることで、分離膜間におけるメッシュスペーサの占有面積を適度に小さくできるため圧力損失を低減しつつ原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００２３】
ここで、「交差部分の平均中心間距離」とは、任意に選択された１０点の中心間距離の平均値である。この「中心間距離」における「中心」とは、厚み方向視における第１構成糸の軸芯と第２構成糸の軸芯との交点である。
【００２４】
上記第１構成糸及び上記第２構成糸としては、ポリプロピレン、ポリエチレン又は架橋ポリエチレンを主成分とするものが好ましい。このような樹脂を主成分とする構成糸は比較的安価に入手可能であると共に融点も比較的に低く加工が容易であるため、原液流路材の製造コストを抑制することが可能となる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされた別の本発明は、当該スパイラル型分離膜エレメントを備えるスパイラル型分離膜モジュールである。
【００２６】
当該スパイラル型分離膜モジュールは、当該スパイラル型分離膜エレメントを備えているため、原液供給時の原液流れの乱れを抑制できる。そのため、当該スパイラル型分離膜モジュールでは、分離膜表面での濃度分極が抑制されると共に圧力損失が低減され、膜エレメントの性能低下をより効果的に抑制できる。
【００２７】
当該スパイラル型分離膜エレメントへの上記原液の供給圧力としては１ＭＰａ以下が好ましい。このようなスパイラル型分離膜モジュールでは、原液の供給圧力が比較的に小さいため、ランニングコストを低減することができる。
【００２８】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明のスパイラル型分離膜エレメント（以下、「膜エレメント」ともいう）及びスパイラル型分離膜モジュールについて図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００２９】
〔スパイラル型分離膜モジュール〕
図１のスパイラル型分離膜モジュール１は、圧力容器２内に膜エレメント３を収容したものである。
【００３０】
＜圧力容器＞
圧力容器２は、両端が開口した円筒体２０と、この円筒体２０の開口を塞ぐ閉塞部材２１，２２を備えている。
【００３１】
（円筒体）
円筒体２０の直径及び長さとしては、膜エレメント３を適切に収容できる限りは特に制限はなく、用途等に応じて適宜選択すればよい。円筒体２０は、耐圧性の高い材料により形成することが好ましい。耐圧性の高い材料としては、例えばポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリイミド、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂等の樹脂材料、繊維強化プラスチック、ステンレス、真鍮、銅、鉄等の金属材料、セラミック材料などが挙げられる。
【００３２】
（閉塞部材）
閉塞部材２１は、ヘッダ部２３及び原液ポート２４を有している。ヘッダ部２３は、端板２１Ａ及び側壁２１Ｂにより形成されている。原液ポート２４の内部は、ヘッダ部２３に連通している。一方、閉塞部材２２は、ヘッダ部２５及び濃縮液ポート２６を有している。ヘッダ部２５は、端板２２Ａ及び側壁２２Ｂにより形成されている。濃縮液ポート２６の内部は、ヘッダ部２５に連通している。これらの閉塞部材２１，２２の材質としては、円筒体２０と同様なものが挙げられる。
【００３３】
＜膜エレメント＞
図２及び図３に示すように、膜エレメント３は、膜リーフ４、原液流路材５、集液管６及びテレスコープ防止板７Ａ，７Ｂを備えている。この膜エレメント３は、膜リーフ４の間に原液流路材５に挟み込まれるように集液管６に巻き付けられた巻回体３０の端面３１，３２にテレスコープ防止板７Ａ，７Ｂを固定したものである。
【００３４】
（膜リーフ）
膜リーフ４は、原液流路材５と共に集液管６に巻き付けられるものである。この膜リーフ４は、分離膜４０及び透過液流路材４１を有している。
【００３５】
（分離膜）
分離膜４０は、原液中の不要成分を分離するものである。この分離膜４０は、図４に示すように一対の分離膜要素４２，４３によって開口部４４が形成された三方シール袋状である。このような分離膜４０は、例えばシート状の分離膜を折り返し、折り返し縁に連続する両側縁部を接着することで袋状に形成される。分離膜４０は、一対の分離膜を重ね合せ、３つの側縁部を接着することで三方シール袋状に形成してもよい。
【００３６】
分離膜４０は、スパイラル型分離膜モジュール１の用途等に応じて、公知のものから選択すればよい。分離膜４０としては、例えば逆浸透膜、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜等が挙げられる。分離膜４０としては、不織布を使用することもできる。
【００３７】
この場合の不織布としては、樹脂繊維から形成されたウェブを機械的操作、接着剤あるいは樹脂繊維相互の熱融着によって樹脂繊維を互いに接合させ、加工させて得られる布を使用することができる。
【００３８】
樹脂繊維としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィンの繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂の繊維、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、セルロースなどが挙げられる。樹脂繊維としては、異なる２種以上の樹脂材料からなる繊維を用いてもよい。樹脂繊維の幅としては、通常、１ｍｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下、最も好ましくは０.３μｍ以下である。樹脂繊維の長さとしては、繊維幅の１０倍以上が好ましい。
【００３９】
上記不織布は、空隙率としては９０％〜９６％が好ましく、厚みとしては基礎質量３０ｇ／ｍ２において０．１０ｍｍ〜０．５０ｍｍが好ましく、引張度としては０．７〜１．３（ｋｇ／２５ｍｍ）が好ましく、伸長度としては２５％〜５０％が好ましく、空気透過度としては２３〜１３５（ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ）が好ましく、最大細孔径としては１μｍ〜３５μｍが好ましい。このような特性を有する不織布を用いることで、適切に油水分離を行うことができる。
【００４０】
ここで、「空隙率」は、体積及び密度から計算される理論値である。「空気透過度（通気度）」は、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６  Ａ法（フラジール形法）：２０１０「織物及び編物の生地試験方法」に準じて測定した値である。「最大細孔径」は、ＪＩＳ  Ｋ  ３８３２：２０１１「精密ろ過膜エレメント及びモジュールのバブルポイント試験方法」に準じて測定した値である。
【００４１】
（透過液流路材）
図５に示すように、透過液流路材４１は、分離膜４０の内部に収容されることで、分離膜要素４２，４３の間のスペーサとして機能するものである。すなわち、透過液流路材４１は、膜リーフ４において分離膜要素４２，４３の間に透過液流路を規定する。この透過液流路材４１としては、多孔質体を使用することができる。多孔質体としては、例えばトリコット等の編地が挙げられる。
【００４２】
＜原液流路材＞
原液流路材５は、膜リーフ４と共に集液管６に巻き付けたときに、２つの膜リーフ４の間に位置し、これらの膜リーフ４（分離膜要素４２，４３）の間のスペーサとして機能するものである。すなわち、原液流路材５は、膜リーフ４に積層されることで膜リーフ４（分離膜要素４２，４３）の間に原液流路を規定する。
【００４３】
図６及び図７に示すように、原液流路材５は、複数の第１構成糸５１とこれらの第１構成糸５１に交差する複数の第２構成糸５２とを有し、これらが複数の交差部分５３で一体化されている。この原液流路材５（メッシュスペーサ）は、第１構成糸５１及び第２構成糸５２において交差部分５３の間に位置する線状部分５４，５５を有している。
【００４４】
交差部分５３は、線状部分５４，５５に対して厚み方向に膨出しており、その頂点部分において膜リーフ４（分離膜要素４２，４３）に接触している。この交差部分５３は、第１構成糸５１と第２構成糸５２とが融和されることで一体化されていることが好ましい。交差部分５３が融和されていることで、交差部分５３の強度を高めることができる。
【００４５】
線状部分５４，５５は、膜リーフ４（分離膜要素４２，４３）とは接触せずに膜リーフ４（分離膜要素４２，４３）から離間している。これらの線状部分５４，５５の断面形状としては、円形、楕円形、半円形、多角形等が挙げられる。
【００４６】
上記第１構成糸５１及び第２構成糸５２の線状部分５４，５５の各平均最小径Ｔ１は、それぞれ交差部分５３の平均最大厚みＴ２よりも小さくされている。第１構成糸５１及び第２構成糸５２の線状部分５４，５５の軸芯Ｌ１，Ｌ２の交差部分５３の厚み方向の中心Ｏ１に対する厚み方向の偏倚量ｄＴは、それぞれ上記交差部分５３の平均最大厚みＴ２と上記線状部分５４，５５の平均最小径Ｔ１との差の半分以下である。上記第１構成糸５１及び第２構成糸５２のそれぞれの偏倚量ｄＴの上限としては、３０％が好ましく、１０％がより好ましい。上記偏倚量ｄＴが上記上限を超えると、線状部分５４，５５と分離膜４０との距離が小さくなり、原液供給時に原液流れに乱れが生じやすくなり、分離膜４０の表面での濃度分極や圧力損失の増大等による膜エレメント３の性能低下を十分に抑制できないおそれがある。
【００４７】
上記第１構成糸５１及び第２構成糸５２の線状部分５４，５５の平均最小径Ｔ１の下限としては、それぞれ交差部分５３の平均最大厚みＴ２の２０％が好ましく、３０％がより好ましい。一方、平均最小径Ｔ１の上限としては、それぞれ平均最大厚みＴ２の６０％が好ましく、５０％がより好ましい。上記線状部分５４，５５の各平均最小径Ｔ１が交差部分５３の平均最大厚みＴ２に対して上記下限未満であると、線状部分５４，５５の強度を十分に確保できないおそれがある。一方、上記線状部分５４，５５の各平均最小径Ｔ１が交差部分５３の平均最大厚みＴ２に対して上記上限を超えると、線状部分５４，５５と分離膜４０との距離が小さくなり、原液の乱れが生じやすくなり、分離膜４０の表面での濃度分極や圧力損失の増大等による膜エレメント３の性能低下を十分に抑制できないおそれがある。
【００４８】
膜エレメント３の性能低下を十分に抑制するためには、線状部分５４，５５の平均最小径Ｔ１及び交差部分５３の平均最大厚みＴ２は、下記の範囲とすることが好ましい。すなわち、線状部分５４，５５の平均最小径Ｔ１の下限としては、０．１ｍｍが好ましく、０．２ｍｍがより好ましい。上記平均最小径Ｔ１の上限としては、０．４ｍｍが好ましく、０．３ｍｍがより好ましい。交差部分５３の平均最大厚みＴ２の下限としては０．２ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。平均最大厚みＴ２の上限としては１．２ｍｍが好ましく、１．０ｍｍがより好ましい。
【００４９】
複数の交差部分５３のうちの第１構成糸５１又は第２構成糸５２の軸方向Ａ１，Ａ２に隣接する２つの交差部分５３の平均中心間距離Ｄの下限としては、２ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。一方、平均中心間距離Ｄの上限としては、６ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。交差部分５３の平均中心間距離Ｄが上記下限未満であると、分離膜要素４２，４３の間における交差部分５３が占める容積が大きくなって原液流れに乱れが生じやすく、圧力損失が大きくなるおそれがある。一方、交差部分５３の平均中心間距離Ｄが上記上限を超えると、原液流路材５がスペーサとして十分に機能しないおそれがある。
【００５０】
第１構成糸５１又は第２構成糸５２の線状部分５４，５５は、第１構成糸５１又は第２構成糸５２の軸方向Ａ１，Ａ２に延伸されているとよい。線状部分５４，５５が延伸されることで、各構成糸５１，５２の線状部分５４，５５の軸芯Ｌ１，Ｌ２を交差部分５３の厚み方向の中心Ｏ１に近づけることができると共に線状部分５４，５５の厚さを小さくすることができる。そのため、当該膜エレメント３によれば、線状部分５４，５５を分離膜４０から離間させることができるため原液流れの乱れを抑制し、濃度分極、圧力損失等による膜エレメント３の性能低下をより効果的に抑制できる。
【００５１】
第１構成糸５１及び第２構成糸５２としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン又は架橋ポリエチレンを主成分とするものが挙げられる。このような樹脂を主成分とする構成糸は比較的安価に入手可能であると共に融点も比較的に低く加工が容易であるため、原液流路材５の材料コストを抑制することが可能となる。
【００５２】
このような原液流路材５は、例えば第１構成糸５１と第２構成糸５２とを交差状態で融着することで形成することができる。第１構成糸５１と第２構成糸５２との融着は、公知の方法、例えば押出成形機を用いて第１構成糸５１及び第２構成糸５２をこれらの構成糸５１，５２が交差するように同時に押出形成することで行うことができる。融着後は、必要に応じて、加熱により交差部分５３を融和させてもよく、また必要に応じて第１構成糸又は第２構成糸を延伸してもよい。原液流路材５はまた、第１構成糸５１及び第２構成糸５２を平織、綾織等した後に加熱することで交差部分５３を融着させてもよい。このような融着方法は、第１構成糸５１及び第２構成糸５２として低融点樹脂を主成分とするものを用いる場合に有用である。
【００５３】
（集液管）
図２及び図３に示すように、集液管６は、分離膜４０を透過した膜リーフ４の内部の透過液を集めるためのものである。この集液管６は、一端部が閉じた中空状である。集液管６には、集液管６の軸方向に列状に並ぶと共に複数の貫通孔６０からなる貫通孔群が形成されている。膜リーフ４は、分離膜４０の開口部４４が貫通孔群に位置合わせされた状態で集液管６に固定され、開口部４４と貫通孔６０とが連通している。そのため、貫通孔群の貫通孔６０には、分離膜４０を透過した透過液のみが供給される。
【００５４】
（テレスコープ防止板）
図１及び図２に示すように、テレスコープ防止板７Ａ，７Ｂは、スポーク型として構成されたものである。このテレスコープ防止板７Ａ，７Ｂは、内周環部７０Ａ，７０Ｂ、外周環部７１Ａ，７１Ｂ、及びスポーク部７２Ａ，７２Ｂを備えている。内周環部７０Ａ，７０Ｂは、集液管６が嵌合される部分である。外周環部７１Ａ，７１Ｂの外周面には、溝７３Ａ，７３Ｂが設けられる。この溝７３Ａ，７３Ｂは、ブラインシール７４Ａ，７４Ｂが嵌め込まれる部分である。ブラインシール７４Ａ，７４Ｂは、円筒体２０と膜エレメント３との隙間に原液が流入することを防ぐためのものである。スポーク部７２Ａ，７２Ｂは、内周環部７０Ａ，７０Ｂと外周環部７１Ａ，７１Ｂとを繋ぐものである。内周環部７０Ａ，７０Ｂ、外周環部７１Ａ，７１Ｂ及びスポーク部７２Ａ，７２Ｂによって囲まれる空間は、原液の通過を許容するものである。
【００５５】
テレスコープ防止板７Ａ，７Ｂの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、超高分子量ポリエチレン、ポリアセタール、ポリイミド、硬質ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルケトン等の樹脂材料、ステンレススチール等の金属材料などが挙げられる。
【００５６】
＜原液の分離方法＞
次に、当該スパイラル型分離膜モジュール１による原液の分離方法を説明する。なお、図１における矢印は、液体の移動方向を示している。
【００５７】
図１に示すように、当該スパイラル型分離膜モジュール１には、原液ポート２４から原液Ａが供給される。当該スパイラル型分離膜モジュール１への原液供給圧力は、膜リーフ４の分離膜４０の種類に応じて決定すればよい。例えば、分離膜４０として不織布等の油水分離膜を使用する場合には、原液供給圧力としては１ＭＰａ以下が好ましい。
【００５８】
原液ポート２４から供給された原液Ａは、閉塞部材２１のヘッダ部２３及びテレスコープ防止板７Ａを通過し、巻回体３０の端面３１から巻回体３０に供給される。巻回体３０に供給された原液Ａは、原液流路材５によって膜リーフ４（分離膜要素４２，４３）の間に規定される原液流路を巻回体３０の端面３２に向けて移動する。
【００５９】
原液流路を移動する原液Ａは、その移動過程において分離膜４０により分離される。分離膜４０を透過した透過液Ｂは、分離膜４０（膜エレメント３）の内部に移動する。分離膜４０の内部の透過液Ｂは、透過液流路材４１によって規定される透過液流路に移動し、貫通孔６０を通過して集液管６の内部に移動する。集液管６の透過液Ｂは、集液管６の内部を移動して集液管６の端部から回収される。
【００６０】
一方、分離膜４０を透過しなかった原液Ａは、膜エレメント３の端面３２から排出され、最終的にテレスコープ防止板７Ｂ及び閉塞部材２２のヘッダ部２５を通過して濃縮液ポート２６を介して当該スパイラル型分離膜モジュール１の外部に濃縮液Ｃとして排出される。
【００６１】
＜利点＞
当該膜エレメント３によれば、原液流路材（メッシュスペーサ）５の第１構成糸５１と第２構成糸５２とが交差部分５３で一体化され、隣接する交差部分５３の間の線状部分５４，５５の平均最小径Ｔ１が交差部分５３の平均最大厚みＴ２よりも小さく、厚み方向における第１構成糸５１及び第２構成糸５２の線状部分５４，５５の軸芯Ｌ１，Ｌ２の交差部分５３の中心に対する偏倚量ｄＴが交差部分５３の平均最大厚みＴ２と線状部分５４，５５の平均最小径Ｔ１との差の半分以下とされている。そのため、原液流路材５は、交差部分５３において分離膜４０に接触し、第１構成糸５１及び第２構成糸５２の線状部分５４，５５が分離膜４０とは接触しない構成とすることが可能となる。そのため、第１構成糸５１及び第２構成糸５２の線状部分５４，５５と分離膜４０との接触面積を小さくすることで、原液供給時の原液流れの乱れに起因する分離膜４０の表面での濃度分極を抑制し、圧力損失を低減できる。これにより、当該スパイラル型分離膜モジュール１では、性能低下を効果的に抑制できる。
【００６２】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述の実施の形態には限定されず、種々に変更可能である。
【００６３】
例えば、集液管６に巻き付けられる膜リーフ４の数は、図３に示すような４つには限定されず、４つ以外であってよく、もちろん１つであってよい。
【００６４】
膜リーフ４及び原液流路材５は、集液管６の一箇所に巻き付ける場合に限定されず、集液管６の軸方向に並ぶように複数箇所に巻き付けてもよい。
【００６５】
上記実施の形態では、原液流路材５が一方の構成糸５１（５２）が集液管６の周方向に沿い、他方の構成糸５２（５１）が集液管６の軸方向に沿うように集液管６に巻き付けられていたが、第１構成糸及び第２構成糸のそれぞれが集液管６の周方向及び軸方向の双方に斜めに交差するように原液流路材５を集液管６に巻き付けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明によれば、原液供給時の原液流れの乱れを抑制することで、分離膜表面での濃度分極を抑制できると共に圧力損失を低減できる。従って、本発明により提供されるスパイラル型分離膜エレメント及びスパイラル型分離膜モジュールでは、膜エレメントの性能低下が効果的に抑制される。
【符号の説明】
【００６７】
１  スパイラル型分離膜モジュール
２  圧力容器
２０  円筒体
２１，２２  閉塞部材
２１Ａ，２２Ａ  端板
２１Ｂ，２２Ｂ  側壁
２３，２５  ヘッダ部
２４  原液ポート
２６  濃縮液ポート
３  膜エレメント
３０  巻回体
３１，３２  端面
４  膜リーフ
４０  分離膜
４１  透過液流路材
４２，４３  分離膜要素
４４  開口部
５  原液流路材
５１  第１構成糸
５２  第２構成糸
５３  交差部分
５４，５５  線状部分
６  集液管
６０  貫通孔
７Ａ，７Ｂ  テレスコープ防止板
７０Ａ，７０Ｂ  内周環部
７１Ａ，７１Ｂ  外周環部
７２Ａ，７２Ｂ  スポーク部
７３Ａ，７３Ｂ  溝
７４Ａ，７４Ｂ  ブラインシール
８  メッシュスペーサ
８０  縦糸
８１  横糸
８２  交差部
９０，９１  分離膜
Ａ１，Ａ２  構成糸の軸方向
Ｔ１  線状部分の平均最小径
Ｔ２  交差部分の平均最大厚み
Ｌ１，Ｌ２  線状部分の軸芯
Ｏ１  交差部分の厚み方向の中心
ｄＴ  偏倚量
Ｄ  交差部分の平均中心間距離
【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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【図８】
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【図９】
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