(57)【要約】【課題】逆洗運転が長期にわたって行われる場合でも、外周側封止部の近傍で分離膜が破損しにくいスパイラル型膜エレメントを提供する。【解決手段】分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されて外周面が拘束された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部１１，１２が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、前記透過側流路材３を介して対向する分離膜１は、外周側端部に軸方向に沿った外周側封止部１２を有すると共に、その外周側封止部１２の内周側端１２ａより更に内周側に前記供給側流路材２の外周側端２ａを配置していることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されて外周面が拘束された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、
前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、外周側端部に軸方向に沿った外周側封止部を有すると共に、その外周側封止部の内周側端より更に内周側に前記供給側流路材の外周側端を配置していることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項２】
前記外周側封止部は、周方向全幅にわたって供給側流路材を介さずに内側の分離膜又は内側の外周側封止部と接触している請求項１に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
前記分離膜が分離活性層の裏側にて不織布で補強されたものであり、その分離活性層が前記供給側流路材の側に配置されている請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に浮遊及び溶存している成分を分離するスパイラル型膜エレメントに関し、より詳しくは、ろ過流量を回復させるための逆洗運転（透過側から分離膜にろ過水等を透過させる）に対する耐久性が高いスパイラル型膜エレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、逆浸透ろ過、限外ろ過、精密ろ過等に用いられる流体分離エレメントとして、例えば、供給側流体を分離膜表面へ導く供給側流路材、供給側流体を分離する分離膜、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中心管へと導く透過側流路材からなるユニットを有孔の中心管の周りに巻き付けたスパイラル型流体分離エレメントが知られている。
【０００３】
このようなスパイラル型膜エレメントは、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、一般的に分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと、透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するため接着剤４，６を分離膜周辺部（３辺）に塗布して分離膜ユニットＵを作製し、このユニットＵの単数または複数を中心管５の周囲にスパイラル状に巻き付て、更に分離膜周辺部を封止することによって製造される。
【０００４】
その結果、図４（ａ）の要部側面図に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の両端は両端封止部１１により封止され、スパイラル状に配置された複数の両端封止部１１の間には、供給側流路材２が介在することになる。また、図４（ｂ）の要部縦断面図に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の外周側端部は、軸方向に沿った外周側封止部１２により封止され、スパイラル状に配置された隣り合う分離膜１の間には、供給側流路材２が介在することになる。
【０００５】
上記の分離膜ユニットＵを作製する際、従来の供給側流路材２の巻き付け長さとユニットＵの巻き付け長さとの関係は、両者が同じ長さか又は供給側流路材２の長さがユニットＵの長さより若干短い程度であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このため、図４（ｂ）に示すように、外周側封止部１２の内周側端１２ａは、その内側に配置される供給側流路材２の外周側端２ａより内周側に配置されていた。また、外周側封止部１２と供給側流路材２の外周側端２ａの付近は、外装材１５により拘束されて拡径しない構造となっている。なお、本明細書では、スパイラル形状に沿った巻回の開始側を「内周側」と呼び、巻回の終端側を「外周側」と呼ぶ。
【０００７】
ところで、上記のようなスパイラル型膜エレメントでは、分離成分の堆積を除去してろ過流量を回復させるための逆洗運転が行われることがあり、これを長年行なうことにより、外周側封止部１２の内周側の分離膜１が破損するという問題があった。具体的には、分離活性層の裏側にて不織布で補強された分離膜１を使用した場合に、不織布から分離膜層が剥離することがしばしば生じた。
【特許文献１】特開平４−３２６９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、逆洗運転が長期にわたって行われる場合でも、外周側封止部の近傍で分離膜が破損しにくいスパイラル型膜エレメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、外周側封止部の近傍で分離膜が破損する原因について種々検討したところ、膜エレメントを解体して破損箇所を観察した結果から、分離膜の破損が分離膜の外側に供給側流路材が配置され、かつその供給側流路材の外側に外周側封止部が配置されている位置で生じており、分離膜と外周側封止部との間に供給側流路材が介在しないようにするという簡易な改良によって、分離膜の破損を効果的に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されて外周面が拘束された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、外周側端部に軸方向に沿った外周側封止部を有すると共に、その外周側封止部の内周側端より更に内周側に前記供給側流路材の外周側端を配置していることを特徴とする。
【００１１】
本発明のスパイラル型膜エレメントによる作用効果は次の通りである。スパイラル型膜エレメントにおいて、供給側流路材に隣接する分離膜は、逆洗運転の際に透過側流路材側からろ過水が送り込まれ、供給側に分離膜（即ち分離膜リーフ）が膨らむ。その際、供給側流路材を介して対向する分離膜が同程度に膨らむため、供給側流路材を分離膜が押し合う形となり、その膨らみは、供給流路材厚みの半分が最大となる。しかし、供給側流路材を介して外周側封止部と対向する分離膜は、逆洗の際に分離膜は膨らむが、外周側封止部は膨らまず、その位置での分離膜の膨らみは、供給流路材厚みが最大となる。このため、この位置の分離膜が他の部位より破損しやすい状態となる。従って、本発明のように、外周側封止部の内周側端より更に内周側に供給側流路材の外周側端を配置することで、外周側封止部の内側に配置される分離膜が外周側封止部によって膨らみを拘束されるため、その位置で分離膜の破損が生じにくくなる。その結果、逆洗運転が長期にわたって行われる場合でも、外周側封止部の近傍で分離膜が破損しにくいスパイラル型膜エレメントを提供することができる。
【００１２】
上記において、前記外周側封止部は、周方向全幅にわたって供給側流路材を介さずに内側の分離膜又は内側の外周側封止部と接触していることが好ましい。この場合、外周側封止部が、供給側流路材を介さずに周方向全幅にわたって分離膜の膨らみを拘束するため、上記のような分離膜の破損をより確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記分離膜が分離活性層の裏側にて不織布で補強されたものであり、その分離活性層が前記供給側流路材の側に配置されている場合に特に有効である。即ち、このような分離膜を使用する場合、特に外周側封止部の近傍で分離膜層が不織布から剥離し易いため、上記の如き作用効果を奏する本発明が、特に有効となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図である。図２は、本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す要部図であり、（ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部縦断面図を示している。
【００１５】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、図１〜図２に示すように、分離膜１、供給側流路材２、及び透過側流路材３が、積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回されて外周面が拘束された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられている。封止部には、両端封止部１１と外周側封止部１２が含まれる。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の両端は両端封止部１１により封止され、スパイラル状に配置された複数の両端封止部１１の間には、供給側流路材２が介在する。また、図２（ｂ）に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の外周側端部は、軸方向に沿った外周側封止部１２により封止され、スパイラル状に配置された隣り合う分離膜１の間には、供給側流路材２が介在する。
【００１７】
また、図２（ｂ）に示すように、外周側封止部１２の内周側端１２ａは、その内側に配置される供給側流路材２の外周側端２ａより外周側に配置されている。このとき、外周側封止部１２とその内側に配置される分離膜１との間には、供給側流路材２が介在しないため、上記の理由により、逆洗運転が長期にわたって行われる場合でも、外周側封止部１２の近傍で分離膜１を破損しにくくすることができる。このため、外周側封止部１２はその周方向全幅にわたって供給側流路材２を介さずに内側の分離膜１又は内側の外周側封止部１２と接触していることが好ましい。また、外周側封止部１２は、外装材１５により拘束されて拡径しない構造になっている。
【００１８】
上記の円筒状巻回体Ｒは、例えば図１に示す製造工程により製造することができる。図１の（ａ）は分離膜ユニットＵの平面図であり、（ｂ）は分離膜ユニットＵの正面図であり、（ｃ）は分離膜ユニットＵを積層して巻回する前の状態を示す正面図である。
【００１９】
まず、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと透過側流路材３とを積み重ね、供給流体と透過流体の混合を防ぐ封止部１１，１２を形成するための接着剤４，６又は接着性シートなどを、透過側流路材３の軸方向両端部及び巻回終端部に塗布又は配置した分離膜ユニットＵを準備する。このとき、分離膜１の折り目部分に保護テープを貼り付けてもよい。
【００２０】
本発明において、外周側封止部１２の内周側端１２ａを、その内側に配置される供給側流路材２の外周側端２ａより外周側に配置するには、上記のような分離膜ユニットＵを作製する際に、供給側流路材２（巻回終端部の位置）の長さを短くするだけでよい。即ち、供給側流路材２の巻回終端部の位置を、その上面に配置される分離膜１に形成される外周側封止部１２の内周側端１２ａより巻回開始側に配置する。具体的には、例えば８インチのスパイラルエレメントでは、外周側封止部１２の内周側端１２ａより１００〜１２０ｍｍだけ巻回開始側に供給側流路材２の巻回終端を配置するのが好ましい。このとき、
内側への長さ＝周方向の封止部の長さ＋（エレメントの外周長／積層リーフ数）
で計算することができる。
【００２１】
あるいは、外周側封止部１２の内周側端１２ａより分離膜ユニットＵの積載ピッチ分だけ巻回開始側に供給側流路材２の巻回終端を配置するのが好ましい。なお、外周側封止部１２の周方向幅は、シール性と有効膜面積を考慮して適宜決定することができる。
【００２２】
本実施形態では、供給側流路材２を挟みこむように二つ折りにした分離膜１の上に、透過側流路材３を重ねて、接着剤４，６を塗布する例で説明したが、透過側流路材３の上に二つ折りにした分離膜１を重ねその上に接着剤４，６を塗布することも可能である。また、二つ折りにした分離膜１の代わりに、２枚の分離膜１を用いて供給側流路材２を挟み、巻回開始側にも封止部を設けるようにしてもよい。
【００２３】
分離膜１には、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜などが使用できる。本発明は、分離膜１が分離活性層の裏側にて不織布で補強されたものである場合に特に有効である。具体的には、不織布を基材としてその表面に各種ポリマーの製膜溶液を塗布して相分離法などにより形成された、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜などが挙げられる。このような分離膜１は、一般に、その分離活性層が供給側流路材２の側に配置される。
【００２４】
供給側流路材２には、ネット状材料（ラダー状、菱目状を含む）、コルゲート板等が使用できるが、本発明では、供給側流路材２がラダータイプのネット状流路材である場合に、外周側封止部１２の近傍における分離膜１の破損を特に有効に防止することができる。透過側流路材３にはネット状、編み物状材料等が使用できる。
【００２５】
接着剤４，６としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知のいずれの接着剤も使用することができる。また、封止部１１，１２は、接着剤で形成する他、ホットメルト接着剤、熱融着型粘着テープ、熱融着性シートなどを用いて形成することも可能である。
【００２６】
本発明では、分離膜１の接着剤塗布部分の多孔層空隙をあらかじめ封止することで水平方向の流れを阻止して、封止部１１，１２のシール性を高めることが可能である。本発明による多孔層空隙をあらかじめ封止する方法としては、接着剤を多孔層に充填する、圧力により多孔層をつぶす、熱により多孔層を溶融させるなどの方法がある。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、この分離膜ユニットＵの複数を積層し、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回した後、接着剤４，６などを熱により硬化等させることで、円筒状巻回体Ｒを得る。その際、中心管５の周囲部の封止を同時に行ってもよい。円筒状巻回体Ｒは、軸方向長さを調整するために、必要に応じて両端部がトリミング等される。
【００２８】
分離膜ユニットＵを積層する際の数量は、必要とされる透過流量に応じて決まるものであり、２層以上であればよいが、操作性を考慮すると５０層程度が上限である。
【００２９】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、外装材１５により拘束されて拡径しない構造になっているが、外装材１５は、円筒状巻回体Ｒの表面に単数又は複数のシートを巻回することができる。外装材１５としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ガラス繊維布等が使用できる。
【００３０】
本発明のスパイラル膜エレメントには、更に変形（テレスコープ等）を防止するための有孔の端部材や、シール材、補強材などを必要に応じて設けることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３２】
実施例１
図１〜図２に示すように、本発明で用いる供給側流路材として、縦糸径０．６ｍｍ、縦糸径と横糸径の比が２：１、供給側流路材厚み０．７１ｍｍ、縦糸間隔が４ｍｍで、縦糸間隔と横糸間隔の比が１：１、縦糸と横糸の交差角度５０℃のポリプロピレン製ネットを供給液の流れ方向９８０ｍｍ、供給液流れ方向に垂直な方向を分離膜より１００ｍｍ短い６１０ｍｍにカットして、直径２００ｍｍ長さ１ｍのスパイラル型分離膜エレメントを製作し、ろ過運転と逆洗運転を交互に１０秒ずつを１サイクルとして２０００サイクル運転を行なった。ろ過運転の供給圧力は０．１５ＭＰａ、逆洗圧力は０．２ＭＰａで行なった。スパイラル型分離膜エレメントを解体したところ、接着樹脂（外周側封止部）と隣り合う位置で分離膜の膜剥離は存在しなかった。
【００３３】
なお、分離膜としては、不織布で補強したタイプのＵＦ膜を使用し、外装材はＦＲＰ、中心管の外径３２ｍｍ、封止部の幅６０ｍｍ、ユニット積層数２８とした（比較例１〜２も同様）。
【００３４】
比較例１
図３〜図４に示すように、縦糸径０．６ｍｍ、縦糸径と横糸径の比が２：１、供給側流路材厚み０．７１ｍｍ、縦糸間隔が４ｍｍで、縦糸間隔と横糸間隔の比が１：１、縦糸と横糸の交差角度５０℃のポリプロピレン製ネットを供給液の流れ方向９８０ｍｍ、供給液流れ方向に垂直な方向を分離膜より１５ｍｍ短い７１０ｍｍにカットして、直径２００ｍｍ長さ１ｍのスパイラル型分離膜エレメントを製作し、ろ過運転と逆洗運転を交互に１０秒ずつを１サイクルとして２０００サイクル運転を行なった。ろ過運転の供給圧力は０．１５ＭＰａ、逆洗圧力は０．２ＭＰａで行なった。スパイラル型分離膜エレメントを解体したところ、接着樹脂（外周側封止部）と隣り合う位置で分離膜の膜剥離が１リーフあたり、１００から２００個確認された。
【００３５】
比較例２
図３〜図４に示すように、縦糸径０．６ｍｍ、縦糸径と横糸径の比が２：１、供給側流路材厚み０．７１ｍｍ、縦糸間隔が４ｍｍで、縦糸間隔と横糸間隔の比が１：１、縦糸と横糸の交差角度５０℃のポリプロピレン製ネットを供給液の流れ方向９８０ｍｍ、供給液流れ方向に垂直な方向を分離膜より１５ｍｍ短い４８５ｍｍにカットして、直径１００ｍｍ長さ１ｍのスパイラル型分離膜エレメントを製作し、ろ過圧力０．２ＭＰａ、逆洗圧力０．２ＭＰａで、水道水を供給水として運転を行なった。ろ過時間４０分、逆洗時間１分で半年間運転を行なった後、スパイラル型分離膜エレメントを解体したところ、接着樹脂（外周側封止部）と隣り合う位置で分離膜の膜剥離が１リーフあたり、平均１００個程確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図２】本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す要部図
【図３】従来のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図４】従来のスパイラル型膜エレメントの一例の要部図
【符号の説明】
【００３７】
１          分離膜
２          供給側流路材
２ａ        供給側流路材の外周側端
３          透過側流路材
５          中心管
１２          外周側封止部
１２ａ        外周側封止部の内周側端
Ｒ          円筒状巻回体
Ｕ          分離膜ユニット
【図１】
2005279365.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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