(57)【要約】【課題】海水淡水化などの高い運転圧力で使用されるスパイラル型液体分離素子において、アダプタおよびコネクタを装着するときＯリングのねじれの問題を解決し、コネクタおよびアダプタの装着性および耐久性を向上させ、高い造水効率で海水淡水化などの運転を行うことができるスパイラル型液体分離素子を提供すること。【解決手段】有孔の集水管の周りに、分離膜、原液流路材、および透過液流路材をスパイラル状に巻回してなるスパイラル型流体分離素子において、集水管の少なくとも片側の端部の内周面に、集水管の軸方向の外側に向かって集水管の厚みが薄くなっていくテーパ部を有するスパイラル型流体分離素子とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有孔の集水管の周りに、分離膜、原液流路材、および透過液流路材をスパイラル状に巻回してなるスパイラル型流体分離素子において、前記集水管の少なくとも片側の端部の内周面に、前記集水管の軸方向の外側に向かって前記集水管の厚みが薄くなっていくテーパ部を有することを特徴とするスパイラル型流体分離素子。
【請求項２】
前記テーパ部が１０度以上４５度以下の範囲である請求項１に記載のスパイラル型流体分離素子。
【請求項３】
前記テーパ部に１箇所以上の切り欠き部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスパイラル型流体分離素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜を用いたスパイラル型液体分離素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、海水淡水化や半導体分野における超純水用途、さらには、一般かん水用途や有機物分離、排水再利用などを始めとする膜の透過液を利用する様々な流体分離分野において、分離膜を用いた流体分離素子の使用が急速に増加してきている。
【０００３】
スパイラル型液体分離素子は、特許文献１に例示されるように、基本的には有孔の集水管とそれを取り巻く逆浸透膜、透過液流路材、原液流路材の各部材から構成されている。通常、このような構成の液体分離素子は、逆浸透膜の間に原液流路材を挟んで逆浸透膜ユニットとし、このユニットと透過液流路材とを交互に積層して、接着剤により結合し、一辺が透過液流路となるように封筒状にしてから集水管回りに巻囲することにより製造されている。ここで、スパイラル型液体分離素子の分離性能は、逆浸透膜に欠陥がないことはもちろんであるが、透過液流路材に塗布した接着剤による接着性にも左右され、この接着性は接着剤の接着幅や接着剤粘度等に左右される。このスパイラル型流体分離素子の代表的な形態の部分分解斜視図を図１に示す。
【０００４】
このスパイラル型流体分離素子において、原液６は、流体分離素子の一方の端面から供給され、第１の分離膜３および第２の分離膜４で分離処理される。分離膜３、４を透過した透過液は透過液流路材１０を伝って流れ（矢印１３）、集水管２で集められ透過液１４として取り出される。分離膜３、４を透過しなかった原液は、原液流路材１１を伝って流れ（矢印７）、流体分離素子の他方の端面から濃縮液１２として排出される。
【０００５】
このスパイラル型流体分離素子は、圧力容器に装填され、アダプタによって圧力容器の蓋に連結される。また通常、圧力容器内にはスパイラル型流体分離素子が１〜８本程度装填され、複数本の装填する場合は、圧力容器内のスパイラル型流体分離素子の集水管をコネクタで連結することにより、各スパイラル型流体分離素子で分離された透過液を原液および濃縮液の流入を分離させたまま、圧力容器外に透過液を取り出す。
【０００６】
これらのアダプタおよびコネクタはシール構造を有しており、通常Ｏリングでシールされる。しかし、海水淡水化など運転圧力が高い場合には、原液あるいは濃縮液側が透過液側に漏れ込んでしまうため、これらのＯリングとアダプタ・コネクタの外径とおよび集水管内径との差を非常に小さく設定する必要がある。このため、アダプタおよびコネクタを装着するときに、Ｏリングがねじれ切れてしまうという問題が発生する。
【０００７】
このため、Ｏリングを２重化する方法もあるが、これでは根本的にねじれを解消できないため、一定の間隔でＯリングを交換する必要がある。また、Ｏリングを太くすることでねじれの影響を少なくするという方法も考えられるが、Ｏリングが太くなることにより、コネクタにおけるＯリング溝部分が薄くなるため、コネクタの耐久性がなくなり、破壊されるという問題が起こる。また、コネクタの内径を太くすることでかかる問題は解決することができるが、その場合内径が小さくなるため、透過液の圧力損失が増大し、造水効率が悪くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１―２０７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、海水淡水化などの高い運転圧力で使用されるスパイラル型液体分離素子において、アダプタおよびコネクタを装着するときＯリングのねじれの問題を解決し、コネクタおよびアダプタの装着性および耐久性を向上させ、高い造水効率で海水淡水化などの運転を行うことができるスパイラル型液体分離素子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】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は次の（１）〜（３）の実施態様に関する。
【００１１】
（１）有孔の集水管の周りに、分離膜、原液流路材、および透過液流路材をスパイラル状に巻回してなるスパイラル型流体分離素子において、前記集水管の少なくとも片側の端部の内周面に、前記集水管の軸方向の外側に向かって前記集水管の厚みが薄くなっていくテーパ部を有することを特徴とするスパイラル型流体分離素子。
【００１２】
（２）前記テーパ部が１０度以上４５度以下の範囲である前記（１）に記載のスパイラル型流体分離素子。
【００１３】
（３）前記テーパ部に１箇所以上の切り欠き部を有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載のスパイラル型流体分離素子。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アダプタおよびコネクタを装着するときＯリングのねじれの問題を解決し、コネクタおよびアダプタの装着性および耐久性を向上させ、高い造水効率で海水淡水化などの運転を行うことができるスパイラル型液体分離素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のスパイラル型流体分離素子の一例を示す部分分解斜視図である。
【図２】本発明のスパイラル型流体分離素子に係る集水管のテーパ部を示す部分断面図である。
【図３】本発明のスパイラル型流体分離素子に係る集水管およびコネクタの装着の様子を示す部分断面図である。
【図４】本発明のスパイラル型流体分離素子に係る集水管を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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が、本発明はこれら図面に示す実施態様に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明のスパイラル型流体分離素子の一例を示す部分分解した斜視図である。代表的なスパイラル型流体分離素子は、図１に示すように、分離膜３、４、原液流路材１１、および透過液流路材１０が積層状態で、有孔の集水管２の周囲にスパイラル状に巻回され、その分離膜巻回体の両端にテレスコープ防止板９が設置されている。分離膜３、４は端部が接着剤により封止されて、供給流体と透過流体の混合を防止している。
【００１８】
分離膜３、４は平膜状の分離膜であって、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。原液流路材１１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。透過液流路材１０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。特に、トリコットや丸編みなどの繊維状の編み物を用いても良い。また、編み物はその原糸を融着して原液にかかる圧力に対する耐変形性強度を持たせても良い。
【００１９】
テレスコープ防止板９は、分離膜巻回体が通過する流体の圧力により筒状に変形すること（テレスコープ現象）を防止するために設置された、原液流路用の孔を有する板状物であり、外周側にはシール材を装填するための周回溝を有していることが好ましい。テレスコープ防止板９の材質は熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂などの樹脂材により構成されればよい。また、このテレスコープ防止板９は、外周環状部と内周環状部と放射状スポーク部とを有するスポーク型構造であることが好ましい。
【００２０】
中心に位置する集水管２は、管の外周面から内周面を貫通する複数の孔を有するものであり、集水管２の材質は、樹脂、金属など何れでもよいが、ノリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等のプラスチックや、ガラスファイバー繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）が通常使用される。
【００２１】
さらに、スパイラル型流体分離素子は、分離膜巻回体の外周部が外装材５により拘束されて拡径しない構造になっていることも好ましい。外装材５は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどからなるシートや、硬化性樹脂を塗ったガラス繊維あるいは樹脂繊維、炭素繊維などからなるものであり、分離膜巻回体の外周表面に、かかるシートや繊維を巻回してエレメントが拡径しないように拘束する。
【００２２】
本発明では、図２に示すように、集水管２の少なくとも片側の端部の内周面に、集水管２の軸方向の外側に向かって集水管２の厚みが薄くなっていくテーパ部１５を有することを特徴とする。集水管２がテーパ部１５を有することで、スパイラル型流体分離素子同士の連結に使用するアダプタ・コネクタの挿入性を向上させ、さらに接続時に多少の芯ずれがあったとしてもアダプタ・コネクタを挿入することが出来る。
【００２３】
また、本発明に係る集水管２においては、コネクタが挿入される部分であるシール可能部２１が長いことが接続するコネクタの形状に依存しないため好ましい。
【００２４】
ここで、本発明のスパイラル型流体分離素子に係る集水管２およびコネクタ１８の装着の様子を図３に示すが、集水管２の端部入り口の開口はＯリング１９の外径よりも大きく決定することが好ましい。また、テーパ部１５はＯリング１９のねじ切れを抑制する効果が高く、シール面、つまり集水管２の軸方向に対して平行な面にゆるやかに変化することが好ましく、急激な抵抗変化を抑える観点から４５度以下であることが好ましい。さらに、テーパ部１５の角度が小さくなるとシール面、つまり集水管２の軸方向に対して平行な面に達するまでのテーパ部１５の長さが長くなり集水管２の薄肉部分が長くなってしまう。これにより集水管２は流体分離素子の軸方向からの力を支える役目を担えず、集水管２の破壊に繋がる。そのため、テーパ部１５の角度は１０度以上であることが好ましい。テーパ部１５の角度が１０度未満であると、最終的にシール面における抵抗が急激に高くなる可能性があるためＯリング１９のネジ切れが発生する懸念が残る。また、テーパ部１５の角度が４５度を超えると、集水管２の端部の厚み薄くなり過ぎるため、集水管２の軸方向の強度が弱くなる可能性がある。
【００２５】
また、本発明のスパイラル型流体分離素子においては、図４にテーパ部１５に１箇所以上の切り欠き部１６を有することにより、切り欠き部１６を利用して簡便にスパイラル状に巻回してスパイラル型流体分離素子を製造することができ、さらに切り欠き部１６でのＯリング切れを防止できるため好ましい。
【実施例】
【００２６】
以下に具体例を挙げて本発明を説明するが、本発明のスパイラル型流体分離素子はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２７】
＜実施例１＞
集水管２として、図４に示す態様のものを使用した。具体的な寸法は、外径３８．１ｍｍ、内径２８．６ｍｍ、シール可能部２１が７６．５ｍｍ、テーパ部角度２０が２０度、切り欠き部１６（片端につき２箇所）の幅６．５ｍｍ、長さ６．５ｍｍ、曲率半径３．２５ｍｍ、集水孔１７が直径３．２ｍｍ、孔数４０個であった。分離膜として、東レ株式会社製“ＴＭ８２０−４００”に使用されている海水淡水化用逆浸透膜を使用し、原水流路材として、厚さ０．８６ｍｍのポリエチレン製ネット、透過水流路材としてはトリコット（ウェル５７）を使用して、これら一対を図１に示すような構成として２６枚重ね合わせスパイラル状に巻かれた有効膜面積４００ｆｔ２、外径８インチのスパイラル型流体分離素子を製造した。このスパイラル型流体分離素子に、図３に示すように、外径２８．５ｍｍ、内径１７ｍｍ、長さ１４６．７ｍｍでＯリング１９が片側２つあるコネクタ１８を装填したところ、スムーズに装填することができ、Ｏリング切れの発生はなかった。
【００２８】
＜比較例１＞
集水管２において、テーパ部角度２０が０度（テーパ部なし）のものを使用した以外は実施例１と同様にしてスパイラル型流体分離素子を製造し、実施例１と同様にコネクタ１８を装填したところ、装填時にＯリング１９が切れてしまい、装填ができなかった。
【符号の説明】
【００２９】
１：流体分離素子組立体
２：  集水管
３、４：  分離膜
５：  外装材
６、７：  原液の流れ
９：  テレスコープ防止板
１０：  透過液流路材
１１：  原液流路材
１２：  濃縮水の流れ
１３、１４：  透過水の流れ
１５：テーパ部
１６：切り欠き部
１７：集水孔
１８：コネクタ
１９：Ｏリング
２０：テーパ部角度
２１：シール可能部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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