(57)【要約】【課題】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。【解決手段】供給側の面および透過側の面を有し、透過側の面同士が向かい合うように配置されることで分離膜対を形成する分離膜と、前記分離膜の前記透過側の面に対向するように設けられた透過側流路材と、を備え、前記透過側流路材は凸部と凹部を有するよう凹凸成形された多孔性シートであり、前記凹凸による高低差が０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、前記凸部の幅と高さとの積に対する、前記凸部の横断面積の比が、０．４以上０．８以下である分離膜エレメント。【選択図】図１０
2017013055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給側の面および透過側の面を有し、透過側の面同士が向かい合うように配置されることで分離膜対を形成する分離膜と、
前記分離膜の前記透過側の面に対向するように設けられた透過側流路材と、
を備え、
前記透過側流路材は凸部と凹部を有するよう凹凸成形された多孔性シートであり、
前記凹凸による高低差が０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、
前記凸部の幅と高さとの積に対する前記凸部の横断面積の比が、０．４以上０．８以下である分離膜エレメント。
【請求項２】
前記多孔性シートは密溶着部、および非溶着部を有し、
前記多孔性シートの凸部表面における密溶着部の占める割合が８０％以上１００以下であり、
凹部表面における非溶着部の占める割合が３０％以上８５％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】
前記多孔性シートの凸部側面における非溶着部の占める割合が２０％以上９０％である請求項１または２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、液体、気体等の流体に含まれる成分を分離するために使用される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及び分離性能によって使い分けられている。
【０００３】
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原水を供給し、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。
【０００４】
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、中心管と、中心管の周囲に巻き付けられた積層体とを備える。積層体は、原水（つまり被処理水）を分離膜表面へ供給する供給側流路材、原水に含まれる成分を分離する分離膜、及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中心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、原水に圧力を付与することができるので、透過流体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。
【０００５】
スパイラル型分離膜エレメントでは、一般的に、供給側流体の流路を形成させるために、供給側流路材として、主に高分子製のネットが使用される。また、分離膜として、積層型の分離膜が用いられる。積層型の分離膜は、供給側から透過側に積層された、ポリアミドなどの架橋高分子からなる分離機能層、ポリスルホンなどの高分子からなる多孔性樹脂層（多孔性支持層）、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子からなる不織布の基材を備えている。また、透過側流路材としては、分離膜の落ち込みを防き、かつ透過側の流路を形成させる目的で、供給側流路材よりも間隔の細かいトリコットと呼ばれる編み物部材が使用される。
【０００６】
近年、造水コストの低減への要求の高まりから、分離膜エレメントの高性能化が求められている。例えば、分離膜エレメントの分離性能の向上、および単位時間あたりの透過流体量の増大のために、各流路部材等の分離膜エレメント部材の性能向上が提案されている。
【０００７】
具体的には、特許文献１では、透過側流路材として、凹凸賦形された多孔性シートを備える分離膜エレメントが提案されている。特許文献２では、分離膜上に配置されたベーンと称されるエラストマーから構成される流路材によって、ネットなどの供給側流路材やトリコットなどの透過側流路材を必要としない分離膜エレメントが提案されている。また、特許文献３では、糸を不織布上に配置した流路材を備えた分離膜エレメントが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２４７４５３号公報
【特許文献２】特表２０１２−５１８５３８号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２−０２６１３３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記した分離膜エレメントは、分離性能、特に長期間にわたり運転を行った際の安定性能の点では、十分とは言えない。
【００１０】
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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によれば、供給側の面および透過側の面を有し、透過側の面同士が向かい合うように配置されることで分離膜対を形成する分離膜と、前記分離膜の前記透過側の面に対向するように設けられた透過側流路材と、を備え、前記透過側流路材は凸部と凹部を有するよう凹凸成形された多孔性シートであり、前記凹凸による高低差が０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、前記凸部の幅と高さとの積に対する、前記凸部の横断面積の比が、０．４以上０．８以下である分離膜エレメントである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、高効率かつ安定した透過側流路を形成することができ、分離成分の除去性能と高い透過性能を有する高性能、高効率の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】
【００１３】
【図１】膜リーフの一形態を示す概略構成図である。
【図２】多孔性シートの長さ方向（第２方向）において連続的に設けられた凸部を備える透過側流路材を示す平面図である。
【図３】多孔性シートの長さ方向（第２方向）において不連続的に設けられた凸部を備える透過側流路材を示す平面図である。
【図４】図２および図３の分離膜の断面図である。
【図５】分離膜エレメントの一形態を示す展開斜視図である。
【図６】分離膜の概略構成を示す断面図である。
【図７】分離膜エレメントの第１形態を示す一部展開斜視図である。
【図８】分離膜エレメントの第２形態を示す一部展開斜視図である。
【図９】分離膜エレメントの第３形態を示す一部展開斜視図である。
【図１０】透過側流路材を膜リーフに配置する方法の一例を示す図である。
【図１１】透過側流路材における凸部の横断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の一形態について、詳細に説明する。
【００１５】
〔１．分離膜〕
（１−１）分離膜の概要
分離膜とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得ることができる膜である。分離膜は流路を形成するようにエンボス加工や樹脂などを配置されたものも含むことができる。また、分離膜は、流路を形成できず分離機能のみを発現するものであってもよい。
【００１６】
このような分離膜の例として、本発明の分離膜の実施形態の一例を含む膜リーフの分解斜視図を図１に示す。図１において、膜リーフ４は、複数の分離膜２ａ、２ｂを含む。分離膜２ａは供給側の面２１ａと透過側の面２２ａを有し、分離膜２ｂは供給側の面２１ｂと透過側の面２２ｂを有している。重ねられた２枚の分離膜２ａ、２ｂは、一方の分離膜２ａの供給側の面２１ａと、他方の分離膜２ｂの供給側の面２１ｂとが対向するように配置される。また、さらにその上に重ねられた他の分離膜２ｃは、その分離膜の透過側の面２２ｃが、その下の分離膜２ｂの透過側の面２２ｂに対向するように配置される。２１ｃは分離膜２ｃの供給側の面である。本書において、分離膜の「供給側の面」とは、分離膜の２つの面のうち、原水が供給される側の表面を意味する。「透過側の面」とは、その逆側で、分離膜を透過した透過流体が排出される側の表面を意味する。後述するように分離膜２が、図６に示すように、基材２０１、多孔性支持層２０２及び分離機能層２０３を備える場合は、一般的に、分離機能層２０３側の面が供給側の面２１であり、基材２０１側の面が透過側の面２２である。
【００１７】
図６において、分離膜２は、基材２０１、多孔性支持層２０２および分離機能層２０３の積層体として記載されている。上述した通り、分離機能層２０３の外に開放された面が供給側の面２１、基材２０１の外に開放された面が透過側の面２２である。
【００１８】
図１、図２、図３、図４、図５にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向軸を示す。ｘ軸を第１方向、ｙ軸を第２方向と称することがある。図１に示すように、分離膜２は長方形であり、第１方向および第２方向は、分離膜２の外縁に平行である。第１方向を幅方向と称し、第２方向を長さ方向と称することがある。また図１中、第１方向（幅方向）をＣＤの矢印で表わし、第２方向（長さ方向）をＭＤの矢印で表わす。
【００１９】
（１−２）分離膜
＜概要＞
分離膜としては、使用方法、目的等に応じた分離性能を有する膜が用いられる。分離膜は、単一層によって形成されていてもよいし、分離機能層と基材とを備える複合膜であってもよい。また、図６に示すように、複合膜においては、分離機能層２０３と基材２０１との間に、多孔性支持層２０２が形成されていてもよい。
【００２０】
＜分離機能層＞
分離機能層の厚みは具体的な数値に限定されないが、分離性能と透過性能の点で５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。特に逆浸透膜、正浸透膜、ナノろ過膜では５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
分離機能層の厚みは、通常の分離膜の膜厚測定法に準ずることができる。例えば、分離膜を樹脂により包埋し、それを切断することで超薄切片を作製し、得られた切片に染色などの処理を行う。その後、透過型電子顕微鏡により観察することで、厚みの測定が可能である。また、分離機能層がひだ構造を有する場合、多孔性支持層より上に位置するひだ構造の断面長さ方向に５０ｎｍ間隔で測定し、ひだの数を２０個測定し、その平均から求めることができる。
【００２２】
分離機能層は、分離機能および支持機能の両方を有する層であってもよいし、分離機能のみを備えていてもよい。なお、「分離機能層」とは、少なくとも分離機能を備える層を指す。
【００２３】
分離機能層が分離機能および支持機能の両方を有する場合、分離機能層としては、セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、またはポリスルホンを主成分として含有する層が好ましく適用される。
【００２４】
なお、本明細書において、「ＸがＹを主成分として含有する」とは、ＸにおけるＹの含有率が、５０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、又は９５質量％以上である場合を意味する。また、Ｙに該当する複数の成分が存在する場合は、それら複数の成分の合計量が、上述の範囲を満たせばよい。
【００２５】
一方、多孔性支持層で支持される分離機能層としては、孔径制御が容易であり、かつ耐久性に優れるという点で架橋高分子が好ましく使用される。特に、原水中の成分の分離性能に優れるという点で、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなるポリアミド分離機能層、有機無機ハイブリッド機能層などが好適に用いられる。これらの分離機能層は、多孔性支持層上でモノマーを重縮合することによって形成可能である。
【００２６】
例えば、分離機能層は、ポリアミドを主成分として含有することができる。このような膜は、公知の方法により、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを界面重縮合することで形成される。例えば、多孔性支持層に多官能アミン水溶液を塗布し、余分なアミン水溶液をエアーナイフなどで除去し、その後、多官能酸ハロゲン化物を含有する有機溶媒溶液を塗布することで、ポリアミド分離機能層が得られる。
【００２７】
また、分離機能層は、Ｓｉ元素などを有する有機−無機ハイブリッド構造を有してもよい。有機−無機ハイブリッド構造を有する分離機能層は、例えば、以下の化合物（Ａ）、（Ｂ）を含有することができる：
（Ａ）エチレン性不飽和基を有する反応性基および加水分解性基がケイ素原子に直接結合したケイ素化合物、ならびに
（Ｂ）前記化合物（Ａ）以外の化合物であってエチレン性不飽和基を有する化合物。
【００２８】
具体的には、分離機能層は、化合物（Ａ）の加水分解性基の縮合物ならびに化合物（Ａ）および／または（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合物を含有してもよい。すなわち、分離機能層は、
・化合物（Ａ）のみが縮合および／または重合することで形成された重合物、
・化合物（Ｂ）のみが重合して形成された重合物、並びに
・化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合物
のうちの少なくとも１種の重合物を含有することができる。なお、重合物には縮合物が含まれる。また、化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）との共重合物中で、化合物（Ａ）は加水分解性基を介して縮合していてもよい。
【００２９】
ハイブリッド構造は、公知の方法で形成可能である。ハイブリッド構造の形成方法の一例は次のとおりである。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）を含有する反応液を多孔性支持層に塗布する。余分な反応液を除去した後、加水分解性基を縮合させるためには、加熱処理すればよい。化合物（Ａ）および化合物（Ｂ）のエチレン性不飽和基の重合方法としては、熱処理、電磁波照射、電子線照射、プラズマ照射を行えばよい。重合速度を速める目的で分離機能層形成の際に重合開始剤、重合促進剤等を添加することができる。
【００３０】
なお、いずれの分離機能層についても、使用前に、例えばアルコール含有水溶液、アルカリ水溶液によって膜の表面を親水化させてもよい。
【００３１】
＜多孔性支持層＞
多孔性支持層は、分離機能層を支持する層であり、多孔性樹脂層とも言い換えられる。
【００３２】
多孔性支持層に使用される材料やその形状は特に限定されないが、例えば、多孔性樹脂によって基板上に形成されてもよい。多孔性支持層としては、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂あるいはそれらを混合、積層したものが使用され、化学的、機械的、熱的に安定性が高く、孔径が制御しやすいポリスルホンを使用することが好ましい。
【００３３】
多孔性支持層は、分離膜に機械的強度を与え、かつイオン等の分子サイズの小さな成分に対して分離機能層のような分離性能を有さない。多孔性支持層の有する孔のサイズおよび孔の分布は特に限定されないが、例えば、多孔性支持層は、均一で微細な孔を有してもよいし、あるいは分離機能層が形成される側の表面からもう一方の面（基材側）にかけて径が徐々に大きくなるような孔径の分布を有してもよい。また、いずれの場合でも、分離機能層が形成される側の表面で原子間力顕微鏡または電子顕微鏡などを用いて測定された細孔の投影面積円相当径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。特に界面重合反応性および分離機能層の保持性の点で、多孔性支持層において分離機能層が形成される側の表面における孔は、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下の投影面積円相当径を有することが好ましい。
【００３４】
多孔性支持層の厚みは特に限定されないが、分離膜に強度を与えるため等の理由から、２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下である。
【００３５】
多孔性支持層の形態は、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡により観察できる。例えば走査型電子顕微鏡で観察するのであれば、基材から多孔性支持層を剥がした後、これを凍結割断法で切断して断面観察のサンプルとする。このサンプルに白金または白金−パラジウムまたは四塩化ルテニウム、好ましくは四塩化ルテニウムを薄くコーティングして３ｋＶ〜６ｋＶの加速電圧で、高分解能電界放射型走査電子顕微鏡（ＵＨＲ−ＦＥ−ＳＥＭ）で観察する。高分解能電界放射型走査電子顕微鏡は、日立製Ｓ−９００型電子顕微鏡などが使用できる。得られた電子顕微鏡写真に基づいて、多孔性支持層の膜厚、表面の投影面積円相当径を測定することができる。
【００３６】
多孔性支持層の厚みおよび孔径は、平均値であり、多孔性支持層の厚みは、断面観察で厚み方向に直交する方向に２０μｍ間隔で測定し、２０点測定の平均値である。また、孔径は、２００個の孔について測定された、各投影面積円相当径の平均値である。
【００３７】
次に、多孔性支持層の形成方法について説明する。多孔性支持層は、例えば、ポリスルホンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以降、ＤＭＦと記載）溶液を、後述する基材、例えば密に織ったポリエステル布あるいは不織布の上に一定の厚さに注型し、それを水中で湿式凝固させることによって、製造することができる。
【００３８】
多孔性支持層は、”オフィス・オブ・セイリーン・ウォーター・リサーチ・アンド・ディベロップメント・プログレス・レポート”Ｎｏ．３５９（１９６８）に記載された方法に従って形成することができる。なお、所望の形態を得るために、ポリマー濃度、溶媒の温度、貧溶媒は調整可能である。
【００３９】
例えば、所定量のポリスルホンをＤＭＦに溶解し、所定濃度のポリスルホン樹脂溶液を調製する。次いで、このポリスルホン樹脂溶液をポリエステル布あるいは不織布からなる基材上に略一定の厚さに塗布した後、一定時間空気中で表面の溶媒を除去した後、凝固液中でポリスルホンを凝固させることによって多孔性支持層を得ることができる。
【００４０】
＜基材＞
分離膜の強度、寸法安定性等の観点から、分離膜は基材を有することができる。基材としては、強度、凹凸形成能および流体透過性の点で繊維状基材を用いることが好ましい。
【００４１】
基材としては、長繊維不織布及び短繊維不織布のいずれも好ましく用いることができる。特に、長繊維不織布は、優れた製膜性を有するので、高分子重合体の溶液を流延した際に、その溶液が過浸透により裏抜けすること、多孔性支持層が剥離すること、さらには基材の毛羽立ち等により膜が不均一化すること、及びピンホール等の欠点が生じることを抑制できる。また、基材が熱可塑性連続フィラメントより構成される長繊維不織布からなることにより、短繊維不織布と比べて、高分子溶液流延時に繊維の毛羽立ちによって起きる膜の不均一化および膜欠点の発生を抑制することができる。さらに、分離膜は、連続製膜されるときに、製膜方向に対し張力がかけられるので、寸法安定性に優れる長繊維不織布を基材として用いることが好ましい。
【００４２】
長繊維不織布は、成形性、強度の点で、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維が、多孔性支持層側の表層の繊維よりも縦配向であることが好ましい。そのような構造によれば、強度を保つことで膜破れ等を防ぐ高い効果が実現されるだけでなく、分離膜に凹凸を付与する際の、多孔性支持層と基材とを含む積層体としての成形性も向上し、分離膜表面の凹凸形状が安定するので好ましい。
【００４３】
より具体的には、長繊維不織布の、多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度は、０°以上２５°以下であることが好ましく、また、多孔性支持層側表層における繊維配向度との配向度差が１０°以上９０°以下であることが好ましい。
【００４４】
分離膜の製造工程や分離膜エレメントの製造工程においては加熱する工程が含まれるが、加熱により多孔性支持層または分離機能層が収縮する現象が起きる。特に連続製膜において張力が付与されていない幅方向において、収縮は顕著である。収縮することにより、寸法安定性等に問題が生じるため、基材としては熱寸法変化率が小さいものが望まれる。不織布において多孔性支持層とは反対側の表層における繊維配向度と多孔性支持層側表層における繊維配向度との差が１０°以上９０°以下であると、熱による幅方向の変化を抑制することもでき、好ましい。
【００４５】
ここで、繊維配向度とは、多孔性支持層を構成する不織布基材の繊維の向きを示す指標である。具体的には、繊維配向度とは、連続製膜を行う際の製膜方向、つまり不織布基材の長手方向と、不織布基材を構成する繊維の長手方向との間の角度の平均値である。つまり、繊維の長手方向が製膜方向と平行であれば、繊維配向度は０°である。また、繊維の長手方向が製膜方向に直角であれば、すなわち不織布基材の幅方向に平行であれば、その繊維の配向度は９０°である。よって、繊維配向度が０°に近いほど縦配向であり、９０°に近いほど横配向であることを示す。
【００４６】
繊維配向度は以下のように測定される。まず、不織布からランダムに小片サンプル１０個を採取する。次に、そのサンプルの表面を走査型電子顕微鏡で１００〜１０００倍で撮影する。撮影像の中で、各サンプルあたり１０本の繊維を選び、不織布の長手方向を０°としたときの、繊維の長手方向の角度を測定する。ここで、不織布の長手方向とは、不織布製造時の“Ｍａｃｈｉｎｅ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ”を指す。また、不織布の長手方向は、多孔性支持層の製膜方向および図１、図５のＭＤ方向に一致する。図１、図５のＣＤ方向は、不織布製造時の“Ｃｒｏｓｓ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ”に一致する。
【００４７】
こうして、１枚の不織布あたり計１００本の繊維について、角度の測定が行われる。こうして測定された１００本の繊維について、長手方向の角度から平均値を算出する。得られた平均値の小数点以下第一位を四捨五入して得られる値が、繊維配向度である。
【００４８】
基材と多孔性支持層との厚みの合計は、３０μｍ以上３００μｍ以下の範囲内、または５０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲内にあるように、基材の厚みが選択されることが好ましい。
【００４９】
（１−３）透過側流路材
＜概要＞
透過側流路材を構成する多孔性シート３０２は、分離膜エレメントにおいて、図１０のように第２方向が巻回方向と一致するように配置されることが好ましい。つまり、図７、図８、図９の分離膜エレメントにおいて、多孔性シート３０２は、第１方向（分離膜の幅方向）が集水管６の長手方向に平行であり、第２方向（分離膜の長さ方向）が集水管６の長手方向に直交するように配置されることが好ましい。
【００５０】
また、透過側流路材を構成する多孔性シートは、分離膜の透過側の面同士を接着する領域に存在する。つまり、２枚の分離膜は、透過側流路材を構成する多孔性シートを間に挟んで接着されており、その接着部分の少なくとも一部において、分離膜間に当該多孔性シートが存在することが好ましい。図１０では、透過側流路材を構成する多孔性シート３０２の大きさと分離膜の大きさとは同一であるが、実際には、多孔性シートの方が大きくても良いし、分離膜の方が大きくてもよい。分離膜の方が大きい場合は、多孔性シートが壁となるため接着剤の広がりを抑制することができる。
【００５１】
（多孔性シート）
多孔性シートとしては、取り扱い性の観点から不織布が好ましい。本発明の多孔性シート密溶着部、粗溶着部および非溶着部が存在し、後述するようにそれぞれの領域の面積が不織布の面積に占める割合を、密溶着率、粗溶着率、非溶着率とよぶ。
【００５２】
多孔性シートは分離膜に挟みこまれるように配置される。すわなち、多孔性シートの凹凸は、凸部および凹のいずれにおいても分離膜と接触する。本願では凸部は分離膜と接触する片側の凹凸を呼び、もう片側の凹凸を凹部とよぶ。
【００５３】
密溶着率とは、不織布の面積に対する、密溶着部が占める面積の比率である。
【００５４】
密溶着部とは複数の繊維が熱融着された領域であり、密溶着部の大きさは不織布を構成する繊維径と異なる。例えば不織布の表面を電子顕微鏡などで観察し、不織布を構成する繊維の平均径よりも大きい幅を有する部分が溶着部となり、平均繊維径の１．８倍未満であれば粗溶着部、１．８倍以上が密溶着部となる。なお、平均繊維径とは、不織布を構成し、他の繊維と溶着していない任意の繊維５０本について測定した直径の平均値のことである。
【００５５】
密溶着部における長径に対する短径の比率（アスペクト比とよぶ）は、不織布の剛性の均一性を保つために、０．１以上１．０以下であり、より好ましくは０．３以上０．８以下である。
【００５６】
非溶着部とは、不織布繊維が溶着していない領域である。
【００５７】
＜凸部の横断面形状＞
図１１は、凸部の横断面図（シート平面に対して垂直面）である。この横断面は、凸部の長手方向に垂直であって、長手方向において凸部の中心を通る。この横断面において、凸部の幅ｄと高さＨ１との積に対する凸部の横断面積Ｓの比（横断面積比Ａ）は、０．４以上０．８以下であることが好ましい。つまり、横断面積比Ａは、
Ａ＝Ｓ／（ｄ×Ｈ１）
で表され、かつ
０．４≦Ａ≦０．８
を満たすことが好ましく、
０．６≦Ａ≦０．７
を満たすことが特に好ましい。なお、幅Ｗとは、断面における幅の最大値であり、高さＨ１とは断面における高さの最大値である。
【００５８】
横断面積比Ａが０．８以下であるということは、凸部の１つの横断面形状において、幅および高さの少なくとも一方が一定でないことを示す。つまり、この式を満たす流路材の横断面では、長方形の外縁よりも、内側に凹んだ部分が存在する。
【００５９】
辺の長さがＷおよびＨ１である長方形の流路材では、Ａは“１”である。この場合、凸部の角が直角に近いため、加圧運転時に凸部の直角部分が、分離膜を破断させ分離特性が失われる。
【００６０】
これに対して、上述の要件を満たす凸部が設けられていると、加圧運転時に分離膜を安定に支持できると共に、凸部に負荷される応力が凸部全体に均一になるため、同じ運転圧力下においても凸部の変形が小さくなる傾向にある。このような理由から、凸部の横断面において、凸部の幅Ｗと高さＨ１との積に対する凸部の横断面積Ｓの比（横断面積比Ａ）は、０．４以上０．８以下であることが好ましい。特に、凸部において、任意の高さにおける幅は、より高い位置での幅以上であることが好ましい。つまり、凸部の上部から下部（シートに固着している部分）に向かって、一部で幅が一定でもよいが、少なくとも一部では幅が増大するように形成されていることが好ましい。さらには、上部から下部にかけて、徐々に幅が広がるように形成されていることが好ましい。  （凸部表面における密溶着率）
多孔性シートの凸部は、特に加圧運転時に分離膜を安定に支持するために凸部表面は強度が高い必要がある。凸部表面とは、凸部において分離膜と接触する領域を指す。密溶着率が高いほど、多孔性シートの繊維同士が強固に溶着して強度が高くなるため、表面における密溶着率は８０％以上１００以下が好ましく、９０％以上１００％以下がさらに好ましい。
【００６１】
（凹部表面における非溶着率）
多孔性シートの凹部は、膜を透過した水を凹凸による流路に導くと共に、凹部における繊維間の空隙により、自身が流路となることで透過側流路における水の流動性を向上でき、その結果、分離膜エレメントの造水能が向上する。凹部表面とは、凹部において分離膜と接触する領域を指す。
【００６２】
そのため、非溶着率を好ましくは３０％以上８５％以下、さらに好ましくは５５％以上８５％以下とし、繊維間の空隙を維持することが好ましい。なお、非溶着率は８５％以下であることで、繊維の集合体を多孔性シート状に保持することができる。
【００６３】
（凸部側面における非溶着率）
多孔性シートの凸部側面は、加圧運転時に分離膜を支持するために適度な剛性が必要である。凸部側面とは、凹部表面の反対側の面から、凸部表面にわたる領域である。一方、凸部側面が空隙を有しておれば、透過水が凸部側面を通過することができ、その結果、水の流動性が高まり、分離膜エレメントの造水能が向上する。そのため、多孔性シートの凸部側面の非溶着率が２０％以上９０％であることが好ましい。
【００６４】
（密溶着率および表面開孔率の測定方法）
測定方法としては、例えば、マイクロスコープ法が挙げられる。
マイクロスコープ法では、例えばキーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、倍率１００倍で表面を撮影し、テクスチャの数値をゼロにして画像を白黒化する。続いて、得られたデジタル画像を画像解析ソフト（ＩｍａｇｅＪ）で解析し、密溶着率または表面開孔率（％）＝１００×（密溶着部または開孔部の面積／切り出し面積）として算出することを回繰り返し、その平均値を密溶着率または表面開孔率とすることができる。
【００６５】
（溶着方法）
不織布を溶着する方法としてはレーザー照射や熱ロール、カレンダ加工など従来公知の方法を採用できる。熱ロールで溶着させる場合は、製造時に安定に密溶着部を形成できる点からエンボス加工が好ましい。
【００６６】
エンボス加工とは、不織布をエンボスロールを用いて熱プレス処理するものであり、通常は表面が平滑なロールとエンボス柄を有する熱ロールの２本のロールによってプレスされる。
【００６７】
エンボス加工は、不織布の片面、両面のいずれにも施してよいが、片面の場合は、高低差が存在する面側が、もう一方の面側よりも密溶着率が低くなる傾向にあるため、だし、両面に施した方が密溶着部が厚み方向で対照的に存在することになるため剛性が高まり、安定に搬送させる点に関しては優れている。
【００６８】
（エンボス加工による不織布の高低差）
エンボス加工によって不織布に高低差が付与される場合は、分離膜エレメントの分離特性や水透過性能が要求される条件を満足するように加圧熱処理条件を変更することで自由に調整することができる。しかしながら、高低差が深すぎるとエレメント化した場合にベッセルに充填できる膜リーフ数が少なくなる。そのため、エレメントの造水能力が低下し、造水量を増加させるための運転コストが高くなる。
【００６９】
従って、上述した各性能のバランスや運転コストを考慮すると、高低差は、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり、ｍｍ以下が好ましく、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下がさらに好ましい。
【００７０】
このような高低差は、たとえば膜厚測定器（Ａｎｒｉｔｓｕ社製、ＫＧ６０１Ａ）を用いて平均の高低差を解析し、５μｍ以上の高低差のある３０箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めることができる。
【００７１】
（透過側流路材を構成する多孔性シートの厚みＨ１）
透過側流路材を構成する多孔性シートの厚みは０．２ｍｍ以下であることが好ましい。なぜなら、２枚の分離膜の透過側の面の間を封止するために、多孔性シートには接着剤が含浸することが好ましいからである。また、多孔性シートを薄くするほど後述する凸部が高くなり、透過側流路材としての流動抵抗が低下し、エレメント性能が向上する傾向にある。
【００７２】
＜多孔性シートの構成成分＞
多孔性シートを構成する成分としては、具体的な物質には限定されないが、樹脂が好ましく用いられる。具体的には、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンやポリオレフィン共重合体などが好ましい。また、透過側流路材の材料として、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアセタール、ポリメチルメタクリレート、メタクリル−スチレン共重合体、酢酸セルロール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブタジエンテレフタレートやフッ素樹脂（三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、四フッ化エチレン、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合、四フッ化エチレン−エチレン共重合など）などのポリマーも選択できる。なお、これらの材料は、単独もしくは２種類以上からなる混合物として用いられる。
【００７３】
＜凸部の形状および配置＞
＜＜概要＞＞
第１方向においても、凸部３０１は、多孔性シート３０２の全体にわたってほぼ均等に分布することができる。ただし、第２方向における分布と同様に、透過側の面における分離膜との接着部分には、凸部３０１が設けられる必要はない。また、その他の仕様上または製造上の理由により、多孔性シート３０２の端部などの一部の箇所に、凸部３０１が配置されない領域が設けられていてもよい。
【００７４】
＜＜凸部寸法＞＞
図２〜図４において、ｂ〜ｅは下記値を指す。
【００７５】
ｂ：分離膜２の幅方向における凸部３０１の間隔
ｃ：凸部の高さ（凸部３０１と凹部３０３との高低差）
ｄ：凸部３０１の幅
ｅ：分離膜２の長さ方向における凸部３０１の間隔
値ｂ、ｃ、ｄ、ｅの測定には、例えば、市販の形状測定システムまたはマイクロスコープなどを用いることができる。各値は、１枚の分離膜において３０箇所以上で測定を行い、それらの値を総和した値を測定総箇所の数で割って平均値を算出することで求められる。このように、少なくとも３０箇所における測定の結果得られる各値が、以下に記載する範囲を満たせばよい。
【００７６】
（分離膜の幅方向における凸部３０１の間隔ｂ）
第１方向（分離膜の幅方向）において隣接する凸部３０１の間隔ｂは、透過側流路５の幅に相当する。１つの断面において１つの透過側流路５の幅が一定でない場合、つまり隣り合う２つの凸部３０１の側面が平行でない場合は、１つの断面内で、１つの透過側流路５の幅の最大値と最小値の平均値を測定し、その平均値を算出する。図４に示すように、第２方向に垂直な断面において、凸部３０１は上が細く下が太い台形状を示す場合、まず、隣接する２つの凸部３０１の上部間の距離と下部間の距離を測定して、その平均値を算出する。任意の３０箇所以上の断面において、隣接する２つの凸部３０１の間隔を測定して、それぞれの断面において平均値を算出する。そして、こうして得られた平均値の相加平均値をさらに算出することで、間隔ｂが算出される。
【００７７】
間隔ｂが大きくなるにつれて圧力損失が小さくなるものの、膜落ち込みが生じやすくなる。逆に間隔ｂが小さいほど膜落ち込みが生じにくくなるが、圧力損失は大きくなる。圧力損失を考慮すると、間隔ｂは０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、または０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、膜落ち込みの抑制という面では、間隔ｂは５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、または０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７８】
これらの上限および下限は任意に組み合わせられる。例えば、間隔ｂは、０．０５ｍｍ  以上５ｍｍ以下であることが好ましく、この範囲であれば、膜落ち込みを抑えながら圧力損失を小さくすることができる。間隔ｂはより好ましくは、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。
【００７９】
（凸部の幅ｄ）
凸部３０１の幅ｄは、次のように測定される。まず、第１方向（分離膜の幅方向）に垂直な１つの断面において、１つの凸部３０１の最大幅と最小幅の平均値を算出する。つまり、図４に示すような上部が細く下部が太い凸部３０１においては、流路材下部の幅と上部の幅を測定し、その平均値を算出する。このような平均値を少なくとも３０箇所の断面において算出し、その相加平均を算出することで、１枚の膜当たりの幅ｄを算出することができる。
【００８０】
凸部３０１の幅ｄは、好ましくは０．２ｍｍ以上であり、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。幅ｄが０．２ｍｍ以上であることで、分離膜エレメントの運転時に凸部３０１や多孔性シート３０２に圧力がかかっても、流路材の形状を保持することができ透過側流路が安定的に形成される。幅ｄは、好ましくは２ｍｍ以下であり、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。幅ｄが２ｍｍ以下であることで、透過側の流路を十分確保することができる。
【００８１】
凸部３０１の幅ｄが第２方向での凸部３０１の間隔ｂよりも広いことで、流路材にかかる圧力を分散することができる。
【００８２】
（多孔性シートの長さ方向における凸部の間隔ｅ）
第２方向（多孔性シートの長さ方向）における凸部３０１の間隔ｅは、第２方向（分離膜の長さ方向）において隣り合う凸部３０１間の最短距離である。図２に示すように、凸部３０１が第２方向において分離膜２の一端から他端まで（分離膜エレメント内では、巻回方向の内側端部から外側端部まで）連続して設けられている場合、間隔ｅは０ｍｍである。また、図３に示すように、凸部３０１が第２方向において途切れている場合、間隔ｅは、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下である。間隔ｅが上記範囲内であることで、膜落ち込みが生じても膜への機械的負荷が小さく、流路閉塞による圧力損失を比較的小さくすることができる。なお、例えば、流路材の上底の方が下底よりも短い場合、その間の流路においては、上部の幅は下部の幅よりも広い。間隔ｅの下限は、０ｍｍである。
【００８３】
（凸部の形状）
凸部３０１の形状は特に限定されないが、流路の流動抵抗を少なくし、透過させた際の流路を安定化させるような形状が選択され得る。これらの点で、分離膜の面方向に垂直ないずれかの断面において、凸部３０１の形状は、直柱状や台形状、曲柱状、あるいはそれらの組み合わせでもよい。
【００８４】
凸部３０１の断面形状が台形の場合、上底の長さと下底の長さとの差が大きすぎると、小さい方に接する膜で加圧ろ過時の膜落込みが生じやすくなる。よって、上の膜が下に向かって落ち込みやすい。そこで、このような落ち込みを抑制するために、流路材の下底の長さに対する上底の長さの比率は０．６以上１．４以下が好ましく、０．８以上１．２以下がさらに好ましい。
【００８５】
凸部３０１の形状は、流動抵抗を低減する観点から、後述の分離膜面に対して垂直な直柱状であることが好ましい。また、凸部３０１は、高い箇所ほど幅が小さくなるように形成されていてもよいし、逆に高い箇所ほど幅が広くなるように形成されていてもよいし、分離膜表面からの高さによらず、同じ幅を有するように形成されていてもよい。
【００８６】
ただし、加圧ろ過時の流路材潰れが著しくない範囲であれば、凸部３０１の断面において、その上辺が丸みを帯びていても良い。
【００８７】
また、凸部３０１の分離膜の平面方向における形状は、図２および図３に示すように、全体として直線状であってもよく、その他の形状として、例えば曲線状、鋸歯状、波線状であってもよい。また、これらの形状において、凸部３０１は破線状やドット状であってもよい。流動抵抗を低減する観点からドット状や破線状が好ましいが、流路材が途切れるために加圧ろ過時の膜落ち込みが発生する箇所が多くなるため、用途に応じて適宜設定すれば良い。
【００８８】
また、凸部３０１の多孔性シート３０２の平面方向における形状が直線状である場合、隣り合う流路材は、互いに略平行に配置されていてもよい。「略平行に配置される」とは、例えば、流路材が分離膜上で交差しないこと、隣り合う２つの流路材の長手方向のなす角度が０°以上３０°以下であること、上記角度が０°以上１５°以下であること、及び上記角度が０°以上５°以下であること等を包含する。
【００８９】
また、凸部３０１の長手方向と集水管６の長手方向との成す角度は、６０°以上１２０°以下であることが好ましく、７５°以上１０５°以下であることがより好ましく、８５°以上９５°以下であることがさらに好ましい。流路材の長手方向と集水管の長手方向との成す角度が上記範囲であることで、透過水が効率良く集水管に集められる。
【００９０】
流路を安定して形成するには、分離膜エレメントにおいて分離膜が加圧されたときの分離膜の落ち込みを抑制できることが好ましい。そのためには、分離膜と流路材との接触面積が大きいこと、つまり分離膜の面積に対する流路材の面積（分離膜の膜面に対する流路材の投影面積）が大きいことが好ましい。一方で、圧力損失を低減させるには、流路の断面積が広いことが好ましい。流路の断面としては、流路の長手方向に対して垂直な分離膜と流路材との接触面積を大きく確保しつつ、かつ流路の断面積を広く確保するには、流路の断面形状は凹レンズ状であることが好ましい。また、凸部３０１は、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化のない直柱状であってもよい。また、分離膜性能に影響を与えない範囲内であれば、凸部３０１は、巻回方向に垂直な方向での断面形状において、幅に変化があるような台形状の壁状物、楕円柱、楕円錐、四角錐あるいは半球のような形状であってもよい。
【００９１】
図２では、凸部３０１の平面形状は、長さ方向において直線状である。ただし、凸部３０１は、分離膜２の表面に対して凸であり、かつ分離膜エレメントとしての所望の効果が損なわれない範囲であれば、他の形状に変更可能である。
【００９２】
〔２．分離膜エレメント〕
（２−１）概要
図５に示すように、分離膜エレメント１００は、集水管６と、上述したいずれかの構成を備えて集水管６の周囲に巻回された分離膜２を備える。
【００９３】
（２−２）分離膜
＜概要＞
図５に示すように、分離膜２は、集水管６の周囲に巻回されており、分離膜２の幅方向が集水管６の長手方向に沿うように配置される。その結果、分離膜２は、長さ方向が巻回方向に沿うように配置される。
【００９４】
よって、図５に示すように、凸部３０１は、分離膜２の透過側の面２２において、少なくとも集水管６の長手方向に対して不連続状に配置される。つまり、透過側流路５は、巻回方向において分離膜の外側端部から内側端部まで連続するように形成される。その結果、透過水が中心の集水管６へ到達し易く、すなわち流動抵抗が小さくなるので、大きな造水量が得られる。
【００９５】
「巻回方向の内側」及び「巻回方向の外側」は、図５に示す通りである。つまり、「巻回方向の内側端部」及び「巻回方向の外側端部」とはそれぞれ、分離膜２において集水管６に近い方の端部、及び遠い方の端部に該当する。
【００９６】
上述したように、流路材は分離膜の縁まで達していなくてもよいので、例えば、図５において、巻回方向における封筒状膜（分離膜２）の外側端部、及び集水管長手方向における封筒状膜（分離膜２）の端部では、流路材が設けられていなくてもよい。
【００９７】
＜膜リーフおよび封筒状膜＞
図１に示すように、分離膜は、膜リーフ４（本書において、単に「リーフ」と称することがある。）を形成する。リーフ４において分離膜２ａは、供給側の面２１ａが、図示しない供給側流路材を挟んで他の分離膜２ｂの供給側の面２１ｂと対向するように、配置される。膜リーフ４において、互いに向かい合う分離膜の供給側の面の間には供給側流路が形成される。
【００９８】
さらに、図１に示すように、２枚の膜リーフ４が重ねられることで、分離膜２ｂの透過側の面２２ｂに他の膜リーフの分離膜２ｃの透過側の面２２ｃとが対向するように配置されることで、膜リーフ４は封筒状膜を形成する。封筒状膜は、向かい合う透過側の面が対向するように配置された２枚１組（分離膜２ｂと２ｃからなるもの）の分離膜である。封筒状膜は長方形状であり、透過水が集水管６に流れるように、透過側の面の間が分離膜の長方形状において、巻回方向内側の一辺のみにおいて開放され、他の三辺においては封止される。透過水はこの封筒状膜によって原水から隔離される。
【００９９】
封止としては、接着剤またはホットメルトなどにより接着されている形態、加熱またはレーザなどにより融着されている形態、およびゴム製多孔性シートが挟みこまれている形態が挙げられる。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。
【０１００】
また、分離膜の供給側の面において、巻回方向における内側端部は、折りたたみ又は封止により閉じられている。分離膜の供給側面が、折り畳まれているのではなく封止されていることで、分離膜の端部における撓みが発生しにくい。折り目近傍での撓みの発生が抑制されることで、巻囲したときに分離膜間での空隙の発生およびこの空隙によるリークの発生が抑制される。
【０１０１】
こうしてリークの発生が抑制されることで、封筒状膜の回収率が向上する。封筒状膜の回収率は、次のように求められる。すなわち、水中で分離膜エレメントのエアリークテスト（air leak test）を行って、リークが発生した封筒状膜数をカウントする。そのカウント結果に基づいて、（エアリークが発生した封筒状膜の数／評価に供した封筒状膜の数）の比率を、封筒状膜の回収率として算出する。
【０１０２】
具体的なエアリークテストの方法は、以下のとおりである。分離膜エレメントの中心パイプの端部を封止し、もう一方の端部から空気を注入する。注入された空気は集水管の孔を通過して分離膜の透過側に到達するが、上記のように分離膜の折りたたみが不十分で折り目近傍で撓みが生じたりして空隙が存在すると、空気がその空隙を移動してしまう。その結果、分離膜の供給側へ空気が移動し、分離膜エレメントの端部（供給側）から水中に空気が到達する。このようにエアリークを気泡の発生として確認することができる。
【０１０３】
折り畳みによって膜リーフを形成する場合、リーフが長いほど（つまり元の分離膜が長いほど）分離膜の折りたたみに要する時間は長い。しかし、分離膜の供給側面を、折り畳みでなく封止することで、リーフが長くても製造時間の増大を抑制することができる。
【０１０４】
なお、膜リーフおよび封筒状膜において、互いに対向する分離膜（図１における分離膜２ｂおよび２ｃ）は、同じ構成を備えてもよいし、異なる構成を備えてもよい。すなわち、分離膜エレメントにおいて、向かい合う２枚の透過側の面のうち、少なくとも一方に上述の透過側流路材が設けられていればよいので、透過側流路材を備える分離膜と、透過側流路材を備えない分離膜とが交互に重ねられていてもよい。ただし、説明の便宜上、分離膜エレメントおよびそれに関係する説明においては、「分離膜」は、透過側流路材を備えない分離膜（たとえば分離膜と同じ構成を備える膜）を含む。
【０１０５】
透過側の面において、または供給側の面において、互いに対向する分離膜は、２枚の異なる分離膜であってもよいし、１枚の膜が折りたたまれたものであってもよい。
【０１０６】
（２−３）透過側流路
上述したように、分離膜２は凸部３０１を備えている。凸部３０１によって、封筒状膜の内側、つまり向かい合う分離膜の透過側の面の間には、透過側流路が形成される。
【０１０７】
（２−４）供給側流路
（流路材）
分離膜エレメント１００は、向かい合う分離膜の供給側の面の間に、分離膜２に対する投影面積比が０を超えて１未満となる供給側流路材（図７および図８の番号３２参照）を備える。供給側流路材の投影面積比は０．０３以上０．５０以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．１０以上０．４０以下、特に好ましくは、０．１５以上０．３５以下である。投影面積比が０．０３以上０．５０以下であることで、流動抵抗が比較的小さく抑えられる。なお、投影面積比とは、分離膜と供給側流路材を５ｃｍ×５ｃｍで切り出し、供給側流路材を分離膜の面方向に平行な平面に投影した時に得られる流路材の投影面積を、切り出し面積（２５ｃｍ２）で割った値である。
【０１０８】
供給側流路材の高さは、後述するように各性能のバランスや運転コストを考慮すると０．５ｍｍを超えて２．０ｍｍ以下が好ましく、０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下がさらに好ましい。
【０１０９】
供給側流路材の形状は特に限定されず、連続形状を有していてもよいし、不連続な形状を有していてもよい。連続形状を有する流路材としては、フィルムおよびネットといった部材が挙げられる。ここで、連続形状とは、実質的に流路材の全範囲において連続であることを意味する。連続形状には、造水量が低下するなどの不具合が生じない程度に、流路材の一部が不連続となる箇所が含まれていても良い。また、「不連続」の定義については、透過側の流路材について説明したとおりである（段落００７７参照）。なお、供給側流路材の材料は特に限定されず、分離膜と同素材であっても異素材であっても良い。
【０１１０】
（２−５）集水管
集水管６（図７ないし１０参照）は、その中を透過水が流れるように構成されていればよく、材質、形状、大きさ等は特に限定されない。集水管６としては、例えば、複数の孔が設けられた側面を有する円筒状の部材が用いられる。
【０１１１】
（２−６）第１形態
より具体的な形態として、図７ないし図９に、第１ないし第３の形態の分離膜エレメント１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを示す。図７は、第１形態の分離膜エレメント１００Ａを部分的に分解して示す説明図であり、集水管６の周りに、複数枚の分離膜２が巻回されている。また、分離膜エレメント１００Ａは、上述した構成に加えて、さらに以下の構成を備える。
【０１１２】
すなわち、分離膜エレメント１００Ａは、その両端に孔付端板９２を両端（すなわち第１端および第２端）に備える。また、分離膜エレメント１００Ａにおいて、巻囲された分離膜（以下、「巻囲体」と称する。）の外周面には、外装体８１が巻囲されている。
【０１１３】
なお、後述の孔無し端板９１は原水が通過可能な孔を備えていないのに対して、孔付端板９２は、原水を通過させることができる複数の孔を備える。
【０１１４】
また、分離膜２は、封筒状膜１１を形成しており、封筒状膜１１の内側には、上述したとおり、凸部３０１が配置されている。封筒状膜１１の間には、供給側流路材３２が配置されている。
【０１１５】
なお、便宜上、図７、図８、図９では、凸部３０１（透過側流路材）はドット形状として示されるが、上述したように透過側流路材の形状は、この形状に限定されない。
【０１１６】
次に、分離膜エレメント１００Ａを用いた水処理について説明する。分離膜エレメント１００Ａの第１端から供給された原水１０１は、端板９２の孔を通って、供給側流路に流入する。こうして、分離膜２の供給側の面に接触した原水１０１は、分離膜２によって、透過水１０２と濃縮水１０３とに分離される。透過水１０２は、透過側流路を経て、集水管６に流入する。集水管６を通った透過水１０２は、分離膜エレメント１００Ａの第２端から分離膜エレメント１００Ａの外へと流出する。濃縮水１０３は、供給側流路を通って、第２端に設けられた端板９２の孔から分離膜エレメント１００Ａの外部へ流出する。
【０１１７】
（２−７）第２形態
図８を参照して、本実施形態の分離膜エレメント１００Ｂについて説明する。なお、既に説明した構成要素については、同符号を付してその説明を省略する。
【０１１８】
分離膜エレメント１００Ｂは、第１端に配置され、かつ孔を有さない端板９１と、第２端に配置され、かつ孔を有する端板９２とを備える。また、分離膜エレメント１００Ｂは、巻囲された分離膜２の最外面にさらに巻き付けられた多孔性部材８２を備える。
【０１１９】
多孔性部材８２としては、原水を通過させることができる複数の孔を有する部材が用いられる。多孔性部材８２に設けられたこれらの孔は、原水の供給口と言い換えられてもよい。多孔性部材８２は、複数の孔を有していれば、その材質、大きさ、厚み、剛性等は、特に限定されるものではない。多孔性部材８２として、比較的小さい厚みを有する部材を採用することで、分離膜エレメントの単位体積当たりの膜面積を増大させることができる。
【０１２０】
多孔性部材８２の厚みは、例えば１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、又は０．２ｍｍ以下である。また、多孔性部材８２は、巻囲体の外周形状に沿うように変形することができる、柔軟性又は可撓性を有する部材であってもよい。より具体的には、多孔性部材８２として、ネット、多孔性フィルム等が適用可能である。ネット及び多孔性フィルムは、巻囲体を内部に収容できるように筒状に形成されていてもよいし、長尺状であって、巻囲体の周囲に巻き付けられていてもよい。
【０１２１】
多孔性部材８２は、分離膜エレメント１００Ｂの外周面に配置される。多孔性部材８２がこのように設けられることで、孔が分離膜エレメント１００Ｂの外周面に設けられる。「外周面」とは、特に、分離膜エレメント１００Ｂの外周面全体のうち、上述の第１端の面及び第２端の面を除く部分であるとも言える。本実施形態では、多孔性部材８２は、巻囲体の外周面のほぼ全体を覆うように配置される。
【０１２２】
本実施形態によると、分離膜エレメント１００Ｂの外周面（巻囲体の外周面）から多孔性部材８２を介して原水が供給される。よって、分離膜エレメント１００Ｂが繰り返し運転されても、又は分離膜エレメント１００Ｂが高圧条件下で運転されても、巻囲された分離膜２等が長手方向に押し出されることによる巻囲体の変形（いわゆるテレスコープ）の抑制が可能である。さらに本実施形態では、原水が圧力容器（図示しない）と分離膜エレメントの間の隙間から供給されるので、原水の異常な滞留の発生が抑制される。
【０１２３】
分離膜エレメント１００Ｂにおいては、第１端の端板が孔無し端板９１なので、第１端の面からは、分離膜エレメント１００Ｂ内に原水は流入しない。原水１０１は、分離膜２に対して、分離膜エレメント１００Ｂの外周面から、多孔性部材８２を介して供給される。こうして供給された原水１０１は、分離膜によって透過水１０２と濃縮水１０３に分けられる。透過水１０２は、集水管６を通って、分離膜エレメント１００Ｂの第２端から取り出される。濃縮水１０３は、第２端の孔付端板９２の孔を通って、分離膜エレメント１００Ｂ外に流出する。
【０１２４】
（２−８）第３形態
図９を参照して、本実施形態の分離膜エレメント１００Ｃについて説明する。なお、既に説明した構成要素については、同符号を付してその説明を省略する。
【０１２５】
分離膜エレメント１００Ｃは、第１端および第２端にそれぞれ配置され、孔を有する端板９２を備える以外は、第２形態のエレメントと同一である。また、分離膜エレメント１００Ｃは、分離膜エレメント１００Ｂと同様に、多孔性部材８２を備える。
【０１２６】
この構成により、本実施形態では、原水１０１は、多孔性部材８２の孔を通って分離膜エレメント１００Ｃの外周面から巻囲体に供給されるだけでなく、第１端の孔付端板９２の孔を通って、分離膜エレメント１００Ｃの第１端から巻囲体に供給される。透過水１０２及び濃縮水１０３は、第１形態の分離膜エレメント１００Ａと同様に、第２端から分離膜エレメント１００Ｃの外部に排出される。
【０１２７】
分離膜エレメント１００Ｃの一端（つまり孔を有する端板９２）だけでなく、分離膜エレメント１００Ｃの外周面からも多孔性部材８２を介して巻囲体に原水が供給されるので、巻囲体の変形の抑制が可能である。また、本形態においても、原水が圧力容器と分離膜エレメントの間の隙間から供給されるので、異常な滞留の発生が抑制される。
【０１２８】
〔３．分離膜エレメントの製造方法〕
分離膜エレメントの製造方法における各工程について、以下に説明する。
【０１２９】
（３−１）分離膜の製造および後加工
分離膜の製造方法については上述したが、簡単にまとめると以下のとおりである。
【０１３０】
良溶媒に樹脂を溶解し、得られた樹脂溶液を基材にキャストして純水中に浸漬して多孔性支持層と基材を複合させる。その後、上述したように、多孔性支持層上に分離機能層を形成する。さらに、必要に応じて分離性能、透過性能を高めるべく、塩素、酸、アルカリ、亜硝酸などの化学処理を施し、さらにモノマー等を洗浄し分離膜の連続多孔性シートを作製する。
【０１３１】
なお、化学処理の前または後で、エンボス等によって分離膜に凹凸を形成してもよいし、樹脂によって分離膜の透過側の面および／または供給側の面に、流路材を形成してもよい。
【０１３２】
分離膜に凹凸加工を施す場合は、エンボス成形、水圧成形、カレンダ加工といった方法で分離膜の供給側に高低差を付与することもできる。
【０１３３】
供給側流路がネット等の連続的に形成された部材である場合は、分離膜本体に透過側流路材が配置されることで分離膜が製造された後、この分離膜と供給側流路材とを重ね合わせればよい。
【０１３４】
流路材を配置する方法は、例えば、柔らかな材料を分離膜上に配置する工程と、それを硬化する工程とを備える。具体的には、流路材の配置には、紫外線硬化樹脂、化学重合、ホットメルト、乾燥等が利用される。特に、ホットメルトは好ましく用いられ、具体的には、熱により樹脂等の材料を軟化する（つまり熱溶融する）工程、軟化した材料を分離膜上に配置する工程、この材料を冷却により硬化することで分離膜上に固着させる工程を含む。
【０１３５】
流路材を配置する方法としては、例えば、塗布、印刷、噴霧等が挙げられる。また、使用される機材としては、ノズル型のホットメルトアプリケーター、スプレー型のホットメルトアプリケーター、フラットノズル型のホットメルトアプリケーター、ロール型コーター、押出型コーター、印刷機、噴霧器などが挙げられる。
【０１３６】
（３−２）膜リーフの形成
膜リーフは、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されてもよいし、別々の２枚の分離膜を、供給側の面が向かい合うように貼り合わせることで形成されてもよい。
【０１３７】
分離膜エレメントの製造方法は、分離膜の巻回方向における内側端部を、供給側の面において封止する工程を備えることが好ましい。封止する工程においては、２枚の分離膜を、互いの供給側の面が向かい合うように重ねる。さらに、重ねられた分離膜の巻回方向における内側端部、つまり図５における左側端部を、透過水が集水管６に流入可能なように封止する。
【０１３８】
「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、およびゴム製多孔性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。
【０１３９】
このとき、重ねられた分離膜の内側に、分離膜とは別に形成された供給側流路材を配置してもよい。上述したように、エンボスまたは樹脂塗布等によって分離膜の供給側の面にあらかじめ高低差を設けることで、供給側流路材の配置を省略することもできる。
【０１４０】
供給側の面の封止と透過側の面の封止（封筒状膜の形成）とは、どちらかが先に行われてもよいし、分離膜を重ねながら、供給側の面の封止と透過側の面の封止とを並行して行ってもよい。ただし、巻回時における分離膜でのシワの発生を抑制するためには、隣り合う分離膜が巻回によって長さ方向にずれることを許容するように、幅方向端部における接着剤またはホットメルトの固化等、つまり封筒状膜を形成するための固化等を、巻回の終了後に完了させることが好ましい。
【０１４１】
（３−３）封筒状膜の形成
１枚の分離膜を透過側面が内側を向くように折り畳んで、かつ対向する分離膜の間に上述の凸部を備える多孔性シートを挟んで、貼り合わせることで、または２枚の分離膜を透過側面が内側を向くように重ねて、かつ一枚の分離膜ともう一枚の分離膜の間に上述の凸部を備える多孔性シートを挟んで貼り合わせることで、封筒状膜を形成することができる。長方形状の封筒状膜においては、長さ方向の一端のみが開口するように、他の３辺を封止する。封止は、接着剤またはホットメルト等による接着、熱またはレーザによる融着等により実行できる。
【０１４２】
このとき、封止されている部分では、分離膜の間に多孔性シートが存在してもよいし、多孔性シートは分離膜の封止部分より内側に配置されていてもよい。
【０１４３】
封筒状膜の形成に用いられる接着剤は、粘度が４０Ｐ（ポアズ）以上１５０Ｐ（ポアズ）  以下の範囲内であることが好ましく、さらに５０Ｐ（ポアズ）以上１２０Ｐ（ポアズ）以下がより好ましい。接着剤粘度が高すぎる場合には、積層したリーフを集水管に巻囲するときに、しわが発生し易くなる。しわは、分離膜エレメントの性能を損なうことがある。逆に、接着剤粘度が低すぎる場合には、リーフの端部から接着剤が流出して装置を汚すことがある。また、接着すべき部分以外に接着剤が付着すると、分離膜エレメントの性能が損なわれると共に、流出した接着剤の処理作業により作業効率が著しく低下する。
【０１４４】
接着剤の塗布量は、膜リーフを集水管に巻囲した後に、接着剤が塗布される部分の幅が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるような量であることが好ましい。これによって、分離膜が確実に接着されるので、原水の透過側への流入が抑制される。また、分離膜エレメントの有効膜面積も比較的大きく確保することができる。
【０１４５】
接着剤としてはウレタン系接着剤が好ましく、粘度を４０Ｐ（ポアズ）以上１５０Ｐ（ポアズ）以下の範囲とするには、主剤のイソシアネートと硬化剤のポリオールとを、イソシアネート／ポリオールの重量比率が１／５以上１以下となるように混合したものが好ましい。接着剤の粘度は、予め主剤、硬化剤単体、及び配合割合を規定した混合物の粘度をＢ型粘度計（ＪＩＳ  Ｋ  ６８３３）で測定したものである。
【０１４６】
封止部分に多孔性シートが存在する場合、多孔性シート内に染みこんだ接着剤によって、多孔性シートを介して分離膜同士が接着することができる。また、封止部分には多孔性シートがない場合は、分離膜は直接貼り合わされる。
【０１４７】
（３−４）分離膜の巻回
分離膜エレメントの製造には、従来のエレメント製作装置を用いることができる。また、エレメント作製方法としては、参考文献（特公昭４４−１４２１６号公報、特公平４−１１９２８号公報、特開平１１−２２６３６６号公報）に記載される方法を用いることができる。詳細は以下の通りである。
【０１４８】
集水管の周囲に分離膜を巻回するときは、分離膜を、リーフの閉じられた端部、つまり封筒状膜の閉口部分が集水管を向くように配置する。このような配置で集水管の周囲に分離膜を巻きつけることで、分離膜をスパイラル状に巻回する。
【０１４９】
集水管にトリコットや基材のようなスペーサーを巻回しておくと、分離膜エレメント巻囲時に集水管へ塗布した接着剤が流動し難く、リークの抑制につながり、さらには集水管周辺の流路が安定に確保される。なお、スペーサーは集水管の円周より長く巻回しておけばよい。
【０１５０】
（３−５）その他の工程
分離膜エレメントの製造方法は、上述のように形成された分離膜の巻回体の外側に、フィルムおよびフィラメント等をさらに巻きつけることを含んでいてもよいし、集水管の長手方向における分離膜の端を切りそろえるエッジカット、端板の取り付け等のさらなる工程を含んでいてもよい。
【０１５１】
〔４．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。
【０１５２】
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、例えば原水を飲料水などの透過水と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。
【０１５３】
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、透過流路の保持性を考慮すると、膜モジュールに被処理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。原水温度が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、原水のｐＨが中性領域にある場合、原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、膜の劣化も抑制される。
【０１５４】
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、原水としては、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「重量比」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℃以上４０．５℃以下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】
【０１５５】
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。
【０１５６】
（多孔性シートの高低差および厚み）
片刃を用いて多孔性シートを分離膜エレメントの幅方向に切断し、キーエンス製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、５ｃｍ×５ｃｍの透過側の測定結果から平均の高低差を解析した。１０μｍ以上の高低差のある３０箇所を測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。
【０１５７】
また、厚みについては、凹部における不織布の厚みを３０箇所測定し、各高さの値を総和した値を測定総箇所の数で割って求めた。
【０１５８】
（凹凸のピッチおよび間隔、幅）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、分離膜の透過側における流路材の頂点から、隣の流路材の頂点までの水平距離を２００箇所について測定し、その平均値をピッチとして算出した。
【０１５９】
また、間隔ｂ、ｅ、幅ｄについては、ピッチを測定した写真において、上述の方法で測定した（図２および図３参照）。
【０１６０】
（密溶着部間のピッチ）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用い、ある密溶着部の重心位置と、この密溶着部に隣接する別の密溶着部の重心位置との水平距離を５０箇所について測定した。
（凸部の横断面積比）
キーエンス社製高精度形状測定システムＫＳ−１１００を用いて、凹凸シート状物における任意の凸部について、図１１に示すような凸部の横断面積を測定した。続いて、上述の方法で測定した凸部の幅、高さの積に対する横断面積の比率を算出し、任意の凸部３０カ所の平均値を横断面積比とした。
【０１６１】
（造水量）
分離膜エレメントについて、供給水として、濃度２００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ６．５のＮａＣＬ水溶液を用い、運転圧力０．１５ＭＰａ、温度２５℃の条件下で１００時間運転した後に１０分間のサンプリングを行い、膜の単位面積あたり、かつ１日あたりの透水量を造水量（Ｌ／ｄａｙ）として表した。
【０１６２】
（脱塩率（ＴＤＳ除去率））
造水量の測定における１０分間の運転で用いた原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／原水中のＴＤＳ濃度）｝
（分離膜の作製）
ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布（糸径：１デシテックス、厚み：約９０μｍ、通気度：１ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ、密度０．８０ｇ／ｃｍ３）上にポリスルホンの１５．０重量％のＤＭＦ溶液を１８０μｍの厚みで室温（２５℃）にてキャストし、ただちに純水中に浸漬して５分間放置し、８０℃の温水で１分間浸漬することによって繊維補強ポリスルホン支持膜からなる、多孔性支持層（厚さ１３０μｍ）を作製した。
【０１６３】
その後、多孔性支持膜のポリスルホンからなる層の表面をｍ−ＰＤＡの２．２重量％水溶液中に２分間浸漬してから、垂直方向にゆっくりと引き上げた。さらに、エアーノズルから窒素を吹き付けることで、支持膜表面から余分な水溶液を取り除いた。
【０１６４】
その後、トリメシン酸クロリド０．０８重量％を含むｎ−デカン溶液を、膜の表面が完全に濡れるように塗布してから、１分間静置した。その後、膜から余分な溶液をエアブローで除去し、８０℃の熱水で１分間洗浄した。
【０１６５】
（実施例１）
分離膜を、分離膜エレメントでの有効面積が０．５ｍ２となるように折り畳み断裁加工し、ネット（厚み：０．５０ｍｍ、ピッチ：２．５ｍｍ×２．５ｍｍ、繊維径：０．２５ｍｍ、を供給側流路材として１枚のリーフを作製した。
【０１６６】
また、透過側流路材として、エンボス加工した表１に示す不織布をリーフの透過側面に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：３００ｍｍ、径：３０ｍｍ、孔数１５個×直線状１列）にスパイラル状に巻き付け、外周にさらにフィルムを巻き付けた後にテープで固定した。なお、リーフ間の封止はノズルの移動速度を調節しながらエポキシ接着剤を吐出および硬化させることで実施した。得られた封止部の形態は表１の通りであった。
【０１６７】
その後、エッジカット、端板の取り付けおよびフィラメントワインディングを行うことで、幅２６０ｍｍかつリーフ長１，９００ｍｍの２インチエレメントを作製した。なお、端板は両方とも孔付き端板であった。
【０１６８】
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述した条件で運転したところ、エレメント性能は表１の通りであった。
【０１６９】
（実施例２〜８）
透過側流路材を表１および２に示す多孔性シートに変更したこと以外は実施例１と同様に分離膜エレメントを作製した。
【０１７０】
分離膜エレメントを圧力容器に入れて、上述した条件で運転したところ、エレメント性能は表１および２の通りであった。
【０１７１】
（比較例１）
透過側流路材として、エンボス加工した二軸延伸ポリエステルフィルム（東レ製ルミラー、厚み０．０３ｍｍ）を使用したところ、横断面積比が大きすぎるため分離膜に欠陥が生じると共に、さらに多孔性シート全体の溶着率が高すぎるため、分離膜を透過した水が透過側流路に移動できずエレメントの造水量が著しく低下した。
【０１７２】
（比較例２）
多孔性シートを表３の通りの不織布とし、実施例１と同様の方法で凸部を配置したところ、横断面積比が小さく、多孔性シートには密溶着部が存在せず、非溶着部のみであったため、分離膜エレメントの作製工程における不織布ロールの巻出し時に、不織布が破断していまい、分離膜エレメントを作製することができなかった。
【０１７３】
表１〜表３に示す結果から明らかなように、本発明の実施例１ないし１２の分離膜エレメントは、長時間にわたり運転しても、高い脱塩率を有する充分な量の透過水を得ることができ、優れた分離性能を安定して備えていると言える。
【０１７４】
【表１】
2017013055.tif 000003
【０１７５】
【表２】
2017013055.tif 000004
【０１７６】
【表３】
2017013055.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明の分離膜エレメントは、特に、かん水や海水の脱塩に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１  分離膜
１１  封筒状膜
２  分離膜
２ａ  分離膜
２ｂ  分離膜
２ｃ  分離膜
２１  供給側の面
２１ａ  供給側の面
２１ｂ  供給側の面
２１ｃ  供給側の面
２２  透過側の面
２２ａ  透過側の面
２２ｂ  透過側の面
２２ｃ  透過側の面
２０１  基材
２０２  多孔性支持層
２０３  分離機能層
３１  透過側流路材
３２  供給側流路材
３０１  凸部
３０２  多孔性シート
３０３  凹部
４  膜リーフ
５  透過側流路
６  集水管
７  分離膜
７１  供給側の面
７２  透過側の面
８１  外装体
８２  多孔性部材
９１  端板（孔無）
９２  端板（孔有）
１００  分離膜エレメント
Ａ  横断面積比
ｂ  透過側流路材の幅方向間隔
ｃ  透過側流路材の高低差
ｄ  透過側流路材の幅
ｅ  透過側流路材の長さ方向の間隔
Ｓ  凸部の横断面積
１００Ａ  分離膜エレメント（第１形態）
１００Ｂ  分離膜エレメント（第２形態）
１００Ｃ  分離膜エレメント（第３形態）
１０１  原水
１０２  透過水
１０３  濃縮水
【図１】
2017013055.tif 000006
【図２】
2017013055.tif 000007
【図３】
2017013055.tif 000008
【図４】
2017013055.tif 000009
【図５】
2017013055.tif 000010
【図６】
2017013055.tif 000011
【図１０】
2017013055.tif 000012
【図１１】
2017013055.tif 000013
【図７】
2017013055.tif 000014
【図８】
2017013055.tif 000015
【図９】
2017013055.tif 000016