(57)【要約】【課題】汚染物質の残留を低減できるスパイラル型膜エレメントを提供する。【解決手段】分離膜、供給側流路材(10)及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管(15)の周りに巻きつけられているスパイラル型膜エレメントにおいて、供給側流路材(10)は、中空状中心管(15)の軸方向に対し傾斜方向に配される第１糸(11)と、第１糸(11)と交差する第２糸(12)とから構成されており、第１糸(11)における供給液(13)の流れ面に垂直方向の糸径Ｘが、第２糸(12)における供給液(13)の流れ面に垂直方向の糸径Ｙよりも大きいことを特徴とするスパイラル型膜エレメントとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型膜エレメントにおいて、
前記供給側流路材は、前記中空状中心管の軸方向に対し傾斜方向に配される第１糸と、前記第１糸と交差する第２糸とから構成されており、
前記第１糸における供給液流れ面に垂直方向の糸径Ｘが、前記第２糸における供給液流れ面に垂直方向の糸径Ｙよりも大きいことを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項２】
前記第１糸の糸径Ｘが、前記第２糸の糸径Ｙの１．２倍以上である請求項１に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
前記第１糸は、前記中空状中心管の軸方向に対し３０〜６０度の傾斜角度で配されている請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
前記第２糸は、前記中空状中心管の軸方向に平行な方向に配されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項５】
前記供給側流路材は、前記第１糸で構成される第１層と、前記第２糸で構成される第２層とからなる２層構造を有している請求項１〜４のいずれか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスパイラル型膜エレメント（以下、単に「膜エレメント」ともいう）の構造としては、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数または複数が、有孔の中空状中心管（以下、単に「中心管」ともいう）の周りに巻きつけられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の膜エレメントの一部切欠き斜視図である。この図に示す膜エレメント１は、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に取り付け、ネット状（網状）の供給側流路材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。
【０００４】
上記膜エレメント１を使用する際は、供給液７は膜エレメント１の一方の端面側から供給される。供給された供給液７は、供給側流路材６に沿って中心管５の軸方向に平行な方向に流れ、膜エレメント１の他方の端面側から濃縮液９として排出される。また、供給液７が供給側流路材６に沿って流れる過程で分離膜２を透過した透過液８は、図中破線矢印に示すように透過側流路材３に沿って中心管５の内部に流れ込み、この中心管５の端部から排出される。
【０００５】
供給側流路材６は、供給液７の流路を確保すると同時に、分離膜２の表面更新を促進して濃度分極を抑制する機能が要求される。しかし、従来の膜エレメント１では、その径方向において、供給側流路材６を通過する供給液７の流れにばらつきが生じる場合があった。その結果、供給液７の流れが遅い箇所においては、供給液７中の浮遊成分等の汚染物質が滞留し、これが分離膜２上に残留するおそれがあった。
【０００６】
他方、膜処理プラントの大型化に伴い、膜分離装置の設置面積の削減が望まれている。従来は、直径８インチ（約２００ｍｍ）の膜エレメントを用いるのが主流であったが、上記要望により、膜エレメントの本数の削減が求められており、そのために膜エレメントを大径化して１本当たりの膜面積を増やす対策が進められている。
【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】
しかしながら、膜エレメントを大径化すると、その径方向における供給液の流れのばらつきが生じ易くなるため、汚染物質の残留が顕在化するおそれがあった。
【０００８】
本発明の目的は、汚染物質の残留を低減できる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】
本発明は、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型膜エレメントにおいて、前記供給側流路材は、前記中空状中心管の軸方向に対し傾斜方向に配される第１糸と、前記第１糸と交差する第２糸とから構成されており、前記第１糸における供給液流れ面に垂直方向の糸径Ｘが、前記第２糸における供給液流れ面に垂直方向の糸径Ｙよりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明のスパイラル型膜エレメントでは、供給側流路材が中空状中心管の軸方向に対し傾斜方向に配される第１糸を有し、この第１糸の糸径Ｘが、これと交差する第２糸の糸径Ｙよりも大きいため、供給液の流れを、第１糸の傾斜方向に沿った方向へ導くことができる。これにより、分離膜面上では、上記傾斜方向に沿った螺旋方向の供給液の流れが生じるため、攪拌効果により汚染物質の残留を低減できる。
【００１１】
前記供給側流路材では、前記第１糸の糸径Ｘが、前記第２糸の糸径Ｙの１．２倍以上であることが好ましい。供給液の流れを、上記螺旋方向へ容易に導くことができるからである。
【００１２】
前記供給側流路材では、前記第１糸が、前記中空状中心管の軸方向に対し３０〜６０度の傾斜角度で配されていることが好ましい。供給液の上記螺旋方向の流路長が適度な長さになるため、汚染物質の除去が容易となるからである。なお、この場合の「傾斜角度」とは、第１糸の傾斜方向に平行な直線と、中空状中心管の軸方向に延びる直線とがなす角度のうち、鋭角をさす。
【００１３】
前記供給側流路材では、前記第２糸が、前記中空状中心管の軸方向に平行な方向に配されていることが好ましい。第２糸が、本来の供給液の流れ方向（即ち、中空状中心管の軸方向に平行な方向）に対し、抵抗とならない方向に配されるため、供給液の流れを上記螺旋方向へ容易に導くことができるからである。
【００１４】
前記供給側流路材は、前記第１糸で構成される第１層と、前記第２糸で構成される第２層とからなる２層構造を有していてもよい。この構成では、供給液の上記螺旋方向の流路となる第１層に第２糸が存在しないため、汚染物質の滞留を効果的に防止できる。これにより、汚染物質の除去が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中心管の周りに巻きつけられている構造を有する。かかる膜エレメントは、前記の特許文献１にも詳細に記載されており、供給側流路材以外の構成に関しては、従来公知の分離膜、透過側流路材、中心管などが何れも採用できる。例えば、供給側流路材と透過側流路材が複数用いられる場合には、複数の膜リーフが中心管の周りに巻きつけられた構造となる。
【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。図１Ａ，Ｂは、それぞれ本発明のスパイラル型膜エレメントの供給側流路材の一例を説明するための平面図である。また、図２は、図１ＡのI-I線断面図である。なお、図１Ａ，Ｂでは、説明を容易にするために、中心管から供給側流路材の巻回を解いた状態を示しており、その他の構成（分離膜や透過側流路材など）については省略している。
【００１７】
図１Ａ，Ｂに示すように、本発明で用いられる供給側流路材１０は、中心管１５の軸方向に対し傾斜方向に配される第１糸１１と、この第１糸１１と交差する第２糸１２とから構成されている。図１Ａに示す例では、第１糸１１は紙面の左上から右下に向かって延びており、図２に示すように、第１糸１１における供給液流れ面に垂直方向の糸径Ｘが、第２糸１２における供給液流れ面に垂直方向の糸径Ｙよりも大きい。また、図１Ｂに示す例では、第１糸１１は紙面の左下から右上に向かって延びており、図示はしないが、第１糸１１の糸径Ｘが第２糸１２の糸径Ｙよりも大きい。
【００１８】
供給側流路材１０では、中心管１５の軸方向に対し傾斜方向に配された第１糸１１の糸径Ｘが、これと交差する第２糸１２の糸径Ｙよりも大きいため、図１Ａ，Ｂに示すように、膜エレメントに流入する供給液１３の流れが、第１糸の傾斜方向に沿った方向（方向１４）へ導かれる。これにより、図示しない分離膜面上では、上記方向１４に沿った螺旋方向の供給液の流れが生じるため、攪拌効果により汚染物質の残留を低減できる。なお、図１Ａに示す供給側流路材１０では、供給液１３の流れ方向となる上記方向１４が、膜エレメントの外周側から中心管１５へ向いているため、膜エレメントの濃縮側において、主に中心管１５側に位置する供給側流路材１０の端部から汚染物質が排出される。また、図１Ｂに示す供給側流路材１０では、供給液１３の流れ方向となる上記方向１４が、中心管１５から膜エレメントの外周側へ向いているため、膜エレメントの濃縮側において、主に膜エレメントの外周側に位置する供給側流路材１０の端部から汚染物質が排出される。
【００１９】
供給側流路材１０において、供給液１３の流れを上記螺旋方向へ容易に導くには、第１糸１１の糸径Ｘが、第２糸１２の糸径Ｙの１．２倍以上であることが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましい。また、供給側の圧力損失を低減すると共に、第２糸１２の機械的強度を確保するためには、供給側流路材１０の全厚みは、０．６〜２．０ｍｍであることが好ましい。上記糸径Ｘ及び糸径Ｙの値については、いずれも最低１０点以上を測定した平均値とするのが好ましい。その測定方法としては光学顕微鏡や、ＣＣＤカメラ等の拡大装置で測定する方法が好ましい。
【００２０】
供給側流路材１０では、第１糸１１が、中心管１５の軸方向に対し３０〜６０度の傾斜角度θで配されていることが好ましく、４０〜６０度の傾斜角度θで配されていることがより好ましい。この場合、供給液１３の上記螺旋方向の流路長が適度な長さになるため、汚染物質の除去が容易となる。また、傾斜角度θが上記範囲の場合は、供給側の圧力損失を低減した上で、分離膜面上の表面更新を促進して濃度分極を抑制することができる。上記傾斜角度θの値については、最低１０点以上を測定した平均値とするのが好ましい。
【００２１】
本実施形態の供給側流路材１０では、第２糸１２が、中心管１５の軸方向に平行な方向に配されている。これにより、第２糸１２が、本来の供給液１３の流れ方向（即ち、中心管１５の軸方向に平行な方向）に対し、抵抗とならない方向に配されるため、供給液１３の流れを上記螺旋方向へ容易に導くことができる。
【００２２】
図２に示すように、本実施形態の供給側流路材１０は、第１糸１１で構成される第１層２１と、第２糸１２で構成される第２層２２とからなる２層構造を有している。この構成によれば、供給液１３の上記螺旋方向の流路となる第１層２１に第２糸１２が存在しないため、汚染物質の滞留を効果的に防止できる。よって、汚染物質の除去が容易となる。
【００２３】
第１糸１１及び第２糸１２の設置ピッチは、特に限定されないが、供給側の圧力損失を低減した上で、分離膜面上の表面更新を促進するには、いずれも３〜２０ｍｍが好ましく、４〜８ｍｍがより好ましい。第１糸１１及び第２糸１２の設置ピッチは、同一であっても異なっていてもよいが、供給液１３の流れを上記螺旋方向へ容易に導くには、第１糸１１の設置ピッチP1と第２糸１２の設置ピッチP2との比（P1／P2）が、０．５〜２．０であることが好ましく、０．８〜１．５であることがより好ましい。
【００２４】
第１糸１１及び第２糸１２の材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等の樹脂の他、天然高分子、ゴムなどが挙げられる。第１糸１１及び第２糸１２の材質は、同一であっても異なっていてもよい。また、第１糸１１の材質としてポリエチレンテレフタレートなどの剛性の高い樹脂を選択すると、供給液１３の流れを上記螺旋方向へより容易に導くことができるため好ましい。
【００２５】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、逆浸透ろ過、限外ろ過、精密ろ過など、何れのろ過方法にも利用でき、その用途も限定されないが、上記のような供給側流路材は、主に逆浸透膜によって濁質の多い水をろ過する際に、特にその効果が発揮される。なかでも、大径化したスパイラル型膜エレメント（例えば、直径１６インチ以上）に適用すると、従来の供給側流路材を用いた場合に比べ、汚染物質の滞留を効果的に防止できる。
【００２６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、第２糸が中心管の軸方向に平行な方向に配されている例を示したが、第２糸は、中心管の軸方向に平行に配されていなくてもよい。
【００２７】
また、第１糸及び第２糸は、マルチフィラメントでもモノフィラメントでもよく、これらは融着や接着などにより相互に固着されていてもよく、織物であってもよい。ただし、供給液の流れの抵抗を低減するためには、第１糸及び第２糸は、いずれもモノフィラメントが好ましい。また、供給液の流れを上述した螺旋方向に安定に維持するためには、第１糸と第２糸は、図２に示すような２層構造を形成し、かつ相互に固着されているものが好ましい。なお、第１糸及び第２糸の断面形状は、特に限定されず、円形、楕円形、長方形、台形、菱形など、何れの形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ａ，Ｂは、それぞれ本発明のスパイラル型膜エレメントの供給側流路材の一例を説明するための平面図である。
【図２】図１ＡのI-I線断面図である。
【図３】従来の膜エレメントの一部切欠き斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  供給側流路材
１１  第１糸
１２  第２糸
１３  供給液
１４  第１糸の傾斜方向に沿った方向
１５  中心管
２１  第１層
２２  第２層
Ｘ  第１糸の糸径
Ｙ  第２糸の糸径
θ  傾斜角度
【図１】
2009195870.tif 000003
【図２】
2009195870.tif 000004
【図３】
2009195870.tif 000005