CN102946978A - 螺旋型分离膜元件、有孔中空管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的螺旋型分离膜元件具备：具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔(2)的有孔中空管(1)和卷绕在有孔中空管(1)的周围且包含分离膜和流道材料的层叠体。在有孔中空管(1)的外周面的由所述层叠体覆盖的区域设置有非贯通凹部(3)。根据本发明，使透过液流入非贯通凹部(3)，因此，能够使透过液在该非贯通凹部(3)内顺畅地流动，从而能够减小透过液受到的阻力。由此，能够减小压力损失并增大透过液量。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋型分离膜元件。另外，本发明涉及能够用于该螺旋型分离膜元件的有孔中空管及该有孔中空管的制造方法。
背景技术
具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔的有孔中空管可以作为例如用于排水的净化或海水淡化的螺旋型分离膜元件的中心管使用。该螺旋型分离膜元件中，使用反渗透膜、精密过滤膜、超滤膜作为分离膜并已得到实际应用。近年来，在对该螺旋型分离膜元件的需要增加的同时，要求所需的分离性能也显著提高，不仅研究了分离膜的性能，而且研究了作为分离膜元件整体的减小元件内压力损失等性能的提高。关于该中心管，以往对贯通孔的开孔率(例如参考专利文献1)、中心管内周面的结构(例如参考专利文献2)等进行了研究，但目前仍要求进一步提高性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-305823号公报
专利文献2：日本特开2007-111674号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供能够减小压力损失并且增大透过液量的螺旋型分离膜元件。另外，本发明的目的还在于提供能够用于该螺旋型分离膜元件的有孔中空管及其制造方法。
用于解决问题的手段
本发明提供一种螺旋型分离膜元件，其中，具备：具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔的有孔中空管和卷绕在上述有孔中空管的周围且包含分离膜和流道材料的层叠体，在上述有孔中空管的外周面的由上述层叠体覆盖的区域设置有非贯通凹部。
另外，本发明提供一种有孔中空管，具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔，其中，在上述外周面上设置有非贯通凹部，上述多个贯通孔开口于该非贯通凹部的底部。
此外，本发明提供一种有孔中空管的制造方法，通过注射成形法制造上述有孔中空管，所述制造方法中，向包含用于形成上述有孔中空管的内部空间的芯模以及用于收容上述芯模且具有用于形成上述非贯通凹部的凸部和用于形成上述多个贯通孔的凸起的主模的模具内注入树脂并使其固化。
发明效果
根据本发明，使透过液流入非贯通凹部，因此，能够使透过液在该非贯通凹部内顺畅地流动，从而能够减小透过液受到的阻力。由此，能够减小压力损失并增大透过液量。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的螺旋型分离膜元件中使用的有孔中空管的立体图。
图2是表示螺旋型分离膜元件的构成例的分解立体图。
图3A是表示卷绕到有孔中空管的周围之前的层叠体的立体图，图3B是卷绕在有孔中空管的周围的层叠体的示意性截面图。
图4A是用于制造图1所示的有孔中空管的模具的截面图，图4B是表示将有孔中空管沿轴向分成多段的示例的截面图。
图5是表示第一变形例的有孔中空管的立体图。
图6A是表示第二变形例的有孔中空管的侧视图，图6B是该有孔中空管的截面图。
图7A是表示第三变形例的有孔中空管的侧视图，图7B是该有孔中空管的截面图。
图8A~8C是分别表示第四至第六变形例的有孔中空管的侧视图。
图9A是表示第七变形例的有孔中空管的侧视图，图9B是该有孔中空管的截面图。
图10A是表示第八变形例的有孔中空管的侧视图，图10B是该有孔中空管的截面图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的说明仅涉及本发明的一例，本发明并不限于此。
图1中示出了本发明的一个实施方式的螺旋型分离膜元件中使用的有孔中空管1。该有孔中空管1具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔2。有孔中空管1的材质等没有特别限定，优选有孔中空管1为不具有挠性的刚体。例如，优选使用金属、树脂、陶瓷制的有孔中空管。
作为金属，可以使用例如铁、铝、不锈钢、铜、黄铜、青铜、杜拉铝或具有两种以上金属元素的合金，在用于净水用途的情况下，从成本、强度和耐腐蚀性方面而言，优选使用不锈钢。
作为上述树脂，可以使用热固性树脂、热塑性树脂。作为热固性树脂，可以列举例如：环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、热固性聚酰亚胺、有机硅树脂和邻苯二甲酸二烯丙酯树脂。其中，优选使用环氧树脂、三聚氰胺树脂、有机硅树脂。作为热塑性树脂，可以列举例如：聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂、聚酰胺类树脂、聚砜树脂、聚酯类树脂(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂)、改性聚亚苯基氧化物树脂(例如改性聚苯醚树脂)、聚苯硫醚树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂或者它们的混合物或聚合物合金。
另外，为了提高树脂的强度，可以向树脂组合物中加入玻璃纤维或碳纤维等纤维材料、晶须或液晶聚合物等结晶系材料。例如，作为玻璃纤维，可以列举：玻璃棉、短切玻璃纤维、磨碎玻璃纤维。另外，作为碳纤维，可以列举磨碎碳纤维。作为晶须，可以列举：硼酸铝晶须、钛酸钾晶须、碱性硫酸镁晶须、硅酸钙晶须和硫酸钙晶须。
此外，为了提高树脂的特性，可以加入各种添加剂。例如，可以向树脂组合物中添加阻燃剂、稳定剂、颜料、染料、脱模材料、润滑材料、耐候性改良剂等。这些添加物可以单独使用，也可以以两种以上添加物的混合物的形式使用。
设置在有孔中空管1中的贯通孔2的个数和大小适当设定即可，例如，直径约8英寸的螺旋型分离膜元件中，在有孔中空管1的外径为约30mm~约40mm的情况下，贯通孔2的直径优选为约2mm~约8mm，并且贯通孔2的个数优选设置约50个~约200个。另外，贯通孔2优选排列在沿有孔中空管2的轴向延伸的至少一条线上。本实施方式中，如图2和图3B所示，贯通孔2以位于相对于有孔中空管2的中心轴呈180度反向的位置的方式排列有2列。
此外，在有孔中空管1的外周面上，以贯通孔2开口于非贯通凹部3的底部的方式设置有非贯通凹部3。该非贯通凹部3具有将透过液顺畅地引入贯通孔2中的效果，因此，认为带来减小元件内的压力损失的效果。在此，非贯通凹部3是指使有孔中空管1的壁厚减小的部分。
本实施方式中，非贯通凹部3由连结槽31、平行槽32和连接槽33构成，利用非贯通凹部3确保了透过液的流道。这些槽31~33的深度和宽度没有特别限定，例如，直径约8英寸的螺旋型分离膜元件中，在有孔中空管1的外径为约30mm~约40mm的情况下，槽31~33的深度例如为约0.5mm~约2mm，并且槽31~33的宽度例如为约1mm~约3mm。
连结槽31在贯通孔2排列成的每条线上将贯通孔2连结。连结槽31优选以与螺旋型分离膜元件的流体的流动方向平行的方式沿有孔中空管1的轴向延伸。利用该结构，能够通过连结槽31呈直线地引导透过液，因此，能够进一步提高减小元件内的压力损失的效果。各连结槽31可以连续性地设置，也可以有意地间断性地设置。
平行槽32是与连结槽31平行的槽，与连结槽31一起将有孔中空管1的外周面沿周向分割。例如，使连结槽31和平行槽32以等角度间隔配置。连接槽33将连结槽31与平行槽32连接。通过如本实施方式这样将平行槽32与连结槽31连接，能够使透过液在非贯通凹部3内的流动变得顺畅，并且能够减小因透过液经由流道材料而产生的压力损失风险，因此，与不设置连接槽33的情况相比，能够减小元件内的压力损失。另外，连接槽33的数量和延伸方向没有特别限定，根据透过液的移动方向适当确定即可。例如，如图1所示，可以使沿周向延伸的连接槽33以从所有相邻的贯通孔2的中央穿过的方式配置。
各槽31~33的截面形状没有特别限定，可以适当设计成四方形、U字形、V字形、半圆形或侧面呈阶梯状的形状等，对于四方形和V字形而言，优选对底角部进行半径为约0.5mm以上且约2mm以下的圆角加工(R加工)。由此，能够进一步减小流动阻力，并且能够在加压条件下缓和在角部的应力集中，因此，能够防止劣化和破损。
有孔中空管1的轴向上设置有非贯通凹部3的范围优选未到达有孔中空管1的两端部，以便能够在有孔中空管1的外周面的由后述的层叠体8(参考图3A)覆盖的区域设置非贯通凹部3。螺旋型分离膜元件中的分离膜一般使用对折后将三个边密封的结构的分离膜，在有孔中空管1的端部该密封部分附近与中空管胶粘。非贯通凹部3与该胶粘部分重叠时，透过液漏出而有时使分离效率变差。因此，可以特别优选使用在分离膜的密封部分与有孔中空管1接触的部分不形成非贯通凹部3的结构。
如图2所示，有孔中空管1通过将层叠体8螺旋状地卷绕在该有孔中空管1的周围而构成螺旋型分离膜元件。如图3A和3B所示，层叠体8具有如下构成：使通过在由合成树脂网构成的透过侧流道材料5的两面叠合分离膜6后将三边胶粘而形成为信封状(袋状)的膜片7与由合成树脂网构成的供给侧流道材料4交替层叠。透过侧流道材料5形成用于使透过液在分离膜6之间流过的透过侧流道8B，供给侧流道材料4形成用于使供给液在膜片7之间流过的供给侧流道8A。膜片7的开口部安装在有孔中空管1上。
例如，通过将1片连续的片60以夹持供给侧流道材料4的方式对折而形成2片分离膜6。膜片7通过使如上形成的分离膜7之间以夹持透过侧流道材料5的方式进行三边接合而得到。该接合使用胶粘剂。另外，例如，通过将1片透过侧流道材料5延长而成的延长部直接卷绕在有孔中空管1上并将其两端部用胶粘剂密封而形成与有孔中空管1的外周面相对的筒状流道8C。膜片7的开口部通过该筒状流道8C与贯通孔2连通。但是，层叠体8的构成不限于图3A和3B所示的构成，例如，可以通过将连续的片折叠成折皱状而使所有的分离膜6相连。
分离膜6具有例如在无纺布层上依次层叠有多孔性支撑体和表皮层(分离功能层)的结构。无纺布层的构成材料没有特别限定，可以使用现有公知的材料。
作为上述多孔性支撑体的构成材料，可以使用现有公知的材料。可以例示例如：聚砜、聚醚砜等聚芳醚砜、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、环氧树脂等。
上述表皮层对供给液中含有的分离对象物质不显示透过性而具有分离功能。作为构成表皮层的材料，没有特别限定，可以使用现有公知的材料，具体而言，可以例示：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、PMMA、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、乙烯-乙烯醇共聚物等。
供给侧流道材料4可以使用网状材料、网眼状材料、带槽片、波形片等现有公知的材料。另外，透过侧流道材料5可以使用网状材料、编织物状材料、网眼状材料、带槽片、波形片等现有公知的材料。
有孔中空管1的制造方法没有特别限定，可以使用现有公知的方法。可以列举例如：对通过挤出成形法得到的树脂制中空管或金属制中空管实施穿孔和切削开槽加工的方法；对通过如注射成形法等使用模具等的起模加工得到的树脂或陶瓷的有孔中空管实施切削开槽加工的方法。其中，本发明人发现了高效且以高生产率制造有孔中空管1的方法。该方法为向模具内注入树脂并使其固化的、通过注射成形法制造有孔中空管1的方法。该模具的示例示于图4A中。
图4A所示的模具包含芯模12、用于收容芯模12的主模11和将芯模12固定在主模11上的辅助构件18。在芯模12与主模11之间形成有成形室13。芯模12用于形成有孔中空管1的内部空间。主模11具有用于形成非贯通凹部3的凸部16和用于形成贯通孔2的凸起17。
主模11能够沿与有孔中空管1的轴向正交的方向分割，由以相互接触的状态紧固的一对主部件11A、11B构成。各主部件11A、11B上设置有树脂注入口14。芯模12能够沿有孔中空管1的轴向分割，由以相互接触的状态固定在主模11上的一对芯部件12A、12B构成。
另外，有孔中空管1不一定需要整个进行一体式地注射成形。例如，如图4B所示，也可以将有孔中空管1沿轴向分成多个(图例中为2个，也可以为3个以上)段1A、1B，使用图4A所示的模具对各段1A、1B进行注射成形，并将这些段1A、1B接合，由此制造有孔中空管1。此时的接合方法没有特别限定，可以适当使用树脂胶粘、加热熔接、超声波热熔、旋转摩擦热熔等公知的技术。
(变形例)
非贯通凹部3不限于上述的构成，可以进行各种变形。例如，如图5所示，非贯通凹部3可以仅由连结槽31和平行槽32构成。另外，如图6A和图6B所示，非贯通凹部3可以不包含连结槽31而仅由以等角度间隔配置的平行槽32构成。即，多个贯通孔2可以不开口于非贯通凹部3的底部。该构成中，流入到任意平行槽32内的透过液沿有孔中空管1的外周面以最短的路径通过透过侧流道材料5流到贯通孔2中，因此，利用该构成也能够在一定程度上减小透过液的流动阻力。但是，如果贯通孔2开口于非贯通凹部3的底部，则非贯通凹部3作为将透过液导入到贯通孔2中的流道发挥作用，因此，能够大幅减小透过液的流动阻力。
此外，连结槽31不一定需要沿有孔中空管1的轴向延伸，也可以如图7A和图7B所示以贯通孔2的2倍间距的波长形成波浪的方式蜿蜒行进。或者，虽然省略了图示，但连结槽31也可以为每隔一圈穿过相邻的贯通孔2的螺旋状。
此外，如图8A所示，非贯通凹部3可以仅由使图7A所示的连结槽31沿有孔中空管1的轴向以贯通孔2的一半间距错开的蛇行槽34构成。另外，如图8B所示，可以使以贯通孔2的2倍间距的波长形成波浪的连结槽31相对于贯通孔2排列成的线对称地设置并使它们在贯通孔2上交叉。此外，连结槽31形成波浪时，其波形不需要划出圆滑的曲线，可以为如图8C所示的角波(角波)。
或者，如图9A和9B所示，非贯通凹部3可以由与各贯通孔2对应地设置的单个凹陷35构成。图例中，各单个凹陷35由十字形的槽和同心圆形的槽构成。另外，单个凹陷35的底面可以为与有孔中空管1的外周面平行的曲面，也可以为与贯通孔2的轴向正交的平面。
此外，非贯通凹部3可以具有图10A和10B所示的构成。该构成中，在有孔中空管1的外周面设置有沿有孔中空管1的轴向延伸的连结槽31，并且设置有从各贯通孔21向两侧延伸的圆周槽36。此外，在由连结槽31和圆周槽32划分出的各区域中以形成矩阵状排列的点37的方式设置有细小的格子槽。点37的形状不一定需要为四方形，也可以为圆形等其他形状。另外，也可以不设置连结槽31和圆周槽32而仅由格子槽构成非贯通凹部3。
标号说明
1 有孔中空管
2 贯通孔
3 非贯通凹部
31 连结槽
32 平行槽
33 连接槽
36 单个凹陷
4 供给侧流道材料
5 透过侧流道材料
6 分离膜
7 膜片
8 层叠体
11 主模
12 芯模
13 成形室
14 树脂注入口
16 凸部
17 凸起
18 芯模固定辅助构件
A 流体的流动方向
B 主模拆卸方向
Claims (15)
1.一种螺旋型分离膜元件，其中，
具备：具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔的有孔中空管和卷绕在所述有孔中空管的周围且包含分离膜和流道材料的层叠体，
在所述有孔中空管的外周面的由所述层叠体覆盖的区域设置有非贯通凹部。
2.如权利要求1所述的螺旋型分离膜元件，其中，所述多个贯通孔开口于所述非贯通凹部的底部。
3.如权利要求2所述的螺旋型分离膜元件，其中，
所述多个贯通孔排列在沿所述有孔中空管的轴向延伸的至少一条线上，
所述非贯通凹部包含在每条所述线上将所述贯通孔连结的连结槽。
4.如权利要求3所述的螺旋型分离膜元件，其中，所述连结槽沿所述有孔中空管的轴向延伸。
5.如权利要求4所述的螺旋型分离膜元件，其中，所述非贯通凹部包含与所述连结槽一起将所述外周面沿周向分割的多个平行槽。
6.如权利要求5所述的螺旋型分离膜元件，其中，所述非贯通凹部包含将所述连结槽与所述多个平行槽连接的连接槽。
7.如权利要求2所述的螺旋型分离膜元件，其中，所述非贯通凹部由与所述多个贯通孔各自对应地设置的单个凹陷构成。
8.一种有孔中空管，具有从外周面延续至内周面的多个贯通孔，其中，
在所述外周面上设置有非贯通凹部，所述多个贯通孔开口于该非贯通凹部的底部。
9.如权利要求8所述的有孔中空管，其中，
所述多个贯通孔排列在沿所述有孔中空管的轴向延伸的至少一条线上，
所述非贯通凹部包含在每条所述线上将所述贯通孔连结的连结槽。
10.如权利要求9所述的有孔中空管，其中，所述连结槽沿所述有孔中空管的轴向延伸。
11.如权利要求10所述的有孔中空管，其中，所述非贯通凹部包含与所述连结槽一起将所述外周面沿周向分割的多个平行槽。
12.如权利要求11所述的有孔中空管，其中，所述非贯通凹部包含将所述连结槽与所述多个平行槽连接的连接槽。
13.如权利要求9~12中任一项所述的有孔中空管，其中，所述连结槽的底角部实施了半径为0.5mm以上且2mm以下的圆角加工。
14.如权利要求8~13中任一项所述的有孔中空管，其中，在所述有孔中空管的轴向上，设置有所述非贯通凹部的范围未到达所述有孔中空管的两端部。
15.一种有孔中空管的制造方法，通过注射成形法制造权利要求8~14中任一项所述的有孔中空管，所述制造方法中，
向包含用于形成所述有孔中空管的内部空间的芯模以及用于收容所述芯模且具有用于形成所述非贯通凹部的凸部和用于形成所述多个贯通孔的凸起的主模的模具内注入树脂并使其固化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130227 |