CN109952144A - 分离膜元件 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供具有高的流体透过性能和分离性能的分离膜元件。本发明的分离膜元件具备有孔中心管、具有供给侧的面和透过侧的面的分离膜的透过侧的面相对而形成的多个分离膜对、设置于分离膜对供给侧的面之间的供给侧流路件、和设置于分离膜对透过侧的面之间的透过侧流路件，在有孔中心管的周围卷绕分离膜对、供给测流路件、透过侧流路件而形成卷绕体，在分离膜对供给侧的面上，有孔中心管长度方向的一端面和另一端面和与有孔中心管长度方向垂直的方向上的内周端部和外周端部之中两处以上端面或端部分别开口5％以上，多个分离膜对由至少一枚第1分离膜对和至少一枚第2分离膜对构成，第1分离膜对和第2分离膜对中开口的端面或端部的组合不同。

Description

分离膜元件

技术领域

本发明涉及用于将液体、气体等流体中所含的成分分离的分离膜元件。

背景技术

近年来，关于除去海水和盐水等中所含的离子性物质的技术，作为用于节能和节省资源的工艺，通过分离膜元件进行的分离方法的利用正在普及。在通过分离膜元件进行的分离方法中所使用的分离膜，从其孔径、分离功能出发，可分类为精滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、正渗透膜。这些膜被用于由例如海水、盐水和包含有害物质的水等制造可饮用水，制造工业用超纯水，以及排水处理和有价物质的回收等，根据作为目标的分离成分和分离性能而区分使用。

作为分离膜元件存在各种形态，但在向分离膜的一侧的表面供给流体，从另一侧的表面得到透过流体这一点上是共通的。分离膜元件被形成为通过具备成束的多个分离膜，使每一个分离膜元件的膜面积增大，也就是使每一个分离膜元件所得到的透过流体的量增大。作为分离膜元件，根据用途、目的，提出了螺旋型、中空纤维型、板框型、旋转平膜型、平膜集成型等各种形状。

例如，反渗透过滤广泛使用螺旋型分离膜元件。螺旋型分离膜元件具备有孔中心管和卷绕在有孔中心管的周围的层叠体。层叠体是通过供给侧流路件、分离膜和透过侧流路件层叠而形成的，所述供给侧流路件将供给流体(例如被处理水)向分离膜表面供给，所述分离膜将供给流体中所含的成分分离，所述透过侧流路件用于将透过了分离膜的透过侧流体向有孔中心管引导。螺旋型分离膜元件能够向供给流体赋予压力，因此在能够取出较多透过流体这一点上优选使用。

近年来，对减少造水成本的需求不断提高，因此需求分离膜元件的高性能化。例如，为了分离膜元件的分离性能的提高，提出了能够提高膜表面的紊流效果，抑制浓度极化的流路件构件和分离膜元件结构。

具体而言，专利文献1和专利文献2中，提出了一种通过在分离膜的供给侧表面设置凸部和槽，使膜表面的紊流效果增加的分离膜元件。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2010-125418号公报

专利文献2：日本特开2012-066239号公报

发明内容

专利文献1、专利文献2记载的分离膜元件，虽然能够提高膜表面的紊流效果，抑制浓度极化，但存在以下问题：尤其是在实施高回收率运转(回收率：透过流体量相对于向元件供给的供给流体量的比例)的情况下，随着靠近供给流体出口，供给流体的流量减少，因此供给流体中的分离成分浓缩，并且膜表面的紊流效果降低，导致膜表面浓度增高，流体的透过性能、分离性能降低，容易产生氧化皮(水垢)。所以本发明的目的是提供一种即使在高回收率运转下也能够抑制膜表面浓度的增加、具有高的流体透过性能和分离性能的分离膜元件。

为达成上述目的，本发明的分离膜元件，其特征在于，具备：有孔中心管；以具有供给侧的面和透过侧的面的分离膜的上述透过侧的面相对的方式形成的多个分离膜对；设置于上述分离膜对的上述供给侧的面之间的供给侧流路件；以及设置于上述分离膜对的上述透过侧的面之间的透过侧流路件，通过在上述有孔中心管的周围卷绕上述分离膜对、上述供给侧流路件、上述透过侧流路件而形成卷绕体，在上述分离膜对的供给侧的面上，上述有孔中心管长度方向的一端面和另一端面以及与上述有孔中心管长度方向垂直的方向的内周端部和外周端部这四处端面和端部之中，两处以上的端面或端部分别开口5％以上，多个上述分离膜对由至少一枚第1分离膜对和至少一枚第2分离膜对构成，在上述第1分离膜对和上述第2分离膜对中，开口的上述端面或上述端部的组合不同。

根据本发明，即使在进行高回收率运转时，也能够减少供给流体中的分离成分浓缩的影响，并且使膜表面紊流乱效果增加，由此抑制浓度极化，维持分离膜元件的流体透过性能和分离性能。

附图说明

图1是表示通常的分离膜元件的分解立体图。

图2是本发明记载的分离膜元件的展开图的一例。

图3是本发明记载的分离膜元件的展开图的一例。

图4是本发明记载的分离膜元件的展开图的一例。

图5是本发明记载的分离膜元件的展开图的一例。

图6是本发明记载的分离膜元件的展开图的一例。

图7是本发明记载的分离膜元件的展开图的一例。

图8是本发明记载的分离膜元件和分离膜元件用容器的横截面图的一例。

图9是本发明记载的分离膜元件的分解立体图的一例。

图10是本发明记载的分离膜元件的分解立体图的一例。

图11是本发明记载的分离膜元件的分解立体图的一例。

图12是本发明应用的透过侧流路件的横截面图的一例。

图13是本发明应用的盖子的截面图的一例。

具体实施方式

下面，对本发明的分离膜元件的实施方式进行详细说明。

(1)概要

图1表示分离膜元件1的分解立体图。如图1所示，通常的分离膜元件1具备有孔中心管2、分离膜3、供给侧流路件4、透过侧流路件5、防伸缩板71和72。分离膜3、供给侧流路件4和透过侧流路件5重叠而形成膜单元6。供给侧流路件4在两枚分离膜3之间或将一枚分离膜折叠而成的分离膜3之间形成供给侧流路，透过侧流路5在两枚分离膜3之间形成透过侧流路。膜单元6在有孔中心管2的周围呈螺旋状卷绕，形成卷绕体61。在卷绕体61的外侧卷绕有未图示的细丝或薄膜。

在卷绕体61的两端，为了防止卷绕体61以伸缩状变形而安装有防伸缩板71和72，但如果是以低压运转的净水器用途，则也可以不具备防伸缩板71和72。另外，本发明的特定的实施方式中，可以具备盖子73来代替防伸缩板。

(2)分离膜

＜概要＞

作为分离膜3，使用具有与使用方法、目的等相对应的分离性能的膜。分离膜3可以是单层，也可以是具备分离功能层和基材的复合膜。另外，复合膜中，可以在分离功能层与基材之间还具备多孔性支持层。

将具有分离功能层的面称为供给侧的面，将与具有分离功能层的面相反侧的面称为透过侧的面，将以供给侧的面彼此相对的方式形成的状态的分离膜称为分离膜对。

＜分离功能层＞

分离功能层可以是具有分离功能和支持功能这两者的层，也可以仅具备分离功能。再者，“分离功能层”是指至少具备分离功能的层。

分离功能层具有分离功能和支持功能这两者的情况下，作为分离功能层，优选应用含有选自纤维素、聚偏二氟乙烯、聚醚砜和聚砜之中的聚合物作为主成分的层。

另一方面，作为分离功能层，在容易控制孔径并且耐久性优异的方面，优选使用交联聚合物。特别是在供给流体101中的成分的分离性能优异这方面，优选应用使多官能胺与多官能酰卤缩聚而得到的聚酰胺分离功能层、有机无机混合功能层等。这些分离功能层可以通过在多孔性支持层上使单体缩聚而形成。

例如，分离功能层可以含有聚酰胺作为主成分。这样的膜可以采用公知的方法，通过使多官能胺与多官能酰卤进行界面缩聚而形成。例如，通过向多孔性支持层上涂布多官能胺水溶液，利用气刀等将多余的多官能胺水溶液除去，然后涂布含有多官能酰卤的有机溶剂溶液，由此进行缩聚，得到聚酰胺分离功能层。

＜多孔性支持层＞

多孔性支持层是支持分离功能层的层，在材料是树脂的情况下也可以称为多孔性树脂层。

对于多孔性支持层所使用的材料及其形状没有特别限定，例如可以通过多孔性树脂而形成于基板上。作为多孔性支持层，可使用聚砜、乙酸纤维素、聚氯乙烯、环氧树脂或将它们混合、层叠而成的材料，优选使用化学稳定性、机械稳定性、热稳定性高、容易控制孔径的聚砜。

多孔性支持层例如可以通过将上述聚砜的N,N-二甲基甲酰胺溶液以一定厚度浇铸在后述的基材(例如紧密编织的聚酯无纺布)上，并使其在水中湿式凝固来制造。

多孔性支持层可以按照“盐水研究与开发进展报告”No.359(1968)记载的方法形成。再者，为了得到期望的形态，可以调整聚合物浓度、溶剂的温度、不良溶剂。

＜基材＞

从分离膜3的强度、尺寸稳定性等观点出发，分离膜3可以具有基材。作为基材，在强度、流体透过性方面优选使用纤维状的基材。

作为基材，可分别优选使用长纤维无纺布和短纤维无纺布。

(3)分离膜对

分离膜形成供给侧流路件、透过侧流路件和分离膜对。分离膜隔着供给侧流路件以供给侧的面相对的方式配置。另外，在透过侧的面之间配置透过侧流路件。透过侧流路以使透过流体在有孔中心管中流动的方式，透过侧的面之间仅在卷绕方向内侧的一边打开，在另外三边密封(关闭)。

分离膜对为长方形状。对于分离膜对的卷绕方向的长度和有孔中心管的长度方向的长度(宽度)没有特别限定，但随着分离膜对的长度L相对于宽度W的比例越大，在分离膜对中流体通过时的流速增加，因此在抑制浓度极化方面优选。另一方面，如果分离膜对的长度L相对于宽度W的比例过大，则压力损失会增大。从两者的平衡出发，为了在高回收率运转时也能维持分离膜元件性能，分离膜对的长度L相对于宽度W的比例L/W优选为2.5以上且8以下。更优选为4以上且6以下。

(4)供给侧流路件

供给侧流路件4以被分离膜3的供给侧的面夹持的方式配置，形成将供给流体101和104向分离膜3供给的流路(即供给侧流路)。为了进一步抑制供给流体101和104的浓度极化，优选成为使供给流体101和104的流动紊乱的形状。

供给侧流路件4可以是薄膜、网、或在具有空隙的片材上设有凸状物的具有连续形状的构件，或者也可以是相对于分离膜3显示出大于0且小于1的投影面积比的具有不连续形状的构件。另外，供给侧流路件4可以设为能够与分离膜3分离，也可以设为固定于分离膜3。

再者，对于供给侧流路件4的材料没有特别限定，可以是与分离膜3相同的材料，也可以是不同的材料。

在供给侧流路中，稳定形成流路很重要，而由于通过的流体的量比透过侧流路更多，因此降低压力损失也很重要。所以，供给侧流路件4的投影面积比优选为0.03～0.8，更优选为0.05～0.5，进一步优选为0.08～0.35。

供给侧流路件4相对于分离膜3的投影面积比，可以通过对利用显微镜等从与膜面垂直的方向拍摄供给侧流路件4得到的图像进行分析来计算。

如果供给侧流路件4的厚度大，则压力损失减小，但在制成元件的情况下，可填充于容器中的膜面积减小。如果厚度小，则流路的压力损失增大，分离性能、流体透过性能会降低。因此，例如在流体是水的情况下，元件的造水能力降低，导致用于增加造水量的运转成本增高。所以，考虑到上述各性能的平衡和运转成本，供给侧流路件4的厚度可以为80～2000μm，优选为200～1000μm。

供给侧流路件4的厚度可以通过市售的厚度测定器直接测定，或者也可以通过对使用显微镜拍摄的图像进行分析来测定。

供给侧流路件4是网的情况下，网由多条细丝构成。多条细丝在交点处相互交叉，交点部分的厚度最大。

构成网的细丝的直径可以在细丝的长度方向上恒定，可以在长度方向上均匀地增加或减少，也可以是反复增加和减少的形态。在细丝的直径是在长度方向上反复增加和减少的形态的情况下，优选在细丝直径最大的部位使多条细丝交叉的形态。通过在细丝直径最大的部位使多条细丝交叉，能够降低供给侧流路的压力损失。

另外，交叉的多条细丝的直径可以相同，也可以不同。在交叉的多条细丝的直径不同的情况下，如果厚度一定，则直径小的细丝降低压力损失的效果大，直径大的细丝使流动紊乱的紊流效果大。

从上述压力损失与紊流效果的平衡出发，关于构成网的细丝截面的直径，(最小部分的直径)/(最大部分的直径)优选为0.1以上且0.7以下，更优选为0.3以上且0.6以下。

构成网的细丝的倾斜角相对于供给流体的流动方向，如果是平行方向，则能够降低压力损失，但浓度极化降低效果减小，如果是垂直方向，则压力损失增高，但浓度极化降低效果增大。从压力损失与浓度极化降低效果的平衡出发，细丝的倾斜角度相对于供给流体的平均流动角度，优选为-60°以上且60°以下。在此，平均流动角度是指一枚分离膜对之中的流动角度的平均值。

随着多条细丝交叉的交点的间隔越大，压力损失减小，如果多条细丝交叉的交点的间隔小，则压力损失越大。从它们的平衡出发，交点间隔优选为1.0mm以上且10mm以下，更优选为1.1mm以上且8mm以下，进一步优选为1.2mm以上且5mm以下。

对于构成网的细丝的截面形状没有特别限定，可以采用椭圆、圆、三角形、四边形、不规则形状等，如果网与分离膜表面接触的部分的面积小，则能够抑制由分离膜表面与网的摩擦导致的分离膜性能的降低，从而能够减小流动的死区，抑制浓度极化，因此优选。网与分离膜表面接触的部分相对于分离膜的投影面积比优选为0.01以上且0.25以下，更优选为0.02以上且0.2以下。

构成网的细丝的材质只要能够维持作为供给侧流路件的刚性并且不损伤分离膜表面，就不特别限定，可以是与分离膜相同的材料，也可以是不同的材料，优选使用聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚酯、聚氨酯、热固性弹性体等。

另外，如后所述，本发明的分离膜元件中，具有第1分离膜对和第2分离膜对。第1分离膜对所使用的供给侧流路件与第2分离膜对所使用的供给侧流路件可以不同。在第1分离膜对和第2分离膜对中，流动的方向、流量、所供给的流体的质量不同，因此在提高分离膜元件性能这一点上，优选采用分别适合的供给侧流路件。

(5)供给侧流路

＜流动＞

方便起见，将向一个分离膜元件1供给的流体、和从该分离膜元件1的供给侧流路排出的流体分别称为供给流体101和浓缩流体103。另外，本发明的分离膜元件的实施方式中，某一分离膜对的浓缩流体会成为另一个分离膜对的供给流体，将该过程中的流体称为中间流体104。

图2～图7中示出分离膜元件1的展开图。图2～图7是表示卷绕于有孔中心管2之前的有孔中心管2和分离膜对31的状态的图，图2和图3中，从分离膜对的一端面将供给流体或中间流体进行供给(101、104)，从另一端面排出中间流体或浓缩流体(104、103)。图4和图5中，从分离膜对的一端面将供给流体或中间流体进行供给(101、104)，从分离膜对的外周端部排出中间流体或浓缩流体(104、103)。图6和图7中，从分离膜对的外周端部将供给流体或中间流体进行供给(101、104)，从一端面排出中间流体或浓缩流体(104、103)。

＜I型分离膜对＞

以下，将具有图2和图3所示的展开图的分离膜对称为I型分离膜对。

在I型分离膜对中，将向分离膜对供给供给流体或中间流体的端面称为流入端面，将排出浓缩流体或中间流体的端面称为排出端面。

本发明的分离膜元件，在I型分离膜对中，排出端面的流路闭口率优选为0～95％。如果供给流体排出端面的流路闭口率为0％，则能够减小供给流体流路的压力损失，并且能够有效利用膜面整体，因此能够增大透过流量。如果流路闭口率大于0％，则供给流体的流路在排出端面变窄，由此特别是即使在以高回收率运转的情况下，也能够保持较大的供给流体的膜面线速度，能够抑制浓度极化。因此，优选根据本发明的分离膜元件整体的目标性能，适当设计流路闭口率。

在排出端面的流路闭口率大于0％的情况下，如果将与有孔中心管的长度方向垂直的方向作为卷绕方向，则流路闭口部可以从卷绕方向的最外周部向内周连续地关闭，可以从最内周部向外周连续地关闭，也可以在卷绕方向上间断地关闭。在沿着卷绕方向间断地关闭的情况下，闭口部一处的长度优选为1～100mm。更优选为3～10mm。另外，开口部一处的长度优选为1～100mm，更优选为3～10mm。

闭口部一处的长度从卷绕方向的内侧向外侧可以恒定也可以变动。另外，开口部一处的长度从卷绕方向的内侧向外侧可以恒定，可以以逐渐变宽的方式变动，也可以以逐渐变窄的方式变动。

另外，流入端面的流路闭口率优选为0～90％。如果流入端面的流路闭口率为0％，则能够减小供给流体流路的压力损失，并且能够有效利用膜面整体，因此能够增大透过流体量。如果流路闭口率大于0％，则能够增大供给流体的膜面线速度，能够抑制浓度极化。

流入端面的流路闭口部可以从卷绕方向的最内周部向外周连续地密封，也可以在卷绕方向上间断地密封。

在沿着卷绕方向间断地密封的情况下，闭口部一处的长度优选为1～100mm，更优选为3～100mm。另外，开口部一处的长度优选为1～100mm，更优选为3～10mm。

在排出端面的流路闭口部从卷绕方向的最外周部向内周连续地密封的情况下，优选流入端面的流路闭口部从卷绕方向的最内周部向外周连续地密封。通过设为这样的闭口部，能够有效利用膜面整体，因此优选。

同样，在排出端面的流路闭口部从卷绕方向的最内周部向外周连续地密封的情况下，优选流入端面的流路闭口部从卷绕方向的最外周部向内周连续地密封。通过设为这样的闭口部，能够有效利用膜面整体，因此优选。

另外，与流入端面相比，排出端面的流量更少，因此关于流入端面和排出端面的流路闭口率，优选排出端面的流路闭口率高于流入端面。

再者，在I型分离膜对中，分离膜对的内周端部和外周端部的流路闭口率为100％。分离膜对的内周端部和外周端部是通过将分离膜折叠或者由粘结剂密封而使流路关闭，在将内周部折叠的情况下，可以通过利用粘结剂将外周端部密封来关闭，在将外周端部折叠的情况下，可以通过利用粘结剂将内周端部密封来关闭。另外，也可以通过对内周端部和外周端部都利用粘结剂密封而将流路关闭。

＜倒L型分离膜对＞

另外，以下将具有图4和图5所示的展开图的分离膜对称为倒L型分离膜对。

在倒L型分离膜对中，将向分离膜对供给供给流体或中间流体的端面称为流入端面，将排出中间流体或浓缩流体的分离膜对的外周端部称为排出端部。

在倒L型分离膜对中，与流入端面相反侧的端面的闭口率为100％。

另一方面，在流入端面，流路闭口率优选为0～95％，在流路闭口率大于0％的情况下，流路闭口处优选从卷绕方向的外侧向内侧连续形成。

排出端部的流路闭口率优选为0～95％，在流路闭口率大于0％的情况下，流路闭口处优选为从流入端面侧起沿着有孔中心管的长度方向连续形成。

通过使流入端面和排出端部的流路闭口率在上述范围内，能够防止供给流体流路的路径短，能够得到充分的透过流体量。

再者，分离膜对的内周端部的流路闭口率为100％，可以通过折叠分离膜或者利用粘结剂进行密封而将流路关闭。

＜L型分离膜对＞

另外，以下将具有图6和图7所示的展开图的分离膜对称为L型分离膜对。

在L型分离膜对中，将向分离膜对供给供给流体或中间流体的分离膜对的外周端部称为流入端部，将排出中间流体或浓缩流体的端面称为排出端面。

在L型分离膜对中，与排出端面相反侧的端面的闭口率为100％。

供给部的流路闭口率优选为0～95％，在流路闭口率大于0％的情况下，流路闭口处优选从排出端面侧起沿着有孔中心管的长度方向连续地形成。

排出端面的流路闭口率优选为0～95％，在流路闭口率大于0％的情况下，流路闭口处优选从卷绕方向的外侧向内侧连续地形成。

通过使流入端部和排出端面的流路闭口率为上述范围内，能够抑制供给流体流路的路径短，能够得到充分的透过流体量。

再者，分离膜对的内周端部的流路闭口率为100％，可以通过折叠分离膜或者利用粘结剂密封而将流路关闭。

＜I型-倒L型元件＞

本发明的分离膜元件的一方案中，在一个分离膜元件之中混合存在I型分离膜对和倒L型分离膜对。

在I型分离膜对和倒L型分离膜对混合存在的情况下，供给流体从I型分离膜对的一端面被供给(101)，向I型分离膜对的另一端面排出(104)。如图8所示，排出的流体104通过后述的盖子或者被密封的容器而转弯，从倒L型分离膜对的一端面供给(104)，向倒L型分离膜对的外周端部排出(103)。即、由I型分离膜对得到的浓缩流体成为倒L型分离膜对的供给流体。因此，与向卷绕体供给的流体的总流量相比，向各分离膜对供给的流体的流量之和变得更大。通过设为这样的结构，即使在分离膜元件整体以高回收率进行运转时，也能够降低各分离膜对的回收率，因此即使进行高回收率运转，也能够抑制分离膜元件的性能降低。

关于I型分离膜对与倒L型分离膜对的枚数的比例，如果倒L型分离膜对的比例高，则I型分离膜对的回收率降低，例如能够将向倒L型分离膜对供给的原水的浓度抑制为较低。另一方面，如果倒L型分离膜对的比率低，则向一枚倒L型分离膜对供给的流量增多，因此浓度极化的抑制效果增大。从它们的平衡出发，I型分离膜对的枚数在分离膜对的总数中所占的比例优选为55～90％。更优选为60～80％。即、倒L型分离膜对的枚数在分离膜对的总数中所占的比例优选为10～45％。更优选为20～40％。

＜L型-I型元件＞

另外，在本发明的分离膜元件的一个方案中，在一个分离膜元件之中混合存在I型分离膜对和L型分离膜对。

在I型分离膜对和L型分离膜对混合存在的情况下，供给流体从L型分离膜对的外周端部被供给(101)，向L型分离膜对的一端面排出(104)。如图8所示，排出的流体104通过后述的盖子或被密封的容器而转弯，从I型分离膜对的一端面被供给(104)，从I型分离膜对的另一端面被排出(103)。即、由L型分离膜对得到的浓缩流体成为I型分离膜对的供给流体。因此，与向卷绕体供给的流体的总流量相比，向各分离膜对供给的流体的流量之和变得更大。通过设为这样的结构，即使分离膜元件整体以高回收率进行运转时，也能够降低各分离膜对的回收率，因此即使进行高回收率运转，也能够抑制分离膜元件的性能降低。

关于I型分离膜对与L型分离膜对的枚数的比例，如果I型分离膜对的比例高，则L型分离膜对的回收率降低，例如能够将向I型分离膜对供给的原水的浓度抑制为较低。另一方面，如果I型分离膜对的比例低，则向一枚I型分离膜对供给的流量增多，因此浓度极化的抑制效果增大。从它们的平衡出发，I型分离膜对的枚数在分离膜对的总数中所占的比例优选为10～45％。更优选为20～40％。即、L型分离膜对的枚数在分离膜对的总数中所占的比例优选为55～90％。更优选为60～80％。

＜倒L型-L型元件＞

本发明的分离膜元件的一个方案中，在一个分离膜元件之中混合存在L型分离膜对和倒L型分离膜对。

在L型分离膜对和倒L型分离膜对混合存在的情况下，供给流体从倒L型分离膜对的一端面被供给(101)，向倒L型分离膜对的外周端部排出(104)。排出的流体104通过被密封的容器或密封件而转弯，从L型分离膜对的外周端部被供给(104)，从L型分离膜对的一端面被排出(103)。即、倒L型分离膜对的浓缩流体成为L型分离膜对的供给流体。因此，与向卷绕体供给的流体的总流量相比，向各分离膜对供给的流体的流量之和变得更大。通过设为这样的结构，即使在分离膜元件整体以高回收率进行运转时，也能够降低各分离膜对的回收率，因此即使进行高回收率运转，也能够抑制分离膜元件的性能降低。

关于L型分离膜对与倒L型分离膜对的枚数的比例，如果L型分离膜对的比例高，则倒L型分离膜对的回收率降低，例如能够将向L型分离膜对供给的原水的浓度抑制为较低。另一方面，如果L型分离膜对的比例低，则向一枚L型分离膜对供给的流量增多，因此浓度极化的抑制效果增大。从它们的平衡出发，倒L型分离膜对的枚数在分离膜对的总数中所占的比例优选为55～90％。更优选为60～80％。即、L型分离膜对的枚数在分离膜对的总数中所占的比例优选为10～45％。更优选为20～40％。

＜密封＞

分离膜对的一端面和另一端面中的流路闭口可以通过在卷绕前将端面用粘结剂等密封、或在卷绕后将端面用粘结剂等密封，或将具有密封部分的盖子或防伸缩板嵌入端面来进行关闭。

分离膜对的外周端部的流路闭口可以通过折叠分离膜、在卷绕前将外周端部用粘结剂或胶带密封、或者在卷绕后将端面用粘结剂或胶带密封来进行关闭。

分离膜对的外周端部的流路闭口可以通过折叠分离膜、在卷绕前将内周端部用粘结剂或胶带密封来进行关闭。

利用粘结剂等进行的密封可以通过利用粘结剂或热熔等进行的接合、利用热或激光进行的融合等来进行。被用于密封的粘结剂优选粘度为4～15Pa·s的范围内，更优选为5～12Pa·s。如果分离膜3产生褶皱，则分离膜元件1的性能会降低，但通过粘结剂粘度为15Pa·s以下，在将分离膜3卷绕于有孔中心管2时，难以产生褶皱。另外，在粘结剂粘度为4Pa·s以上的情况下，能够抑制粘结剂从分离膜之间流出，从而降低粘结剂附着在不必要的部分的危险性。

粘结剂的涂布量优选为在分离膜3卷绕于有孔中心管2之后，使涂布粘结剂的部分的宽度成为2～30mm以下的量。由此，能够确保较大的有效膜面积。

作为粘结剂，优选聚氨酯粘结剂、有机硅粘结剂。采用聚氨酯粘结剂的情况下，为了将粘度设为40～150Pa·s以下的范围，优选将作为主成分的异氰酸酯和作为固化剂的多元醇以异氰酸酯:多元醇＝1:1～1:5的比例混合。关于粘结剂的粘度，预先利用B型粘度计(JIS K 6833)测定主成分、固化剂单体、以及规定了配合比例的混合物的粘度。

利用盖子进行的密封，通过将预先形成为预定形状的盖子嵌入分离膜元件的卷绕体端部而进行。此时，需要使分离膜元件的卷绕体端部与盖子的流路密封部之间不产生间隙。如果是能够使分离膜元件的卷绕体端部与盖子的流路密封部之间不产生间隙、并且能够进行供给侧端部的密封的结构，则可以使用防伸缩板作为盖子。

另外，供给流体在卷绕体的端面转弯时所使用的盖子可以与上述用于关闭流路的盖子一体化。用于转弯的盖子嵌入卷绕体的端部，确保用于将从一端面排出的供给流体向另外的一端面供给的流路。对于用于转弯的盖子的形状没有特别限定，如图8所示，在抑制转弯时的压力损失这一点上，优选流路为带有圆角(弧度)的形状。

关于盖子的材质，只要能够形成为预定的形状，并具有能够将供给流体封堵的强度，就没有特别的限定，在成型的容易性和强度、成本的方面，优选使用树脂。在这些方面，作为树脂的材料，优选使用ABS、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯。

在I型-倒L型元件和L型-I型元件中，在元件最外周部，为了确保供给流体、浓缩流体的流路以及维持卷绕体的直径，优选覆盖网、多孔薄膜等。另一方面，在倒L型-L型元件中，在利用容器进行转弯的情况下，同样优选覆盖网、多孔薄膜，也可以通过使用比分离膜对更长的供给侧流路件，在分离膜元件内进行转弯。该情况下，元件最外周部优选被非透水性片覆盖。非透水性片只要是不透过水的片材就没有特别限定，在厚度和制作性方面，优选采用薄膜。

再者，本发明的分离膜元件的实施方式中，供给流体流入的部位是分离膜对的一端面、另一端面、外周端部这三处，但也可以通过使用设置能够流入或排出供给流体的第2有孔中心管等、具有能够从分离膜对的内周端部流入或排出供给流体的结构的分离膜元件，具有更多样的模式的分离膜对的组合。

(6)透过侧流路件

透过侧流路件5以被分离膜3的透过侧的面夹持的方式配置，承担形成将透过了分离膜3的流体引导到有孔中心管2的孔21的透过侧流路的作用。

透过侧流路件5在降低透过侧流路的流动阻力，并且即使在加压过滤下也能够抑制分离膜3落入透过流体流路，稳定形成流路的方面，透过侧流路件的横截面积比优选为0.3～0.75，更优选为0.4～0.6。对于透过侧流路件的种类没有限定，可以使用以往的将经编增厚以使流路扩大的纬编物、降低了纤维的单位面积重量的纬编物、在无纺布之类的多孔性片上配置有突起物的片材、对薄膜、无纺布进行凹凸加工而形成的凹凸加工片材等。

通过将具有特定的横截面积比的透过侧流路件配置于本发明的分离膜元件，能够进一步降低透过侧流路的流动阻力，与此相伴，在与包含流动阻力大的流路件的分离膜元件以相同的回收率运转时，能够加快供给流体的流速，减小浓度极化，特别是能够进一步抑制在高回收率运转下的浓度极化的增加以及氧化皮的产生。

通常的分离膜元件以30％以下的回收率运转，但本发明的分离膜元件即使以35％以上的回收率也能够稳定工作，随着回收率越高，相对于以往的分离膜元件能够体现出优越性。

随着透过侧流路件5的厚度越厚，能够减小压力损失，但是会使分离膜元件1可填充于容器的膜面积减少。随着透过侧流路件5的厚度越薄，分离膜元件1的可填充的膜面积增大，但是会使压力损失增大。从它们的平衡出发，透过侧流路件5的厚度优选为0.1mm～0.5mm，更优选为0.2mm～0.4mm。

透过侧流路件5的厚度可以通过市售的厚度测定器直接测定。

透过侧流路件5的材料只要是容易卷绕于有孔中心管2的材料即可，透过侧流路件5的压缩模量优选为0.1～5GPa。如果压缩模量在该范围内，则能够容易将透过侧流路件5卷绕于有孔中心管2。具体而言，优选使用聚酯、聚乙烯、聚丙烯等。

透过侧流路件5的压缩模量可以通过使用精密万能试验机进行压缩试验，制作应力应变线图来测定。

第1分离膜对所使用的透过侧流路件与第2分离膜对所使用的透过侧流路件可以不同。在第1分离膜对和第2分离膜对中，由于透过流体量不同，因此在提高分离膜元件性能这一点上，优选采用分别适合的透过侧流路件。

(7)有孔中心管

有孔中心管2被构成为在其中流通透过流体即可，对于材质、形状没有特别限定。随着有孔中心管2的半径越大，分离膜元件1的可填充的膜面积减少，随着有孔中心管2的半径越小，在有孔中心管2的内部流动透过流体时的流动阻力增大。有孔中心管2的半径根据透过流体的流量适当设计，优选为10～50mm，进一步优选为15～40mm。作为有孔中心管2，例如可使用具有设置了多个孔的侧面的圆筒状的构件。

(8)水处理系统

上述分离膜元件可以与向其供给流体的泵、对该流体进行预处理的装置等组合而构成流体分离装置，例如能够应用于RO净水器、盐水淡化水处理系统、海水淡化水处理系统。上述分离膜元件可以在1个容器内仅装填1个元件，也可以在1个容器内将7个左右的多个分离膜元件以串联的方式装填。另外，在多个分离膜元件串联的情况下，可以是多个分离膜元件之中的几个上述分离膜元件连接。

在1个容器内装填1个上述分离膜元件的情况下，分离膜元件装填于容器之后的分离膜元件与容器之间的间隙，通过盐水密封件或容器内的形态，分为供给流体101、透过流体102、浓缩流体103、中间流体104这四个区划，通过不使它们分别混合，能够发挥上述分离膜元件的性能。

在由盐水密封件进行划分的情况下，可以利用两个盐水密封件进行划分。在通过容器内的形态进行划分的情况下，例如可以通过将圆筒状容器的一端面侧设为供给流体流路，将另一端面侧的最内周部的区划设为透过流体流路，将正中间的区划设为中间流体流路，将最外周部的区划设为浓缩流体流路，由此进行划分。

实施例

以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于这些实施例。

(透过侧流路件的横截面积比)

将装填于分离膜元件的透过侧流路件，沿着与有孔中心管的长度方向平行的方向，以穿过透过侧流路件的凸部的方式切断。对其横截面，利用高精度形状测定系统(基恩士公司制；KS-1100)，计算透过侧流路件在凸部的中心线与相邻的凸部的中心线之间所占的横截面积相对于所测定的凸部的中心与相邻的凸部的中心之间的距离与透过侧流路件的厚度的乘积之比，将随机选择并计算出的30处的比的平均值作为横截面积比。

(造水量)

对于分离膜元件，使用浓度200ppm、pH7.0的NaCl水溶液作为供给水，在运转压力为0.41MPa、温度为25℃的条件下运转60分钟之后，进行1分钟的取样，测定造水量(L/min)。

(回收率)

在造水量的测定中，将预定的时间所供给的供给水量与透过水量的比率作为回收率。

(除去率(TDS除去率))

对于造水量的测定中的1分钟的运转所使用的供给水和取样得到的透过水，通过电导率测定求出TDS浓度，根据下述式计算TDS除去率。

TDS除去率(％)＝100×{1-(透过水中的TDS浓度/供给水中的TDS浓度)}

(实施例1)

在室温(25℃)下，对由聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维构成的无纺布(丝线直径：1分特，厚度：约为0.09mm，密度为0.80g/cm³)上以180μm的厚度添加聚砜为15.2质量％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，并立即浸渍于纯水中放置5分钟，再用80℃的温水浸渍1分钟，由此制作由纤维增强聚砜支持层构成的多孔性支持层(厚度为0.13mm)。

然后，将多孔性支持层辊放卷，浸渍于m-PDA为3.8质量％的水溶液中2分钟，将该支持层在垂直方向上缓缓提起，通过空气喷嘴吹送氮气，从支持层表面除去多余的水溶液，然后将包含0.175质量％的三苯甲酰氯的正癸烷溶液以完全润湿表面的方式涂布，静置1分钟。接着，为了从膜上除去多余的溶液，将膜垂直保持1分钟除去液体。然后用90℃的热水清洗2分钟，得到分离膜辊。

将这样得到的分离膜以长度1.4m、宽度0.25m裁断为6枚，进行折叠，将网(厚度为0.3mm，间距：1.5mm×1.5mm)作为供给侧流路件，以构成网的丝线的倾斜角度相对于卷绕方向为45°的方式配置。6枚之中，将4枚设为I型分离膜对，将2枚设为倒L型分离膜对，I型分离膜对以一端面和另一端面的闭口率为0％、内周端部和外周端部的闭口率为100％的方式折叠，并进行粘结剂涂布。倒L型分离膜对以另一端面的闭口率为70％的方式，从卷绕方向的外侧向内侧连续地涂布粘结剂，一端面的闭口率为100％，内周端部的闭口率为100％，外周端部的闭口率为0％。

透过侧流路件通过以下方式制作：使用装填有缝隙宽度为0.5mm、间距为0.9mm的梳形垫片的敷贴器，将支撑辊温度调节为20℃，在作为分离膜元件的情况下从卷绕方向的内侧端部向外侧端部以相对于有孔中心管的长度方向垂直的方式直线状地、将由60质量％高结晶性PP(MFR1000g/10分钟，熔点161℃)和40质量％低结晶性α-烯烃聚合物(出光兴产株式会社制；低立构规整性聚丙烯“L-MODU·S400”(商品名))构成的组合物颗粒以树脂温度为205℃、移动速度为10m/min涂布于无纺布上。无纺布的厚度为0.07mm，单位面积重量为35g/m²，为压花图案(φ1mm的圆形、间距为5mm的格子状)。

将制作的透过侧流路件裁断，配置在分离膜的透过侧的面，呈螺旋状卷绕于ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)制有孔中心管(宽度：350mm，直径：18mm，孔数10个×直线状1列)，在外周端部卷绕具有供给流体排出口的薄膜。供给流体排出口，在薄膜的中央部的宽度200mm的部位，宽度40mm、高度10mm的孔沿宽度方向设有4处，沿高度方向设有4处。将所得到的卷绕体的两端进行切边之后，将盖子安装于卷绕体的一端面，制作有效膜面积为1.54m²、直径为3英寸的分离膜元件。

将1个分离膜元件放入容器中，以90％回收率从分离膜元件的一端面供给供给流体，在上述条件下评价各性能，结果如表1所示。

(实施例2)

将分离膜对的枚数设为5枚，变更为I型分离膜对3枚、倒L型分离膜对2枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例3)

将分离膜对的枚数设为4枚，变更为I型分离膜对3枚、倒L型分离膜对1枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例4)

将I型分离膜对的枚数设为5枚，将倒L型分离膜对的枚数变更为1枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例5)

将分离膜元件的外径设为8英寸、宽度设为0.92m，将分离膜对的枚数设为24枚，变更为I型分离膜对16枚、倒L型分离膜对8枚，由此使有效膜面积成为28.0m²，将有孔中心管变更为宽度：1050mm、直径：28mm、孔数40个×直线状2列，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例6)

6枚分离膜对之中，5枚设为L型分离膜对，1枚设为I型分离膜对，L型分离膜对以一端面的闭口率成为90％的方式从卷绕方向的外侧向内侧连续地涂布粘结剂，另一端面的闭口率为0％，外周端部的闭口率为100％。I型分离膜对的外周端部的闭口率为100％，一端面和另一端面的闭口率为0％，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件。从所得到的分离膜元件的外周端部供给供给流体，评价性能。结果如表1所示。

(实施例7)

将分离膜元件的外径设为8英寸，宽度设为0.92m，将分离膜对的枚数设为24枚，变更为L分离膜对16枚、I型分离膜对8枚，由此使有效膜面积成为28.0m²，将有孔中心管变更为宽度1050mm、直径28mm、孔数40个×直线状2列，除此以外与实施例6同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例8)

6枚分离膜对之中，5枚设为倒L型分离膜对，1枚设为L型分离膜，倒L型分离膜对以一端面的闭口率成为90％的方式从卷绕方向的外侧向内侧连续地涂布粘结剂，另一端面的闭口率为100％，外周端部的闭口率为0％。L型分离膜对以另一端面的闭口率成为90％的方式从卷绕方向的外侧向内侧连续地涂布粘结剂，一端面的闭口率为100％，外周端部的闭口率为0％，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例9)

将分离膜元件的外径设为8英寸，宽度设为0.92m，分离膜对的枚数设为24枚，变更为倒L分离膜对16枚、L型分离膜对8枚，由此使有效膜面积成为28.0m²，将有孔中心管变更为宽度1050mm、直径28mm、孔数40个×直线状2列，除此以外与实施例8同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例10)

将透过侧流路件的横截面积比变更为0.75，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表1所示。

(实施例11)

以75％的回收率运转，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例12)

以50％的回收率运转，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例13)

以30％的回收率运转，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例14)

以4枚I型分离膜对的另一端面的闭口率成为50％的方式断续地涂布粘结剂，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例15)

以4枚I型分离膜对的另一端面的闭口率成为10％的方式从卷绕方向的外侧向内侧连续地涂布粘结剂，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例16)

以4枚I型分离膜对的另一端面的闭口率成为10％的方式从卷绕方向的外侧向内侧连续地涂布粘结剂，以一端面的闭口率成为50％的方式从卷绕方向的内侧向外侧连续地涂布粘结剂，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例17)

将倒L型分离膜对的供给侧流路件的间距变更为2.5mm×2.5mm，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例18)

将倒L型分离膜对的供给侧流路件的间距变更为2.0mm×3.0mm，由此将构成网的丝的倾斜角度变更为56°，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例19)

将分离膜对的长度变更为0.95m，将第1分离膜对的枚数变更为3枚，将第2分离膜对的枚数变更为1枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例20)

将分离膜对的长度变更为0.42m，将第1分离膜对的枚数变更为6枚，将第2分离膜对的枚数变更为3枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表2所示。

(实施例21)

将分离膜对的长度变更为1.26m，将第1分离膜对的枚数变更为2枚，将第2分离膜对的枚数变更为1枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表3所示。

(实施例22)

将分离膜对的长度变更为1.26m，将分离膜对的宽度变更为0.15m，将第1分离膜对的枚数变更为6枚，将第2分离膜对的枚数变更为3枚，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件并评价性能。结果如表3所示。

(比较例1)

将6枚分离膜对全部变更为I型分离膜对，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件，以从卷绕体的一端面供给、从另一端面排出的方式供给供给流体，评价性能。结果如表3所示。

(比较例2)

将6枚分离膜对全部变更为L型分离膜对，除此以外与实施例1同样地制作分离膜元件，以从卷绕体的外周端部供给、从一端面排出的方式供给供给流体，评价性能。结果如表3所示。

(比较例3)

将24枚分离膜对全部变更为I型分离膜对，除此以外与实施例5同样地制作分离膜元件，以从卷绕体的一端面供给、从另一端面排出的方式供给供给流体，评价性能。结果如表3所示。

(比较例4)

将24枚分离膜对全部变更为L型分离膜对，除此以外与实施例7同样地制作分离膜元件，以从卷绕体的一端面供给、从另一端面排出的方式供给供给流体，评价性能。结果如表3所示。

附图标记说明

1 分离膜元件

2 有孔中心管

21 孔

3 分离膜

31 分离膜对

4 供给侧流路件

5 透过侧流路件

6 膜单元

61 卷绕体

71、72 防伸缩板

73 盖子

8 流路闭口部

101 供给流体

102 透过流体

103 浓缩流体

104 中间流体

H 透过侧流路件的厚度

P 透过侧流路件的凸部的中心与相邻的凸部的中心之间的间隔

S 透过侧流路件的凸部的横截面积

Claims (9)

1.一种分离膜元件，具备：

有孔中心管；

以具有供给侧的面和透过侧的面的分离膜的所述透过侧的面相对的方式形成的多个分离膜对；

设置于所述分离膜对的所述供给侧的面之间的供给侧流路件；以及

设置于所述分离膜对的所述透过侧的面之间的透过侧流路件，

通过在所述有孔中心管的周围卷绕所述分离膜对、所述供给测流路件、所述透过侧流路件而形成卷绕体，

在所述分离膜对的供给侧的面上，所述有孔中心管长度方向的一端面和另一端面以及与所述有孔中心管长度方向垂直的方向上的内周端部和外周端部这四处端面和端部之中，两处以上的端面或端部分别开口5％以上，

多个所述分离膜对由至少一枚第1分离膜对和至少一枚第2分离膜对构成，

在所述第1分离膜对和所述第2分离膜对中，开口的所述端面或所述端部的组合不同。

2.根据权利要求1所述的分离膜元件，

所述第1分离膜对的一端面和另一端面开口，所述外周端部闭合，

所述第2分离膜对的一端面开口，另一端面闭合，所述外周端部开口。

3.根据权利要求1所述的分离膜元件，

所述第1分离膜对的一端面开口，另一端面闭合，所述外周端部开口，

所述第2分离膜对的一端面和另一端面开口，所述外周端部闭合。

4.根据权利要求2或3所述的分离膜元件，

在所述卷绕体的一端面设有盖子。

5.根据权利要求1所述的分离膜元件，

所述第1分离膜对和所述第2分离膜对的一端面开口，另一端面闭合，所述外周端部开口。

6.根据权利要求5所述的分离膜元件，

在所述卷绕体的外周设有流路件，该流路件的外周被非透水性片材覆盖。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的分离膜元件，

所述第1分离膜对在所述分离膜对的总数中所占的比例为55～90％。

8.根据权利要求1～7的任一项所述的分离膜元件，

所述分离膜对的宽度W与所述分离膜对的长度L之比即L/W为2.5以上且8以下。

9.根据权利要求1～8的任一项所述的分离膜元件，

设置于所述第1分离膜对的所述供给侧的面之间的所述供给侧流路件与设置于所述第2分离膜对的所述供给侧的面之间的所述供给侧流路件不同。