JP2000350923A

JP2000350923A - 流体分離素子およびその製造方法

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Publication number: JP2000350923A
Application number: JP11162377A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Gomi; 弘之五味; Hiromitsu Kanamori; 浩充金森
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】分離膜と透過液流路材の固定を強固、かつ、単
純化するとともに、しわ等の欠点を防止するとともに、
溶出の要因となる部材を使用しない流体分離素子および
その製造方法を提供する。【解決手段】供給液流路材と、分離膜と、透過液流路材
とを集水管に巻囲して流体分離素子を製造する際に、透
過液流路材と分離膜とを溶着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分離膜を用いた流
体分離素子に関する。詳しくは、透過液流路材と分離膜
との固定方法を改善した流体分離素子およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半透膜を用いた液体分離素子と
しては、逆浸透膜を用いたスパイラル型や、プレートア
ンドフレーム型、あるいは中空糸型の液体分離素子が利
用されている。

【０００３】たとえば、一定容積の中に大きな膜面積を
設けることが可能であることから最も多く利用されてい
る、図１に示す逆浸透膜等を用いたスパイラル型液体分
離素子１は、透過液流路材２を挟むように分離膜３を配
置し封筒状膜４を形成し、その封筒状膜４を、開口部側
が集水管５側に位置するように配置するとともに、供給
液流路材６と共に重ねて集水管の周りにスパイラル状に
巻囲することにより構成される。このスパイラル型流体
分離素子１においては、供給液７がスパイラル型流体分
離素子１の一方の端部から供給され、供給液流路材６に
沿って流れ、スパイラル型分離素子１の一方の端面から
濃縮液８として排出される。供給液７が供給液流路材６
に沿って流れる途中で分離膜３を通過した透過液９は、
透過液流路材２に沿って集水管５の集水孔１０を通過
し、集水管の端部に排出される。

【０００４】ここで、このような流体分離素子は一般に
以下のような手順で製造される。折り畳んだ分離膜の間
に供給液流路材を挟み、これに透過液流路材を重ねこれ
を１葉として複数の枚葉群を用意する。そして、枚葉群
の分離膜の間に接着剤を付与し、その接着剤が固化する
前に集水管の周りにスパイラル状に巻囲する。

【０００５】しかしながら、２つに折り畳んだ分離膜に
供給液流路材を挟み込み、さらに透過液流路材と重ねて
集水管の周囲に巻囲する際、この２つに折り畳んだ分離
膜や透過液流路材にズレ、折れ曲がり、外れなどが発生
しやすく、それらズレ等が発生すると、供給液がスムー
ズに通過せず、また、分離性能が著しく低下するという
問題がある。

【０００６】そこで、ズレ等の発生を防止するために、
図２に示すように透過液流路材２と２つ折りの分離膜３
とを粘着テープ１４で止めて巻囲することも実施されて
いる。しかしながら、このような方法では、透過液流路
材２と分離膜３とを完全に固定できないため、その後の
巻囲工程で、粘着テープ１４がずれたり外れたりし、そ
の結果、透過液流路材２から分離膜３が外れて分離性能
が低下する。また、粘着テープ１４を貼ると膜の折り目
の部分が厚くなり、分離膜３の集水管への巻始めの部分
が膨らみ、巻囲時のシワの要因となる。さらに、粘着テ
ープ１４貼付のための設備やテープ交換等の作業が必要
になる。

【０００７】また、粘着テープを用いると、テープから
の溶出物のため、有機炭素化合物（ＴＯＣ）の溶出を嫌
う超純水製造、あるいは有害な溶出を嫌う食品加工用な
ど、多様化する分離素子の用途に対応できない場合があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、分離膜と透
過液流路材の固定を強固、かつ、単純化するとともに、
しわ等の欠点を防止するとともに、溶出の要因となる部
材を使用しない流体分離素子、および、その製造方法を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、集水管の周囲に、供給液流路材と、分離膜
と、透過液流路材とを含む膜ユニットを形成してなり、
かつ、透過液流路材と分離膜とが溶着されている流体分
離素子を特徴とするものである。

【００１０】ここで、溶着が間欠的に行われているこ
と、透過液流路材と分離膜とが、同じ溶融温度を有する
素材からなること、さらに、膜ユニットが、集水管にス
パイラル状に巻囲されていることが好ましい。

【００１１】また、上記課題を達成するための本発明
は、供給液流路材と、分離膜と、透過液流路材とを集水
管に巻囲する際に、透過液流路材と分離膜とを溶着する
流体分離素子の製造方法を特徴とするものである。

【００１２】このとき、透過液流路材と分離膜とを重ね
合わせるとともに分離膜上に供給液流路材を配置して溶
着することや、透過液流路材と２枚の分離膜とを重ね合
わせるとともに２枚の分離膜間に供給液流路材を配置し
て溶着することが好ましい。また、溶着を間欠的に行う
こと、透過液流路材と分離膜に同じ溶融温度を有する素
材を用いることが好ましい。さらに、超音波ウエルダを
用いて溶着すること、そして、１０〜５０Mhzの超音波
で溶着すること、また、供給液流路材と、分離膜と、透
過液流路材とをスパイラル状に巻囲することが好まし
い。

【００１３】そして、上記いずれかの流体分離素子また
は上記いずれかの方法によって製造される流体分離素子
を、圧力容器に収納してなる流体分離膜モジュールも好
ましい態様である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の流体分離素子は、説明の
便宜上、従来の技術の欄で参照した図と同じ図１を用い
て説明するが、集水管５の周囲に、基材上に機能膜を設
けた分離膜３で透過液流路材２を挟みこむように形成さ
れた封筒状膜４と供給液流路材６とを含む膜ユニット
が、たとえばスパイラル状に巻囲され、かつ、透過液流
路材２と分離膜３とが溶着されているものである。

【００１５】本発明において、透過液流路材２と分離膜
３とが溶着されていることにより、透過液流路材と分離
膜とが確実に固定され、従来の接着テープを使用した場
合に煩雑であった作業を単純化でき、また、巻囲時に分
離膜や透過液流路材が所定位置からずれたり大きく外れ
たり、また、折れ曲がったりするのを防ぐことができ、
その結果、良好な分離性能が得られるものとすることが
できる。また、新たな部材で供給液流路材を取り付けな
いので、巻囲時に重要な膜の折り目付け部分が薄くな
り、分離膜を封筒状膜に形成するために分離膜に接着剤
を付与して固化する前に集水管に巻囲する場合、接着剤
の未充填部分の発生を抑えることができ、その結果、折
り目付近の膜同士を確実に接着することができる。さら
に、透過液流路材と分離膜との接合部材からの溶出のな
い流体分離素子とすることができるので、有機炭素化合
物（ＴＯＣ）の溶出を嫌う超純水製造、あるいは、有害
な溶出を嫌う食品加工用など、多様化する流体分離素子
の用途に幅広く対応できる。

【００１６】ここで、透過液流路材と分離膜とは、集水
管への巻囲を容易にし、かつ、溶着によって分離膜に穴
があいても最終製品へ影響を残さないように、集水管側
でかつ集水管に平行な辺の両端を溶着することが好まし
い。

【００１７】そして、透過液流路材は耐圧シートと同じ
溶融温度を有する素材からなるものを用いることが好ま
しい。同じ溶融温度を有する素材を用いることで、より
確実に溶着することができる。

【００１８】本発明による流体分離素子の製造方法は、
たとえば、２つ折りした分離膜に、分離膜面側が供給液
流路材に位置するように供給液流路材を挟み込み、それ
ら分離膜と透過液流路材とを交互に重ね合わせるととも
に、透過液流路材を挟んだ分離膜が一端でのみ開口する
よう接着し封筒状膜を形成し、集水管の周囲に巻囲する
際に、透過液流路材と分離膜とを溶着するものである。

【００１９】透過液流路材と分離膜とを溶着することに
より、分離膜の巻始め等に発生していた素材群のズレや
折れ曲がりが無くなり、良好な分離性能が得られる流体
分離素子とすることができる。また、透過液流路材と分
離膜との固定に、別の新たな部材を必要とせず、従来の
接着テープを用いていたときに問題であった溶出の心配
はない。したがって、流体分離素子の用途として、有機
炭素化合物（ＴＯＣ）の溶出を嫌う超純水製造、あるい
は有害な溶出を嫌う食品加工用など、多様化する分離素
子の用途に幅広く対応出来る。また、新たな部材で透過
液流路材と耐圧シートを取り付けないので、接合用の部
材供給設備費、接合部材費の削減、および接合部材交換
工数削減など製造コストを大幅に低減出来る。

【００２０】また、本発明においては、図３および図４
に示すように、透過液流路材２と分離膜３とを重ね合わ
せるとともに分離膜３上に供給液流路材６を配置し、二
つ折りにする分離膜３の折り目部１１付近で透過液流路
材２と分離膜３とを溶着することが好ましい。この場
合、溶着後に供給液流路材６を挟み込むように分離膜３
を二つ折りする。この方法によると、供給液流路材６を
挟み込んだ２枚の分離膜３のうち一方の分離膜のみを透
過液流路材２と固定するので、集水管への巻囲時のつ
れ、皺の発生を防ぐことができる。

【００２１】一方、設備簡略化の観点からは、図５およ
び図６に示すように、透過液流路材２と２枚の分離膜３
とを重ね合わせるとともに２枚の分離膜３間に供給液流
路材６を配置して、それらを一体的に溶着することが好
ましい。この場合は２枚の分離膜３の両方が透過液流路
材２と固定されるので、巻囲時の皺等の発生を防ぐため
に膜の最も集水管側で溶着することが好ましい。

【００２２】そして、たとえば２枚の分離膜と供給液流
路材とを一体的に溶着する場合、図７に示すように、供
給液流路材６を介して２つ折りした分離膜３の折り目部
１１を、透過液流路材２の先端からの距離Ｌ１が３０〜
２５０ｍｍになるように離して配置し、分離膜３の折り
目部１１からの距離Ｌ２が１０ｍｍ以下の範囲の位置
を、より好ましくは５ｍｍ以下の範囲の位置を、超音波
ウエルダ１３で溶着固定する。また、溶着範囲Ｌ３は、
巻囲する分離膜３の円周方向に対し１０ｍｍ以下である
ことが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下である。こ
の溶着範囲Ｌ３が長くなりすぎると円周方向の分離膜３
の溶着範囲が長くなり、巻囲を阻害する。また、最終製
品における有効膜面への穴発生を防止するために分離膜
の端部において溶着することが好ましく、集水管の軸方
向の溶着範囲Ｌ４は１〜５０ｍｍの範囲が好ましい。よ
り好ましくは３〜１５ｍｍであるまた、本発明におい
て、溶着に超音波ウエルダを用いると、透過液流路材と
分離膜との溶着を、瞬時にかつ簡単に行うことができ
る。さらに、その溶着に使用する超音波ウエルダの出力
は、溶着し過ぎによる穴発生や溶着不良を防ぐために１
０〜５０Ｍｈｚの範囲とすることが好ましく、さらに好
ましくは２０〜４０Ｍｈｚである。また、最終製品にお
ける有効膜面への穴発生を防止するために、分離膜の端
部を間欠的に溶着することが好ましい。

【００２３】さらに、透過液流路材として、超音波溶着
の安定性のために、分離膜と同じ溶融温度を有する素材
を用いることが好ましく、その素材としては、超音波振
動によって溶着することができるポリエステル、ポリプ
ロピレンまたはポリエチレンなどが好ましい。

【００２４】上述のような流体分離素子を圧力容器等に
収容した分離膜モジュールは、有機炭素化合物（ＴＯ
Ｃ）の溶出を嫌う超純水製造、あるいは有害な溶出を嫌
う食品加工用など、多様化する分離素子の用途に幅広く
対応できるので、出来、圧力容器等に収容して分離膜モ
ジュールとすることが好ましい。

【００２５】

【実施例】実施例図７、図８に示す方法で、透過液流路材上にポリエステ
ルの供給液流路材６を挟んで２つ折りにした分離膜３を
重ねて配置し、分離膜３の折り目部１１からの距離Ｌ２
が５０ｍｍの位置で出力３０Ｍｈｚの超音波ウエルダ１
３を０．５秒作動させて溶着した。同様にして、分離膜
３と透過液流路材とを溶着したものを５組用意し、それ
らを重ねて集水管の周囲に巻囲した。

【００２６】この結果、分離膜３と供給液流路材６とを
完全に溶着固定でき、分離膜３のズレによる供給液の流
れ異常や折れ曲がりが原因の膜傷による劣化を防止出来
た。また、新たな部材で供給液流路材６を取り付けない
ので、巻囲時に重要な膜の折り目付け部分が薄くなり、
従来接着剤で分離膜を封筒状膜に形成する際に発生しや
すかった接着剤未充填部分はみられず、折り目付近の膜
同士も確実に接着することができた。

【００２７】

【発明の効果】本発明においては、透過液流路材と分離
膜とを溶着して、集水管の周囲に巻囲するので、分離膜
と透過液流路材との固定を強固に、かつ、膜折り目が薄
くなる。よって、従来用いていたテープで固定していた
ときのように巻囲の際に分離膜が外れてしまったるする
ことを防ぐことができ、分離性能をの向上すことができ
る。また、分離膜と透過液流路材の固定用粘着テープが
不要となるので、流体分離素子の製造工程を簡略化する
ことができる。さらに、透過液流路材と分離膜との接合
部材からの溶出のない流体分離素子とすることができる
ので、有機炭素化合物（ＴＯＣ）の溶出を嫌う超純水製
造、あるいは、有害な溶出を嫌う食品加工用など、多様
化する流体分離素子の用途に幅広く対応出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパイラル型流体分離素子の一部切り欠きの斜
視図である。

【図２】従来のスパイラル型流体分離素子の製造方法を
示す模式図である。

【図３】本発明に係るスパイラル型流体分離素子の製造
方法の一例を示す模式図である。

【図４】本発明に係るスパイラル型流体分離素子の製造
方法の一例を示す模式図である。

【図５】本発明に係るスパイラル型流体分離素子の製造
方法の一例を示す模式図である。

【図６】本発明に係るスパイラル型流体分離素子の製造
方法の一例を示す模式図である。

【図７】本発明に係るスパイラル型流体分離素子の製造
方法の一例を示す模式図である。

【図８】本発明に係るスパイラル型流体分離素子の製造
方法の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１：スパイラル型流体分離素子２：透過液流路材３：分離膜４：封筒状膜５：集水管６：供給液流路材７：供給液８：濃縮液９：透過液１０：集水孔１１：折り目部１２：折り曲げ部保護テープ１３：超音波ウエルダ１４：粘着テープ１５：ウエルダ溶着部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集水管の周囲に、供給液流路材と、分離膜
と、透過液流路材とを含む膜ユニットを形成してなり、
かつ、透過液流路材と分離膜とが溶着されていることを
特徴とする流体分離素子。
【請求項２】溶着が間欠的に行われている、請求項１に
記載の流体分離素子。
【請求項３】透過液流路材と分離膜とが、同じ溶融温度
を有する素材からなる、請求項１または２に記載の流体
分離素子。
【請求項４】膜ユニットが、集水管にスパイラル状に巻
囲されている、請求項１〜３のいずれかに記載の流体分
離素子。
【請求項５】供給液流路材と、分離膜と、透過液流路材
とを集水管に巻囲する際に、透過液流路材と分離膜とを
溶着することを特徴とする流体分離素子の製造方法。
【請求項６】透過液流路材と分離膜とを重ね合わせると
ともに分離膜上に供給液流路材を配置して溶着する、請
求項５に記載の流体分離素子の製造方法。
【請求項７】透過液流路材と２枚の分離膜とを重ね合わ
せるとともに２枚の分離膜間に供給液流路材を配置して
溶着する、請求項５に記載の流体分離素子の製造方法。
【請求項８】溶着を間欠的に行う、請求項５〜７のいず
れかに記載の流体分離素子の製造方法。
【請求項９】透過液流路材と分離膜に同じ溶融温度を有
する素材を用いる、請求項５〜８のいずれかに記載の流
体分離素子の製造方法。
【請求項１０】超音波ウエルダを用いて溶着する、請求
項５〜９のいずれかに記載の流体分離素子の製造方法。
【請求項１１】１０〜５０Mhzの超音波で溶着する、請
求項５〜１０のいずれかに記載の流体分離素子の製造方
法。
【請求項１２】供給液流路材と、分離膜と、透過液流路
材とをスパイラル状に巻囲する、請求項５〜１１のいず
れかに記載の流体分離素子の製造方法。
【請求項１３】請求項１〜４のいずれかの流体分離素子
または請求項５〜１２のいずれかの方法によって製造さ
れる流体分離素子を、圧力容器に収納してなる流体分離
膜モジュール。