JP2004283701A

JP2004283701A - スパイラル型分離膜エレメント

Info

Publication number: JP2004283701A
Application number: JP2003077926A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Hirokawa; 光昭廣川; Masaaki Ando; 雅明安藤; Shinichi Jizo; 眞一地蔵; Satoru Ishihara; 悟石原
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: EP1464378A1; US20040182775A1; CN1313190C; KR20040082996A; JP3998142B2; CN1533825A

Abstract

【課題】透過側流路の圧損を低減でき、特に供給側圧力が低い場合に有効なスパイラル型分離膜エレメントを提供する。
【解決手段】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分離膜エレメントにおいて、前記透過側流路材は透過液の流れ方向に略平行な縦糸１とこれに固着した横糸２とを有し、ピッチ（縦糸幅＋縦糸内側間隔）／縦糸内側間隔の比（ｗ２／ｗ１）が１．１／１〜３／１であり、流路材厚み／縦糸内側間隔の比（ｔ／ｗ１）が０．２５／１〜１．２５／１であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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分離膜エレメントに関し、詳しくは、透過側の圧損を従来より小さく出来る透過側流路材を内蔵したスパイラル型分離膜エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スパイラル型分離膜エレメントの構造としては、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられたものが知られている。また、透過側流路材としては、流路材表面に凹凸を持たないものが主流であった。この構造は、供給側圧力が高い時に膜が透過側流路材に押し付けられ、断面積が減少する割合を小さくするという利点がある。
【０００３】
しかし、この構造の透過側流路材では、有効流路断面の空隙率が小さいため、有効流路断面積を十分確保できず、供給側圧力が低い場合や透過水流量が大きい場合に、透過側流路の圧損が大きくなり分離膜エレメントの性能を低下させていた。このため、比較的低い操作圧で運転される逆浸透膜エレメントには、透過側流路材として表面に凹凸を持つ構造のネット伏流路材が採用されている。このネット伏流路材には、供給側の圧力の影響を極力小さくするために、膜と透過側流路材の間に布をはさみ、その流路断面を確保する工夫がなされている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−１４１０６７号公報（第３頁、図５）
【特許文献２】
特開２０００−３５０９２２号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膜と透過側流路材の間に布を入れることにより、その分だけエレメント中に膜を導入する容積が少なくなり、有効膜面積が減少し分離膜エレメントの性能が低下する。逆に、エレメント中の有効膜面積を変えずに布を導入する場合には、布の分だけ透過側流路の有効断面積が減少し、透過側流路の圧損が大きくなる。
【０００６】
一方、除濁用途などにスパイラル型分離膜エレメントを用いる場合、供給側圧力が低く透過水流量が大きくなるため、上記の如き透過側流路の圧損が分離膜エレメントの性能に与える影響が大きくなる。また、供給側圧力が低い場合には、透過側流路材に対して、分離の際に透過側流路を保持する機能がさほど要求されない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、透過側流路の圧損を低減でき、特に供給側圧力が低い場合に有効なスパイラル型分離膜エレメントを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、透過側流路材の横糸と縦糸の太さや間隔について鋭意研究したところ、かかる太さ、間隔、流路材厚みの関係を一定範囲内に設定することで上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、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、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記透過側流路材は透過液の流れ方向に略平行な縦糸とこれに固着した横糸とを有し、ピッチ（縦糸幅＋縦糸内側間隔）／縦糸内側間隔の比が１．１／１〜３／１であり、流路材厚み／縦糸内側間隔の比が０．２５／１〜１．２５／１であることを特徴とする。ここで、流路材厚みは縦糸と横糸との交差部の厚みである。
【００１０】
本発明によると、透過側流路材の縦糸幅が縦糸内側間隔に対して小さくなるため、有効流路断面積を大きくすることができ、また流路材厚みに対して縦糸内側間隔が広くなるため、供給側圧力に抗して透過側流路を保持する機能を維持しつつ、有効流路断面積を大きくできる。その結果、透過側流路の圧損を低減でき、特に供給側圧力が低い場合に有効なスパイラル型分離膜エレメントを提供することができる。
【００１１】
上記において、縦糸高さ／流路材厚みの比が１０／１１〜３０／３１であることが好ましい。この場合、縦糸高さの比率が大きくなり、縦糸同士の間の空間が大きくなり透過側流路の有効流路断面積をより大きくできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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１は、本発明のスパイラル型分離膜エレメントの供給側流路材の一例を示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は斜視図である。
【００１３】
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、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、有孔の中空状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の詳細は、前記の特許文献１〜２にも詳細に記載されており、透過側流路材の以外に関しては、従来公知の分離膜、供給側流路材、中空状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空状中心管の周りに巻きつけられた構造となる。
【００１４】
本発明では、透過側流路材は供給液の流れ方向に略平行な縦糸１とこれに固着した横糸２とを有する。縦糸１と横糸２との固着は、融着や接着などにより行うことができる。縦糸１及び横糸２は、マルチフィラメントでもモノフィラメントでもよいが、流路面積を大きくする上で縦糸１はマルチフィラメント、横糸２はモノフィラメントが好ましい。
【００１５】
縦糸１としてマルチフィラメントを使用する場合、撚りや融着等によって、供給側の圧力で変形しにくい構造とするのが好ましい。かかる縦糸１の融着および横糸２との固着を同時に行ってもよい。更に、ヒートセットによって、縦糸１の断面形状を正方形や長方形に近づけてもよい。これによって、供給側の圧力でより変形しにくい構造とすることができ、透過側流路の圧損の低減と有効流路断面積の確保とをより好適に両立できるようになる。
【００１６】
透過側流路材のピッチ（縦糸幅＋縦糸内側間隔）／縦糸内側間隔の比（ｗ２／ｗ１）は１．１／１〜３／１であり、好ましくは１．５／１〜２．５／１である。ｗ２／ｗ１がこの範囲より小さいと、縦糸幅が小さくなりすぎて供給側圧力に抗して透過側流路を保持する機能が小さくなり、ｗ２／ｗ１がこの範囲より大きいと、縦糸幅が大きくなりすぎて透過側流路の有効流路断面積が小さくなる。つまり、本発明では、縦糸１の幅もできるだけ小さくして、透過液が流れる断面積（流路断面積＝縦糸内側間隔×谷深さ）を大きくする。その際、厚みを大きくすることなく、透過側流路断面積を増やすことが重要である。これは、厚みが増すほど、分離膜エレメントの膜面積が減少するからである。
【００１７】
従って、透過側流路材の流路材厚み／縦糸内側間隔の比（ｔ／ｗ１）は０．２５／１〜１．２５／１であり、好ましくは０．３／１〜１．０／１である。ｔ／ｗ１がこの範囲より小さいと、縦糸内側間隔が大きくなりすぎて供給側圧力に抗して透過側流路を保持する機能が小さくなり、ｔ／ｗ１がこの範囲より大きいと、縦糸内側間隔が小さくなりすぎて透過側流路の有効流路断面積が小さくなる。
【００１８】
本発明では、透過側流路材の構造は凹凸を有するが、布を挟み込むことなく透過側の圧損を確保することができる。用途を限定するわけではないが、除濁用スパイラル型分離膜エレメントでその性能が発揮されやすい。その構造としては、透過液流れに平行な縦糸（凸）をもち、谷（凹）はできるだけ深くする。理想的には、透過側流路材厚みとこの谷の深さを近づける。従って、透過側流路材の縦糸高さ／流路材厚みの比（ｈ／ｔ）が１０／１１〜３０／３１であることが好ましい。つまり、横糸径は縦糸径に比べて１／１０〜３０ぐらいとする。
【００１９】
具体的には、縦糸径３５０〜６００μｍ、横糸径２０〜５０μｍが好ましい。また、縦糸幅４００〜８００μｍ、縦糸高さｈ３５０〜６００μｍ、縦糸内側間隔ｗ１は０．３〜１．５ｍｍが好ましい。
【００２０】
一方、横糸内側間隔は、２００〜１０００μｍが好ましく、３００〜５００μｍがより好ましい。この範囲より横糸内側間隔が大きくなると、透過側流路材の強度低下により、流路の安定な維持が困難となる傾向があり、この範囲より横糸内側間隔が小さくなると、流動の抵抗が大きくなる傾向がある。
【００２１】
本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、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るが、上記のような透過側流路材は、主に除濁用のように供給側圧力が低い場合に、特にその効果が発揮される。具体的には、供給側流路と透過側流路の差圧が０．０１〜０．５ＭＰａの場合に有用である。
【００２２】
透過側流路材の材質としては、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）等のポリエステル、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が、ポリエステルなどの樹脂を使用するのが好ましい。
【００２３】
角度の異なる２種以上の横糸２を使用してもよく、横糸２同士が菱形模様をなすように交差させてもよい。その時、横糸２同士の交差部と縦糸１との交差部とが、異なる位置となるようにするのが好ましい。
【００２４】
縦糸１と横糸２との上下配置は、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、複数配列した縦糸１の片側に全ての横糸２が配置される構造が好ましい。かかる構造によると、流路断面が確保され、透過側流路材の抵抗が低減されるという効果がある。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００２６】
実施例１
本発明で用いる透過側流路材（図１参照）として、流路材厚みが０．３９ｍｍになるように、縦糸としてマルチフィラメント糸（フィラメント直径３５μｍ、撚り本数４０本×２、高さ０．３５ｍｍ、幅０．５ｍｍ）と横糸としてモノフィラメント糸（直径３５μｍ）を用いて、交差部を熱融着で固着して、ピッチ（縦糸幅＋縦糸内側間隔）１．７ｍｍ、縦糸内側間隔１．２ｍｍ（比：１．４／１）、流路材厚みと縦糸内側間隔の比が０．３／１、横糸内側間隔約０．５ｍｍ、縦糸と横糸の交差角度θが９０±１０°のポリエステル製ネットを作製した。このネットを平行平板セル（Ｃ１０−Ｔ：流路幅３５ｍｍ，流路長１４５ｍｍ）にセットして、純水を流し流量と圧損を測定し、その結果を図２に示した。
【００２７】
比較例１
実施例１において、同じ流路材厚み（０．３９ｍｍ）でピッチ／縦糸内側間隔比を３．９／１とし、流路材厚みと縦糸内側間隔の比を１．８／１とする以外は、実施例１と同様にしてポリエステル製ネットを作製した。このネットを平行平板セル（Ｃ１０−Ｔ：流路幅３５ｍｍ，流路長１４５ｍｍにセットして、純水を流し流量と圧損を測定し、その結果を図２に示した。
【００２８】
図２の実施例１に見られるように、比較例１に示す従来の流路材の半分程度の圧損に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパイラル型分離膜エレメントの透過側流路材の一例を示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は斜視図
【図２】実施例において縦糸間隔／横糸間隔の比を変化させた場合の流量と圧損の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１縦糸
２横糸
ｗ１縦糸内側間隔
ｗ２ピッチ
ｈ縦糸高さ
ｔ流路材厚み

Claims

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分離膜エレメントにおいて、前記透過側流路材は透過液の流れ方向に略平行な縦糸とこれに固着した横糸とを有し、ピッチ（縦糸幅＋縦糸内側間隔）／縦糸内側間隔の比が１．１／１〜３／１であり、流路材厚み／縦糸内側間隔の比が０．２５／１〜１．２５／１であることを特徴とするスパイラル型分離膜エレメント。
縦糸高さ／流路材厚みの比が１０／１１〜３０／３１である請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント。