JP2005279556A

JP2005279556A - スパイラル型分離膜エレメント

Info

Publication number: JP2005279556A
Application number: JP2004100059A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Ishii; 勝視石井; Hiroya Yamamoto; 博也山本; Toshiaki Okuno; 利昭奥野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】シートの外装方法を改善することによって、簡便に巻回体の軸方向の強度を高め、変形の生じにくい膜エレメントを提供すること。
【解決手段】分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、少なくとも透過側流路の軸方向両端部を封止した状態で、有孔の中心管１０５にスパイラル状に巻回され、その巻回体１の表面に外装材２を備えるスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記外装材２がシート状であり、前記巻回体１の周りに螺旋状に巻回され、その重なり割合が該外装材幅の３０〜７０％であることを特徴とする。ここで、前記外装材２の幅が、２５〜１５０ｍｍであることが好適である。また、前記外装材２を構成するシートが、粘着層を有するものであることが好適である。
【選択図】図３

Description

本発明は、スパイラル型分離膜エレメントに関し、詳しくは、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する。

従来より、かん水または海水の脱塩、超純水の製造、排水処理等の幅広い用途に各種の分離膜モジュールが用いられ、例えば、スパイラル型分離膜エレメント（以下「膜エレメント」という。）を圧力容器（ベッセル）内に収容した構造となっている。ここで、膜エレメントは、逆浸透ろ過や限外ろ過、精密ろ過、気体分離、脱ガス等の機能を有し、例えば、供給流体を分離膜表面へ導く供給側流路材、供給流体を分離する分離膜、分離膜を透過し供給流体から分離された透過流体を中心管へと導く透過流路材からなる分離膜ユニット（以下「膜ユニット」という。）を中心管の周りに巻き付けた構成が知られている。

このような膜エレメントは、分離膜を二つ折りにした間に供給側流路材を配置したものと透過流路材とを交互に積み重ね、供給流体と透過流体の混合を防ぐため接着剤を分離膜周辺部に塗布した膜ユニットの単数または複数を中心管の周囲に円筒状に巻回した後、巻回体の外周に巻回体の形態を保持するシートを巻き付けて形成される（例えば、特許文献１あるいは２参照）。

上記膜エレメントの製造において、巻回体の周りにシートを巻き付ける方法としては、具体的には、図４に示すように、膜エレメント４０の軸方向長さとほぼ同じ幅のシート４１を巻き付ける方法が知られている。
特許第３０３５３７３号公報（図２）特開２００２−２８２６５８号公報（図８）

しかしながら、上記方法では巻回体とシートとの密着性が悪く、巻回体の軸方向に力が掛かった場合、巻回体が変形し易いという欠点があった。

また、これに対し、巻回体の変形を抑えるための補強材として外装材の外側にＦＲＰ層を設ける方法がある。しかし、補強材として所定の強度を発現するためにはＦＲＰを厚くする必要があったため、膜充填量が低下し、原材料費が増加する要因となる。

そこで、本発明の目的は、シートの外装方法を改善することによって、簡便に巻回体の軸方向の強度を高め、変形の生じにくい膜エレメントを提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す分離膜モジュールおよびそれを用いた液体分離装置により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は、分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、少なくとも透過側流路の軸方向両端部を封止した状態で、有孔の中心管にスパイラル状に巻回され、その巻回体の表面に外装材を備えるスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記外装材がシート状であり、前記巻回体の周りに螺旋状に巻回され、その重なり割合が該外装材幅の３０〜７０％であることを特徴とする。このように巻回体の周りにシートを螺旋状に巻きつけることで、巻回体とシートとの密着性が向上し、巻回体の軸方向に力が掛かった場合でも巻回体が変形しにくくなる。また重なり割合が増加することによって、実質的にシートの被覆厚みが増加し、その結果、強度が増加する。

上記スパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記外装材の幅が、２５〜１５０ｍｍであることが好適である。つまり、シートを効率的に外装するには、広い幅のシートであることが好ましい反面、均一かつ隙間なく外装するためには狭い幅のシートが好ましい。膜エレメントの作製においては、両者のバランスから、シート幅を上記の範囲にすることが好適であるとの知見を得たもので、こうした形状のシートを使用することにより、巻回体とシートの間が隙間無く、高い密着度にて外装することができる。

また、上記スパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記外装材を構成するシートは、粘着層を有するものであることが好適である。こうしたシートを使用することにより、シートの巻回しを行うだけで、粘着層によってシートと巻回体の密着状態を維持することができる。つまり、所定の強度で引張りながら巻回体に巻き付けることによって、均一な条件で粘着層が巻回体に接することができることから、非常に作業性よく高い密着度を確保しながらシートを順次外装することができる。

本発明によれば、以上のように、シートの外装方法を改善することによって、巻回体の軸方向の強度を高め、変形の生じにくい膜エレメントを提供することができる。具体的には、シートの重なりやシート幅あるいは粘着層といったシートの構成要素を工夫し、巻回体とシートとの密着性を向上させることによって、簡便かつ作業性よく優れた膜エレメントを作製することができる。

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。
本発明の膜エレメントは、例えば、（１）膜ユニットの作製、（２）巻回体の作製、（３）シートの外装、という工程によって作製される。

まず、本発明における巻回体１について説明する。巻回体１は、図１〜図３に示すように、分離膜１０１、供給側流路材１０２、及び透過側流路材１０３が、透過側流路の軸方向両端部を少なくとも封止した状態で、有孔の中心管１０５にスパイラル状に巻回されたものである。本発明における巻回体１は従来のエレメントに使用されるものと特に変わりがなく、従来公知のものを何れも使用することができる。例えば、透過側流路材の軸方向両端部の封止には、ウレタン、エポキシ等の接着剤、ホットメルト接着剤、熱融着型粘着テープ、熱融着性シートなどの封止剤１０４、１０６を用いることができる。

上記の巻回体１は、例えば次の工程により製造することができる。

＜膜ユニットＵの作製＞
図１に示すように、分離膜１０１を二つ折りにした間に供給側流路材１０２を配置したものと透過側流路材１０３とを積み重ね、供給流体と透過流体の混合を防ぐ封止部を形成するための封止剤１０４、１０６を、透過側流路材１０３の軸方向両端部及び巻回終端部に塗布した膜ユニットＵを準備する。

本実施形態では、供給側流路材１０２を挟み込むように二つ折りにした分離膜１０１の上に、透過側流路材１０３を重ねて、封止剤１０４、１０６を塗布する例で説明したが、透過側流路材１０３の上に二つ折りにした分離膜１０１を重ね、その上に封止剤１０４、１０６を塗布することも可能である。また、二つ折りにした分離膜１０１の代わりに、交互に折り返した連続膜を使用したり、分離膜１０１の折り部分が巻回終端側になるように配置しても良い。

分離膜１０１には、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路材１０２にはネット状材料等が使用できる。透過側流路材１０３にはネット状、編み物状材料等が使用できる。

＜巻回体の作製＞
次に、図２に示すように、この膜ユニットＵの単数または複数を、有孔の中心管１０５の周囲にスパイラル状に巻回した後、封止剤１０４、１０６を熱等により硬化させることによって、透過側流路の軸方向両端部が少なくとも封止された巻回体１を得ることができる。本実施形態では、その際に透過側流路の巻回終端部や中心管１０５の周囲部も封止される。

膜ユニットＵを積層する際の数量は、必要とされる透過流量に応じて決まるものであり、１層以上であればよいが、操作性を考慮すると１００層程度が上限である。

次に、上記の２つの工程により作製された巻回体１を基に、膜エレメントを作製することができる。

＜シートの外装＞
上記によって作製された巻回体１に対し、図３に例示するように、所定の幅を有するシート２を螺旋状に外装する。図３では、１枚の外装材（シート）２を巻回体１の周りに螺旋状に巻回した例を示したが、複数枚のシートを同時に螺旋状に巻回してもよい。

ここで、本発明の膜エレメントは、上記のような巻回体１の表面に設けられたシート状外装材２が螺旋状に巻回され、その重なり割合が該外装材幅の３０〜７０％であることを特徴とする。具体的には、重なり割合を３０％以上にした場合には外装面積の６０％以上でシート２が２重に外装されることになる。重なり割合を５０％以上で外装した場合には、シート２が外装面積の１００％で２重となり、さらに重なり割合を７０％で外装した場合には外装面積の約４０％で３重に外装されることになる。このように巻回体の周りにシートを螺旋状に巻きつけることで、巻回体１とシート２との密着性の向上、シート２の実質的な被覆厚みの増加、による強度の増加の結果、巻回体１の軸方向に力が掛かった場合でも巻回体１が変形しにくくなる。

その際、シート２の巻回方向は、シート２の巻回によって膜ユニットＵの巻回を強化することができることから、巻回体１における膜ユニットＵの巻回方向と同じ方が好ましい。

また、本発明で巻き付けるシート２は、巻回体１の外周表面に沿って巻付可能な柔軟性があればよく、シート巻付時における張力での伸びが１０％以下であることが好ましい。材質・形状で規定されるものではではなく、数種のシートがラミネートされていたり、繊維補強されていたり、あるいはシート２の内側に粘着層が形成されているような多層構造のシートであっても、上記条件を満たすものであれば使用できる。ただし、好ましい基材として、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル、ガラス繊維布などが使用できる。

なお、巻回体１とシート２の間が隙間無く、高い密着度にて外装するためには、シート２の幅は２５〜１５０ｍｍが好ましいが、シート２の幅はシート長手方向で変化しても良い。

本実施形態では、シート２の先端を巻回体１に固定するが、固定の方法は貼付、融着、接着などの方法で行うことができる。

本発明の膜エレメントには、さらに強度保持のため巻回体表面にＦＲＰ層を設ける、あるいは、テレスコープ等の変形を防止するための有孔の端部材や、シール材、補強材などを必要に応じて設けることができる。

また、上記膜エレメントにおいて、作業性向上のため、シート２に粘着層を設けることが好適である。巻回体１に対し、シート２の巻回しを行うだけで、粘着層によってシート２と巻回体１の密着状態を維持することが可能となる。

以下、具体的実施例により、さらに本発明を説明する。また、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。なお、本発明がかかる実施例、評価方法に限定されるものでないことはいうまでもない。

＜評価方法＞
（１）破壊加重試験
ＦＲＰ層を含む膜エレメントを作製し、膜エレメントの軸方向に力を加え、ＦＲＰ層が破壊した時点の加重を測定した。

＜実施例１＞
本発明の製造条件に従って、中心管長さ：１０１６ｍｍ、分離膜：ＥＳ２０（日東電工（株）製）、分離膜長さ：２１３０ｍｍ、膜ユニット数：２１、供給側流路材厚み：０．６６ｍｍ、透過側流路材厚み：０．２５ｍｍ、外装材材質：ポリプロピレン、外装材幅：７５ｍｍ、ＦＲＰ層厚み：２ｍｍを用い、外装材重なり割合を５０％とした膜エレメントを得た。この膜エレメントについて、破壊加重試験を行った結果、破壊加重は５１０００（Ｎ）となった。

＜実施例２＞
外装材材質を、粘着層を有するポリプロピレンに変更した以外は実施例１と同様にして膜エレメントを得た。この場合の破壊加重は６４０００（Ｎ）となった。

＜比較例１＞
外装材の幅を１０００ｍｍに変更し、図４に示すように、巻回体の周りに巻き付けた以外は実施例１と同様にして膜エレメントを得た。この場合の破壊加重は１７０００（Ｎ）となった。

＜比較例２＞
外装材重なり割合を２０％に変更した以外は実施例１と同様にして膜エレメントを得た。この場合の破壊加重は３５０００（Ｎ）となった。

＜比較例３＞
外装材重なり割合を８０％に変更した以外は実施例１と同様にして膜エレメントを得た。この場合の破壊加重は５３０００（Ｎ）となった。

＜比較例４＞
外装材の幅を、２００ｍｍに変更した以外は実施例１と同様にして膜エレメントを得た。この場合の破壊加重は４４０００（Ｎ）となった。

＜評価結果＞
上記実施例および比較例について、各々の評価結果を表１に示す。

表１のように、実施例１の膜エレメントの破壊加重は、比較例１と比べて３．０倍であった。実施例２の膜エレメントの破壊加重は、比較例１と比べて３．８倍であった。また、本発明の範囲内にない外装材重なり割合を有する比較例２については、低い加重によって破壊が見られた。本発明の範囲内にない外装材の幅を有する比較例４についても、同様であった。また、比較例３については、破壊加重は同等であったが、エレメント外径の増大および材料使用量が増大するという問題があった。さらに、比較例４については、外装材を螺旋状に巻回す際、外装材にシワが入り、密着性が不安定となった。

本発明の膜ユニットの作製方法を例示する説明図本発明の巻回体の作製方法を例示する説明図本発明の膜エレメントの作製方法を例示する説明図従来の膜エレメントの作製方法を例示する説明図

符号の説明

１巻回体
２外装材（シート）
１０１分離膜
１０２供給側流路材
１０３透過側流路材
１０４、１０６封止剤
１０５中心管

Claims

分離膜、供給側流路材、及び透過側流路材が、少なくとも透過側流路の軸方向両端部を封止した状態で、有孔の中心管にスパイラル状に巻回され、その巻回体の表面に外装材を備えるスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記外装材がシート状であり、前記巻回体の周りに螺旋状に巻回され、その重なり割合が該外装材幅の３０〜７０％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。
前記外装材の幅が、２５〜１５０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型分離膜エレメント。
前記外装材を構成するシートが、粘着層を有することを特徴とする請求項１または２記載のスパイラル型分離膜エレメント。