JP2012071261A

JP2012071261A - 分離膜エレメントの製造装置および製造方法

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Publication number: JP2012071261A
Application number: JP2010218497A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Seike; 靖生清家; Masahiro Kimura; 将弘木村; Sukeyuki Tanaka; 祐之田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】分離膜上に原液流路材を挟み込むようにして二つ折りにしたのち、折り目を付与する工程において従来方式と比べ高速でかつ所定の位置に精度よくしわ無く折り目を付与することができる分離膜エレメントの製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】一定の距離で配置され、原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにする一対の駆動ロールと、分離膜を搬送し、駆動ロールと同調して駆動する分離膜搬送装置と、原液流路材を送り出し、駆動ロールと同調して駆動する原液流路材供給装置と、分離膜の折り返し端部に折り目を付与する折り目付与装置を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、分離膜を用いた分離膜エレメントの製造装置および製造方法に関し、分離膜上に流路材を挟み込むように二つ折りにして分離膜ユニットを形成する分離膜エレメントの製造装置および製造方法に関する。

逆浸透装置や限外濾過装置、精密濾過装置等に用いられ、さらには気体分離装置にも適用可能な流体分離装置に用いられる流体分離膜エレメントとして、原液が供給される原液流路材、原液を分離する分離膜、分離膜を透過し原液から分離された透過液を集水管の中へと導く透過液流路材からなるユニットを、集水管の周りに巻囲したスパイラル型の流体分離膜エレメントが知られている。

従来、このような分離膜エレメントの製造においては、たとえば、ロール状に巻かれた分離膜から、所定長の分離膜を引き出して枚葉の分離膜を準備し、その間に流路材（たとえば、原液流路材）を挟むように二つ折りして分離膜ユニットを形成し、分離膜の折り返し端部に折り目をつけた後、その分離膜ユニットと他方の流路材（たとえば、透過液流路材）とを交互に重ねて集水管の周りに巻囲している。

上記のような分離膜エレメントの製造工程においては、分離膜を二つ折りにする際、図３に示す装置を用いる方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）。この装置では、搬送アーム２３の把持部２４で分離膜１の端部をつかみ、折り返して膜同士を重ね合わせ、折り目ガイド２６を折り返し端部８の手前まで移動させたのち、熱プレート２７で上から押圧して折り目を付与している。

しかしながら、従来の方法では、作業が煩雑で時間がかかり生産性は手作業と比較してもそれほど高くなかった。また折り返し端部に圧力をかける際、折り返し端部が常に固定されておらず、不安定であるため折り目部分にしわが生じやすくこれを防ぐため図３に示す折り目ガイド２６が必要不可欠であった。

特開２００２−１０２６５９号公報

そこで、本発明では、分離膜上に原液流路材を挟み込むようにして二つ折りにしたのち、折り目を付与する工程において従来方式と比べ高速でかつ所定の位置に精度よくしわ無く折り目を付与することができる分離膜エレメントの製造装置および製造方法を提供することを課題とする。

上記目的を達成するための本発明は、以下の構成をとる。

（１）一定の距離で配置され、原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにする一対の駆動ロールと、分離膜を搬送し、駆動ロールと同調して駆動する分離膜搬送装置と、原液流路材を送り出し、駆動ロールと同調して駆動する原液流路材供給装置と、分離膜の折り返し端部に折り目を付与する折り目付与装置を有することを特徴とする分離膜エレメントの製造装置。

（２）駆動ロールの少なくとも一部が、弾性体によって被覆されている（１）に記載の分離膜エレメントの製造装置。

（３）弾性体と分離膜裏面との間との静止摩擦係数が０．６以上１．４以下の範囲である（２）に記載の分離膜エレメントの製造装置。

（４）一対の駆動ロールの間隔が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で一定である（１）〜（３）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。

（５）分離膜搬送装置が、分離膜上に接触しており、分離膜の折り返し端部を駆動ロールに挿入する向きに駆動する（１）〜（４）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。

（６）原液流路材供給装置が、駆動ロールによって原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにするように、駆動ロールと同調して原液流路材を送り出す（１）〜（５）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。

（７）原液流路材供給装置が、原液流路材を一定長送り出したのち切断する機構を備える（１）〜（６）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。

（８）分離膜の折り返し端部の先頭から１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲の少なくとも２点を挟み込むようにして分離膜と原液流路材を融着させる融着装置を備える（１）〜（７）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。

（９）一定の距離で配置された一対の駆動ロールによって原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにし、分離膜の折り返し端部に折り目を付与することを特徴とする分離膜エレメントの製造方法。

（１０）一対の駆動ロールの間隔が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で一定である（９）に記載の分離膜エレメントの製造方法。

（１１）分離膜の折り返し端部を駆動ロールに挿入する向きに駆動する（９）または（１０）に記載の分離膜エレメントの製造方法。

（１２）駆動ロールによって原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにするように原液流路材を送り出す（９）〜（１１）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。

（１３）原液流路材を一定長送り出したのち切断する（９）〜（１２）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。

（１４）分離膜の折り返し端部の先頭から５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の位置を挟み込むようにして折り目をつける（９）〜（１３）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。

（１５）温度が７０℃以上１５０℃以下の範囲、押圧力が１０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下の範囲で折り目を付ける（９）〜（１４）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。

（１６）分離膜の折り返し端部の先頭から１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲の少なくとも２点を挟み込むようにして分離膜と原液流路材を融着させる（９）〜（１５）のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。

本発明によれば、分離膜の一方の端部を認識し把持する操作ともう一方の端部へと折り返す操作が不要になるばかりか、相互の距離が一定の一対の駆動ロールにて分離膜を折りたたむと同時に原液流路材を間に挟みこむことが可能になり、大幅に作業時間の短縮が図れる。

上記において、駆動ロールの少なくとも一部が弾性体によって被覆されていることが好ましく、また、この弾性体の材質は、弾性体と分離膜裏面との間の静止摩擦係数が０．６以上１．４以下の範囲であることが好ましい。当該弾性体としては、天然ゴムや合成ゴムが好適に使用可能である。駆動ロールの少なくとも一部が弾性体によって被覆されていることにより、分離膜を滑り無く搬送することが可能となるので好ましい。

また、上記一対の駆動ロールの間隔は０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で一定であることが好ましい。一対の駆動ロールの間隔が分離膜と原液流路材を重ね合わせた厚みよりも小さすぎると、押し圧力が発生し原液流路材によって分離膜面が傷つく恐れがある。

また、滑りなく分離膜を搬送するために、駆動ロールと同じく弾性体によって接触面が被覆された膜搬送装置（例えば膜面ロール）を膜面上に配置することにより、精度よく折り返し端部を先頭にして駆動ロールに搬送することができる。

更に、上記駆動ロールに同調して原液流路材供給装置が駆動ロールの上方より折り返し端部に向い原液流路材を一定長送り出すことができる。更に駆動ロールにて分離膜面に原液流路材を挟んだ状態で原液流路材を切断するため、駆動ロールにてそのまま分離膜を次工程へと遅滞なく搬送することができる。

また、折り目付与装置（例えば熱プレート）により、分離膜の折り返し端部の先頭から５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の位置を挟み込むようにして折り目をつけることが好ましい。また、折り目付与装置において、分離膜との接触部温度が７０℃以上１５０℃以下の範囲、押圧力が１０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下の範囲であることが好ましい。

融着装置（例えば超音波ウェルダ）により、分離膜の折り返し端部の先頭から１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲の少なくとも２点を挟み込むようにして分離膜と原液流路材を融着させることで、次工程への搬送時や加工時に分離膜と原液流路材がずれることを防止することができる。

本発明の分離膜エレメントの製造装置の一例を示す概略図である。本発明の分離膜エレメントの製造装置の他の一例を示す概略図である。従来の分離膜エレメントの製造装置の一例を示す概略図である。

以下に、本発明の望ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、本発明の分離膜エレメントの製造装置および製造方法の一例を示している。

本発明は図１（ａ）に示すように、分離膜１を折り返すにあたり、相互の距離が一定の一対の駆動ロール２に引き込むように膜面ロール３を用いて分離膜１の折り返し端部８を挟んで逆方向に回転させ分離膜の折り返し端部８を駆動ロール２に巻き込ませ分離膜１を折りたたむことを特徴とする。分離膜１には、逆浸透膜や限外濾過膜、精密濾過膜、さらには気体分離膜などが使用できる。

まず、図１（ａ）に示すように、分離膜１がバックル９と膜面ロール３およびコンベア１０と膜面ロール３間にセットされる。コンベア１０は分離膜１を上流の巻出し工程から自動で搬送することも可能である。またバックル９は駆動ロール２の中心部に分離膜１の折り返し端部８を決定するためのガイドの機能と、分離膜１を傾斜させることによって折り返し端部８を駆動ロール２に引き込みやすくする機能を有する。この際、膜面ロール３は分離膜１上に直接接触するため膜面を傷つける恐れがある。巻囲後の工程にて、環状部を有するテレスコープ防止板をスパイラル型流体分離膜エレメントの両端部に接続するにあたり、端部を整える目的で両端部５〜４０ｍｍを切断する。したがって両端部５〜４０ｍｍの範囲を接触する方が好ましい。

次に、原液流路材供給装置４によって、分離膜１上に原液流路材１１を駆動ロール２の上方から駆動ロール２の回転に同調して一定長送り出す。駆動ロール２によって分離膜１を二つ折りした状態で挟みこまれたのち、カッター５により原液流路材１１を切断する。

続いて図１（ｂ）に示すように、駆動ロール２から分離膜１の折り返し端部８が原液流路材１１を挟み込んだ状態で排出された際、いったん駆動ロール２の回転を停止させ、熱プレート６を用いて折り目を付与する。このとき熱プレート６の接触部分は、分離膜１の折り返し端部８の先頭から５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の位置であることが好ましく、熱プレート６の温度範囲は７０℃以上１５０℃以下が好ましく、押圧力の範囲は１０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下であることが好ましい。

その際、超音波ウェルダ７を用いて、分離膜１と原液流路材１１を熱融着させる。このときの熱融着点は分離膜１の折り返し端部８の先頭から１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の少なくとも２点が好ましく、融着点の大きさは直径５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。

上記、熱プレート６による分離膜１への折り目付与と、超音波ウェルダ７による分離膜１と原液流路材１１の熱融着とを、同時に実施することが、作業時間短縮の観点からより好ましく、例えば同一の直動機構に熱プレートと超音波ウェルダを搭載しても良い。

さらに、原液流路材１１の切断を上記熱プレート６による折り目付与と、超音波ウェルダ７による分離膜１と原液流路材１１の熱融着との間に実施すれば、作業時間短縮の観点からより好ましい。

このように製作された分離膜ユニットと、透過液流路材とを交互に重ね合わせて集水管の周りに巻囲し、巻囲してなるユニットの両端部にそれぞれ、環状部を有するテレスコープ防止板を接合したのち、該ユニットの外周を外装体で覆うことによって分離膜エレメントを製造できる。

以上説明したように、本発明の分離膜エレメントの製造装置および製造方法によれば、分離膜ユニットを形成するに際し、分離膜１上に原液流路材１１を挟み込むように二つ折りにしたのち、原液流路材１１の切断と、熱プレート６による分離膜１の折り返し端部８への折り目付与と、超音波ウェルダ７による分離膜１と原液流路材１１の熱融着を同時に行うことで、従来方法より短時間で実施可能であり、さらには図１（ｃ）に示すように駆動ロール２を用いて遅滞なく次工程へと搬送することが可能である。

また、従来方法では折り返し端部８を押さえるために必要であった折り目ガイド２６（図３参照）が、本発明においては駆動ロール２にて代用されるため不要となり、さらに駆動ロール２と膜面ロール３が常に分離膜と接触するため折り返し端部８の不安定によるしわの発生を抑制することが可能である。
［他の実施形態］
前述の実施形態では、分離膜を折り返すにあたり、一対の駆動ロールの他に、膜面ロールとバックルを用いる例を示したが、本発明では、駆動ロールの接線方向すなわち分離膜上に垂直に駆動する折ナイフにて構成されていてもよい。

例えば図２に示すように、分離膜１の折り返し端部８が一対の駆動ロール２上にセットされたのち、その分離膜の垂直上方に直動機構にて駆動する折ナイフ２０を用いて分離膜１を駆動ロール２間に巻き込まれるように挿入し分離膜１の折り返しを行っても良い。

また、分離膜１が駆動ロール２に巻き込まれたのち、上方位置に待機し、原液流路材供給装置４によって供給される原液流路材１１のガイドの目的として使用しても良い。この際、原液流路材１１が折ナイフ２０の角に引っかかり挿入の妨げになるのを防ぐため折ナイフ２０の幅は原液流路材１１より広いほうが好ましい。

さらに、折り返し端部８の位置精度向上および原液流路材１１のガイドの目的として、バックルと膜面ロールとに合わせて折ナイフを設けても良い。

１分離膜
２駆動ロール
３膜面ロール（膜搬送装置）
４原液流路材供給装置
５カッター
６熱プレート（折り目付与装置）
７超音波ウェルダ（融着装置）
８分離膜の折り返し端部
９バックル
１０コンベア
１１原液流路材
１２原液流路材原反
２０折ナイフ
２３搬送アーム
２４搬送アームの把持部
２６折り目ガイド
２７従来方式の熱プレート

Claims

一定の距離で配置され、原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにする一対の駆動ロールと、分離膜を搬送し、駆動ロールと同調して駆動する分離膜搬送装置と、原液流路材を送り出し、駆動ロールと同調して駆動する原液流路材供給装置と、分離膜の折り返し端部に折り目を付与する折り目付与装置を有することを特徴とする分離膜エレメントの製造装置。
駆動ロールの少なくとも一部が、弾性体によって被覆されている請求項１に記載の分離膜エレメントの製造装置。
弾性体と分離膜裏面との間との静止摩擦係数が０．６以上１．４以下の範囲である請求項２に記載の分離膜エレメントの製造装置。
一対の駆動ロールの間隔が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で一定である請求項１〜３のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。
分離膜搬送装置が、分離膜上に接触しており、分離膜の折り返し端部を駆動ロールに挿入する向きに駆動する請求項１〜４のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。
原液流路材供給装置が、駆動ロールによって原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにするように、駆動ロールと同調して原液流路材を送り出す請求項１〜５のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。
原液流路材供給装置が、原液流路材を一定長送り出したのち切断する機構を備える請求項１〜６のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。
分離膜の折り返し端部の先頭から１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲の少なくとも２点を挟み込むようにして分離膜と原液流路材を融着させる融着装置を備える請求項１〜７のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造装置。
一定の距離で配置された一対の駆動ロールによって原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにし、分離膜の折り返し端部に折り目を付与することを特徴とする分離膜エレメントの製造方法。
一対の駆動ロールの間隔が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で一定である請求項９に記載の分離膜エレメントの製造方法。
分離膜の折り返し端部を駆動ロールに挿入する向きに駆動する請求項９または１０に記載の分離膜エレメントの製造方法。
駆動ロールによって原液流路材を挟み込みながら分離膜を二つ折りにするように原液流路材を送り出す請求項９〜１１のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。
原液流路材を一定長送り出したのち切断する請求項９〜１２のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。
分離膜の折り返し端部の先頭から５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の位置を挟み込むようにして折り目をつける請求項９〜１３のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。
温度が７０℃以上１５０℃以下の範囲、押圧力が１０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下の範囲で折り目を付ける請求項９〜１４のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。
分離膜の折り返し端部の先頭から１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲の少なくとも２点を挟み込むようにして分離膜と原液流路材を融着させる請求項９〜１５のいずれかに記載の分離膜エレメントの製造方法。