JP2016144795A - 分離膜エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】常に安定した濾過流量および脱塩率が得られる分離膜エレメント用の透過側流路材および分離膜エレメントを提供すること。【解決手段】分離膜エレメント用の透過側流路材であって、分離膜との接着部分が、前記透過側流路材における他の部分よりも流体浸透性が高い透過側流路材とする。【選択図】図２

Description

本発明は、液体、気体等の流体に含まれる成分を分離するために使用される分離膜エレメントに関する。

液体、気体等の流体に含まれる成分を分離する方法としては、様々なものがある。例えば海水、かん水などに含まれるイオン性物質を除くための技術を例にとると、近年、省エネルギーおよび省資源のためのプロセスとして分離膜エレメントによる分離法の利用が拡大している。分離膜エレメントによる分離法に使用される分離膜には、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜などがあり、これらの膜は、例えば海水、かん水、有害物を含んだ水などから飲料水を得る場合や、工業用超純水の製造、廃水処理、有価物の回収などに用いられており、目的とする分離成分および分離性能によって使い分けられている。

分離膜エレメントは、分離膜の一方の面に原流体を供給し、他方の面から透過流体を得る点では共通している。分離膜エレメントは、各種形状からなる分離膜素子を多数束ねて膜面積を大きくし、単位エレメントあたりで多くの透過流体を得ることができるように構成されており、用途や目的にあわせて、スパイラル型、中空糸型、プレート・アンド・フレーム型、回転平膜型、平膜集積型などの各種エレメントが製造されている。

例えば、逆浸透ろ過に用いられる分離膜エレメントを例にとると、その分離膜エレメントは、原流体を分離膜表面へ供給する供給側流路材、原流体に含まれる成分を分離する分離膜、及び分離膜を透過し供給流体から分離された透過流体を集水管へと導くための透過側流路材、からなる部材を集水管の周りに巻き付けたスパイラル型分離膜エレメントが、原流体に圧力を付与し、透過流体を多く取り出す点で広く用いられている。

スパイラル型分離膜エレメントの部材としては、供給側流路材では供給流体の流路を形成させるために主に高分子製のネットが使用され、分離膜としては、ポリアミドなどの架橋高分子からなる分離機能層、ポリスルホンなどの高分子からなる多孔性樹脂層、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子からなる不織布がそれぞれ供給側から透過側にかけて積層された分離膜が使用される。透過側流路材は、透過側流路材自身の構造部と空隙とからなり、空隙部が透過流体流路として用いられるが、膜に原流体のろ過圧が作用して空隙部への膜の落ち込み変形を防ぐ目的で、供給側流路材よりも空隙が小さいトリコットと呼ばれる編み物部材が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

近年、造水コストの低減意識の高まりから、分離膜エレメントの高性能化のニーズ、および、分離膜エレメントの低価格化が求められている。この様な背景の中、分離膜エレメントの分離性能、単位時間あたりの透過流体量を増やす上では、透過側流路材の流動抵抗を減らすため、流路となる空隙が小さい、トリコットのような編み物部材に代えて、薄手のフィルム状のシートに突起を設けた構造の透過側流路材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２２６３６６号公報 特開２００６−２４７４５３号公報

本発明者らは、透過側流路材として特許文献２のようにフィルムを用いた場合、あるいはその他の接着剤が浸透しにくい部材を用いた場合、透過側流路材の両面に接着剤を塗布しなければならないので、製造工程の増加により製造コストが高まり、製造効率が低下すること、透過流体流路材に接着剤が浸透し難く、アンカー効果を発現しないために透過側流路材と接着剤との間に剥離が生じやすく、結果として分離膜と透過側流路材との間にリークが生じやすいことを見出した。

本発明の目的は、よりリークが生じにくく、製造効率のよい分離膜エレメントを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次の（１）〜（４）のいずれかの構成を有する。

（１）供給側の面と透過側の面とを有する分離膜と、前記透過側の面に挟まれるように配置される透過側流路材と、を備え、前記分離膜によって原流体を透過流体と濃縮流体とに分離する分離膜エレメントであって、前記透過側流路材は、それを挟む前記分離膜の透過側の面の両方に、接着剤により固定されており、前記は、第１領域と第２領域とを有し、前記第２領域は前記第１領域よりも前記接着剤が浸透しやすく、前記接着剤は、少なくとも前記第２領域に浸透し、かつ前記流路材と前記透過側の面とを接着している、分離膜エレメント。
（２）前記透過側流路材は、基材に突起を有する上記（１）に記載の分離膜エレメント。
（３）前記突起が、基材に固着している上記（２）に記載の分離膜エレメント。
（４）前記第２領域において前記透過側流路材は孔を備える上記（１）〜（３）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（５）前記第２領域は、前記流路材の端部に位置する上記（１）〜（４）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（６）前記第１領域において、前記透過側流路材は、流体を透過させないことを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の分離膜エレメント。

本発明によると、透過側の面が向かい合わせになっている分離膜同士が、透過側流路材を介して接着されており、この透過側流路材に接着剤が浸透しやすい第２領域が存在することで、接着剤と透過側流路材との間の剥離が生じにくい。

また、第２領域に接着剤が浸透することで、透過側流路材の片面のみに接着剤を塗布しても、透過側流路材の他方の面にまで接着剤が到達しやすいので、透過側流路材の片面に接着剤を塗布するだけで、両面を分離膜に接着することが可能となる。

本発明に関する一実施例形態であるスパイラル型分離膜エレメントの分解斜視図である。 本発明に関する一実施例形態であるスパイラル型分離膜エレメントの積層体の構造を示す斜視図である。 本発明に関する一実施例形態である透過側流路材の斜視図である。 本発明に関する一実施例形態である透過側流路材の端部近傍を拡大した斜視図である。 本発明に関する一実施例形態である、図２に示す積層体のＸＸ矢視断面図である（透過側流路材の突起は省略されている）。 本発明に関する一実施例形態である、膜−供給側流路材ユニットの形成工程を示す図面である。 本発明に関する一実施例形態である、膜−供給側流路材ユニットへ接着剤を塗布する工程を示す図面である。 本発明に関する一実施例形態である、膜−供給側流路材ユニットに透過側流路材を重ねる工程を示す図面である。 本発明に関する一実施例形態である、完成した積層体と、それを集水管に巻囲する工程とを示す図面である。 本発明に関する一実施例形態である、膜−供給側流路材ユニットへ接着剤を塗布する工程を示す斜視図である。 本発明に関する一実施例形態である、膜−供給側流路材ユニットに重ねられた透過側流路材にさらに膜−供給側流路材ユニットを重ねる工程を、透過側流路材の下から接着剤が浸透する様子と併せて示す斜視図である。 本発明に関する他の実施例形態にかかる透過側流路材の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態の例を、逆浸透膜を用いたスパイラル型の分離膜エレメント、および、その透過側流路材について、適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。

１．分離膜エレメントの構成
図１〜図４に本実施形態の分離膜エレメント１の構成を示す。

図１に示すように、分離膜エレメント１は、集水管５と、集水管５の周囲に巻囲された積層体１１と、端板５３および５５とを備える。

集水管５は、複数の孔を有する中空の管である。

図１および図２に示すように、積層体１１は、分離膜２と、供給側流路材３と、透過側流路材４と、接着部７を備える。なお、図２においては、積層体１１の構成の説明のために部材のみを抜粋して示す。特に、積層体１１の最下部には、後述するように他の層よりも長い透過側流路材が配置されるが、図２では省略する。

分離膜２の２つの面のうち、供給流体（原流体）１０１と接触する方の面を供給側の面と称し、分離膜２を通った透過流体１０３と接する方の面を透過側の面と称する。積層体１１は複数の分離膜２を備えており、複数の分離膜２は、供給側の面同士が対向し、かつ透過側の面同士が対向するように重ねられている。本実施形態では、図２に示すように、分離膜２は矩形であり、供給側の面を内側に向けて折り畳まれている。複数の分離膜２は、その折り山が集水管５に沿うように配置される。

分離膜２としては、精密ろ過膜、限外ろ過膜、逆浸透膜、ナノろ過膜、正浸透膜等の種々の膜が適用可能である。

分離膜２は複数の層を備えてもよく、例えば、支持体および多孔質層で構成されてもよいし、支持体、多孔質層および分離機能層で構成されてもよい。いずれの場合でも、支持体には、ポリエステル，ポリプロピレン，ポリエチレン又はポリアミド等を素材とする織布，不織布およびネット等が挙げられる。また、多孔質層の材料としては、ポリアクリロニトリル，ポリエーテルスルホン，ポリフェニレンスルホン，ポリフェニレンスルフィドスルホン，ポリフッ化ビニリデン，酢酸セルロース，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスルホン等が挙げられる。二層構造の場合は、多孔質層が分離機能を担う。さらなる分離機能層が設けられる場合は、分離機能層の材料としては、ポリアミド，ポリイミド，酢酸セルロース等が挙げられる。

エレメント１内での分離膜２は、折り畳まれている場合、広げると、巻囲方向における長さＬ０は５００ｍｍ〜５０００ｍｍの範囲であることが好ましく、１０００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲であることがより好ましい。また、折り畳まれた状態での長さＬ２は、３００ｍｍ〜４０００ｍｍの範囲であればよく、３００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲であることが好ましい。また、分離膜２の幅（集水管５の長手方向における幅）は、５０ｍｍ~３０００ｍｍの範囲であればよい。

供給側流路材３は、２枚の（図２に示すように、折り畳みによって見かけ上２枚である場合を含む）分離膜２の供給側の面の間に挿入されている。２枚一組の分離膜２とその間に挿入された供給側流路材３とを、膜−供給側流路材ユニットとよび、符号３０を付す。供給側流路材３は、分離膜２間で、供給流体１０１および濃縮流体１０２が流れる空間を確保する。供給側流路材３としては、例えばネットなど、分離膜エレメントの供給側流路材として従来公知の部材が適用可能である。

透過側流路材４は、流路材の一例であり、折り畳まれた２枚の分離膜２の外側の面の間、つまり透過側の面の間に配置される。透過側流路材４は、透過側の流路を確保するスペーサーとして主に機能する第１領域４１と、接着剤が含浸しやすいように構成された第２領域４２とを備える。

透過側流路材４の寸法は、分離膜２のサイズによっても変更可能であり、透過側流路を確保できる程度の大きさであればよい。透過側流路材４の幅ＷＰ（集水管５の長手方向における幅）は例えば、１００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲であることが好ましい。また透過側流路材４の長さＬＰ（巻回方向における長さ）は、１００ｍｍ〜４０００ｍｍの範囲であることが好ましい。第２領域４２の幅Ｍ１は、１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲であることが好ましい。

図２に示すように、第２領域４２は、透過側流路材４の４辺のうち、巻回方向内側の１辺を除いた３つの辺に沿って設けられる。つまり、第２領域４２は、第１領域４１の周りに、コの字型（角張ったU字型）に設けられる。なお、説明の便宜上、図２では、第２領域４２は、透過側流路材４の外縁（矩形）に沿うように連続的に描かれているが、第２領域４２は、不連続な形状であってもよい。

図４に示すように、透過側流路材４は、基材４４と、基材４４の両面に設けられた突起部４５とを備える。本実施形態では、第２領域４２には、基材４４の一方の面から他方の面に貫通する孔４６が設けられており、第１領域４１には孔４６は設けられていない。孔４６は、第２領域４２において、突起部４５が設けられていない箇所に少なくとも設けられている。つまり、透過側流路材４では、複数の孔４６が露出している。ただし、基材４４において、一部の孔４６の上に、かぶさるように突起部４５が設けられていてもよいし、突起部４５を避けるように孔４６が設けられていてもよい。

本実施形態では、孔部分を除いて、透過側流路材４（特に基材４４）は、流体透過性を有さなくてもよい。基材４４としては例えばフィルムが適用される。その材質は具体的な化合物に限定されない。ただし、透過側流路材の基材としては、流体透過性を有するものも適用可能である。例えば不織布、またはネット、トリコット等の織物若しくは編み物など、流体透過性を有する材料が、透過側流路材に適用されてもよい。

また、基材４４の厚みＴ１は、０．００５mmから１mmの範囲であることが好ましく、０.０１ｍｍ〜０．０５ｍｍであることがより好ましい。

透過側流路材４は、基材４４の片面または両面に突起部４５を備えてもよい。透過側流路材の突起部は、透過流体の流路空間を形成することができればよく、その形状および数は、適宜設定される。一例として、本実施形態の突起部４５は、円柱状であり、本実施形態では、第１領域４１および第２領域４２を含む透過側流路材４の全面に設けられている。ただし、第２領域４２には突起部４５は設けられなくてもよい。

突起部４５の配列ピッチＰＰは、０．１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましい。配列ピッチＰＰとは、透過側流路材４の長さ方向（巻回方向）における、各突起部４５の中心と、隣り合う突起部４５の中心までの距離、および幅方向（集水管長手方向）における、各突起部４５の中心と、隣り合う突起部４５の中心までの距離の両方を指す。

また、突起部４５は、透過側流路材４の特に幅方向における幅が０．０２ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましい。透過側流路材４の長さ方向における幅も、同様の範囲とすることができる。突起部４５の高さも０．０２ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることが好ましい。

貫通孔４６は、第２領域４２の接着剤浸透性を、第１領域４１よりも高めるための手段の一例である。透過側流路材が、接着剤浸透性を有する基材を備える場合、つまり第１領域も第２領域も接着剤浸透性を有する場合、第２領域における基材厚みを第１領域における基材厚みより小さくしてもよい。また、同様に第１領域及び第２領域の両方が接着剤浸透性を有する場合、第２領域の空隙率を第１領域の空隙率よりも高くしてもよい。また、第２領域の密度（目付）を第１領域よりも小さくすることもできる。これは、流路材の基材が、繊維で構成された不織布またはトリコット等である場合に特に有効である。

また、貫通孔４６の直径は、分離膜間を接着する接着剤の粘度が高い場合は特に、大きい方が良い。具体的には、貫通孔４６の直径は、０．１〜１０mmの範囲が好ましく、３〜１０ｍｍの範囲がより好ましい。なお、貫通孔４６の形状は、円形である必要はなく、四角形やそれ以外の形状でもよく、開孔手段としては、刃物等を用いて切除しても良く、熱溶融を用いても良い。
また、第１領域４１よりも第２領域４２の接着剤浸透性を高める手段として本実施形態では、貫通孔４６は、基材４４を切除または、熱溶融することで、開孔面積を確保する開孔形態例を記載しているが、刃物等でスリット状に切り込みを入れて貫通部を形成した形態や、鋭利な針等を突き刺して貫通部を形成した形態でも、浸透性の向上を図ることができる。後者の方法では、貫通部を開孔する際の切除屑が発生しない利点があり、屑処理や製品への屑混入の弊害が無く生産性が良い。

接着部７は、２枚の分離膜２の透過側の面の間を接着する。接着部７は、透過側流路材４と分離膜２との間も接着する。具体的には、接着部７は、供給流体１０１および濃縮流体１０３から透過流体１０２を隔離するように、集水管５に隣接し、集水管５の長手方向に平行な１辺を除いて、分離膜２の３辺に沿って設けられる。特に、接着部７は、透過側流路材４の第２領域４２を介して、分離膜２の透過側の面の間を接着する。図２では便宜上、透過側流路材４の上側と下側とで接着部７を分けて描いているが、実際は、図５に示すように、透過側流路材４の第２領域４２に設けられた孔４６を通じて、上下の接着部７は繋がっている。いわば、接着部７は、透過側流路材４の上下で一体的に形成されている。よって、透過側流路材４と接着部７との間が剥離しにくい、つまり透過側流路材４と分離膜２との間のリークが生じにくいという利点がある。

接着部７は、硬化した接着剤である。接着剤としては、反応系接着剤、溶液系接着剤（つまり乾燥接着剤）ホットメルトなど、硬化する前は液状であるものが用いられる。

２．製造工程
本実施形態に係る分離膜エレメントは、
（Ａ）分離膜２の供給側の面の間に供給側流路材６を挟み込むことで、膜−供給側流路材ユニット３０を作製する工程
（Ｂ）透過側流路材４と膜−供給側流路材ユニット３０とを交互に重ねる工程、
（Ｃ）液状の接着剤を透過側流路材４の少なくとも一方の面と分離膜２との間に塗布する工程
（Ｄ）積層体１１を集水管５の周囲に巻囲する工程
（Ｅ）接着剤を硬化させることで、接着部を形成する工程
を含む方法によって製造可能である。

図６Ａに示すように、工程Ａでは、分離膜２を折り畳むか、２枚の分離膜２を貼り合わせることで、集水管５に近い端部が封止された、２枚一組の分離膜対を作製する。供給側流路材６を分離膜２に重ねてから折り畳みまたは貼り合わせを行ってもよいし、分離膜対を作製してから供給側流路材６を分離膜２間に挿入してもよい。

図６Ａでは、説明の便宜上、分離膜２の折り目部分がマチを有するように描かれているが、実際には、分離膜２はマチのない二つ折りになっている。

図中で、分離膜２の長さをＬ０として表し、折り目を境に分けられた分離膜の２つの領域のうち、積層体１１において上になる方の領域（上領域）の長さをＬ２とし、下になる領域（下領域）の長さをＬ１として、図に示す。折り目の位置は変更可能である。つまり、Ｌ１＝Ｌ２であっても、Ｌ１＜Ｌ２であっても、Ｌ１＞Ｌ２であってもよい。本実施形態では、Ｌ１＜Ｌ２となっている。

後述するように、本実施形態では、膜−供給側流路材ユニット３０は、その下の膜−供給側流路材ユニット３０よりも集水管５から積層ピッチＰ２だけ遠ざかるようにずらして配置される。本実施形態のように、Ｌ１＜Ｌ２である場合、積層ピッチＰ２は、（Ｌ２−Ｌ１）とほぼ同じ長さに設定されることが好ましい。これによって、膜の長さを有効に分離および接着に活用することができる。また、積層体１１を巻囲することで、隣接する膜−供給側流路材ユニット３０の位置にはさらにずれが生じる。このずれを考慮すれば、ユニット３０の積層ピッチＰ２を、（Ｌ２−Ｌ１）より小さくすることができる。ただし、エレメントの構造によっては、Ｐ２を（Ｌ２−Ｌ１）よりも大きくすることも可能であり、これらの寸法は適宜変更することが可能である。

図６Ｃ、図６Ｄに示すように、工程Ｂでは、こうして作製された膜−供給側流路材ユニット３０と透過側流路材４とを重ねることで、分離膜２の透過側の面の間に透過側流路材４を挿入しながら、積層体１１を形成する。

工程Ｃでは、液状の接着剤７１を膜−供給側流路材ユニット３０の上面に塗布するか、膜−供給側流路材ユニット３０に重ねた透過側流路材４の上から塗布すればよい。つまり、透過側流路材４とその下の膜−供給側流路材ユニット３０との間、または透過側流路材４とその上の膜−供給側流路材ユニット３０との間の、いずれに接着剤７１を塗布してもよい。ただし、接着剤７１は、透過側流路材４の第２領域４２に接触するように塗布される。

膜−供給側流路材ユニット３０の上面に接着剤７１を塗布し、そこに透過側流路材４を重ねる場合、第２領域４２に接着剤７１が浸透する。具体的には孔４６を通って、接着剤７１は、透過側流路材４の上に染み出し、さらに上に重ねられた膜−供給側流路材ユニット３０の下面と透過側流路材４とを接着する。

逆に、透過側流路材４を膜−供給側流路材ユニット３０に載せ、その透過側流路材４の上から接着剤７１を塗布し、さらに上に膜−供給側流路材ユニット３０を重ねる場合は、接着剤７１は、その透過側流路材４と上の膜−供給側流路材ユニット３０との間を接着すると共に、透過側流路材４に浸透して、その透過側流路材４と、その下の膜−供給側流路材ユニット３０との間を接着する。

つまり、図６Ｃ、Ｄで透過側流路材４を挟んで分けて描かれている接着剤７１は、実際には、透過側流路材４内部を通じて一体的に繋がっている。

このように、エレメントの製造方法は、接着剤７１を透過側流路材４に浸透させる工程を含む、ともいえる。接着剤７１の浸透は、接着剤を塗布してから硬化するまで進行し得る。つまり、接着剤の塗布中、積層体１１の構成要素を重ねる間および積層体１１を巻囲する間、接着剤を透過側流路材へ浸透させる工程が行われることになる。接着剤７１の粘度は、０．１Ｐａ・ｓ〜５０Ｐａ・ｓの範囲であることで、透過側流路材４に浸透しやすい。

図７Ａには、膜−供給側流路材ユニット３０の上面に塗布装置７００によって接着剤７１を塗布する様子を示す。また、図７Ｂには、膜−供給側流路材ユニット３０に透過側流路材４を重ねた後、さらにその上に膜−供給側流路材ユニット３０を重ねる様子を、接着剤７１が透過側流路材４に下から浸透する様子（矢印）を併せて示す。

こうして、膜−供給側流路材ユニット３０、透過側流路材４を交互に重ねて、その間に接着剤７１を塗布することを繰り返すことで、積層体１１が形成される。積層体１１において、重ねられた膜−供給側流路材ユニット３０の集水管５に近い端部（分離膜２の折り山）は、そのすぐ下に配置された膜−供給側流路材ユニット３０の集水管５に近い端部よりも、集水管５から離される。上下に重なった膜−供給側流路材ユニット３０の端部の水平方向における距離を、積層ピッチとよび、符号「Ｐ２」を付す。積層ピッチＰ２は、０．５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であることが好ましい。この積層ピッチＰ２は、完成したエレメント内でも維持される。

その後、図６Ｄに示すように、工程Ｄによって集水管５の周囲に積層体１１が巻囲される。巻囲時の集水管５の回転方向を図中にＳで示す。

積層体１１の形成時に、あるいは巻囲時に、接着剤７１は、塗布されたときよりも、透過側流路材４の厚み方向および平面方向に広がる。

また、積層体１１最上部の膜−供給側流路材ユニット（説明の便宜上、特に符号“３０ａ”を付して区別する）が、接着剤（説明の便宜上、特に符号“７１ａ”を付して区別する）を介して、積層体１１の最下の膜−供給側流路材ユニット（説明の便宜上、特に符号“３０ｂ”を付して区別する）のさらに下に配置された透過側流路材（説明の便宜上、特に符号“４ｂ”を付して区別する）と重なることで、最上部の膜−供給側流路材ユニット３０ａと最下部の膜−供給側流路材ユニット３０ｂとの間も、接着される。

最上部の膜−供給側流路材ユニット３０ａおよび接着剤７１ａとしては、他の層の膜−供給側流路材ユニット３０および接着剤７１とそれぞれ同じ構成が適用可能であり、最下部の膜−供給側流路材ユニット３０ｂおよび透過側流路材４ｂとしては、他の透過側流路材４と同構成の部材が適用される。

工程Ｅにより、接着剤７１（７１ａを含む）が硬化して、接着部７０となることで、隣接する全ての膜−供給側流路材ユニットの間が封止される。

なお、積層体１１の最下に配置された透過側流路材４ｂが、他の透過側流路材４よりも長いことで、巻囲時に、まず集水管５の周囲に透過側流路材４が巻き付き、その後に分離膜２が巻き付く。こうして、集水管５の周囲に、透過側流路材４ｂによって流路が確保される。

なお、エレメントの製造方法は、透過側流路材４が突起部４５を有する時、基材４４に突起部４５を作製する工程をさらに含んでいてもよい。具体的にはこの工程は、以下のステップ：
（ｉ）基材の片面または両面に凹凸を付すことで、流路材を形成するステップ
（ｉｉ）基材に貫通孔（開孔部）を設けるステップ
を備える。

凹凸を付す、とは、熱可塑性樹脂で形成された基材を、金型を用いて、加熱賦型すること、または基材上にホットメルト等で突起を固着せしめることで実現可能である。また、基材に溝を掘ることで、凹凸を付すこともできる。ホットメルトで突起を形成する場合は、具体的には、溶融した樹脂を口金から基材上に吐出し、この樹脂を基材の上で硬化させればよい。この場合、突起としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステルなどが適用される。

また、孔形成には、レーザー加工または機械加工など、公知の加工方法を適用することができる。ステップ（ｉｉ）は、ステップ（ｉ）の前でも後でもよいし、並行して行ってもよい。いずれにしても、図４における突起部４５を外して、または突起部４５が設けられる予定の位置を外して孔を形成してもよいし、突起部４５がある無しにかかわらず、孔を形成することもできる。

なお、上記ステップ（ｉｉ）は、第２領域に高い接着剤浸透性を与えるための手段の一例であり、これに代えて、接着剤浸透性が得られる他のプロセスを適用してもよい。

２．第２実施形態
本実施形態のエレメントは、流路材として、透過側流路材４に代えて、図８に示す透過側流路材４０２を備える以外は、第１実施形態と同様の構成を備える。第１実施形態ですでに説明したものと同様の機能を有する部材については、同符号を付してその説明を省略することがある。

図８に示すように、本実施形態の透過側流路材４０２は、突起部４５に代えて突起部４５２を備える以外は、第1実施形態の透過側流路材４と同様の構成を有する。突起部４５２の基材４４の面方向における形状は、集水管５の長手方向に垂直な方向に延びる直線状である。複数の突起部４５２は、集水管５の長手方向において、間隔をおいて配置されている。

本形態では、突起部４５２は、第１領域４１および第２領域４２の両方、つまり透過側流路材４０２全体に渡って、設けられる。

突起部４５２の寸法は、集水管５の長手方向に垂直な方向つまり巻回方向において連続している以外は、高さ、幅、ピッチ等、第１実施形態の突起部４５についての説明がそのまま適用される。

本実施形態のエレメントの製造方法としては、上述の第１実施形態の方法が適用される。

＜実施例１＞
幅ＷＰが９５０ｍｍであり，長さＬＰが８００ｍｍであり，厚みＴ１が０．０３ｍｍであるポリエチレンテレフタレート製フィルムの両面に、金型を用いた加熱賦形によって突起を設けた。突起は円柱型であり、直径が０．３ｍｍであり，高さが０．２ｍｍであり，縦横各配列ピッチＰＰが１ｍｍであった。賦形後のフィルムに、集水管側に配置される１辺を除く３辺に沿って、フィルムの縁から７０ｍｍ幅（Ｍ１）の領域に、孔径０．５ｍｍの貫通孔を縦横各配列ピッチ２ｍｍで設けた。こうして透過側流路材を得た。

分離機能層、多孔質層および支持体から構成される３層構造の逆浸透膜を分離膜として使用した。分離機能層はポリアミドで形成された層であり、多孔質層はポリスルホンで形成された層であり、基材はポリエステル不織布材である。

逆浸透膜の寸法は、幅が１０００ｍｍであり，長さＬ０が１７００ｍｍであり，厚みが０．１４ｍｍであった。これを折返し寸法Ｌ２が８５５ｍｍとなるように折り畳み、中に供給側流路材としてネットを挟み込むことで、２６枚の膜−供給側流路材ユニットを準備した。

膜−供給側流路材ユニットの上面のみに、２液混合エポキシ製で、１２Ｐａ・ｓの粘度を有する接着剤を塗布し、間に透過側流路材を挟んで、２６枚の膜−供給側流路材ユニットを重ねた。積層ピッチ（Ｐ２）は４ｍｍとした。

こうして得られた積層体を集水管に巻回し、直径８インチのスパイラル型の分離膜エレメントを得た。

この分離膜エレメントについて、試験運転を実施し、得られた透過水について脱塩率と造水量を測定したところ、脱塩率は９８．２％、造水量は３５．８ｍ３／ｄａｙであり、良好な性能が得られた。

評価条件は以下のとおりである。原流体は濃度５００ｍｇ／Ｌの食塩水であり、運転圧力は２．５Ｍｐａであり、運転温度は２５℃であり、回収率は１５％であり、運転時間は１００時間であった。

その後の１０分間の運転で得られた透過水の体積から、分離膜の単位面積あたり、かつ１日あたりの透水量（立方メートル）を、造水量（ｍ^３／ｄａｙ）として表した。

また、脱塩率については、造水量の測定における１０分間の運転で用いた供給水およびサンプリングした透過水について、ＴＤＳ濃度を伝導率測定により求め、下記式からＴＤＳ除去率（脱塩率）を算出した。
脱塩率（％）＝１００×〔１−（透過水中のＴＤＳ濃度／供給水中のＴＤＳ濃度）〕
また、評価後の分離膜エレメントを分解してみると、透過側流路材とその上下に接する分離膜との間の接着状態は上下ともほぼ同様で、剥離は見られなかった。

このように本実施例では、エレメント製造時に、透過側流路材の上に接着剤を塗布する工程を行うことなく、安定した性能のエレメントを作製することができた。

＜実施例２＞
透過側流路材として、フィルムに代えて流体浸透性を有する不織布を用い、その上に突起をホットメルトで形成し、かつ突起の形状を変更した以外は、貫通孔を形成するなど、実施例１と同様にしてエレメントを作製し、評価を行った。

透過側流路材の基材として用いた不織布は、ポリエチレンテレフタレート製で、厚み０．０５mmであり、目付け量３０ｇ／ｍ^２であった。その不織布上に、巻回方向に沿うように延びる直線状の複数の突起を設けた。突起の断面は略四角形状であり、高さは０．２ｍｍであり，幅は０．３ｍｍであり，配列ピッチは０．８ｍｍであった。

結果として、脱塩率は９８．１％であり、造水量は３６．０ｍ^３／ｄａｙであり、良好な性能が得られた。

評価後の分離膜エレメントを分解してみると、実施例１と同様に、剥離は見られなかった。

＜比較例１＞
貫通孔を設けなかった以外は、実施例２と同様にして、８インチサイズのスパイラル型分離膜エレメントを製作した。

この分離膜エレメントについて、実施例１と同じ条件で評価した。結果、脱塩率は９５．１％、造水量は３６．６ｍ^３／ｄａｙであり、実施例２と比べて、脱塩率が低かった。

評価後のエレメントを分解したところ、透過側流路材の下面と膜−供給側流路材ユニットの上面との間は充分に接着できていいたが、透過側流路材の上面と膜−供給側流路材ユニットの下面との間には、接着剤不足によるシール不良があった。脱塩率が低下したのは、そこから原流体が透過側流路に入り込んでいるからであると考えられた。

＜比較例２＞
貫通孔を設けず、かつ膜−供給側流路材ユニット上への接着剤塗布量を１．５倍に増量した以外は、実施例２と同様にして、８インチサイズのスパイラル型分離膜エレメントを製作した。

この分離膜エレメントを、実施例１と同じ条件で評価した。結果、脱塩率は９８．１％、造水量は、３１．５ｍ^３／ｄａｙであり、実施例２と比べて、造水量が少なかった。

評価後のエレメントを分解したところ、透過側流路材の下面と膜−供給側流路材ユニットの上面との接着部の接着幅が大きく、これにより、原流体を濾過するための分離膜の有効濾過面積が小さくなっていた。

本発明は、透過側流路材および分離膜エレメントに関し、特にかん水や海水の脱塩に好適に用いることができ、飲料水の浄水濾過用エレメントなどにも応用でき、スパイラル型の分離膜エレメントであれば、その応用範囲が、これらに限られるものではない。

１ 分離膜エレメント
２ 分離膜
３ 供給側流路材
４ 透過側流路材
４ｂ 積層体の最下部に位置する透過側流路材
５ 集水管
７ 接着部
１１ 積層体
３０ 供給側流路材ユニット
３０ａ 積層体の最上部に位置する供給側流路材ユニット
３０ｂ 積層体の最下部に位置する供給側流路材ユニット
４４ 透過側流路材の基材
４５ 透過側流路材の突起部
４６ 透過側流路材の貫通孔
５３ 端板
７ 接着部
７１ 接着剤
７１ａ 積層体の最上部の接着剤
Ｌ１，Ｌ２ 折り畳み長さ
ＬＰ 透過側流路材の長さ
ＷＰ 透過側流路材の幅
Ｍ１ 透過側流路材の第２領域の幅
ＰＰ 突起の配列ピッチ
Ｐ２ 膜−供給側流路材ユニットの積層ピッチ
１０１ 供給流体
１０２ 濃縮流体
１０３ 透過流体
４０２ 透過側流路材
４５２ 透過側流路材の突起部
７００ 塗布装置

Claims (6)

1. 供給側の面と透過側の面とを有する分離膜と、前記透過側の面に挟まれるように配置される流路材と、を備え、前記分離膜によって原流体を透過流体と濃縮流体とに分離する分離膜エレメントであって、前記透過側流路材は、前記透過側流路材を挟む前記分離膜の透過側の面の両方に、接着剤により固定されており、前記透過側流路材は、第１領域と第２領域とを有し、前記第２領域は前記第１領域よりも前記接着剤が浸透しやすく、前記接着剤は、少なくとも前記第２領域に浸透し、かつ前記透過側流路材と前記透過側の面とを接着している、分離膜エレメント。
2. 前記透過側流路材は、基材に突起を有する請求項１に記載の分離膜エレメント。
3. 前記突起が、基材に固着している請求項２に記載の分離膜エレメント。
4. 前記第２領域において前記透過側流路材は孔を備える請求項１〜３のいずれかに記載の分離膜エレメント。
5. 前記第２領域は、前記透過側流路材の端部に位置する請求項１〜４のいずれかに記載の分離膜エレメント。
6. 前記第１領域において、前記透過側流路材は、流体を透過させないことを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の分離膜エレメント。

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