JP5081216B2 - 分離膜積層体の端部封止方法、分離膜積層体及び分離膜エレメント - Google Patents

Description

本発明は、供給側流路に供給される濾過対象物を分離膜で濾過し、生成された透過物を透過側流路へと導く分離膜積層体の端部封止方法、分離膜積層体及び分離膜エレメントに関するものである。

排水や海水などの原水（濾過対象物）を逆浸透法などを用いて濾過する方法としては、全濾過方式及びクロスフロー濾過方式が一般的に知られている。全濾過方式は、供給される原水の全量を濾過する方式であり、例えば分離膜に対して直交方向に原水が供給されるようになっている。一方、クロスフロー濾過方式は、分離膜に対して平行方向に原水を供給し、その原水の一部を分離膜で濾過しつつ、必要に応じて原水を循環させることにより、分離膜の目詰まりを抑制しながら濾過を行うことができる方式である。

クロスフロー濾過方式で原水を濾過する場合に使用可能な分離膜ユニットの一例として、分離膜と、供給される原水の流路としての供給側流路を形成する供給側流路材と、生成された透過物の流路としての透過側流路を形成する透過側流路材とが、順次に積層されることにより形成された分離膜積層体を備える分離膜ユニットが知られている。

図３は、分離膜積層体１００の一例を示した斜視図である。この分離膜積層体１００は、それぞれ複数枚からなる分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３が、順次に積層されることにより形成されている。

この分離膜積層体１００は、クロスフロー濾過方式で原水を濾過するものであり、図中に矢印Ａで示す供給方向に沿って原水が供給され、供給された原水が供給側流路材１０２により形成される供給側流路を通って分離膜１０１に対して平行方向に流れる過程で、分離膜１０１によって濾過されるようになっている。これにより、分離膜１０１で濾過されることによって生成された透過水が、透過側流路材１０３により形成される透過側流路に流入し、濾過後の原水（濃縮水）が当該分離膜積層体１００における供給方向Ａの下流側端部から流出する。各透過側流路内に生成された透過水は、図示しない集水機構によって集水される。

上記のように分離膜積層体１００に対して供給方向Ａに原水を供給する際、供給側流路内のみに原水が供給され、透過側流路内に原水が流入しないようにするためには、透過側流路における供給方向Ａの上流側端部を封止する必要がある。同様に、分離膜積層体１００における供給方向Ａの下流側端部から濾過後の原水（濃縮水）のみを流出させるためには、透過側流路における供給方向Ａの下流側端部を封止する必要がある。

このような分離膜積層体の端部を選択的に封止する方法として、下記特許文献１には、分離膜積層体（モジュール１０）の端面に接着剤を塗った状態で、遠心力を加えるとともに真空吸引を行い、供給側流路材（供給スペーサスクリーン２４）及び透過側流路材（浸透液担体シート１６）の端部をそれぞれ異なるレベルまで接着剤で固まらせた後、それらのレベルの間で切断する方法が提案されている。

特表２００２−５３６１６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているような方法では、遠心力と真空の調整といった作業が必要である上、その調整を正確に行わなければ分離膜積層体の端部の選択的な封止を良好に行うことができないおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、分離膜積層体の端部の選択的な封止を簡単な作業で良好に行うことができる分離膜積層体の端部封止方法、分離膜積層体及び分離膜エレメントを提供することを目的とする。

本発明に係る分離膜積層体の端部封止方法は、供給側流路に供給される濾過対象物を分離膜で濾過し、生成された透過物を透過側流路へと導く分離膜積層体の端部封止方法であって、前記供給側流路を形成する供給側流路材を挟んで両側に前記分離膜が配置されるとともに、前記透過側流路を形成する透過側流路材を挟んで両側に前記分離膜が配置されるように、前記分離膜、前記供給側流路材及び前記透過側流路材を積層することにより、分離膜積層体を形成する積層ステップと、前記分離膜積層体の端部を積層方向に圧縮した状態で、当該端部を封止剤に浸漬させることにより封止する封止ステップと、前記分離膜積層体の端部における圧縮部分よりも前記端部から遠い位置で、かつ、前記封止剤に浸漬された位置において、前記分離膜積層体を切断する切断ステップとを備え、前記積層ステップでは、前記供給側流路材又は前記透過側流路材のいずれか一方の流路材の端部が、他方の流路材及び前記分離膜の端部よりも内側に位置するように積層し、前記封止ステップでは、前記一方の流路材が存在しない位置において前記他方の流路材及び前記分離膜の端部を積層方向に圧縮して変形させた状態で、前記他方の流路材及び前記分離膜の端部を封止剤に浸漬させることにより封止することを特徴とする。

このような構成によれば、一方の流路材が存在しない位置において他方の流路材及び分離膜の端部を積層方向に圧縮して変形させることにより、一方の流路材により形成される流路の端部を塞いだ状態で、他方の流路材及び分離膜の端部を封止剤に浸漬させ、封止することができる。これにより、圧縮部分よりも端部から遠い位置においては、一方の流路材により形成される流路には封止剤が流入せず、他方の流路材により形成される流路には封止剤が流入して封止される。

したがって、分離膜積層体の端部における圧縮部分よりも端部から遠い位置で、かつ、他方の流路材により形成される流路が封止剤に浸漬された位置において、分離膜積層体を切断することにより、前記他方の流路材により形成される流路の端部のみが選択的に封止された分離膜積層体を得ることができる。よって、分離膜積層体の端部の選択的な封止を簡単な作業で良好に行うことができる。

前記分離膜が、少なくとも多孔質基材とその一方の表面に形成された分離活性層とからなる複合膜であり、前記複合膜の分離活性層面が前記供給側流路材に面することが好ましい。

本発明の一実施形態に係る分離膜積層体の端部封止方法の一例を示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る分離膜積層体の端部封止方法の一例を示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る分離膜積層体の端部封止方法の一例を示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る分離膜積層体の端部封止方法の一例を示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る分離膜積層体の端部封止方法の一例を示したフローチャートである。 分離膜積層体の一例を示した斜視図である。

図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る分離膜積層体１００の端部封止方法の一例を示した概略断面図である。また、図２は、本発明の一実施形態に係る分離膜積層体１００の端部封止方法の一例を示したフローチャートである。

本実施形態に係る端部封止方法が適用される分離膜積層体１００は、それぞれ複数枚からなる分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３が、順次に積層されることにより形成される。分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３の枚数は、図１Ａ〜図１Ｄに示されているような枚数に限らず、任意の枚数にて分離膜積層体１００を形成することができる。

分離膜１０１は、シート状の多孔質基材と、当該多孔質基材の一方の表面に形成された分離活性層（スキン層）とを有する。分離膜１０１は、多孔質基材及び分離活性層だけでなく、他の層をさらに含んでいてもよい。分離膜１０１の厚さは、一般に、２０〜２０００μｍ程度である。この例では、供給側流路材１０２の両面にそれぞれ分離活性層が対向するように、かつ、透過側流路材１０３の両面にそれぞれ多孔質基材が対向するように、分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３が積層されるようになっている。これにより、分離膜積層体１００は、交互に配置された複数枚の供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３のそれぞれ流路材間に、１枚ずつ分離膜１０１が配置された状態となっており、この状態では、供給側流路材１０２を挟んで両側に分離膜１０１が配置されるとともに、透過側流路材１０３を挟んで両側に分離膜１０１が配置されている。

多孔質基材は、例えばポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ＰＶＤＦ、ポリエチレン、ポリイミド、エポキシなどを用いて形成することができる。当該多孔質基材は、上記材料に加え、例えば不織布、織布、編み物、ネットなどの補強材を用いて補強された構成であってもよい。分離活性層は、緻密で非多孔質の薄膜からなり、その形成材料は特に制限されず、例えば、酢酸セルロール、エチルセルロース、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド及びシリコンなどが挙げられる。多孔質基材上に形成した分離活性層の厚みは特に制限されないが、通常０．０５〜２μｍ程度であり、好ましくは、０．１〜１μｍである。

ただし、分離膜１０１は、上記のような多孔質基材と分離活性層とを有する複合膜に限られるものではない。分離膜１０１は、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜、透析膜などいずれでもよいが、原水の圧力と透過水の流量などの関係から、逆浸透膜又は限外濾過膜である場合に有効である。

供給側流路材１０２は、例えばネット、凹凸加工シートなどを用いて形成することができる。透過側流路材１０３は、例えばネット、編み物、凹凸加工シートなどを用いて形成することができる。供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３には、一般に、その厚さが０．５〜３ｍｍ程度のものを用いることができる。

本実施形態では、分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３を積層する際に（図２のステップＳ１０１）、各部材１０１，１０２，１０３の端部を揃えて積層するのではなく、図１Ａに示すようにずらして積層するようになっている。具体的には、供給側流路材１０２の端部の位置Ｐ１が、透過側流路材１０３の端部の位置Ｐ２及び分離膜１０１の端部の位置Ｐ３よりも内側に位置するように積層されている。この例では、透過側流路材１０３の端部の位置Ｐ２が、分離膜１０１の端部の位置Ｐ３よりも外側に位置しているが、分離膜１０１の端部の位置Ｐ３と同程度であってもよい。

上記のようにして分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３を積層することにより形成された分離膜積層体１００は、図１Ｂに示すように、その端部が例えばピンチロール又はピンチバーなどを用いて積層方向に圧縮される（図２のステップＳ１０２）。このときの圧縮力は、例えば０．１ＭＰａであって、供給側流路材１０２の端部の位置Ｐ１と分離膜１０１の端部の位置Ｐ３の間に作用する。すなわち、分離膜積層体１００の端部は、供給側流路材１０２が存在しない位置において、透過側流路材１０３及び分離膜１０１の端部が積層方向に圧縮される。

これにより、分離膜１０１及び透過側流路材１０３における供給側流路材１０２の端部の位置Ｐ１よりも外側にある部分が、圧縮力により変形し、供給側流路材１０２を挟んで両側にある分離膜１０１の端部同士が密着した状態となる。このとき、透過側流路材１０３が、圧縮力により変形しすぎて、透過側流路材１０３を挟んで両側にある分離膜１０１の端部同士が接近し過ぎないように、透過側流路材１０３の変形量が１０％以下であることが好ましい。

このように分離膜積層体１００の端部を積層方向に圧縮した状態で、当該端部が封止剤１０４に浸漬される（図２のステップＳ１０３）。このとき、図１Ｃに示すように、供給側流路材１０２を挟んで両側にある分離膜１０１の端部同士が密着した状態となっているため、供給側流路材１０２の端部は封止剤１０４に浸漬されないが、透過側流路材１０３を挟んで両側にある分離膜１０１の端部同士は密着した状態となっていないため、透過側流路材１０３の端部は封止剤１０４に浸漬される。透過側流路材１０３の端部は、分離膜積層体１００の端部における圧縮部分（位置Ｐ１と位置Ｐ３の間）よりも端部から遠い位置Ｐ４まで封止剤１０４に浸漬される。

封止剤１０４は、樹脂であることが好ましく、例えばエポキシ、ウレタン、シリコン、アクリル等の樹脂を使用することができる。分離膜積層体１００の端部を封止剤１０４に浸漬させる方法としては、例えば重力を用いた注型であるポッティングや、遠心力を用いた注型である遠心注型などの注型方法を採用することができる。

上記のようにして浸漬した封止剤１０４が硬化した後、図１Ｄに示すように、分離膜積層体１００の端部が位置Ｐ５において切断される（図２におけるステップＳ１０４）。この位置Ｐ５は、分離膜積層体１００の端部における圧縮部分（位置Ｐ１と位置Ｐ３の間）よりも端部から遠い位置で、かつ、封止剤１０４に浸漬された位置（位置Ｐ４よりも端部側）である。これにより、供給側流路材１０２の端部は封止剤１０４により封止されず、透過側流路材１０３の端部は封止剤１０４により封止された分離膜積層体１００を形成することができる。

分離膜積層体１００の端部の切断方法としては、ギロチン刃、回転刃、ノコギリ、高圧水流などの平坦な切断面で切断できるような方法を採用することが好ましい。また、分離膜積層体１００の端部の切断長さについては、切断する位置Ｐ５と、透過側流路材１０３又は分離膜１０１の端部の位置Ｐ２，Ｐ３との間の長さが１０ｍｍよりも短い場合には、位置Ｐ１と位置Ｐ３の間で圧縮を行うことが難しくなり、５０ｍｍよりも長い場合には、材料の損失が大きいため、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の長さであることが好ましい。

上記のようにして形成された分離膜積層体１００は、例えば図３に示すようなクロスフロー濾過方式で原水を濾過する分離膜ユニットに適用することにより、供給側流路に供給される原水を分離膜１０１で濾過し、生成された透過水を透過側流路へと導くことができる。この場合、透過側流路における供給方向Ａの上流側端部及び下流側端部を封止剤１０４で封止することにより、分離膜積層体１００に対して供給方向Ａに原水を供給した場合に、供給側流路内のみに原水を供給し、透過側流路内には原水が流入しないようにすることができるとともに、分離膜積層体１００における供給方向Ａの下流側端部から濾過後の原水（濃縮水）のみを流出させることができる。透過側流路内に生成された透過水は、例えば図３における下方へと流出する。この場合、分離膜積層体１００の下方に、原水の供給方向Ａに対して平行に延びる集水管（図示せず）が設けられ、下方へと流出する透過水を当該集水管に集水することができるようになっていてもよい。

本実施形態では、供給側流路材１０２の端部は封止剤１０４により封止されず、透過側流路材１０３の端部は封止剤１０４により封止された分離膜積層体１００を形成する場合について説明したが、同様の方法を用いれば、透過側流路材１０３の端部は封止剤１０４により封止されず、供給側流路材１０２の端部は封止剤１０４により封止された分離膜積層体１００を形成することも可能である。この場合、分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３を積層する際に、透過側流路材１０３の端部が、供給側流路材１０２及び分離膜１０１の端部よりも内側に位置するように積層すればよい。

以上の実施形態では、一方の流路材（供給側流路材１０２又は透過側流路材１０３）が存在しない位置において他方の流路材（透過側流路材１０３又は供給側流路材１０２）及び分離膜１０１の端部を積層方向に圧縮して変形させることにより、一方の流路材により形成される流路の端部を塞いだ状態で、他方の流路材及び分離膜１０１の端部を封止剤１０４に浸漬させ、封止することができる。これにより、圧縮部分（位置Ｐ１と位置Ｐ３の間）よりも端部から遠い位置においては、一方の流路材により形成される流路には封止剤１０４が流入せず、他方の流路材により形成される流路には封止剤１０４が流入して封止される。

したがって、分離膜積層体１００の端部における圧縮部分（位置Ｐ１と位置Ｐ３の間）よりも端部から遠い位置で、かつ、他方の流路材により形成される流路が封止剤１０４に浸漬された位置（本実施形態では位置Ｐ５）において、分離膜積層体１００を切断することにより、前記他方の流路材により形成される流路の端部のみが選択的に封止された分離膜積層体１００を得ることができる。よって、分離膜積層体１００の端部の選択的な封止を簡単な作業で良好に行うことができる。

封止剤１０４として樹脂を用いた場合には、分離膜１０１、供給側流路材１０２及び透過側流路材１０３を積層した分離膜積層体１００において、供給側流路材１０２又は透過側流路材１０３のいずれか一方の端部のみが選択的に樹脂封止された分離膜積層体１００を形成することができる。

このようにして形成された分離膜積層体１００は、例えば図３に示すような構成を有しており、その外側を必要に応じて外装材などで覆ったり、軸方向端部に端部材（図示せず）を設けた状態で、分離膜エレメントとして使用することができる。例えば、円筒状の外装材内に分離膜積層体１００が設けられることにより、分離膜エレメントが構成されてもよい。

前記分離膜エレメントには、分離膜１０１の積層方向に対して直交方向、すなわち分離膜１０１に対して平行な方向に沿って、排水や海水などの原水が供給されるクロスフロー濾過方式を採用することができる。この場合には、供給方向Ａに供給された原水は、供給側流路材１０２により隣接する分離膜１０１間に形成される原水の流路（供給側流路）を通って、隣接する分離膜１０１間に進入し、分離膜１０１に対して平行方向（供給方向Ａ）に流れる過程で当該分離膜１０１によって濾過される。

分離膜エレメントには、上述の分離膜積層体１００以外に、生成された透過水を集水するための集水機構が備えられていてもよい。例えば、分離膜１０１における積層方向及び供給方向Ａに対して直交方向の両端部側（図３における上側及び下側）に、原水の流通方向である供給方向Ａに対して平行に延びる集水管が設けられていてもよい。供給側流路内を供給方向Ａに流れる原水が分離膜１０１で濾過されることによって生成された透過水は、透過側流路材１０３により形成された透過側流路へと流れ出て、当該透過側流路を通って集水管内に集水される。このようにして集水された透過水は、集水管内を通って分離膜エレメントの外部へと導かれる。

以上の実施形態では、濾過対象物が原水である場合について説明したが、水ではなく油などの他の原液であってもよいし、気体などであってもよい。

１００ 分離膜積層体
１０１ 分離膜
１０２ 供給側流路材
１０３ 透過側流路材
１０４ 封止剤

Claims (3)

1. 供給側流路に供給される濾過対象物を分離膜で濾過し、生成された透過物を透過側流路へと導く分離膜積層体の端部封止方法であって、
   前記供給側流路を形成する供給側流路材を挟んで両側に前記分離膜が配置されるとともに、前記透過側流路を形成する透過側流路材を挟んで両側に前記分離膜が配置されるように、前記分離膜、前記供給側流路材及び前記透過側流路材を積層することにより、分離膜積層体を形成する積層ステップと、
   前記分離膜積層体の端部を積層方向に圧縮した状態で、当該端部を封止剤に浸漬させることにより封止する封止ステップと、
   前記分離膜積層体の端部における圧縮部分よりも前記端部から遠い位置で、かつ、前記封止剤に浸漬された位置において、前記分離膜積層体を切断する切断ステップとを備え、
   前記積層ステップでは、前記供給側流路材又は前記透過側流路材のいずれか一方の流路材の端部が、他方の流路材及び前記分離膜の端部よりも内側に位置するように積層し、
   前記封止ステップでは、前記一方の流路材が存在しない位置において前記他方の流路材及び前記分離膜の端部を積層方向に圧縮して変形させた状態で、前記他方の流路材及び前記分離膜の端部を封止剤に浸漬させることにより封止することを特徴とする分離膜積層体の端部封止方法。
2. 前記分離膜が、少なくとも多孔質基材とその一方の表面に形成された分離活性層とからなる複合膜であり、前記複合膜の分離活性層面が前記供給側流路材に面することを特徴とする請求項１に記載の分離膜積層体の端部封止方法。
3. 分離膜、供給側流路材及び透過側流路材を積層した分離膜積層体を備える分離膜エレメントの製造方法であって、請求項１又は２に記載の分離膜積層体の端部封止方法を用いた分離膜エレメントの製造方法。

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