JP5186921B2

JP5186921B2 - 液体分離素子、流路材およびその製造方法

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Description

本発明は、主に、分離膜の裏面側に配置される流路材の改良を特徴とする液体分離素子に関する。

水の浄化システムの１つに逆浸透膜やナノろ過膜等を用いた浄水システムがあり、スパイラル型、平膜型、中空糸型等の液体分離素子が知られている。スパイラル型液体分離素子は、一定容積の中に大きな膜面積を確保することができ、高効率で処理できるため最も多く使われている。

一般的なスパイラル型液体分離素子は、図７に示すごとく、透過液流路材１を分離膜２で挟み込み、さらに該分離膜２の外側に供給液流路材３を配して一組のユニットとなし、分離膜の透過側が連通するように、集水孔４を配列した中空の中心管５の周囲に該ユニットを一組または複数組巻回ししてなるものである。

前記透過液流路材１としては、その表面に山部と溝部とが形成された布帛が用いられている。表面に山部と溝部とが形成された布帛として、従来は、トリコット等の経編物が一般的に使われていた。トリコット編物の場合、図５（平面図）、図６（図５におけるＣ−Ｃ断面図）に示すように、編目の方向（図５におけるＹ方向、すなわち経方向）に垂直な断面において、編目（ニードルループ７）の存在する部分が線状山部１１となって分離膜を支持し、編目と編目の間の領域（シンカーループ８）が線状溝部１０となり、分離膜を通過した透過液の流路を形成している。

通常、分離膜として逆浸透膜を用いた液体分離素子により、海水淡水化や果汁濃縮などのような高濃度の溶液を効率よく分離しようとする場合、供給液側と透過液側との間に５〜１０ＭＰａの差圧が生じるよう、圧力が負荷されている。この圧力による透過液流路材の変形防止を目的として、透過液流路材には剛直化処理が施されている。剛直化は、エポキシ樹脂やメラニン樹脂を含浸加工する方法や、加熱して繊維を相互に融着固化させる熱融着加工が一般的である。また、透過液流路材の凸部が平坦でない場合には、高圧下において逆浸透膜が局所的、あるいは不均一に変形する可能性があるため、透過液流路材の布帛にカレンダ加工が施されている。

さらに、線状山部と線状溝部とが形成された布帛の上に平坦な布帛を積層して剛直化させたものを透過液流路材とする方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成にすれば、逆浸透膜が平面で支持されるため陥没することはない。さらに、透過液流路材としてダブルトリコットを用いること、すなわち、流路材の両面に流路を設けることにより、流路を増やし流路抵抗を小さくする手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、前者のように平坦な布帛を積層する方法では、構成材料、生産工程が増えてしまうという問題があり、生産効率が劣る。一方、後者のようにダブルトリコットを用いて流路材の両面に流路を設ける方法も、全体の厚みが大きくなるため、モジュール内に挿入できるユニットの数が減少し、処理能力が低下するという問題がある。また、トリコットは、線状山部の幅を狭くすることができないため、流路材の単位幅あたりの溝の本数を多くすることができない。そのため、透過液の流路抵抗を小さくするためには溝幅を広げざるを得ず、そうすると時間が経過するに連れて逆浸透膜がクリープ変形を起こし陥没してしまうという問題がある。
特開２０００―３４２９４１号公報（第２〜６頁）特開平９−１４１０６０号公報（第２〜６頁）

本発明の課題は、かかる従来技術の欠点を改良し、構成材料、生産工程、全体の厚みを増やすことがなく、溝の幅を狭くし、流路材の単位幅あたりの溝の本数を多くすることで、分離膜の陥没を抑制し、さらに流路抵抗の小さい液体分離素子を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、下記のいずれかの構成からなる。
（１）分離膜の裏面側に透過液流路材が配置された液体分離素子であって、透過液流路材は、片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、該シート状物における線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上であり、さらに、該透過液流路材は緯編物であって、該線状山部は糸状ループによる凸部が１列に配列することにより形成されたものである液体分離素子。
（２）分離膜の裏面側に透過液流路材が配置された液体分離素子であって、透過液流路材は、片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、該シート状物が、ニードルループとシンカーループとからなる緯編物であって、かつ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が、０．４〜０．６である液体分離素子。
（３）前記緯編物の編組織が、天竺組織、及び／又は、スムース組織である、（１）または（２）に記載の液体分離素子。
（４）緯編物の編成糸の外径が１５μｍ以上２４４μｍ以下である、（１）〜（３）のいずれかに記載の液体分離素子。
（５）シート状物の厚みが３０〜３００μｍ、溝部の深さが１５〜２９０μｍである、（１）〜（４）のいずれかに記載の液体分離素子。
（６）経編物であるシート状物からなる流路材であって、シート状物の片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とを交互に有し、線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上である流路材。
（７）片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなる流路材であって、該シート状物が、ニードルループとシンカーループとからなる緯編物であり、かつ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が、０．４〜０．６である流路材。
（８）前記緯編物の編組織が、天竺組織及び／又はスムース組織である、（６）または（７）に記載の流路材。
（９）片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、かつ、該シート状物が緯編物である流路材を製造するにあたり、線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上となるように、編機におけるシンカー厚みとニードル厚みとを調整する流路材の製造方法であって、該緯編物を、融点差のある２種以上のフィラメントからなる混繊糸で編成した後、該混繊糸を構成する低融点樹脂フィラメントの融点以上かつ高融点樹脂フィラメントの融点未満の温度で熱セット処理し、カレンダ加工する、流路材の製造方法。
（１０）片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、かつ、該シート状物が緯編物である流路材を製造するにあたり、線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上となるように、編機におけるシンカー厚みとニードル厚みとを調整する流路材の製造方法であって、該緯編物を、低融点樹脂を高融点樹脂の外層に配した複合繊維糸を含むフィラメントで編成した後、該フィラメントを構成する低融点樹脂の融点以上かつ高融点樹脂の融点未満の温度で熱セット処理し、カレンダ加工する、流路材の製造方法。
（１１）前記緯編物の編組織が、天竺組織及び／又はスムース組織である、（９）または（１０）に記載の流路材の製造方法。
（１２）（１）〜（５）のいずれかに記載の液体分離素子が圧力容器に収容されてなる分離膜モジュール。
（１３）（１）〜（５）のいずれかに記載の液体分離素子を用いて海水を淡水化する分離膜処理方法。

本発明によれば、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅を大きくすることが可能なため、溝幅を狭くすることなく流路材の単位幅当りの溝本数を増やすことができる。よって、分離膜の透過液流路材溝部への陥没を抑制するために流路材の溝幅を狭くするとともに、透過液流路材の単位幅当りの溝部断面積を確保し流路抵抗を低減させる形状の実現が可能となる。その結果、構成材料、生産工程、全体の厚みなどを増やすことなく逆浸透膜の陥没を防ぐことができ、透過液の流路を確保して分離膜の機能低を防ぐことができる。

本発明における透過液流路材を模式的に示す斜視図である。図１のＡ断面を模式的に示す図である。本発明における別透過液流路材を模式的に示す平面図である。図３のＢ−Ｂ断面を模式的に示す断面図である。トリコットで構成される従来の透過液流路材を模式的に示す平面図である。図５のＣ−Ｃ断面を模式的に示す断面図である。一般的なスパイラル型液体分離素子を示す概略斜視図である。実施例１〜５および比較例１〜６で用いた透過液流路材の、線状溝部の溝幅と、線状溝部のピッチに対する溝幅の比との関係を示したグラフである。実施例、比較例におけるシミュレーション手法において用いた数値計算モデルの概略図である。

符号の説明

１：流路材
２：逆浸透膜
３：供給液流路材
４：集水孔
５：中心管
６：モジュール
７：ニードルループ
７’：ニードルループ
８：シンカーループ
８’：ニードルループ
１０：線状溝部
１１：線状山部
１２：ニードルループ７を構成する糸条と、該ニードルループ７の開口側に隣接するニードルループ７’を構成する糸条との交差点のうち、ニードルループ７の中央部から最も離れる位置にある点
１２’：ニードルループ７を構成する糸条と、該ニードルループ７の開口側に隣接するニードルループ７’を構成する糸条との交差点のうち、ニードルループ７の中央部から最も離れる位置にある点
１３：シンカーループ８を構成する糸条と、該シンカーループ８の開口側に隣接するシンカーループ８’を構成する糸条との交差点のうち、シンカーループ８の中央部から最も離れる位置にある点
１３’：シンカーループ８を構成する糸条と、該シンカーループ８の開口側に隣接するシンカーループ８’を構成する糸条との交差点のうち、シンカーループ８の中央部から最も離れる位置にある点
１４：ろ過圧力
１５：不織布
１６：ポリスルホン支持膜
１７：芳香族ポリアミド膜
Ｘ：ウエール方向
Ｙ：コース方向（編目の方向）

以下、本発明について、さらに詳細に説明する。

本発明の液体分離素子は、分離膜の裏面側に透過液流路材が配置されてなる。該透過液流路材は、片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、該シート状物における線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上であることを特徴とするものであり、さらに、該透過液流路材は緯編物であって、該線状山部は糸状ループによる凸部が１列に配列することにより形成されたものである。

透過液流路材の形状を設計するにあたって、透過液の流路抵抗を小さくするために線状溝部の溝幅を大きくして流路を大きくすると、分離膜の陥没が大きくなる。その結果、分離膜の表面に大きな引張力が局所的にはたらき、その引張力が分離膜の破断応力を超えた場合には分離膜が破断し、分離膜の機能が低下することになる。また、分離膜の陥没により流路が閉塞し、流路抵抗は逆に増大することになる。一方、線状溝部の溝幅を小さくすると、逆浸透膜の陥没を抑制することはできるが、流路が狭くなり流路抵抗が大きくなる。

このような観点から、透過液流路材の線状溝部の溝幅は、分離膜の線状溝部への陥没を抑制するため、２００μｍ以下とする。また、流路抵抗を低減させるため、１０μｍ以上とする。さらに、該シート状物の該溝部のピッチに対する溝幅の比（以下、溝幅／ピッチ比という）は、流路材の溝断面積を確保するため、０．４５以上とする。溝幅／ピッチ比の上限は、分離圧力を受ける分離膜を支持する線状山部の分離膜支持面積の減少を抑制し、分離圧力の集中による線状山部の破損を防止するため、０．９３以下が好ましい。

なお、線状溝部の溝幅とは図１（本発明における流路材を模式的に示す斜視図）および図２（図１のＡ断面を模式的に示す図）に示す距離Ｈをいい、線状溝部のピッチとは図１、２中に示す距離Ｐをいう。また、分離膜は、図１において流路材１の前面に配置され、図２において流路材１の上方に配置される。

本発明で用いる透過液流路材は、上記したような構造的特徴を有するものであり、高品質、かつ安価で製造できる点で、図３、４に示すような緯編物を用いるのが好ましい。また該透過液流路材として緯編物を用いる場合、溝幅／ピッチ比を大きくするため、繰り返される線状山部のそれぞれは、糸条ループによる凸部が１列に配列することにより形成されたものであることが好ましい。具体的には、天竺組織及び／又はスムース組織の緯編物を例示できる。

透過液流路材として緯編物を用いる場合、図３、４に示すように、個々のシンカーループ７およびニードルループ８による凸部がウエール方向Ｙに１列に連なることによって線状山部１１を形成し、該線状山部１１の間に線状溝部１０を形成する。すなわち、シンカーループ７とニードルループ８それぞれに線状溝部１０を形成することができるので、単位幅あたりの線状溝部の本数を増やすことが可能となる。よって分離膜が線状溝部に陥没することを抑制するため線状溝部１０の溝幅を狭くするとともに、透過液流路材の単位幅当りの溝部断面積を確保し流路抵抗を低減させることができる。

上記のような溝幅、溝幅／ピッチ比を有する透過液流路材は、前記シート状物を、ニードルループ７とシンカーループ８からなる緯編物とし、かつ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］を、０．４〜０．６とすることでも得られる。すなわち、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）とを実質的に等しくすることでも得られる。そして、ニードルループ面積とシンカーループ面積の差が大きくなると、ループ面積が小さいループの中に形成される線状溝部の流路抵抗が極端に大きくなり、シンカーループの線状溝部の流路抵抗とニードルループの線状溝部の流路抵抗とを平均した流路抵抗が増大する。したがって、線状溝部の平均流路抵抗の低下を防止するためにも、［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］は、０．４〜０．６とすることが好ましい。

［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］をかかる比率にするためには、編機におけるシンカー厚みとニードル厚みとを調整すればよい。このとき、ニードルループ７とシンカーループ８の面積を調整するのが容易である点から、透過液流路材として用いる緯編物の編組織は、天竺組織、及び／又は、スムース編が好ましい。

ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）は、次のように測定する。まず、透過液流路材表面を該表面に垂直な方向から１０〜１０００倍の範囲で拡大撮影し、得られた拡大写真を、コース方向Ｘおよびウエール方向Ｙ共に５μｍに等分割する平行線から成る升目で区分する。そして、一つのループ（ニードルループもしくはシンカーループ）を含む升目の面積を合計し、該ループの面積とする。該ループに対してコース方向Ｘに連続する他の９箇のループについても同様にして、個々のループの面積を算出する。そして、得られた１０個のデータの算術平均値を取った値を本発明におけるニードルループ面積（Ｓ１）、シンカーループ面積（Ｓ２）とする。

なお、ニードルループ７とは、緯編機のニードルによって形成されるループであり、ニードルループ面積（Ｓ１）とは、図３に示すように、一つのニードルループ７を構成する糸条の内側輪郭線で囲まれる範囲の面積をいう。該面積を算出するにあたって、ニードルループ開口側の端部は、図３に示すように、一つのニードルループ７を構成する糸条と、該ニードルループ７の開口側に隣接するニードルループ７’を構成する糸条との交差点のうち、ニードルループ７の中央部から最も離れる位置にある点１２、１２’を結ぶ線とする。したがって、ニードルループ面積（Ｓ１）は、該点１２、１２’を結ぶ線とニードルループ７を構成する糸条とで囲まれる範囲の面積となる。

一方、シンカーループ８は、緯編機のシンカーによって形成されるループであり、シンカーループ面積（Ｓ２）とは、図３に示すように、一つのシンカーループ８を構成する糸条の内側輪郭線で囲まれる範囲の面積をいう。該面積を算出するにあたって、シンカーループ開口側の端部は、図３に示すように、一つのシンカーループ８を構成する糸条と、該シンカーループ８の開口側に隣接するシンカーループ８’を構成する糸条との交差点のうち、シンカーループ８の中央部から最も離れる位置にある点１３、１３’を結ぶ線とする。したがって、シンカーループ面積（Ｓ２）は、該点１３、１３’を結ぶ線とシンカーループ８を構成する糸条とで囲まれる範囲の面積となる。

また、透過液流路材として緯編物を用いる場合、線状溝部の溝幅Ｈは、図３、４中に示すように、ニードルループ、シンカーループそれぞれの、開口部で最も幅が狭い部分の糸条間空隙部のコース方向Ｘの長さで表される。具体的には、コース方向Ｘに連続する１０個のループの開口部の糸条間空隙部の長さを測定し、それら１０個の値の算術平均値を求めることで、溝幅Ｈを算出できる。一方、線状溝部のピッチは、図３、４中に示すように、ループのウエール方向Ｙの中央部（図３におけるＢ−Ｂ線の箇所）において、隣り合って存在する糸条間距離で表される。具体的には、コース方向Ｘに隣り合う１１本の糸条の間隔（計１０個）を測定し、得られた１０個の値の算術平均値を求めることで、線状溝部のピッチＰを算出できる。そして、分離膜は、図３において流路材１の前面に配置され、図４において流路材１の上方に配置される。
該透過液流路材として緯編物を用いる場合、透過液流路材の厚みが増加するのを抑制するという観点からは、外径が２４４μｍ以下の糸条を用いることが好ましい。一方、線状溝部の溝深さが減少するのを抑制するという観点からは、外径が１５μｍ以上の糸条を用いることが好ましい。さらに、線状溝部のピッチを、糸条の外径の１．８倍以上で、かつ糸条の外径よりも大きい値とし、さらに、線状溝部のピッチと糸条の外径との差を１０〜２００μｍとするような編成条件で編むことが好ましい。このような構成にすることで、線状溝部の溝幅を１０〜２００μｍとし、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比を０．４５以上とすることが容易になる。なお、糸条の外径ｄとは、図３に示すように、ループのコース方向Ｘの中央部（図３におけるＢ’−Ｂ’線の箇所）において、ウエール方向Ｙに隣り合う１０本の糸条の外径を測定し、得られた１０個の値の算術平均値とする。

緯編物を構成する繊維材質については、透過液流路材としての形状を保持し、かつ浸透液中への成分の溶出が少ないものならばどのようなものでも良く、例えば、ナイロン６やナイロン６６等のポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリフルオロエチレン繊維、カーボン繊維等の合成繊維が挙げられる。特に高圧下に耐えうる強度や、後述する緯編物の加工のし易さ等を考慮すると、ポリエステル繊維を用いるのが好ましい。

本発明において、透過液流路材は、高圧下で流路材自体が変形するのを抑制するために、剛性を高めるための硬化処理を行うのが好ましい。硬化処理の方法としては、例えば透過液流路材としての織編物にメラミンやエポキシなどの樹脂を含浸加工する方法を挙げることができる。また、透過液流路材としての緯編物を加熱して繊維を相互に融着固化させる熱融着加工（カレンダ加工）を施す等の方法がある。本発明では、高圧下において流路材自体が変形しないような硬度が得られる処理方法であればいかなる方法でも用いることができる。

さらに、カレンダ加工は、高圧下において分離膜に局部的、あるいは不均一な変形が起こらないようにするために施しても良い。カレンダ加工により、緯編物などの透過液流路材は、繊維の形状に起因する微細な起伏がつぶされて非常に平滑かつ平坦になる。このため、高圧下で分離膜が不均一な変形を起こさなくなり性能や耐久性をさらに向上させることが可能となる。

天竺組織及び／又はスムース組織をもつ緯編物を透過液流路材とし、該透過液流路材にカレンダ加工を施す場合、該透過液流路材を編成するにあたって、融点差のある２種以上のフィラメントからなる混繊糸で編成し、該混繊糸を構成する低融点樹脂フィラメントの融点以上かつ高融点樹脂フィラメントの融点未満の温度で熱セット処理することでカレンダ加工することが好ましい。また、透過液流路材を、低融点樹脂を高融点樹脂の外層に配した複合繊維糸を含むフィラメントで編成し、その後、該フィラメントを構成する低融点側樹脂の融点以上かつ高融点側樹脂の融点未満の温度で熱セット処理することでカレンダ加工することも好ましい。

本発明において、シート状物の厚みは、厚みが大きいとモジュール内に挿入できるユニットの数が減少し、処理能力が低下するという問題があり、３００μｍ以下が好ましい。また厚みが小さいと溝断面積が小さく流路抵抗が増大するため、３０μｍ以上が好ましい。

なお、シート状物の厚みＴは、図２、図４に示すように、表面と裏面との、面方向に垂直な方向の距離であり、ＪＩＳＰ８１１８（１９７６）を参考に、ダイヤルゲージ形のマイクロメータを用いて測定できる。すなわち、２個の平面を有し、該平面のうち小さいほうの平面の直径が１４．３ｍｍであり、２面が０．００５ｍｍ以内の精度で平行で、その平面に垂直な方向に一方の平面が動く構造を有しているダイヤルゲージ形のマイクロメータを用い、シート状物を該２面で５３．９±４．９ｋＰａの定圧力で挟み、目盛りを少なくとも０．００２ｍｍの厚みまで読み取ることで得られる。そして、１０箇所の値の算術平均値を取った値を本発明におけるシート状厚みＴとする。

また、シート状物の溝部の深さは、深さが大きいと必然的にシート状物の厚みが大きくなり、モジュール内に挿入できるユニットの数が減少し、処理能力が低下するという問題がある。したがって、２９０μｍ以下が好ましい。また深さが浅いと溝断面積が小さく流路抵抗が増大するため、１５μｍ以上が好ましい。

なお、溝部の深さＤは、図２、４に示すように、表面の最も突出している部分から溝の底部までの距離であり、図４に示す緯編物の場合は、シート状物の厚みＴから糸条の外径を差し引いた値となる。

上記したような透過液流路材は、分離膜の裏面に、分離膜を支持するように配置される。本発明において、分離膜としては、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜を挙げることができ、それぞれ公知の方法により製造することができる。

そして、分離膜と透過液流路材は、原液流路材とともに集水管の周囲にスパイラル状に巻回され、液体分離素子となる。液体分離素子は、１本もしくは複数本が圧力容器に導入され、分離膜モジュールという形態で、海水淡水化などに使用される。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。

以下に実施例、比較例で実施した実測手法およびシミュレーション手法について説明する。

＜＜実測手法＞＞
透過液流路材を厚さ１５０μｍの逆浸透膜２枚の間に挟んで、さらに逆浸透膜の外側に供給液流路材を配して一組のユニットとし、外径が０．２ｍ、長さ１ｍのモジュールに組み込むことにより、逆浸透膜モジュールを製造した。この逆浸透膜モジュールを用いて、全溶存固形物質３．５重量％の海水を、液温２５℃で５．５ＭＰａの差圧を与えて１０日間処理しつづけ、１日当たりの透過水量および１０日後の塩除去率を求めることによって評価した。

なお、透過水量とは、単位時間（日（ｄ））あたりに換算した、単位面積（ｍ^２）を透過する水量（ｍ^３／（ｍ^２・ｄ））をいい、塩除去率とは、下記式（１）の塩除去率のことをいう。それぞれ１０個の逆浸透膜モジュールを測定し、それらの算術平均値をもって表した。

塩除去率（％）＝｛１−（透過液中の塩濃度）／（供給液中の塩濃度）｝
×１００・・・（１）
また、透過液流路材における線状溝部の溝幅（Ｈ）、ピッチ（Ｐ）は、透過液流路材の表面を顕微鏡で撮影し、得られた顕微鏡写真から１０個のデータを取得し、それら値の算術平均値でもって表した。

透過液流路材の厚さ（Ｔ）は、２個の平面を持ち、その小さい方の直径が１４．３ｍｍであり、２面が０．００５ｍｍ以内の精度で平行で、その平面に垂直な方向に一方の平面が動く構造を有するダイヤルゲージ形のマイクロメータを用いて測定した。シート状物を、マイクロメータの前記２面で、５３．９±４．９ｋＰａの定圧力で挟み、目盛りを少なくとも０．００２ｍｍの厚みまで読み取った。１０箇所を測定し、その算術平均値でもって表した。

透過液流路材における溝部の深さ（Ｄ）は、透過性流路材の厚み（Ｔ）から糸条の外径（ｄ）を差し引いた値をもって表した。なお、透過性流路材の糸条の外径（ｄ）は、図３中に示すように、ループのコース方向Ｘの中央部（図３におけるＢ’−Ｂ’線の箇所）において、ウエール方向Ｙに隣り合う１０本の糸条の外径を測定し、その算出平均値とした。

＜＜シミュレーション手法＞＞
図９に示すように、透過液流路材１を、芳香族ポリアミド膜１７（厚み０．２μｍ）と、多孔性のポリスルホン支持膜１６（厚み４９．８μｍの）と、ポリエチレンテレフタレート繊維を主成分とした不織布１５（目付８５ｇ／ｍ^２、厚み１００μｍ）とからなる厚さ１５０μｍの２枚の逆浸透膜２の間に挟んで、さらに該逆浸透膜２の芳香族ポリアミド膜１７側の面にろ過圧力５．５ＭＰａを均一に与える構造解析モデルを作成し、ＭＳＣ社製の汎用非線形構造解析ソルバーＭＡＲＣを用いて、１０日間経過した際の透過液流路材と逆浸透膜の変形をシミュレーションし、透過液流動性の良悪、膜の破損の有無、透過液流路材の破損の有無を評価した。

なお、透過液流動性については、上記実測手法に記載のように逆浸透膜モジュールを作成し、該モジュールで、全溶存固形物質３．５重量％の海水を、液温２５℃で５．５ＭＰａの差圧を与えて処理した際、透過水量が２２ｍ^３／日以上となる場合を「良」とし、透過水量が２２ｍ^３／日未満となる場合を「悪」と判断した。

また、膜の破損の有無については、逆浸透膜の芳香族ポリアミド膜のひずみ量が２％以上となる箇所が発生した場合を「有り」とし、該ひずみ量が２％以上となる箇所がない場合を「無し」とした。

そして、透過液流路材の破損の有無については、透過液流路材に４０ＭＰａ以上の主応力が発生した場合を「有り」とし、透過液流路材に４０ＭＰａ以上の主応力が発生しない場合を「無し」とした。

＜実施例１＞
実測手法とシミュレーション手法とを実施した。

＜＜実測手法＞＞
ポリエチレンテレフタレートフィラメント（融点：２５５℃）にポリエチレンテレフタレート系低融点ポリエステルフィラメント（融点：２３５℃）を混繊してなるマルチフィラメント糸（４８フィラメント、１１０デシテックス）を編糸として、天竺編の緯編組織（ゲージ（編機の単位長間にあるニードルの本数）３２）を編成し、それを２４５℃で熱セット処理した後にカレンダ加工を施して、溝幅が１３０μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．５２、線状溝部の深さが１１０μｍ、厚さが２２０μｍ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．４８の透過液流路材を作製した。

この透過液流路材を組み込んだ逆浸透膜モジュールを用いた場合、透過水量は２４ｍ^３／日、塩素除去率は９９．７５％であった。

＜＜シミュレーション手法＞＞
前記の実施手法と同様とした場合について、シミュレーション手法による評価を実施した。その結果、透過液流動性が良く、膜の破損、透過液流路材の破損が共に無かった。

＜実施例２＞
溝幅が８０μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．５０、線状溝部の深さが８０μｍ、厚さが１７０μｍの透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、透過液流動性が良く、膜の破損、透過液流路材の破損が共に無かった。

＜実施例３＞
溝幅が１９２μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．９０、線状溝部の深さが２１μｍ、厚さが５０μｍの透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、透過液流動性が良く、膜の破損、透過液流路材の破損が共に無かった。

＜実施例４＞
溝幅が１７０μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．６８、線状溝部の深さが８０μｍ、厚さが１７０μｍの透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、透過液流動性が良く、膜の破損、透過液流路材の破損が共に無かった。

＜実施例５＞
溝幅が１９μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．４７、線状溝部の深さが２１μｍ、厚さが５０μｍの透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、透過液流動性が良く、膜の破損、透過液流路材の破損が無かった。

＜比較例１＞
実測手法とシミュレーション手法とを実施した。

＜＜実測手法＞＞
ポリエチレンテレフタレートフィラメント（融点：２５５℃）にポリエチレンテレフタレート系低融点ポリエステルフィラメント（融点２３５℃）を混繊してなるマルチフィラメント糸（４８フィラメント、１５５デシテックス）を編糸として、トリコット編地（ダブルデンビ組織、ゲージ２８）に編成し、それを２４５℃で熱セット処理した後にカレンダ加工を施して、溝幅が２５４μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．４３、線状溝部の深さが１１０μｍ、厚さ２２０μｍ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．３８の透過液流路材を作製した。

この透過液流路材は、実施例１に比べゲージが小さいトリコット編地であるため溝幅が大きくなり、また、糸条が太くトリコット編みであるため山部の幅が広くなり、溝のピッチに対する溝幅の比が小さくなった。また、ニードルループ面積（Ｓ１）に比べてシンカーループ面積（Ｓ２）が大きいため、ニードルループの線形溝部の溝幅よりもシンカーループの線形溝部の溝幅が広くなった。

この透過液流路材を組み込んだ以外は、実施例１の実測手法による評価と同様にした。その結果、透過水量は２０ｍ^３／日、塩素除去率は９９.７０％であった。透過液流路材における線状溝部の溝幅が広いため、水ろ過によって逆浸透膜が大きく陥没した。その結果、実施例１と比較して、透過液の流路抵抗が大きくなり透過水量が低減した。さらに逆浸透膜表面に大きな引張応力が発生して局所的に破断が発生して逆浸透膜の機能が低下し、塩素除去率が低下した。特に、ニードルループの線形溝部の溝幅よりもシンカーループの線形溝部の溝幅が広いため、ニードルループの線形溝部よりもシンカーループの線状溝部への逆浸透膜の陥没が大きく、該シンカーループの線状溝部で逆浸透膜の局所的な破断が多く発生した。

＜＜シミュレーション手法＞＞
前記の実施手法と同様とした場合について、シミュレーション手法による評価を実施した。その結果、ろ過圧力により逆浸透膜が透過液流路材の線状溝部に大きく陥没したため透過液流動性が悪くなった。また逆浸透膜の陥没により逆浸透膜の表面のひずみが大きくなり、逆浸透膜に破損が認められた。特に、ニードルループの線形溝部に比べてシンカーループの線形溝部における逆浸透膜の破損が多く認められた。なお、透過液流路材には破損が認められなかった。

＜比較例２＞
実測手法とシミュレーション手法とを実施した。

＜＜実測手法＞＞
実施例１で用いたのと同じマルチフィラメント糸（４８フィラメント、１１０デシテックス）を編糸として、トリコット編地（ダブルデンビ組織、ゲージ３２）に編成し、それを２４５℃で熱セット処理した後にカレンダ加工を施して、溝幅が２５４μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．５２、線状溝部の深さが１１０μｍ、厚さが２２０、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．６３の透過液流路材を作製した。また、シンカーループ面積（Ｓ１）に比べてニードルループ面積（Ｓ２）が大きいため、シンカーループの線形溝部の溝幅よりもニードルループの線形溝部の溝幅が広くなった。

この透過液流路材では、実施例１と同じ糸を同じゲージ数で編んだトリコット編地を用いたが、トリコット編みであるため線状山部の山幅が広くなり、溝幅も広くなった。

この透過液流路材を組み込んだ以外は、実施例１の実測手法による評価と同様にした。その結果、透過水量は１９ｍ^３／日、塩素除去率は９９.６０％であった。透過液流路材における線状溝部の溝幅が広いため逆浸透膜が大きく陥没し、透過液の流路抵抗が大きくなり、透過水量が小さくなった。また、逆浸透膜表面に大きな引張応力が発生して局所的に破断が発生し、逆浸透膜の機能が低下したため、塩素除去率が低下した。特に、シンカーループの線形溝部の溝幅よりもニードルループの線形溝部の溝幅が広いため、シンカーループの線形溝部よりもニードルループの線状溝部への逆浸透膜の陥没が大きく、該ニードルループの線状溝部で逆浸透膜の局所的な破断が多く発生した。

＜＜シミュレーション手法＞＞
前記の実施手法と同様とした場合について、シミュレーション手法による評価を実施した。その結果、ろ過圧力により逆浸透膜が透過液流路材の線状溝部に大きく陥没したため透過液流動性が悪くなった。また逆浸透膜の陥没により逆浸透膜の表面のひずみが大きくなり、逆浸透膜に破損が認められた。特に、シンカーループの線形溝部に比べてニードルループの線形溝部における逆浸透膜の破損が多く認められた。なお、透過液流路材には破損が認められなかった。

＜比較例３＞
実測手法とシミュレーション手法とを実施した。

＜＜実測手法＞＞
比較例１で用いたのと同じマルチフィラメント糸（４８フィラメント、１５５デシテックス）を編糸として、天竺編の緯編組織（ゲージ２８）に編成し、それを２４５℃で熱セット処理した後にカレンダ加工を施して、溝幅が１３０μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．４３、線状溝部の深さが１１０μｍ、厚さが２２０、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．２０の透過液流路材を作製した。

この流路材では、実施例１と同様に天竺編地を用いたが、実施例１よりも糸が太くゲージ数が少ないため、線状山部の山幅が広くなり、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が小さくなった。また、ニードルループ面積（Ｓ１）をシンカーループ面積（Ｓ２）との差が大きくなった。

この透過液流路材を組み込んだ以外は、実施例１の実測手法による評価と同様にした。その結果、透過水量は２０ｍ^３／日、塩素除去率は９９.７５％であった。溝幅が狭くなったことで膜の陥没が抑制されるため逆浸透膜表面の局部的な破損を抑制できるため塩素除去率は高くなった。しかし、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が小さいため、透過液流路材の一定幅あたりの溝本数が少なくなり、更にシンカーループ面積とニードルループ面積との差が大きくなり、その結果、流路抵抗が大きくなり透過水量が小さくなった。

＜＜シミュレーション手法＞＞
前記の実施手法と同様とした場合について、シミュレーション手法による評価を実施した。その結果、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が小さいため透過液流路材の幅あたりの溝本数が少なくなり、更にシンカーループ面積とニードルループ面積との差が大きくなり、その結果、流路抵抗が大きくなり透過液流動性が悪くなった。一方、溝幅が狭いため逆浸透膜の陥没は小さく、逆浸透膜に破損は認められなかった。透過液流路材にも破損は認められなかった。

＜比較例４＞
溝幅が８μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．４５、線状溝部の深さが１０μｍ、厚さが２３μｍ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．６１の透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、膜の破損が無く、透過液流路材の破損が無かった。しかし、溝幅が狭く、またシンカーループ面積とニードルループ面積との差が大きく、その結果、流路抵抗が大きくなり透過液流動性が悪くなった。

＜比較例５＞
溝幅が２１１μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．６０、線状溝部の深さが１４１μｍ、厚さが２８０μｍ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．３８の透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、透過液流動性が良く、透過液流路材に破損は認められなかった。しかし、溝幅が広いため逆浸透膜の変形が大きくなり逆浸透膜の表面で破損が認められた。特に、ニードルループの線形溝部の溝幅よりもシンカーループの線形溝部の溝幅が広いため、ニードルループの線形溝部よりもシンカーループの線状溝部への逆浸透膜の陥没が大きく局所的な破断の発生が多く発生した。

＜比較例６＞
溝幅が１２０μｍ、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が０．９５、線状溝部の深さが６μｍ、厚さが１７μｍ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が０．３８の透過液流路材を用いた以外は実施例１のシミュレーション手法による評価と同様にした。その結果、透過液流動性が良く、膜に破損は認められなかった。しかし、線状溝部のピッチに対する溝幅の比が大きいため、逆浸透膜を支持する線状山部の面積が減少し、線状山部にろ過圧力による力が集中し、線状山部で破損が有った。また、ニードルループ面積とシンカーループ面積との差が大きいため、各線状山部へ均等にろ過圧力がかからず、一部の線状山部は大きく破損した。

なお、表１に、実施例１および比較例１〜３における実測手法による評価条件および結果をまとめて示す。また表２に、実施例１〜５および比較例１〜６におけるシミュレーション手法による評価条件および結果をまとめて示す。また図８に実施例１〜５および比較例１〜６についての形状条件をまとめて示す。

本発明の液体分離素子は、純水の製造や海水の淡水化、廃水処理、食品産業における有価物回収などに好適に利用できるが、その応用範囲はこれらに限られるものではない。

Claims

分離膜の裏面側に透過液流路材が配置された液体分離素子であって、透過液流路材は、片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、該シート状物における線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上であり、さらに、該透過液流路材は緯編物であって、該線状山部は糸状ループによる凸部が１列に配列することにより形成されたものである液体分離素子。
分離膜の裏面側に透過液流路材が配置された液体分離素子であって、透過液流路材は、片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、該シート状物が、ニードルループとシンカーループとからなる緯編物であって、かつ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が、０．４〜０．６である液体分離素子。
前記緯編物の編組織が、天竺組織、及び／又は、スムース組織である、請求項１または２に記載の液体分離素子。
緯編物の編成糸の外径が１５μｍ以上２４４μｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の液体分離素子。
シート状物の厚みが３０〜３００μｍ、溝部の深さが１５〜２９０μｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の液体分離素子。
経編物であるシート状物からなる流路材であって、シート状物の片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とを交互に有し、線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上である流路材。
片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなる流路材であって、該シート状物が、ニードルループとシンカーループとからなる緯編物であり、かつ、ニードルループ面積（Ｓ１）とシンカーループ面積（Ｓ２）との和に対するニードルループ面積（Ｓ１）の比［Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２）］が、０．４〜０．６である流路材。
前記緯編物の編組織が、天竺組織及び／又はスムース組織である、請求項６または７に記載の流路材。
片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、かつ、該シート状物が緯編物である流路材を製造するにあたり、線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上となるように、編機におけるシンカー厚みとニードル厚みとを調整する流路材の製造方法であって、該緯編物を、融点差のある２種以上のフィラメントからなる混繊糸で編成した後、該混繊糸を構成する低融点樹脂フィラメントの融点以上かつ高融点樹脂フィラメントの融点未満の温度で熱セット処理し、カレンダ加工する、流路材の製造方法。
片表面もしくは両表面に線状溝部と線状山部とが交互配列されたシート状物からなり、かつ、該シート状物が緯編物である流路材を製造するにあたり、線状溝部の溝幅が１０〜２００μｍであり、かつ、線状溝部のピッチに対する線状溝部の溝幅の比が０．４５以上となるように、編機におけるシンカー厚みとニードル厚みとを調整する流路材の製造方法であって、該緯編物を、低融点樹脂を高融点樹脂の外層に配した複合繊維糸を含むフィラメントで編成した後、該フィラメントを構成する低融点樹脂の融点以上かつ高融点樹脂の融点未満の温度で熱セット処理し、カレンダ加工する、流路材の製造方法。
前記緯編物の編組織が、天竺組織及び／又はスムース組織である、請求項９または１０に記載の流路材の製造方法。
請求項１〜５のいずれかに記載の液体分離素子が圧力容器に収容されてなる分離膜モジュール。
請求項１〜５のいずれかに記載の液体分離素子を用いて海水を淡水化する分離膜処理方法。