JP6353957B2 - 原水流路スペーサ、および、これを備えたスパイラル型膜エレメント - Google Patents

Description

本発明は、液体に溶存する成分を分離するスパイラル型膜エレメントに関し、特に、スパイラル型膜エレメントの原水流路スペーサに関する。

近年、水道水等に含まれるイオンや塩類等を、例えば、スパイラル型膜エレメント等の分離膜を用いて濾過処理し、飲料により適した水を製造する試みが行われている。

このスパイラル型膜エレメントは、集水管と、集水管の周りに巻回された複数の分離膜とを含む。各分離膜は、シート状の透過水スペーサの両面に分離膜を重ね合わせ、この状態で３辺を接着等の手段によって封止し、他の１辺を開口端とした袋状に形成される。そして、この開口端が集水管に接続されることで透過水スペーサに沿って流れる透過水が集水管に流れ込むように構成されている。

また、袋状に形成された各分離膜の間には、水道水等の原水の流路を形成するメッシュ状の原水流路スペーサが挟み込まれる。そして、スパイラル型膜エレメントに供給される原水は、上記原水流路スペーサに沿って流れつつ、その一部が分離膜を透過して透過水となり集水管を経て外部へ送り出される。

特許文献１には、縦糸を原水の流れ方向に沿って配置し、横糸を原水の流れ方向に対して交差する方向に配置するとともに、横糸を縦糸よりも細く形成することによって原水流路における圧力損失を低減できる原水流路スペーサを備えたスパイラル型膜エレメントが開示されている。

特開２００５‐３０５４２２号公報

ところで、分離膜を原水が透過するのに伴い、分離膜を透過できないイオンや塩類は原水流路側における分離膜の近傍領域に残留する。この残留したイオンや塩類が分離膜近傍に蓄積されることによって原水流路の他の領域よりもイオンや塩類の濃度の高い濃度層（以下、濃度分極層と適宜表現する）が形成される。これにより、分離膜の膜面近傍における浸透圧が上昇するため分離膜を透過する透過水の量が減少し原水から透過水を効率良く得ることができないという問題が生じる。

そこで、本発明では、分離膜近傍領域における濃度分極層の形成を抑制できる原水流路スペーサ、および、これを備えたスパイラル型膜エレメントを提供することを目的とする。

本発明に係る原水流路スペーサは、スパイラ型膜エレメントの集水管に巻回された第１分離膜と第２分離膜との間に挟み込まれ、集水管と平行な方向に対して互いに反対方向に傾斜する第１糸列および第２糸列からなる２層構造の原水流路スペーサであって、第１糸列および第２糸列により第２糸列の延在方向に連なって構成された第１メッシュ構造と、第１糸列および第２糸列により第２糸列の延在方向に連なって構成され、第１メッシュ構造を構成する第２糸列の間隔よりも第２糸列の間隔が狭くなるよう構成された第２メッシュ構造と、を交互に備えることを特徴とする。

本発明に係る原水流路スペーサにおいて、第２メッシュ構造を構成する第１糸列の集水管と平行な方向に対する傾斜は、第１メッシュ構造を構成する第１糸列の集水管と平行な方向に対する傾斜よりも大きくなるよう構成されてもよい。

本発明に係る原水流路スペーサにおいて、第１メッシュ構造は、第１のメッシュと、第１のメッシュよりも目が細かい中間メッシュとを交互に並べて構成され、第２メッシュ構造は、中間メッシュと、中間メッシュよりも目が細かい第２のメッシュとを交互に並べて構成されてもよい。

本発明に係るスパイラル型エレメントは、透過水が流れる集水管と、シート状の透過水スペーサと、透過水スペーサの両面に重ね合わせた状態で三辺が封止され、他の一辺が開口端である袋状をなし、この開口端が集水管に接続された状態で集水管に巻回された第１分離膜および第２分離膜と、上記発明のいずれかに係る原水流路スペーサとを備えるものである。

本発明の原水流路スペーサによれば、第１メッシュ構造および第２メッシュ構造は交互に配置され、集水管と平行な方向に対する傾斜方向に各々延在する。ここで、第２メッシュ構造は、第１メッシュ構造よりも第２糸列の間隔が狭くなるように形成される。このため、上記平行方向に沿って原水が流れる際、第１メッシュ構造から下流側に隣接する第２メッシュ構造に流入する原水流量よりも、第２メッシュ構造から下流側に隣接する第１メッシュ構造に流入する原水流量の方が多くなる。これにより、第１メッシュ構造を流れる原水流量が増加し、同メッシュ構造周辺において第１分離膜または第２分離膜の方へ蛇行しつつ下流側へ流れる原水流れの勢いを強めることができる。一方、第２メッシュ構造は第１メッシュ構造よりも第２糸列の間隔が狭いため原水流量が少なくても第１メッシュ構造と同程度の水勢を維持することができる。この結果、第１メッシュ構造および第２メッシュ構造周辺の両分離膜近傍に残留するイオンや塩類を下流側へ押し流して濃度分極層の形成を抑制できる。

本発明のスパイラル型膜エレメントによれば、原水流路スペーサにおいて第２メッシュ構造は第１メッシュ構造よりも第２糸列の間隔が狭くなるように形成されている。そして、第１メッシュ構造および第２メッシュ構造は、集水管と平行な方向に対して傾斜する方向に延在するとともに交互配置されている。このため、上記平行方向に沿って原水が流れる際、第１メッシュ構造から下流側に隣接する第２メッシュ構造に流入する原水流量よりも、第２メッシュ構造から下流側に隣接する第１メッシュ構造に流入する原水流量の方が多くなる。これにより、第１メッシュ構造を流れる原水流量が増加し、同メッシュ構造周辺において第１分離膜または第２分離膜の方へ蛇行しつつ下流側へ流れる原水流れの流速を速めることができる。一方、第２メッシュ構造は第２糸列の間隔が狭いため原水流量が少なくても第１メッシュ構造と同程度の水勢を維持することができる。この結果、第１メッシュ構造および第２メッシュ構造周辺の両分離膜近傍に残留するイオンや塩類を下流側へ押し流して濃度分極層の形成を抑制できる。

図１は本発明の一実施形態であるスパイラル型膜エレメントが適用される濾過装置の概略構成図である。 図２は図１に示すスパイラル型膜エレメントの一部を展開状態で示すとともに、当該一部に含まれる原水流路スペーサの構成を示す部分拡大図を含む斜視図である。 図３は、図２に示す第１および第２分離膜の間に挟み込まれた原水流路スペーサの構成を示すとともに、一部にその断面図を含む斜視図である。 図４は、図２に示す第１および第２分離膜の間に挟み込まれた原水流路スペーサによって形成される原水流れと、流体解析シミュレーションの対象領域とを示す斜視図である。 図５（ａ）は、図３に示す第１分離膜に作用するせん断応力の分布状態を示す等値線図である。図５（ｂ）は、図３に示す第２分離膜に作用するせん断応力の分布状態を示す等値線図である。 図６（ａ）は、比較例である原水流路スペーサの構成を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＸ方向に流れる原水が第１分離膜に作用させるせん断応力を流体解析シミュレーションによって算出した結果を示す等値線図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）と同様に、図６（ａ）に示す第２分離膜に作用するせん断応力を流体解析シミュレーションによって算出した結果を示す等値線図である。 図７は、変形例１〜変形例４の原水流路スペーサにおいて、易分極領域が両分離膜に占める面積割合を流体解析シミュレーションによって求めた結果を示す図である。 図８（ａ）は変形例１の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図８（ｂ）は変形例２の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図８（ｃ）は変形例３の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図８（ｄ）は変形例４の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。 図９は、変形例５〜変形例９の原水流路スペーサにおいて、易分極領域が両分離膜に占める面積割合を流体解析シミュレーションによって求めた結果を示す図である。 図１０（ａ）は変形例５の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図１０（ｂ）は変形例６の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図１０（ｃ）は変形例７の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図１０（ｄ）は変形例８の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。図１０（ｅ）は変形例９の原水流路スペーサにおける第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す図である。 図１１は、変形例１０の原水流路スペーサの構成を示す図である。 図１２は、図１１に示す第１分離膜および第２分離膜の間に挟み込まれた原水流路スペーサの構成を示す斜視図である。 図１３は、変形例１１の原水流路スペーサの構成を示す図である。 図１４は、変形例１２の原水流路スペーサの構成を示す図である。 図１５（ａ）は、濃度分極の評価に用いる評価用セルの一部の構成を省略して内部構成を示す斜視図である。図１５（ｂ）は、評価用セル内部に設置される原水流路スペーサの試験体の構成を示す図である。図１５（ｃ）は、評価用セル内部に形成される流路構成を示すため外形を仮想線で示すとともに流路構成部分を実線でした図である。 図１６（ａ）は、各分離膜の試験体を用いた評価試験における濃度比と、当該濃度比を測定したときの純水体積流束の測定値との関係を示すグラフである。図１６（ｂ）は、同図（ａ）に示す各分離膜の試験体を用いた評価試験における濃度比および純水体積流束の測定値を示す表である。

以下、本発明の一実施形態であるスパイラル型膜エレメントを備える濾過装置について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「Ｘ」方向は集水管の軸方向に平行な方向を示し、「Ｙ」方向および「Ｚ」方向は互いに直交する集水管の径方向を示すものとする。

図１に示すように、濾過装置１０は、水道水等の原水を貯留する原水タンク１２と、原水に対して濾過処理を行うスパイラル型膜エレメント２０とを備える。原水タンク１２には、例えば、供給管Ｌ１を介して原水が供給される。そして、原水タンク１２には、スパイラル型膜エレメント２０へ原水を送り出す送水管Ｌ２が接続されている。この送水管Ｌ２には、原水タンク１２から原水を汲み上げるためのポンプ１４と、原水に含まれる濁質成分を除去する前処理ユニット１６とが設置されている。前処理ユニット１６で処理された原水は、送水管Ｌ２を経由してスパイラル型膜エレメント２０へ送り出される。また、送水管Ｌ２におけるポンプ１４の下流側にバイパス配管Ｌ２‐Ｂが接続されている。このバイパス配管Ｌ２‐Ｂは送水管Ｌ２を流れる原水の一部を原水タンク１２に戻すことにより前処理ユニット１６に送り出される原水流量を調整する役割を有する。

このスパイラル型膜エレメント２０は、イオンや塩類を原水から除去した透過水と、除去されたイオンや塩類を含む濃縮水とを生成する機能を有する。スパイラル型膜エレメント２０によって生成された透過水は透過水配管Ｌ３を経由して透過水タンク１８に貯留され、濃縮水は濃縮水配管Ｌ４を経由して外部に排出される。

図２は、スパイラル型膜エレメント２０の一部を展開状態で示す斜視図と、同エレメントに含まれる第１分離膜および第２分離膜に挟み込まれた原水流路スペーサの構成を示す図である。

図２に示すように、スパイラル型膜エレメント２０は、透過水が流れる集水管２２と、集水管２２の周囲に重ね合わせた状態で巻回される第１分離膜２４および第２分離膜２８とを備える。また、スパイラル型膜エレメント２０は、両分離膜２４，２８の間に挟み込まれ、両分離膜２４，２８の間に原水流路を形成する原水流路スペーサ４０を備える。第１分離膜２４および第２分離膜２８は同一の構成を備えるため、第１分離膜２４の構成についてのみ以下において説明する。

第１分離膜２４は、透過水スペーサ２６を間に挟んで両面に、例えば、逆浸透膜、限外ろ過膜、または、精密ろ過膜からなる分離膜２４ａ，２４ｂを各々重ね合わせて袋状に構成され、開口端が集水管２２に接続される。この透過水スペーサ２６は、集水管２２に連通する流路を形成しており、この流路に沿って分離膜２４ａ，２４ｂを透過した透過水が集水管２２へ流れ込む。

この集水管２２には、複数の連通孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃが軸方向に沿って所定ピッチで設けられており、両分離膜２４，２８を透過した透過水は連通孔２２ａ〜２２ｃから集水管２２へ流入する。また、第１分離膜２４の開口端を除く他の３辺は、透過水と濃縮水の混合を防止するため接着剤等により封止されている。

図２に示すように、原水流路を流れる原水の一部は、両分離膜２４，２８のいずれか一方を透過することによってイオンや塩類等の濁質成分が除去された透過水となり、透過水スペーサ２６に沿って集水管２２へと導かれる。また、残余の原水は、原水流路に沿って流れるのに伴い透過水から除去された濁質成分を多く含む濃縮水となり、下流側の濃縮水配管Ｌ４（図１参照）へ排出される。

スパイラル型膜エレメント２０は、上流側キャップ材３２と、下流側キャップ材３４とを軸方向両端面に各々取り付けるようにしてもよい。上流側キャップ材３２には、原水がスパイラル型膜エレメント２０内部へ流れ込むための隙間が設けられている。また、下流側キャップ材３４には、集水管２２を流れる透過水と、原水流路から排出される濃縮水が混ざり合わないように２つの流路が設けられている。

続いて、図２および図３を用いて、原水流路スペーサ４０の構成について説明する。図３は、第１分離膜２４および第２分離膜２８の間に挟み込まれた原水流路スペーサ４０の構成を示す斜視図である。

図２および図３に示すように、原水流路スペーサ４０は、第１糸列Ｍおよび第２糸列Ｎを互いに重ね合わせた２層構造の原水流路スペーサであり、各糸列Ｍ，Ｎを積層状態で固着して形成されている。なお、原水流路スペーサは、各糸列Ｍ，Ｎを互いに編み込んだ状態としてもよい。原水流路スペーサ４０は、第１メッシュ構造５１，５２，５３および第２メッシュ構造６１，６２，６３を交互に備える。第１メッシュ構造５１〜５３は同一の構成を備えるため、以下の説明では第１メッシュ構造５２についてのみ説明する。

図３に示すように、第１メッシュ構造５２は、第１の四角形状メッシュ５２ａ，５２ｂ，５２ｃが第２糸Ｎ２，Ｎ３の延在方向に連なって形成される。第１の四角形状メッシュ５２ａ〜５２ｃの構成は同一であるため、第１の四角形状メッシュ５２ａについてのみ以下において説明する。

第１の四角形状メッシュ５２ａにおける第１辺部５２ａ‐１および第２辺部５２ａ‐２は、第１糸Ｍ１，Ｍ２によって各々形成され、第３辺部５２ａ‐３および第４辺部５２ａ‐４は第２糸Ｎ２，Ｎ３によって形成される。第１の四角形状メッシュ５２ａは、一例として各辺部５２ａ‐１〜５２ａ‐４の寸法が３ｍｍとなるように構成された正方形状の外観形状を有する。各糸列Ｍ，Ｎは、Ｘ方向に対して、例えば、４５°それぞれ反対方向に傾斜するよう配置される。また、各糸列Ｍ，Ｎは、ポリエステル、ポリエチレン、または、ポリプロピレン等の樹脂材によって、例えば、直径Ｄが０．４ｍｍである円柱状に形成される。そして、原水流路スペーサ４０によって形成される原水流路の幅Ｅは、一例として０．８ｍｍである。また、各糸列Ｍ，Ｎの形状は円柱状に限らず、例えば、平板状等に形成してもよい。

第２メッシュ構造６１〜６３は同一の構成を備えるため、第２メッシュ構造６１についてのみ説明を行い、第２メッシュ構造６２，６３については適宜説明を省略する。第２メッシュ構造６１は、同一の構成を有する第２の四角形状メッシュ６１ａ，６１ｂ，６１ｃが第２糸Ｎ１，Ｎ２の延在方向に連なって形成される。

第２の四角形状メッシュ６１ａの第１辺部６１ａ‐１および第２辺部６１ａ‐２は第１糸Ｍ１、Ｍ２によって各々形成され、第２の四角形状メッシュ６１ａにおける第３辺部６１ａ‐３は第２糸Ｎ１によって形成される。また、第２の四角形状メッシュ６１ａの第４辺部は、上述した第１の四角形状メッシュ５２ａにおける第３辺部５２ａ‐３によって構成される。第２の四角形状メッシュ６１ａは、例えば、各辺部６１ａ‐１，６１ａ‐２，６１ａ‐３の寸法を３ｍｍとし、平行四辺形状に形成してもよい。

ここで、第１辺部６１ａ‐１および第２辺部６１ａ‐２のＸ方向に対する傾斜角α１は、第１の四角形状メッシュ５２ａの第１辺部５２ａ‐１および第２辺部５２ａ‐２のＸ方向に対する傾斜角α２よりも大きくなるよう第１糸Ｍ１，Ｍ２を屈曲させて構成される。一例として、傾斜角α１は９０°とし、傾斜角α２を４５°とすればよい。そして、第２の四角形状メッシュ６１ａにおける両辺部６１ａ‐１，６１ａ‐２の間隔Ｒ１は、第１の四角形状メッシュ５２ａにおける両辺部５２ａ‐１，５２ａ‐２の間隔（すなわち、第３辺部５２ａ‐３の長さ）よりも狭くなるよう形成される。

同様に、第２の四角形状メッシュ６１ａにおける両辺部５２ａ‐３，６１ａ‐３の間隔Ｒ２は、第１の四角形状メッシュ５２ａにおける両辺部５２ａ‐３，５２ａ‐４の間隔（すなわち、第１辺部５２ａ‐１の長さ）よりも狭くなるように形成される。

これにより、第２の四角形状メッシュ６１ａの方が第１の四角形状メッシュ５２ａよりも目が細かく（すなわち、囲繞面積が小さく）構成され、Ｘ方向に流れる原水が流路から受ける抵抗（以下、流路抵抗と表記）が大きくなるよう設けられる。従って、第２の四角形状メッシュ６１ａと同一構成のメッシュが連なって構成される第２メッシュ構造６１の方が、第１の四角形状メッシュ５２ａと同一構成のメッシュが連なって構成される第１メッシュ構造５２よりも流路抵抗が大きくなる。

ここで、各メッシュ構造５２，６１，６２における原水流れについて図４を用いて説明する。図４は原水流路スペーサ４０によって形成される原水流れ、および、シミュレーション領域Ｔを図３と同様に示す図である。このシミュレーション領域Ｔは、仮想線Ｔ１〜Ｔ４によって囲まれた領域であり、仮想線Ｔ１は第２の四角形状メッシュ６１ａの中心点と、第２の四角形状メッシュ６１ｂの中心点との間を結ぶ第２糸Ｎ１及び第２糸Ｎ２の中間線である。仮想線Ｔ３は、第２の四角形状メッシュ６２ａの中心点と、第２の四角形状メッシュ６２ｂの中心点との間を結ぶ第２糸Ｎ３および第２糸Ｎ４の中間線である。また、仮想線Ｔ２は、第２の四角形状メッシュ６１ｂの中心点と、第２の四角形状メッシュ６２ｂの中心点とを結ぶ第１糸Ｍ２および第１糸Ｍ３の中間線である。仮想線Ｔ４は、第２の四角形状メッシュ６１ａの中心点と、第２の四角形状メッシュ６２ａの中心点とを結ぶ第１糸Ｍ１および第１糸Ｍ２の中間線である。

各メッシュ構造５２，６１，６２の延在方向は、図４に示すようにＸ方向に対して傾斜している。このため、第２メッシュ構造６１、第１メッシュ構造５２、第２メッシュ構造６２をこの順に通過しながら原水は下流側へ流れることとなる。この点について、各メッシュ構造５２，６１，６２の一部を構成する各四角形状メッシュ５２ａ，６１ａ，６２ａにおける原水流れを例に挙げて説明する。

各四角形状メッシュ５２ａ，６１ａ，６２ａは、Ｘ方向における上流側から第２の四角形状メッシュ６１ａ、第１の四角形状メッシュ５２ａ、第２の四角形状メッシュ６２ａの順に隣接配置される。この第２の四角形状メッシュ６１ａにおいて、原水の一部は流れＣ１に沿って第２分離膜２８の方へ蛇行しつつ第１の四角形状メッシュ５２ａに流入する。これにより、第２分離膜２８に近接した領域における原水の流速を高め、第２分離膜２８に近接した領域に滞留する残留イオンや塩類を下流側へ押し流すことができる。

また、同様に、第１の四角形状メッシュ５２ａにおいて、原水の一部は流れＣ２に沿って第２分離膜２８の方へ蛇行しつつ第２の四角形状メッシュ６２ａに流入する。これにより、第２分離膜２８に近接した領域に滞留する残留イオンや塩類を下流側へ押し流すことができる。

また、上述したように第２メッシュ構造６１，６２の一部をそれぞれ構成する第２の四角形状メッシュ６１ａ，６２ａの方が、第１メッシュ構造５２の一部を構成する第１の四角形状メッシュ５２ａよりも流路抵抗が大きい。このため、図４に示すように、第２の四角形状メッシュ６１ａから流れＣ１に沿って第１の四角形状メッシュ５２ａに流入する流量Ｑ１の方が、第１の四角形状メッシュ５２ａから流れＣ２に沿って第２の四角形状メッシュ６２ａへ流出する流量Ｑ２よりも多くなる。そして、流量Ｑ１と流量Ｑ２との差分である流量Ｑ３だけ第１の四角形状メッシュ５２ａから下流側の第１の四角形状メッシュ５２ｂへ流れる原水の流量が増加することとなる。このようにして第１メッシュ構造５２における原水流量が増加するとともに、第２メッシュ構造６１，６２における原水流量が減少する。

このため、各四角形状メッシュ５２ａ，６１ａ，６２ａの各辺部５２ａ‐２，６１ａ‐２，６２ａ‐２（図３参照）周辺で流れＳ１，Ｓ２，Ｓ３に沿って第１分離膜２４の方へ各々蛇行しながら流れる原水流れのうち第１メッシュ構造５２における原水の流れＳ１の水勢を増大させることができる。これにより、第１メッシュ構造５２により囲繞された第１分離膜２４の近接領域における原水の流速を高め、同領域に滞留する残留イオンや塩類を下流側へ押し流すことが可能となる。

一方、第２の四角形状メッシュ６１ａ，６２ａにおける原水の流れＳ２，Ｓ３の流量は流れＳ１の流量よりもそれぞれ減少する。しかしながら、第２の四角形状メッシュ６１ａ，６２ａにおける第１糸Ｍ１，Ｍ２の間隔Ｒ１（図３参照）は、第１の四角形状メッシュ５２ａにおける第１糸Ｍ１，Ｍ２の間隔、すなわち、第３辺部５２ａ‐３の長さ（図３参照）よりも狭く構成される。このため、上述したように原水の流れＳ２，Ｓ３における原水流量が原水の流れＳ１より各々減少しても同流れＳ２，Ｓ３は流速の速い状態に維持され、第１の四角形状メッシュ５２ａと同程度の水勢が保たれる。このため、第２メッシュ構造６１，６２により囲繞された第１分離膜２４の近接領域における原水の流速を高め、同領域に滞留する残留イオンや塩類を下流側へ押し流すことができる。

図５（ａ）は、図３に示す領域Ｔにおいて原水が第１分離膜２４に作用させるせん断応力の大きさを流体解析シミュレーションによって求めた結果を示す等値線図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）と同様に領域Ｔにおいて第２分離膜２８に作用するせん断応力の大きさを流体解析シミュレーションによって求めた結果を示す等値線図である。ここで、各分離膜２４，２８に作用するせん断応力の大きさが大きいほど、各分離膜２４，２８に近接する領域から原水が残留イオンや塩類を押し流す作用が大きいことを意味する。また、反対に、各分離膜２４，２８に作用するせん断応力が小さいほど、各分離膜２４，２８に近接する領域から原水が残留イオンや塩類を押し流す作用が小さいことを意味する。上記流体解析シミュレーションでは、Ｘ方向に沿って領域Ｔに流入する原水の流速は０．１６２ｍ／ｓとしている。

図５（ａ）に示すように第１の四角形状メッシュ５２ａ，５２ｂで囲まれた第１分離膜２４の領域において、第２辺部５２ａ‐２（図３参照）の周辺で蛇行した原水により第２の四角形状メッシュ６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂで囲まれた第１分離膜２４の領域と同程度の強いせん断応力が広範囲に作用していることが分かる。

また、各分離膜２４，２８に作用するせん断応力の大きさが０．７５Ｐａ以下となる領域、すなわち各分離膜２４，２８の近接領域における原水の流れが緩やかで残留イオンや塩類を原水が押し流す作用が小さい領域が両分離膜２４，２８の表面に占める面積の割合は１６％であった。以下の説明において、上述したせん断応力の大きさが０．７５Ｐａ以下となる領域を易分極領域と呼称する。さらに、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す両分離膜２４，２８に作用するせん断応力の平均値は３．３Ｐａである。

図６（ａ）は比較例である原水流路スペーサ３００の構成を示す図である。図６（ｂ）は同図（ａ）に示す領域Ｕにおいて第１分離膜２４に作用するせん断応力の大きさを流体解析シミュレーションによって求めた結果を示す等値線図である。図６（ｃ）は同図（ａ）に示す領域Ｕにおける第２分離膜２８に作用するせん断応力の分布状態を示す等値線図である。図６（ｂ）及び図６（ｃ）では、Ｘ方向に沿って領域Ｕに流入する原水の流速は０．１６２ｍ／ｓとしている。

図６（ａ）に示すように、原水流路スペーサ３００は、糸Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を含む糸列Ｖと、糸Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を含む糸列Ｗとを互いに直交するように積層させてなるメッシュ構造３１０を有する。このメッシュ構造３１０は、第１の四角形状メッシュ５２ａと同一の構成を有する四角形状メッシュ３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄを含む。なお、領域Ｕは、四角形状メッシュ３１０ａ〜３１０ｄにおける中心点を結ぶ仮想線によって囲まれた領域である。

図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、両分離膜２４，２８の領域Ｕで囲まれた領域に作用するせん断応力は最大で約８Ｐａ程度である。また、両分離膜２４，２８に形成される易分極領域が両分離膜２４，２８の表面に占める面積の割合は２０％である。

このように、比較例の原水流路スぺーサ３００では、本実施形態の原水流路スペーサ４０のように両分離膜２４，２８に大きなせん断応力が作用しておらず、両分離膜２４，２８に形成される易分極領域の面積割合も２０％と比較的高くなる。このため、両分離膜２４，２８に近接した領域に残留するイオンや塩類を充分に押し流すことができない。

また、第２メッシュ構造６１，６２，６３のみで構成された原水流路スペーサを用いることも考えられるが、この場合には、原水流路スぺーサによって生じる圧力損失が過大となる。このため、原水流路スペーサが下流側に押し流されてしまいテレスコープ現象が生じるという問題もある。

これに対し、本実施形態の原水流路スペーサ４０では、第１メッシュ構造５１，５２，５３と、第１メッシュ構造５１〜５３よりもＸ方向に流れる原水が通過し難い第２メッシュ構造６１，６２，６３とを交互に配置している。このため、例えば、第２メッシュ構造６１における第２の四角形状メッシュ６１ａから第１メッシュ構造５２における第１の四角形状メッシュ５２ａへ流れ込む原水の流量を増加させることができる。これにより、第１の四角形状メッシュ５２ａで囲まれた領域の両分離膜２４，２８に第２の四角形状メッシュ６１ａで囲まれた領域の両分離膜２４，２８と同等のせん断応力を作用させることができる。

この結果、原水流路スペーサ４０によれば、圧力損失の増大を防ぎつつ、両分離膜２４，２８の近傍領域に残留するイオンや塩類を押し流して濃度分極層の形成を抑制できる。

また、原水流路スペーサ４０によれば、大きなせん断応力を両分離膜２４，２８に作用させることができるため、バイオフィルム等の菌体に由来する物質によって両分離膜２４，２８が目詰まりした状態となるバイオファウリングの発生を抑制することもできる。

続いて、図７〜図１４を用いて、本実施形態における原水流路スペーサの変形例について説明する。以下の説明において、上記実施形態における原水流路スペーサ４０と構成が共通する部分については上記実施形態と同一の符号を付して適宜説明を省略し、構成の異なる部分についてのみ説明を行うものとする。

図７に示す表１では、第１メッシュ構造における傾斜角α１の大きさを変化させた変形例１〜４の原水流路スペーサにおいて、易分極領域が両分離膜２４，２８に占める面積の割合を流体解析シミュレーションによって求めた結果を示している。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、変形例１〜変形例４の各原水流路スペーサにおいて、第１メッシュ構造における第１の四角形状メッシュおよび第２メッシュ構造における第２の四角形状メッシュの形状を模式的に示す図である。なお、図８（ａ）〜図８（ｄ）においてＸ方向に沿って領域Ｔ（図３参照）に流入する原水の流速は０．１６２ｍ／ｓに設定している。図８（ａ）〜図８（ｄ）に示す各原水流路スペーサ７０，８０，９０，１００は、上記実施形態の原水流路スペーサ４０と第２の四角形状メッシュの構成が相違する点を除いて同一の構成を備える。

図８（ａ）に示すように、変形例１の原水流路スペーサ７０は、第２メッシュ構造７１を構成する第２の四角形状メッシュ７１ａの傾斜角α１が５０°となるよう設けられている点で、上記実施形態における原水流路スペーサ４０の構成と相違する。また、図７に示すように原水流路スペーサ７０によれば易分極領域が両分離膜２４，２８表面に占める面積割合は１９％である。

図８（ｂ）に示すように、変形例２の原水流路スペーサ８０は、第２メッシュ構造８１を構成する第２の四角形状メッシュ８１ａの傾斜角α１が８５°となるよう設けられている点で、上記実施形態における原水流路スペーサ４０の構成と相違する。また、図７に示すように原水流路スペーサ８０によれば易分極領域が両分離膜２４，２８表面に占める面積割合は１７％である。

図８（ｃ）に示すように、変形例３の原水流路スペーサ９０は、第２メッシュ構造９１を構成する第２の四角形状メッシュ９１ａの傾斜角α１が９５°となるよう設けられている点で、上記原水流路スペーサ４０の構成と相違する。また、図７に示すように原水流路スペーサ９０によれば易分極領域が両分離膜２４，２８表面に占める面積割合は１５％である。

図８（ｄ）に示すように、変形例４の原水流路スぺーサ１００は、第２メッシュ構造１０１を構成する第２の四角形状メッシュ１０１ａの傾斜角α１が１２０°となるよう設けられている点で、上記原水流路スペーサ４０の構成と相違する。また、図７に示すように原水流路スペーサ１００によれば易分極領域が両分離膜２４，２８表面に占める面積割合は１０％である。

また、変形例４に示す原水流路スペーサの傾斜角α１よりも傾斜角を大きくすると、第１メッシュ構造と第２メッシュ構造とが互いに干渉するため製作が困難となる。このため、傾斜角α１は１２０°以下の大きさに設定することが好適である。

上記のように、変形例１〜４の構成においても、上記実施形態における原水流路スペーサ４０と同様に濃度分極層の形成を抑制することができる。

図９に示す表２は、第１メッシュ構造５１および第２メッシュ構造６１の構成比率を変更した変形例５〜変形例９の原水流路スペーサにおいて、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合を上記実施形態の原水流路スペーサ４０と同様に流体解析シミュレーションによって求めた結果を示している。同図に示す流体解析シミュレーションにおいて、Ｘ方向に沿って流れる原水の流速は０．１６２ｍ／ｓに設定している。図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、変形例５〜９の場合における原水流路スペーサの構成を模式的に示す図である。

変形例５の原水流路スペーサ１１０は、図１０（ａ）に示す第１メッシュ構造１１２および第２メッシュ構造１１４を交互に備える。第１メッシュ構造１１２は、第１糸列Ｍ１０を構成する第１糸Ｍ１１，Ｍ１２の延在方向に第１の四角形状のメッシュ１１２ａ，１１２ｂを２つ並べて構成される。第１の四角形状のメッシュ１１２ａ，１１２ｂは、第１の四角形状メッシュ５２ａと同一の構成を有する。また、第２メッシュ構造１１４は、第２メッシュ構造６１と同一の構成を有する。図９に示すように、原水流路スペーサ１１０において、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１８％である。

変形例６の原水流路スペーサ１２０は、図１０（ｂ）に示す第１メッシュ構造１２２および第２メッシュ構造１２４を交互に備える。第１メッシュ構造１２２は第１糸列Ｍ２０を構成する第１糸Ｍ２１，Ｍ２２の延在方向に第１の四角形状のメッシュ１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃを３つ並べて構成される。第１の四角形状のメッシュ１２２ａ〜１２２ｃは、第１の四角形状メッシュ５２ａと同一の構成を有する。第２メッシュ構造１２４は、第２メッシュ構造６１と同一の構成を有する。図９に示すように、原水流路スペーサ１２０において、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１９％である。

変形例７の原水流路スペーサ１３０は、図１０（ｃ）に示す第１メッシュ構造１３２および第２メッシュ構造１３４を交互に備える。第１メッシュ構造１３２は、第１糸列Ｍ３０を構成する糸Ｍ３１，Ｍ３２の延在方向に第１の四角形状のメッシュ１３２ａ，１３２ｂを２つ並べて構成される。第１の四角形状のメッシュ１３２ａ，１３２ｂは、第１の四角形状メッシュ５２ａと同一の構成を有する。そして、第２メッシュ構造１３４は、第１糸列Ｍ３０を構成する第１糸Ｍ３１，Ｍ３２の延在方向に２つの第２の四角形状メッシュ１３４ａ，１３４ｂを並べて構成される。図９に示すように、原水流路スペーサ１３０において、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１６％である。

変形例８の原水流路スペーサ１４０は、図１０（ｄ）に示す第１メッシュ構造１４２および第２メッシュ構造１４４を交互に備える。第１メッシュ構造１４２は、第１メッシュ構造５１と同一の構成を有する。第２メッシュ構造１４４は、第１糸列Ｍ４０を構成する第１糸Ｍ４１，Ｍ４２の延在方向に第２の四角形状メッシュ１４４ａ，１４４ｂを２つ並べて構成される。第２の四角形状メッシュ１４４ａ，１４４ｂの構成は、第２の四角形状メッシュ６１ａと同一の構成を有する。図９に示すように、原水流路スペーサ１４０において、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１５％である。

変形例９の原水流路スペーサ１５０は、図１０（ｅ）に示す第１メッシュ構造１５２および第２メッシュ構造１５４を交互に備える。第１メッシュ構造１５２は、第１メッシュ構造５１と同一の構成を有する。第２メッシュ構造１５４は、第１糸列Ｍ５０を構成する第１糸Ｍ５１，Ｍ５２の延在方向に第２の四角形状メッシュ１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃを３つ並べて構成される。この原水流路スペーサ１５０において、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１４％である。

上記のように、変形例５〜９の構成においても、上記実施形態における原水流路スペーサ４０と同様に濃度分極層の形成を抑制することができる。

図１１は、変形例１０の原水流路スペーサ１６０の構成を示す図である。図１２は、図１１に示す原水流路スペーサ１６０に含まれる第１メッシュ構造および第２メッシュ構造の構成を示す拡大図である。

図１１および図１２に示すように、原水流路スペーサ１６０は、第１糸列Ａおよび第２糸列Ｂを互いに重ね合わせた２層構造の原水流路スペーサであり、各糸列Ａ，Ｂを積層状態で固着して形成される。各糸列Ａ，Ｂは、上記実施形態における各糸列Ｍ，Ｎと同様に、Ｘ方向に対して互いに反対方向に例えば４５°それぞれ傾斜している。また、第１糸列Ａを構成する第１糸Ａ１，Ａ２の間隔と第１糸Ａ２，Ａ３の間隔は同じ大きさとなるよう設けられており、一例として４ｍｍに設定される。そして、第１糸Ａ３，Ａ４の間隔および第１糸Ａ４，Ａ５の間隔は、それぞれ第１糸Ａ１，Ａ２の間隔の半分の大きさとなるよう設けられている。同様に、第２糸列Ｂを構成する第２糸Ｂ１，Ｂ２の間隔および第２糸Ｂ２，Ｂ３の間隔は、同じ大きさとなるように設けられており、一例として４ｍｍに設定される。そして、第２糸Ｂ３，Ｂ４の間隔と第２糸Ｂ４，Ｂ５の間隔は各々第２糸Ｂ１，Ｂ２の間隔の半分の大きさとなるよう設けられている。各糸Ａ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５は、例えば、円柱状に形成されており、その直径は０．４ｍｍである。

図１１に示すように、原水流路スペーサ１６０は、上述した第１糸列Ａおよび第２糸列Ｂにより第２糸列Ｂの延在方向に連なって構成された第１メッシュ構造１７１，１７２，１７３と、第２メッシュ構造１８１，１８２，１８３とを交互に備える。第１メッシュ構造１７１〜１７３は同一の構成を備え、第２メッシュ構造１８１〜１８３も同一の構成を備えるため、以下の説明では、第１メッシュ構造１７２、第２メッシュ構造１８２を例に挙げて説明を行う。

第１メッシュ構造１７２は、第１糸Ａ１〜Ａ３および第２糸Ｂ１〜Ｂ３により形成される第１のメッシュ１７２ａ‐１と、第１糸Ａ３〜Ａ５および第２糸Ｂ３〜Ｂ５により形成される中間メッシュ１７２ａ‐２とを第２糸列Ｂの延在方向に沿って交互に配置して構成される。この第１のメッシュ１７２ａ‐１は、例えば、正方形状の外観形状を有する。一方、中間メッシュ１７２ａ‐２は、例えば、長方形状の外観形状を有し、第１のメッシュ１７２ａ‐１よりも目が細かくなるように構成される。このため、第１のメッシュ１７２ａ‐１と中間メッシュ１７２ａ‐２とを比較すると、第１のメッシュ１７２ａ‐１の方が中間メッシュ１７２ａ‐２よりも流路抵抗が小さくなる。

第２メッシュ構造１８２は、第１糸Ａ１〜Ａ３および第２糸Ｂ３〜Ｂ５により形成される中間メッシュ１８２ａ‐１と、第１糸Ａ３〜Ａ５および第２糸Ｂ３〜Ｂ５により形成される第２のメッシュ１８２ａ‐２とを第２糸列Ｂの延在方向に沿って交互に配置して構成される。中間メッシュ１８２ａ‐１は、中間メッシュ１７２ａ‐２と同様に、例えば、長方形状の外観形状を有し、同メッシュ１７２ａ‐２と同じ目の粗さとなるよう構成される。また、第２のメッシュ１８２ａ‐２は、例えば、正方形状の外観形状を有し、中間メッシュ１８２ａ‐１よりも目が細かく形成される。このため、第２のメッシュ１８２ａ‐２と中間メッシュ１８２ａ‐１とを比較すると、第２のメッシュ１８２ａ‐２の方が中間メッシュ１８２ａ‐１よりも流路抵抗が大きくなる。

図１２に示すように、第２メッシュ構造１８２において、原水の一部は流れＣ１１，Ｃ１２に沿って中間メッシュ１８２ａ‐１から下流側の第１メッシュ構造１７２における第１のメッシュ１７２ａ‐１に流入する。そして、第１のメッシュ１７２ａ‐１において、原水の一部は流れＣ２１，Ｃ２２に沿って第１のメッシュ１７２ａ‐１から下流側の第２メッシュ構造１８３の中間メッシュ１８３ａ‐１に流入する。

ここで、中間メッシュ１８２ａ‐１の原水流れにおける下流側には第２のメッシュ１８２ａ‐２および第１のメッシュ１７２ａ‐１が隣接している。そして、第２のメッシュ１８２ａ‐２は第１のメッシュ１７２ａ‐１よりも流路抵抗が大きいため、中間メッシュ１８２ａ‐１から流れＣ１１，Ｃ１２に沿って第１のメッシュ１７２ａ‐１に流れ込む原水の流量Ｑ１１の方が第２のメッシュ１８２ａ‐２に流れ込む原水の流量Ｑ１２よりも多くなる。

一方、第１のメッシュ１７２ａ‐１の下流側には、中間メッシュ１７２ａ‐２，１８３ａ‐１がそれぞれ隣接している。両メッシュ１７２ａ‐２，１８３ａ‐１は、目の粗さが同等であるため流路抵抗の大きさも同等程度の大きさとなる。このため、流れＣ２１，Ｃ２２に沿って中間メッシュ１８３ａ‐１に流出する原水の流量Ｑ１２と、流れＳ１１，１２に沿って中間メッシュ１７２ａ‐２に流出する原水の流量Ｑ１３とは同程度の流量となる。

従って、流れＣ１１，Ｃ１２に沿って第２メッシュ構造１８２から第１メッシュ構造１７２における第１のメッシュ１７２ａ‐１に流入する流量Ｑ１１と、同メッシュ１７２ａ‐１から流れＣ２１，２２に沿って第２メッシュ構造１８３に流出する流量Ｑ１２との差分流量ΔＱ_11-12だけ第１メッシュ構造１７２における第１のメッシュ１７２ａ‐１から流れＳ１１，１２に沿って下流側の中間メッシュ１７２ａ‐２に流れ込む原水の流量Ｑ１３が増大する。このように原水流路スペーサ１６０においても、第１メッシュ構造１７２を流れる原水の水勢を増すことができ、上記実施形態における原水流路スペーサ４０と同様の効果を得ることができる。

また、原水流路スペーサ１６０について、上述した原水流路スペーサ４０と同条件で流体解析シミュレーションを実行した場合に、両分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１７％である。

また、上記流体解析シミュレーションにおいて、原水流路スペーサ１６０を用いた場合に両分離膜２４，２８に原水流れが作用させるせん断応力の平均値は２．６Ｐａであるのに対し、上述した原水流路スぺーサ４０のせん断応力の平均値は３．３Ｐａであった。

従って、原水流路スペーサ１６０を用いた場合、両分離膜２４，２８に作用する平均せん断応力が上述した原水流路スペーサ４０よりも約２０％低下する。このため、原水流路スペーサ４０と比較して圧力損失を抑制できるという効果も得ることができる。

図１３は、変形例１１の原水流路スペーサ２００の構成を示す図である。図１３に示すように、原水流路スペーサ２００は、上述した原水流路スペーサ１６０の変形例である。以下の説明では、原水流路スペーサ１６０と構成の異なる部分についてのみ説明を行い、構成の共通する部分については適宜説明を省略する。

図１３に示すように、原水流路スペーサ２００は、第１糸列Ａ１０および第２糸列Ｂ１０を互いに重ね合わせた２層構造の原水流路スペーサであり、各糸列Ａ１０，Ｂ１０を積層状態で固着して形成される。第１糸列Ａ１０を構成する各糸Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３が等間隔に配置される点で上記原水流路スペーサ１６０の構成と相違する。一方、第２糸列Ｂ１０を構成する第２糸Ｂ１１〜Ｂ１５の構成は、上述した原水流路スペーサ１６０における第２糸Ｂ１〜Ｂ５と同一である。

図１３に示すように、原水流路スペーサ２００は、上述した第１糸列Ａ１０および第２糸列Ｂ１０により第２糸列Ｂ１０に沿って構成された第１メッシュ構造２０１，２０２，２０３と、第２メッシュ構造２１１，２１２，２１３とを交互に備える。第１メッシュ構造２０１〜２０３は同一の構成を備え、第２メッシュ構造２１１〜２１３も同一の構成を備える。このため、以下の説明では、第１メッシュ構造２０２および第２メッシュ構造２１２を例に挙げて説明する。

第１メッシュ構造２０２は、第１糸Ａ１１，Ａ１２および第２糸Ｂ１１〜Ｂ１３により形成される第１のメッシュ２０２ａを含み、この第１のメッシュ２０２ａと同一構成からなる多数のメッシュが第２糸列Ｂ１０の延在方向に多数連なって構成される。

第２メッシュ構造２１２は、第１糸Ａ１１，Ａ１２および第２糸Ｂ１３〜Ｂ１５により形成される第２のメッシュ２１２ａを含み、この第２のメッシュ２１２ａと同一構成からなる多数のメッシュが第２糸列Ｂ１０の延在方向に多数連なって構成される。この第２のメッシュ２１２ａは、第１のメッシュ２０２ａよりも目が細かく形成される。このため、第１のメッシュ２０２ａよりも流路抵抗が大きくなる。

原水流路スペーサ２００について、上記実施形態における原水流路スペーサ４０と同条件で流体解析シミュレーションを行ったところ、各分離膜２４，２８表面に占める易分極領域の面積割合は１７％であった。この変形例１１の原水流路スペーサ２００においても上述した原水流路スペーサ１６０と同様の効果を得ることができる。

図１４は、変形例１２の原水流路スペーサ２３０の構成を示す図である。原水流路スペーサ２３０は、糸列Ｍ，Ｎを重ね合わせて形成された第１メッシュ構造２３１，２３２，２３３と第２メッシュ構造２４１，２４２，２４３とを交互に備える。ここで、第１メッシュ構造２３１，２３２，２３３は同一構成をそれぞれ有し、第２メッシュ構造２４１，２４２，２４３も同一構成をそれぞれ有するため、以下の説明では、第１メッシュ構造２３２および第２メッシュ構造２４１を例に挙げて原水流路スペーサ２３０の説明を行う。

原水流路スペーサ２３０は、糸列Ｎの間隔が等間隔となる点で上述した原水流路スペーサ４０の構成と相違する。一方、糸列Ｍの間隔は、第１メッシュ構造２３２を構成する糸Ｍ１，Ｍ２の間隔Ｒ３よりも第２メッシュ構造２４１を構成する糸Ｍ１，Ｍ２の間隔Ｒ４の方が狭く設けられている。このように糸列Ｍだけ第１メッシュ構造２３１よりも第２メッシュ構造２４１における間隔が狭くなるように構成してもよい。但し、この場合には、糸列Ｍが第２糸列に相当し、糸列Ｎが第１糸列に相当する。

続いて、上述した原水流路スペーサ４０による濃度分極抑制効果の評価試験に用いる評価用セル４００の使用方法、および、当該セル４００を用いた評価試験について図１５（ａ）〜図１５（ｃ）を用いて説明を行う。図１５（ａ）は、評価用セル４００を当該セルの一部構成を省略して示すとともに、一部に断面図を含む斜視図である。図１５（ｂ）は、評価用セル４００の内部に設置される原水流路スペーサ４０の試験体の構成を示す図である。図１５（ｃ）は、評価用セル４００内部の流路構成を示すため外形を仮想線で示すとともに流路構成部分を実線で示す図である。図１５（ａ）において、原水流路スペーサ４０における試験体４０‐Ｔの断面は、便宜上「×」マークのハッチングを付して示している。

図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように、評価用セル４００は、雄型４１０および雌型４２０を嵌め合わせてなる略直方体状の濃度測定ユニットである。この評価用セル４００は、図１に示す濾過装置１０に含まれるスパイラル型膜エレメント２０を置き換えて用いられる。図１５（ａ）に示すように、雄型４１０は中央部に凸部４１２が設けられた金属または樹脂製部材である。この凸部４１２は、突き出し面４１２ａが角丸長方形状に形成される。角丸長方形とは、長方形を構成する短辺と長辺のうち、短辺が半円状に外側に向かって突き出す曲線に置換された外形をなす形状を意味する。また、突き出し面４１２ａの周縁部は面取り加工が施されており、傾斜面４１２ｂが形成されている。

雌型４２０は、上記雄型４１０の凸部４１２に嵌合する凹部４２２が中央部に設けられた金属または樹脂製部材である。そして、評価用セル４００は、両型４１０，４２０を嵌合させることにより、凸部４１２および凹部４２２の間に評価用流路４３０が形成される。この評価用流路４３０は、図１５（ｃ）に示すように角丸長方形状の外形を有し、一例として、全長Ｄ１が１６７ｍｍであり、両端に形成される半円部の直径、すなわち幅Ｄ２が３５ｍｍであり、流路の厚みは約１ｍｍである。

また、図１５（ａ）および図１５（ｃ）に示すように、雄型４１０には、原水入口を構成する管端４１４と、濃縮水出口を構成する管端４１６とが設けられる。この原水入口を構成する管端４１４には原水を供給する送水管Ｌ２（図１参照）が接続され、濃縮水出口を構成する管端４１６には濃縮水配管Ｌ４（図１参照）が接続される。そして、両管端４１４，４１６は、雄型４１０内部に設けられた連絡流路４１４ａ，４１６ａにより評価用流路４３０とそれぞれ連通している。雌型４２０にも、雄型４１０の管端４１４，４１６と対向する位置に各々透過水出口を構成する管端４２４，４２６が取り付けられている。そして、両管端４２４，４２６と評価用流路４３０は、雌型４２０内部に形成された連絡流路４２４ａ，４２６ａにより連通している。また、透過水出口を構成する管端４２４，４２６は、各々透過水配管Ｌ３（図１参照）に接続される。

次に、評価用セル４００の使用方法について説明する。評価用セル４００の内部に形成される評価用流路４３０には、透過水スペーサ２６の試験体２６‐Ｔ、分離膜２４ａの試験体２４‐Ｔ、および、原水流路スペーサ４０の試験体４０‐Ｔが積層状態で格納される。各試験体２６‐Ｔ，２４‐Ｔ，４０‐Ｔは、雌型４２０の凹部４２２に隙間なく収まるように角丸長方形状に予め加工されている。この際、図１５（ａ）に示すように、雌型４２０の方から見て、透過水スペーサの試験体２６‐Ｔ、分離膜の試験体２４‐Ｔ、原水流路スペーサの試験体４０‐Ｔの順に凹部４２２に設置される。このように各試験体２６‐Ｔ，２４‐Ｔ，４０‐Ｔを設置することで、分離膜である試験体２４‐Ｔを透過した透過水が試験体２６‐Ｔの内部を通過して連絡流路４２４ａ，４２６ａのいずれかから透過水配管Ｌ３（図１参照）へ流出することとなる。一方で、分離膜である試験体２４‐Ｔを透過しなかった原水は濃縮水として連絡流路４１６ａを経由して濃縮水配管Ｌ４（図１参照）へ排出される。

そして、図１５（ａ）に示すように、試験体４０‐Ｔを凹部４２２に設置してから凹部４２２の側壁４２２ａに沿わせるようにＯリング４３２を取り付ける。このＯリング４３２は、外周が角丸長方形状をなす環状部材であり、その断面が円状に構成されたゴム製パッキンである。このＯリング４３２は雄型４１０の凸部４１２に形成された傾斜面４１２ｂに押圧されることにより、雄型４１０の凸部４１２と雌型４２０の凹部４２２との隙間を塞ぎ評価用流路４３０からの漏水を防止するシール材としての機能を有する。また、変形例の原水流路スぺーサ１６０、および、比較例の原水流路スペーサ３００についても、上記原水流路スペーサ４０の試験体４０‐Ｔと同様に、試験体１６０‐Ｔ，３００‐Ｔを製作し評価を行う。

上記のように、各試験体２４‐Ｔ，２６‐Ｔ，４０‐Ｔと、Ｏリング４３２を雌型４２０の凹部４２２に設置した上で、雄型４１０の凸部４１２を凹部４２２に嵌め込み、複数のボルトＢＬ１〜ＢＬ４（図１５（ａ）参照）等により両型４１０，４２０を固定する。この際、雄型４１０の凸部４１２とＯリング４３２との間に隙間が残る場合には、透過水スペーサ２６‐Ｔを複数枚重ねることにより、Ｏリング４３２が凸部４１２の傾斜面４１２ｂと凹部４２２の側壁との間で圧接されるよう調整する。これにより、原水流路スペーサ４０の試験体４０‐Ｔの評価用セル４００への取り付け作業が完了する。

本評価試験において、試験体３００‐Ｔは、糸列Ｖ（図６（ａ）参照）の間隔および糸列Ｗ（図６（ｂ）参照）の間隔が各々２ｍｍとなるように製作した。各糸列Ｖ，Ｗを構成する各糸Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の直径は０．２ｍｍである。

また、試験体４０‐Ｔは、第１糸列Ｍ（図３参照）の間隔および第２糸列Ｎ（図３参照）の間隔が各々２ｍｍとなるように製作した。（従って、試験体４０-Ｔにおいて、上述した第１の四角形状メッシュ５２ａは１辺が２ｍｍの正方形状の外観形状をなし、第２の四角形状メッシュ６１ａは１辺が２ｍｍの菱形状の外観形状を呈する）各糸列Ｍ，Ｎを構成する各糸Ｍ１〜Ｍ３，Ｎ１〜Ｎ４の直径Ｄは０．２ｍｍである。

試験体１６０‐Ｔは、第１糸列Ａ（図１１参照）を構成する第１糸Ａ１，Ａ２の間隔と第１糸Ａ２，Ａ３の間隔が各々３ｍｍであり、第１糸Ａ３，Ａ４の間隔と第１糸Ａ４，Ａ５の間隔が各々１．５ｍｍとなるように製作した。また、第２糸列Ｂ（図１１参照）は、第２糸Ｂ１，Ｂ２の間隔と第２糸Ｂ２，Ｂ３の間隔が各々３ｍｍであり、第２糸Ｂ３，Ｂ４の間隔と第２糸Ｂ４，Ｂ５の間隔が各々１．５ｍｍとなるように製作した。各糸列Ａ，Ｂを構成する各糸Ａ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５の直径は０．２ｍｍである。

続いて、上記評価用セル４００を用いた原水流路スペーサの評価試験について説明する。なお、この評価試験は気温２５℃の条件下で実施している。

最初に、純水透過係数Ａを算出する。この「純水」透過係数は、評価用セル４００に管端４１４より供給される原水が塩等の不純物を含まない純水である場合において以下の式（１）の関係より求められる透過係数である。

Ｊ_W＝Ａ×Ｐ_out・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
上記式（１）において、Ｊ_Wは純水体積流束［ｍ^３／（ｍ^２ｓ）］であり、Ｐ_outは濃縮水配管Ｌ４に設置された水圧計（不図示）の測定値である。純水透過係数Ａの算出方法としては、濃縮水配管Ｌ４の流量調整バルブ（不図示）およびバイパス配管Ｌ２‐Ｂの流量調整弁を調整することにより、Ｐ_out＝０．５ＭＰａ、濃縮水配管Ｌ４における濃縮水流量Ｑ_L4を１４．５cc／min.とした場合における透過水配管Ｌ３の透過水流量Ｑ_L3［ｍ^３／ｓ］を測定する。そして、この透過水流量Ｑ_L3を分離膜２４ａの試験体２４‐Ｔの面積で除算することにより純水体積流束Ｊ_W1を求める。

同様に、Ｐ_out＝２．０ＭＰａ，濃縮水流量Ｑ_L4を１４．５cc／min.とした場合において、透過水流量Ｑ_L3［ｍ^３／ｓ］を測定し、当該測定値を上記試験体２４‐Ｔの面積で除算することにより純水体積流束Ｊ_W2を測定する。

そして、Ｐ_out＝０．５ＭＰａ，純水体積流束Ｊ_W1と、Ｐ_out＝２．０ＭＰａ，純水体積流束Ｊ_W2とを用いて、最小二乗法による直線近似により上記式（１）における純水透過係数Ａを求める。

次に、評価用セル４００に管端４１４より供給する原水を、例えば、塩濃度が２５０ppm前後となるように調整された塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）溶液に変更して、Ｐ_out＝０．５ＭＰａ、濃縮水流量Ｑ_L4を１４．５±０．５［cc／min］とし、この場合における透過水の流量Ｑ_L3［ｍ^３/ｓ］を測定する。そして、透過水の流量Ｑ_L3を試験体２４‐Ｔの面積で除算することにより溶液体積流束Ｊ_Vを算出し、算出された溶液体積流束Ｊ_Vを以下の式（２）に代入して試験体２４‐Ｔの膜面における浸透圧Ｐ_ｆを算出する。以下の式（２）において、Ｐ_out＝０．５ＭＰａである。

Ｐ_ｆ＝Ｐ_out‐（Ｊ_V/Ａ）・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
そして、以下に示す式（３）により分離膜である試験体２４‐Ｔの膜面近傍における原水の塩濃度を意味する膜面濃度Ｃ_ｍを算出する。

Ｃ_ｍ＝Ｂ×Ｐ_ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
上記式（３）において換算係数Ｂは、原水に含有されるNaCl，MgSO₄，CaCl₂等の塩濃度と浸透圧の関係により定まる定数であり、本実施形態のように原水に含まれる塩が塩化ナトリウムである場合には換算係数Ｂ＝1.2294となる。

次に、式（４）の関係から、バルク（bulk）濃度Ｃｂを算出する。

Ｃ_ｂ＝（Ｃ_in＋Ｃ_out）／２・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
上記式（４）におけるＣ_inは送水管Ｌ２を流れる原水の塩濃度、Ｃ_outは濃縮水配管Ｌ４を流れる濃縮水の塩濃度である。本実施形態では、原水に含まれる塩化ナトリウムの塩濃度は上述のように２５０ｐｐｍ前後に予め調整されているので、濃縮水配管Ｌ４を流れる濃縮水の塩濃度Ｃ_outのみ測定すればよい。また、濃縮水や原水における塩濃度の測定は、一例として、電気伝導度（率）を測定することにより行えばよい。

そして、式（４）で算出されたＣ_ｂと、式（３）で算出されたＣ_ｍの比である式（５）に示す濃度比Ｃ_ｒを算出する。

Ｃ_ｒ＝Ｃ_ｍ／Ｃ_ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
ここで、図１６（ａ）は上述した濃度比Ｃｒを縦軸に、純水体積流束Ｊ_Wの測定値を横軸として各分離膜の測定結果を示すグラフである。同図（ａ）において、「△」マークは比較例である原水流路スペーサ３００の試験体３００‐Ｔの測定値を示し、「◇」は原水流路スペーサ４０の試験体４０‐Ｔの測定値を示し、「十」は変形例１０の原水流路スペーサ１６０の試験体１６０‐Ｔの測定値を示す。図１６（ｂ）は、同図（ａ）に示す各試験体４０-Ｔ，１６０-Ｔ，３００-Ｔの濃度比Ｃ_ｒの測定値を測定時の純水体積流束Ｊ_ｗとともに示す表である。

また、図３に示すように、原水流路スペーサ４０の第１糸列Ｍおよび第２糸列Ｎは非対称に構成されている。このため、原水流路スペーサ４０を間に挟んで対向する分離膜２４ａと分離膜２８ａとにおける膜面近傍の原水流れは大きく異なる。このため、両分離膜２４ａ，２８ａ近傍における塩濃度の分布状態も大きく異なる。従って、原水流路スペーサ４０の試験体４０‐Ｔを用いた評価試験では、分離膜２４の試験体２４‐Ｔに第１糸列Ｍが接するように設置する場合と、同試験体２４‐Ｔに第２糸列Ｎが接するように設置する場合とにおける濃度比Ｃ_ｒをそれぞれ測定し、その平均値に基づいて濃度分極の大きさを評価する必要がある。

そのため、図１６（ｂ）では、試験体２４‐Ｔに第１糸列Ｍが接するように設置した場合を「Ｂ」とし、試験体２４‐Ｔに第２糸列Ｎが接するように設置した場合を「Ａ」としてそれぞれ示している。

また、以下の説明では、上記「Ａ」の設置状態における原水流路スペーサ４０の試験体４０‐Ｔを試験体４０‐ＴＡと表記し、上記「Ｂ」の設置状態を示す場合の試験体４０‐Ｔを試験体４０‐ＴＢと適宜表記する。

図１６（ａ）に示すように、試験体４０‐ＴＡを用いた評価試験では、純水体積流束Ｊ_ｗ＝０．９１×１０^-5［ｍ^３／（ｍ^２ｓ）］において、濃度比Ｃ_ｒ＝２．１である。また、試験体４０‐ＴＢを用いた評価試験では、純水体積流束Ｊ_ｗ＝１．１３×１０^-5［ｍ^３／（ｍ^２ｓ）］において、濃度比Ｃ_ｒ＝３．１である。従って、試験体４０‐ＴＡ，４０‐ＴＢにおける濃度比Ｃｒの平均値は２.６となり、比較例である試験体３００‐Ｔの濃度比Ｃｒの最小値２．７よりも低い値となる。従って、原水流路スペーサ４０によれば、従来の原水流路スペーサ３００よりも濃度分極を低減できることが確認できた。

図１６（ａ）に示すように、原水流路スペーサ１６０の試験体１６０‐Ｔを用いた評価試験では、純水体積流束Ｊ_ｗ＝１．０３×１０^-5［ｍ^３／（ｍ^２ｓ）］の場合の濃度比Ｃ_ｒが１．６であり、純水体積流束Ｊ_ｗ＝１．５１×１０^-5［ｍ^３／（ｍ^２ｓ）］の場合の濃度比Ｃ_ｒが２．４である。このように試験体１６０‐Ｔを用いた評価試験では、いずれの場合においても比較例である試験体３００‐Ｔにおける濃度比Ｃ_ｒの最小値である２．７を大きく下回っていることが分かる。従って、原水流路スペーサ１６０によれば、従来の原水流路スぺーサ３００よりも濃度分極を低減できることが確認できた。

また、試験体１６０-Ｔを用いた上記評価試験において、濃縮水配管Ｌ４における濃縮水流量Ｑ_L4を１４．５cc／min.としたときの圧力損失Ｐ_Lを測定したところ6.4ｋＰａであった。この圧力損失Ｐ_Ｌは、管端４１４より評価用セル４００の評価用流路４３０に供給される原水の水圧Ｐ_inと、上述したＰ_outとの差圧である。

同様に、試験体３００-Ｔを用いた上記評価試験において、上述した濃縮水流量Ｑ_L4を１４．５cc／min.としたときの圧力損失Ｐ_Lを測定したところ測定値は8.6ｋＰａであった。

上記のように、試験体１６０‐Ｔを用いた場合には、従来の試験体３００‐Ｔよりも圧力損失を低減できることが確認できた。このため、原水流路スペーサ１６０によれば、濃度分極および圧力損失双方の低減を図ることが可能である。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０ 濾過装置
２０ スパイラル型膜エレメント
２２ 集水管
２４ 第１分離膜
２８ 第２分離膜
４０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，
１５０，１６０，２００，２３０ 原水流路スペーサ
５１〜５３，１１２，１２２，１３２，１４２，１５２，１７１〜１７３，２０１〜２０３，２３１〜２３３ 第１メッシュ構造
６１〜６３，７１，８１，９１，１０１，１１４，１２４，１３４，１４４，１５４，１８１〜１８３，２１１〜２１３，２４１〜２４３ 第２メッシュ構造
１７２ａ‐１ 第１のメッシュ
１７２ａ‐２，１８２ａ‐２ 中間メッシュ
１８２ａ‐２ 第２のメッシュ
Ａ，Ａ１０，Ｍ，Ｍ１０，Ｍ２０，Ｍ３０，Ｍ４０，Ｍ５０ 第１糸列
Ｂ，Ｂ１０，Ｎ 第２糸列

Claims (3)

1. スパイラル型膜エレメントの集水管に巻回された第１分離膜と第２分離膜との間に挟み込まれ、前記集水管と平行な方向に対して互いに反対方向に傾斜する第１糸列および第２糸列からなる２層構造の原水流路スペーサであって、
   前記第１糸列および前記第２糸列により前記第２糸列の延在方向に連なって構成された第１メッシュ構造と、
   前記第１糸列および前記第２糸列により前記第２糸列の延在方向に連なって構成され、前記第１メッシュ構造を構成する前記第２糸列の間隔よりも前記第２糸列の間隔が狭くなるよう構成された第２メッシュ構造と、
   を交互に備えることを特徴とする、
   原水流路スペーサ。
2. 前記第１メッシュ構造は、第１のメッシュと、前記第１のメッシュよりも目が細かい中間メッシュとを交互に並べて構成され、
   前記第２メッシュ構造は、前記中間メッシュと、前記中間メッシュよりも目が細かい第２のメッシュとを交互に並べて構成されている、
   請求項１に記載の原水流路スペーサ。
3. 透過水が流れる集水管と、
   シート状の透過水スペーサと、
   前記透過水スペーサの両面に重ね合わせた状態で三辺が封止され、他の一辺が開口端である袋状をなし、当該開口端が前記集水管に接続された状態で前記集水管に巻回された第１分離膜および第２分離膜と、
   請求項１または２に記載の原水流路スペーサと、
   を備えるスパイラル型膜エレメント。

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