JP6631163B2 - 分離膜エレメント - Google Patents

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側流体から分離された透過側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側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機能するが、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くなる様、片側面に細密に設けた複数の突起部を有する構成が用いられている。（例えば、特許文献１参照）。
また、流路抵抗をより小さくするため、この隣り合う突起部どうしを接続する部分は、厚みを極力薄くすることで、流路部分の断面積を多く確保し、エレメントの濾過流量性能の向上を図っている。

国際公開第２０１５／０１６２５３号

本発明者らは、片側面に突起部を有する透過側流路材を使用し、エレメントの造水量性能の向上を図るべく、透過側流路材の隣り合う突起部を接続する部分（例えばシート状の基材上に後で突起部を設けた場合は、そのシート状基材自体）の厚みを極薄化したが、透過流路材の構造体としての剛性が、特に集水管長手方向において低下する場合があり、また、エレメント形成時に透過側流路材の折れや、シワの入りを生じる場合があり、その折れやシワ部分が、特に分離膜との接着シール部に生じた場合にそのシール部でリークが生じる場合があること、さらにはシワが集中した場合には、シワ集中部において直径が局地的に大きくなるため、エレメントの外観を損ねることがあることを見出した。

本発明の目的は、透過側流路材の流路断面積を多く確保すると同時に、透過側流路材のシワを回避することで、リークが生じにくく、かつ、外観形態の良好な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）原流体が接する供給側の面と、原流体を分離濾過して得られる透過流体が接する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し、透過流体を集水管に集水する分離膜エレメントであって、
前記透過側流路材が以下の（ａ）〜（ｄ）の全てを満足することを特徴とする分離膜エレメント。
（ａ）片側面に突起部を有し、もう一方の面は平面である。
（ｂ）前記流路材を挟む前記分離膜の透過側の面の両方でかつ、前記透過流体を前記集水管に集水する箇所を除いた端部（縁部で略４辺の内の実質３辺）が接着剤により固定されている。
（ｃ）前記接着剤で固定された端部（縁部で略４辺の内の実質３辺）を除く端部（実質１辺）に、前記集水管が接続されている。
（ｄ）前記突起を有する側の面が外側を向くよう、前記分離膜と共に、前記集水管周りに、巻き付け形成されている。

（２）前記透過側流路材が流体浸透性を有することを特徴とする、上記（１）に記載の分離膜エレメント。
（３）前記透過側流路材と、前記集水管の接続が、前記流路材の前記突起の無い側の面を前記集水管へ接着固定されている、上記（１）または（２）に記載の分離膜エレメント。
（４）前記突起部が、前記集水管長手方向に対し、複数配置されてなる上記（１）〜（３）のいずれかに記載の分離膜エレメント。

（５）前記透過側流路材の前記突起の無い部分の厚みが、０.００１ｍｍから０．５ｍｍの範囲で
ある上記（１）〜（４）のいずれかに記載の分離膜エレメント。
（６）前記透過側流路材が、基材と、突起部とからなり、前記突起部が、前記基材面に固着形成された上記（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、片側面に突起を有する透過側流路材の突起の無い平面側の面を集水管外周表面に対面する方向に巻きつけることで、透過側流路材にシワが生じにくいエレメントが形成でき、シワによるエレメント性能の低下および外観不良を回避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を部分拡大した斜視図である。 本発明に関する集水管と接続された積層体（１リーフ）の一実施例形態例を側面側から見た図である。 本発明に関する集水管と接続された積層体（１リーフ）を集水管に巻き始めた様子の一実施例形態を側面側から見た図である。 本発明に関する一実施例形態である図５に示すＸ方向矢視から見た、集水管に巻き始めの、弛み,うねりのある状態の透過側流路材を示す図である。 本発明に関する一実施例形態である図５に示すＸ方向矢視から見た、集水管に巻かれ、弛み,うねりが無くなり、平らに均された状態の透過側流路材を示す図である。 従来の技術に関する透過側流路材の突起側の面を集水管側に巻きつける場合の、巻き始めの、弛み,うねりのある状態の透過側流路材を示す図である。 従来の技術に関する透過側流路材の突起側の面を集水管側に巻きつける場合の、集水管に巻かれ、弛み,うねりがシワとなり残った状態の透過側流路材を示す図である。 本発明に関する集水管外周面方向に積層体を接圧する手段の一実施例形態として接圧ローラを用いる手段を示す図である。 本発明に関する集水管外周面方向に積層体を接圧する手段の一実施例形態として、テンションローラを用いる手段を示す図である。 本発明に関する膜−供給側流路材ユニットの形成工程の一実施例形態を側面側から見た図である。 本発明に関する膜−供給側流路材ユニットへ接着剤を塗布する工程の一実施例形態を側面側から見た図である。 本発明に関する膜−供給側流路材ユニットに透過側流路材を重ねる工程の一実施例形態を側面側から見た図である。 本発明に関す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一実施例形態を側面側から見た図である。 本発明に関する膜−供給側流路材ユニットへ接着剤を塗布する工程の一実施例形態を示す斜視図である。 本発明に関する膜−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の一実施例形態であり、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。

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、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２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積層シート部材のみを抜粋して示す。特に、複数層の積層体を構成する場合は、積層体１１の最下部には、図２に示す様、他の層よりも長い透過側流路材４ｂが配置される。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て集水管５を中心に巻かれている。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、折り畳まれている状態での、巻囲方向における長さＬＰは１００ｍｍ〜４０００ｍｍの範囲であることが好ましく、３００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲であることがより好ましい。図２では、分離膜２巻囲方向の長さＬＰは、の２つ折りにした上下で同じ長さとしているが、後述するよう、２つ折りにした上下の分離膜２の長さが違う場合もある。
また、分離膜２の幅ＷＱ（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の間で、供給水１０１および濃縮水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、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たものである（具体例は後述する）。

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ＷＳ（集水管５長手方向の寸法）は例えば、５０ｍｍ〜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ＬＲ（巻回方向の寸法）は、１００ｍｍ〜４０００ｍｍの範囲であることが好ましい。
図２に示すように、分離膜２の透過側の面は、隣接する透過側流路材４と、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つの辺に沿ったコの字型の接着部７で、シールされている。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（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、好適に用いられる。
また、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、２枚の分離膜２間に介在する透過側流路材４と分離膜２との間も接着する。具体的には、接着部７は、供給水１０１および濃縮水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。
透過側流路材４の具体的な例として、図３に示すように、透過側流路材４は、基材４４と基材４４の片側面に設けられた突起部４５とを備える。基材４４としては、例えば不織布が適用される。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４の基材４４は、流体浸透性を有するものが適しており、
例えばネット、トリコット等の繊維の編み物や型成型されたネット、その他不織布など、流体浸透性を有する構造体または材料であれば限定されない。
また、基材４４の厚みＴ１は、０．００１ｍｍから０．５ｍｍの範囲であることが好ましく、０.００５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲であることがより好ましい。これらの範囲の規定理由としては、Ｔ１がある程度の寸法を有することで部材としての強度が得られ、エレメント１としての耐久性がより向上することや製造面でも取り扱いが容易になること、またＴ１は極力小さくすることで、規格のエレメント外径に対し、後述する突起部４５の高さを高く、すなわち、透過流体の流路空間を大きくできるため、より高造水のエレメントが形成できることにある。
突起部４５は、基材４４の面方向における形状は集水管５の長手方向に略垂直な方向に延びる略直線状であることが好ましい。複数の突起部４５は、集水管５の長手方向において、間隔をおいて基材４４の片側面上に配列されている。透過流路材４の突起部４５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。
本実施形態の突起部４５の断面形状は、略長方形形状であり、基材４４の片側面の全面に渡り設けられている。突起部４５の断面形状は、正方形形状でも台形形状でも、円形状、半円形状等、どのような形状でもよく、基材４４と密着していて、隣り合う突起部４５どうしの間に透過流体の流路空間が確保できる形態であれば、断面形状についての限定はしない。
また突起部４５の高さは、０．０２ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、突起部４５の配列ピッチＰＰは、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲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の中心までの距離を指す。また、突起部４５の幅ＴＬは、０．１〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましく、高さＴＴは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。
突起部４５は、基材４４の上に、ホットメルト等で突起を固着することで実現可能である。
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が、特にこれらに限定はしない。また本実施形態では、基材４４の面上に、後で、突起部４５となる素材を付加しているが、熱可塑性樹脂で形成されたシートを、金型を用いて、加熱賦型することやシートに溝を掘る方法で、突起部を付すこともできる。すなわち、突起部４５と、隣り合う突起部４５を接続する基材４４とは、別の素材から構成されるものでもよく、同じ素材から構成されるものでもよい。更には別の構造体として、例えば繊維の編み物の構造体として、見かけ片側面に突起を設けた形態にした構造のものでもよい。但し、いずれの構造のものも、少なくとも突起の無い部分（溝となる流路部）については、流体浸透性があることが好ましく、流体浸透性を有しない素材の場合は、少なくとも基材４４には、微細孔加工などを実施し、流体浸透性をもたせることが好ましい。
本実施形態では、基材４４と突起部４５は、別部材のものを使用しており、基材４４の片側面上に突起部４５を設けているが、このような場合、必ずしも突起部４５は、基材４４の上に形成されている必要はなく、高さが異なる突起部４５（図示せず）同士を連結接続することで、見かけ上、連結した形態が、透過側流路材４として、片側面のみに突起（凹凸形態）があり、もう一方の面は、略平面状態であれば良い。
本実施形態で、突起部４５は基材４４の片側面の全面積に渡り設けているが、分離膜２と接着する接着部７と対応する箇所近傍は、接着剤により、透過流体流路が封鎖されるため、この部分への突起部４５は、設けても設けなくてもどちらでも良い。さらには、同部分について、基材４４も無く、透過側流路材４を間に介在させず、分離膜２どうしを直接接着部７で接着封鎖する構成でも良い。
図４および図５では、集水管５と透過側流路材４の接続方向と集水管５への積層体１１の巻き付け状況を説明するための簡略図として、積層体１１は、最も積層数の少ない、１リーフ構成（膜−供給側流路材ユニット３０および透過側流路材４ｂ（際下層以外は記号４で表記）が、各１組積層された構成）としている。
図４に示すよう、透過側流路材４は、集水管５に対し、突起部４５の無い基材４４側の面を、両面テープ等の接着手段（図示せず,接着手段は、他の方法でも良い）で接合し、集水管５の外周面に対し、基材４４側の面が対面する状態で、集水管５の周りに、膜−供給側流路材ユニット３０と共に、巻きつけることで、積層体１１を、巻囲体１２に形成するものである。
透過側流路材４ｂの基材４４側の面は、凹凸がない略平面であり、また、集水管５の外周面および、分離膜２の透過流体側の面も同様に略平面であり、図５に示すよう、集水管５を矢印Ｓ方向に回転させ、集水管５の外周に透過側流路材４ｂを巻きつけることで、集水管５の外周面と、透過側流路材４ｂの基材４４側の面が接する構成のものである。また、集水管５および分離膜２との対面する面どうしは、それぞれ平面どうしとなる構成である。
集水管５の外周に透過側流路材４ｂおよび膜−供給側流路材ユニット３０を巻きつける際は、接着剤により、接着部７が確実に封鎖されるよう、ある程度、接着部７に対応する部分の分離膜２および透過側流路材４が密着するように、集水管５の外周面方向（矢印Ｊ方向）に向け、適度な接圧力を透過側流路材４にもたせることが好ましい。
その手段として、集水管５の透過側流路材４ｂとの接合部側の端部から、透過側流路材４ｂの巻囲方向（集水管５の長手方向に対し垂直な方向）である矢印Ｋ方向に張力を付与したり、また、巻きつける外周側から、集水管５の外周面方向である矢印Ｊ方向に直接圧接力を加える方法等がとられる。
この際に、透過側流路材４と集水管５または分離膜２の平面どうしが対面する状態であれば、透過側流路材４は、集水管５（または分離膜２）の長手方向に渡り、平面部全体が均一に接触しようとして、仮に巻き付ける前に透過側流路材４ｂが、集水管５の長手方向に上下に波打つような、うねりが生じている場合も、平面どうしの接触／接圧力で、集水管５の長手方向に渡り均一にされ、シワなく、均一に巻きつけられた巻囲体１２が形成される。

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１０Ａ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３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３を分離膜２間に挿入してもよい。

図１０Ａ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ＬＰ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１０Ｃ、図１０Ｄ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。

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、透過側流路材４に接着剤７１が浸透し、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１０Ｃ，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４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１１Ａ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１０Ｄ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。
また、集水管５の外周に積層体１１を巻きつける際は、接着剤７１により、接着部７が確実に接着・封鎖されるよう、ある程度、接着部の分離膜２および透過側流路材４が密着する（接着部に透過側流路材４が、接着部７部分に無い場合は、分離膜２どうしを密着する）ように、集水管５の外周面方向に向け、積層体１１に適度な接圧力を加えることが好ましく、図４に示すよう、その手段として、集水管５の透過側流路材４１との接合部側の端部から、透過側流路材４ｂの長手方向（矢印Ｋ方向）に張力を付与したり、また、巻き付ける集水管５の外周面方向（矢印Ｊ方向）に向け、接圧機構等により、直接圧接する方法がとられる。透過側流路材４ｂの長手方向（矢印Ｊ方向）に張力を付与した場合も、実質は集水管５の外周面方向（矢印Ｊ方向）に向け圧接する方向に力が加わることになる。
本実施形態における、透過側流路材４の巻囲時の突起部の向きと、その向きが、エレメント巻囲形態に及ぼす、影響について、図４〜図６を用いて説明する（図４〜図６は、説明の便宜上、エレメントに使用する各基材を１セット（１リーフ）としている）。
図４に示すよう、本実施形態においては、透過側流路材４は、突起部４５の無い基材４４側の面が、内側になるよう、積層体１１の最下の透過側流路材４ｂにおいては、集水管５への接続は、基材４４側の面を集水管５の外周面に接着固定（下側面が突起部４５になる配置とする）し、複数枚積層する場合の他の透過側流路材４も、同様に下側面が突起部４５となる構成とする。
これにより、図５に示すよう、積層体１１を集水管５を矢印Ｓ方向に巻囲を始めた際、まず最初に、透過側流路材４ｂの基材４４側の面（平面側）と集水管５の外周面（概ね平面）のお互い突起のない平らな面どうしが、接圧され、ついで、透過側流路材４ｂの基材４４側の面（平面側）は、膜−供給側流路材ユニット３０の透過側の面（概ね平面）と、お互い突起のない平らな面どうしが、適度に接圧されながら、巻囲体１２が形成される。
この平らな面どうしが、接圧された場合の透過側流路材４ｂの挙動について、図５の矢印Ｘ方向から見た、透過側流路材４ｂの状態を図６Ａ，Ｂに示す。
この平らな面どうしの接圧が、透過側流路材４の特に基材４４の厚みがより小さいものを使用した場合に、その剛性が弱く、図６Ａに示すよう、巻囲前に過側流路材４が部分的な弛みや、波打ち状にうねっている場合があるが、矢印Ｊ方向に接圧力を加えた場合、図６Ｂに示すよう、平面どうしの接圧であることにより、集水管５の外周面上に全面密着しようとする作用が働き、基材４４の弛みや、うねりは、集水管５の長手方向すなわち矢印Ｙ１，Ｙ２方向に均一にされ、弛み、うねりが無くなり、その結果、透過側流路材４（特に基材４４）は、シワ無く巻囲することができるのである。
逆に、透過側流路材４ｂの突起部４５が内側になるよう、巻囲した場合について、図６と同じ矢視から見た場合の透過側流路材４ｂの挙動について、図７Ａ，Ｂに示す。
図７Ａで突起部４５が、集水管５の突起のない外周面（概ね平面）および、膜−供給側流路材ユニット３０の透過側の面（概ね平面）に接圧された際、突起部４５部分のみが接圧され、基材４４は接圧されないため、巻囲前に弛みやうねりを生じていた透過側流路材４ｂは、巻囲された後も、基材４４の突起部４５の無い部分で、弛み、うねりが、シワ４６となり残る場合がある。この部分が、接着部７に対応する箇所で生じた場合、シール不良が生じるのである。
図７Ｂでシワ４６は、透過側流路材４の突起部４５の無い基材４４で、突起部４５の間に均等に複数個所で発生している例を示しているが、実際には、透過側流路材４の集水管５長手方向で、部分的に集中して発生することが多く、その際のシワ４６は、均等に複数個所で発生する場合よりも、大きな「弛み」、「拠れ」、からタック状になり、巻囲体１２の外周面の周方向に、大きなスジ状の突起を形成し、酷い場合は、エレメント１の外観を損ねる場合もある。
図８では、上述した巻囲体１２の巻囲時の分離膜２と透過側流路材４とを確実に接着部７で接着させるため、積層体１１の最下部の透過側流路材４ｂに対し、集水管５方向（図５の矢印Ｊ方向）に接圧を加える手段の具体例として、接圧ローラ８３を用いた形態を示す。
集水管５に巻かれる積層体１１を外周方向から、集水管５の外周面方向であるＪ１方向に接圧ローラ８３を接圧した状態を示す。この接圧ローラ８３は、巻囲が完了すると、待避するものである。このような接圧ローラ８３を用いた方法においては、接圧ローラ８３の接圧力は、強すぎると、逆に接触による摩擦力が、透過側流路材４が、均一にされようとする作用の力を上回り、シワが生じる場合があるため、適度な接圧力である必要がある。接圧ローラ８３の接圧力は、接圧ローラ８３長手方向の透過側流路材４の寸法１００ｍｍあたり、２ｋｇ以下が好ましく、より好ましくは、同１ｋｇ以下が好ましい。
また、図９では、別の手段の具体例として、テンションローラ８４を用いた形態を示す。
集水管５に巻かれる積層体１１の最下部の透過側流路材４ｂを規定長に切断せず、透過側流路材４ｂの送り出し部に設けたテンションローラ８４を矢印Ｋ１方向に移動させる力を加えることで付与することで、透過側流路材４ｂに矢印Ｋ方向の張力を付与するものであり、巻囲が完了した時点で、カッター８５を矢印Ｙ方向に作動させることにより、透過側流路材４ｂを切断する構成のものである。このようなテンションローラ８４を用いた方法においては、テンションローラ８４により透過側流路材４ｂにかかる張力が強すぎると、逆に、透過側流路材４が集水管５長手方向で、波打ち状にうねりが入り易くなる場合があるため、適度な張力である必要がある。テンションローラ８４による張力付与は、テンションローラ８４長手方向の透過側流路材４の寸法１００ｍｍあたり、２ｋｇ以下が好ましく、より好ましくは、同１ｋｇ以下が好ましい。
上記２つの具体例を図８と図９を用いて説明したが、この両者の手段は同時に使用してもよい。
以上のような、具体例の手段は、ほんの一部の例であり、透過側流路材４ｂ（および積層体１１）に対し、集水管５の外周面方向に力を付与する手段は、これらに関わらずどのような手段でも構わない。

次いで、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３０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。

＜実施例１＞
透過側流路材として、基材に流体浸透性を有する幅ＷＰが９５０ｍｍ，長さＬＰが８００ｍｍ、厚み５０μｍの不織布を用い、その上に突起部をホットメルトで形成し、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、基材面の全面に設けられ、巻囲方向（集水管長手方向に対し、略垂直方向）に、同じ断面寸法で、密に並ぶ連続的な突起を有するものを使用した。
また、透過側流路材は、巻囲時に突起部が外側に向く（平面な基材部が内側を向く）ように、集水管との接続は、突起部の設けていない平面側を接続した構成としている。
分離膜は、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、透過側流路材の突起部が外側を向く方向に巻回し、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、供給流体（原流体）として食塩水を用いた試験運転を実施し、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。食塩水の濃度は５００ｍｇ／Ｌ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、透過側流路材にシワが入ることなく、透過側流路材とその上下に接する分離膜との間の接着部の状態は、完全に封鎖されており、リークするような箇所は見られなかった。

このように本実施例では、エレメント製造時に、片側面に突起部を有する透過側流路材を巻囲する際に、突起部が外側に向く方向に巻囲することで、シワが生じず、接着部を確実に封鎖した、安定した性能のエレメントを作製することができた。

＜比較例１＞
透過側流路材の突起部のある面が内側になるよう、巻囲した以外は、実施例１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１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、透過側流路材にシワが生じており、そのシワが接着部にも生じていたため、その部分での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。

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
１２ 巻囲体
３０ 膜-供給側流路材ユニット
３０ａ 積層体の最上部に位置する膜-供給側流路材ユニット
３０ｂ 積層体の最下部に位置する膜-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
５３，５５ 端板
７ 接着部
７１ 接着剤
７１ａ 積層体の最上部の接着剤
８３ 接圧ローラ
８４ テンションローラ
８５ カッター
ＬＰ 分離膜の長さ（２つ折り状態）
ＷＱ 分離膜の幅
Ｌ１，Ｌ２ 折り畳み長さ
ＬＲ 透過側流路材の長さ
ＷＳ 透過側流路材の幅
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
７００ 塗布装置

Claims (6)

1. 原流体が接する供給側の面と、原流体を分離濾過して得られる透過流体が接する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し、透過流体を集水管に集水する分離膜エレメントであって、
   前記透過側流路材が以下の（１）〜（４）の全てを満足することを特徴とする分離膜エレメント。
   （１）片側面に突起部を有し、もう一方の面は平面である。
   （２）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でかつ、前記透過流体を前記集水管に集水する箇所を除いた端部（縁部で略４辺の内の３辺）が接着剤により固定されている。
   （３）前記接着剤で固定された端部（縁部で略４辺の内の３辺）を除く端部（１辺）に、前記集水管が接続されている
   （４）前記突起を有する側の面が外側を向くよう、前記分離膜と共に、前記集水管周りに、巻き付け形成されている。
2. 前記透過側流路材が流体浸透性を有することを特徴とする請求項１に記載の分離膜エレメント。
3. 前記透過側流路材と、前記集水管の接続が、前記透過側流路材の前記突起の無い側の面を前記集水管へ接着固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の分離膜エレメント。
4. 前記突起部が、前記集水管長手方向に対し、複数配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の分離膜エレメント。
5. 前記透過側流路材の前記突起の無い部分の厚みが、０.００１ｍｍから０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分離膜エレメント。
6. 前記透過側流路材が、基材と、突起部とからなり、前記突起部が、前記基材面に固着形成された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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