JPH11347378A - スパイラル型膜エレメントおよびそれを用いた膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着剤を用いずに製造可能で、かつ、十分な
シール性が確保された高信頼性のスパイラル型膜エレメ
ントおよびそれを用いたスパイラル型膜モジュールを提
供する。 【解決手段】 スパイラル状膜要素２は、透過液流路材
２４の両面に多孔質ＰＴＦＥ樹脂からなる分離膜２３を
重ね合わせて、３辺を熱融着することにより封筒状膜２
２を形成し、その封筒状膜２２の開口部を集液管２１に
取り付け、原液流路材２５とともに集液管２１の外周面
にスパイラル状に巻回することにより構成される。さら
に、スパイラル状膜要素２の外周面は外装材３で被覆さ
れており、スパイラル状膜要素２の両端面にシール材取
り付け用リング４１およびエンドプレート４２が取り付
けられ、外装材３の外周面に各々熱融着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体中の成分の分
離操作、または液体への気体溶解もしくは液体からの気
体放散といった気液接触操作に用いられるスパイラル型
膜エレメントおよびこれを用いたスパイラル型膜モジュ
ールに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体に含有する特定成分を分離する濾過
操作に膜モジュールが用いられている。例えば、逆浸透
膜技術として水中の塩分の分離、限外濾過膜技術として
液中に分散している菌体類の分離、精密濾過膜技術とし
て混濁液中の固体濁質成分の分離等が挙げられる。

【０００３】また、液体へのガス溶解あるいは液体から
のガス放散といった気液接触操作にも膜モジュールが用
いられている。例えば、ガス溶解として、医薬品分野等
における微生物培養液への酸素供給、あるいはＮＯ
_X （窒素酸化物）やＳＯ_X （硫黄酸化物）等の排ガス処
理が挙げられ、また、ガス放散としては、純水製造にお
ける脱炭酸処理が挙げられる。

【０００４】このような濾過用および気液接触用に用い
られる膜モジュールとしては、用途や目的に合わせて、
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、平膜積層型など各種形式の膜モジュー
ルが存在する。中でも、スパイラル型膜モジュールは、
活性薄膜化が比較的容易なシート状分離膜を用いてお
り、耐圧性に優れ、しかも比較的安価に製造できるとい
う利点を有する。

【０００５】スパイラル型膜モジュールは、スパイラル
型膜エレメントをハウジング（圧力容器）内に収納して
なる。このスパイラル型膜エレメントは、例えば、濾過
用スパイラル型膜エレメントの場合、透過液流路材の両
面に分離膜を重ね合わせて３辺を接着することにより封
筒状膜（袋状膜）を形成し、その封筒状膜の開口部を有
孔中空管からなる集液管に取り付け、ネット状（網状）
の原液流路材とともに集液管の外周面にスパイラル状に
巻回することにより構成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】濾過用膜モジュールの
用途の１つに、薬液精製がある。しかし、通常の接着剤
は耐薬品性が低いため、接着剤を用いて製造されたスパ
イラル型膜エレメントを薬液精製用膜モジュールに適用
すると、接着剤からの不純物溶出による薬液汚染が生じ
るおそれがある。

【０００７】また、気液接触用膜モジュールの用途とし
て、オゾン濃度が１０ｐｐｍを超えるオゾン水の製造
や、超純水レベルの清浄度が要求される半導体処理用の
オゾン水の製造などがある。このような用途では、オゾ
ン水への分離膜の材料の溶出量が極めて低いことが必要
であるため、分離膜の材料としてはフッ素樹脂だけが使
用可能である。通常、スパイラル型膜エレメントを構成
する部材間のシールおよび接合には、接着材が用いられ
ている。しかし、フッ素樹脂は接着剤を用いて接着する
ことが困難であるという問題がある。したがって、フッ
素樹脂からなるスパイラル型膜エレメントを、接着剤を
用いて製造することは困難である。

【０００８】実開平７−１３４２９号公報には、接着剤
を用いずに膜モジュールを製造する方法として、膜モジ
ュールの各部材間を添着によりシールすることが開示さ
れている。しかしながら、この方法では、流体供給側と
排出側とが十分に液密にシールされないため、濾過用に
は無論使用できないが、気液接触用においても、ガス溶
解液中に気泡が多数混入することが十分予想され、用途
によっては使用できない。

【０００９】本発明の目的は、接着剤を用いずに製造可
能で、かつ、十分なシール性が確保された高信頼性のス
パイラル型膜エレメントおよびそれを用いたスパイラル
型膜モジュールを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係るスパイラル型膜エレメントは、有孔中空管の外周
面に透過性膜が巻回されてスパイラル状膜要素が形成さ
れ、スパイラル状膜要素の両端面を閉塞する第１および
第２の端面閉塞部材がスパイラル状膜要素に熱融着によ
り取り付けられたものである。

【００１１】本発明に係るスパイラル型膜エレメントに
おいては、第１および第２の端面閉塞部材がスパイラル
状膜要素に熱融着により取り付けられているので、接着
剤を用いずに製造可能で、かつ十分なシール性を確保す
ることができる。したがって処理流体への接着剤の溶出
による不純物の混入の問題が発生せず、高い信頼性が確
保できる。また、第１および第２の端面閉塞部材および
透過性膜の材質として接着剤による接着性が低い材質を
用いることができる。

【００１２】透過性膜がフッ素樹脂からなってもよい。
また第１および第２の端面閉塞部材がフッ素樹脂からな
ってもよい。本発明に係るスパイラル型膜エレメントで
は、第１および第２の端面閉塞部材がスパイラル状膜要
素に熱融着により取り付けられるので、透過性膜、第１
および第２の端面閉塞部材の材質として接着剤による接
着性が低いフッ素樹脂を用いることができる。この場
合、フッ素樹脂は処理流体への溶出度が低いので、薬液
処理や高純度が要求される処理に適用することができ
る。

【００１３】第１および第２の端面閉塞部材の各々は、
スパイラル状膜要素の外周面の端部を覆う環状突出部を
有し、環状突出部がスパイラル状膜要素の外周面に熱融
着されてもよい。この場合、第１および第２の端面閉塞
部材の環状突出部をスパイラル状膜要素の外周面に熱融
着することにより、第１および第２の端面閉塞部材をス
パイラル状膜要素の両端面に容易にかつ液密に取り付け
ることができる。

【００１４】第１および第２の端面閉塞部材の環状突出
部が、先端方向に漸次薄くなっていることが好ましい。
特に、第１および第２の端面閉塞部材の環状突出部の厚
さが０．５ｍｍ以下であることが好ましい。それによ
り、第１および第２の端面閉塞部材の環状突出部の先端
部のみを容易に溶融させてスパイラル状膜要素の外周面
に熱融着することができる。

【００１５】第１および第２の端面閉塞部材の材質の融
点が、透過性膜の材質の融点以下であることが好まし
い。これにより、透過性膜を溶融させることなく第１お
よび第２の端面閉塞部材の接合箇所を溶融させることが
できる。

【００１６】透過性膜は熱融着により形成された封筒状
分離膜であり、封筒状分離膜が透過液流路材を内側に挟
んでかつ原液流路材を外側に重ねて有孔中空管の外周面
に巻回されることによりスパイラル状膜要素が形成さ
れ、スパイラル状膜要素の外周面が外装材で被覆され、
第１の端面閉塞部材に原液入口が設けられてもよい。

【００１７】この場合、原液は第１の端面閉塞部材の原
液入口からスパイラル状膜要素内に供給され、原液流路
材に沿って流れる。封筒状分離膜を透過した液は、透過
液として封筒状分離膜内の透過液流路材に沿って流れ、
有孔中空管に流れ込む。このように、このスパイラル型
分エレメントは濾過用に適用することができる。

【００１８】第１の端面閉塞部材の外周部にシール材が
装着されてもよい。この場合、スパイラル型膜エレメン
トをハウジング内に装着したときに、第１の端面閉塞部
材の外周部とハウジングの内周面との間がシール材によ
りシールされる。

【００１９】透過性膜は気液接触膜であり、気液接触膜
が内側に第１流路材を挟んでかつ外側に第２流路材を重
ねて有孔中空管の外周面に巻回されることによりスパイ
ラル状膜要素が形成され、第１流路材により有孔中空管
からスパイラル状膜要素の外周面に至るスパイラル状の
流路が形成されるとともに第２流路材によりスパイラル
状膜要素の一端面から他端面に至る軸方向の流路が形成
されるように気液接触膜間が熱融着され、第１の端面閉
塞部材に流体入口が設けられ、第２の端面閉塞部材に流
体出口が設けられてもよい。

【００２０】この場合、第１流体は有孔中空管内を通
り、第１流路材に沿ってスパイラル状膜要素の外周面に
至るスパイラル状の流路内を流れる。一方、第２流体は
第１の端面閉塞部材の流体入口からスパイラル状膜要素
内に供給され、第２流路材に沿ってスパイラル状膜要素
の一端面から他端面に流れ、第２の端面閉塞部材の流体
出口から排出される。この過程で第２流体は気液接触膜
を介して第１流体と接触し目的成分の透過作用が行われ
る。このように、このスパイラル型膜エレメントは気液
接触用に適用することができる。

【００２１】第１および第２の端面閉塞部材の外周面に
シール材が装着されてもよい。この場合、スパイラル状
膜要素をハウジング内に装着したときに、第１および第
２の端面閉塞部材の外周部とハウジングの内周面との間
がシール材によりシールされる。

【００２２】本発明に係るスパイラル型膜エレメントを
ハウジング内に収容してスパイラル型膜モジュールとし
てもよい。この場合、処理流体への接着材の溶出による
不純物の混入が起きることなく、濾過操作および気液接
触操作を行うことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は本
発明の第１の実施例におけるスパイラル型膜エレメント
のそれぞれ軸方向の断面図、一方の側面図および他方の
側面図である。また、図２は図１のスパイラル型膜エレ
メントにおけるスパイラル状膜要素の一部切欠き斜視図
である。本実施例では、本発明のスパイラル型膜エレメ
ントを濾過用膜モジュールに適用する場合を説明する。

【００２４】まず、図２に示すように、スパイラル状膜
要素２は、フッ素樹脂からなる透過液流路材２４の両面
に、多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹
脂からなる分離膜２３を重ね合わせて、３辺をニクロム
線、赤外線ヒータ、トーチ等のヒータで熱融着すること
により封筒状膜（袋状膜）２２を形成し、その封筒状膜
２２の開口部を有孔中空管からなる集液管２１に取り付
け、封筒状膜２２と同じ幅のフッ素樹脂からなる原液流
路材２５とともに集液管２１の外周面にスパイラル状に
巻回することにより構成される。なお、透過液流路材２
４および原液流路材２５に用いるフッ素樹脂としては、
ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体）が好ましい。

【００２５】図１に示すように、集液管２１の一方の端
部は閉塞され、また、スパイラル状膜要素２の外周面は
外装材３で被覆されている。外装材３としては、例え
ば、フッ素樹脂からなるフィルムまたは熱収縮チューブ
が用いられる。なお、フッ素樹脂としてＰＦＡを用いる
ことが好ましい。

【００２６】スパイラル状膜要素２の一方の端面には、
集液管２１の閉塞された端部を覆うようにシール材取り
付け用リング４１が取り付けられている。一方、スパイ
ラル状膜要素２の他方の端面には、集液管２１の開口側
の端部が貫通する孔部を有するエンドプレート４２が取
り付けられている。また、集液管２１の開口側の外周面
には環状溝が設けられ、その環状溝内にＯリング５１が
装着されている。さらに、シール材取り付け用リング４
１の外周部にも環状溝が設けられ、その環状溝内にＯリ
ング５２が装着されている。このようにして、スパイラ
ル型膜エレメント１ａが構成されている。

【００２７】図３（ａ）は図１のスパイラル型膜エレメ
ント１ａにおけるシール材取り付け用リング４１の断面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）のシール材取り付け用リン
グ４１の部分拡大断面図である。

【００２８】図３（ａ）に示すように、シール材取り付
け用リング４１は、円板４１ａと環状突出部４１ｂとが
一体形成されてなる。円板４１ａの中央部には、集液管
２１の端部が嵌合する凹部４１ｃが設けられ、その凹部
４１ｃの周囲に複数の原液入口１１が形成されている。
また、図３（ｂ）に示すように、環状突出部４１ｂは先
端方向に漸次薄くなる形状をしている。

【００２９】このシール材取り付け用リング４１が図１
のスパイラル状膜要素２の端部に取り付けられた後、環
状突出部４１ｂの先端部がニクロム線、赤外線ヒータ、
トーチ等のヒータを用いて外装材３の外周面に熱融着さ
れる。この場合、環状突出部４１ｂが先端方向に漸次薄
くなっているので、加熱箇所である先端部分の熱容量が
小さく、容易に融点まで加熱できる。

【００３０】なお、シール材取り付け用リング４１の環
状突出部４１ｂを、外装材３に容易に熱融着するために
は、環状突出部４１ｂの先端部の厚さｔを０．５ｍｍ以
下にすることが好ましい。

【００３１】図１のエンドプレート４２は、環状板４２
ａと環状突出部４２ｂとが一体形成されてなる。エンド
プレート４２の環状突出部４２ｂの形状および厚さは、
図３（ｂ）に示したシール材取り付け用リング４１の環
状突出部４１ｂの形状および厚さと同様である。

【００３２】エンドプレート４２もシール材取り付け用
リング４１と同様にニクロム線、赤外線ヒータ、トーチ
等のヒータを用いて外装材３の外周面に熱融着される。

【００３３】シール材取り付け用リング４１およびエン
ドプレート４２の融点が分離膜２３および外装材３の融
点よりも高い場合、シール材取り付け用リング４１の環
状突出部４１ｂおよびエンドプレート４２の環状突出部
４２ｂを外装材３に熱融着する際に、分離膜２３および
外装材３の一部が溶融して孔が開くなどの不具合が発生
する。したがって、シール材取り付け用リング４１およ
びエンドプレート４２の材質としては、分離膜２３およ
び外装材３よりも融点が低い材質を用いるか、あるい
は、外装材３と同様の材質で、分離膜２３よりも融点が
低い材質を用いることが好ましい。

【００３４】また、シール材取り付け用リング４１およ
びエンドプレート４２の材質は、原液に対し耐久性があ
り、かつ用途に対応した材質でなければならない。本実
施例では、シール材取り付け用リング４１およびエンド
プレート４２の材質には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素
樹脂を用いる。

【００３５】なお、熱融着する際、ニクロム線、赤外線
ヒータ、トーチ等のヒータを直接環状突出部４１ｂ，４
２ｂに接触させるのではなく、シール材取り付け用リン
グ４１およびエンドプレート４２の材質より融点の高い
材質のフィルムをヒータと環状突出部４１ｂ，４２ｂと
の間に介在させることが好ましい。

【００３６】図４は、図１のスパイラル型膜エレメント
２を用いた濾過用膜モジュールの軸方向の断面図であ
る。

【００３７】図４において、フッ素樹脂からなるハウジ
ング７１ａ内にスパイラル型膜エレメント１ａが装填さ
れ、ハウジング７１ａの開口端がフッ素樹脂からなる蓋
部材７２ａで閉塞される。ハウジング７１ａの端部には
透過液排出口１２ａが設けられ、蓋部材７２ａには原液
供給口１１ａおよび空気抜け孔１６ａが設けられてい
る。なお、ハウジング７１ａおよび蓋部材７２ａに用い
るフッ素樹脂としては、ＰＴＦＥもしくはＰＦＡが好ま
しい。

【００３８】ハウジング７１ａの内周面とシール材取り
付け用リング４１の外周面との間はＯリング５２でシー
ルされる。なお、これらのＯリング５１，５２はフッ素
ゴム、またはＰＦＡもしくはＦＥＰ（テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）被覆フッ
素ゴム芯のＯリングである。

【００３９】本実施例では、ハウジング７１ａおよび蓋
部材７２ａの材質にフッ素樹脂を用いているが、原液に
対して耐久性があり、かつその用途に適した材質であれ
ば、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、
ＰＶＣ（ポリ塩化ビニール）等の他の材質を用いてもよ
い。

【００４０】図４の濾過用膜モジュールの運転時には、
原液６１ａが蓋部材７２ａの原液供給口１１ａを通って
スパイラル型膜エレメント１ａの原液入口１１に達す
る。その後、この原液６１ａは、図２に示すように、原
液流路材２５に沿って軸方向に流れる。その過程で分離
膜２３を透過した透過液６２ａは、透過液流路材２４に
沿って流れ、集液管２１の透過液集液孔２１ａを通って
集液管２１の内部に流れ込み、図４の透過液出口１２お
よび透過液排出口１２ａを通って外部へ排出される。

【００４１】以上のように、本実施のスパイラル型膜エ
レメント１ａでは、シール材取り付け用リング４１、エ
ンドプレート４２、外装材３、分離膜２３、透過液流路
材２４、原液流路材２５およびＯリング５１，５２がフ
ッ素樹脂により形成される。そして、封筒状膜２２の３
辺のシール、外装材３とシール材取り付け用リング４１
との接合および外装材３とエンドプレート４２との接合
が、接着剤ではなく熱融着によってなされる。

【００４２】これによって、液漏れが十分に防止でき、
かつ、接着剤の溶出の問題も発生しない。したがって、
本実施例のスパイラル型膜エレメント１ａは、薬液精製
用などの濾過用膜モジュールに適用できる。

【００４３】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第
２の実施例におけるスパイラル型膜エレメントのそれぞ
れ軸方向の断面図、一方の側面図および他方の側面図で
ある。また、図６は図５のスパイラル型膜エレメント１
ｂにおけるスパイラル状膜要素２ａの一部切欠き斜視図
である。さらに、図７は図５中のＡ−Ａ線断面図、図８
は図５のスパイラル型膜エレメント１ｂの端部の拡大断
面図である。本実施例では、本発明のスパイラル型膜エ
レメントを気液接触用膜モジュールに適用する場合を説
明する。

【００４４】まず、図６に示すように、スパイラル状膜
要素２ａは、フッ素樹脂からなる液体流路材２５ａの両
面に、多孔質ＰＴＦＥ樹脂からなる気液接触膜２３ａを
重ね合わせ、さらに気液接触膜２３ａの一方の表面にフ
ッ素樹脂からなるガス流路材２４ａを重ね合わせ、これ
らを有孔中空管からなるガス供給管２１ｂの周りにスパ
イラル状に巻回することにより構成される。

【００４５】図７に示すように、液体流路材２５ａを挟
んだ気液接触膜２３ａ間のスパイラル状の空間が液体流
路６３ｃを構成する。また、スパイラル状の液体流路６
３ｃの内周側の側部（ガス供給管２１ｂに平行な辺）お
よび外周側の側部は、液体流路材２５ａを挟む気液接触
膜２３ａ同士をニクロム線、赤外線ヒータ、トーチ等の
ヒータで熱融着することにより封止されている。これに
より、液体流路６３ｃの内周側の側部および外周側の側
部にそれぞれ内周側封止部８ｂおよび外周側封止部８ａ
が形成される。したがって、液体流路６３ｃは、液体が
スパイラル型膜エレメント１ｂの軸方向に流動可能な空
間になる。

【００４６】なお、本実施例では、２枚の気液接触膜２
３ａ間に液体流路材２５ａを挟んで両方の側部を熱融着
しているが、１枚の気液接触膜２３ａを折り畳んでその
間に液体流路材２５ａを挿入し、一方の側部を熱融着し
てもよい。

【００４７】ガス流路材２４ａを挟んだ気体接触膜２３
ａ間のスパイラル状の空間がガス流路６３ｂを構成す
る。また、図８に示すように、スパイラル状のガス流路
６３ｂの軸方面の端面は、ガス流路材２４ａを挟む気液
接触膜２３ａ同士をニクロム線、赤外線ヒータ、トーチ
等のヒータで熱融着することにより封止される。これに
より、ガス流路６３ｂの両端部に封止部９ｂが形成され
る。したがって、ガス流路６３ｂは、気体がスパイラル
型膜エレメント１ｂのスパイラル方向に流動可能な空間
となる。

【００４８】このように、スパイラル状膜要素２ａの両
端部の封止部９ｂを除く気液接触部９ａにおけるガス流
路６３ｂと液体流路６３ｃとは、気体接触膜２３ａ、外
周側封止部８ａ、内周側封止部８ｂおよび封止部９ｂに
よって、分離された構成となる。

【００４９】図５に示すように、スパイラル状膜要素２
ａの両方の端面にはガス供給管２１ｂの端部が貫通する
孔部を有するシール材取り付け用リング４３，４４が取
り付けられている。また、ガス供給管２１ｂの一方の端
部は閉塞されており、他方の端部は開口されている。そ
して、ガス供給管２１ｂの開口側の外周面には環状溝が
設けられ、その環状溝内にＯリング５１が装着されてい
る。さらに、シール材取り付け用リング４３，４４の外
周部にも環状溝が設けられ、その環状溝内にＯリング５
３が装着されている。このようにして、スパイラル型膜
エレメント１ｂが構成されている。ただし、スパイラル
状膜要素２ａの外周面は、外装材で被覆されていない。

【００５０】図９（ａ）は図５のスパイラル型膜エレメ
ント１ｂにおけるシール材取り付け用リング４４の断面
図、図９（ｂ）は図９（ａ）のシール材取り付け用リン
グ４４の部分拡大断面図である。

【００５１】図９（ａ）に示すように、シール材取り付
け用リング４４は、円板４４ａと環状突出部４４ｂとが
一体形成されてなる。円板４４ａの中央部には、ガス供
給管２１ｂの端部が貫通する孔部４４ｃが設けられ、そ
の孔部４４ｃの周囲に複数のガス溶解液出口１５が形成
されている。また、図９（ｂ）に示すように、環状突出
部４４ｂは先端方向に漸次薄くなる形状をしている。

【００５２】シール材取り付け用リング４４が図５のス
パイラル状膜要素２ａの一端部に取り付けられた後、環
状突出部４４ｂの先端部がニクロム線、赤外線ヒータ、
トーチ等のヒータを用いてスパイラル状膜要素２ａの外
周面に熱融着される。この場合、環状突出部４４ｂが先
端方向に漸次薄くなっているので、加熱箇所である先端
部分の熱容量が小さく、容易に融点まで加熱できる。

【００５３】なお、シール材取り付け用リング４４の環
状突出部４４ｂを、スパイラル状膜要素２ａの外周に容
易に熱融着するためには、環状突出部４４ｂの先端部の
厚さｔを０．５ｍｍ以下にすることが好ましい。

【００５４】図５のシール材取り付け用リング４３の構
成は、シール材取り付け用リング４４の構成と同様であ
り、シール材取り付け用リング４３の中央部の孔部の周
囲に複数の液体入口１４が形成されている。シール材取
り付け用リング４３の環状突出部４３ｂの形状および厚
さは、図９（ｂ）に示したシール材取り付け用リング４
４の環状突出部４４ｂの形状および厚さと同様である。

【００５５】シール材取り付け用リング４３も、シール
材取り付け用リング４４と同様に、ニクロム線、赤外線
ヒータ、トーチ等のヒータを用いてスパイラル状膜要素
２ａの外周面に熱融着される。

【００５６】シール材取り付け用リング４３，４４の融
点が気液接触膜２３ａの融点よりも高い場合、シール材
取り付け用リング４３，４４の環状突出部４３ｂおよび
４４ｂをスパイラル状膜要素２ａの外周面に熱融着する
際に、気液接触膜２３ａの一部が溶融して孔が開くなど
の不具合が発生する。したがって、シール材取り付け用
リング４３，４４の材質としては、気液接触膜２３ａよ
りも融点が低い材質を用いるか、あるいは、気液接触膜
２３ａと同様の材質を用いることが好ましい。

【００５７】また、シール材取り付け用リング４３，４
４の材質はガス６１ｂ，液体６１ｃおよびガス溶解液６
２ｂに対し耐久性があり、かつ用途に対応した材質でな
ければならない。本実施例では、シール材取り付け用リ
ング４３，４４の材質には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ
素樹脂を用いる。

【００５８】なお、熱融着する際、ニクロム線、赤外線
ヒータ、トーチ等のヒータを直接環状突出部４３ｂ，４
４ｂに接触させるのではなく、シール材取り付け用リン
グ４３，４４の材質より融点の高い材質のフィルムを、
ヒータと環状突出部４３ｂ，４４ｂとの間に介在させる
ことが好ましい。

【００５９】図１０は、図５のスパイラル型膜エレメン
ト１ｂを用いた気液接触用膜モジュールの軸方向の断面
図である。

【００６０】図１０において、ハウジング７１ｂ内にス
パイラル型膜エレメント１ｂが装填され、ハウジング７
１ｂの開口端が蓋部材７２ｂで閉塞される。ハウジング
７１ｂの端面にはガス溶解液排出口１５ａが設けられ、
また、側面にはガス出口１７ａが設けられている。ま
た、蓋部材７２ｂの内側中央部には、ガス供給管２１ｂ
の端部が嵌合する凹部が設けられ、凹部の中央にはガス
供給口１３ａが設けられている。さらに、蓋部材７２ｂ
の凹部外側には液体供給口１４ａが設けられている。

【００６１】ガス供給管２１ｂの外周面と蓋部材７２ｂ
の凹部内周面との間は、Ｏリング５１でシールされる。
また、ハウジング７１ｂの内周面とシール材取り付け用
リング４３，４４の外周面との間はＯリング５３でシー
ルされる。なお、これらのＯリング５１，５３はフッ素
ゴムまたはＰＦＡ被覆フッ素ゴム芯のＯリングである。

【００６２】ハウジング７１ｂおよび蓋部材７２ｂの材
質は、液体６１ｂ、ガス６１ｃおよびガス溶解液６２ｂ
に対して耐久性があり、かつその用途に適した材質であ
れば、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ
（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、Ｐ
Ｐ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＣ（ポリカーボネート）等の他の
樹脂を用いてもよい。

【００６３】図１０の気液接触用膜モジュールの運転時
には、液体６１ｃは、蓋部材７２ｂに設けられた液体供
給口１４ａを通ってスパイラル型膜エレメント１ｂの液
体入口１４に達する。その後、図８に示すように、液体
６１ｃは、液体流路６３ｃ内を流体流路材２５ａに沿っ
て軸方向に流れる。本実施例では、液体６１ｃを超純水
とする。

【００６４】一方、ガス６１ｂは、図１０に示すよう
に、蓋部材７２ｂに設けられたガス供給口１３ａを通っ
てスパイラル型膜エレメント１ｂのガス入口１３に達し
た後、ガス供給管２１ｂのガス供給孔２１ｃを通って図
７のガス流路６３ｂ内に入る。その後、ガス６１ｂは、
ガス流路６３ｂ内をガス流路材２４ａに沿ってスパイラ
ル状に流れた後、図１０のガス出口１７ａから排出され
る。本実施例では、ガス６１ｂをオゾンとする。

【００６５】図５に示す気液接触部９ａでは、ガス供給
管２１ｂにほぼ直交する方向にスパイラル状に流動する
ガス６１ｂと、ガス供給管２１ｂの軸方向に流動する液
体６１ｃとが気液接触膜２３ａを介して接触する。これ
により、ガス６１ｂの目的成分が気液接触膜２３ａを透
過して液体６１ｃ中に溶解し、ガス溶解液６２ｂとな
る。本実施例では、ガス溶解液６２ｂはオゾン水であ
る。

【００６６】また、図１０に示すように、ガス溶解液６
２ｂは、ガス溶解液出口１５およびガス溶解液排出口１
５ａを通って外部へ排出される。

【００６７】以上のように、本実施のスパイラル型膜エ
レメント１ｂでは、シール材取り付け用リング４３，４
４、気液接触膜２３ａ、Ｏリング５１，５３、ガス流路
材２４ａおよび液体流路材２５ａがフッ素樹脂により形
成される。そして、スパイラル状に巻回された気液接触
膜２３ａの内周側の側部のシール、外周部の側部のシー
ル、および軸方向端面のシールは、接着剤ではなく熱融
着によってなされる。また、シール材取り付け用リング
４３，４４とスパイラル状膜要素２ａの外周面との接合
も熱融着によってなされる。

【００６８】これによって、液漏れが十分に防止でき、
かつ、接着剤の溶出の問題も発生しない。したがって、
本実施例のスパイラル型膜エレメント１ｂは、気液接触
用膜モジュールに適用できる。特に、本実施例のスパイ
ラル型膜エレメント１ｂはフッ素樹脂により形成されて
いるので、フッ素樹脂以外の材料の使用が困難な、例え
ば、オゾン濃度が１０ｐｐｍを超えるオゾン水の製造
や、超純水レベルの清浄度が要求される半導体処理用の
オゾン水を製造する場合に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるスパイラル型膜
エレメントの軸方向の断面図、一方の側面図および他方
の側面図である。

【図２】図１のスパイラル型膜エレメントにおけるスパ
イラル状膜要素の一部切欠き斜視図である。

【図３】図１中のシール材取り付け用リングの断面図お
よび部分拡大断面図である。

【図４】図１のスパイラル型膜エレメントを用いた濾過
用膜モジュールの軸方向の断面図である。

【図５】本発明の第２の実施例におけるスパイラル型膜
エレメントの軸方向の断面図、一方の側面図および他方
の側面図である。

【図６】図５のスパイラル型膜エレメントにおけるスパ
イラル状膜要素の一部切欠き斜視図である。

【図７】図５のスパイラル型膜エレメントのＡ−Ａ線断
面図である。

【図８】図５のスパイラル型膜エレメントの端部の拡大
断面図である。

【図９】図５中のシール材取り付け用リングの断面図お
よび部分拡大断面図である。

【図１０】図５のスパイラル型膜エレメントを用いた気
液接触用膜モジュールの軸方向の断面図である。

【符号の説明】

１ａ スパイラル型膜エレメント １ｂ スパイラル型膜エレメント ２ スパイラル状膜要素 ２ａ スパイラル状膜要素 ２１ 集液管 ２２ 封筒状膜（袋状膜） ２３ 分離膜 ２４ 透過液流路材 ２５ 原液流路材 ２１ｂ ガス供給管 ２３ａ 気液接触膜 ２４ａ ガス流路材 ２５ａ 液体流路材 ３ 外装材 ４１ シール材取り付け用リング ４１ｂ 環状突出部 ４２ エンドプレート ４２ｂ 環状突出部 ４３ シール材取り付け用リング ４３ｂ 環状突出部 ４４ シール材取り付け用リング ４４ｂ 環状突出部 ５２ Ｏリング ５３ Ｏリング ６３ｂ ガス流路 ６３ｃ 液体流路 ７１ａ ハウジング ７２ａ 蓋部材 ７１ｂ ハウジング ７２ｂ 蓋部材 ８ａ 外周側封止部 ８ｂ 内周側封止部 ９ｂ 封止部 １１ 原液入口 １４ 液体入口 １５ ガス溶解液出口

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有孔中空管の外周面に透過性膜が巻回さ
   れてスパイラル状膜要素が形成され、前記スパイラル状
   膜要素の両端面を閉塞する第１および第２の端面閉塞部
   材が前記スパイラル状膜要素に熱融着により取り付けら
   れたことを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
2. 【請求項２】 前記透過性膜がフッ素樹脂からなること
   を特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメン
   ト。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の端面閉塞部材がフ
   ッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記
   載のスパイラル型膜エレメント。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の端面閉塞部材の各
   々は、前記スパイラル状膜要素の外周面の端部を覆う環
   状突出部を有し、前記環状突出部が前記スパイラル状膜
   要素の外周面に熱融着されたことを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
5. 【請求項５】 前記第１および第２の端面閉塞部材の環
   状突出部が、先端方向に漸次薄くなっていることを特徴
   とする請求項４記載のスパイラル型膜エレメント。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の端面閉塞部材の環
   状突出部の先端部の厚さが０．５ｍｍ以下であることを
   特徴とする請求項４または５記載のスパイラル型膜エレ
   メント。
7. 【請求項７】 前記第１および第２の端面閉塞部材の材
   質の融点が、前記透過性膜の材質の融点以下であること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のスパイラ
   ル型膜エレメント。
8. 【請求項８】 前記透過性膜は熱融着により形成された
   封筒状分離膜であり、前記封筒状分離膜が透過液流路材
   を内側に挟んでかつ原液流路材を外側に重ねて前記有孔
   中空管の外周面に巻回されることにより前記スパイラル
   状膜要素が形成され、前記スパイラル状膜要素の外周面
   が外装材で被覆され、前記第１の端面閉塞部材に原液入
   口が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   かに記載のスパイラル型膜エレメント。
9. 【請求項９】 前記第１の端面閉塞部材の外周部にシー
   ル材が装着されたことを特徴とする請求項８記載のスパ
   イラル型膜エレメント。
10. 【請求項１０】 前記透過性膜は気液接触膜であり、前
    記気液接触膜が内側に第１流路材を挟んでかつ外側に第
    ２流路材を重ねて前記有孔中空管の外周面に巻回される
    ことにより前記スパイラル状膜要素が形成され、前記第
    １流路材により前記有孔中空管から前記スパイラル状膜
    要素の外周面に至るスパイラル状の流路が形成されると
    ともに前記第２流路材により前記スパイラル状膜要素の
    一端面から他端面に至る軸方向の流路が形成されるよう
    に前記気液接触膜間が熱融着され、前記第１の端面閉塞
    部材に流体入口が設けられ、前記第２の端面閉塞部材に
    流体出口が設けられたことを特徴とする請求項１〜７の
    いずれかに記載のスパイラル型膜エレメント。
11. 【請求項１１】 前記第１および第２の端面閉塞部材の
    外周面にシール材が装着されたことを特徴とする請求項
    １０記載のスパイラル型膜エレメント。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかに記載のス
    パイラル型膜エレメントをハウジング内に収容したこと
    を特徴とするスパイラル型膜モジュール。