WO2005092483A1 - スパイラル型分離膜エレメント - Google Patents

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supply
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separation membrane
warp
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Shinichi Chikura
Satoru Ishihara
Mitsuaki Hirokawa
Yasuhiro Uda
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Nitto Denko Corporation
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    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/58—Fusion; Welding

Definitions

  • the present invention relates to a spiral separation membrane element for separating components dissolved in a liquid, and more particularly, to a pressure loss on the supply side which can be made smaller than before and a concentration component on the membrane surface.
  • the present invention relates to a spiral-type separation membrane element incorporating a supply-side flow path material having a structure having a stirring effect necessary for suppressing the number of poles.
  • a ladder-type net-shaped flow path material having a warp parallel to the flow direction of the supply liquid and a weft force connecting the warp is adopted (for example, And Patent Document 4).
  • the present invention does not pay attention to the relationship between the warp and weft yarn thicknesses and the relationship between the warp and weft yarn intervals, but does not mention anything about the warp and weft yarn thicknesses.
  • the resistance due to the flow of the supply water largely depends on the supply side flow path material, and depending on the quality of the supply water, Properties and components contained in the water supply lead to an increase in resistance.
  • the weft and the warp usually have the same diameter, the weft impedes the flow of the supply liquid, and the floating component causes the flow path to be blocked.
  • the vertical and horizontal directions are not distinguished, but the same applies because the two-way yarn crosses across the flow path.
  • the supply-side flow path material is required to have the function of reducing the pressure loss on the supply side as much as possible, promote the surface renewal of the membrane surface, and suppress the concentration polarization.
  • the components floating in the feed liquid are caught on the weft and increase the flow resistance. Or blockage.
  • Patent Document 1 JP-A-11 235520
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-000437
  • Patent Document 3 JP-A-2000-042378
  • Patent Document 4 JP 05-168869 A
  • an object of the present invention is to provide a spiral-type separation membrane element that can reduce the pressure loss in the supply-side flow path and is less likely to obstruct or block the flow in the supply-side flow path. Confuse.
  • the present invention provides a spiral-type separation membrane element in which one or more of a separation membrane, a supply-side channel material, and a permeation-side channel material are wound around a perforated hollow central tube.
  • the supply-side channel material is a net obtained by fusion molding.
  • the constituent yarns of the net are fused to each other at the intersections,
  • the fused portion protrudes from the constituent yarn and has a structure.
  • the present inventor has found that in forming a net, the pressure loss in the supply-side flow path, in which a molded product formed by a fusion bonding method has much less water-like deformation at an intersection than a molded product formed by a shearing method, can be reduced. It has also been found that the force of the spring is also effective in preventing the flow of the supply-side flow path from being obstructed or blocked, and it is possible to provide an excellent spiral type separation membrane element.
  • the fusion molded product has a smoother surface than the shear molded product, and is pressed against the film surface by contact with or winding on the element surface during the work of setting the element thread, and is applied to the film. It has advantages such as reduced damage and is very effective for forming a spiral type separation membrane element.
  • the supply-side flow path material intersects the supply liquid flow direction! It is preferred that the weft yarns be thinner than the warp yarns arranged along the supply liquid flow direction.
  • the cross-sectional area of the flow path of the supply liquid can be increased by making the weft thread crossing the flow direction of the supply liquid thin. Yes, the pressure loss in the flow path can be reduced.
  • the supply-side flow path material is a net-shaped flow path material, and is formed in a structure meandering a warp arranged along a flow direction of the supply liquid.
  • the L flow effect In order to prevent obstruction or blockage of the flow in the flow channel, it is known that it is effective to make the flow of the liquid in the flow channel a turbulent state (the L flow effect).
  • the warp of the flow path material meander it is possible to obtain a turbulence effect larger than that of the flow path material such as a conventional ladder type or rhombus shape. It is possible to provide an excellent spiral type separation membrane element having a small flow path pressure loss.
  • the supply-side channel material has a two-layer structure including a first layer composed of a first yarn and a second layer composed of a second yarn.
  • Each of the second yarns repeatedly has a parallel portion that is arranged substantially parallel to the supply liquid flow direction and an inclined portion that is arranged obliquely to the supply liquid flow direction, and has a parallel arrangement of the first yarn.
  • the portion and the parallel portion of the second yarn are fused to form a hexagonal unit planar shape.
  • the first yarn and the second yarn overlap and fuse in the parallel portion. Therefore, since this part becomes the resistance of the supply liquid and the combing force is a hexagonal unit planar shape, the number of intersections per unit flow length (in this case, the number of parallel parts) can be reduced. As a result, the pressure loss in the supply-side flow path can be further reduced.
  • the supply-side flow path material includes a warp thread arranged substantially parallel to the supply liquid flow direction, a slanted thread arranged oblique to the supply liquid flow direction, It is preferable to have a three-layer structure composed of the inclined yarn and a reverse inclined yarn arranged in the opposite oblique direction.
  • the layer composed of the warp yarns is unlikely to become the resistance of the supply liquid, and the slanted yarn and the reverse slanted yarn that are thinner than in the case of the two-layer structure are supplied. Since the crossing occurs in the liquid flow direction, the pressure loss in the supply-side flow passage, which is likely to become the resistance of the supply liquid, can be further reduced.
  • the present invention can reduce the pressure loss of the supply-side flow path by using a fusion method in the formation of a net used for a snail-type separation membrane element, and also reduce the supply force.
  • a fusion method in the formation of a net used for a snail-type separation membrane element
  • the supply force there is an advantage that obstruction and blockage of the flow in the side flow path can be prevented.
  • the workability of assembling the elements is high.
  • the weft thread crossing the supply liquid flow direction is made thinner, or in the case of a rhombic net-like flow path material, the yarn in either one direction is made thinner.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a net type (first configuration example) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a net type (second configuration example) according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a net type (third configuration example) according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a net type (fourth configuration example) according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of the net type (fourth configuration example) according to the fourth embodiment of the present invention.
  • ⁇ 6] is an explanatory view showing a net type (fifth configuration example) according to a fifth embodiment of the present invention.
  • ⁇ 7] exemplifies a relationship between a supply water flow rate and a pressure loss in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a supply water flow rate and a pressure loss in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a comparison of pressure loss in Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a comparison of pressure loss in Example 4 of the present invention.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing a rhombic net type which is an embodiment of the conventional product. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a supply-side flow path material of the spiral separation membrane element of the present invention, wherein (A) is a front view and (B) is a side view.
  • the spiral-type separation membrane element of the present invention has a structure in which one or more of a separation membrane, a supply-side channel material, and a permeation-side channel material are wound around a perforated hollow central tube. Have.
  • the details of the forceful membrane element are also described in detail in the above-mentioned Patent Documents 1 to 4. Except for the supply-side flow path material, a conventionally known separation membrane, a permeation-side flow path material, and a hollow central tube are used. Any of these can be adopted. For example, when a plurality of supply-side flow path materials and a plurality of permeation-side flow path materials are used, a structure in which a plurality of membrane leaves are wound around a hollow central tube is used.
  • the supply-side channel material used in the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, formed in a ladder-type net-like channel material having a warp 1 and a weft 2 in the flow direction of the supply water. You.
  • the present invention is characterized in that the supply-side channel material is a net obtained by fusion molding.
  • weft and warp yarns are extruded while rotating a number of nozzle holes arranged on two inner and outer circumferences of an extruder die in opposite directions. After that, they are fused to each other at the cross section, immersed in a cooling bath, and then taken off.
  • the nozzle holes are arranged so that the nozzle holes of the weft yarn and the warp yarn do not overlap each other at the intersection (this is different from the shearing method), and the extruded weft yarn and the warp yarn are combined. Fusion is performed at the timing when appropriate fusion occurs.
  • the shapes of the weft yarn and the warp yarn are more easily maintained at the intersections, and the water drainage at the intersections also prevents the resin extrusion amount from increasing at the intersections.
  • the pressure loss in the supply-side flow path, in which the deformation is extremely small, can be reduced.
  • the flow path cross-sectional area is a large element.
  • Eg figure 1 The diameter of the warp 1, the diameter of the weft 2 and the thickness 3, the warp spacing 4, the weft spacing 5 and the intersection angle 6 determined by them in the configuration example shown in FIG.
  • the connecting portion between the warp yarn 1 and the weft yarn 2 becomes large, which is preferable in terms of strength.However, since the warp yarn interval 4 is reduced and the cross-sectional area of the flow passage is reduced, the pressure loss is increased, which is preferable. Not good.
  • an optimal flow path for reducing the pressure loss, preventing flow obstruction, preventing blockage, and the like is formed, and further, the details of the intersection of the warp 1 and the weft 2 are determined.
  • the fusion-molded product of the present invention has such a deformation as compared with the shearing-molded product. Is significantly less.
  • the fusion molded product has a smoother surface than other molded products such as a shear molded product, and the film is formed by contact with the film surface during element assembly work or pressing against the film surface by winding. This has the advantage that the damage to the device is reduced.
  • any material can be used as the raw water-side flow path material of the supply-side flow path to be used, but in consideration of corrosion resistance, heat resistance, mechanical strength, and the like as described above. Selected.
  • polypropylene, polyethylene and the like can be mentioned.
  • the weft yarn and the warp yarn are formed with substantially the same diameter, and among the cross-sectional areas of the supply-side flow path on the raw water side, the actual flow path cross-sectional area is 1Z2 Less than.
  • the rhombic channel material In the flow path material of the present invention, by reducing the ratio of the diameter of the weft yarn to the warp yarn in the ladder shape and the diameter of the yarn in one direction in the rhombus shape, the cross-sectional area of the flow passage increases, and the pressure loss is reduced. It becomes possible to make it smaller than the one.
  • the present inventors have found that it is appropriate that the diameter ratio of the warp: weft is 4: 1 to 2: 1. Furthermore, by applying such a configuration to the fusion-formed product of the present invention, the diameter ratio of the weft to warp yarns, in which the water-like deformation at the intersections is extremely small as compared with conventional shear-formed products, etc. Therefore, the effect of reducing the resistance can be more reliably ensured, which is a factor for further reducing the resistance.
  • the surface lubricity of the above-mentioned fusion-molded article and the film surface during the element assembling work are improved.
  • the function of alleviating the damage to the membrane due to pressing against the membrane surface due to contact with or winding on the membrane creates a synergistic effect that the length of the weft yarn 2 is further increased by reducing the diameter, and the more supply side
  • An excellent snail-type separation membrane element with small pressure loss in the flow path can be provided.
  • FIG. 2 shows a configuration in which a ladder-type net-like flow path material is deformed (second configuration example).
  • second configuration example By moving the warp yarn 1 in the first configuration example in the flow direction of the supply water so that the intersection angle 6 becomes large, the warp yarn interval 4 is increased while the joint between the warp yarn 1 and the weft yarn 2 is kept as it is. .
  • a net can be formed.
  • intersection angle 6 in the flow path, it is possible to adjust the pressure loss, and it can be said that it has an excellent function that has not been achieved in the past. That is, when the intersection angle 6 is increased as described above, the warp interval 4 is increased, the flow path cross-sectional area is increased, and the intersection angle 6 is increased. If it is made smaller, the warp spacing 4 becomes smaller and the cross-sectional area of the flow path becomes smaller. However, the weft yarn spacing 5 becomes smaller as the intersection angle 6 is made larger, and as a result, there is an effect of increasing the pressure loss, so that the effect of restricting the pressure loss reduction effect due to an increase in the cross-sectional area of the flow path is produced. Therefore, by appropriately selecting the warp spacing 4, the weft spacing 5, and the intersection angle 6, a flow path material having a desired pressure loss can be produced.
  • FIG. 3 shows a third configuration example of the present invention. It is a ladder-type net-like channel material, characterized in that it is formed in a structure in which a warp meanders.
  • a warp meanders In order to prevent obstruction and blockage of the flow in the flow path and to reduce the pressure loss, it is effective to make the flow of the liquid in the flow path a turbulent flow state.
  • a greater turbulence effect can be obtained than with a conventional ladder-type or rhombus-like channel material. Therefore, it is possible to provide an excellent spiral-type separation membrane element with a small pressure loss in the supply-side flow path! / ⁇ .
  • the warp yarn and the weft yarn have different diameters, the turbulence of the flow is increased, a further turbulent flow effect can be obtained, and the pressure loss in the supply flow path can be reduced.
  • the turbulent flow effect is obtained by the weft yarn, and in the rhombic shape, the turbulent flow effect is obtained by the intersecting two-direction yarns, although there is no distinction between the vertical and horizontal directions.
  • the warp has a meandering structure, so that the warp has a higher turbulence effect more easily than a straight line in parallel with the water flow.
  • the present invention adds a new element having a warp meandering angle of 7 to the components such as the diameter of the warp 1 in the above-described first configuration example as shown in FIG.
  • optimal flow path conditions are set to reduce pressure loss in the flow path, prevent flow obstruction, and prevent blockage.
  • the warp interval 4 by appropriately selecting the warp interval 4, the weft interval 5, the intersection angle 6, and the warp meandering angle 7, a flow path material having a desired pressure loss can be created. .
  • the pressure loss of the conventional product is 1%.
  • the forces described in the three configuration examples of the present invention are, from the viewpoint of the formation of the flow path material, the first configuration example to the second configuration example after molding a specific flow path material.
  • ⁇ It is obtained by changing the degree of expansion and contraction in the width direction (perpendicular to the flow direction of the supply water) in the order of the third configuration example. Therefore, it is very easy to create a flow path material that meets the use conditions! / ⁇ ⁇ It has excellent features.
  • the supply-side flow path material includes a first layer L1 composed of the first yarn 11 and a second layer L2 composed of the second yarn 12. It has a layered structure. At this time, each of the first yarn 11 and the second yarn 12 has parallel portions 11a, 12a arranged substantially parallel to the supply liquid flow direction and inclined portions l ib, arranged obliquely to the supply liquid flow direction. 12b is repeated. Further, the parallel portions 11a of the first yarn 11 and the parallel portions 12a of the second yarn 12 are fused to form a hexagonal unit planar shape.
  • the one shown in Fig. 4 is an example in which the inclined portions l ib and 12b of the first yarn 11 and the second yarn 12 are inclined in the same direction.
  • FIG. 5 shows an example in which the inclined portions l ib and 12b of the first yarn 11 and the second yarn 12 are alternately inclined in opposite directions.
  • the first yarn 11 and the second yarn 12 are respectively arranged along the supply liquid flow direction while meandering, so that the pressure loss in the supply-side flow path can be further reduced.
  • the thickness of the intersection of the first yarn 11 and the second yarn 12 is preferably 0.5 to 1. Omm.
  • the yarn diameter of the first yarn 11 and the second yarn 12 is preferably 0.15 to 0.5 mm.
  • the vertex angle ex in the hexagonal unit plane shape is preferably 60 to 120 °, and the hypotenuse lengths A and B (that is, the lengths of the inclined portions l ib and 12b) are preferably 2 to 5 mm.
  • the length of the portions 11a and 12a is preferably 115 mm.
  • FIG. 6 shows a fifth configuration example of the present invention, where (A) is a front view, (B) is a side view, and (C) is a bottom view.
  • the supply-side channel material has a three-layer structure including a first layer Ll, a second layer L2, and a third layer L3.
  • Each layer is composed of a warp yarn 16 arranged substantially parallel to the supply liquid flow direction, a slant yarn 15 arranged diagonally to the supply liquid flow direction, and a slanted yarn 15 opposite to the supply liquid flow direction. And a slanted reversely inclined thread 17.
  • the nozzle holes of the inclined yarn 15 and the nozzle holes of the reverse inclined yarn 17 are rotated in opposite directions without rotating the nozzle holes of the warp yarn 16. It is sufficient to fuse them together at the intersection.
  • the order of lamination of the warp yarn 16, the inclined yarn 15, and the reverse inclined yarn 17 may be any order.
  • the flow resistance in the intermediate layer is reduced.
  • the pressure loss in the supply-side flow path can be further reduced, and the sloping thread 15 and the reverse-sloping thread 17 come into contact with the membrane surface. can do.
  • intersection between the first layer L1 and the second layer L2 and the intersection between the second layer L2 and the third layer L3 do not have to coincide with each other. To improve the shape stability of It is preferable that the points match.
  • the thickness of the intersection of the warp yarn 16, the inclined yarn 15, and the reverse inclined yarn 17 is 0.
  • the yarn diameters of the warp yarn 16, the inclined yarn 15, and the reverse inclined yarn 17 are preferably 0.1 to 0.5 mm.
  • the hypotenuse length D in the unit planar shape is preferably 2 to 5 mm.
  • the angle ⁇ between the inclined yarn 15 and the reverse inclined yarn 17 is preferably 60 to 120 °.
  • the yarn diameters of the warp yarn 16, the slant yarn 15, and the reverse slant yarn 17 may be the same or different, but by increasing the thickness of the warp yarn 16 constituting the second layer L2, Pressure loss can be further reduced, and conversely, by making the warp yarns 16 constituting the second layer L2 relatively thin, the concentration polarization near the membrane surface can be effectively suppressed by the turbulence effect. it can.
  • Fig. 7 shows the flow rate and pressure loss when pure water was flown when the supply-side flow path material shown in Table 2 was set in a parallel plate cell (C10- ⁇ ; flow path width 35mm, flow path length 135mm).
  • C10- ⁇ flow path width 35mm, flow path length 135mm.
  • the pressure loss in Example 1 was about 1Z3 compared to Comparative Example 1.
  • Example 2Z Comparative Example 2 Table 3 shows by using the feed-side passage material to manufacture a spiral element 23. 2m 2, showing the flow rate and pressure drop when a current of pure water in a state in which broke the pressure vessel instrumentation 8 .
  • the pressure loss in Example 2 was about 2Z3 or less compared to Comparative Example 2.
  • A, B dimensions mm 3 ⁇
  • the supply-side channel material is not limited in any way, but is mainly used as a separation membrane element for the purpose of treating turbid wastewater (raw water) or an element used at a low pressure. In that case, the effect is exhibited.

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Abstract

　供給側流路の圧力損失を低減でき、しかも供給側流路の流れの阻害や閉塞の問題がより生じにくいスパイラル型分離膜エレメントを提供することを目的とする。分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記供給側流路材は、融着法成形にて得られたネットであることを特徴とする。

Description

明 細 書
スパイラル型分離膜エレメント
技術分野
[0001] 本発明は、液体中に溶存している成分を分離するスパイラル型分離膜エレメント〖こ 関し、詳しくは、供給側の圧力損失を従来より小さくでき、かつ、膜面上での濃度分 極を抑制するために必要となる攪拌効果を有した構造を持つ給側流路材を内蔵した スパイラル型分離膜エレメントに関する。
背景技術
[0002] 従来より、スパイラル型分離膜エレメントの構造としては、分離膜、供給側流路材及 び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられた ものが知られている。また、逆浸透膜の場合の供給側流路材には、ひし形ネット状流 路材が用いられ、これにより圧力損失を低減することができるとの報告がある（例えば 、特許文献 1一 3参照)。具体的には、図 11に示すような構成例を挙げることができる
[0003] 一方、供給側流路の圧力損失を小さくする目的で、供給液の流れ方向と平行な縦 糸とその縦糸を繋ぐ横糸力もなるラダー形ネット状流路材が採用されている (例えば、 特許文献 4参照)。この発明は、縦糸と横糸の太さの関係や縦糸間隔と横糸間隔の 関係に着目したものではなぐ縦糸と横糸の太さについては何も言及されていない。
[0004] し力しながら、供給側流路にお!/、て、供給水が流れることによる抵抗として、供給側 流路材によるものが大きく支配し、更に供給水の水質によっては供給水の性状、供 給水に含まれる成分により抵抗増大に繋がる。
[0005] 従来のネットは、ラダー形の場合は横糸と縦糸が通常同径であり、横糸が供給液の 流れを阻害し、また、浮遊成分が流路を閉塞させる原因となっている。また、ひし形の 場合も縦横の区別はな ヽが、交差する 2方向の糸は流路を横断して ヽるため同様で ある。つまり、供給側流路材には、供給側の圧力損失をできるだけ小さくする機能に カロえて、膜面の表面更新を促進して濃度分極を押さえる機能が要求されるが、供給 側流路材の横糸に供給液に浮遊している成分が引つかかり、流れの抵抗が増大、も しくは閉塞させる問題がある。さらに、膜表面に供給液に浮遊している成分が供給流 路材横糸に引つかかり、それらが膜面堆積して有効膜面積を減じさせる問題もある。 これ以外に、分離膜エレメントの運転コスト減のために、供給流路材での圧力損失を 低減する課題がある。
[0006] 一方、従来のネットは、横糸と縦糸との融着を確実に行えるように、剪断法により成 形されることが多力つた。この剪断法は、押出機のダイスの内外 2つの円周上に配置 した多数のノズル孔を逆方向に回転させながら、横糸と縦糸とを押出して交差部で互 いに融着させる際、横糸と縦糸との交差部で両者のノズル孔が重なって 1つのノズル となるようにノズル孔を配置したダイスを用いる方法である。剪断法によると、横糸と縦 糸との交点部で樹脂の押出量が多くなり、この部分で水搔き状の変形が生じていた。 本発明者らが検討したところ、この水搔き状の変形が、供給側流路の圧力損失の増 カロの原因になっていることが半 IJ明した。
特許文献 1：特開平 11 235520号公報
特許文献 2：特開 2000 - 000437号公報
特許文献 3：特開 2000 - 042378号公報
特許文献 4:特開平 05— 168869号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] そこで、本発明の目的は、供給側流路の圧力損失を低減でき、しかも供給側流路 の流れの阻害や閉塞の問題がより生じにくいスパイラル型分離膜エレメントを提供す ることにめる。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示すスパイラル型分離膜エレメント により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
[0009] 本発明は、分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の 中空状中心管の周りに卷きつけられて 、るスパイラル型分離膜エレメントにお 、て、 前記供給側流路材は、融着法成形にて得られたネットであることを特徴とする。ここで 、融着法成形にて得られたネットは、ネットの構成糸が交点部で互いに融着しつつ、 平面形状 (投影図形）にお 、て構成糸から融着部がはみ出して 、な 、構造を有する ものである。
[0010] 本発明者は、ネットの成形において、融着法による成形品が剪断法成形品に比べ 交点部における水搔き状の変形が格段に少なぐ供給側流路の圧力損失を低減で き、し力も、供給側流路の流れの阻害や閉塞を防止するのに有効であることを見出し たもので、優れたスパイラル型分離膜エレメントを提供することができる。
[0011] また、融着法成形品は、剪断法成形品に比べて表面が滑らかであり、エレメント糸且 み立て作業時における膜面との接触や巻き付けによる膜面への押しつけによる膜へ のダメージが緩和されるなどの利点があり、スパイラル型分離膜エレメントの形成に非 常に有効である。
[0012] 上記にお ヽて、前記供給側流路材は、供給液流れ方向に交差して！/ヽる横糸を、供 給液流れ方向に沿って配される縦糸より細くしてあることが好適である。ネットの成形 品において、供給液流れ方向に交差している横糸を細くすることで、供給液の流路 断面積を大きくすることができることから、供給側流路の流れの阻害や閉塞に有効で あり、流路の圧力損失を低減できる。
[0013] また、前記供給側流路材は、ネット状流路材であり、供給液流れ方向に沿って配さ れる縦糸を蛇行する構造に形成してあることが好適である。流路における流れの阻 害や閉塞を防止するには、流路内での液の流れを乱流状態にすることが有効である ことが知られているほ L流効果)。本発明においては、流路材の縦糸を蛇行する構造 にすることによって、従来のラダー型あるいはひし形など流路材よりも大きな乱流効 果を得ることができることを案出したもので、供給側流路の圧力損失の少ない、優れ たスパイラル型分離膜エレメントを提供することができる。
[0014] また、前記供給側流路材は、第 1糸で構成される第 1層と第 2糸で構成される第 2層 とからなる 2層構造を有し、前記第 1糸及び前記第 2糸の各々が、供給液流れ方向に 略平行に配される平行部と供給液流れ方向に対し斜め方向に配される傾斜部とを繰 り返して有すると共に、前記第 1糸の平行部と前記第 2糸の平行部とが融着して六角 形の単位平面形状を形成して ヽることが好まし ヽ。
[0015] このような供給側流路材によると、平行部で第 1糸と第 2糸とが重なって融着してい るため、この部分が供給液の抵抗になりにくぐし力も、六角形の単位平面形状であ るため、単位流動長さ当たりの交点数 (この場合、平行部の数)を少なくすることがで き、供給側流路の圧力損失をより低減することができる。
[0016] あるいは、前記供給側流路材は、供給液流れ方向に略平行に配される縦糸と、供 給液流れ方向に対し斜め方向に配される傾斜糸と、供給液流れ方向に対し前記傾 斜糸とは逆の斜め方向に配される逆傾斜糸とから構成される 3層構造を有することが 好ましい。
[0017] このような供給側流路材によると、縦糸で構成される層が供給液の抵抗になりにくく 、また、 2層構造の場合と比べてより細い傾斜糸と逆傾斜糸とが供給液流れ方向に交 差するため、この部分が供給液の抵抗になりにくぐ供給側流路の圧力損失をより低 減することができる。
発明の効果
[0018] 以上のように、本発明は、スノィラル型分離膜エレメントに使用するネットの成形に おいて、融着法を用いることによって、供給側流路の圧力損失を低減でき、し力も、 供給側流路の流れの阻害や閉塞を防止することができるという利点がある。同時に、 エレメントの組み立てなどの作業性が高 、と 、う利点がある。
[0019] また、供給液流れ方向に交差している横糸を細くすること、あるいは、ひし形ネット 状流路材においてはどちらか一方向の糸を細くすること、また、ラダー形ネット状流路 材においては縦糸を蛇行する構造に形成することによって、さらに供給側流路の圧 力損失低減および流れの阻害や閉塞防止を効果的に行うことができる。
図面の簡単な説明
[0020] [図 1]本発明の実施の一形態であるネットタイプ (第 1構成例）を示した説明図である。
[図 2]本発明の実施の別の形態であるネットタイプ (第 2構成例）を示した説明図であ る。
[図 3]本発明の実施の第 3形態であるネットタイプ (第 3構成例）を示した説明図である [図 4]本発明の実施の第 4形態であるネットタイプ (第 4構成例）を示した説明図である 圆 5]本発明の実施の第 4形態であるネットタイプ (第 4構成例）の別の例を示した説 明図である。
圆 6]本発明の実施の第 5形態であるネットタイプ (第 5構成例）を示した説明図である 圆 7]本発明の実施例 1における供給水流量と圧力損失との関係を例示した説明図 である。
圆 8]本発明の実施例 2における供給水流量と圧力損失との関係を例示した説明図 である。
圆 9]本発明の実施例 3における圧力損失の比較を示した説明図である。
圆 10]本発明の実施例 4における圧力損失の比較を示した説明図である。
圆 11]従来品の実施の一形態であるひし形ネットタイプを示した説明図である。 符号の説明
1 縦糸
2 横糸
3 厚み
4 縦糸間隔
5 横糸間隔
6 交点角度
7 縦糸蛇行角度
11 第 1糸
11a 第 1糸の平行部
l ib 第 1糸の傾斜部
12 第 2糸
12a 第 2糸の平行部
12b 第 2糸の傾斜部
15 傾斜糸
16 縦糸
17 逆傾斜糸 発明を実施するための最良の形態
[0022] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図 1は、本発 明のスパイラル型分離膜エレメントの供給側流路材の一例を示す図であり、 (A)は正 面図、（B)は側面図である。
[0023] 本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、分離膜、供給側流路材及び透過側流 路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心管の周りに巻きつけられている構造を 有する。力かる膜エレメントの詳細は、前記の特許文献 1一 4にも詳細に記載されて おり、供給側流路材の以外に関しては、従来公知の分離膜、透過側流路材、中空状 中心管などが何れも採用できる。例えば、供給側流路材と透過側流路材が複数用い られる場合には、複数の膜リーフが中空状中心管の周りに巻きつけられた構造となる
[0024] 本発明に用いられる供給側流路材は、例えば図 1に示すように、供給水の流れ方 向に対し縦糸 1と横糸 2を有するラダー形ネット状流路材を形成して ヽる。本発明は、 この供給側流路材が融着法成形にて得られたネットであることを特徴とする。
[0025] ネットを融着法で成型する場合、一般的に、押出機のダイスの内外 2つの円周上に 配置した多数のノズル孔を逆方向に回転させながら、横糸と縦糸とを押出してから交 差部で互いに融着させ、冷却槽に浸漬後、引取を行う。上記押出を行う際、横糸と縦 糸との交差部で両者のノズル孔が重ならないようにノズル孔を配置しておき（この点 が剪断法と相違する）、押出された横糸と縦糸とを適度な融着が起るタイミングで融 着させる。
[0026] このため、剪断法と比較して、交点部において横糸と縦糸との形状が保持され易く なり、また、交点部で樹脂の押出量が多くなることもなぐ交点部における水搔き状の 変形が格段に少なぐ供給側流路の圧力損失を低減できる。
[0027] 特に、図 1 (A)に示すようなネットを融着法で成型する場合、横糸と縦糸とのノズル 径を変えると共に、縦糸のノズル孔を回転させずに、横糸のノズル孔をだけ回転させ る方法が有効である。
[0028] 流路材の構成要素としては、耐蝕性、耐熱性、機械的強度などを考慮して選択さ れた材質 (後述する）以外に、構造的には流路断面積が大きな要素となり、例えば図 1 (A)に示す構成例における縦糸 1の径、横糸 2の径およびそれによつて決まる厚み 3、縦糸間隔 4、横糸間隔 5および交点角度 6を挙げることができる。つまり、例えば機 械的強度の面からは、縦糸 1の径、横糸 2の径が大きいほど好ましいが、流路断面積 は小さくなり圧力損失の増大に結びつくことから好ましいとはいえない。また、交点角 度を小さくすれば縦糸 1と横糸 2との結合部分が大きくなり強度面では好ましいが、縦 糸間隔 4が小さくなり流路断面積が小さくなることから圧力損失の増大に結びつき好 ましいとはいえない。
[0029] 本発明はこれらの要素の選択によって、流路上記の圧力損失低減や流れの阻害 や閉塞防止などに最適の流路を形成するとともに、さらに縦糸 1と横糸 2の交差部の 細部の構造'状態による影響を研究し、水搔き状の変形などがなく円滑な流れを形 成することが可能な接合方法として融着法が最適であることを見出したものである。
[0030] つまり、従来法、例えば剪断法により成形されたネットは、交点部において水搔き状 の変形が生じるが、本発明である融着法成形品では、剪断法成形品に比べこうした 変形が格段に少ない。また、融着法成形品は、剪断法成形品など他の成形品に比 ベて表面が滑らかであり、エレメント組み立て作業時における膜面との接触や巻き付 けによる膜面への押しつけによる膜へのダメージが緩和されるなどの利点がある。こう した利点は、流路材を形成する上において、非常に有用であり、本発明である融着 法成形品によって、同一構造であっても従来にない、優れたスパイラル型分離膜エレ メントを提供することができる。
[0031] 特に、ラダー形流路材については流れに接する横糸 2の長さを大きくする場合が多 ぐ融着法成形品のこうした利点を最大限に利用することができることから、ラダー形 流路材自体の優位性に加え、融着法成形品のこうした利点との相乗的効果を活かす ことが可能となる。
[0032] ここで、使用する供給側流路の原水側流路材としては、任意の材質を用いることが 可能であるが、上記のように耐蝕性、耐熱性、機械的強度などを考慮して選択される 。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどを挙げることができる。
[0033] また、供給水の流れによる圧力損失低減の課題に対しては、図 1 (B)に示すように 、供給液流れ方向に交差している横糸を細くすることで、供給液の流路断面積を大 きくすることができ、供給側流路の流れの阻害や閉塞に有効であり、流路の圧力損失 を低減できる。
[0034] つまり、従来のラダー型流路材は、横糸と縦糸がほぼ同じ径で形成されており、供 給側流路の原水側の断面積のうち、実際の流路断面積としては 1Z2に満たない。ま た、ひし形流路材についても同じである。本発明の流路材では、ラダー形においては 縦糸に対する横糸の径、ひし形においてはどちらか一方向の糸の径の比率を小さく することで、流路断面積が増加し、圧力損失は従来のものに比べ小さくすること可能 となる。具体的には、縦糸：横糸の径比率が、 4 : 1一 2 : 1であることが適正であるとの 本発明者の知見を得ている。さら〖こ、こうした構成を本発明の融着法成形品について 適用することで、従来の剪断法成形品などに比べ交点部の水搔き状の変形が極め て少なぐ縦糸に対する横糸の径比率を小さくする効果をより確実に確保することが でき、一層抵抗を低減させる要因となっている。
[0035] さらに、本発明においては、こうした流路断面積の拡大に加え、横糸 2全面が流れ に接することから、上記の融着法成形品の表面滑性や、エレメント組み立て作業時に おける膜面との接触や巻き付けによる膜面への押しつけによる膜へのダメージが緩 和される機能が、横糸 2の径の縮小によって一層増長されるという相乗的な効果を生 み出すこととなり、より供給側流路の圧力損失の少ない、優れたスノィラル型分離膜 エレメントを提供することができる。
[0036] 本発明のスパイラル型分離膜エレメントの別の実施形態として、ラダー形ネット状流 路材を変形した構成を図 2に示す (第 2構成例)。第 1構成例における縦糸 1を、交点 角度 6が大きくなるように供給水の流れ方向に移動させることによって、縦糸 1と横糸 2との接合部をそのままにしながら縦糸間隔 4を大きくしたものである。こうした構成に よって、縦糸 1と横糸 2との接合部を長くとりネット状流路材の強度面を十分に確保す ることができると同時に、流路断面積を大きくすることができるという優れたネットを形 成することができる。
[0037] また、流路内における交点角度 6を調整することで、圧力損失を調整することが可 能となる点、従来にない優れた機能を有しているといえる。つまり、上記のように交点 角度 6を大きくすると縦糸間隔 4が大きくなり流路断面積が大きくなり、交点角度 6を 小さくすると縦糸間隔 4が小さくなり流路断面積が小さくなる。但し、横糸間隔 5は、交 点角度 6を大きくすると小さくなり、その結果、圧力損失を増大する効果があることか ら、流路断面積増大による圧力損失低減効果を制限する働きを生じる。従って、縦糸 間隔 4、横糸間隔 5、および交点角度 6を適切に選択することで、所望の圧力損失を 有する流路材を作成することができる。
[0038] 図 3に、本発明の第 3の構成例を示す。ラダー形ネット状流路材であって、縦糸を蛇 行する構造に形成することを特徴としている。流路における流れの阻害や閉塞を防 止し、さらには圧力損失を低減するには、流路内での液の流れを乱流状態にするこ とが有効であり、流路材の縦糸を蛇行する構造にすることによって、従来のラダー型 あるいはひし形など流路材よりも大きな乱流効果を得ることができる。従って、供給側 流路の圧力損失の少な!/ヽ、優れたスパイラル型分離膜エレメントを提供することがで きる。特に、縦糸と横糸との径が異なる場合には、流れの乱れが増長され、より一層 の乱流効果を得ることができ、供給側流路の圧力損失の軽減を図ることができる。
[0039] つまり、従来のラダー型では横糸により乱流効果を得、ひし形形状では縦横の区別 はないが交差する 2方向の糸により乱流効果を得ている。本発明の流路材では、縦 糸を蛇行する構造にすることで、縦糸が水流と並行で直線状よりも容易に高い乱流 効果が得られた。これを流路材の構成からみると、本発明は、図 3に示すように上述 の第 1構成例における縦糸 1の径などの構成要素に、縦糸蛇行角度 7という新たな要 素を加味することで、流路の圧力損失低減や流れの阻害や閉塞防止などに最適の 流路条件を設定するものである。また、第 2構成例と同様、縦糸間隔 4、横糸間隔 5、 交点角度 6、および縦糸蛇行角度 7を適切に選択することで、所望の圧力損失を有 する流路材を作成することができる。
[0040] 具体的には、供給側流路にお!/、て使用する原水側流路材の仕様として、仮に厚み 力 26mil、 28mil、 34milのものについて検討すると、従来品における圧力損失が 1 Z2にまで低減する効果をえるためには、供給側流路の構成要素を表 1に示した範 囲に設定することが好まし 、。
[0041] [表 1] 項目 単位 26mil 28mil 34mil
(mm) (0. 64-0 68) (0. 69 -0 73) (0 84~0. 88) 縦糸径 mm 0. 44~0 49 0. 47 -0 53 0 57 ~0. 65 横糸径 mm 0. 1 7 ~0 22 0. 1 8-0 24 0 21 - 0. 29 縦横径比率 ― 厚みに対する縦糸径が 67 ~75% (縦:横 =4 ; 1 ~ 2 : 1 ) 縦糸間隔 mm 3 ~ 5
横糸間隔 mm 3 - 1 0
縦横間隔比率 ― 2 : 1 ~ 1 : 1
横糸角度 45~90
縦糸蛇行角度 0 ~30
[0042] 以上のように本発明の 3つの構成例について述べた力 これらは、流路材の形成か らみると、特定の流路材を成形した後、第 1構成例→第 2構成例→第 3構成例の順に 、幅方向（供給水流れ方向に対し垂直方向）への伸縮の度合いを変更することによつ て得られるものである。従って、使用条件にあった流路材を、非常に容易に作成する ことができると!/ヽぅ優れた特徴を有して 、る。
[0043] 図 4一図 5に、本発明の第 4の構成例を示すが、 (A)は正面図、（B)は側面図、（C )は底面図である。この例では、図 4一図 5に示すように、供給側流路材は、第 1糸 11 で構成される第 1層 L1と第 2糸 12で構成される第 2層 L2とからなる 2層構造を有して いる。このとき、第 1糸 11及び第 2糸 12の各々が、供給液流れ方向に略平行に配さ れる平行部 11a, 12aと供給液流れ方向に対し斜め方向に配される傾斜部 l ib, 12 bとを繰り返して有する。更に、第 1糸 11の平行部 11aと第 2糸 12の平行部 12aとが 融着して六角形の単位平面形状を形成している。
[0044] この第 4の構成例において、図 4に示すものは、第 1糸 11及び第 2糸 12の各々の傾 斜部 l ib, 12bが、同一方向に傾斜している例であり、図 5に示すものは、第 1糸 11 及び第 2糸 12の各々の傾斜部 l ib, 12bが、交互に逆方向に傾斜している例である 。図 5に示すものでは、第 1糸 11及び第 2糸 12の各々力 蛇行しながら供給液流れ 方向に沿って配されるため、供給側流路の圧力損失をより低減することができる。
[0045] 図 4に示すネットを融着法で成型する場合、第 1糸 11のノズル孔と第 2糸 12のノズ ル孔とを相互に逆回転させる際に、平行部 11a, 12aを押出すときだけ両ノズル孔の 回転を停止するような制御を行って、断続的に両ノズル孔を回転させればよい。押出 された平行部 11a, 12aは、相互に融着される。
[0046] また、図 5に示すネットを融着法で成型する場合、傾斜部 l ib, 12bを押出すときに は両ノズル孔を相互に逆回転させ、平行部 11a, 12aを押出すときには両ノズル孔の 回転を停止し、次の傾斜部 l ib, 12bを押出すときには各々のノズル孔を先の傾斜 部 l ib, 12bを押出すときと逆回転させ、次いで両ノズル孔の回転を停止し、これらを 繰り返するような制御を行えばよい。
[0047] この構成例において、第 1糸 11と第 2糸 12の交点部の厚さは 0. 5- 1. Ommが好 ましい。また、第 1糸 11及び第 2糸 12の糸径は、 0. 15-0. 5mmが好ましい。更に、 六角形の単位平面形状における頂点角度 exは、 60— 120° が好ましぐ斜辺長さ A , B (即ち、傾斜部 l ib, 12bの長さ）は 2— 5mmが好ましぐ平行部 11a, 12aの長さ は 1一 5mmが好ましい。
[0048] 図 6に、本発明の第 5の構成例を示すが、 (A)は正面図、（B)は側面図、（C)は底 面図である。この例では、図 6に示すように、供給側流路材は、第 1層 Ll、第 2層 L2、 及び第 3層 L3からなる 3層構造を有する。各層は、供給液流れ方向に略平行に配さ れる縦糸 16と、供給液流れ方向に対し斜め方向に配される傾斜糸 15と、供給液流 れ方向に対し前記傾斜糸 15とは逆の斜め方向に配される逆傾斜糸 17とから構成さ れる。
[0049] 図 6に示すネットを融着法で成型する場合、縦糸 16のノズル孔を回転させずに、傾 斜糸 15のノズル孔と逆傾斜糸 17のノズル孔とを相互に逆回転させ、交点部で相互 に融着させればよい。
[0050] 縦糸 16と傾斜糸 15と逆傾斜糸 17との積層順序は、何れでもよいが、特に、第 2層 L2を縦糸 16で構成することによって、中間層における流動の抵抗を小さくして、供給 側流路の圧力損失をより低減することができ、し力も傾斜糸 15と逆傾斜糸 17とが、膜 面に接するため、乱流効果により膜面近傍の濃度分極を効果的に抑制することがで きる。
[0051] また、第 1層 L1と第 2層 L2との交点部と、第 2層 L2と第 3層 L3との交点部とが、一 致していなくてもよいが、供給側流路材の形状安定性を向上させるため、両者の交 点部が一致して 、ることが好まし 、。
[0052] 第 5の構成例において、縦糸 16と傾斜糸 15と逆傾斜糸 17との交点部の厚さは 0.
5-1. Ommが好ましい。また、縦糸 16と傾斜糸 15と逆傾斜糸 17との糸径は、 0. 1 一 0. 5mmが好ましい。更に、単位平面形状における斜辺長さ Dは 2— 5mmが好ま しい。傾斜糸 15と逆傾斜糸 17とがなす角度 αは、 60— 120° が好ましい。
[0053] 縦糸 16と傾斜糸 15と逆傾斜糸 17との糸径は、各々同一でも相違していてもよいが 、第 2層 L2を構成する縦糸 16を太くすることで、供給側流路の圧力損失をより低減 することができ、逆に、第 2層 L2を構成する縦糸 16を相対的に細くすることで、乱流 効果により膜面近傍の濃度分極を効果的に抑制することができる。
実施例
[0054] 以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、本 発明が力かる実施例に限定されるものでな 、ことは 、うまでもな!/、。
[0055] <実施例 1Z比較例 1 >
表 2に示した供給側流路材を平行平板セル (C10 - Τ；流路幅 35mm、流路長 135 mm)にセットし、純水を流したときの流量と圧力損失を図 7に示した。成型方法の違 V、と横糸径の違 ヽの他は同仕様のネットである力 実施例 1における圧力損失は比 較例 1に対し約 1Z3の値になった。
[0056] [表 2]
Figure imgf000014_0001
[0057] <実施例 2Z比較例 2 > 表 3に示した供給側流路材を用いて 23. 2m2のスパイラルエレメントを製作し、圧 力容器に装壊した状態で純水を流したときの流量と圧力損失を図 8に示した。実施 例 2における圧力損失は比較例 2に対し約 2Z3以下の値になった。
[0058] [表 3]
Figure imgf000015_0001
[0059] 尚、実施例 2および比較例 2のスパイラルエレメントについて NaClにおける性能を 確認した結果、表 4に示すように、比較例 2に比べ阻止性能が劣ることはなぐ濃度分 極を維持するのに、充分な乱流効果が得られることを確認した。
[0060] [表 4]
Figure imgf000015_0002
[0061] <実施例 3Z比較例 3 >
表 5に示した供給側流路材を平行平板セル (C10 - T；流路幅 35mm、流路長 135 mm)にセットし、純水を平均流速 0. 2mZ秒で流したときの圧力損失を図 9に示した 。成型方法の違いと単位平面形状の違いの他は同仕様のネットである力 実施例 3 における圧力損失は比較例 3に対し約 60%の値になった。
[0062] [表 5] 項目 位 実施例 3 比較例 3
成形方法 一 融着法 融着法
ネットタイプ ― 六角形 （ 図 4 ) ひし形形状 全厚み mm 0 . 7 1 0 . 7 1
糸径 mm 0 . 3 6 0 . 3 6
糸間隔 mm 一 3
A、 B寸法 mm 3 ―
C寸法 mm 2 一
頂点角度 9 0 9 0
[0063] <実施例 4Z比較例 4 >
表 6に示した供給側流路材を平行平板セル (C10 - T;流路幅 35mm、流路長 135 mm)にセットし、純水を平均流速 0. 2mZ秒で流したときの圧力損失を図 10に示し た。成型方法の違いと単位平面形状の違いの他は同仕様のネットである力 実施例 4における圧力損失は比較例 4に対し約 60%の値になった。
[0064] [表 6]
Figure imgf000016_0001
産業上の利用可能性
[0065] この供給側流路材は、用途を何ら限定するものではないが、主に濁質のある排水 など (原水）の処理目的とする分離膜エレメント、または低圧で使用するエレメントに 使われる際にその効果が発揮される。

Claims

請求の範囲
[1] 分離膜、供給側流路材及び透過側流路材の単数又は複数が、有孔の中空状中心 管の周りに巻きつけられているスパイラル型分離膜エレメントにおいて、前記供給側 流路材は、融着法成形にて得られたネットであることを特徴とするスパイラル型分離 膜エレメント。
[2] 前記供給側流路材は、供給液流れ方向に交差して！/ヽる横糸を、供給液流れ方向 に沿って配される縦糸より細くしてあることを特徴とする請求項 1記載のスノ ィラル型 分離膜エレメント。
[3] 前記供給側流路材は、ネット状流路材であり、供給液流れ方向に沿って配される縦 糸を蛇行する構造に形成してある請求項 1又は 2に記載のスパイラル型分離膜エレメ ント。
[4] 前記供給側流路材は、第 1糸で構成される第 1層と第 2糸で構成される第 2層とから なる 2層構造を有し、前記第 1糸及び前記第 2糸の各々が、供給液流れ方向に略平 行に配される平行部と供給液流れ方向に対し斜め方向に配される傾斜部とを繰り返 して有すると共に、前記第 1糸の平行部と前記第 2糸の平行部とが融着して六角形の 単位平面形状を形成して！/ヽる請求項 1に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
[5] 前記供給側流路材は、供給液流れ方向に略平行に配される縦糸と、供給液流れ 方向に対し斜め方向に配される傾斜糸と、供給液流れ方向に対し前記傾斜糸とは逆 の斜め方向に配される逆傾斜糸とから構成される 3層構造を有する請求項 1に記載 のスパイラル型分離膜エレメント。
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