JPH02218421A - スパイラル型液体分離素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスパイラル型液体分離素子の改良に関し、さら
に詳しくは、スパイラル型液体分離素子の部材の１つで
ある透過液側流路材の構造および材質の改良に関する。

［従来の技術］ 従来からスパイラル型楠体分離素子には、逆浸透膜や限
外濾過膜を用いたものが主流である。−般的な逆浸透膜
を用いたスパイラル型液体分離素子は２列状に多数の集
水孔をその管軸方向に配列した中心管の周囲に、第１の
半透膜、透過液側流路材、第２の半透膜、供給液側流路
材を一組とするユニットの単組または複組を巻付けてな
る。逆浸透膜を用いた液体分離では１通常、逆浸透膜の
分離性能を高め処理流体を円滑に流すために、供給液側
と透過液側には差圧が与えられ、逆浸透膜では５ｋｇ／
ａｔ程度から６０ｋｇ／ｃｎｆ程度までの運転圧力が加
えられるが、上記流路材のうちとくに透過液側流路材に
は、運転圧に対して逆浸透膜の機能を損なうことなく該
膜を保持し、透過液の流路を適切に保持するだけの剛性
が要求される。また。

逆浸透膜の分離性能を高めるためには、透過液側流路材
により構成される流路の抵抗が極力小に抑えられること
が望ましい。流路抵抗を小にするには、流路材の流路方
向断面における開孔率を大にする必要がある。膜充填密
度を増すためには流路材は基本的にはできるだけ薄いも
のが望ましいが。

これは流路抵抗小という要求と相反するものであリ、実
際には各々が性能に及ぼす影響のバランスを取って最適
な厚みに設定される。

このような特性に対し、従来逆浸透膜を用いたスパイラ
ル型液体分離素子の透過液側流路材としては９編物が用
いられ９代表的なものとしてポリエステル繊維をダブル
デンビ組織で編んだトリコット編地を樹脂含浸あるいは
熱融着加工で剛着化したもの、又は、該トリコット編地
を更にカレンダー加工し表面を平滑にしたもの等で、厚
み０゜２〜０．３ｍ＋ａ程度のものが汎用されている（
たとえば特開昭６２−３５８０２号公報）。第３図は透
過液側流路材としてトリコット編地４ａの断面図を示し
である。透過液の流路である溝８、及び逆浸透膜を保持
し、該流路を確保するための突起９がその表面に形成さ
れている。

近年、半導体の集積度が増すにつれ、その洗浄水として
使用される超純水の要求水質も厳しくなっている。第５
図は一般的な超純水の製造システムである。１次純水シ
ステム（１１〜１９）では、原水に凝集剤１１．殺菌剤
１２を注入し、砂濾過１３を経て逆浸透膜を用いた液体
分離装置１６で処理し、さらにイオン交換樹脂塔１９で
処理して１次純水を得る。２次純水システム（２０〜２
３．サブシステムともいわれる）では、１次純水を紫外
線殺菌２１シた後ポリラシャ−２２（イオン交換処理）
で処理し。

この後、限外濾過膜を用いたモジュール２３で処理する
ことで、イオン物質やＴＯＣ，微粒子等を排除し、超純
水を製造している。

半導体の集積度増に伴い厳しくなる超純水の要求水質を
満足させるため、最近、サブシステムで限外濾過膜に替
わり、逆浸透膜を用いた液体分離装置をユースポイント
の直前で使用することが検討されている。

この場合、逆浸透膜を用いたスパイラル型液体分離素子
の要求特性として分離性能もさることながら、素子自身
からのイオン物質やＴＯＣ成分の溶出がないこと、およ
び微粒子等の脱落がないこと、さらには液体分離素子の
内部に液の異常滞留部が発生しないことが重要視される
。これらの特性を満足するためには、液体分離素子の中
でとくに透過液と接する部材を、イオン物質やＴＯＣ成
分の溶出が極めて少ない材質で、かつ微粒子の脱落およ
び異常滞留部のない構造にする必要がある。

透過液と接する部材としては前述した透過液側流路材が
あげられる。従来から用いられているポリエステル繊維
のトリコット編地では、熱融着加工およびカレンダー加
工が施しであるから、微粒子およびＴＯＣについては現
在の測定技術の範囲内において水質を満足するものの、
より感度の高いイオン物質に関する水質指標である比抵
抗に問題があった。つまりイオン物質の溶出は初期の段
階から少ないが長期間この溶出速度が維持されること、
透過液流路内に異常滞留部が発生していることによる。

そのため部材の洗浄性も非常に効率が悪かった。又、こ
の流路材が用いられている従来のスパイラル型液体分離
素子を用い、供給水に超純水を用いて処理しても透過液
の比抵抗が供給水の・レベルまで到達するのに多大な時
間を要し、いわゆる立上がり特性が極めて悪かった。立
上がり特性が悪いということは水の収率の低下を招き。

ひいては超純水の製造コストを増加させる要因となる。

ここで、トリコットの異常滞留部について図面を用いて
説明する。第２図は中心管１に取付けられた第１の半透
膜２．透過液側流路材４（トリコット編地）、第２の半
透膜３の１実施態様の平面展開図である。スパイラル型
液体分離素子を製造する過程において、第１および第２
の半透膜を中心管１にのみ開口し、それ以外の三辺を接
着剤６でシールして封筒状にするが、接着剤が硬化する
までに中心管に巻き付けるため、中心管付近の接着剤幅
が広くなる。第３図は、第２図におけるＸ−Ｘ断面図で
ある。図に示すとおり、トリコット編地の溝方向（中心
管へ向かっている）にはよく水は流れるが、溝と直角方
向には１０倍以上の抵抗がある。従って、中心管にトリ
コット溝を通って集水される透過液が、前述の様に接着
剤で流路を閉塞されると、第２図に示すようにその箇所
全体が異常滞留部７となる。上記した現象により。

比抵抗が低下する以外にも、スパイラル型液体分離素子
の有効膜面積が実際の膜面積（接着剤の未塗付部））よ
りも小さくなり、それにより透過液量が減少し、さらに
は異常滞留部で微生物が繁殖することも懸念された。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記のごとき従来技術の欠陥を改善するため
、透過液側流路材としてメツシュ状の織物ネットを用い
ることにより、透過液側流路材内部の異常滞留部を無＜
シ、超純水サブシステムにおける比抵抗、ＴＯＣ，微粒
子の立上がり特性で優れた性能を発揮するとともに、逆
浸透膜を損傷することなく、長期にわたって優れた分離
性能を発揮しかつ維持することのできるスパイラル型液
体分離素子を提供せんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、表面に孔を有する中空状の中心管の周囲に第
１の半透膜、透過液流路材、第２の半透膜、供給液流路
材を一組とするユニットの単組または複組を巻付けてな
るスパイラル型液体分離素子において、前記ユニットの
透過液流路材に、メツシュ状の織物から成るネットを用
いたことを特徴とするスパイラル型液体分離素子に関す
るものである。

ネットは、メツシュ状の織物であればどのようなもので
もよいが、好ましくは篩網（ポルティングクロス）、あ
るいは／または濾過布（フィルタークロス）等が挙げら
れる。

ネットの織物組織としては、透過液の流路を確保し、か
つ透過液が全方向へ分散して流れるような構造を有する
ものであればどのような組織でもかまわない。一般的な
ものとして平織組織があるが、それ以外にも綾織、杉綾
織、朱子織等の特殊織組織や紙組織等が挙げられる 織物の材質（繊維）は、運転圧力に対し、形態を保持す
るだけの機械的強度を有するものならどのようなもので
もかまわないが、好ましくは、ポリアミド系繊維（ナイ
ロン等）、ポリエステル繊維、ポリアクリロニトリル系
繊維、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフ
ィン系繊維。

ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、弗
素系繊維（ポリフルオロエチレン系等）。

炭素繊維等が挙げられる。とくに液体分離素子を超純水
サブシステムに適用する場合には、比抵抗およびＴＯＣ
の立上がり特性を考慮してイオン物質や有機物が低溶出
であること、熱水滅菌に耐えうるだけの耐熱性を有する
こと、および経済性を考慮してポリプロピレン繊維ある
いは／または弗素系繊維がより好ましい。

糸のタイプは、マルチフィラメントまたはモノフィラメ
ントあるいは両者の混合が一般的であるが、超純水サブ
システムに適用する場合には９部材の洗浄効率や微粒子
の立上がり特性を考慮してモノフィラメントがより好ま
しい。

次に図を用いて詳細に説明する。第４図は、第３図と同
様、中心管１に取付けられた第１の半透膜２．透過液流
路材４ｂ（モノフィラメントの平織りネット）、第２の
半透膜３の第２図に示した如きＸ−Ｘ方向の断面図を示
す。

ネットの厚みａは、モノフィラメントの大さｂにより定
まり、モノフィラメントの太さｂを変えることで任意に
設定できる。回合（ピッチ）Ｃも任意に設定できるが、
繊維の剛性とモノフィラメントの太さｂにより回合の最
小値は制限される。

ネットの厚みａ、モノフィラメントの太さす。

フィラメントの回合Ｃの設定は、素子の運転条件（運転
圧力、造水量）、モノフィラメントの剛性あるいは機械
的強度、織物組織等に依存する流路抵抗、および膜充填
密度、さらには半透膜の機能を保持し、透過液流路を長
期間安定に保持できることを考慮する必要がある。超純
水サブシステムで用いるスパイラル型液体分離素子に使
用するネットは、上記した要求機能を考慮した場合、ネ
ットの厚みａが０．１〜２．０ｍｍであり、フィラメン
トの回合Ｃが０．１５〜３．０ｍｍの範囲であることが
望ましい。

メツシュ状の織物から成るネットは、上記した長所を有
することから、超純水サブシステムにおいて立上がり特
性の極めて優れた液体分離素子を提供することが可能で
あるとともに、従来からあるスパイラル型液体分離素子
の分離性能、耐久性を向上させ、さらに素子の洗浄、殺
菌を容易にすることが可能である。

［実施例］ 実施例　１ 透過液側流路材として、ポリプロピレンを原料とするモ
ノフィラメントを平織りした。厚み０゜２Ｍ、モノフィ
ラメントの目金５０Ｘ５０Ｍｅｓｈ／１ｎｃｈのネット
と、比較例として従来から用いられているポリエステル
繊維のマルチフィラメントをダブルデンビ組織に編成し
、これを熱処理で硬化させたトリコット編地をさらにカ
レンダー加工したものをそれぞれ使用して、外径４イン
チのスパイラル型液体分離素子を製作した。第５図に示
した超純水製造システムの中で、サブシステムのポリラ
シャ−の後にスパイラル型液体分離装置を設置して、上
記分離素子の比抵抗の立上がり特性を比較した。供給水
の比抵抗は１８．２０ＭΩ・国であり、運転圧力１０ｋ
ｇ／ａ／、温度２５℃、進水量４Ｔ／日９回収率９０％
で運転した結果を第６図に示す。従来から用いられてい
る流路材を使用して製作したスパイラル型液体分離素子
は、約１００時間運転した後でも比抵抗は供給水レベル
に到達せず、１８．ＩＯＭΩ・（至）で頭打ちとなるの
に対し、流路材にモノフィラメントの平織りネットを用
いて製作したスパイラル型液体分離素子は、運転開始後
２時間で供給水レベル（１８，２０ＭΩ・ｃｍ）に到達
し、立上がり時間を大幅に縮小できた。さらに１０時間
後には、理論純水の比抵抗値１８．２５ＭΩ・国まで到
達した。

実施例　２ 実施例１で用いた透過液側流路材について、各々３００
時間までの流動抵抗を圧力１５ｋｇ／ｃａｒで測定した
結果を表１に示す。従来から用いられているトリコット
編地の流路材の厚みが０．２５ｍｍであり、平織りネッ
トの厚みが２０％薄くなっているにもかかわらず、流動
抵抗の初期値は１０％小さくすることができた。また、
３００時間後の流動抵抗の変化率は５％であり、トリコ
ット編地と同程度の耐久性を有している。

第　　　　１　　　　表 第　　　　２　　　　表 実施例　３ 実施例１と同様にしてスパイラル型液体分離素子を製作
し、運転圧力１５ｋｇ／ｃａｒ、温度２５℃で０．１５
％食塩水の分離性能を比較した。その結果を表２に示す
。平織りネットを用いた分離素子は、トリコット編地を
用いたものに比べて、造水量が約１０％増加し、透過液
の水質も約４０％改善された。

［発明の効果］ 本発明は、上記の如き従来技術を改善し、以下の効果を
有するものである。

（１）流路材の表面率骨性が向上して、膜の変形が最少
限に抑えられることにより、液体分離素子の性能低下を
防止し、また寿命を大幅に伸ばす。

（２）流路材を薄くすることが可能となりその分だけ膜
充填密度を上げることができ、また、接着剤の広がりに
よる有効膜面積の減少を解消することで、液体分離素子
単位体積当りの透過液量が増加する。

（３）透過液側流路に異常滞留部の発生が無くなったこ
と、および流路材材質に低溶出タイプの繊維を使用した
ことで、超純水サブシステムに適用した場合の立上がり
特性が極めて改善され、超純水の水質の向上、収率の向
上に寄与する。

（４）モノフィラメントを用いていることにより。

超純水サブシステムに適用した場合の微粒子の脱落数を
現在の測定技術の検出限界値以下まで低減することが可
能となり、超純水の水質が向上する。

（５）透過液側流路内での微生物の繁殖が防止でき、ま
た熱水滅菌や洗浄も容易となることから。

食品分野でも好適に利用できる。

なお１本発明に係る装置は、超純水サブシステムに適用
されるスパイラル型液体分離素子はもとより、すべての
スパイラル型液体分離素子に適用可能であり、その利用
分野は極めて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係るスパイラル型液体分離素子の断
面図である。 第２図は、従来技術に係るスパイラル型液体分離素子の
１実施態様の平面展開図であり、従来素子の異常滞留部
を示す。 第３図は、従来技術に係る液体分離素子において、透過
液流路材としてトリコット編地を用いた場合の第２図に
おけるＸ−Ｘ断面図である。 第４図は２本発明に係る透過液流路材としてモノフィラ
メントの平織りネットを用いた場合の液体分離素子のＸ
−Ｘ断面図である。 第５図は、超純水製造システムの概略図の一例である。 第６図は１本発明に係るスパイラル型液体分離素子と従
来技術に係るスパイラル型液体分離素子の超純水サブシ
ステムにおける比抵抗の立上がり特性を示した図である
。 １：中心管　１ｂ＝集水孔　２：第１の半透膜４：透過
液側流路材　４ａミニトリコット地４ｂ：透過液流路材
　５：供給液側流路材６：接着剤　７：異常滞留部　８
：溝　９：突起１０：織物　１１：凝集剤　１２：殺菌
剤１３：砂濾過　１４：保安フィルター。 １５：高圧ポンプ　１６：液体分離装置１７：透過水タ
ンク　１８：脱気塔　１９：イオン交換樹脂塔　２０：
１次純水タンク 特許出願人　　東　し　株　式　会　社第５因 第６図 運転時間 ［ｈｒ］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に孔を有する中空状の中心管の周囲に第１の半透膜
   、透過液流路材、第２の半透膜、供給液流路材を一組と
   するユニットの単組または複組を巻付けてなるスパイラ
   ル型液体分離素子において、前記ユニットの透過液流路
   材に、メッシュ状の織物から成るネットを用いたことを
   特徴とするスパイラル型液体分離素子。