专利名称：：螺旋型分离膜元件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及将在液体中溶解的成分分离的螺旋型分离膜元件，详细而言，涉及内部装有供给侧流路材料的螺旋型分离膜元件，所述供给侧流路材料所具有的结构可以将供给侧的压力损失降低到小于以往、而且具有用于抑制在膜面上的浓差极化所必需的搅拌效果。
背景技术：
：以往，作为螺旋型分离膜元件的结构，己知将分离膜、供给侧流路材料和透过侧流路材料的单个或多个缠绕在有孔的中空状中心管的周边上。另外有报告，在反渗透膜情况的供给侧流路材料上，使用菱形网状流路材料，可以由此减小压力损失(例如，参照专利文献13)。具体而言，可以举出如图ll所示的构成例。另一方面，以减小供给侧流路的压力损失为目的，采用了含有与供给液流动方向平行的纵丝和连接该纵丝的横丝的梯形网状流路材料(例如，参照专利文献4)。该发明没有着眼于纵丝与横丝的粗细关系以及纵丝间隔与横丝间隔的关系，关于纵丝和横丝的粗细也没有提及。然而，在供给侧流路中，作为因供给水流动而产生的阻力，受到供给侧流路材料的很大支配，进而，因供给水的水质所致的供给水的性状、供给水中含有的成分与阻力增大相关联。以往的网，在梯形的情况下，横丝和纵丝通常是同径，横丝阻碍供给液的流动，另外，浮游成分成为堵塞流路的原因。另外，在菱形的情况下，纵横也没有区别，交叉的2个方向的丝，因为截断流路，所以是一样的。即，对于供给侧流路材料而言，在将供给侧的压力损失尽可能减小的功能的基础上，被要求促进膜面的表面更新、控制浓差极化的功能，但是存在如下问题在供给液中浮游的成分卡在供给侧流路材料的横丝上，使流动的阻力增大，或者使其堵塞。进而在膜表面上供给液中浮游的成分卡在供给流路材料的横丝上，这些卡住的悬浮成分堆积在膜面而使有效膜面积减少。除此之外，为了减少分离膜元件的运转成本，还存在减小在供给流路材料上的压力损失的问题。另一方面，以往的网，为了使横丝和纵丝能确实熔合，很多是用剪切法成形的。该剪切法是使用配置有如下喷孔的口模的方法一边使在挤出机的口模的内外2个圆周上配置的多数喷孔逆向旋转，一边挤出横丝和纵丝并在交叉部相互熔合时，使得在横丝和纵丝的交叉部，两者的喷孔重叠成为1个喷孔。如果利用剪切法，则在横丝和纵丝的交点部树脂的挤出量变多，在该部产生桨状的变形。本发明人员经研究，明确该桨状的变形是供给侧流路的压力损失增加的原因。专利文献1:特开平11-235520号公报专利文献2:特开2000-000437号公报专利文献3:特开2000-042378号公报专利文献4:特开平05-168869号公报
发明内容因此，本发明的目的是提供可以减小供给侧流路的压力损失，而且更不易产生阻碍或堵塞供给侧流路流动的问题的螺旋型分离膜元件。本发明人等经过反复精心研究，结果发现通过下示的螺旋型分离膜元件可以实现上述目的，从而完成了本发明。本发明提供一种螺旋型分离膜元件，其是分离膜、供给侧流路材料和透过侧流路材料的单个或多个缠绕在有孔的中空状中心管的周边的螺旋型分离膜元件，其特征在于，所述供给侧流路材料是通过熔合法成形而得到的网。在此，用熔合法成形得到的网，具有如下结构网的构成丝在交点部相互熔合，在平面形状(投影图形)中，熔合部不从构成线溢出。本发明人员发现在网的成形中，通过熔合法得到的成形品与剪切法成形品相比，在交点部的桨状变形非常少，可以减小供给侧流路的压力损失，而且，对于防止供给侧流路的流动阻碍或堵塞有效，所以能够提供优异的螺旋型分离膜元件。另外，熔合法成形品与剪切法成形品相比，表面光滑，有缓和因与在元件组装作业时的膜面的接触或缠绕而压向膜面从而产生的对膜的损伤等优点，对螺旋型分离膜元件的形成是非常有效的。在上述中，前述供给侧流路材料优选将与供给液流动方向交叉的横丝做成比沿着供给液流动方向配置的纵丝细。在网的成形品中，通过使与供给液流动方向交叉的横丝变细，可以增大供给液的流路截面积，所以对供给侧流路的流动阻碍或堵塞有效，能够减小流路的压力损失。另外，所述供给侧流路材料是网状流路材料，优选将沿着供给液流动方向配置的纵丝形成蛇形结构。已知对于防止流路中流动的阻碍或堵塞而言，在流路内的液体的流动以湍流状态流动是有效的(湍流效果)。在本发明中，由于研究出通过将流路材料的纵丝做成蛇形结构，可以得到大于以往的梯形或菱形等流路材料的湍流效果，能够提供供给侧流路的压力损失小、优异的螺旋型分离膜元件。另外，所述供给侧流路材料优选含有2层结构，第1层由第1丝构成，第2层由第2丝构成；所述第1丝和所述第2丝各自反复地具有与供给液流动方向略平行配置的平行部和相对于供给液流动方向成倾斜方向配置的倾斜部；并且，所述第1丝的平行部与所述第2丝的平行部熔合形成六角形的单位平面形状。通过这样的供给侧流路材料，因为第1丝和第2丝在平行部重叠熔合，所以该部分难以形成供给液的阻力，而且，因为是六角形的单位平面形状，所以可以减少每单位流动长度的交点数(此时为平行部的数)，能够进一歩减少供给侧流路的压力损失。或者，优选所述供给侧流路材料具有3层结构，所述3层结构由与供给液的流动方向略平行配置的纵丝、相对于供给液流动方向成倾斜方向配置的倾斜丝以及相对于供给液流动方向与所述倾斜丝成逆向倾斜方向配置的逆倾斜丝构成。通过这样的供给侧流路材料，由纵丝构成的层难以形成供给液的阻力，另外，与2层结构的情况相比，由于更细的倾斜丝和逆倾斜丝在供给液的流动方向交叉，因此该部分难以形成供给液的阻力，可以进一歩减少供给侧流路的压力损失。如上所述，本发明在螺旋型分离膜元件中使用的网的成形中，通过利用熔合法，具有能够减少供给侧流路的压力损失，而且能够防止供给侧流路的流动阻碍或堵塞的优点。同时，有元件的组装等的作业性好的优点。另外，使与供给液的流动方向交叉的横丝变细，或者，使在菱形网状流路材料中的任意一个方向的丝变细，另外，在梯形网状流路材料中，通过将纵丝形成蛇形结构，可以进一步减少供给侧流路的压力损失以及有效地防止供给侧流路的流动阻碍或堵塞。[图l]是表示本发明一种实施方式的网型(第1构成例)的说明图。[图2]是表示本发明其他实施方式的网型(第2构成例)的说明图。[图3]是表示本发明第3种实施方式的网型(第3构成例)的说明图。[图4]是表示本发明第4种实施方式的网型(第4构成例)的说明图。[图5]是表示本发明第4种实施方式的网型(第4构成例)的其他例子的说明图。[图6]是表示本发明第5种实施方式的网型(第5构成例)的说明图。[图7]是例示在本发明实施例1中的供给水流量和压力损失的关系的说明图。[图8]是例示在本发明实施例2中的供给水流量和压力损失的关系的说明图。[图9]是表示在本发明实施例3中的压力损失比较的说明图。[图IO]是表示在本发明实施例4中的压力损失比较的说明图。[图11]是表示以往制品一种实施方式的菱形网型的说明图。符号说明1纵丝2横丝3厚度4纵丝间隔5横丝间隔6交点角度7纵丝蛇形角度11第1丝lla第1丝的平行部lib第1丝的倾斜部12第2丝12a第2丝的平行部12b第2丝的倾斜部15倾斜丝16纵丝17逆倾斜丝具体实施方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图l是表示本发明的螺旋型分离膜元件的供给侧流路材料的一例的图，(A)是正面图，(B)侧面图。本发明的螺旋型分离膜元件，具有分离膜、供给侧流路材料和透过侧流路材料的单个或多个缠绕在有孔的中空状中心管的周边上的结构。所述膜元件的详细情况，在前述的专利文献14中也有详细的记载，涉及供给侧流路材料以外的情况，可以任意采用以往公知的分离膜、透过侧流路材料、中空状中心管等。例如，在使用多个的供给侧流路材料和透过侧流路材料的情况下，形成多个膜叶缠绕在中空状中心管的周边上的结构。本发明所使用的供给侧流路材料，例如图1所示，相对于供给水的流动方向，形成具有纵丝1和横丝2的梯形网状流路材料。本发明的特征是，该供给侧流路材料是用熔合法成形而得到的网。在用熔合法进行成型的情况下，一般而言，一边使在挤出机的口模的内外2个圆周上配置的多个喷孔逆向旋转，一边挤出横丝和纵丝后使其在交叉部相互熔合，在冷却槽中浸渍后，取出。在进行上述挤出时，以在横丝和纵丝的交叉部两者的喷孔不重叠的方式预先配置喷孔(该点与剪切法不同)，在发生适度熔合的时机下使被挤出的横丝和纵丝熔合。因此，与剪切法相比，在交点部横丝和纵丝的形状容易保持，另外，在交点部树脂的挤出量没有增多，在交点部的桨状的变形非常少，可以减少供给侧流路的压力损失。特别是在如图1(A)所示的网用熔合法进行成型的情况下，改变横丝和纵丝的喷孔径，并且不让纵丝的喷孔旋转，只让横丝的喷孔旋转的方法是有效的。作为流路材料的构成要素，除了考虑耐腐蚀性、耐热性、机械强度等而选择材料质(以后叙述)以外，在结构方面，流路截面积成为很大的要素，例如可以举出在图1(A)所示的构成例中的纵丝1的直径，横丝2的直径以及由此而决定的厚度3、纵丝间隔4、横丝间隔5以及交点角度6。即，例如从机械强度方面考虑，优选纵丝l的直径、横丝2的直径越大越好，但是从流路截面积减小关联到压力损失增大的方面考虑不能说是优选。另外，如果减小交点角度，纵丝1和横丝2的结合部分变大，在强度方面是优选的，但是纵丝间隔4变小，由于流路的截面积减小关联到压力损失增大，因此不能说是优选。本发明通过选择这些要素，在减少流路上述的压力损失或防止流动阻碍或堵塞等方面形成最佳流路，并且进一步研究了因纵丝1和横丝2的交叉部的细部的结构，状态而带来的影响，作为无桨状的变形等而能够形成圆滑的流动的接合方法，发现熔合法是最适合的。艮口，由以往的方法、例如剪切法成形的网，在交点部产生桨状的变形，但是本发明的熔合法成形品与剪切法成形品相比，这样的变形非常少。另外，熔合法成形品与剪切法成形品等其他的成形品相比，表面光滑，具有缓和因与在元件组装作业时的膜面的接触或缠绕而压向膜面从而产生的对膜的损伤等优点。这样的优点在形成流路材料方面是非常有用的，通过本发明的熔合法成形品，可以提供即使是同一结构以往也没有的、优异的螺旋型分离膜元件。特别是在梯形流路材料中，使与流体相接触的横丝2的长度变长的情况很多，由于能够最大限度地利用熔合法成形品的这样的优点，所以除了梯形流路材料自身的优异性之外，还可以发挥与熔合法成形品这样的优点的协同效果。在此，作为使用供给侧流路的原水侧流路材料，可以使用任意材质，但是，如上所述考虑耐腐蚀性、耐热性、机械强度等而选择。例如，可以举出聚丙烯、聚乙烯等。另外，对于减少因供给水的流动导致的压力损失的课题，如图l(B)所示，使与供给液流动方向交叉的横丝变细，由此可以增大供给液的流路截面积，对供给侧流路的流动阻碍或堵塞有效，能够减小流路的压力损失。艮口，以往的梯形流路材料，横丝和纵丝以几乎相同的直径被形成，在供给侧流路的原水侧的截面积内，作为实际的流路截面积不足1/2。另外，关于菱形流路材料也是同样的。对于本发明的流路材料而言，使在梯形中相对于纵丝的横丝的直径变小，使在菱形中的任意一个方向的丝的直径比率变小，由此可以增加流路截面积，压力损失比以往的减小。具体而言，纵丝径横丝径的比率为4:12:1为适当，这是本发明人员的研究成果。进而，对本发明的熔合法成形品应用如此的构成，与以往的剪切法成形品等相比，交点部的桨状变形极少，可以更确切地保证使相对于纵丝的横丝的直径比率减小的效果，成为进一步减小阻力的重要因素。进而，在本发明中，在扩大这样的流路的截面积的基础上，由于横丝2全面与流体接触，缓和因上述熔合法成形品的表面光滑性或因与在元件组装作业时的膜面的接触或缠绕而压向膜面从而产生的对膜的损伤的机能，因横丝2的直径縮小，产生了被称为进一步增强的协同效果，因此可以提供供给侧流路的压力损失更小的、优异的螺旋型分离膜元件。作为本发明的螺旋型分离膜元件的其他实施方式，在图2中(第2构成例)示出将梯形网状流路材料变形的构成。使第1构成例中的纵丝1在供给水的流动方向上移动，以便使得交点角度6增大，由此使纵丝l和横丝2的结合部保持原样，而纵丝间隔4增大。通过这样的构成，纵丝l和横丝2的接合部增长，能够充分确保网状流路材料的强度，并且可以形成能够增大流路截面积的、优异的网。另外，通过调整流路内的交点角度6，从能够调整压力损失这一点考虑，可以说具有以往没有的优异功能。即，如上所述，如果交点角度6增大，则纵丝间隔4变大，流路截面积变大；如果交点角度6减小，则纵丝间隔4减小，流路截面积减小。但是，横丝间隔5在交点角度6增大时变小，其结果为，由于有增大压力损失的效果，所以产生限制因流路截面积增大所致的减小压力损失的效果的作用。所以，通过适当地选择纵丝间隔4、横丝间隔5以及交点角度6，可以做成具有所希望的压力损失的流路材料。图3表示本发明的第3构成例。梯形网状流路材料，其特征为将纵丝形成蛇形结构。为了防止流路中的流动阻碍或堵塞，进而减少压力损失，使流路内的液体的流动呈湍流状态流动是有效的，通过将流路材料的纵丝设成蛇形结构，可以得到比以往的梯形或菱形等流路材料还大的湍流效果。所以，能够提供供给侧流路的压力损失小的、优异的螺旋型分离膜元件。特别是在纵丝和横丝的直径不同时，流体的湍流被增长，可以得到更大的湍流效果，能够实现将供给侧流路的压力损失减小。即，对于以往的梯形而言，通过横丝得到湍流效果；对于菱形形状而言，纵横没有区别，通过交叉的2个方向的丝得到湍流效果。对于本发明的流路材料而言，通过将纵丝做成蛇形结构，纵丝与水流并行，可以比直线状更易得到高的湍流效果。如果从流路材料的构成上观察其，本发明如图3所示，在上述第1构成例中的纵丝1的直径等构成要素中，通过增加纵丝蛇形角度7的新要素，对减小流路的压力损失或防止流动的阻碍或堵塞等设定最佳的流路条件。另外，与第2构成例相同，通过适当选择纵丝间隔4、横丝间隔5、交点角度6以及纵丝蛇形角度7，可以做成具有所希望的压力损失的流路材料。具体而言，作为在供给侧流路中使用的原水侧流路材料的式样，如果假设厚度为26mil、28mil、34mil来进行研究，为了得到以往制品中的压力损失减小到1/2的效果，优选将供给侧流路的构成要素设定在表1所示的范围。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>以上叙述了本发明的3个构成例，如果从流路材料的形成上观察，这些构成例是在形成特定的流路材料后，以第1构成例一第2构成例一第3构成例的顺序，通过变更宽度方向(垂直于供给水流动方向的方向)的伸縮程度而得到的。因此，具有能非常容易地做成符合使用条件的流路材料的优异特征。图4图5表示本发明的第4构成例，(A)是正面图，(B)是侧面图，(C)是底面图。在该例中，如图4图5所示，供给侧流路材料具有2层结构，所述2层结构含有由第1丝11构成的第1层L1和由第2丝12构成的第2层L2。此时，第1丝11和第2丝12各自反复地具有与供给液流动方向略平行配置的平行部lla、12a和相对于供给液流动方向成倾斜方向配置的倾斜部llb、12b。进而，第l丝ll的平行部lla与第2丝12的平行部12a熔合形成六角形的单位平面形状。在该第4构成例中，图4表示的是第1丝11和第2丝12各自的倾斜部llb、12b倾斜到同一方向的例子，图5表示的是第1丝11和第2丝12各自的倾斜部llb、12b在交叉时向相反方向倾斜的例子。在图5所示的例子中，由于分别被蛇形地沿着供给液流动方向而配置，第1丝11和第2丝12都可以将供给侧流路的压力损失进一步减小。在图4所示的网以熔合法进行成形的情况下，使第1丝11的喷孔和第2丝12的喷孔相互逆旋转时，只在挤出平行部lla、12a时控制两喷孔使其旋转停止，使两喷孔以断续的方式旋转即可。使被挤出的平行部11a,12a相互熔合。另夕卜，在图5表示的网以熔合法成型的情况下，在挤出倾斜部11b,12b时使两喷孔相互逆旋转，在挤出平行部lla、12a时使两喷孔旋转停止，在挤出下一个倾斜部11b,12b时，使各自喷孔与挤出先前的倾斜部llb、12b时相反地旋转，接着停止两喷孔的旋转，反复进行这样的控制即可。在该构成例中，优选第1丝11和第2丝12的交点部厚度为0.5l.Omm。另夕卜，第1丝11和第2丝12的丝径优选为0.150.5mm。进而，六角形的单位平面形状中的顶点角度a优选60120。，斜边长A、B(即，倾斜部llb、12b的长度)优选为25mm，平行部lla、12a的长度优选为15mm。图6表示本发明的第5构成例，(A)是正面图，(B)是侧面图，(C)是底面图。在该例中，如图6所示，供给侧流路材料具有3层结构，所述3层结构含有第1层Ll、第2层L2以及第3层L3。各层由以下组成构成:与供给液流动方向略平行配置的纵丝16、相对于供给液流动方向成倾斜方向配置的倾斜丝15以及相对于供给液流动方向与前述倾斜丝15成逆向倾斜方向配置的逆倾斜丝17。在图6表示的网以熔合法成型的情况下，可以不使纵丝16的喷孔旋转，而是使倾斜丝15的喷孔和逆倾斜丝17的喷孔相互逆旋转，在交点部相互熔合。纵丝16、倾斜丝15和逆倾斜丝17的叠层顺序可以是任意的，特别是通过由纵丝16构成第2层L2，可以减小在中间层中的流动的阻力，更好地减少供给侧流路的压力损失，而且，由于倾斜丝15和逆倾斜丝17与膜面接触，因此通过湍流效果能够有效地控制膜面附近的浓差极化。另外，第1层Ll和第2层L2的交点部以及第2层L2和第3层L3的交点部可以不一致，但是为了提高供给侧流路材料的形状稳定性，优选两者的交点部一致。在第5构成例中，优选纵丝16和倾斜丝15以及逆倾斜丝17的交点部厚度为0.51.0mm。另夕卜，优选纵丝16和倾斜丝15和逆倾斜丝17的丝径为0.150.5mm。进一步优选单位平面形状中的斜边长D为25mm。倾斜丝15和逆倾斜丝17所形成的角度a优选60120°。纵丝16和倾斜丝15以及逆倾斜丝17的丝径，各自可以相同也可以不同，通过使构成第2层L2的纵丝16变粗，可以更好地减小供给侧流路的压力损失，相反地，通过使构成第2层L2的纵丝16相对地变细，通过湍流效果能够有效地控制膜面近旁的浓差极化。实施例以下对具体地表示本发明的构成和效果的实施例等进行说明。当然本发明并不限定于这些实施例。[实施例1/比较例1]将表2表示的供给侧流路材料设置在平行平板流室(C10-T;流路宽35mm，流路长135mm)中，纯水流动时的流量和压力损失表示在图7中。网除了成型方法不同和横丝径的不同以外别的式样相同，相对于比较例1，实施例1中的压力损失约为1/3的值。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>[实施例2/比较例2]用表3所示的供给侧流路材料制作23.2m2的螺旋型分离膜元件，在对压力容器装坏的状态下，将纯水流动时的流量和压力损失表示在图8中。相对于比较例2，实施例2中的压力损失约为2/3或更小的值。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>另外，确认实施例2和比较例2的螺旋型元件在NaCl中的性能，其结果如表4所示，确认了与比较例2相比阻止性能没有变差，尽管维持了浓差极化，但可以得到充分的湍流效果。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>[实施例3/比较例3]将表5表示的供给侧流路材料设置在平行平板流室(C10-T;流路宽35mm，流路长135mm)中，将纯水以平均流速0.2m/秒流动时的压力损失表示在图9中。网除了成型方法的不同和单位平面形状的不同以外别的式样相同，相对于比较例3，实施例3中的压力损失约为60%的值。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>将表6表示的供给侧流路材料设置在平行平板流室(C10-T;流路宽35mm，流路长135mm)中，将纯水以平均流速0.2m/秒流动时的压力损失表示在图10中。网除了成型方法的不同和单位平面形状的不同以外别的式样相同，相对于比较例4，实施例4中的压力损失约为60%的值。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>产业上的利用可能性该供给侧流路材料，在用途上没有进行任何限定，用于主要以处理具有混浊物质的排水等(原水)为目的的分离膜元件或用于在低压下使用的元件中发挥其效果。权利要求1、一种螺旋型分离膜元件，其是分离膜、供给侧流路材料和透过侧流路材料的单个或多个缠绕在有孔的中空状中心管的周边的螺旋型分离膜元件，其特征在于，所述供给侧流路材料是网状流路材料，将沿着供给液流动方向配置的纵丝形成蛇形结构。2、根据权利要求1所述的螺旋型分离膜元件，其特征在于，所述供给侧流路材料是通过熔合法成形而得到的网。全文摘要本发明的目的在于提供可以减小供给侧流路的压力损失，而且更不易产生阻碍或堵塞供给侧流路流动的问题的螺旋型分离膜元件。所述螺旋型分离膜元件，其是分离膜、供给侧流路材料和透过侧流路材料的单个或多个缠绕在有孔的中空状中心管的周边的螺旋型分离膜元件，其特征在于，所述供给侧流路材料是通过熔合法成形而得到的网。文档编号B01D63/10GK101332413SQ200810134960公开日2008年12月31日申请日期2005年3月18日优先权日2004年3月26日发明者地藏真一,宇田康弘,广川光昭,石原悟申请人:日东电工株式会社