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WO2011158518A1 - スパイラル型分離膜エレメント、有孔中空管およびその製造方法 - Google Patents

スパイラル型分離膜エレメント、有孔中空管およびその製造方法 Download PDF

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WO2011158518A1
WO2011158518A1 PCT/JP2011/003485 JP2011003485W WO2011158518A1 WO 2011158518 A1 WO2011158518 A1 WO 2011158518A1 JP 2011003485 W JP2011003485 W JP 2011003485W WO 2011158518 A1 WO2011158518 A1 WO 2011158518A1
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WO
WIPO (PCT)
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hollow tube
perforated hollow
separation membrane
peripheral surface
membrane element
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/003485
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English (en)
French (fr)
Inventor
康弘 宇田
敏充 浜田
眞一 地蔵
Original Assignee
日東電工株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日東電工株式会社 filed Critical 日東電工株式会社
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Priority to US13/704,476 priority patent/US20130087499A1/en
Priority to CN2011800301412A priority patent/CN102946978A/zh
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
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    • B29L2023/00—Tubular articles
    • B29L2023/22—Tubes or pipes, i.e. rigid

Definitions

  • the present invention relates to a spiral type separation membrane element.
  • the present invention also relates to a perforated hollow tube that can be used in the spiral separation membrane element and a method for producing the perforated hollow tube.
  • the perforated hollow tube having a plurality of through holes connected from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface can be used, for example, as a central tube of a spiral separation membrane element used for drainage purification or seawater desalination.
  • a spiral type separation membrane element used for drainage purification or seawater desalination.
  • a reverse osmosis membrane, a precision leakage membrane, and an ultrafiltration membrane are used as a separation membrane and put into practical use.
  • demand for this spiral type separation membrane element has increased, and the required separation performance has been significantly improved. Not only the performance of the separation membrane, but also the separation membrane element as a whole, the pressure loss in the element has been reduced. Improvements in performance are being studied.
  • the central tube the open area ratio of the through hole (for example, see Patent Document 1) and the structure of the inner peripheral surface of the central tube (for example, see Patent Document 2) have been studied. There is a need for further performance improvements.
  • JP 2004-305823 A Japanese Patent Laid-Open No. 2007-111474
  • the present invention relates to a perforated hollow tube having a plurality of through-holes connected from an outer peripheral surface to an inner peripheral surface, and a laminate including a separation membrane and a flow path member wound around the perforated hollow tube. And a spiral separation membrane element provided with a non-penetrating recess in a region covered with the laminate on the outer peripheral surface of the perforated hollow tube.
  • the present invention is a perforated hollow tube having a plurality of through holes connected from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface, and a non-penetrating recess is provided on the outer peripheral surface, Provided is a perforated hollow tube in which the plurality of through holes are open.
  • the present invention is a method for producing the perforated hollow tube by an injection molding method, wherein a core mold that forms an inner space of the perforated hollow tube and the core mold are accommodated.
  • a method for manufacturing a perforated hollow tube in which a resin is injected into a mold including a convex part that forms a non-penetrating concave part and a main mold having a boss that forms the plurality of through holes.
  • the permeate since the permeate flows into the non-penetrating recess, the permeate can flow smoothly in the non-penetrating recess, and the resistance applied to the permeate can be reduced. Thereby, pressure loss can be reduced and the amount of permeate can be increased.
  • FIG. 3A is a perspective view of the laminate before being wound around the perforated hollow tube
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of the laminate wound around the perforated hollow tube
  • 4A is a cross-sectional view of a mold for producing the perforated hollow tube shown in FIG. 1
  • FIG. 4B is a cross-sectional view showing an example in which the perforated hollow tube is divided into a plurality of pieces in the axial direction.
  • FIG. 1st modification The perspective view which shows the perforated hollow tube of a 1st modification.
  • FIG. 6A is a side view showing a perforated hollow tube of a second modification
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the perforated hollow tube.
  • FIG. 7A is a side view showing a perforated hollow tube of a third modification
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of the perforated hollow tube.
  • 8A to 8C are side views showing perforated hollow tubes of fourth to sixth modifications, respectively.
  • FIG. 9A is a side view showing a perforated hollow tube of a seventh modification
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the perforated hollow tube.
  • FIG. 10A is a side view showing a perforated hollow tube of an eighth modification
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of the perforated hollow tube.
  • FIG. 1 shows a perforated hollow tube 1 used in a spiral separation membrane element according to an embodiment of the present invention.
  • This perforated hollow tube 1 has a plurality of through-holes 2 connected from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface.
  • the material of the perforated hollow tube 1 is not particularly limited, but the perforated hollow tube 1 is preferably a rigid body having no flexibility. For example, those made of metal, resin, or ceramic are preferably used.
  • metal for example, iron, aluminum, stainless steel, copper, brass (true weave), bronze, duralumin, or an alloy having two or more metal elements can be used. From the viewpoint of corrosion resistance, it is preferable to use stainless steel.
  • thermosetting resin examples include epoxy resin, phenol resin, melamine resin, urea resin (urea resin), alkyd resin, unsaturated polyester resin, polyurethane, thermosetting polyimide, silicone resin, and diallyl phthalate resin. .
  • the thermoplastic resin examples include polyethylene resin, polystyrene resin, polypropylene resin, polycarbonate resin, polyacetal resin, polyamide resin, polysulfone resin, polyester resin (for example, polyethylene terephthalate resin and polybutylene terephthalate resin), and modified polyphenylene oxide resin.
  • modified polyphenylene ether resin polyphenylene sulfide resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin, acrylonitrile-styrene copolymer resin, polymethyl methacrylate resin, or a mixture or polymer alloy thereof.
  • a fiber material such as glass fiber or carbon fiber, or a crystalline material such as whisker or liquid crystal polymer may be added to the resin composition.
  • the glass fiber include glass wool, chopped glass fiber, and milled glass fiber.
  • the carbon fiber include milled carbon fiber.
  • the whisker include aluminum borate whisker, potassium titanate whisker, basic magnesium sulfate whisker, calcium silicate whisker, and calcium sulfate whisker.
  • additives may be added for the purpose of improving resin properties.
  • flame retardants, stabilizers, pigments, dyes, mold release materials, lubricants, weather resistance improvers and the like may be added to the resin composition.
  • additives may be used alone, but can be used as a mixture of two or more.
  • the number and size of the through holes 2 provided in the perforated hollow tube 1 may be set as appropriate.
  • the outer diameter of the perforated hollow tube 1 is a spiral separation membrane element having a diameter of about 8 inches. In the case of about ⁇ 40 mm, the diameter of the through hole 2 is about 2 to 8 mm, and the number of the through holes 2 is preferably about 50 to 200.
  • the through holes 2 are preferably arranged on at least one line extending in the axial direction of the perforated hollow tube 2. In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3B, the through holes 2 are arranged in two rows so as to be positioned 180 degrees opposite to the central axis of the perforated hollow tube 2.
  • a non-penetrating recess 3 is provided on the outer peripheral surface of the perforated hollow tube 1 so that the through-hole 2 opens at the bottom of the non-penetrating recess 3.
  • This non-penetrating recess 3 has an effect of smoothly introducing the permeate into the through hole 2 and is therefore considered to exert an effect of reducing the pressure loss in the element.
  • the non-penetrating recess 3 refers to a portion that reduces the thickness of the perforated hollow tube 1.
  • the non-penetrating recess 3 is composed of a coupling groove 31, a parallel groove 32, and a connection groove 33, and a non-penetrating recess 3 secures a flow path for the permeate.
  • the depth and width of the grooves 31 to 33 are not particularly limited. For example, when the outer diameter of the perforated hollow tube 1 is about 30 to 40 mm in a spiral separation membrane element having a diameter of about 8 inches.
  • the depth of the grooves 31 to 33 is, for example, about 0.5 mm to 2 mm, and the width of the grooves 31 to 33 is, for example, about 1 mm to 3 mm.
  • the connecting groove 31 connects the through holes 2 for each line in which the through holes 2 are arranged.
  • the connecting groove 31 preferably extends in the axial direction of the perforated hollow tube 1 so as to be parallel to the fluid flow direction of the spiral separation membrane element. With this structure, the permeated liquid can be linearly guided by the connecting groove 31, so that the pressure loss reduction effect in the element can be further enhanced.
  • Each connection groove 31 may be provided continuously, but may be provided intermittently intentionally.
  • the parallel groove 32 is parallel to the connecting groove 31 and divides the outer peripheral surface of the perforated hollow tube 1 together with the connecting groove 31 in the circumferential direction.
  • the connecting groove 31 and the parallel groove 32 are arranged at equiangular intervals.
  • the connection groove 33 connects the connection groove 31 and the parallel groove 32.
  • connection grooves 33 and the extending direction are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the moving direction of the permeated liquid.
  • the connection groove 33 extending in the circumferential direction may be disposed so as to pass through the centers of all the adjacent through holes 2.
  • each of the grooves 31 to 33 is not particularly limited, and can be appropriately designed such as a square shape, a U shape, a V shape, a semicircular shape, or a stepped side surface.
  • the bottom corner is rounded (R-processed) with a radius of about 0.5 mm to 2 mm.
  • the range in which the non-penetrating recess 3 is provided in the axial direction of the perforated hollow tube 1 is a non-penetrating recess in a region covered with a laminate 8 (see FIG. 3A) described later on the outer peripheral surface of the perforated hollow tube 1. 3 is preferably not reached at both ends of the perforated hollow tube 1.
  • the separation membrane in the spiral type separation membrane element generally has a structure that is folded in half and sealed on three sides. At the end of the perforated hollow tube 1, the vicinity of this sealed portion is the same as the hollow tube. It is glued. If the non-penetrating recess 3 overlaps with the bonded portion, the permeate may leak out, and the separation efficiency may deteriorate. Therefore, a structure in which the non-penetrating recess 3 is not formed in the portion where the sealing portion of the separation membrane is in contact with the perforated hollow tube 1 can be particularly preferably used.
  • the perforated hollow tube 1 constitutes a spiral separation membrane element by winding a laminated body 8 around the perforated hollow tube 1 in a spiral shape.
  • the laminated body 8 is formed in an envelope shape (bag shape) by superposing separation membranes 6 on both surfaces of a permeation-side flow path material 5 made of a synthetic resin net and bonding three sides.
  • the formed membrane leaf 7 and the supply-side channel material 4 made of a synthetic resin net are alternately laminated.
  • the permeate-side channel material 5 forms a permeate-side channel 8B for allowing the permeate to flow between the separation membranes 6, and the supply-side channel material 4 allows the supply liquid to flow between the membrane leaves 7.
  • the supply-side flow path 8A is formed.
  • the opening of the membrane leaf 7 is attached to the perforated hollow tube 1.
  • two continuous separation membranes 6 are formed by folding one continuous sheet 60 into two with the supply-side flow path member 4 interposed therebetween.
  • the membrane leaf 7 is obtained by joining the separation membranes 7 formed in this way at three sides with the permeation-side channel material 5 interposed therebetween. An adhesive is used for this joining.
  • an extended portion obtained by extending one piece of the permeate-side flow path member 5 is directly wound around the perforated hollow tube 1 and both ends thereof are sealed with an adhesive, whereby a perforated hollow tube A cylindrical channel 8 ⁇ / b> C facing the outer peripheral surface of 1 is formed.
  • the opening of the membrane leaf 7 communicates with the through hole 2 via the cylindrical flow path 8C.
  • the configuration of the stacked body 8 is not limited to the configuration shown in FIGS. 3A and 3B.
  • all the separation membranes 6 may be connected by folding a continuous sheet into a bellows shape.
  • the separation membrane 6 has a structure in which, for example, a porous support and a skin layer (separation function layer) are sequentially laminated on a nonwoven fabric layer. It does not specifically limit as a constituent material of a nonwoven fabric layer, A conventionally well-known thing is employable.
  • Conventionally known materials can be used as the constituent material of the porous support.
  • examples thereof include polyaryl ether sulfones such as polysulfone and polyether sulfone, polyimide, polyvinylidene fluoride, and epoxy.
  • the skin layer does not exhibit permeability to the separation target substance contained in the supply liquid and has a separation function.
  • the material constituting the skin layer is not particularly limited, and conventionally known materials can be used. Specifically, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), nylon And polyamide, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl alcohol (PVA), PMMA, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, ethylene-vinyl alcohol copolymer, and the like.
  • the supply-side flow path material 4 may be a conventionally known material such as a net-like material, a mesh-like material, a grooved sheet, or a corrugated sheet.
  • a conventionally known material such as a net-like material, a knitted material, a mesh-like material, a grooved sheet, and a corrugated sheet can be used.
  • the manufacturing method of the perforated hollow tube 1 is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, by a method of drilling and cutting grooves in a resin hollow tube or metal hollow tube obtained by an extrusion molding method, or by a die cutting process using a mold such as an injection molding method A method of subjecting the obtained resin or ceramic perforated hollow tube to a cutting groove process may be mentioned. Among others, the present inventors have found a method for producing the perforated hollow tube 1 efficiently and with high productivity. The method is a method of manufacturing the perforated hollow tube 1 by an injection molding method in which a resin is injected into a mold and cured. An example of this formwork is shown in FIG. 4A.
  • the 4A includes a core mold 12, a main mold 11 that accommodates the core mold 12, and an auxiliary member 18 that fixes the core mold 12 to the main mold 11.
  • a molding chamber 13 is formed between the core mold 12 and the main mold 11.
  • the core mold 12 forms an internal space of the perforated hollow tube 1.
  • the main mold 11 has a convex portion 16 that forms the non-penetrating concave portion 3 and a boss 17 that forms the through hole 2.
  • the main mold 11 can be divided in a direction perpendicular to the axial direction of the perforated hollow tube 1 and is composed of a pair of main parts 11A and 11B that are fastened in contact with each other.
  • a resin injection port 14 is provided in each main part 11A, 11B.
  • the core mold 12 can be divided in the axial direction of the perforated hollow tube 1 and is composed of a pair of core parts 12A and 12B fixed to the main mold 11 in contact with each other.
  • the perforated hollow tube 1 does not necessarily need to be integrally injection-molded as a whole.
  • the perforated hollow tube 1 is divided into a plurality of pieces 1A, 1B in the axial direction (two in the example, but may be three or more), and each piece 1A, It is also possible to manufacture the perforated hollow tube 1 by injection-molding 1B using a mold as shown in FIG. 4A and joining the pieces 1A and 1B.
  • the joining method in this case is not particularly limited, and a known technique such as resin adhesion, heat fusion, ultrasonic fusion, or rotational friction fusion can be used as appropriate.
  • the non-penetrating recess 3 is not limited to the configuration described above, and various modifications are possible.
  • the non-penetrating recess 3 may be composed of only the connecting groove 31 and the parallel groove 32.
  • the non-penetrating recess 3 may include only the parallel grooves 32 that do not include the connection groove 31 and are arranged at equal angular intervals. That is, the plurality of through holes 2 do not have to open to the bottom of the non-through recess 3.
  • the permeated liquid that has flowed into any of the parallel grooves 32 passes through the permeate-side flow path material 5 along the outer peripheral surface of the perforated hollow tube 1 to the through-hole 2 by the shortest route.
  • the flow resistance of the permeate can be lowered to some extent.
  • the non-penetrating recess 3 functions as a flow path that guides the permeate to the through-hole 2, so that the flow resistance of the permeate can be greatly reduced. .
  • connection groove 31 does not necessarily extend in the axial direction of the perforated hollow tube 1 and meanders so as to wave at a wavelength twice the pitch of the through holes 2 as shown in FIGS. 7A and 7B. You may do it. Or although illustration is abbreviate
  • the non-penetrating recess 3 is only a meandering groove 34 in which the connecting groove 31 shown in FIG. 7A is displaced in the axial direction of the perforated hollow tube 1 by half the pitch of the through hole 2. It may be configured.
  • a connecting groove 31 undulating at a wavelength twice the pitch of the through-holes 2 is provided symmetrically with respect to the line in which the through-holes 2 are arranged, and these can be crossed on the through-holes 2. Good.
  • the connecting groove 31 undulates the waveform does not need to draw a smooth curve, and may be an angular wave as shown in FIG. 8C.
  • the non-penetrating recess 3 may be constituted by individual depressions 35 provided corresponding to the respective through holes 2 as shown in FIGS. 9A and 9B.
  • each individual recess 35 includes a cross-shaped groove and a concentric groove.
  • the bottom surface of the individual recess 35 may be a curved surface parallel to the outer peripheral surface of the perforated hollow tube 1 or a plane orthogonal to the axial direction of the through hole 2.
  • the non-penetrating recess 3 may have a configuration as shown in FIGS. 10A and 10B.
  • a connecting groove 31 extending in the axial direction of the perforated hollow tube 1 is provided on the outer peripheral surface of the perforated hollow tube 1, and a circumferential groove 36 extending from each through hole 21 to both sides is provided.
  • a thin lattice groove is provided so as to form dots 37 arranged in a matrix.
  • the shape of the dot 37 is not necessarily a square, and may be another shape such as a circle.
  • channel 32 are not provided, and the non-penetrating recessed part 3 may be comprised only by the lattice groove

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Abstract

　本発明のスパイラル型分離膜エレメントは、外周面から内周面につながる複数の貫通孔（２）を有する有孔中空管（１）と、有孔中空管（１）の周囲に巻回された、分離膜および流路材を含む積層体と、を備えている。有孔中空管（１）の外周面における前記積層体で覆われる領域には非貫通凹部（３）が設けられている。本発明によれば、透過液が非貫通凹部（３）に流れ込むために、その非貫通凹部（３）内では透過液がスムーズに流れることができ、透過液にかかる抵抗を小さくすることができる。これにより、圧力損失を低減し、透過液量を増大させることができる。

Description

スパイラル型分離膜エレメント、有孔中空管およびその製造方法
　本発明は、スパイラル型分離膜エレメントに関する。また、本発明は、そのスパイラル型分離膜エレメントに用いることができる有孔中空管およびこの有孔中空管の製造方法に関する。
　外周面から内周面につながる複数の貫通孔を有する有孔中空管は、例えば、排水の浄化や海水淡水化に用いられるスパイラル型分離膜エレメントの中心管として用いることができる。このスパイラル型分離膜エレメントでは、分離膜として逆浸透膜や精密漏過膜、限外濾過膜が用いられ、実用化されている。このスパイラル型分離膜エレメントは、近年、需要が増加するとともに、要求される分離性能も著しい向上が求められており、分離膜の性能ばかりでなく、分離膜エレメント全体として、エレメント内の圧力損失低減などの性能向上が検討されている。従来では、この中心管に関しては、貫通孔の開孔率（例えば、特許文献１参照）や、中心管内周面の構造（例えば、特許文献２参照）などについて検討されてきたが、現在においても更なる性能向上が求められている。
特開２００４－３０５８２３号公報 特開２００７－１１１６７４号公報
　本発明は、圧力損失を低減し、透過液量を増大させることができる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。また、本発明は、そのスパイラル型分離膜エレメントに用いることができる有孔中空管およびその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は、外周面から内周面につながる複数の貫通孔を有する有孔中空管と、前記有孔中空管の周囲に巻回された、分離膜および流路材を含む積層体と、を備え、前記有孔中空管の外周面における前記積層体で覆われる領域には非貫通凹部が設けられている、スパイラル型分離膜エレメントを提供する。
　また、本発明は、外周面から内周面につながる複数の貫通孔を有する有孔中空管であって、前記外周面には非貫通凹部が設けられており、この非貫通凹部の底に前記複数の貫通孔が開口している、有孔中空管を提供する。
　さらに本発明は、上記の有孔中空管を射出成形法により製造する方法であって、前記有孔中空管の内部空間を形成する中子型と、前記中子型を収容する、前記非貫通凹部を形成する凸部および前記複数の貫通孔を形成するボスを有する主型と、を含む型枠内に樹脂を注入して硬化させる、有孔中空管の製造方法を提供する。
　本発明によれば、透過液が非貫通凹部に流れ込むために、その非貫通凹部内では透過液がスムーズに流れることができ、透過液にかかる抵抗を小さくすることができる。これにより、圧力損失を低減し、透過液量を増大させることができる。
本発明の一実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメントに用いられる有孔中空管を示す斜視図。 スパイラル型分離膜エレメントの構成例を示す分解斜視図。 図３Ａは有孔中空管の回りに巻回される前の積層体の斜視図、図３Ｂは有孔中空管の回りに巻回された積層体の模式的な断面図。 図４Ａは図１に示す有孔中空管を製造する型枠の断面図、図４Ｂは有孔中空管を軸方向に複数のピースに分けた例を示す断面図。 第１変形例の有孔中空管を示す斜視図。 図６Ａは第２変形例の有孔中空管を示す側面図、図６Ｂは同有孔中空管の断面図。 図７Ａは第３変形例の有孔中空管を示す側面図、図７Ｂは同有孔中空管の断面図。 図８Ａ～８Ｃはそれぞれ第４～第６変形例の有孔中空管を示す側面図。 図９Ａは第７変形例の有孔中空管を示す側面図、図９Ｂは同有孔中空管の断面図。 図１０Ａは第８変形例の有孔中空管を示す側面図、図１０Ｂは同有孔中空管の断面図。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
　図１に、本発明の一実施形態に係るスパイラル型分離膜エレメントに用いられる有孔中空管１を示す。この有孔中空管１は、外周面から内周面につながる複数の貫通孔２を有する。有孔中空管１の材質などは特に限定されるものではないが、有孔中空管１は可撓性を有しない剛体であることが好ましい。例えば、金属や樹脂、セラミックス製のものが好ましく用いられる。
　金属としては、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス、銅、黄銅（真織）、青銅、ジュラルミンや、２種以上の金属元素を有する合金を用いることができるが、浄水用途に用いる場合、コスト、強度および耐蝕性の面から、ステンレスを用いることが好ましい。
　前記樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂（ユリア樹脂）、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド、シリコーン樹脂、及びジアリルフタレート樹脂が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂やメラミン樹脂、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂）、変性ポリフェニレンオキシド樹脂（例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリルニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体樹脂、アクリルニトリル－スチレン共重合体樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、あるいはこれらの混合物やポリマーアロイを挙げることができる。
　また、樹脂の強度を高めるために、樹脂組成物中にガラス繊維や炭素繊維などの繊維材料や、ウィスカーや液晶ポリマーなどの結晶系材料を加えても良い。例えば、ガラス繊維としては、ガラスウール、チョップド・ガラスファイバー、ミルド・ガラスファイバーを挙げることができる。また、炭素繊維としては、ミルド炭素繊維を挙げることができる。ウィスカーとしては、ホウ酸アルミニウムウィスカー、チタン酸カリウムウィスカー、塩基性硫酸マグネシウムウィスカー、珪酸カルシウムウィスカー及び硫酸カルシウムウィスカーを挙げることができる。
　さらには、樹脂の特性向上を目的として各種添加剤を加えてもよい。例えば、難燃剤、安定剤、顔料、染料、離型材、滑材、耐候性改良剤などを樹脂組成物に添加してもよい。これらの添加物は単独で用いても良いが、２種以上の混合物として用いることができる。
　有孔中空管１に設けられる貫通孔２の個数および大きさは適宜設定すれば良いが、例えば、直径８インチ程度のスパイラル型分離膜エレメントで、有孔中空管１の外径が３０～４０ｍｍ程度の場合、貫通孔２の直径は２～８ｍｍ程度であり、さらに、貫通孔２の個数は５０～２００個程度設けることが好ましい。また、貫通孔２は、有孔中空管２の軸方向に延びる少なくとも１本の線上に並んでいることが好ましい。本実施形態では、図２および図３Ｂに示すように、貫通孔２が有孔中空管２の中心軸に対して１８０度反対に位置するように２列に配列されている。
　さらに、有孔中空管１の外周面には、非貫通凹部３が当該非貫通凹部３の底に貫通孔２が開口するように設けられている。この非貫通凹部３は、貫通孔２に透過液をスムーズに導入する効果を有するため、エレメント内の圧力損失低減効果を及ぼすものと考えられる。ここで、非貫通凹部３とは、有孔中空管１の肉厚を減少させる部分をいう。
　本実施形態では、非貫通凹部３が連結溝３１、平行溝３２および接続溝３３で構成されており、非貫通凹部３によって透過液の流路が確保されている。これらの溝３１～３３の深さや幅は特に限定されるものではないが、例えば、直径８インチ程度のスパイラル型分離膜エレメントで、有孔中空管１の外径が３０～４０ｍｍ程度の場合、溝３１～３３の深さは例えば０．５ｍｍ～２ｍｍ程度であり、また溝３１～３３の幅は例えば１ｍｍ～３ｍｍ程度である。
　連結溝３１は、貫通孔２が並ぶ線ごとに貫通孔２を連結する。連結溝３１は、スパイラル型分離膜エレメントの流体の流れ方向と平行になるように、有孔中空管１の軸方向に延びていることが好ましい。この構造によって、連結溝３１で透過液を直線的にガイドすることができるため、エレメント内の圧力損失低減効果をさらに高めることができる。各連結溝３１は連続的に設けられてもよいが、意図的に断続的に設けてもよい。
　平行溝３２は、連結溝３１と平行なものであり、連結溝３１と共に有孔中空管１の外周面を周方向に分割する。例えば、連結溝３１および平行溝３２は、等角度間隔で配置される。接続溝３３は、連結溝３１と平行溝３２とを接続する。本実施形態のように平行溝３２を連結溝３１に接続することで非貫通凹部３内での透過液の流れがスムーズになるとともに、透過液が流路材を経由することで生じる圧力損失リスクを低減できるため、接続溝３３が設けられていない場合に比べてエレメント内の圧力損失を低減することができる。なお、接続溝３３の数および延びる方向は特に限定されるものではなく、透過液の移動方向に応じて適宜決定すれば良い。例えば、図１に示すように、周方向に延びる接続溝３３が全ての隣り合う貫通孔２の中央を通るように配置されていてもよい。
　各溝３１～３３の断面形状は特に限定されるものではなく、四角型、Ｕ字型、Ｖ字型、半円型や側面が階段状になったものなど適宜設計することが出来るが、四角型やＶ字型においては、底隅部に半径０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度の角丸め加工（Ｒ加工）がなされていることが好ましい。これによりさらに流動抵抗が低減できるとともに、加圧条件下においては隅部への応力集中が緩和できるため、劣化や破損を防止することができる。
　有孔中空管１の軸方向において、非貫通凹部３が設けられた範囲は、有孔中空管１の外周面における後述する積層体８（図３Ａ参照）で覆われる領域に非貫通凹部３が設けられるように、有孔中空管１の両端部に達していないことが好ましい。スパイラル型分離膜エレメントにおける分離膜は、一般に二つ折りにして三辺を封止される構造のものが用いられるが、有孔中空管１の端部ではこの封止部分付近が中空管と接着されている。非貫通凹部３がこの接着部分と重なると、透過液が漏れ出てしまい、分離効率が悪くなる場合がある。したがって、分離膜の封止部分が有孔中空管１と接する部分には非貫通凹部３を形成しない構造を特に好ましく用いることができる。
　有孔中空管１は、図２に示すように、当該有孔中空管１の周囲に積層体８がスパイラル状に巻回されることによりスパイラル型分離膜エレメントを構成する。積層体８は、図３Ａおよび３Ｂに示すように、合成樹脂のネットからなる透過側流路材５の両面に分離膜６を重ね合わせて三辺を接着することにより封筒状（袋状）に形成された膜リーフ７と、合成樹脂のネットからなる供給側流路材４とが交互に積層された構成を有する。透過側流路材５は、分離膜６同士の間に透過液を流すための透過側流路８Ｂを形成し、供給側流路材４は、膜リーフ７同士の間に供給液を流すための供給側流路８Ａを形成する。膜リーフ７の開口部は、有孔中空管１に取付けられる。
　例えば、１枚の連続したシート６０が供給側流路材４を挟んで二つ折りにされることにより、２枚の分離膜６が形成される。膜リーフ７は、そのようにして形成された分離膜７同士が透過側流路材５を挟んで三辺で接合されることにより得られる。この接合には接着剤が用いられる。また、例えば、透過側流路材５の１枚を延長させた延長部が有孔中空管１に直接巻き付けられ、その両端部が接着剤で封止されることにより、有孔中空管１の外周面に面する筒状流路８Ｃが形成される。膜リーフ７の開口部は、この筒状流路８Ｃを介して貫通孔２と連通する。ただし、積層体８の構成は、図３Ａおよび３Ｂに示した構成に限られず、例えば、連続したシートが蛇腹状に折り畳まれることにより、全ての分離膜６がつながっていてもよい。
　分離膜６は、例えば不織布層上に多孔性支持体及びスキン層（分離機能層）が順次積層された構造を有する。不織布層の構成材料としては特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができる。
　前記多孔性支持体の構成材料としては、従来公知のものを採用することができる。例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等のポリアリールエーテルスルホン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、エポキシ等が例示できる。
　前記スキン層は、供給液に含まれる分離対象物質に対し透過性を示さず、分離機能を有するものである。スキン層を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができ、具体的には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ポリアミド、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ＰＭＭＡ、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、エチレン－ビニルアルコール共重合体などが例示できる。
　供給側流路材４は、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等の従来公知のものが使用できる。また、透過側流路材５には、ネット状材料、編み物状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等の従来公知のものが使用できる。
　有孔中空管１の製造方法については特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いることができる。例えば、押し出し成形法により得られた樹脂製中空管や金属製中空管に、穿孔および切削溝堀加工を施す方法や、射出成形法等のように金型などを用いた型抜き加工により得られた樹脂やセラミックスの有孔中空管に対して切削溝堀加工を施す方法が挙げられる。なかでも本発明者らは、有孔中空管１を効率的且つ高い生産性において製造する方法を見出している。その方法は、型枠内に樹脂を注入して硬化させる、射出成形法により有孔中空管１を製造する方法である。この型枠の例を図４Ａに示す。
　図４Ａに示す型枠は、中子型１２と、中子型１２を収容する主型１１と、中子型１２を主型１１に固定する補助部材１８とを含む。中子型１２と主型１１との間には成形室１３が形成されている。中子型１２は、有孔中空管１の内部空間を形成するものである。主型１１は、非貫通凹部３を形成する凸部１６および貫通孔２を形成するボス１７を有する。
　主型１１は、有孔中空管１の軸方向と直交する方向に分割可能であり、互いに接した状態で締め付けられる一対の主パーツ１１Ａ，１１Ｂで構成されている。各主パーツ１１Ａ，１１Ｂには、樹脂注入口１４が設けられている。中子型１２は、有孔中空管１の軸方向に分割可能であり、互いに接した状態で主型１１に固定される一対の中子パーツ１２Ａ，１２Ｂで構成されている。
　なお、有孔中空管１は、必ずしも全体として一体的に射出成形される必要はない。例えば、図４Ｂに示すように有孔中空管１を軸方向に複数（図例では２つであるが、３つ以上であってもよい）のピース１Ａ，１Ｂに分け、各ピース１Ａ，１Ｂを図４Ａに示すような型枠を用いて射出成形し、それらのピース１Ａ，１Ｂを接合することによって、有孔中空管１を製造することも可能である。この場合の接合方法としては、特に限定されるものではなく、樹脂接着や加熱融着、超音波融着、回転摩擦融着など適宜公知の技術を用いることができる。
　（変形例）
　非貫通凹部３は、上述した構成のものに限られず、種々の変形が可能である。例えば、図５に示すように、非貫通凹部３は、連結溝３１および平行溝３２だけで構成されていてもよい。また、非貫通凹部３は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、連結溝３１を含まず、等角度間隔で配置された平行溝３２のみで構成されていてもよい。すなわち、複数の貫通孔２は、非貫通凹部３の底に開口していなくてもよい。この構成では、いずれかの平行溝３２内に流入した透過液が有孔中空管１の外周面に沿って透過側流路材５を貫通孔２まで最短ルートで通過するようになるため、この構成でも透過液の流動抵抗をある程度下げることができる。ただし、非貫通凹部３の底に貫通孔２が開口していれば、非貫通凹部３が貫通孔２に透過液を導く流路として機能するため、透過液の流動抵抗を大きく下げることができる。
　さらに、連結溝３１は、必ずしも有孔中空管１の軸方向に延びている必要はなく、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、貫通孔２のピッチの２倍の波長で波打つように蛇行していてもよい。あるいは、図示は省略するが、連結溝３１は、一周するごとに隣の貫通孔２を通るような螺旋状であってもよい。
　さらに、非貫通凹部３は、図８Ａに示すように、図７Ａに示す連結溝３１が貫通孔２のピッチの半分だけ有孔中空管１の軸方向にずれたような蛇行溝３４のみで構成されていてもよい。また、図８Ｂに示すように、貫通孔２のピッチの２倍の波長で波打つ連結溝３１を、貫通孔２が並ぶ線に対して対称に設け、貫通孔２上でそれらを交差させてもよい。さらには、連結溝３１が波打つ際には、その波形は滑らかなカーブを描く必要はなく、図８Ｃに示すような角波であってもよい。
　あるいは、非貫通凹部３は、図９Ａおよび９Ｂに示すように、各貫通孔２に対応して設けられた個別窪み３５で構成されていてもよい。図例では、各個別窪み３５は、十字条の溝と、同心円状の溝とで構成されている。なお、個別窪み３５の底面は、有孔中空管１の外周面と平行な曲面であってもよいし、貫通孔２の軸方向と直交する平面であってもよい。
　さらに、非貫通凹部３は、図１０Ａおよび１０Ｂに示すような構成を有していてもよい。この構成では、有孔中空管１の外周面に、有孔中空管１の軸方向に延びる連結溝３１が設けられているとともに、各貫通孔２１から両側に延びる周溝３６が設けられている。さらに、連結溝３１および周溝３２で区画される各領域には、マトリクス状に並ぶドット３７を形成するように細い格子溝が設けられている。ドット３７の形状は、必ずしも四角形である必要はなく、円形などの他の形状であってもよい。なお、連結溝３１および周溝３２が設けられておらず、格子溝のみで非貫通凹部３が構成されていてもよい。
　１　　　　有孔中空管
　２　　　　貫通孔
　３　　　　非貫通凹部
　３１　　　連結溝
　３２　　　平行溝
　３３　　　接続溝
　３６　　　個別窪み
　４　　　　供給側流路材
　５　　　　透過側流路材
　６　　　　分離膜
　７　　　　膜リーフ
　８　　　　積層体
　１１　　　主型
　１２　　　中子型
　１３　　　成形室
　１４　　　樹脂注入口
　１６　　　凸部
　１７　　　ボス
　１８　　　中子型固定補助部材
　Ａ　　　　流体の流れ方向
　Ｂ　　　　主型取り外し方向

Claims (15)

  1. 　外周面から内周面につながる複数の貫通孔を有する有孔中空管と、
    　前記有孔中空管の周囲に巻回された、分離膜および流路材を含む積層体と、を備え、
    　前記有孔中空管の外周面における前記積層体で覆われる領域には非貫通凹部が設けられている、スパイラル型分離膜エレメント。
  2. 　前記複数の貫通孔が前記非貫通凹部の底に開口している、請求項１に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  3. 　前記複数の貫通孔が前記有孔中空管の軸方向に延びる少なくとも１本の線上に並んでおり、
    　前記非貫通凹部は、前記線ごとに前記貫通孔を連結する連結溝を含む、請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  4. 　前記連結溝が前記有孔中空管の軸方向に延びている、請求項３に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  5. 　前記非貫通凹部は、前記連結溝と共に前記外周面を周方向に分割する複数の平行溝を含む、請求項４に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  6. 　前記非貫通凹部は、前記連結溝と前記複数の平行溝とを接続する接続溝を含む、請求項５に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  7. 　前記非貫通凹部は、前記複数の貫通孔のそれぞれに対応して設けられた個別窪みで構成されている、請求項２に記載のスパイラル型分離膜エレメント。
  8. 　外周面から内周面につながる複数の貫通孔を有する有孔中空管であって、
    　前記外周面には非貫通凹部が設けられており、この非貫通凹部の底に前記複数の貫通孔が開口している、有孔中空管。
  9. 　前記複数の貫通孔が前記有孔中空管の軸方向に延びる少なくとも１本の線上に並んでおり、
    　前記非貫通凹部は、前記線ごとに前記貫通孔を連結する連結溝を含む、請求項８に記載の有孔中空管。
  10. 　前記連結溝が前記有孔中空管の軸方向に延びている、請求項９に記載の有孔中空管。
  11. 　前記非貫通凹部は、前記連結溝と共に前記外周面を周方向に分割する複数の平行溝を含む、請求項１０に記載の有孔中空管。
  12. 　前記非貫通凹部は、前記連結溝と前記複数の平行溝とを接続する接続溝を含む、請求項１１に記載の有孔中空管。
  13. 　前記連結溝の底隅部に半径０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の角丸め加工がなされている、請求項９～１２のいずれか一項に記載の有孔中空管。
  14. 　前記有孔中空管の軸方向において、前記非貫通凹部が設けられた範囲が前記有孔中空管の両端部まで達していない、請求項８～１３のいずれか一項に記載の有孔中空管。
  15. 　請求項８～１４のいずれか一項に記載の有孔中空管を射出成形法により製造する方法であって、
    　前記有孔中空管の内部空間を形成する中子型と、前記中子型を収容する、前記非貫通凹部を形成する凸部および前記複数の貫通孔を形成するボスを有する主型と、を含む型枠内に樹脂を注入して硬化させる、有孔中空管の製造方法。
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