專利名稱：螺旋型分離膜元件、有孔中空管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及螺旋型分離膜元件。另外，本發(fā)明涉及能夠用于該螺旋型分離膜元件的有孔中空管及該 有孔中空管的制造方法。
背景技術：
具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔的有孔中空管可以作為例如用于排水的凈化或海水淡化的螺旋型分離膜元件的中心管使用。該螺旋型分離膜元件中，使用反滲透膜、精密過濾膜、超濾膜作為分離膜并已得到實際應用。近年來，在對該螺旋型分離膜元件的需要增加的同時，要求所需的分離性能也顯著提高，不僅研究了分離膜的性能，而且研究了作為分離膜元件整體的減小元件內(nèi)壓力損失等性能的提高。關于該中心管，以往對貫通孔的開孔率(例如參考專利文獻I)、中心管內(nèi)周面的結(jié)構(gòu)(例如參考專利文獻2)等進行了研究，但目前仍要求進一步提高性能?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2004-305823號公報專利文獻2 :日本特開2007-111674號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明的目的在于提供能夠減小壓力損失并且增大透過液量的螺旋型分離膜元件。另外，本發(fā)明的目的還在于提供能夠用于該螺旋型分離膜元件的有孔中空管及其制造方法。用于解決問題的手段本發(fā)明提供一種螺旋型分離膜元件，其中，具備具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔的有孔中空管和卷繞在上述有孔中空管的周圍且包含分離膜和流道材料的層疊體，在上述有孔中空管的外周面的由上述層疊體覆蓋的區(qū)域設置有非貫通凹部。另外，本發(fā)明提供一種有孔中空管，具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔，其中，在上述外周面上設置有非貫通凹部，上述多個貫通孔開口于該非貫通凹部的底部。此外，本發(fā)明提供一種有孔中空管的制造方法，通過注射成形法制造上述有孔中空管，所述制造方法中，向包含用于形成上述有孔中空管的內(nèi)部空間的芯模以及用于收容上述芯模且具有用于形成上述非貫通凹部的凸部和用于形成上述多個貫通孔的凸起的主模的模具內(nèi)注入樹脂并使其固化。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，使透過液流入非貫通凹部，因此，能夠使透過液在該非貫通凹部內(nèi)順暢地流動，從而能夠減小透過液受到的阻力。由此，能夠減小壓力損失并增大透過液量。


圖I是表示本發(fā)明的一個實施方式的螺旋型分離膜元件中使用的有孔中空管的立體圖。圖2是表示螺旋型分離膜元件的構(gòu)成例的分解立體圖。圖3A是表示卷繞到有孔中空管的周圍之前的層疊體的立體圖，圖3B是卷繞在有孔中空管的周圍的層疊體的 示意性截面圖。圖4A是用于制造圖I所不的有孔中空管的|旲具的截面圖，圖4B是表不將有孔中空管沿軸向分成多段的示例的截面圖。圖5是表示第一變形例的有孔中空管的立體圖。圖6A是表示第二變形例的有孔中空管的側(cè)視圖，圖6B是該有孔中空管的截面圖。圖7A是表示第三變形例的有孔中空管的側(cè)視圖，圖7B是該有孔中空管的截面圖。圖8A 8C是分別表示第四至第六變形例的有孔中空管的側(cè)視圖。圖9A是表不第七變形例的有孔中空管的側(cè)視圖，圖9B是該有孔中空管的截面圖。圖IOA是表示第八變形例的有孔中空管的側(cè)視圖，圖IOB是該有孔中空管的截面圖。
具體實施例方式以下，參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。需要說明的是，以下的說明僅涉及本發(fā)明的一例，本發(fā)明并不限于此。圖I中示出了本發(fā)明的一個實施方式的螺旋型分離膜元件中使用的有孔中空管
I。該有孔中空管I具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔2。有孔中空管I的材質(zhì)等沒有特別限定，優(yōu)選有孔中空管I為不具有撓性的剛體。例如，優(yōu)選使用金屬、樹脂、陶瓷制的有孔中空管。作為金屬，可以使用例如鐵、鋁、不銹鋼、銅、黃銅、青銅、杜拉鋁或具有兩種以上金屬元素的合金，在用于凈水用途的情況下，從成本、強度和耐腐蝕性方面而言，優(yōu)選使用不銹鋼。作為上述樹脂，可以使用熱固性樹脂、熱塑性樹脂。作為熱固性樹脂，可以列舉例如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、醇酸樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯、熱固性聚酰亞胺、有機硅樹脂和鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂。其中，優(yōu)選使用環(huán)氧樹脂、三聚氰胺樹脂、有機硅樹脂。作為熱塑性樹脂，可以列舉例如聚乙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚丙烯樹月旨、聚碳酸酯樹脂、聚縮醛樹脂、聚酰胺類樹脂、聚砜樹脂、聚酯類樹脂(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂)、改性聚亞苯基氧化物樹脂(例如改性聚苯醚樹脂)、聚苯硫醚樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物樹月旨、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂或者它們的混合物或聚合物合金。另外，為了提高樹脂的強度，可以向樹脂組合物中加入玻璃纖維或碳纖維等纖維材料、晶須或液晶聚合物等結(jié)晶系材料。例如，作為玻璃纖維，可以列舉玻璃棉、短切玻璃纖維、磨碎玻璃纖維。另外，作為碳纖維，可以列舉磨碎碳纖維。作為晶須，可以列舉硼酸招晶須、欽酸鐘晶須、喊性硫酸續(xù)晶須、娃酸1丐晶須和硫酸1丐晶須。此外，為了提高樹脂的特性，可以加入各種添加劑。例如，可以向樹脂組合物中添加阻燃劑、穩(wěn)定劑、顏料、染料、脫模材料、潤滑材料、耐候性改良劑等。這些添加物可以單獨使用，也可以以兩種以上添加物的混合物的形式使用。設置在有孔中空管I中的貫通孔2的個數(shù)和大小適當設定即可，例如，直徑約8英寸的螺旋型分離膜元件中，在有孔中空管I的外徑為約30mnT約40mm的情況下，貫通孔2的直徑優(yōu)選為約2mnT約8mm，并且貫通孔2的個數(shù)優(yōu)選設置約50個 約200個。另外，貫通孔2優(yōu)選排列在沿有孔中空管2的軸向延伸的至少一條線上。本實施方式中，如圖2和圖3B所示，貫通孔2以位于相對于有孔中空管2的中心軸呈180度反向的位置的方式排列有2列。此外，在有孔中空管I的外周面上，以貫通孔2開口于非貫通凹部3的底部的方式設置有非貫通凹部3。該非貫通凹部3具有將透過液順暢地引入貫通孔2中的效果，因此，認為帶來減小元件內(nèi)的壓力損失的效果。在此，非貫通凹部3是指使有孔中空管I的壁厚減小的部分。本實施方式中，非貫通凹部3由連結(jié)槽31、平行槽32和連接槽33構(gòu)成，利用非貫通凹部3確保了透過液的流道。這些槽33的深度和寬度沒有特別限定，例如，直徑約8英寸的螺旋型分離膜元件中，在有孔中空管I的外徑為約30mnT約40mm的情況下，槽3廣33的深度例如為約O. 5mnT約2mm,并且槽31 33的寬度例如為約ImnT約3mm。連結(jié)槽31在貫通孔2排列成的每條線上將貫通孔2連結(jié)。連結(jié)槽31優(yōu)選以與螺旋型分離膜元件的流體的流動方向平行的方式沿有孔中空管I的軸向延伸。利用該結(jié)構(gòu)，能夠通過連結(jié)槽31呈直線地引導透過液，因此，能夠進一步提高減小元件內(nèi)的壓力損失的效果。各連結(jié)槽31可以連續(xù)性地設置，也可以有意地間斷性地設置。平行槽32是與連結(jié)槽31平行的槽，與連結(jié)槽31 —起將有孔中空管I的外周面沿周向分割。例如，使連結(jié)槽31和平行槽32以等角度間隔配置。連接槽33將連結(jié)槽31與平行槽32連接。通過如本實施方式這樣將平行槽32與連結(jié)槽31連接，能夠使透過液在非貫通凹部3內(nèi)的流動變得順暢，并且能夠減小因透過液經(jīng)由流道材料而產(chǎn)生的壓力損失風險，因此，與不設置連接槽33的情況相比，能夠減小元件內(nèi)的壓力損失。另外，連接槽33的數(shù)量和延伸方向沒有特別限定，根據(jù)透過液的移動方向適當確定即可。例如，如圖I所示，可以使沿周向延伸的連接槽33以從所有相鄰的貫通孔2的中央穿過的方式配置。各槽3廣33的截面形狀沒有特別限定，可以適當設計成四方形、U字形、V字形、半圓形或側(cè)面呈階梯狀的形狀等，對于四方形和V字形而言，優(yōu)選對底角部進行半徑為約
O.5mm以上且約2mm以下的圓角加工(R加工)。由此，能夠進一步減小流動阻力，并且能夠在加壓條件下緩和在角部的應力集中，因此，能夠防止劣化和破損。有孔中空管I的軸向上設置有非貫通凹部3的范圍優(yōu)選未到達有孔中空管I的兩端部，以便能夠在有孔中空管I的外周面的由后述的層疊體8(參考圖3A)覆蓋的區(qū)域設置非貫通凹部3。螺旋型分離膜元件中的分離膜一般使用對折后將三個邊密封的結(jié)構(gòu)的分離膜，在有孔中空管I的端部該密封部分附近與中空管膠粘。非貫通凹部3與該膠粘部分重疊時，透過液漏出而有時使分離效率變差。因此，可以特別優(yōu)選使用在分離膜的密封部分與有孔中空管I接觸的部分不形成非貫通凹部3的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，有孔中空管I通過將層疊體8螺旋狀地卷繞在該有孔中空管I的周圍而構(gòu)成螺旋型分離膜元件。如圖3A和3B所示，層疊體8具有如下構(gòu)成使通過在由合成樹脂網(wǎng)構(gòu)成的透過側(cè)流道材料5的兩面疊合分離膜6后將三邊膠粘而形成為信封狀(袋狀)的膜片7與由合成樹脂網(wǎng)構(gòu)成的供給側(cè)流道材料4交替層疊。透過側(cè)流道材料5形成用于使透過液在分離膜6之間流過的透過側(cè)流道SB，供給側(cè)流道材料4形成用于使供給液在膜片7之間流過的供給側(cè)流道8A。膜片7的開口部安裝在有孔中空管I上。
例如，通過將I片連續(xù)的片60以夾持供給側(cè)流道材料4的方式對折而形成2片分離膜6。膜片7通過使如上形成的分離膜7之間以夾持透過側(cè)流道材料5的方式進行三邊接合而得到。該接合使用膠粘劑。另外，例如，通過將I片透過側(cè)流道材料5延長而成的延長部直接卷繞在有孔中空管I上并將其兩端部用膠粘劑密封而形成與有孔中空管I的外周面相對的筒狀流道SC。膜片7的開口部通過該筒狀流道SC與貫通孔2連通。但是，層疊體8的構(gòu)成不限于圖3A和3B所示的構(gòu)成，例如，可以通過將連續(xù)的片折疊成折皺狀而使所有的分離膜6相連。分離膜6具有例如在無紡布層上依次層疊有多孔性支撐體和表皮層(分離功能層)的結(jié)構(gòu)。無紡布層的構(gòu)成材料沒有特別限定，可以使用現(xiàn)有公知的材料。作為上述多孔性支撐體的構(gòu)成材料，可以使用現(xiàn)有公知的材料。可以例示例如 聚砜、聚醚砜等聚芳醚砜、聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯、環(huán)氧樹脂等。上述表皮層對供給液中含有的分離對象物質(zhì)不顯示透過性而具有分離功能。作為構(gòu)成表皮層的材料，沒有特別限定，可以使用現(xiàn)有公知的材料，具體而言，可以例示聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龍、聚酰胺、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)、PMMA、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、乙烯-乙烯醇共聚物等。供給側(cè)流道材料4可以使用網(wǎng)狀材料、網(wǎng)眼狀材料、帶槽片、波形片等現(xiàn)有公知的材料。另外，透過側(cè)流道材料5可以使用網(wǎng)狀材料、編織物狀材料、網(wǎng)眼狀材料、帶槽片、波形片等現(xiàn)有公知的材料。有孔中空管I的制造方法沒有特別限定，可以使用現(xiàn)有公知的方法?？梢粤信e例如對通過擠出成形法得到的樹脂制中空管或金屬制中空管實施穿孔和切削開槽加工的方法；對通過如注射成形法等使用模具等的起模加工得到的樹脂或陶瓷的有孔中空管實施切削開槽加工的方法。其中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了高效且以高生產(chǎn)率制造有孔中空管I的方法。該方法為向模具內(nèi)注入樹脂并使其固化的、通過注射成形法制造有孔中空管I的方法。該模具的示例示于圖4A中。圖4A所示的模具包含芯模12、用于收容芯模12的主模11和將芯模12固定在主模11上的輔助構(gòu)件18。在芯模12與主模11之間形成有成形室13。芯模12用于形成有孔中空管I的內(nèi)部空間。主模11具有用于形成非貫通凹部3的凸部16和用于形成貫通孔2的凸起17。主模11能夠沿與有孔中空管I的軸向正交的方向分割，由以相互接觸的狀態(tài)緊固的一對主部件IlAUlB構(gòu)成。各主部件IlAUlB上設置有樹脂注入口 14。芯模12能夠沿有孔中空管I的軸向分割，由以相互接觸的狀態(tài)固定在主模11上的一對芯部件12A、12B構(gòu)成。另外，有孔中空管I不一定需要整個進行一體式地注射成形。例如，如圖4B所示，也可以將有孔中空管I沿軸向分成多個(圖例中為2個，也可以為3個以上)段1A、1B，使用圖4A所示的模具對各段1A、1B進行注射成形，并將這些段1A、1B接合，由此制造有孔中空管I。此時的接合方法沒有特別限定，可以適當使用樹脂膠粘、加熱熔接、超聲波熱熔、旋轉(zhuǎn)摩擦熱熔等公知的技術。(變形例)非貫通凹部3不限于上述的構(gòu)成，可以進行各種變形。例如，如圖5所示，非貫通凹部3可以僅由連結(jié)槽31和平行槽32構(gòu)成。另外，如圖6A和圖6B所示，非貫通凹部3可以不包含連結(jié)槽31而僅由以等角度間隔配置的平行槽32構(gòu)成。S卩，多個貫通孔2可以不開口于非貫通凹部3的底部。該構(gòu)成中，流入到任意平行槽32內(nèi)的透過液沿有孔中空管I的外周面以最短的路徑通過透過側(cè)流道材料5流到貫通孔2中，因此，利用該構(gòu)成也能夠在一定程度上減小透過液的流動阻力。但是，如果貫通孔2開口于非貫通凹部3的底部，則非貫通凹部3作為將透過液導入到貫通孔2中的流道發(fā)揮作用，因此，能夠大幅減小透過液的流動阻力。此外，連結(jié)槽31不一定需要沿有孔中空管I的軸向延伸，也可以如圖7A和圖7B所示以貫通孔2的2倍間距的波長形成波浪的方式蜿蜒行進?；蛘?，雖然省略了圖示，但連 結(jié)槽31也可以為每隔一圈穿過相鄰的貫通孔2的螺旋狀。此外，如圖8A所示，非貫通凹部3可以僅由使圖7A所示的連結(jié)槽31沿有孔中空管I的軸向以貫通孔2的一半間距錯開的蛇行槽34構(gòu)成。另外，如圖SB所示，可以使以貫通孔2的2倍間距的波長形成波浪的連結(jié)槽31相對于貫通孔2排列成的線對稱地設置并使它們在貫通孔2上交叉。此外，連結(jié)槽31形成波浪時，其波形不需要劃出圓滑的曲線，可以為如圖8C所示的角波(角波)?；蛘?，如圖9A和9B所示，非貫通凹部3可以由與各貫通孔2對應地設置的單個凹陷35構(gòu)成。圖例中，各單個凹陷35由十字形的槽和同心圓形的槽構(gòu)成。另外，單個凹陷35的底面可以為與有孔中空管I的外周面平行的曲面，也可以為與貫通孔2的軸向正交的平面。此外，非貫通凹部3可以具有圖IOA和IOB所示的構(gòu)成。該構(gòu)成中，在有孔中空管I的外周面設置有沿有孔中空管I的軸向延伸的連結(jié)槽31，并且設置有從各貫通孔21向兩側(cè)延伸的圓周槽36。此外，在由連結(jié)槽31和圓周槽32劃分出的各區(qū)域中以形成矩陣狀排列的點37的方式設置有細小的格子槽。點37的形狀不一定需要為四方形，也可以為圓形等其他形狀。另外，也可以不設置連結(jié)槽31和圓周槽32而僅由格子槽構(gòu)成非貫通凹部3。標號說明I 有孔中空管2 貫通孔3 非貫通凹部31 連結(jié)槽32 平行槽33 連接槽36 單個凹陷4 供給側(cè)流道材料5 透過側(cè)流道材料6 分離膜
7膜片8層疊體11主模12芯模13成形室14樹脂注入口16凸部·
17凸起18芯模固定輔助構(gòu)件A流體的流動方向B主模拆卸方向
權利要求
1.一種螺旋型分離膜元件，其中， 具備具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔的有孔中空管和卷繞在所述有孔中空管的周圍且包含分離膜和流道材料的層疊體， 在所述有孔中空管的外周面的由所述層疊體覆蓋的區(qū)域設置有非貫通凹部。
2.如權利要求I所述的螺旋型分離膜元件，其中，所述多個貫通孔開口于所述非貫通凹部的底部。
3.如權利要求2所述的螺旋型分離膜元件，其中， 所述多個貫通孔排列在沿所述有孔中空管的軸向延伸的至少一條線上， 所述非貫通凹部包含在每條所述線上將所述貫通孔連結(jié)的連結(jié)槽。
4.如權利要求3所述的螺旋型分離膜元件，其中，所述連結(jié)槽沿所述有孔中空管的軸向延伸。
5.如權利要求4所述的螺旋型分離膜元件，其中，所述非貫通凹部包含與所述連結(jié)槽一起將所述外周面沿周向分割的多個平行槽。
6.如權利要求5所述的螺旋型分離膜元件，其中，所述非貫通凹部包含將所述連結(jié)槽與所述多個平行槽連接的連接槽。
7.如權利要求2所述的螺旋型分離膜元件，其中，所述非貫通凹部由與所述多個貫通孔各自對應地設置的單個凹陷構(gòu)成。
8.一種有孔中空管，具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔，其中， 在所述外周面上設置有非貫通凹部，所述多個貫通孔開口于該非貫通凹部的底部。
9.如權利要求8所述的有孔中空管，其中， 所述多個貫通孔排列在沿所述有孔中空管的軸向延伸的至少一條線上， 所述非貫通凹部包含在每條所述線上將所述貫通孔連結(jié)的連結(jié)槽。
10.如權利要求9所述的有孔中空管，其中，所述連結(jié)槽沿所述有孔中空管的軸向延伸。
11.如權利要求10所述的有孔中空管，其中，所述非貫通凹部包含與所述連結(jié)槽一起將所述外周面沿周向分割的多個平行槽。
12.如權利要求11所述的有孔中空管，其中，所述非貫通凹部包含將所述連結(jié)槽與所述多個平行槽連接的連接槽。
13.如權利要求擴12中任一項所述的有孔中空管，其中，所述連結(jié)槽的底角部實施了半徑為O. 5mm以上且2mm以下的圓角加工。
14.如權利要求8 13中任一項所述的有孔中空管，其中，在所述有孔中空管的軸向上，設置有所述非貫通凹部的范圍未到達所述有孔中空管的兩端部。
15.一種有孔中空管的制造方法，通過注射成形法制造權利要求8 14中任一項所述的有孔中空管，所述制造方法中， 向包含用于形成所述有孔中空管的內(nèi)部空間的芯模以及用于收容所述芯模且具有用于形成所述非貫通凹部的凸部和用于形成所述多個貫通孔的凸起的主模的模具內(nèi)注入樹脂并使其固化。
全文摘要
本發(fā)明的螺旋型分離膜元件具備具有從外周面延續(xù)至內(nèi)周面的多個貫通孔(2)的有孔中空管(1)和卷繞在有孔中空管(1)的周圍且包含分離膜和流道材料的層疊體。在有孔中空管(1)的外周面的由所述層疊體覆蓋的區(qū)域設置有非貫通凹部(3)。根據(jù)本發(fā)明，使透過液流入非貫通凹部(3)，因此，能夠使透過液在該非貫通凹部(3)內(nèi)順暢地流動，從而能夠減小透過液受到的阻力。由此，能夠減小壓力損失并增大透過液量。
文檔編號B29C45/26GK102946978SQ20118003014
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權日2010年6月18日
發(fā)明者宇田康弘, 浜田敏充, 地蔵真一 申請人:日東電工株式會社