不可逆性感熱性示温部材を有する流体分離膜エレメントおよび流体分離膜モジュール
【課題】使用中および保管中に膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかを事後的にかつ簡便に判別可能な膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。また、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができる膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】 不可逆性感熱性示温部材が設置されていることを特徴とする流体分離膜エレメント。不可逆性感熱性示温部材は、色の変化により示温すること、複数段階に示温することが好ましい。
【解決手段】 不可逆性感熱性示温部材が設置されていることを特徴とする流体分離膜エレメント。不可逆性感熱性示温部材は、色の変化により示温すること、複数段階に示温することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液や混合ガスから特定成分を分離、除去する流体分離膜エレメントおよび流体分離膜モジュールに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
膜分離技術による分離精製技術は、その高度な分離機能や省エネルギー性等の特長を高く評価され、一段と普及が進みつつある。その適用分野を例示すると、海水及びかん水の脱塩による淡水の製造、表流水や地下水の飲料水化、半導体工業や医薬品工業において用いられる純水・超純水の製造、家庭排水や工業排水、都市下水等の下排水処理および下排水からの水回収、発酵液や廃液からの有価物の回収、等々の液体処理分野、空気からの酸素富化や窒素富化、天然ガスからのヘリウムの回収、石油の３次回収での炭酸ガスの分離等のガス分離分野等の幅広い分野に渡っている。
【０００３】
逆浸透膜は、海水及びかん水の淡水化、半導体工業及び医薬品工業用の純水、超純水の製造、都市排水処理等の幅広い分野で利用されている。蒸発法、電気透析法と比較して省エネルギーの点で有利であり、広く普及が進んでいる。特に、中空糸型逆浸透膜は、単位容積当たりの膜面積を大きくできるため、膜分離操作に適した形状であり、例えば、逆浸透膜による海水淡水化分野では広く用いられている。
【０００４】
一般的に膜エレメントおよび膜モジュールには使用可能温度範囲が設定されている。使用可能温度範囲上限または下限を越えた温度で使用または保管すると、膜素材の劣化・変質や膜構造の変化、モジュール構造の破損等を生じ膜性能が悪化する恐れがある。このため、膜性能が低下した場合の原因究明や対策の立案に際して、膜エレメント温度および膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内に維持されていたか否かを知ることは重要である。
【０００５】
流体分離膜施設では一般的に、運転中の供給流体配管内部の温度（以下、便宜的に供給流体温度と記す）が種々の温度測定器を用いて測定され記録されている。このような場合、運転中の供給流体温度が近似的に膜モジュール内部温度とみなされ、使用可能温度範囲内に維持されていたか否かが判断されている。しかし、小型装置や簡易装置等、供給流体温度測定が行われていない、または測定が行われていても連続的に行われていない場合には、供給流体温度が使用可能温度範囲内に維持されていたか否か把握できず、従って膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内に維持されていたか不明となる。また、供給流体温度の測定を連続的に行っている流体分離膜施設においても、供給流体の温度の測定箇所は前述のとおり通常は膜モジュールに連通する供給流体配管内部なので、運転停止中は供給流体配管内部の温度と膜モジュール内部温度が一致するとは限らないため、膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内であったか疑問が生じる。
【０００６】
一方、膜エレメントや膜モジュールを設備に設置する前や、使用開始後に膜エレメントや膜モジュールを流体分離装置から取り外して一時保管する際等の保管状態では、膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内であったかを把握することは一般に困難である。特に、膜エレメントや膜モジュールを海外へ船舶や航空機で輸送する場合、熱帯地域や寒冷地域を経由してまたは目的地として輸送される場合等には、使用可能温度範囲を越える高温や低温にさらされる恐れが十分にあるにもかかわらず、輸送および保管の過程の温度が使用可能範囲内であったかどうかは把握できていないのが実情である。例えば、海水淡水化用逆浸透膜の場合、使用可能温度上限は通常４０℃程度であるが、中東等の外気温が５０℃を越えることも珍しくない地域で使用されることがあり、逆浸透膜施設までの輸送過程や運転開始までの保管過程、また運転開始後の停止期間等に、使用可能温度上限を越える状況にさらされる恐れが日常的に発生している。
【０００７】
このような課題に対し、個々の膜エレメントや膜モジュールに自記記録温度計を設置しもしくは内蔵すれば内部温度履歴を把握することが可能ではあるが、それに要する費用および管理の手間を考慮すれば非現実的な手段であり、そのような管理は現実には実施されていない。
【０００８】
一方、膜分離装置に熱水が供給されたことを視覚的に感知できる考案が特許文献１に開示されている。吸着剤層を介して水道水を膜モジュールに供給する浄水器において、熱水が供給されると、形状記憶合金製のバネにより自動的に流路が切り替えられて膜モジュールをバイパスして浄水器外に熱水を流出させ、併せて流出口の外面に貼着された感温ラベルの変色により流出水が熱水であることを感知できるようにするものである。ここで用いられている感温ラベルの変色が可逆性か不可逆性かは明記されていないが、この感熱ラベルの機能は現在流出している水が熱水であるか否かを感知できるようにすることにあるので、可逆的に色変化するものであることがわかり、したがって、過去の温度履歴について知ることができるものではないことがわかる。また、供給水は膜モジュール部をバイパスしているので、感熱ラベルの指示は膜モジュール内部温度を反映するものでもない。このため、使用中および保管中に膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかを判別可能とするものではない。
【０００９】
【特許文献１】実公平６−１８６３３号公報
【００１０】
このように、膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が、運転中は当然のこと、停止中や保管中においても、使用可能温度範囲内にあったことを確認することは重要であるが、それにもかかわらず十分に確認できていない場合が多いことが実情である。このため、現実に膜性能の低下が発生した場合にはその原因の特定や対策の立案、実施に支障をきたすことがしばしばである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、使用中および保管中に膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかを事後的にかつ簡便に判別可能な膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。また、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができる膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を克服すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。すなわち、本願発明は下記の構成を有するものである。
（１） 不可逆性感熱性示温部材が設置されていることを特徴とする流体分離膜エレメント。
（２） 前記不可逆性感熱性示温部材が、色の変化により示温することを特徴とする（１）に記載の流体分離膜エレメント。
（３） 前記不可逆性感熱性示温部材が供給流体、透過流体、非透過流体のいずれかに接する位置に設置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（４） 前記不可逆性感熱性示温部材が、流体分離膜エレメントの表面近傍に埋め込まれ、示温状態を目視確認できるように透明樹脂で表面を覆われた状態で設置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（５） 前記不可逆性感熱性示温部材が、複数段階に示温することを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（６） 前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲上限温度で不可逆的に示温することを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（７） 前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲下限温度で不可逆的に示温することを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（８） （１）または（２）に記載の流体分離膜エレメントを圧力容器に装着した流体分離膜モジュール。
（９） 膜モジュールの不透明な外壁に、膜モジュールの外部から前記不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認できる窓が設置されていることを特徴とする（８）に記載の流体分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る流体分離膜エレメントおよび流体分離膜モジュールは、膜エレメント温度および膜モジュール内部温度が使用中および保存中に使用可能温度範囲内に維持されたか、あるいは使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱したことがあるかを、膜エレメントに設置された不可逆性感熱性示温部材により事後的に簡便に判別することが可能である。これにより、例えば輸送中の保管あるいは使用開始前の保管に際して使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱したことのある膜エレメントおよび膜モジュールを容易に判別することができ、流体分離膜施設での使用を避けることが可能となる。また、流体分離膜施設で使用された膜エレメントおよび膜モジュールに性能異常品が検出された場合、その原因の解明に際して、使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱したことがあるかを不可逆性感熱性示温部材により容易に判別可能であり、性能の異常の原因の究明に重要な情報を得ることができる。また、示温部材に複数段階で示温するものを用いれば、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったか否かだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができるので、更に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明における流体分離膜とは、その分離対象および分離メカニズムに基づき、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜等の液体分離膜、または、酸素富化膜、窒素分離膜、炭酸ガス分離膜等のガス分離膜等に分類される。一方、流体分離膜の形態に着目すると、中空糸膜、管状膜、平膜、スパイラル膜等に分類される。本発明は、高温および／または低温にさらされることにより流体分離膜が不可逆的な劣化を受ける恐れがあるもの、および、膜自体のみならず膜エレメントおよび膜モジュールの構成部材のいずれかが高温および／または低温にさらされることにより不可逆的な劣化を受ける恐れがあるものであれば、分離対象や分離メカニズム、分離膜の形状に関わらず、いずれの流体分離膜の膜エレメントおよび膜モジュールについても適用可能である。保管中や輸送中の環境温度が使用可能温度範囲を逸脱する恐れがある膜エレメントおよび膜モジュールにおいて、殊に、その有用性が高く、逆浸透膜エレメントおよび逆浸透膜モジュールへの適用はそのような場合の典型例にあたる。
【００１５】
本発明における逆浸透膜とは、数十ダルトンの分子量の分離特性を有する領域の分離膜であり、具体的には、０．５ＭＰａ以上の操作圧力で、食塩を９０％以上、除去可能であるものである。海水淡水化に使用される逆浸透膜は、操作圧力が大きく、また、食塩の除去率は９９％以上が一般的である。また、本発明におけるポリアミド系の逆浸透膜とは、分離活性層がポリアミド系高分子からなるものであれば特に限定されない。例としては線状ポリアミド、芳香族ポリアミド、架橋芳香族ポリアミドなどがあげられる。また、ポリアミド系の逆浸透膜の形状も特に限定されないが、例えば、平膜からなるスパイラル膜が好適な例である。本発明における酢酸セルロース系逆浸透膜とは、分離活性層が酢酸セルロース系高分子からなるものであれば特に限定されない。例としては酢酸セルロース、三酢酸セルロースなどがあげられる。また、酢酸セルロース系の逆浸透膜の形状も特に限定されないが、例えば、中空糸膜からなる中空糸型が好適な例である。
【００１６】
高温にさらされることにより流体分離膜が不可逆的な劣化を受ける例としては、逆浸透膜モジュールが使用可能温度範囲を越える高温で運転された結果、圧密化が想定以上に進行して適切に使用した場合に比べて短い期間で透水性能が低下したり、膜の加水分解反応や酸化劣化反応の反応速度が想定以上に高くなり適切に使用した場合に比べて短い期間で塩除去性能が低下したりすることを挙げることができる。また、輸送中や保管中に使用可能温度範囲を越える高温にさらされることにより、保存液の分解が進行し、膜の化学的劣化や生物的汚染を生じる場合を挙げることができる。また低温にさらされることにより流体分離膜が不可逆的な劣化を受ける例としては、逆浸透膜や限外ろ過膜等の水処理膜において、保管中に氷点下以下の環境にさらされたために膜エレメント内部の水が凍結し、膜を破損させることを挙げることができる。
【００１７】
本発明における膜エレメントとは、流体分離膜を含む部材であり、膜モジュールに着脱自在に設置されるものを指す。膜モジュールの一例として、逆浸透膜をはじめとする各種水処理膜やガス分離膜においてもっとも一般的な形式である加圧型膜モジュールを挙げることができる。また、膜モジュールの他の一例として、精密濾過膜や限外濾過膜による廃液処理や上水製造に用いられることのある浸漬型膜モジュールを挙げることができる。
【００１８】
加圧型膜モジュールにおいては、容器内部に膜エレメントが設置され、容器に供給流体ノズル、濃縮流体ノズル、透過流体ノズルが設置されているものが一般的である。加圧型膜モジュールにはその目的に応じて、濃縮流体ノズルのないものや、逆洗ノズル、エア抜きノズルやドレインノズルを有するもの等の種々の形式がある。また、容器の一部を可逆的に開放し膜エレメントを容器から出し入れできる開口部を形成する機構を有することが好ましい。一方、浸漬膜モジュールの場合は、フレーム部材に膜エレメントおよびその他の構成部材が設置され、膜エレメントの透過水出口が透過水ヘッダで連結されている形式が一般的である。膜モジュールに装填される膜エレメントの本数は、単数であっても複数であってもよく、複数の場合は膜エレメント相互の関係は並列であっても直列であっても良い。
【００１９】
本発明における不可逆性感熱性示温部材とは、特定の温度より高温になった場合、または、特定の温度より低温になった場合に、外観から判別可能な何らかの特性が不可逆的に変化する部材である。前記外観から判別可能な何らかの特性として、色の変化を用いると、目視で変化を検出することが可能であるため、特別な分析機器や検査機器が不要であり簡便でわかり易く、特に好適である。
【００２０】
色の変化を用いる不可逆性感熱性示温部材としては、種々の感熱性発色材料を利用したものがあり、特に限定されない。また、変色温度は１段階変色に限らず、複数段階の変色温度を有するものであってもよく、また、変色温度の異なる複数の感熱性発色材料を組み合わせたものであっても良い。複数段階の変色温度を有するものや変色温度の異なる複数の感熱性発色材料を組み合わせたものを用いれば、単に基準温度を超えた履歴があるか否かだけでなく、どの程度越えたのかを半定量的に把握することができるので、温度履歴が膜エレメントに与えた影響をより高い精度で解析でき、特に好ましい。また、温度上昇により変色する不可逆性感熱性示温発色材料と温度低下により変色する不可逆性感熱性示温発色材料とを組みあわせれば、上限基準温度および下限基準温度のいずれを逸脱したことがあるものも判別することができるので、特に好ましい。
【００２１】
不可逆性感熱性示温発色材料としては、例えば、ジアゾニウム塩化合物が、フェノール誘導体や活性メチレン基を有する化合物等（カプラー）と反応して染料を形成するものや、実質的に無色の電子供与性染料前駆体を含む染料分散液、および前記染料前駆体と加熱下に接触反応してこれを発色せしめる電子受容性顕色剤を含む顕色剤分散液とを混合して得られる感熱発色層用の材料があげられる。染料前駆体としては公知の無色ないしは単色の染料前駆体が使用でき、具体的には下記が例示される；トリアリールメタン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、キサンテン系化合物、チアジン系化合物、スピロ系化合物。また、感熱発色層の構成成分である顕色剤としては、フェノール誘導体、芳香族カルボン酸誘導体、酸性白土、ノボラック樹脂、金属錯体などを用いることができる。
【００２２】
ジアゾニウム塩化合物をマイクロカプセルで包含し、カプラーや水及び塩基性化合物から隔離し、カプセルの壁を熱融解させて発色反応を生じさせるものも不可逆性感熱性示温部材として好適に使用できる。ここで形成されるマイクロカプセル壁としては、ゼラチン、アルギン酸塩、セルロース類、ポリウレア、ポリウレタン、メラミン樹脂、ナイロンなど様々なものが使用可能である。また、溶融性顔料の融点を利用して不可逆性感熱性示温部材としたものがあり、これをシート状とし裏面に粘着剤を塗布したものが市販されており、好適に使用できる。このようなものの例として、日油技研工業株式会社製のサーモラベル３Ｅ、４Ｅ、５Ｅ、８Ｅを挙げることができる。
【００２３】
不可逆性感熱性示温部材の形状は特に限定されないが、膜エレメントに設置するため、小型のものが好ましい。膜エレメントに設置する場合、供給流体、透過流体、非透過流体の流れを阻害しない場所に設置することが好ましい。シート状であれば流れを阻害しない場所に貼付固定することが容易であり、また、貼付固定するのみで設置できるので膜エレメントの設計および製造も容易であり、特に好ましい。
【００２４】
不可逆性感熱性示温部材を設置する位置は、膜エレメント温度を反映する位置であれば特に限定されない。但し、供給流体、透過流体、濃縮流体の流れを阻害しない場所に設置することが好ましく、例えば、逆浸透膜の場合で中空糸膜型エレメントの場合には中空糸膜端部を樹脂で固化封止している部分に、スパイラル膜エレメントの場合は円筒の外周面に設置することが好ましい。また、中空糸膜エレメントのチューブシート部やスパイラル膜エレメントの円筒部外周面等膜エレメントの外表面付近に埋め込み透明樹脂でその表面を覆うと、不可逆性感熱性示温部材の供給流体に対する耐久性を考慮する必要がなくなるため、感熱性示温部材の選択の範囲が広くなり、好ましい。前記透明樹脂としては、供給流体に侵されず、膜分離操作にとって有害物質の溶出がないことが必要である。また、不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認できれば、多少の着色があっても差し支えない。例えば供給流体が海水の場合には、エポキシ樹脂やウレタン樹脂を好適な例として挙げることができる。
【００２５】
膜モジュールの圧力容器の外壁は、ガラス繊維強化樹脂やステンレス鋼等、不透明な素材で形成されている場合がある。このような場合、膜モジュール内部の膜エレメントに設置された不可逆性感熱性示温部材の示温状態を膜モジュールの外部から確認するには、膜エレメントを取り出すかあるいは少なくとも端板を取り外す等圧力容器の一部を開放しなければならず、不便である。膜モジュールの外壁に、膜モジュールの外部から前記不可逆性感熱性示温部材の示温状態を目視確認できる窓が設置されていれば、圧力容器の外壁が不透明であっても膜モジュールの外部から不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認することができ、好ましい。ここに言う窓とは、圧力容器の不透明な外壁の一部を透明な部材で形成したものや、圧力容器の不透明な外壁に形成した蓋や栓で密封できる穴や分岐管等のそこから膜モジュールの内部を覗き見ることができるものを指す。また、窓と不可逆性感熱性示温部材の位置関係は、直接目視できる位置関係にあることが最も簡便かつ信頼性が高く好ましいが、鏡による反射像やレンズによる拡大像、内視鏡やファイバースコープによる観察等によって示温状態が判別できれば、必ずしも直接目視できる位置関係にある必要はない。
【００２６】
不可逆性感熱性示温部材が被処理流体に直接接触する場合、長期間接触しても流体分離膜の劣化原因や膜分離操作の障害となる物質の溶出がないことが必要である。例えば、逆浸透膜の場合で海水淡水化に用いられる場合、海水に対して耐久性があり、なおかつ逆浸透膜を汚染したり逆浸透膜の劣化を促進させたりする物質を溶出しないことが必要である。不可逆性感熱性示温部材からの溶出を防ぐために、不可逆性感熱性示温部材は、化学的に安定で透明度なフィルムや板状体で覆われていることが好適である。このようなフィルムや板状体の素材の例としては、ポリエステルやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等があげられる。また、エポキシ樹脂やウレタン樹脂で封止されていても良い。
【実施例】
【００２７】
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
中空糸型逆浸透膜エレメントの閉鎖端の端部端面に平面形が楕円形で深さ２ｍｍの掘り込み部１１を有する中空糸型逆浸透膜エレメントを作製した。左記掘り込み部１１の底面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル３Ｅ−４０と同３Ｅ−４５）を設置し、エポキシ樹脂で封止した（図１参照）。サーモラベル３Ｅ−４０および３Ｅ−４５は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を４５℃の温水に２４時間浸漬し、ついで温水から引き上げて４時間放置したところ、膜エレメント７の温度は２５℃になった。不可逆性感熱性示温部材８の状態を観察すると、サーモラベル３Ｅ−４０（不可逆性感熱性示温部材８）の４０℃示温部は青色に変色し、５０℃、６０℃示温部は変色しておらず、また、サーモラベル３Ｅ−４５（不可逆性感熱性示温部材８）の４５℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６５℃示温部は変色していなかった。左記サーモラベルの変色状況より、膜エレメント観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、過去に最高温度４５℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４３℃以上５２℃以下であることがわかった。
【００２９】
（実施例２）
中空糸型逆浸透膜エレメントの閉鎖端の端部端面に平面形が楕円形で深さ２ｍｍの掘り込み部１１を有する中空糸型逆浸透膜エレメントを作製した。左記掘り込み部１１の底面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル３Ｅ−４０と同３Ｅ−４５）を設置し、エポキシ樹脂で封止した（図１参照）。サーモラベル３Ｅ−４０および３Ｅ−４５は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり端板２がステンレス鋼からなり、端板に窓９と蓋１０を有する膜モジュールに組み込んだ（図２参照）。なお、膜エレメント７の不可逆性感熱性示温部材８が窓９の正面に来るように、組み込み位置を調整した。左記膜モジュールを供給水温度４７℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転した後、運転を停止した。蓋１０を取り外して不可逆性感熱性示温部材８の状態を観察すると、サーモラベル３Ｅ−４０（不可逆性感熱性示温部材８）の４０℃示温部は青色に変色し、５０℃、６０℃示温部は変色しておらず、また、サーモラベル３Ｅ−４５（不可逆性感熱性示温部材８）の４５℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６５℃示温部は変色していなかった。左記サーモラベルの変色状況より、膜エレメント７観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、過去に最高温度４５℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４３℃以上５２℃以下であることがわかった。また、膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく簡便に不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を観察することができた。
【００３０】
（実施例３）
中空糸型逆浸透膜エレメント７の端部端面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル５Ｅ−５０）を貼り付けた。サーモラベル５Ｅ−５０は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり、端板２、３がステンレス鋼からなり、端板に窓９と蓋１０を有する膜モジュールに組み込んだ（図３参照）。なお、膜エレメント７の不可逆性感熱性示温部材８が窓９の正面に来るように、膜エレメント７の組み込み方向を調整した。左記膜モジュールを供給水温度５０℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転した後、運転を停止した。蓋１０を取り外して窓９から不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を目視観察したところ、５０℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６０℃，６５℃、７０℃示温部は変色していなかった。膜エレメント７観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、不可逆性感熱性示温部材８の変色状況より、過去に最高温度５０℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４８℃以上５７℃以下であることがわかった。また、膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく簡便に不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を観察することができた。
【００３１】
（実施例４）
中空糸型逆浸透膜エレメント７の端部外周面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル５Ｅ−５０）を貼り付けた。サーモラベル５Ｅ−５０は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり胴部１の一部が透明な部材で形成されている窓９を有し、端板２、３がステンレス鋼からなる膜モジュールに組み込んだ（図４参照）。なお、膜エレメント７の不可逆性感熱性示温部材８が窓９の正面に来るように、膜エレメント７の組み込み方向を調整した。左記膜モジュールを供給水温度５５℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転を継続した。膜モジュールの運転を継続しながら窓９から不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を目視観察したところ、５０℃、５５℃示温部は黒色に変色し、６０℃，６５℃、７０℃示温部は変色していなかった。膜エレメント７観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、不可逆性感熱性示温部材８の変色状況より、過去に最高温度５５℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は５３℃以上６２℃以下であることがわかった。また、膜モジュールの運転を停止することなく、さらに膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく簡便に不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を観察することができた。
【００３２】
（実施例５）
スパイラル型逆浸透膜エレメント７ａ〜７ｄの胴部外周面に不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄ（日油技研製サーモラベル５Ｅ−５０）を貼り付けた。サーモラベル５Ｅ−５０は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７ａ〜７ｄを、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり、胴部１の一部が透明な部材で形成されている窓９ａ〜９ｄを有し、端板２、３がステンレス鋼からなる膜モジュールに組み込んだ（図５参照）。なお、膜エレメント７ａ〜７ｄの不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄが窓９ａ〜９ｄの正面に来るように、膜エレメント７の組み込み方向を調整した。左記膜モジュールを供給水温度５２℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転した後、運転を停止した。窓９ａ〜９ｄから不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの示温状態を目視観察したところ、いずれの示温部材８ａ〜８ｄはいずれも５０℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６０℃，６５℃、７０℃示温部は変色していなかった。膜エレメント７ａ〜７ｄ観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの変色状況より、過去に最高温度５０℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４８℃以上５７℃以下であることがわかった。また、膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく、簡便に不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの示温状態を観察することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の膜エレメントおよび膜モジュールは、使用中および保管中に膜エレメント温度および膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内にあったかどうかを簡便に判別可能なので、性能変化が生じた場合にはその原因の特定および対策の立案において重要な情報を与えることができ、有用である。また、本発明の示温部材に複数段階で示温するものを用いた膜エレメントおよび膜モジュールであれば、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったか否かだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができるので、性能変化が生じた場合にはその原因の特定および対策の立案において更に重要な情報を与えることができ、更に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】端部端面に不可逆性感熱性示温部材８を設置した本発明の実施形態の一例の流体分離膜エレメント７を示す模式図である。
【図２】中空糸膜エレメント７端部端面に不可逆性感熱性示温部材８を設置し、膜モジュール圧力容器端板２に蓋１０付き窓９を設けた場合の、本発明の実施形態の一例の流体分離膜モジュールを示す模式図である。
【図３】中空糸膜エレメント７端部端面に不可逆性感熱性示温部材８を設置し、膜モジュール圧力容器端板２に蓋１０付き窓９を設けた場合の、本発明の実施形態の他の一例の流体分離膜モジュールを示す模式図である。
【図４】中空糸膜エレメント７端部外周に不可逆性感熱性示温部材を設置し、膜モジュール圧力容器胴部１外周面に透明部材で形成された窓９を設けた場合の、本発明の実施形態の他の一例の流体分離膜モジュールを示す、窓９周辺の一部を切り欠き図とした模式図である。
【図５】スパイラル膜エレメント７胴部外周に不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄを設置し、膜モジュール圧力容器胴部１に透明部材で形成された窓９ａ〜９ｄを設けた場合の、本発明の実施形態の他の一例の流体分離膜モジュールを示す、窓９ａ周辺の一部を切り欠き図とした模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：膜モジュール圧力容器胴部
２、３：膜モジュール圧力容器端板
４：供給流体ノズル
５：濃縮流体ノズル
６：透過流体ノズル
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ：膜エレメント
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ：不可逆性感熱性示温部材
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ：窓
１０：蓋
１１：掘り込み部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶液や混合ガスから特定成分を分離、除去する流体分離膜エレメントおよび流体分離膜モジュールに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
膜分離技術による分離精製技術は、その高度な分離機能や省エネルギー性等の特長を高く評価され、一段と普及が進みつつある。その適用分野を例示すると、海水及びかん水の脱塩による淡水の製造、表流水や地下水の飲料水化、半導体工業や医薬品工業において用いられる純水・超純水の製造、家庭排水や工業排水、都市下水等の下排水処理および下排水からの水回収、発酵液や廃液からの有価物の回収、等々の液体処理分野、空気からの酸素富化や窒素富化、天然ガスからのヘリウムの回収、石油の３次回収での炭酸ガスの分離等のガス分離分野等の幅広い分野に渡っている。
【０００３】
逆浸透膜は、海水及びかん水の淡水化、半導体工業及び医薬品工業用の純水、超純水の製造、都市排水処理等の幅広い分野で利用されている。蒸発法、電気透析法と比較して省エネルギーの点で有利であり、広く普及が進んでいる。特に、中空糸型逆浸透膜は、単位容積当たりの膜面積を大きくできるため、膜分離操作に適した形状であり、例えば、逆浸透膜による海水淡水化分野では広く用いられている。
【０００４】
一般的に膜エレメントおよび膜モジュールには使用可能温度範囲が設定されている。使用可能温度範囲上限または下限を越えた温度で使用または保管すると、膜素材の劣化・変質や膜構造の変化、モジュール構造の破損等を生じ膜性能が悪化する恐れがある。このため、膜性能が低下した場合の原因究明や対策の立案に際して、膜エレメント温度および膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内に維持されていたか否かを知ることは重要である。
【０００５】
流体分離膜施設では一般的に、運転中の供給流体配管内部の温度（以下、便宜的に供給流体温度と記す）が種々の温度測定器を用いて測定され記録されている。このような場合、運転中の供給流体温度が近似的に膜モジュール内部温度とみなされ、使用可能温度範囲内に維持されていたか否かが判断されている。しかし、小型装置や簡易装置等、供給流体温度測定が行われていない、または測定が行われていても連続的に行われていない場合には、供給流体温度が使用可能温度範囲内に維持されていたか否か把握できず、従って膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内に維持されていたか不明となる。また、供給流体温度の測定を連続的に行っている流体分離膜施設においても、供給流体の温度の測定箇所は前述のとおり通常は膜モジュールに連通する供給流体配管内部なので、運転停止中は供給流体配管内部の温度と膜モジュール内部温度が一致するとは限らないため、膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内であったか疑問が生じる。
【０００６】
一方、膜エレメントや膜モジュールを設備に設置する前や、使用開始後に膜エレメントや膜モジュールを流体分離装置から取り外して一時保管する際等の保管状態では、膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内であったかを把握することは一般に困難である。特に、膜エレメントや膜モジュールを海外へ船舶や航空機で輸送する場合、熱帯地域や寒冷地域を経由してまたは目的地として輸送される場合等には、使用可能温度範囲を越える高温や低温にさらされる恐れが十分にあるにもかかわらず、輸送および保管の過程の温度が使用可能範囲内であったかどうかは把握できていないのが実情である。例えば、海水淡水化用逆浸透膜の場合、使用可能温度上限は通常４０℃程度であるが、中東等の外気温が５０℃を越えることも珍しくない地域で使用されることがあり、逆浸透膜施設までの輸送過程や運転開始までの保管過程、また運転開始後の停止期間等に、使用可能温度上限を越える状況にさらされる恐れが日常的に発生している。
【０００７】
このような課題に対し、個々の膜エレメントや膜モジュールに自記記録温度計を設置しもしくは内蔵すれば内部温度履歴を把握することが可能ではあるが、それに要する費用および管理の手間を考慮すれば非現実的な手段であり、そのような管理は現実には実施されていない。
【０００８】
一方、膜分離装置に熱水が供給されたことを視覚的に感知できる考案が特許文献１に開示されている。吸着剤層を介して水道水を膜モジュールに供給する浄水器において、熱水が供給されると、形状記憶合金製のバネにより自動的に流路が切り替えられて膜モジュールをバイパスして浄水器外に熱水を流出させ、併せて流出口の外面に貼着された感温ラベルの変色により流出水が熱水であることを感知できるようにするものである。ここで用いられている感温ラベルの変色が可逆性か不可逆性かは明記されていないが、この感熱ラベルの機能は現在流出している水が熱水であるか否かを感知できるようにすることにあるので、可逆的に色変化するものであることがわかり、したがって、過去の温度履歴について知ることができるものではないことがわかる。また、供給水は膜モジュール部をバイパスしているので、感熱ラベルの指示は膜モジュール内部温度を反映するものでもない。このため、使用中および保管中に膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかを判別可能とするものではない。
【０００９】
【特許文献１】実公平６−１８６３３号公報
【００１０】
このように、膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が、運転中は当然のこと、停止中や保管中においても、使用可能温度範囲内にあったことを確認することは重要であるが、それにもかかわらず十分に確認できていない場合が多いことが実情である。このため、現実に膜性能の低下が発生した場合にはその原因の特定や対策の立案、実施に支障をきたすことがしばしばである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、使用中および保管中に膜エレメント温度や膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかを事後的にかつ簡便に判別可能な膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。また、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったかだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができる膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を克服すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。すなわち、本願発明は下記の構成を有するものである。
（１） 不可逆性感熱性示温部材が設置されていることを特徴とする流体分離膜エレメント。
（２） 前記不可逆性感熱性示温部材が、色の変化により示温することを特徴とする（１）に記載の流体分離膜エレメント。
（３） 前記不可逆性感熱性示温部材が供給流体、透過流体、非透過流体のいずれかに接する位置に設置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（４） 前記不可逆性感熱性示温部材が、流体分離膜エレメントの表面近傍に埋め込まれ、示温状態を目視確認できるように透明樹脂で表面を覆われた状態で設置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（５） 前記不可逆性感熱性示温部材が、複数段階に示温することを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（６） 前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲上限温度で不可逆的に示温することを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（７） 前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲下限温度で不可逆的に示温することを特徴とする（１）または（２）に記載の流体分離膜エレメント。
（８） （１）または（２）に記載の流体分離膜エレメントを圧力容器に装着した流体分離膜モジュール。
（９） 膜モジュールの不透明な外壁に、膜モジュールの外部から前記不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認できる窓が設置されていることを特徴とする（８）に記載の流体分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る流体分離膜エレメントおよび流体分離膜モジュールは、膜エレメント温度および膜モジュール内部温度が使用中および保存中に使用可能温度範囲内に維持されたか、あるいは使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱したことがあるかを、膜エレメントに設置された不可逆性感熱性示温部材により事後的に簡便に判別することが可能である。これにより、例えば輸送中の保管あるいは使用開始前の保管に際して使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱したことのある膜エレメントおよび膜モジュールを容易に判別することができ、流体分離膜施設での使用を避けることが可能となる。また、流体分離膜施設で使用された膜エレメントおよび膜モジュールに性能異常品が検出された場合、その原因の解明に際して、使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱したことがあるかを不可逆性感熱性示温部材により容易に判別可能であり、性能の異常の原因の究明に重要な情報を得ることができる。また、示温部材に複数段階で示温するものを用いれば、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったか否かだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができるので、更に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明における流体分離膜とは、その分離対象および分離メカニズムに基づき、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜等の液体分離膜、または、酸素富化膜、窒素分離膜、炭酸ガス分離膜等のガス分離膜等に分類される。一方、流体分離膜の形態に着目すると、中空糸膜、管状膜、平膜、スパイラル膜等に分類される。本発明は、高温および／または低温にさらされることにより流体分離膜が不可逆的な劣化を受ける恐れがあるもの、および、膜自体のみならず膜エレメントおよび膜モジュールの構成部材のいずれかが高温および／または低温にさらされることにより不可逆的な劣化を受ける恐れがあるものであれば、分離対象や分離メカニズム、分離膜の形状に関わらず、いずれの流体分離膜の膜エレメントおよび膜モジュールについても適用可能である。保管中や輸送中の環境温度が使用可能温度範囲を逸脱する恐れがある膜エレメントおよび膜モジュールにおいて、殊に、その有用性が高く、逆浸透膜エレメントおよび逆浸透膜モジュールへの適用はそのような場合の典型例にあたる。
【００１５】
本発明における逆浸透膜とは、数十ダルトンの分子量の分離特性を有する領域の分離膜であり、具体的には、０．５ＭＰａ以上の操作圧力で、食塩を９０％以上、除去可能であるものである。海水淡水化に使用される逆浸透膜は、操作圧力が大きく、また、食塩の除去率は９９％以上が一般的である。また、本発明におけるポリアミド系の逆浸透膜とは、分離活性層がポリアミド系高分子からなるものであれば特に限定されない。例としては線状ポリアミド、芳香族ポリアミド、架橋芳香族ポリアミドなどがあげられる。また、ポリアミド系の逆浸透膜の形状も特に限定されないが、例えば、平膜からなるスパイラル膜が好適な例である。本発明における酢酸セルロース系逆浸透膜とは、分離活性層が酢酸セルロース系高分子からなるものであれば特に限定されない。例としては酢酸セルロース、三酢酸セルロースなどがあげられる。また、酢酸セルロース系の逆浸透膜の形状も特に限定されないが、例えば、中空糸膜からなる中空糸型が好適な例である。
【００１６】
高温にさらされることにより流体分離膜が不可逆的な劣化を受ける例としては、逆浸透膜モジュールが使用可能温度範囲を越える高温で運転された結果、圧密化が想定以上に進行して適切に使用した場合に比べて短い期間で透水性能が低下したり、膜の加水分解反応や酸化劣化反応の反応速度が想定以上に高くなり適切に使用した場合に比べて短い期間で塩除去性能が低下したりすることを挙げることができる。また、輸送中や保管中に使用可能温度範囲を越える高温にさらされることにより、保存液の分解が進行し、膜の化学的劣化や生物的汚染を生じる場合を挙げることができる。また低温にさらされることにより流体分離膜が不可逆的な劣化を受ける例としては、逆浸透膜や限外ろ過膜等の水処理膜において、保管中に氷点下以下の環境にさらされたために膜エレメント内部の水が凍結し、膜を破損させることを挙げることができる。
【００１７】
本発明における膜エレメントとは、流体分離膜を含む部材であり、膜モジュールに着脱自在に設置されるものを指す。膜モジュールの一例として、逆浸透膜をはじめとする各種水処理膜やガス分離膜においてもっとも一般的な形式である加圧型膜モジュールを挙げることができる。また、膜モジュールの他の一例として、精密濾過膜や限外濾過膜による廃液処理や上水製造に用いられることのある浸漬型膜モジュールを挙げることができる。
【００１８】
加圧型膜モジュールにおいては、容器内部に膜エレメントが設置され、容器に供給流体ノズル、濃縮流体ノズル、透過流体ノズルが設置されているものが一般的である。加圧型膜モジュールにはその目的に応じて、濃縮流体ノズルのないものや、逆洗ノズル、エア抜きノズルやドレインノズルを有するもの等の種々の形式がある。また、容器の一部を可逆的に開放し膜エレメントを容器から出し入れできる開口部を形成する機構を有することが好ましい。一方、浸漬膜モジュールの場合は、フレーム部材に膜エレメントおよびその他の構成部材が設置され、膜エレメントの透過水出口が透過水ヘッダで連結されている形式が一般的である。膜モジュールに装填される膜エレメントの本数は、単数であっても複数であってもよく、複数の場合は膜エレメント相互の関係は並列であっても直列であっても良い。
【００１９】
本発明における不可逆性感熱性示温部材とは、特定の温度より高温になった場合、または、特定の温度より低温になった場合に、外観から判別可能な何らかの特性が不可逆的に変化する部材である。前記外観から判別可能な何らかの特性として、色の変化を用いると、目視で変化を検出することが可能であるため、特別な分析機器や検査機器が不要であり簡便でわかり易く、特に好適である。
【００２０】
色の変化を用いる不可逆性感熱性示温部材としては、種々の感熱性発色材料を利用したものがあり、特に限定されない。また、変色温度は１段階変色に限らず、複数段階の変色温度を有するものであってもよく、また、変色温度の異なる複数の感熱性発色材料を組み合わせたものであっても良い。複数段階の変色温度を有するものや変色温度の異なる複数の感熱性発色材料を組み合わせたものを用いれば、単に基準温度を超えた履歴があるか否かだけでなく、どの程度越えたのかを半定量的に把握することができるので、温度履歴が膜エレメントに与えた影響をより高い精度で解析でき、特に好ましい。また、温度上昇により変色する不可逆性感熱性示温発色材料と温度低下により変色する不可逆性感熱性示温発色材料とを組みあわせれば、上限基準温度および下限基準温度のいずれを逸脱したことがあるものも判別することができるので、特に好ましい。
【００２１】
不可逆性感熱性示温発色材料としては、例えば、ジアゾニウム塩化合物が、フェノール誘導体や活性メチレン基を有する化合物等（カプラー）と反応して染料を形成するものや、実質的に無色の電子供与性染料前駆体を含む染料分散液、および前記染料前駆体と加熱下に接触反応してこれを発色せしめる電子受容性顕色剤を含む顕色剤分散液とを混合して得られる感熱発色層用の材料があげられる。染料前駆体としては公知の無色ないしは単色の染料前駆体が使用でき、具体的には下記が例示される；トリアリールメタン系化合物、ジフェニルメタン系化合物、キサンテン系化合物、チアジン系化合物、スピロ系化合物。また、感熱発色層の構成成分である顕色剤としては、フェノール誘導体、芳香族カルボン酸誘導体、酸性白土、ノボラック樹脂、金属錯体などを用いることができる。
【００２２】
ジアゾニウム塩化合物をマイクロカプセルで包含し、カプラーや水及び塩基性化合物から隔離し、カプセルの壁を熱融解させて発色反応を生じさせるものも不可逆性感熱性示温部材として好適に使用できる。ここで形成されるマイクロカプセル壁としては、ゼラチン、アルギン酸塩、セルロース類、ポリウレア、ポリウレタン、メラミン樹脂、ナイロンなど様々なものが使用可能である。また、溶融性顔料の融点を利用して不可逆性感熱性示温部材としたものがあり、これをシート状とし裏面に粘着剤を塗布したものが市販されており、好適に使用できる。このようなものの例として、日油技研工業株式会社製のサーモラベル３Ｅ、４Ｅ、５Ｅ、８Ｅを挙げることができる。
【００２３】
不可逆性感熱性示温部材の形状は特に限定されないが、膜エレメントに設置するため、小型のものが好ましい。膜エレメントに設置する場合、供給流体、透過流体、非透過流体の流れを阻害しない場所に設置することが好ましい。シート状であれば流れを阻害しない場所に貼付固定することが容易であり、また、貼付固定するのみで設置できるので膜エレメントの設計および製造も容易であり、特に好ましい。
【００２４】
不可逆性感熱性示温部材を設置する位置は、膜エレメント温度を反映する位置であれば特に限定されない。但し、供給流体、透過流体、濃縮流体の流れを阻害しない場所に設置することが好ましく、例えば、逆浸透膜の場合で中空糸膜型エレメントの場合には中空糸膜端部を樹脂で固化封止している部分に、スパイラル膜エレメントの場合は円筒の外周面に設置することが好ましい。また、中空糸膜エレメントのチューブシート部やスパイラル膜エレメントの円筒部外周面等膜エレメントの外表面付近に埋め込み透明樹脂でその表面を覆うと、不可逆性感熱性示温部材の供給流体に対する耐久性を考慮する必要がなくなるため、感熱性示温部材の選択の範囲が広くなり、好ましい。前記透明樹脂としては、供給流体に侵されず、膜分離操作にとって有害物質の溶出がないことが必要である。また、不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認できれば、多少の着色があっても差し支えない。例えば供給流体が海水の場合には、エポキシ樹脂やウレタン樹脂を好適な例として挙げることができる。
【００２５】
膜モジュールの圧力容器の外壁は、ガラス繊維強化樹脂やステンレス鋼等、不透明な素材で形成されている場合がある。このような場合、膜モジュール内部の膜エレメントに設置された不可逆性感熱性示温部材の示温状態を膜モジュールの外部から確認するには、膜エレメントを取り出すかあるいは少なくとも端板を取り外す等圧力容器の一部を開放しなければならず、不便である。膜モジュールの外壁に、膜モジュールの外部から前記不可逆性感熱性示温部材の示温状態を目視確認できる窓が設置されていれば、圧力容器の外壁が不透明であっても膜モジュールの外部から不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認することができ、好ましい。ここに言う窓とは、圧力容器の不透明な外壁の一部を透明な部材で形成したものや、圧力容器の不透明な外壁に形成した蓋や栓で密封できる穴や分岐管等のそこから膜モジュールの内部を覗き見ることができるものを指す。また、窓と不可逆性感熱性示温部材の位置関係は、直接目視できる位置関係にあることが最も簡便かつ信頼性が高く好ましいが、鏡による反射像やレンズによる拡大像、内視鏡やファイバースコープによる観察等によって示温状態が判別できれば、必ずしも直接目視できる位置関係にある必要はない。
【００２６】
不可逆性感熱性示温部材が被処理流体に直接接触する場合、長期間接触しても流体分離膜の劣化原因や膜分離操作の障害となる物質の溶出がないことが必要である。例えば、逆浸透膜の場合で海水淡水化に用いられる場合、海水に対して耐久性があり、なおかつ逆浸透膜を汚染したり逆浸透膜の劣化を促進させたりする物質を溶出しないことが必要である。不可逆性感熱性示温部材からの溶出を防ぐために、不可逆性感熱性示温部材は、化学的に安定で透明度なフィルムや板状体で覆われていることが好適である。このようなフィルムや板状体の素材の例としては、ポリエステルやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等があげられる。また、エポキシ樹脂やウレタン樹脂で封止されていても良い。
【実施例】
【００２７】
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００２８】
（実施例１）
中空糸型逆浸透膜エレメントの閉鎖端の端部端面に平面形が楕円形で深さ２ｍｍの掘り込み部１１を有する中空糸型逆浸透膜エレメントを作製した。左記掘り込み部１１の底面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル３Ｅ−４０と同３Ｅ−４５）を設置し、エポキシ樹脂で封止した（図１参照）。サーモラベル３Ｅ−４０および３Ｅ−４５は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を４５℃の温水に２４時間浸漬し、ついで温水から引き上げて４時間放置したところ、膜エレメント７の温度は２５℃になった。不可逆性感熱性示温部材８の状態を観察すると、サーモラベル３Ｅ−４０（不可逆性感熱性示温部材８）の４０℃示温部は青色に変色し、５０℃、６０℃示温部は変色しておらず、また、サーモラベル３Ｅ−４５（不可逆性感熱性示温部材８）の４５℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６５℃示温部は変色していなかった。左記サーモラベルの変色状況より、膜エレメント観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、過去に最高温度４５℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４３℃以上５２℃以下であることがわかった。
【００２９】
（実施例２）
中空糸型逆浸透膜エレメントの閉鎖端の端部端面に平面形が楕円形で深さ２ｍｍの掘り込み部１１を有する中空糸型逆浸透膜エレメントを作製した。左記掘り込み部１１の底面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル３Ｅ−４０と同３Ｅ−４５）を設置し、エポキシ樹脂で封止した（図１参照）。サーモラベル３Ｅ−４０および３Ｅ−４５は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり端板２がステンレス鋼からなり、端板に窓９と蓋１０を有する膜モジュールに組み込んだ（図２参照）。なお、膜エレメント７の不可逆性感熱性示温部材８が窓９の正面に来るように、組み込み位置を調整した。左記膜モジュールを供給水温度４７℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転した後、運転を停止した。蓋１０を取り外して不可逆性感熱性示温部材８の状態を観察すると、サーモラベル３Ｅ−４０（不可逆性感熱性示温部材８）の４０℃示温部は青色に変色し、５０℃、６０℃示温部は変色しておらず、また、サーモラベル３Ｅ−４５（不可逆性感熱性示温部材８）の４５℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６５℃示温部は変色していなかった。左記サーモラベルの変色状況より、膜エレメント７観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、過去に最高温度４５℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４３℃以上５２℃以下であることがわかった。また、膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく簡便に不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を観察することができた。
【００３０】
（実施例３）
中空糸型逆浸透膜エレメント７の端部端面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル５Ｅ−５０）を貼り付けた。サーモラベル５Ｅ−５０は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり、端板２、３がステンレス鋼からなり、端板に窓９と蓋１０を有する膜モジュールに組み込んだ（図３参照）。なお、膜エレメント７の不可逆性感熱性示温部材８が窓９の正面に来るように、膜エレメント７の組み込み方向を調整した。左記膜モジュールを供給水温度５０℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転した後、運転を停止した。蓋１０を取り外して窓９から不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を目視観察したところ、５０℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６０℃，６５℃、７０℃示温部は変色していなかった。膜エレメント７観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、不可逆性感熱性示温部材８の変色状況より、過去に最高温度５０℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４８℃以上５７℃以下であることがわかった。また、膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく簡便に不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を観察することができた。
【００３１】
（実施例４）
中空糸型逆浸透膜エレメント７の端部外周面に不可逆性感熱性示温部材８（日油技研製サーモラベル５Ｅ−５０）を貼り付けた。サーモラベル５Ｅ−５０は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７を、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり胴部１の一部が透明な部材で形成されている窓９を有し、端板２、３がステンレス鋼からなる膜モジュールに組み込んだ（図４参照）。なお、膜エレメント７の不可逆性感熱性示温部材８が窓９の正面に来るように、膜エレメント７の組み込み方向を調整した。左記膜モジュールを供給水温度５５℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転を継続した。膜モジュールの運転を継続しながら窓９から不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を目視観察したところ、５０℃、５５℃示温部は黒色に変色し、６０℃，６５℃、７０℃示温部は変色していなかった。膜エレメント７観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、不可逆性感熱性示温部材８の変色状況より、過去に最高温度５５℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８の変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は５３℃以上６２℃以下であることがわかった。また、膜モジュールの運転を停止することなく、さらに膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく簡便に不可逆性感熱性示温部材８の示温状態を観察することができた。
【００３２】
（実施例５）
スパイラル型逆浸透膜エレメント７ａ〜７ｄの胴部外周面に不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄ（日油技研製サーモラベル５Ｅ−５０）を貼り付けた。サーモラベル５Ｅ−５０は不可逆性感熱性示温材料の表面をポリエステルフィルムで覆った構造を採っている。左記膜エレメント７ａ〜７ｄを、胴部１が不透明なガラス繊維強化樹脂からなり、胴部１の一部が透明な部材で形成されている窓９ａ〜９ｄを有し、端板２、３がステンレス鋼からなる膜モジュールに組み込んだ（図５参照）。なお、膜エレメント７ａ〜７ｄの不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄが窓９ａ〜９ｄの正面に来るように、膜エレメント７の組み込み方向を調整した。左記膜モジュールを供給水温度５２℃で２時間運転し、ついで供給水温度を徐々に低下させ２時間かけて２５℃まで低下させ、さらに１時間運転した後、運転を停止した。窓９ａ〜９ｄから不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの示温状態を目視観察したところ、いずれの示温部材８ａ〜８ｄはいずれも５０℃示温部は黒色に変色し、５５℃、６０℃，６５℃、７０℃示温部は変色していなかった。膜エレメント７ａ〜７ｄ観察時点での膜エレメント温度は既に２５℃に低下していたが、不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの変色状況より、過去に最高温度５０℃付近まで温度上昇したことがあることが確認できた。更に詳しく言えば、この不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの変色温度精度が±２℃であることを考慮すると、この膜エレメントの温度履歴の最高温度は４８℃以上５７℃以下であることがわかった。また、膜モジュールから膜エレメントを抜き出すことなく、簡便に不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄの示温状態を観察することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の膜エレメントおよび膜モジュールは、使用中および保管中に膜エレメント温度および膜モジュール内部温度が使用可能温度範囲内にあったかどうかを簡便に判別可能なので、性能変化が生じた場合にはその原因の特定および対策の立案において重要な情報を与えることができ、有用である。また、本発明の示温部材に複数段階で示温するものを用いた膜エレメントおよび膜モジュールであれば、単に使用可能温度範囲の上限および／または下限を逸脱しなかったか否かだけでなく、逸脱した場合にはどの程度の逸脱であったかを知ることができるので、性能変化が生じた場合にはその原因の特定および対策の立案において更に重要な情報を与えることができ、更に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】端部端面に不可逆性感熱性示温部材８を設置した本発明の実施形態の一例の流体分離膜エレメント７を示す模式図である。
【図２】中空糸膜エレメント７端部端面に不可逆性感熱性示温部材８を設置し、膜モジュール圧力容器端板２に蓋１０付き窓９を設けた場合の、本発明の実施形態の一例の流体分離膜モジュールを示す模式図である。
【図３】中空糸膜エレメント７端部端面に不可逆性感熱性示温部材８を設置し、膜モジュール圧力容器端板２に蓋１０付き窓９を設けた場合の、本発明の実施形態の他の一例の流体分離膜モジュールを示す模式図である。
【図４】中空糸膜エレメント７端部外周に不可逆性感熱性示温部材を設置し、膜モジュール圧力容器胴部１外周面に透明部材で形成された窓９を設けた場合の、本発明の実施形態の他の一例の流体分離膜モジュールを示す、窓９周辺の一部を切り欠き図とした模式図である。
【図５】スパイラル膜エレメント７胴部外周に不可逆性感熱性示温部材８ａ〜８ｄを設置し、膜モジュール圧力容器胴部１に透明部材で形成された窓９ａ〜９ｄを設けた場合の、本発明の実施形態の他の一例の流体分離膜モジュールを示す、窓９ａ周辺の一部を切り欠き図とした模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：膜モジュール圧力容器胴部
２、３：膜モジュール圧力容器端板
４：供給流体ノズル
５：濃縮流体ノズル
６：透過流体ノズル
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ：膜エレメント
８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ：不可逆性感熱性示温部材
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ：窓
１０：蓋
１１：掘り込み部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可逆性感熱性示温部材が設置されていることを特徴とする流体分離膜エレメント。
【請求項２】
前記不可逆性感熱性示温部材が、色の変化により示温することを特徴とする請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項３】
前記不可逆性感熱性示温部材が供給流体、透過流体、非透過流体のいずれかに接する位置に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項４】
前記不可逆性感熱性示温部材が、流体分離膜エレメントの表面近傍に埋め込まれ、示温状態を目視確認できるように透明樹脂で表面を覆われた状態で設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項５】
前記不可逆性感熱性示温部材が、複数段階に示温することを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項６】
前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲上限温度で不可逆的に示温することを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項７】
前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲下限温度で不可逆的に示温することを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項８】
請求項１または２に記載の流体分離膜エレメントを圧力容器に装着した流体分離膜モジュール。
【請求項９】
膜モジュールの不透明な外壁に、膜モジュールの外部から前記不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認できる窓が設置されていることを特徴とする請求項８に記載の流体分離膜モジュール。
【請求項１】
不可逆性感熱性示温部材が設置されていることを特徴とする流体分離膜エレメント。
【請求項２】
前記不可逆性感熱性示温部材が、色の変化により示温することを特徴とする請求項１に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項３】
前記不可逆性感熱性示温部材が供給流体、透過流体、非透過流体のいずれかに接する位置に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項４】
前記不可逆性感熱性示温部材が、流体分離膜エレメントの表面近傍に埋め込まれ、示温状態を目視確認できるように透明樹脂で表面を覆われた状態で設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項５】
前記不可逆性感熱性示温部材が、複数段階に示温することを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項６】
前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲上限温度で不可逆的に示温することを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項７】
前記不可逆性感熱性示温部材が流体分離膜エレメントの使用可能温度範囲下限温度で不可逆的に示温することを特徴とする請求項１または２に記載の流体分離膜エレメント。
【請求項８】
請求項１または２に記載の流体分離膜エレメントを圧力容器に装着した流体分離膜モジュール。
【請求項９】
膜モジュールの不透明な外壁に、膜モジュールの外部から前記不可逆性感熱性示温部材の示温状態を確認できる窓が設置されていることを特徴とする請求項８に記載の流体分離膜モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１３６８３４（Ｐ２００９−１３６８３４Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１８３３３（Ｐ２００７−３１８３３３）
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡績株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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