膜反応装置の製造方法
【課題】枠を容易に成形でき、かつ網を枠に確実に固定でき、更にはスタック化が容易な膜反応装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
膜反応装置１の枠１３となるべき半流動性の枠原料３３をフィルム状又はシート状の台材３１に塗布する。枠原料３３を台材３１と共に型抜きする。枠内１５に網１６を設け、かつ網１６の周縁部を枠原料３３の内部に埋め込む。枠原料３３を硬化させて枠１３にする。その後、台材３１を枠１３から剥がす。枠１３及び網１６に反応剤の反応を媒介する膜１４を重ねる。枠内１５が反応剤の流通又は収容される空間になる。
【解決手段】
膜反応装置１の枠１３となるべき半流動性の枠原料３３をフィルム状又はシート状の台材３１に塗布する。枠原料３３を台材３１と共に型抜きする。枠内１５に網１６を設け、かつ網１６の周縁部を枠原料３３の内部に埋め込む。枠原料３３を硬化させて枠１３にする。その後、台材３１を枠１３から剥がす。枠１３及び網１６に反応剤の反応を媒介する膜１４を重ねる。枠内１５が反応剤の流通又は収容される空間になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反応剤が膜を媒介にして蒸留等の反応を起こす膜反応装置（membrane reactor）を製造する方法に関し、特に膜と枠が重ねられ、かつ枠内に網が設けられた膜反応装置に適した製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の膜反応装置として、膜蒸留装置、熱交換器、電気透析装置等が挙げられる。例えば膜蒸留装置は、蒸留膜等の膜と枠とが複数かつ交互に重ねられている（特許文献１参照）。１つの枠の内部に反応剤として海水が通される。この海水中の水分が蒸発し蒸留膜を介して隣の枠の内部に移動して凝縮する。これにより、淡水すなわち蒸留された反応剤が取り出される。同時に、膜を挟んで両側の枠内の反応剤どうし間で潜熱又は顕熱の伝達反応が行なわれる。各枠内には、反応剤の流通空間を確保するための網が収容されている。特許文献１には、枠を環状のガスケットにて構成し、この枠の内部に網を嵌め込む態様の他、枠を接着剤にて構成し、この接着剤を挟んで両側の膜の周縁部を当該接着剤にて接着するとともに網の周縁部を上記接着剤にて膜に固定する態様が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−３４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
枠の内部に網を嵌め込んだ構造では、網の縁が膜に引っ掛かって膜を損傷するおそれがある。また、枠がゴム等の軟性を有している場合には、内部に網を嵌めながら積層するのが容易でなく、スタック化が困難である。さらに、枠の内周縁と網との間に隙間が出来やすく、そのような隙間の部分では耐圧性を維持できずに流路が潰れてしまう。また、網が枠から分離可能であるため、枠内の内圧によって外側へ押し広げようとする力や内側へ縮めようとする力がスタックの各枠に加わると、枠どうしが徐々にずれていき、積層構造を保持できなくなる。
【０００５】
枠を接着剤にて構成し、網の周縁部を上記接着剤にて膜に固定した構造では、膜の損傷や流路が潰れるとの問題点を回避できる。また、枠に外側へ押し広げようとする力や内側へ縮めようとする力が加わったときは、網によって枠の変形及び変移を阻止でき、ひいては積層構造を保持できる。
しかし、接着剤を枠形状に成形するのは容易でない。また、接着剤が硬化しないうちは網の位置が不安定であり、その状態で更に膜を重ね合わせたうえで接着剤を硬化させることになるため、スタック化が容易でない。さらに、例えば膜蒸留器等において、膜が多孔質でありかつ上記接着剤が親水性である場合、海水等の反応剤が、膜内の接着剤が入り込んだ部分と入り込んでいない部分との境目を伝って膜を透過することが考えられ、海水が淡水に混ざるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑み、枠を容易に成形でき、かつ網を枠に確実に固定でき、更にはスタック化が容易であり、更には圧力に対し変形及び変移を防止して積層構造を保持できる膜反応装置の製造方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、枠内が反応剤の流通又は収容される空間になる枠と、前記枠内に設けられた網と、前記枠及び前記網に重ねられて前記反応剤の反応を媒介する膜とを備えた膜反応装置の製造方法であって、
前記枠となるべき半流動性の枠原料をフィルム状又はシート状の台材に塗布する塗布工程と、
前記枠原料を前記台材と共に前記枠の形状に合わせて型抜きする型抜き工程と、
前記枠内に前記網を設け、かつ前記網の周縁部を前記枠原料の内部に埋め込む網設置工程と、
前記枠原料を硬化させて前記枠にする硬化工程と、
前記台材を前記枠から剥がす台材剥離工程と、
を順次実行することを特徴とする。
【０００７】
これにより、枠を容易に成形できる。また、網の周縁部を枠に確実に固定でき、膜が損傷したり流路が潰れたりするのを防止できる。更には、枠及び膜を容易にスタック化できる。更には、枠内の圧力に対し枠が変形及び変移するのを防止でき、積層構造を保持できる。
上記反応は、物理反応でもよく、化学反応でもよい。上記反応は、蒸発、凝縮等の相転移や熱伝達を含む。
半流動性とは、枠原料がある程度の粘性ないしは保形性を有する流動体であることを意味し、たとえばゲル状であることをいう。
【０００８】
前記塗布工程後、フィルム状又はシート状の覆材を前記枠原料に被せる被覆工程を行ない、前記型抜き工程では前記枠原料を前記覆材及び前記台材と共に型抜きし、型抜き後の前記覆材を前記枠原料から剥がす覆材剥離工程を行なった後、前記網設置工程を行なうことが好ましい。
これにより、枠原料をきれいに型抜きすることができる。
【０００９】
前記覆材における前記枠原料に接する面の前記枠原料との接着力が、前記台材における前記枠原料が塗布される面の前記枠原料との接着力より小さいことが好ましい。
これにより、覆材剥離工程において、覆材を容易に剥がすことができる。枠原料が覆材と一緒に台材から剥がれないようにでき、枠原料を台材上に確実に残置できる。
【００１０】
前記塗布工程において、前記枠原料を前記台材に塗布してなる塗布体を２つ作製し、
前記型抜き工程において、前記２つの塗布体を互いにほぼ反転対称の形状になるよう型抜きしてなる２つの半体を得、
前記網設置工程において、前記２つの半体のうち少なくとも１つの半体に前記網を設置したうえで、前記２つの半体を重ね合わせ、これら２つの半体の枠原料どうしを同体化することにしてもよい。
これにより、網の周縁部を２つの半体の枠原料の内部に確実に埋め込むことができる。枠原料の硬化後は、網の周縁部が枠の内部に確実に埋め込まれた状態にすることができる。これによって、枠と網の接合強度を十分に確保できる。したがって、台材を剥がすとき、枠が台材と一緒に網から分離しないようにすることができる。２つの半体のそれぞれに網を設けると、二重の網を有する枠を形成できる。
【００１１】
前記２つの半体の枠原料どうしを同体化してなる枠原体を複数作製し、前記複数の枠原体を互いに積層し、かつ隣接する枠原体どうしの間には板を挟み、更に前記複数の枠原体をこれら枠原体の積層方向に加圧したうえで前記硬化工程を行なうことが好ましい。
これにより、複数の枠原体を一度に硬化させて複数の枠を一度に作製できる。加圧によって２つの半体どうしを確実に同体化でき、枠の内部に気泡や空気層が形成されるのを防止できる。ひいては、枠内空間から反応剤が漏れるのを確実に防止できる。隣接する枠原体どうしの間に板を挟むことによって、上記隣接する枠原体どうしがずれていたり、形状または大きさにばらつきがあったりしても、各枠原体の全面に加圧力を均一に付与でき、枠原料のはみ出した端部が盛り上がるように変形するのを防止できる。したがって、枠原体の寸法精度や積層時の位置決め精度を緩和できる。
【００１２】
前記型抜き工程において、前記枠内空間の内部に前記枠原料の一部が残置されるように前記型抜きを行ない、前記網設置工程において、前記網の中央部を前記枠原料の前記一部の内部に埋め込むことにしてもよい。
上記残置された一部が整流部となり、枠内空間における反応剤の流通を整流することができる。例えば、膜を挟んで両側の枠の枠内空間の反応剤どうしの流れを対向流にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、枠を容易に成形できる。また、網の周縁部を枠に確実に固定でき、膜が損傷したり流路が潰れたりするのを防止できる。更には、枠及び膜を容易にスタック化できる。更には、枠内の圧力に対し枠が変形及び変移するのを防止でき、積層構造を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膜蒸留装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、上記膜蒸留装置の断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、上記膜蒸留装置の断面図である。
【図４】上記膜蒸留装置の枠の平面図である。
【図５】上記枠の製造過程を示し、塗布工程終了時における塗布体の断面図である。
【図６】上記枠の製造過程を示し、被覆工程終了時における上記塗布体の断面図である。
【図７】上記枠の製造過程を示し、型抜き工程終了時における枠原体の平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う上記枠原体の断面図である。
【図９】上記枠の製造過程を示し、覆材剥離工程及び網設置工程における枠原体の平面図である。
【図１０】上記枠の製造過程を示し、網設置工程終了時における枠原体の断面図である。
【図１１】上記枠の製造過程を示し、硬化工程終了後の枠の断面図である。
【図１２】図４のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う、上記枠の断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、同図（ａ）及び（ｂ）は、網設置工程における２つの半体の平面図である。
【図１４】上記第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、網設置工程において上記２つの半体を向かい合わせた状態の断面図である。
【図１５】上記第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、網設置工程終了時における枠原体の断面図である。
【図１６】上記第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、硬化工程終了時における枠の断面図である。
【図１７】上記第２実施形態に係る枠の断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る枠の製造過程を、硬化工程における状態で示す断面図である。
【図１９】上記第３実施形態に係る枠原体の平面図である。
【図２０（ａ）】上記第３実施形態において、板を挟んで隣接する枠原体どうしが位置ずれしている場合の断面図である。
【図２０（ｂ）】上記第３実施形態に関する参考態様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜図３は、膜反応装置の一例としてのダイレクト式の膜蒸留装置１を示したものである。
【００１６】
図２及び図３に示すように、膜蒸留装置１は、表板１１と、裏板１２と、これら板１１，１２間に設けられた複数の枠１３及び１又は複数の蒸留膜１４を備えている。これら要素１１，１２，１３，１４の外形状は、互いに同一の四角形（長方形）になっているが、これに限定されず、種々の形状を採り得る。枠１３と蒸留膜１４が交互に積層され、スタックを構成している。枠１３の厚さは、数ｍｍ程度である。蒸留膜１４の厚さは、数十μｍ〜数百μｍ程度である。図において、枠１３及び膜１４の厚さは誇張されている。蒸留膜１４の周縁部が、その両隣の枠１３，１３によって挟持されている。蒸留膜１４が、その両隣の枠１３，１３の枠内空間１５，１５どうしを仕切っている。
【００１７】
図１に示すように、表板１１の４つの隅部にポートＰ１〜Ｐ４が配置されている。図２及び図３に示すように、各スタック要素１１，１３，１４の４つの隅部には、ポートＰ１〜Ｐ４に連なるポート孔２１〜２４が形成されている。
【００１８】
枠１３は、パッキン用のゴム材にて構成されているが、これに限られず、樹脂、その他の材料にて構成されていてもよい。図２〜図４に示すように、各枠１３に網１６が設けられている。網１６は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂にて構成されているが、その他の材料にて構成されていてもよい。網１６は、枠１３の外形状とほぼ同一の四角形（長方形）になっている。枠内空間１５に網１６が張られている。網１６の周縁部が枠１３の内部に埋められている。網１６によって枠内空間１５の厚さが確保されている。
【００１９】
各枠内空間１５（網１６の網目空間）は、反応剤が流通される通路又は反応剤が収容される収容部になっている。膜蒸留装置１においては、反応剤として例えば海水と淡水（蒸留された反応剤又は反応剤の溶媒成分）が蒸留膜１４を挟んで隣り合う枠１３，１３の枠内空間１５，１５にそれぞれ通される。
以下、これら枠１３を互いに区別するときは、海水が通される枠１３及び枠内空間１５には、符号に「Ａ」を付し、淡水が通される枠１３及び枠内空間１５には、符号に「Ｂ」を付す（図２）。
【００２０】
図３及び図４に示すように、各枠１３の枠内空間１５の内部には、複数（図では３つ）の整流部１７が設けられている。整流部１７は、枠１３と同一の材料にて構成されている。整流部１７は、枠１３の内縁と縁切りされた島状（アイランド状）になってている。各整流部１７は、枠１３の長手方向に延びている。複数の整流部１７が、枠１３の短手方向に間隔を置いて並べられている。整流部１７によって、枠内空間１５が複数の整流路１８に分かれている。
【００２１】
網１６の中央部分が、整流部１７の内部に埋まっている。整流部１７は、網１６を介して枠１３に連結されている。整流部１７は、枠内空間１５内の反応剤（海水、淡水）の流れを整流する枠割に加え、網１６と共に枠内空間１５の厚さを確保するスペーサの役割をも有している。
【００２２】
蒸留膜１４が、反応剤の反応を媒介する。例えば、蒸留膜１４は、海水等の溶液からなる反応剤の蒸留反応を媒介する。ここでは、蒸留膜１４は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる多孔質の膜にて構成され、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する性質を有している。
【００２３】
反応剤としての海水が、図示しない熱源にて加温された後、ポートＰ１からポート孔２１に導入され、各枠内空間１５Ａに分配される。海水は、各枠内空間１５Ａを流通した後、ポート孔２２で合流してポートＰ２から出される。また、淡水が、ポートＰ３からポート孔２３に導入され、各枠内空間１５Ｂに分配される。淡水は、各枠内空間１５Ｂを流通した後、ポート孔２４で合流してポートＰ４から出される。枠内空間１５Ａの各整流路１８Ａを通る海水と枠内空間１５Ｂの整流路１８Ｂを通る淡水は、互いに対向流をなす。上記海水が枠内空間１５Ａ内を流通する過程で、海水中の水蒸気（溶媒蒸気）が蒸留膜１４を透過し、枠内空間１５Ｂの淡水に混入する。したがって、淡水のポートＰ４からの導出流量が、ポートＰ３からの導入流量より大きくなる。この増量分が、出力淡水として取り出される。残りの淡水は、冷却手段（図示せず）によって冷却された後、ポートＰ３に戻される。整流部１７によって海水と淡水の対向流を形成することにより、熱交換効率を向上でき、ひいては淡水の製造効率を向上させることができる。海水のポートＰ２から導出流量は、ポートＰ１からの導入流量より小さくなる。この減少分だけ新たな海水が補充される。補充後の海水が、熱源を経てポートＰ１に戻される。
【００２４】
膜蒸留装置１の製造方法を、枠１３の製造方法を中心に説明する。
［塗布工程］
図５に示すように、台材３１を用意する。台材３１は、フィルム状又はシート状であることが好ましい。ここでは、台材３１として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂フィルムを用いる。好ましくは、台材３１の片面を艶消し処理する。台材３１の大きさは、枠１３の外形寸法以上である。
【００２５】
樹脂フィルムからなる台材３１の艶消し面３１ａ（マット面、塗布面）を上にし、光沢面３１ｂを下にする。艶消し面３１ａの全体に枠１３の原料３３を均一な厚さに塗布（分出し）する。これにより、台材３１上に枠原料３３を被膜してなる塗布体３４を形成する。枠原料３３は、加硫前のゴムであり、半流動性を有している。枠原料３３を構成するゴムは、合成ゴムでもよく天然ゴムでもよい。ここでは、枠原料３３として例えば加硫前のシリコーンゴムを用いる。
【００２６】
［被覆工程］
次に、図６に示すように、枠原料３３の膜の上に覆材３２を被せる。これにより、枠原料３３が台材３１及び覆材３２にて上下から挟まれた状態になる。
【００２７】
覆材３２は、フィルム状又はシート状であることが好ましい。ここでは、覆材３２として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂フィルムを用いる。覆材３２として、台材３１と同一材質の樹脂フィルムを用いてもよい。覆材３２は、艶消し処理する必要がない。覆材３２の光沢面３２ａ（接触面）を枠原料３３に接触させる。これにより、台材３１の塗布面３１ａの枠原料３３との接着力が、覆材３２の接触面３２ａの枠原料３３との接着力より大きくなる。
【００２８】
［型抜き工程］
次に、図７及び図８に示すように、塗布体３４を枠１３及び整流部１７の形状に合わせて型抜きし、枠原体３０を得る。すなわち、枠原料３３を台材３１及び覆材３２と共に型抜きする。枠原料３３上に覆材３２を被せておくことにより、塗布体３４をきれいに型抜きすることができる。型抜き装置の抜き型が枠原料３３に直接接触しないようにでき、抜き型に枠原料３３が付着するのを抑制又は防止できる。型抜きによって、枠原料３３のうち枠１３になるべき部分３５と整流部１７になるべき部分３７が残置される。枠１３になるべき部分３５は、枠内空間１５を有している。枠内空間１５の内部に、整流部１７になるべき部分３７が配置される。整流部１７になるべき部分３７は、枠１３になるべき部分３５から離れている。
【００２９】
［覆材剥離工程］
図９に示すように、型抜き後、覆材３２を枠原体３０から剥がす。これにより、枠原料３３の上面が露出する。覆材３２の枠原料３３との接着力を台材３１の枠原料３３との接着力より小さくしておくことによって、覆材３２を容易に剥がすことができる。覆材３２を剥がすとき、枠原料３３が覆材３２と一緒に台材３１から剥がれないようにでき、枠原料３３を台材３１上に確実に残置できる。
【００３０】
［網設置工程］
次に、網１６を枠原料３３に被せ、かつ該網１６を押し付けて枠原料３３の内部にめり込ませる。網１６をプレス機でプレスしてもよい。網１６をローラで押し付けてもよい。これにより、図１０に示すように、網１６の周縁部を枠原料３３の枠１３となるべき部分３５に埋め込む。かつ、網１６の中央部を整流部１７となるべき部分３７に埋め込む。
【００３１】
［硬化工程］
次に、図１１に示すように、枠原体３０の枠原料３３を加硫する。加硫は、例えば２．５気圧（絶対圧３．５気圧）程度の水蒸気で行なう。加硫時間は例えば３０分程度とする。これにより、枠原体３０の外側の枠状の原料部分３５が硬化して、枠１３が得られる。また、枠原体３０の中央の原料部分３７が硬化して整流部１７が得られる。このようにして、枠１３を所定の形状に成形できる。枠１３の内部に島状の整流部１７があっても容易に成形できる。併せて、網１６の周縁部を枠１３に確実に固定することができる。更に、網１６を介して整流部１７を枠１３に連ねることができる。
【００３２】
［台材剥離工程］
次に、図１２に示すように、台材３１を枠１３から剥がす。
【００３３】
［ポート孔形成工程］
その後、枠１３の四隅にポート孔２１〜２４を形成する。ポート孔２１〜２４は、型抜き工程時に形成してもよいが、加硫時の収縮変形を考慮すると、精度確保の観点からは加硫後に孔加工にて形成するのが好ましい。
【００３４】
［組立工程］
上記のようにして作製した網１６付き枠１３に膜１４を重ねる。膜１４の周縁部を枠１３に接着剤にて接着する。接着剤は疎水性であることが好ましい。接着剤としてエポキシ系接着剤等を用いてもよい。膜１４にコロナ処理等の表面処理を施したうえで、接着剤を塗布することが好ましい。これにより、接着強度を増すことができる。接着剤の厚さは、膜１４と枠１３を接着できる程度であればよく、枠１３の厚さ、ひいては枠内空間１５の厚さと比べると十分小さくて済む。したがって、接着剤が膜１４の孔内に入り込む量は僅かである。接着剤は、枠内空間１５に面しないように塗布するのが好ましい。接着に代えて、熱融着にて膜１４と枠１３を接合してもよい。さらに、上記枠１３と蒸留膜１４と交互に積層する。網１６が枠１３と一体化されているため、積層作業を容易に行なうことができる。したがって、枠１３及び膜１４を容易にスタック化できる。枠１３及び蒸留膜１４の積層方向の両外側には板１１，１２を配置する。この積層体１１，１２，１３，１４の周縁部にボルト（図示せず）を通して締めつける。このようにして、膜蒸留装置１を作製できる。
膜蒸留装置１においては、網１６の周縁部が枠１３に埋め込まれているため、膜１４が網１６の縁により損傷したり、枠１３の内縁近傍の流路１５が潰れたりするのを確実に防止できる。更には、枠内空間１５の圧力が高くなって枠１３を外側へ押し広げる力が加わったり、枠内空間１５の圧力が低くなって枠１３を内側へ縮める力が加わったりしても、枠１３に連結固定された網１５が上記の力に抵抗することができる。したがって、枠１３の変形や変移を阻止できる。ひいては、装置１の積層構造を保持できる。
上記接着剤として疎水性接着剤を用いることによって、海水等の反応剤が接着剤の表面を伝って膜内を淡水側へ透過するのを防止できる。たとえ接着剤が親水性であっても、接着剤の膜１４内に入り込む量を僅かにしたり、接着剤を枠内空間１５に接しないように配置したりすることで、海水等の反応剤が接着剤の表面を伝って膜内を淡水側へ透過するのを確実に防止できる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態の構成と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図１３〜図１７は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態は、膜反応装置１の枠１３の構造及び枠１３の製造方法の変形例である。図１７に示すように、第２実施形態では、網１６が二重になっている。２枚の網１６，１６が重ねられ、かつ、これら二重網１６，１６の外周部が枠１３の内部に埋め込まれている。二重網１６，１６の中央部は整流部１７の内部に埋め込まれている。
【００３６】
第２実施形態の枠１３は、次のようにして作製される。
［塗布工程、被覆工程］
１つの枠１３に対応する塗布体３４（図６参照）を２つ作製する。各塗布体３４が、枠原料３３を台材３１及び覆材３２にて上下から挟んだ構造になっている。２つの塗布体３４の枠原料３３の膜厚の合計が、枠１３の厚さと対応するようにする。
【００３７】
［型抜き工程］
図１３に示すように、２つの塗布体３４，３４をそれぞれ型抜きし、２つの半体３６Ａ，３６Ｂを得る。各半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３は、枠１３になる部分３５と整流部１７になる部分３７を含む。これら半体３６Ａ，３６Ｂの形状は、互いに反転対称の形状になっている。すなわち、片方の半体３６Ａを裏返すと、他方の半体３６Ｂと同一形状になる。
【００３８】
［網設置工程］
型抜き後、各半体３６Ａ，３６Ｂから覆材３２を剥がす。そして、各半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３に網１６を被せる。この段階では、半体３６Ａを裏返したときに網１６が落ちない程度に、枠原料３３を網１６の網目に入り込ませればよい。枠原料３３の厚さ方向の中間付近まで網１６をめり込ませる必要はない。
【００３９】
続いて、図１４に示すように、片方の半体３６Ａを裏返し、２つの半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３，３３どうしを向かい合わせる。そして、図１５に示すように、これら２つの半体３６Ａ，３６Ｂを重ね合わせて押し付ける。これにより、これら半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３，３３どうしを互いに接合させて同体化でき、枠原体３０が得られる。この枠原体３０の両側面にはそれぞれ台材３１が設けられている。
【００４０】
半体３６Ａ，３６Ｂを重ね合わせることによって、網１６，１６の周縁部を枠原料３３，３３の枠対応部分３５，３５の内部に確実に埋め込むことができる。また、網１６，１６の中央部を枠原料３３，３３の整流部対応部分３７，３７の内部に確実に埋め込むことができる。重ね合わせた２つの半体３６Ａ，３６Ｂを重ね合わせ方向に加圧することにより、これら半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３，３３どうしを確実に同体化できる。したがって、枠原体３０ひいては枠１３の内部に気泡や空気層が形成されるのを確実に防止できる。よって、膜反応装置１の使用時に枠内空間１５から反応剤が漏れるのを確実に防止できる。
【００４１】
［硬化工程］
次に、図１６に示すように、枠原体３０の枠原料３３を加硫して硬化させる。これにより、二重の網１６，１６を有する枠１３が得られる。網１６，１６の周縁部は、枠１３の内部に確実に埋め込まれた状態になる。したがって、枠１３と網１６，１６の接合強度を十分に確保できる。また、網１６，１６の中央部が整流部１７の内部に確実に埋め込まれた状態になる。したがって、整流部１７と網１６，１６の接合強度を十分に確保できる。
【００４２】
［台材剥離工程］
その後、図１７に示すように、台材３１を剥離する。網１６の周縁部と枠１３が強固に接合しているため、枠１３の厚さが小さくても、台材３１の剥離時に枠１３が台材３１にくっ付いて網１６から分離するのを防止できる。網１６の中央部と整流部１７が強固に接合しているため、整流部１７の厚さが小さくても、台材３１の剥離時に整流部１７が台材３１にくっ付いて網１６から分離するのを防止できる。
【００４３】
図１８〜図２０は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態は、第２実施形態の硬化工程の変形例に係る。
【００４４】
［硬化工程］
図１８に示すように、第３実施形態では、第２実施形態と同様にして作製した枠原体３０を複数用意する。枠原体３０の枚数は、例えば数枚〜数百枚である。図１９に示すように、各枠原体３０の四隅の所定の位置には、位置決め孔３９を形成しておく。
【００４５】
図１８に示すように、これら枠原体３０を互いに積層する。好ましくは、隣接する枠原体３０，３０どうしの間に硬質の板３８を挟む。図示は省略するが、板３８には、枠原体３０の孔３９に対応する位置に同様の位置決め孔を形成しておく。そして、位置決めピンを位置決め孔３９に通し、枠原体３０及び板３８を位置決めする。積層した枠原体３０をクランプ等を用いて積層方向に締め付けて加圧する。これにより、枠原体３０ひいては枠１３の厚さ方向の中間部に空気層が形成されるのを確実に防止できる。
【００４６】
ここで、図２０（ｂ）に示すように、隣接する枠原体３０，３０どうしを、これらの間に板３８を挟むことなく直接重ね合わせて加圧した場合、これら枠原体３０，３０がずれていたり、形状又は大きさにばらつきがあったりすると、各枠原体３０のはみ出した側の端部３０ｅが盛り上がるように変形する。
【００４７】
これに対し、図２０（ａ）に示すように、隣接する枠原体３０，３０どうし間に板３８を挟むことによって、上記ずれやばらつきがあっても、枠原体３０のはみ出した側の端部３０ｅが変形するのを防止できる。したがって、枠原体３０の寸法精度や積層時の位置決め精度を緩和できる。
【００４８】
上記多数の枠原体３０の積層体をクランプ等で締め付けた状態のままで加硫装置に入れて加硫する。これにより、一度に多数の枠原体３０を硬化させ、一度に多数の枠１３を生産することができる。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変をなすことができる。
例えば、枠１３の製造工程は適宜変更してもよい。
枠原料３３の種類や硬度によっては、覆材３２を設けなくても型抜きに支障を来さない場合もある。その場合、被覆工程及び覆材剥離工程を省略してもよい。
整流部１７を省略してもよい。型抜き工程において、塗布体３４の整流部１７になる部分３７を残置しないことにしてもよい。
枠原料３３は、熱硬化性又は光硬化性等の樹脂であってもよい。枠原料３３が熱硬化性樹脂である場合、硬化工程では、枠原料３３の加熱を行なう。枠原料３３が光硬化性樹脂である場合、硬化工程では、枠原料３３への光照射を行なう。
第２実施形態の網設置工程において、２つの半体３６Ａ，３６Ｂのうち一方（例えば下側の半体３６Ｂ）にのみ網１６を設けてもよい。
【００５０】
溶媒（淡水）が抽出される反応剤は、海水に限られず、塩水、泥水、汚水、灌水等でもよい。
上記実施形態の膜蒸留装置１は、蒸留膜１４を介して溶液流路１５Ａから溶媒流路１５Ｂへ溶媒蒸気が直接的に移動するダイレクト式であったが、本発明は、ギャップ式の膜蒸留装置にも適用できる。ギャップ式の膜蒸留装置は、蒸留膜に加えて、気体も液体も通さない不透過膜を含む。蒸留膜と不透過膜との間に溶媒抽出室が形成されている。不透過膜が冷溶液流路と溶媒抽出室とを仕切っている。蒸留膜が温溶液流路と溶媒抽出室とを仕切っている。比較的低温の溶液（海水等）が冷溶液流路に通される。この溶液が熱源にて加温された後、温溶液流路に通される。温溶液流路の溶液中の溶媒蒸気が蒸留膜を介して溶媒抽出室に入る。この溶媒蒸気が、不透過膜を介して冷溶液流路の溶液により冷却されて凝縮する。凝縮した溶媒（淡水等）が溶媒抽出室から取り出される。上記冷溶液流路、温溶液流路、溶媒抽出室が、それぞれ枠１３の枠内空間１５によって構成される。
【００５１】
本発明は、膜蒸留装置に限られず、熱交換器や電気透析装置等の、膜を反応媒介とする他の膜反応装置にも適用可能である。
淡水等の溶媒又は分散媒が抽出される反応剤は、海水に限られず、塩水、泥水、汚水、灌水等でもよい。
透析装置においては、反応剤が血液等の透析溶液であってもよい。
熱交換器においては、反応剤が水や不凍液等の熱媒又は冷媒であってもよい。
膜反応装置の反応剤は、枠内空間に収容されていればよく、必ずしも枠内空間を流通するものに限られない。
【実施例１】
【００５２】
実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
この実施例は、第３実施形態（図１８〜図２０（ａ））に対応する。枠原料３３は、シリコーンゴム（加硫前）であった。枠原料３３の厚さは、０．７ｍｍであった。網１６の材質はポリプロピレンであった。網１６の網目間隔は、２．５ｍｍであった。網１６は、二重とし、二重網全体の厚さが０．６ｍｍであった。各整流部１７の長さ（図１９において左右方向の寸法）は１１００ｍｍであった。各整流部１７の幅（図１９において上下方向の寸法）は２０ｍｍであった。各整流路１８の幅（図１９において上下方向の寸法）は１００ｍｍであった。整流部１７の長手方向の端部と枠対応部分３５の内周縁との間の距離は、１００ｍｍであった。
【００５３】
上記の枠原体３０を８枚作製した。そして、図１８に示すように、これら枠原体３０を、互いの間に板３８を挟んで積層し、積層方向の両側からクランプして締め付けた。締め付けは、加硫前の各ゴム３３の厚みから算出した積層体のトータルの算出厚みに対し±５００umになるように積層体のトータルの厚みを計測しながら行なった。
【００５４】
クランプした枠原体３０の積層体を加硫釜に入れて加硫した。加硫は、２．０気圧（絶対圧３．０気圧）の水蒸気雰囲気にて行なった。加硫温度は、１３３．４℃(当該圧力の飽和蒸気温度)とした。加硫時間は３０分であった。
これにより、多数枚の枠１３を一度に作製できた。枠１３の枠原料３３に対する収縮率は、１％程度に抑えることができた。
その後、台材３１をきれいに剥がすことができた。台材３１を剥がす際に、枠１３を構成するゴムが台材３１と一緒に剥がれて網１６から分離することはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明は、膜蒸留装置、熱交換器及び電気透析装置等の各種の膜反応装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 膜蒸留装置（膜反応装置）
Ｐ１〜Ｐ４ ポート
１１ 表板
１２ 裏板
１３ 枠
１４ 蒸留膜
１５ 枠内空間
１６ 網
１７ 整流部
１８ 整流路
２１〜２４ ポート孔
３０ 枠原体
３１ 台材
３２ 覆材
３３ 枠原料
３４ 塗布体
３５ 枠になる部分
３６Ａ，３６Ｂ 半体
３７ 整流部になる部分
３８ 板
３９ 位置決め孔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反応剤が膜を媒介にして蒸留等の反応を起こす膜反応装置（membrane reactor）を製造する方法に関し、特に膜と枠が重ねられ、かつ枠内に網が設けられた膜反応装置に適した製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の膜反応装置として、膜蒸留装置、熱交換器、電気透析装置等が挙げられる。例えば膜蒸留装置は、蒸留膜等の膜と枠とが複数かつ交互に重ねられている（特許文献１参照）。１つの枠の内部に反応剤として海水が通される。この海水中の水分が蒸発し蒸留膜を介して隣の枠の内部に移動して凝縮する。これにより、淡水すなわち蒸留された反応剤が取り出される。同時に、膜を挟んで両側の枠内の反応剤どうし間で潜熱又は顕熱の伝達反応が行なわれる。各枠内には、反応剤の流通空間を確保するための網が収容されている。特許文献１には、枠を環状のガスケットにて構成し、この枠の内部に網を嵌め込む態様の他、枠を接着剤にて構成し、この接着剤を挟んで両側の膜の周縁部を当該接着剤にて接着するとともに網の周縁部を上記接着剤にて膜に固定する態様が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−３４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
枠の内部に網を嵌め込んだ構造では、網の縁が膜に引っ掛かって膜を損傷するおそれがある。また、枠がゴム等の軟性を有している場合には、内部に網を嵌めながら積層するのが容易でなく、スタック化が困難である。さらに、枠の内周縁と網との間に隙間が出来やすく、そのような隙間の部分では耐圧性を維持できずに流路が潰れてしまう。また、網が枠から分離可能であるため、枠内の内圧によって外側へ押し広げようとする力や内側へ縮めようとする力がスタックの各枠に加わると、枠どうしが徐々にずれていき、積層構造を保持できなくなる。
【０００５】
枠を接着剤にて構成し、網の周縁部を上記接着剤にて膜に固定した構造では、膜の損傷や流路が潰れるとの問題点を回避できる。また、枠に外側へ押し広げようとする力や内側へ縮めようとする力が加わったときは、網によって枠の変形及び変移を阻止でき、ひいては積層構造を保持できる。
しかし、接着剤を枠形状に成形するのは容易でない。また、接着剤が硬化しないうちは網の位置が不安定であり、その状態で更に膜を重ね合わせたうえで接着剤を硬化させることになるため、スタック化が容易でない。さらに、例えば膜蒸留器等において、膜が多孔質でありかつ上記接着剤が親水性である場合、海水等の反応剤が、膜内の接着剤が入り込んだ部分と入り込んでいない部分との境目を伝って膜を透過することが考えられ、海水が淡水に混ざるおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑み、枠を容易に成形でき、かつ網を枠に確実に固定でき、更にはスタック化が容易であり、更には圧力に対し変形及び変移を防止して積層構造を保持できる膜反応装置の製造方法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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、枠内が反応剤の流通又は収容される空間になる枠と、前記枠内に設けられた網と、前記枠及び前記網に重ねられて前記反応剤の反応を媒介する膜とを備えた膜反応装置の製造方法であって、
前記枠となるべき半流動性の枠原料をフィルム状又はシート状の台材に塗布する塗布工程と、
前記枠原料を前記台材と共に前記枠の形状に合わせて型抜きする型抜き工程と、
前記枠内に前記網を設け、かつ前記網の周縁部を前記枠原料の内部に埋め込む網設置工程と、
前記枠原料を硬化させて前記枠にする硬化工程と、
前記台材を前記枠から剥がす台材剥離工程と、
を順次実行することを特徴とする。
【０００７】
これにより、枠を容易に成形できる。また、網の周縁部を枠に確実に固定でき、膜が損傷したり流路が潰れたりするのを防止できる。更には、枠及び膜を容易にスタック化できる。更には、枠内の圧力に対し枠が変形及び変移するのを防止でき、積層構造を保持できる。
上記反応は、物理反応でもよく、化学反応でもよい。上記反応は、蒸発、凝縮等の相転移や熱伝達を含む。
半流動性とは、枠原料がある程度の粘性ないしは保形性を有する流動体であることを意味し、たとえばゲル状であることをいう。
【０００８】
前記塗布工程後、フィルム状又はシート状の覆材を前記枠原料に被せる被覆工程を行ない、前記型抜き工程では前記枠原料を前記覆材及び前記台材と共に型抜きし、型抜き後の前記覆材を前記枠原料から剥がす覆材剥離工程を行なった後、前記網設置工程を行なうことが好ましい。
これにより、枠原料をきれいに型抜きすることができる。
【０００９】
前記覆材における前記枠原料に接する面の前記枠原料との接着力が、前記台材における前記枠原料が塗布される面の前記枠原料との接着力より小さいことが好ましい。
これにより、覆材剥離工程において、覆材を容易に剥がすことができる。枠原料が覆材と一緒に台材から剥がれないようにでき、枠原料を台材上に確実に残置できる。
【００１０】
前記塗布工程において、前記枠原料を前記台材に塗布してなる塗布体を２つ作製し、
前記型抜き工程において、前記２つの塗布体を互いにほぼ反転対称の形状になるよう型抜きしてなる２つの半体を得、
前記網設置工程において、前記２つの半体のうち少なくとも１つの半体に前記網を設置したうえで、前記２つの半体を重ね合わせ、これら２つの半体の枠原料どうしを同体化することにしてもよい。
これにより、網の周縁部を２つの半体の枠原料の内部に確実に埋め込むことができる。枠原料の硬化後は、網の周縁部が枠の内部に確実に埋め込まれた状態にすることができる。これによって、枠と網の接合強度を十分に確保できる。したがって、台材を剥がすとき、枠が台材と一緒に網から分離しないようにすることができる。２つの半体のそれぞれに網を設けると、二重の網を有する枠を形成できる。
【００１１】
前記２つの半体の枠原料どうしを同体化してなる枠原体を複数作製し、前記複数の枠原体を互いに積層し、かつ隣接する枠原体どうしの間には板を挟み、更に前記複数の枠原体をこれら枠原体の積層方向に加圧したうえで前記硬化工程を行なうことが好ましい。
これにより、複数の枠原体を一度に硬化させて複数の枠を一度に作製できる。加圧によって２つの半体どうしを確実に同体化でき、枠の内部に気泡や空気層が形成されるのを防止できる。ひいては、枠内空間から反応剤が漏れるのを確実に防止できる。隣接する枠原体どうしの間に板を挟むことによって、上記隣接する枠原体どうしがずれていたり、形状または大きさにばらつきがあったりしても、各枠原体の全面に加圧力を均一に付与でき、枠原料のはみ出した端部が盛り上がるように変形するのを防止できる。したがって、枠原体の寸法精度や積層時の位置決め精度を緩和できる。
【００１２】
前記型抜き工程において、前記枠内空間の内部に前記枠原料の一部が残置されるように前記型抜きを行ない、前記網設置工程において、前記網の中央部を前記枠原料の前記一部の内部に埋め込むことにしてもよい。
上記残置された一部が整流部となり、枠内空間における反応剤の流通を整流することができる。例えば、膜を挟んで両側の枠の枠内空間の反応剤どうしの流れを対向流にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、枠を容易に成形できる。また、網の周縁部を枠に確実に固定でき、膜が損傷したり流路が潰れたりするのを防止できる。更には、枠及び膜を容易にスタック化できる。更には、枠内の圧力に対し枠が変形及び変移するのを防止でき、積層構造を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る膜蒸留装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、上記膜蒸留装置の断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う、上記膜蒸留装置の断面図である。
【図４】上記膜蒸留装置の枠の平面図である。
【図５】上記枠の製造過程を示し、塗布工程終了時における塗布体の断面図である。
【図６】上記枠の製造過程を示し、被覆工程終了時における上記塗布体の断面図である。
【図７】上記枠の製造過程を示し、型抜き工程終了時における枠原体の平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う上記枠原体の断面図である。
【図９】上記枠の製造過程を示し、覆材剥離工程及び網設置工程における枠原体の平面図である。
【図１０】上記枠の製造過程を示し、網設置工程終了時における枠原体の断面図である。
【図１１】上記枠の製造過程を示し、硬化工程終了後の枠の断面図である。
【図１２】図４のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う、上記枠の断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、同図（ａ）及び（ｂ）は、網設置工程における２つの半体の平面図である。
【図１４】上記第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、網設置工程において上記２つの半体を向かい合わせた状態の断面図である。
【図１５】上記第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、網設置工程終了時における枠原体の断面図である。
【図１６】上記第２実施形態に係る枠の製造過程を示し、硬化工程終了時における枠の断面図である。
【図１７】上記第２実施形態に係る枠の断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る枠の製造過程を、硬化工程における状態で示す断面図である。
【図１９】上記第３実施形態に係る枠原体の平面図である。
【図２０（ａ）】上記第３実施形態において、板を挟んで隣接する枠原体どうしが位置ずれしている場合の断面図である。
【図２０（ｂ）】上記第３実施形態に関する参考態様の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜図３は、膜反応装置の一例としてのダイレクト式の膜蒸留装置１を示したものである。
【００１６】
図２及び図３に示すように、膜蒸留装置１は、表板１１と、裏板１２と、これら板１１，１２間に設けられた複数の枠１３及び１又は複数の蒸留膜１４を備えている。これら要素１１，１２，１３，１４の外形状は、互いに同一の四角形（長方形）になっているが、これに限定されず、種々の形状を採り得る。枠１３と蒸留膜１４が交互に積層され、スタックを構成している。枠１３の厚さは、数ｍｍ程度である。蒸留膜１４の厚さは、数十μｍ〜数百μｍ程度である。図において、枠１３及び膜１４の厚さは誇張されている。蒸留膜１４の周縁部が、その両隣の枠１３，１３によって挟持されている。蒸留膜１４が、その両隣の枠１３，１３の枠内空間１５，１５どうしを仕切っている。
【００１７】
図１に示すように、表板１１の４つの隅部にポートＰ１〜Ｐ４が配置されている。図２及び図３に示すように、各スタック要素１１，１３，１４の４つの隅部には、ポートＰ１〜Ｐ４に連なるポート孔２１〜２４が形成されている。
【００１８】
枠１３は、パッキン用のゴム材にて構成されているが、これに限られず、樹脂、その他の材料にて構成されていてもよい。図２〜図４に示すように、各枠１３に網１６が設けられている。網１６は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂にて構成されているが、その他の材料にて構成されていてもよい。網１６は、枠１３の外形状とほぼ同一の四角形（長方形）になっている。枠内空間１５に網１６が張られている。網１６の周縁部が枠１３の内部に埋められている。網１６によって枠内空間１５の厚さが確保されている。
【００１９】
各枠内空間１５（網１６の網目空間）は、反応剤が流通される通路又は反応剤が収容される収容部になっている。膜蒸留装置１においては、反応剤として例えば海水と淡水（蒸留された反応剤又は反応剤の溶媒成分）が蒸留膜１４を挟んで隣り合う枠１３，１３の枠内空間１５，１５にそれぞれ通される。
以下、これら枠１３を互いに区別するときは、海水が通される枠１３及び枠内空間１５には、符号に「Ａ」を付し、淡水が通される枠１３及び枠内空間１５には、符号に「Ｂ」を付す（図２）。
【００２０】
図３及び図４に示すように、各枠１３の枠内空間１５の内部には、複数（図では３つ）の整流部１７が設けられている。整流部１７は、枠１３と同一の材料にて構成されている。整流部１７は、枠１３の内縁と縁切りされた島状（アイランド状）になってている。各整流部１７は、枠１３の長手方向に延びている。複数の整流部１７が、枠１３の短手方向に間隔を置いて並べられている。整流部１７によって、枠内空間１５が複数の整流路１８に分かれている。
【００２１】
網１６の中央部分が、整流部１７の内部に埋まっている。整流部１７は、網１６を介して枠１３に連結されている。整流部１７は、枠内空間１５内の反応剤（海水、淡水）の流れを整流する枠割に加え、網１６と共に枠内空間１５の厚さを確保するスペーサの役割をも有している。
【００２２】
蒸留膜１４が、反応剤の反応を媒介する。例えば、蒸留膜１４は、海水等の溶液からなる反応剤の蒸留反応を媒介する。ここでは、蒸留膜１４は、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる多孔質の膜にて構成され、気体の透過を許容し、液体の透過を阻止する性質を有している。
【００２３】
反応剤としての海水が、図示しない熱源にて加温された後、ポートＰ１からポート孔２１に導入され、各枠内空間１５Ａに分配される。海水は、各枠内空間１５Ａを流通した後、ポート孔２２で合流してポートＰ２から出される。また、淡水が、ポートＰ３からポート孔２３に導入され、各枠内空間１５Ｂに分配される。淡水は、各枠内空間１５Ｂを流通した後、ポート孔２４で合流してポートＰ４から出される。枠内空間１５Ａの各整流路１８Ａを通る海水と枠内空間１５Ｂの整流路１８Ｂを通る淡水は、互いに対向流をなす。上記海水が枠内空間１５Ａ内を流通する過程で、海水中の水蒸気（溶媒蒸気）が蒸留膜１４を透過し、枠内空間１５Ｂの淡水に混入する。したがって、淡水のポートＰ４からの導出流量が、ポートＰ３からの導入流量より大きくなる。この増量分が、出力淡水として取り出される。残りの淡水は、冷却手段（図示せず）によって冷却された後、ポートＰ３に戻される。整流部１７によって海水と淡水の対向流を形成することにより、熱交換効率を向上でき、ひいては淡水の製造効率を向上させることができる。海水のポートＰ２から導出流量は、ポートＰ１からの導入流量より小さくなる。この減少分だけ新たな海水が補充される。補充後の海水が、熱源を経てポートＰ１に戻される。
【００２４】
膜蒸留装置１の製造方法を、枠１３の製造方法を中心に説明する。
［塗布工程］
図５に示すように、台材３１を用意する。台材３１は、フィルム状又はシート状であることが好ましい。ここでは、台材３１として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂フィルムを用いる。好ましくは、台材３１の片面を艶消し処理する。台材３１の大きさは、枠１３の外形寸法以上である。
【００２５】
樹脂フィルムからなる台材３１の艶消し面３１ａ（マット面、塗布面）を上にし、光沢面３１ｂを下にする。艶消し面３１ａの全体に枠１３の原料３３を均一な厚さに塗布（分出し）する。これにより、台材３１上に枠原料３３を被膜してなる塗布体３４を形成する。枠原料３３は、加硫前のゴムであり、半流動性を有している。枠原料３３を構成するゴムは、合成ゴムでもよく天然ゴムでもよい。ここでは、枠原料３３として例えば加硫前のシリコーンゴムを用いる。
【００２６】
［被覆工程］
次に、図６に示すように、枠原料３３の膜の上に覆材３２を被せる。これにより、枠原料３３が台材３１及び覆材３２にて上下から挟まれた状態になる。
【００２７】
覆材３２は、フィルム状又はシート状であることが好ましい。ここでは、覆材３２として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂フィルムを用いる。覆材３２として、台材３１と同一材質の樹脂フィルムを用いてもよい。覆材３２は、艶消し処理する必要がない。覆材３２の光沢面３２ａ（接触面）を枠原料３３に接触させる。これにより、台材３１の塗布面３１ａの枠原料３３との接着力が、覆材３２の接触面３２ａの枠原料３３との接着力より大きくなる。
【００２８】
［型抜き工程］
次に、図７及び図８に示すように、塗布体３４を枠１３及び整流部１７の形状に合わせて型抜きし、枠原体３０を得る。すなわち、枠原料３３を台材３１及び覆材３２と共に型抜きする。枠原料３３上に覆材３２を被せておくことにより、塗布体３４をきれいに型抜きすることができる。型抜き装置の抜き型が枠原料３３に直接接触しないようにでき、抜き型に枠原料３３が付着するのを抑制又は防止できる。型抜きによって、枠原料３３のうち枠１３になるべき部分３５と整流部１７になるべき部分３７が残置される。枠１３になるべき部分３５は、枠内空間１５を有している。枠内空間１５の内部に、整流部１７になるべき部分３７が配置される。整流部１７になるべき部分３７は、枠１３になるべき部分３５から離れている。
【００２９】
［覆材剥離工程］
図９に示すように、型抜き後、覆材３２を枠原体３０から剥がす。これにより、枠原料３３の上面が露出する。覆材３２の枠原料３３との接着力を台材３１の枠原料３３との接着力より小さくしておくことによって、覆材３２を容易に剥がすことができる。覆材３２を剥がすとき、枠原料３３が覆材３２と一緒に台材３１から剥がれないようにでき、枠原料３３を台材３１上に確実に残置できる。
【００３０】
［網設置工程］
次に、網１６を枠原料３３に被せ、かつ該網１６を押し付けて枠原料３３の内部にめり込ませる。網１６をプレス機でプレスしてもよい。網１６をローラで押し付けてもよい。これにより、図１０に示すように、網１６の周縁部を枠原料３３の枠１３となるべき部分３５に埋め込む。かつ、網１６の中央部を整流部１７となるべき部分３７に埋め込む。
【００３１】
［硬化工程］
次に、図１１に示すように、枠原体３０の枠原料３３を加硫する。加硫は、例えば２．５気圧（絶対圧３．５気圧）程度の水蒸気で行なう。加硫時間は例えば３０分程度とする。これにより、枠原体３０の外側の枠状の原料部分３５が硬化して、枠１３が得られる。また、枠原体３０の中央の原料部分３７が硬化して整流部１７が得られる。このようにして、枠１３を所定の形状に成形できる。枠１３の内部に島状の整流部１７があっても容易に成形できる。併せて、網１６の周縁部を枠１３に確実に固定することができる。更に、網１６を介して整流部１７を枠１３に連ねることができる。
【００３２】
［台材剥離工程］
次に、図１２に示すように、台材３１を枠１３から剥がす。
【００３３】
［ポート孔形成工程］
その後、枠１３の四隅にポート孔２１〜２４を形成する。ポート孔２１〜２４は、型抜き工程時に形成してもよいが、加硫時の収縮変形を考慮すると、精度確保の観点からは加硫後に孔加工にて形成するのが好ましい。
【００３４】
［組立工程］
上記のようにして作製した網１６付き枠１３に膜１４を重ねる。膜１４の周縁部を枠１３に接着剤にて接着する。接着剤は疎水性であることが好ましい。接着剤としてエポキシ系接着剤等を用いてもよい。膜１４にコロナ処理等の表面処理を施したうえで、接着剤を塗布することが好ましい。これにより、接着強度を増すことができる。接着剤の厚さは、膜１４と枠１３を接着できる程度であればよく、枠１３の厚さ、ひいては枠内空間１５の厚さと比べると十分小さくて済む。したがって、接着剤が膜１４の孔内に入り込む量は僅かである。接着剤は、枠内空間１５に面しないように塗布するのが好ましい。接着に代えて、熱融着にて膜１４と枠１３を接合してもよい。さらに、上記枠１３と蒸留膜１４と交互に積層する。網１６が枠１３と一体化されているため、積層作業を容易に行なうことができる。したがって、枠１３及び膜１４を容易にスタック化できる。枠１３及び蒸留膜１４の積層方向の両外側には板１１，１２を配置する。この積層体１１，１２，１３，１４の周縁部にボルト（図示せず）を通して締めつける。このようにして、膜蒸留装置１を作製できる。
膜蒸留装置１においては、網１６の周縁部が枠１３に埋め込まれているため、膜１４が網１６の縁により損傷したり、枠１３の内縁近傍の流路１５が潰れたりするのを確実に防止できる。更には、枠内空間１５の圧力が高くなって枠１３を外側へ押し広げる力が加わったり、枠内空間１５の圧力が低くなって枠１３を内側へ縮める力が加わったりしても、枠１３に連結固定された網１５が上記の力に抵抗することができる。したがって、枠１３の変形や変移を阻止できる。ひいては、装置１の積層構造を保持できる。
上記接着剤として疎水性接着剤を用いることによって、海水等の反応剤が接着剤の表面を伝って膜内を淡水側へ透過するのを防止できる。たとえ接着剤が親水性であっても、接着剤の膜１４内に入り込む量を僅かにしたり、接着剤を枠内空間１５に接しないように配置したりすることで、海水等の反応剤が接着剤の表面を伝って膜内を淡水側へ透過するのを確実に防止できる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態の構成と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図１３〜図１７は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態は、膜反応装置１の枠１３の構造及び枠１３の製造方法の変形例である。図１７に示すように、第２実施形態では、網１６が二重になっている。２枚の網１６，１６が重ねられ、かつ、これら二重網１６，１６の外周部が枠１３の内部に埋め込まれている。二重網１６，１６の中央部は整流部１７の内部に埋め込まれている。
【００３６】
第２実施形態の枠１３は、次のようにして作製される。
［塗布工程、被覆工程］
１つの枠１３に対応する塗布体３４（図６参照）を２つ作製する。各塗布体３４が、枠原料３３を台材３１及び覆材３２にて上下から挟んだ構造になっている。２つの塗布体３４の枠原料３３の膜厚の合計が、枠１３の厚さと対応するようにする。
【００３７】
［型抜き工程］
図１３に示すように、２つの塗布体３４，３４をそれぞれ型抜きし、２つの半体３６Ａ，３６Ｂを得る。各半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３は、枠１３になる部分３５と整流部１７になる部分３７を含む。これら半体３６Ａ，３６Ｂの形状は、互いに反転対称の形状になっている。すなわち、片方の半体３６Ａを裏返すと、他方の半体３６Ｂと同一形状になる。
【００３８】
［網設置工程］
型抜き後、各半体３６Ａ，３６Ｂから覆材３２を剥がす。そして、各半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３に網１６を被せる。この段階では、半体３６Ａを裏返したときに網１６が落ちない程度に、枠原料３３を網１６の網目に入り込ませればよい。枠原料３３の厚さ方向の中間付近まで網１６をめり込ませる必要はない。
【００３９】
続いて、図１４に示すように、片方の半体３６Ａを裏返し、２つの半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３，３３どうしを向かい合わせる。そして、図１５に示すように、これら２つの半体３６Ａ，３６Ｂを重ね合わせて押し付ける。これにより、これら半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３，３３どうしを互いに接合させて同体化でき、枠原体３０が得られる。この枠原体３０の両側面にはそれぞれ台材３１が設けられている。
【００４０】
半体３６Ａ，３６Ｂを重ね合わせることによって、網１６，１６の周縁部を枠原料３３，３３の枠対応部分３５，３５の内部に確実に埋め込むことができる。また、網１６，１６の中央部を枠原料３３，３３の整流部対応部分３７，３７の内部に確実に埋め込むことができる。重ね合わせた２つの半体３６Ａ，３６Ｂを重ね合わせ方向に加圧することにより、これら半体３６Ａ，３６Ｂの枠原料３３，３３どうしを確実に同体化できる。したがって、枠原体３０ひいては枠１３の内部に気泡や空気層が形成されるのを確実に防止できる。よって、膜反応装置１の使用時に枠内空間１５から反応剤が漏れるのを確実に防止できる。
【００４１】
［硬化工程］
次に、図１６に示すように、枠原体３０の枠原料３３を加硫して硬化させる。これにより、二重の網１６，１６を有する枠１３が得られる。網１６，１６の周縁部は、枠１３の内部に確実に埋め込まれた状態になる。したがって、枠１３と網１６，１６の接合強度を十分に確保できる。また、網１６，１６の中央部が整流部１７の内部に確実に埋め込まれた状態になる。したがって、整流部１７と網１６，１６の接合強度を十分に確保できる。
【００４２】
［台材剥離工程］
その後、図１７に示すように、台材３１を剥離する。網１６の周縁部と枠１３が強固に接合しているため、枠１３の厚さが小さくても、台材３１の剥離時に枠１３が台材３１にくっ付いて網１６から分離するのを防止できる。網１６の中央部と整流部１７が強固に接合しているため、整流部１７の厚さが小さくても、台材３１の剥離時に整流部１７が台材３１にくっ付いて網１６から分離するのを防止できる。
【００４３】
図１８〜図２０は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態は、第２実施形態の硬化工程の変形例に係る。
【００４４】
［硬化工程］
図１８に示すように、第３実施形態では、第２実施形態と同様にして作製した枠原体３０を複数用意する。枠原体３０の枚数は、例えば数枚〜数百枚である。図１９に示すように、各枠原体３０の四隅の所定の位置には、位置決め孔３９を形成しておく。
【００４５】
図１８に示すように、これら枠原体３０を互いに積層する。好ましくは、隣接する枠原体３０，３０どうしの間に硬質の板３８を挟む。図示は省略するが、板３８には、枠原体３０の孔３９に対応する位置に同様の位置決め孔を形成しておく。そして、位置決めピンを位置決め孔３９に通し、枠原体３０及び板３８を位置決めする。積層した枠原体３０をクランプ等を用いて積層方向に締め付けて加圧する。これにより、枠原体３０ひいては枠１３の厚さ方向の中間部に空気層が形成されるのを確実に防止できる。
【００４６】
ここで、図２０（ｂ）に示すように、隣接する枠原体３０，３０どうしを、これらの間に板３８を挟むことなく直接重ね合わせて加圧した場合、これら枠原体３０，３０がずれていたり、形状又は大きさにばらつきがあったりすると、各枠原体３０のはみ出した側の端部３０ｅが盛り上がるように変形する。
【００４７】
これに対し、図２０（ａ）に示すように、隣接する枠原体３０，３０どうし間に板３８を挟むことによって、上記ずれやばらつきがあっても、枠原体３０のはみ出した側の端部３０ｅが変形するのを防止できる。したがって、枠原体３０の寸法精度や積層時の位置決め精度を緩和できる。
【００４８】
上記多数の枠原体３０の積層体をクランプ等で締め付けた状態のままで加硫装置に入れて加硫する。これにより、一度に多数の枠原体３０を硬化させ、一度に多数の枠１３を生産することができる。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改変をなすことができる。
例えば、枠１３の製造工程は適宜変更してもよい。
枠原料３３の種類や硬度によっては、覆材３２を設けなくても型抜きに支障を来さない場合もある。その場合、被覆工程及び覆材剥離工程を省略してもよい。
整流部１７を省略してもよい。型抜き工程において、塗布体３４の整流部１７になる部分３７を残置しないことにしてもよい。
枠原料３３は、熱硬化性又は光硬化性等の樹脂であってもよい。枠原料３３が熱硬化性樹脂である場合、硬化工程では、枠原料３３の加熱を行なう。枠原料３３が光硬化性樹脂である場合、硬化工程では、枠原料３３への光照射を行なう。
第２実施形態の網設置工程において、２つの半体３６Ａ，３６Ｂのうち一方（例えば下側の半体３６Ｂ）にのみ網１６を設けてもよい。
【００５０】
溶媒（淡水）が抽出される反応剤は、海水に限られず、塩水、泥水、汚水、灌水等でもよい。
上記実施形態の膜蒸留装置１は、蒸留膜１４を介して溶液流路１５Ａから溶媒流路１５Ｂへ溶媒蒸気が直接的に移動するダイレクト式であったが、本発明は、ギャップ式の膜蒸留装置にも適用できる。ギャップ式の膜蒸留装置は、蒸留膜に加えて、気体も液体も通さない不透過膜を含む。蒸留膜と不透過膜との間に溶媒抽出室が形成されている。不透過膜が冷溶液流路と溶媒抽出室とを仕切っている。蒸留膜が温溶液流路と溶媒抽出室とを仕切っている。比較的低温の溶液（海水等）が冷溶液流路に通される。この溶液が熱源にて加温された後、温溶液流路に通される。温溶液流路の溶液中の溶媒蒸気が蒸留膜を介して溶媒抽出室に入る。この溶媒蒸気が、不透過膜を介して冷溶液流路の溶液により冷却されて凝縮する。凝縮した溶媒（淡水等）が溶媒抽出室から取り出される。上記冷溶液流路、温溶液流路、溶媒抽出室が、それぞれ枠１３の枠内空間１５によって構成される。
【００５１】
本発明は、膜蒸留装置に限られず、熱交換器や電気透析装置等の、膜を反応媒介とする他の膜反応装置にも適用可能である。
淡水等の溶媒又は分散媒が抽出される反応剤は、海水に限られず、塩水、泥水、汚水、灌水等でもよい。
透析装置においては、反応剤が血液等の透析溶液であってもよい。
熱交換器においては、反応剤が水や不凍液等の熱媒又は冷媒であってもよい。
膜反応装置の反応剤は、枠内空間に収容されていればよく、必ずしも枠内空間を流通するものに限られない。
【実施例１】
【００５２】
実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
この実施例は、第３実施形態（図１８〜図２０（ａ））に対応する。枠原料３３は、シリコーンゴム（加硫前）であった。枠原料３３の厚さは、０．７ｍｍであった。網１６の材質はポリプロピレンであった。網１６の網目間隔は、２．５ｍｍであった。網１６は、二重とし、二重網全体の厚さが０．６ｍｍであった。各整流部１７の長さ（図１９において左右方向の寸法）は１１００ｍｍであった。各整流部１７の幅（図１９において上下方向の寸法）は２０ｍｍであった。各整流路１８の幅（図１９において上下方向の寸法）は１００ｍｍであった。整流部１７の長手方向の端部と枠対応部分３５の内周縁との間の距離は、１００ｍｍであった。
【００５３】
上記の枠原体３０を８枚作製した。そして、図１８に示すように、これら枠原体３０を、互いの間に板３８を挟んで積層し、積層方向の両側からクランプして締め付けた。締め付けは、加硫前の各ゴム３３の厚みから算出した積層体のトータルの算出厚みに対し±５００umになるように積層体のトータルの厚みを計測しながら行なった。
【００５４】
クランプした枠原体３０の積層体を加硫釜に入れて加硫した。加硫は、２．０気圧（絶対圧３．０気圧）の水蒸気雰囲気にて行なった。加硫温度は、１３３．４℃(当該圧力の飽和蒸気温度)とした。加硫時間は３０分であった。
これにより、多数枚の枠１３を一度に作製できた。枠１３の枠原料３３に対する収縮率は、１％程度に抑えることができた。
その後、台材３１をきれいに剥がすことができた。台材３１を剥がす際に、枠１３を構成するゴムが台材３１と一緒に剥がれて網１６から分離することはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明は、膜蒸留装置、熱交換器及び電気透析装置等の各種の膜反応装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 膜蒸留装置（膜反応装置）
Ｐ１〜Ｐ４ ポート
１１ 表板
１２ 裏板
１３ 枠
１４ 蒸留膜
１５ 枠内空間
１６ 網
１７ 整流部
１８ 整流路
２１〜２４ ポート孔
３０ 枠原体
３１ 台材
３２ 覆材
３３ 枠原料
３４ 塗布体
３５ 枠になる部分
３６Ａ，３６Ｂ 半体
３７ 整流部になる部分
３８ 板
３９ 位置決め孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠内が反応剤の流通又は収容される空間になる枠と、前記枠内に設けられた網と、前記枠及び前記網に重ねられて前記反応剤の反応を媒介する膜とを備えた膜反応装置の製造方法であって、
前記枠となるべき半流動性の枠原料をフィルム状又はシート状の台材に塗布する塗布工程と、
前記枠原料を前記台材と共に前記枠の形状に合わせて型抜きする型抜き工程と、
前記枠内に前記網を設け、かつ前記網の周縁部を前記枠原料の内部に埋め込む網設置工程と、
前記枠原料を硬化させて前記枠にする硬化工程と、
前記台材を前記枠から剥がす台材剥離工程と、
を順次実行することを特徴とする膜反応装置の製造方法。
【請求項２】
前記塗布工程後、フィルム状又はシート状の覆材を前記枠原料に被せる被覆工程を行ない、前記型抜き工程では前記枠原料を前記覆材及び前記台材と共に型抜きし、型抜き後の前記覆材を前記枠原料から剥がす覆材剥離工程を行なった後、前記網設置工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項３】
前記覆材における前記枠原料に接する面の前記枠原料との接着力が、前記台材における前記枠原料が塗布される面の前記枠原料との接着力より小さいことを特徴とする請求項２に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項４】
前記塗布工程において、前記枠原料を前記台材に塗布してなる塗布体を２つ作製し、
前記型抜き工程において、前記２つの塗布体を互いにほぼ反転対称の形状になるよう型抜きしてなる２つの半体を得、
前記網設置工程において、前記２つの半体のうち少なくとも１つの半体に前記網を設置したうえで、前記２つの半体を重ね合わせ、これら２つの半体の枠原料どうしを同体化することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項５】
前記２つの半体の枠原料どうしを同体化してなる枠原体を複数作製し、前記複数の枠原体を互いに積層し、かつ隣接する枠原体どうしの間には板を挟み、更に前記複数の枠原体をこれら枠原体の積層方向に加圧したうえで前記硬化工程を行なうことを特徴とする請求項４に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項６】
前記型抜き工程において、前記枠内空間の内部に前記枠原料の一部が残置されるように前記型抜きを行ない、前記網設置工程において、前記網の中央部を前記枠原料の前記一部の内部に埋め込むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項１】
枠内が反応剤の流通又は収容される空間になる枠と、前記枠内に設けられた網と、前記枠及び前記網に重ねられて前記反応剤の反応を媒介する膜とを備えた膜反応装置の製造方法であって、
前記枠となるべき半流動性の枠原料をフィルム状又はシート状の台材に塗布する塗布工程と、
前記枠原料を前記台材と共に前記枠の形状に合わせて型抜きする型抜き工程と、
前記枠内に前記網を設け、かつ前記網の周縁部を前記枠原料の内部に埋め込む網設置工程と、
前記枠原料を硬化させて前記枠にする硬化工程と、
前記台材を前記枠から剥がす台材剥離工程と、
を順次実行することを特徴とする膜反応装置の製造方法。
【請求項２】
前記塗布工程後、フィルム状又はシート状の覆材を前記枠原料に被せる被覆工程を行ない、前記型抜き工程では前記枠原料を前記覆材及び前記台材と共に型抜きし、型抜き後の前記覆材を前記枠原料から剥がす覆材剥離工程を行なった後、前記網設置工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項３】
前記覆材における前記枠原料に接する面の前記枠原料との接着力が、前記台材における前記枠原料が塗布される面の前記枠原料との接着力より小さいことを特徴とする請求項２に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項４】
前記塗布工程において、前記枠原料を前記台材に塗布してなる塗布体を２つ作製し、
前記型抜き工程において、前記２つの塗布体を互いにほぼ反転対称の形状になるよう型抜きしてなる２つの半体を得、
前記網設置工程において、前記２つの半体のうち少なくとも１つの半体に前記網を設置したうえで、前記２つの半体を重ね合わせ、これら２つの半体の枠原料どうしを同体化することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項５】
前記２つの半体の枠原料どうしを同体化してなる枠原体を複数作製し、前記複数の枠原体を互いに積層し、かつ隣接する枠原体どうしの間には板を挟み、更に前記複数の枠原体をこれら枠原体の積層方向に加圧したうえで前記硬化工程を行なうことを特徴とする請求項４に記載の膜反応装置の製造方法。
【請求項６】
前記型抜き工程において、前記枠内空間の内部に前記枠原料の一部が残置されるように前記型抜きを行ない、前記網設置工程において、前記網の中央部を前記枠原料の前記一部の内部に埋め込むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の膜反応装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０（ａ）】
【図２０（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０（ａ）】
【図２０（ｂ）】
【公開番号】特開２０１１−２３５２４１（Ｐ２０１１−２３５２４１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９４７３（Ｐ２０１０−１０９４７３）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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