DE112017001721T5

DE112017001721T5 - Monolithische Trennmembranstruktur

Info

Publication number: DE112017001721T5
Application number: DE112017001721.1T
Authority: DE
Inventors: Makoto Teranishi; Kenji Yajima; Hideyuki Suzuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN108883376A; JPWO2017169468A1; DE112017001721T8; MX2018011403A; US11229882B2; US20190009219A1; JP6588622B2; WO2017169468A1

Abstract

Ein poröser Trägerkörper (10) weist eine Mehrzahl von Filtrationszellen (C1), die an beiden Endoberflächen (S1, S2) geöffnet sind, eine Mehrzahl von Wassersammelzellen (C2), die auf beiden Endoberflächen (S1, S2) geschlossen sind, und eine Mehrzahl von Abgabeströmungswegen (C3) auf, die durch die Mehrzahl von Wassersammelzellen (C2) verlaufen und zu einer Außenumfangsoberfläche (S3) geöffnet sind. Der poröse Trägerkörper (10) umfasst einen monolithischen Basiskörper (11), der die Außenumfangsoberfläche (S3) bildet. Eine Trennmembran (40) ist auf den Innenoberflächen der Mehrzahl von Filtrationszellen (C1) ausgebildet. Die Mehrzahl von Filtrationszellen (C1) umfasst erste und zweite Filtrationszellen (C11, C12), die aneinander angrenzen. Die Mehrzahl von Wassersammelzellen (C2) umfasst Wassersammelzellen (C2), die an die ersten Filtrationszellen (C11) angrenzen und von den zweiten Filtrationszellen (C12) getrennt sind. Eine erste Trennwanddicke (L1) für den Basiskörper (11) zwischen den ersten Filtrationszellen (C11) und den Wassersammelzellen (C2) ist größer als eine zweite Trennwanddicke (L2) für den Basiskörper (11) zwischen den ersten Filtrationszellen (C11) und den zweiten Filtrationszellen (C12).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine monolithische Trennmembranstruktur.
STAND DER TECHNIK
Es ist eine monolithische Trennmembranstruktur bekannt, die typischerweise einen porösen Trägerkörper, der eine Mehrzahl von Filtrationszellen und eine Mehrzahl von Wassersammelzellen aufweist, und eine Trennmembran umfasst, die auf einer Innenoberfläche jeder Filtrationszelle ausgebildet ist (z.B. wird auf das Patentdokument 1 Bezug genommen). Der poröse Trägerkörper umfasst einen monolithischen Basiskörper, der eine Außenumfangsoberfläche aufweist. Jede Wassersammelzelle ist auf der Außenumfangsoberfläche des porösen Trägerkörpers durch einen Abgabeströmungsweg geöffnet.
Die monolithische Trennmembranstruktur, die im Patentdokument 1 offenbart ist, weist eine Trennwanddicke des Basiskörpers zwischen zwei benachbarten Filtrationszellen auf, die so eingestellt ist, dass sie mit der Trennwanddicke des Basiskörpers zwischen einer Filtrationszelle und einer Wassersammelzelle, die benachbart sind, identisch ist.
Dokumentenliste
Patentdokument
[Patentdokument 1] Veröffentlichte PCT-Anmeldung 2010/134514
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wenn eine Permeationskomponente von dem Abgabeströmungsweg entnommen wird, wenn ein Mischfluid unter hohem Druck in jede Filtrationszelle der vorstehend beschriebenen monolithischen Trennmembranstruktur strömt, besteht jedoch eine Tendenz dahingehend, dass sich eine Belastung in der Nähe eines Endabschnitts des Abgabeströmungswegs zum Herausfließen einer Permeationskomponente zu der Außenumfangsoberfläche, insbesondere in einem Abschnitt, der den Abgabeströmungsweg und eine Wassersammelzelle verbindet, ansammelt. Daher besteht ein Bedarf für eine weitere Verbesserung der Dauerbeständigkeit der monolithischen Trennmembranstruktur durch Verbessern der Druckbeständigkeitseigenschaften des Basiskörpers.
Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Situation vorgeschlagen und hat die Aufgabe, eine monolithische Trennmembranstruktur mit einer verbesserten Dauerbeständigkeit bereitzustellen.
Lösung des Problems
Eine monolithische Trennmembranstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen porösen Trägerkörper und eine Trennmembran. Der poröse Trägerkörper weist eine Mehrzahl von Filtrationszellen, die an beiden Endoberflächen geöffnet sind, eine Mehrzahl von Wassersammelzellen, die auf den beiden Endoberflächen geschlossen sind, eine Mehrzahl von Abgabeströmungswegen, die durch die Mehrzahl von Wassersammelzellen verlaufen und auf einer Außenumfangsoberfläche geöffnet sind, und einen monolithischen Basiskörper, der die Außenumfangsoberfläche umfasst, auf. Die Trennmembran ist auf Innenoberflächen der Mehrzahl von Filtrationszellen ausgebildet. Die Mehrzahl von Filtrationszellen umfasst eine erste Filtrationszelle und eine zweite Filtrationszelle, die benachbart sind. Die Mehrzahl von Wassersammelzellen umfasst eine Wassersammelzelle, die an die erste Filtrationszelle angrenzt, und ist von den zweiten Filtrationszellen getrennt. Die Dicke einer ersten Trennwand des Basiskörpers zwischen der ersten Filtrationszelle und der Wassersammelzelle ist größer als die Dicke einer zweiten Trennwand des Basiskörpers zwischen der ersten Filtrationszelle und der zweiten Filtrationszelle.
Effekt der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer monolithischen Trennmembranstruktur mit einer verbesserten Dauerbeständigkeit.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine monolithische Trennmembranstruktur zeigt.
2 ist eine Schnittansicht einer monolithischen Trennmembranstruktur.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2.
4 ist eine partielle Vergrößerung von 2.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Als nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung der Figuren werden dieselben oder entsprechende Abschnitte durch dieselben oder entsprechende Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren dienen jedoch lediglich der Veranschaulichung und das Verhältnis der jeweiligen Abmessungen oder dergleichen kann sich von den tatsächlichen Abmessungen unterscheiden. Daher sollten die tatsächlichen Abmessungen oder dergleichen unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung bestimmt werden. Ferner ist es selbstverständlich, dass die Verhältnisse oder die Beziehungen von Abmessungen, die in jeweiligen Figuren verwendet werden, unterschiedlich sein können.
In den folgenden Ausführungsformen steht der Begriff „monolithisch“ für ein Konzept, das eine Form bezeichnet, die eine Mehrzahl von Durchgangslöchern umfasst, die in der Längsrichtung ausgebildet sind, und umfasst eine Wabenform.
Die 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine monolithische Trennmembranstruktur zeigt. Die 2 ist eine Schnittansicht einer monolithischen Trennmembranstruktur. Die 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2. Die monolithische Trennmembranstruktur 1 wird zum Gewinnen einer vorgegebenen Komponente aus einem Mischfluid (Mischgas oder Mischflüssigkeit) verwendet. Insbesondere wird die monolithische Trennmembranstruktur 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zweckmäßig auf die Trennung eines Zielgases von einem Mischgas angewandt, d.h., auf eine Gastrennung.
Die monolithische Trennmembranstruktur 1 ist mit einem porösen Trägerkörper 10, einem ersten Versiegelungsabschnitt 20, einem zweiten Versiegelungsabschnitt 30 und einer Trennmembran 40 versehen.
Aufbau des porösen Trägerkörpers 10
Der poröse Trägerkörper 10 ist so in einer monolithischen Konfiguration ausgebildet, dass er sich in der Längsrichtung erstreckt. Beide Endoberflächen des porösen Trägerkörpers 10 sind durch den ersten Versiegelungsabschnitt 20 und den zweiten Versiegelungsabschnitt 30 verschlossen. Der poröse Trägerkörper 10 stützt die Trennmembran 40.
Der poröse Trägerkörper 10 weist eine erste Endoberfläche S1, eine zweite Endoberfläche S2 und eine Außenumfangsoberfläche S3 auf. Die erste Endoberfläche S1 ist gegenüber der zweiten Endoberfläche S2 bereitgestellt. Die Außenumfangsoberfläche S3 ist mit einer Außenkante der ersten Endoberfläche S1 und der zweiten Endoberfläche S2 verbunden. Die Außenumfangsoberfläche S3 ist eine Seitenoberfläche des porösen Trägerkörpers 10.
Der poröse Trägerkörper 10 umfasst eine Mehrzahl von Filtrationszellen C1, eine Mehrzahl von Wassersammelzellen C2 und eine Mehrzahl von Abgabeströmungswegen C3. Jede Filtrationszelle C1 ist in einer Längsrichtung ausgebildet. Jede Filtrationszelle C1 ist auf der ersten Endoberfläche S1 und der zweiten Endoberfläche S2 geöffnet. Ein Mischfluid unter hohem Druck (z.B. größer als oder gleich 4 MPa) strömt in jede Filtrationszelle C1. Jede Wassersammelzelle C2 ist in der Längsrichtung ausgebildet. Jede Wassersammelzelle C2 ist an der ersten Endoberfläche S1 und der zweiten Endoberfläche S2 geschlossen. Beide Enden in der Längsrichtung jeder Wassersammelzelle C2, wie es in der 3 gezeigt ist, sind durch einen ersten Verschluss 51 und einen zweiten Verschluss 52 verschlossen. Eine Komponente eines Mischfluids, das in jeder Filtrationszelle C1 strömt und welche die Trennmembran 40 durchdringen kann (nachstehend als „Permeationskomponente“ bezeichnet), wird in jeder Wassersammelzelle C2 gesammelt.
Wie es in der 2 gezeigt ist, ist die Mehrzahl von Filtrationszellen C1 in einer Reihe in einer Querrichtung ausgebildet, die orthogonal zu der Längsrichtung ist, und ist in einer Mehrzahl von Filtrationszellreihen LC1 ausgebildet. Jede Filtrationszellreihe LC1 erstreckt sich in der Querrichtung. Ferner ist, wie es in der 2 gezeigt ist, die Mehrzahl von Wassersammelzellen C2 in einer Reihe in der Querrichtung angeordnet, wodurch eine Mehrzahl von Wassersammelzellreihen LC2 gebildet wird. Jede Wassersammelzellreihe LC2 erstreckt sich in der Querrichtung.
In der vorliegenden Ausführungsform sind 28 Filtrationszellreihen LC1 und 5 Wassersammelzellreihen LC2 mit 4 Reihen oder 5 Reihen von Filtrationszellreihen LC1 ausgebildet, die jeweils auf beiden Seiten jeder Wassersammelzellreihe LC2 angeordnet sind. Obwohl die Anzahl der Filtrationszellreihen LC1 und der Wassersammelzellreihen LC2 in einer geeigneten Weise variiert werden kann, ist die Anzahl der Filtrationszellreihen LC1 vorzugsweise größer als oder gleich das Doppelte und mehr bevorzugt größer als oder gleich das 5-fache der Anzahl der Wassersammelzellreihen LC2. Auf diese Weise kann die Permeationsmenge der Permeationskomponente erhöht werden, da die Gesamtoberfläche der Trennmembran 40 erhöht wird und die Anzahl der Filtrationszellen C1 durch den erhöhten Anteil von Filtrationszellreihen LC1 erhöht wird.
Wie es in der 2 gezeigt ist, verläuft jeder Abgabeströmungsweg C3 durch die Mehrzahl von Wassersammelzellen C2, die in jeder Wassersammelzellreihe LC2 enthalten sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie es in der 1 gezeigt ist, zwei Abgabeströmungswege C3 in einer separaten Position in einer Längsrichtung in jeder Wassersammelzellreihe LC2 angeordnet. Daher liegen in der vorliegenden Ausführungsform insgesamt 10 Abgabeströmungswege C3 vor. Beide Enden jedes Abgabeströmungswegs C3 sind auf der Außenumfangsoberfläche S3 des porösen Trägerkörpers 10 geöffnet. Daher sind die Abgabeströmungswege C3 an 20 Positionen auf der Außenumfangsoberfläche S3 geöffnet. Obwohl es bezüglich der Öffnungslänge des Abgabeströmungswegs C3 in der Längsrichtung keine spezielle Beschränkung gibt, beträgt sie vorzugsweise weniger als oder gleich 6 % der Gesamtlänge des porösen Trägerkörpers 10 in der Längsrichtung und mehr bevorzugt weniger als oder gleich 3 %. Auf diese Weise kann das Auftreten von Defekten in dem Basiskörper 10 während eines Formschritts oder Brennschritts, wie er nachstehend beschrieben ist, gehemmt werden, da die Erzeugung einer Belastung in einem Abschnitt in der Nähe eines Endabschnitts des Abgabeströmungswegs C3 vermindert werden kann, und zwar insbesondere in einem Abschnitt, der den Abgabeströmungsweg C3 und eine Wassersammelzelle C2 verbindet.
Ferner umfasst, wie es in der 3 gezeigt ist, der poröse Trägerkörper 10 einen Basiskörper 11 und eine Zwischenschicht 12.
Der Basiskörper 11 bildet den Hauptteil des porösen Trägerkörpers 10. Der Basiskörper 11 bildet die Außenumfangsoberfläche S3 des porösen Trägerkörpers 10. Der Basiskörper 11 ist in einer monolithischen Konfiguration ausgebildet. Der Basiskörper 11 bildet die Trennwand zwischen zwei benachbarten Filtrationszellen C1 und bildet die Trennwand zwischen der Filtrationszelle C1 und der Sammelzelle C2, die benachbart sind. Die Trennwanddicke des Basiskörpers 11 ist nachstehend beschrieben.
Der Basiskörper 11 umfasst eine Mehrzahl von Durchgangslöchern, die jede Filtrationszelle C1 und jede Wassersammelzelle C2 bilden. Bei der Mehrzahl von Durchgangslöchern ist die Zwischenschicht 12 auf einer Innenoberfläche eines Durchgangslochs gebildet, das eine Filtrationszelle C1 bildet. Umgekehrt bildet die Innenseite der Zwischenschicht 12 die Filtrationszelle C1. Andererseits ist die Zwischenschicht 12 nicht auf einer Innenoberfläche eines Durchgangslochs gebildet, das eine Wassersammelzelle C2 der Mehrzahl von Durchgangslöchern bildet, und die Innenseite des Durchgangslochs setzt sich fort und wird eine Wassersammelzelle C2. Obwohl es bezüglich des Innendurchmessers der Wassersammelzelle C2 keine spezielle Beschränkung gibt, kann er größer als oder gleich 0,5 mm und kleiner als oder gleich 3,0 mm sein. Der Permeationswiderstand bezüglich einer Permeationskomponente kann durch einen Aufbau vermindert werden, bei dem der Innendurchmesser der Wassersammelzelle C2 größer als oder gleich 0,5 mm ist. Die Anordnungsdichte der Wassersammelzellen C2 kann durch einen Aufbau erhöht werden, bei dem der Innendurchmesser der Wassersammelzelle C2 kleiner als oder gleich 3,0 mm ist.
Obwohl es keine spezielle Beschränkung bezüglich der Größe des Basiskörpers 11 gibt, kann er eine Länge von 100 bis 2000 mm und einen Durchmesser von 30 bis 220 mm aufweisen. Der Basiskörper 11 ist aus einem porösen Material ausgebildet. Der Basiskörper 11 enthält ein Aggregat und ein Bindungsmaterial.
Das Aggregat umfasst die Verwendung von Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Titanoxid, Mullit, Tongut, Cordierit oder dergleichen. Das Bindungsmaterial ist ein anorganisches Oxidmaterial, das bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als die Aggregatkomponente und die das Aggregat verbindet. Der Gehaltanteil des Aggregats in dem Basiskörper 11 kann größer als oder gleich 60 Volumen-% und kleiner als oder gleich 80 Volumen-% sein und ist vorzugsweise größer als oder gleich 65 Volumen-% und kleiner als oder gleich 75 Volumen-%. Der Gehaltanteil des Aggregats kann durch eine Komponentenanalyse des Basiskörpers 11 berechnet werden.
Das Bindungsmaterial umfasst die Verwendung eines anorganischen Oxidmaterials auf Aluminiumoxid- oder Siliziumoxidbasis, das ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall oder dergleichen enthält. Das Oxidmaterial, das als das Bindungsmaterial verwendet wird, ist ein Glasmaterial, das Silizium (Si) und Aluminium (Al) und mindestens eines von einem Alkalimetall oder einem Erdalkalimetall enthält. Das Alkalimetall umfasst die Verwendung von mindestens einem von Natrium (Na), Kalium (K) und Lithium (Li). Das Oxidmaterial kann ein Alkalimetall als ein Alkalimetalloxid enthalten. Das Erdalkalimetall umfasst die Verwendung von mindestens einem von Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba). Das Oxidmaterial kann ein Erdalkalimetall als ein Erdalkalimetalloxid enthalten. Das Oxidmaterial umfasst vorzugsweise sowohl ein Alkalimetall als auch ein Erdalkalimetall. Das Oxidmaterial kann Si als SiO₂ enthalten. Das Oxidmaterial kann Al als Al₂O₃ enthalten. Der Gehaltanteil des Oxidmaterials in dem Basiskörper 11 kann größer als oder gleich 20 Volumen-% und kleiner als oder gleich 40 Volumen-% sein und ist vorzugsweise größer als oder gleich 25 Volumen-% und kleiner als oder gleich 35 Volumen-%. Der Gehaltanteil des Oxidmaterials kann durch eine Komponentenanalyse des Basiskörpers 11 berechnet werden.
Obwohl es bezüglich der Porosität des Basiskörpers 11 keine spezielle Beschränkung gibt, kann sie 25 % bis 50 % betragen und sie beträgt vorzugsweise 30 % bis 45 %. Die Porosität des Basiskörpers 11 kann mit einem Quecksilber-Einpressverfahren gemessen werden. Obwohl es bezüglich des durchschnittlichen Porendurchmessers des Basiskörpers 11 keine spezielle Beschränkung gibt, kann er 0,1 µm bis 50 µm betragen und im Hinblick auf das Erleichtern einer Membranbildung der Zwischenschicht 12 beträgt er vorzugsweise 1 µm bis 10 µm.
Die Zwischenschicht 12 ist auf einer Innenoberfläche des Basiskörpers 11 ausgebildet. Die Zwischenschicht 12 ist in einer Röhrenkonfiguration ausgebildet. Die Innenseite der Zwischenschicht 12 bildet die Filtrationszelle C1. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zwischenschicht 12 nicht auf jeder Wassersammelzelle C2 ausgebildet und der Raum auf einer Innenseite des Basiskörpers 11 bildet die Wassersammelzelle C2.
Die Zwischenschicht 12 enthält ein Aggregat und ein Bindungsmaterial. Das Aggregat umfasst die Verwendung von Aluminiumoxid, Titanoxid, Mullit, Tongut, Cordierit oder dergleichen. Das Bindungsmaterial umfasst die Verwendung von sinterfähigem Aluminiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid, Glasfritte, Tonmineralien, sinterfähigem Cordierit oder dergleichen.
Der Anteil des Bindungsmaterials in dem anorganischen festen Teil (Aggregat + Bindungsmaterial) in der Zwischenschicht 12 kann größer als oder gleich 5 Massen-% und kleiner als oder gleich 42 Massen-% sein. Im Hinblick darauf, dass der Zwischenschicht 12 eine Festigkeit verliehen wird, ist ein Wert von größer als oder gleich 10 Massen-% und kleiner als oder gleich 42 Massen-% bevorzugt und größer als oder gleich 15 Massen-% und kleiner als oder gleich 42 Massen-% ist mehr bevorzugt.
Obwohl es bezüglich der Dicke der Zwischenschicht 12 keine spezielle Beschränkung gibt, ist sie vorzugsweise größer als oder gleich 20 µm und kleiner als 300 µm und mehr bevorzugt größer als oder gleich 50 µm und kleiner als 300 µm. Ein Aufbau, bei dem die Dicke der Zwischenschicht 12 größer als oder gleich 20 µm ist, hemmt das Auftreten von Membrandefekten durch Glätten der Oberfläche der Zwischenschicht 12. Ein Aufbau, bei dem die Dicke der Zwischenschicht 12 weniger als 300 µm beträgt, ermöglicht eine Vergrößerung der Gesamtoberfläche der Trennmembran 30.
Die Zwischenschicht 12 kann aus einer Mehrzahl von Schichten mit verschiedenen durchschnittlichen Porendurchmessern und durchschnittlichen Teilchendurchmessern (Mediandurchmessern) ausgebildet sein. Bei einem solchen Aufbau können der durchschnittliche Porendurchmesser und der durchschnittliche Teilchendurchmesser bei einer Annäherung an den Basiskörper 11 zunehmen. Beispielsweise wenn die Zwischenschicht 12 eine Doppelschichtstruktur aufweist, beträgt der durchschnittliche Porendurchmesser einer ersten Schicht, die mit dem Basiskörper 11 in Kontakt ist, etwa 1 µm, und der durchschnittliche Porendurchmesser einer zweiten Schicht, die auf einer Innenoberfläche der ersten Schicht ausgebildet ist, beträgt etwa 0,1 µm.
Obwohl es bezüglich des Innendurchmessers der Zwischenschicht 12 keine spezielle Beschränkung gibt (d.h., des Durchmessers der Filtrationszellen C1), kann er größer als oder gleich 1,0 mm und kleiner als oder gleich 3,0 mm sein. Ein Aufbau, bei dem der Innendurchmesser der Zwischenschicht 12 größer als oder gleich 1,0 mm ist, verbessert die Fließeigenschaften eines Mischfluids. Ein Aufbau, bei dem der Innendurchmesser der Zwischenschicht 12 kleiner als oder gleich 3,0 mm ist, erhöht die Permeationsmenge einer Permeationskomponente, da die Membrangesamtoberfläche der Trennmembran 40 durch Erhöhen der Anzahl der Filtrationszellen C1 vergrößert werden kann.
Erster Versiegelungsabschnitt 20 und zweiter Versiegelungsabschnitt 30
Der erste Versiegelungsabschnitt 20 bedeckt einen Abschnitt der Außenumfangsfläche S3 und die gesamte Oberfläche der ersten Endfläche S1. Der erste Versiegelungsabschnitt 20 unterdrückt das Eindringen eines Mischfluids in die erste Endfläche S1. Der erste Versiegelungsabschnitt 20 ist so ausgebildet, dass die Einströmöffnung der Filtrationszellen C1 nicht blockiert ist. Der erste Versiegelungsabschnitt 20 kann einen Abschnitt der Innenseite der Filtrationszellen C1 bedecken. Der erste Versiegelungsabschnitt 20 bedeckt die Oberfläche des ersten Verschlusses 51. Das Material, das den ersten Versiegelungsabschnitt 20 bildet, umfasst Glas oder Metall, Kautschuk, Harz oder dergleichen, wobei ein Glas im Hinblick auf dessen Übereinstimmung mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Basiskörpers 11 bevorzugt ist.
Der zweite Versiegelungsabschnitt 20 bedeckt einen Abschnitt der Außenumfangsfläche S3 und die gesamte Oberfläche der zweiten Endfläche S2. Der zweite Versiegelungsabschnitt 20 unterdrückt das Eindringen eines Mischfluids in die zweite Endfläche S2. Der zweite Versiegelungsabschnitt 20 ist so ausgebildet, dass die Einströmöffnung der Filtrationszellen C1 nicht blockiert ist. Der zweite Versiegelungsabschnitt 20 kann einen Abschnitt der Innenseite der Filtrationszellen C1 bedecken. Der zweite Versiegelungsabschnitt 20 bedeckt die Oberfläche des zweiten Verschlusses 52. Der zweite Versiegelungsabschnitt 20 kann aus dem gleichen Material ausgebildet sein, das den ersten Versiegelungsabschnitt 20 bildet.
Trennmembran 40
Die Trennmembran 40 ist auf einer Innenoberfläche der Zwischenschicht 12 ausgebildet. Die Trennmembran 40 weist einen röhrenförmigen Aufbau auf. Die Trennmembran 40 ermöglicht die Permeation einer Permeationstrennkomponente, die in dem Mischfluid enthalten ist. Die Trennfunktion der monolithischen Trennmembranstruktur 1 ist in Bezug auf die Trennmembran 40 gezeigt.
Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennmembran 40 kann auf der Basis einer erforderlichen Filtrationsfunktion und Trennfunktion zweckmäßig festgelegt werden. Beispielsweise kann der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennmembran 40 0,0003 µm (0,3 nm) bis 1,0 µm betragen. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennmembran 40 kann mittels eines Perm-Porometrieverfahrens oder eines Luftstromverfahrens, wie es in ASTM F316 offenbart ist, gemessen werden.
Die Trennmembran 30 kann eine bekannte MF (Mikrofiltrations)-Membran, UF (Ultrafiltrations)-Membran, Gastrennmembran, Pervaporationsmembran oder dampfdurchlässige Membran oder dergleichen nutzen. Insbesondere umfasst die Trennmembran 30 die Verwendung einer Keramikmembran (z.B. wird auf die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 3-267129 und die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2008-246304 Bezug genommen), einer Kohlenmonoxid-Trennmembran (z.B. wird auf das japanische Patent Nr. 4006107 Bezug genommen), einer Helium-Trennmembran (z.B. wird auf das japanische Patent Nr. 3953833 Bezug genommen), einer Wasserstoff-Trennmembran (z.B. wird auf das japanische Patent Nr. 3933907 Bezug genommen), einer Kohlenstoffmembran (z.B. wird auf die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2003-286018 Bezug genommen), einer Zeolithmembran (z.B. wird auf die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2004-66188 Bezug genommen), einer Siliziumoxid-Membran (z.B. wird auf die Beschreibung der veröffentlichten PCT-Anmeldung 2008/050812 Bezug genommen), einer organisch-anorganischen Hybrid-Siliziumoxidmembran (z.B. wird auf die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr.2013-203618 Bezug genommen) und einer p-Tolylgruppe-enthaltendes Siliziumoxid-Membran (z.B. wird auf die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2013-226541 Bezug genommen) oder dergleichen.
Obwohl es bezüglich des Innendurchmessers der Trennmembran 40 keine spezielle Beschränkung gibt, kann er größer als oder gleich 0,8 mm oder kleiner als oder gleich 2,96 mm sein. Ein Aufbau, bei dem der Innendurchmesser der Trennmembran 40 größer als oder gleich 0,8 mm ist, verbessert die Strömungseigenschaften des Mischfluids. Ein Aufbau, bei dem der Innendurchmesser der Trennmembran 40 kleiner als oder gleich 2,96 mm ist, erhöht die Permeationsmenge einer Permeationskomponente, da die Gesamtmembranoberfläche der Trennmembran 40 durch Erhöhen der Anzahl der Filtrationszellen C1 vergrößert werden kann.
Trennwanddicke des Basiskörpers 11
Die 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 2. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf eine Wassersammelzelle C2 und drei Filtrationszellen C1 (erste Filtrationszelle C11, zweite Filtrationszelle C12 und dritte Filtrationszelle C13), die in deren Umgebung angeordnet sind.
Die erste Filtrationszelle C11 liegt benachbart zur Wassersammelzelle C2 vor. Die erste Filtrationszelle C11 liegt benachbart zur zweiten Filtrationszelle C12 vor. Die erste Filtrationszelle C11 ist von der dritten Filtrationszelle C13 weiter entfernt als die zweite Filtrationszelle C12. Die zweite Filtrationszelle C12 ist von der Wassersammelzelle C2 weiter entfernt als die erste Filtrationszelle C11. Die dritte Filtrationszelle C13 weist dieselbe Positionsbeziehung wie die erste Filtrationszelle C11 in Bezug auf die Wassersammelzelle C2 und die zweite Filtrationszelle C12 auf.
Die erste Trennwanddicke L1 des Basiskörpers 11 zwischen der ersten Filtrationszelle C11 und der Wassersammelzelle C2 ist größer als die zweite Trennwanddicke L2 des Basiskörpers zwischen der ersten Filtrationszelle C11 und der zweiten Filtrationszelle C12. Die erste Trennwanddicke L1 ist die minimale Dicke eines Bereichs, der sandwichartig zwischen der ersten Filtrationszelle C11 und der Wassersammelzelle C2 des Basiskörpers 11 angeordnet ist. Die zweite Trennwanddicke L2 ist die minimale Dicke eines Bereichs, der sandwichartig zwischen der ersten Filtrationszelle C11 und der zweiten Filtrationszelle C12 des Basiskörpers 11 angeordnet ist.
Ein Aufbau, bei dem die erste Trennwanddicke L1 größer ist als die zweite Trennwanddicke L2 ermöglicht eine Verbesserung der Druckbeständigkeitseigenschaften des Basiskörpers 11 in der Umgebung der Wassersammelzelle C2, die am wahrscheinlichsten unter Druck steht, wenn eine Permeationskomponente aus dem Abgabeströmungsweg C3 während des Strömens eines Hochdruck-Mischfluids (insbesondere eines Mischgases) in jede Filtrationszelle C1 entnommen wird. Als Ergebnis kann die Dauerbeständigkeit der monolithischen Trennmembranstruktur 1 verbessert werden.
Die erste Trennwanddicke L1 ist vorzugsweise größer als oder gleich das 1,2-fache der zweiten Trennwanddicke L2, mehr bevorzugt größer als oder gleich das 1,5-fache der zweiten Trennwanddicke L2 und noch mehr bevorzugt größer als oder gleich das 2,0-fache der zweiten Trennwanddicke L2.
In der gleichen Weise ist die dritte Trennwanddicke L3 des Basiskörpers 11 zwischen der dritten Filtrationszelle C13 und der Wassersammelzelle C2 größer als eine vierte Trennwanddicke L4 des Basiskörpers zwischen der dritten Filtrationszelle C13 und der zweiten Filtrationszelle C12. Die dritte Trennwanddicke L3 ist die minimale Dicke eines Bereichs, der sandwichartig zwischen der dritten Filtrationszelle C13 und der Wassersammelzelle C2 des Basiskörpers 11 angeordnet ist. Die vierte Trennwanddicke L4 ist die minimale Dicke eines Bereichs, der sandwichartig zwischen der dritten Filtrationszelle C13 und der zweiten Filtrationszelle C12 des Basiskörpers 11 angeordnet ist.
Ein Aufbau, bei dem die dritte Trennwanddicke L3 dicker ist als die vierte Trennwanddicke L4, ermöglicht eine Verbesserung der Druckbeständigkeitseigenschaften des Basiskörpers 11 in der Umgebung der Wassersammelzelle C2, die am wahrscheinlichsten unter Druck steht, wenn eine Permeationskomponente aus dem Abgabeströmungsweg C3 während des Strömens eines Hochdruck-Mischfluids in jeder Filtrationszelle C1 entnommen wird. Als Ergebnis kann die Dauerbeständigkeit der monolithischen Trennmembranstruktur 1 verbessert werden.
Die dritte Trennwanddicke L3 ist vorzugsweise größer als oder gleich das 1,2-fache der vierten Trennwanddicke L4, mehr bevorzugt größer als oder gleich das 1,5-fache der vierten Trennwanddicke L4 und noch mehr bevorzugt größer als oder gleich das 2,0-fache der vierten Trennwanddicke L4.
Verfahren zur Herstellung der monolithischen Trennmembranstruktur 1
Zuerst wird ein Ton durch Zusetzen von Wasser, eines Dispergiermittels und eines organischen Bindemittels, wie z.B. Methylcellulose, zu Aggregatteilchen und einem anorganischen Bindungsmaterial und dann Kneten hergestellt. Der hergestellte Ton wird zur Bildung eines Formkörpers für den monolithischen Basiskörper 11 verwendet. Dabei wird die Formwerkzeugform, die zum Formen des Tons verwendet wird, eingestellt, um Durchgangslöcher zu bilden, die der Beziehung der ersten bis vierten Trennwanddicke L1 bis L4 genügen, wie es in der 4 gezeigt ist. Das Verfahren zur Bildung des Formkörpers für den Basiskörper 11 umfasst zusätzlich zu einem Extrusionsformen unter Verwendung eines Vakuumextruders die Verwendung eines Schlickergussformens und eines Formpressens. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Aggregatteilchen kann größer als oder gleich 5 µm und kleiner als 40 µm sein. Die durchschnittliche Teilchengröße des anorganischen Bindungsmaterial kann größer als oder gleich 0,1 µm und kleiner als oder gleich 10 µm sein.
Als nächstes wird ein scharfes Werkzeug zur Bildung einer Mehrzahl von Abgabeströmungswegen C3 durch die Außenumfangsoberfläche S3 des Formkörpers des Basiskörpers 11 verwendet. Dabei wird die Öffnungslänge jedes Abgabeströmungswegs C3 in der Längsrichtung eingestellt, wodurch die Öffnungslänge des Abgabeströmungswegs C3 in Bezug auf die Gesamtlänge des porösen Trägerkörpers 10 eingestellt wird.
Als nächstes wird eine Aufschlämmung für einen Verschluss durch Zusetzen eines organischen Bindemittels, eines Sinteradditivs, eines pH-Einstellmittels und eines oberflächenaktiven Mittels zu dem porösen Material hergestellt.
Dann wird bewirkt, dass die Aufschlämmung für einen Verschluss in die Position derjenigen Durchgangslöcher strömt, welche die Wassersammelzellen C2 der Mehrzahl von Durchgangslöchern in dem Formkörper für den Basiskörper 11 bilden, wodurch ein Formkörper für den ersten und zweiten Verschluss 51, 52 gebildet wird.
Als nächstes wird der Basiskörper 11 durch Brennen des Formkörpers für den Basiskörper 11 und des Formkörpers für den ersten und zweiten Verschluss 51, 52 (z.B. 500 °C bis 1500 °C, 0,5 Stunden bis 80 Stunden) gebildet.
Als nächstes wird die Zwischenschicht 12 auf einer Innenoberfläche derjenigen Durchgangslöcher, welche die Filtrationszellen C1 bilden, der Mehrzahl von Durchgangslöchern gebildet, die in dem Basiskörper 11 ausgebildet sind. Die Zwischenschicht 12 wird durch Aufbringen der Zwischenschichtaufschlämmung, bei der Wasser einem Keramikmaterial für die Zwischenschicht 12 zugesetzt worden ist, auf eine Innenoberfläche der Durchgangslöcher durch ein Filtrationsverfahren eines Abwärtsströmverfahrens und Brennen (900 °C bis 1350 °C) hergestellt.
Als nächstes wird die Trennmembran 40 auf einer Innenoberfläche der Zwischenschicht 12 gebildet. Das Verfahren zur Bildung der Trennmembran kann ein Verfahren sein, das an den Typ der Membran für die Trennmembran 40 angepasst ist.
Dann werden Wasser und ein anorganisches Bindemittel einer Glasfritte zugemischt, so dass eine Glasversiegelungsaufschlämmung hergestellt wird. Die Glasversiegelungsaufschlämmung wird auf die erste und die zweite Endoberfläche S1 und S2 des Basiskörpers 11 aufgebracht, wodurch ein Grünkörper für den ersten und zweiten Versiegelungsabschnitt 20, 30 gebildet wird. Dann wird der Grünkörper für den ersten und zweiten Versiegelungsabschnitt 20, 30 gebrannt (800 bis 1000 °C, 1 Stunde bis 100 Stunden), wodurch der erste und der zweite Versiegelungsabschnitt 20, 30 erhalten wurden.
Weitere Ausführungsformen
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifizierungen sind innerhalb eines Umfangs möglich, der nicht vom Wesen der Erfindung abweicht.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht, obwohl die Positionsbeziehung der Filtrationszellen C1 und der Wassersammelzellen C2 unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben worden ist, und obwohl die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Trennwanddicke L1 und L2 zwischen allen Filtrationszellen C1 und Wassersammelzellen C2 gilt, diesbezüglich keine spezielle Beschränkung. Die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten Trennwanddicke L1 und L2, wie sie in der 4 gezeigt ist, ist vorzugsweise zwischen größer als oder gleich 60 % der Filtrationszellen C1 und Wassersammelzellen C2, und mehr bevorzugt zwischen größer als oder gleich 80 % der Filtrationszellen C1 und Wassersammelzellen C2 eingestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der poröse Trägerkörper 10 den Basiskörper 11 und die Zwischenschicht 12. Die Zwischenschicht 12 kann jedoch weggelassen werden. Ferner kann eine weitere Oberflächenschicht auf einer Innenoberfläche der Zwischenschicht 12 gebildet werden. Bei diesem Aufbau kann die Trennmembran 40 auf einer Innenoberfläche der Oberflächenschicht nach der Bildung der Oberflächenschicht auf einer Innenoberfläche der Zwischenschicht 12 gebildet werden. Der durchschnittliche Porendurchmesser und der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Oberflächenschicht können so ausgebildet sein, dass sie kleiner sind als der durchschnittliche Porendurchmesser und der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Zwischenschicht 12. Wenn der poröse Trägerkörper 10 eine Oberflächenschicht umfasst, die auf einer Innenoberfläche der Zwischenschicht 12 ausgebildet ist, wird die Innenseite der Oberflächenschicht zu den Filtrationszellen C1.
Beispiele
Herstellung der Proben Nr. 1 bis 9
Eine monolithische Trennmembranstruktur gemäß der Beispiele Nr. 1 bis Nr. 9 wurde in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt.
Zuerst wurden 70 Volumen-% Aluminiumoxidteilchen (Aggregat) mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 12 µm 30 Volumen-% eines anorganischen Bindungsmaterials zugesetzt, dann wurden gegebenenfalls ferner ein Formhilfsmittel, wie z.B. ein organisches Bindemittel oder dergleichen, und ein Porenbildner zugesetzt und es wurde gemischt und getrocknet. Dann wurde ein Ton durch Zusetzen von Wasser und eines oberflächenaktiven Mittels und Mischen und Kneten hergestellt. Bei dem anorganischen Bindungsmaterial wurde eine Konfiguration verwendet, bei der Talk, Kaolin, Feldspat, Ton oder dergleichen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 5 µm in einer geeigneten Weise gemischt wurden, so dass Gehaltanteile von SiO₂ (70 Massen-%), Al₂O₃ (16 Massen-%), Erdalkalimetallen und Alkalimetallen (11 Massen-%) erreicht wurden.
Als nächstes wurde der Ton extrusionsgeformt, wodurch ein Formkörper für einen monolithischen Basiskörper gebildet wurde, der eine Mehrzahl von Zellen aufweist. Ein scharfes Werkzeug wurde zur Bildung einer Mehrzahl von Abgabeströmungswegen verwendet, die durch eine Außenumfangsoberfläche des Formkörpers für den Basiskörper verlaufen. Dabei ermöglicht, wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, ein Aufbau, bei dem die Öffnungslänge der Abgabeströmungswege in der Außenumfangsoberfläche eingestellt ist, die Einstellung des Verhältnisses der Öffnungslänge auf der Außenumfangsoberfläche für jede Probe.
Als nächstes wurde eine Aufschlämmung für einen Verschluss durch Zusetzen eines organischen Bindemittels, eines Sinteradditivs, eines pH-Einstellmittels und eines oberflächenaktiven Mittels zu dem Aluminiumoxid für das poröse Material hergestellt. Eine Konfiguration, bei der bewirkt wird, dass die Aufschlämmung für einen Verschluss in beide Endabschnitte des Formkörpers des Basiskörpers fließt, wurde zur Bildung des Grünkörpers für den ersten und zweiten Verschluss verwendet.
Als nächstes wurde eine Polyesterfolie an beide Endflächen des monolithischen Basiskörpers geklebt und ein Loch wurde mittels einer Laserbestrahlung in einem Abschnitt gebohrt, welcher der Wassersammelzellreihe entspricht.
Dann wurden beide Endflächen des monolithischen Basiskörpers in eine Aufschlämmung für einen Verschluss gepresst. Die Aufschlämmung für einen Verschluss wurde durch Zusetzen eines Glasbindungsmaterials zu einer Hauptkomponente aus einem Aluminiumoxidaggregat gebildet und dann wurden Wasser und ein Bindemittel zugesetzt und gemischt.
Dann wurde der mit dem Verschluss gefüllte monolithische Basiskörper gebrannt (1250 °C, eine Stunde), wodurch ein Verschluss-gefüllter monolithischer Basiskörper erhalten wurde. Das Verhältnis der Reihenanzahl der Filtrationszellreihen zu der Reihenanzahl der Wassersammelzellreihen in jeder Probe (Anzahl der Filtrationszellreihen/Anzahl der Wassersammelzellreihen) ist in der Tabelle 1 gezeigt.
Als nächstes wurden 14 Massenteile eines anorganischen Bindungsmaterials 100 Massenteilen Aluminiumoxidteilchen (Aggregat) mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2,3 µm zugesetzt und dann wurden ferner Wasser, ein Dispergiermittel und ein Verdickungsmittel zugesetzt und gemischt, so dass eine Zwischenschichtaufschlämmung hergestellt wurde. Die Zwischenschichtaufschlämmung wurde als Membran durch die Verwendung eines Filtrationsverfahrens auf einer Innenoberfläche der Durchgangslöcher gebildet, die ein Verschließen des Basiskörpers verhindern, wodurch ein Grünkörper für die Zwischenschicht gebildet wurde. Als nächstes wurde der Grünkörper für die Zwischenschicht gebrannt (1250 °C, 1 Stunde), so dass die Zwischenschicht gebildet wurde.
Als nächstes wurden Aluminiumoxidteilchen (Aggregat) mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,2 µm, Wasser und ein Dispergiermittel gemischt, so dass eine Oberflächenschichtaufschlämmung hergestellt wurde. Die Oberflächenschichtaufschlämmung wurde als Membran durch die Verwendung eines Filtrationsverfahrens auf einer Innenoberfläche der Durchgangslöcher gebildet, die ein Verschließen des monolithischen Basiskörpers verhindern, wodurch ein Grünkörper für die Oberflächenschicht gebildet wurde. Als nächstes wurde der Grünkörper für die Oberflächenschicht gebrannt (1250 °C, 12 Stunden), so dass die Oberflächenschicht gebildet wurde.
Als nächstes wurde der Basiskörper zu einer Größe mit einem Durchmesser von 180 mmφ und einer Länge von 1000 mm geschnitten. Nach dem Sprühen der Glasausgangsmaterialaufschlämmung und dem Beschichten von beiden Endoberflächen des Basiskörpers wurde der Versiegelungsabschnitt auf beiden Endoberflächen durch Brennen gebildet (950 °C, 1 Stunde).
Als nächstes wurde eine Zeolithmembran des DDR-Typs als Trennmembran auf der Basis des Verfahrens gebildet, das in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 2011105511 offenbart ist.
Berechnung der maximalen Belastung in einer Wassersammelzelle
Die maximale Belastung, die auf eine Innenoberfläche einer Wassersammelzelle ausgeübt wurde, wenn ein Druck von 1 MPa auf eine Innenoberfläche einer Filtrationszelle ausgeübt wurde, wurde berechnet. Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Berechnung der maximalen Belastung nutzte ein Finite Elemente-Analyseprogramm (l-deas).
Membranoberflächenverhältnis
Die Gesamtoberfläche der Zeolithmembran in jeder Probe ist in der Tabelle 1 gezeigt. In der Tabelle 1 ist die Gesamtoberfläche der Probe Nr. 1 als normalisierter Referenzwert angegeben (1,00). Die Gesamtoberfläche der Zeolithmembran ist etwa mit der gesamten Innenoberfläche der Filtrationszellen identisch.
Blasentest

Nach dem Füllen aller Filtrationszellen, die in jeder Probe ausgebildet sind, mit Wasser, wurde Luft von einer Außenoberfläche des porösen Trägerkörpers zugeführt. Diejenigen Zellen, bei denen festgestellt wird, dass sie Luftblasen in den Filtrationszellen bei einem Luftzufuhrdruckausmaß von weniger als oder gleich 0,18 MPa erzeugen, werden als defekte Zellen angegeben. Die Anzahl der defekten Zellen in den Proben Nr. 2, 3, 5, 6, 8 und 9 ist in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Probe Nr.	Erste Trennwanddicke L1 des Basiskörpers zwischen zwei Filtrationszellen (mm)	Zweite Trennwanddicke L2 des Basiskörpers zwischen der Filtrationszelle und der Wassersammelzelle (mm)	Maximale Belastung der Wassersammelzelle (MPa)	Anzahl der Filtrationszellreihen/ Anzahl der Wassersammelzellreihen (-fach)	Oberfläche der Trennmembran	Öffnungslängenverhältnis jedes Abgabeströmungswegs bezogen auf die Gesamtlänge des Trägerkörpers (%)	Anzahl der defekten Zellen
1	0,65	0,65	8,7	5,6	1,00	6
2	0,65	1,3	5,3	5,6	0,88	6	- 58
3	0,65	1,3	5,3	2,1	0,70	6	72
4	0,65	1,3	5.3	1,0	0,52	6	-
5	0,65	1,3	4,8	5,6	0,88	3	49
6	0,65	1,3	4,8	2,1	0,70	3	52
7	0,65	1,3	4,8	1,0	0,52	3	-
8	0,65	1,3	5,6	5,6	0,88	10	105
9	0,65	1,3	5,6	2,1	0,70	10	143

Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, war die maximale Belastung, die auf eine Innenoberfläche einer Wassersammelzelle ausgeübt wird, in den Proben Nr. 2 bis 9, bei denen die erste Trennwanddicke L1 zwischen einer Filtrationszelle und einer Wassersammelzelle größer ist als eine zweite Trennwanddicke L2 zwischen einer Filtrationszelle und einer Filtrationszelle, vermindert. Dieses Merkmal ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass ein Aufbau, bei dem die erste Trennwanddicke L1 zwischen einer Filtrationszelle und einer Wassersammelzelle erhöht ist, eine Verbesserung der Druckbeständigkeitseigenschaften des Basiskörpers in der Umgebung einer Wassersammelzelle ermöglicht, die zu einem Ansammeln einer Belastung neigt.
Ein Vergleich von Probe Nr. 3 und Probe Nr. 4 bestätigt, dass die Gesamtoberfläche der Trennmembran durch einen Aufbau vergrößert wird, bei dem die Filtrationszellreihenanzahl größer als oder gleich das Doppelte der Wassersammelzellreihenanzahl ist. Daher ist ersichtlich, dass ein Aufbau, in dem die Filtrationszellreihenanzahl größer als oder gleich das Doppelte der Wassersammelzellreihenanzahl ist, die Menge der Permeationskomponente erhöht, welche die Trennmembran durchdringt. Dieses Merkmal kann auch durch einen Vergleich von Probe Nr. 6 und Probe Nr. 7 bestätigt werden.
Ferner bestätigt ein Vergleich von Probe Nr. 2 und Probe Nr. 3, dass die Gesamtoberfläche der Trennmembran durch einen Aufbau weiter vergrößert wird, bei dem die Filtrationszellreihenanzahl größer als oder gleich das 5 -fache der Wassersammelzellreihenanzahl ist. Daher ist ersichtlich, dass ein Aufbau, in dem die Filtrationszellreihenanzahl größer als oder gleich das 5-fache der Wassersammelzellreihenanzahl ist, die Menge der Permeationskomponente, welche die Trennmembran durchdringt, weiter erhöht. Dieses Merkmal kann auch durch einen Vergleich von Probe Nr. 5 und Probe Nr. 6 bestätigt werden.
Ein Vergleich der Proben Nr. 2 und 3 und der Proben Nr. 8 und 9 bestätigt, dass die maximale Belastung, die auf eine Wassersammelzelle ausgeübt wird, durch einen Aufbau vermindert wird, bei dem die Öffnungslänge des Abgabeströmungswegs kleiner als oder gleich 6 % der Gesamtlänge des porösen Trägerkörpers ist. Dieses Ergebnis ermöglicht eine Verminderung der Defekte in den Filtrationszellen, da die Erzeugung von Defekten in dem Basiskörper während des Formschritts oder Brennschritts in den Proben Nr. 2 und 3 gehemmt werden kann.
Ein Vergleich der Proben Nr. 2 und 3 und der Proben Nr. 5 und 6 bestätigt, dass die maximale Belastung, die auf eine Wassersammelzelle ausgeübt wird, durch einen Aufbau vermindert wird, bei dem die Öffnungslänge des Abgabeströmungswegs kleiner als oder gleich 3 % der Gesamtlänge des porösen Trägerkörpers ist. Dieses Ergebnis ermöglicht eine weitere Verminderung der Defekte in Filtrationszellen in den Proben Nr. 5 und 6.
Bezugszeichenliste

1: MONOLITHISCHE TRENNMEMBRANSTRUKTUR
10: PORÖSER TRÄGERKÖRPER
S1: ERSTE ENDOBERFLÄCHE
S2: ZWEITE ENDOBERFLÄCHE
S3: AUßENUMFANGSOBERFLÄCHE
C1: FILTRATIONSZELLE
C2: WASSERSAMMELZELLE
C3: ABGABESTRÖMUNGSWEG
11: BASISKÖRPER
12: ZWISCHENSCHICHT
40: TRENNMEMBRAN

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3267129 [0036]
JP 2008246304 [0036]
JP 4006107 [0036]
JP 3953833 [0036]
JP 3933907 [0036]
JP 2003286018 [0036]
JP 200466188 [0036]
JP 2013203618 [0036]
JP 2013226541 [0036]
WO 2011105511 [0067]

Claims

Monolithische Trennmembranstruktur, umfassend: einen porösen Trägerkörper mit einer Mehrzahl von Filtrationszellen, die an beiden Endoberflächen geöffnet sind, einer Mehrzahl von Wassersammelzellen, die auf den beiden Endoberflächen geschlossen sind, einer Mehrzahl von Abgabeströmungswegen, die durch die Mehrzahl von Wassersammelzellen verlaufen und auf einer Außenumfangsoberfläche geöffnet sind, und einem monolithischen Basiskörper, der die Außenumfangsoberfläche umfasst, und eine Trennmembran, die auf Innenoberflächen der Mehrzahl von Filtrationszellen ausgebildet ist, wobei die Mehrzahl von Filtrationszellen eine erste Filtrationszelle und eine zweite Filtrationszelle umfasst, die aneinander angrenzen, die Mehrzahl von Wassersammelzellen eine Wassersammelzelle umfasst, die an die erste Filtrationszelle angrenzt, und von den zweiten Filtrationszellen getrennt ist, und die Dicke einer ersten Trennwand des Basiskörpers zwischen der ersten Filtrationszelle und der Wassersammelzelle größer ist als die Dicke einer zweiten Trennwand des Basiskörpers zwischen der ersten Filtrationszelle und der zweiten Filtrationszelle.
Monolithische Trennmembranstruktur nach Anspruch 1, bei der die Anzahl von Reihen der Mehrzahl der Filtrationszellen größer als oder gleich das Doppelte der Anzahl von Reihen der Mehrzahl der Wassersammelzellen ist.
Monolithische Trennmembranstruktur nach Anspruch 2, bei der die Anzahl von Reihen der Mehrzahl der Filtrationszellen größer als oder gleich das 5-fache der Anzahl von Reihen der Mehrzahl der Wassersammelzellen ist.
Monolithische Trennmembranstruktur nach einem von Anspruch 1 bis Anspruch 3, bei der eine Öffnungslänge der Mehrzahl von jeweiligen Abgabeströmungswegen kleiner als oder gleich 6 % der Gesamtlänge des porösen Trägerkörpers ist.
Monolithische Trennmembranstruktur nach Anspruch 4, bei der die Öffnungslänge der Mehrzahl von jeweiligen Abgabeströmungswegen kleiner als oder gleich 3 % der Gesamtlänge des porösen Trägerkörpers ist.