JP2000042379A

JP2000042379A - プリーツ型気液接触用膜モジュール

Info

Publication number: JP2000042379A
Application number: JP10211563A
Authority: JP
Inventors: Hideki Hayama; 英樹葉山; Akira Otani; 明大谷
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】境膜抵抗の増加を抑制し、効率的な気液接触
操作が可能なプリーツ型膜モジュールを提供する。【解決手段】プリーツ型膜エレメント１の内部には、
充填物を内部に有する内側円筒部材２２を挿入し、外周
部には外側円筒部材２１を装着する。さらにプリーツ型
膜エレメント１の両端部にはトップキャップ４ａおよび
ボトムキャップ４ｂが液密に装着される。前記の組み立
てられたプリーツ型膜エレメント１は、トップハウジン
グ５ａおよびボトムハウジング５ｂ内に収容される。ト
ップハウジング５ａは、液体供給口６ａおよびガス排出
口７ａを有し、ボトムハウジング５ｂは、ガス溶解液排
出口６ｂおよびガス供給口７ｂを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体への気液溶解
あるいは液体中からの気液放散といった気液接触操作に
用いられるプリーツ型膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多くの分野で液体へのガス溶解あ
るいは液体からのガス放散といった気液接触操作が行わ
れている。例えば、ガス溶解として、医薬品分野等にお
ける微生物培養液への酸素供給、電子産業における超純
水ラインへのオゾン溶解、水産業界における養魚への酸
素供給、あるいはＮＯ_x（窒素酸化物）やＳＯ_x（硫黄
酸化物）等の排ガス処理が挙げられ、また、ガス放散と
しては、純水製造における脱炭酸処理が挙げられる。

【０００３】膜を用いた気液接触法に使用される膜モジ
ュールとしては、従来より充填効率の高さから中空糸膜
モジュールが多く用いられている。中空糸膜モジュール
では、中空糸膜の内側に液体を流し、中空糸膜の外側に
気体を流すという使用方法が一般的に行われている。

【０００４】気液接触法において気体と液体との間の物
質移動を効率良く行わせるためには、液体側の境膜抵抗
を小さくする必要がある。そして、境膜抵抗を低減する
ためには、液体の流動状態を乱流にする必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中空糸
膜モジュールの中空糸膜の内側を液体流路とした場合に
は、液体の流動状態が層流となりやすく、境膜抵抗が高
くなる。そこで、液体の流量を高めることにより液体の
流動状態を乱流にすることが考えられるが、中空糸膜の
内側に高流量の液体を流そうとすると圧力損失が高くな
る。その結果、中空糸膜モジュールに液体を流動させる
ために高エネルギーが必要となり、不経済となる。

【０００６】そこで、境膜抵抗を抑制し、かつ有効膜面
積を増加させるために、中空糸膜の外側を液体流路とし
た中空糸膜モジュールも開発されている。この中空糸膜
モジュールでは、中空糸膜の外側を流れる液体の流動状
態を乱流として境膜抵抗を抑制する工夫がなされてい
る。

【０００７】しかしながら、このような中空糸膜モジュ
ールは、構造が複雑となり、製造コストが高くなるとい
う問題を有している。

【０００８】また、一部の脱気処理等でスパイラル型膜
モジュールが用いられることもあるが、その構造上、圧
力容器と膜エレメントの隙間に液体の滞留部が存在す
る。そのため、長期的には微粒子やＴＯＣ（有機体炭
素）の増加といった水質低下を招くおそれが考えられ
る。

【０００９】本発明の目的は、境膜抵抗の増加を抑制
し、効率的な気液接触操作が可能なプリーツ型膜モジュ
ールを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係るプリーツ型膜モジュールは、帯状の透過膜を順次
山折りおよび谷折りし両側辺を接合して円筒状膜成形体
が形成されるとともに、一対の端面閉塞部材を円筒状膜
成形体の両端部に接合することにより膜エレメントが形
成され、膜エレメントが容器内に収容され、容器の一端
面に円筒状膜成形体の内側の空間に連通する第１流体供
給口が設けられ、かつ容器の他端面に円筒状膜成形体の
内側の空間に連通する第１流体排出口が設けられ、容器
の外周面に円筒状膜成形体の外側の空間に連通する第２
流体供給口および第２流体排出口が設けられたものであ
る。

【００１１】本発明に係るプリーツ型膜モジュールにお
いては、第１流体供給口から供給された第１流体は、円
筒状膜成形体の内側の空間を通って第１流体出口から排
出される。第２流体供給口から供給された第２流体は、
円筒状膜成形体の外側の空間を通って第２流体排出口か
ら排出される。このようにして、第１流体と第２流体と
が透過膜を介して接触し、第１流体の成分が第２流体中
に溶解または放散し、あるいは第２流体の成分が第１流
体中に溶解または放散する。

【００１２】この場合、構造上デッドスペースが存在し
ないので、第１流体および第２流体の滞留が起こらな
い。これにより、常に清浄な状態で流体の処理を行うこ
とができる。

【００１３】また、第１流体および第２流体がそれぞれ
円筒状膜成形体の内側および外側を流れるので、大きな
圧力損失を生じることなく容易に乱流状態を生じさせる
ことができる。その結果、境膜抵抗の増加が抑制され、
効率的な気液接触操作が可能となる。

【００１４】円筒状膜成形体の内部に充填物が収容され
ることが好ましい。充填物を収容することにより、第１
流体供給口から供給された第１流体は円筒状膜成形体の
プリーツ部の内側に多く流れ込むようになるとともに、
乱流状態がさらに生じやすくなる。それにより、プリー
ツ部の内側での境膜抵抗はさらに低くなる。

【００１５】また、充填物がラシヒリング、レッシング
リング、ポールリング、ベルルサドル、インタロックス
サドル、テラレッテパッキング等からなってもよい。こ
れにより、乱流効果が促進され気液溶解効率が高くな
る。

【００１６】円筒状膜成形体の内部に有孔中空管が挿入
されることが好ましい。この場合、第１流体供給口から
供給された第１流体は、内側有孔中空管の孔を通って円
筒状膜成形体のプリーツ部の内側に導かれ、内側有孔中
空管の孔を通って第１流体排出口から排出される。第１
流体がこのような流路を通ることにより乱流状態がさら
に生じやすくなる。また、内側有孔中空管により円筒状
膜成形体の形状を維持することが容易となる。

【００１７】円筒状膜成形体の外側に外側有孔中空管が
装着されることが好ましい。この場合、第２流体供給口
から供給された第２流体は外側有孔中空管の孔を通って
円筒状膜成形体のプリーツ部の外側に導かれ、外側有孔
中空管の孔を通って、第２流体出口から排出される。第
２流体がこのような流路を通ることにより乱流状態がさ
らに生じやすくなる。また、円筒状膜成形体の外周が外
側有孔中空管により覆われるため、円筒状膜成形体の変
形が防止される。

【００１８】第１流体供給口および第２流体排出口は容
器の一端側に設けられ、第１流体排出口および第２流体
供給口は容器の他端側に設けられることが好ましい。各
々の流体の供給口および排出口をこのように配置するこ
とにより、第１流体および第２流体は透過膜を挟んで対
向する流れとなる。これにより、一方の流体濃度と、他
方の流体へ溶解した流体濃度の濃度勾配を高くとること
ができるので、溶解あるいは放散効率が高くなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプリーツ型膜
モジュールの一例を説明する。図１はプリーツ型膜モジ
ュールの分解斜視図、図２は図１のプリーツ型膜モジュ
ールの組み立て状態の軸方向断面図である。また、図３
（ａ）は図２のプリーツ型膜モジュールのＡ−Ａ線断面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）の一部拡大図である。

【００２０】まず、図３（ｂ）に示すように、疎水性多
孔質膜１１の一方の面にガス側膜サポート部材１２を、
他方の面に液体側膜サポート部材１３を重ね合わせ、液
体側膜サポート部材１３を内周側にして円筒状に順次山
折りおよび谷折りし、両側縁部を接着剤もしくは熱融着
により液密に接合することにより円筒状のプリーツ型膜
エレメント（円筒状膜成形体）１が形成される。

【００２１】疎水性多孔質膜１１の材質としては、ＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライ
ド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）
等が用いられる。また、ガス側膜サポート部材１２およ
び液体側サポート部材１３の材質は、特に限定されない
が、使用流体に対して耐久性があり、かつ用途に対応し
た材質でなければならない。本実施例では、ＰＴＦＥ、
ＰＦＡ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、ＰＥ、ＦＥＰ（テトラフルオ
ロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、Ｐ
ＶＣ（ポリ塩化ビニル）等を用いる。

【００２２】図１および図２に示すように、プリーツ型
膜エレメント１の内周部には、複数の液体通過孔２２ａ
を有する内側円筒部材２２が挿入される。

【００２３】また、図２および図３（ａ）に示すよう
に、内側円筒部材２２内にラシヒリング、レッシングリ
ング、ポールリング、ベルルサドル、インタロックスサ
ドル、テラレッテパッキング等の乱流を促進する充填物
３（図示省略）が挿入されている。

【００２４】充填物３の材質は使用流体に対して耐久性
があり、かつ用途に対応した材質でなければならない。
本実施例では充填物３の材質にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＶ
ＤＦ、ＦＥＰ、ＰＰ、ＰＥ等を用いる。

【００２５】このプリーツ型膜エレメント１の外周部に
は複数のガス通過孔２１ａを有する外側円筒部材２１が
装着される。さらに、プリーツ型膜エレメント１の両端
部にトップキャップ４ａおよびボトムキャップ４ｂがそ
れぞれ装着され、プリーツ型膜エレメント１の一端部と
トップキャップ４ａとの間およびプリーツ型膜エレメン
ト１の他端部とボトムキャップ４ｂとの間が液密にシー
ルされる。

【００２６】トップキャップ４ａおよびボトムキャップ
４ｂは、プリーツ型膜エレメント１および外側円筒部材
２１の端面を覆う環状板部、外側円筒部材２１の端部の
外周面を覆う外側円筒部および内側円筒部材２２の端部
の外周面を覆う内側円筒部が一体形成されてなる。ま
た、トップキャップ４ａおよびボトムキャップ４ｂの内
側円筒部の外周面には雄ねじが形成されている。

【００２７】図２に示すように、内側円筒部材２２の軸
方向の長さは、外側円筒部材２１に装着したトップキャ
ップ４ａの端部からボトムキャップ４ｂの端部までの長
さと同一である。

【００２８】トップキャップ４ａ、ボトムキャップ４
ｂ、内側円筒部材２２および外側円筒部材２１の材質
は、使用流体に対して耐久性があり、かつ用途に対応し
た材質でなければならない。本実施例では、トップキャ
ップ４ａおよびボトムキャップ４ｂの材質にはＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、ＰＥ等を用い、
内側円筒部材２２および外側円筒部材２１の材質にはＰ
ＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、ＰＥ等を用
いる。

【００２９】プリーツ型膜エレメント１、充填物３、内
側円筒部材２２、外側円筒部材２１、トップキャップ４
ａおよびボトムキャップ４ｂは、上記のように組み立て
られた状態でトップハウジング５ａおよびボトムハウジ
ング５ｂ内に収容される。なお、トップハウジング５ａ
の端面とボトムハウジング５ｂの端面は液密に接合され
る。

【００３０】トップハウジング５ａは、外側円筒部材２
１の外周面を覆う外側円筒部５１ａ、トップキャップ４
ａの環状板部を覆う環状端面部５２ａ、トップキャップ
４ａの内側円筒部の雄ねじ部を覆う内側円筒部５３ａお
よびトップキャップ４ａの内側円筒部の端面を覆う円形
端面部５４ａが一体形成されてなる。そして、トップハ
ウジング５ａの内側円筒部５３ａの内周面に雌ねじが形
成されており、トップキャップ４ａの雄ねじと螺合す
る。また、トップハウジング５ａの外周円筒部５１ａに
はガス排出口７ａが設けられ、トップハウジング５ａの
円形端面部５４ａの中央には液体供給口６ａが設けられ
ている。

【００３１】ボトムハウジング５ｂは、外側円筒部材２
１の外周面を覆う外側円筒部５１ｂ、ボトムキャップ４
ｂの環状板部を覆う環状端面部５２ｂ、ボトムキャップ
４ｂの内側円筒部の雄ねじ部を覆う内側円筒部５３ｂお
よびボトムキャップ４ｂの内側円筒部の端面を覆う円形
端面部５４ｂが一体形成されてなる。そして、ボトムハ
ウジング５ｂの内側円筒部５３ｂの内周面に雌ねじが形
成されており、ボトムキャップ４ｂの雄ねじと螺合す
る。また、ボトムハウジング５ｂの外側円筒部５１ｂに
はガス供給口７ｂが設けられ、ボトムハウジング５ｂの
円形端面部５４ｂの中央にはガス溶解液排出口６ｂが設
けられている。

【００３２】トップハウジング５ａおよびボトムハウジ
ング５ｂの材質は、使用流体に対して耐久性があり、か
つ用途に対応した材質でなければならない。本実施例で
は、トップハウジング５ａおよびボトムハウジング５ｂ
の材質にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ、ＰＰ、
ＰＥ等を用いる。

【００３３】図２に示すように、プリーツ型膜モジュー
ル１０ａの運転時には、液体８１はトップハウジング５
ａの液体供給口６ａから内側円筒部材２２の内部に供給
され、充填物３によって乱流状態になる。その後、その
液体は内側円筒部材２２の液体通過孔２２ａを通って山
折りされた液体側膜サポート部材１３と内側円筒部材２
２の外周面とで形成されるプリーツ内側流路８３に導か
れ、液体側膜サポート部材１３に沿って軸方向に流れ
る。

【００３４】一方、ガス９はボトムハウジング５ｂのガ
ス供給口７ｂから供給され、ボトムハウジング５ｂおよ
びトップハウジング５ａの内周面と外側円筒部材２１の
外周面で構成される円筒外流路８５を通り、外側円筒部
材２１のガス通過孔２１ａを通って谷折りされたガス側
膜サポート部材１２と外側円筒部材２１の内周面とで形
成されたプリーツ外側流路８４に導かれる。その後、そ
の気体はガス側膜サポート部材１２に沿って軸方向に流
れた後、再びガス通過孔２１ａを通って円筒外流路８５
に戻り、トップハウジング５ａのガス排出口７ａより排
出される。

【００３５】図３（ｂ）に示すように、プリーツ内側流
路８３を流れる液体８１とプリーツ外側流路８４を流れ
るガス９は、疎水性多孔質膜１１を介して接触する。こ
れによりガス９の目的成分が疎水性多孔質膜１１を透過
して液体８１に溶解し、ガス溶解液８２となる。

【００３６】プリーツ内側流路８３を流れるガス溶解液
８２は、液体通過孔２２ａを通って内側円筒部材２２の
内部に導かれ、ガス溶解液排出口６ｂから外部へ排出さ
れる。

【００３７】上記のように、本実施のプリーツ型膜モジ
ュール１０ａでは、充填物３によって液体８１がプリー
ツ内側流路８３を多く流れるようになるとともに、乱流
状態がさらに生じやすくなる。それにより、プリーツ内
流路８３での境膜抵抗は低くなる。したがって、効率的
な気液接触操作が可能となる。

【００３８】また、本実施例では、図２に示すように、
プリーツ内側流路８３を流れる液体８１とプリーツ外側
流路８４を流れるガス９を疎水性多孔質膜１１を挟んで
対向する流れとすることにより、ガス９濃度と液体８１
に溶解しているガス９濃度の濃度差を大きくとれるた
め、溶解効率を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるプリーツ型膜モジュー
ルの分解斜視図である。

【図２】図１のプリーツ型膜モジュールの組み立て状態
の軸方向断面図である。

【図３】図２のプリーツ型膜モジュールのＡ−Ａ線断面
図および一部拡大図である。

【符号の説明】

１プリーツ型膜エレメント（円筒状膜成形体）３充填物４ａトップキャップ４ｂボトムキャップ５ａトップハウジング５ｂボトムハウジング６ａ液体供給口６ｂガス溶解液排出口７ａガス排出口７ｂガス供給口１１疎水性多孔質膜２１外側円筒部材２２内側円筒部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の透過膜を順次山折りおよび谷折り
し両側辺を接合して円筒状膜成形体が形成されるととも
に、一対の端面閉塞部材を前記円筒状膜成形体の両端部
に接合することにより膜エレメントが形成され、前記膜
エレメントが容器内に収容され、前記容器の一端面に前
記円筒状膜成形体の内側の空間に連通する第１流体供給
口が設けられ、かつ前記容器の他端面に前記円筒状膜成
形体の内側の空間に連通する第１流体排出口が設けら
れ、前記容器の外周面に前記円筒状膜成形体の外側の空
間に連通する第２流体供給口および第２流体排出口が設
けられたことを特徴とするプリーツ型気液接触用膜モジ
ュール。
【請求項２】前記円筒状膜成形体の内部に充填物が収
容されたことを特徴とする請求項１記載のプリーツ型気
液接触用膜モジュール。
【請求項３】前記円筒状膜成形体の内部に内側有孔中
空管が挿入されたことを特徴とする請求項１または２記
載のプリーツ型気液接触用膜モジュール。
【請求項４】前記円筒状膜成形体の外側に外側有孔中
空管が装着されたことを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載のプリーツ型気液接触用膜モジュール。
【請求項５】前記第１流体供給口および前記第２流体
排出口は前記容器の一端部側に設けられ、前記第１流体
排出口および前記第２流体供給口は前記容器の他端部側
に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか
に記載のプリーツ型気液接触用膜モジュール。