JP2001062261A

JP2001062261A - スパイラル型気液接触膜エレメントおよびスパイラル型気液接触膜モジュール

Info

Publication number: JP2001062261A
Application number: JP23947999A
Authority: JP
Inventors: Makoto Himeno; 誠姫野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】【課題】気体側流路の凝縮水を速やかに排出すること
により、気体溶解液の濃度の低下および気体溶解液への
気泡の混入が発生しないスパイラル型気液接触膜エレメ
ントおよびスパイラル型気液接触膜モジュールを提供す
る。【解決手段】２枚の気体側流路材１５は、オゾンガス
の流動方向に沿った溝部を設けられ、溝部が互いに対向
するようにスパイラル型膜エレメント１０内に配置され
る。オゾンガス２０は気体入口１１ａから気体供給管１
１に供給され、供給孔１１ｂからスパイラル状の気体側
流路１８を通り、気体出口７から外部へ排出される。気
体側流路１８内の凝縮水は、オゾンガスとともに気体側
流路材１５の溝部に沿って流れ、気体出口７から外部へ
排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中への気体の
溶解または液体中からの気体の放散といった気液接触操
作に用いられるスパイラル型気液接触膜エレメントおよ
びこのエレメントを用いたスパイラル型気液接触膜モジ
ュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、化学工業等の多くの分野では、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。たとえば、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、
電子工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
処理があげられる。

【０００３】また、気液接触の一例として、半導体工業
におけるオゾン水の製造がある。現在、ウェーハの洗浄
には、アンモニア−過酸化水素水混合液、塩酸−過酸化
水素水混合液等の薬液が用いられているが、廃水処理に
かかるコストダウン、環境問題等の観点から、オゾン水
による洗浄が注目されている。ここで、ウェーハの洗浄
に用いられるオゾン水は、１０〜３０ｐｐｍと高濃度な
オゾン水が要求され、濃度コントロールも容易でなけれ
ばならない。

【０００４】これらの条件を満たすためには、従来から
用いられているいわゆるバブリング法では、高濃度なイ
オン水が得られにくい、クリーン度に問題がある、濃度
コントロールが困難である等の課題があり、膜モジュー
ルを使用してオゾンガスを超純水中に溶解させる方法が
近年用いられている。

【０００５】気液接操作に使用される膜モジュールの形
態としては、スパイラル型、平膜積層型、プレート・ア
ンド・フレーム型などの平膜を用いた平膜状膜モジュー
ル、および中空糸のような環状膜を用いた環状膜モジュ
ールがある。それらの中でも中空糸膜モジュールやスパ
イラル型膜モジュールが一般的である。

【０００６】中空糸膜モジュールの場合、中空糸膜内部
に純水が層流の状態で流動するため、中空糸膜の内周面
近傍での境膜抵抗が大きく、純水へのオゾンガスの移動
係数が低い。また、中空糸膜モジュールでは、構造上、
膜の充填効率が低いため、膜モジュールとしては大型の
ものになり、コストも高くなる。

【０００７】一方、スパイラル型膜モジュールでは、液
体側流路に乱流促進を図る流路材を用いることにより、
多孔質膜近傍の境膜抵抗が低くなり、純水へのオゾンガ
スの移動係数が高くなる。また、スパイラル型膜モジュ
ールでは、膜の充填効率が高いため膜モジュールを小型
化でき、コストも低く抑えられるという利点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多孔質
膜を用いた膜モジュールでは、液体側流路で発生する水
蒸気が多孔質膜を透過し、気体側流路で凝縮し、凝縮水
が発生する現象が起こる場合がある。

【０００９】また、スパイラル型膜モジュールの場合、
気体側流路材、多孔質膜および液体側流路材が重ね合わ
されて有孔中空管の外周面に巻回されるため、気体側流
路は多孔質膜間に挟まれた狭いスペースとなる。このた
め、凝縮水が気体側流路から速やかに流出することが困
難となり、徐々に気体側流路内に溜まるようになる。そ
れにより、実質的な気液接触面積が減少することから、
長期間使用するとオゾン水の濃度が低下するという問題
が生じる。

【００１０】また、気体側流路に凝縮水が溜まると、気
体側流路での圧力損失が大きくなり、気体側流路内の圧
力が液体側流路内の圧力より高くなり、気泡が液体側流
路内に発生する問題も生じる。

【００１１】この場合には、スパイラル型気液接触膜モ
ジュールの運転を停止し、気体側流路に乾燥空気を通気
するなどして凝縮水を蒸発させる必要がある。しかしな
がら、この手法は非連続操作であるため実用上問題があ
る。

【００１２】本発明の目的は、気体側流路の凝縮水を速
やかに排出することにより、気体溶解液の濃度の低下お
よび気体溶解液への気泡の混入が発生しないスパイラル
型気液接触膜エレメントおよびスパイラル型気液接触膜
モジュールを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係るスパイラル型気液接触膜エレメントは、透過
性膜と流路材とを重ねて有孔中空管の外周面にスパイラ
ル状に巻回することにより形成されたスパイラル型気液
接触膜エレメントであって、流路材として、気体の流動
方向に沿った溝部が設けられた気体側流路材を複数枚重
ねて用いるものである。

【００１４】本発明に係るスパイラル型気液接触膜エレ
メントにおいては、気体の流動方向に沿った溝部が設け
られた気体側流路材が複数枚重ねられているので、気体
側流路に発生した凝縮水が気体とともに複数の溝部内を
速やかに流動する。それにより、気体側流路に凝縮水が
滞留せず、速やかに排出される。したがって、凝縮水の
滞留による気液接触面積の減少が防止されるので、気体
溶解液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留に
よる気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、
気体側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなるこ
とがなく、液体中に気泡が発生しない。

【００１５】気体側流路材の片面に溝部が設けられてい
ることが好ましい。この場合、気体側流路材一枚の厚さ
を薄くすることができ、スパイラル型気液接触膜エレメ
ントを小型化することができる。

【００１６】溝部が互いに対向するように気体側流路材
が重ねられることが好ましい。この場合、より大きな流
路を有する溝部を形成することができ、気体側流路材に
おける圧力損失をより小さくすることができる。

【００１７】溝部が連続形状をしていることが好まし
い。この場合、凝縮水は流動開始点から終点まで障害物
のない連続した溝部を流れる。したがって、溝部内での
気体および凝縮水の流動抵抗が小さくなる。

【００１８】溝部が直線形状をしていることが好まし
い。この場合、溝部の流路長さが最短となり、気体およ
び凝縮水の流動抵抗が減少する。その結果、凝縮水が速
やかに外部に排出される。

【００１９】気体側流路材は織物または編物からなるこ
とが好ましい。この場合、気体側流路材に溝部を容易に
設けることができる。

【００２０】気体側流路材一枚の厚さは２００μｍ以上
７００μｍ以下であることが好ましい。気体側流路材一
枚の厚さが２００μｍよりも小さいと、気体側流路が狭
くなり、気体および凝縮水の流動抵抗が増加する。それ
により、気体および凝縮水が十分に流れず、気液接触効
率が低下するとともに、凝縮水を十分に排出することが
できないためである。一方、気体側流路材一枚の厚さが
７００μｍよりも大きいと、スパイラル型気液接触膜エ
レメントの寸法が大きくなり、材料費が高くなるととも
に、設置スペースも増大し、不経済なためである。

【００２１】溝部の幅は２００μｍ以上１０００μｍ以
下であることが好ましい。気体側流路材の溝部の幅が２
００μｍよりも小さいと、気体および凝縮水が十分に流
れず、気液接触効率が低下するとともに、凝縮水を十分
に排出することが困難になるためである。一方、溝部の
幅が１０００μｍよりも大きいと、透過性膜が溝部内に
陥没し、透過性膜が変形するとともに気体側流路が狭く
なるためである。

【００２２】溝部の深さは１００μｍ以上５００μｍ以
下であることが好ましい。気体側流路材の溝部の深さが
１００μｍよりも小さいと、気体および凝縮水が十分に
流れず、気液接触効率が低下するとともに、凝縮水を十
分に排出することが困難になるためである。一方、溝部
の深さが５００μｍよりも大きいと、気体側流路材の厚
さが大きくなり、そのため、スパイラル型気液接触膜エ
レメントの寸法が大きくなり、材料費も高くなるととも
に、設置スペースも増大し、不経済なためである。

【００２３】溝部間の凸部の幅は２５０μｍ以上７５０
μｍ以下であることが好ましい。気体側流路材の溝部間
の凸部の幅が２５０μｍよりも小さいと、気体側流路材
の強度が低下し、透過性膜の液体側からの圧力により、
凸部がつぶれてしまう可能性があるためである。一方、
凸部の幅が７５０μｍよりも大きいと、気体側流路が狭
くなり気液接触効率が低下するとともに、凝縮水を十分
に排出することが困難になるためである。

【００２４】気体側流路材がフッ素樹脂からなることが
好ましい。フッ素樹脂は種々の気体および液体に対して
耐久性があるため広い分野への適用が可能となる。特
に、オゾンおよびオゾン水に対する耐久性があるためオ
ゾン水の製造に好適に使用できる。

【００２５】透過性膜が連続または独立した一または複
数対の多孔質膜からなり、多孔質膜が内側に液体側流路
材を挟んでかつ外側に気体側流路材を重ねて有孔中空管
の外周面にスパイラル状に巻回され、多孔質膜間で液体
側流路材により形成される液体側流路の内周側の側部お
よび外周側の側部が封止されるとともに、多孔質膜間で
気体側流路材により形成される気体側流路の両端部が封
止されることが好ましい。

【００２６】この場合、気体は、有孔中空管内を通り、
スパイラル状の気体側流路内を流れ、液体は、有孔中空
管にほぼ平行にスパイラル型気液接触膜エレメントの一
方の端部から他方の端部へ液体側流路内を流れる。この
過程で、気体と液体とは多孔質膜を介して接触し、目的
成分の透過作用が行われる。このとき、気体側流路に発
生した凝縮水が気体とともに複数の溝部内を速やかに流
動し、速やかに排出される。したがって、凝縮水の滞留
による気液接触面積の減少が防止されるので、気体溶解
液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留による
気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、気体
側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなることが
なく、液体中に気泡が発生しない。

【００２７】第２の発明に係るスパイラル型気液接触膜
モジュールは、第１の発明に係るスパイラル型気液接触
膜エレメントを容器内に収容したものである。

【００２８】本発明に係るスパイラル型気液接触膜モジ
ュールにおいては、スパイラル型気液接触膜エレメント
の気体側流路材として、気体の流動方向に沿った溝部が
設けられた流路材が複数枚重ねられているので、気体側
流路に発生した凝縮水が気体とともに複数の溝部内を速
やかに流動する。それにより、気体側流路に凝縮水が滞
留せず、速やかに排出される。したがって、凝縮水の滞
留による気液接触面積の減少が防止されるので、気体溶
解液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留によ
る気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、気
体側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなること
がなく、液体中に気泡が発生しない。

【００２９】第３の発明に係るスパイラル型気液接触膜
モジュールは、連続または独立した一または複数対の多
孔質膜を、内側に第１の流路材を挟んでかつ外側に第２
の流路材を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状に
巻回することによりスパイラル型気液接触膜エレメント
が形成され、多孔質膜間で第１の流路材により形成され
る第１の流路の内周側の側部および外周側の側部が封止
されるとともに、多孔質膜間で第２の流路材により形成
される第２の流路の両端部が封止され、スパイラル型気
液接触膜エレメントは、筒形容器内に収容され、筒形容
器は、両端部にそれぞれ第１の流体口を有しかつ少なく
とも一端部および外周部にそれぞれ第２の流体口を有
し、筒形容器内でスパイラル型気液接触膜エレメントの
両端部側にそれぞれ形成される第１の空間とスパイラル
型気液接触膜エレメントの外周側に形成される第２の空
間とが分離され、第１の空間が第１の流体口に連通し、
第２の空間が筒形容器の外周部の第２の流体口に連通し
かつ有孔中空管の内部が筒形容器の少なくとも一端部の
第２の流体口に連通し、前記第１および第２の流路材の
うち気体が流動する気体側流路材として、気体の流動方
向に沿った溝部が設けられた気体側流路材を複数枚重ね
て用いるものである。

【００３０】本発明に係るスパイラル型気液接触膜モジ
ュールにおいて、第１の流体は、筒形容器の一端部の第
１の流体口から一方の第１の空間内に供給され、スパイ
ラル型気液接触膜エレメントの多孔質膜間に形成された
第１の流路を通り他方の第１の空間に流動し、筒形容器
の他端部の第１の流体口から外部に排出される。また、
第２の流体は、筒形容器の少なくとも一端部の第２の流
体口から有孔中空管の内部に供給され、スパイラル型気
液接触膜エレメントの多孔質膜間に形成された第２の流
路を通り筒形容器内の第２の空間に流動し、筒形容器の
外周部に形成された第２の流体口から外部に排出され
る。

【００３１】筒形容器の内部において、第１の流体は有
孔中空管にほぼ平行に流動し、第２の流体は多孔質膜を
介して第１の流体とほぼ直交する方向にスパイラル状に
流動する。第１の流体と第２の流体とは多孔質膜を介し
て接触し、目的成分の透過作用が行われる。

【００３２】第１の流体が気体であり、第２の流体が液
体である場合、第１の流路内に発生した凝縮水は、複数
枚の流路材に設けられた、有孔中空管と平行方向の溝部
に沿って速やかに流動し、第１の流体口から外部へ排出
される。また、第２の流体が気体であり、第１の流体が
液体である場合、第２の流路内に発生した凝縮水は、複
数枚の流路材に設けられた、有孔中空管と直交方向の溝
部に沿って速やかに流動し、第２の流体口から外部へ排
出される。したがって、凝縮水の滞留による気液接触面
積の減少が防止されるので、気体溶解液の濃度の低下が
生じない。また、凝縮水の滞留による気体側流路での圧
力損失の増加が防止されるので、気体側流路の圧力が液
体側流路の圧力よりも高くなることがなく、液体中に気
泡が発生しない。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスパイラル型
気液接触膜モジュールの一実施の形態について説明す
る。以下の説明では、オゾンガスおよび純水を用いてオ
ゾン水を生成する場合を説明する。

【００３４】図１は本発明による一実施の形態のスパイ
ラル型気液接触膜モジュールを示す軸方向の断面図、図
２は図１のスパイラル型気液接触膜モジュールにおける
スパイラル型気液接触膜エレメントの一部切欠き斜視
図、図３は図１中のＡ−Ａ線断面図、図４は図１のスパ
イラル型気液接触膜エレメントの封止部の拡大断面図で
ある。

【００３５】図１に示すスパイラル型気液接触膜モジュ
ール１は、圧力容器である円筒容器２および円筒容器２
の内部に挿入されたスパイラル型気液接触膜エレメント
１０を備える。円筒容器２は円筒状の胴部を有し、胴部
の一方端部３に液体入口４が形成され、他方端部５に気
体溶解液出口６が形成されている。また、円筒容器２の
胴部の外周面には気体出口７が１または複数箇所形成さ
れている。

【００３６】有孔中空管からなる気体供給管１１の一方
端は円筒容器２の一方端部３を貫通して気体入口１１ａ
を構成し、他方端は樹脂剤１６により密封されている。
気体供給管１１の管壁には、供給流体流量に対して圧力
損失を低く抑えることができるように複数の供給孔１１
ｂが形成されている。

【００３７】図２において、スパイラル型気液接触膜エ
レメント１０は、液体側流路材１３の両面に疎水性多孔
質膜１４を重ね合わせ、さらに疎水性多孔質膜１４の他
方の面に２枚の気体側流路材１５を重ね合わせ、それら
を気体供給管１１の周りに巻回することにより構成され
ている。

【００３８】また、各気体側流路材１５には、気体供給
管１１の軸方向に垂直な方向に直線状に延びる連続的な
溝部１５ａが形成されている。

【００３９】オゾンガスあるいはオゾン水に接する部材
の材質としては、オゾンに対する耐久性を有することは
もちろんのこと、部材の成分の溶出がないものを選定す
る必要がある。一般的にフッ素樹脂が用いられている
が、中でも四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、パーフ
ルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）が好適に用いられる。
また、用途および使用条件によって、ビニリデンフルオ
ライド樹脂（ＰＶＤＦ）、パーフルオロエチレンプロピ
レン樹脂（ＦＥＰ）を用いることもできる。

【００４０】本実施の形態では、疎水性多孔質膜１４と
して、平均孔径が０．０１〜１μｍのＰＴＦＥからなる
平膜を用いる。また、液体側流路材１３としては、ＰＦ
Ａからなる線材を平織して形成されたネットを用いる。
また、気体側流路材１５はＰＦＡにより形成される。

【００４１】図３に示すように、液体側流路材１３を挟
んだ疎水性多孔質膜１４間のスパイラル状の空間が液体
側流路１９を構成する。スパイラル状の液体側流路１９
の内周側の側部（気体供給管１１に平行な辺）および外
周側の側部が、液体側流路材１３を挟む疎水性多孔質膜
１４同士を融接することにより封止されている。これに
より、液体側流路１９の内周側の側部および外周側の側
部にそれぞれ内周側封止部２１ａおよび外周側封止部２
１ｂが形成される。したがって、液体側流路１９は、純
水およびオゾン水がスパイラル型気液接触膜エレメント
１０の軸方向に流動可能な空間になる。また、液体側流
路１９の軸方向の両端部は開放されており、純水の流入
およびオゾン水の流出が可能である。

【００４２】なお、本実施の形態では、２枚の疎水性多
孔質膜１４の間に液体側流路材１３を挟んで両方の側部
を融接しているが、１枚の疎水性多孔質膜１４を折り畳
んでその間に液体側流路材１３を挿入し、一方の側部を
融接してもよい。

【００４３】２枚の気体側流路材１５を挟んだ疎水性多
孔質膜１４間のスパイラル状の空間が気体側流路１８を
構成する。そして、図４に示すように、スパイラル状の
気体側流路１８の軸方向の両端部は、樹脂材１７により
封止される。また、スパイラル型気液接触膜エレメント
１０の外周面の両端部と円筒容器２の胴部の内周面との
間も樹脂材１７により封止され、円筒形空間１８ａを形
成する。これにより、気体側流路１８の両端部に封止部
１０ｂ，１０ｃが形成される。したがって、気体側流路
１８は、オゾンガス２５がスパイラル型気液接触膜エレ
メント１０のスパイラル方向に流動可能な空間となり、
オゾンガス２５が円筒形空間１８ａから気体出口７を通
ってモジュール外へ流動可能となる。

【００４４】このように、スパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の両端部の封止部１０ｂ，１０ｃを除く気液
接触部１０ａにおける気体側流路１８と液体側流路１９
とは、疎水性多孔質膜１４、外周側封止部２１ａ、内周
側封止部２１ｂおよび封止部１０ｂ，１０ｃによって、
分離された構成となる。

【００４５】図５は図２のスパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の気体側流路材１５の一例を示す模式図であ
る。図５の気体側流路材１５は、連続する直線形状をし
た多数の溝部１５ａを両面に有する織物からなる。

【００４６】図６は、図４に示すＢ部の拡大断面図であ
る。図６に示すように、本実施の形態では、気体側流路
材１５の溝部１５ａが対向するように２枚の気体側流路
材１５が重ねられ、２枚の疎水性多孔質膜１４の間に配
置される。したがって、２枚の気体側流路材１５の溝部
１５ａが併せられ、溝部１５ａにより形成される空間部
分の断面積が大きくなり、気体および凝縮水を十分に流
動させることができ、気液接触効率を向上することがで
きるとともに、凝縮水を十分に排出することができる。
なお、気体側流路材の枚数は、上記の例に特に限定され
ず、他の枚数であってもよい。

【００４７】図５および図６の気体側流路材１５におい
て、気体側流路材１５の一枚の厚さが２００μｍよりも
小さいと、気体側流路が狭くなり、気体および凝縮水の
流動抵抗が増加する。それにより、気体および凝縮水が
十分に流れず、気液接触効率が低下するとともに、凝縮
水を十分に排出することができない。一方、気体側流路
材１５の一枚の厚さが７００μｍよりも大きいと、スパ
イラル型気液接触膜エレメント１０の径が大きくなり、
材料費も高くなるので不経済である。また、設置スペー
スも増大し、不経済である。したがって、気体側流路材
１５の厚さは２００〜７００μｍであることが好まし
い。

【００４８】また、溝部１５ａの幅が２００μｍよりも
小さいと、気体および凝縮水が十分に流れず、気液接触
効率が低下するとともに、凝縮水を十分に排出すること
が困難になる。一方、溝部１５ａの幅が１０００μｍよ
りも大きいと、疎水性多孔質膜１４が溝部１５ａ内に陥
没し、疎水性多孔質膜１４が変形するとともに気体側流
路が狭くなる。したがって、溝部１５ａの幅は２００〜
１０００μｍであることが好ましい。

【００４９】また、溝部１５ａの深さが１００μｍより
も小さいと、気体および凝縮水が十分に流れず、気液接
触効率が低下するとともに、凝縮水を十分に排出するこ
とが困難になる。一方、溝部１５ａの深さが５００μｍ
よりも大きいと、気体側流路材１５の厚さが大きくな
り、そのため、スパイラル型気液接触膜エレメント１０
の径が大きくなり、材料費も高くなるので不経済であ
る。また、設置スペースも増大し、不経済である。した
がって、溝部１５ａの深さは１００〜５００μｍである
ことが好ましい。

【００５０】さらに、溝部１５ａ間の凸部１５ｂの幅が
２５０μｍよりも小さいと、気体側流路材１５の強度が
低下し、疎水性多孔質膜１４の他面側の液体の圧力によ
り、凸部１５ｂがつぶれてしまう可能性がある。一方、
凸部１５ｂの幅が７５０μｍよりも大きいと、気体側流
路が狭くなり、気液接触効率が低下するとともに、凝縮
水を十分に排出することが困難になる。したがって、凸
部１５ｂの幅は２５０〜７５０μｍであることが好まし
い。

【００５１】図１のスパイラル型気液接触膜モジュール
１の運転時には、純水３０は液体入口４を通り、円筒容
器２の一方端部３とスパイラル型気液接触膜エレメント
１０の端面とで構成された入口空間３ａに流入する。そ
して、液体側流路１９内を図２に示すように、液体側流
路材１３に沿って軸方向に流れる。

【００５２】一方、オゾンガス２５は、図１に示すよう
に、気体入口１１ａから気体供給管１１の内部に供給さ
れる。そして、図３に示すように、気体供給管１１の側
面の供給孔１１ｂから気体側流路１８内に入り、気体側
流路材に沿って気体供給管１１に直交する方向にスパイ
ラル状に流動し、円筒容器２の内側の円筒形空間１８ａ
を通って気体出口７から外部へ排出される。なお、気体
出口７を複数設けることによって気体側流路１８におけ
るオゾンガス２５の流れを均一にすることができる。

【００５３】図２に示すように、スパイラル型気液接触
膜エレメント１０の気液接触部１０ａでは、気体供給管
１１にほぼ直交する方向にスパイラル状に流動するオゾ
ンガス２５と気体供給管１１に平行に流動する純水３０
とが疎水性多孔質膜１４を介して接触する。これによ
り、オゾンガス２５が疎水性多孔質膜１４を透過して純
水３０中に溶解し、オゾン水３１が生成される。

【００５４】スパイラル型気液接触膜エレメント１０の
端面から流出したオゾン水３１は、図１に示すように、
円筒容器２の他方端部５とスパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の端面とで構成された出口空間５ａを通り、
気体溶解液出口６から外部へ排出される。

【００５５】また、図２に示すように、スパイラル型気
液接触膜エレメント１０の液体側流路１９（図３参照）
で発生した水蒸気９は、疎水性多孔質膜１４を透過し、
気体側流路１８（図３参照）で凝縮する。このようにし
て発生した凝縮水８は、気体供給管１１にほぼ直交する
方向に延びる気体側流路材１５の溝部１５ａに沿ってオ
ゾンガス２５とともにスパイラル状に流動し、気体出口
７から排出される。この場合、溝部１５ａは直線的にス
パイラル型気液接触膜エレメント１０の外周部まで続い
ているため、凝縮水８は外周部まで速やかに流動でき
る。

【００５６】その結果、凝縮水８が気体側流路１８内に
滞留しないため、オゾンガス２５および純水３０による
気液接触操作に寄与する疎水性多孔質膜１４の有効膜面
積が減少しない。このため、オゾン水濃度の低下が発生
しない。また、凝縮水８による気体側流路１８の圧力損
失の増加が防止されるので、気体側流路１８の圧力が液
体側流路１９の圧力より高くならず、液体側流路１９内
に気泡が発生する問題が発生しない。

【００５７】

【実施例】［気体側流路材の評価］第１の気体側流路材
（溝内向き）として、溝部１５ａと平行な方向に線径２
５０μｍの縦糸を用い、溝部１５ａと垂直な方向に線径
６０μｍの横糸を用い、縦糸および横糸の材質としてＰ
ＦＡフィラメントを用い、溝部１５ａの幅を４００μ
ｍ、溝部１５ａの深さを２５０μｍ、凸部１５ｂの幅を
５００μｍ、厚さを３７０μｍとした図５に示す構造を
有する織物を、溝部が対向するようにすなわち溝構造面
を内側に向けて２枚重ねたものを作成した。第２の気体
側流路材（溝外向き）として、溝構造面を外側に向けて
上記の織物を２枚重ねたものを作成した。第３の気体側
流路材（溝無し）として、溝部が設けられていない、繊
維径２５０μｍ、２５メッシュの一枚の平織り流路材を
作成した。第４の気体側流路材（両面溝構造）として、
溝部と平行な方向に線径２５０μｍの縦糸を用い、溝部
と垂直な方向に線径８０μｍの横糸を用い、縦糸および
横糸の材質としてｎｅｗＰＦＡを用い、溝部の幅を４０
０μｍ、溝部の深さを２５０μｍ、凸部の幅を５００μ
ｍとした溝部を両面に有する厚さ８００μｍの一枚の織
物を作成した。

【００５８】上記の第１〜第４の気体側流路材につい
て、日東電工株式会社製評価用セルＣ１０Ｔ−を使用
し、気体流量（ｍｌ／ｍｉｎ）と凝縮時の気体側流路材
の圧力損失（ｍｍＨｇ）との関係を測定し、その結果を
図７に示す。

【００５９】図７に示すように、第１および第２の気体
側流路材では、第３および第４の気体側流路材より圧力
損失が低く、良好な結果が得られた。また、第１の気体
側流路材では、第２の気体側流路材より圧力損失が低
く、溝構造面同士を内側に向けて重ね合わせた方がより
圧力損失を低くできることがわかった。

【００６０】［実施例］気体側流路材として上記の第１
の気体側流路材を用い、疎水性多孔質膜としてＰＴＦＥ
疎水性多孔質膜ＮＴＦ１１２２を用いて図１に示す構造
を有するスパイラル型気液接触膜モジュールを作製し
た。なお、膜モジュールのサイズは胴部の直径が８４ｍ
ｍ、長さが３１０ｍｍであり、有効膜面積は約０．５ｍ
²である。

【００６１】気体入口１１ａから１０体積％のオゾンガ
スを流量１Ｌ／ｍｉｎで供給し、液体入口４から温度２
５℃の純水を圧力１ｋｇｆ／ｃｍ²および流量５Ｌ／ｍ
ｉｎで供給し、オゾン水濃度および気体側流路の気体流
量と圧力損失（凝縮時の圧力損失）とを測定した。

【００６２】［比較例］気体側流路材として上記の第３
の気体側流路材を用いた以外は実施例と同一の構造を有
するスパイラル型気液接触膜モジュールを作製した。な
お、膜モジュールのサイズおよび有効膜面積は実施例と
同一である。そして、純水およびオゾンガスを実施例と
同一条件にて供給し、オゾン水濃度および気体側流路の
圧力損失を測定した。

【００６３】図８に実施例および比較例のスパイラル型
気液接触膜モジュールの運転結果を示す。Ｌ１は実施例
のオゾン水濃度、Ｌ２は比較例のオゾン水濃度である。
また、Ｌ３は実施例の気体側流路における圧力損失、Ｌ
４は比較例の気体側流路における圧力損失である。

【００６４】図８に示すように、比較例のスパイラル型
気液接触膜モジュールでは、凝縮水を膜モジュール外に
排出することができず、気体側流路における圧力損失が
経時的に増加し、オゾン水濃度も初期に比べ低下した。
これに対し、実施例のスパイラル型気液接触膜モジュー
ルでは、凝縮水を常時膜モジュール外へ排出できるた
め、気体側流路における圧力損失およびオゾン水濃度が
経時的に変化することなく安定した性能を示した。

【００６５】以上のように本発明のスパイラル型気液接
触膜モジュールによると、気体側流路に凝縮水が滞留せ
ず、有効膜面積の低下および気体側流路の圧力損失の増
加がなく、長期間安定した性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施の形態のスパイラル型気液
接触膜モジュールを示す軸方向の断面図である。

【図２】図１のスパイラル型気液接触膜モジュールにお
けるスパイラル型気液接触膜エレメントの一部切欠き斜
視図である。

【図３】図１中のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図１のスパイラル型気液接触膜エレメントの封
止部の拡大断面図である。

【図５】図２に示す気体側流路材の一例を示す模式図で
ある。

【図６】図４に示すＢ部の拡大断面である。

【図７】第１〜第４の気体側流路材の気体流量と凝縮時
の気体側流路材の圧力損失との関係の測定結果を示す図
である。

【図８】実施例および比較例のスパイラル型気液接触膜
モジュールの運転結果を示す図である。

【符号の説明】

１スパイラル型気液接触膜モジュール２円筒容器３ａ入口空間４液体入口５ａ出口空間６気体溶解液出口７気体出口１０スパイラル型気液接触膜エレメント１０ｂ，１０ｃ封止部１１気体供給管１１ａ気体入口１３液体側流路材１４疎水性多孔質膜１５気体側流路材１５ａ溝部１８気体側流路１８ａ円筒形空間１９液体側流路２１ａ内周側封止部２１ｂ外周側封止部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過性膜と流路材とを重ねて有孔中空管
の外周面にスパイラル状に巻回することにより形成され
たスパイラル型気液接触膜エレメントであって、前記流路材として、気体の流動方向に沿った溝部が設け
られた気体側流路材を複数枚重ねて用いることを特徴と
するスパイラル型気液接触膜エレメント。
【請求項２】前記気体側流路材の片面に前記溝部が設
けられたことを特徴とする請求項１記載のスパイラル型
気液接触膜エレメント。
【請求項３】前記溝部が互いに対向するように前記気
体側流路材が配置されることを特徴とする請求項１また
は２記載のスパイラル型気液接触膜エレメント。
【請求項４】前記溝部が連続形状をしていることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパイラル型
気液接触膜エレメント。
【請求項５】前記溝部が直線形状をしていることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパイラル型
気液接触膜エレメント。
【請求項６】前記気体側流路材が織物または編物から
なることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
スパイラル型気液接触膜エレメント。
【請求項７】前記気体側流路材の一枚の厚さが２００
μｍ以上７００μｍ以下であり、前記溝部の幅が２００
μｍ以上１０００μｍ以下であり、前記溝部の深さが１
００μｍ以上５００μｍ以下であり、前記溝部間の凸部
の幅が２５０μｍ以上７５０μｍ以下であることを特徴
とする請求項１〜６のいずれかに記載のスパイラル型気
液接触膜エレメント。
【請求項８】前記気体側流路材がフッ素樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のスパ
イラル型気液接触膜エレメント。
【請求項９】前記透過性膜が連続または独立した一ま
たは複数対の多孔質膜からなり、前記多孔質膜が内側に
液体側流路材を挟んでかつ外側に前記気体側流路材を重
ねて前記有孔中空管の外周面にスパイラル状に巻回さ
れ、前記多孔質膜間で前記液体側流路材により形成され
る液体側流路の内周側の側部および外周側の側部が封止
されるとともに、前記多孔質膜間で前記気体側流路材に
より形成される気体側流路の両端部が封止されることを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のスパイラル
型気液接触膜エレメント。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載のスパ
イラル型気液接触膜エレメントが容器内に収容されたこ
とを特徴とするスパイラル型気液接触膜モジュール。
【請求項１１】連続または独立した一または複数対の
多孔質膜を、内側に第１の流路材を挟んでかつ外側に第
２の流路材を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状
に巻回することによりスパイラル型気液接触膜エレメン
トが形成され、前記多孔質膜間で前記第１の流路材によ
り形成される第１の流路の内周側の側部および外周側の
側部が封止されるとともに、前記多孔質膜間で前記第２
の流路材により形成される第２の流路の両端部が封止さ
れ、前記スパイラル型気液接触膜エレメントは筒形容器
内に収容され、前記筒形容器は、両端部にそれぞれ第１
の流体口を有しかつ少なくとも一端部および外周部にそ
れぞれ第２の流体口を有し、前記筒形容器内で前記スパ
イラル型気液接触膜エレメントの両端部側にそれぞれ形
成される第１の空間と前記スパイラル型気液接触膜エレ
メントの外周側に形成される第２の空間とが分離され、
前記第１の空間が前記第１の流体口に連通し、前記第２
の空間が前記筒形容器の外周部の前記第２の流体口に連
通しかつ前記有孔中空管の内部が前記筒形容器の少なく
とも一端部の前記第２の流体口に連通し、前記第１およ
び第２の流路材のうち気体が流動する気体側流路材とし
て、気体の流動方向に沿った溝部が設けられた気体側流
路材を複数枚重ねて用いることを特徴とするスパイラル
型気液接触膜モジュール。