JP2001062262A

JP2001062262A - 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: JP2001062262A
Application number: JP23948099A
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】製造が容易でかつ繰り返し圧力がかかる使用
条件下においても信頼性の高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】疎水性多孔質膜３４間の気体側流路材３
５を接合材として疎水性多孔質膜３４のサイド部ＳＰを
熱融着して液密に封止し、疎水性多孔質膜３４に対して
気体側流路材３５の位置を固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中への気体の
溶解または液体中からの気体の拡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
びスパイラル型気液接触膜モジュールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、化学工業等の多くの分野におい
て、液体への気体溶解あるいは液体からの気体放散とい
った気液接触操作が行われている。たとえば、気体溶解
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、気体放散としては、純水製造における脱
炭酸処理が挙げられる。

【０００３】上記の気体溶解の一例として、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と高濃度の
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。また、当然のことながら、金属イオン、有
機物、パーティクル等に関して高度なクリーン度が要求
される。

【０００４】また、上記の気液接触操作に使用される膜
モジュールの形態の一つとして、スパイラル型気液接触
膜モジュールがある。このスパイラル型気液接触膜モジ
ュールでは、透過性膜および流路材を中心管（有孔中空
管）にスパイラル状に巻回することにより構成されるエ
レメントをハウジング内に収容する構造が一般的であ
る。また、このスパイラル型気液接触膜エレメントで
は、透過性膜同士を接合する方法としては、接着剤を用
いて、透過性膜の端縁部を接着したり、透過性膜と有孔
中空管とを接着していた。

【０００５】また、透過性膜および有孔中空管が四フッ
化エチレン樹脂からなる場合、四フッ化エチレン樹脂同
士は接着剤では接着できず、また、熱融着することも困
難である。このため、図９に示すように、流路材１０２
を挟む透過性膜１０１の端部の間にパーフルオロアルコ
キシ樹脂またはパーフルオロエチレンプロピレン樹脂か
らなるフィルム１０５を接合材として挟み込み、熱融着
して透過性膜１０１を封止していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
フィルムを用いて接合する方法では、フィルムの厚さが
１０〜１００μｍと薄く、また、フッ素樹脂特有の静電
気が発生するため、製造時の取り扱いが容易でなく、さ
らに、作業工数が増えるため、製品のコストアップを招
き、製造が容易ではなかった。また、透過性膜の両端部
を封止したリーフ内部の流路材がフリーな状態となって
いるため、リーフを有孔中空管に巻き付けて膜エレメン
トを加工する際、流路材の端部が透過性膜に当たって透
過性膜を傷つけたりしていた。このため、製造時の取り
扱いに注意を要し、製造が容易でなかった。

【０００７】また、膜モジュールの使用時に繰り返し加
圧（サージ圧）が連続的にかかる場合、リーフ内の空間
が拡大または縮小するため、この場合も、流路材の端部
が透過性膜に当たって透過性膜を傷つけたりしていた。

【０００８】本発明の目的は、製造が容易でかつ繰り返
し圧力がかかる使用条件下においても信頼性の高いスパ
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。

【０００９】

【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、流路材を接合材として透過性膜
の所定箇所が熱融着されて液密に封止されるものであ
る。

【００１０】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、透過性膜間の流路材を接合材として
兼用し、透過性膜の所定箇所を熱融着して液密に封止し
ているので、透過性膜および流路材を接合することがで
き、疎水性多孔質に対して流路材の位置を固定すること
ができる。したがって、流路材の端部が透過性膜に当た
って透過性膜を傷つけることを防止することができると
ともに、流路材の取り扱いが容易となる。この結果、製
造が容易でかつ繰り返し圧力がかかる使用条件下におい
ても信頼性の高いスパイラル型気液接触膜エレメントを
提供することができる。

【００１１】流路材を透過性膜と有孔中空管との間に配
置し、流路材を接合材として透過性膜と有孔中空管とが
熱融着されて液密に封止されることが好ましい。この場
合、透過性膜と有孔中空管との接合材として流路材を兼
用することができ、透過性膜と有孔中空管とを容易に接
合することができる。

【００１２】流路材を接合材として透過性膜の両端部を
熱融着して形成されたリーフ部が流路材を接合材として
有孔中空管に熱融着されることが好ましい。この場合、
透過性膜同士および透過性膜と有孔中空管との接合材と
して流路材を兼用することができ、両端部が封止された
流路を形成するリーフ部を有孔中空管に容易に接合する
ことができる。

【００１３】流路材が複数枚重ねられた流路材であり、
複数の流路材の間に有孔中空管が挿入され、流路材を接
合材として有孔中空管が透過性膜に熱融着されることが
好ましい。この場合、流路材の間に有孔中空管を挟むこ
とができ、流路材を介して有孔中空管と透過性膜とを容
易に熱融着することができる。

【００１４】透過性膜、流路材および有孔中空管がフッ
素樹脂からなることが好ましい。この場合、オゾンガス
に耐性を有し、オゾン水の製造に好適に用いることがで
きる。

【００１５】透過性膜は、疎水性多孔質膜であることが
好ましい。この場合、透過性膜が疎水性であるため、溶
剤を含む液体が導入された場合でも、透過性膜の表面が
親水化されることを防止することができるので、液体に
接する透過性膜の表面が疎水性を保持し、気体溶解効率
または脱気効率の低下を防止することができる。また、
透過性膜が多孔質膜であるため、透過性膜の接合部分に
介在する接合剤が多孔質膜内に含浸しやすくなり、透過
性膜の接合強度を高めることができる。

【００１６】疎水性多孔質膜が四フッ化エチレン樹脂か
らなることが好ましい。この場合、四フッ化エチレン樹
脂は溶融しにくく、熱融着時に流路材が疎水性多孔質膜
の孔に流れ込むいわゆるアンカー効果により融着強度を
向上することができる。

【００１７】流路材がパーフルオロアルコキシ樹脂また
はパーフルオロエチレンプロピレン樹脂からなることが
好ましい。この場合、パーフルオロアルコキシ樹脂およ
びパーフルオロエチレンプロピレン樹脂はきわめて溶融
しやすく、四フッ化エチレン樹脂との接着性が良好であ
り、透過性膜と流路材とを容易に熱融着することができ
る。また、流路材としてはしなやかなため、取り扱いが
容易であり、製造時に透過性膜に当たって透過性膜を傷
つけることを防止することができる。

【００１８】流路材が複数の気体側流路材であり、複数
の気体側流路材の間に有孔中空管が挿入され、気体側流
路材を接合材として有孔中空管が透過性膜に熱融着さ
れ、透過性膜間で気体側流路材により形成される気体側
流路の両端部を気体側流路材を接合材として熱融着して
形成されたリーフ部が液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、透過性膜間で液体
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ことが好ましい。

【００１９】この場合、気体側流路材の間に有孔中空管
を挟むことができ、気体側流路材を介して有孔中空管と
透過性膜とを容易に熱融着することができるとともに、
透過性膜同士の接合材として気体側流路材を兼用し、両
端部が封止された気体側流路を形成するリーフ部を有孔
中空管に接合することができる。また、リーフ部を液体
側流路材と重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状に
巻回し、透過性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を封止して
いるので、気体側流路および液体側流路をそれぞれ液密
に封止することができる。したがって、シール信頼性の
より高いスパイラル型気液接触膜エレメントを提供する
ことができる。

【００２０】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
膜エレメントが容器内に収容されるものである。

【００２１】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、透過性膜間の流路材を接合材として
兼用し、透過性膜の所定箇所を熱融着して液密に封止し
ているので、透過性膜および流路材を接合することがで
き、透過性膜に対して流路材の位置を固定することがで
きる。したがって、流路材の端部が透過性膜に当たって
透過性膜を傷つけることを防止することができるととも
に、流路材の取り扱いが容易となる。この結果、製造が
容易でかつ繰り返し圧力がかかる使用条件下においても
信頼性の高いスパイラル型気液接触膜モジュールを提供
することができる。

【００２２】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、流路材が複数の気体側流路材であり、複
数の気体側流路材の間に有孔中空管が挿入され、気体側
流路材を接合材として有孔中空管が透過性膜に熱融着さ
れ、透過性膜間で気体側流路材により形成される気体側
流路の両端部を気体側流路材を接合材として熱融着して
形成されたリーフ部が液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、透過性膜間で液体
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、容器がスパイラル型気
液接触膜エレメントの外周面に装着される本体部材と、
本体部材の両端部に装着される第１および第２のキャッ
プ部材とから構成され、有孔中空管の前記気体供給口か
ら気体が供給され、本体部材に気体排出口が設けられ、
液体側流路に連通する液体供給口が第１のキャップ部材
に設けられ、液体側流路に連通する気体溶解液出口が前
記第２のキャップ部材に設けられ、容器内の前記スパイ
ラル型気液接触膜エレメントの両端部側に形成される第
１の空間と、本体部材とスパイラル型気液接触膜エレメ
ントとの間に形成される第２の空間とが分離され、第１
の空間のうちの一方が液体供給口に連通するとともに他
方が気体溶解液出口に連通し、第２の空間が気体排出口
に連通するものである。

【００２３】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、液体は、容器の第１のキャップ部材
の液体供給口から一方の第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透過性膜間に形成され
た液体側流路を通り他方の第１の空間に流動し、容器の
第２のキャップ部材の気体溶解液出口から外部に排出さ
れる。また、気体は、有孔中空管へ供給され、気体側流
路材を接合材として熱融着してスパイラル型気液接触膜
エレメントの透過性膜間に形成された気体側流路を通り
容器内の第２の空間に流動し、容器の本体部材に形成さ
れた気体排出口から外部に排出される。このとき、スパ
イラル型気液接触膜エレメントの内部において、液体と
気体とは透過性膜を介して接触し、目的成分の透過作用
が行われる。したがって、シール信頼性のより高いスパ
イラル型気液接触膜エレメントを提供することができ
る。

【００２４】容器がフッ素樹脂からなることが好まし
い。この場合、オゾンガスに耐性を有し、オゾン水の製
造に好適に用いることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施の形態
のスパイラル型気液接触膜モジュールについて説明す
る。また、以下においては、オゾン水を生成する場合を
例にあげて説明する。

【００２６】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の軸方向の断面図であ
る。

【００２７】図１に示すスパイラル型気液接触膜モジュ
ールは、円筒形のハウジング１およびハウジング１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２を
備える。

【００２８】ハウジング１は、円筒状の本体部材１ｃ
と、入口側キャップ部材１ａおよび出口側キャップ部材
１ｂとから構成される。スパイラル型気液接触膜エレメ
ント２の外周部に本体部材１ｃが装着され、さらに本体
部材１ｃの両端部にそれぞれ入口側キャップ部材１ａお
よび出口側キャップ部材１ｂがねじ結合により装着され
る。スパイラル型気液接触膜エレメント２と本体部材１
ｃとの間は液密にシールされる。また、本体部材１ｃと
入口側キャップ部材１ａとの間および本体部材１ｃと出
口側キャップ部材１ｂとの間は溶接棒により液密にシー
ルされる。

【００２９】本体部材１ｃには、気体排出口１３が設け
られている。気体排出口１３がスパイラル型気液接触膜
モジュールの底部に位置するように、スパイラル型気液
接触膜モジュールは横向きに設置される。入口側キャッ
プ部材１ａの円筒側部に液体供給口１１が設けられ、出
口側キャップ部材１ｂの円筒底部に気体溶解液出口１２
が設けられている。

【００３０】ハウジング１すなわち入口側キャップ部材
１ａ、出口側キャップ部材１ｂおよび本体部材１ｃの材
質としては、フッ素樹脂を用いることが好ましく、たと
えば、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ｎｅｗＰＦ
Ａ、ＰＶＤＦ（ビニリデンフルオライド樹脂）、ＦＥＰ
（パーフルオロエチレンプロピレン樹脂）を用いること
ができる。ここで、ｎｅｗＰＦＡは、従来のＰＦＡ（パ
ーフルオロアルコキシ樹脂）の分子構造の両端に存在す
る不安定末端基の代わりに分子構造の両端にＣＦ₃基を
有し、より純粋なフロロポリマーとなっているものであ
る。そのため、ｎｅｗＰＦＡは、従来のＰＦＡと比べ科
学的に安定な構造を持ち、従来のＰＦＡよりも種々の薬
液に対する耐薬品性が向上している。

【００３１】有孔中空管からなる気体供給管３の一方の
端部は、三段円筒形状を有する。直径の最も小さい一段
目の円筒部には雄ねじが形成され、二段目の円筒部が入
口側キャップ部材１ａの円筒底部に設けられた孔に挿入
され、直径の最も大きい三段目の円筒部の頭部が入口側
キャップ部材１ａの円筒底部に当接し、気体供給管３が
入口側キャップ部材１ａに対して位置決めされている。

【００３２】上記のように、気体供給管３の一方の端部
が入口側キャップ部材１ａ外へ延出し、気体供給口１４
を形成している。なお、気体供給管３の一方の端部の形
状は、この例に特に限定されず、雌ねじ形状、チューブ
形状、継手形状等の他の形状であってもよい。また、入
口側キャップ部材１ａに気体供給口を設け、この気体供
給口と気体供給管とを連結してもよい。

【００３３】気体供給管３と入口側キャップ部材１ａと
は、溶接棒６により溶接され、液密にシールされてい
る。なお、気体供給管３および入口側キャップ部材１ａ
がＰＦＡ、ｎｅｗＰＦＡ等のように熱融着可能な樹脂の
場合、溶接棒６を用いずに、気体供給管３および入口側
キャップ部材１ａを熱融着してシールしてもよい。ま
た、Ｏリング等のパッキング材を用いて、気体供給管３
と入口側キャップ部材１ａとの間をシールしてもよい。

【００３４】図２は、図１に示すスパイラル型気液接触
膜エレメントの気体供給管と疎水性多孔質膜とを気体側
流路材を介して熱融着したときの状態を示す一部切欠き
斜視図であり、図３は、図２に示す気体供給管と疎水性
多孔質膜とを気体側流路材を介して熱融着したときのサ
イド部の部分断面図であり、図４は、図２に示す気体供
給管と疎水性多孔質膜とを気体側流路材を介して熱融着
したときの気体供給管の周辺の部分断面図である。

【００３５】図２および図３に示すように、疎水性多孔
質膜３４の両端部では、２枚の疎水性多孔質膜３４の間
に２枚の気体側流路材３５を挟み、気体側流路材３５を
接合材として、端部となるサイド部ＳＰの部分を熱融着
して液密に封止している。また、図４に示すように、２
枚の疎水性多孔質膜３４に挟まれた２枚の気体側流路材
３５の間に気体供給管３が挿入され、気体供給管３の全
周が気体側流路材３５を接合材として疎水性多孔質膜３
４に熱融着されて接合されている。

【００３６】上記のように気体側流路材３５を接合材と
して疎水性多孔質膜３４同士および疎水性多孔質膜３４
と気体供給管３とを熱融着して接合することにより、図
２に示すように、疎水性多孔質膜３４のサイド部ＳＰを
封止した２枚のリーフを有する気体供給管３を製造する
ことができる。

【００３７】気体供給管３、疎水性多孔質膜３４および
気体側流路材３５の材質としては、オゾンガスに対する
耐性からフッ素樹脂であることが好ましい。また、疎水
性多孔質膜３４の材質としては、四フッ化エチレン樹脂
であることがより好ましい。四フッ化エチレン樹脂は溶
融しにくく、熱融着時に気体側流路材３５が疎水性多孔
質膜３４の孔に流れ込むいわゆるアンカー効果により融
着強度を向上することができるためである。また、気体
側流路材３５の材質としては、パーフルオロアルコキシ
樹脂またはパーフルオロエチレンプロピレン樹脂である
ことがより好ましい。パーフルオロアルコキシ樹脂およ
びパーフルオロエチレンプロピレン樹脂はきわめて溶融
しやすく、四フッ化エチレン樹脂との接着性が良好であ
り、疎水性多孔質膜３４と気体側流路材３５とを容易に
熱融着することができるためである。また、流路材とし
ては、しなやかなため、取り扱いが容易であり、製造時
に疎水性多孔質膜３４に当たって疎水性多孔質膜３４を
傷つけることを防止することができる。

【００３８】図５は、４枚のリーフが形成された気体供
給管の一例を示す部分断面図である。図５に示すよう
に、４枚の気体側流路材３５ａ〜３５ｄが気体供給管３
の外周にそれぞれ９０度づつ巻回され、各気体側流路材
３５ａ〜３５ｄの両端部が気体供給管３の半径方向へ延
出している。気体側流路材３５ａの外側には疎水性多孔
質膜３４ａが配置され、以下同様に気体側流路材３５ｂ
〜３５ｄの外側に疎水性多孔質膜３４ｂ〜３４ｄがそれ
ぞれ配置される。

【００３９】したがって、疎水性多孔質膜３４ａと疎水
性多孔質膜３４ｂとの間には気体側流路材３５ａ，３５
ｂが配置され、疎水性多孔質膜３４ｂと疎水性多孔質膜
３４ｃとの間には気体側流路材３５ｂ，３５ｃが配置さ
れ、疎水性多孔質膜３４ｃと疎水性多孔質膜３４ｄとの
間には気体側流路材３５ｃ，３５ｄが配置され、疎水性
多孔質膜３４ｄと疎水性多孔質膜３４ａとの間には気体
側流路材３５ｄ，３５ａが配置される。また、疎水性多
孔質膜３４ａと気体供給管３との間には気体側流路材３
５ａが配置され、疎水性多孔質膜３４ｂと気体供給管３
との間には気体側流路材３５ｂが配置され、疎水性多孔
質膜３４ｃと気体供給管３との間には気体側流路材３５
ｃが配置され、疎水性多孔質膜３４ｄと気体供給管３と
の間には気体側流路材３５ｄが配置される。

【００４０】上記のように配置された気体側流路材３５
ａ〜３５ｄを接合材として疎水性多孔質膜３４ａ〜３４
ｄ同士および疎水性多孔質膜３４ａ〜３４ｄと気体供給
管３とを熱融着して接合することにより、疎水性多孔質
膜３４ａ〜３４ｄのサイド部を封止した４枚のリーフを
有する気体供給管３を製造することができる。なお、気
体供給管３に形成されるリーフの枚数は上記の例に特に
限定されず、１枚、３枚等の他の枚数であってもよい。

【００４１】図６は、図１に示すスパイラル型気液接触
膜モジュールの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。

【００４２】図６において、スパイラル型気液接触膜エ
レメント２は、図２に示す２枚のリーフが形成された気
体供給管３を用い、各リーフに液体側流路材３３ａ，３
３ｂを重ね合わせ、それらを気体供給管３の周りにスパ
イラル状に巻回することにより構成されている。

【００４３】図７は、図１に示すスパイラル型気液接触
膜モジュールのＡ−Ａ線部分拡大断面図である。

【００４４】図７に示すように、スパイラル型気液接触
膜エレメント２において、液体側流路材３３ａ，３３ｂ
を挟んだ疎水性多孔質膜３４間の二つのスパイラル状の
空間が液体側流路３９ａ，３９ｂを構成する。二つのス
パイラル状の液体側流路３９ａ，３９ｂの内周側の側部
（気体供給管３に平行な辺）は疎水性多孔質膜３４の折
り返し部となり、また、外周側の側部が液体側流路材３
３ａ，３３ｂを挟む疎水性多孔質膜３４同士を融着する
ことにより封止されている。これにより、液体側流路３
９ａ，３９ｂ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３９ｉおよび外周側封止部３９ｅが形
成される。一方、気体側流路材３５を挟んだ疎水性多孔
質膜３４間のスパイラル状の空間が気体側流路３８を構
成する。

【００４５】図８は、図１のスパイラル型気液接触膜モ
ジュールの部分拡大断面図である。図６および図８に示
すように、液体側流路３９ａ，３９ｂは、純水ＰＷおよ
びオゾン水ＯＷがスパイラル型気液接触膜エレメント２
の軸方向に流動可能な空間になる。また、液体側流路３
９ａ，３９ｂの軸方向の両端部は開放されているため、
スパイラル型気液接触膜エレメント２の一方の端面から
純水ＰＷが流入するとともに、他方の端面からオゾン水
ＯＷが流出することができる。

【００４６】一方、スパイラル状の気体側流路３８の軸
方向の両端部は、上述したように、気体側流路材３５を
接合材として疎水性多孔質膜３４を熱融着することによ
り封止されている。これにより、気体側流路３８を封止
する封止部２ｂ，２ｃがスパイラル型気液接触膜エレメ
ント２の両端部に形成される。したがって、気体側流路
３８への純水ＰＷの流入が防止されるとともに、気体側
流路３８は、オゾンガスＯＧがスパイラル型気液接触膜
エレメント２のスパイラル方向に流動可能な空間とな
る。

【００４７】スパイラル型気液接触膜エレメント２の気
液接触部２ａにおいて、気体側流路３８と液体側流路３
９ａ，３９ｂとは、疎水性多孔質膜３４、外周側封止部
３９ｅ、内周側封止部３９ｉおよび封止部２ｂ，２ｃに
よって分離された構成となる。

【００４８】また、図８に示すように、スパイラル型気
液接触膜エレメント２と本体部材１ｃとの間は、樹脂材
３７により液密にシールされており、スパイラル型気液
接触膜エレメント２の外周面と本体部材１ｃの内周面と
で構成された円筒形空間３８ａが形成される。

【００４９】次に、上記のように構成されたスパイラル
型気液接触膜モジュールの運転時の状態について説明す
る。

【００５０】まず、図１に示すように、スパイラル型気
液接触膜モジュールの運転時には、純水ＰＷが液体供給
口１１を通り、ハウジング１の入口側キャップ部材１ａ
とスパイラル型気液接触膜エレメント２の端面とで構成
された入口空間４に流入する。一方、オゾンガスＯＧ
は、気体供給管３の気体供給口１４からスパイラル型気
液接触膜エレメント２の内部に供給される。

【００５１】次に、図６および図７に示すように、純水
ＰＷは、液体側流路３９ａ，３９ｂ内を液体側流路材３
３に沿って軸方向に流れる。一方、オゾンガスＯＧは、
気体供給管３の側面の供給孔３ａから気体側流路３８内
に入る。オゾンガスＯＧは、気体側流路材３５に沿って
気体供給管３に直交する方向にスパイラル状に流動し、
気体側流路材３５の外周部の側部から円筒形空間３８ａ
に排出された後、気体排出口１３から外部へ排出され
る。

【００５２】このとき、スパイラル型気液接触膜エレメ
ント２の気液接触部２ａでは、気体供給管３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ＯＧと、
気体供給管３に平行に流動する純水ＰＷとが疎水性多孔
質膜３４を介して接触する。これにより、オゾンガスＯ
Ｇが疎水性多孔質膜３４を透過して純水ＰＷ中に溶解
し、オゾン水ＯＷが生成される。

【００５３】次に、スパイラル型気液接触膜エレメント
２の端面から流出したオゾン水ＯＷは、図１に示すよう
に、出口側キャップ部材１ｂとスパイラル型気液接触膜
エレメント２の端面とで構成された出口空間５を通り、
気体溶解液出口１２から外部へ排出される。

【００５４】また、図７に示すように、スパイラル型気
液接触膜エレメント２の液体側流路３９ａ，３９ｂで発
生した水蒸気は、疎水性多孔質膜３４を透過し、気体側
流路３８において凝縮し、凝縮水ＣＷとなる。凝縮水Ｃ
Ｗは、オゾンガスＯＧとともに気体側流路３８をスパイ
ラル状に流動し、気体側流路材３５の外周部の側部から
円筒形空間３８ａに排出された後、気体排出口１３から
外部へ排出される。

【００５５】上記のように、本実施の形態では、疎水性
多孔質膜３４間の気体側流路材３５を接合材として熱融
着して液密に封止しているので、疎水性多孔質膜３４に
対して気体側流路材３５の位置を固定することができ
る。したがって、気体側流路材３５の端部が疎水性多孔
質膜３４に当たって疎水性多孔質膜３４を傷つけること
を防止することができるとともに、製造が容易となりか
つ繰り返し圧力がかかる使用条件下においても高い信頼
性を確保することができる。

【００５６】なお、上記の説明では、本発明に係るスパ
イラル型気液接触膜モジュールを用いてオゾン水ＯＷを
生成する場合について説明したが、本発明は他の用途の
スパイラル型気液接触膜モジュールにも適用することが
でき、オゾン水ＯＷ以外の気体溶解液を生成することも
可能である。また、オゾンの生成以外の他の用途に使用
する場合、対象となる気体および液体に対する耐性があ
れば、疎水性多孔質膜およびその他の構成部材の材質と
して、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリプロピレン等
を用いてもよい。

【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
接触膜モジュールの軸方向の断面図である。

【図２】図１に示すスパイラル型気液接触膜エレメント
の気体供給管と疎水性多孔質膜とを気体側流路材を介し
て熱融着したときの状態を示す一部切欠き斜視図であ
る。

【図３】図２に示す気体供給管と疎水性多孔質膜とを気
体側流路材を介して熱融着したときのサイド部の部分断
面図である。

【図４】図２に示す気体供給管と疎水性多孔質膜とを気
体側流路材を介して熱融着したときの気体供給管周辺の
部分断面図である。

【図５】４枚のリーフが形成された気体供給管の一例を
示す部分断面図である。

【図６】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傾
斜図である。

【図７】図１中のＡ−Ａ線断面図である。

【図８】図１のスパイラル型気液接触膜モジュールの部
分拡大断面図である。

【図９】従来のスパイラル型気液接触膜エレメントの透
過性膜の接合例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１ハウジング１ａ入口側キャップ部材１ｂ出口側キャップ部材１ｃ本体部材２スパイラル型気液接触膜エレメント３気体供給管４入口空間５出口空間６溶接棒１１液体供給口１２気体溶解液出口１３気体排出口１４気体供給口３３ａ，３３ｂ液体側流路材３４，３４ａ〜３４ｄ疎水性多孔質膜３５，３５ａ〜３５ｄ気体側流路材３８気体側流路３９ａ，３９ｂ液体側流路

フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA32 GA35 HA61 HA62 JA02A JA02C JA04A JA04C JA15C JA19C JA22C JA22Z JA25C JA27A JA27C JB07 MA03 MB10 MB11 MC22 MC23 MC30X MC62 PA10 PB02 PB20 PB70 PC01

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、前記流路材を接合材として前記透過性膜の所定箇所が熱
融着されて液密に封止され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】前記流路材を前記透過性膜と前記有孔中
空管との間に配置し、前記流路材を接合材として前記透
過性膜と前記有孔中空管とが熱融着されて液密に封止さ
れる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】前記流路材を接合材として前記透過性膜
の両端部を熱融着して形成されたリーフ部が前記流路材
を接合材として前記有孔中空管に熱融着されることを特
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】前記流路材が複数枚重ねられた流路材で
あり、前記複数の流路材の間に前記有孔中空管が挿入さ
れ、前記流路材を接合材として前記有孔中空管が前記透
過性膜に熱融着され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】前記透過性膜、前記流路材および前記有
孔中空管がフッ素樹脂からな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】前記透過性膜は、疎水性多孔質膜である
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モジュール。
【請求項７】前記疎水性多孔質膜が四フッ化エチレン
樹脂からなることを特徴とする請求項６記載のスパイラ
ル型気液接触膜エレメント。
【請求項８】前記流路材がパーフルオロアルコキシ樹
脂またはパーフルオロエチレンプロピレン樹脂からなる
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】前記流路材が複数の気体側流路材であ
り、前記複数の気体側流路材の間に前記有孔中空管が挿
入され、前記気体側流路材を接合材として前記有孔中空
管が前記透過性膜に熱融着され、前記透過性膜間で前記
気体側流路材により形成される気体側流路の両端部を前
記気体側流路材を接合材として熱融着して形成されたリ
ーフ部が液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、前記透過性膜間で前記液体
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。
【請求項１１】請求項９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、前記容器が前記スパ
イラル型気液接触膜エレメントの外周面に装着される本
体部材と、前記本体部材の両端部に装着される第１およ
び第２のキャップ部材とから構成され、前記有孔中空管
へ気体が供給され、前記本体部材に気体排出口が設けら
れ、前記液体側流路に連通する液体供給口が前記第１の
キャップ部材に設けられ、前記液体側流路に連通する気
体溶解液出口が前記第２のキャップ部材に設けられ、前
記容器内の前記スパイラル型気液接触膜エレメントの両
端部側に形成される第１の空間と、前記本体部材と前記
スパイラル型気液接触膜エレメントとの間に形成される
第２の空間とが分離され、前記第１の空間のうちの一方
が前記液体供給口に連通するとともに他方が前記気体溶
解液出口に連通し、前記第２の空間が前記気体排出口に
連通す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。
【請求項１２】前記容器がフッ素樹脂からなることを
特徴とする請求項１０または１１記載のスパイラル型気
液接触膜モジュール。