JP2001129367A - スパイラル型気液接触膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着剤およびパッキング材を用いずに十分な
シール性を確保することができる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。 【解決手段】 スパイラル型気液接触膜モジュールは、
筒状シート２１を本体部材１ｃおよびスパイラル型気液
接触膜エレメント２に融着し、入口空間４および出口空
間５と、本体部材１ｃとスパイラル型気液接触膜エレメ
ント２との間に形成される空間とを分離して液密にシー
ルする。

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。

【０００４】また、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、１０〜４０ｐｐｍ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。また、当然のことながら、パーティクルに
ついても超純水レベルが要求される。

【０００５】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、高濃度なオ
ゾ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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のスパイラル型気
液接触膜モジュールは、ハウジングとその内部に収容さ
れるスパイラル型気液接触膜エレメントとに大別するこ
とができ、ハウジングとスパイラル型気液接触膜エレメ
ントとのシールには、接着剤やＯリング等のパッキング
材が通常用いられる。

【０００７】しかしながら、上記のオゾン水の製造の場
合、現在オゾンガスに耐性があるとされているのは、フ
ッ素樹脂のみであるが、フッ素樹脂は接着剤では接着で
きず、また、オゾンガスに耐性のある接着剤も今のとこ
ろ市販されておらず使用することができない。

【０００８】また、中空糸膜モジュールの場合、中空糸
膜とハウジングとがフッ素樹脂によりポッティング（注
型）されているが、スパイラル型気液接触膜モジュール
の場合、そのエレメントの構造上この手法を用いること
は不可能である。

【０００９】また、フッ素ゴムからなるＯリングもある
が、長期間の使用により劣化することが確認されてい
る。Ｏリングが劣化すると、シール性が劣化するばかり
でなく、パーティクルの発生原因にもなっていた。ま
た、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）製のＯリングの
場合、オゾンガスに対する耐性があるが、塑性変形を起
こし易く、長期間シールする場合の信頼性が低かった。

【００１０】本発明の目的は、接着剤およびパッキング
材を用いずに十分なシール性を確保することができる信
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
ることである。

【００１１】

【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モジュールは、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
に巻回して形成されたスパイラル型気液接触膜エレメン
トを容器内に液密に納めたスパイラル型気液接触膜モジ
ュールであって、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、本体部材の一方の端部を第１の筒状シート部材の
一方の開口端部に融着しスパイラル型気液接触膜エレメ
ントの一方の外周端部を第１の筒状シート部材の他方の
開口端部に融着するとともに、本体部材の他方の端部を
第２の筒状シート部材の一方の開口端部に融着しスパイ
ラル型気液接触膜エレメントの他方の外周端部を第２の
筒状シート部材の他方の開口端部に融着することによ
り、容器内の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
が液密に封止されるものである。

【００１２】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、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して形成されたスパイ
ラル型気液接触膜エレメントが、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
から構成される容器内に液密に納められ、第１および第
２の筒状シート部材が本体部材の端部およびスパイラル
型気液接触膜エレメントの外周端部に融着され、容器内
の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の空間とが液密に
封止される。したがって、接着剤およびパッキング材を
用いることなく、第１および第２の筒状シート部材によ
り容器内の第１および第２の空間を十分にシールするこ
とができ、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。

【００１３】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。

【００１４】第１および第２の筒状シート部材、容器お
よび透過性膜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】第１および第２の筒状シート部材がフィル
ムからなることが好ましい。この場合、余分なスペース
を取ることなく、容器内の第１および第２の空間を十分
にシールすることができる。

【００１６】フィルムの厚さが０．０１ｍｍ以上０．２
ｍｍ以下であることが好ましい。０．０１ｍｍ未満の場
合、取り扱い性が悪く、融着時に筒状シート部材を損傷
するおそれがあり、０．２ｍｍを越える場合、溶融しに
くくなるため、融着時に加える熱量が大きくなり筒状シ
ート部材の材料劣化を招いてシールの信頼性が劣る可能
性があり、また、融着時の作業性も劣るためである。

【００１７】第１および第２の筒状シート部材が疎水性
多孔質膜からなることが好ましい。この場合、融着時に
相手側の樹脂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。
また、筒状シート部材でも気液接触を行うことができ、
モジュール全体でみると気体溶解性能をより向上させる
ことができる。

【００１８】疎水性多孔膜からなる第１および第２の筒
状シート部材の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以
下であることが好ましい。０．０５ｍｍ未満の場合、取
り扱い性が悪く、融着時に筒状シート部材を損傷するお
それがあり、０．５ｍｍを越える場合、溶融しにくくな
るため、融着時に加える熱量が大きくなり筒状シート部
材の材料劣化を招いてシールの信頼性が劣る可能性があ
り、また、融着時の作業性も劣るためである。

【００１９】疎水性多孔膜からなる第１および第２の筒
状シート部材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、融着時に相手側の樹脂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をより高めることができる。

【００２０】第１および第２の筒状シート部材の融点が
本体部材およびスパイラル型気液接触膜エレメントの融
着部分の融点に略等しいことが好ましい。筒状シート部
材の融点が本体部材の融着部分の融点より高い場合、本
体部材の変形および材料劣化を引き起こすおそれがあ
り、筒状シート部材の融点がスパイラル型気液接触膜エ
レメントの融着部分の融点より高い場合、スパイラル型
気液接触膜エレメントの変形および材料劣化を引き起こ
すおそれがあるとともに、スパイラル型気液接触膜エレ
メント内の透過性膜が過度な熱により損傷を受けたり、
性能劣化を起こすおそれがあるためである。一方、筒状
シート部材の融点が本体部材およびスパイラル型気液接
触膜エレメントの融着部分の融点より低い場合、筒状シ
ート部材の変形および材料劣化を引き起こすおそれがあ
り、また、互いに融着し合わないため、シール強度が低
下するおそれがあるためである。

【００２１】第１および第２の筒状シート部材の引張強
度が２００ｋｇ／ｃｍ² 以上であり、かつ、第１および
第２の筒状シート部材の破断点伸度が２００％以上であ
ることが好ましい。この場合、十分な強度を有するた
め、筒状シート部材の取り扱いが容易となり、作業性を
向上することができる。

【００２２】スパイラル型気液接触膜エレメントが連続
または独立した一または複数対の疎水性多孔質膜を内側
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てな
り、疎水性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、疎水性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、有孔中空管
へ気体が供給され、本体部材に気体排出口が形成され、
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、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こと
が好ましい。

【００２３】この場合、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疎水性多孔質膜間
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、スパイラル型気液接触膜エレメントの疎水性多孔質
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、液体と気体とは疎水性多孔
質膜を介して接触し、目的成分の透過作用が行われる。
したがって、接着剤およびパッキング材を用いることな
く、第１および第２の筒状シート部材により容器内の流
体室となる第１の空間と気体室となる第２の空間とを十
分にシールすることができ、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。

【００２４】第１の筒状シート部材の外周部に第１の環
状押さえ部材が装着され、第２の筒状シート部材の外周
部に第２の環状押さえ部材が装着されてもよい。

【００２５】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の空間内の圧力が容器内の
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の空間内の圧力よりも高くなった場合に、第１
の筒状シート部材および第２の筒状シート部材が外側に
膨らむ方向に力が作用する。このような場合に、第１の
筒状シート部材の外周部に装着された第１の環状押さえ
部材および第２の筒状シート部材の外周部に装着された
第２の環状押さえ部材により第１の筒状シート部材およ
び第２の筒状シート部材の膨らみが阻止される。それに
より、第１および第２の筒状シート部材が、本体部材と
の融着部またはスパイラル型気液接触膜エレメントとの
融着部から破損することが防止される。その結果、信頼
性がさらに向上する。

【００２６】第１および第２の環状押さえ部材がフッ素
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。

【００２７】第１および第２の環状押さえ部材は、切削
加工または成型加工により形成されてもよい。また、第
２の空間内の圧力が第１の空間内の圧力よりも高くなる
現象が発生する頻度および第２の空間内の圧力が第１の
空間内の圧力よりも高くなった場合の圧力差によって
は、第１および第２の環状押さえ部材がテープを第１お
よび第２の筒状シート部材の外周部に巻き付けることに
より形成されてもよい。

【００２８】

【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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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１ｃとの間が筒状
シート２１により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１
ｃと出口側キャップ部材１ｂとの間は溶接棒により溶接
され液密にシールされる。

【００３２】本体部材１ｃの一方の端部が一方の筒状シ
ート２１の一方の開口端部に融着され、スパイラル型気
液接触膜エレメント２の一方の外周端部が筒状シート２
１の他方の開口端部に融着されるとともに、本体部材１
ｃの他方の端部が他方の筒状シート２１の一方の開口端
部に融着され、スパイラル型気液接触膜エレメント２の
他方の外周端部がこの筒状シート２１の他方の開口端部
に融着されている。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、入口側キャップ部材１ａがＰＦＡ、ｎｅｗＰ
ＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（パーフ
ルオロエチレンプロピレン樹脂）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、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。

【００３７】図２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２の
一部切欠き斜視図である。

【００３８】図２において、スパイラル型気液接触膜エ
レメント２は、液体側流路材３３の両面に疎水性多孔質
膜３４を重ね合わせ、さらに疎水性多孔質膜３４の他方
の面に気体側流路材３５を重ね合わせ、それらを気体供
給管３の周りに巻回することにより構成されている。

【００３９】図３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。

【００４０】図３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３３を挟んだ疎
水性多孔質膜３４間のスパイラル状の空間が液体側流路
３９を構成する。スパイラル状の液体側流路３９の内周
側の側部（気体供給管３に平行な辺）および外周側の側
部が、液体側流路材３３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３９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３９ａおよび外周側封止部３９ｂ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。

【００４１】図４は、図１に示すＢ部の拡大断面図であ
る。図２および図４に示すように、液体側流路３９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３９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。

【００４２】一方、スパイラル状の気体側流路３８の軸
方向の両端部は、樹脂材３７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。

【００４３】上記の構成により、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３９とは、疎水性多孔質膜３４、外周
側封止部３９ａ、内周側封止部３９ｂおよび封止部２
ｂ，２ｃによって分離された構成となる。

【００４４】また、図４に示すように、本体部材１ｃ
は、環状突出部１ｄを有し、環状突出部１ｄの外周面に
筒状シート２１の開口端部２３の内周面が融着され、ス
パイラル型気液接触膜エレメント２の最外周に位置する
疎水性多孔質膜３４の外周面に筒状シート２１の開口端
部２２の内周面が融着される。これにより、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
周面との間に形成された円筒形空間３８ａは、筒状シー
ト２１により液密にシールされる。

【００４５】なお、本体部材１ｃ、筒状シート２１およ
び疎水性多孔質膜３４が四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦ
Ｅ）の場合、四フッ化エチレン樹脂が融解しにくいた
め、本体部材１ｃおよび疎水性多孔質膜３４と筒状シー
ト２１との間に、パーフルオロアルコキシ樹脂製フィル
ムを挟み融着してもよい。

【００４６】図５は、図１に示す筒状シート２１の一例
を示す斜視図である。図５に示すように、筒状シート２
１は、尖頭円錐台形状を有し、小さい開口端部２２がス
パイラル型気液接触膜エレメント２の外周に融着され、
大きい開口端部２３が本体部材１ｃの端部に融着され
る。

【００４７】筒状シート２１としては、フィルムを用い
ることが好ましく、たとえば、疎水性フィルムを用いる
ことができる。この場合、余分なスペースを取ることな
く、円筒形空間３８ａを十分にシールすることができ
る。

【００４８】また、筒状シート２１がフィルムの場合、
筒状シート２１の厚さが０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以
下であることが好ましい。０．０１ｍｍ未満の場合、取
り扱い性が悪く、融着時に筒状シート２１を損傷するお
それがあり、０．２ｍｍを越える場合、溶融しにくくな
るため、融着時に加える熱量が大きくなり筒状シート２
１の材料劣化を招いてシールの信頼性が劣る可能性があ
り、また、融着時の作業性も劣るためである。

【００４９】また、筒状シート２１は、疎水性多孔質膜
からなることが好ましい。この場合、融着時に相手側の
樹脂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。また、筒
状シート２１でも気液接触を行うことができ、モジュー
ル全体でみると気体溶解性能をより向上させることがで
きる。なお、この場合の疎水性多孔質膜の孔径は、特に
限定されない。

【００５０】また、筒状シート２１が疎水性多孔質膜の
場合、筒状シート２１の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．
５ｍｍ以下であることが好ましい。０．０５ｍｍ未満の
場合、取り扱い性が悪く、融着時に筒状シート２１を損
傷するおそれがあり、０．５ｍｍを越える場合、溶融し
にくくなるため、融着時に加える熱量が大きくなり筒状
シート２１の材料劣化を招いてシールの信頼性が劣る可
能性があり、また、融着時の作業性も劣るためである。

【００５１】また、筒状シート２１が疎水性多孔質膜の
場合、筒状シート２１は、四フッ化エチレン樹脂からな
ることが好ましい。四フッ化エチレン樹脂は溶融しにく
く、融着時に相手側の樹脂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をより高めることができるた
めである。

【００５２】また、筒状シート２１の融点は、本体部材
１ｃおよびスパイラル型気液接触膜エレメント２の融着
部分の融点に略等しいことが好ましい。筒状シート２１
の融点が本体部材１ｃの融着部分の融点より明らかに高
い場合、本体部材１ｃの変形および材料劣化を引き起こ
すおそれが非常に大きい。また、筒状シート２１の融点
がスパイラル型気液接触膜エレメント２の融着部分の融
点より明らかに高い場合、スパイラル型気液接触膜エレ
メント２の変形および材料劣化だけでなく、疎水性多孔
質膜３４が過度な熱により損傷を受けたり、性能劣化を
起こすおそれがある。たとえば、本体部材１ｃおよびス
パイラル型気液接触膜エレメント２の材質がポリプロピ
レンやポリエチレンで、筒状シート２１の材質がフッ素
樹脂の場合がこれに該当する。一方、筒状シート２１の
融点が本体部材１ｃおよびスパイラル型気液接触膜エレ
メント２の融着部分の融点より低い場合、筒状シート２
１の変形および材料劣化を引き起こすおそれがあり、ま
た、互いに融着し合わないため、シール強度が低下する
おそれがある。

【００５３】また、筒状シート２１は、引張試験による
引張強度が２００ｋｇ／ｃｍ² 以上であり、かつ、引張
試験による破断点伸度が２００％以上であることが好ま
しい。十分な強度を有するため、筒状シート２１の取り
扱いが容易となり、作業性を向上することができる。

【００５４】入口側キャップ部材１ａ、出口側キャップ
部材１ｂ、本体部材１ｃ、気体供給管３、筒状シート２
１および疎水性多孔質膜３４等の材質としては、フッ素
樹脂であることが好ましく、四フッ化エチレン樹脂また
はパーフルオロアルコキシ樹脂であることがより好まし
く、用途および使用条件等によりビニリデンフルオライ
ド樹脂（ＰＶＤＦ）またはパーフルオロエチレンプロピ
レン樹脂を用いることもできる。この場合、有機物を強
力に分解するオゾンガスに耐性があり、本実施の形態の
ように、オゾンガスを純水に溶解させて高濃度オゾン水
を製造する用途に好適に用いることができる。

【００５５】なお、本実施の形態では、一例として、入
口側キャップ部材１ａ、出口側キャップ部材１ｂ、本体
部材１ｃ、筒状シート２１および疎水性多孔質膜３４の
材質として四フッ化エチレン樹脂を用い、気体供給管
３、液体側流路材３３および気体側流路材３５の材質と
してパーフルオロアルコキシ樹脂を用いている。

【００５６】また、入口側キャップ部材１ａ、出口側キ
ャップ部材１ｂ、本体部材１ｃ、気体供給管３、筒状シ
ート２１および疎水性多孔質膜３４等の材質は、使用す
る気体および液体の種類および使用条件等により適宜決
定されるものであり、他の用途の場合、ポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリスルホン等を用いることもでき
る。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】次に、図３および図４に示すように、純水
ＰＷは、液体側流路３９内を液体側流路材３３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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】また、図３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３９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ＣＷ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。

【００６３】上記のように、本実施の形態では、筒状シ
ート２１を本体部材１ｃおよびスパイラル型気液接触膜
エレメント２に融着することにより、ハウジング１内の
スパイラル型気液接触膜エレメント２の両端部側に形成
される入口空間４および出口空間５と、本体部材１ｃと
スパイラル型気液接触膜エレメント２との間に形成され
る円筒形空間３８ａとを分離して液密にシールすること
ができ、スパイラル型気液接触膜エレメント２と本体部
材１ｃとの間が液密にシールされる。したがって、接着
剤およびパッキング材を用いることなく、ハウジング１
内の液体室となる入口空間４および出口空間５と気体室
となる円筒形空間３８ａとを分離して十分にシールする
ことができ、スパイラル型気液接触膜モジュールの信頼
性を向上することができる。

【００６４】図６は、本発明による他の実施の形態のス
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。また、図７は図６に示すＣ部の拡大断面図である。

【００６５】図６および図７に示すように、図１のスパ
イラル型気液接触膜モジュールと同様に、スパイラル型
気液接触膜エレメント２の外周面の両端部に筒状シート
２１が設けられている。本体部１ｃの一方の端部が一方
の筒状シート２１の一方の開口端部に融着され、スパイ
ラル型気液接触膜エレメント２の一方の外周端部が筒状
シート２１の他方の開口端部に融着されるとともに、本
体部１ｃの他方の端部が他方の筒状シート２１の一方の
開口端部に融着され、スパイラル型気液接触膜エレメン
ト２の他方の外周端部がこの筒状シート２１の他方の開
口端部に融着されている。

【００６６】特に、本実施の形態のスパイラル型気液接
触膜モジュールにおいては、各筒状シート２１の外周部
に環状押さえ部材２２が装着されている。図７に示すよ
うに、環状押さえ部材２２は、筒状シート２１の形状に
対応して円錐台形状の内周面を有する。この環状押さえ
部材２２は、例えば切削加工または成型加工により形成
される。

【００６７】本実施の形態のスパイラル型気液接触膜モ
ジュールの他の部分の構成は、図１〜図５に示したスパ
イラル型気液接触膜モジュールの構成と同様である。

【００６８】入口側キャップ部材１ａ、出口側キャップ
部材１ｂ、本体部材１ｃ、気体供給管３、筒状シート２
１および疎水性多孔質膜３４等の材質と同様に、環状押
さえ部材２２の材質も、フッ素樹脂であることが好まし
く、四フッ化エチレン樹脂またはパーフルオロアルコキ
シ樹脂であることがより好ましく、用途および使用条件
等によりビリニデンフルオライド樹脂（ＰＶＤＦ）また
はパーフルオロエチレンプロピレン樹脂を用いることも
できる。この場合、有機物を強力に分解するオゾンガス
に耐性があり、本実施の形態のように、オゾンガスを純
水に溶解させて高濃度オゾン水を製造する用途に好適に
用いることができる。

【００６９】なお、本実施の形態では、一例として、入
口側キャップ部材１ａ、出口側キャップ部材１ｂ、本体
部材１ｃ、筒状シート２１、環状押さえ部材２２および
疎水性多孔質膜３４の材質として四フッ化エチレン樹脂
を用い、気体供給管３、液体側流路材３３および気体側
流路材３５の材質としてパーフルオロアルコキシ樹脂を
用いている。

【００７０】また、入口側キャップ部材１ａ、出口側キ
ャップ部材１ｂ、本体部材１ｃ、気体供給管３、筒状シ
ート２１、環状押さえ部材２２および疎水性多孔質膜３
４等の材質は、使用する気体および液体の種類および使
用条件等により適宜決定されるものであり、他の用途の
場合、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン等
を用いることもできる。

【００７１】本実施の形態のスパイラル型気液接触膜モ
ジュールの運転時の動作は、図１〜図５に示したスパイ
ラル型気液接触膜モジュールの運転時の動作と同様であ
る。本実施の形態においても、筒状シート２１を本体部
材１ｃおよびスパイラル型気液接触膜エレメント２に融
着することにより、ハウジング１内のスパイラル型気液
接触膜エレメント２の両端部側に形成される入口空間４
および出口空間５と、本体部材１ｃとスパイラル型気液
接触膜エレメント２との間に形成される円筒形空間３８
ａ（図３参照）とを分離して液密にシールすることがで
き、スパイラル型気液接触膜エレメント２と本体部１ｃ
との間が液密にシールされる。

【００７２】通常、入口空間４内の純水ＰＷの圧力およ
び出口空間５内のオゾン水ＯＷの圧力は円筒形空間３８
ａ内のオゾンガスＯＧの圧力よりも高くなっているた
め、筒状シート２１が外側に膨らむことはない。しかし
ながら、スパイラル型気液接触膜モジュールの使用中に
何らかの原因で円筒形空間３８ａ内のオゾンガスＯＧの
圧力が入口空間４内の純水ＰＷの圧力または出口空間５
内のオゾン水ＯＷの圧力よりも高くなると、筒状シート
２１が外側に膨らむ力が作用する。

【００７３】本実施の形態のスパイラル型気液接触膜モ
ジュールでは、筒状シート２１の外周部に環状押さえ部
材２２が装着されているので、このような場合でも、筒
状シート２１の膨らみが阻止される。それにより、筒状
シート２１が本体部材１ｃとの融着部またはスパイラル
型気液接触膜エレメント２との融着部から破損すること
が防止される。したがって、オゾンガスＯＧのような気
体の圧力が純水ＰＷまたはオゾン水ＯＷのような液体の
圧力よりも高くなった場合でも、ハウジング１内の液体
室となる入口空間４および出口空間５と気体室となる円
筒形空間３８ａとを分離して十分にシールすることがで
き、スパイラル型気液接触膜モジュールの信頼性をさら
に向上することができる。

【００７４】なお、本実施の形態では、環状押さえ部材
２２を切削加工または成型加工により形成しているが、
気体の圧力が液体の圧力よりも高くなる現象の発生頻度
および気体の圧力が液体の圧力よりも高くなった場合の
圧力差によっては、例えばシール用のフッ素樹脂製テー
プを筒状シート２１の外周部に巻き付けることにより環
状押さえ部材２２を形成してもよい。

【００７５】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、オゾン水以外の気体溶解液を生成することも可能で
ある。

【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
接触膜モジュールの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傾
斜図である。

【図３】図１中のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図１に示すＢ部の拡大断面図である。

【図５】図１に示す筒状シートの一例を示す斜視図であ
る。

【図６】本発明による他の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７】図６に示すＣ部の拡大断面図である。

【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 ２１ 筒状シート ２２ 環状押さえ部材 ３３ 液体側流路材 ３４ 疎水性多孔質膜 ３５ 気体側流路材 ３８ 気体側流路 ３９ 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 JA15C JA22A JA22B JA22C JA22Z JA25A JA25C JA27A JA27C JA30A JB07 MA03 MA31 MB10 MB11 MB16 MC22 MC23 MC28 MC29 MC30 MC62 MC87 PA01 PA10 PB02 PB64 PB70 PC01 PC41 PC80 4G035 AA01 AB28 AE17

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【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して形成されたスパイラ
   ル型気液接触膜エレメントを容器内に液密に納めたスパ
   イラル型気液接触膜モジュールであって、 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、前記本体部材の一方の端部を第１の筒状シート部材
   の一方の開口端部に融着し前記スパイラル型気液接触膜
   エレメントの一方の外周端部を前記第１の筒状シート部
   材の他方の開口端部に融着するとともに、前記本体部材
   の他方の端部を第２の筒状シート部材の一方の開口端部
   に融着し前記スパイラル型気液接触膜エレメントの他方
   の外周端部を前記第２の筒状シート部材の他方の開口端
   部に融着することにより、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モジュー
   ル。
2. 【請求項２】 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記載のスパイラル型気液接触
   膜モジュール。
3. 【請求項３】 前記第１および第２の筒状シート部材、
   前記容器および前記透過性膜がフッ素樹脂からなること
   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
   接触膜モジュール。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の筒状シート部材が
   フィルムからな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モジュール。
5. 【請求項５】 前記フィルムの厚さが０．０１ｍｍ以上
   ０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の
   スパイラル型気液接触膜モジュール。
6. 【請求項６】 前記第１および第２の筒状シート部材が
   疎水性多孔質膜膜からな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モジュー
   ル。
7. 【請求項７】 前記疎水性多孔質膜からなる第１および
   第２の筒状シート部材の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．
   ５ｍｍ以下であ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モジュール。
8. 【請求項８】 前記疎水性多孔質膜からなる第１および
   第２の筒状シート部材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または７記載のスパイラル型
   気液接触膜モジュール。
9. 【請求項９】 前記第１および第２の筒状シート部材の
   融点が前記本体部材および前記スパイラル型気液接触膜
   エレメントの融着部分の融点に略等しいことを特徴とす
   る請求項１〜８のいずれかに記載のスパイラル型気液接
   触膜モジュール。
10. 【請求項１０】 前記第１および第２の筒状シート部材
    の引張強度が２００ｋｇ／ｃｍ² 以上であり、かつ、前
    記第１および第２の筒状シート部材の破断点伸度が２０
    ０％以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
    かに記載のスパイラル型気液接触膜モジュール。
11. 【請求項１１】 前記スパイラル型気液接触膜エレメン
    トが連続または独立した一または複数対の疎水性多孔質
    膜を内側に液体側流路材を挟んでかつ外側に気体側流路
    材を重ねて前記有孔中空管の外周面にスパイラル状に巻
    回されてなり、前記疎水性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、前記疎水性多孔質膜
    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、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形成され、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請求項１〜１０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。
12. 【請求項１２】 前記第１の筒状シート部材の外周部に
    第１の環状押さえ部材が装着され、前記第２の筒状シー
    ト部材の外周部に第２の環状押さえ部材が装着されたこ
    とを特徴とする請求項１〜１１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。
13. 【請求項１３】 前記第１および第２の環状押さえ部材
    がフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１２記載
    のスパイラル型気液接触膜モジュール。