JP2001300267A

JP2001300267A - 中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジュール、および、その製造方法

Info

Publication number: JP2001300267A
Application number: JP2000125586A
Authority: JP
Inventors: Takuo Yamamoto; 卓生山本; Mitsuo Maeda; 三夫前田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-10-30
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: US20010035374A1; JP4599656B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、中空糸分離膜の伸びが
小さくて容易に破断する場合でも、中空糸分離膜を破損
したり破断することなく容易に製造でき、かつ、耐久性
が向上した中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジ
ュール、および、その製造方法を提供することを課題と
している。【解決手段】複数の中空糸分離膜からなる束の
外周に糸状物質を巻き付けて補強し、前記補強された中
空糸束を多数本集束させて中空糸分離膜エレメントおよ
び中空糸分離膜モジュールを形成することで、製造時の
中空糸分離膜の破損や破断を防ぎ、耐久性を向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスや液体を分離
したり精製するために使用する中空糸分離膜エレメン
ト、中空糸分離膜モジュール、および、その製造方法に
関する。特に、中空糸分離膜が脆い材料の場合でも製造
が容易であり、かつ、耐久性が向上した中空糸分離膜エ
レメント、中空糸分離膜モジュール、および、その製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸分離膜モジュールは、多くの場
合、選択透過性を有する膜を膜厚が薄く径が小さい中空
糸とし、該中空糸を数百本〜数十万本集束した中空糸束
の少なくとも一方の端部をエポキシ樹脂のような硬化性
樹脂などで端部において中空糸が開口状態となるように
固着して中空糸分離膜エレメントとし、さらに、該中空
糸分離膜エレメントを少なくとも混合物供給口、透過物
排出口、および、未透過物排出口を有する容器内に、中
空糸の内側へ通じる空間と中空糸の外側へ通じる空間を
隔絶するように装着して構成されている。

【０００３】中空糸分離膜エレメントの製造方法は、例
えば、中空糸の集束工程、中空糸束の端部の樹脂による
接着工程、該接着部分の中空糸を開口状態にし寸法を揃
えるための端部の加工工程などからなる。

【０００４】集束工程では、往復運動する配糸ノズルを
備える集束装置によって中空糸を所定本数配糸したり、
カセ取装置に所定本数の中空糸を巻き付けることなどに
よって、中空糸は中空糸束に集束される。また、接着工
程や加工工程では、集束された中空糸束の端部へエポキ
シ樹脂などを含浸させ加熱して硬化固着させ、次いで、
固着部分を各中空糸が端部で開口状態となり、かつ、所
定寸法になるように切削することなどによって、中空糸
エレメントが形成される。

【０００５】また、モジュールは前記中空糸エレメント
を直線状、Ｕ字状、スパイラル状などの形態で所定容器
内に収納し、中空糸の内側へ通じる空間と中空糸の外側
へ通じる空間との間が隔絶されるように、接着やネジ止
めなどによって固着して製造される。

【０００６】前記のような工程では、いずれも、中空糸
は引張りや屈曲などの変形を受けながら取り扱われる。
このため、中空糸分離膜が伸びが小さくて容易に破断す
るものである場合には、前記工程において中空糸分離膜
に破損や破断が発生し易く、良好な性能を持つ中空糸分
離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールを安定的
に得ることが困難であった。

【０００７】また、使用時において、中空糸分離膜は、
中空糸分離膜モジュールに供給され中空糸の内側や外側
を流れて排出される流体の粘度、流量、流速、圧力、温
度、及び、それらの変動によって、連続的あるいは断続
的に変形応力を受けるので、中空糸分離膜の伸びが小さ
くて容易に破断する所謂脆いものである場合には、使用
時に破損や破断が発生し易く耐久性が劣るという問題が
あった。

【０００８】一方、分離性能の向上を目指して種々の材
料を用いた検討がなされており、セラミックス材料（例
えば、特開昭６３−２９１８０９号公報、特開平８−３
１８１４１号公報）、炭素材料（例えば、特開昭６０−
１７９１０２号公報）、ポリマーを部分炭素化した材料
（例えば、特開平４−１１９３３号公報）、カルド型ポ
リイミドのような剛直なポリマー材料（例えば、特開平
８−３３２３６２号公報）、および、前記材料を含む複
合材料（例えば、特開平１０−５２６２９号公報）など
を用いた分離膜が提案されている。

【０００９】しかしながら、前記のような材料を用いた
分離膜は、ほとんどのものが伸びが小さくて容易に破断
するものであるので、膜厚が薄く径が小さい中空糸の形
態で用いて中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジ
ュールを製造することは困難であり、また、該エレメン
トや該モジュールは使用時に中空糸が破損や破断を発生
し易く耐久性において問題があった。

【００１０】前記の問題に対して、例えば、特開平５−
２２０３６０号公報では、芳香族ポリイミドの部分炭素
化膜において、炭素化の程度を調整して伸度を向上さ
せ、折り曲げても容易に破損及び破断することがないよ
うに脆さが改良された中空糸分離膜が提案されている。
しかしながら、前記の改良された中空糸膜を用いた場合
においても、製造工程中の破損及び破断をより少なく
し、かつ、耐久性を向上する余地が残されていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、中
空糸分離膜の伸びが小さくて容易に破断する場合でも製
造が容易であり、かつ、耐久性が向上した中空糸分離膜
エレメントおよび中空糸分離膜モジュールとその製造方
法を提供することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の中空糸
分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて補強さ
れた中空糸束（１）と、前記中空糸束（１）を多数本集
束させた中空糸束（２）と、前記中空糸束（２）の少な
くとも一方の端部に設けられた管板とを含んで構成され
ることを特徴とする中空糸分離膜エレメントおよび中空
糸分離膜モジュールに関するものである。また、複数の
中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて
補強された中空糸束（１）とする工程と、前記中空糸束
（１）を多数本集束させて中空糸束（２）とする工程と
を含むことを特徴とする中空糸分離膜エレメントおよび
中空糸分離膜モジュールの製造方法に関するものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の中空糸分離膜エレメントは、複数
の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付け
て補強された中空糸束（１）と、前記中空糸束（１）を
多数本集束させた中空糸束（２）と、前記中空糸束
（２）の少なくとも一方の端部に設けられた管板とを含
んで構成されている。

【００１４】複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸
状物質を巻き付けるとは、略平行に配置された複数の中
空糸の外周にそって糸状物質を巻き付けて、複数の中空
糸を拘束し強度的に補強効果を発揮するようにすること
である。複数の中空糸は強固に固定される必要はない。
糸状物質が巻き付けられていない部分では、中空糸はあ
る程度の自由な動きが許される。

【００１５】糸状物質を巻き付ける形態は、特に限定は
なく、ある間隔をおいて非連続的に巻き付けても、スパ
イラル状に連続的に巻き付けても構わない。スパイラル
状に巻き付ける形態は、容易に連続的な製造が可能であ
り、かつ、巻き付けられた糸状物質が中空糸束（１）に
おいて強度的な補強効果を発揮することができるのでよ
り好ましい。図１は、糸状物質を巻き付けた中空糸束
（１）の一つの形態として、５本の中空糸１からなる束
の外周に糸状物質２をスパイラル状に巻き付けて補強さ
れた中空糸束（１）の概略を示している。巻き付ける糸
状物質は１本でも複数本であっても構わない。

【００１６】糸状物質の巻き付け方は、糸状物質の外径
の２〜１０００倍の長さの間隔を置いて巻き付けること
が好ましく、特に、糸状物質の外径の１０〜３００倍の
長さの間隔を置いて巻き付けることが好ましい。間隔が
糸状物質の外径の２倍の長さに満たないと、糸状物質の
使用量が増えて経済的でないし、中空糸束（１）が強固
に巻かれ過ぎ中空糸同士の接触面積が多くなって分離機
能を発揮する有効な膜面積が減少する。間隔が糸状物質
の外径の１０００倍の長さを越えると、巻き付けられた
中空糸束は拘束の度合いが限定的になり、強度的な補強
効果が少なくなる。

【００１７】糸状物質は、特に限定されるものではない
が、外径が５０〜３００μｍのものが好ましく、特に外
径が５０〜１５０μｍのものが好ましい。外径が３００
μｍを越えると、糸状物質による中空糸束（２）のデッ
ドスペースが大きくなって分離膜エレメントの膜充填率
が低下して、エレメントあるいはモジュールの分離効率
を低下させる。尚、膜充填率は、エレメントの断面積に
対する該エレメントを構成する各中空糸の断面積の合計
値の比率で示されるものである。糸状物質は、中空糸束
（１）間のスペーサーの役割も果たすので、中空糸束
（１）間のスペースを調整するように適切な外径のもの
が選択される。

【００１８】糸状物質は、引張り強度（１本当たりの引
張り破断時の荷重で示す。以下同様。）が１００ｇｆ／
本以上、好ましくは２００ｇｆ／本以上で、かつ、引張
り破断時の伸びが１０％以上のものが好ましい。引張り
強度が１００ｇｆ／本未満、あるいは、引張り破断時の
伸びが１０％未満の場合には、巻き付けが困難になり、
巻き付けても糸状物質自身が破断や破損を起こし易いた
めに強度的に十分な補強効果を発揮し難くなる。

【００１９】糸状物質は、綿糸やウールなどの天然繊
維、ナイロンやテトロン（登録商標）などの合成繊維、
ステンレスワイヤーやニクロム線などの金属繊維を好適
に挙げることができるが、特に、外径が５０〜１００μ
ｍのステンレスワイヤーは、引張り強度は２００ｇｆ／
本以上で、かつ、引張り破断時の伸びが１０％以上であ
り、耐腐食性も良好であるので特に好適である。

【００２０】本発明で用いられる中空糸分離膜は、分離
対象物や分離条件に適合した材料で形成されたものを好
適に用いることができる。例えば、ポリオレフィン、ポ
リブタジエン、シリコーン樹脂、セルロース系高分子、
ポリアミド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテル
イミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリフェニレンスルフィッド、ポリアリレート、ポ
リカーボネートなどのエラストマー材料やガラス状ポリ
マー材料でもよく、さらに、ゼオライトなどのセラミッ
クス材料、炭素材料、ポリマーを部分炭素化した材料、
カルド型ポリイミドなどの剛直なポリマー材料、およ
び、前記材料を含む複合材料でもよい。

【００２１】本発明が有用に適用できる中空糸分離膜
は、伸びが小さくて容易に破断するものである。引張り
破断時の伸びが０．１〜１０％（特に、０．１〜５％、
更に、０．１〜２．５％）の中空糸分離膜は、破損や破
断が発生し易いので、例えば集束、接着、切削加工工程
を経由して中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジ
ュールを製造することは容易ではなく、かつ、耐久性に
問題が生じた。前記の中空糸分離膜に本発明を適用すれ
ば、中空糸束が糸状物質を巻き付けて補強されているの
で、破損や破断なしに容易に中空糸分離膜エレメントや
中空糸分離膜モジュールを製造することができ、かつ、
中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジュールとし
ても耐久性を向上することが出来るので極めて有用であ
る。

【００２２】更に、本発明が有用に適用できる中空糸分
離膜の具体的材料としては、セラミックス材料、炭素材
料、ポリマーを部分炭素化した材料、剛直なポリマー材
料、および、前記材料を含む複合材料を好適に挙げるこ
とができる。これらの材料で形成された肉薄かつ小径の
中空糸分離膜は、いずれも伸びが小さくて容易に破断す
るものである。

【００２３】中空糸は、均質性でもよく、複合膜や非対
称性膜などの不均一性でもよく、また、多孔性でも非多
孔性でもよい。また、中空糸分離膜の膜厚は１０〜５０
０μｍで外径が５０〜２０００μｍのものを好適に挙げ
ることができる。

【００２４】複数の中空糸からなる束の外周に糸状物質
を巻き付けて形成される中空糸束（１）は、好ましくは
２〜５０本、より好ましくは２〜２０本の中空糸から束
が構成される。

【００２５】本発明の中空糸分離膜エレメントは、中空
糸束（２）の少なくとも一方の端部を管板によって固着
されて形成されている。管板の個数や形態については特
に限定はなく通常のものでよい。管板は、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコー
ン樹脂などの硬化性樹脂やポリオレフィン、ポリアミ
ド、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を、必要に応じて加
熱したりエマルジョン化して、中空糸束の端部に含浸さ
せたのち、硬化や冷却や溶媒除去によって接着固化させ
て形成することが出来る。

【００２６】本発明の中空糸分離膜エレメントの形態は
特に限定されるものではない。ひとつの形態例の概略を
図２に示す。図２の中空糸エレメントは、中空糸束
（２）が直線状に配置され、その両端部に管板３があ
る。両管板部において、中空糸１は管板３を貫通して管
板の外側の端面で中空糸の内孔が開口状態を保持するよ
うに構成されている。また、中空糸束（２）は、５本の
中空糸１の束の外周に糸状物質２をスパイラル状に巻き
付けて補強された中空糸束（１）４が多数本束ねられて
構成されたものである。図２では９個の中空糸束（１）
４のみを記載し、他の中空糸束（１）は省略されてい
る。また、図２の形態例には記載されていないが、本発
明の中空糸エレメントは、中空糸束の略中心部に芯管を
備えていてもよく、また、中空糸束（２）の外周部にフ
イルムが巻き付けられていても構わない。図２では中空
糸束（２）は、中空糸束が円柱状（管板も円柱状）に束
ねられいるが、角柱状や平板状に束ねられ、管板が直方
体であってもよい。また、中空糸束は、直線状でなく、
Ｕ字状やスパイラル状に配置されてもよい。また、管板
は中空糸束の両方の端部にあっても一方の端部だけでも
よい。さらに、中空糸の一方の端部は閉塞されたもので
もよく、その場合には、中空糸束の端部で個々の中空糸
の内孔が閉塞されたり、管板中に埋め込まれて閉塞され
てもよい。

【００２７】本発明の中空糸分離膜モジュールは、前記
の中空糸分離膜エレメントを１つあるいは２つ以上を、
少なくとも混合物導入口、透過物排出口、未透過物排出
口を備える容器内に収納して構成されるものである。モ
ジュールの形態には特に限定はない。中空フィードタイ
プでもシェルフィードタイプでもよく、キャリアガスを
用いないタイプでもキャリアガスを用いるタイプでもよ
い。キャリアガスを用いるタイプでは、容器にキャリア
ガス導入口が配置されたり、エレメントにキャリアーガ
ス導入管が配置される。キャリアーガス導入管は中空糸
束（２）の略中心部に配置される芯管であってもよい。

【００２８】中空糸分離膜モジュールは、収納される中
空糸分離膜エレメントの形状や混合物供給口、透過物排
出口、未透過物排出口などの配置によって種々の形態を
取り得る。例えば、円筒状であっても箱型のものでもよ
い。いずれの場合も、モジュール内では、中空糸分離膜
の内外に通じるそれぞれの空間はお互いに隔絶されてお
り、供給された流体はモジュール混合物供給口から、中
空糸の内側か外側のどちらか一方の側へ導入され、膜の
表面に接しながら流れてモジュール外へ未透過物排出口
から排出され、その間膜を選択的に透過した成分は膜の
反対側（透過側）の空間に通じている透過物排出口から
モジュール外へ排出されるように構成されている。ま
た、容器や芯管などは、所定の強度、気密性および耐圧
性を備えていれば特に限定はなく、金属、プラスチッ
ク、繊維強化プラスチック、または、セラミックス等に
より形成できる。また、必要に応じて、接着剤やボルト
ナットやパッキン類等が用いられて構成される。

【００２９】図３、図４に中空糸分離膜モジュールの形
態例の概略の縦断面図を示すが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。図３に示した中空糸分離膜モジュー
ルは、中空糸束（２）５及び管板３から構成されている
中空糸エレメントが容器６内に収納されており、混合物
導入口７から混合物が供給され中空糸の外側面に接して
流れ未透過物排出口８から回収され、中空糸内に透過し
た透過流体は中空糸内を流れ管板３の外側面の中空糸の
開口から出て更に透過物排出口９を通ってモジュール外
へ回収されるように構成されている。

【００３０】図４に示した中空糸分離膜モジュールは、
中空糸束（２）５、管板３及び３’、芯管１１、及び、
フィルム１２によって構成された中空糸エレメントが容
器６内に収納されており、混合物導入口７から供給され
た混合物は管板３の外側面で開口している中空糸の開口
から中空糸の内側へ流れるようになっており、中空糸の
内側を流れて他方の管板の外側面の中空糸の開口から出
て更に未透過物排出口８を通ってモジュール外へ回収さ
れるように構成され、更に、中空糸束（２）５の略中央
部に中空糸と略平行方向に芯管１１が配置されており、
芯管１１の混合物供給内側の端部は管板３’内に埋め込
まれて閉塞されており、芯管１１の他方の端部は管板３
およびモジュールの容器６を貫通してキャリアーガスの
導入口を形成し、キャリアーガス導入口１０から供給さ
れたキャリアーガスは芯管１１内を流れ管板間の中空糸
束（２）５が配置される空間へ芯管に配置された連通孔
１３を通って供給され、中空糸内を流れる混合物の流れ
と向流となるように流れて、中空糸膜を透過する透過物
と共に透過物排出口９を通ってモジュール外へ回収され
るように構成され、更に、中空糸束（２）の外周部にフ
ィルム１２が巻き付けられている。

【００３１】図３、図４において、中空糸（２）５を構
成している個々の中空糸は表示していない。また、図中
の矢印は、供給する混合物、未透過物、透過物及びキャ
リアーガスの流れの方向を示すものである。

【００３２】次に、本発明の中空糸分離膜エレメントお
よび中空糸分離膜モジュールの製造方法について説明す
る。本発明の製造方法は、複数の中空糸分離膜からなる
束の外周に糸状物質を巻き付けて補強された中空糸束
（１）とする工程と、前記中空糸束（１）を多数本集束
させて中空糸束（２）とする工程とを含むことを特徴と
している。

【００３３】管板を形成したり、切削加工したり、ある
いは、エレメントを容器に収納する方法などは、特に限
定はなく通常の方法を用いることが出来る。

【００３４】複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸
状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）とする工
程は、中空糸束が糸状物質を巻き付けられて補強される
のであれば、具体的な方法は特に限定されない。

【００３５】糸状物質をスパイラル状に連続的に巻き付
ける場合の方法のひとつの例を図５によって説明する。
５本の中空糸１が、例えば供給ボビン（図５では省略）
から同一の速度で送り出され、近接させ略平行に配置さ
れて受取ボビン１４（あるいは図には示していないがカ
セ取装置）方向へ送付される。前記の５本の中空糸が近
接し略平行に送られる工程において、中空糸の進行方向
に対して垂直な平面上で、糸状物質の供給装置（例えば
糸状物質が巻かれたボビン）１５を５本の中空糸を中心
とした円周上を一定速度で回転させながら糸状物質２を
５本の中空糸の束の外周に巻き付ける。この結果、受取
ボビン１４に、糸状物質２がスパイラル状に巻き付けら
れた中空糸束（１）４が巻き取られる。この方法では、
送り出す複数の中空糸１の速度と糸状物質２の供給装置
１５の回転速度の二つの速度を調整することによって、
糸状物質２の巻き付ける間隔や張力を調整することが出
来る。

【００３６】中空糸束（１）を集束して中空糸束（２）
とする工程は、特に限定される方法によるものではな
い。中空糸を集束して中空糸束とする通常の方法を適用
することができる。例えば、所定の距離を往復運動する
配糸ノズルを備える集束装置によって中空糸束（１）を
所定本数配糸したり、カセ取装置に所定本数の中空糸束
（１）を巻き付けることによって集束させたものを所定
の長さに裁断する方法などがある。

【００３７】尚、本発明において、引張り強度および引
張り破断時の伸びは、テンシロン（オリエンテック社
製）引張試験機を用いて試料の有効長５０ｍｍ、引張り
速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、温度２３℃で測定した。引張り
強度は、中空糸膜または糸状物質の１本当たりの引張り
破断時の応力（単位はｇｆ／本）で示しており、引張り
破断時の伸びは、元の長さＬ₀、破断時の長さＬとした
とき、（Ｌ−Ｌ₀）／Ｌ₀×１００（単位は％）で示して
いる。

【００３８】

【実施例】次に、実施例によって具体的に説明する。

【００３９】（実施例１）非対称性ポリイミド中空糸膜
を加熱処理して得られた炭素含有率が８１．２重量％の
部分炭素化膜であって、内径が１９０μｍ、外径が４０
０μｍの中空糸分離膜は、引張り強度が１０２ｇｆ／
本、引張り破断時の伸びが１．８％であった。前記中空
糸５本を近接させて略平行に一定速度で送り出しなが
ら、図５に示したような方法によって、５本の中空糸の
外周に外径８０μｍのステンレスワイヤー（引張り強度
３０２ｇｆ／本、引張り破断時の伸び４０％）を一定速
度でスパイラル状に巻き付けて中空糸束（１）とし、そ
の中空糸束（１）を直接、直径約３０ｃｍのカセ取装置
に４００回巻き取った。巻き付けられたステンレスワイ
ヤーの巻径（表面にワイヤーがスパイラス状に巻き付け
られた円筒体を仮定した場合の、円筒体の軸方向に対し
直角面で切断したときの断面の直径）は１．２５ｍｍで
あり、巻き付けたステンレスワイヤー間の間隔は５．０
ｍｍ（ワイヤー径の約６３倍）であった。巻き取られた
中空糸束はカセ取装置から外し、長さ約９２０ｍｍに裁
断し中空糸が２０００本（中空糸束（１）が４００本）
からなる中空糸束（２）とした。前記中空糸束（２）を
糸束径が３０ｍｍとなるように２０μｍ厚のポリイミド
フィルムで包み、中空糸の両端開口部を接着剤で封止
し、更に、中空糸束の両端部に液状のエポキシ樹脂を含
浸させたあと所定の型内で硬化させた。硬化後型から外
し両端部を切削加工し、端面において中空糸が開口状態
となるようにすると同時に所定の寸法に調整し中空糸分
離膜エレメントを製造した。前記中空糸分離膜エレメン
トを混合物供給口、透過物排出口、未透過排出口を備え
る容器内に装着して中空糸分離膜モジュールを製造し
た。

【００４０】この中空糸分離膜モジュールを用い、水素
と炭酸ガスとの混合ガス（体積混合比は５０／５０）を
中空糸内に供給し水素を膜透過させて分離して純度９９
体積％の水素を回収した。分離条件は、温度５０℃、供
給圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）、供給量２Ｎｍ³
／ｍｉｎであった。得られた純度９９体積％の水素量
は、前記中空糸部分炭素化膜において、破断や破損がな
い数本の中空糸膜を用いて前記と同一条件で測定した分
離度及び透過速度の値とモジュールの有効膜面積などか
ら計算で推定される、得られる純度９９体積％水素の推
定量に対し、９５％以上の値を示し、製造工程での中空
糸分離膜の破損や破断がなかったことが判った。

【００４１】（比較例１）実施例１と同じ部分炭素化さ
れた中空糸分離膜を用いて、ステンレスワイヤーで補強
することなしに、同一のカセ取装置に２０００回巻き取
った。この中空糸束を実施例１と同様の方法によって中
空糸分離膜モジュールを製造した。

【００４２】前記中空糸分離膜モジュールについて、実
施例１と同一条件によって、水素と炭酸ガスとの混合ガ
ス（体積混合比は５０／５０）を中空糸内に供給し水素
を膜透過させて分離することを試みた。しかしながら、
純度９９体積％水素を分離回収することは出来なかっ
た。中空糸に破損あるいは破断が発生し供給ガスが中空
糸の透過側へリークしたものと推定された。

【００４３】（実施例２）エレメントを構成する中空糸
の本数を６００本とし、実施例１と同様の方法によって
図３のような中空糸分離膜モジュールを１００個作成し
たが、中空糸の破断は全く見られなかった。前記中空糸
分離膜モジュールの混合物供給口（図３では７）から、
水素ガスと窒素ガスとの混合ガス（体積混合比が５０／
５０）を中空糸の外側の空間へ供給して中空糸内側から
水素を分離回収するテストにおいて、温度５０℃、供給
圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）の条件でモジュー
ルのガス分離性能を測定し、次に、ガス供給２０秒間の
加圧と続いて５秒間の放圧を１０００回繰り返しておこ
なった後で、再度モジュールのガス分離性能を測定した
ところ、全てのモジュールにおいて分離性能の低下は見
られなかった。

【００４４】（比較例２）エレメントを構成する中空糸
の本数を６００本とし、比較例１と同様の方法によって
図３のような中空糸分離膜モジュールを１００個作成し
た。ガス分離性能を測定してリークの有無を確認した結
果、中空糸の破断なく製造が出来たモジュールは１３個
であった。また、前記１３個のモジュールについて、実
施例２と同様にガス供給２０秒間の加圧と続いて５秒間
の放圧を１０００回繰り返しておこなった後でモジュー
ルを観察すると、全てのモジュールにおいて混合物供給
口の近傍に位置する中空糸に破断が発生していた。尚、
このテストでの混合物供給口から供給される混合ガスの
流速は３０ｍ／秒であった。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したようなものであるから、本
発明は、次のような効果を奏する中空糸分離膜エレメン
ト、中空糸分離膜モジュールであり、更に、その製造方
法である。すなわち、本発明の中空糸分離膜エレメント
および中空糸分離膜モジュールは、中空糸分離膜が伸び
が小さくて容易に破断するものであっても製造が容易で
あり、製造工程中の中空糸分離膜の破損や破断を防ぐこ
とができる。さらに、使用時の中空糸分離膜の破損や破
断が容易に発生しないように補強され、耐久性が改良さ
れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸束（１）の一つの実施形態を示
す概略図である。

【図２】本発明の中空糸分離膜エレメントの一つの実施
形態を示す概略図である。但し、多数本の中空糸束
（１）４のうち、９本のみを記載し、他の中空糸束
（１）は省略され記載されていない。

【図３】本発明の中空糸分離膜モジュールの一つの実施
形態の概略を示す縦断面図である。

【図４】本発明の中空糸分離膜モジュールの一つの実施
形態の概略を示す縦断面図である。

【図５】本発明の複数の中空糸分離膜からなる束の外周
に糸状物質をスパイラル状に巻き付ける方法の一つを示
す概略図である。

【符号の説明】

１：中空糸分離膜２：糸状物質３、３’：管板４：中空糸束（１）５：中空糸束（２）６：容器７：混合物導入口８：未透過物排出口９：透過物排出口１０：キャリアーガス導入口１１：芯管１２：フィルム１３：連通孔１４：受取ボビン１５：糸状物質の供給装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸
状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）と、前記
中空糸束（１）を多数本集束させた中空糸束（２）と、
前記中空糸束（２）の少なくとも一方の端部に設けられ
た管板とを含んで構成されることを特徴とする中空糸分
離膜エレメント。
【請求項２】前記中空糸分離膜の引張り破断時の伸びが
０．１〜１０％であることを特徴とする前記請求項１記
載の中空糸分離膜エレメント。
【請求項３】前記中空糸分離膜が、セラミックス材料、
炭素材料、ポリマーを部分炭素化した材料、剛直なポリ
マー材料、および、前記材料を含む複合材料からなる群
から選択される材料によって形成されていることを特徴
とする前記請求項１記載の中空糸分離膜エレメント。
【請求項４】前記中空糸（１）が、複数の中空糸分離膜
からなる束の外周に糸状物質をスパイラル状に巻き付け
て補強されたことを特徴とする前記請求項１記載の中空
糸分離膜エレメント。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸分
離膜エレメントの１つあるいは２つ以上を、少なくとも
混合物導入口、透過物排出口、未透過物排出口を備える
容器内に収納して構成されることを特徴とする中空糸分
離膜モジュール。
【請求項６】複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸
状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）とする工
程と、前記中空糸束（１）を多数本集束させて中空糸束
（２）とする工程とを含むことを特徴とする中空糸分離
膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールの製造方
法。