JP2002018248A

JP2002018248A - スパイラル型気液接触膜モジュール

Info

Publication number: JP2002018248A
Application number: JP2000210137A
Authority: JP
Inventors: Makoto Himeno; 誠姫野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】気体側流路に発生した凝縮水を円滑に排出す
ることにより、生成される気体溶解液の濃度を一定に保
つことができる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。【解決手段】スパイラル型気液接触膜エレメント１０
の外周部に溝構造スペーサ５０が巻き付けられる。溝構
造スペーサ５０は、平行に配列された複数の縦糸５１と
縦糸５１に直交するように配列された複数の横糸５２と
により構成される。溝構造スペーサ５０は、スパイラル
型気液接触膜エレメント１０の軸方向に対して垂直方向
に溝部５３が延びるようにスパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の外周部に巻き付けられる。

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】例えば、ウエーハの洗
浄に用いるオゾン水を膜モジュールを用いて製造する場
合、電解法で得られたオゾンガスはその製法上飽和ガス
となっている。また、オゾンガスおよび超純水の温度は
特に制御されていないことが多いが、通常、共に１８〜
３０℃とほぼ同じ温度領域内にある。

【０００９】しかし、一般的には、超純水の温度がオゾ
ンガスの温度よりも高い場合が多く、この場合、超純水
側とオゾンガス側との温度差から水が水蒸気となってオ
ゾンガス側に入ることになる。オゾンガスはもともと飽
和状態となっていることから、この水蒸気により過飽和
となり、凝縮水が発生する。オゾンガス側に凝縮水が溜
まると、オゾンガスの接触面積が減少し、その結果、生
成されるオゾン水の濃度が低下する。そのため、オゾン
水の濃度を一定にするためには、オゾンガスの供給圧力
を上げてオゾンガスの供給量を増加させる必要が生じ
る。

【００１０】しかしながら、超純水側の圧力以上にオゾ
ンガス側の圧力を上げると、超純水側にオゾンガスが抜
けて後工程に支障が出る。そのため、オゾンガス側の圧
力を超純水側の圧力以上に上げることはできない。

【００１１】また、気液接触により生成されるオゾン水
は希釈されてウエーハの洗浄に用いられることから、オ
ゾン水の濃度が変動すると、ウエーハの洗浄性にばらつ
きが発生する。その結果、歩留りが低下する。

【００１２】さらに、スパイラル型膜モジュールは、ハ
ウジング内にスパイラル型膜エレメントが収容されてな
る。特に、スパイラル型膜エレメントの外周面とハウジ
ングの内周面との間に隙間がほとんどなく気体側流路材
がハウジングの内周面に接触している場合には、発生し
た凝縮水の流路が確保されず、凝縮水がハウジングの外
部に抜けにくい状態となっている。

【００１３】本発明の目的は、気体側流路で発生した凝
縮水を円滑に排出することにより、生成される気体溶解
液の濃度を一定に保つことができる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。

【００１４】

【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
ントが容器内に収容されてなるスパイラル型気液接触膜
モジュールであって、容器の外周部に気体出口が設けら
れ、スパイラル型気液接触膜エレメントの気体側流路が
気体出口に連通し、スパイラル型気液接触膜エレメント
の外周部に外周部流路材が巻き付けられたものである。

【００１５】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
の気体側流路を流れる気体が容器の外周部の気体出口よ
り外部に排出される。スパイラル型気液接触膜エレメン
トの外周部に外周部流路材が巻き付けられているので、
気体側流路に発生した凝縮水は外周部流路材に沿って速
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、気体とともに容器の気体出口から外部に円滑に
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、気体溶解液の濃度が一定
に保たれる。

【００１６】外周部流路材が溝部を有することが好まし
い。この場合、溝部が凝縮水の流路となり、気体側流路
に発生した凝縮水が外周部流路材の溝部を通って外部に
円滑に排出される。

【００１７】溝部がスパイラル型気液接触膜エレメント
の周方向に延びることが好ましい。それにより、気体側
流路材に発生した凝縮水が気体の流れにのってスパイラ
ル型気液接触膜エレメントの外周部を周方向に流れつつ
容器の気体出口から外部に円滑に排出される。

【００１８】溝部が連続形状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。

【００１９】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。

【００２０】外周部流路材が、複数の縦糸と複数の縦糸
に交差する複数の横糸とにより構成され、複数の縦糸間
に溝部が形成されてもよい。この場合、気体側流路に発
生した凝縮水は気体とともに外周部流路材の複数の縦糸
間の溝部を通って容器の気体出口から外部に速やかに排
出される。

【００２１】縦糸の外径が横糸の外径以上であることが
好ましい。これにより、外周部流路材の厚さを抑えつつ
縦糸間に凝縮水の流路となる溝部を形成することができ
る。

【００２２】横糸の外径が縦糸の外径の２分の１以下で
あることが好ましい。それにより、外周部流路材の厚さ
を厚くすることなく縦糸間に十分な深さの溝部を形成す
ることができる。したがって、凝縮水の十分な流路を確
保しつつ外周部流路材の厚さが厚くなることによるコス
トの上昇および容器の外径が不必要に大きくなることに
よるコストの上昇を防止することができる。

【００２３】縦糸の外径が１００μｍよりも小さいと、
溝部の深さが浅くなり、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、凝縮水を外部に円滑に排出することができない。一
方、縦糸の外径が５００μｍよりも大きいと、外周部流
路材を含めたスパイラル型気液接触膜エレメントの外径
が大きくなり、容器の外径も大きくなる。それにより、
材料費が高くなるとともに、設置スペースが増大し、不
経済となる。

【００２４】また、横糸の外径が５０μｍよりも小さい
と、外周部流路材の強度を確保することが困難となる。
一方、横糸の外径が２５０μｍよりも大きいと、外周部
流路材の厚さが大きくなり、外周部流路材を含めたスパ
イラル型気液接触膜エレメントの外径が大きくなるとと
もに、容器の外径が大きくなる。それにより、材料費が
高くなるとともに、設置スペースも増大し、不経済とな
る。

【００２５】さらに、溝部の幅が２００μｍよりも小さ
いと、気体および凝縮水が十分に流れず、凝縮水を速や
かに外部に排出することが困難になる。一方、溝部の幅
が１０００μｍよりも大きいと、外周部流路材同士が重
なり合う場合に、一方の外周部流路材の部分が他方の外
周部流路材の溝部内に陥没し、凝縮水の流路が狭くな
る。

【００２６】したがって、縦糸の外径が１００μｍ以上
５００μｍ以下であり、横糸の外径が５０μｍ以上２５
０μｍ以下であり、溝部の幅が２００μｍ以上１０００
μｍ以下であることが好ましい。

【００２７】溝部が外周部流路材の両面に設けられるこ
とが好ましい。それにより、凝縮水の流路を十分に確保
することができる。溝部が外周部流路材の片面に設けら
れてもよい。この場合、外周部流路材の厚さを小さくす
ることができる。

【００２８】溝部は外周部流路材の表側の面に設けられ
てもよく、裏側の面に設けられてもよい。

【００２９】透過性膜および外周部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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】このとき、気体側流路に発生した凝縮水が
気体とともに外周部流路材に沿って速やかに流動し、容
器の気体出口から外部に円滑に排出される。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、気体溶解液の濃度が一定に保たれる。

【００３３】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、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前記筒形容器の少なくとも一端
部の第２の流体口に連通し、スパイラル型気液接触膜エ
レメントの外周部に外周部流路材が設けられたものであ
る。

【００３４】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、液体は、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、気体
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。

【００３５】筒形容器の内部において、液体は有孔中空
管にほぼ平行に流動し、気体は多孔質膜を介して液体と
ほぼ直交する方向にスパイラル状に流動する。液体と気
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。

【００３６】第２の流路に発生した凝縮水は、外周部流
路材に沿ってスパイラル型気液接触膜エレメントの外周
部を速やかに流れ、第２の流体口から外部へ円滑に排出
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、気体溶解度の濃度が一定に保
たれる。

【００３７】

【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。

【００３８】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。

【００３９】図１に示すスパイラル型気液接触膜モジュ
ール１は、圧力容器であるハウジング２およびハウジン
グ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。ハウジング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、ハウ
ジング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。

【００４０】有孔中空管からなる気体供給管１１の一方
端はハウジング２の一方端部３を貫通して気体入口１１
ａ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
１１ｂが形成されている。

【００４１】また、後述するように、スパイラル型気液
接触膜エレメント１０の外周部には溝構造スペーサ５０
が巻き付けられている。

【００４２】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。

【００４３】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）またはＮｅｗＰＦＡが
好適に用いられる。ここで、ＮｅｗＰＦＡとは、ＰＦＡ
の両末端基が不安定基であったものをＣＦ₃ 基に変える
ことにより化学的に一番安定な構造を持ち、よりピュア
なフッ素樹脂である。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。

【００４４】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。さ
らに、溝構造スペーサ５０はＮｅｗＰＦＡにより形成さ
れる。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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ハウジング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。

【００４８】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、内周側封止部２１ａ、外周
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。

【００４９】図５は図２のスパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の外周部への溝構造スペーサ５０の巻き付け
を示す斜視図である。図６は溝構造スペーサ５０が巻き
付けられたスパイラル型気液接触膜エレメント１０の軸
方向の断面図である。図７は溝構造スペーサ５０の一例
を示す平面図、図８は溝構造スペーサ５０の断面図であ
る。

【００５０】図５および図６に示すように、スパイラル
型気液接触膜エレメント１０の外周部に溝構造スペーサ
５０が巻き付けられる。この溝構造スペーサ５０は、１
重に巻き付けてもよく、あるいは多重に巻き付けてもよ
い。

【００５１】図７および図８に示すように、溝構造スペ
ーサ５０は、平行に配列された複数の縦糸５１と、縦糸
５１に直交するように配列された複数の横糸５２とによ
り構成される。本実施の形態では、縦糸５１を２本ずつ
束ねて凸部５４を形成し、凸部５４間に溝部５３を形成
している。横糸５２は、縦糸５１を一定間隔で固定する
ために用いている。

【００５２】図５に示すように、溝構造スペーサ５０
は、矢印Ｒで示すように、スパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の軸方向に対して垂直方向に溝部５３が延び
るようにスパイラル型気液接触膜エレメント１０の外周
部に巻き付けられる。本実施の形態では、溝構造スペー
サ５０を４重に巻き付けている。

【００５３】図５および図６の溝構造スペーサ５０にお
いて、縦糸の外径Ｄが１００μｍよりも小さいと、溝部
５３の深さが浅くなり、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、凝縮水を外部に円滑に排出することができない。一
方、縦糸５１の外径Ｄが５００μｍよりも大きいと、溝
構造スペーサ５０を含めたスパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の外径が大きくなり、ハウジング２の外径も
大きくなる。それにより、材料費が高くなるとともに、
設置スペースが増大し、不経済となる。したがって、縦
糸５１の外径Ｄは１００〜５００μｍであることが好ま
しい。

【００５４】また、横糸５２の外径ｄが５０μｍよりも
小さいと、溝構造スペーサ５０の強度を確保することが
困難となる。一方、横糸５２の外径ｄが２５０μｍより
も大きいと、溝構造スペーサ５０の厚さが大きくなり、
溝構造スペーサ５０を含めたスパイラル型気液接触膜エ
レメント１０の外径が大きくなるとともに、ハウジング
２の外径が大きくなる。それにより、材料費が高くなる
とともに、設置スペースも増大し、不経済となる。した
がって、横糸５２の外径ｄは５０〜２５０μｍであるこ
とが好ましい。

【００５５】さらに、溝部５３の幅Ｗが２００μｍより
も小さいと、気体および凝縮水が十分に流れず、凝縮水
を速やかに外部に排出することが困難になる。一方、溝
部５３の幅Ｗが１０００μｍよりも大きいと、溝構造ス
ペーサ５０同士が重なりあう場合、一方の溝構造スペー
サ５０の部分が他方の溝構造スペーサ５０の溝部５３内
に陥没し、凝縮水の流路が狭くなる。したがって、溝部
５３の幅Ｗは２００〜１０００μｍであることが好まし
い。

【００５６】さらに、溝部５３間の凸部５４の幅が２０
０μｍよりも小さいと、溝構造スペーサ５０の強度が低
下し、凸部５４が潰れてしまう可能性がある。一方、凸
部５４の幅が１０００μｍよりも大きいと、流路が狭く
なり、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５４の幅は２００〜１０００μｍであるこ
とが好ましい。

【００５７】本実施の形態では、縦糸５１の外径Ｄを２
５０μｍとし、横糸５２の外径ｄを８０μｍとし、溝部
５３の幅Ｗを４５０μｍとする。

【００５８】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、ハウジ
ング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。

【００５９】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、ハウジング２の内側の円筒形空間１８
ａ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。

【００６０】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。

【００６１】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、
ハウジング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。

【００６２】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に沿ってオゾンガス２５
とともにスパイラル状に流動し、スパイラル型気液接触
膜エレメント１０の外周部に排出される。そして、凝縮
水８は、気体供給管１１にほぼ直交する方向に延びる溝
構造スペーサ５０の溝部５３に沿ってオゾンガス２５と
ともに円周方向に流動し、気体出口７から排出される。
この場合、溝構造スペーサ５０の溝部５３は直線的かつ
連続的にスパイラル型気液接触膜エレメント１０の外周
部の円周方向に延びているため、凝縮水８は気体出口７
まで円滑に流動できる。

【００６３】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、オゾン水濃度が一定に保た
れる。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。

【００６４】図９は溝構造スペーサ５０の他の例を示す
断面図である。図９に示す溝構造スペーサ５０において
は、複数の横糸５２の両側に複数の縦糸５１からなる凸
部５４が配置され、凸部間に溝部５３が形成されてい
る。それにより、図９の溝構造スペーサ５０は、両面に
複数の溝部５３を有する。

【００６５】図９の溝構造スペーサ５０をスパイラル型
気液接触膜エレメント１０の外周部に巻き付けた場合に
も、気体側流路に発生した凝縮水を気体出口７から円滑
に排出することができる。

【００６６】

【実施例】ここで、以下に示す実施例、比較例１および
比較例２のスパイラル型気液接触膜モジュールを作製
し、凝縮水が滞留することにより上昇する気体側の圧力
損失を測定した。

【００６７】実施例では、スパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の外周部に図７および図８に示した溝構造ス
ペーサ５０を巻き付け、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。

【００６８】比較例１では、図２のスパイラル型気液接
触膜エレメント１０の外周部に平織りネットを巻き付
け、スパイラル型気液接触膜モジュールを作製した。

【００６９】比較例２では、図２のスパイラル型気液接
触膜エレメント１０の外周部に何も巻き付けずに、スパ
イラル型気液接触膜モジュールを作製した。

【００７０】なお、実施例、比較例１および比較例２に
おいて、疎水性多孔質膜としてＰＴＦＥ疎水性多孔質膜
ＮＴＦ１１２１を用いた。また、膜モジュールのサイズ
はドームの直径が８４ｍｍ、長さが３１０ｍｍであり、
有効膜面積は約０．５ｍ²である。

【００７１】気体入口１１ａから１０体積％のオゾンガ
スを流量を変化させて供給し、液体入口４から温度２５
℃の純水を圧力２ｋｇｆ／ｃｍ²および流量５Ｌ／ｍｉ
ｎで供給し、気体側流路の気体流量と気体流路側におけ
る圧力損失（凝縮時の圧力損失）との関係を測定した。

【００７２】図１０に実施例、比較例１および比較例２
の気体流量と気体側流路の圧力損失との関係の測定結果
を示す。

【００７３】図１０に示すように、スパイラル型気液接
触膜エレメント１０の外周部に何も巻き付けていない比
較例２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させることができず、流量の
増加に伴って気体側流路における圧力損失が増加した。

【００７４】また、スパイラル型気液接触膜エレメント
１０の外周部に平織りネットを巻き付けた比較例１のス
パイラル型気液接触膜モジュールでは、気体側流路にお
ける圧力損失の増加が比較例２に比べて小さくなった。

【００７５】これに対し、スパイラル型気液接触膜エレ
メント１０の外周部に溝構造スペーサ５０を巻き付けた
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、流量の増加
に伴う気体側流路における圧力損失の増加が最も低く抑
えられた。

【００７６】これらの結果から、スパイラル型気液接触
膜エレメント１０の外周部に溝構造スペーサ５０を巻き
付けることにより、凝縮水をモジュール外へ円滑に排出
することができることがわかる。

【００７７】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、凝縮水が発生しても、溝構
造スペーサ５０の溝部５３を通って外部に円滑に排出さ
れるので、一定濃度の気体溶解液を供給することが可能
となる。

【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】スパイラル型気液接触膜エレメントへの溝構造
スペーサの巻き付けを示す斜視図である。

【図６】溝構造スペーサが巻き付けられたスパイラル型
気液接触膜エレメントの断面図である。

【図７】溝構造スペーサの一例を示す平面図である。

【図８】溝構造スペーサの一例を示す断面図である。

【図９】溝構造スペーサの他の例を示す断面図である。

【図１０】実施例、比較例１および比較例２のスパイラ
ル型気液接触膜モジュールにおける気体側流路の気体流
量と気体流路側圧力損失との関係の測定結果を示す図で
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ハウジング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５０溝構造スペーサ５１縦糸５２横糸５３溝部５４凸部

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が容器内に収容さ
れてなるスパイラル型気液接触膜モジュールであって、
前記容器の外周部に気体出口が設けられ、前記スパイラ
ル型気液接触膜エレメントの気体側流路が前記気体出口
に連通し、前記スパイラル型気液接触膜エレメントの外
周部に外周部流路材が巻き付けられたことを特徴とする
気液接触膜モジュール。
【請求項２】前記外周部流路材が溝部を有することを
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。
【請求項３】前記溝部が前記スパイラル型気液接触膜
エレメントの周方向に延びることを特徴とする請求項２
記載のスパイラル型気液接触膜モジュール。
【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２または３記載のスパイラル型気液接触
膜モジュール。
【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２〜４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６】前記外周部流路材が、複数の縦糸と前記
複数の縦糸に交差する複数の横糸とにより構成され、前
記複数の縦糸間に前記溝部が形成されたことを特徴とす
る請求項２〜５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】前記縦糸の外径が前記横糸の外径以上で
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。
【請求項８】前記横糸の外径が前記縦糸の外径の２分
の１以下であることをことを特徴とする請求項７記載の
スパイラル型気液接触膜モジュール。
【請求項９】前記縦糸の外径が１００μｍ以上５００
μｍ以下であり、前記横糸の外径が５０μｍ以上２５０
μｍ以下であり、前記溝部の幅が２００μｍ以上１００
０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいず
れかに記載の気液接触膜モジュール。
【請求項１０】前記透過性膜および前記外周部流路材
がフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１〜９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。
【請求項１１】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１〜１０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。
【請求項１２】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、前記スパイラ
ル型気液接触膜エレメントの外周部に外周部流路材が設
けら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。