JP2002102640A

JP2002102640A - ガス分離モジュールおよびガス分離装置

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Publication number: JP2002102640A
Application number: JP2000296942A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yuu; 喜裕由宇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2002-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】全体にわたって高いガス分離効率を有するガス
分離モジュールおよびガス分離装置を提供する。【解決手段】ハウジング５内に、長尺状の多孔質管から
なり複数のガスからなる被処理ガスから特定のガスのみ
を選択的に透過して分離可能なガス分離フィルタ２を複
数本収束してなるフィルタ収束体４を収納、封止してな
り、ハウジング５のフィルタ収束体４の一端側に配設し
た第１のガス導入口（被処理ガス導入口）８からガス分
離フィルタ２の外面側に被処理ガスを導入して、前記特
定のガスを選択的に前記ガス分離フィルタ内面に透過し
てなるガス分離モジュール１において、ガス分離フィル
タ２の長手方向の途中にガスを補足的に導入して前記被
処理ガスと混合するための第２ガス導入口１２を配設す
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、複数種のガスを
含有する被処理ガス、特に水との共沸化合物である有機
溶剤（有機蒸気）と水蒸気とを含むガス中から水蒸気等
の特定ガスを分離するためのガス分離モジュールおよび
ガス分離装置に関し、特に、多量の被処理ガスを処理す
るためのガス分離モジュールおよびガス分離装置に関す
る。

【０００２】

【従来技術】近年、複数種のガス、例えばＨ₂、Ｎ₂、
Ｏ₂、ＣＯ₂、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）等のフッ
素化合物の蒸気や、水蒸気、有機蒸気等のガスの混合物
から特定のガスを分離する研究が積極的に進められてい
る。

【０００３】一方、有機物を含む水溶液の濃縮方法は一
般に蒸留法が採用されており、また、通常の蒸留により
分離できない共沸混合物や沸点の近い有機物の場合に
は、共沸蒸留法や抽出蒸留法が用いられているが、大量
のエネルギーを必要とすること、装置が大型化すること
が大きな問題となっている。

【０００４】そこで、最近では、分離膜の一方の表面に
有機物を含む水溶液を接触させ、他の表面を減圧するか
または乾燥ガスを流して水蒸気を膜内に選択的に浸透、
透過させて分離するパーベーパレーション法が提案さ
れ、処理方法が容易かつ省エネルギーであるとして注目
されている。

【０００５】また、特開昭６３−２５８６０１号公報で
は、蒸留法では分離が困難な水と共沸する有機溶剤とを
分離する方法として、共沸した有機蒸気と水蒸気とを含
む混合ガスを多数の細孔を有するガス分離フィルタに被
着形成したガス分離膜に接触せしめ、該細孔内を水蒸気
が選択的に透過することにより、分離膜の他表面側に分
離し、共沸した有機物を濃縮する方法が提案され、この
方法によれば高い分離性能が得られることが示されてい
る。さらに、同号公報によれば、ガス分離フィルタとし
て内径２０〜１６００μｍ程度、外径５０〜２０００μ
ｍ程度の中空糸等の管状体が用いられている。

【０００６】他方、最近、半導体製造用の処理溶剤とし
て水だけでなく複数種の有機溶剤が使用されているが、
中でも、水との共沸化合物、例えばイソプロピルアルコ
ール（ＩＰＡ）等の有機溶剤が広く用いられ、これら水
と有機溶剤とを含む多量の廃液の処理方法が検討されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開昭６３−２５８６０１号公報に記載されたガス分離
フィルタによれば、水（水蒸気）とイソプロピルアルコ
ール（ＩＰＡ）等の水との共沸化合物である有機溶剤
（有機蒸気）を含む多量の廃液を蒸気化したガス（廃液
ガス）を被処理ガスとして処理する場合、フィルタの被
処理ガス導入側端部付近、すなわちフィルタの上流側で
は水の濃度が高くガス分離膜の細孔内を分離膜との親和
性が高い水がガス分離膜内に充填されて透過する、いわ
ゆる毛管凝縮機構によって選択的にガス分離膜の細孔内
を他表面側に透過して水を分離することができるもの
の、被処理ガスがフィルタ内を通過するにつれて被処理
ガスの流量が低下する結果、フィルタの下流側では流体
の流れが極端に低下して、フィルタの壁面近傍に流体の
変動速度が極端に低下する、いわゆる境膜の形成厚み
（領域）が厚くなり、かつフィルタの下流側では水の濃
度が低下することから、フィルタの下流側では水の分離
効率が低下してしまい、モジュール全体としての分離性
能の向上には限界があった。

【０００８】本発明は上記課題に対してなされたもの
で、その目的は、モジュール全体として高いガス分離性
能を維持でき、多量の被処理ガスを効率よく処理できる
ガス分離モジュールおよびガス分離装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題に
対しガス分離フィルタの構造について検討した結果、フ
ィルタの下流側の被処理ガス流量が低下する領域に新規
のガスを補足的に導入するか、またはフィルタ収束体を
収納したガス分離モジュールを複数本直列接続するガス
分離装置において、被処理ガス排出側（下流側）に位置
するモジュールの被処理ガス流路の断面積を、被処理ガ
ス導入側（上流側）に位置するモジュールの被処理ガス
流路の断面積よりも小さくすることによって、下流側で
の被処理ガス密度（流速）を増してガス分離効率を高め
ることができ、モジュールおよび装置全体として高いガ
ス分離性能を維持でき、ガス分離効率を向上できること
を知見した。

【００１０】すなわち、本発明のガス分離モジュール
は、ハウジング内に、長尺状の多孔質管からなり複数の
ガスからなる被処理ガスから特定のガスのみを選択的に
透過して分離可能なガス分離フィルタを複数本収束して
なる収束体を収納、封止してなり、前記ハウジングの前
記収束体の一端側に配設した第１のガス導入口から前記
ガス分離フィルタの外面側に被処理ガスを導入して、前
記特定のガスを選択的に前記ガス分離フィルタ内面に透
過してなるガス分離モジュールであって、前記ガス分離
フィルタの長手方向の途中にガスを補足的に導入して前
記被処理ガスと混合するための第２ガス導入口を配設し
たことを特徴とするものである。

【００１１】ここで、前記第２ガス導入口を前記ハウジ
ングの壁面に配設するか、または前記ガス分離フィルタ
の収束体内に円筒管を収束して、該円筒管に前記第２ガ
ス導入口をなす孔を形成することが望ましい。

【００１２】また、前記第２のガス導入口から前記被処
理ガス以外の成分を導入するか、または前記ガス分離フ
ィルタの内面に前記第２のガス導入口から導入される被
処理ガス以外の成分を流すことが望ましい。

【００１３】さらに、前記被処理ガスが水蒸気と有機蒸
気とを含有し、前記ガス分離膜によって前記水蒸気を透
過、分離することが望ましい。

【００１４】また、本発明のガス分離装置は、ハウジン
グ内に、長尺状の多孔質管からなり複数のガスからなる
被処理ガスから特定のガスのみを選択的に透過して分離
可能なガス分離フィルタを複数本収束してなる収束体を
収納、封止し、前記ハウジングに配設した第１のガス導
入口から前記ガス分離フィルタの一方の表面側に被処理
ガスを導入して、前記特定のガスを選択的に前記ガス分
離フィルタの他方の表面に透過してなるガス分離モジュ
ールを複数本直列接続し、各ガス分離モジュール内に順
次被処理ガスを導入して前記ガス分離フィルタにて特定
ガスを分離するガス分離装置であって、前記ガス分離モ
ジュール同士の接続部に第２のガス導入口を配設したこ
とを特徴とするものである。

【００１５】さらに、本発明の他のガス分離装置は、ハ
ウジング内に、長尺状の多孔質管からなり複数のガスか
らなる被処理ガスから特定のガスのみを選択的に透過し
て分離可能なガス分離フィルタを複数本収束してなる収
束体を収納、封止し、前記ハウジングに配設した第１の
ガス導入口から前記ガス分離フィルタの一方の表面側に
被処理ガスを導入して、前記特定のガスを選択的に前記
ガス分離フィルタの他方の表面に透過してなるガス分離
モジュールを複数本直列接続し、各ガス分離モジュール
内に順次被処理ガスを導入して前記ガス分離フィルタに
て特定ガスを分離するガス分離装置であって、前記複数
のガス分離モジュールのうち、被処理ガス排出側のガス
分離モジュールにおける被処理ガス流路の断面積が、被
処理ガス導入側のガス分離モジュールにおける被処理ガ
ス流路の断面積よりも小さいことを特徴とするものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のガス分離モジュールの一
例について、その概略断面図を図１に示す。図１によれ
ば、ガス分離モジュール１はガス分離フィルタ２（以
下、フィルタ２と略す。）を複数本収束し、その両端が
固定部材３にて固定されたフィルタ収束体４を、ハウジ
ング５内に収納、封止している。なお、フィルタ収束体
４は、ガスケット６によってハウジング５内壁面に固定
されている。

【００１７】また、ハウジング５には、系内に被処理ガ
スを導入するための被処理ガス導入口８、フィルタ２を
透過した特定ガスを排出するための透過ガス排出口９お
よびフィルタ２を透過することなく管外を通過した被処
理ガス（残部ガス）をモジュールの系外へ排出、回収す
るための残部ガス排出口１０が形成されている。なお、
図１によれば、被処理ガス導入口８および残部ガス排出
口１０はハウジング５の側面に形成され、かつ透過ガス
排出口９はハウジング５の長手方向の端面に形成されて
いる。

【００１８】また、ガス分離モジュール１においては、
被処理ガス導入口８からハウジング５内に被処理ガスを
導入してフィルタ２の外表面に接触せしめ、被処理ガス
中からフィルタ２の内面にガスを透過させる。この透過
ガスはフィルタ２を通過して透過ガス排出口９からハウ
ジング外へ排出される。また、フィルタ２を透過しない
被処理ガス（残部ガス）はハウジング５内を残部ガス排
出口１０側へと導かれる。

【００１９】本発明によれば、上記３つのガス出入口に
加えて、被処理ガスの流路の途中にガスを補足的に導入
するための第２ガス導入口１２を配設したことが大きな
特徴であり、これによって、被処理ガスの流路の下流
側、すなわちフィルタ２の下流側でガス密度の低下に伴
ってフィルタ２の被処理ガスを接触する壁面に形成され
る境膜の厚みが厚くなることを防止し、ガス分離効率が
低下することを抑制して、モジュール全体としてガス分
離性能を高めることができる。

【００２０】また、図１のモジュール１によれば、被処
理ガス流路の途中に設けられた第２ガス導入口１２から
補足的にガスを導入して被処理ガスと混合され、該混合
ガスは被処理ガス流路の流側に導かれつつ、フィルタ２
にて特定ガスの透過、分離が行われた後、残部ガス排出
口１０からハウジング５外へと排出される。

【００２１】なお、図１によれば、第２ガス導入口１２
はハウジング５壁面のフィルタ２の長手方向の途中に対
応する位置に形成されている。

【００２２】また、第２ガス導入口１２の配設位置は被
処理ガス流路内であれば特に限定されないが、被処理ガ
ス流量の制御の容易性の点で中央部、または中央より下
流側であることが好ましい。また、第２ガス導入口１２
と同じ機能を有する他のガス導入口を１つ以上追加形成
してもよい。

【００２３】また、第２ガス導入口１２にて導入される
ガスは、被処理ガスと同じ成分であってもよく、また
は、例えば他の化合物を生成したり、酸化され分解する
可能性のないＨｅ、Ｎ₂、Ａｒ等の不活性なガス等で被
処理ガス以外の成分であってもよい。

【００２４】さらに、固定部材３およびハウジング５
は、塩化ビニルやポリウレタン等の樹脂、ステンレス等
の金属、アルミナやジルコニア等の緻密質セラミックス
あるいはガラス等のガスを透過しない部材によって形成
されるが、ハウジング５については系内を加圧または減
圧する場合や系内を加熱する場合には金属やセラミック
スまたはガラス等の機械的強度が高いものが好適であ
り、またその形状は、長手方向に長く、断面が円、楕
円、矩形等の概略柱状体形状であることが望ましい。

【００２５】また、ガス分離効率を高めるために、フィ
ルタの内面側と外面側とで特定ガスの分圧差を設けるこ
とが望ましく、具体的には、特定ガスの排出面側に特定
ガス以外の他のガスを流す方法、フィルタ１の内面側を
加圧する方法、フィルタ１の外面を減圧する方法が好適
に使用可能である。

【００２６】（フィルタ）さらに、フィルタ２は、機械
的信頼性、ガス透過効率の向上、耐熱性等の点で長尺状
の多孔質支持管（以下、単に支持管と略す）の内壁面に
中間層及びガス分離膜（以下、単に分離膜と略す）が順
次被着形成された構成からなることが望ましい。

【００２７】支持管は、気孔率が２０〜４０％、平均細
孔径０．１〜２μｍの多数の細孔を有し、アルミナ、コ
ージェライト等、特にα−アルミナからなるものであっ
て、外径１．０〜１０ｍｍ、特に１．６〜４．０ｍｍ、
肉厚０．３〜１．０ｍｍ、特に０．４〜０．５ｍｍであ
ることが望ましい。また、支持管の長さは特に限定はさ
れないが、モジュール中のフィルタ２の取り扱いの点で
５００ｍｍ以下が望ましく、さらにフィルタ２の強度お
よびガス分離効率の向上の点では２００〜３００ｍｍで
あることが望ましい。

【００２８】分離膜は、有機質高分子膜も使用可能であ
るが、ガス分離性能、耐熱性および耐薬品性の点で、ア
ルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ等の無機膜、特
に容易に細孔径を制御できる点でアルミナやシリカ、ジ
ルコニア、さらにはアモルファスシリカからなることが
望ましい。さらに、分離膜の耐熱性向上の点では、シリ
カ中にジルコニニアを含有するものが望ましい。

【００２９】また、分離膜の平均細孔径は、分離するガ
ス種の分子径に応じて決定されるが、例えば、Ｎ₂、
Ｈ₂、ＣＯ₂、Ｏ₂等の無機ガス同士を分離する場合には
０．３〜０．４ｎｍ、水（水蒸気）と有機溶剤（有機蒸
気）とを分離する場合には０．４〜０．６ｎｍ、Ｎ₂と
パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）とを分離する場合に
は、０．３〜０．５ｎｍであることが望ましい。

【００３０】さらに、分離膜の膜厚は、透過ガスの透過
速度の向上、およびクラックやピンホール等の欠陥のな
い膜を作製する点で０．１〜０．５μｍ、特に０．２〜
０．３μｍであることが望ましい。

【００３１】また、中間層は、分離膜の支持管への成膜
性を高めて、薄く、欠陥のない分離膜を作製するために
設けられるものであり、例えば、アルミナ、シリカ、ジ
ルコニア、チタニア等にて形成される。また、中間層の
平均細孔径は、分離膜の成膜性の向上、およびガス分離
効率を高めるために、例えば、１．０〜１０ｎｍ程度の
支持管の平均細孔径と分離膜の平均細孔径との間である
ことが望ましい。さらに、中間層の膜厚は透過ガスの透
過速度の向上、およびクラックやピンホール等の欠陥が
なく、表面が平滑な膜を作製する点で０．１〜２μｍ、
特に０．６〜２μｍであることが望ましい。

【００３２】なお、本発明のガス分離フィルタは、
Ｈ₂、Ｎ₂、Ｏ₂、ＣＯ₂等の無機ガス、水（水蒸気）、Ｃ
Ｈ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ₃Ｈ₈、メタノール、エタノール、ｎ−
プロパノール、ｉ−プロパノール（ＩＰＡ）、アセト
ン、トルエン等の有機溶剤（有機蒸気）、ＳＦ₆、Ｎ
Ｆ₃、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボ
ン等のフッ素化合物の蒸気等の少なくとも１種を含有す
る混合ガス中から上記のうちの特定ガスを選択的に分離
できるものであるが、本発明においては、特に毛管凝縮
機構によるガス分離が発現しやすい、水と有機溶剤、特
に蒸留法による分離が困難なＩＰＡ等の水と共沸する有
機溶剤との分離に対して特に有効である。

【００３３】なお、上述した無機膜からなる支持管（−
中間層）−分離膜の構成以外にも有機高分子からなる分
離膜を用いてもよく、この場合には必ずしも支持管およ
び中間層を形成する必要はない。

【００３４】さらに、図１によれば、第２ガス導入口１
２をハウジング５の壁面に形成したものであったが、本
発明はこれに限定されるものではなく、フィルタ収束体
中にフィルタと並列に円筒管を収束し、該円筒管の下流
側に孔を形成して該孔を第２ガス導入口として用いるこ
ともできる。

【００３５】図２に、上記円筒管を第２ガス導入口とし
て用いた本発明のガス分離モジュールの他の一例を示
す。図２によれば、ガス分離モジュール１５は、上述し
たフィルタ２と並列に円筒管１６がフィルタ収束体１７
内に収束されており、円筒管１６の一端１６ａはハウジ
ング１８の端部からハウジング１８を貫通してハウジン
グ１８外へ突出している。また、円筒管１６の他端１６
ｂはフィルタ収束体１７の２つの固定部材３、３間に位
置し、この円筒管１６の他端１６ｂが第２ガス導入口２
０をなしている。なお、図２の円筒管１６はガスを透過
しない緻密質のセラミックス、金属、ガラス等によって
形成されている。

【００３６】ガス分離モジュール１５によれば、第２ガ
ス導入口２０から補足的にガスを導入することによっ
て、フィルタ２の下流側でのガス分離効率を高めること
ができ、モジュール全体としてのガス分離性能を高める
ことができる。

【００３７】なお、円筒管１６はフィルタ収束体１７
中、固定部材３の中心部に配設されることが望ましく、
これによって、特に被処理ガスの流通が悪い収束体１７
の内部でのガス分離効率を高めることができる。また、
円筒管１６を複数本配設してもよい。

【００３８】また、図２によれば、円筒管１６を緻密な
材質にて形成し、その一端（第２ガス導入口２０）が固
定部材３、３間に位置するものであったが、本発明はこ
れに限られるものではなく、例えば、円筒管を多孔質体
にて形成し、その両端が固定部材３、３を貫通して支持
されるとともに、多孔質体の長手方向の途中まで（上流
側）を緻密質膜にて被覆して封止したものや、緻密質材
料からなる円筒管をその両端が固定部材３、３を貫通し
て支持されるように形成するとともに、該緻密質材料か
らなる円筒管の被処理ガス流路の下流側に孔を少なくと
も１つ開けたものであってもよい。

【００３９】さらに、本発明によれば、ガス分離モジュ
ールを複数直列に接続したガス分離装置を形成する場
合、モジュール間の接続部分に第２ガス導入口を形成す
るものであってもよい。

【００４０】そこで、図３に本発明のガス分離装置につ
いて、その一例の概略断面図を示す。図３によれば、ガ
ス分離装置２５は、それぞれフィルタ収束体４を収納し
たガス分離モジュール（以下、モジュールと略す。）２
６とモジュール２７とが直列に接続された構造からな
る。図３によれば、モジュール２６にはモジュール２７
と接続される端部とは反対側の端部に被処理ガス導入口
２８が形成され、また、それぞれのモジュール２６、２
７の側面にはそれぞれ透過ガス排出口２９、３０が形成
され、さらに、モジュール２７のモジュール２６と接続
される端部とは反対側の端部に残部ガス排出口３２が形
成されている。

【００４１】また、図３によれば、モジュール２６とモ
ジュール２７との接続部に第２ガス導入口３４が形成さ
れている。そして、ガス分離装置２５によれば、被処理
ガス導入口２８から被処理ガスをモジュール２６内のフ
ィルタ２内面側に導入し、フィルタ２の外面側に透過、
分離した透過ガスを透過ガス排出口２９からモジュール
２６系外へ排出する。また、フィルタ２にて透過されな
い被処理ガス（残部ガス）はモジュール２６とモジュー
ル２７との接続部に導出される。

【００４２】本発明によれば、このモジュール２６から
排出された残部ガスの密度（流速）が被処理ガス導入口
２８から導入される被処理ガスの密度（流速）よりも減
じた分を補うために、第２ガス導入口３４からガスを補
足的に導入して、前記モジュール２６から排出された残
部ガスと混合し、モジュール２７のフィルタ２内に導入
することが大きな特徴であり、これによってモジュール
２７でのガス分離効率を高めることができる。なお、モ
ジュール２７のフィルタ２内に導入されたガスは、モジ
ュール２６の場合と同様に透過ガスが透過ガス排出口３
０から、残部ガスが残部ガス排出口３２からそれぞれ排
出されて分離される。

【００４３】また、本発明によれば、複数本のモジュー
ルを直列に接続してなるガス分離装置において、下流側
に位置するモジュールの被処理ガス流路の断面積が上流
側に位置するモジュールの断面積よりも小さくすること
により、各々のモジュール内での被処理ガスの密度（流
速）の差を小さくして下流側のモジュールのガス分離効
率を高めることもできる。

【００４４】図４に、並列に配設された複数本のモジュ
ールと１本のモジュールとを直列に接続した本発明の他
のガス分離装置についての概略断面図を示す。図４によ
れば、ガス分離装置３５は、並列に配設されたモジュー
ル３６、３７、３８の３本がモジュール３９と直列に接
続された構造からなる。

【００４５】各モジュール３６、３７、３８の端部に形
成された被処理ガス導入口４１、４２、４３からそれぞ
れ被処理ガスを各フィルタ内に導入し、各モジュールに
て分離された透過ガスは、フィルタ内を経由して各モジ
ュールに形成された透過ガス排出口４４、４５、４６か
らそれぞれ排出される。また、各モジュール３６、３
７、３８での残部ガスは、各モジュール３６、３７、３
８とモジュール３９との接続部で混合されて、モジュー
ル３９に導入される。

【００４６】そして、この混合されたガスはモジュール
３９のフィルタ２内に導入されることにより、モジュー
ル３９内に導入されるガス量の差を小さくして、モジュ
ール３９でのガス分離効率を高めることができる。な
お、フィルタ２内に導入されたガスは、同様に透過ガス
が透過ガス排出口４８から、残部ガスは残部ガス排出口
４９から排出されて分離される。

【００４７】さらに、本発明によれば、例えば下流側に
位置するモジュールのフィルタの本数を上流側のモジュ
ールのフィルタの本数よりも少なくしたり、ハウジング
内面の断面積を上流よりも下流側を小さくする等、サイ
ズの異なる複数本のモジュールを直列に接続することに
より、各々のモジュール内での被処理ガスの量の差を小
さくして装置全体のガス分離効率を高めることもでき
る。

【００４８】

【実施例】（実施例１）まず、純度９９．９％、平均粒
径０．１μｍのアルミナと、有機バインダと、潤滑剤
と、可塑剤と水とを混合し、押し出し成形することによ
って管状体に成形した後、大気中、１３００℃にて焼成
し、内径２．０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、支持管の長さが
３２０ｍｍの支持管で、平均細孔径０．２μｍ、気孔率
３５％を有するα−アルミナ質多孔質支持管を作製し
た。

【００４９】あらかじめ、アルミナ多孔質管端部からの
ガスのリークを防ぐために、前記アルミナ多孔質管の両
端１０ｍｍの外表面にガラスペーストを付与し、ガラス
層を形成した。

【００５０】次にγ−アルミナ粉末を硝酸酸性の水溶液
中に超音波を利用して高分散させたアルミナを含有する
溶液を用い、前記アルミナ多孔質支持管外表面を高分子
フィルムにて覆い、前記溶液内に浸漬し３０秒保持した
後、５ｍｍ／秒の速度で引き上げ、室温で1時間乾燥し
た後、引き続いて５００℃で１時間保持し、その後、室
温まで冷却して多孔質支持管内壁面に中間層を被着形成
した。

【００５１】次に、ＳｉのアルコキシドとＺｒのアルコ
キシドをエタノール溶媒下で複合化した後、加水分解し
て作製したＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂ゾルを前記中間層が付与さ
れた多孔質支持管内表面に浸漬により付与し、前記同
様、乾燥、５００℃で熱処理した。この一連の操作を４
回繰り返し行い、フィルタを作製した。得られたフィル
タ１６６本の両端を緻密なアルミナ製の固定部材にて固
定してフィルタ収束体を作製した。

【００５２】このフィルタ収束体を、ステンレス製で、
内径１２ｃｍ、長さ４０ｃｍの概略円筒形状、かつ図１
の形状のハウジング内に固定して図１に示すガス分離モ
ジュールを作製した。なお、第２ガス導入口はハウジン
グの長さの中央（両端から２０ｃｍ）の位置に配設し
た。

【００５３】そして、得られたガス分離モジュールにつ
いて、被処理ガス導入口よりイソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）を１０体積％と水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を９０体積
％とを含有した１３０℃の混合ガスを１０ｇ／分の流速
で流すとともに、透過ガス排出口を真空ポンプで５０ｋ
Ｐａに減圧した。また、第２成分ガスとして窒素ガス
（純度９９．９％）を１００ｍｌ／分の流速で導入し
た。残部ガス排出口は冷却装置で−１℃に冷却し、液体
の状態で回収した。

【００５４】さらに、残部ガス排出口より排出、回収さ
れた液体中の水とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の
濃度をそれぞれガスクロマトグラフィーにて測定した。
その結果、ＩＰＡの濃度は７０％に濃縮された。

【００５５】（実施例２）実施例１のフィルタ収束体を
用いて図２のガス分離モジュールを作製した。なお、円
筒管は固定部材の中心に、かつ円筒管の第２のガス導入
口をなす端部がフィルタ２の中央（両固定部材間の中
央）の位置とした。実施例１と同様に水蒸気とイソプロ
ピルアルコール（ＩＰＡ）の濃度（ガス分離性能）を測
定した結果、ＩＰＡ濃度は７４％に濃縮された。

【００５６】（実施例３）実施例１のフィルタ収束体を
図３に示すようなハウジングに固定した以外は、実施例
１と同様に水蒸気とイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）
の濃度（ガス分離性能）を測定した結果、ＩＰＡの濃度
は６８％に濃縮された。

【００５７】（実施例４）実施例１のフィルタ収束体を
図４に示すようなハウジングに固定し、得られたガス分
離モジュールについて、それぞれの被処理ガス導入口よ
り実施例１の混合ガスをそれぞれ１０ｇ／分の流速で流
すとともに、透過ガス排出口を真空ポンプで５０ｋＰａ
に減圧する以外は実施例１と同様に水蒸気とイソプロピ
ルアルコール（ＩＰＡ）の濃度（ガス分離性能）を測定
した結果、ＩＰＡの濃度は７４％に濃縮された。

【００５８】（比較例）実施例１のガス分離モジュール
において、第２ガス導入口を形成しない以外は実施例１
と同様にガス分離モジュールを作製し、ＩＰＡと水の分
離性能（濃度）を測定した結果、ＩＰＡの濃度が５０％
であり、濃縮率が低いものであった。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明のガス分離
モジュールによれば、フィルタの下流側の被処理ガス流
量が低下する領域に新規のガスを追加導入するか、また
はフィルタ収束体を収納したガス分離モジュールを複数
本直列接続したガス分離装置において、被処理ガス排出
側（下流側）の被処理ガス流路の断面積を、被処理ガス
導入側（上流側）の被処理ガス流路の断面積よりも小さ
くすることによって、下流側の被処理ガス流路での被処
理ガス密度および流速を増してガス分離特性を高めるこ
とができ、モジュールおよび装置全体として高いガス分
離性能を維持でき、ガス分離効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス分離モジュールの一例を示す概略
断面図である。

【図２】本発明のガス分離モジュールの他の一例を示す
概略断面図である

【図３】本発明のガス分離装置の一例を示す概略断面図
である。

【図４】本発明のガス分離装置の他の一例を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１、１５、２６、２７、３６、３７、３８、３９ガ
ス分離モジュール２フィルタ３固定部材４、１７フィルタ収束体５、１８ハウジング６ガスケット８、２１、２８、４１、４２、４３被処理ガス導入
口９、２２、２９、３０、４４、４５、４６、４８透
過ガス排出口１０、２３、３２、４９残部ガス排出口１２、２０、３４第２ガス導入口１６円筒管２５、３５ガス分離装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジング内に、長尺状の多孔質管からな
り複数のガスからなる被処理ガスから特定のガスのみを
選択的に透過して分離可能なガス分離フィルタを複数本
収束してなる収束体を収納、封止してなり、前記ハウジ
ングの前記収束体の一端側に配設した第１のガス導入口
から前記ガス分離フィルタの外面側に被処理ガスを導入
して、前記特定のガスを選択的に前記ガス分離フィルタ
内面に透過してなるガス分離モジュールであって、前記
ガス分離フィルタの長手方向の途中にガスを補足的に導
入して前記被処理ガスと混合するための第２ガス導入口
を配設したことを特徴とするガス分離モジュール。
【請求項２】前記第２ガス導入口を前記ハウジングの壁
面に配設したことを特徴とする請求項１記載のガス分離
モジュール。
【請求項３】前記ガス分離フィルタの収束体内に円筒管
を収束して、該円筒管に前記第２ガス導入口をなす孔を
形成することを特徴とする請求項１記載のガス分離モジ
ュール。
【請求項４】前記第２のガス導入口から前記被処理ガス
以外の成分を導入することを特徴とする請求項１乃至３
のいずれか記載のガス分離モジュール。
【請求項５】前記ガス分離フィルタの内面に前記第２の
ガス導入口から導入される被処理ガス以外の成分を流す
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のガス
分離モジュール。
【請求項６】前記被処理ガスが水蒸気と有機蒸気とを含
有し、前記ガス分離膜によって前記水蒸気を透過、分離
することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の
ガス分離モジュール。
【請求項７】ハウジング内に、長尺状の多孔質管からな
り複数のガスからなる被処理ガスから特定のガスのみを
選択的に透過して分離可能なガス分離フィルタを複数本
収束してなる収束体を収納、封止し、前記ハウジングに
配設した第１のガス導入口から前記ガス分離フィルタの
一方の表面側に被処理ガスを導入して、前記特定のガス
を選択的に前記ガス分離フィルタの他方の表面に透過し
てなるガス分離モジュールを複数本直列接続し、各ガス
分離モジュール内に順次被処理ガスを導入して前記ガス
分離フィルタにて特定ガスを分離するガス分離装置であ
って、前記ガス分離モジュール同士の接続部に第２のガ
ス導入口を配設したことを特徴とするガス分離装置。
【請求項８】ハウジング内に、長尺状の多孔質管からな
り複数のガスからなる被処理ガスから特定のガスのみを
選択的に透過して分離可能なガス分離フィルタを複数本
収束してなる収束体を収納、封止し、前記ハウジングに
配設した第１のガス導入口から前記ガス分離フィルタの
一方の表面側に被処理ガスを導入して、前記特定のガス
を選択的に前記ガス分離フィルタの他方の表面に透過し
てなるガス分離モジュールを複数本直列接続し、各ガス
分離モジュール内に順次被処理ガスを導入して前記ガス
分離フィルタにて特定ガスを分離するガス分離装置であ
って、前記複数のガス分離モジュールのうち、被処理ガ
ス排出側のガス分離モジュールにおける被処理ガス流路
の断面積が、被処理ガス導入側のガス分離モジュールに
おける被処理ガス流路の断面積よりも小さいことを特徴
とするガス分離装置。