JP2003019422A - セラミックス中空糸膜モジュール - Google Patents
セラミックス中空糸膜モジュールInfo
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Abstract
ラミックス中空糸膜を多数束ねた中空糸膜モジュールに
あって、高温下の使用においても所要の気密性を維持で
きるセラミックス中空糸膜モジュールを提供する。 【解決手段】 セラミックス中空糸膜をセラミックス製
の束着管に束着材とによって固定して封止し、その束着
管の両端の少なくとも一方側に伸縮可能な膨脹吸収管を
気密性を確保して接合したセラミックス中空糸膜モジュ
ール。このセラミックス中空糸膜モジュールは、中空糸
膜モジュールを金属製のハウジングに収容して、ガスを
そのハウジング内に供給して中空糸膜に透過させかつハ
ウジング外に排出可能に構成して用いられる。
Description
糸膜モジュールに関する。更に詳しくは、高温下の使用
においても気密性にすぐれたセラミックス中空糸膜モジ
ュールに関する。
Al2O3、SiO2、ZrO2等のセラミックス粉末を高充填した
紡糸原液を用いて乾湿式紡糸し、得られた複合中空糸膜
を焼成することにより、孔径が約0.1〜6μm、外径が約
0.5〜4mmの多孔質セラミックス中空糸膜が得られたこと
は周知である(特公平5-066343号公報)。
単体でも水処理などのロ過膜として用いることができる
が、これを支持体として用い、中空糸膜表面にシリカ層
などの機能性分離層を複合、形成させることにより、ガ
ス分離膜としての利用も図られる。この場合、これらの
多孔質セラミックス中空糸膜は、1本乃至数百本程度を
アルミナ、ジルコニア等からなる束着管に収容させた膜
モジュールの状態で、金属製等のハウジングに取付けて
用いられる。
空糸膜モジュールに通して透過させた後に回収するため
に、そのセラミックス中空糸膜モジュールを例えばSUS
製のハウジング容器に収容しており、セラミックス中空
糸膜モジュールとハウジングの間の膜内外でガスが互い
にリークしないように気密性が要求されることから、ハ
ウジングとの部材間にO−リングが装着されている。
モジュールにおいては、使用温度が300℃以下では上記O
−リングがその耐久性を維持することができるが、300
℃以上では劣化してしまうため、セラミックス中空糸膜
モジュールとこれを収容するハウジングとの間の気密性
を確保できないといった問題があった。また、SUSなど
金属製ハウジングとセラミックス中空糸膜モジュールと
の熱膨張係数は大きく異なるため、高温下で使用すると
熱膨張の差でいずれか一方が破壊してしまうという事態
を招くこともあった。
ガス分離膜として利用される多孔質のセラミックス中空
糸膜を多数束ねた中空糸膜モジュールにあって、高温下
の使用においても所要の気密性を維持できるセラミック
ス中空糸膜モジュールを提供することにある。
セラミックス中空糸膜をセラミックス製の束着管に束着
材とによって固定して封止し、その束着管の両端の少な
くとも一方側に伸縮可能な膨脹吸収管を気密性を確保し
て接合したことを特徴とするセラミックス中空糸膜モジ
ュールによって達成される。このセラミックス中空糸膜
モジュールは、中空糸膜モジュールを金属製のハウジン
グに収容して、ガスをそのハウジング内に供給して中空
糸膜に透過させかつハウジング外に排出可能に構成して
用いられる。
ス中空糸膜モジュールの製造方法の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図1に示すよう
に、多孔質のセラミックス中空糸膜1は、一般にAl
2O3、Y2O3、MgO、SiO2、Si3N4、ZrO2等の粉末を分散さ
せた高分子物質の有機溶媒溶液を乾湿式で紡糸すること
により得られ、孔径が0.1〜6.0μm、好ましくは約0.2
〜2.0μmのものであり、また外径は約0.5〜4.0mm、好
ましくは約1〜3mm程度であって、膜厚が約0.1〜0.5mm程
度、好ましくは約0.15〜0.3mm程度のものである。そう
したセラミックス中空糸膜1の1本から数100本程度を
束ねて膜モジュール化し、それを束着管10に全体的に
収容した状態で用いる。
状は、管の両端部11,12を少なくとも約20〜50mm残
し、好ましくは約30〜40mmを残して管長さの大部分であ
る管中央部を切除して切欠部13を設けている。この切
欠部13の大きさは円周の約1/3〜4/5、好ましくは約
1/2〜3/4を切除している。このように管中央部に大き
く切除して切欠部13を設けるのは、中空糸膜1の束の
端部を結束するための束着材2を管内側から充填する理
由からである。束着管10の材質には、気密性を有し、
束着材2で封止できれば任意であり、例えばアルミナ
管、ジルコニア管、チタニア管、シリカ管、そしてガラ
ス管などを用いることができる。
を充填する前に予め、結束部分の中空糸膜1のそれぞれ
表面に予めペースト状のガラス材が刷毛塗り、コテ塗
り、またはディッピングなどして被覆される。ガラス材
の被覆厚さは約1mm以下、好ましくは約0.1〜0.5mmであ
り、約400〜1300℃、好ましくは約500〜1200℃で約5〜3
0分間程度加熱処理される。
隙に充填されるシリカ、アルミナなどのセラミックスを
主成分とする無機系接着剤であって、この種の用途に使
用されている市販製品をそのまま使用でき、充填後0.5
〜5分間程度の振動を与え続けた後、約100〜150℃で約
0.5〜2時間加熱処理する。また、束着材2で結束した中
空糸膜1の束の両端部にはさらに、ガラス材3による被
覆が行われる。
着材2およびガラス材3の被覆後の束着管10に対して
さらに以下の部材を設けることで、中空糸膜モジュール
を構成している。
面に金属製の封止キャップ14が、また他端部12の端
面に伸縮可能なコルゲート管またはベローズ管による膨
脹吸収管15がそれぞれ接合して設けられている(接合
部を符号16,17で示す)。それら封止キャップ14
と膨脹吸収管15の外側には、同軸上に枝管14a,1
5aが結合して備わり、束着管10の両端部11,12
の内部に連通している。以上によって中空糸膜モジュー
ルが構成される。
たセラミックス製の中空糸膜1と、後述するSUSなどに
よる金属製のハウジングとの熱膨張係数が大きく異なる
ため、その熱膨張による変形の差でいずれか一方の部材
に破壊を生じないよう、膨脹差の吸収用に設けられてい
る。
止キャップ14と膨脹吸収管15を接合する方法につい
ては、数100℃の高温使用下で気密性が維持される手段
であればよく、Tiを含有した活性金属ロウ材によるロウ
付け方法、あるいは束着管10の接合部分を予め周知の
メタライジングして金属部材とロウ付けする方法などを
適用できる。
クスと熱膨脹係数が近似したコバール(Fe−Ni−Co合
金)や42合金(Ni−Fe合金)が用いられるが、膨脹吸収
管15の場合には、SUSに限らず、目的の使用環境に耐
えうる材質であればよい。
なる中空糸膜モジュールはSUS製で円筒容器形のハウジ
ング20の内部に収容して封止状態で使用される。ハウ
ジング20は、その本体21の一端側において上記封止
キャップ14の枝管14aが挿通して外部に引き出され
ているフランジ22をボルト結合して閉鎖している。ま
た、ハウジング本体21の他方側においても、上記膨脹
吸収管15の枝管15aが挿通して外部に引き出されて
いる側板23を結合して閉鎖している。両側それぞれの
枝管14a,15aは、それぞれ貫通したフランジ22
と側板23に溶接(符号24a,24bで示す)して接
合されている。
導入管25がガス供給源に連通して結合され、ガス排出
管26が結合されている。ガス漏洩試験に備えるため、
そのガス排出管26を封止した状態でガス導入管25か
ら真空ポンプ27で減圧し、バルブ28を閉じ、圧力計
29で圧力変化を測定するようになっている。封止キャ
ップ14と膨脹吸収管15から外部に延びる枝管14
a,15aは、中空糸膜1を透過してきたガスを系外の
装置に送るための配管である。
ジュールは、セラミックス中空糸膜を固定封止する束着
管の両端の少なくとも一方側に伸縮可能な膨脹吸収管を
気密性を確保して接合して、これを金属製のハウジング
に収容して、ガスをそのハウジング内に供給してセラミ
ックス中空糸膜に透過させかつハウジング外に排出可能
にした構成であり、セラミックス製の中空糸膜と金属製
のハウジングとの大きな熱膨張係数による膨脹差を膨脹
吸収管で吸収し、数100℃といった高温下でも気密性を
確保できる。
13を有する緻密なアルミナ管(外径25mm、内径20mm、
長さ280mm)を用い、これに両端部の各々30mmをガラス
被覆した長さ260mmの多孔質のアルミナ中空糸膜1(外
径2mm、内径1.6mm、孔径0.2μm)の10本を束着材2によ
って結束して固定し、この端面をガラス材3で封止し
た。
の膨脹吸収管15をそれぞれ束着管10の両端部11,
12端面にTi含有の活性金属ロウ材を用いて接合し(接
合部16,17)、中空糸膜モジュールを作製した。そ
して、この中空糸膜モジュールをSUS製のハウジング2
0に挿入封止した。
ールについて、500℃に加熱した後、空冷する熱衝撃試
験を加え、その度ごとにビルドアップ法によるガス漏洩
試験を行った。その結果、圧力計29で測定した圧力変
化は、24時間後で24Paと、高い気密性を再現性よく示す
ことが確認され、それを30回繰り返した試験では、いず
れの場合も中空糸膜1の破損によるガス漏れは見いだせ
なかった。
の両端部の少なくとも一方側に伸縮可能な膨脹吸収管1
5を設けたことで、セラミックス製の中空糸膜1と金属
製のハウジング20との大きな熱膨張係数による膨脹差
を吸収し、数100℃といった高温下でも気密性を確保で
きたと考えられる。
束着管を示す斜視図である。
管を接合して組み立てた中空糸膜モジュールの側面断面
図である。
ジュールを試験ガス供給源に接続させてガス漏洩試験に
備える態様を示す側面断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 セラミックス中空糸膜をセラミックス製
の束着管に束着材によって固定して封止し、その束着管
の両端の少なくとも一方側に伸縮可能な膨脹吸収管を気
密性を確保して接合することを特徴とするセラミックス
中空糸膜モジュール。 - 【請求項2】 セラミックス中空糸膜の束着部がガラス
材によって被覆されている中空糸膜が用いられた請求項
1記載のセラミックス中空糸膜モジュール。 - 【請求項3】 中空糸膜モジュールを金属製のハウジン
グに収容して、ガスをそのハウジング内に供給して中空
糸膜に透過させかつハウジング外に排出可能に構成した
請求項1または2記載のセラミックス中空糸膜モジュー
ル。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001207411A JP4961641B2 (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | セラミックス中空糸膜モジュール |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2001
- 2001-07-09 JP JP2001207411A patent/JP4961641B2/ja not_active Expired - Fee Related
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