JP2011212545A - Gas/liquid separation membrane for coolant, gas/liquid separation module for coolant and gas/liquid separation method for coolant - Google Patents

Gas/liquid separation membrane for coolant, gas/liquid separation module for coolant and gas/liquid separation method for coolant Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas/liquid separation membrane for coolants capable of separating a coolant in a gas/liquid coexisting state into a gas and a liquid, at high efficiency.SOLUTION: The gas/liquid separation membrane for coolants includes fine pores. The pitch of the fine pores is 30-1,000 nm; the diameters of the fine pores are 10-300 nm; the thickness of the gas/liquid separation membrane is 30-1,000 nm; and the standard deviation in the distribution of diameters of the fine pores is equal to or smaller than 30% of the average.

Description

本発明は気液並存状態の冷媒から気液を分離させるために使用する冷媒用気液分離膜に関する。   The present invention relates to a gas-liquid separation membrane for refrigerant used for separating gas and liquid from a gas-liquid coexisting refrigerant.

従来、気液並存状態(「気液混合」または「気液二相」の状態を総称していう。)の媒体(例えば、冷媒)から、気体と液体とを分離するために、種々の方法が提案されている。   Conventionally, various methods have been used to separate a gas and a liquid from a medium (for example, a refrigerant) in a gas-liquid coexistence state (collectively referred to as “gas-liquid mixing” or “gas-liquid two-phase” state). Proposed.

例えば、冷凍装置で使用される冷媒は、液体、気体、及び気液並存の状態で存在する。気液並存状態から液体と気体を分離するための気液分離器としては、重力によって液を溜めるタンク、又は旋回流の遠心力によって液相を外壁に付着させ、そして重力によって液を回収する気液分離器等が用いられている(特許文献1参照)。   For example, the refrigerant used in the refrigeration apparatus exists in a state in which liquid, gas, and gas-liquid coexist. The gas-liquid separator for separating liquid and gas from the coexisting state of gas and liquid is a tank that collects liquid by gravity or a liquid phase that adheres to the outer wall by centrifugal force of swirling flow and collects liquid by gravity. A liquid separator or the like is used (see Patent Document 1).

これらのような構造の気液分離器は、基本的に重力及び遠心力などの体積力によって気相より密度の大きい液相を分離する構造となっているため、これらの気液分離器は、体積力が支配的となるように設置方向と重力方向とをマッチングさせるか、または旋回流れ若しくは曲がり流れのような加速度を伴う流れを発生させるなどの工夫が必要であった。このため、気液分離器の設置位置及び向きに自由度が少ないことに加えて、タンク及び旋回流発生装置を用いるために、これらの装置は大型化している。   Since the gas-liquid separator having such a structure basically has a structure in which a liquid phase having a higher density than the gas phase is separated by a volume force such as gravity and centrifugal force, these gas-liquid separators are It is necessary to devise such as matching the installation direction and the gravity direction so that the body force is dominant, or generating a flow with acceleration such as a swirling flow or a bending flow. For this reason, in addition to a small degree of freedom in the installation position and orientation of the gas-liquid separator, these apparatuses are increased in size to use the tank and the swirl flow generator.

しかしながら、このような大型の装置を用いても気相中に液相ミストが混入した噴霧流が発生し、十分な気液分離効果が得られない場合があった。   However, even when such a large apparatus is used, a spray flow in which liquid mist is mixed in the gas phase is generated, and a sufficient gas-liquid separation effect may not be obtained.

この問題を解決するために、気液分離器において気液並存冷媒から気体状態の冷媒(「ガス冷媒」ともいう。)を分離するためにガス透過性を有するフィルターを使用することが提案されている(特許文献2参照)。   In order to solve this problem, it has been proposed to use a gas permeable filter to separate a gaseous refrigerant (also referred to as “gas refrigerant”) from a gas-liquid coexisting refrigerant in a gas-liquid separator. (See Patent Document 2).

しかしながら、従来のフィルターを用いた場合は、フィルターの目の細かいものは気相の通過抵抗(圧損)が大きいために処理の効率が悪く、フィルターの目の粗いものは十分な気液分離効果が得られなかった。   However, when using a conventional filter, the fine filter has a large gas-phase passage resistance (pressure loss), so the processing efficiency is poor, and the coarse filter has a sufficient gas-liquid separation effect. It was not obtained.

特開2001−235245号公報JP 2001-235245 A 特開2009−133566号公報JP 2009-133666 A

前述したように、従来の冷媒用気液分離器では効率的な気液分離が困難であった。本発明の目的は、高い効率で気液並存状態の冷媒を気体と液体に分離できる高性能な冷媒用気液分離膜を提供することである。   As described above, efficient gas-liquid separation is difficult with the conventional gas-liquid separator for refrigerant. An object of the present invention is to provide a high-performance gas-liquid separation membrane for refrigerant capable of separating a gas-liquid coexisting refrigerant into gas and liquid with high efficiency.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、細孔の孔径分布が極めて狭い冷媒用気液分離膜が、気液並存状態の冷媒を気体と液体に効率よく分離できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor is able to efficiently separate a refrigerant in a gas-liquid coexistence state into a gas and a liquid by the refrigerant-liquid separation membrane for a pore having a very narrow pore size distribution. As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、以下の冷媒用気液分離膜とその製造方法、冷媒用気液分離膜積層体とその製造方法、冷媒用気液分離膜モジュール、並びに気液混合冷媒の気液分離方法に関するものである。   That is, the present invention provides the following gas-liquid separation membrane for refrigerant and its manufacturing method, gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant and its manufacturing method, gas-liquid separation membrane module for refrigerant, and gas-liquid separation method of gas-liquid mixed refrigerant It is about.

[1] 細孔を有する冷媒用気液分離膜であって、該細孔の細孔ピッチが30〜1000nmであり、該細孔の細孔径が10〜300nmであり、該気液分離膜の厚さが30〜1000nmであり、かつ該細孔の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下である、冷媒用気液分離膜。   [1] A gas-liquid separation membrane for refrigerant having pores, the pore pitch of the pores being 30 to 1000 nm, the pore diameter of the pores being 10 to 300 nm, A gas-liquid separation membrane for refrigerants having a thickness of 30 to 1000 nm and a standard deviation in the pore size distribution of the pores of 30% or less of the average value.

[2] 細孔から成る凹部を有する第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程
を含む、上記[1]に記載の冷媒用気液分離膜の製造方法。
[2] The above-mentioned [1], including the step of transferring the unevenness of the first mold having the recesses made of pores to the second template, and the step of transferring the unevenness of the second template to the film made of the polymer ] The manufacturing method of the gas-liquid separation membrane for refrigerant | coolants described in the above.

[3] 前記細孔から成る凹部を有する第1の鋳型が、アルミニウム板を陽極酸化することにより作製される、上記[2]に記載の製造方法。   [3] The manufacturing method according to the above [2], wherein the first mold having the concave portion formed of the pores is produced by anodizing an aluminum plate.

[4] 突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程、
該第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程
を含む、上記[1]に記載の冷媒用気液分離膜の製造方法。
[4] A step of transferring the unevenness of the third mold having the protrusions made of protrusions to the first mold,
The refrigerant gas-liquid separation according to the above [1], including a step of transferring the irregularities of the first template to a second template, and a step of transferring the irregularities of the second template to a film made of a polymer. A method for producing a membrane.

[5] 前記突起から成る凸部を有する第3の鋳型が、基板上に積層されたフォトレジスト層を干渉露光して現像することにより作製される、上記[4]に記載の製造方法。   [5] The manufacturing method according to [4], wherein the third mold having the protrusions including the protrusions is produced by developing the photoresist layer stacked on the substrate by interference exposure.

[6] 上記[1]に記載の冷媒用気液分離膜と多孔性フィルム基材とを積層させて成る冷倍用気液分離膜積層体。   [6] A gas-liquid separation membrane laminate for cold multiplication, which is formed by laminating the gas-liquid separation membrane for refrigerant according to [1] above and a porous film substrate.

[7] 上記[1]に記載の冷媒用気体接触膜と多孔性フィルム基材とを積層する工程、及び
加熱により該冷媒用気体接触膜および/または該多孔性フィルム基材を融かして両者を融着させる工程
を含む冷媒用気体接触膜積層体の製造方法。
[7] The step of laminating the gas contact film for refrigerant and the porous film substrate according to [1] above, and melting the gas contact film for refrigerant and / or the porous film substrate by heating The manufacturing method of the gas contact film laminated body for refrigerant | coolants including the process of fuse | melting both.

[8] 上記[1]に記載の冷媒用気液分離膜または上記[6]に記載の冷媒用気液分離膜積層体によって内部空間を第1の空間と第2の空間に分離された容器から成り、第1の空間に外部空間からの気液二相流液入口と液相出口を有し、かつ第2の空間に外部空間への気相出口を有する、冷媒用気液分離膜モジュール。   [8] A container whose internal space is separated into a first space and a second space by the refrigerant gas-liquid separation membrane according to [1] or the refrigerant gas-liquid separation membrane laminate according to [6]. And a gas-liquid separation membrane module for refrigerant having a gas-liquid two-phase flow liquid inlet and a liquid-phase outlet from the external space in the first space and a gas-phase outlet to the external space in the second space .

[9] 上記[8]に記載の冷媒用気液分離膜モジュールの前記気液二相流液入口から気液並存状態の冷媒を入れ、前記液相出口から液相状態の冷媒を取り出し、そして前記気相出口から気相状態の冷媒を取り出すことによって、気液並存状態の冷媒を液相と気相に分離する工程を含む、冷媒の気液分離方法。   [9] A refrigerant in a gas-liquid coexistence state is introduced from the gas-liquid two-phase flow liquid inlet of the gas-liquid separation membrane module for refrigerant according to [8], and a liquid-phase refrigerant is taken out from the liquid phase outlet; A gas-liquid separation method for a refrigerant, comprising a step of separating a gas-liquid coexisting refrigerant into a liquid phase and a gas phase by taking out the gas-phase refrigerant from the gas-phase outlet.

本発明の冷媒用気液分離膜は、微細孔の孔径分布が小さく、さらに高い効率で気液並存状態の冷媒を気体と液体に気液分離できる。   The gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention has a small pore size distribution and can gas-liquid-separate a gas-liquid coexisting refrigerant into gas and liquid with higher efficiency.

本発明の冷媒用気液分離膜の一態様を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the one aspect | mode of the gas-liquid separation membrane for refrigerant | coolants of this invention. 細孔から成る凹部を有する陽極酸化ポーラスアルミナから成る鋳型を作製する工程図である。It is process drawing which produces the casting_mold | template which consists of anodized porous alumina which has the recessed part which consists of pores. 突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程図である。It is process drawing which transfers the unevenness | corrugation of the 3rd casting_mold | template which has the convex part which consists of protrusions to a 1st casting_mold | template. 細孔から成る凹部を有する第1の鋳型から冷凍サイクル用気液分離膜を作製する一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example which produces the gas-liquid separation membrane for refrigeration cycles from the 1st casting_mold | template which has the recessed part which consists of pores. 実施例1および2で用いたモジュールを示す断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view showing a module used in Examples 1 and 2. FIG. 比較例1および2で用いたモジュールを示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the module used in Comparative Examples 1 and 2. 本発明の冷媒用気液分離膜モジュールの外観図である。It is an external view of the gas-liquid separation membrane module for refrigerant | coolants of this invention. 本発明の冷媒用気液分離膜モジュールを適用した冷凍サイクルの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the refrigerating cycle to which the gas-liquid separation membrane module for refrigerant | coolants of this invention is applied. 実施例および比較例で用いた気液分離性能評価システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid separation performance evaluation system used by the Example and the comparative example.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の冷媒用気液分離膜は、細孔を有し、該細孔の細孔ピッチが30〜1000nmであり、該細孔の細孔径が10〜300nmであり、気液分離膜の厚さが30〜1000nmであり、かつ該細孔の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下である微多孔膜である。なお、本発明における細孔とは、直径が約10〜300nmの微細な寸法を有する孔をいう。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention has pores, the pore pitch of the pores is 30 to 1000 nm, the pore diameter of the pores is 10 to 300 nm, and the thickness of the gas-liquid separation membrane And a standard deviation in the pore size distribution of the pores is 30% or less of the average value. In addition, the pore in this invention means the hole which has a fine dimension about 10-300 nm in diameter.

本発明の冷媒用気液分離膜は、片側に気液並存状態の冷媒を配置し、膜の細孔を通して気液分離させ、他方の側から気体状態の冷媒のみを取り出すことにより、高い効率で気液並存状態の冷媒を気体と液体に分離することができる。   The gas-liquid separation membrane for refrigerant according to the present invention has high efficiency by disposing a gas-liquid coexisting refrigerant on one side, allowing gas-liquid separation through the pores of the membrane, and taking out only the gas-like refrigerant from the other side. The refrigerant in the coexisting state of gas and liquid can be separated into gas and liquid.

まず、細かな通気孔があけられたフィルター状の膜がいかに気液分離膜として機能するかについて説明する。一般的に液体には表面張力が存在し、これと共に毛管力が発生する。毛管力は、孔又は管が狭ければ狭いほど強く働き、さらに通気孔においても働くため、その通気孔における液体の通過が阻止される。一方、気体は、通気孔の断面積に反比例して流れが阻害されるものの、その通過は許容され、液体のように流れが遮断されることはない。その結果、細かな通気孔が開けられたフィルター状の膜が気液分離膜として機能することになる。   First, it will be described how a filter-like membrane having fine vent holes functions as a gas-liquid separation membrane. Generally, a liquid has a surface tension, and a capillary force is generated along with this. Capillary force works stronger as the hole or tube becomes narrower, and also works in the air vent, so that the passage of liquid in the air vent is blocked. On the other hand, although the flow of gas is inhibited in inverse proportion to the cross-sectional area of the vent hole, the gas is allowed to pass therethrough, and the flow is not blocked like a liquid. As a result, a filter-like membrane having fine vent holes functions as a gas-liquid separation membrane.

毛管力は、通気孔付近における液体の接触角と、通気孔の孔径によって決まる。その孔径の分布が大きい場合、気液を分離する際の圧力に対抗する力は、理論的には最も大きな孔径に依存してしまう。また、従来の多くの気液分離膜における通気孔同士はつながっているため、これらの通気孔は液体の通過を誘発する。   The capillary force is determined by the contact angle of the liquid in the vicinity of the vent hole and the hole diameter of the vent hole. When the pore size distribution is large, the force that opposes the pressure when separating the gas and liquid theoretically depends on the largest pore size. Further, since the air holes in many conventional gas-liquid separation membranes are connected to each other, these air holes induce the passage of liquid.

また、このような気液分離膜には、気体を速やかに通過させる機能も要求される。通気孔の大きさと気体の通過抵抗は、一般的にハーゲンポ・アズイユの式によって表される。通気孔(細孔)の孔径が小さくなる方向に、その孔径の分布が生じた場合には、気体の通過効率が低下してしまう。つまり、毛管力を利用した気液分離膜は、通気孔の孔径が均一であればあるほど性能と信頼性が高くなる。   Such a gas-liquid separation membrane is also required to have a function of allowing gas to pass through quickly. The size of the ventilation hole and the gas passage resistance are generally expressed by the Hagenpo Azuille equation. If the pore size distribution occurs in the direction in which the pore size of the air holes (pores) decreases, the gas passage efficiency decreases. That is, a gas-liquid separation membrane using capillary force has higher performance and reliability as the pore diameter is uniform.

本発明の冷媒用気液分離膜の場合には、細孔の孔径分布における標準偏差は平均値の30%以下であり、20%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。   In the case of the gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention, the standard deviation in the pore size distribution of the pores is 30% or less of the average value, preferably 20% or less, more preferably 10% or less. .

また、本発明の冷媒用気液分離膜表面は平滑性が極めて高いため、接触する流体の局所滞留が少なくなり、気液並存状態の冷媒側の気泡の移動が促進され、効率よく気体の通過を行うことができると考えられる。   In addition, since the surface of the gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention has extremely high smoothness, local retention of the fluid in contact is reduced, and movement of bubbles on the refrigerant side in the coexisting state of gas-liquid is promoted, so that gas can pass efficiently. Can be done.

本発明の別の態様は、上記の冷媒用気液分離膜と多孔性フィルム基材とを積層させて成る冷倍用気液分離膜積層体である。従って、本発明の冷媒用気液分離膜を平滑な多孔性フィルム基材に積層した冷媒用気液分離膜積層体として使用する場合は、気液分離膜側に気液並存状態の冷媒を流すことが、気液分離効率が高くなるので好ましい。   Another aspect of the present invention is a gas / liquid separation membrane laminate for cold multiplication formed by laminating the gas-liquid separation membrane for refrigerant and a porous film substrate. Therefore, when the refrigerant gas-liquid separation membrane of the present invention is used as a refrigerant gas-liquid separation membrane laminate in which a smooth porous film base material is laminated, a gas-liquid coexisting refrigerant is allowed to flow to the gas-liquid separation membrane side. It is preferable because the gas-liquid separation efficiency is increased.

以下に、本発明の冷媒用気液分離膜の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の冷媒用気液分離膜に用いられる薄膜の一態様を示す断面模式図である。本態様の冷媒用気液分離膜の細孔は、薄膜の表面から裏面に渡って細孔径が増加していくテーパー形状を有している。本発明の冷媒用気液分離膜を後述する製造方法で製造する場合は、冷媒用気液分離膜の表面から裏面に渡って細孔径が均一な場合、鋳型より冷媒用気液分離膜を離型する工程において、薄膜の剥離をスムーズに行うことができず、欠陥を生じる可能性があるため、本態様のテーパー形状がより好ましい。
Hereinafter, preferred embodiments of a gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a thin film used in the gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention. The pores of the gas-liquid separation membrane for refrigerant according to this aspect have a tapered shape in which the pore diameter increases from the front surface to the back surface of the thin film. When the refrigerant gas-liquid separation membrane of the present invention is produced by the production method described later, the refrigerant gas-liquid separation membrane is separated from the mold if the pore diameter is uniform from the front surface to the back surface of the refrigerant gas-liquid separation membrane. In the step of molding, the taper shape of this aspect is more preferable because the thin film cannot be smoothly peeled off and defects may occur.

次に、本発明の冷媒用気液分離膜に用いられる薄膜の製造方法について説明する。
第1の製造方法は、細孔から成る凹部を有する第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程を含む冷媒用気液分離膜の製造方法である。ここで、該第1の鋳型は、たとえば、アルミニウム板を陽極酸化することにより好適に作製することができる。
Next, the manufacturing method of the thin film used for the gas-liquid separation membrane for refrigerant | coolants of this invention is demonstrated.
The first manufacturing method includes a step of transferring the unevenness of the first mold having a recess made of pores to a second template, and a step of transferring the unevenness of the second template to a film made of a polymer. It is a manufacturing method of the gas-liquid separation membrane for refrigerant | coolants. Here, the first mold can be preferably produced by, for example, anodizing an aluminum plate.

第2の製造方法は、突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程、該第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程を含む冷媒用気液分離膜の製造方法である。ここで、該第3の鋳型は、例えば、基板上に積層されたフォトレジスト層を干渉露光して現像することにより好適に作製することができる。   The second manufacturing method includes a step of transferring the unevenness of the third mold having a protrusion made of a protrusion to the first mold, a step of transferring the unevenness of the first mold to the second template, and the second 2 is a manufacturing method of a gas-liquid separation membrane for refrigerant, which includes a step of transferring irregularities of the mold 2 to a membrane made of a polymer. Here, the third mold can be suitably produced, for example, by developing the photoresist layer laminated on the substrate by interference exposure.

上記2種の製造方法において、第1の鋳型は、本発明の冷媒用気液分離膜と同様に細孔から成る凹部を有する鋳型である。また、第2の鋳型、及び第3の鋳型は本発明の冷媒用気液分離膜とは逆に突起から成る凸部を有する鋳型であり、前記第1の鋳型とはポジとネガの関係にある。   In the above two types of manufacturing methods, the first mold is a mold having a concave portion formed of pores as in the refrigerant gas-liquid separation membrane of the present invention. Further, the second mold and the third mold are molds having protrusions made of protrusions contrary to the gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention, and the first mold has a positive and negative relationship. is there.

上記第1の製造方法について、より詳細に説明する。
図2は、細孔から成る凹部を有する第1の鋳型(陽極酸化ポーラスアルミナ)の作製方法を示す。陽極酸化ポーラスアルミナ3は、陽極酸化によりアルミニウム基材2の表面に形成されるが、陽極酸化ポーラスアルミナ3の細孔4の形状は、底部を除いてほぼ一定の径を有する円筒形状をしており、これをそのまま鋳型として用いた場合、薄膜の金型からの剥離をスムーズに行うことができず、欠陥を生じる可能性がある。
The first manufacturing method will be described in more detail.
FIG. 2 shows a method for producing a first mold (anodized porous alumina) having a recess made of pores. The anodized porous alumina 3 is formed on the surface of the aluminum substrate 2 by anodization. The pores 4 of the anodized porous alumina 3 have a cylindrical shape having a substantially constant diameter except for the bottom. If this is used as a mold as it is, the thin film cannot be smoothly peeled off from the mold, which may cause defects.

一方、陽極酸化とエッチングによる細孔の拡大処理とを組み合わせることにより、所望のテーパー形状の孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナから成る反射防止膜作製用のスタンパを製造する方法が知られている(特開2005−156695号公報)。   On the other hand, a method of manufacturing a stamper for producing an antireflection film made of anodized porous alumina having a hole having a desired tapered shape by combining anodization and pore enlargement processing by etching is known (special feature). No. 2005-156695).

上記方法について簡単に述べると、アルミニウム基材2に所定の時間、陽極酸化を実施して所望の深さの細孔を形成した後、適当な酸溶液中に浸漬することにより孔径の拡大処理を行う。その後、再び陽極酸化を行うことで、1段階目に比較して孔径の小さな細孔を形成する。この操作を繰り返すことにより、テーパー形状の細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナを得ることができる。繰り返し段数を増やすことで、より滑らかなテーパー形状の細孔を得ることができる。陽極酸化時間と孔径拡大処理時間とを調整することで、様々なテーパー形状を有する細孔の形成が可能であり、この方法を冷媒用気液分離膜の製造に利用することで、ピッチ、孔の深さに合わせて最適な冷媒用気液分離膜の構造設計が可能となると考えられる。   Briefly describing the above method, after anodizing the aluminum substrate 2 for a predetermined time to form pores of a desired depth, the pore diameter is expanded by immersing in an appropriate acid solution. Do. Thereafter, anodization is performed again to form pores having a smaller pore diameter than in the first stage. By repeating this operation, anodized porous alumina having tapered pores can be obtained. By increasing the number of repeated steps, smoother tapered pores can be obtained. By adjusting the anodizing time and the pore diameter expansion processing time, it is possible to form pores having various tapered shapes, and by using this method for the production of a gas-liquid separation membrane for refrigerant, the pitch, It is considered that the optimum structural design of the gas-liquid separation membrane for refrigerant can be made according to the depth of the liquid.

また、定電圧で長時間陽極酸化を施した後、一旦酸化膜を除去し、再び同一条件で陽極酸化を施すことで作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることで、高い孔配列規則性を有する陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型とすることが可能となる。   In addition, an anode having a high hole arrangement regularity is obtained by using anodized porous alumina prepared by anodizing at a constant voltage for a long time, once removing the oxide film, and again anodizing under the same conditions. It becomes possible to use oxidized porous alumina as a mold.

使用する陽極酸化ポーラスアルミナとしては、例えば、シュウ酸を電解液として用い、化成電圧30V〜60Vにおいて作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることができる。また、硫酸を電解液として用い、化成電圧25V〜30Vにおいて作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることもできる。このような陽極酸化ポーラスアルミナを用いることで、より高い規則性を有する窪み配列を有する鋳型を得ることができる。   As the anodized porous alumina to be used, for example, anodized porous alumina prepared using oxalic acid as an electrolytic solution at a conversion voltage of 30 V to 60 V can be used. Alternatively, anodized porous alumina produced using sulfuric acid as the electrolytic solution and at a conversion voltage of 25V to 30V can be used. By using such anodized porous alumina, it is possible to obtain a template having a dent array with higher regularity.

さらに、陽極酸化ポーラスアルミナの作製において、陽極酸化に先立ちアルミニウム表面に微細な窪みを形成し、これを陽極酸化時の細孔発生点とすることもでき、任意の配列を有する窪み配列を鋳型とすることが可能となる。   Furthermore, in the preparation of anodized porous alumina, a fine depression can be formed on the aluminum surface prior to anodization, and this can be used as a pore generation point during anodization. A depression array having an arbitrary arrangement can be used as a template. It becomes possible to do.

上記方法により作製した第1の鋳型の細孔に、金属、金属酸化物、高分子などの物質を充填した後、第1の鋳型を除去することにより第2の鋳型を得ることができる。   The second template can be obtained by filling the pores of the first template produced by the above method with a substance such as metal, metal oxide, or polymer, and then removing the first template.

金属、金属酸化物としては、特に限定されるものではないが、一般的にはNi、Ta、SiO、炭素、有機SOG等が使用される。これらの例の中で、Niは電鋳が容易であるため好ましい。 Metals, metal oxides, but are not particularly limited, is generally Ni, Ta, SiO 2, carbon, organic SOG or the like is used. Among these examples, Ni is preferable because it is easily electroformed.

また、第1の鋳型に充填される高分子としては、加工性を有するものであれば限定されないが、代表的なものとして、フッ素系樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、エチレン−4フッ化エチレン共重合体、ポリ3フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テフロン(登録商標)AF(登録商標:DuPont社製)、ハイフロンAD(登録商標:Solvay Solexis社製)、サイトップ(登録商標:旭硝子社製))、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、エチレン/ビニルアルコール共重合体、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ナイロン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等を挙げることができる。また、前記ポリマーのモノマーを第1の鋳型に充填後、UV等の光及び/又は熱で重合させてもよい。これらの例の中で、フッ素系樹脂は第1の鋳型からの離型性に優れるため好ましい。   In addition, the polymer filled in the first mold is not limited as long as it has processability, but a typical example is a fluororesin (polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy). Ethylene trifluoride copolymer, tetrafluoroethylene-6-fluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, poly-trifluoroethylene chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, Teflon (registered trademark) ) AF (registered trademark: manufactured by DuPont), Hyflon AD (registered trademark: manufactured by Solvay Solexis), Cytop (registered trademark: manufactured by Asahi Glass)), acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinyl alcohol , Ethylene / vinyl alcohol copolymer, cellulose Can polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyester, nylon, polyimide, polyamide, polyphenylene sulfide, polyarylate, and be given their copolymers. Further, after the polymer monomer is filled in the first mold, it may be polymerized by light such as UV and / or heat. Among these examples, the fluororesin is preferable because it is excellent in releasability from the first mold.

さらに、上記第2の鋳型に高分子を充填し、その後、該第2の鋳型から該高分子膜を離型することによって、冷媒用気液分離膜を得ることができる。   Furthermore, a gas-liquid separation membrane for refrigerant can be obtained by filling the second template with a polymer and then releasing the polymer membrane from the second template.

第2の鋳型に高分子を転写する方法としては、特に限定はされないが、光インプリント、熱インプリント、室温インプリント、ナノキャスティングインプリント等の方法を用いることができる。
高分子としては、第2の鋳型に充填したときに、第2の鋳型の材料と接着又は融着等して問題が起こるものでなければ特に限定されないが、代表的なものとして、ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、テフロン(登録商標)AF、ハイフロンAD(登録商標)、サイトップ(登録商標)等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等が耐久性が高く好ましい。また、前記ポリマーのモノマーを第2の鋳型に充填後、UV等の光及び/又は熱で重合させてもよい。これらの例の中でもフッ素樹脂は第2の鋳型からの離型性に優れるためより好ましい。
The method for transferring the polymer to the second template is not particularly limited, and methods such as optical imprinting, thermal imprinting, room temperature imprinting, and nanocasting imprinting can be used.
The polymer is not particularly limited as long as it does not cause a problem due to adhesion or fusion with the material of the second mold when the second mold is filled. Ethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy trifluoride ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-6 fluoropropylene copolymer, Teflon (registered trademark) AF, Hyflon AD (registered trademark), Cytop (registered trademark) ), Etc., polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyarylate, and copolymers thereof are preferred because of their high durability. Further, after the polymer monomer is filled in the second mold, it may be polymerized by light such as UV and / or heat. Among these examples, a fluororesin is more preferable because it is excellent in releasability from the second mold.

転写に使用する高分子の体積を第2の鋳型の突起から成る凹凸の空隙の体積より多く使用した場合は、冷媒用気液分離膜の片側の細孔が余分の残膜で塞がれた状態となっているため、離型前又は離型後に、この残膜をエッチング処理することにより除去して貫通開孔薄膜とする必要がある。エッチング方法としては、プラズマ等を利用した高真空ドライエッチング、大気圧ドライエッチング、溶剤を用いたウェットエッチング等を挙げることができる。これらの中でも大気圧ドライエッチングは低コストでエッチング精度が高いため好ましい。   When the volume of the polymer used for the transfer was larger than the volume of the concave / convex gap formed by the protrusions of the second mold, the pores on one side of the gas-liquid separation membrane for refrigerant were blocked with an extra remaining film Since it is in a state, it is necessary to remove the residual film by etching before or after releasing to form a through-opening thin film. Examples of the etching method include high vacuum dry etching using plasma, atmospheric pressure dry etching, wet etching using a solvent, and the like. Among these, atmospheric pressure dry etching is preferable because of low cost and high etching accuracy.

以上の工程によって、冷媒用気液分離膜を製造するプロセスの一例を図4に示す。
陽極酸化ポーラスアルミナ3から成る第1の鋳型の表面に、無電解メッキ又はスパッタリングによりNi−P、Au、Cr等から成る表面導電層を形成した後、Ni等の電解メッキにより第2の鋳型を形成する。第1の鋳型から第2の鋳型を剥離させるか、第1の鋳型を選択的に溶解除去することにより第2の鋳型を得る。次に、第2の鋳型に高分子、例えば、ポリスルホンを溶媒に溶解させた溶液を充填し、溶媒を乾燥させて高分子から成る薄膜を得る。この薄膜の余分に充填された高分子膜をプラズマエッチングで除去した後、第2の鋳型から剥離して冷媒用気液分離膜を得る。該冷媒用気液分離膜と多孔性フィルム基材とを積層させることで、本発明の冷媒用気液分離膜積層体を得ることができる。
FIG. 4 shows an example of a process for producing a refrigerant gas-liquid separation membrane by the above steps.
A surface conductive layer made of Ni-P, Au, Cr or the like is formed on the surface of the first mold made of anodized porous alumina 3 by electroless plating or sputtering, and then the second mold is made by electrolytic plating of Ni or the like. Form. The second template is obtained by peeling the second template from the first template or selectively dissolving and removing the first template. Next, the second template is filled with a polymer, for example, a solution in which polysulfone is dissolved in a solvent, and the solvent is dried to obtain a thin film made of the polymer. After the polymer film filled in excess of this thin film is removed by plasma etching, it is peeled off from the second mold to obtain a gas-liquid separation film for refrigerant. By laminating the gas-liquid separation membrane for refrigerant and the porous film substrate, the gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant of the present invention can be obtained.

次に、上記第2の製造方法について、より詳細に説明する。
図3は、突起から成る凸部を有する第3の鋳型から、細孔から成る凹部を有する第1の鋳型を作製する方法を示す。
Next, the second manufacturing method will be described in more detail.
FIG. 3 shows a method for producing a first mold having a concave portion made of a pore from a third mold having a convex portion made of a protrusion.

上記第3の鋳型は、干渉露光法によって好適に作製することができる。まず、平滑な基板7(例えば研磨されたガラス原盤)上に、ポジ型フォトレジストを塗布する。ポジ型フォトレジストは半導体装置製造の技術分野において周知のレジストであり、フェノール性水酸基を有する樹脂と、光酸発生剤とを含む組成物である。この組成物は光照射前のアルカリ性現像液に対する溶解性は低いが、光照射によって酸が発生しアルカリ性現像液に対する溶解性が高くなる。この現像液に対する光照射部と光未照射部の溶解性の差異を利用してパターニングを行うことが可能となる。以下においては、上記光未照射部のことを硬化部、上記光照射部のことを未硬化部ともいう。   The third mold can be suitably produced by an interference exposure method. First, a positive photoresist is applied on a smooth substrate 7 (for example, a polished glass master). A positive photoresist is a resist well known in the technical field of semiconductor device manufacturing, and is a composition containing a resin having a phenolic hydroxyl group and a photoacid generator. This composition has low solubility in an alkaline developer before light irradiation, but acid is generated by light irradiation and the solubility in an alkaline developer is increased. Patterning can be performed by utilizing the difference in solubility between the light irradiated portion and the light non-irradiated portion with respect to the developer. Hereinafter, the light non-irradiated part is also referred to as a cured part, and the light irradiated part is also referred to as an uncured part.

次に、レーザー光を用いた干渉露光法(以下「レーザー干渉露光法」ともいう。)により露光を行い、微細なテーパー形状の突起から成る硬化部と残余の未硬化部を得る。露光後、現像を行い未硬化部を除去することによって、突起から成る凸部8を有する第3の鋳型9として得る。   Next, exposure is performed by an interference exposure method using laser light (hereinafter also referred to as “laser interference exposure method”) to obtain a hardened portion formed of fine tapered protrusions and a remaining uncured portion. After the exposure, development is performed to remove the uncured portion, thereby obtaining a third mold 9 having a convex portion 8 made of a protrusion.

フォトレジストに形成された凸部8は、レーザー干渉露光法により、凸部の頂上部8aが細くなる一方、底部8bが太くなる、いわゆるテーパー形状となる。この現象は、レーザー光のパワー強度がフォトレジスト表面で強く、フォトレジストの中を進むに従って弱くなり、その結果、フォトレジスト表面で露光量が大きくなって頂上部8aが浸食され、フォトレジストの深さ方向へ進むに従って露光量が小さくなって深さ方向への浸食が弱くなり、底面部8bが広がるためであると考えられる。従ってフォトレジストの感光性の度合い(γ値)によってテーパーの角度を調整することができる。   The convex portion 8 formed in the photoresist has a so-called tapered shape in which the top portion 8a of the convex portion is thinned and the bottom portion 8b is thickened by a laser interference exposure method. This phenomenon is such that the laser beam power intensity is strong on the photoresist surface and becomes weaker as it travels through the photoresist. As a result, the exposure amount increases on the photoresist surface and the top 8a is eroded, resulting in the depth of the photoresist. It is thought that this is because the exposure amount becomes smaller as the process proceeds in the vertical direction, the erosion in the depth direction becomes weaker, and the bottom surface portion 8b expands. Therefore, the taper angle can be adjusted according to the photosensitivity (γ value) of the photoresist.

なお、レーザー干渉露光法とは、特定の波長のレーザー光を角度θ’の2つの方向から照射して形成される干渉縞を利用した露光法であり、角度θ’を変化させることで使用するレーザーの波長で制限される範囲内で色々なピッチを有する凹凸格子の構造を得ることができる。例えば、方向を120度ずつずらした3組の上記干渉縞を重ね合わせて露光することで、上記のテーパー形状の突起から成る凹凸パターンを形成することができる。   The laser interference exposure method is an exposure method using interference fringes formed by irradiating laser light of a specific wavelength from two directions of an angle θ ′, and is used by changing the angle θ ′. It is possible to obtain an uneven grating structure having various pitches within a range limited by the laser wavelength. For example, an uneven pattern composed of the above-mentioned tapered protrusions can be formed by overlapping and exposing three sets of the interference fringes whose directions are shifted by 120 degrees.

干渉露光に使用できるレーザーとしては、TEM00モードのレーザーに限定される。TEM00モードのレーザー発振できる紫外光レーザーとしては、アルゴンレーザー(波長364nm、351nm、333nm)、又はYAGレーザーの4倍波(波長266nm)などが挙げられる。   Lasers that can be used for interference exposure are limited to TEM00 mode lasers. Examples of the ultraviolet laser capable of laser oscillation in the TEM00 mode include an argon laser (wavelengths 364 nm, 351 nm, and 333 nm), and a fourth harmonic wave (wavelength 266 nm) of a YAG laser.

また、形成されたパターンのエッチングによってもテーパーの角度を変化させることが可能である。すなわち、高真空プラズマエッチングにおいて、エッチングの異方性を制御することによりテーパーの角度を変えることができる。   The taper angle can also be changed by etching the formed pattern. That is, in high vacuum plasma etching, the taper angle can be changed by controlling the anisotropy of etching.

一般的に入射する反応性イオンの平均自由行程を低圧力にして長くする程、垂直にガスが入射して異方性が大きくなるが、この場合、垂直方向に一様にエッチングされるためテーパーの角度の変化は小さい。逆に圧力を高めに設定することにより、横方向への反応性イオンの入射が増加して横方向にもエッチングされ、テーパーの角度が変化する。   In general, the longer the mean free path of the incident reactive ions is made lower and the gas is vertically incident, the anisotropy increases. However, in this case, since the etching is uniformly performed in the vertical direction, the taper is tapered. The change in angle is small. On the other hand, by setting the pressure higher, the incidence of reactive ions in the lateral direction increases and etching is also performed in the lateral direction, thereby changing the taper angle.

上記方法により作製した第3の鋳型に対して、図3(b)に示すように、表面導電層を形成した後Ni電鋳を行い、第1の鋳型を形成する。該第3の鋳型を除去すると凹凸が反転して転写された凹凸を有する第1の鋳型10が得られる(図3(c))。   As shown in FIG. 3B, the surface casting layer is formed on the third mold produced by the above method, and then Ni electroforming is performed to form the first mold. When the third mold is removed, the first mold 10 having the transferred irregularities is obtained by reversing the irregularities (FIG. 3C).

上記方法により作製した第1の鋳型を用いて、その孔に、金属、金属酸化物、高分子などの物質を充填した後、該第1の鋳型を除去することにより第2の鋳型を得ることができる。   Using the first template produced by the above method, the hole is filled with a substance such as metal, metal oxide, or polymer, and then the first template is removed to obtain a second template. Can do.

上記第2の製造方法で作製した第2の鋳型は、前記第1の製造方法で作製した第2の鋳型と同様に、高分子を充填し該第2の鋳型より離型することによって、連続的に細孔径が変化するテーパー形状を有し、細孔径の孔径分布が非常に小さい冷媒用気液分離膜を得ることができる。   The second mold produced by the second production method is continuously filled with a polymer and released from the second mold in the same manner as the second mold produced by the first production method. In particular, it is possible to obtain a gas-liquid separation membrane for refrigerant that has a tapered shape in which the pore diameter changes and has a very small pore diameter distribution.

上記の製造方法によって、細孔ピッチが30〜1000nmであり、細孔径が10〜300nmであり、細孔深さが30nm〜1000nmであり、かつ該細孔径の孔径分布が極めて狭いことを特徴とする冷媒用気液分離膜を得ることができる。微細孔径の孔径分布が非常に小さいとは、孔径(孔の直径)の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下であること、好ましくは20%以下、さらに好ましくは10%以下であることを言う。   According to the above manufacturing method, the pore pitch is 30 to 1000 nm, the pore diameter is 10 to 300 nm, the pore depth is 30 nm to 1000 nm, and the pore diameter distribution of the pore diameter is extremely narrow. A gas-liquid separation membrane for refrigerant can be obtained. The very small pore size distribution means that the standard deviation in the pore size distribution is not more than 30% of the average value, preferably not more than 20%, more preferably not more than 10%. Say.

また、本発明の冷媒用気液分離膜の気孔率は、特に限定されないが、通常25%以上95%以下、好ましくは、40%以上、更に好ましくは、50%以上、特に好ましくは60%以上である。25%以上であれば透水性に優れ、95%以下であれば冷媒用気液分離膜として用いる十分な強度を確保できる。   Further, the porosity of the refrigerant gas-liquid separation membrane of the present invention is not particularly limited, but is usually 25% or more and 95% or less, preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and particularly preferably 60% or more. It is. If it is 25% or more, it is excellent in water permeability, and if it is 95% or less, sufficient strength used as a gas-liquid separation membrane for refrigerant can be secured.

上記製造方法によって得られた冷媒用気液分離膜はそのまま用いることも可能であるが、機械的強度を高めるため多孔性フィルム基材と積層して冷媒用気液分離膜積層体として用いることが好ましい。多孔性フィルム基材としては、微多孔膜、不織布、相分離膜、延伸開口膜等を挙げることができる。   The refrigerant gas-liquid separation membrane obtained by the above production method can be used as it is, but it can be used as a refrigerant gas-liquid separation membrane laminate by laminating with a porous film substrate in order to increase mechanical strength. preferable. Examples of the porous film substrate include a microporous membrane, a nonwoven fabric, a phase separation membrane, and a stretched aperture membrane.

多孔性フィルム基材の材質としては、特に限定はされないが、代表的なものとして、ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、テフロン(登録商標)AF、ハイフロンAD(登録商標)、サイトップ(登録商標)等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等が耐久性が高く好ましい。   The material of the porous film substrate is not particularly limited, but typical examples include polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-tetrafluoroalkoxy-trifluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-6 fluoropolymer. Fluoropolymers such as propylene copolymer, Teflon (registered trademark) AF, Hyflon AD (registered trademark), Cytop (registered trademark), polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyethylene, polypropylene, polyphenylene sulfide, polyarylate, and Those copolymers are preferred because of their high durability.

多孔性フィルム基材の孔径は、冷媒用気液分離膜の細孔径より大きいものが好ましく、1〜100μmの範囲にあることがより好ましい。また、多孔性フィルム基材の厚みは10〜1000μmであることが強度と気孔率のバランス上好ましい。冷媒用気液分離膜の多孔性フィルム基材への積層は、冷媒用気液分離膜を金型から剥離しながら多孔性フィルム基材に重ね合わせていく方法が一般的であるが、残膜をエッチングすると冷媒用気液分離膜が金型から離型し難くなる場合がある。この場合は積層した後に残膜をエッチングする必要がある。しかし単純な移し変えによる重ね合わせでは残膜は多孔性フィルム基材側になるので、後工程でエッチングができない問題がある。そのような問題を防ぐためには、一度別の基材に移し取って裏返しにしてから多孔性フィルム基材に重ね合わせる必要がある。この別の基材は、金型から剥がした薄膜を多孔性フィルム基材に貼り直す必要があるので、弱粘着性であることが好ましい。   The pore diameter of the porous film substrate is preferably larger than the pore diameter of the gas-liquid separation membrane for refrigerant, and more preferably in the range of 1 to 100 μm. In addition, the thickness of the porous film substrate is preferably 10 to 1000 μm in view of the balance between strength and porosity. The lamination of the gas-liquid separation membrane for refrigerant to the porous film substrate is generally performed by superimposing the gas-liquid separation membrane for refrigerant on the porous film substrate while peeling it from the mold. Etching may make it difficult to release the gas-liquid separation membrane for refrigerant from the mold. In this case, it is necessary to etch the remaining film after lamination. However, in the case of superposition by simple transfer, the remaining film is on the porous film substrate side, so that there is a problem that etching cannot be performed in a subsequent process. In order to prevent such a problem, it is necessary to transfer the substrate once to another substrate, turn it over, and then superimpose it on the porous film substrate. Since this another base material needs to re-attach the thin film peeled off from the metal mold to the porous film base material, it is preferably weakly adhesive.

冷媒用気液分離膜と多孔性フィルムとは単に重ね合わせて使用することも可能であるが、熱融着及び/又は接着剤による接着を行ってもよい。熱融着の場合、加熱により冷媒用気液分離膜および/又は多孔性フィルム基材を融かして両者を融着させる。このとき、多孔性フィルム基材を構成する材料の溶融温度が冷媒用気液分離膜を構成する材料の溶融温度よりも低い方が、熱融着時に冷媒用気液分離膜の細孔形状への影響が少ないので、より好ましい。熱融着の場合の加熱法としては、加熱板を当てること、熱風を当てること、赤外線及び/又は高周波を照射すること等の方法が挙げられる。   The gas-liquid separation membrane for refrigerant and the porous film can be used simply by being overlapped, but may be heat-sealed and / or bonded with an adhesive. In the case of heat fusion, the gas-liquid separation membrane for refrigerant and / or the porous film substrate is melted by heating to fuse them together. At this time, when the melting temperature of the material constituting the porous film substrate is lower than the melting temperature of the material constituting the refrigerant gas-liquid separation membrane, the pore shape of the refrigerant gas-liquid separation membrane is reduced during heat fusion. This is more preferable because the influence of is less. Examples of the heating method in the case of heat fusion include methods such as applying a heating plate, applying hot air, and irradiating infrared rays and / or high frequencies.

本発明の別の態様は、上記の冷媒用気液分離膜及び/又は冷媒用気液分離膜積層体を含む以下のような冷媒用気液分離膜モジュールである。本発明の冷媒用気液分離膜モジュールは、気液並存状態の冷媒である気液二相流を気体冷媒と液体冷媒に分離するために使用することができる。   Another aspect of the present invention is the following gas-liquid separation membrane module for refrigerant, including the gas-liquid separation membrane for refrigerant and / or the gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant. The gas-liquid separation membrane module for refrigerant of the present invention can be used to separate a gas-liquid two-phase flow, which is a gas-liquid coexisting refrigerant, into a gas refrigerant and a liquid refrigerant.

本発明の冷媒用気液分離膜モジュールは、本発明の冷媒用気液分離膜または冷媒用気液分離膜積層体によって内部空間を第1の空間と第2の空間に分離された容器から成り、第1の空間に外部空間からの気液二相流液入口と液相出口を有し、かつ第2の空間に外部空間への気相出口を有する。また、上記冷媒用気液分離膜モジュールの気液二相流液入口、液相出口及び/又は気相出口に、コック又は流量若しくは圧力調整用のバルブを設けることも好ましい。   The refrigerant gas-liquid separation membrane module of the present invention comprises a container whose internal space is separated into a first space and a second space by the refrigerant gas-liquid separation membrane or refrigerant gas-liquid separation membrane laminate of the present invention. The first space has a gas-liquid two-phase flow liquid inlet and a liquid phase outlet from the external space, and the second space has a gas phase outlet to the external space. It is also preferable to provide a cock or a valve for adjusting the flow rate or pressure at the gas-liquid two-phase flow liquid inlet, liquid phase outlet and / or gas phase outlet of the gas-liquid separation membrane module for refrigerant.

冷媒用気液分離膜モジュールの容器の材料は、例えば、ステンレス等の金属、フッ素系樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、4フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシ3フッ化エチレン共重合体、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体、エチレン−4フッ化エチレン共重合体、ポリ3フッ化塩化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テフロン(登録商標)AF、ハイフロンAD(登録商標)、サイトップ(登録商標))、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、エチレン/ビニルアルコール共重合体、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル、ナイロン、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、並びにそれらの共重合体等に代表される有機物を挙げることができる。   The material of the container of the gas-liquid separation membrane module for refrigerant is, for example, a metal such as stainless steel, a fluorine-based resin (polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy-trifluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene- Hexafluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytrifluoroethylene chloride, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, Teflon (registered trademark) AF, Hyflon AD (registered trademark), Cytop ( Registered trademark)), acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinyl alcohol, ethylene / vinyl alcohol copolymer, cellulose, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyester, nylon, polyimide, poly De, polyphenylene sulfide, polyarylate, and can be exemplified organic substances typified by copolymers thereof.

たとえば、図5に断面模式図を示した一態様においては、冷媒用気液分離膜積層体11によって、冷媒用気液分離膜モジュールの内部空間が二分されており、第1の空間に気液二相流液入口13と液相出口14を有し、かつ第2の空間に気相出口12を有する。なお、図5では冷媒用気液分離膜積層体を単純な形状として図示しているが、気液分離面積を大きくするためにこのようなモジュールで公知の構造、たとえばスパイラル型、またはプリーツ型にしてもよい。   For example, in one mode in which the cross-sectional schematic diagram is shown in FIG. 5, the internal space of the refrigerant gas-liquid separation membrane module is divided into two by the refrigerant gas-liquid separation membrane laminate 11, and the gas-liquid is separated into the first space. A two-phase flow liquid inlet 13 and a liquid phase outlet 14 are provided, and a gas phase outlet 12 is provided in the second space. In FIG. 5, the gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant is illustrated as a simple shape. However, in order to increase the gas-liquid separation area, a known structure such as a spiral type or a pleat type is used in such a module. May be.

本発明の気液混合冷媒の気液分離方法は、本発明の冷媒用気液分離膜モジュールの気液二相流液入口から気液並存状態の冷媒を圧力をかけて入れ、冷媒用気液分離膜の細孔を通して該冷媒を気体と液体に分離させ、液相出口から冷媒の液相を取り出し、気相出口から冷媒の気相を取り出すことにより行う。   In the gas-liquid separation method of the gas-liquid mixed refrigerant of the present invention, the refrigerant in the gas-liquid coexistence state is introduced from the gas-liquid two-phase flow liquid inlet of the gas-liquid separation membrane module of the present invention under pressure, and the gas-liquid refrigerant The refrigerant is separated into gas and liquid through the pores of the separation membrane, the liquid phase of the refrigerant is taken out from the liquid phase outlet, and the gas phase of the refrigerant is taken out from the gas phase outlet.

好適に使用できる冷媒としては、アンモニア、炭酸ガス、イソブタン、クロロフルオロカーボン系冷媒{例えばR12(ジクロロフルオロメタン)又はR22(クロロジフルオロメタン)など}、ハイドロフルオロカーボン系冷媒(例えばR407C又はR410Aなど)が挙げられる。   Examples of the refrigerant that can be suitably used include ammonia, carbon dioxide gas, isobutane, chlorofluorocarbon refrigerant (for example, R12 (dichlorofluoromethane) or R22 (chlorodifluoromethane)), and hydrofluorocarbon refrigerant (for example, R407C or R410A). It is done.

本発明の冷媒用気液分離膜モジュールは、限定されるものではないが、図8に示すような冷凍サイクルに適用してよい。
図8において、冷凍サイクル20は、冷媒を圧縮する圧縮機21と、圧縮機21で圧縮された冷媒を冷却して冷媒を液化するコンデンサ22と、コンデンサ22によって液化された冷媒を減圧する減圧手段である膨張弁23と、膨張弁23によって減圧された冷媒(気液並存状態)を液相と気相に分離する冷媒用気液分離膜モジュール24と、冷媒用気液分離膜モジュール24から出た冷媒(液相)を貯める貯槽25と、この冷媒(液相)を気化させるエバポレータ26とを備えている。
The refrigerant gas-liquid separation membrane module of the present invention is not limited, but may be applied to a refrigeration cycle as shown in FIG.
In FIG. 8, the refrigeration cycle 20 includes a compressor 21 that compresses the refrigerant, a condenser 22 that cools the refrigerant compressed by the compressor 21 and liquefies the refrigerant, and a decompression unit that decompresses the refrigerant liquefied by the condenser 22. An expansion valve 23, a refrigerant gas-liquid separation membrane module 24 that separates the refrigerant decompressed by the expansion valve 23 into a liquid phase and a gas phase, and a refrigerant gas-liquid separation membrane module 24. A storage tank 25 for storing the refrigerant (liquid phase), and an evaporator 26 for vaporizing the refrigerant (liquid phase).

圧縮機21の出口とコンデンサ22の入口は第1接続配管27で、コンデンサ22の出口と膨張弁23の入口は第2接続配管28で、膨張弁23の出口と気液分離膜モジュール24との間は冷媒導入用配管29で、気液分離膜モジュール24と貯槽25との間は冷媒導出用配管30で、貯槽25とエバポレータ26の入口との間は冷媒導出用配管31で、冷媒用気液分離膜モジュール24とエバポレータ26の出口側はバイパス用配管32で、エバポレータ26の出口と圧縮機21の入口は第3接続配管33でそれぞれ接続されている。   The outlet of the compressor 21 and the inlet of the condenser 22 are the first connection pipe 27, and the outlet of the condenser 22 and the inlet of the expansion valve 23 are the second connection pipe 28, and the outlet of the expansion valve 23 and the gas-liquid separation membrane module 24 are connected. A refrigerant introduction pipe 29 is provided between the gas-liquid separation membrane module 24 and the storage tank 25, and a refrigerant extraction pipe 30 is provided between the storage tank 25 and the inlet of the evaporator 26. The outlet side of the liquid separation membrane module 24 and the evaporator 26 is connected by a bypass pipe 32, and the outlet of the evaporator 26 and the inlet of the compressor 21 are connected by a third connection pipe 33.

冷媒用気液分離膜モジュール24から出た気相冷媒はバイパス用配管32に導かれ、エバポレータ26を迂回して圧縮機21に戻る。   The gas-phase refrigerant exiting from the gas-liquid separation membrane module for refrigerant 24 is guided to the bypass pipe 32, bypasses the evaporator 26, and returns to the compressor 21.

貯槽25に溜まった液相冷媒は、冷媒導出用配管31よりエバポレータ26に送られる。従って、冷媒用気液分離膜モジュール24での分離が完全であればエバポレータ26には気相冷媒が供給されることはない。   The liquid-phase refrigerant accumulated in the storage tank 25 is sent to the evaporator 26 through the refrigerant outlet pipe 31. Therefore, if the separation in the refrigerant gas-liquid separation membrane module 24 is complete, the vapor phase refrigerant is not supplied to the evaporator 26.

気液並存状態の冷媒に含まれる液相冷媒が、ミスト又は液滴の形態で気相冷媒と共にエバポレータを迂回して圧縮機に入ると、冷媒の潜熱が冷凍に有効に利用されないという問題が発生するが、本発明の冷媒用気液分離膜モジュールを使用すれば、気液並存状態の冷媒より気相冷媒を効率的かつ確実に分離し、冷媒の潜熱を無駄なく有効に利用できる。   If the liquid-phase refrigerant contained in the gas-liquid coexisting refrigerant bypasses the evaporator and enters the compressor in the form of mist or liquid droplets, the problem arises that the latent heat of the refrigerant is not effectively used for refrigeration. However, if the gas-liquid separation membrane module for refrigerant of the present invention is used, the gas-phase refrigerant can be efficiently and reliably separated from the gas-liquid coexisting refrigerant, and the latent heat of the refrigerant can be effectively used without waste.

次に、実施例に基づいて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。   Next, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to the examples.

[鋳型、及び膜の構造観察]
走査型電子顕微鏡による観察:作製した鋳型、及び冷媒用気液分離膜から任意の大きさに切り取った試料を導電性両面テープにより試料台に固定し、白金を3nm程度の厚みにスパッタリングして顕微鏡試料とした。高分解能走査型電子顕微鏡装置(日立株式会社製 S−3000N)を用い、加速電圧1.0kV、及び所定の倍率で試料の表面、及び断面を観察した。鋳型の凸部の径、鋳型及び膜の厚み、細孔径、細孔ピッチについて50箇所測定し、平均値を求めた。
原子間力顕微鏡による観察:作製した試料から任意の大きさに切り取った冷媒用気液分離膜試料を両面テープにより試料台に固定し観察試料とした。原子間力顕微鏡(デジタルインスツルメント社製NanoScopeIII)を用い、Veeco社製のNCHVの探針を用いて所定の倍率で膜の表面形状を観察した。
[Observation of mold and film structure]
Observation with a scanning electron microscope: A sample cut to an arbitrary size from the produced mold and the gas-liquid separation membrane for refrigerant is fixed to a sample stage with a conductive double-sided tape, and platinum is sputtered to a thickness of about 3 nm to make a microscope. A sample was used. Using a high-resolution scanning electron microscope apparatus (S-3000N, manufactured by Hitachi, Ltd.), the surface and cross section of the sample were observed at an acceleration voltage of 1.0 kV and a predetermined magnification. The average value was obtained by measuring 50 locations of the diameter of the convex portion of the mold, the thickness of the mold and membrane, the pore diameter, and the pore pitch.
Observation with an atomic force microscope: A gas-liquid separation membrane sample for a refrigerant cut out to an arbitrary size from the prepared sample was fixed to a sample table with a double-sided tape to obtain an observation sample. Using an atomic force microscope (NanoScope III manufactured by Digital Instruments), the surface shape of the film was observed at a predetermined magnification using a NCHV probe manufactured by Veeco.

[膜厚]
多孔性フィルム基材:膜厚計(Mitutoyo社製 Digimatic Indicator IDF−130)を用いて測定した。異なる10点の箇所で測定し、平均値を求めた。
冷媒用気液分離膜:走査型電子顕微鏡による冷媒用気液分離膜の断面観察より膜厚を測定した。
[Thickness]
Porous film substrate: Measured using a film thickness meter (Digital Indicator IDF-130, manufactured by Mitutoyo). Measurements were made at 10 different points to obtain an average value.
Gas-liquid separation membrane for refrigerant: The film thickness was measured by cross-sectional observation of the gas-liquid separation membrane for refrigerant using a scanning electron microscope.

[気孔率]
走査型電子顕微鏡による膜の観察により、冷媒用気液分離膜の測定範囲にある孔の体積を測定し、次式(1)によって気孔率を算出した。ここで、孔の体積は上面の直径がAで底面の直径がBで高さが膜の厚さに等しい円錐台形状と仮定して計算した。
気孔率(%)=(測定範囲内の孔の体積)/測定範囲の膜の体積×100・・・(1)
[Porosity]
By observing the membrane with a scanning electron microscope, the volume of the pores in the measurement range of the gas-liquid separation membrane for refrigerant was measured, and the porosity was calculated by the following equation (1). Here, the volume of the hole was calculated on the assumption that the diameter of the upper surface is A, the diameter of the bottom surface is B, and the height is a truncated cone shape equal to the thickness of the film.
Porosity (%) = (pore volume in measurement range) / volume of membrane in measurement range × 100 (1)

<実施例1>
0.3Mシュウ酸を電解液として用い、化成電圧60Vで、純度99.99%のアルミニウム板に50秒間陽極酸化を行った。その後、2重量%リン酸30℃中に10分間浸漬し、孔径拡大処理を行った。この操作を5回繰り返し、縦横ともに200mmで、細孔ピッチ300nm、細孔径開孔部0.2μm、孔の深さ0.3μmのテーパー形状細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナから成る第1の鋳型を得た。
<Example 1>
Anodization was performed for 50 seconds on an aluminum plate having a purity of 99.99% at a formation voltage of 60 V using 0.3 M oxalic acid as the electrolyte. Thereafter, the film was immersed in 2% by weight phosphoric acid at 30 ° C. for 10 minutes to carry out pore size expansion treatment. This operation was repeated 5 times, and the first mold made of anodized porous alumina having tapered pores having a pore pitch of 300 nm, a pore diameter of 0.2 μm, and a pore depth of 0.3 μm, 200 mm in length and width. Got.

次にこの第1の鋳型の電鋳を行った。まず、ニッケルスパッタにより表面電極処理を行い、その上にニッケルの電気メッキを施した。金属メッキを鋳型から剥離することによって、ニッケルから成る第2の鋳型を得た。   Next, the first mold was electroformed. First, surface electrode treatment was performed by nickel sputtering, and nickel electroplating was performed thereon. A second mold made of nickel was obtained by peeling the metal plating from the mold.

得られた第2の鋳型を、蒸留水中で十分に洗浄した。事前に調製したポリスルホン(帝人アモコ社製、UDEL−P3500)のN−メチルピロリドン溶液2wt%をこの第2の鋳型にスピンコートし、80℃で乾燥し、第2の鋳型上に厚さ0.4μmの冷媒用気液分離膜前駆体を形成した。冷媒用気液分離膜前駆体の表面にある残膜をプラズマエッチングにより厚さ0.15μm程度除去した。   The obtained second mold was thoroughly washed in distilled water. A pre-prepared polysulfone (manufactured by Teijin Amoco, UDEL-P3500) in an N-methylpyrrolidone solution of 2 wt% was spin-coated on this second mold, dried at 80 ° C., and a thickness of 0.02 on the second mold. A 4 μm refrigerant gas-liquid separation membrane precursor was formed. The residual film on the surface of the gas-liquid separation membrane precursor for refrigerant was removed by plasma etching to a thickness of about 0.15 μm.

多孔性フィルム基材として縦横ともに200mmのポリプロピレン不織布(シンテックス(登録商標)MB MO18YY 三井化学株式会社製)を用いて第2の鋳型上の薄膜と160℃(ポリスルホンの熱変形温度は約175℃、ポリプロピレンの融点は約160℃)で熱融着させることによって薄膜の第2の鋳型からの剥離と多孔性フィルム基材との積層を同時に行い、ポリプロピレン不織布上にポリスルホンから成る冷媒用気液分離膜が積層された冷媒用気液分離膜積層体を得た。この積層体の厚みは157μmであった。   Using a polypropylene non-woven fabric (Syntex (registered trademark) MB MO18YY manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) of 200 mm in length and width as the porous film substrate, the thin film on the second mold and 160 ° C. (The heat distortion temperature of polysulfone is about 175 ° C. (The melting point of polypropylene is about 160 ° C.), and the thin film is peeled off from the second mold and laminated with the porous film substrate at the same time, and the gas-liquid separation for the refrigerant made of polysulfone is formed on the polypropylene nonwoven fabric. A gas-liquid separation membrane laminate for a refrigerant in which membranes were laminated was obtained. The thickness of this laminated body was 157 μm.

この冷媒用気液分離膜を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率40%、細孔径は50個測定して最小値0.18μm、最大値0.23μm、平均値0.21μm、標準偏差0.02であった。膜厚は平均値0.25μmであった。   When this gas-liquid separation membrane for refrigerant was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope, the porosity was 40%, the pore diameter was 50, and the minimum value was 0.18 μm, the maximum value was 0.23 μm, and the average value was 0.00. The standard deviation was 21 μm and 0.02. The average film thickness was 0.25 μm.

次にこの冷媒用気液分離膜積層体の平膜を5cm×20cmに切り出し、図5に示すような平膜モジュールを作製し、気液分離試験に使用した。有効膜面積は76cm2であった。 Next, a flat membrane of the gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant was cut into 5 cm × 20 cm to produce a flat membrane module as shown in FIG. 5 and used for a gas-liquid separation test. The effective membrane area was 76 cm 2 .

図5では気液二相流体を気液二相流液入口13から入れる。気液二相流体は気液分離膜積層体11によって気相と液相に分離され、気相は気液分離膜積層体11を通過して気相出口12から出て、液相は液相出口14から排出される。   In FIG. 5, the gas-liquid two-phase fluid is introduced from the gas-liquid two-phase fluid inlet 13. The gas-liquid two-phase fluid is separated into a gas phase and a liquid phase by the gas-liquid separation membrane laminate 11, the gas phase passes through the gas-liquid separation membrane laminate 11 and exits from the gas phase outlet 12, and the liquid phase is the liquid phase It is discharged from the outlet 14.

冷媒としてR407C(ダイキン工業株式会社製)を使用し、図9に示すような気液分離性能評価システムを使用して冷媒の気液二相流の気液分離試験を実施した。この気液分離性能評価システムは、冷媒貯槽34と送液ポンプ35と膨張弁23から成る気液二相流発生部と、気液分離モジュール24と、液相の貯槽36と第1の安全弁37、気相の貯槽38と第2の安全弁39、気相の流量計40から構成される。   Using R407C (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) as a refrigerant, a gas-liquid two-phase flow gas-liquid separation test was performed using a gas-liquid separation performance evaluation system as shown in FIG. This gas-liquid separation performance evaluation system includes a gas-liquid two-phase flow generation unit including a refrigerant storage tank 34, a liquid feed pump 35, and an expansion valve 23, a gas-liquid separation module 24, a liquid-phase storage tank 36, and a first safety valve 37. And a gas phase storage tank 38, a second safety valve 39, and a gas phase flow meter 40.

図9において評価システム全体を38℃に温調し、冷媒貯槽34からR407Cを送液ポンプ35で圧力をかけて送液し、膨張弁23で1.56MPaに減圧して発生させた気液二相流を気液分離モジュール24に導いた。気液分離モジュール24で分離された液相は液相の貯槽36に、気相は気相の貯槽38に導いた。気相の貯槽38に導かれた気相の流量(処理量(l/分))を測定し、さらにミスト及び液滴の混入状態を目視で調べた。結果を表1に示す。   In FIG. 9, the temperature of the entire evaluation system is adjusted to 38 ° C., R407C is supplied from the refrigerant storage tank 34 by applying pressure by the liquid supply pump 35, and the pressure is reduced to 1.56 MPa by the expansion valve 23. The phase flow was guided to the gas-liquid separation module 24. The liquid phase separated by the gas-liquid separation module 24 was led to the liquid phase storage tank 36, and the gas phase was led to the gas phase storage tank 38. The gas phase flow rate (throughput (l / min)) introduced to the gas phase storage tank 38 was measured, and the mixed state of mist and liquid droplets was examined visually. The results are shown in Table 1.

<実施例2>
平滑に研磨された縦横ともに200mmのガラス板上にポジ型のフォトレジストを厚み300nmで塗布してフォトレジスト付基板を得た。TEM00モードのアルゴンレーザ(波長364nm)から出射される光をミラーで二分割して45度の角度で2方向から照射して重ね合わせることで干渉縞を形成させ、形成された干渉縞を120度間隔で3方向からフォトレジスト付基板に照射してフォトレジストを露光した。露光後、現像を行い、未硬化部を除去することによって、第3の鋳型を得た。
<Example 2>
A positive photoresist was applied at a thickness of 300 nm on a smooth and polished glass plate of 200 mm in both length and width to obtain a substrate with a photoresist. The light emitted from the TEM00 mode argon laser (wavelength 364 nm) is divided into two by a mirror, irradiated from two directions at an angle of 45 degrees to form an interference fringe, and the formed interference fringe is 120 degrees. The photoresist was exposed by irradiating the substrate with the photoresist from three directions at intervals. After the exposure, development was performed to remove the uncured portion, thereby obtaining a third mold.

この第3の鋳型の突起はピッチ260nmで、凸部の径は底部で250nm、頂部で120nmであり、高さは300nmであった。   The projections of the third mold had a pitch of 260 nm, the diameter of the convex portion was 250 nm at the bottom, 120 nm at the top, and the height was 300 nm.

次にこの第3の鋳型の電鋳を行った。まず、ニッケルスパッタにより表面電極処理を行った。その上にニッケルの電気メッキを施し、金属メッキを第3の鋳型から剥離することによって、第3の鋳型の凹凸構造を反転して転写された第1の鋳型を得た。   Next, this third mold was electroformed. First, surface electrode treatment was performed by nickel sputtering. Then, electroplating of nickel was performed, and the metal plating was peeled off from the third mold, whereby the transferred first mold was obtained by inverting the uneven structure of the third mold.

次に第二の電鋳の剥離のための処理として、第1の鋳型の表面を酸化処理して金属の酸化被膜を形成した。そして、電鋳として第1の鋳型の表面にニッケルメッキを施した。第1の鋳型から金属メッキを剥離して第2の鋳型を得ることができた。この第2の鋳型は第1の鋳型を原盤として作製されるため、壊れても補充が可能である。   Next, as a treatment for peeling off the second electroforming, the surface of the first mold was oxidized to form a metal oxide film. Then, nickel plating was applied to the surface of the first mold as electroforming. The metal mold was peeled from the first mold to obtain a second mold. Since the second mold is produced using the first mold as a master, it can be replenished even if it is broken.

事前に調製したポリスルホン(帝人アモコ社製、UDEL−P3500)のN−メチルピロリドン溶液2wt%をこの第2の鋳型にスピンコートし、80℃で乾燥し、厚さ0.4μmの冷媒用気液分離膜前駆体を第2の鋳型上に得た。   2 wt% of a pre-prepared polysulfone (manufactured by Teijin Amoco, UDEL-P3500) with 2 wt% N-methylpyrrolidone solution is spin-coated on this second mold, dried at 80 ° C., and 0.4 μm thick gas-liquid for refrigerant A separation membrane precursor was obtained on a second template.

次に縦横ともに200mmに切出したフィックスフィルムHG−1(フジコピアン(株)社製)を張り合わせ、剥がすことにより冷媒用気液分離膜前駆体を金型から離型した。   Next, the fix film HG-1 (manufactured by Fuji Copian Co., Ltd.) cut out to 200 mm in both length and width was laminated and peeled to release the gas-liquid separation membrane precursor for refrigerant from the mold.

多孔性フィルム基材としてポリプロピレン不織布(シンテックス(登録商標)MB MO18YY 三井化学株式会社製)を縦横ともに200mmに切出して金型から離型した冷媒用気液分離膜前駆体と重ね合わせた。160℃で加熱して冷媒用気液分離膜前駆体と多孔性フィルム基材とを熱融着させた後フィックスフィルムHG−1を剥離した。冷媒用気液分離膜前駆体の表面にある残膜をプラズマエッチングにより厚さ0.15μm程度除去して冷媒用気液分離膜積層体を得た。この積層体の厚みは158μmであった。   Polypropylene nonwoven fabric (Syntex (registered trademark) MB MO18YY manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) as a porous film substrate was cut into 200 mm both vertically and horizontally and overlapped with the refrigerant gas-liquid separation membrane precursor released from the mold. After heating at 160 ° C. to heat-fuse the gas-liquid separation membrane precursor for refrigerant and the porous film substrate, the fix film HG-1 was peeled off. The residual film on the surface of the refrigerant gas-liquid separation membrane precursor was removed by plasma etching to a thickness of about 0.15 μm to obtain a gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant. The thickness of this laminated body was 158 μm.

この冷媒用気液分離膜を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率48%、細孔径は50個測定して最小値0.17μm、最大値0.24μm、平均値0.22μm、標準偏差0.02であった。膜厚は平均値0.26μmであった。   The gas-liquid separation membrane for refrigerant was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope. As a result, the porosity was 48%, and the pore diameter was measured to be 50. The minimum value was 0.17 μm, the maximum value was 0.24 μm, and the average value was 0.8. The standard deviation was 22 μm and the standard deviation was 0.02. The average film thickness was 0.26 μm.

次にこの冷媒用気液分離膜積層体平膜を5cm×20cmに切り出し、図5に示すような平膜モジュールを作製した。有効膜面積は76cm2であった。この平膜モジュールについて実施例1と同様の操作で気液分離試験を実施した。結果を表1に示す。 Next, the flat membrane of the gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant was cut into 5 cm × 20 cm, and a flat membrane module as shown in FIG. 5 was produced. The effective membrane area was 76 cm 2 . This flat membrane module was subjected to a gas-liquid separation test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
ポリテトラフルオロエチレンの微粒100重量部と石油ナフサ22重量部を混合しTダイを備えた押出し機により押出して平膜を成型し、加熱乾燥後250℃で120%に一軸延伸して平膜を作製した。この平膜を360℃で15分焼成した。得られた平膜を電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡で解析したところ、空孔率40%、細孔径は50個測定して最小値0.02μm、最大値0.24μm、平均値0.14μm、標準偏差0.09であった。膜厚は平均値90μmであった。
<Comparative Example 1>
100 parts by weight of polytetrafluoroethylene particles and 22 parts by weight of petroleum naphtha are mixed and extruded by an extruder equipped with a T-die to form a flat film. After heating and drying, the flat film is uniaxially stretched to 120% at 250 ° C. Produced. This flat film was baked at 360 ° C. for 15 minutes. When the obtained flat film was analyzed with an electron microscope and an atomic force microscope, the porosity was 40%, and the pore diameter was measured to be 50. The minimum value was 0.02 μm, the maximum value was 0.24 μm, the average value was 0.14 μm, The standard deviation was 0.09. The average film thickness was 90 μm.

次にこの平膜を5cm×20cmに切り出し、図6に示すような平膜モジュールを作製し、気液分離試験を実施した。有効膜面積は76cm2であった。 Next, this flat membrane was cut out to 5 cm × 20 cm, a flat membrane module as shown in FIG. 6 was produced, and a gas-liquid separation test was performed. The effective membrane area was 76 cm 2 .

図6では気液二相流体を気液二相流液入口17から入れる。気液二相流体は平膜15で気相と液相に分離され、気相は平膜15を通過して気相出口16から出て、液相は液相出口18から排出される。この平膜モジュールについて実施例1と同様の操作で気液分離試験を実施した。結果を表1に示す。   In FIG. 6, the gas-liquid two-phase fluid is introduced from the gas-liquid two-phase fluid inlet 17. The gas-liquid two-phase fluid is separated into a gas phase and a liquid phase by the flat film 15, the gas phase passes through the flat film 15, exits from the gas phase outlet 16, and the liquid phase is discharged from the liquid phase outlet 18. This flat membrane module was subjected to a gas-liquid separation test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
メッシュフィルター(NY50−HD、SEFAR社製、269メッシュ、目開き50μm、厚み102μm)を5cm×20cmに切り出し、図6に示すような平膜モジュールを作製した。有効膜面積は76cm2であった。この平膜モジュールについて実施例1と同様の操作で気液分離試験を実施した。結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A mesh filter (NY50-HD, manufactured by SEFAR, 269 mesh, opening 50 μm, thickness 102 μm) was cut into 5 cm × 20 cm, and a flat membrane module as shown in FIG. 6 was produced. The effective membrane area was 76 cm 2 . This flat membrane module was subjected to a gas-liquid separation test in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2011212545
Figure 2011212545

表1から明らかなように、細孔径分布が大きく平均細孔径の小さい膜では気液分離処理の効率は低かった。また目の粗いメッシュフィルターでは処理量は大きいが気液分離処理が不十分であり、ミスト及び液滴を分離できなかった。これに対して本願の冷媒用気液分離膜は高い効率で気液分離処理が可能であった。   As is clear from Table 1, the efficiency of the gas-liquid separation treatment was low in a membrane having a large pore size distribution and a small average pore size. In addition, a coarse mesh filter has a large throughput, but gas-liquid separation is insufficient, and mist and droplets cannot be separated. In contrast, the gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present application was capable of gas-liquid separation treatment with high efficiency.

本発明の冷媒用気液分離膜は冷凍サイクルの気液分離処理の分野で好適に使用できる。   The gas-liquid separation membrane for refrigerant of the present invention can be suitably used in the field of gas-liquid separation treatment of a refrigeration cycle.

1 第1の製造方法による第2の鋳型
2 アルミニウム
3 陽極酸化ポーラスアルミナ
4 細孔
5 分離膜
6 多孔性フィルム基材
7 基板
8 テーパー形状の突起から成る凸部
8a 凸部の頂上部
8b 凸部の底部
9 第2の製造方法による第3の鋳型
10 第2の製造方法による第1の鋳型
11 実施例1および2で用いたモジュールの冷媒用気液分離膜積層体
12 実施例1および2で用いたモジュールの気相出口
13 実施例1および2で用いたモジュールの気液二相流液入口
14 実施例1および2で用いたモジュールの液相出口
15 比較例1および2で用いたモジュールの平膜およびメッシュフィルター
16 比較例1および2で用いたモジュールの気相出口
17 比較例1および2で用いたモジュールの気液二相流液入口
18 比較例1および2で用いたモジュールの液相出口
19 冷媒用気液分離膜モジュール
20 冷凍サイクル
21 圧縮機
22 コンデンサ
23 膨張弁
24 冷媒用気液分離膜モジュール
25 貯槽
26 エバポレータ
27 第1接続配管
28 第2接続配管
29 冷媒導入用配管
30 冷媒導出用配管
31 冷媒導出用配管
32 バイパス用配管
33 第3接続配管
34 冷媒貯槽
35 送液ポンプ
36 液相の貯槽
37 第1の安全弁
38 気相の貯槽
39 第2の安全弁
40 気相の流量計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 2nd casting_mold | template by a 1st manufacturing method 2 Aluminum 3 Anodized porous alumina 4 Pore 5 Separation membrane 6 Porous film base material 7 Substrate 8 Convex part which consists of a taper-shaped protrusion 8a Top part of convex part 8b Convex part Bottom part 9 Third mold 10 by the second manufacturing method 10 First mold 11 by the second manufacturing method 11 Gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant of the module used in Examples 1 and 2 12 In Examples 1 and 2 Gas phase outlet of the module used 13 Gas-liquid two-phase flow inlet of the module used in Examples 1 and 2 14 Liquid phase outlet of the module used in Examples 1 and 2 15 of the module used in Comparative Examples 1 and 2 Flat membrane and mesh filter 16 Gas phase outlet of module used in Comparative Examples 1 and 2 17 Gas-liquid two-phase flow inlet of module used in Comparative Examples 1 and 2 18 Comparative Example 1 Liquid phase outlet of module used in 2 and 19 Gas-liquid separation membrane module for refrigerant 20 Refrigeration cycle 21 Compressor 22 Capacitor 23 Expansion valve 24 Gas-liquid separation membrane module for refrigerant 25 Storage tank 26 Evaporator 27 First connection pipe 28 Second connection Pipe 29 Refrigerant introduction pipe 30 Refrigerant outlet pipe 31 Refrigerant outlet pipe 32 Bypass pipe 33 Third connection pipe 34 Refrigerant storage tank 35 Liquid feed pump 36 Liquid phase storage tank 37 First safety valve 38 Gas phase storage tank 39 Second Safety valve 40 Gas phase flow meter

Claims (9)

細孔を有する冷媒用気液分離膜であって、該細孔の細孔ピッチが30〜1000nmであり、該細孔の細孔径が10〜300nmであり、該気液分離膜の厚さが30〜1000nmであり、かつ該細孔の孔径分布における標準偏差が平均値の30%以下である、冷媒用気液分離膜。   A gas-liquid separation membrane for refrigerant having pores, wherein the pore pitch is 30 to 1000 nm, the pore diameter is 10 to 300 nm, and the thickness of the gas-liquid separation membrane is A refrigerant gas-liquid separation membrane having a standard deviation in the pore size distribution of 30 to 1000 nm and 30% or less of the average value. 細孔から成る凹部を有する第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程
を含む、請求項1に記載の冷媒用気液分離膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, comprising the steps of: transferring the irregularities of the first mold having recesses made of pores to a second mold; and transferring the irregularities of the second template to a film made of a polymer. A method for producing a gas-liquid separation membrane for refrigerant.
前記細孔から成る凹部を有する第1の鋳型が、アルミニウム板を陽極酸化することにより作製される、請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method of Claim 2 with which the 1st casting_mold | template which has the recessed part which consists of the said pore is produced by anodizing an aluminum plate. 突起から成る凸部を有する第3の鋳型の凹凸を第1の鋳型に転写する工程、
該第1の鋳型の凹凸を第2の鋳型に転写する工程、及び
該第2の鋳型の凹凸を高分子から成る膜に転写する工程
を含む、請求項1に記載の冷媒用気液分離膜の製造方法。
A step of transferring the irregularities of the third mold having projections made of protrusions to the first mold;
2. The gas-liquid separation membrane for refrigerant according to claim 1, comprising a step of transferring the irregularities of the first template to a second template, and a step of transferring the irregularities of the second template to a membrane made of a polymer. Manufacturing method.
前記突起から成る凸部を有する第3の鋳型が、基板上に積層されたフォトレジスト層を干渉露光して現像することにより作製される、請求項4に記載の製造方法。   5. The manufacturing method according to claim 4, wherein the third mold having the convex portion formed of the protrusion is produced by developing the photoresist layer laminated on the substrate by interference exposure. 請求項1に記載の冷媒用気液分離膜と多孔性フィルム基材とを積層させて成る冷倍用気液分離膜積層体。   A gas-liquid separation membrane laminate for cold multiplication, wherein the gas-liquid separation membrane for refrigerant according to claim 1 and a porous film substrate are laminated. 請求項1に記載の冷媒用気体接触膜と多孔性フィルム基材とを積層する工程、及び
加熱により該冷媒用気体接触膜および/または該多孔性フィルム基材を融かして両者を融着させる工程
を含む冷媒用気体接触膜積層体の製造方法。
The step of laminating the gas contact film for refrigerant according to claim 1 and the porous film substrate, and melting the gas contact film for refrigerant and / or the porous film substrate by heating to fuse them together The manufacturing method of the gas contact film | membrane laminated body for refrigerant | coolants including the process to make.
請求項1に記載の冷媒用気液分離膜または請求項6に記載の冷媒用気液分離膜積層体によって内部空間を第1の空間と第2の空間に分離された容器から成り、第1の空間に外部空間からの気液二相流液入口と液相出口を有し、かつ第2の空間に外部空間への気相出口を有する、冷媒用気液分離膜モジュール。   An internal space is composed of a container that is separated into a first space and a second space by the gas-liquid separation membrane for refrigerant according to claim 1 or the gas-liquid separation membrane laminate for refrigerant according to claim 6. A gas-liquid separation membrane module for refrigerant having a gas-liquid two-phase flow liquid inlet and a liquid-phase outlet from the external space in the space and a gas-phase outlet to the external space in the second space. 請求項8に記載の冷媒用気液分離膜モジュールの前記気液二相流液入口から気液並存状態の冷媒を入れ、前記液相出口から液相状態の冷媒を取り出し、そして前記気相出口から気相状態の冷媒を取り出すことによって、気液並存状態の冷媒を液相と気相に分離する工程を含む、冷媒の気液分離方法。   A refrigerant in a gas-liquid coexistence state is introduced from the gas-liquid two-phase flow liquid inlet of the gas-liquid separation membrane module for refrigerant according to claim 8, a liquid-phase refrigerant is taken out from the liquid phase outlet, and the gas phase outlet A gas-liquid separation method for a refrigerant, comprising a step of separating a gas-liquid coexisting refrigerant into a liquid phase and a gas phase by taking out the gas-phase refrigerant from the liquid phase.
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