JP3104203B2 - 流体分離モジュール及び流体分離方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体分離モジュー
ルと、このモジュールを利用して流体混合物中の少なく
とも１種の流体を選択的に分離する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】中空繊
維膜のバンドル（束）が入った分離器（セパレーター）
モジュールは、膜のシェル（外殻）側と内腔（ボア）側
のおのおので流体の均一な速度分布（又は「プラグフロ
ー」）を呈する理想的な向流の下で、一番可能な限りの
性能をもたらす。繊維の内腔の寸法と長さが均一の場合
に、内腔側の流れはプラグフローに近づくと予想され
る。ところが、シェル側には、通常、軸線方向の速度の
不均一分布、すなわちプラグフローからの逸脱が存在す
る。

【０００３】シェル側でのプラグフローからの逸脱は、
多数の要因、例えばバンドルを形成するための方法の結
果として生じることがあるバンドル内の中空繊維の不均
一な間隔、あるいは繊維の外形の変動、あるいは繊維の
よじれ（キンク）又はうねり（ｗａｖｅ）、あるいは繊
維の平行にならない配向、あるいは巻かれたバンドル内
の繊維の滑り等、のうちの一つにより引き起こされる。

【０００４】縦の中空繊維バンドルにおいては、半径方
向の流体流抵抗（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｓｉｓｔａ
ｎｃｅ）は軸線方向の流体流抵抗よりも通常はるかに大
きい。シェル側の流体は、通常、バンドルの外側又は中
央でバンドルに出入りする。半径方向のより大きい流体
流抵抗は、シェル側の流体が中空繊維バンドルの断面全
体にわたり均一に分布するのを妨げ、従ってプラグフロ
ーからの逸脱を生じさせる。

【０００５】ガス分離プロセスにおけるモジュールの性
能についての上述の現象の最終結果は、高速な（ｆａｓ
ｔ）ガスについて不透過物流の流量又は高速ガス含有量
が低下するにつれ有効透過率が低下すること、そしてガ
ス分離についての有効選択率が低下することである。こ
のことから、膜の単位面積当たりの製品（不透過物）流
量が低下し、所定製品純度での製品回収率が低下する。
これらの有害な影響は、内腔側に原料供給するガス分離
でもシェル側に原料供給するガス分離でも認められる。
これらの影響のいくつかの例を下記に示す。

【０００６】圧縮空気から高純度窒素を生産する際に、
より高い純度の窒素製品を得るため原料の速度を低下さ
せるにつれて有効酸素透過率は低下する。これは、規定
された純度で可能な窒素流量を低下させ、また窒素回収
量を減少させる。このことは、水素とその他の種、例え
ばメタン、エタン、二酸化炭素等とを含有している流れ
から高純度水素を生産する際にも当てはまる。圧縮空気
の乾燥においては、露点がより低い製品を得るため原料
供給速度を低下させるにつれて水の有効透過率が低下す
る。これは、規定された露点での製品流量を低下させ、
また透過物の損失分を増加させる。同じ結果が、高圧の
天然ガスの乾燥において起こり、このことからメタンの
損失が増加する。

【０００７】これらのガス分離法は、内腔側を原料供給
側とし又はシェル側を原料供給側として運転することが
できる。上記の有害な影響は、不透過物の高速ガス含有
量が透過側のスイープガスの流量を増加させることによ
り増加する場合にやはり起きる。スイープガスは外部か
らの流れでよく、あるいはそれは不透過物又は原料流の
うちの一部でよい。

【０００８】シェル側ガス流は典型的に、分離器内の繊
維長さが増加するにつれ均一なプラグフローに近づく。
ところが、原料流も透過物流も、分離器の長さが増加す
るにつれ圧力損失が増加する。更に、分離器の長さを増
加させると分離器の値段も上昇しかねず、分離器モジュ
ールの組み立てもますます複雑になりかねない。

【０００９】一定の状況では、所定のガス流を処理する
のに分離器モジュールを並列につなぐのが好ましいこと
がある。これは、圧力損失を減らし、全透過物により向
流式に膜表面全体をスイープするのを可能にして、この
構成は最大の可能な限りの性能をもたらすことができ
る。ところが、この並列の構成は原料の速度を低下さ
せ、こうしてシェル側のプラグフローからの逸脱が受け
入れがたい性能の原因となることがある。一般に、並列
の構成が受け入れがたい性能の原因となる場合には、分
離器モジュールの群を直列につなぐことができる。しか
し、直列の構成には、例えば原料流と透過物流の両方の
圧力損失が増大するといったように、特定の問題があ
る。更に、それは透過物流を直列に接続するため追加の
「出入口」と「配管設備」を必要とし、その一方、透過
物流を直列に接続しない場合には潜在的な性能の上昇が
失われる。

【００１０】上述の膜によるガス分離法の性能を向上さ
せるためには、分離器モジュールは特にシェル側で流量
分布を向上させることが必要とされる。

【００１１】通常、シェル側境界層の物質移動係数は繊
維の固有の透過係数よりはるかに大きく、それゆえ有効
透過係数にほとんど影響を及ぼさない。ところが、中空
繊維内の高速ガスの固有透過係数が外側の物質移動係数
に匹敵しあるいはそれより大きい場合には、有効透過係
数は外側物質移動係数の値により制限され、それゆえ外
側の物質移動係数を増大させると向上した性能が得られ
る。この状況は、高ガス透過性の物質を中空繊維の製作
に利用できる場合に生じる。

【００１２】前述の検討はガスの分離に限られてはいる
が、中空繊維膜のバンドルが入った分離器モジュール
は、気液接触、浸透気化（ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏ
ｎ）、逆浸透、透析、限外ろ過及び精密ろ過を含めた操
作でも使用することができ、これらのおのおのでは外側
の物質移動係数が性能上有意の役割を演じる。こうし
て、外側の物質移動係数の向上は性能を向上させ、そし
て恐らくより小さなモジュールの使用を可能にして、装
置と操作の総合経費を低下させることになる。

【００１３】シェル側の流量分布の均一性を向上させそ
して外側の物質移動係数を増大させるために、多くの試
みがなされている。例を挙げれば、Ｍａｘｗｅｌｌらの
米国特許第３３３９３４１号明細書には、バンドルをコ
ンパクトにしそして表向き高充填密度を得ようとして、
柔軟スリーブを中空繊維バンドルの周囲に配置する透過
装置が記載されている。しかし、そのような装置では先
に検討した要因のために、バンドルの断面全体にわたる
流量分布になおもむらが生じている。

【００１４】Ｔｏｍｓｉｃの米国特許第３５０３５１５
号明細書には、中空繊維間の空隙空間が不活性な粒状固
形物で実質的に満たされている透過装置が記載されてい
る。表向きは、不活性粒状固形物は空隙の量を減少させ
て、それにより流体原料を中空繊維の外側表面積全体と
接触させる。ところが、このような装置は半径方向の流
体流抵抗が実質的に増大して、その結果流体が中空繊維
バンドルに浸透するのを妨げてバンドルの断面全体にわ
たる軸線方向の流量を非常に不均一にさせることにな
る。更に、この種の装置は製造するのが難しく、そして
操作中はシェル側での流体の通過が粒子の動きを生じさ
せて繊維の外側表面を磨耗させることがある。また、粒
子が移動しそして分離器からそれが失われて下流の機器
の汚染を生じさせることがある。

【００１５】Ｂａｒｄｏｎｎｅｔらの米国特許第４０６
６５５３号明細書には、中空繊維の周囲にらせん状に巻
かれた糸様の構成要素により中空繊維の間隔をあけ互い
に接触させないでおく中空繊維バンドルが記載されてい
る。目的は、「デッドゾーン」を防ぎ、そして接触効率
がより高くて圧力損失が小さいコンパクトな装置を提供
することである。しかし、そのような装置は、空隙をあ
けるために使われる糸が存在するため分離器モジュール
に詰めることができる繊維がより少ないことから、単位
容積当たりの有効な面積が少ないと予想される。更に、
高い中空繊維充填密度を得るために選ばれる小さな直径
のスペーサーヤーンを用いることは、中空繊維の周りに
スペーサーヤーンを巻きつけるのを極めて困難にし、そ
れゆえ通常の大量生産を実行できなくする。

【００１６】Ｆｕｊｉｉらの米国特許第４２９３４１８
号明細書には、１又は２本の中空繊維の周りにテクスチ
ャードヤーンから構成されたスペーサーヤーンをらせん
状に巻きつけた中空繊維のバンドルが入ったモジュール
が記載されている。スペーサーヤーンの見掛けの太さは
中空繊維の外径の０．５〜３倍であり、中空繊維の外径
は５０〜６００μｍである。巻きつけは規則的であり、
各中空繊維の周りのスペーサーヤーンの巻きつけ数は中
空繊維の長さ１０ｍｍ当たり０．５〜２０である。分離
器における中空繊維充填比率は３０〜７８％である。目
的は、先に検討したＢａｒｄｏｎｎｅｔらの米国特許明
細書と同じである。更に、６０％以上ほどの高い中空繊
維充填比率を得ようとする場合には、中空繊維のバンド
ルは流体分離器の管状ケーシング内に組み込む前に直径
を低下させるように絞り込まなくてはならない。この絞
り込みには、中空繊維の損傷が、それゆえに乏しい組み
立て収率が、伴いそうである。

【００１７】Ｓｔｏｌｄｔらの米国特許第４５５９８８
４号及びＡｕｓｔｉｎの米国特許第４８６９０５９号明
細書には、複数の中空繊維の周りを覆う縫い目を作るか
あるいは一群の繊維の周りにヤーンをらせん状に巻きつ
けるかして、中空繊維をバンドルにまとめることが記載
されている。それぞれの目的は、繊維の破損や損傷を減
らして取り扱うことのできるバンドルを提供することで
ある。

【００１８】Ｗｅｉｃｋｈａｒｄｔの米国特許第４９５
０３９１号明細書には、血液透析器として適した中空繊
維モジュールに非常に少量の糸（一般に中空繊維の数の
４〜１０％）を加えることが記載されている。これらの
糸は好ましくは、透析物の流れをふさがないようにテク
スチャードヤーンである。これらの糸は、バンドルの断
面が弾力的且つ弾性的となるよう糸で満たされるよう
に、バンドルの断面全体に均等に配分される。この装置
は、具体的に言えば血液等の如き液体を処理するために
設計される。

【００１９】Ｍａｔｈｅｗｓｏｎらの米国特許第５２３
６６６５号明細書には、たて糸を構成する隣接中空繊維
間に不活性繊維を間隔をあけて配置し、そして次にたて
糸を横切り交互にその上下をぬって延びるよこ糸を構成
する別の不活性繊維を間隔をあけて配置して中空繊維の
織物を形成した中空繊維装置が記載されている。記載さ
れた目的は、中空繊維装置の空隙容積を減らすことであ
り、断面全体にわたる均一な流れを生じさせることであ
る。中空繊維の織りパターンを設けることは、繊維充填
密度の実質的低下の原因となり、それゆえユニットの有
効面積と分離能力を低下させる。更に、中空繊維が不活
性繊維を織る過程で損傷されることがある。

【００２０】Ｒｅｉｎｈａｒｔらの国際特許出願公開第
９５／３４３７３号パンフレットには、おのおのが繊維
の外側表面にらせん状に配置又は形成されたモノフィラ
メントスペーサーを有する、中空繊維膜を含む透析器が
記載されている。スペーサーは、中空繊維の直径の９〜
１８％である。これらのスペーサーは、繊維の長さ方向
に沿って１本の繊維が別の繊維と接触するのを防止し、
そして隣接する膜の外表面間の一定の規定された間隔を
定め且つ維持する。

【００２１】本発明は、中空繊維膜のバンドルを含む分
離器モジュールであって、その内部においてシェル側の
流体の流量分布の均一性が向上しており且つより速く透
過する種についての有効物質移動係数が増大しその結果
モジュールの性能が向上した分離器モジュールを提供す
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、膜であり且つ
内径と外径及び長さが実質的に均一なものである中空繊
維のバンドルを含む流体分離モジュールを提供する。中
空繊維のおのおのは、約１００〜約３０００μｍの外径
（ＯＤ）を有する。バンドルには、中空繊維の外径の約
３倍以下の外径であるが、中空繊維と実質的に同じ長さ
であり且つ中空繊維と実質的に平行であるフィラメント
がランダムに間隔をあけて配置される。これらのフィラ
メントは、各中空繊維ごとに平均して約０．５〜約５の
フィラメント数で存在する。各フィラメントの外径は約
６０〜約３０００μｍである。ここで使用する用語の
「フィラメント」は、長さがあって断面が相対的に小さ
い任意の不活性材料であり、そしてそれは本発明におい
て使用する場合バンドル中の繊維に対し実質的に平行の
ままであり、繊維の周りに巻きつく傾向のないものであ
る。好適なフィラメントには、モノフィラメント、マル
チフィラメントの不撚糸（ｕｎｔｗｉｓｔｅｄ ｙａｒ
ｎ）、マルチフィラメントの撚糸、スレッド、その他同
様のものが含まれる。バンドル中の中空繊維の充填密度
は約１０％〜約７５％の範囲にわたることができる。充
填密度は中空繊維により占められるモジュールの断面積
の割合として定義され、モジュールの断面積はその内径
を基にし、中空繊維の断面積はそれらの外径を基にす
る。

【００２３】流体分離モジュールはまた、中空繊維とフ
ィラメントが埋め込まれるチューブシートを少なくとも
１枚含み、これらの中空繊維はこのチューブシートを貫
通する。

【００２４】一つの製造方法では、押出し成形後の中空
繊維をボビンに巻きつけ、次にこのボビンを洗浄して繊
維から溶媒を除去する。繊維のバンドルを組み立てるた
めの一つの方法は、中空繊維を制御された張力下で巻き
戻し、そしてこの繊維を直径の大きなホイールの周囲に
巻くものである。横送りする案内装置がホイールに繊維
を巻きつけて、幅が横送りのストローク長さにより設定
されそしてホイール周囲の多数の巻きつけ材料からなる
「かせ（ｓｋｅｉｎ）」を形成する。この方法は「かせ
どり（ｓｋｅｉｎｉｎｇ）」と呼ばれている。次に、か
せを切断して真っ直ぐな特定長さの繊維を作る。適切な
数のかせを適当な手段により一緒にまとめて必要とされ
る直径の円筒状のバンドルを形成する。円筒状のバンド
ルを形成するための一つの方法は、適当な形状寸法のバ
ンドル用ラックにかせを垂直に掛け、そして次にそれら
を引っ張ってバンドルの周囲に配置された例えばプラス
チックのラップあるいは弾性ストラップといった手段に
より均一に充填されたバンドルにすることによるもので
ある。

【００２５】バンドルを形成するもう一つの方法は、ボ
ビンから中空繊維を制御された張力下で巻きもどし、そ
してこの中空繊維を一組のプーリー案内装置を通してフ
ィラメント巻機の供給キャリジ（ｆｅｅｄ ｃａｒｒｉ
ａｇｅ）へ送りだすものである。マンドレルを回転させ
ながら繊維をそれへ引き寄せる。同時に、横送りする案
内装置をマンドレルに沿って移動させる。この案内装置
は半径方向に（すなわちマンドレルに対し垂直に）移動
し且つ回転することができる。繊維の位置と配向は、コ
ンピュータにより制御されるこれらの様々な動きにより
決定される。いくつかの巻きパターンが可能であって、
例えばらせん状、円周状、有極状（ｐｏｌａｒ）等のパ
ターンが可能である。繊維は単一繊維として巻きつけて
もよいが、一般にはいくつかの繊維の群として巻きつけ
ることができる。巻きつけは、必要とされる直径の巻き
つけパッケージができあがったなら終了される。

【００２６】本発明の分離器モジュールは、バンドル中
に中空繊維を含み、これらの中空繊維の間の空隙空間に
適当な直径のフィラメントがランダムに点在している。
一般に、これらのフィラメントはかせどり又はマンドレ
ル巻き工程の間に導入されるが、フィラメントは繊維を
最初に作るときに導入してもよい。フィラメントは一般
に、中空繊維に対し平行であって、かくして中空繊維間
の空隙空間を占める。空隙空間中にランダムに分配され
るとは言うものの、フィラメントは通常、中空繊維バン
ドルの断面全体にわたりある程度均一に散らばらされ
る。これらのフィラメントの存在することが、分離器の
断面全体にわたるシェル側の軸線方向の流量の分布の均
一性を向上させる助けとなる。軸線方向の流量分布の均
一性は軸線方向の流体流抵抗が増大することから改善さ
れる、と信じられる。流体流抵抗の増大は、流体力学的
直径（すなわち空隙容積）の減少に関連する。フィラメ
ントの存在することはシェル側（外側）の物質移動係数
を増大させる、ということにも注目すべきである。フィ
ラメントは好ましくは、外径が中空繊維のそれより小さ
い、スレッド、マルチフィラメントの撚糸、マルチフィ
ラメントの不撚糸、又はモノフィラメントである。

【００２７】本発明はまた、分離器の有効膜面積を固有
の高い透過係数を補償するために減らす必要がある場合
に、所定の大きさの分離器の性能を維持するようにして
実施してもよい。この場合には、追加の不活性なフィラ
メントを、シェル側の均一な流量分布の維持を可能にし
そして有効な物質移動を続けさせる充填材として働くよ
うに加える。

【００２８】本発明はまた、流体混合物中の少なくとも
１種の流体を流体混合物中の少なくとも１種のそのほか
の流体から、その少なくとも１種の流体を中空繊維膜の
バンドルを通して選択的に透過させることにより分離す
るための方法にも関する。中空繊維の膜は内径と外径が
実質的に均一なものであり、バンドル中には外径が中空
繊維のそれの３倍以下であって且つ中空繊維と長さが実
質的に同じであるフィラメントがランダムに分散されて
いて、中空繊維は外径が約１００〜約３０００μｍであ
り、フィラメントは外径が約６０〜約３０００μｍであ
って、これらのフィラメントは中空繊維の数の約０．５
〜約５倍の数で存在している。この方法は、流体混合物
を、その流体混合物のうちの少なくとも１組の流体に関
してこの組の流体のうちの一つの流体をこの組の流体の
うちの残りの流体以上に選択的に透過させる中空繊維膜
の一つの表面と接触させることを含む。少なくとも１種
の透過性流体が中空繊維膜へ浸透してこれを透過する。
透過物は中空繊維膜の反対側の表面から取り出されて、
流体混合物中における少なくとも１種の流体の少なくと
も１種のそのほかの流体に対する割合と流体混合物中に
おける当該少なくとも１種の流体の割合が異なる透過生
成物をもたらす。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、シェル側供給口１２とシ
ェル側出口１４とを有する分離モジュール１０を示して
いる。このモジュール１０は、２枚のチューブシート２
４と２６を有するダブルエンド型（ｄｏｕｂｌｅ ｅｎ
ｄｅｄ）分離器である。両方のチューブシート２４と２
６を中空繊維２７が貫通している。フィラメント２８
も、チューブシート２４及び２６を通り抜ける行程の少
なくとも大部分に達している。中空繊維２７の内腔（ボ
ア）は内腔側供給口１６を通して連絡されており、そし
ていずれの内腔側ガスの流れも内腔側出口１８を通って
出てゆく。このモジュール１０は、中空繊維２７とフィ
ラメント２８とを含む円筒状の中央部２０と、そしてエ
ンドキャップ２２を有する。モジュール１０は、中程度
の圧力での操作で使用してもよく、あるいは非常に高い
圧力の処理で使用してもよい。後者は高圧シェルに適当
なシールを配置したモジュールを必要とする。モジュー
ル１０は、何らかのスイープガスを内腔を通して供給す
るシェル側原料供給の操作用に使用してもよく、あるい
はスイープガスをシェル側へ供給する内腔側原料供給の
操作用に使用してもよい。外部からのスイープガスを利
用しない場合には、シェル側の原料供給を行うモジュー
ルでは供給口１６をなくしてもよく、そして内腔側原料
供給を行うモジュールでは供給口１２をなくしてもよ
い。

【００３０】図２は、モジュール１０とは異なる分離モ
ジュール３０を示しており、これはモジュール３０には
口のないエンドキャップ２３があり、そして繊維２７が
チューブシート２５を貫通していない点でモジュール１
０と異なる。モジュール３０は、スイープガスが必要と
されないプロセスで利用される。原料ガスはシェル側の
供給口１２を通して供給され、不透過物が出口１４から
出てゆき、そして透過物が繊維の内腔を通り出口１８か
ら出てゆく。

【００３１】図３は、中空繊維２７とフィラメント２８
との関係を、図１の部分３の拡大図でもって示してい
る。フィラメント２８は、中空繊維２７とともにかせど
りされるときに、中空繊維２７の間の空隙空間に加えら
れる。

【００３２】フィラメントの直径と中空繊維当たりのフ
ィラメントの数は、所定の用途において最良の性能を得
るように選択されるべきである。一般に、中空繊維当た
りのフィラメントの数及び／又はフィラメントの直径が
増大するにつれて、軸線方向の速度分布の均一性がシェ
ル側物質移動係数と同様に増大する。とは言え、フィラ
メントが中空繊維間においてこれらの繊維の所望される
充填密度で空隙空間を占めるのに十分小さくない限り
は、所定の断面積に詰めることができる中空繊維の数は
減少して、有効な膜面積が減少することになる。中空繊
維当たりのフィラメントの数とフィラメントの直径は、
実験データから、計算を組み合わせて最適化することが
できる。

【００３３】軸線方向の流量分布の均一性の向上は、軸
線方向の流体流抵抗の増加に関連づけられる。充填床を
通り抜ける層流についての類推から、空隙空間中にラン
ダムに散らばったフィラメントを備えた中空繊維のバン
ドルについて下記の式が当てはまるということを、理論
から示すことができる。

【００３４】

【数１】

【００３５】この式において、ΔＰは軸線方向の圧力損
失であり、Ｌは中空繊維バンドルの長さであり、ｖ₀ は
空塔速度（ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔ
ｙ）であり、Ｋ_z は下式で与えられる軸線方向圧力損失
係数であり、

【００３６】

【数２】

【００３７】この式のμは流体の粘度であり、εは中空
繊維バンドルの空隙率であり、Ｄ_Hは次に式で定義され
る流体力学的直径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｉａｍｅｔ
ｅｒ）である。

【００３８】

【数３】

【００３９】Ｄ_H は下記の関係にあることを示すことが
でき、

【００４０】

【数４】

【００４１】この式におけるρ₀ は繊維充填密度（フィ
ラメントなしの）であり、ａは中空繊維の外径であり、
ｃはフィラメントの外径であり、ｍは中空繊維当たりの
フィラメント数の比率であり、Ｄは中空繊維バンドルの
直径である。

【００４２】従って、軸線方向の圧力損失係数の式は次
のように表すことができる。

【００４３】

【数５】

【００４４】上記の式を使って、フィラメントの直径と
中空繊維当たりのフィラメントの数とが軸線方向の圧力
損失係数に及ぼす効果を推測することができる。軸線方
向の流量分布の均一性は軸線方向の圧力損失係数が増大
するにつれて増加するものと予測される。ところが、シ
ェル側の圧力は分離のための推進力に直接影響を及ぼ
す。よって、軸線方向の圧力損失が大きすぎる場合に
は、分離のための推進力が減少することがある。このよ
うに、選ばれたフィラメントの中空繊維当たりの数と直
径について最適条件が存在することが明らかである。

【００４５】最大のフィラメント直径は、規則的な幾何
学パターンに配置された繊維間の空隙空間にぴったりは
まる直径として定義される。この値は、繊維の充填密度
と中空繊維の直径の関数として計算することができる。
百分率として表される充填密度は、中空繊維膜によって
占められるバンドル断面の比率である。計算された値を
使って、本発明において使用することができるフィラメ
ント直径の上限の推定値を得ることができる。とは言
え、規則的な幾何学配置からの逸脱（すなわち不均一な
充填、繊維直径の変動、繊維のよじれ（キンク）等）の
ために、上記の計算値は実地に使用することができるフ
ィラメント直径の上限からずれることがある。

【００４６】繊維当たりに１本のフィラメントのある中
空繊維の立方体配置については、最大のフィラメント直
径（ｃ_max ）、繊維充填密度（ρ）及び繊維直径（ａ）
の間の関係は次の式により与えられる。

【００４７】

【数６】

【００４８】上記の式から計算されるｃ_max ／ａの値は
次のとおりである。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１は、一般に関心をもたれる繊維充填密
度の範囲と、フィラメント直径の対応する理論的上限を
示している。

【００５１】好適なフィラメントには、不活性な材料、
例として、布帛、縫製、複合材料及びその他の工業用途
で使用されるタイプのマルチフィラメントの不撚糸、マ
ルチフィラメントの撚糸、スレッド、モノフィラメン
ト、マルチストランドフィラメント等が含まれる。不活
性フィラメントのために好適なポリマーには、ナイロン
やその他のポリアミド類、そしてポリアラミド、ポリエ
ステル、アクリル系ポリマー、ポリプロピレン等が含ま
れる。フィラメントのために好適なこのほかの材料に
は、グラファイトやガラスが含まれる。使用するフィラ
メントは、温度及び圧力の運転条件に破壊することなく
耐えるべきであり、チューブシートをキャストするのに
使用される注型材料と適合性であり且つ処理しようとす
る流れ中に存在する様々な種と適合性であるべきであ
る。

【００５２】本発明の分離器モジュールで使われるタイ
プの中空繊維の例には、（ａ）ポリスルホン、ポリイミ
ド、ポリアミド、ポリアリーレート等から加工された、
高分子の一体スキン処理された（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ
ｓｋｉｎｎｅｄ）非対称中空繊維、（ｂ）ポリメチル
ペンテン等から加工された、緻密な壁を持つ高分子中空
繊維、（ｃ）多孔質中空繊維に選択性ポリマーをコーテ
ィングして作られた薄膜複合材料の高分子中空繊維、
（ｄ）反応性種（例として酸素、フッ素等）により表面
を改質した高分子中空繊維、（ｅ）有効な輸送剤（ｔｒ
ａｎｓｐｏｒｔ ａｇｅｎｔ）を含有する高分子中空繊
維、（ｆ）選択性層を持つ多孔質セラミック材料の中空
チューブ、（ｇ）イオン輸送セラミック材料の中空チュ
ーブ、（ｈ）ガラス繊維、（ｉ）炭素繊維、等が含まれ
る。

【００５３】中空繊維膜を製造するのに適したポリマー
は、置換されたあるいは不置換のポリスルホン、ポリス
チレン、アクリロニトリル−スチレンコポリマー、スチ
レン−ブタジエンコポリマー、スチレン−ハロゲン化ビ
ニルベンジルコポリマー、ポリカーボネート、酢酸セル
ロース、プロピオン酸セルロース、エチルセルロース、
メチルセルロース、ニトロセルロース、ポリアミド、ポ
リイミド、アリールポリアミド、アリールポリイミド、
ポリエーテル、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオ
キシド、ポリフェニレンオキシド、ポリキシリレンオキ
シド、ポリエステルアミド−ジイソシアネート、ポリウ
レタン、ポリエステル、ポリアリーレート、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリ
アルキルアクリレート、ポリフェニレンテレフタレー
ト、ポリスルフィド、ポリシロキサン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリブテン−１、ポリ−４−メチルペ
ンテン−１、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルア
ルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリプロピオン酸ビニル、
ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリビニ
ルエーテル、ポリビニルケトン、ポリビニルアルデヒ
ド、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール、ポ
リビニルアミン、ポリビニルホスフェート、ポリビニル
スルフェート、ポリアセタール、ポリアリル、ポリベン
ゾベンズイミダゾール、ポリヒドラジド、ポリオキサジ
アゾール、ポリトリアゾール、ポリベンズイミダゾー
ル、ポリカルボジイミド、ポリホスファジン、ポリプロ
ピレンオキシド、並びに、上述のもののインターポリマ
ー、ブロックインターポリマー、コポリマー、ブロック
コポリマー、グラフト類及びブレンド類、そしてまたそ
の他の適当な材料から選ぶことができる。

【００５４】本発明が適している用途には、流体、例と
して固体、液体、気体又はそれらの組み合わさったもの
の分離が含まれる。ガス分離には、例えば、圧縮空気か
ら高純度窒素を生産するといったようなものや、製油所
の流れやアンモニアパージガスからの水素の分離、合成
ガスの水素／一酸化炭素比の調整、天然ガスからの二酸
化炭素や硫化水素といった酸性ガスの除去、天然ガスか
らの窒素の除去、空気からの酸素に富む製品の生産、オ
レフィンの分離、例としてプロパンからのエチレンの分
離、天然ガスからの水の除去、圧縮ガスからの水の除
去、その他同様のものが含まれる。分離することができ
るこのほかの適当な気体混合物は、水素、メタン、二酸
化炭素、一酸化炭素、ヘリウム、窒素、水蒸気又は炭化
水素類のうちの少なくとも１種を含有しているものであ
る。

【００５５】本発明はまた、水あるいはその他の液体に
二酸化炭素、あるいは酸素、あるいは窒素を溶解させ又
は水あるいはその他の液体中のそれらを除去するといっ
たような気−液接触操作に応用することもできる。例え
ば、液を所定の圧力にし、この昇圧した液を、中空繊維
膜のバンドルを含む気−液接触器モジュールの中空繊維
膜の片側へ移送し、中空繊維膜の液側と反対の側に加圧
下のガスを受入れ、そして所定レベルの溶解ガスとする
のに適切な量まで気体部分のガスの圧力を増減すること
により液中の溶解ガス量を増減することで、液にガスを
溶解させあるいは液からガスを除去することができ、こ
れらの中空繊維膜は内径と外径が実質的に均一であっ
て、バンドルには外径が中空繊維のそれの３倍以下であ
って長さが中空繊維と実質的に同じであるフィラメント
がランダムに分散されていて、中空繊維の外径は約１０
０〜約３０００μｍ、フィラメントの外径は約６０〜約
３０００μｍであり、フィラメントは中空繊維の数の約
０．５〜約５倍の数でもって存在する。更に、本発明の
分離器モジュールは、流体が固体であれ、液体であれ、
気体であれ、あるいはそれらの組み合わさったものであ
れ、流体の浸透気化、逆浸透、透析、限外ろ過、精密ろ
過その他同様のものにも関係する。

【００５６】

【実施例】

〔例１〕外径（ＯＤ）が４６０μｍの非対称ポリスルホ
ン繊維を、外径３００μｍの加撚マルチプライナイロン
スレッドのフィラメントと一緒にかせどりする。中空繊
維に対するフィラメントの比は１：１である。一緒にか
せどりした中空繊維とフィラメントのバンドルから、内
径（ＩＤ）が１．４インチ（３．５６ｃｍ）で繊維有効
長が２２インチ（５５．９ｃｍ）の、図１のものと同様
の分離器モジュールを組み立てる。このモジュールに
は、中空繊維充填密度３１．２％又は全充填密度（繊維
＋フィラメント）４４．３％において、１５．９ｆｔ²
（１．４８ｍ ² ）の有効膜面積がある。バンドルの両端
をチューブシートに埋め込み、そして繊維の内腔を露出
するためチューブシートを切り開く。分離器モジュール
のチューブシート間に、繊維のシェル側にガスを流すた
めチューブシートの箇所に近づけて、二つの口を設け
る。これらの口は分離器モジュールの相対する側に位置
し、そしてモジュールの円周方向に１８０°離れてい
る。内腔側にガスを流すために、モジュールの端部にも
口を設ける。フィラメントを用いずに同じ中空繊維を使
って同様のモジュールを組み立てる。この対照のモジュ
ールは有効膜面積が２１．３ｆｔ² （１．９８ｍ² ）で
あり、繊維充填密度が４１．６％である。

【００５７】これらのモジュールを、空気の乾燥につい
て次のように試験する。圧力が１００ｐｓｉｇ（７．９
１×１０⁵ Ｐａ）で露点が３〜１７℃の昇圧した湿り空
気を、口を通して中空繊維膜のシェル側へ供給する。試
験は周囲温度（≒２５℃）で行う。内腔側には乾燥窒素
を供給して、原料に対し向流のスイープを行い、それに
より水蒸気の透過について大きな推進力を生じさせる。
不透過物、スイープガス及び透過物の流量、酸素含有
量、圧力、温度及び露点と、原料の露点を記録する。こ
れらのデータを使って、理想的な向流モデルから、水に
ついての総括透過係数を計算する。透過係数、すなわち
ｋ、の単位は、１０^-6スタンダードｃｃ／ｃｍ² ・ｓｅ
ｃ・ｃｍＨｇであり、この単位の分子の「スタンダード
ｃｃ」は０℃及び７６０ｍｍＨｇで表されるものであ
る。対照モジュール及び一緒にかせどりした二つのモジ
ュールについての試験結果を表２に示す。

【００５８】三つのモジュールをほぼ同じ水除去率（原
料の水濃度と不透過物の水濃度との差を原料の水濃度で
割ったものとして定義される）で試験する。これらの試
験における水の除去率は９７．８〜９９．２％である。
計算された水蒸気透過係数ｋ _w は、一緒にかせどりした
二つのモジュールの場合に１０００〜１１００であり、
対照モジュールの場合には６５０であって、すなわちシ
ェル側の原料の乾燥における水蒸気透過係数は一緒にか
せどりしたモジュールを使用すると約１．６倍に増加す
る。

【００５９】

【表２】

【００６０】〔例２〕例１のモジュールを、湿り空気原
料をモジュールの繊維の内腔側に供給しそして乾燥窒素
スイープガスを原料に対し向流式にシェル側に供給して
試験した。結果を下記の表３に示す。これらの試験での
水蒸気除去率は９７．５〜９８．７％である。計算され
た水蒸気透過係数ｋ_w は、一緒にかせどりしたモジュー
ルについて７３０、対照モジュールについて６５０であ
る。内腔側の原料空気の乾燥における水蒸気透過係数
は、一緒にかせどりしたモジュールを使用すると約１２
％増大する。

【００６１】

【表３】

【００６２】〔例３〕例１の一つの対照モジュールと一
つの一緒にかせどりしたモジュールを、湿り空気原料を
シェル側に供給しそして乾燥した不透過物のうちの一部
をスイープガスとして内腔側へ原料に対し向流式に供給
して試験する。これらのモジュールは、おおよそ同じ原
料流量で試験し、スイープ流量を両方のモジュールにつ
いて不透過物の露点が同じになるように調整する。性能
を評価する上で関心をもたれる量は、単位有効面積当た
りの乾燥製品（正味の不透過物）流量と原料のうちのス
イープガスあるいは透過物として失われる分量（パージ
損失）である。結果を表４に示す。

【００６３】一緒にかせどりしたモジュールについても
対照モジュールについても、原料の露点は入口で約１５
℃、モジュールからの出口で約−４０℃である。水蒸気
除去率は９９．１％である。これらのデータは、乾燥し
た不透過物の正味の流量は一緒にかせどりしたモジュー
ルについては２４．３％のパージ損失で約３２．３ｓｌ
ｐｍ／ｍ² 、対照モジュールについては２８．７％のパ
ージ損失で２４．８ｓｌｐｍ／ｍ² であることを示して
いる。このように、同じ乾燥の度合において、一緒にか
せどりしたモジュールを使用すると有効面積（ｍ² ）当
たりの製品流量は約３０％増加し、パージ損失は約１５
％減少する。更に、水蒸気の透過係数（ｋ_w ）は、一緒
にかせどりしたモジュールを使用すると６５０から１７
１０へ、すなわち２．６倍だけ、増加する。

【００６４】

【表４】

【００６５】〔例４〕外径（ＯＤ）が３２５μｍのポリ
エーテルイミドポリマーの非対称中空繊維を、外径１０
０μｍのナイロンモノフィラメントと一緒にかせどりす
る。中空繊維に対する一緒にかせどりしたフィラメント
の比は１：１である。一緒にかせどりした繊維のバンド
ルから、内径（ＩＤ）が３．９インチ（９．９１ｃｍ）
で有効繊維長さが約３９インチ（９９．１ｃｍ）のモジ
ュールを組み立てる。このモジュールには、中空繊維の
繊維充填密度４５．９％又は全充填密度（繊維＋モノフ
ィラメント）５０．３％において、約４７９ｆｔ² （４
４．５ｍ² ）の有効膜面積がある。モジュールの両端を
チューブシートに埋め込む。繊維は、繊維の内腔をチュ
ーブシートの外側へ露出するため切り開かれるチューブ
シートを貫通する。モジュールのシェルのチューブシー
トに近い各端部に四つの口を設ける。内腔側へガスを流
すため端部にやはり口を設ける。モジュールはフランジ
付きのエンドキャップを備えた鋼製の外側ハウジング内
に配置する。シールを施して原料と不透過物との間の漏
れを防止する。一緒にかせどりするフィラメントを用い
ずに同じ中空繊維を使って同様のモジュールを組み立て
る。この対照のモジュールは有効膜面積が５７７ｆｔ²
（５３．６ｍ² ）であり、繊維充填密度が５５．５％で
ある。

【００６６】各モジュールのシェル側に周囲温度で１０
０ｐｓｉｇ（７．９１×１０⁵ Ｐａ）の乾燥空気を流
し、内腔側は大気に開放する。シェル側の圧力損失を原
料流量の関数として測定する。一緒にかせどりしたモジ
ュールは対照モジュールより大きな圧力損失を示し、そ
れゆえ一緒にかせどりしたモジュールから向上した性能
が期待される。

【００６７】これらのモジュールを空気の乾燥について
試験する。圧力が１００ｐｓｉｇ（７．９１×１０⁵ Ｐ
ａ）で露点が３〜２５℃の周囲温度の湿り空気を、シェ
ル側の口を通して各モジュールへ供給する。乾燥した不
透過物製品をモジュールの反対側の端部のシェル側の口
から抜き出す。この乾燥した不透過物製品のうちの一部
を減圧し、そして水蒸気の透過のための推進力を増加さ
せるため内腔側へ原料と向流式にスイープガスとして供
給する。不透過物、スイープガス及び透過物の流量、酸
素含有量、圧力、温度及び露点と、原料の露点を記録す
る。このような試験を、除去される水蒸気の量を変化さ
せるよういくつかの原料流量とスイープガス流量で行
う。これらのデータを使って、理想的な向流モデルか
ら、水蒸気の透過係数を計算する。透過係数ｋの単位は
１０^-6スタンダードｃｃ／ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇで
ある。繊維の代表的サンプルからなる試験ループを使っ
て、水蒸気についての繊維の固有の透過係数を測定す
る。この値は、繊維構造のみに依存し、モジュールの設
計とは無関係である。流れの不均一性とそのほかの要因
が、モジュールについてのｋを固有のｋよりも低くさせ
る。モジュールについてのｋの固有のｋに対する比率
は、効率に相当する。対照モジュール及び一緒にかせど
りしたモジュールでの空気の乾燥試験の結果は、原料の
水濃度／不透過物の水濃度に対するｋ／固有のｋのプロ
ットして図４に示される。

【００６８】これらの結果は、≒２０〜２００の範囲内
の原料の水／不透過物の水の値について、一緒にかせど
りしたモジュールの効率は６３〜８２％であるのに対
し、対照モジュールの効率は３６〜４６％であることを
示している。一緒にかせどりしたモジュールの効率は原
料の水／不透過物の水比が上昇するにつれて上昇するの
に対し、対照モジュールの効率は原料の水／不透過物の
水比が上昇するにつれて下降するということに注目すべ
きである。

【００６９】対照モジュール及び一緒にかせどりしたモ
ジュールの性能を下記の表５で比較する。一緒にかせど
りしたモジュールでは有効面積がより小さいにもかかわ
らず、それは対照モジュールに比べて乾燥製品ガスの流
量を約３７％大きくすることに注目すべきである。平方
メートル当たりの膜面積を基にすれば、一緒にかせどり
したモジュールでは対照モジュールに比べて乾燥製品ガ
スの流量が約６５％大きくなる。

【００７０】チューブシートの全面での透過ガスの水濃
度の変動は、モジュールにおける流量分布の良好な指標
である。これは、９０°離れた二つの直径方向の軸線に
またがり、透過側チューブシートの表面上でサンプルプ
ローブを移動させそして露点を位置の関数として記録す
ることにより測定される。結果は平均され、そして図５
に、チューブシートの中心からの距離に対する透過した
水の量（ｐｐｍ）のプロットが示される。一緒にかせど
りしたモジュールはより平坦な透過水分のプロファイル
を示し、対照モジュールに比べて流量分布がより均一で
あることを示していることに注目すべきである。これ
は、一緒にかせどりしたモジュールの優れた性能によっ
て確認される。

【００７１】

【表５】

【００７２】〔例５〕例４の手順を使って二つのモジュ
ールを組み立てる。外径が３２５μｍのポリイミドの非
対称中空繊維を、外径１００μｍのナイロンモノフィラ
メントと一緒にかせどりする。中空繊維に対する一緒に
かせどりしたフィラメントの比は１：１である。一緒に
かせどりした繊維とフィラメントのバンドルから、内径
が３．９インチ（９．９１ｃｍ）で有効長さが約３９イ
ンチ（９９．１ｃｍ）のモジュールを組み立てる。この
モジュールには、繊維充填密度４５．９％又は中空繊維
とモノフィラメントとを含めた全充填密度５０．３％に
おいて、４７９ｆｔ² （４４．５ｍ² ）の有効面積があ
る。一緒にかせどりするフィラメントを用いず同じ中空
繊維を使って、一緒にかせどりしたフィラメントを含む
上記のモジュールの繊維充填密度と同じ約５０％の繊維
充填密度で、有効中空繊維膜面積が５０１ｆｔ² （４
６．５ｍ² ）の同様のモジュールを作る。

【００７３】これらのモジュールを、空気の乾燥につい
て次のように試験する。圧力が約１００ｐｓｉｇ（７．
９１×１０⁵ Ｐａ）で露点が１５〜２５℃の周囲温度の
湿り空気を、モジュールのシェル側の口へ供給する。乾
燥した不透過物製品をモジュールの反対側の端部のシェ
ル側の口から抜き出す。この乾燥した不透過物製品のう
ちの一部を減圧し、そして水蒸気の透過のための推進力
を増加させるため中空繊維の内腔側へ原料と向流式にス
イープガスとして供給する。不透過物、スイープガス及
び透過物のおのおのについて流量、酸素含有率（％）、
圧力、温度及び露点を記録し、また原料の露点を記録す
る。これらのデータを使って、理想的な向流モデルか
ら、水についての透過係数を計算する。透過係数、すな
わちｋ、の単位は１０^-6ｃｃ／ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨ
ｇである。繊維の代表的サンプルからなる試験ループを
使って、水についての「固有の」ｋを測定する。この値
は、繊維構造のみに依存し、モジュールの設計には依存
しない。流れの不均一分布とモジュールの設計に伴うそ
のほかの要因が、モジュールについてのｋを固有のｋよ
りも低くさせる。所定のモジュールについてのｋの固有
のｋに対する比率は、そのモジュールの効率に相当す
る。中空繊維のみを含んでいる対照モジュール及び一緒
にかせどりした中空繊維とフィラメントとを含んでいる
「一緒にかせどりした」モジュールでの空気の乾燥試験
の結果を、下記に示す。

【００７４】一緒にかせどりしたモジュールを８００ｓ
ｌｐｍ（スタンダードリットル／分）の入口原料流量と
０．３５のスイープ／原料比で試験して、９７．３％の
水の除去率を得る。対応する分離器の効率は８１％であ
る。対照モジュールを７００ｓｌｐｍの入口原料流量と
０．３５のスイープ／原料比で試験して、９６．０％の
水の除去率が得られ、この対照モジュールの効率は５０
％である。これらのデータは、９６〜９８％の範囲の水
の除去率について、一緒にかせどりしたモジュールの効
率は対照モジュールのそれよりかなり高いことをはっき
りと示している。

【００７５】〔例６〕例４の手順を使って、一緒にかせ
どりしたモジュールを組み立てる。外径が３２５μｍの
ポリイミドの非対称中空繊維を、外径１００μｍのナイ
ロンモノフィラメントと一緒にかせどりする。中空繊維
に対する一緒にかせどりしたフィラメントの比は１：１
である。一緒にかせどりした繊維とフィラメントのバン
ドルから、内径が３．９インチ（９．９１ｃｍ）で有効
長さが約５８インチ（１４７ｃｍ）のモジュールを組み
立てる。このモジュールには、中空繊維充填密度４５．
９％又は全充填密度（繊維及びフィラメント）５０．３
％において、７２９ｆｔ ² （６７．７ｍ² ）の有効面積
がある。

【００７６】このモジュールを、空気の乾燥について次
のように試験する。圧力が約１００ｐｓｉｇ（７．９１
×１０⁵ Ｐａ）で露点が１５〜２５℃の周囲温度の湿り
空気を、モジュールのシェル側の口へ供給する。不透過
物製品をモジュールの反対側の端部のシェル側の口から
抜き出す。この乾燥した不透過物のうちの一部を減圧
し、そして水の透過のための推進力を増加させるため中
空繊維の内腔側へ原料と向流式にスイープガスとして供
給する。不透過物、スイープガス及び透過物のおのおの
について流量、酸素含有率（％）、圧力、温度及び露点
を記録し、また原料の露点を記録する。このような試験
を、除去される水蒸気の量を変化させるよういくつかの
原料流量とスイープガス流量で行う。これらのデータを
使って、理想的な向流モデルから、水の透過係数を計算
する。繊維の代表的サンプルからなる試験ループを使っ
て、水についての固有のｋを測定する。モジュールにつ
いてのｋの固有のｋに対する比率は、効率に相当する。
対照モジュール及び一緒にかせどりしたモジュールでの
空気の乾燥試験の結果を、原料の水濃度／不透過物の水
濃度に対するｋ／固有のｋのプロットして図６に示す。

【００７７】これらの結果は、約２０〜約２００の範囲
内の原料の水／不透過物の水の値について、一緒にかせ
どりしたモジュールの効率が８５〜９２％であることを
示している。一緒にかせどりしたモジュールの効率は原
料の水／不透過物の水比が上昇するにつれて上昇するこ
とに注目すべきである。

【００７８】〔例７〕米国特許第４２９３４１８号明細
書には、外径５０〜６００μｍの中空繊維とこれらの中
空繊維の１又は２本の周りにらせん状に巻きつけた、太
さが中空繊維の外径の０．５〜３倍のスペーサーヤーン
から組み立てられたモジュールが記載されている。スペ
ーサーヤーンを使用することは、モジュールのシェルの
内側に詰めることができる有効な膜面積を減少させる。
米国特許第４２９３４１８号明細書による繊維のバンド
ルについての下記の式は、隣合う二つのスペーサーヤー
ンの外表面間の間隔は繊維のみを含むバンドルの隣合う
二つの繊維間のそれと同じであると仮定して得られた。
スペーサーヤーンは、米国特許第４２９３４１８号明細
書に記載された繊維充填密度を達成するためには圧縮可
能であるということを仮定することも必要である。米国
特許第４２９３４１８号明細書のモジュールの実際の繊
維充填密度を計算するために、下記の式を誘導した。

【００７９】

【数７】

【００８０】この式において、ρ_T ＝米国特許第４２９
３４１８号明細書のモジュールにおける繊維の実際の充
填密度であり、ρ₀ ＝巻かれたスペーサーヤーンを含ま
ない繊維バンドルの充填密度であり、ｃ＝巻かれたスペ
ーサーヤーンの太さであり、ｆ＝圧縮係数（バンドルを
シェルに詰め込むことによるテクスチャードスペーサー
ヤーンの圧縮の割合を示すものであり、実際のスペーサ
ーヤーンの太さ＝ｆｃとなる）であり、ａ＝中空繊維の
外径である。

【００８１】ρ₀ ＝５６％（例４から）、ｃ＝２００μ
ｍ、圧縮係数ｆ＝０．７５、そしてａ＝３２５μｍ（例
６におけるように）と仮定すれば、上記の式よりρ_T ＝
３１．３％と計算することができる。ｃ／ａ比（０．６
２）及び計算された充填密度３１．３％は米国特許第４
２９３４１８号明細書において教示された範囲内にある
ことに注目すべきである。米国特許第４２９３４１８号
明細書に記載された繊維バンドルを備えた、例６で説明
したモジュールと同じ外部寸法のモジュールは、有効面
積が４８５ｆｔ² （４５．１ｍ² ）となる。

【００８２】米国特許第４２９３４１８号明細書のモジ
ュールの計算された性能を例６の一緒にかせどりされた
モジュールのそれと比較する。これらのモジュールの効
率は次のとおりであると仮定される。

【００８３】

【数８】

【００８４】不透過物の一部を透過物側でのスイープガ
スとして使用する、下記の条件下での天然ガスの脱水に
おける二つのモジュールの性能をシミュレーションする
ため、計算を行う。

【００８５】原料入口圧力＝１０００ｐｓｉａ（６８．
９×１０⁵ Ｐａ） 透過物出口圧力＝４ｐｓｉｇ（１．２９×１０⁵ Ｐａ） 温度＝５０℃ 原料ガス中の水含有量＝８００ｐｐｍ 製品ガス中の水含有量＝４０ｐｐｍ スイープガス／原料ガス＝０．５〜４％

【００８６】結果を、スイープガス／原料ガス比に対す
る製品流量のプロットとして図７に示す。本発明の一緒
にかせどりしたモジュールの製品流量は米国特許第４２
９３４１８号明細書のモジュールのそれより約１．５倍
大きいことに注目すべきである。

【００８７】本発明のモジュールの性能が優れているの
は、（１）有効表面積がより大きく、そして（２）同じ
スイープ流量での内腔側圧力損失がより小さいためであ
る。

【００８８】〔例８〕米国特許第５１９８１１０号明細
書の教示により繊維バンドルを組み立てることを試み
る。本発明の例４、５、６のために使用したのと同様の
供給系を使用して、各中空繊維とともに１５デニールの
２本のナイロンヤーンを供給するようにする。このヤー
ンの細いデニールとその伸縮性は、ヤーンを案内プーリ
ーからはずれさせ、そしてヤーンをプーリーの軸にから
ませて、最終的にはヤーンを破壊させる。ヤーンと中空
繊維の外径が大きく異なること及びそれらの引張強さが
大きく異なることが、ヤーンと中空繊維とを共通の機械
で取り扱えなくすることになる。たくさんの試みが、試
験することのできる製品を得ることに失敗する。

【００８９】〔例９〕先に説明したように、繊維バンド
ルについての軸線方向と半径方向における圧力損失係数
Ｋ_z とＫ_r は、バンドルを横切る流量分布の均一性に影
響を及ぼす。詳しく言えば、バンドル断面全体に及ぶシ
ェル側流量の不均一性を改善するためには、Ｋ_r ／Ｋ_z
比はできるだけ小さいことが望ましい。計算を行って、
本発明の一緒にかせどりされた繊維バンドルと米国特許
第５１９８１１０号明細書のバンドルとについてＫ_z と
Ｋ_r の値を推定することができる。半径方向の圧力損失
についての式を下記に示す。

【００９０】

【数９】

【００９１】これらの式において、Ｄ_H ＝流路の流体力
学的直径、ρ＝中空繊維単独の充填密度、ａ＝中空繊維
の外径、ｃ＝フィラメントの直径、ｍ＝中空繊維当たり
のフィラメントの数、ε_r ＝半径方向の空隙率、μ＝ガ
スの粘度である。

【００９２】上記の式を適用し、本発明の一緒にかせど
りした繊維バンドルと米国特許第５１９８１１０号明細
書（１１０特許）のバンドルとについてＫ_z とＫ_r の値
を、下記のパラメーター値と両方のバンドルについて同
じ全充填密度とを用いて計算する。

【００９３】中空繊維外径ａ＝３２５μｍ 一緒にかせどりされたバンドルのｍ＝１ 一緒にかせどりされたバンドルのｃ＝１００μｍ（７０
デニール） １１０特許のバンドルのｍ＝４ １１０特許のバンドルのｃ＝５１μｍ（２０デニール）

【００９４】これらの計算から下記の結果が示される。

【００９５】

【表６】

【００９６】軸線方向の圧力損失係数に対する半径方向
の圧力損失係数の比（Ｋ_r ／Ｋ_z ）が小さくなればなる
ほど、バンドルにおける流動分布がより均一になる。従
って、これらのデータは約５０／１（６２５／１２．
５）の比によって、一緒にかせどりしたバンドルの流量
分布が米国特許第５１９８１１０号明細書（１１０特
許）のバンドルのそれより均一であることを示してい
る。

【００９７】一緒にかせどりするために実際的な意味に
おいて使用することができる、提案される最大のフィラ
メント直径は、中空繊維当たりに１本のフィラメントに
ついての形状寸法の検討から先に定義された（中空繊維
の立方体配置についての式（８）と対応の表とを参
照）。中空繊維当たりに多数のフィラメントについて
は、最大のフィラメント直径についての望ましい値を中
空繊維当たりのフィラメントの数と繊維充填密度との関
数として求めるために基準を引き出すことができる。用
いられる根拠は、Ｋ_r ／Ｋ_z の理論値であり、この値は
２００未満であるべきである。それは、先に示した式か
ら、下記のように示すことができる。

【００９８】

【数１０】

【００９９】この式において、ｃ／ａ＝フィラメントの
直径／中空繊維の外径、ρ＝繊維だけの充填密度、ｍ＝
中空繊維当たりのフィラメントの数である。

【０１００】Ｋ_r ／Ｋ_z の値を２００に設定することに
より、変数ｃ／ａ、ρ及びｍの間の関係を推定すること
ができる。この関係を、５０％の繊維充填密度について
図８にプロットする。本発明によるフィラメントの直径
についての望ましい範囲は、２００の値についてプロッ
トした線の下方の陰影部により定められる。

【０１０１】比較のために、具体的に例９についての変
数の値を図８に示す。米国特許第５１９８１１０号明細
書（１１０特許）のモジュールについての値はプロット
線より上にあるのに対し、例９による本発明についての
値は陰影領域内に入っていることに注目すべきである。

【０１０２】繊維充填密度及び中空繊維当たりのフィラ
メント数の所定の値における一緒にかせどりするための
好ましいフィラメントの直径は、Ｋ_r ／Ｋ_z ＝２００と
して（ａ）式（７）及び（ｂ）式（８）から得られる値
のうちの小さい方より小さいものとして定義することが
できる。

【０１０３】下記の表７は、一緒にかせどりしたモジュ
ールのＫ_z とＫ_r ／Ｋ_z の推定値の計算を基にした、米
国特許第５１９８１１０号明細書（１１０特許）に対す
る別の比較データを示している。米国特許第５１９８１
１０号明細書（１１０特許）により包含される範囲は次
のとおりである。

【０１０４】ａ＝１００〜１０００μｍ ｃ＝０．０５〜２０デニール（２．５〜４９．６μｍ） ｍ＝２〜３０００

【０１０５】

【表７】

【０１０６】６０μｍのフィラメントと１：１のフィラ
メント対繊維比で一緒にかせどりした外径１００μｍの
細い繊維を使用すると、Ｋ_r ／Ｋ_z の値は１５．６にな
る。同等のＫ_r ／Ｋ_z の値となるためには、米国特許第
５１９８１１０号明細書の技術では一番小さいデニール
（２．５μｍ）のフィラメントを４本、あるいは１８μ
ｍの寸法のフィラメントを２本必要とする。一緒にかせ
どりしたモジュールは、Ｋ_z について米国特許第５１９
８１１０号明細書のそれぞれ５０及び８７という値に比
べてはるかに大きい値（２４０）をもたらす。それゆ
え、一緒にかせどりしたモジュールは優れた性能を提供
するものと推定される。

【０１０７】外径９００μｍのフィラメントと１：１の
フィラメント対繊維比で一緒にかせどりした外径１００
０μｍの太い繊維については、Ｋ_r ／Ｋ_z の値は１２０
になる。同等のＫ_r ／Ｋ_z の値となるためには、米国特
許第５１９８１１０号明細書のモジュールは一番小さい
デニール（２．５μｍ）のフィラメントを１９本、そし
て一番大きいデニール（４９．６μｍ）のフィラメント
を１０本必要とする。一緒にかせどりしたモジュール
は、米国特許第５１９８１１０号明細書のモジュールの
これら二つのデニールについてのそれぞれ０．５及び１
という値に比べて１６というＫ_z 値を与える。やはり、
一緒にかせどりしたモジュールは優れた性能を提供する
ものと推定される。

【０１０８】〔例１０〕外径が４６０μｍのポリスルホ
ンポリマーの非対称中空繊維膜を使って、一緒にかせど
りした繊維を含む一つのモジュールと中空繊維膜のみを
含む一つのモジュールでもって空気から窒素を生産す
る。一緒にかせどりしたフィラメントを含むモジュール
は外径が１００μｍのナイロンモノフィラメントを含
み、中空繊維に対するフィラメントの比は１：１であ
る。このモジュールは内径が約３．９インチ（９．９１
ｃｍ）であり、有効繊維長が約３９インチ（９９．１ｃ
ｍ）である。このモジュールは、繊維とフィラメントと
を含めて３７．３％の全充填密度で有効膜表面積が約２
５６ｆｔ² （２３．８ｍ² ）である。このモジュールを
「Ａ」として表示する。モジュールの両端をポッティン
グして、繊維の内腔を露出させるためチューブシートを
切り開く。モジュールのシェルには、ガスをシェル側に
流すため、チューブシートの近くの各端部に一つの口を
設ける（図１参照）。中空繊維の内腔側にガスを流すた
めに、端部にやはり口を設ける。

【０１０９】同じ中空繊維膜を使用し、一緒にかせどり
したフィラメントを用いずに、同様のモジュールを組み
立てる。この対照モジュールは、有効膜表面積が３２７
ｆｔ ² （３０．４ｍ² ）であり、充填密度が約４５％で
ある。このモジュールを「Ｂ」と表示する。

【０１１０】各モジュールを、約９５ｐｓｉｇ（７．５
６×１０⁵ Ｐａ）及び室温の乾燥空気を用い、中空繊維
の内腔側を大気圧にしながらこの乾燥空気を中空繊維の
シェル側に供給して試験する。窒素に富んだ不透過物の
流量を酸素濃度が０．５％、１％、及び５％になるよう
調整する。これらのデータを使って酸素と窒素の透過係
数を推定する。不透過物中の酸素濃度が約１９％に達す
るように、すなわち原料空気とほぼ同じになるように、
大きな不透過物流量でも試験を行う。これらのデータを
利用して、中空繊維膜についての酸素と窒素の「固有」
透過係数を推定することができる。実際の透過係数の対
応する「固有」の値に対する比が効率を与える。図９
は、二つのモジュールＡとＢとについて不透過の酸素の
百分率の関数としてプロットした酸素の透過係数を基に
した効率を示している。図１０は、二つのモジュールＡ
とＢとについて不透過の酸素の百分率の関数としてプロ
ットした酸素／窒素選択性を基にした効率を示してい
る。

【０１１１】これらの試験結果は、図９と１０における
効率は一緒にかせどりした繊維とフィラメントを含むモ
ジュールＡの場合により高くなること、そしてこれらの
効率は「対照」モジュールＢと比較して不透過酸素の百
分率が低下するにつれよりゆるやかに低下することを示
している。例えば、０．５％の不透過酸素レベルでは、
モジュールＡについての効率はモジュールＢについての
５５〜５７％と対比して７７〜７８％である。

【０１１２】これらの二つのモジュールについての性能
データを表８に示す。温度と圧力の同様の運転条件のも
とで、モジュールＡは、たとえ有効膜表面積がモジュー
ルＢのそれより実質的に少ない（約２２％）としても、
より多くの窒素製品を生産するということに注目すべき
である。プロセスのエネルギー消費量に関連する、もう
一つの性能因子は、単位量の原料空気当たりに生産され
る窒素製品の量（「製品回収率」とも呼ばれる）であ
る。製品回収率は、モジュールＢと比較するとモジュー
ルＡの方が高い。例えば、プロセスを０．５％の酸素を
含む不透過製品が得られるように実施すると、モジュー
ルＡでは８．５ｓｌｐｍ（スタンダードリットル／分）
の速度で製品が生産されて、製品回収率の値は１５．９
％となり、これに対してモジュールＢについては製品生
産速度が４．５ｓｌｐｍで、製品回収率の値は８．１％
になる。このように、不透過製品の酸素含有率が約０．
５％の場合には、モジュールＡの製品流量は同じプロセ
スをモジュールＢを使って実施した場合よりも８９％多
くなり、そして製品回収率の値は９６％高くなる。

【０１１３】

【表８】

【０１１４】〔例１１〕例１０の二つのモジュールを、
空気の乾燥に利用する。露点が２０〜２５℃の湿り空気
を約１００ｐｓｉｇ（７．９１×１０⁵ Ｐａ）の圧力に
し、モジュールのシェル側の口へ供給する。モジュール
の反対側の端部のシェル側の口から、乾燥した不透過物
製品を抜き出す。この乾燥不透過物製品の一部を減圧し
て、水が膜を透過するための推進力を増加させるため中
空繊維膜の内腔側へ原料と向流式にスイープガスとして
供給する。不透過物、スイープガス及び透過物のおのお
のの流量、酸素含有率、圧力、温度及び露点についてデ
ータを記録する。試験は、原料流量を固定し、その一方
スイープガス流量を変動させて水の除去量をいろいろに
しながら行う。これらのデータを使って、理想的な向流
モデルから、水の透過係数、すなわち総括輸送係数を計
算する。透過係数ｋの単位は１０^-6スタンダードｃｃ／
ｃｍ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇである。モジュールＡとＢに
ついての空気乾燥試験の結果を、図１１に原料の水濃度
／不透過物の水濃度に対するｋのプロットとして示す。

【０１１５】これらの結果は、約２０〜２００の範囲の
原料の水濃度／不透過物の水濃度の値について、モジュ
ールＡのｋはモジュールＢと比較して大きく、そして原
料の水濃度／不透過物の水濃度の比が増大するにつれよ
りゆるやかに低下することを示している。例えば、５０
の原料の水濃度／不透過物の水濃度の比で、モジュール
Ａのｋの値は９５０であり、それに対しモジュールＢで
は６４０である。

【０１１６】これら二つのモジュールの性能を、表９に
おいておおよそ同じ原料圧力、透過物／原料比、及び正
味の製品流量で比較する。たとえモジュールＡの有効膜
表面積が実質的に少ないとしても、一緒にかせどりした
モジュールＡでは水の除去量がより多くなるということ
に注目すべきである。例えば、３５％の透過物／原料比
において、モジュールＡの試験２では１ｍ² の有効膜表
面積当たりの正味の製品流量が１９．２ｓｌｐｍで、９
９．３％の水を除去しているのに対し、モジュールＢの
試験２では１ｍ² の有効膜表面積当たりの正味の製品流
量が１５．０ｓｌｐｍで、９８．５％を除去している。

【０１１７】

【表９】

【０１１８】本発明において使用するための中空繊維
は、真っ直ぐでもよく、あるいは製造の過程でできるう
ねり（ｗａｖｅ）があってもよい。これらのうねりの振
幅は、繊維の外径の０．５〜１０００倍でよく、出現頻
度は真っ直ぐな繊維の１インチの長さ当たり０．２〜５
０（０．０７〜４／ｃｍ）でよい。繊維には、長さ方向
に沿って外径と内径とがより大きな区画があってもよ
い。そのような区画は、外径が標準の外径及び内径の
１．２〜５倍でよく、そして出現頻度は１インチ当たり
０．２〜１０（１ｃｍ当たり０．０７〜４）でよい。と
は言え、外径及び内径が実質的に均一である繊維を使う
方が一般には好ましい。

【０１１９】本発明において使用するためのフィラメン
トは、シェル側の流量分布を均一にする助けとなるため
に、様々な形状と太さを持つことができる。例えば、長
さ方向に沿って外径のより大きな区画を含むフィラメン
トを使用してもよく、そのようなフィラメントは「スラ
ブ付き」フィラメントと呼ばれる。直径が大きくなった
区画又は「スラブ」は、フィラメントの標準の直径の
１．２〜１００倍の直径を持つことができ、そして出現
頻度は１インチ当たり０．２〜１０（１ｃｍ当たり０．
０７〜４）でよい。「スラブ」の形状寸法は、シェル側
の流量分布を均一にするとともに流体流抵抗を小さくす
る（圧力損失を小さくする）ように選ばれる。

【０１２０】本発明はまた、液体中の溶解ガスの量を所
定のレベルに制御するための方法も提供する。この方法
は、液体を所定の圧力にし、この昇圧した液体を内径と
外径が実質的に均一である中空繊維膜のバンドルを含む
気−液接触器モジュールのシェル側又は内腔側へ移送す
ることを含み、このバンドル中には外径が中空繊維のそ
れの３倍以下であって中空繊維と実質的に同じ長さのフ
ィラメントがランダムに分散されていて、中空繊維は外
径が約１００〜約３０００μｍ、フィラメントは外径が
約６０〜３０００μｍであり、そしてフィラメントは中
空繊維の数の約０．５〜約５倍の数で存在している。ガ
スは、中空繊維膜の液体と反対の側において加圧下にお
かれ、そしてガス圧力を増減させて液体中の溶解ガスが
所望の量になるようにする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの態様を説明する図である。

【図２】本発明のもう一つの態様を説明する図である。

【図３】図１の３の部分の拡大斜視図である。

【図４】本発明の一つの態様の効率を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の一つの態様の結果を示すグラフであ
る。

【図６】本発明のもう一つの態様の効率を示すグラフで
ある。

【図７】本発明を従来技術の一つの特許文献と比較する
グラフである。

【図８】本発明を従来技術のもう一つの特許文献と比較
するグラフである。

【図９】本発明の別の態様の効率を示すグラフである。

【図１０】本発明のなお別の態様の効率を示すグラフで
ある。

【図１１】本発明の更に別の態様の水の透過係数を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０、３０…分離モジュール ２２、２３…エンドキャップ ２４、２６…チューブシート ２７…中空繊維 ２８…フィラメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド ジョセフ ストゥーキー アメリカ合衆国，ミズーリ 63141，ク レブ コエアー，ヘブン ビュー ドラ イブ 10 (56)参考文献 特開 平７−710（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140172（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 63/02 B01D 53/22 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（ａ）及び（ｂ）を含む流体分離
   モジュール。 （ａ）内径と外径が実質的に均一である中空繊維膜のバ
   ンドルであって、当該バンドル中に外径が当該中空繊維
   のそれの３倍以下であり長さが当該中空繊維と実質的に
   同じであるフィラメントがランダムに分散されていて、
   当該中空繊維の外径が約１００〜約３０００μｍ、当該
   フィラメントの外径が約６０〜約３０００μｍで、当該
   フィラメントが中空繊維の数の約０．５〜約５倍の数で
   もって存在しているバンドル （ｂ）当該中空繊維とフィラメントが埋め込まれ且つ少
   なくとも当該中空繊維が貫通している少なくとも１枚の
   チューブシート
2. 【請求項２】 前記フィラメントが前記中空繊維に対し
   て実質的に平行である、請求項１記載のモジュール。
3. 【請求項３】 前記膜が、 （ａ）高分子の一体スキン処理された非対称中空繊維、 （ｂ）緻密な壁を持つ高分子中空繊維、 （ｃ）薄膜複合材料の高分子中空繊維、 （ｄ）反応性種により表面を改質した高分子中空繊維、 （ｅ）有効な輸送剤を含有する高分子中空繊維、 （ｆ）選択性層を持つ多孔質セラミック材料の中空チュ
   ーブ、 （ｇ）イオン輸送セラミック材料の中空チューブ、 （ｈ）ガラス繊維、 （ｉ）炭素繊維、 からなる群より選ばれる、請求項１又は２記載のモジュ
   ール。
4. 【請求項４】 前記中空繊維膜が、置換されたあるいは
   不置換のポリスルホン、ポリスチレン、アクリロニトリ
   ル−スチレンコポリマー、スチレン−ブタジエンコポリ
   マー、スチレン−ハロゲン化ビニルベンジルコポリマ
   ー、ポリカーボネート、酢酸セルロース、プロピオン酸
   セルロース、エチルセルロース、メチルセルロース、ニ
   トロセルロース、ポリアミド、ポリイミド、アリールポ
   リアミド、アリールポリイミド、ポリエーテル、ポリエ
   ーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、ポリフェニレ
   ンオキシド、ポリキシリレンオキシド、ポリエステルア
   ミド−ジイソシアネート、ポリウレタン、ポリエステ
   ル、ポリアリーレート、ポリエチレンテレフタレート、
   ポリアルキルメタクリレート、ポリアルキルアクリレー
   ト、ポリフェニレンテレフタレート、ポリスルフィド、
   ポリシロキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
   ブテン−１、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリ塩化
   ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
   フッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビ
   ニル、ポリプロピオン酸ビニル、ポリビニルピリジン、
   ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリビニ
   ルケトン、ポリビニルアルデヒド、ポリビニルホルマー
   ル、ポリビニルブチラール、ポリビニルアミン、ポリビ
   ニルホスフェート、ポリビニルスルフェート、ポリアセ
   タール、ポリアリル、ポリベンゾベンズイミダゾール、
   ポリヒドラジド、ポリオキサジアゾール、ポリトリアゾ
   ール、ポリベンズイミダゾール、ポリカルボジイミド、
   ポリホスファジン、ポリプロピレンオキシド、並びに、
   上記のもののインターポリマー、ブロックインターポリ
   マー、コポリマー、ブロックコポリマー、グラフト類及
   びブレンド類を包含する群から選ばれたポリマーから製
   作されている、請求項１から３までのいずれか一つに記
   載のモジュール。
5. 【請求項５】 前記フィラメントが不活性材料のもので
   ある、請求項１から４までのいずれか一つに記載のモジ
   ュール。
6. 【請求項６】 前記不活性材料がナイロン、ポリアミ
   ド、ポリアラミド、ポリエステル、アクリル系ポリマ
   ー、ポリプロピレン、グラファイト、金属及びガラスか
   らなる群より選ばれる、請求項５記載のモジュール。
7. 【請求項７】 前記フィラメントがスレッド、マルチフ
   ィラメントの不撚糸、マルチフィラメントの撚糸、又は
   モノフィラメントである、請求項１から６までのいずれ
   か一つに記載のモジュール。
8. 【請求項８】 前記フィラメントがその長さ方向に沿っ
   て直径の広がった区画を有する、請求項１から７までの
   いずれか一つに記載のモジュール。
9. 【請求項９】 前記中空繊維膜の充填密度が約１０〜約
   ７５％である、請求項１から８までのいずれか一つに記
   載のモジュール。
10. 【請求項１０】 内径と外径が実質的に均一である中空
    繊維膜のバンドルであり、当該バンドル中に外径が当該
    中空繊維のそれの３倍以下であり長さが当該中空繊維と
    実質的に同じであるフィラメントがランダムに分散され
    ていて、当該中空繊維の外径が約１００〜約３０００μ
    ｍ、当該フィラメントの外径が約６０〜約３０００μｍ
    で、当該フィラメントが中空繊維の数の約０．５〜約５
    倍の数でもって存在しているバンドルを通して少なくと
    も１種の流体を選択的に透過させることにより、流体混
    合物中の少なくとも１種の流体をその流体混合物中の少
    なくとも１種のそのほかの流体から分離するための方法
    であって、 （ａ）当該流体混合物を、その流体混合物のうちの少な
    くとも１組の流体に関してこの組の流体のうちの一つの
    流体をこの組の流体のうちの残りの流体以上に選択的に
    透過させる中空繊維膜の一つの表面と接触させること、 （ｂ）この少なくとも一つの透過性流体を当該中空繊維
    膜へ浸透させそしてこれを透過させること、 （ｃ）当該中空繊維膜の反対側の面から、流体混合物の
    うちの上記少なくとも一つの流体の割合が流体混合物中
    での当該少なくとも一つの流体の少なくとも一つのその
    ほかの流体に対する割合と異なる透過生成物を取り出す
    こと、 を含む流体分離方法。
11. 【請求項１１】 前記流体混合物がガスの混合物であ
    る、請求項１０記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記ガスの混合物を前記中空繊維膜の
    外側と接触させる、請求項１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記中空繊維膜の内腔側へスイープガ
    スを供給する、請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記ガスの混合物を前記中空繊維膜の
    内腔側と接触させる、請求項１１記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記中空繊維膜の外側へスイープガス
    を供給する、請求項１４記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記ガスの混合物が空気であり、水蒸
    気、二酸化炭素及び酸素を前記中空繊維膜を通して透過
    させて、酸素含有量の減少した実質的に乾燥した窒素と
    なる残りのガス混合物から除去する、請求項１１から１
    ５までのいずれか一つに記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記ガスの混合物が、水素、メタン、
    二酸化炭素、一酸化炭素、ヘリウム、窒素、水蒸気又は
    炭化水素のうちの少なくとも１種を含有している、請求
    項１１から１５までのいずれか一つに記載の方法。
18. 【請求項１８】 前記ガスの混合物が天然ガスであり、
    水蒸気、二酸化炭素及び硫化水素を前記中空繊維膜を通
    して透過させて、二酸化炭素及び硫化水素含有量の減少
    した実質的に乾燥した天然ガスとなる残りのガス混合物
    から除去する、請求項１１から１５までのいずれか一つ
    に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記ガスの混合物が空気であり、水蒸
    気及び二酸化炭素を前記中空繊維膜を通して透過させ
    て、二酸化炭素含有量の減少した実質的に乾燥した空気
    となる残りのガス混合物から除去する、請求項１１から
    １５までのいずれか一つに記載の方法。
20. 【請求項２０】 液体中の溶解ガスの量を所定のレベル
    に制御するための方法であって、 （ａ）液体を所定の圧力にすること、 （ｂ）この昇圧した液体を、内径と外径が実質的に均一
    である中空繊維膜のバンドルであって、このバンドル中
    に外径が当該中空繊維のそれの３倍以下であって当該中
    空繊維と実質的に同じ長さのフィラメントがランダムに
    分散されていて、当該中空繊維の外径が約１００〜約３
    ０００μｍ、当該フィラメントの外径が約６０〜３００
    ０μｍであり、そして当該フィラメントが当該中空繊維
    の数の約０．５〜約５倍の数で存在しているバンドルを
    含む気−液接触器モジュールのシェル側又は内腔側へ移
    送すること、 （ｃ）当該中空繊維膜の上記液体と反対の側にガスを受
    け入れること、 （ｄ）当該液体中の溶解ガスを上記所定のレベルとする
    のに適切な量だけ加圧下のガス中の溶解ガスの分圧を増
    減することにより、当該液体中の溶解ガスの量を増減す
    ること、 を含む液体中の溶解ガス量の制御方法。