JP4599656B2

JP4599656B2 - 中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジュール、および、その製造方法

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Publication number: JP4599656B2
Application number: JP2000125586A
Authority: JP
Inventors: 卓生山本; 三夫前田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: JP2001300267A; US20010035374A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスや液体を分離したり精製するために使用する中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジュール、および、その製造方法に関する。特に、中空糸分離膜が脆い材料の場合でも製造が容易であり、かつ、耐久性が向上した中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジュール、および、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸分離膜モジュールは、多くの場合、選択透過性を有する膜を膜厚が薄く径が小さい中空糸とし、該中空糸を数百本〜数十万本集束した中空糸束の少なくとも一方の端部をエポキシ樹脂のような硬化性樹脂などで端部において中空糸が開口状態となるように固着して中空糸分離膜エレメントとし、さらに、該中空糸分離膜エレメントを少なくとも混合物供給口、透過物排出口、および、未透過物排出口を有する容器内に、中空糸の内側へ通じる空間と中空糸の外側へ通じる空間を隔絶するように装着して構成されている。
【０００３】
中空糸分離膜エレメントの製造方法は、例えば、中空糸の集束工程、中空糸束の端部の樹脂による接着工程、該接着部分の中空糸を開口状態にし寸法を揃えるための端部の加工工程などからなる。
【０００４】
集束工程では、往復運動する配糸ノズルを備える集束装置によって中空糸を所定本数配糸したり、カセ取装置に所定本数の中空糸を巻き付けることなどによって、中空糸は中空糸束に集束される。また、接着工程や加工工程では、集束された中空糸束の端部へエポキシ樹脂などを含浸させ加熱して硬化固着させ、次いで、固着部分を各中空糸が端部で開口状態となり、かつ、所定寸法になるように切削することなどによって、中空糸エレメントが形成される。
【０００５】
また、モジュールは前記中空糸エレメントを直線状、Ｕ字状、スパイラル状などの形態で所定容器内に収納し、中空糸の内側へ通じる空間と中空糸の外側へ通じる空間との間が隔絶されるように、接着やネジ止めなどによって固着して製造される。
【０００６】
前記のような工程では、いずれも、中空糸は引張りや屈曲などの変形を受けながら取り扱われる。このため、中空糸分離膜が伸びが小さくて容易に破断するものである場合には、前記工程において中空糸分離膜に破損や破断が発生し易く、良好な性能を持つ中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールを安定的に得ることが困難であった。
【０００７】
また、使用時において、中空糸分離膜は、中空糸分離膜モジュールに供給され中空糸の内側や外側を流れて排出される流体の粘度、流量、流速、圧力、温度、及び、それらの変動によって、連続的あるいは断続的に変形応力を受けるので、中空糸分離膜の伸びが小さくて容易に破断する所謂脆いものである場合には、使用時に破損や破断が発生し易く耐久性が劣るという問題があった。
【０００８】
一方、分離性能の向上を目指して種々の材料を用いた検討がなされており、セラミックス材料（例えば、特開昭６３−２９１８０９号公報、特開平８−３１８１４１号公報）、炭素材料（例えば、特開昭６０−１７９１０２号公報）、ポリマーを部分炭素化した材料（例えば、特開平４−１１９３３号公報）、カルド型ポリイミドのような剛直なポリマー材料（例えば、特開平８−３３２３６２号公報）、および、前記材料を含む複合材料（例えば、特開平１０−５２６２９号公報）などを用いた分離膜が提案されている。
【０００９】
しかしながら、前記のような材料を用いた分離膜は、ほとんどのものが伸びが小さくて容易に破断するものであるので、膜厚が薄く径が小さい中空糸の形態で用いて中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジュールを製造することは困難であり、また、該エレメントや該モジュールは使用時に中空糸が破損や破断を発生し易く耐久性において問題があった。
【００１０】
前記の問題に対して、例えば、特開平５−２２０３６０号公報では、芳香族ポリイミドの部分炭素化膜において、炭素化の程度を調整して伸度を向上させ、折り曲げても容易に破損及び破断することがないように脆さが改良された中空糸分離膜が提案されている。しかしながら、前記の改良された中空糸膜を用いた場合においても、製造工程中の破損及び破断をより少なくし、かつ、耐久性を向上する余地が残されていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、中空糸分離膜の伸びが小さくて容易に破断する場合でも製造が容易であり、かつ、耐久性が向上した中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールとその製造方法を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）と、前記中空糸束（１）を多数本集束させた中空糸束（２）と、前記中空糸束（２）の少なくとも一方の端部に設けられた管板とを含んで構成されることを特徴とする中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールに関するものである。また、複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）とする工程と、前記中空糸束（１）を多数本集束させて中空糸束（２）とする工程とを含むことを特徴とする中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールの製造方法に関するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の中空糸分離膜エレメントは、複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）と、前記中空糸束（１）を多数本集束させた中空糸束（２）と、前記中空糸束（２）の少なくとも一方の端部に設けられた管板とを含んで構成されている。
【００１４】
複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けるとは、略平行に配置された複数の中空糸の外周にそって糸状物質を巻き付けて、複数の中空糸を拘束し強度的に補強効果を発揮するようにすることである。複数の中空糸は強固に固定される必要はない。糸状物質が巻き付けられていない部分では、中空糸はある程度の自由な動きが許される。
【００１５】
糸状物質を巻き付ける形態は、特に限定はなく、ある間隔をおいて非連続的に巻き付けても、スパイラル状に連続的に巻き付けても構わない。スパイラル状に巻き付ける形態は、容易に連続的な製造が可能であり、かつ、巻き付けられた糸状物質が中空糸束（１）において強度的な補強効果を発揮することができるのでより好ましい。図１は、糸状物質を巻き付けた中空糸束（１）の一つの形態として、５本の中空糸１からなる束の外周に糸状物質２をスパイラル状に巻き付けて補強された中空糸束（１）の概略を示している。巻き付ける糸状物質は１本でも複数本であっても構わない。
【００１６】
糸状物質の巻き付け方は、糸状物質の外径の２〜１０００倍の長さの間隔を置いて巻き付けることが好ましく、特に、糸状物質の外径の１０〜３００倍の長さの間隔を置いて巻き付けることが好ましい。間隔が糸状物質の外径の２倍の長さに満たないと、糸状物質の使用量が増えて経済的でないし、中空糸束（１）が強固に巻かれ過ぎ中空糸同士の接触面積が多くなって分離機能を発揮する有効な膜面積が減少する。間隔が糸状物質の外径の１０００倍の長さを越えると、巻き付けられた中空糸束は拘束の度合いが限定的になり、強度的な補強効果が少なくなる。
【００１７】
糸状物質は、特に限定されるものではないが、外径が５０〜３００μｍのものが好ましく、特に外径が５０〜１５０μｍのものが好ましい。外径が３００μｍを越えると、糸状物質による中空糸束（２）のデッドスペースが大きくなって分離膜エレメントの膜充填率が低下して、エレメントあるいはモジュールの分離効率を低下させる。尚、膜充填率は、エレメントの断面積に対する該エレメントを構成する各中空糸の断面積の合計値の比率で示されるものである。糸状物質は、中空糸束（１）間のスペーサーの役割も果たすので、中空糸束（１）間のスペースを調整するように適切な外径のものが選択される。
【００１８】
糸状物質は、引張り強度（１本当たりの引張り破断時の荷重で示す。以下同様。）が１００ｇｆ／本以上、好ましくは２００ｇｆ／本以上で、かつ、引張り破断時の伸びが１０％以上のものが好ましい。引張り強度が１００ｇｆ／本未満、あるいは、引張り破断時の伸びが１０％未満の場合には、巻き付けが困難になり、巻き付けても糸状物質自身が破断や破損を起こし易いために強度的に十分な補強効果を発揮し難くなる。
【００１９】
糸状物質は、綿糸やウールなどの天然繊維、ナイロンやテトロンなどの合成繊維、ステンレスワイヤーやニクロム線などの金属繊維を好適に挙げることができるが、特に、外径が５０〜１００μｍのステンレスワイヤーは、引張り強度は２００ｇｆ／本以上で、かつ、引張り破断時の伸びが１０％以上であり、耐腐食性も良好であるので特に好適である。
【００２０】
本発明で用いられる中空糸分離膜は、分離対象物や分離条件に適合した材料で形成されたものを好適に用いることができる。例えば、ポリオレフィン、ポリブタジエン、シリコーン樹脂、セルロース系高分子、ポリアミド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィッド、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのエラストマー材料やガラス状ポリマー材料でもよく、さらに、ゼオライトなどのセラミックス材料、炭素材料、ポリマーを部分炭素化した材料、カルド型ポリイミドなどの剛直なポリマー材料、および、前記材料を含む複合材料でもよい。
【００２１】
本発明が有用に適用できる中空糸分離膜は、伸びが小さくて容易に破断するものである。引張り破断時の伸びが０．１〜１０％（特に、０．１〜５％、更に、０．１〜２．５％）の中空糸分離膜は、破損や破断が発生し易いので、例えば集束、接着、切削加工工程を経由して中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジュールを製造することは容易ではなく、かつ、耐久性に問題が生じた。前記の中空糸分離膜に本発明を適用すれば、中空糸束が糸状物質を巻き付けて補強されているので、破損や破断なしに容易に中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジュールを製造することができ、かつ、中空糸分離膜エレメントや中空糸分離膜モジュールとしても耐久性を向上することが出来るので極めて有用である。
【００２２】
更に、本発明が有用に適用できる中空糸分離膜の具体的材料としては、セラミックス材料、炭素材料、ポリマーを部分炭素化した材料、剛直なポリマー材料、および、前記材料を含む複合材料を好適に挙げることができる。これらの材料で形成された肉薄かつ小径の中空糸分離膜は、いずれも伸びが小さくて容易に破断するものである。
【００２３】
中空糸は、均質性でもよく、複合膜や非対称性膜などの不均一性でもよく、また、多孔性でも非多孔性でもよい。また、中空糸分離膜の膜厚は１０〜５００μｍで外径が５０〜２０００μｍのものを好適に挙げることができる。
【００２４】
複数の中空糸からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて形成される中空糸束（１）は、好ましくは２〜５０本、より好ましくは２〜２０本の中空糸から束が構成される。
【００２５】
本発明の中空糸分離膜エレメントは、中空糸束（２）の少なくとも一方の端部を管板によって固着されて形成されている。管板の個数や形態については特に限定はなく通常のものでよい。管板は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂やポリオレフィン、ポリアミド、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を、必要に応じて加熱したりエマルジョン化して、中空糸束の端部に含浸させたのち、硬化や冷却や溶媒除去によって接着固化させて形成することが出来る。
【００２６】
本発明の中空糸分離膜エレメントの形態は特に限定されるものではない。ひとつの形態例の概略を図２に示す。図２の中空糸エレメントは、中空糸束（２）が直線状に配置され、その両端部に管板３がある。両管板部において、中空糸１は管板３を貫通して管板の外側の端面で中空糸の内孔が開口状態を保持するように構成されている。また、中空糸束（２）は、５本の中空糸１の束の外周に糸状物質２をスパイラル状に巻き付けて補強された中空糸束（１）４が多数本束ねられて構成されたものである。図２では９個の中空糸束（１）４のみを記載し、他の中空糸束（１）は省略されている。また、図２の形態例には記載されていないが、本発明の中空糸エレメントは、中空糸束の略中心部に芯管を備えていてもよく、また、中空糸束（２）の外周部にフイルムが巻き付けられていても構わない。図２では中空糸束（２）は、中空糸束が円柱状（管板も円柱状）に束ねられいるが、角柱状や平板状に束ねられ、管板が直方体であってもよい。また、中空糸束は、直線状でなく、Ｕ字状やスパイラル状に配置されてもよい。また、管板は中空糸束の両方の端部にあっても一方の端部だけでもよい。さらに、中空糸の一方の端部は閉塞されたものでもよく、その場合には、中空糸束の端部で個々の中空糸の内孔が閉塞されたり、管板中に埋め込まれて閉塞されてもよい。
【００２７】
本発明の中空糸分離膜モジュールは、前記の中空糸分離膜エレメントを１つあるいは２つ以上を、少なくとも混合物導入口、透過物排出口、未透過物排出口を備える容器内に収納して構成されるものである。モジュールの形態には特に限定はない。中空フィードタイプでもシェルフィードタイプでもよく、キャリアガスを用いないタイプでもキャリアガスを用いるタイプでもよい。キャリアガスを用いるタイプでは、容器にキャリアガス導入口が配置されたり、エレメントにキャリアーガス導入管が配置される。キャリアーガス導入管は中空糸束（２）の略中心部に配置される芯管であってもよい。
【００２８】
中空糸分離膜モジュールは、収納される中空糸分離膜エレメントの形状や混合物供給口、透過物排出口、未透過物排出口などの配置によって種々の形態を取り得る。例えば、円筒状であっても箱型のものでもよい。いずれの場合も、モジュール内では、中空糸分離膜の内外に通じるそれぞれの空間はお互いに隔絶されており、供給された流体はモジュール混合物供給口から、中空糸の内側か外側のどちらか一方の側へ導入され、膜の表面に接しながら流れてモジュール外へ未透過物排出口から排出され、その間膜を選択的に透過した成分は膜の反対側（透過側）の空間に通じている透過物排出口からモジュール外へ排出されるように構成されている。また、容器や芯管などは、所定の強度、気密性および耐圧性を備えていれば特に限定はなく、金属、プラスチック、繊維強化プラスチック、または、セラミックス等により形成できる。また、必要に応じて、接着剤やボルトナットやパッキン類等が用いられて構成される。
【００２９】
図３、図４に中空糸分離膜モジュールの形態例の概略の縦断面図を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。図３に示した中空糸分離膜モジュールは、中空糸束（２）５及び管板３から構成されている中空糸エレメントが容器６内に収納されており、混合物導入口７から混合物が供給され中空糸の外側面に接して流れ未透過物排出口８から回収され、中空糸内に透過した透過流体は中空糸内を流れ管板３の外側面の中空糸の開口から出て更に透過物排出口９を通ってモジュール外へ回収されるように構成されている。
【００３０】
図４に示した中空糸分離膜モジュールは、中空糸束（２）５、管板３及び３’、芯管１１、及び、フィルム１２によって構成された中空糸エレメントが容器６内に収納されており、混合物導入口７から供給された混合物は管板３の外側面で開口している中空糸の開口から中空糸の内側へ流れるようになっており、中空糸の内側を流れて他方の管板の外側面の中空糸の開口から出て更に未透過物排出口８を通ってモジュール外へ回収されるように構成され、更に、中空糸束（２）５の略中央部に中空糸と略平行方向に芯管１１が配置されており、芯管１１の混合物供給内側の端部は管板３’内に埋め込まれて閉塞されており、芯管１１の他方の端部は管板３およびモジュールの容器６を貫通してキャリアーガスの導入口を形成し、キャリアーガス導入口１０から供給されたキャリアーガスは芯管１１内を流れ管板間の中空糸束（２）５が配置される空間へ芯管に配置された連通孔１３を通って供給され、中空糸内を流れる混合物の流れと向流となるように流れて、中空糸膜を透過する透過物と共に透過物排出口９を通ってモジュール外へ回収されるように構成され、更に、中空糸束（２）の外周部にフィルム１２が巻き付けられている。
【００３１】
図３、図４において、中空糸（２）５を構成している個々の中空糸は表示していない。また、図中の矢印は、供給する混合物、未透過物、透過物及びキャリアーガスの流れの方向を示すものである。
【００３２】
次に、本発明の中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールの製造方法について説明する。本発明の製造方法は、複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）とする工程と、前記中空糸束（１）を多数本集束させて中空糸束（２）とする工程とを含むことを特徴としている。
【００３３】
管板を形成したり、切削加工したり、あるいは、エレメントを容器に収納する方法などは、特に限定はなく通常の方法を用いることが出来る。
【００３４】
複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質を巻き付けて補強された中空糸束（１）とする工程は、中空糸束が糸状物質を巻き付けられて補強されるのであれば、具体的な方法は特に限定されない。
【００３５】
糸状物質をスパイラル状に連続的に巻き付ける場合の方法のひとつの例を図５によって説明する。５本の中空糸１が、例えば供給ボビン（図５では省略）から同一の速度で送り出され、近接させ略平行に配置されて受取ボビン１４（あるいは図には示していないがカセ取装置）方向へ送付される。前記の５本の中空糸が近接し略平行に送られる工程において、中空糸の進行方向に対して垂直な平面上で、糸状物質の供給装置（例えば糸状物質が巻かれたボビン）１５を５本の中空糸を中心とした円周上を一定速度で回転させながら糸状物質２を５本の中空糸の束の外周に巻き付ける。この結果、受取ボビン１４に、糸状物質２がスパイラル状に巻き付けられた中空糸束（１）４が巻き取られる。この方法では、送り出す複数の中空糸１の速度と糸状物質２の供給装置１５の回転速度の二つの速度を調整することによって、糸状物質２の巻き付ける間隔や張力を調整することが出来る。
【００３６】
中空糸束（１）を集束して中空糸束（２）とする工程は、特に限定される方法によるものではない。中空糸を集束して中空糸束とする通常の方法を適用することができる。例えば、所定の距離を往復運動する配糸ノズルを備える集束装置によって中空糸束（１）を所定本数配糸したり、カセ取装置に所定本数の中空糸束（１）を巻き付けることによって集束させたものを所定の長さに裁断する方法などがある。
【００３７】
尚、本発明において、引張り強度および引張り破断時の伸びは、テンシロン（オリエンテック社製）引張試験機を用いて試料の有効長５０ｍｍ、引張り速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、温度２３℃で測定した。引張り強度は、中空糸膜または糸状物質の１本当たりの引張り破断時の応力（単位はｇｆ／本）で示しており、引張り破断時の伸びは、元の長さＬ₀、破断時の長さＬとしたとき、（Ｌ−Ｌ₀）／Ｌ₀×１００（単位は％）で示している。
【００３８】
【実施例】
次に、実施例によって具体的に説明する。
【００３９】
（実施例１）
非対称性ポリイミド中空糸膜を加熱処理して得られた炭素含有率が８１．２重量％の部分炭素化膜であって、内径が１９０μｍ、外径が４００μｍの中空糸分離膜は、引張り強度が１０２ｇｆ／本、引張り破断時の伸びが１．８％であった。前記中空糸５本を近接させて略平行に一定速度で送り出しながら、図５に示したような方法によって、５本の中空糸の外周に外径８０μｍのステンレスワイヤー（引張り強度３０２ｇｆ／本、引張り破断時の伸び４０％）を一定速度でスパイラル状に巻き付けて中空糸束（１）とし、その中空糸束（１）を直接、直径約３０ｃｍのカセ取装置に４００回巻き取った。巻き付けられたステンレスワイヤーの巻径（表面にワイヤーがスパイラス状に巻き付けられた円筒体を仮定した場合の、円筒体の軸方向に対し直角面で切断したときの断面の直径）は１．２５ｍｍであり、巻き付けたステンレスワイヤー間の間隔は５．０ｍｍ（ワイヤー径の約６３倍）であった。巻き取られた中空糸束はカセ取装置から外し、長さ約９２０ｍｍに裁断し中空糸が２０００本（中空糸束（１）が４００本）からなる中空糸束（２）とした。前記中空糸束（２）を糸束径が３０ｍｍとなるように２０μｍ厚のポリイミドフィルムで包み、中空糸の両端開口部を接着剤で封止し、更に、中空糸束の両端部に液状のエポキシ樹脂を含浸させたあと所定の型内で硬化させた。硬化後型から外し両端部を切削加工し、端面において中空糸が開口状態となるようにすると同時に所定の寸法に調整し中空糸分離膜エレメントを製造した。前記中空糸分離膜エレメントを混合物供給口、透過物排出口、未透過排出口を備える容器内に装着して中空糸分離膜モジュールを製造した。
【００４０】
この中空糸分離膜モジュールを用い、水素と炭酸ガスとの混合ガス（体積混合比は５０／５０）を中空糸内に供給し水素を膜透過させて分離して純度９９体積％の水素を回収した。分離条件は、温度５０℃、供給圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）、供給量２Ｎｍ³／ｍｉｎであった。得られた純度９９体積％の水素量は、前記中空糸部分炭素化膜において、破断や破損がない数本の中空糸膜を用いて前記と同一条件で測定した分離度及び透過速度の値とモジュールの有効膜面積などから計算で推定される、得られる純度９９体積％水素の推定量に対し、９５％以上の値を示し、製造工程での中空糸分離膜の破損や破断がなかったことが判った。
【００４１】
（比較例１）
実施例１と同じ部分炭素化された中空糸分離膜を用いて、ステンレスワイヤーで補強することなしに、同一のカセ取装置に２０００回巻き取った。この中空糸束を実施例１と同様の方法によって中空糸分離膜モジュールを製造した。
【００４２】
前記中空糸分離膜モジュールについて、実施例１と同一条件によって、水素と炭酸ガスとの混合ガス（体積混合比は５０／５０）を中空糸内に供給し水素を膜透過させて分離することを試みた。しかしながら、純度９９体積％水素を分離回収することは出来なかった。中空糸に破損あるいは破断が発生し供給ガスが中空糸の透過側へリークしたものと推定された。
【００４３】
（実施例２）
エレメントを構成する中空糸の本数を６００本とし、実施例１と同様の方法によって図３のような中空糸分離膜モジュールを１００個作成したが、中空糸の破断は全く見られなかった。前記中空糸分離膜モジュールの混合物供給口（図３では７）から、水素ガスと窒素ガスとの混合ガス（体積混合比が５０／５０）を中空糸の外側の空間へ供給して中空糸内側から水素を分離回収するテストにおいて、温度５０℃、供給圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ²（ゲージ圧）の条件でモジュールのガス分離性能を測定し、次に、ガス供給２０秒間の加圧と続いて５秒間の放圧を１０００回繰り返しておこなった後で、再度モジュールのガス分離性能を測定したところ、全てのモジュールにおいて分離性能の低下は見られなかった。
【００４４】
（比較例２）
エレメントを構成する中空糸の本数を６００本とし、比較例１と同様の方法によって図３のような中空糸分離膜モジュールを１００個作成した。ガス分離性能を測定してリークの有無を確認した結果、中空糸の破断なく製造が出来たモジュールは１３個であった。また、前記１３個のモジュールについて、実施例２と同様にガス供給２０秒間の加圧と続いて５秒間の放圧を１０００回繰り返しておこなった後でモジュールを観察すると、全てのモジュールにおいて混合物供給口の近傍に位置する中空糸に破断が発生していた。尚、このテストでの混合物供給口から供給される混合ガスの流速は３０ｍ／秒であった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したようなものであるから、本発明は、次のような効果を奏する中空糸分離膜エレメント、中空糸分離膜モジュールであり、更に、その製造方法である。すなわち、本発明の中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールは、中空糸分離膜が伸びが小さくて容易に破断するものであっても製造が容易であり、製造工程中の中空糸分離膜の破損や破断を防ぐことができる。さらに、使用時の中空糸分離膜の破損や破断が容易に発生しないように補強され、耐久性が改良されたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空糸束（１）の一つの実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の中空糸分離膜エレメントの一つの実施形態を示す概略図である。但し、多数本の中空糸束（１）４のうち、９本のみを記載し、他の中空糸束（１）は省略され記載されていない。
【図３】本発明の中空糸分離膜モジュールの一つの実施形態の概略を示す縦断面図である。
【図４】本発明の中空糸分離膜モジュールの一つの実施形態の概略を示す縦断面図である。
【図５】本発明の複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質をスパイラル状に巻き付ける方法の一つを示す概略図である。
【符号の説明】
１：中空糸分離膜
２：糸状物質
３、３’：管板
４：中空糸束（１）
５：中空糸束（２）
６：容器
７：混合物導入口
８：未透過物排出口
９：透過物排出口
１０：キャリアーガス導入口
１１：芯管
１２：フィルム
１３：連通孔
１４：受取ボビン
１５：糸状物質の供給装置

Claims

５〜５０本の引張り破断時の伸びが０．１〜１０％である中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質（但し、突起部を有するリボン状部材を除く）を糸状物質の外径の２〜１０００倍の長さの間隔を置いて巻き付けて補強された中空糸束（１）と、前記中空糸束（１）を多数本集束させた中空糸束（２）と、前記中空糸束（２）の少なくとも一方の端部に設けられた管板とを含んで構成されることを特徴とするガス分離用の中空糸分離膜エレメント。
前記中空糸分離膜が、セラミックス材料、炭素材料、ポリマーを部分炭素化した材料、剛直なポリマー材料、および、前記材料を含む複合材料からなる群から選択される材料によって形成されていることを特徴とする前記請求項１記載の中空糸分離膜エレメント。
前記中空糸（１）が、複数の中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質をスパイラル状に巻き付けて補強されたことを特徴とする前記請求項１記載の中空糸分離膜エレメント。
請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸分離膜エレメントの１つあるいは２つ以上を、少なくとも混合物導入口、透過物排出口、未透過物排出口を備える容器内に収納して構成されることを特徴とする中空糸分離膜モジュール。
５〜５０本の引張り破断時の伸びが０．１〜１０％である中空糸分離膜からなる束の外周に糸状物質（但し、突起部を有するリボン状部材を除く）を糸状物質の外径の２〜１０００倍の長さの間隔を置いて巻き付けて補強された中空糸束（１）とする工程と、前記中空糸束（１）を多数本集束させて中空糸束（２）とする工程とを含むことを特徴とするガス分離用の中空糸分離膜エレメントおよび中空糸分離膜モジュールの製造方法。