JP6739572B1 - 気液分離装置及び低沸点化合物の検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガス分離用平膜の設置の際に生じる皺の発生を抑制することができ、ガス分離用平膜のクリープ現象を抑制することによりガス分離用平膜の交換寿命を長くすることが可能な気液分離装置を提供する。【解決手段】気液分離装置は、試料液の通路を有する第１の板状部材と、試料液から気化した分離ガスの通路を有する第２の板状部材と、分離ガスが溶解するキャリア液の通路を有する第３の板状部材と、第１の板状部材と第２の板状部材との間に挟持された第１気液分離膜３１と、第２の板状部材と第３の板状部材との間に挟持された第２気液分離膜３２と、を備える。第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、気体を透過し、液体を透過させない孔を有するフッ素樹脂からなる多孔質層と、網目状に形成され、かつ多孔質層よりも高い剛性を有する補強層と、前記多孔質層の前記孔よりも径の大きい孔を有する保護層を含む。【選択図】図２
Description
本発明は、低沸点化合物を含む液体から当該低沸点化合物を分離するための気液分離装置、及び当該気液分離装置を用いた低沸点化合物の検出装置に関する。
低沸点化合物を含む液体から当該低沸点化合物を分離して分析をすることが行われている。このような分析の一例に、水に含まれているトリハロメタンの分析がある。トリハロメタンを分析する装置としては、トリハロメタンが含まれている試料液を加熱することによりトリハロメタンを気化させ、気化させたトリハロメタンガスをキャリア溶液に溶解させ、キャリア溶液中のトリハロメタンを測定することにより試料液に含まれるトリハロメタンを分析するトリハロメタン分析装置が特許文献１に開示されている。
特許文献１のトリハロメタン分析装置は、試料液からトリハロメタンを気化させて分離する分離溶解構造を有する。当該分離溶解構造は、試料液流路を備えた試料液用の平板と、キャリア液流路を備えたキャリア液用の平板と、トリハロメタンガス流路を備えたガスチャンバ用の平板と、を有する。また、分離溶解構造は、試料液用の平板とガスチャンバ用の平板との間にガス分離用平膜が設けられている。また、分離溶解構造は、ガスチャンバ用の平板とキャリア液用の平板との間にガス溶解用平膜が設けられている。
ガス溶解用平膜は、試料液から気化されたトリハロメタンの通気性を確保するために、その厚さが薄く形成されている。また、ガス溶解用平膜は、例えば、フッ素樹脂等の樹脂素材で形成されている。このため、ガス溶解用平膜の剛性が低く、ガス溶解用平膜を設置する際に僅かな皺が生じやすいという問題がある。ガス溶解用平膜に生じる皺は、トリハロメタンが装置の外部に漏出する原因となり、測定精度が低くなるという問題がある。
また、所定の試料液に含まれるトリハロメタンの分離と溶解を行う際にトリハロメタンガス流路に前回測定した試料液からのトリハロメタンが残留していると、試料液に含まれるトリハロメタンの量は実際の量よりも多く検出されてしまい、測定誤差が生じる。そこで、所定の試料液に含まれるトリハロメタンの分析を行う前に、トリハロメタンガス流路をパージすることが必ず行われている。
トリハロメタンガス流路には、当該流路内にパージガスを導入する流入孔及び当該流路内のパージガスと流路内の残留気体を外部に排出する排出孔が設けられている。前記流入孔からパージガスを流入させ、前記排出孔からトリハロメタンガス流路内の残留気体をパージガスと共に外部に排出させることが行われている。
パージガスがトリハロメタンガス流路に流入する際、流入孔の近傍のガス分離用平膜が前記パージガスの風圧の影響を受ける。具体的には、パージガスは、ガス分離用平膜の平板と対向する面に対して垂直方向に流入し、ガス分離用平膜の当該面に対して垂直方向に力が作用する。
ガス分離用平膜は、このように一の方向から力が継続的に加わり続けられることによって徐々に変形が進む、いわゆるクリープ現象が生じる。クリープ現象は、トリハロメタンガス流路の気密性に影響を与える。このため、ガス分離用平膜の交換サイクルが短くなることが問題視されている。
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、ガス分離用平膜の設置の際に生じる皺の発生を抑制することができ、ガス分離用平膜のクリープ現象を抑制することによりガス分離用平膜の交換寿命を長くすることが可能な気液分離装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の気液分離装置は、試料液の通路をなす第１の溝を内面に有する第１の板状部材と、前記試料液から気化した分離ガスの通路をなす第２の溝を有する第２の板状部材と、前記分離ガスが溶解するキャリア液の通路をなす第３の溝を内面に有する第３の板状部材と、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との間に挟持された第１気液分離膜と、前記第２の板状部材と前記第３の板状部材との間に挟持された第２気液分離膜と、を有し、前記第１気液分離膜及び前記第２気液分離膜は、気体を透過しかつ、液体を透過させない孔を有するフッ素樹脂からなる多孔質層と、網目状に形成され、かつ前記多孔質層よりも高い剛性を有する補強層と、前記多孔質層の前記孔よりも径の大きい孔を有する保護層と、を含み、前記多孔質層、前記補強層及び前記保護層は、それらの厚さ方向において互いに積層されていることを特徴としている。
本発明の気液分離装置によれば、第１気液分離膜及び第２気液分離膜が、多孔質層、補強層及び保護層を含むことにより、第１気液分離膜及び第２気液分離膜の剛性を高め、変形を抑止することが可能となる。
前記補強層は、前記多孔質層及び前記保護層に対して溶着性を有するとよい。
上記態様によれば、多孔質層、補強層及び保護層の各層間のずれを防止することができる。この結果、第１の気液分離膜及び第２の気液分離膜の皺や弛みの発生を防止することが可能となるとともに、多孔質層、補強層及び保護層の各層間から試料液から揮発した気体が外部に漏れることを防止できる。
前記補強層は、ポリエステル樹脂であるとするとよい。
上記態様によれば、ポリエステル樹脂は、剛性に優れ伸びにくく、耐薬品性にも優れている。このため、第１の気液分離膜及び第２の気液分離膜の交換寿命をより長くすることが可能となるとともに、多孔質層、補強層及び保護層の各層間から試料液から揮発した気体が外部に漏れることを防止できる。
前記第１気液分離膜及び前記第２気液分離膜は、前記多孔質層、前記補強層、前記保護層、前記多孔質層の順に積層されているとよい。
上記態様によれば、第１気液分離膜及び第２気液分離膜の剛性をより高めることが可能となる。この結果、第１の気液分離膜及び第２の気液分離膜の交換寿命をより長くすることが可能となる。
前記多孔質層の前記孔は、平均孔径が０．２μｍ以下であるとよい。
上記態様によれば、多孔質層の孔の平均孔径が、０．２μｍ以下であることにより、効率的にトリハロメタンを透過し、水を透過させないことが可能となる。
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る気液分離装置を低沸点化合物の検出装置に設けた一実施形態について説明する。具体的には、低沸点化合物としてトリハロメタンを対象としたトリハロメタン分析装置について説明する。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る気液分離装置を低沸点化合物の検出装置に設けた一実施形態について説明する。具体的には、低沸点化合物としてトリハロメタンを対象としたトリハロメタン分析装置について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０の構成を示している。トリハロメタン分析装置１０は、液体である試料液に含まれている気体であるトリハロメタンの濃度を定量する装置である。
図１に示すように、トリハロメタンを含む試料液及びトリハロメタンを溶解させるキャリア液が送液部２０から分離部３０に送液される。
分離部３０においては、試料液からトリハロメタンを気化させて試料液からトリハロメタンが分離される。気化したトリハロメタンはキャリア液に溶解する。トリハロメタンが溶解したキャリア液は、反応部４０に送液される。
反応部４０において、トリハロメタンはキャリア液の成分と反応して蛍光物質が生成される。
検出部５０は、蛍光物質に対して励起光を照射し、蛍光物質が発する光量を測定することにより、試料液が含有するトリハロメタンの濃度を定量分析する。
送液部２０から送液される試料液は、トリハロメタンを含む試料水及び硫酸ヒドラジン溶液を含んでいる。試料水は、例えば、上水道水である。硫酸ヒドラジン溶液は、試料水に含有される化合物を還元する還元剤である。端的にいえば、硫酸ヒドラジン溶液は、試料水に含まれている塩素を除去し、有機物と塩素によってトリハロメタンが生成する反応を停止するために試料水に加えられる。
試料水を貯蔵するタンクから分離部３０に向かって形成されている流路上には電磁弁が設けられている。当該電磁弁は、当該流路に導入される試料水が流れるか流れないかを切り替える。当該流路上には、試料水を吸引し、押し出すためのチューブポンプが設けられている。試料水はチューブポンプによって吸引、押し出されて分離部３０に接続されている流路に導入される。
硫酸ヒドラジン溶液を貯蔵するタンクから分離部３０に向かって形成されている流路上には電磁弁が設けられている。当該電磁弁は、硫酸ヒドラジン溶液が当該流路に導入されるか導入されないかを切り替える。当該流路上には、硫酸ヒドラジン溶液を吸引し、押し出すためのチューブポンプが設けられている。硫酸ヒドラジン溶液はチューブポンプによって吸引、押し出され分離部３０に接続されている流路に導入される。
このように、送液部２０は、試料水と硫酸ヒドラジン溶液とを混合した試料液を分離部３０に供給するように構成されている。なお、試料水の他に、標準液や、精製水も同様に供給できるようになっている。標準液は、後述する検出部５０の受光部５２の測定値から目的化合物の濃度を求めるための標準曲線の作成等に用いられる。精製水は、分離部３０での試料水の流路を洗浄するために用いられる。
キャリア液は、ニコチン酸アミド溶液及び水酸化ナトリウム溶液を含んでいる。ニコチン酸アミドは、トリハロメタンと、いわゆる藤原反応をして蛍光物質を生成する。藤原反応は、塩基性条件下で行われることが好ましく、キャリア溶液には、水酸化ナトリウム溶液が含まれている。
ニコチン酸アミド溶液を貯蔵するタンクから分離部３０に向かって形成されている流路上には電磁弁が設けられている。電磁弁は、当該流路に導入されるニコチン酸アミド溶液を当該流路に導入されるか導入されないかを切り替える。当該流路上には、ニコチン酸アミド溶液を吸引し、押し出すためのチューブポンプが設けられている。ニコチン酸アミド溶液はチューブポンプによって分離部３０に接続されている流路に導入される。
水酸化ナトリウム溶液は、分離溶解部３０に向かって形成されている流路に導入される。水酸化ナトリウム溶液を貯蔵するタンクから分離部３０に向かって形成されている流路上には電磁弁が設けられている。電磁弁は、当該流路に導入される水酸化ナトリム溶液を当該流路に導入されるか導入されないかを切り替える。当該流路上には、水酸化ナトリウム溶液を吸引し、押し出すためのチューブポンプが設けられている。水酸化ナトリウム溶液はチューブポンプによって分離部３０に接続されている流路に導入される。
このように、送液部２０は、ニコチン酸アミド溶液と水酸化ナトリウム溶液とを混合したキャリア液を分離部３０に供給するように構成されている。
分離部３０は、試料液を流すための試料液流路、試料液から気化したトリハロメタン（ＴＨＭ）の通路となるガスチャンバ及びキャリア液を流すためのキャリア液流路が設けられている。
試料液流路の試料液は、クロロホルムの沸点以上の温度、例えば、７５℃までヒータＨＴ１によって加熱される。加熱によって試料液から気化したトリハロメタンは、ガスチャンバを介して、キャリア液流路のキャリア液に溶解する。キャリア液は、ＨＴ２により試料液よりも低い温度、例えば６５℃に加熱されている。キャリア液流路は、反応部４０に接続されている。キャリア液流路のキャリア液は、反応部４０に向かって送液される。
反応部４０では、キャリア液中のトリハロメタンがニコチン酸アミドと反応する。当該反応は、いわゆる藤原反応である。反応部４０は、キャリア液を加温するヒータＨＴ３を有する。このヒータＨＴ３は、藤原反応に適した温度にキャリア液を加温する。例えば、キャリア液は、ヒータＨＴ３によって８６℃程度に加温される。反応部４０は、検出部５０に接続されているキャリア液流路を有する。藤原反応後のキャリア液は、キャリア液流路を介して検出部５０に向かって送液される。
検出部５０は、キャリア液に含まれるトリハロメタンの定量分析をする。具体的には、検出部５０は、藤原反応の生成物である蛍光物質が発する蛍光の光量を測定する。検出部５０は、当該光量に応じて試料液に含有されるトリハロメタンの濃度、含有量を定量分析する。
検出部５０は、当該藤原反応の生成物に励起光を照射する投光部５１を有する。投光部５１は、例えば、３６５nmにピーク波長を有する紫外発光ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。投光部５１は、例えば、蛍光物質に対して励起光を照射する発光装置であればよく、例えば、水銀ランプであってもよい。また、励起光のピーク波長は、反応生成物に応じて適宜変更するとよい。
検出部５０は、投光部５１が照射した励起光を当該生成物が受けて発する４５８nmの蛍光を受光する受光部５２を有する。受光部５２は、例えば、光電子増倍管、フォトダイオード検出器などを含む分光光度計を含む。
以上の検出部５０を通過した排水及び分離部３０を通過した試料水は、共通配管で合流し、トリハロメタン分析装置１０の外部に廃液として排出される。
図２は、本発明の気液分離装置の一実施形態をなす分離部３０の分解斜視図を示している。図２に示すように、分離部３０は、第１の板状部材としての試料液流路板ＳＰ、第２の板状部材としてのガスチャンバ板ＧＰ及び第３の板状部材としてのキャリア液流路板ＣＰを有する。具体的には、ガスチャンバ板ＧＰは、試料液流路板ＳＰ上に設けられている。キャリア液流路板ＣＰは、ガスチャンバ板ＧＰ上に設けられている。
試料液流路板ＳＰは、試料液の通路をなす第１の溝ＧＲ１をガスチャンバ板ＧＰと対向する内面ＩＳ１に有する。試料液流路板ＳＰは、熱伝導性が高い素材で平板に形成されている。試料液流路板ＳＰに用いられる熱伝導性が高い素材は、金属であることが好ましく、例えば、耐腐食性を有するステンレスであることが好ましい。第１の溝ＧＲ１は、試料液流路板ＳＰの内面ＩＳ１において、試料液流路板ＳＰの一端から当該一端と対向する他端に向かって蛇行して形成されている。
分離部３０のガスチャンバ板ＧＰは、試料液から気化した分離ガスの通路をなす第２の溝ＧＲ２を有する。ガスチャンバ板ＧＰは、熱伝導性が高い素材で平板に形成されている。当該素材は、試料液流路板ＳＰと同様に金属であることが好ましく、例えば、耐腐食性を有するステンレスであることが好ましい。
第２の溝ＧＲ２は、ガスチャンバ板ＧＰの試料液流路板ＳＰと対向する内面ＩＳ２からキャリア液流路板ＣＰと対向する外面ＯＳにかけて貫通して形成されている。具体的には、第２の溝ＧＲ２は、ガスチャンバ板ＧＰの内面ＩＳ２に対して垂直方向に貫通している。第２の溝ＧＲ２は、第１の溝ＧＲ１が形成されている位置に対応して形成されている。すなわち、第２の溝ＧＲ２は、ガスチャンバ板ＧＰの一端から当該一端と対向する他端に向かって蛇行して形成されており、第２の溝ＧＲ２は、試料液流路板ＳＰの内面ＩＳ１に対して垂直方向において第１の溝ＧＲ１と重なる位置、すなわち同一の位置に形成されている。
分離部３０のキャリア液流路板ＣＰは、分離ガスが溶解するキャリア液の通路をなす第３の溝ＧＲ３を有する。キャリア液流路板ＣＰは、熱伝導性が高い素材で平板に形成されている。当該素材は、試料液流路板ＳＰと同様に金属であることが好ましく、例えば、耐腐食性を有するステンレスであることが好ましい。
第３の溝ＧＲ３は、キャリア液流路板ＣＰのガスチャンバ板ＧＰと対向する内面ＩＳ３において、キャリア液流路板ＣＰの一端から当該一端と対向する他端に向かって蛇行して形成されている。第３の溝ＧＲ３は、試料液流路板ＳＰの内面ＩＳ１に対して垂直方向において第１の溝ＧＲ１及び第２の溝ＧＲ２と重なる位置、すなわち同一の位置に形成されている。言い換えれば、第１の溝ＧＲ１、第２の溝ＧＲ２及び第３の溝ＧＲ３は、互いに整合するように形成されている。
試料液流路板ＳＰとガスチャンバ板ＧＰとの間には、第１気液分離膜３１が挟持されている。ガスチャンバ板ＧＰとキャリア液流路板ＣＰとの間には、第２気液分離膜３２が挟持されている。
第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、気体を透過し、液体を透過させない性質を有する。従って、第１の溝ＧＲ１が第１気液分離膜３１によって覆われていることにより、試料液流路が形成されている。また、第２の溝ＧＲ２が第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２によって覆われていることにより、ガスチャンバが形成されている。さらに、第３の溝ＧＲ３が第２気液分離膜３２によって覆われていることにより、キャリア液流路が形成されている。
また、第２の溝ＧＲ２は、第１の溝ＧＲ１及び第３の溝ＧＲ３に第１気液分離膜３１並びに第２気液分離膜３２を介して連通するように、ガスチャンバ板ＧＰを貫通して形成されている。より具体的には、第２の溝ＧＲ２は、第１の溝ＧＲ１に第１気液分離膜３１を介して連通するように、ガスチャンバ板ＧＰを貫通して形成されている。また、第２の溝ＧＲ２は、第３の溝ＧＲ３に第２気液分離膜３２を介して連通するように、ガスチャンバ板ＧＰを貫通して形成されている。
試料液流路板ＳＰ、ガスチャンバ板ＧＰ及びキャリア液流路板ＣＰは、キャリア液流路側押え板ＬＰと試料液流路押え板ＲＰとの間に配置されている。具体的には、キャリア液流路側押え板ＬＰと試料液流路押え板ＲＰとの間に、キャリア液流路板ＣＰ、第２気液分離膜３２、ガスチャンバ板ＧＰ、第１気液分離膜３１、試料水流路板ＳＰが、それぞれ配置され、ボルト等の締結部材によって各々が締結されている。尚、試料液流路押え板ＲＰと試料液流路板ＳＰとの間には、シート状のフッ素ゴムＦＧ１が設けられている。同様に、キャリア液流路側押え板ＬＰとキャリア液流路板ＣＰとの間にも、シート状のフッ素ゴムＦＧ２が設けられている。
試料液流路押え板ＲＰの外面には、試料液を加熱するためのヒータＨＴ１が設けられている。キャリア液流路側押え板ＬＰの外面には、キャリア液を加熱するためのヒータＨＴ２が設けられている。
こうして、第１の溝ＧＲ１を通る試料液中に含まれるトリハロメタンは、分離ガスとして第１気液分離膜３１を通過して第２の溝ＧＲ２に移動する。そして、この分離ガスは、第２気液分離膜３２を通過して第３の溝ＧＲ３を通るキャリア液に溶解する。検出部５０は、平衡状態になった時点の当該分離ガスが溶解したキャリア液を分析することによって、試料液中に含まれるトリハロメタンの含量又は濃度を分析する。
そして、試料液流路押え板ＲＰには、試料液流路板ＳＰと対向する内面に対して垂直方向に貫通する第１の試料液流入孔ＳＨ１と、第１の試料液流出孔ＳＨ２が設けられている。
第１の溝ＧＲ１の試料液流路板ＳＰの一端側には、試料液が流入する第２の試料液流通孔ＳＨ３が設けられている。第１の溝ＧＲ１の試料液流路板ＳＰの他端側には、試料液が流出する第２の試料液流出孔ＳＨ４が設けられている。
第１の試料液流入孔ＳＨ１は、試料液流路押え板ＲＰの内面に対して垂直方向において、試料液流路板ＳＰの第２の試料液流入孔ＳＨ３と重なる位置すなわち、同一の位置に形成されている。第１の試料液流出孔ＳＨ２は、試料液流路押え板ＲＰの内面に対して垂直方向において、試料液流路板ＳＰの第２の試料液流出孔ＳＨ４と重なる位置すなわち、同一の位置に形成されている。尚、試料液流路押え板ＲＰと試料液流路板ＳＰとの間に配置されたフッ素ゴムＦＧ１にも、第１の試料液流入孔ＳＨ１及び第２の試料液流入孔ＳＨ３に連通する孔と、第１の試料液流出孔ＳＨ２及び第２の試料液流出孔ＳＨ４に連通する孔とが形成されている。
従って、送液部２０から送液された試料液は、試料液流路押え板ＲＰの第１の試料液流入孔ＳＨ１を介して試料液流路板ＳＰの第２の試料液流入孔ＳＨ３に導かれる。試料液流路板ＳＰの第２の試料液流入孔ＳＨ３に導かれた試料液は、試料液流路を構成する第１の溝ＧＲ１を通って試料液流路板ＳＰの第２の試料液流出孔ＳＨ４から試料液流路押え板ＲＰの第１の試料液流出孔ＳＨ２に向かって排出される。
また、試料液流路押え板ＲＰには、その内面に対して垂直方向に貫通する第１のパージガス流入孔ＧＨ１と、第１のパージガス流出孔ＧＨ２が設けられている。試料液流路板ＳＰには、その内面ＩＳ１に対して垂直方向に貫通する第２のパージガス流入孔ＧＨ３と、第２のパージガス流出孔ＧＨ４が設けられている。
第２の溝ＧＲ２のガスチャンバ板ＧＰの一端側には、パージガスが流入する第３のパージガス流入孔ＧＨ５が設けられている。第２の溝ＧＲ２のガスチャンバ板ＧＰの他端側には、パージガスが流出する第３のパージガス流出孔ＧＨ６が設けられている。
試料液流路押え板ＲＰの第１のパージガス流入孔ＧＨ１と、試料液流路板ＳＰの第２のパージガス流入孔ＧＨ３と、ガスチャンバ板ＧＰの第３のパージガス流入孔ＧＨ５とは、相互に連通するように互いに整合して配置されており、それによってパージガス流入孔ＧＨｉｎを構成している。
同様に、試料液流路押え板ＲＰの第２のパージガス流出孔ＧＨ２と、試料液流路板ＳＰの第２のパージガス流出孔ＧＨ４と、ガスチャンバ板ＧＰの第３のパージガス流出孔ＧＨ６とは、相互に連通するように互いに整合して配置されており、それによってパージガス流出孔ＧＨｏｕｔが構成されている。
尚、詳しい説明を省略するが、試料液流路押え板ＲＰと試料液流路板ＳＰとの間に配置されたフッ素ゴムＦＧ１と、試料液流路板ＳＰとガスチャンバ板ＧＰとの間に配置された第１気液分離膜３１にも、パージガス流入孔ＧＨｉｎ及びパージガス流出孔ＧＨoutに連通する孔がそれぞれ形成されている。
また、パージガス流入孔ＧＨｉｎは、ガスチャンバ内にエアを供給するエアポンプ（図示せず）に接続されている。従って、エアポンプから送風されたパージガスは、試料液流路押え板ＲＰの第１のパージガス流入孔ＧＨ１及び試料流路板ＳＰの第２のパージガス流入孔ＧＨ３を介してガスチャンバ板ＧＰの第３のパージガス流入孔ＧＨ５に導かれる。ガスチャンバ板ＧＰの第３のパージガス流入孔ＧＨ５に導かれたパージガスは、ガスチャンバを構成する第２の溝ＧＲ２を通ってガスチャンバ板ＧＰの第３のパージガス流出孔ＧＨ６から試料液流路押え板ＲＰの第１のパージガス流出孔ＧＨ２に向かって排出される。すなわち、第２の溝ＧＲ２の一端に設けられているパージガス流入孔ＧＨ５からパージガスを流入させて、第２の溝ＧＲ２の他端に設けられているパージガス流出孔ＧＨ６から流出させることにより、第２の溝ＧＲ２に残留する分離ガスを外部に排出させることができる。
キャリア液流路押え板ＬＰには、その内面に対して垂直方向に貫通する第１のキャリア液流入孔ＣＨ１と、第１のキャリア液流出孔ＣＨ２が設けられている。
第３の溝ＧＲ３のキャリア液流路板ＣＰの一端側には、キャリア液が流入する第２のキャリア液流入孔ＣＨ３が設けられている。第３の溝ＧＲ３のキャリア液流路板ＣＰの他端側には、第２のキャリア液流入孔ＣＨ３から流入したキャリア液が流出する第２のキャリア液流出孔ＣＨ４が設けられている。
第１のキャリア液流入孔ＣＨ１は、キャリア液流路押え板ＬＰの内面に対して垂直方向において、キャリア液流路板ＣＰの第２のキャリア液流入孔ＣＨ３と重なる位置すなわち、同一の位置に形成されている。第１のキャリア液流出孔ＣＨ２は、キャリア液流路押え板ＬＰの内面に対して垂直方向において、キャリア液流路板ＣＰの第２のキャリア液流出孔ＣＨ４と重なる位置すなわち、同一の位置に形成されている。
尚、キャリア液流路押え板ＬＰとキャリア液流路板ＣＰとの間に配置されたフッ素ゴムＦＧ２にも、第１のキャリア液流入孔ＣＨ１及び第２のキャリア液流入孔ＣＨ３に連通する孔と、第１のキャリア液流出孔ＣＨ２及び第２のキャリア液流出孔ＣＨ４に連通する孔とが形成されている。
従って、送液部２０から送液されたキャリア液は、キャリア液流路押え板ＬＰの第１のキャリア液流入孔ＣＨ１を介してキャリア液流路板ＣＰの第２のキャリア液流入孔ＣＨ３に導かれる。キャリア液流路板ＣＰの第２のキャリア液流入孔ＣＨ３に導かれたキャリア液は、キャリア液流路を構成する第３の溝ＧＲ３を通ってキャリア液流路板ＣＰの第２のキャリア液流出孔ＣＨ４からキャリア液流路押え板ＣＰの第１のキャリア液流出孔ＣＨ２に向かって排出される。
分離部３０において、試料液流路を構成する第１の溝ＧＲ１を通る試料液はヒータＨＴ１によって７５℃程度に加熱され、試料液に含まれているトリハロメタンが気化する。尚、試料水（例えば、水道水）中のトリハロメタンの主成分であるクロロホルムの沸点は、６１．２℃である。
気化したトリハロメタンは、分離ガスとして第１気液分離膜３１を通過してガスチャンバを構成する第２の溝ＧＲ２に流入する。ガスチャンバを構成する第２の溝ＧＲ２に流入した分離ガスは、第２気液分離膜３２を通ってキャリア液流路を構成する第３の溝ＧＲ３を通るキャリア液に溶解する。キャリア液は６５℃程度に加熱されている。トリハロメタンが溶解したキャリア液は、反応部４０に向かって送液される。
図３は、第１の気液分離膜３１及び第２の気液分離膜３２の拡大断面を示している。図３に示すように、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、それぞれ多孔質層ａと、補強層ｂと、保護層ｃと、がそれらの厚さ方向において互いに積層された３つの層で構成されている。
多孔質層ａは、気体であるトリハロメタンを透過し、液体である試料水を透過させない孔を有する。多孔質層ａの孔は、平均孔径が０．２μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍであることがより好ましい。
なお、本発明における平均孔径は、公知の細孔分布測定装置により測定することができる。例えば、株式会社島津製作所の細孔分布測定装置（商品名「トライスターII3020」を用いてガス吸着法により測定ができる。後述する補強層、保護層の平均孔径についても同様である。
多孔質層ａの孔の平均孔径が０．２μｍよりも大きいと、トリハロメタンをはじめとする気体だけでなく、試料水等の液体が多孔質層ａを透過するのを阻止する信頼性が低下する傾向がある。尚、多孔質層ａの孔は、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂膜を延伸することによって形成できる（例えば特公昭４２−１３５６０号公報参照）。
多孔質層ａは、撥水性及び耐薬品性を有するフッ素樹脂によって構成されている。フッ素樹脂としては、例えば、線膨張係数がＰＴＦＥ樹脂（polytetrafluoroethylene）と同等以上のフッ素樹脂であることが望ましく、ＰＴＦＥ樹脂（polytetrafluoroethylene）、ＦＥＰ樹脂（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂）、ＰＦＡ樹脂（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）、ＥＴＦＥ樹脂（四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等が挙げられる。尚、多孔質層ａは、例えば、その積層方向の厚さが３０〜１００μｍが好ましく、６０〜１００μｍがより好ましい。
補強層ｂは、多孔質層ａ上に配され、かつ網目状に形成されている。補強層ｂは、多孔質層ａよりも高い剛性を有する。補強層ｂのメッシュ幅は、５０〜２５０μｍが好ましく、１００〜２５０μｍがより好ましい。
補強層ｂは、多孔質層ａ及び保護層ｃに対して溶着性を有する素材で構成されている。多孔質層ａ及び保護層ｃに対して溶着性を有する素材としては、例えば、ポリエステル樹脂、硬質のポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ：polyvinyl chloride）、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等が挙げられる。
特に、ポリエステル樹脂は、剛性に優れ伸びにくく、耐薬品性にも優れている。このため、第１の気液分離膜及び第２の気液分離膜の交換寿命をより長くすることが可能となるとともに、多孔質層、補強層及び保護層の各層間から試料液から揮発した気体が外部に漏れることを防止できる。
また、補強層ｂが多孔質層ａ及び保護層ｃに対して溶着性を有することにより、多孔質層ａ、補強層ｂ及び保護層ｃの各層間のずれを防止することができる。この結果、第１の気液分離膜３１及び第２の気液分離膜３２の皺や弛みの発生を防止することが可能となるとともに、多孔質層ａ、補強層ｂ及び保護層ｃの各層間から試料液から揮発したトリハロメタンが外部に漏れることを防止できる。
補強層ｂの積層方向の厚さは、特に限定されないが、６０〜１００μｍが好ましく、８０〜１００μｍがより好ましい。
保護層ｃは、補強層ｂ上に配され、かつ多孔質層ａの孔よりも径の大きい孔を有する。保護層ｃの孔の平均孔径は、０．２〜１０μｍが好ましく、０．２〜０．６μｍがより好ましい。保護層ｃの孔の平均孔径が０．２μｍよりも大きいことにより、トリハロメタンの通気抵抗を減らすことが可能となる。保護層ｃの孔の平均孔径が１０μｍよりも小さいことにより、第１の気液分離膜３１及び第２の気液分離膜３２に必要な強度を保つことが可能となる。尚、保護層ｃの孔は、多孔質層ａと同様に、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂膜を延伸することによって形成できる。
保護層ｃは、撥水性及び耐薬品性を有する樹脂によって構成されている。このような樹脂としては、例えばＰＴＦＥ樹脂（polytetrafluoroethylene）のようなフッ素樹脂が挙げられる。また、ＰＴＦＥ樹脂以外の樹脂であって、線膨張係数がＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）と同等以上のフッ素樹脂であってもよく、このような樹脂としては、ＦＥＰ樹脂（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂）、ＰＦＡ樹脂（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）、ＥＴＦＥ樹脂（四フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂）等が挙げられる。
保護層ｃの積層方向の厚さは、特に限定されないが、１０〜１００μｍが好ましく、１０〜２０μｍがより好ましい。
尚、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、試料液流路板ＳＰ及びキャリア液流路板ＣＰに対向する面が多孔質層ａ又は保護層ｃのどちらであってもよいが、多孔質層ａであることが好ましい。このようにすることで、パージガスが直接的に多孔質層ａに当たることを防ぐことが可能となり、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の交換寿命を延ばすことが可能となる。
以上のように、本発明の気液分離装置によれば、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２が、多孔質層ａ、補強層ｂ及び保護層ｃを含むことにより、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の剛性を高め、変形を抑止することが可能となる。
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０の分離部３０について説明する。第２実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０は、分離部３０における第１の気液分離膜３１及び第２の気液分離膜３２の構成が、第１実施形態とは異なる。その余の構成については、第１実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０と同一であるので説明を省略する。
次に第２実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０の分離部３０について説明する。第２実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０は、分離部３０における第１の気液分離膜３１及び第２の気液分離膜３２の構成が、第１実施形態とは異なる。その余の構成については、第１実施形態に係るトリハロメタン分析装置１０と同一であるので説明を省略する。
図４は、第１の気液分離膜３１及び第２の気液分離膜３２の拡大断面を示している。図４に示すように、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、それぞれ多孔質層ａ、保護層ｃ、補強層ｂ、多孔質層ａの順に積層された４つの層で構成されている。
以上のように、本発明の気液分離装置によれば、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２が、第１実施形態の第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２と比べて、更に多孔質層ａを含むことにより、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の剛性をより高めることができ、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の変形を抑止する効果がさらに高まる。その結果、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の交換寿命をより長くすることができる。
尚、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の多孔質層ａ、補強層ｂ及び保護層ｃが積層されている順番及びその積層される層の数は特に限定されるものではない。例えば図５に示すように、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、保護層ｃ、補強層ｂ、多孔質層ａ、保護層ｃの順に積層された４つの層で構成されていてもよい。
また、例えば図６に示すように、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、多孔質層ａ、補強層ｂ、保護層ｃ、補強層ｂ、多孔質層ａの順に積層された５つの層で構成されていてもよい。
このように、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２が構成された場合であっても、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の剛性をより高めることができ、さらに第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の交換寿命を長くすることができる。
また、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は同一の積層構造を有することが好ましいが、互いに異なる積層構造を有しても構わない。
メタウォーター製トリハロメタン計（型式 ＭＷ−ＳＫ２０１型）を用いて、測定対象を上水道の水道水中における総トリハロメタン濃度として測定試験を行った。尚、測定周期は、６０分に１回とした。
第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２を多孔質層ａのみで構成した場合は、１回目の測定後において、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２に歪が生じてしまい、２回目の以降の測定において有効な測定数値を得ることができなくなった。
第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２を多孔質層ａ、補強層ｂ、保護層ｃの順で積層して構成した場合、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、約１か月後に歪が生じたが、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の使用寿命は１か月に延ばすことができた。
更に、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２を多孔質層ａ、保護層ｃ、補強層ｂ、多孔質層ａの順で積層して構成した場合、第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２は、約３．５か月を経過しても、歪みやエア漏れは生じず、精度を保ち測定することが可能であった。第１気液分離膜３１及び第２気液分離膜３２の使用寿命は、少なくとも３．５か月に延ばすことができた。
１０ トリハロメタン分析装置
３０ 分離部
ＳＰ 試料液流路板
ＧＰ ガスチャンバ
ＣＰ キャリア液流路板
３１ 第１気液分離膜
ａ 多孔質層
ｂ 補強層
ｃ 保護層
３２ 第２気液分離膜
ＧＲ１ 第１の溝
ＧＲ２ 第２の溝
ＧＲ３ 第３の溝
３０ 分離部
ＳＰ 試料液流路板
ＧＰ ガスチャンバ
ＣＰ キャリア液流路板
３１ 第１気液分離膜
ａ 多孔質層
ｂ 補強層
ｃ 保護層
３２ 第２気液分離膜
ＧＲ１ 第１の溝
ＧＲ２ 第２の溝
ＧＲ３ 第３の溝
Claims (7)
- 試料液の通路をなす第１の溝を内面に有する第１の板状部材と、
前記試料液から気化した分離ガスの通路をなす第２の溝を有する第２の板状部材と、
前記分離ガスが溶解するキャリア液の通路をなす第３の溝を内面に有する第３の板状部材と、
前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との間に挟持された第１気液分離膜と、
前記第２の板状部材と前記第３の板状部材との間に挟持された第２気液分離膜と、を有し、
前記第２の溝の一方の端部には、前回測定時の残留ガスを流出させるためのパージガスの流入部が設けられ、前記第２の溝の他方の端部には、前記パージガスの流出部が設けられ、
前記流入部は、前記パージガスが前記第１気液分離膜又は前記第２気液分離膜に対して垂直方向に流入するように構成されており、
前記第１気液分離膜及び前記第２気液分離膜は、気体を透過しかつ、液体を透過させない孔を有するフッ素樹脂からなる多孔質層と、網目状に形成され、かつ前記多孔質層よりも高い剛性を有する補強層と、前記多孔質層の前記孔よりも径の大きい孔を有する保護層と、を含み、
前記多孔質層、前記補強層及び前記保護層は、それらの厚さ方向において互いに積層されていることを特徴とする気液分離装置。 - 前記補強層は、前記多孔質層及び前記保護層に対して溶着性を有することを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
- 前記保護層は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離装置。
- 前記補強層は、ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気液分離装置。
- 前記第１気液分離膜及び前記第２気液分離膜は、前記多孔質層、前記補強層、前記保護層、前記多孔質層の順に積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気液分離装置。
- 前記多孔質層の前記孔は、平均孔径が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気液分離装置。
- 前記第１気液分離膜は、前記第１の板状部材に対向する面に前記多孔質層を有し、
前記第２気液分離膜は、前記第２の板状部材に対向する面に前記多孔質層を有する、請求項１乃至６のいずれかに記載の気液分離装置。
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