JPH01281124A - 膜式気体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は膜式気体分離装置、詳しくは二つ以上の組成か
ら成る気体を、各組成の透過係数に差をもつ非多孔質膜
材を介して分離させるようにした模式気体分子！！装置
に関する。

（従来の技術） 従来、例えば特開昭ｆ３３−１４１４号公報に開示され
、又、第７図に概略的に示したごと（、気体取入口（１
２）を備えたケーシング（１１）の長さ方向両側に、そ
れぞれ第１取出口（１３）と第２取出口（１４）とを設
けると共に、前記ケーシング（１１）の内部に、多数の
連通孔（Ｂ）を形成した内管（Ａ）を配設し、該内管（
Ａ）の周りに、外表面に気体分子を透過させる性質をも
つ中空糸（１５）を配設し、この中空糸（１５）におけ
る前記非多孔質膜材（１６）の透過側を前記第１取出口
（１３）に、又、前記非多孔質膜材（１６）の非透過側
を前記第２取出口（１４）にそれぞれ連通させた膜式気
体分離装置が知られている。

ここで、本出願人が先に提案した特願昭６１−３０２２
２０号（昭和６１年１２月１８日提出）に記載したよう
に、前記非多孔質膜材（１６）に含フツ素アクリレート
を用いると、この膜材（１６）の透過側たる前記第１取
出口（１３）には、酸素分子を多量に含む酸素富化空気
が、又、この膜材（１６）の非透過側たる前記第２取出
口（１４）には、窒素分子を多量に含む窒素富化空気が
それぞれ取出せることになる。

（発明が解決しようとする課題） ところが以上のような膜式気体分離装置では、前記取入
口（１２）から前記ケーシング（１１）内に取入れられ
た気体が、同図の実線矢印で示したように、前記中空糸
（１５）に接触した後に、前記内管（Ａ）の連通孔（Ｂ
）を経て速やかに前記第２取出口（１４）から外部へと
排出され、前記ケーシング（１１）内には新鮮な気体が
逐次供給されることから、この気体中の酸素分子が前記
中空糸（１５）にコーティングされた前記非多孔質膜材
（１６）で効率良く透過分離され、前記第１取出口（１
３）側からは、酸素分子を多量に含む酸素富化空気が得
られるのであるが、この反面、前記中空糸（１５）の非
多孔質膜材（１６）を透過することなく、前記第２取出
口（１４）から取出される窒素富化空気は、前記取入口
（１２）から前記ケーシング（１１）内へと逐次取入れ
られる新鮮な気体によって希釈され易いのであり、従っ
て以上の構造では、充分に濃縮された窒素富化空気を得
ることが出来なかったのである。

また、前記窒素富化空気の濃度を高めるためには、前記
多孔質中空糸（１５）の長さを出来るだけ長＜シ、該中
空糸（１５）の気体に対する接触面積を増大させて、前
記酸素富化空気の濃度を高め、これに伴い前記窒素富化
空気の濃度を高めることが考えられたのであるが、斯く
するときには、前記中空糸（１５）に対応して前記ケー
シング（１１）の長さを長尺とする必要があるなどの構
造上の問題があり、また前記中空糸（１５）の内部側に
透過された酸素富化空気量が多くなると、該中空糸（１
５）を流れる酸素富化空気の抵抗が増大されて圧損が大
となり、これに伴い前記中空糸（１５）の内外における
圧力差及び圧力比が小となって、この中空糸（１５）の
気体透過ａが減少し、前記酸素富化空気ひいては窒素富
化空気の効率良い濃縮ができなかったのである。

本発明は以上のごとき各種問題に鑑みてなしたものであ
り、その目的は、小型のケーシングでもって、主として
上記窒素富化空気等の膜非透過側の気体を効率良く濃縮
することができる膜式気体分離装置装置を提供しようと
するものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、二つ以上の組成
から成る気体を、各組成の透過係数に差をもつ非多孔質
膜材（１６）を介して分離させるようにした膜式気体分
離装置において、気体取入口（１２）を備えたケーシン
グ（１１）に、筒杖支持体（１７）を内装して、この支
持体（１７）の周りに、前記非多孔質膜材（１６）を用
いた多数本の多孔質中空糸（１５）を配設し、該中空糸
（１５）の端部を開口させ、この中空糸（１５）の内部
を前記膜材（１６）の透過側となる第１取出口（１３）
に連通させると共に、前記支持体（１７）に、該支持体
（１７）の内外を連通させる連通孔（１７ａ）を設けて
、この支持体（１７）の内部を前記膜材（１６）の非透
過側となる第２取出口（１４）に連通させる一方、前記
中空糸（１５）の長さ方向に、前記取入口（１２）から
の取入気体を前記中空糸（１５）の外周側から内周側に
向けて渦巻状に誘導して、前記連通孔（１７ａ）へと導
く渦巻壁（１８）を介装したことを特徴とするものであ
る。

（作用） 前記ケーシング（１１）の気体取入口（１２）から内部
側に取入れられた気体は、前記非多孔質膜材（１６）に
対し高い透過係数をもつ第１気体の気体分子（例えば酸
素分子）の多くが前記多孔質中空糸（１５）の外表面に
設けたこの非多孔質膜材（１６）で透過され、前記中空
糸（１５）の内部を経て前記第１取出口（１３）から外
部に１縮化された第１気体（酸素富化空気）として取出
されるのであり、また前記非多孔質膜材（１６）に対し
低い透過係数をもつ第２気体の気体分子（例えば窒素分
子）の多くは、前記非多孔質膜材（１６）で透過される
ことなく、前記第２取出口（１４）から外部に濃縮化さ
れた第２気体（窒素富化空気）として取出されるのであ
る。

ところで前記ケーシング（１１）の内部には、前記渦巻
壁（１８）により前記多数本の多孔質中空糸（１５）が
それぞれ渦巻状態で配列され、該渦巻壁（１８）を介し
て前記ケーシング（１１）内に取入れられた気体が、前
記各中空糸（１５）の外周側から内周側へと渦巻状に誘
導案内されるのであり、従って前記取入口（１２）から
前記ケーシング（１１）の内部に取入れられた新鮮な気
体と、前記第２取出口（１４）から取出される濃縮第２
気体（窒素富化空気）との混合による該第２気体の濃度
の希釈化が阻止されるのであり、しかも、前記取入口（
１２）から取入れられた気体は、前記渦巻壁（１８）で
渦巻状に案内されながら、前記支持体（１７）の連通孔
（１７ａ）へと誘導されることから、中空糸（１５）の
長さひいては装置長さを大形化することな（前記非多孔
質膜材（１６）に対する流通気体の接触時間を長く確保
でき、該膜材（１６）での十分な透過分離が行なえて、
前記第２気体の濃縮化が促進できるのであり、従って、
前記第２取出口（１４）からは濃度の高い第２気体（窒
素富化空気）が取出されるのである。

（実施例） 実施例について、図面を参照して説明する。

第１図は模式気体骨Ｗ１装置（１）の全体構造を示して
おり、密閉構造としたケーシング（１１）の長さ方向中
間部位に、気体取入口（１２）を設けると共に、前記ケ
ーシング（１１）の長さ方向−側に、酸素濃度の高い酸
素富化空気を取出す第１取出口（１３）を、また他方側
に窒素濃度の高い窒素富化空気を取出す第２取出口（１
４）をそれぞれ対称状に設ける。

また、前記ケーシング（１１）の中心内部には、筒状を
なす支持体（１７）を設けて、この支持体（１７）の外
周部位に、長尺細径とされた直管状をなす多孔質中空糸
（１５）を配設するのであって、この中空糸（１５）の
外表面には、第２図で明らかにしたごとく、酸素透過係
数が窒素透過係数よりも大とされた含フツ素アクリレー
トから成る非多孔質膜材（１６）をコーティングするの
である。

前記多孔質中空糸（１５）としては、例えば内径が１０
０〜３００μｍ、外径が２００〜４００μｍで、０．０
５〜０．２μｍの多数の細径孔をもったポリエチレン又
はポリプロピレンなどから成る多孔質中空体が使用され
る。

また、前記多孔質中空糸（１５）の外表面にコーティン
グする前記非多孔質膜材（１６）としては、酸素と窒素
との分離係数（酸素透過係数／窒素透過係数＝α）が約
２．６〜４．１程度の含フツ素アクリレートを使用し、
この含フツ素アクリレートを、前記中空糸（１５）の外
表面に、約０．１〜２μの厚みにコーティングする。

更に、前記含フツ素アクリレートとしては、例えばαＦ
ＩＦＯ１αＦＳｉｚ、αＦＮＰ系の化合物が使用される
のである。

ただし、ｎは０または１，２の整数 が使用され、この化合物の酸素と窒素との分離係数（α
）は３．１だだしｎ＝ｏの場合であり、また、前記αＦ
Ｓｉ２系の化合物としては、が使用され、この化合物の
酸素と窒素との分離係数（α）は２．６であり、 更に、前記ａＦＮＰ系の化合物としては、例えば、 一←Ｃｔ１２−ＣＦ＋Ｃ００ＣＨ＋−Ｃ（ＣＨｓ　）ｓ
が使用され、この化合物の酸素と窒素との分離係数（α
）は４．１である。

そして、前記支持体（１７）の外周部に設ける前記各中
空糸（１５）の長さ方向−側を、該各中学糸（１５）の
前記第１取出口（１３）と対向する喘部側を開放させた
状態で、合成樹脂などから成る集束体（１５ａ）により
集束させ、該集束体（１５ａ）で前記支持体（１７）の
長さ方向−側を閉鎖させて、前記集束体（１５ａ）を前
記ケーシング（１１）内に気密状に挿嵌することにより
、前記各中空糸（１５）の内部を前記第１取出口（１３
）に連通させて、前記各中空糸（工５）を透過された酸
素富化空気のみを、前記第１取出口（１３）から外部に
取出すごとくなす。

また、前記支持体（１７）の長さ方向他方側に、前記各
中空糸（１５）の他端側を閉鎖する合成樹脂などから成
る閉鎖体（１５ｂ）を設けると共に、この閉鎖体（１５
ｂ）の内方側で前記支持体（１７）の外周部位に、該支
持体（１７）の内外を連通させる複数個の連通孔（１７
ａ）を形成し、この連通孔（１７ａ）を介して前記ケー
シング（１１）の内部を前記第２取出口（１４）に連通
させ、前記各中空糸（１５）を透過しない窒素富化空気
を、前記第２取出口（１４）から外部に取出すようにな
すのである。

更に、第３図で明らかにしたごとく、前記ケーシング（
１１）の内部で前記支持体（１７）の外周部位に、前記
各中空糸（１５）をそれぞれ渦巻状に配列し、かつ前記
ケーシング（１１）内に取入れられた気体を、前記各中
空糸（１５）の外周側から内周側へと渦巻状に３導案内
させる渦巻壁（１８）を設ける。

具体的には、第４図に示したごとく、前記渦巻壁（１８
）として、例えば気体を透過しない薄肉のフィルムシー
トを用い、このフィルムシート上に前記各中空糸（１５
）をそれぞれ縦に走らせ、この各中空糸（１５）を前記
フィルムシートと共に前記支持体（１７）の外周部に渦
巻状に巻き込むのである。

しかして以上の構成とすることにより、前記気体取入口
（１２）から前記ケーシング（１１）内に取入れられた
気体は、第３図の実線矢印で示したごとく、先ず前記渦
巻壁（１８）の外周開口側から導入され、該渦巻壁（１
８）間に介装した前記各中空糸（１５）と接触しながら
、前記渦巻壁（１８）の内周側へと渦巻軌跡を描いて案
内誘導されるのであり、この気体誘導時に、前記各中空
糸（１５）を透過しない窒素富化空気が充分に凝縮され
、また該窒素富化空気は、前記渦巻壁（１８）の存在で
前記取入口（１２）から取入れられた新鮮な気体と混合
することがないため、前記支持体（１７）の連通孔（１
７ａ）を経て前記第２取出口（１４）から外部へと、前
記凝縮された窒素富化空気が取出されるのである。

また、１】１１記気体中に含まれる酸素分子は、前記渦
巻壁（１８）に沿って渦巻状に案内誘導されるとき、該
渦巻壁（１８）間に介装した前記各中空糸（１５）によ
り透過分離され、酸素濃度の高い酸素富化空気として、
前記ケーシング（１１）の第１取出口（１３）から外部
に取出されるのである。

次に、以上のごとく構成した膜式気体分離装置（１）を
使用した窒素発生装置の具体的例について説明する。

先ず、第５図は真空式の７０−ンートを示しており、前
記膜式気体分離装置（１）の複数個を並列杖に配設して
、これら各分ｍ装ａ　（ｔ　＞におけるケーシング（１
１）の気体取入口（１２）に、フィルター（２）で濾過
された気体を送風ファン（３）により吹出供給するよう
になすと共に、前記ケーシング（１１）の第１取出口（
１３）に、緩衝槽（４）を介して真空ポンプ（５）を接
続させる。

斯くすることにより前記真空ポンプ（５）の作動に伴い
、前記ケーシング（１１）の内部が負圧杖態に保持され
て、前記送風ファン（３）からの吹出気体が、前記気体
取入口（１２）から前記ケーシング（１１）の内部へと
取入れられ、該ケーシング（１１）内に配設した各中空
糸（ＩＳ）の非多孔質膜材（１６）で窒素富化空気と酸
素富化空気とに分離され、この酸素富化空気は、前記ケ
ーシング（１１）の第１取出口（１３）から前記真空ポ
ンプ（５）を介して外部に取出され、また窒素富化空気
は同ケーシング（１１）の第２取出口（１４）から外部
へと取出されるのである。

また、前記窒素発生装置は、加圧式とすることも可能で
あり、即ち第６図のフローシートで示したように、前記
膜式気体分離装置（１）の複数個を並列状に配設して、
これら各分離装置（１）におけるケーシング（１１）の
気体取入口（１２）に、コンプレッサー（６）と冷却器
（７）とを接続すると共に、前記コンプレッサー（６）
で圧縮された気体を前記冷却器（７）で冷却して、前記
ケーシング（１１）の第１取出口（１３）に供給するよ
うになす一方、前記各ケーシング（１１）の第１取出口
（１３）に緩衝槽（８）を接続させるのである。

斯くすることにより前記コンプレッサー（６）の作動に
伴い、高圧高温にされた気体が、前記冷却器（７）で温
度のみ常温に冷却された後、前記気体取入口（１２）か
ら前記ケーシング（１１）の内部へと取入れられ、該ケ
ーシング（１１）内に配設した各中空糸（１５）の非多
孔質膜材（１６）で窒素富化空気と酸素富化空気とに分
離され、この酸素富化空気は、前記ケーシング（１１）
の第１取出口（１３）から前記緩衝槽（８）を介して外
部に取出され、また窒素富化空気は同ケーシング（１１
）の第２取出口（１４）から外部へと取出されるのであ
る。

（発明の効果） 本発明の膜式気体分離装置では、以上説明したように、
気体取入口（１２）を備えたケーシング（１１）に筒状
支持体（１７）を内装して、この支持体（１７）の周り
に、非多孔質膜材（１６）を用いた多数本の多孔質中空
糸（１５）を配設し、該中空糸（１５）の端部を開口さ
せて、この中空糸（１５）の内部を前記膜材（工８）の
透過側となる第１取出口（１３）に連通させると共に、
前記支持体（１７）に、該支持体（１７）の内外を連通
させる連通孔（ｆ７ａ）を設け、この支持体（１７）の
内部を前記膜材（１６）の非透過側となる第２取出口（
１４）に連通させる一方、前記中空糸（ＩＳ）の長さ方
向に、前記取入口（１２）からの取入気体を前記中空糸
（１５）の外周側から内周側に向けて渦巻状に誘導して
、前記連通孔（１７ａ）へと導く渦巻壁（１８）を介装
させるようにしたから、前記気体取入口（１２）から前
記ケーシング（１１）内に取入れられた気体が、前記膜
材（１６）を透過しない側に取出す気体に混入して、こ
の膜非透過側気体の濃度が希釈化されるのを確実に阻止
することができ、しかも前記取入口（１２）から取入れ
られた気体は、前記渦巻壁（１８）で渦巻状に案内誘導
されながら、前記支持体（１７）の連通孔（１７ａ）か
ら前記第２取出口（１４）へと誘導されることから、コ
ンパクトな構造でありながら、流通気体の前記膜材（１
６）との接触時間が長くなり、十分な透過分離作用が行
なわれて、前記第２取出口（１４）からは濃縮化の進ん
だ膜非透過側気体を取出し得るに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる膜式気体分離装置を示す側断面
図、第２図は同模式気体分ｍ装置に使用される多孔質中
空糸の拡大斜視図、第３図は同膜式気体分離装置の縦断
面図、第４図は渦巻壁の形成状態を示す拡大斜視図、第
５図は同膜式気体分離装置を利用した真空式窒素発生装
置のフローシート図、第６図は同加圧式窒素発生装置の
フローシート図、第７図は従来例を説明する側断面図で
ある。 （１１）・・拳・・ケーシング （１２）・・・・・気体取入口 （１３）・・・・・第１取出口 （Ｉ４）・−−・・第２取出口 （１５）・・・・・多孔質中空糸 （１６）・拳・・・非多孔質膜材 （１７）・・拳・・支持体 （１７ａ）・自・連通孔 （１８）Φ・・・・渦巻壁 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）二つ以上の組成から成る気体を、各組成の透過係数
   に差をもつ非多孔質膜材（１６）を介して分離させるよ
   うにした膜式気体分離装置であって、気体取入口（１２
   ）を備えたケーシング（１１）に、筒状支持体（１７）
   を内装して、この支持体（１７）の周りに、前記非多孔
   質膜材（１６）を用いた多数本の多孔質中空糸（１５）
   を配設し、該中空糸（１５）の端部を開口させて、この
   中空糸（１５）の内部を前記膜材（１６）の透過側とな
   る第１取出口（１３）に連通させると共に、前記支持体
   （１７）に、該支持体（１７）の内外を連通させる連通
   孔（１７ａ）を設けて、この支持体（１７）の内部を前
   記膜材（１６）の非透過側となる第２取出口（１４）に
   連通させる一方、前記中空糸（１５）の長さ方向に、前
   記取入口（１２）からの取入気体を前記中空糸（１５）
   の外周側から内周側に向けて渦巻状に誘導して、前記連
   通孔（１７ａ）へと導く渦巻壁（１８）を介装したこと
   を特徴とする膜式気体分離装置。