JPH02126914A - 気体分離膜モジュール - 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］ 本発明は気体分離膜モジュールに関する。

［従来の技術］ 従来、平膜型気体分離膜セルをケースに収納してなる気
体分離膜モジュールとしては、セルに垂直なケース面に
、相対して開口部を設けた第５図のようなものはあった
。第５図で１２は気体分離膜セル、１３はモジュールケ
ース、１４は透過気体の取出口、１５．１５°は開口部
であり、原料気体は通常エアフィルターで塵埃を除去さ
れ、送風機によって開口＃１５から入り、１５’　から
排気される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような従来のモジュールにおいて
は開口部の面積を広く取れないため、十分な能力のエア
フィルターや送風機を直接開口部に設置するのは困難で
あり、十分な能力のエアフィルターや送風機を付けよう
とすると全体が大きくなるといった問題点を有していた
。さらに１．気体分離膜セルの積属間隔を狭くしたりセ
ル枚数を減らしてモジュールを薄型化しようとすると、
開口部面積がますます小さくなってしまうため、モジュ
ールを薄型、小型化しにくいといった問題点を有してい
た。

［ｙＡ題を解決するための手段］ 本発明者らは上記問題点に鑑みて、十分な能力のエアフ
ィルターや送風機をコンパクトに設置でき、かつモジュ
ールの小形化にも対応できる気体分離膜モジュールを得
るべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、平膜型気体分離膜セルを積層して
なる膜体および該膜体を収納するケースからなる気体分
離膜モジュールにおいて、セル面に平行なケース面に２
つ以上の開口部を設け、該開口部にエアフィルターおよ
び／または送風機をケースと一体化して設けたことを特
徴とする気体分！！ｉ膜モジュールであり、また該膜体
とセル面に平行なケース面との間に、整流板を設けた気
体分離膜モジュールである。

以下本発明を図面を用いて説明する。

第１図、第２図は気体分離膜セル面に平行なケース面に
エアフィルターと送風機を別々に設けた気体分離膜モジ
ュールの横断面図であり、第１図はケースの相対する面
上にエアフィルターと送風［ヲ設けたもの、第２図はケ
ースの同一面上にエアフィルターと送風機を設けたもの
である。また第３図は第１図の斜視図を示す。

第４図はケースと送風機の間にエアフィルター設けた気
体分離膜モジュールの横断面図である。

第４図で、エアフィルターと送風機の重ね合わせる順序
はこの逆であってもよい。第４図では原料気体の供給と
排気をケースの相対する面で行っているが、箪２図に示
すように同一面で行ってもよい。また第１図〜第４図に
おいて、エアフィルターと送風機はそれぞれ１つずつ設
けているが、これに限定されるものではな（、モジュー
ルの形状、気体分離装置へのモジュールの取り付は方法
等により、数や設置場所を適宜選択すればよい。

第１図〜第４図において、ｌは気体分離膜セルであり通
気性を有する支持板の表面に気体分離膜を設は周囲を気
密にンールした平膜型の構造をしている。気体分離膜セ
ルには膜を透過した気体を外部に取り出すための貫通口
が設けである、２．２′は整流板であり、原料気体を気
体分離膜セル面に沿って一方の端から他方の端に向けて
うま（流す役目を果たしている。

整流板は通常アルミ等の金属板やプラスチック板で作ら
れるが、気体分離膜セルで代用してもよい。整流板は特
になくてもよいが、第１図〜第４図に示すように設ける
ことにより、原料気体の膜面上への流れがより均一にな
るため、設置が望ましい。

３は原料気体と排気の短絡を防止するための仕切りであ
る。４は気体分離膜セルの膜面に設けられた貫通口を気
密に連結するためのパツキンであり、シール性を保つた
めある程度柔軟性を持つ材質が好ましく、シリコーンゴ
ムが通常用いられる。

５は通気溝６を存する支柱であり、各セルの貫通口とパ
ツキンを貫いて固定する役目を果たす。

さらには、各セルの貫通口に集められた透過気体を、取
出ロアに導く役目を果たす。透過気体の取り出し方法と
しては、第１図〜第４図に示す方法に限定されるもので
はなく、気体分離膜セルの周辺に取出口を設はパイプで
連結する等の方法も用いることができる。

８は気体分離膜セルの周囲を囲っているケースであり、
金属板、プラスチック板を曲げ加工したもの、あるいは
箱型に一体成型したもの等が用いられる。９．９゛　は
ケースに空けられた開口部であり、その形状は特に限定
されることなく取り付けるエアフィルターや送風機の形
状に合わせて適宜きめればよい。

１０はエアフィルターであり、原料気体中の應埃を除去
して気体分離膜の汚れによる透過速度の低下を防ぐ役目
をしている。したがって、エアフィルターとしてはでき
るだけ除廖効果の優れたものが好ましく、高性能防塵マ
スク用フィルター　りリーンルーム用のＨＥＰＡあるい
はＵＬＰＡフィルター等が好適に用いられる。その他、
静電タイプのフィルター（例えば、東洋紡エリトロンシ
リーズ）、活性炭繊維フィルター（例えば、東洋紡ＫＦ
フェルト）等の吸着タイプのフィルターを用いてもよく
、またこれらのフィルター等を適宜組み合わせて用いて
もよい。また、粗磨用フィルターと組み合わせてもよい
。

エアフィルターはフィルター面積をできるだけ太き（取
れかつ容易に交換できるような形状が望ましく、通常フ
ィルターをプリーツ状に折り畳んで、枠に取り付けたも
のが用いられる。

１１は原料気体を気体分離膜の表面に供給するための送
風機である。エアフィルターおよび気体分離膜セル間に
通気する除土じる圧力損失を考慮すると、送風機の最大
静圧は大きいほうが好ましく、通常５ｍｍＡＱ以上、よ
り好ましくは１０ｍ＊ＡＱ以上のものである。図中の矢
印は送風機を動かした場合の原料気体の流れる方向を示
す。

以上のように構成された気体分離膜モジニールの動作を
第１図を例にとって説明する。

送風ａｌｌを回しモジュール内部を吸引すると、原料気
体はエアフィルターを通ってモジュール内部に入り、整
流板２．２゛によって気体分離膜セル積層体の一端から
セルの間を通り抜けるように導かれ、送風機から排気さ
れる。ここで、取出ロアに真空ポンプを接続して気体分
１１１９セル内部を減圧にすると、膜表面に供給された
原料気体中の注目成分が選択的にセル内部に透過し、取
出口から注目成分が濃縮された気体が得られる。

［実施例］ 以下、実施例によって本発明を更に詳しく説明する。

実施例１ 厚さ０．５ｍｍ、１４５ｍｍＤ）　Ｘ　１２０＋＊ｍ（
Ｄ）のアルミ板の両面にプラスチックネット（大日本プ
ラスチック社製ＫＤＮ−１２）を貼って通気性支持板と
し、その上に、ポリ（１−）リメチルシリルブロピン）
からなる気体分離膜を貼って周囲をエチレン−酢酸ヒニ
ル共ｆｌｉ体のメタノール溶液およびエマルシヨンでシ
ールして気体分離膜セル　を作成した。

また、気体分離膜セルの中心には１０ｍｍ径の貫通口を
設は透過気体の取り出し部とした。

整流板は０．５■厚のアルミ板、パツキンは３５ｍ１の
シリコンゴム板を内径ｌＯ腸腸性外径８１−のリング状
に打ち抜いたもの、支柱および取出口は硬質塩ビを加工
したもの、ケースはプラスチック製で、エアフィルター
および送風機取り付は用の開口部を２箇所と支柱挿入用
のｌｏ■径の穴を開けた１８０ｍ５（Ｔ）Ｘ１２５■（
Ｄ）Ｘ３５ｍｍ（＋１）の外形寸法のものを用いた。

エアフィルターとしては、ＨＥＰＡフィルター用のガラ
ス繊維濾紙を１ｃＩＩ幅で波形に折り曲げたものをケー
スの外周と同じ大きさの枠に取り付け、て使用した。エ
アフィルターの有効面積は約１２００ｃｍ’であった。

送風機としては、三旺電機製の小形ファン（ＪＥＴ−２
０３６１１）を１個用い、エアフィルターと反対のケー
ス面に取り付け、第１図の形状の気体分離膜モジュール
を作成した。

上記のモジニールのファンにＤＣ−１２Ｖの電源をつな
いで、空気をモジュール内に取り入れ、取出口にダイア
フラムポンプを接続して一５０ｃｍＨｇで吸引すると、
ポンプの吐出側から、酸素濃度３０．１％、流ｆｆｉ　
６．２Ｌ／分の酸素富化空気が得られた。

実施例２ 実施例１と同様の部材と気体分離膜セル３枚を用い第２
図の形の気体分離膜モジュールを作成した。ただし、エ
アフィルターの有効面積は、実施例１の約３分の２であ
った。実施例１と同様に性能を評価したところ、実質的
に同じ結果が得られた。

実施例３ 実施例１と同様の部材と気体分離膜セル３枚を用い第４
図の形の気体分離膜モジュールを作成した。実施例１と
同様に性能を評価したところ、実質的に同じ結果が得ら
れた。

比較例１ 実施例１と同じ気体分離膜セルを３枚を用い第図のよう
な従来形の気体分離膜モジュールを作成した。モジュー
ルの外形寸法は１５５ｍｍ（ｗ　）　Ｘ　１２５ａｍ（
Ｄ　）Ｘ　２０ｍｍ（Ｈ）で、両端の開口部の寸法は１
２５ｍｍＸ　２０ｍ＋ｉであった。実施例１と同様に折
り畳んだフィルターを用いた場合、エアフィルターの有
効面積は、実施例１の約９分の１の１３０ｃｍ”程度に
まで狭くなった。実施例１と同じ小型ファンでエアフィ
ルター取り付は面と反対側から吸引したところ、フィル
ターの圧損が大きくて十分な送風量が得られず、酸素濃
度２７．６％、流ｆｆｉ　５．６Ｌ／分と実施例１〜３
と比べ大幅に性能が低下した。ここで、ファンの直径が
３６＋ｓｍあるため、直接モジニールの開口部にとりつ
けることができず、開口部とファンの間はフードを用い
て連結した。

比較例２ 比較例１のモジュールに実施例１と同じエアフィルター
とファンを取り付けた場合の斜視図を第５図に示す。こ
こで、１０はエアフィルター　１１はファン、１６はモ
ジュール本体、１７．１７゜はエアフィルターおよびフ
ァンをモジュール本体と連結するためのフードである。

このようにして作成したモジュールは、全体として実施
例１よりも太き（、長くなった。

［発明の効果］ 本発明は以下の効果を奏する。

■　エアフィルターや送風機をモジュールとコンパクト
に−・体化できるため、気体分離装置を小型化すること
が可能である。

■　十分な能力のエアフィルターを設置できるためモジ
ュールの性能を最大限引き出せる。

■　原料気体の取り入れおよび排気の方向を１８０度変
えることができるため、気体分離装置内部のレイアウト
の自由度が増す。

■　気体分離膜セルの積層間隔を狭めたり、セル１枚重
たりの面積を大きくして積層枚数を減らしたりしてモジ
ュールを薄型化する場合でも、エアフィルターや送風機
の能力を落とす必要がなく、モジュールの小型化や形状
の多様化に対応できる。

本発明の気体分離膜モジュールは、酸素濃縮、窒素濃縮
、水分除去あるいは各種混合ガスの分離等に利用できる
が、上記効果を奏することから、小型で持ち運び可能な
分離装置（例えば、医療用、発酵等の理科学用、促成用
等に使用される酸素富化装置）に好ましく利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の気体分離膜モジュールの実施
例の横断面図、第３図は第１図の気体分離膜モジュール
の斜視図、第４図は本発明の他の実施例の横断面図、第
５図は従来の気体分離膜モジュールの斜視図、第６図は
従来のモジュールにエアフィルターと送風機を取り付け
たときの斜視図である。 ｌ・・・気体分離膜セル　２．２°・・・整流板　８・
・・ケース　９．９′・・・開口部　ｌＯ・・・エアフ
ィルタ グ 図 ６６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平膜型気体分離膜セルを積層してなる膜体および該
   膜体を収納するケースからなる気体分離膜モジュールに
   おいて、セル面に平行なケース面に２つ以上の開口部を
   設け、該開口部にエアフィルターおよび／または送風機
   をケースと一体化して設けたことを特徴とする気体分離
   膜モジュール。 ２、膜体とセル面に平行なケース面との間に、整流板を
   設けた請求項１記載の気体分離膜モジュール。 ３、開口部がケースの同一面に設けられている請求項１
   または２記載の気体分離膜モジュール４、開口部がケー
   スの相対する面に設けられている請求項１または２記載
   の気体分離膜モジュール。 ５、ケースと送風機の間にエアフィルターを設けた請求
   項１〜４のいずれか一項記載の気体分離膜モジュール。 ６、少なくとも１つの開口部に送風機を設け、残りの開
   口部にエアフィルターを設けた請求項１〜４のいずれか
   一項記載の気体分離膜モジュール。