JPH0242529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は浸透性薄膜状物を用い、原料流体中の
成分の透過率を利用して原料流体から特定成分を
分離する流体の分離装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、浸透性薄膜状物を用い浸透あるいは
限外瀘過の原理を利用して流体混合物からの特定
成分の分離、濃縮等の処理を行なう装置が種々提
案されている。

第２図は従来の流体の分離装置の構成の一例を
示す断面図であつて、この分離装置１０は筒状の
容器本体１２と蓋体２０とからなる筒状容器を有
している。容器本体１２はその一端１２ａが封じ
られた形状であり、この一端１２ａには原料流体
の排出口１４が設けられ、容器本体１２の他端側
には原料流体導入口１６が設けられている。前記
蓋体２０はこの容器本体１２に冠着されており、
分離流体取出口１８を有している。図中、２２は
筒状容器内を原料流体通過室２４と分離流体室２
６とに区画する隔壁であつた、浸透性薄膜状物
（この例では中空糸）２８の一端側が埋設され固
定されている。なお、中空糸２８は分離流体室２
６と連通するように隔壁２２に固定されており、
中空糸２８の他端は接着樹脂２９に埋め込まれて
封じられている。

この第２図の従来装置において、原料流体Ａ
（例えば水素とメタンの混合ガス）は導入口１６
から通過室２４に導入され、その中に含まれてい
る特定の成分（本例では水素）は中空糸２８の内
部に浸透して行き分離流体室２６に入り取出し口
１８から取り出される。中空糸を透過しない成分
（本例ではメタン）は排出口１４から容器外に排
出される。

なお、このような流体分離装置は、ガスのみな
らず、液体中の特定成分の分離にもしばしば用い
られており、例えば血漿の分離などに広く用いら
れている。

ところで、このような流体の分離装置において
は、流体の分離量及び分離効率を高めるために、
装置１０を多数連結して設置することが多い。第
３図は従来の一般的な接続例を示すものであり、
各単位分離装置１０の原料流体排出口１４が隣接
する単位分離装置１０の原料流体導入口１６へ配
管８によつて接続されている。図中９は分離され
た流体の取出し用配管である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このような従来例において、単位分
離装置１０同志が所定の間隔を置いて配置されて
いるところから設置スペースが大きくなるという
問題がある。また、単位分離装置が外部の配管８
によつて接続されているのであるが、一般に原料
流体は極めて高い圧力であるので、熟練した作業
員による慎重な配管作業が必要となり、組立てや
分解、補修作業が極めて大変になる。また、高圧
配管の長さが長いからそれだけ流体漏れの可能性
も高くなり、保守管理も煩雑となる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、上記従来技術の問題を解消
し、設置スペースが少なくて足り、かつ組立て、
分解等が簡単であり、しかも保守管理も容易とな
る流体の分離装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の流体の分
離装置は、筒状容器内に浸透性薄膜状物が挿入さ
れ、筒軸方向一端側に原料流体導入口が、そして
他端側に排出口が設けられている複数個の単位分
離装置を、隣接するものと同志の筒軸方向が逆向
きとなるように互い違いに配設して、隣接する単
位分離装置の原料流体の導入口と排出口とを直結
せしめたものである。

なお、本発明において浸透性薄膜状物とは、薄
膜フイルムで形成した袋又は中空の繊維をいう。

［作用］ 本発明おいては、隣接する単位分離装置の原料
流体導入口と原料流体排出口をそれぞれ直結した
ので、最初の（第１の）の単位分離装置内で流体
の一部が分離された残りの原料流体は、その原料
流体排出口から隣の第２の単位分離装置の原料流
体導入口へ直に入り、その原料流体は該第２の単
位分離装置内で再度分離処理がなされる。そし
て、分離残滓たる原料流体は第２の単位分離装置
の原料流体排出口から隣の第３の単位分離装置の
原料流体導入口へ直に入る。このようにして、原
料流体は各単位分離装置にて順次に分離処理され
る。

このように、本発明装置は配管等を用いること
なく、複数の単位分離装置をコンパクトに連結し
て構成されている。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図は本発明の実施例に係る流体の分離装置
を示し、ａ図は正面図、ｂ図は左側面図、ｃ図は
平面図である。

この実施例に係る流体の分離装置においては、
複数個（本実施例では５個）の単位分離装置３０
が互いに直に連結されて１系統の分離装置を構成
している。なお、本実施例ではこの分離系統が２
列に並設されている。

第１図ａ，ｃにおいて、図の最も右側には単位
分離装置３０が立設（正立）され、その隣には単
位分離装置３２が倒置されて立設されている。そ
して、順次に、単位分離装置３４，３６，３８が
正立、倒立及び正立されている。しかして、各単
位分離装置３０〜３８は、上端側部に原料流体の
導入口４０が設けられると共に、下端側部に原料
流体の排出口４２が設けられ、下流側（第１図
ａ，ｃの左側）の単位分離装置の導入口４０は、
それぞれ隣接する上流側の単位分離装置の排出口
４２に直結されている。なお、各単位分離装置同
志の連結は、長ボルト４４及びナツト４６の締結
によりなされている。

次に、単位分離装置３０〜３８の構成について
第４図〜第６図を参照して説明するが、これらは
単位分離装置３２，３６が倒立して設置されてい
ることを除き実質的に同一構成とされているの
で、単位分離装置３０の構成についてのみ説明
し、単位分離装置３２〜３８については同一部分
に同一符号を付してその説明を省く。なお、以下
の説明において、「上」「下」は、単位分離装置３
０が正立されている第１図ａ，ｂの姿勢を基準と
して指称するものである。

第４図は第１図の実施例に係る流体の分離装置
の縦断面図、第５，６図はその要部を示す拡大断
面図である。

第４〜６図において、４８は筒状容器であつ
て、容器本体５０とこの容器本体５０の上端面に
取り付けられた蓋体５２とからなる。容器本体５
０は直管状の筒部５０ａと、原料流体の導入口４
０を有する上ヘツド部５０ｂ及び原料流体の排出
口４２を有する下ヘツド部５０ｃとからなる。

これら蓋体５２及び容器本体５０は、炭素鋼な
どの金属製とされている。

第５図に示すように、上ヘツド部５０ｂは厚肉
短筒状であり、直管状の筒部５０ａの上端に溶接
により連結されている。この上ヘツド部５０ａ
は、その内周面に段部５４が周回する如くして突
設され、円盤状の隔壁５６の縁部がこの段部５４
に係止されている。

前記蓋体５２の下面側は若干窪んでおり、分離
流体室５８が隔壁４８との間に形成されている。
図中６０はこの分離流体室５４と外部とを連通す
る分離流体取出口、６２は隔壁４８で区画されて
形成された流体通過室である。

筒部５０ａの上端は、上ヘツド部５０ｂ内に延
長されており、この延長部６３と上ヘツド部５０
ｂ内周面との間に分配室６４を形成している。こ
の延長部は、導入口４０の開口部を立ち塞ぐよう
に延在しており、導入口４０から上ヘツド部５０
ｂ内に導入された流体は、まずこの分配室６４内
に入り、周方向に分流される。

一方、前記した隔壁５６は、例えば、直径が
200〜500μmのようにポリイミド樹脂からなる多
数の中空糸６６が埋設固定された、例えばエポキ
シ樹脂から構成されている。この隔壁５６は、例
えば炭素鋼からなる、金属製の環状部材６８によ
つて取巻かれている。なお、中空糸６６は前述の
ように分離流体室５８に連通するよう、隔壁５６
の上端面にまで達するように埋設されている。

しかして、この合成樹脂の隔壁５６の上側の端
縁部は断面Ｌ字形に切り欠かれて段部７０が周回
するように形成されており、一方、金属製の環状
部材６８の内周面の中間部にはこの段部７０に係
合する形状の突部７２が突設されており、隔壁５
６と環状部材６８とは段部７０と突部７２とが係
止するように嵌め合され、かつ接着剤によつてそ
の係止部分が接着されている。接着剤としては、
例えば、エポキシ系接着剤が用いられる。

上記環状部材６８は突部７２の上側部内周面を
大径とされて、隔壁５６よりも上方に突出する、
大なる内径の筒部７４を有している。この筒部７
４内に通気性を有する押え部材７６が嵌合され、
隔壁５６を分離流体室５８の側から押圧支持する
ようにしている。即ち、押え部材７６は中空糸６
６の延長軸線方向に沿う多数の孔７８が貫設され
た金属製の押え部材本体７６ａと、この押え部材
本体７６ａと隔壁５６との間に介在する多孔貫の
ステンレスなどの焼結金属又はセラミツクス等か
らなる多孔質層７６ｂとによつて構成されてい
る。そして、環状部材６８の下面と隔壁５６の下
面とが面一に合致した状態で段部５４上に共に載
置され、また、環状部材６８の上面と押え部材本
体７６ａの上面とが面一に合致した状態で蓋体５
２の内面に共に当接され、その蓋体５２が上ヘツ
ド部５０ｂにボルト等の締付具８０で締付けられ
ている。これにより、隔壁５６は押え部材７６に
より通気可能な状態で分離流体室５８側からバツ
クアツプされている。

なお、第５図において押え部材本体７６ａの孔
７８は明確化のため拡大して示しているが、実際
は第５図に示すよりも小径であり、多数穿設され
ている。

また、環状部材６８の上下両面と蓋体５２及び
段部５４との当接部には夫々Ｏリングなどのシー
ルリング８２が設けられ、それらの接合部の気密
性が保持されている。

上端が隔壁５６に固定されている中空糸６６
は、極めて多数本のものが束状をなして、筒部５
０ａ内の流体通過室６２を下方に延在している。
第４，６図の如く、各中空糸６６の下端は下部固
定板８４に埋設されて固定されている。なお、中
空糸６６の下端はこの固定板８４の途中で止つて
おり、これによつて中空糸６６の下端が封じられ
ている。なお中空糸６６としては、例えば、外径
が200〜400μmなどのように１mm以下のポリイミ
ド樹脂製のものが用いられる。そして、この流体
の分離装置は、例えば、温度150℃、圧力150Kg／
cm²の運転条件で稼動される。

次に第６図を参照して下ヘツド部５０ｃ及びそ
の近傍部分の構成を説明する。

下ヘツド部５０ｃは肉厚短筒状であり容器本体
５０の筒部５０ａに溶接により固着され、一体と
なつている。下ヘツド部５０ｃは、上下方向の貫
通光８４を有しており、排出口４２はこの貫通孔
とＴ字形をなして連通用に下ヘツド部５０ｃに穿
設されている。貫通孔８４は排出口４２よりも上
方の部分で若干縮径して段部８６が形成されてい
る。そして、貫通孔８４には、途中部分にこの段
部８６と係止可能な段部を有する中筒８８が挿入
されている。この中筒の側壁には、排出口４２と
中筒８８の内部とを連通する窓孔９０が開設され
ている。

なお、下ヘツド部５０ｃの下面側から盲プラグ
９２が貫通孔８４に装着され、貫通孔８４の下端
開口を封ずると共に、中筒８８を支持している。

一方、下部固定板６２には中心孔９４が開設さ
れ、パイプ９６がこの中心孔９４に下側から装着
されている。

下部固定板６２とパイプ９６とは例えば接着剤
などにより固着されている。このパイプ９６は下
方に延出しており、その下部は前記中筒８８の上
部に挿入されている。なお、単位分離装置３２、
３６のように、単位分離装置３０とは上下逆にし
て倒立させたものにあつては、パイプ９６が中筒
８８から抜け出して脱落するのを防止するため
に、パイプ９６と中筒８８とは、接着剤などによ
り固着される。

しかして、単位分離装着３２，３６は、倒立さ
れると共に単位分離装置３０，３４，３８よりも
若干下側に配置し、単位分離装置３２，３６の導
入口４０が単位分離装置３０，３４の排出口４２
と同レベルとなるようにして、単位分離装置３
０，３４の下ヘツド部５０ｃと単位分離装置３
２，３６の上ヘツド部５０ａとを長ボルト４４で
連結して一体とする。単位分離装置３２，３６の
下ヘツド部５０ｃと単位分離装置３４，３８の上
ヘツド部５０ｂ同志も同様にして連結されてい
る。

なお、第１，４図の如く、最も上流側となる単
位分離装置３０の導入口４０及び最も下流側とな
る単位分離装置３８の排出口４２にはそれぞれフ
ランジ付のノズル９８が固着されている。また、
各単位分離装置の分離流体取出口にもフランジ付
ノズル１００が固着されている。

このように構成された流体の分離装置におい
て、第１図及び第４図に示す如く図中最も右側に
配置された単位分離装置３０の原料流体導入口４
０から原料流体が導入される。導入された流体は
分配室６４によつて円周方向に均等に分流されか
つ延長部６３を乗り越えるようにして流体通過室
６２内の中空糸６６同志の間を通過し、この途中
にて流体の分離が行なわれる。分離された流体は
中空糸６６の中を通つて上昇し分離流体室５８、
取出し口６０を経て装置外に取り出される。中空
糸６６を透過しなかつた流体は下部固定板８４の
中心孔９４を通り、次いでパイプ９６、中筒８
８、窓孔９０を経て排出口４２に至る。そして、
隣接する単位分離装置３２の導入口４０から該単
位分離装置３２内に入り、その流体分離室６２内
を上昇し同様の分離が行なわれる。このように、
原料流体は、順次に各単位分離装置３０〜３６を
通り、第５番目の単位分離装置３８にまで達し分
離処理が終了された流体はこの第５番目の単位分
離装置３８の排出口４２から装着外に排出され
る。

このように構成された流体の分離装置において
は、各単位分離装置３０〜38の原料流体導入口４
０と原料流体排出口４２が直結されているので設
置スペースが少なくて足り、分離量が多く分離効
率が高い。また、高圧配管を用いることなく単位
分離装置同志を接続しているので、配管作業が不
要で、分解、補修等が容易であると共に、流体漏
れなどもなく、保守管理が容易である。特に本施
例においては複数個の単位分離装置を直結した系
統を複数系統並列的に設けているので、単位面積
当りに設置できる単位分離装置の数が極めて多く
なり、著しくコンパクトな装置となり、分離量、
分離効率が極めて優れている。

本実施例の流体の分離装置においては、合成樹
脂製の隔壁５６が押え部材７６によつて分離流体
室５８の側から押圧支持されているので、流体通
過室６２に供給される流体が高圧であつても上方
への撓みが確実に防止される。そして、押え部材
７６は多数の孔７８が穿設された押え部材本体７
６ａと多孔質層７６ｂとから構成されているの
で、中空糸６６で分離抽出された流体は分離流体
室５８側へ円滑に流通する、即ち、押え部材本体
７６ａの孔７８と中空糸６６の上端開口部分とが
不一致であつても、多孔質層７６ｂ内のポーラス
部を介して両者が確実に連通し、流体が円滑に流
通するものである。

また、本実施例装置では、隔壁５６の外周部は
金属製の環状部材６８で取巻かれているので温度
の昇降があつても、この環状部材６８と上ヘツド
部５０ｂとの熱膨張差が無いか又は極めて小さ
く、したがつて隔壁５６と上ヘツド部５０ｂ内周
面とのシールが完全なものとなる。

なお、本発明では、隔壁５６をバツクアツプす
るための押え部材７６は必ずしも必要ではなく、
例えば第７，８図に示すように、隔壁５６の上端
面を分離流体室５８に露出させる構成としても良
い。

また、本発明では、上ヘツド部５０ｂの上端面
と蓋体５２との間のシールを行なうＯリング８２
のかわりにオクタゴナルリングや、断面Ｖ字形の
Ｖパツキンを設けるようにしても良い。なお、Ｖ
パツキンを用いるようにしたものにあつては、上
ヘツド部５０ｂ上端面と蓋体３６との合せ面には
Ｏリング６４又はオクタゴナルリングを設けると
きのようなリング溝は不要である。

第７図は本発明の異なる実施例に係る単位分離
装置の上部の断面図である。この実施例において
は、上ヘツド部５０ｂの内部が筒部５０ａよりも
大きな径にくり抜かれており、筒部５０ａとこの
大径の部分との境目に段部１０２が形成されてい
る。そして、断面逆Ｌ字形のリング形の台１０４
がこの段部１０２に設置されており、原料流体は
段部１０２よりも若干上部に開設された導入口４
０（第７図では図示せず。）から台１０４と上ヘ
ツド部５０ｂ内周面との間に形成された分流室１
０６に入り、円周方向に分流した後、台１０４に
所定間隔毎に穿設され台１０４の内外を連通する
孔１０８を通つて容器内部に均等に流し込まれる
ように構成されている。

第８図は本発明のさらに異なる実施例に係る単
位分離装置の要部断面図である。

この第１０図の実施例においては、隔壁５６
は、合成樹脂等の注形可能な材料からなり、中空
糸４６が埋設固定された中心部材５６ａと、この
中心部材５６ａの周囲を取巻き、かつ中心部材５
６ａに接着剤によつて接着された金属製の環状部
材５６ｂとからなる。そしてこの金属製環状部材
５６ｂの側周面と上ヘツド部５０ｂ内周面との間
がＯリング１１０によつてシールされている。

このようにシール面を構成する部材（環状部材
５６ｂと上ヘツド部５０ｂ）がいずれも金属部材
であり、熱膨張係数が等しいか又はほぼ等しいの
で、装置稼動に伴つて温度の昇降があつても両部
材間の熱膨張差が無いか又は極めて小さく、従つ
て温度の昇降があつても良好なシールが行なわれ
る。またそのため、装置の運転温度を自在に変更
することが可能であり、分離量及び分離効率が更
に優れたものとなる。

なお、第８図において、環状部材５６ｂの内周
面上端部には段部５６ｄが突設されると共に、中
心部材５６ａにはこれに対応して凹部５６ｈが形
成されている。また環状部材５６ｂの下面には座
金状部材５６ｃがボルト５６ｅによつて取り付け
られており、これら段部５６ｄと座金状部材５６
ｃとで中心部材５６ａの周部を挾み付けるように
して堅固に保持している。５６ｆ，５６ｇは座金
状葡材５６ｃと環状部材５６ｂ下面及び中心部材
５６ａ下面との間に介在されたクツシヨン材であ
る。

また上記実施例装置では、図の最も右側に配置
された単位分離装置３０の導入口４０から原料流
体を導入し、図の最も左側に配置された単位分離
装置３８の束体間を流下させ、排出口４０に導い
ているが、これと全く逆の流通経路をとらせるよ
うに原料流体を流通させて装置稼動をなすことも
可能である。

また、上記実施例装置においては、第４図の如
く複数系統を並列的に設けることなく、単に１系
統だけを設けるようにしても良いことは明らかで
ある。また、第９図の如く、折曲接続する構成と
しても良い。

なお、上記の説明は、単位分離装置を、その筒
軸方向が上下方向となるように配置した実施例装
置に関するものであるが、本発明装置は、これに
限られるものではなく、例えば単位分離装置の筒
軸方向が水平方向や斜め方向となるように配置し
ても良い。単位分離装置を水平方向配置する場
合、各単位分離装置を左右に並列させても良く、
上下に積み重ねるようにしても良い。

［発明の効果］ 以上の通り本発明の流体の分離装置は、単位分
離装置を複数個、互いの原料導入口及び排出口を
直結して接続配列しているので、設置スペースが
極めて少なくて足り（例えば、従来の半分近くで
すむ。）、単位設置スペース当りの分離量が多く、
分離効率が高い。また、各単位分離装置を接続す
る外部配管が不要であるので、配管等の溶接も不
要で、組立てや分解作業が簡単であり、かつ高圧
ガスの漏れる可能性も殆どなく、保守管理も容易
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置の説明図であり、第２図は
従来の流体の分離装置の断面図、第２ａ図は第２
図のａ部拡大斜視図、第３図は従来装置の系統
図、第４図は本発明の一実施例に係る流体の分離
装置の断面図、第５図及び第６図は第４図の要部
拡大図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の異な
る他の実施例に係る単位分離装置の要部断面図、
第９図はさらに異なる実施例を示す平面図であ
る。 ３０〜３８……単位分離装置、３６……蓋体、
４０……原料流体導入口、４２……原料流体排出
口、５６……隔壁、５８……分離流体室、６０…
…分離流体取出し口、６２……原料流体通過室、
６６……中空糸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒状の分離装置容器内が、筒の軸方向と交差
   して設けられた隔壁によつて原料流体通過室と分
   離流体室とに隔離されており、該隔壁には浸透性
   薄膜状物がその中空部が分離流体室に連通するよ
   うに埋設固定されてなる単位分離装置を、複数個
   連結して一体となした装置であつて、 前記通過室の原料流体導入口を通過室の筒軸方
   向一端側に開設すると共に、排出口を該筒軸方向
   他端側に開設し、隣接する各単位分離装置を筒軸
   方向が逆向きとなるように配設して、隣接する単
   位分離装置の原料流体導入口と原料流体排出口と
   を直結せしめたことを特徴とする流体の分離装
   置。