JPH03224622A - 分離膜試験装置 - 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） この発明は、逆浸透膜、イオン交換膜、ガス分離、ＩＰ
Ｊ等のような高機能分離膜の特性評価を行なう分離膜試
験装置に関する。

（従来の技術） 気体分離膜による混合気体の分離は、多孔質膜による拡
散透過方式と、非多孔質膜による溶解拡散方式に大別で
きる。拡散透過方式は、多孔質膜内の細孔内を流通させ
られる気体成分の速度差を利用して気体を分離する方式
であって、溶解拡散方式は、非多孔質膜の高圧側で気体
分子が膜面に溶解し、次いで低圧側に向かって膜内を拡
散して低圧面で膜溶解する原理を利用したものである。

分離膜例えば酸素富化膜は、上記後者に属する膜であっ
て、２０％程度の酸素を含む空気をこれに通すことによ
って２５％〜４０％の酸素濃度を持つ空気を得ることが
できる。この膜は、酸素分子と窒素分子が膜内を通過す
る速度差を利用したものであって、エチルセルロース、
ポリビニルアルコール。

ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート等の高分子
材料による膜素材が知られている。

かかる酸素富化膜を利用して得られた空気は、高酸素含
有空気を要求される省エネルギーエンジンの燃焼用空気
や医療用空気として利用することを臨まれている。そし
て、例えば酸素富化膜の特性を検査するには、第３図に
示すような分離膜の原理に基づく試験装置が用いられる
。

第３図において、１次空気通路３１に加圧されて送り込
まれた空気ａは、酸素富化膜３０を透過して２次空気通
路３２から酸素富化空気すとして取り出される。空気ａ
は、酸素を２０％程度含む空気であるが、酸素富化膜３
０を透過した空気すは、当該膜の性能に応じて２５％〜
４０％の酸素濃度を持つ空気となる。加圧されて１次空
気通路３１に送り込まれる空気ａのうちの余剰の空気は
、排気通路３１ａから矢印Ｃ方向に排出される。酸素富
化膜３０の特性は、空気ａ、ｂ及び一部排出される空気
Ｃの流れや差圧を加味して、２次空気通路３２から取り
出された空気の酸素分子や窒素分子を検出し分析するこ
とにより評価される。

（発明が解決しようとする課題） ところで、空気ａ、ｂの流量、１次空気通路３１と２次
空気通路３２の差圧、一部排出空気Ｃの流量。

試験装置の形状などの条件は、酸素富化膜の特性の評価
に際して大きな意味を有する。しかし、従来の試験装置
は、単品の酸素富化膜の材料の性質を探る上ではそれな
りの成果を得られるが、複数の膜材料のそれぞれの特性
を検査して、膜を適用する装置に適した特性を有する膜
材料を探したり、膜材料の開発、改良を進める上では上
記条件が変わり易く膜内体の検査結果が変化してしまう
、という問題が残っている。

そこで、本発明の目的は、同一条件を再現できて、複数
の供試分離膜の特性を検査できる分離膜試験装置の提供
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明の分離膜試験装置は、両力ラムを離隔する供試分
離膜を、互いに向き合わせた開口部に着脱自在に装着さ
れる第１のカラム及び第２のカラムと、上記第１のカラ
ムにキャリヤを供給し、これを一方向に流通させる第１
キャリヤ供給手段と、上記第２のカラムにキャリヤを供
給し、これを−方向に流通させる第２キャリヤ供給手段
と、上記第１のカラムと第２のカラムの少なくとも一方
に供試体を注入する供試体供給手段と、上記第１のカラ
ムと第２のカラムのうちの少なくとも供試体を注入され
ていない方のカラムに接続されていて、供試体のクロマ
トグラムを得る成分検出手段とからなっている。

（作　　用） 互いに向き合わせた第１のカラムと第２のカラムの開口
部にテストする分離膜を装着しておいて、両力ラムにキ
ャリヤを流通させる。一方のカラムに供試体を注入して
、供試体を注入していない方のカラムから取り出される
供試体のクロマトグラムから供試体の成分検出を行い、
分離膜の特性評価をする。

（実施例） 以下、図示の一実施例に基づいて本発明の詳細な説明す
る。

第１図において、符号１は第１のカラムを、同２は第２
のカラムをそれぞれ示している。両力ラム１，２は、例
えば長尺のガラス管からなっていて、第２図に示すよう
に、互いの開口部を向き合わせて配設されている。図示
のカラムは、直線状に形成されているが、屈曲して形成
されていても良い。この場合にも互いの開口部は対向さ
せられる。第１．第２のカラム１，２の開口部には、分
離膜例えば酸素富化膜３が着脱自在に装着されている。

この酸素富化膜３は、極めて薄い構造であって適宜のフ
レームに保持されて、両力ラムの開口部に気密を保って
装着される。従って、第１のカラム１と第２のカラム２
とは、酸素富化膜３を間において互いにその流路を離隔
されていることになる。酸素富化膜３としては、エチル
セルロース、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポ
リエチレンテレフタレートなどを材料とし、且つさまざ
まな厚さに形成された薄膜が選択的に装着される。また
、各カラム１，２は、図示されない温度調節手段によっ
て雰囲気温度の設定が可能な環境下に置かれ、且つ恒温
状態を保たれるようになっている。

第１のカラム１の一端１ａには、例えばヘリウムガスか
らなるキャリヤを供給してこれを他端ｌｂ側に向けて流
通させる第１キャリヤ供給手段４が接続されている。第
１のカラム１と第１キャリヤ供給手段４との間には、キ
ャリヤの流量を制御する流量制御器６が設けられている
。流量制御器６と第１のカラム１の一端１ａとの間には
、第１のカラム１に供試体としての空気をパルスで注入
する供試体供給手段６が接続されている。この供試体供
給手段８は、フィルターを通した空気を所定時間間隔を
もって第１のカラム１にパルスで供給するものであるが
、積極的に空気を供給する方式か、カラムを流通するキ
ャリヤの負圧により吸入される方式であって良い。

第２のカラム２の一端２ａには、ヘリウムガスからなる
キャリヤを供給してこれを他端２ｂ側に向けて流通させ
る第２キャリヤ供給手段５が接続されている。第２のカ
ラム２と第２キャリヤ供給手段５との間には、キャリヤ
の流量を制御する流量制御器７が設けられている。

第１のカラム１の他端１ｂは第１成分検出手段９に、第
２のカラム２の他端２ｂは第２成分検出手段ＩＯにそれ
ぞれ接続されている。これら成分検出手段９，１０は、
供試体たる空気の成分をクロマトグラムとして出力する
ものであって、ＴＣＤやＭＳのような公知の装置が用い
られる。成分検出手段９，１０で得られたクロマトグラ
ムは、記録装置１１に記録される。記録装置１１として
は、ペンレコーダや磁気記録方式が用いられる。

さて１以上のように構成された実施例の作用を説明する
。第１図において、第１キャリヤ供給手段４と第２キャ
リヤ供給手段５を作動させて、第１のカラム１と第２の
カラム２にそれぞれヘリウムガスを流してカラム内部の
空気をパージする。

各カラムを流れるガスは、それぞれの流量を流量制御器
６，７によって同量となるように制御される。また、各
カラムを含むキャリヤの流路は、温度が同じになるよう
に制御される。カラム１，２の境界部分には、その特性
を調べようとする酸素富化１１ｊＪ３が装着される。実
施例の場合、図示されない加圧手段により第１のカラム
１の圧力が第２のカラム２のそれより高く設定されてい
る。

キャリヤの流れが安定したことを成分検出手段９．１０
の出力で判断したところで、供試体供給手段８を作動さ
せて空気をパルスで第１のカラム１に注入する。カラム
１に注入された空気はヘリウムガスに乗って下流へ運ば
れる。カラム内において、空気の成分である酸素分子と
窒素分子は、酸素富化膜３に対して溶解と拡散を繰返し
ながら下流へ向かって流れる。

酸素富化膜３に溶解して拡散移動する酸素分子と窒素分
子は、その一部が第１のカラム１に面した高圧側膜面か
ら離脱し、その一部が第２のカラム２に面した低圧側膜
面からカラム２内に離脱する。それぞれのカラムに離脱
した分子は、膜外で拡散して下流に流れ、その一部は再
び膜に溶解して膜内で拡散しながら移動したのち膜外へ
離脱する。このような溶解と離脱を繰り返しながら搬送
される空気の酸素分子と窒素分子のうち、膜内拡散の移
動速度の速い酸素分子は、低圧側である第２のカラム２
の側の膜面で早めに膜外溶解し、移動速度の遅い窒素分
子は遅れて膜外溶解する。すなわち、高圧側の第１のカ
ラム１に注入された空気の酸素分子は、酸素富化膜３を
透過して、低圧側の第２のカラム２へ移動する。従って
、成分検出手段９．１０が検出する空気のクロマトグラ
ムには、初めに酸素分子のピークが現われ、次いで窒素
分子のピークが現われる。この場合、第２のカラム２か
ら得られる酸素分子の量は、第１のカラム１から得られ
る量よりも多いので、成分検出手段１０に現われる酸素
分子のピークは、他方の成分検出手段９に現われる酸素
分子のピークよりも大きく現われる。キャリヤの流速を
調整することにより、酸素分子のピークと窒素分子のピ
ークの区別を明確にしたクロマトグラムが得られる。各
成分検出手段９，１０で得られたクロマトグラムは、記
録装置１１に入力されて記録される。このクロマトグラ
ムを解析して、酸素富化膜３のクロマトグラム的段数や
膜内拡散移動速度からその本質的特性を検査し評価する
ことができる。

カラム同士の境目に装着される酸素富化膜３を、組成や
構造の異なる他の酸素富化膜材料に交換して上述した検
査工程を実行すれば、同一条件のもとでの性能試験が行
なえることを理解されよう。

以上説明した実施例は、分離膜として酸素富化膜を挙げ
たが、他の気体分離膜材料の検査及び液体分離膜の検査
にも利用できること勿論である。

また、実施例では、供試体を一方のカラム１にのみ供給
したが、分離膜の使用層様によっては、供試体の双方向
への移動特性や、異なる供試体への反応の特性を試験す
ることが考えられるので、他方のカラム２に対しても供
試体を供給する手段を設けても良い。

（発明の効果） 以上のように、互いに向き合わせた一対のカラムの境界
に分離膜を着脱自在に装着して該分離膜の性質を調べる
ようにしたツインカラムタイプの本発明によれば、膜材
料の本質的性能を明確且つ簡便に検査し評価することが
でき、分離膜の開発。

改良を図かる上で貴重な資料を簡単に得ることができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す分離膜試験装置の構成
図、第２図は第１のカラムと第２のカラｔ１及び分離膜
の相対位置を示す断面図、第３図は従来の分離膜性能試
験の原理を示す説明図である。 １・・・第１のカラム、２・・・第２のカラム、３・・
・分離膜、４・・・第１キャリヤ供給手段、５・・・第
２キャリヤ供給手段、８・・・供試体供給手段、９、ｌ
Ｏ・・・成分検出手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 両カラムを離隔する供試分離膜を、互いに向き合わせた
   開口部に着脱自在に装着される第１のカラム及び第２の
   カラムと、 上記第１のカラムにキャリヤを供給し、これを一方向に
   流通させる第１キャリヤ供給手段と、上記第２のカラム
   にキャリヤを供給し、これを一方向に流通させる第２キ
   ャリヤ供給手段と、上記第１のカラムと第２のカラムの
   少なくとも一方に供試体を注入する供試体供給手段と、
   上記第１のカラムと第２のカラムのうちの少なくとも供
   試体を注入されていない方のカラムに接続されていて、
   供試体のクロマトグラムを得る成分検出手段とからなる
   分離膜試験装置。