JPH0347888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は膜分離技術を用いた流体分離装置に関
するものである。更に詳しくは、膜と被処理流体
流路材との接触に起因する膜表面傷の発生を防止
し、これにより該装置の性能低下を防止する構造
としたスパイラル型流体分離装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 近年の膜分離技術は経済的、且つ運転操作の容
易な分離技術として注目されている。本技術の進
歩は目ざましく、この内液体分離に関しては、海
水の淡水化、かん水脱塩を始め、半導体工業にお
ける純水製造、工場用水の回収等各種の分野にお
いて既に実用化されている。一方、分離膜による
気体分離技術についても多くの研究者がより優れ
た膜素材及び気体分離装置を得るべく、研究開発
に従事しており、水素ガスの回収、酸素富化等の
分野で実用化されつつある。

これらに用いられる流体分離装置（以下、モジ
ユールと称す）として、膜の形状から分類される
平膜型、中空糸型、管状型のそれぞれに種々の構
造のものが提案されている。

本発明に関わるスパイラル型モジユールの構造
は、基本的には特公昭49−8629号公報等、あるい
は特公昭44−14216号公報に見られるスパイラル
型液体分離装置と同様であり、該モジユールに内
臓している分離素子（以下、エレメントと称す）
は、中心管とそれを取り巻く膜、被処理流体流路
材、透過流体流路材の各種素材がスパイラル状に
巻き上げられた構造となつている。この型式のモ
ジユールは、膜充填密度を上げることができ、且
つ耐圧性も備えているという優れた特徴を持つて
いるが、反面、膜表面に傷が付き易いという欠点
があつた。即ち、膜表面に被処理流体流路材が接
触する構造のため膜と両流路材の積層体を巻き上
げてエレメントを形成する製造工程において、ま
たモジユール運転時に被処理流体の圧力が変動し
た場合等に、被処理流体流路材との接触による傷
が膜表面にしばしば発生し、モジユール性能低下
の大きな要因となつていた。

上記現象の対策として、スパイラル型液体分離
装置の場合には、分離膜表面に保護膜をコーテイ
ングする（特開昭56−15804号公報）、あるいは巻
き上げ法を改良する（特開昭53−120496号公報）
等が提案されている。基本的に流体分離モジユー
ル一般に適用可能な方法であるが、前者は膜性能
自体に影響を与える恐れがあり、後者は機械的な
装置の追加が必要という難点があつて、その効果
も両者共に完全とは言い難いのが現状である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上記如き従来技術の欠点を解
決し、非常に簡易な改良により膜表面の傷の発生
を防止する構造としたスパイラル型モジユールを
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため次の如き構成
を有する。

「複合膜の表面に被処理流体流路材を有し、複
合膜の裏面に透過流体流路材を有するエレメント
において、被処理流体流路材として複数枚のネツ
ト状物を使用したことを特徴とするスパイラル型
流体分離装置。」 すなわち本発明の重要なポイントは、被処理流
体流路材となるネツト状物を複数枚積層すること
により、該ネツト相互のクツシヨン効果を利用し
て、膜表面への傷の発生を防止する目的を達成で
きる様にしたスパイラル型モジユールである。

本発明において流体とは、気体、液体の任意の
流体をいう。

本発明を気体分離の場合を例にとつて図面に基
づき更に詳しく説明する。

第１図は本発明のモジユールを用いて気体分離
を行なう場合のフローの１例である。１は被処理
気体供給ブロア、２は被処理気体供給ライン、３
はモジユール、４は排出気体ライン、５は透過気
体ライン、６は真空計、７は流量計、８は真空ポ
ンプを示す。被処理気体は被処理気体供給ブロア
１で昇圧され、被処理気体供給ライン２を経てモ
ジユール３に導かれる。モジユール３において被
処理気体は透過気体と排出気体に分離され、透過
気体は真空ポンプ８よりモジユール３から取り出
される。

第２図は本発明に係るスパイラル型モジユール
に内臓されているエレメントの構造図であり、第
３図はＸ−X′の断面図である。９は分離膜、１
０は被処理気体流路材、１１は透過気体流路材を
示している。１２は中心管、１３は円筒容器、１
４，１４′は端部シールであり、被処理気体及び
透過気体の流れを規制するものである。１５は排
出気体出口を示している。

被処理気体は図中矢印方向Ａからエレメント内
に流入し、被処理気体流路材で保持された流路を
スパイラル状に流れ、排出気体出口１５よりエレ
メント外へ流出（矢印方向Ｂ）する。その間被処
理気体は分離膜９に接し、透過分離が行なわれ
る。分離膜９を透過した透過気体は、透過気体流
路をスパイラル状に流れ中央にある中心管に達
し、その外周部に開けられた孔を通つて中心管１
２内に入り、矢印の如く（矢印方向Ｃ）エレメン
ト外へ流れ出る。なお、第２図では被処理気体が
スパイラル状に流れる例を説明したが、他の例と
して特公昭44−14216号公報に示される、被処理
流体が中心管と平行に流れる型式もある。この場
合、エレメトの構造は第２図と同様であり、後述
の本発明の効果は同様に発揮される。

被処理流体流路材は相対する膜間に介在して両
膜表面の間隔を一定に保ち、そこを流れる被処理
流体の撹拌を促し、また偏流に伴うデツドスペー
スの形成を防ぐことによつて膜表面の被処理流体
を常に更新する機能が要求される。さらに、より
小さな動力で被処理流体を供給できるよう、流体
抵抗をできるだけ小さくすることが要求される。
以上より、できる限り均一な厚さを有し、空隙率
の大きい流路材を採用する必要があり、一般的に
は立体交叉型のプラスチツク製ネツトが用いられ
ている。

被処理流体流路材として本発明に示すようにネ
ツト状物を複数枚用いると、ネツト状物の網目交
点が他のネツト状物の空間部に入り込むことから
クツシヨン効果が現われ、膜表面への傷の発生を
防止することができる。

被処理流体流路材の厚み、即ち被処理流体流路
間隔の設定には、膜の性能、エレメント寸法、モ
ジユールとしての運転条件等数多くの要因が関係
する。これらの要因の影響度を評価し、与えられ
た条件下で最高のモジユール性能を引き出せるよ
う流路材厚みを決定することが、モジユール設計
における重要な技術となる。またエレメント製造
時の作業性も考慮すると、被処理流体流路材の厚
みは、0.3〜2.5mm（メツシユは３〜14本／イン
チ）の範囲が好ましく、モジユール性能から求め
た最適値も多くの場合この範囲内にある。積層し
て用いる各ネツト状物の厚みと枚数は、合計の厚
みが上記の最適値に相当するよう適当に選定すれ
ば良い。エレメント製造作業を簡略化するには、
同じ種類のネツト状物を重ねて用いるのが好まし
く、また本発明のクツシヨン効果は最小複数枚の
２枚で充分に達成される。

［実施例］ 酸素を選択的に透過させる性能を持つ、シリコ
ーン系ポリマーをコーテイングした分離膜を用
い、空気中の酸素を濃縮分離する酸素富化モジユ
ールを製造した。

エレメント形状は直径100mm、長さ（膜幅）930
mmのスパイラル型とし、透過気体流路材として厚
さ1.1mmの立体交叉型ポリプロピレ製ネツトを用
いた。被処理気体流路材も同様にポリプロピレン
製ネツトとしたが、設計上の最適厚みが1.2mmで
あつたことから、厚み1.2mmのネツト１枚（メツ
シユ５本／インチ）のもの、および厚み0.6mm
（メツシユ７本／インチ）同種類のネツトを２枚
重ねしたものの２種類を製造した。

従来型の被処理気体流路材としてネツト１枚だ
けを用いたエレメントは、巻き上げ時に分離膜表
面が傷付けられ濡れを発生し、満足な性能を得ら
れなかつた。これに対し、本発明によるネツト２
枚重ねとしたエレメントは良好な酸素富化性能を
示し、透過側を−0.6atmまで減圧することによ
り、目標とする酸素濃度30％の酸素富化空気を得
ることができた。

［発明の効果］ 本発明の特徴は、従来のスパイラル型モジユー
ルで性能低下の一因となつていた膜と被処理流体
流路材との接触に起因する膜表面傷の発生を、被
処理流体流路材のクツシヨン効果で防ぐ点にあ
る。本発明を用いることにより、膜表面が損傷を
受ける可能性は大幅に減少し、長期に渡つて安定
したモジユール性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の気体分離装置一例のフロー
であり、第２図及び第３図は本発明に係るモジユ
ールの断面図である。 １：被処理気体供給ブロア、２：被処理気体供
給ライン、３：モジユール、４：排出気体ライ
ン、５：透過気体ライン、６：真空計、７：流量
計、８：真空ポンプ、９：分離膜、１０：被処理
気体流路材、１１：透過気体流路材、１２：中心
管、１３：円筒容器、１４，１４′：端部シール、
１５：排出気体出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複合膜の表面に被処理流体流路材を有し、複
   合膜の裏面に透過流体流路材を有するエレメント
   において、被処理流体流路材として複数枚のネツ
   ト状物を使用したことを特徴とするスパイラル型
   流体分離装置。 ２ 流体が気体であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のスパイラル型気体分離装置。