JPH04156916A - 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、混合気体から特定の気体成分を分離濃縮する
ための平膜式気体分離膜モジュールに関する。

［従来の技術］ 従来、通気性支持板の両面に気体分離膜を設番九周囲を
気密にシールした第７図のような膜セルを複数枚積層し
た第８図のような気体分離膜モジニールは知られている
。第７図で１２は気体分離膜、１３は通気性支持体、１
４は周辺シール部、１５は透過気体の取り出し口、１６
はセル間隔をとるためのスペーサーである。

［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気体分離膜モジュー
ルでは、膜セルの内部の圧力を外部より高くすると（す
なわち逆圧をかけると）、気体分離脱が外側に大きく膨
れて周辺のシール部が？りがれたり、隣接する膜同士が
互いに接触して膜面が傷つき分離性不良となるなどの問
題を生じるため、必ず膜セル内部の圧力を外部より低く
して外側から内側に気体が透過するような使い方をする
必要があった。このため、逆圧がかかる恐れのある用途
や、膜の内側からも気体を透過させたいような用途には
使用できないという問題点を有していた。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは上記の問題点に鑑みて、逆圧をかけても破
損しにくい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、選択気体透過性を示す気体分ｗｋ膜
と、片面のほぼ全面に通気路を有し反対の面または側面
に該通気路と連通した取り出し口を有した下ケースと、
膜面の１箇所以上を押さえる突起を有した上ケースから
構成され、気体分離膜を下ケースと上ケースで挟み込む
ようにしてケースを一体化したことを特徴とする気体分
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図は本発明の一実施例における気体分離膜モジュー
ルのＡ−Ａ断面図、第２図はこのモジュールの分解斜視
図である。

図において、１は気体分離膜であり混合気体から特定の
気体を選択的に分離する役目をする。気体分離膜として
は不織布等の補強材の上にポリサルホン非対称膜やプラ
スチック多孔質シート等の微細な孔を宵する多孔質層を
設け、その上にシリコン系、オレフィン系、アセチレン
系等の気体分離膜素材を０．０１〜１μｍ程度の極薄膜
にして積層したものが通常用いられる。２は下ケースで
あり片面のほぼ全面に通気路３を設は反対の面には透過
気体の取り出し口４を設けである。取り出し口４は下ケ
ースの側面に設けてもよい。通気路は気体分離膜１を透
過した気体を取り出し口に導く役目をするものであり、
ケース面に小さな凹凸や細い溝を形成してもよ（、ネッ
ト、不織布、連続気泡を有する発泡体等の通気性材料を
単独、あるいは適宜組み合わせてケース面に貼り合わせ
てもよい。下ケースの成形方法としては、プラスチック
の射出成形法が通気路や取り出し口等を容易に一体成形
できることから好ましく用いられる。

５は上ケースであり、気体分離膜の周辺部を押さえるた
めの側壁６および内側の一カ所以上を押さえるための突
起７、通気のための開口部８を有している。９はシール
材であり膜の周辺部を気密に封じると共に突起の先端部
で膜面が傷つき分離性不良となるのを防ぐ役目をしてい
る。突起７の形状としては薄板状の他に、円柱状、角柱
状等の形状のものを、膜面積、逆圧の程度に応じて任意
の間隔で設ければよく、通常１〜５ｃｍ間隔で設けられ
る。

第３図（ａ）、　（ｂ）は本実施例の上ケースの形状例
を内側から見た図で示したものである。第３図（ａ）は
薄板上の突起を平行に一定間隔で設けたものであり、第
３図（ｂ）は薄板状の突起の所々を太くしたもので、ネ
ジ釘等で下ケースとこの部分を気体分離膜およびシール
材を挟んで締め付けることにより、逆圧をかけたときの
膜の浮き上がりを、より仔効に防止することができる。

開口部８は第１図のように上ケースの側壁に設けても、
上面に設けてもよ（、また両方に設けてもよい。第４図
の実施例のように側壁ををしない場合には、開口部を設
けなくてもよい。上ケースの成形方法としては、プラス
チックの射出成形により全体を一体成形してもよいし、
金属やプラスチックでできたパンチングプレートや金網
を成形して利用することもできる。シール材９としては
、膜面を侵さない溶液あるいはエマルションタイプの接
着剤（例えば、エチレン−酢酸ビニルコポリマーのメタ
ノール溶液あるいはエマルション等）、−液および二液
硬化タイプのシール剤（例えば、ウレタン、シリコン等
のゴム状シーラント）、ホットメルト接着剤などが用い
られる。シール材は、側壁および突起の先端部に塗って
から膜面を押さえても、上ケースが接触する位置の膜面
にあらかじめ塗っておいてもよい。またシール性を宵す
る材質（例えば、ウレタン、シリコン等のゴム）を側壁
や突起の先端部の形状に合わせて成形し、接首、埋め込
み等の方法で突起先端部に取り付けておいてもよい。

下ケースと上ケースの一体化は、上下のケースの周辺部
を接ｉ゛″ｉ剤で接首したり、熱ゴテあるいは超音波ウ
ェルダーで熱融着したり、第６図の部分断面図で示すよ
うに凹凸状の嵌合構造１１．１１”を上下のケースの相
対する周辺部に設けてはめ合わせたり、上下のケースの
所々をネジ釘等で締め付けたりして行うことができ、ま
たこれらの方法をいくつか組み合わせて行うこともでき
る。

第４図は本発明の他の実施例における気体分離−膜モジ
ュールの側面図、第５図はこのモジュールの上ケースの
斜視図であり、円柱状の突起を一定間隔で設けている。

モジュールの組立は気体分離膜を下ケースに載せて周辺
をシール材で気密にシールした後、上ケースの突起部と
下ケースをネジ釘１０で締め付けることによって行って
いる。

［実施例コ 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 不織布に裏打ちされたポリサルフをンの多孔質膜の上に
、ポリ（１−）リメチルシリルプロピン）およびシリコ
ンゴムの薄膜を積層してなる気体分離膜を、　１１ｃｍ
Ｘ１４ｃｍの大きさにカットし、プラスチックで作った
周囲に嵌合構造をもつ上下のケースに挟み込んで、第１
図のような形状の気体分離膜モジュールを作成した。こ
こで、下ケースは通気路として幅１ｍｍ深さ１ｍｍの溝
を周囲５ｍｍ幅を残してｉｎｍ間隔で縦横に彫り込んだ
ものを用い、また上ケースとしては、第３図（ａ）の形
状の突起を２ｃｍ間隔で６枚設けたものを用いた。シー
ル材としてはシリコンシーラント（信越化学工業製、−
液硬化形シリコンＲＴＶゴム二ＫＥ−３４９５Ｗ）を用
いた。モジュールの組立は、下ケースにカットした気体
分離膜を載せ、側壁および突起の先端部分にのみシール
材をつけた上ケースをその上からはめ込み、上ケースの
突起の太くなった所と、下ケースとをネジ釘で締め付け
ることによって行った。

以上のようにして作成したモジュールの取り出し口に、
ダイアフラムポンプを接続して一５００ｍ　ｍ　Ｈｇで
吸引し、上ケースの開口部から空気を送り込んでやると
（これを減圧動作と称す）、ポンプの吐出側から酸素濃
度３０．１％、流ｊ１６０８ｍ１７分の酸素富化空気が
得られた。次にポンプとの接続をはずして取り出し口か
ら空気を吹き込み、モジュールの内側（通気路側）の圧
力を気体分離膜の外側（大気側）より１５０ｍｍＨｇ高
くした（これを逆圧動作と称す）。そのまま１０分間圧
力を維持した後、再び一５００ｍｍＨｇで減圧操作を行
い、得られた酸素富化空気の酸素濃度と流量を評価した
ところ実質的に最初と同じ値であった。引き続き減圧、
逆圧の動作を１００回繰り返した後、酸素濃度と流量を
評価したが、実質的に変化は認められなかった。

実施例２ 実施例１と同じ気体分離膜を７ｃｍ角にカットし、第４
図の形状のモジュールを作成した。このモジュールの性
能を実施例１と同様に逆圧をかけて評価したが、実質的
な変化は認められなかった。

比較例１ 厚さ１ｍｍのアルミ板に、プラスチックネット（大日本
プラスチック製、ＫＤＮ−１２）を積層した通気性支持
体の両面に、実施例１と同じ気体分離膜を積層して周囲
を接着剤で気密にシールし、１１ｃｍＸ１４ｃｍの寸法
の第７図のような膜セルを作成した。実施例１と同様に
１５０ｍｍＨｇの逆圧をかけたところ、気体分離膜が通
気性支持体から大きく浮き上がり、周辺のシール部が、
−部剥がれ性能不良となった。また、このセルを５ｍｍ
間隔で４枚積層したモジュールをつくり逆圧をかけたと
ころ、１０　ｍ　ｍ　Ｈｇ程度の加圧で隣接する膜同士
が膨れて接触し、逆圧、減圧の動作を１００回繰り返し
た後、性能を評価すると酸素濃度が２７．４％に低下し
ていた。

［発明の効果コ 以上のように本発明の気体分離膜モジエールは、片面に
通気路を育する下ケースと膜面を押さえるための突起を
１箇所以上設けた上ケースで気体分離膜を挟み込むこと
によって、膜の浮き上がりを防ぐことができるため、逆
圧がかかる恐れのある用途や、Ｒりの内側からも気体を
透過させたいような用途にも使用できるという効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における気体分離膜モジュー
ルのＡ−Ａ断面図、第２図はこのモジュールの分解斜視
図、第３図（ａ）、　　（ｂ）は第１図の気体分離膜モ
ジュールに用いられる上ケースの形状例を示す図、第４
図は本発明の他の実施例の側面図であり、第５図はこの
モジュールの上ケースの斜視図である。第６図は上下の
ケースの相対する周辺部に設けた嵌合構造を示す部分断
面図、第７図は従来の気体分離膜セルの一部破断斜視図
、第８図は従来の気体分離膜セルを複数枚積層した、気
体分離膜モジュールの側面図である。 ｌ・・・気体分離膜、　　　２・・・下ケース４・・・
取り出し口　　　５・・・上ケース６・・・側壁　　　
　　　７・・・突起８　・開口部　　　　　９・　ンー
ル材　　　−”　−’−、−−ｍ特許出願人　　三洋化
成工業株式会社ｉ’ｊ−ｉニー： □　　　け　＋Ｉ 第１図 午 ＄２図 第３図（ａ−） ／ 第４１図 ｑ 第５図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、選択気体透過性を示す気体分離膜と、片面のほぼ全
   面に通気路を有し反対の面または側面に該通気路と連通
   した取り出し口を有した下ケースと、膜面の１箇所以上
   を押さえる突起を有した上ケースから構成され、気体分
   離膜を下ケースと上ケースで挟み込むようにしてケース
   を一体化したことを特徴とする気体分離膜モジュール。 ２、上ケースが、気体分離膜の周囲を押さえる側壁を有
   している請求項１記載の気体分離膜モジュール。 ３、上ケースが膜面と接する部分に、シール材を介在さ
   せた請求項１または２記載の気体分離膜モジュール。 ４、上ケースに通気のための開口部を設けた請求項１〜
   ３記載の気体分離膜モジュール。 ５、上下のケースの相対する周辺部に嵌合構造を設けた
   請求項１〜４のいずれか記載の気体分離膜モジュール。