JPH0691932B2

JPH0691932B2 - ガス分離装置

Info

Publication number: JPH0691932B2
Application number: JP62265784A
Authority: JP
Inventors: 政行木内
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH01107826A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、原料ガス導入口、透過ガス出口および未透過
ガス排出口を有する筒型容器内に、種々の混合ガスに対
して特定のガス成分（例えば水素ガス成分など）を選択
的に透過させることができる性能（選択透過性又はガス
分離性能）を有する中空糸の糸束から形成されている特
殊な糸束組立体が、適当な配置で内蔵されている「特定
のガス分離装置（ガス分離モジュール）」に係るもので
ある。

本発明のガス分離装置は、特に原料ガスとして水素ガス
成分あるいは水蒸気ガス成分を含有する種々の混合ガス
を供給して、分離、濃縮、精製などの用途に使用した場
合に、水素ガスあるいは水蒸気ガスに対する高いガス分
離性能を示すことができるものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来のガス分離性能を有する中空糸から形成された糸束
組立体が内蔵されており、且つ原料ガス導入口、透過ガ
ス出口および未透過ガス排出口が設けられている筒型容
器からなるガス分離装置は、従来より種々の形式のもの
が知られている。

しかし、従来のガス分離装置では、原料ガス供給口から
その装置の内部に供給された原料ガス（混合ガス）が、
前記装置内の糸束を内蔵する個所の一部、特に糸束の周
辺部及び糸束の外側を、即ち糸束の周囲に沿った外側を
流れやすく、逆に糸束の中心部付近ではガスの滞留を生
じやすく、中空糸本来の透過性能を充分に発揮している
とはいえなかった。このように、ガス分離装置に原料ガ
スを供給する際、ガスの流れやすいところと、ガスの滞
留する部分とを生じた場合は、原料ガスを、中空糸の表
面と効果的に接触させることが困難であり、しかも、ガ
スの流れやすい部分で中空糸による処理量以上の原料ガ
スが供給されることになり、その結果、原料ガス中の特
定のガス成分を充分に分離しないまま排出され、逆にガ
スの滞留する部分では、次第に透過性の低いガス成分の
濃度が高くなり、中空糸からなる糸束本来のガス分離性
能が充分に発揮されないという問題があった。

従って、本発明の目的は、原料ガスを中空糸からなる糸
束全体にむらなく接触させることによりガス分離性能を
向上できるガス分離装置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、開口端の少なくとも一端が、それぞれの開口
状態を保持して硬化性樹脂により密着して固着されてい
る、選択透過性を有する多数の中空糸からなる糸束を内
蔵したガス分離装置において、上記糸束の外周部がフィ
ルム状物質で被覆され、上記糸束の外周部と上記フィル
ム状物質内周部との間に該糸束の外周部に沿って流動す
るガス流を制限する制限壁が該糸束の長手方向に亘って
複数箇所に設けられ、上記制限壁は上記フルム状物質の
内周面に密着すると共に糸束の周囲全体に亘ってその外
周部に一部浸透させて密着していることを特徴とするガ
ス分離装置を提供することによって上記目的を達成した
ものである。

〔実施例〕

本発明のガス分離装置を、図面に示す実施例について説
明する。

第１図は、本発明の好ましい一実施例であるガス分離装
置の概略を示す縦断面図である。また、第２図乃至第４
図は、それぞれ上記ガス分離装置の要部の特徴を説明す
るための説明図である。

第１図に示すガス分離装置は、その外枠が原料ガス導入
口１、透過ガス出口２及び未透過ガス排出口３を有する
筒型容器４からなり、該筒型容器４には選択透過性を有
する多数の中空糸5aを束ねて形成した糸束５が次に示す
糸束組立体として内蔵されているものである。

上記糸束５は、図中透過ガス出口２側の一端部で硬化樹
脂からなる樹脂壁６により、また図中未透過ガス排出口
３側の他端部で同じく硬化樹脂からなる封止板７により
それぞれ固着され、全体として糸束組立体を形成してい
る。この糸束組立体において、上記糸束５を構成する各
中空糸5aは、上記樹脂壁６においては、該樹脂壁６を貫
通し、上記透過ガス出口２側の空間にその一方の先端が
開口した状態で、また上記封止板７においてはその他方
の先端が該封止板７に封止された状態でそれぞれ固着さ
れている。

また、上記実施例では、上記糸束５の外周部がシール部
材11で筒型容器４の内壁に支持されているフィルム状物
質８で被覆されており、該フィルム状物質と上記外周部
との間には、該外周部に沿って流動するガス流を制限す
るための制限壁９が、それも糸束５の長手方向に亘って
３箇所に設けられている。

次に、上記実施例のガス分離装置について、更に詳述す
る。

筒型容器４は、所定の気密性及び耐圧性を備えたもので
あれば、その形成材料は特に限定されず、金属、プラス
チック又はセラミック等により形成できる。

糸束５を構成する中空糸5aは、ガスに対して選択透過性
を有するものであれば、その材質又はタイプ等の種類は
特に問われない。例えば、材質としては、セルロース、
ポリアクリルニトリル、ポリエステル、ポリエーテル、
ポリアミド、ポリイミド又はシリコン樹脂等を、またタ
イプとしては非対称性分離膜又は複合分離膜等を好まし
く挙げることができる。

また、樹脂壁６及び封止板７を構成する硬化樹脂も、特
に制限されるものでなく、例えばポリウレタン樹脂、フ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を好まし
く挙げることができる。

前記フィルム状物質８は、装置内に供給された原料ガス
を実質的に透過しない材料か、又は難透過性の材料であ
れば如何なるもので形成してもよく、例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリアミド等のプラスチックフィ
ルムが好適に用いられる。また、フィルム状物質８の厚
さも特に制限されないが、数10μｍ〜数mm程度までを好
ましい範囲として挙げることができる。

そして、上記フィルム状物質８には、第２図に中間を省
略した展開図で示すように、上下方向に所定の間隔を置
いて該フィルム状物質８を貫通する丸形状の孔10が、そ
れも左右方向（糸束５に被覆した場合、その長手方向に
相当する）に亘って３箇所に連設されている。従って、
上記フィルム状物質８を上記糸束５の外周部に巻き付け
ると、第３図の部分正面図で示すように、上記孔10は、
該糸束５の円周方向に配された状態になる。尚、上記孔
10は丸形状に限るものでなく、第５図に示すように四角
形状、図示しないが長円形状等の任意の形状であっても
よく、更には孔10の代わりに第６図に示すようなスリッ
ト10aを設けてもよい。また、孔10は、一箇所に一列で
ある必要は必ずしもなく、第５図に示すように、二列に
しかも交互にその位置をずらして配設してもよく、更に
は三列以上であってもよい。更に、上記孔10の形成箇所
は３箇所に限るものでなく、１又は２箇所であっても、
場合によっては４箇所以上であってもよい。

前記制限壁９は、上記フィルム状物質８の孔10から後述
の固化性物質を注入することにより、形成することがで
きるものであり、第３図のＡ−Ａ′断面における注入後
の固化性物質（制限壁９）の形状を第４図に模式的に示
した（第４図では糸束５を省略してある）。

上記制限壁９は、上記糸束５の周囲全体に亘ってその外
周部に密着していることが、ガス流を制限する上で好ま
しく、その際、固化性物質がある程度の深さ迄、例え
ば、外周部より糸束５の半径の５％〜60％、好ましくは
10％〜50％の内部まで浸透していてもよい。

また、上記制限壁９は、上記糸束５の長手方向に少なく
とも１箇所に設置されていれば効果があるが、上記実施
例のように原料ガス導入口１側、中央部及び未透過ガス
排出口３側の３箇所に設置することにより一段とその効
果を発揮することが可能となる。但し、上記設置箇所に
限るものでなく、具体的には目的に応じて適宜変更され
るが、例えば糸束５の長手方向に50mm〜1000mmの間隔で
設置することが、好ましい範囲として挙げることができ
る。

更に、上記制限壁９を形成するための固化性物質として
は、特に制限されるものでなく、注入時には粘稠（例え
ば粘度が数十ポアズ〜数千ポアズ）な液状、グリース状
又はペースト状の物質であって、注入後は原料ガスを供
給した場合でも注入時の形態を保持可能な程度まで固化
するものであれば種々の物質を利用することができ、例
えば反応性シリコンゴム、ポリウレタン樹脂又はエポキ
シ樹脂等を挙げることができる。尚、上記固化物質の注
入時における粘度が低すぎる場合は、糸束５の内部まで
浸入し過ぎるため、該糸束５の外周部に制限壁９を形成
することが困難であり、逆に粘度が高すぎる場合は、注
入する作業自体が困難であるため好ましくない。

また、上記固化性物質は、フィルム状物質８と接着性を
有している方が密着状態を維持するために好ましい。し
かし、接着性がないか又は低い固化性物質であってもよ
く、その場合は、固化性物質をフィルム状物質８の孔10
から内側に注入すると同時にその外側にも該固化性物質
を盛り上げ、その状態で固化させることにより、上記フ
ィルム状物質８と制限壁９を構成する固化性物質との密
着状態を維持することができる。

更に、上記固化性物質を注入する場合は、必要に応じ
て、固化性物質を注入する位置にある糸束部分を紐や糸
でしばりその径を小さくし、上記フィルム状物質８と糸
束５の外周部との間に空間を設けた形態を形成した後、
固化性物質を注入することもできる。この場合は、中空
糸の膜面が固化性物質で覆われることによる有効膜面積
の減少する割合を少なくすることができる利点がある。

次に、本発明の作用を図面に基づいて説明する。

第１図にしめす実施例では、原料ガス導入口１により原
料ガスを供給すると、供給されたその原料ガスは、筒型
容器４に内蔵されている糸束５に接触しながら未透過ガ
ス排出口３の方向へ流動する。原料ガスの上記接触を通
して特定のガス成分が中空糸5aを選択的に透過し、該ガ
スが透過ガスとして透過ガス出口２から他の設備（図示
せず）へ供給され、残った未透過ガスは未透過ガス排出
口３から排出される。その結果、特定のガス成分の分離
が達成される。

上記実施例では、前述の如く制限壁９が設けられている
ため、糸束５の外周部に沿って、即ち該糸束５の外部を
その長手方向に流動するガス流を制限（実質上停止）
し、且つそのガス流の方向を糸束５の内部へ向けること
が可能である。従って、上記糸束５の内部にガスの滞留
等のガス流のむらが生じることを有効に防止でき、第７
図に矢印で示すように、該糸束５の内部にその長さ方向
に流動する流速がほぼ均一なガス流を形成することが可
能となり、その結果大巾にガスの分離効率の向上が達成
される。尚、第７図では、説明の便宜上、筒型容器４を
省略し、原料ガス導入口１及び未透過ガス排出口３の位
置を二重の矢印で示し、ガス流を単線の矢印で示した。

以上、本発明の作用を第１図に示す実施例に基づいて説
明したきたが、これに限るものでなく、例えば第８図
に、第７図と同様の方法でその概略を示すように、糸束
５の両端から透過ガスを取り出す構造で、糸束５の一端
に近い位置に原料ガス導入口１が、その他端に近い位置
に未透過ガス排出口３が設けられているガス分離装置で
あってもよい。

次に、本発明のガス分離装置の効果を明確にするため
に、試験例を挙げて更に詳述する。

〔試験例〕

内径約200μであり、壁の厚さ約90μであるポリイミド
中空糸からなる直径40mm、長さ1000mmの糸束５の両端部
をエポキシ樹脂糸熱硬化性樹脂によって完全一体に固着
した後、片端部を直角に切断して各中空糸が樹脂壁６を
貫通してそれぞれ開口している樹脂壁６となし、他端部
はそのまま封止板７とした。

次に糸束５の外周に厚さ約100μのポリイミド製フィル
ムからなるフィルム状物質８を巻き付けて覆った後、巻
き付けたフィルム状物質８の重ね合わせ部分をポリイミ
ド粘着テープでシールした。次に予め、フィルム状物質
８の長さ方向に３ヵ所（両端部近くと中央部付近）直径
7mmの円形パンチ穴を円周方向にそれぞれ10個ずつ開け
られていた孔10より、硬化型シリコンゴムコンパウンド
（信越化学工業（株）製KE−42）を順次注入した後、そ
のまま固化するまで放置した。固化性物質の注入の深さ
は、糸束の表層（外周部）より約５〜7mm程度であっ
た。

前述のようにして製作した糸束組立体を、第１図に示す
ように、原料ガス導入口１、透過ガス出口２および未透
過ガス排出口３が設けられている筒型容器４に収納し
て、樹脂壁６を筒型容器４の透過ガス出口２に近接した
保持構造の個所で密着及び密封させて固定した。尚、フ
ィルム状物質８には、接着テープ及び接着剤よりなるシ
ール部材11を設けておき、糸束組立体と筒型容器４との
間の密着及び密封が可能となるようにした。

前述のようにして製造したガス分離装置（本発明装置）
について、ガス分離性能試験および純ガス透過試験を次
の測定条件下で行った。その結果を第１表に示す。

（測定条件）ガス分離試験において、試験に使用した混合ガスは、窒
素ガス50容量％及びヘリウムガス50容量％からなる混合
ガスであり、供給する混合ガスはそのガス流速を第１表
に示したように３段階で行い、また、供給する混合ガス
の圧力は20kg/cm²Ｇであり、更に糸束組立体の樹脂壁に
位置する各中空糸の開口部側は大気圧に開放した状態に
して、大気圧とほぼ同じ圧とした。

また、ガス分離試験において、ガス分離度（選択透過
性）は、ヘリウムガスの透過速度を窒素ガスの透過速度
で割って算出される値で示す。

なお、比較のために、ヘリウムガスまたは窒素ガスのみ
の純ガスを使用して、ガス透過試験（実質的にガス分離
試験と全く同じである）を行い、その結果から純ガスの
各透過速度から算出される純ガス分離度（理論分離度）
も第１表に示す。

さらに、前述の混合ガスの分離度を純ガスの分離度で割
って100倍して算出された値を、分離効率として、同様
に第１表に示す。

前記の第１表に示す各ガスの透過速度の単位は、（×10
^-7)cm³/cm²・sec・cmHgである。

〔比較例〕

糸束組立体を形成する際に、固化性物質注入用の孔を設
けず固化性物質を注入しないこと以外は、上記試験例と
同様にして糸束組立体を製作し、且つ試験例と同様にし
てガス分離装置を製造した。

前述のようにして製造したガス分離装置（比較装置）に
ついて、上記試験例の場合と同じ測定条件下でガス分離
性能試験等を行った。その結果を上記試験例の場合の結
果とともに第１表に示す。

上記第１表より明らかなように、本発明装置は、比較装
置に比べ、全てのガス流速において、優れたヘリウムガ
スの透過速度及び該ヘリウムガスに対するガス分離効率
を示した。

以上詳述した如く、本発明のガス分離装置は、中空糸か
らなる糸束の外周部の外側を該外周部に沿って、その長
手方向に流動するガス流を制限することにより、装置内
部におけるガス流の偏りを防止できるので、糸束の内部
全体について略中空糸に沿った均一なガス流を形成する
ことが可能となり、中空糸が有する本来の透過性能を充
分に発揮することが可能となる。

尚、本発明のガス分離装置を実施例に基づいて具体的に
説明してきたが、本発明は前記実施例に示したものに限
られるものでないことはいうまでもない。

例えば、制限壁９が、フィルム状物質８に設けた孔10又
はスリット10aから固化性物質を注入して形成される場
合についてのみ説明したが、これに限るものでなく、糸
束の外周部に沿ってその長手方向に流動するガス流を実
質的に制限する構造であれば、例えば上記外周部と筒型
容器の内壁面との間に制限壁を設ける等、種々変更可能
である。

〔発明の効果〕

本発明のガス分離装置は、糸束の内部全体について均一
なガス流を形成できるので、原料ガスを糸束全体、即ち
該糸束を構成する各中空糸にむらなく接触させることが
可能となり、その結果各中空糸のガス透過性能を充分に
発揮させることができるので装置全体としてのガス分離
性能を大巾に向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス分離装置の好ましい一実施例の概
略を示す縦断面図、第２図乃至第４図は上記ガス分離装
置の要部の特徴を示す概略説明図、第５図及び第６図は
それぞれ他の実施例のガス分離装置の要部の特徴を示す
概略説明図、第７図は第１図に示す実施例の作用を示す
概略説明図、第８図は本発明の更に他の実施例の作用を
示す概略説明図である。１……原料ガス導入口２……透過ガス出口３……未透過ガス排出口４……筒型容器５……糸束６……樹脂壁７……封止板８……フィルム状物質９……制限壁 10……孔 11……シール部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】開口端の少なくとも一端が、それぞれの開
口状態を保持して硬化性樹脂により密着して固着されて
いる、選択透過性を有する多数の中空糸からなる糸束を
内蔵したガス分離装置において、上記糸束の外周部がフィルム状物質で被覆され、上記糸束の外周部と上記フィルム状物質内周部との間に
該糸束の外周部に沿って流動するガス流を制限する制限
壁が該糸束の長手方向に亘って複数箇所に設けられ、上記制限壁は上記フルム状物質の内周面に密着すると共
に糸束の周囲全体に亘ってその外周部に一部浸透させて
密着していることを特徴とするガス分離装置。
【請求項２】上記フィルム状物質がシール部材で筒型容
器の内壁に支持されている特許請求の範囲第（１）項記
載のガス分離装置。
【請求項３】上記制限壁が、上記糸束と上記フィルムと
の間に、該フィルムにその円周方向に連設されている貫
通孔又はスリットを通して注入された固化性物質によっ
て形成されている、特許請求の範囲第（１）項記載のガ
ス分離装置。