JPH0788304A - 溶存ガス除去およびガス給気モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶存ガスの除去性能が高く、かつコンパクト
な溶存ガス除去モジュールを提供する。 【構成】 中空コア４の外表面上に中空糸膜２の編織物
を、中空糸膜と中空コアの軸方向が平行となり、かつ中
空糸膜編織物がほぼ等間隔で位置するように捲き上げ、
これを容器１内に接着剤３で支持固定する。中空糸の中
空部は気体給排気口９に連通し、中空コアの中空部は液
入口８に連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液中に溶解している溶
存ガスの除去、特に半導体の洗浄用水、清涼飲料水用水
中の溶存酸素や、配管を腐食させる大きな要因となって
いるボイラー用水等の溶存酸素の除去、あるいは水道水
や井戸水に溶存する揮発性の有機物（特にクロロホル
ム、ジクロロブロモホルム等のトリハロメタンや１，
１，１−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テト
ラクロロエチレン等の揮発性の有機ハロゲン物質）を除
去するために用いる溶存ガス除去モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶存ガスの除去方法としては、液
の入った容器を減圧にする方法や、薬品処理により溶存
ガスを除去する方法が知られている。また、このような
方法では、溶存ガスの完全除去が困難でかつ除去時間が
長いなどの問題があるために、最近では疎水性の多孔質
膜を用いた溶存ガス除去装置が提案されている（特開昭
６２−４２７０７号公報）。また、均質層をその両側か
ら多孔質層で挟み込んだ三層構造の複合中空糸膜を用い
て溶存ガスを除去する方法も知られている（特開平３−
７９０８号、特開平３−１６９３０３号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中空糸
膜を用いた方法では膜面積に対応した溶存ガス除去性能
は発揮できるものの、中空糸膜と溶液の界面に形成され
る境膜抵抗が大きいため、中空糸膜のガス透過性能を高
めても溶存ガスの除去効率は向上しにくく、除去装置が
大型化する問題点があった。

【０００４】本発明の目的は、液中、殊に水性液中の溶
存ガスの除去性能が高く、かつコンパクトな溶存ガス除
去モジュールを提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、酸素や炭酸ガス等の
気体を逆に液中に溶解させるのに用いることもできる液
中へのガス給気モジュールを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、容
器内に、ガス透過性中空糸膜と液透過性多孔性中空コア
とが接着剤で支持固定され、該容器内部が、中空糸膜の
中空部に連通する第１の空間と、中空コアの中空部に連
通する第２の空間と、中空糸膜の外表面、中空コアの外
表面および容器の内壁面に臨む第３の空間とに仕切ら
れ、第１の空間に臨んで気体給排気口が、第２の空間に
臨んで液入口が、第３の空間に臨んで液出口がそれぞれ
配設されてなるモジュールであって、中空糸膜が平行に
配列されてなる中空糸膜編織物を中空コアの外表面上に
捲き上げることにより、中空糸膜の繊維軸方向と中空コ
アの軸方向が平行となり、かつ中空糸膜編織物がほぼ等
間隔で位置するように配設されてなる液中の溶存ガス除
去およびガス給気モジュールである。

【０００７】

【作用】本発明の液中の溶存ガス除去およびガス給気モ
ジュールにおいては、ほぼ等間隔で平行に配列された中
空糸膜と中空糸膜の間を用水が中空糸膜の繊維軸に対し
て垂直な方向に流れるので、中空糸膜外表面の境膜抵抗
が著しく小さくなり、かつ用水の圧力損失も小さいの
で、高流量で用水中の溶存ガスの除去が可能となり、ま
た液中へガスを効率よく給気することもできる。

【０００８】以下、図面に基づき本発明を説明する。図
１は、本発明のモジュールを溶存ガスの除去に用いる一
例を示す模式断面図である。

【０００９】容器１は、気密性及び水密性を有するもの
である。その内部には、多数本の中空糸膜２がほぼ等間
隔をもって平行に配列され、その両端部はポッティング
剤（接着剤）３ａ、３ｂにより支持固定されている。ま
た、容器１の中心部に一本の多孔性中空コア４が配設さ
れ、その両端部もポッティング剤３ａ、３ｂにより支持
固定されている。容器１の内部は、ポッティング剤３
ａ、３ｂによって三つの空間５、６、７に仕切られてい
る。容器の一端にはガス給排気口８が設けられ、このガ
ス給排気口は、ポッティング剤３ａにより端面が開口し
た状態で支持固定された中空糸膜の中空部に連通する第
１の空間５に臨んでいる。ガス給排気口８は真空ポンプ
９に接続される。中空コアの一端はポッティング剤３ａ
により閉塞され、中空コアの中空部は第１の空間６とは
隔離されている。また、容器の反対側の一端には、液入
口１０が設けられ、この液入口は中空コア４の中空部に
連通する第２の空間６に臨んでいる。中空糸膜の中空部
は、ポッティング剤３ｂにより第１の空間５とは隔離さ
れている。また、中空糸膜の外表面、中空コアの外表面
及び容器の内壁面に臨むよう第３の空間７が形成され、
液出口１１は第３の空間に臨んで設けられている。円筒
状の中空コアの側面には液が透過するための透孔１２が
多数形成されている。

【００１０】本発明のモジュールにおいては、液入口１
０より導入された用水（水性液）は、第２の空間６を経
て中空コア４の中空部へ至り、中空コアの表面の透孔１
２から第３の空間７へ流出し、中空糸膜間を流れ、この
間に溶存ガが除去されて液出口１１から排出される。一
方、用水中から中空糸膜の中空部へと吸引された溶存ガ
スは、第１の空間５およびガス給排気口８を経て系外へ
排出される。

【００１１】図２は、本発明のモジュールを液中へのガ
ス給気に用いた例を示す模式断面図である。図１とはガ
ス給排気口８に真空ポンプの代わりにガスボンベ１３が
接続されている点でのみ異る。

【００１２】本発明に用いるガス透過性中空糸膜として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４−メチルペ
ンテン−１等のポリオレフィン；テトラフルオロエチレ
ンやフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー；ポリスチ
レン；ポリエーテルエーテルケトン；ポリエーテルケト
ン；等の疎水性高分子よりなる多孔質中空糸膜が好まし
い。この場合中空糸膜の細孔内部に水が侵入するのを防
ぐために表面の水の濡れ特性として接触角が大きいほど
良く、９０°より大きいことが好ましい。また、多孔質
中空糸膜の細孔径が小さいほど表面張力により孔内に水
が侵入しにくいことから、細孔径が０．０５μｍ以下の
ものが好ましい。

【００１３】このような疎水性の多孔質中空糸膜を用い
ても長時間連続して使用すると水蒸気が疎水性中空糸膜
細孔内部に凝縮して細孔内部が完全に水に埋もれてしま
い、その結果水が中空糸膜からもれてしまう危険性があ
る。したがって、多孔質中空糸膜の膜構造としては、均
質層をその両側から多孔質層で挟み込んだ三層構造のも
のがより好ましい。この場合、均質層を構成する素材の
酸素透過速度が０．８×１０^-5ｃｍ³ （ＳＴＰ）／ｃｍ
² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上の性能を有するものであるこ
とが好ましい。酸素透過速度が０．８×１０^-5ｃｍ³
（ＳＴＰ）／ｃｍ ² ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ未満では溶存酸
素の均質膜を透過する速度が遅く効率的に溶存酸素を除
去することができない。

【００１４】このような複合中空糸膜は、例えば多重円
筒型の紡糸ノズルを用いて均質層を形成するポリマーと
多孔質層を形成するポリマーとを交互に配置し溶融紡糸
し、次いで均質層を多孔質化することなく多孔質層とな
る部分だけを多孔質化する条件で延伸する方法により製
造される。

【００１５】均質層を構成するポリマー素材としては、
ガス透過性の優れたシリコンゴム系ポリマーを始めとし
て、ポリジメチルシロキサン、シリコンとポリカーボネ
ートの共重合体等のシリコンゴム系ポリマー、ポリ４−
メチルペンテン−１、低密度ポリエチレン等のポリオレ
フィン系ポリマー、パーフルオロアルキル系ポリマー等
のフッ素含有ポリマー、エチルセルロース等セルロース
系ポリマー、ポリフェニレンオキサイド、ポリ−４−ビ
ニルビリジン、ウレタン系ポリマー及びこれらポリマー
素材の共重合体あるいはブレンド体等の各種ポリマーを
あげることができる。また、多孔質層を構成するポリマ
ー素材としては、前述したポリオレフィン等の疎水性高
分子が用いられる。

【００１６】均質層を構成するポリマー素材と、多孔質
層を構成するポリマー素材との組み合わせについては特
に限定されず、異種のポリマーはもちろん同種のポリマ
ーであってもよい。この複合中空糸膜は、均質層が多孔
質層で物理的に挟み込まれたサンドイッチ構造を有して
いるので、両膜間の接着性が悪くても実用上の弊害は生
じない。

【００１７】液透過性多孔性中空コアは、通常円筒状
で、一端は液入口に臨んで開放されているが、他端はそ
こから液が流出しないよう閉塞されていることが好まし
い。液を透過させる透孔の大きさ、形状、数等は特に制
限されないが、中空コアの中空部へ供給された溶液が、
中空コアの外表面全体から均一かつ垂直に流出でき、ま
た流路抵抗が余り大きくならないように多数均等に分散
配設されることが好ましい。透孔の好ましい孔径は１〜
１０ｍｍである。

【００１８】本発明のモジュールに用いる中空糸膜が平
行に配列されてなる中空糸膜編織物としては、緯糸とし
ての中空糸膜を、種々の素材の経糸により図３に示すよ
うなラッセル編みあるいは図４に示すようなスダレ編み
状に編織したものが挙げられる。このような中空糸膜編
織物を、中空糸膜の繊維軸方向と中空コアの軸方向が平
行となるようにして中空コアの外表面上に捲き上げ、こ
れをポッティング剤で容器内に固定すると、中空糸膜の
繊維軸が中空コアの軸方向が平行になり、かつ各中空糸
膜編織物間の間隔がほぼ等しくなるように配列すること
ができる。

【００１９】ポッティング剤は、多数の中空糸膜と中空
コアを支持固定するとともに、硬化後は用水流路と気体
流路の仕切り部材として機能するもので、通常エポキシ
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン等の液状
樹脂が用いられる。ポッティング剤によって、容器内は
中空糸膜の中空部に連通する第１の空間と、中空コアの
中空部に連通する第２の空間と、中空糸膜の外表面、中
空コアの外表面および容器の内壁面に臨む第３の空間と
に仕切られる。

【００２０】第３の空間におけるガス透過性中空糸膜の
充填率としては２０〜６５％程度が好ましい。充填率が
余りにも高いと、中空糸膜間を流れる水流が中空糸膜の
繊維軸に対して垂直流となりにくく、優れた溶存ガス除
去性能が発揮されにくい。一方、充填率が ２０未満と
低い場合もコンパクトで溶存ガスの除去効率が高いとい
う本発明のモジュールの特徴が発揮されにくくなる。

【００２１】第３の空間に中空糸膜を配設するに際し、
中空糸膜編織物の間に多孔性のシート状物を物理的に介
在させ、容器内のガス透過性中空糸膜の充填をより均一
にして、用水と中空糸膜との接触効率を向上させること
ができる。多孔性のシート状物としては、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンからなるネ
ット、ポリエステル、ポリオレフィン、ナイロン等の繊
維からなる織物、熱融着したメッシュ等、孔形状を維持
できるものであればどのようなものでもよい。多孔性の
シート状物を中空糸膜編織物間に介在させるには、中空
糸膜編織物を中空コアの外表面上に捲き上げる際に、図
５に示すように中空糸膜編織物に多孔性のシート状物を
重ねたものを用いればよい。

【００２２】この溶存ガス除去モジュールに用水を導入
すると、中空コアの透孔から流出した用水が平行に配列
されている中空糸膜の繊維軸と垂直方向にスパイラル状
に流れるため、中空糸膜の外表面に現われる境膜抵抗が
小さくなる。

【００２３】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２４】なお、「溶存ガス除去効率」は溶存ガスの
代表成分として酸素ガスを選定し、そのガス濃度を測定
し下式より算出した。 溶存酸素ガス除去効率（％）＝｛（Ｃ_O2i −Ｃ_O2o ）／
Ｃ_O2i ｝×１００ Ｃ_O2i ：装置に入る用水の中に含まれる溶存酸素ガスの
濃度 Ｃ_O2o ：装置から出る用水の中に含まれる溶存酸素ガス
の濃度 また、「中空糸膜の酸素ガス透過速度」はガスクロマト
グラフィーにより測定した。

【００２５】参考例１ 同心円状に配置された３つの吐出口を有する中空糸製造
用ノズルに対し、内層と外層に供給するポリマー素材と
して高密度ポリエチレン（三井石油化学工業（株）社製
Ｈｉｚｅｘ２２００Ｊ）を、中間層に供給するポリマ
ー素材としてセグメント化ポリウレタン（Ｔｈｅｒｍｅ
ｄｉｃｓ Ｉｎｃ．製 ＴｅｃｏｆｌｅｘＥＧ８０Ａ）
を用い、吐出温度１６５℃、巻き取り速度１８０ｍ／ｍ
ｉｎで紡糸した。

【００２６】得られた中空糸未延伸糸を１００℃で１時
間アニール処理をした。次いでアニール処理糸を室温下
で８０％延伸し、引き続き１０５℃に加熱された加熱炉
中で熱延伸倍率が１３０％になるまで熱延伸を行って、
複合中空糸膜を得た。

【００２７】得られた複合中空糸膜は、最内層から順次
多孔質層、均質層、多孔質層の三層構造であり、内径が
２００μｍ、厚みが最内層から２５μｍ、１μｍ、２５
μｍの同心円状であった。この複合中空糸膜の多孔質層
表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、幅０．０６〜
０．０９μｍ、長さ０．１〜０．５μｍのスリット状の
孔が形成されていた。また、この中空糸膜の酸素透過速
度は１．２×１０^-5ｃｍ³ （ＳＴＰ）／ｃｍ² ・ｓｅｃ
・ｃｍＨｇであった。

【００２８】実施例１ 参考例１の中空糸膜を図４に示すようなスダレ上に編成
した編物を用いて図１に示す構造のモジュールを作成し
た。容器の内容積は３リットルで、ガス透過性中空糸膜
の総膜表面積は１５ｍ³ 、第３の空間の中空糸膜の充填
率は５０％であった。このモジュールを用いて、水中に
溶存する酸素の除去率を測定した。

【００２９】酸素ガスを８ｐｐｍ含んだ水を水温２５
℃、減圧度２３ｔｏｒｒで流速が１．６７リットル／ｍ
ｉｎから２５リットル／ｍｉｎの範囲で導入した。液出
口の溶存酸素濃度および圧損の測定結果を表１に示し
た。

【００３０】実施例２ 図５に示すように、中空糸膜の編織物間に３００メッシ
ュの多孔性シート（ナイロン製、厚さ１２μｍ）を介在
させたことを除き、実施例１と全く同様の構造のモジュ
ールを作成した。

【００３１】このモジュールを用いて実施例１と全く同
様な試験を行ない、その結果を表１に示した。

【００３２】比較例１ 参考例１の中空糸膜を用いて総膜面積が１５ｍ² のモジ
ュールを作成した。このモジュールは、図６に示すよう
に、中空コアがなく中空糸膜２の両端がポッティング剤
３により気密性を有する容器１に中空糸膜中空部が開口
するように支持固定され、中空糸膜２と容器１の内壁間
に形成される空間に減圧機に連通するガス給排気口９を
設け、容器１の両端に液入口８及び液出口１１を設け、
中空糸膜２の中空部を用水が流れる中空糸膜モジュール
である。このモジュールを用いて実施例１と同一条件で
溶存酸素の除去性能および圧損を評価した。その結果を
表１に示した。

【００３３】

【表１】 以上の結果から明らかなように、本発明のモジュール
は、水中溶存酸素の除去効率が著しく高く、圧力損失も
小さい。

【００３４】

【発明の効果】本発明の溶存ガス除去モジュールでは、
中空糸膜の外表面をその繊維軸に対して用水が垂直に流
れるので非常に効率的に溶存ガスを除去することができ
る。また、用水の温度を上げても減圧部（中空糸内部）
は用水により保温されているので保温装置が不要であ
り、コンパクトな溶存ガス除去モジュールとして構成す
ることが可能である。また、本発明のモジュールは、液
中へガスを効率よく給気するために用いることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモジュールを溶存ガスの除去に用いる
例を示す模式断面図である。

【図２】本発明のモジュールを液中への給気に用いる例
を示す模式断面図である。

【図３】本発明のモジュールに用いる中空糸膜のラッセ
ル編みの例を示す図である。

【図４】本発明のモジュールに用いる中空糸膜のスダレ
編みの例を示す図である。

【図５】本発明のモジュールに使用する中空コア上に、
多孔性シートを介在させて中空糸膜編織物を巻き上げた
状態を示す模式図である。

【図６】比較例で用いたモジュールの模式断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 容器 ２ 中空糸膜 ３ａ、３ｂ ポッティング剤（接着剤） ４ 中空コア ５ 第１の空間 ６ 第２の空間 ７ 第３の空間 ８ 液入口 ９ ガス給排気口 １０ 真空ポンプ（減圧機） １１ 液出口 １２ 透孔 １３ ガスボンベ １４ ガス圧調整器 １５ 緯糸 １６ 多孔性シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田阪 広 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 竹田 哲 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内に、ガス透過性中空糸膜と液透過
   性多孔性中空コアとが接着剤で支持固定され、該容器内
   部が、中空糸膜の中空部に連通する第１の空間と、中空
   コアの中空部に連通する第２の空間と、中空糸膜の外表
   面、中空コアの外表面および容器の内壁面に臨む第３の
   空間とに仕切られ、第１の空間に臨んで気体給排気口
   が、第２の空間に臨んで液入口が、第３の空間に臨んで
   液出口がそれぞれ配設されてなるモジュールであって、
   中空糸膜が平行に配列されてなる中空糸膜編織物を中空
   コアの外表面上に捲き上げることにより、中空糸膜の繊
   維軸方向と中空コアの軸方向が平行となり、かつ中空糸
   膜編織物がほぼ等間隔で位置するように配設されてなる
   液中の溶存ガス除去およびガス給気モジュール。
2. 【請求項２】 中空糸膜編織物に多孔性のシート状物を
   重ねたもの中空コアの外表面上に捲き上げることによ
   り、多孔性のシート状物を中空糸膜編織物間に介在させ
   てなる請求項１記載のモジュール。