JPH10235103A - 微少重力環境下における気液分離装置および気液分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微少重力環境下で気液を分離するにあたり、気
泡を含む液から気泡を除去する装置およびそれを用いた
気液分離方法を提案することを目的とする。 【解決手段】微少重力環境下で気泡が含まれる液から気
泡と気泡を含まない液に分離するにあたり、金網状の補
強材に複数の中空糸膜が一定距離を保たれ束ねられ、１
つのユニットとされた１つ以上のユニットを内蔵する気
液分離器と、該気液分離器を構成する中空糸膜から気泡
を排出する機能と、差圧を測定できる機能と自己洗浄で
きる機能と、から構成されることを特徴とする気液分離
装置およびこれを用いた気液分離方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微少重力環境下で
気液を分離するにあたり、気泡を含む液から気泡を除去
する装置およびそれを用いた気液分離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球周回軌道を飛行する宇宙船内などの
微少重力環境下では、地上におけるように地球の重力を
利用した気体と液体との分離を行うことができないこと
は、よく知られているところである。宇宙船内などに装
備されている冷却用水配管等の配管内の液中の気泡を除
去することは、微少重力環境下では、困難であり、宇宙
船などに装備している機器の損傷等の不具合をもたらす
のみならず、緊急事態に対処できないと宇宙船に乗り込
んだ飛行士の生命に関わる重大な問題に発展する可能性
すらある。

【０００３】従来、柱状に束ねた脱気用中空糸膜の中に
気液混合流体を流し、外側のハウジング内を負圧にし
て、気体のみを中空糸膜外に分離する。本技術は地上に
て利用されるいわゆる脱気膜モジュールとして、ハウジ
ングと一体化したものが市販されている。

【０００４】また、別の提案として水流もしくは動力源
を要する回転流を発生させ、気体と流体の比重差を用い
て遠心力により気相と液相に分離する方法がある。該提
案は、地上においても古くから提案されている方法であ
るが、特に、地球周回軌道における宇宙船内においては
微少重力環境であるため、この方式を利用した気液分離
方法がいくつか提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の先行する技術に
はなお改善すべき、下記の課題があった。 （１）前者の方法は、中空糸膜の内径が概ね０．１〜
０．５ｍｍであり、長期間稼働すると、中空糸膜内が微
細固形物等で閉塞しやすく、分離性能の劣化、圧力損失
の増加を引き起こすことがあった。 （２）後者の方法は、規定以上の水流を確保することが
必要であるため、例えば、大量の気体が系内に混入する
という非常事態では、遠心ポンプ等がキャビテーション
を起こす等の不具合を生じ、分離性能が著しく低下す
る。 （３）また、遠心力を発生させるケーシングの容積以上
の気体が混入した場合、ケーシング内が気体で満たされ
るため、遠心力の効果が期待できず、気体を分離できな
いままケーシング外に気泡が流出する。 本発明は、上記課題を解決するための新規な手段を提案
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
みなされたものである。本発明の目的は、次の手段で達
成される。

【０００７】すなわち、本発明は、微少重力環境下で気
泡が含まれる液から気泡と気泡を含まない液に分離する
にあたり、金網状の補強材に複数の中空糸膜が一定距離
を保たれ束ねられ、１つのユニットとされた１つ以上の
ユニットを内蔵する気液分離器と、該気液分離器を構成
する中空糸膜から気泡を排出する機能と、差圧を測定で
きる機能と自己洗浄できる機能と、から構成されること
を特徴とする気液分離装置であり、

【０００８】また、本発明は、金網状の補強材の目の大
きさが、２５０メッシュ〜２０メッシュであることを含
み、

【０００９】気液分離器に内蔵される複数のユニットの
金網状の補強材の目の大きさが、気液分離器の中心に向
かって順次小さくなるように設置されることを含み、

【００１０】また、本発明は、金網状の補強材に束ねら
れた中空糸膜と中空糸膜の隙間が０．１ｍｍ〜２．０ｍ
ｍであることを含み、

【００１１】また、本発明は、微少重力環境下で気泡が
含まれる液から気泡と気泡を含まない液に分離するにあ
たり、その入り口と出口の差圧を測定できる機能を有
し、金網状の補強材に複数の中空糸膜が一定距離を保た
れ束ねられ、１つのユニットとされた１つ以上のユニッ
トを内蔵した、自己洗浄機能を有する気液分離器に気泡
を含む液が該気液分離器に供給され、該中空糸膜から気
泡を排出し、気液分離器の出口から気泡を含まない液を
得ることを特徴とする微少重力環境下における気液分離
方法であり、

【００１２】また、本発明は、気液分離器の入り口と出
口の差圧から気液分離器の気液分離器内のユニットの詰
まりを検知し、検知後、該気液分離器の出口から入り口
の方向に気泡を含む液が該気液分離器に供給され自己洗
浄されることを含む。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明において、微少重力環境下
で気液を分離するにあたり、気泡が含まれる液とは、多
量のガスが含まれ、全体として液同士がつながっておら
ず、それそれの液がバラバラに存在し、下記に定義する
気泡含有率が５０ｖｏｌ％〜１００ｖｏｌ％未満である
液の他、気泡含有率が５０ｖｏｌ％未満のものも含む。
後述のように本発明の装置および方法には気泡含有率に
係わらず、実施できる。気泡含有率とは、液と気泡を含
む流体中の気泡の占める容積の割合をいう。メッシュ
は、ＪＩＳ規格で表される。本発明では、気泡を含む液
として通常の処理対象である約１ｖｏｌ％は勿論のこと
であり、５０ｖｏｌ％以上の気泡含有率の液にも好適で
ある。後述の実施例１〜実施例５に示すように、上記し
た気泡含有率に制限されず実施できる。

【００１４】以下に、本発明の詳細を図面を用いて説明
する。図１は、微少重力環境下において、気泡を含む液
から気泡と気泡を含まない液に分離する気液分離装置の
斜視図である。図２は、気液分装置１を構成する金網状
の補強材３の片面に複数の中空糸膜２が一定距離を保た
れ柱状に束ねられたユニット４の１つを模式的に示した
図である。図３は、ユニット４を複数設けた様子を示し
た模式図である。この図では、重ねて設置される様子を
示したが、離して設置されても特に不具合はない。図４
は、金網状の補強材３の両面に複数の中空糸膜２が一定
距離を保たれ束ねられたユニット４の１つを模式的に示
した図である。

【００１５】さて、図１および図２並びに図３に示すよ
うに、気泡を含む液２０が、気液分離装置１の入り口７
から供給されると、該気泡を含む液２０は、気液分離装
置１に内蔵される金網状の補強材３の片面に、中空糸膜
２が一定距離を保たれ束ねられた１つ以上のユニット４
に接触する。

【００１７】この時、気泡は金網状の補強材３上に滞留
させられ、中空糸膜２と接触させられ排気されるが、液
は金網状の補強材３間を抜け、出口８から気泡を含まな
い液２１として排出される。なお、気泡を含まない液２
１は、この図には記載されていない系、例えば、冷却水
系等に供給される。

【００１８】一方、気泡は、金網状の補強材３の片面に
中空糸膜２が一定の間隔で束ねられたものを一つのユニ
ット４とし、一つ以上のユニット４を結合する連絡管５
を通り、減圧器６によりガス体２２として排出される。

【００１９】ここに、金網状の補強材３とは、金属製の
もの、例えば、ステンレス製、チタン繊維、高分子製の
もの、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、ポリフルオロエチレン等をいい、撥水性のもの
が好ましい。該金網状の補強材３が撥水性であると、上
述の気泡が撥水性の金網状の補強材３に付着しやすくな
り、該付着した気泡が金網状の補強材３をつたい、中空
糸膜２にたどりつき、該中空糸膜２から排出されやすく
なるためである。

【００２０】金網状の補強材３の目の大きさは、中空糸
膜２の間隔にもよるが、２５０メッシュ〜２０メッシュ
が選択される。２５０メッシュよりも目が細かくなる
と、系内の差圧の上昇が起きやすくなることがあり、ま
た、２０メッシュを越えて目が大きいと、後述するよう
に気泡が金網状の補強材３上での滞留時間が短くなるこ
とがあり、いずれも避けることが好ましい。

【００２１】気液分離器１に内蔵する前記ユニット４を
１枚のみ用いるときは、図４に示すように、金網状の補
強材３を複数の中空糸膜２で挟むように設置され用いら
れることが、後述の自己洗浄機能を有するにはより好ま
しい実施の形態である。いうまでもないが、後述の気液
分離器１に内蔵する前記ユニット４を複数用いる場合に
おいても、該実施の形態を採用するのが好ましい。

【００２２】気液分離器１に内蔵する前記ユニット４を
複数用いる場合には、金網状の補強材３の目の大きさ
は、２５０メッシュ〜２０メッシュの範囲で、気液分離
器の中心に向かって順次細かくすることができる。気泡
を含む液２０中の気泡が、目の大きい方の金網状の補強
材３のユニットで滞留し、該気泡が中空糸膜２で排気さ
れ気泡の大きさが小さくなり、金網状の補強材３の目を
抜け次のユニットに移っても、次のユニットの金網状の
補強材３上に滞留するためである。いうまでもないこと
であるが、同じ大きさの目を有するユニットの使用を避
けるものではない。

【００２３】気液分装置１に内蔵される金網状の補強材
３の片面に、中空糸膜２は、概ね０．１ｍｍ〜２．０ｍ
ｍの間隔で設置される。該間隔が０．１ｍｍ未満である
と、効果は変わらないが、液とガスが通過するにあた
り、圧力がかかり過ぎることおよび目詰まりが発生する
ことがあり、避けるべきである。また、２．０ｍｍを越
えると、気泡と中空糸膜の接触が不充分となり、気泡除
去能力が低下する場合があり、避けるべきである。中空
糸膜の内径は、通常、最大０．６ｍｍでその外径は、最
大１．０ｍｍが用いられるが、これに制限されることは
ない。

【００２４】気泡を含む液２０は、該間隔を流速０．０
００１ｍ／ｓ〜０．０１ｍ／ｓで通過する。この時、気
泡を含む液は、上記流速であるため、液は金網状の補強
材の隙間を通過し、一方、気泡は、金網状の補強材３上
に留められ、中空糸膜２の外部と接触し、減圧器６によ
り負圧にされた中空糸膜２の内部を通り、ガス２２とし
て排出される。なお、中空糸膜２は、ポリエチレン製等
で市販品として、例えば、三菱レイヨン（株）社製のス
テラポアー、ＮＯＫ（株）社製並びにジャパンゴアテッ
クス社製の脱気モジュール等から選択すればよい。

【００２５】以上のようにして気泡を含む液２０は、気
泡（ガス）２２と気泡を含まない液２１とに分離され
る。この時、気液分離装置１において、目詰まりを起こ
すことがある。該目詰まりは、気液分離装置１の入り口
７および出口８に設けられた差圧取り出し口９、１０に
より差圧が検知される。例えば、通常の差圧より３００
ｍｍ水柱差圧が上昇すれば、この図１には記載されてい
ないバルブを切り替え、入り口側と出口側を変更して、
詰まりを解消しながら、運転を続行することができる。
なお、上記例示した差圧は、種々異なる値を設定できる
もので、これに制限されるものではない。

【００２６】以下に実施例で本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されることはない。

【００２７】

【実施例】

実施例１ 図１に示す気液分離装置１を用いて実施した。該装置
は、縦３００ｍｍ，横２１０ｍｍ，高さ、１００ｍｍの
大きさであった。ユニット４は、３つを用いた。ユニッ
ト４を構成する中空糸膜２は、ポリエチレン製で、外径
１．０ｍｍ、内径０．６ｍｍで、２．０ｍｍ置きに設置
された。金網状の補強材３の材質は、ステンレス製で、
それぞれ２０メッシュ、１００メッシュ、２０メッシュ
の順で、該装置の底部から２５ｍｍ，５０ｍｍ、７５ｍ
ｍの位置に設置された。なお、中心に設置されたユニッ
ト４は、金網状の補強材３の両面に中空糸膜２を設置
し、残りのユニットは、片面にのみ設置した。まず、気
泡含有率が０ ｖｏｌ％の水を上記装置に満たした。つ
いで、気泡含有率が１ ｖｏｌ％である気泡を含む液２
０を入り口７から供給した。この時、中空糸膜２の隙間
を流速０．０００１ｍ／ｓで通過した。出口での気泡含
有率値は、上部が閉ざされ、容積を計測する目盛り付き
容器（例：メスシリンダーを逆さまに使用）を水中にて
水で満たし、そこに気液分離装置からの排水を通過さ
せ、容器内に捕捉された気体容積から算出した。結果を
表１に記載する。

【００２７】実施例２〜８ 実施例１の運転条件を種々変え実施した。結果を表１に
併記する。

【００２８】実施例９ 実施例１で差圧が１０００ｍｍ水柱になるまで、運転し
た。供給を入り口側から出口側に切り替え運転した。差
圧も１０００ｍｍ水柱から通常の値に落ちついた。結果
を表１に併記する。

【００２９】

【表１】

【００３０】比較例１ 実施例１のユニット１〜ユニット３のメッシュをそれぞ
れ２０、１００、２０から１０、１０、１０に変えた以
外は実施例１と同様に実施した。結果を表２に示す。

【００３１】比較例２ 実施例１の中空糸膜の隙間の流速を１×１０^−４ｍ／ｓ
から０．１ｍ／ｓに変えた以外は実施例１と同様に実施
した。結果を表２に併記する。

【００３２】比較例３ 実施例１の中空糸膜の隙間を０．１ｍｍ／ｓから４．０
ｍｍに変えた以外は実施例１と同様に実施した。結果を
表２に併記する。

【００３３】比較例４ 実施例４のユニット１〜ユニット３のメッシュをそれぞ
れ２０、１００、２０から１０、１０、１０変え、ま
た、中空糸膜の隙間を０．１ｍｍから２．０ｍｍに変
え、更に、中空糸膜の隙間の流速を１×１０^−４ｍ／ｓ
から２×１０^−３ｍ／ｓに変えた以外は実施例４と同様
に実施した。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【効果】本発明の微少重力環境下における気泡の除去方
法及び装置によると、以下の優れた効果を奏す。 （１）冷却配管系などに代表される水配管系内に何らか
の原因により循環水に気体が混入した場合、循環水の気
液分離が可能となった。 （２）約１ ｖｏｌ％の気泡含有率の液は勿論のことで
あり、５０ｖｏｌ％以上の気泡含有率の液も処理が可能
である。従って、通常運転中は勿論であるが、緊急事態
においても対処が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、微少重力環境下において、気泡を含む
液から気泡と気泡を含まない液に分離する気液分離装置
の斜視図である。

【図２】図２は、気液分離装置１を構成する金網状の補
強材３の片面に複数の中空糸膜２が一定距離を保たれ束
ねられたユニット４の１つを模式的に示した図である。

【図３】図３は、ユニット４を複数設けた様子を示した
模式図である。

【図４】図４は、金網状の補強材３の両面に複数の中空
糸膜２が一定距離を保たれ束ねられたユニット４の１つ
を模式的に示した図である。

【符号の簡単な説明】 １ 気液分離装置 ２ 中空糸膜 ３ 金網状の補強材 ４ ユニット ５ 連結管 ６ 減圧器 ７ 入り口 ８ 出口 ９、１０ 差圧取り出し口 ２０ 気泡を含む液 ２１ 気泡を含まない液 ２２ 気泡（ガス）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微少重力環境下で気泡が含まれる液から
   気泡と気泡を含まない液に分離するにあたり、 金網状の補強材に複数の中空糸膜が一定距離を保たれ束
   ねられ、１つのユニットとされた１つ以上のユニットを
   内蔵する気液分離器と、 該気液分離器を構成する中空糸膜から気泡を排出する機
   能と、 差圧を測定できる機能と自己洗浄できる機能と、から構
   成されることを特徴とする微少重力環境下における気液
   分離装置。
2. 【請求項２】 金網状の補強材の目の大きさが２５０メ
   ッシュ〜２０メッシュであることを特徴とする請求項１
   に記載の微少重力環境下における気液分離装置。
3. 【請求項３】 気液分離器に内蔵される複数のユニット
   の金網状の補強材の目の大きさが、気液分離器の中心に
   向かって順次小さくなるように設置されることを特徴と
   する請求項１および請求項２に記載の微少重力環境下に
   おける気液分離装置。
4. 【請求項４】 金網状の補強材に束ねられた中空糸膜と
   中空糸膜の隙間が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを
   特徴とする請求項１、請求項２および請求項３に記載の
   微少重力環境下における気液分離装置。
5. 【請求項５】 微少重力環境下で気泡が含まれる液から
   気泡と気泡を含まない液に分離するにあたり、 その入り口と出口の差圧を測定できる機能を有し、金網
   状の補強材に複数の中空糸膜が一定距離を保たれ束ねら
   れ、１つのユニットとされた１つ以上のユニットを内蔵
   した自己洗浄機能を有する気液分離器に気泡を含む液が
   供給され、該中空糸膜から気泡を排出し、気液分離器の
   出口から気泡を含まない液を得ることを特徴とする微少
   重力環境下における気液分離方法。
6. 【請求項６】 気液分離器の入り口と出口の差圧から気
   液分離器の気液分離器内のユニットの詰まりを検知し、
   検知後、該気液分離器の出口から入り口の方向に気泡を
   含む液が該気液分離器に供給され自己洗浄されることを
   特徴とする請求項５に記載の微少重力環境下における気
   液分離方法。