JPH119902A - 液体脱気用モジュール - Google Patents

液体脱気用モジュール

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JPH119902A
JPH119902A JP17025697A JP17025697A JPH119902A JP H119902 A JPH119902 A JP H119902A JP 17025697 A JP17025697 A JP 17025697A JP 17025697 A JP17025697 A JP 17025697A JP H119902 A JPH119902 A JP H119902A
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一成 酒井
Yasushi Tomita
康司 富田
Toshio Kanbe
利夫 神戸
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶存酸素を高度に脱気し、溶存酸素濃度を1
ppb以下のオーダー迄極度に低下させた水を、経済的
に効率よく多量に製造することができる液体脱気用モジ
ュールを提供する。 【解決手段】 中空糸の外側に水を流し、中空糸の内側
を減圧することにより、液体を脱気する外部還流型脱気
モジュールにおいて、中空糸膜の水蒸気透過速度が0.
5×10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg
以上5000×10-5cm3(STP)/cm2・sec
・cmHg以下であり、中空糸の有効長が中空糸の内径
の500倍以上5000倍以下であることを特徴とする
液体脱気用モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は隔膜を介して、液体
中、特に水中に存在する各種気体を除去する隔膜方式の
脱気に関し、各種溶存気体、特に溶存酸素の濃度を50
ppb以下、好ましくは10ppb以下、最も好ましく
は1ppb以下に脱気された超脱気水をコンパクトな装
置で極めて効率良く多量に製造する為の液体脱気用モジ
ュールに関する。
【0002】本発明は、例えばボイラーの供給用の脱酸
素水、半導体製造プロセスの超純水製造工程での脱酸
素、脱炭酸及び脱窒素に代表される各種溶存ガスの超脱
気及びリソグラフィー工程でのレジスト液及び現像液の
脱気や、ビルやマンション等の赤水防止、発電用水の脱
酸素や脱炭酸、医療用水の脱気や食品用水の脱酸素水の
製造等に利用出来る。
【0003】
【従来の技術】液体の脱気方法として従来より、加熱脱
気法、真空脱気法、ガス爆気法、還元剤を使用する化学
法、隔膜脱気法等が知られている。これらの中で隔膜脱
気法は脱気装置が小型、安価である事、取扱いが容易
で、メンテナンスが極めて容易である事、脱気に必要な
エネルギーが少ない等の優れた特徴を持っている。
【0004】隔膜脱気法として、例えば特開昭59−2
16606号公報においてシリコーンやポリテトラフル
オロエチレン等の合成樹脂からなる内径0.2mm程度
のチューブ状の膜、特開昭55−1816においてポリ
プロピレン多孔質中空糸膜、Journal of A
pplied Polymer Science、1
6、595−601(1972)においてポリ四弗化エ
チレン多孔質チューブ、ポリスルホン多孔質中空糸を用
いた脱気装置が提案されている。
【0005】また特開平2−107317公報には、中
空糸の内側に液体を流し中空糸の外側を減圧する、いわ
ゆる内部灌流型に比べ、中空糸の外側に接して液体を流
し、中空糸内側を減圧する、いわゆる外部灌流型の方が
溶存ガスの除去性能に優れるとが記載されている。特開
平5−245347、特開平5−245348には外部
灌流型において溶存ガス除去性能の改良手段が記載され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】液体、特に水に溶解し
ている各種気体の除去は各種腐食性金属配管の腐食防止
目的のみならず多くの目的で広範な産業分野で盛んに行
われており、その重要性も益々高くなってきている。例
えば半導体製造分野において、超純水中の溶存ガス、特
に酸素や炭酸ガスを除去することにより、例えば、超純
水製造装置に使用されているイオン交換樹脂や逆浸透膜
や限外ろ過膜等の細菌類の繁殖等によるスライム防止及
び酸化劣化防止効果等によるこれら樹脂及び膜の寿命延
長が図られる。さらに近年の半導体の高集積化に伴い、
超純水中の溶存酸素が半導体素子の製造課程においてシ
リコンウエハの不要な酸化を引き起こす等デバイスの性
能に悪影響を及ぼす事が指摘され益々超脱気の必要性が
高まっている。次世代の16Mbさらには64MB−D
−RAMの製造工程においては、溶存酸素濃度が10p
pb以下好ましくは1ppb以下が必要とされている。
【0007】また、電力分野においては、発電用タービ
ン用水として溶存酸素濃度50ppb以下及び溶存炭酸
ガス濃度100ppb以下が必要とされている。液体、
特に水の脱気は上述のごとく、多量の脱気水を、簡便
で、効率が良く且つ低運転コストで得る事の出来る脱気
技術の開発が切に要求されている。
【0008】しかしながら、従来より知られている加熱
脱気法、真空脱気法、窒素バブリング法、化学法は、装
置が大型になる、ランニングのコストが高い、高度の脱
気が困難である等いずれも満足のゆくものではなかっ
た。
【0009】また従来より提案されている隔膜脱気方法
は、高度の脱気が必要とされない領域においては脱気装
置がコンパクトであり、取り扱い及びメンテナンスが容
易であり、低ランニングコストである等、優れた特徴を
もっているものの、例えば半導体製造工程等において多
量の超純水を高度に脱気するためにはモジュール一本当
たりの処理量が極度に少ない、または、溶存酸素濃度が
100ppb程度にしか到達しない。
【0010】溶存酸素濃度を50ppb以下、好ましく
は10ppb以下、さらに好ましくは1ppb以下まで
高度に脱気するためには、膜の気相側を極めて低圧に保
つ必要がある。特に溶存酸素濃度を1ppb以下の脱気
を効率よく行うためには膜の気相側の圧力を脱気する水
の飽和水蒸気圧以下に保つ必要がある。かかる条件のも
とでは脱気されるガスと共に多量の水蒸気が膜を透過し
てくる。従って、大処理量の隔膜脱気装置には極めて大
容量の真空ポンプが必要となる欠点を有していた。さら
に透過してくる多量の水蒸気との関係で、使用できる真
空装置の種類が限定されること及び寿命短命化も大きな
問題であった。従って、これらの理由により満足のゆく
隔膜脱気方法はこれまで得られていない。
【0011】本発明は近年ますます要求水準が高くなる
液体、特に水からの各種気体の脱気に関する各産業から
の要求に鑑み、利点の多い隔膜脱気方式において、特に
溶存酸素濃度を50ppb以下、好ましくは10ppb
以下、最も好ましくは1ppb以下の高度脱気水を経済
的に効率よく多量に製造する事のできる液体脱気用モジ
ュールを提案することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、中空糸の
外側に液体を流し、中空糸の内側を減圧することによ
り、液体を脱気する外部灌流型脱気モジュールにおい
て、中空糸の内側の減圧排気の効率が脱気の能力に大き
く寄与することを見出した。減圧排気の効率には中空糸
膜の水蒸気透過速度と中空糸の有効長さ、内径が関係す
ることも見出した。
【0013】そこで、中空糸の水蒸気透過速度と中空糸
の有効長さ、内径の相関につて鋭意検討の結果、以下の
発明を完成するに至った。即ち、
【0014】請求項1の発明としては、中空糸の外側に
水を流し、中空糸の内側を減圧することにより、液体を
脱気する外部還流型脱気モジュールにおいて、中空糸膜
の水蒸気透過速度が0.5×10-5cm3(STP)/
cm2・sec・cmHg以上5000×10-5cm
3(STP)/cm2・sec・cmHg以下であり、中
空糸の有効長が中空糸の内径の500倍以上5000倍
以下(中空糸の両端から減圧する場合を基準として)で
あることを特徴とする液体脱気用モジュール。
【0015】請求項2の発明としては、中空糸膜の水蒸
気透過速度が2×10-5cm3(STP)/cm2・se
c・cmHg以上500×10-5cm3(STP)/c
2・sec・cmHg以下である請求項1記載の液体
脱気用モジュール。
【0016】請求項3の発明としては、中空糸膜の酸素
透過速度が0.5×10-5cm3(STP)/cm2・s
ec・cmHg以上5000×10-5cm3(STP)
/cm2・sec・cmHg以下である請求項1又は2
記載の液体脱気用モジュール。
【0017】請求項4の発明としては、中空糸膜の酸素
透過速度が8×10-5cm3(STP)/cm2・sec
・cmHg以上500×10-5cm3(STP)/cm2
・sec・cmHg以下である請求項3記載の液体脱気
用モジュール。
【0018】請求項5の発明としては、中空糸膜がポリ
(4−メチルペンテン−1)樹脂を素材とする中空糸不
均質膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1つに記載の液体脱気用モジュール。
【0019】請求項6の発明としては、水中の溶存酸素
濃度を50ppb以下まで除去すること目的とする請求
項1〜5のいずれか1つに記載の液体脱気用モジュー
ル。
【0020】請求項7の発明としては、中空糸の内側
を、脱気する水の温度における水蒸気圧に5mmHgを
加えた圧力以下に減圧することを目的とする請求項1〜
6のいずれか1つに記載の液体脱気用モジュール。
【0021】等である。このような液体脱気用モジュー
ルを用い、中空糸の内側を脱気する水の温度における水
蒸気圧に5torrを加えた圧力以下に減圧することに
より、驚くべき事に、特に溶存酸素濃度50ppb以
下、更に好ましくは10ppb以下、最も好ましくは1
ppbの超脱気水を、多量に、効率良く、且つこれまで
困難であった極めて小容量の真空ポンプの使用で実現可
能とされるに至った。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の典型的なもの
および最良の状態は後記実施例に具体的に示されるが、
その標準的な一例としては次の通りである。
【0023】ポリ(4−メチルペンテン−1)を素材と
し、酸素透過速度が約10×10-5cm3(STP)/
cm2・sec・cmHg、水蒸気透過速度が約12×
10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHgで外
径約215μm、内径約136μmの中空糸不均質膜を使
用し、30デニールのポリエステルのマルチフィラメン
トを縦糸として、中空糸打ち込み本数58本/吋の簾状
シートを調製し、中空糸の有効長450mm、中空糸外
径基準膜面積90m2で、簾巻き層の相当直径が約25
5mmとなるよう簾を多孔パイプにスパイラル状に巻き
付け、モジュールケース内に組み込んだ図1に示す構造
を有する液体脱気用モジュールに、毎分40リットルの
流量で25℃の水を流し、消費電力1.5kw、排気風
量毎分400リットルのアレスコ岩田製スクロールドラ
イ真空ポンプにて真空度20mmHgに減圧することに
より、溶存酸素濃度を1ppbまで連続的に除去するこ
とができる。
【0024】次に、本発明を実施する上で選択可能な各
構成要件等について更に詳細に説明する。本発明の中空
糸の寸法は、中空糸の両端から減圧する場合を基準とし
て中空糸の有効長が中空糸の内径の500倍以上500
0倍以下になるように適当に選択すれば特に制限は無
い。500倍以下であれば充分な膜面積が得られず、た
とえ十分な排気能力を有する大型の真空ポンプを使用し
たとしても多量の水を溶存酸素濃度を数ppb以下まで
脱気する事が困難となる。5000倍以上であれば、た
とえ十分な排気能力を有する大型の真空ポンプを使用し
たとしても水中の溶存酸素濃度を数ppb以下まで脱気
する事が困難となる。
【0025】中空糸の片端から減圧排気する場合、中空
糸の有効長は、両端排気の場合の2分の1を目安とし、
中空糸の内径の500倍以上2500倍以下になるよう
に適当に選択することが好ましい。
【0026】中空糸の有効長とは、中空糸の、外表面が
水に接触する部分の長さをいう。中空糸型のモジュール
においては中空糸の端部が接着剤でシールされている。
シールされていることにより外表面が水に接触しない部
分の長さは有効長に含めない。 中空糸の内径及び有効
長がモジュール内で不均一である場合は、中空糸の有効
長の平均値が中空糸の内径の平均値の500倍以上、5
000倍以下であれば良い。
【0027】中空糸の外径に特に制限はないが、80μ
m〜370μmであることが好ましく、さらに好ましくは
150μm〜280μmである。また中空糸膜の内径は4
0μm〜290μmが好ましく、さらに好ましくは80
μm〜250μmである。
【0028】本発明に記載の膜モジュールに使用する中
空糸は通常の使用条件において実質的に液体として水を
透過させず、膜の水蒸気透過速度が0.5×10-5〜5
000×10-5cm3(STP)/cm2・sec・cm
Hg 、好ましくは2.0×10-5〜500×10-5cm
3(STP)/cm2・sec・cmHgであることを特
徴とする。水蒸気の透過速度が5000×10ー5cm3
(STP)/cm2・sec・cmHgを越えると、排
気能力の極めて高い大型の真空ポンプが必要となるばか
りでなく、中空糸の外側に水を流しつつ中空糸の内側を
減圧に保ち脱気を行ういわゆる外部潅流方式で脱気しよ
うとした場合、たとえ十分な排気能力を有する大型の真
空ポンプを使用したとしても水中の溶存酸素濃度を数p
pb以下まで脱気する事が困難となる。水蒸気透過速度
が0.5×10-5cm3(STP)/cm2・sec・c
mHgを下回ると、脱気したいガスの透過速度も低くな
りすぎ水中の溶存酸素濃度を数ppb以下まで脱気する
事が困難となる。
【0029】また本発明に記載の膜の水蒸気透過速度
は、膜の一方の側に水を流し、膜の反対側を減圧し、透
過してきた水をコールドトラップに捕捉しその量を測定
する事により求める。この際膜の両側の水蒸気の圧力差
は、便宜的に水のその温度での飽和水蒸圧から減圧側の
真空圧力を減じた値とする。
【0030】本発明に記載の膜モジュールに使用する中
空糸は、酸素透速度が0.5×10 -5cm3(STP)
/cm2・sec・cmHg〜5000×10-5cm
3(STP)/cm2・sec・cmHgであればよい。
膜の酸素透過速度は除去する気体の種類、水温、操作圧
力等の条件により該範囲内で適切なものを選択できる。
好ましくは膜の酸素透過速度が8×10-5cm3(ST
P)/cm2・sec・cmHg〜500×10-5cm3
(STP)/cm2・sec・cmHgの範囲であり、
さらに好ましくは、10×10-5〜100×10-5cm
3(STP)/cm2・sec・cmHgの範囲である。
【0031】酸素透過速度が大きい膜は一般には微多孔
膜となるが、酸素透過速度が5000×10-5cm
3(STP)/cm2・sec・cmHg以上であると、
例えば加圧された水の脱気及び界面活性剤等を含む水か
らの脱気等の脱気条件によっては水が液体として漏れ出
す場合があり好ましくない。
【0032】ここで膜自身の気体の透過速度の測定はA
STM−D1434に準拠して容易に行われる。モジュ
ールの脱気性能は隔膜の酸素透過速度が高くなるにつれ
一般に向上するが、水蒸気の透過速度も大きなものとな
る。両特性のバランスに優れた隔膜を選択する事が重要
である。
【0033】本発明に使用する中空糸の素材及び構造及
び形態等特に制限は無いが、膜素材は疎水性の高い素材
が好ましい。例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレ
ン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロ
アルコキシフッ素樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン
等の各種フッ素樹脂、ポリブテン系樹脂、シリコーン系
樹脂、ポリ(4−メチルペンテン−1)系樹脂等の素材
が好適に挙げられる。また膜構造も、微多孔膜、均質
膜、不均質膜、複合膜、ポリプロピレン微多孔膜等層で
ウレタン等の薄膜をサンドイッチしたいわゆるサンドイ
ッチ膜等いずれも使用できる。
【0034】特にポリ(4−メチルペンテン−1)系樹
脂を素材とする中空糸不均質膜は酸素、窒素、炭酸ガス
等のガス透過性に優れ且つ水蒸気バリヤー性が高く最も
好ましい。本不均質膜については、例えば特公平2−3
8250号公報、特公平2−54377号公報、特公平
4−15014号公報、特公平4−50053号公報及
び特開平5−6656号公報等に詳しく述べられてい
る。
【0035】ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹
脂及びポリフッ化ビニリデン系樹脂等を素材とする膜の
ごとくその素材のガス透過性が低く、従って液体の脱気
用途に適用するためには微多孔構造を取り、その多孔部
分により脱気せざる得ない様な膜と比較し、ポリ(4−
メチルペンテン−1)系樹脂を素材とする本不均質膜
は、素材自体気体透過性が十分高く、また緻密層部の膜
厚が十分に薄く、膜表面全体が脱気に寄与する事がで
き、結果として実質的な膜面積が大きくなり極めて好ま
しい。
【0036】また、このポリ(4−メチルペンテン−
1)系樹脂からなる不均質膜は、高い脱気体性能を有し
つつ膜壁を貫く連通細孔の孔径及びその開孔面積が極め
て小さく、従ってPPやPEの微多孔膜に比べ水蒸気の
バリヤー性に極めて優れた性能を有する。
【0037】さらに、実質的に膜を貫く連通細孔が全く
無いポリ(4−メチルペンテン−1)系樹脂からなるい
わゆる非多孔不均質膜も必要に応じて脱気膜に適用でき
る。かかる非多孔不均質膜は例えば半導体製造用の現像
液やレジスト液等の界面活性剤や膜を濡らす溶剤を含む
液体の脱気用途に好適である。
【0038】本発明の中空糸の内側は、脱気する液体の
飽和蒸気圧を5mmHg越えた圧力以下の減圧に保つこ
とが好ましく、更に好ましくは飽和蒸気圧以下であるこ
とが好ましい。また、減圧は、単に真空ポンプで排気す
るのみでも良いが、適切なスイープガスを流しながら真
空ポンプで排気しても良い。特定のガスのみを除去する
場合には、スイープガスを併用する方法は有効である。
例えば、溶存酸素のみを除去することが重要な場合は、
スイープガスとして窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス
等が有効に用いられる。
【0039】尚、片端からスイープガスを流し他端から
減圧排気する場合の中空糸の有効長と内径の比率は、両
端から減圧排気する場合の基準に従う。脱気する水の温
度に特に制限はないが、水温は高いほうが好ましい。水
温が高い場合、脱気効率を上げ多量の水を効率良く脱気
する事ができるばかりでなく、水温を高めることによ
り、飽和水蒸気圧も上昇し、したがって膜の気相側の真
空圧力をその分高くても脱気が可能となる。これにより
真空装置の負荷を軽減する事ができ、従って真空装置の
小型化も可能となる。脱気する水の温度は10℃〜50
℃が好ましくさらに好ましくは20℃〜50℃である。
【0040】本発明のモジュールの構造及び中空糸膜の
充填方法は脱気される水に遍流が発生しないように構成
されておれば良く、例えば特開平2−102714号公
報等にいくつかのモジュール構造が開示されている。
【0041】当該公報に記載の外部潅流型モジュール
は、脱気する水の遍流を容易に抑制でき、且つ耐圧性に
優れ、構造が単純であり、また製造が容易である特徴を
有する。
【0042】中空糸の充填方法に制限はなく、中空糸を
不織布体、編み物、織物、好ましいくは中空糸膜を緯糸
または経糸とし、他の糸たとえばポリエステル等からな
るモノフィラメント糸またはマルチフィラメント糸を経
糸緯糸として組織された編み物または織物としてケース
に充填することが好ましい。本発明に記載の外部潅流モ
ジュール構造の好ましい実施形態の一例のモデル図を図
1に示す。
【0043】本発明のモジュールの接続の仕方も並列、
直列どちらでも良いが、脱気する水の流動圧力損失が許
容できる範囲であれば、直列につなぐほうが膜面積あた
りの脱気効率を高めることができより好ましい。
【0044】
【実施例】次に実施例、比較例により本発明を具体的に
説明するが、本発明はこれにより何等限定されるもので
はない。
【0045】実施例1 ポリプロピレンを素材とする酸素透過速度が約820×
10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg、水
蒸気透過速度が1000×10-5cm3(STP)/c
2・sec・cmHgで外径約300μm、内径約2
10μmの中空糸微多孔膜を横糸とし、30デニールの
ポリエステルのマルチフィラメントを縦糸として、中空
糸打ち込み本数58本/吋の簾状シートを調製し、中空
糸有効長400mm、中空糸外径基準膜面積30m
2で、簾巻き層の厚みが約55mmとなるよう簾を多孔
パイプにスパイラル状に巻き付け、モジュールケース内
に組み込んだ図1に示す構造を有する外部潅流型モジュ
ール1を作成した。中空糸の有効長は、中空糸内径の約
1900倍となっている。
【0046】図3にモジュールの脱気装置のフローを示
す。モジュールの入り口より水温25℃の空気飽和水を
流し、 図中12に示す排気速度約毎分400リットル
のスクロールドライ真空ポンプを使用し、中空糸内孔を
中空糸両端から排気したところ、気相側圧力が20mm
Hgに到達した。モジュールの出口の溶存酸素濃度(D
o値)をポーラグラフィック酸素計により測定した。Do
値が約20ppbに脱気された水を約0.5t/hr得
ることが出来た。さらにDo値約35ppbに脱気され
た水を約1.5t/hr得ることが出来た。
【0047】実施例2 実施例1と同一の簾状シートを使用し、中空糸有効長7
00mm、中空糸外径基準膜面積30m2で、簾巻き層
の厚みが約35mmとなるよう簾を多孔パイプにスパイ
ラル状に巻き付け、モジュールケース内に組み込んだ図
1に示す構造を有する外部潅流型モジュール2を作成し
た。中空糸の有効長は、中空糸内径の約3333倍とな
っている。モジュールの入り口より水温25℃の空気飽
和水を流し、実施例1と同様にして中空糸内孔を中空糸
両端から排気したところ、気相圧力が23mmHgに到
達した。モジュールの出口の溶存酸素濃度(Do値)を
ポーラグラフィック酸素計により測定した。Do値が約
30ppbに脱気された水を約0.5t/hr得ること
が出来た。さらにDo値約47ppbに脱気された水を
約1.5t/hr得ることが出来た。
【0048】実施例3 ポリ(4−メチルペンテン−1)を素材とし、酸素透過
速度が約20×10-5cm3(STP)/cm2・sec
・cmHg、水蒸気透過速度が25×10-5cm3(S
TP)/cm2・sec・cmHgで外径約250μm、
内径約190μmの中空糸不均質膜を使用し、中空糸有
効長500mm、、中空糸外径基準膜面積40m2、簾巻
き層の厚みが約55mmとなるよう簾を多孔パイプにス
パイラル状に巻き付け以外は実施例1と同様にして外部
潅流型モジュール3を得た。中空糸の有効長は、中空糸
内径の約2632倍となっている。モジュールの入り口
より水温25℃の空気飽和水を流し、実施例1と同様に
して中空糸内孔を排気したところ、気相圧力が18mm
Hgに到達した。また、気相側圧力、水の流量を種々変
更した実験を行った。
【0049】結果を図5のグラフ1をに示す。Do値が
約0.5ppbまで脱気された水を約1t/hr得るこ
とが出来た。さらに、Do値が約50ppbに脱気され
た水を2t/hr得ることが出来た。
【0050】実施例4 ポリエチレンを素材とし、酸素透過速度が約2500×
10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg、水
蒸気透過速度が3700×10-5cm3(STP)/c
2・sec・cmHgで外径約350μm、内径約25
0μmの中空糸不均質膜を使用し、中空糸有効長100
0mm、、中空糸外径基準膜面積40m 2、簾巻き層の厚
みが約35mmとなるよう簾を多孔パイプにスパイラル
状に巻き付け以外は実施例1と同様にして外部潅流型モ
ジュール4を得た。中空糸の有効長は、中空糸内径の約
4000倍となっている。
【0051】モジュールの入り口より水温30℃の空気
飽和水を流し、実施例1と同様にして中空糸内孔を排気
したところ、気相圧力が35mmHgに到達した。モジ
ュールの出口の溶存酸素濃度(Do値)をポーラグラフ
ィック酸素計により測定した。Do値が約40ppbに
脱気された水を約1t/hr得ることが出来た。さらに
Do値約45ppbに脱気された水を約1.5t/hr
得ることが出来た。
【0052】実施例5 ポリエチレンを素材とし、酸素透過速度が約3000×
10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg、水
蒸気透過速度が4500×10-5cm3(STP)/c
2・sec・cmHgで外径約250μm、内径約19
0μmの中空糸微多孔膜を横糸として、30デニールの
ポリエステルマルチフィラメントを縦糸として、中空糸
不均質膜の打ち込み本数約70本/吋の簾を調製し、中
空糸有効長を150mmとし、中空糸外径基準膜面積7
2、簾の積層厚み50mmで、図2に示すモジュールケ
ース内に組み込んだ外部潅流型モジュール5を作成し
た。中空糸の有効長は、中空糸内径の約790倍となっ
ている。
【0053】モジュールの入り口より水温20℃の溶存
酸素濃度500ppbの水を流し、第3図中に示す排気
速度約毎分70リットルの水封式真空ポンプを使用し、
中空糸内孔を中空糸両端より排気したところ、気相圧力
が20mmHgに到達した。
【0054】モジュールの出口の溶存酸素濃度(Do
値)をポーラグラフィック酸素計により測定した。Do
値が約5ppbに脱気された水を約0.5t/hr得る
ことが出来た。さらに、Do値が30ppbに脱気され
た水を1t/hr得ることができた。
【0055】実施例6 外部灌流型モジュール1を使用し、モジュールの入り口
より水温25℃の空気飽和水を流し、図4に示すように
中空糸の片方から窒素ガスを毎分5mlの流量で流入さ
せ、排気速度約毎分400リットルのスクロールドライ
真空ポンプを使用し、中空糸の他端内孔を排気したとこ
ろ、気相側圧力が27mmHgに到達した。モジュール
の出口の溶存酸素濃度(Do値)をポーラグラフィック
酸素計により測定した。Do値が約18ppbに脱気さ
れた水を約0.5t/hr得ることが出来た。さらにD
o値約30ppbに脱気された水を約1.5t/hr得
ることが出来た。
【0056】比較例1 実施例1と同一の簾状シートを使用し、中空糸有効長1
200mm、中空糸外径基準膜面積50m2で、簾巻き
層の厚みが約35mmとなるよう簾を多孔パイプにスパ
イラル状に巻き付け、モジュールケース内に組み込んだ
図1に示す構造を有する外部潅流型モジュール6を作成
した。中空糸の有効長は、中空糸内径の約5714倍と
なっている。
【0057】実施例1と同様にして中空糸内孔を中空糸
両端より排気したところ、気相圧力が23mmHgに到
達した。モジュールの出口の溶存酸素濃度(Do値)を
ポーラグラフィック酸素計により測定した。水の流量を
種々変化させた場合の結果を図6のグラフ2に示す。水
の流量を種々変化させてもDo値は最小で70ppbに
到達するのみであった。
【0058】比較例2 実施例1と同一の簾状シートを使用し、中空糸有効長8
0mm、中空糸外径基準膜面積3m2で、簾巻き層の厚
みが約50mmとなるよう簾を多孔パイプにスパイラル
状に巻き付け、モジュールケース内に組み込んだ図1に
示す構造を有する外部潅流型モジュール7を作成した。
中空糸の有効長は、中空糸内径の約380倍となってい
る。
【0059】実施例1と同様にして中空糸内孔を中空糸
両端より排気したところ、気相圧力が18mmHgに到
達した。モジュールの出口の溶存酸素濃度(Do値)を
ポーラグラフィック酸素計により測定した。水の流量が
0.5t/hrではDo値は70ppbに到達するのみ
であった。水の流量0.2t/hrにおいてDo値が3
0ppbに到達する。
【0060】比較例3 ポリプロピレンを素材とする酸素透過速度が約6000
×10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg、
水蒸気透過速度が8000×10-5cm3(STP)/
cm2・sec・cmHgで外径約350μm、内径約
260μmの中空糸微多孔膜を横糸とし、30デニール
のポリエステルのマルチフィラメントを縦糸として、中
空糸打ち込み本数58本/吋の簾状シートを調製し、中
空糸有効長400mm、中空糸外径基準膜面積20m2
で、簾巻き層の厚みが約55mmとなるよう簾を多孔パ
イプにスパイラル状に巻き付け、モジュールケース内に
組み込んだ図1に示す構造を有する外部潅流型モジュー
ル8を作成した。中空糸の有効長は、中空糸内径の約1
538倍となっている。
【0061】実施例1と同様にして中空糸内孔を中空糸
両端より排気したところ、気相圧力が23mmHgに到
達した。モジュールの出口の溶存酸素濃度(Do値)を
ポーラグラフィック酸素計により測定した。水の流量を
種々変化させてもDo値は最小で100ppbに到達す
るのみであった。高度脱気水を多量に製造することは困
難である。
【0062】比較例4 ポリ(4−メチルペンテン−1)を素材とし、酸素透過
速度が約0.1×10 -5cm3(STP)/cm2・se
c・cmHg、水蒸気透過速度が0.3×10 -5cm3
(STP)/cm2・sec・cmHgで外径約250
μm、内径約190μmの中空糸均質膜を使用し、中空糸
有効長500mm、、中空糸外径基準膜面積40m2、
巻き層の厚みが約55mmとなるよう簾を多孔パイプに
スパイラル状に巻き付け以外は実施例1と同様にして外
部潅流型モジュール9を得た。中空糸の有効長は、中空
糸内径の約2632倍となっている。モジュールの入り
口より水温25℃の空気飽和水を流し、実施例1と同様
にして中空糸内孔を中空糸両端より排気したところ、気
相圧力が5mmHgに到達した。水の流量を種々変化さ
せてもDo値は最小で150ppbに到達するのみであ
った。
【0063】
【発明の効果】本発明は以上の如きものであるから、本
発明液体脱気用モジュールを用いて、種々の液体中の種
々の溶存気体の分離・脱気すること、例えば特に水の中
に存在する各種気体を高度に除去・脱気することが可能
とされ、各種溶存気体、特に水中溶存酸素の濃度を、中
空糸の内側気圧を脱気する水の温度における水蒸気圧に
5torrを加えた圧力以下に減圧することにより、驚
くべき事に、50ppb以下、好ましくは10ppb以
下、最も好ましくは1ppb以下に脱気することができ
る。
【0064】しかも本発明モジュールは、超脱気水をコ
ンパクトな装置で、即ち極めて小容量の真空ポンプの使
用で極めて効率良く多量に製造することができる。従っ
て本発明は、例えばボイラーの供給用の脱酸素水、半導
体製造プロセスの超純水製造工程での脱酸素、脱炭酸及
び脱窒素に代表される各種溶存ガスの超脱気及びリソグ
ラフィー工程でのレジスト液及び現像液の脱気や、ビル
やマンション等の赤水防止、発電用水の脱酸素や脱炭
酸、医療用水の脱気や食品用水の脱酸素水の製造等に利
用出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例及び比較例で用いた外部潅流型中空糸膜
モジュールの第1のタイプのモデル図である。
【図2】実施例及び比較例で用いた外部潅流型中空糸膜
モジュールの第2のタイプのモデル図である。
【図3】本発明の実施例及び比較例で用いた脱気モジュ
ールの評価システムの第1のタイプの概念図である。
【図4】本発明の実施例及び比較例で用いた脱気モジュ
ールの評価システムの第2のタイプの概念図である。
【図5】本発明の実施例3で達せられた脱酸素特性を示
すグラフである。
【図6】比較例1で達せられた脱酸素特性を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 キャップ 2 脱気口 3 中空糸膜簾 4 ハウジング 5 原水入口 6 樹脂封止部 7 脱気処理水出口 8 多孔パイプ 9 膜モジュール 10 真空圧力計 11 コンダクタンスバルブ 12 真空ポンプ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空糸の外側に水を流し、中空糸の内側
    を減圧することにより、液体を脱気する外部還流型脱気
    モジュールにおいて、中空糸膜の水蒸気透過速度が0.
    5×10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg
    以上5000×10-5cm3(STP)/cm2・sec
    ・cmHg以下であり、中空糸の有効長が中空糸の内径
    の500倍以上5000倍以下(中空糸の両端から減圧
    する場合を基準として)であることを特徴とする液体脱
    気用モジュール。
  2. 【請求項2】 中空糸膜の水蒸気透過速度が2×10-5
    cm3(STP)/cm2・sec・cmHg以上500
    ×10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg以
    下である請求項1記載の液体脱気用モジュール。
  3. 【請求項3】 中空糸膜の酸素透過速度が0.5×10
    -5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg以上50
    00×10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmH
    g以下である請求項1又は2記載の液体脱気用モジュー
    ル。
  4. 【請求項4】 中空糸膜の酸素透過速度が8×10-5
    3(STP)/cm2・sec・cmHg以上500×
    10-5cm3(STP)/cm2・sec・cmHg以下
    である請求項3記載の液体脱気用モジュール。
  5. 【請求項5】 中空糸膜がポリ(4−メチルペンテン−
    1)樹脂を素材とする中空糸不均質膜であることを特徴
    とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の液体脱気用
    モジュール。
  6. 【請求項6】 水中の溶存酸素濃度を50ppb以下ま
    で除去すること目的とする請求項1〜5のいずれか1つ
    に記載の液体脱気用モジュール。
  7. 【請求項7】 中空糸の内側を、脱気する水の温度にお
    ける水蒸気圧に5mmHgを加えた圧力以下に減圧する
    ことを目的とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の
    液体脱気用モジュール。
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