JPS61101405A

JPS61101405A - 酸素富化器

Info

Publication number: JPS61101405A
Application number: JP22121884A
Authority: JP
Inventors: Mikio Nishikawa; 西川　幹雄; Kenji Ishimaru; 石丸　賢治
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1984-10-23
Publication date: 1986-05-20

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」本発明は窒素より大きい速度で酸素を透過させることが
できる選択透過膜を用い、大気から酸素の豊富な空気を
安定して効率よ（得る装置に関するものであり、特に医
療用、吸入用に使用するに適した中空糸状の薄膜による
酸素富化器に関するものである。

「従来の技術」近年ぜんそく、肺気腫症、慢性気管支炎等の呼吸器系器
官の疾患に苦しむ患者か多く、その最も効果的な治療法
の一つとして酸素吸入法がある。また手術後やスポーツ
の後の体力回復にも酸素吸入は有効なものである。

しかしこの酸素吸入法において６０％以上の高酸素濃度
空気を吸入させると、治療効果より副作用として肺炎症
状や神経障害等を起し、害になることが知られており、
酸素濃度は長時間吸入しても安全である５０％以下が一
般に用いられる。

酸素源としては現在深冷分離法によって得た純酸素をボ
ンベにつめて供給する方法、あるいをｉ液化酸素を直接
蒸発させて配管により供給する方法かとられているか、
純酸素ガスを空気で混合稀釈して所望の酸素０度に下げ
ること、酸素切れの監視、純酸素ガスによる火気管理の
較しさ、あるいは高圧ボンベの取扱い等管理の厳しさが
要求され、また、取換えや運搬に煩雑さがある。

そのためこの方式は一般家庭で使用することは困難であ
る。

そこで大気より連続的に酸素富化空気を得ることができ
、しかもその富化空気が長時間吸入しても安全な５０％
以下の酸素濃度であり、かつ家庭内でも容易かつ安全に
使用できるような酸素富化器か開発できれば、長期に亘
る呼吸器官疾患者にとって極めて望ましいことである。

このような要求にかなう酸素富化器として窒素より大き
い速度で酸素を透過させることができる選択性透過膜を
用いた膜法による富化器がすでに提案されている（例え
ば特開昭５１−６８７６号公報、４Ｉ開昭５１−５２９
１号公報。

特開昭５７−８２１０５号公報、米国特許第４．１７４
，９５．５号明細書参照）。

もつとも、従来技術におけるこれら膜の形状は平膜であ
り、この平膜エレメントを幾層にも積層して分離膜モジ
ュールとして使用している。

既述したように、慢性の呼吸器疾患をもつ患者の立場か
らみると、ｉｓ２素富化器は一般家庭で使用できる取扱
いの簡便なものであって、患者の居住場所にあって自在
に利用できるものであることが要求される。即ち、酸素
富化器はコンパクトで機能を満足でき、しかも低騒音で
あり、富化空気量や酸素濃度が安定していること、故障
が少なく耐久性が優れていること等が要求特性となる。

富化器をコンパクトにするためには、その構成部分であ
る分離膜モジュールの容積を小さくすることも一つの重
要な方策であり、それにはモジュール容積当りの膜面積
が平膜より大きい中空糸膜の利用が好ましいことか予測
できる。

しかしながら、従来の中空糸膜は透過性が小さいため所
定流量の富化空気を得るためには膜面積を大とすること
が避けられず、モジュール容積を小さくできないこと、
あるいは酸素と窒素との選択性か小さくて吸入に充分な
酸素濃度か得られないことなどの理由によっ°Ｃ１医療
用の酸素富化器としては未だ実用されていない。

〔発明の目的及び課題〕

本発明の目的は、高透過性でありかつ高選択性の中空糸
膜な用いた酸素富化器を提供することである。この中空
糸膜型酸素富化器として、高性能であって、小型であり
、低騒音と耐久性とを備えたものを提供することも目的
の一つである。

中空糸膜か液体分離膜として使用できることは、食品工
業や医療用途で知られている。例えば、人工腎臓に供せ
られる透析器では中空糸膜が多用されている。

本発明の利用分野である気体分離装置の要部として、液
体分離膜に洪し得る中空糸膜を応用することは意外に困
難であることが判明している。この原因は、中空糸モジ
ュールの外側に大気を流すとき、中空糸が相互に重なり
合って、その間隙が極めて狭くなることがあり、気体分
離効率が低下することである。他の原因として、大気中
には塵埃があって、前述の中空糸間隙の狭い部分にこの
塵埃が詰まることがあり、人工腎臓の如き血液透析には
全くない問題が存在する。従来から使用されている中空
糸型血液透析器は、繰返し使用されることが殆どなく、
耐久性が要求されることがなかったが、酸素富化器は相
当の期間にわたり使用できるものでなければならず、新
たな課題がある。

中空糸膜％ジュールの内情に大気を流す場合は、中空糸
の内径が数十μｍ〜数百μｍのものであるから、上記の
塵埃による中空糸の詰まりの問題が一層大きくなる。

従って、酸素富化器にあっては、単に分離膜の機能が優
れているのみでは実用性がなく、フィルターによる大気
中の塵埃の除去と、膜モジュールの性能を維持し、流量
低下を抑制する技術を伴うことが要求される。

本発明は、これらの聞漏を解決して、中空糸膜を酸素富
化器に使用する途を拓いたものである。

〔発明の構成及び効果〕

本発明は、大気より酸素富化空気を得る酸素富化器であ
って、（１）選択的酸素透過性の膜セルの配列を収納したモジ
ュールと、（１１）　　該モジエールに大気の流れを生じさせる手
段と、０ｉｉ）　　該モジュールの膜セルの内部を減圧にして
酸素富化空気を取りだすための減圧手段と、ｈ）　　該
減圧手段から出てくる酸素富化空気に含まれる過剰の水
や不純物を除去するための分離および排出するための手
段とより主として構成される構造において、（１）　　モジ
エール内の膜セルが多数本からなる中空糸状であり、か
つ該中空糸状膜セルが多孔質の中空支持体の内表面又は
外表面に設けられた高透過性および高選択性の碩薄界面
重合膜であり、しかも（２）大気中に含まれる践埃等を除去して該モジュール
に大気を送りこむ構造を備えたことを特徴とする酸素富化器である。

このような本発明の富化器の構成の特徴とその効果を以
下説明する。

（ａ）　　コンパクト、軽量であること：モジュール内
の膜セルが多孔質支持体上に設けられた極薄の界面重合
膜で高透過性・高選択性を有していて、必要とする膜面
積を小さくでき、かつその形状が、モジュール容積当り
の膜面積が一番犬きい、（言いかえれば一定膜面積でモ
ジュール容積を最小にできる）中空糸状であること、また膜セルは多孔質支持体表面上に薄膜を設けたもので
あり、膜セルの全体を収納する容器以外は他の支持体な
どを特に必要とせず軽量にできること、等がその特徴である。従って、小型軽量の酸素富化器を
造ることができる。

（ｂ）　　耐久性があること；大気中の塵埃等を除去して清浄化された大気を膜表面に
流しており膜表面の汚染による性能低下、特に流量低下
を防止できる構成であること、また特に中空糸支持体の内面に界面膜を設けたとき中空
糸の内側に、膜の透過量に対して所定倍率の流量の、大
気を流す必要があるか、この場合管内の流体（大気）速
度は大きくなり除去しきれなかった大気中に含まれる塵
埃の付着か起こり罠りクなり耐久性が向上することとな
る。

つぎに本発明の１化器の各構成要素について詳述する。

囚　膜セルモジュール：モジュールは多数の膜セルの配列よりなり、この膜セル
は中空糸状である。本発明の膜は多孔質中空糸支持体の
内表面又は外表面に設けられた選択的分離能を有する界
面重合膜である。

本発明の酸素富化器の利用目的は酸素吸入に使用するた
めであり、治療効果の最も高〜）適切な酸素濃度である
ことか、その特徴の一つである。

吸入用の酸素富化器として必要な酸素濃度は少な°くと
も３０％、好ましくは３５％以上であり、さらに好まし
くは４０％以上である。

大気を膜分離して得られる酸素富化空気の酸素濃度は、
膜の両側の圧力比や供給空気量などの操作条件によって
変るが、膜の酸素／窒素の選択性によって根本的に決定
されるものである。上記の適切な酸素濃度を得るために
は本発明の膜の酸素／窒素の選択性（酸素透過速度／窒
素透過速度）は少なくとも３、好ましくは３．５以上、
更に好ましくは３．８以上である。

本発明の富化器はコンパクトであることにその特徴かあ
るか、これを達成するには膜の透過性が重要である。

本発明の膜の酸素透過速度は２０℃で測定し少なくとも
２　Ｘ　１０”’−５ＣＣ／ｃｌ−３ｅｅ−ｃａＨ９、
好ましくは５　Ｘ　１０　　ｃｃ／ｃ＋ｄ　、ｓｅｃ＊
（２１（ＪＦ以上、更に好ましくはＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’
　ＣＣ／ｄ　−５ｅｃ　”　ａｎＨＩ以上である。

酸素透過速度が２　Ｘ　１０　　（Ａ／ｄ・５ｅｃ−ｃ
ａＨＩ未満の場合、透過性が小さいため富化器として必
要な富化空気量を得るには、膜面積を大きくせざるを得
す、中空糸状膜形態であってもモジュールの容積は大き
くなりコンノくクトにはならない。

酸素／窒素の選択性と好ましい気体透過性とを備えた機
能膜は、多孔質中空糸の表面に形成される。このような
複合膜の製造法として、従来技術では、多孔質中空糸支
持体上にポリマー溶液をコーティングしたり、あるいは
シリコーン前駆体をコーティングしてから硬化させる複
合膜があるが、ポリマー浴液のコーティング法では膜欠
陥が生じ易く、この膜欠陥の形成を防止するために膜厚
を大とすると、結局酸素透過速度が低下してしまう。

また硬化型シリー−ンの場合には、素材棲自体の酸素透
過係数が大きいため、膜厚が肥大しても許容できそうに
思われるが、複合膜の酸素透過速度が高くても酸素窒素
の選択性が２程度と小さく、本発明の酸素富化器として
は酸素富化能力が不足して、使用できない。

本発明者による鋭意検討の結果、多孔質中空糸支持体の
内表面又は外表面に界面重合した複合膜にあっては、選
択性の大きい素材の系を選んで重合すれば薄膜製膜が可
能であり、上記選択性および透過性を有する中空糸膜が
得られることが判った。

本発明の複合膜は、官能基を２　ｉｌ１以上有する化合
物を溶解した溶液〔Ａ液〕と、Ａ液の官能基と反応し得
る官能基を２個以上有する化合物を含みかつＡ液の溶媒
と界面を形成する溶媒からなる溶液〔Ｂ液〕との２種の
溶液を調製し、２溶液のいずれか一方の液を多孔質中空
糸支持体中に含ませ、次いで他方の液が多孔質支持体上
の含ませた一方の液に接するようにして界面を形成させ
、重合反応をおこさせて膜を形成させることができる。

界面反応を起こし重合できる官能基の好ましい例を示す
と、一方の官能基として、アミノ基、ヒドロキシル基、
チオール基、シラノール基、アルカリヒドロキシル基な
どを挙げ得る。またこれらと反応し得る官能基としてイ
ンシアネート基、酸Ｉ−ロゲ／化基、チオイソシアネー
ト基、アルデヒド基、アミノ基及びハロゲン基等を掲記
できる。

これらのうち、アミノ基とイソシアネート基又はアミン
基とチオイックアネート基の組合せである尿素結合又は
チオ尿素結合を形成することの可能な重合系が気体分離
用の透過膜として膜欠陥が無く、耐久性のある強い膜が
形成できるので特に好ましい。

更に、官能基を有する化合物の構造として−Ｓｔ　−Ｏ
−で表示されるシロキサンを含むものは、得られる界面
重合膜の気体透過性が高いことから、好ましいものとな
る。

好適なシミキサン構造を有するポリ尿素系複合膜の例と
しては、本発明者がさきに提案した製造法（特願昭５７
−７４４７６号、！Ｐ＃履昭５７−１６０８１１号）に
よって得られるものや％願昭５９−１２５０４６号記載
のものを挙げることができる。

具体的には、ポリアミノ７０キサンとポリイン７アネー
トとの組合せやポリアミノシロキサンとポリシラノール
とポリイソシアネートとの組合せが例示でき、この気体
透過性の高い重合膜のなかから、酸素／窒素の選択性が
３．０以上のものを選ぶとよい。例えば、次の組合せを
示すことができるが、勿論例示に限定されるものではな
い。

イソホロンジイソシアネート、（イｌ　　　　　　　　　　　　　　　ＨＨＨ！−Ｎ＋
ＣＨ２ｅｙＮ（−ＣＨ，％Ｎ＋ＣＨ，ガｓｔモＯ８ｉモ
ＣＨ３）！’１３と４．４′−ジフェニルメタンジイソ
シアネート、４．４′−ジフェニルメタンジイソシアネ
ート　と、に）　　ＨＨＨ，−Ｎ＋α、袴Ｎ−３ｔｆＯ８ｉ＋α５）ｓ）ｓと４
．４′−ジフェニルメタンジイソシアネート、等、。

本発明の複合膜は上記ポリアミノ化合物を例えば水ある
いはエタノール、エチレングリコールなどに溶解した溶
液を多孔質中空糸支持体に含浸せしめ、次いでポリイソ
シアネート項を例えばヘキサン、ヘキサデセンなどに溶
解した溶液を含液した多孔質中空糸支持体の表面に流し
界面重合を起こさせて製膜する。

本発明の膜形成法は、界面における膜形成法を利用する
ため薄い膜か容易に得られる利点を有している。即ち、
欠陥かない１μｍ以下の薄膜カー容易に得ることができ
るが、透過性を高めるため、膜厚は可能な限り薄くする
ことか好ましく、膜厚としては５００　ｎｍ以下、好ま
しくを土２００　ｎｍ以下、更に好ましくは１１００ｎ
以下である。

耐圧性の点からは膜厚は１０ｎｍ以上好ましくは３０ｎ
ｍ以上更に好ましくは５０ｎｍ以上である。

本発明の多孔質中空糸支持体は、気体透過性を有し、選
択透過膜を支持して、この機能膜を強度的に補強しうる
ちのであれば特定することな（使用できる。

従って、有機又は無機の多孔質物質が用いられる。

このような支持体の基材としては、ガラス質、七うＳり
六等の無機材料のほか、セルロースエステル、セル一−
スアルキルエーテル、窮ポリスチレン、ヒニルグチラール、ポリスルホン、ポリ
塩化ビニル、ポリエステル、ボリア９リ−ニトリル、ポ
リアミド等の有機材料が挙げられる。

これらの中でポリスルホ／多孔体は、本発明の基材とし
て特に優れた性能を有するものであり、またポリアクリ
−ニトリルやセルロースアルキルエーテルも有効である
。

このような支持体の表面の孔の大きさは、複合膜として
の強度を担うことから小さいものか好ましく、５００ｎ
ｍ以下、好ましくは１００　ｎｍ以下、更に好ましくは
５０ｎｍ以下である。

もっとも、気体の透過を妨げると問題となることから、
孔の大きさは５　ｎｒｎ以上、好ましくは８　ｎｍ以上
、更に好ましくは１０ｎｍ以上という下限が存する。

また中空支持体の空気透過速度は５Ｘ　１０　’ｃｃ／
ａｌｌ　・就・ａｍＨＪ以上、好ましくはｌＸｌ０−３
ｃｃ／ｄ・露・αＨＪＩ以上である。

中空糸支持体のサイズは、外径は１００〜３０００ｎｍ
、内径は５０〜２０００ｍｍの範囲、支持体の膜厚とし
ては１０〜５００ｎｍの範囲が用いられる。

中空糸のサイズは、界面重合膜をその内表面に形成する
か、または外表面に形成するかによって最適範囲が異な
ってくる。

界面重合膜を中空糸支持体の外表？［Ｋ形成したもので
は、大気を中空糸複合膜の外側へ流し、酸素富化空気を
中空糸の内側から取り出す。モジュール容積鴨りの膜面
積を大きく。

するには中空糸の外径を小さく、中空糸の本数を多くす
る方が有利であり、外径の比較的小さい中空糸膜が用い
られる。複合膜中空糸又は中空支持体の内径を小さくす
ることもできるが、圧損が大きくなる丸め５０μｍ以下
では分離効率が低下し不利となる。

一方、中空糸支持体の内面に界面重合膜を形成させたも
のでは大気を中空糸の内側に流し、酸素富化空気を中空
糸の外側から取りだす。

一般に大気の量は、膜表面の濃度分極を減じ分離効率を
あげるため、酸素富化空気の数倍から数十倍流す必要が
ある。

内面界面重合膜の場合、比較的大量の気体を流すには中
空糸の内径をあまり小さくすることは圧損が大きくなシ
大気の流れを生゛じるファンを大型とする必要が生じ、
効率や経済性において不利となる。この理由から中空糸
支持体（又は複合膜中空糸）の内径としては好ましくは
１００　ｌ１ｍ以上、更に好ましくは３００μｍ以上が
用いられる。モジュール容積あたりの膜藺積を大きくす
るＫは中空糸の外径は小さい方が好ましいが、支持体の
強度の点からおのづから限界がある。

中空支持体の外表面に機能膜を形成させる所謂外面膜の
場合、比較的細い中空糸ができるが、これに対し所謂内
面膜の場合比較的内径の大きい太い複合膜中空糸となる
。

しかして、外面膜と内面膜とを比較した場合、外面膜の
場合、運転中に中空糸相互に擦れることが多く、外面に
ある界面重合膜を破損する危険性があることに対し、内
面膜の場合は界面重合膜に他の膜等が何ら触れることが
ないので、破損の恐れが表〈耐久性に優れること、また
大気の流れは内面膜の場合では１本毎に大気を流すこと
ができ分離効率が高く維持されるが、これに対し、外面
膜の場合伏膜の重なりあいがありその重なり部分の分離
効率が低下すること、更に、外面膜の場合は上記の重な
りがあり、膜表面の大気の流れを有効につくシだすため
には中空糸の充填密度を大きくすることは不可能である
が、これに対し、内面膜の場合は中空糸の各１本毎に気
体を通し得るので、膜の重なりの恐れはなく、中空糸の
充填密度を大急くすること（単位容積当りの有効膜面積
を大とすること）が可能となることから、実用上は内面
膜の方が有利である。

このように、中空糸の内面膜の場合、モジュールに収納
する中空糸の充填密度（断ａｍ＞を５０％以上としても
分ｍ％性は変らず、好適に実施することができる。更に
充填密度を５５％以上とすると、一層好ましい。

中空糸の本数は、酸素富化器として必要とする流量、中
空糸複合膜の特性（透過性能や中空糸のサイズを含む）
および運転条件によって決められるものであるが、本発
明の酸素富化器の例としては２５０〜５ＱＯｍの長さの
ｓ、ｏ　ｏ　ｏ〜５０．０００本の中空糸複合膜を束ね
てモジュールが組まれる。

中空糸モジュールを束ねたモジュールの形状およびモジ
ュール化は人工腎臓用透血モジュール等で公知の形状で
もよく、また形成方法も公知の要領でよい。外面膜と内
面膜とではその形成方法は異なるのか普通である。

例えば外面膜の場合は、一般には多孔質中空糸支持体上
にあらかじめ外表面で複合膜を形成せしめ、この中空糸
複合膜を一定の長さに切断し東ねハウジングに収納し、
中空糸の両端部を接着剤等で封じ、ハウジング両端部に
ポリウレタンやエポキシ樹脂などの接着剤を静置圧力下
あるいは遠心圧力下に充填し、気体の漏れがないように
封じられる。次いで、両端部を切断し、中空糸の部分を
開放してモジュールを得る。一方内面膜の場合、多孔質
中空糸支持体を用い、さぎの外面膜のモジュール化と同
様にモジュール化して後、中空糸支持体内面に反応液を
流し、内面に界面重合膜を形成せしめる。勿論外面膜で
はモジュール化後界面重合膜を形成することや、内面膜
であらかじめ界面重合膜を形成せしめモジュール化する
こζも可能であるか、膜形成操作上手間がかかることや
、膜形成が不完全になりやすいことなどで得策ではない
。

ハウジングの材質は、ポリプロピレンやポリカーボネー
トなどプラスチックやアルミニウムなどの金属か用いら
れる。ノーウジングの形状は丸状、角状のいずれも使用
すること力ｔできる。各７１ウジングは両端部の出囚口
を除いて少くとも１つの口をその側部に備えて（・る。

この口は大気を流すためのある〜・Ｇｆ、富化空気を取
出すための入（ト）口になる。

（Ｂｌ　　大気の流れを生じさせるための手段この手段
は、大気を取入れ展セルモジュールにこの大気を送りこ
む働きをなすものであって、大気空気の供給口の前に設
けられて℃・る。

送る空気量は膜表面の濃度分極をできるだけ小さクシ、
分離効率をあげるため多−・）ｌど好ましいか、中空糸
であることがら圧損があるため空気量を多くするにはフ
ァンの能力を高くするなどの手当をはからなければなら
ず、騒音や電力消費の増大をもたらす不利な点がある。

従って、供給空気量は酸素富化空気量の３倍以上５０倍
以下、好ましくは４倍以上４０倍以下、更に好ましくは
５倍乃至３０倍である。

本発明の酸素富化器においては、ファンの前又はモジュ
ール大気空気の供給口に大気中の塵埃を除去するため°
のフィルターを設ける。

酸素富化器を長時間運転すると膜表面の汚れ【より、膜
の劣化特に流１低下か起きることかあり、その対策とし
てフィルターの設置が必要である。

フィルターの性能としては大気中の塵埃をできるだけ除
去するため題埃の捕集率の高いものが好ましいか、一般
に捕集率が高くなると圧損が犬ぎくなり、前述のファン
の能力増強を図らなければならず、騒音や消費電力の増
大が避けられず、好ましくない。フィルターの性能とし
て（工、日本空気清浄協会の第２性能試験方法に準拠し
て、ｊＩｓＺ８９０ｘに規定された８８１の粉塵を用い
てテストし、その捕集効率が７０％以上、好ましくは８
０％以上、更に好ましくは９５％以上のもσ５が用いら
れる。

７０％以下の捕集効率であると膜の流量は急激に低下す
る。

なお前述した膜面に供給する大気の空気量はフィルター
を通して流れる空気量である。

取入れ大気の温度が低いとき、ヒーターの取付やポンプ
の排熱を利用して大気を加温し、一定温度以上にコント
ロールすることもできる。

（Ｃ）　　減圧手段減圧手段は膜セルの内部を減圧にし分離の駆動力となる
とともに、取出し口を通して富化空気を取出し、ポンプ
の排気ガスとして富化空気を送出す働きをもつ。

ポンプの種類としては、人の吸入に使うため、オイルな
どの微細粒子の混入しないものがよく、オイルレスタイ
プのポンプで、しがも騒音も小さく、耐久性のあるもの
か好ましい。ポンプの能力としては、必要とする富化空
気量、酸素濃度、分離膜の性能によって太き（違ってく
るが、例えば医療用として酸素濃度３５％以上、富化空
気＠６ｔ／分以上分離膜としてその酸素、窒素の選択性
か３．５の場合のとき、絶対圧力２７００１１）Ｔ、９
で６ｔ／ｆ＋の流量かでる性能以上のポンプか必要とな
る。

運動中の真空ポンプの冷却には富化モジュールの排出空
気が利用できる。又冷却後の風はポンプの音をできるだ
け外にださないため、少くとも１ケ所の屈曲部をもつ排
風路を経て、排出することが好ましい。またポンプのま
わりの壁には吸音材等をはりつけることも好ましい例の
１つである。

（ＤＩ　　冷却及び水分分離手段；温まったポンプを経て出てくる富化空気を冷却する冷却
手段としては、熱交換器を用いる。熱交換器に与える冷
却空気は、取り入れ空気を利用する富化空気をとり入れ
空気まで冷却するには、該熱交換をとり入れ空気のとり
入れ口のすぐそばに置くのか好ましく、その囲りが、真
空ポンプの熱により温められにくいことが必要である。

熱交換器の材質としては、熱伝導の点から金ＩＡ製のも
のが好ましく、そのなかで、殺菌効果のある銅製のもの
か％に好ましいものの１つである。熱交換器の形状とし
ては、通常の形状のいかなるものも使用できるが、コン
パクトで且つ水も流れる形状のものか好ましり、従って
フィル状のものがあるいはフィン状のものか好適に用い
られる。熱交換器の能力は、熱交換器の出口で富化空気
の温度か冷却空気と等しいかはｇ近い温ｗｌまで冷却す
ることか必要であり、その長さは富化空気の量、温度に
よるか、コイルの場合の長さは少（とも１ｍが望ましい
。

水分分離手段は富化空気中の水を空気と分離する働きを
する。最も簡単な方法としては、円柱状の管の横から水
を含んだ富化空気を導入し、空気ラミ上に水は下へと分
離する方法である。

分離効率をよくするために、この円柱にラツシリングな
どの充填物を入れることもできるし、たな等の障害物な
設けることもできる。

水分分離器の下方に溜った水は、外部へ排出しなければ
ならないが、外部へ取出す方法としては、受は皿をつく
り、そこにためてお（方法、あるいはガーゼ等の水をよ
く吸収する材料に水分を浸みこませ蒸発させる方法等が
あり、特に限定されるものではない。特に後者の場合、
ポンプの冷却風を利用すれば効率よく水を蒸発させるこ
とかできる。

■　その他：富化空気中のＮＯｘ、ＳＯｘ　等の有害ガスや悪臭を除
去するための例えば活性炭を充填したカラム、あるいは
、富化空気中の細菌を除くためのバイオフィルターを設
置してもよくｔこれらは休止中罠富化空気の導管部分に
細菌か入ることを防ぐ効果もある。また運転時の異常を
検知し、知らせる警報器類、時間計、流量計、圧力計等
の付属部品か設置されて〜・てもよい。

本発明の酸素富化器は前述した各構成要素を胆込み構成
される。医療用富化器として用いるとき、３５％以上の
酸素濃度か必要な分離膜として酸素と窒素の選択性３．
０〜４．０の範囲にあるものを用いる場合、操作圧力と
しては絶対圧で２３０〜３００襲Ｈ９以下の減圧が必要
である。この条件において酸素富化空気か所定量だけ供
給できなげればなうな（・。

本発明の富化器は、医療用あるいは体力回復のため人の
吸入に使用されるものであるか、これに限らず、鑑賞用
にも供し得ることから、魚の飼育などその用途は広い。

〔実施例〕

次に本発明の富化器の構造の実施例を図を参照して開示
するか、これは説明のためであってこれに限定されるも
のでない。

ポリスルホン中空　　　支持体の製゛法ポリスルホン（
日量化学、Ｕｄｅｌ　ｐ　３５００　）　２０部、Ｎ−
メチル−２−ピロリドン５７部、塩化リチウム３部及び
２−メトキシエタノ−ｋ　２０部からなる溶液を調製し
、３０℃において芯液として水を用い環状スリットよシ
上記溶液を吐出させ、２５℃の水中に浸漬し凝固させた
。

かくして外径９００ｎｍ内゛径６００ｎｍのポリスルホ
ン中空多孔質支持体を得た。

この中空糸支持体の白衣面の孔径を走査電顕によって観
察したところ、平均１０ｍｍの孔径であった。

この中空糸支持体を５ｏｏｏ本束ね、外径１１０ｍ、内
径１０６ｍ、長さ３５０ｖａでかつ側部に２．５４ｍφ
の口をもったアルミニウム製のケース内に収納した。中
空糸端部を接着剤で封じ、遠心成型器を用いウレタン樹
脂で端末成型を施し、第１図に示した通りの中空糸モジ
ュ“　　−ルを得た。

中空糸の断面積での充填密度は５８％である。

また空気の透過量は２５°Ｃで測定したところＩ　Ｘ　
１０　　　ｃｃ／ｍ　Ｂ　＠　ＣａｎＨｆ１であった。

ＣＨ，ＣＨＩエチレングリコール溶液を第１図の中空糸支持体の内面
に導入し、１ｈ／ｃｒｄの加圧状態で１分間保持した。

ついで窒素ガスにて内部の残液を液切りしたのち、シフ
−ニルメタ／ジインシアネートの２５０ＰＰｍ　のへキ
サデセン溶液を１　ｍ　／　ｗｉｎの線速度で導入して
３分間２５“Ｃにて反応させた。その後水流下で２４時
間複合膜を水洗し、更に充分な時間風乾させ中空糸複合
膜を得た。

この中空糸複合膜の酸素透過速度）ｔ　１．Ｉ　Ｘ　１
０＝”　（Ｓ　Ｔ　Ｐ　）　／ｃ＋＋！　５ｅｃｃ＋ａ
ＨＦ　（２５℃）であＣ）、酸素／窒素の透過速度比は
３．９であった。

この膜セルモジュールを含む酸素富化器を第２図に示し
たように組立てた。図中のＡ矢印の方向か酸素富化器の
正面である。第３図は別な側方かも第２図の酸素富化器
をみたものである。

２１は膜セルモジュールであり、ファン３１を運転する
ことにより外気を取入口３２から導き、取入れ空気を先
ず冷却器２２により冷却する。冷却した空気はファンを
通った後、フィルター３３により空気中に含まれている
塵埃か除去される。このフィルターはセレロース繊維か
らなるフィルターで、ＪＩＳ　　Ｚ　　８９０１の８種
の試験ダストの補集効率は９６％以上のものであった。

浄化された空気はフード２３を通って中空糸膜セルモジ
ュールの内側を流れ、モジュールの他端２４に排出され
る。排出口から出た空気は口２５を経てポンプ室３４に
導びかれ、真空ポンプ３５乞冷却したのち排風路３６を
通って外へ排出される。この排風路は独立している。

一方、酸素富化空気は集合口２６を通り、真空ポンプに
入る。この富化空気は次いで冷却器２２によって冷却さ
れ、水分分離器２７によって富化空気中の水分の過剰分
か除かれ、更に活性炭層、バクテリアフィルターを経て
不純物か除去されたのち、取出口２８から供給手段（風
量調節手段など、図示せず）に導びかれる、本実施例の
富化器は、２０℃において運転したとき、酸素濃度４０
．５％、富化空気量７．０２７分であった。この富化器
を４０００時間晋通家庭の居間で運転したところ、騒音
の問題や故障か全くなく、４０００時間後においても酸
素濃度４０．６％、富化空気量７．０１１分と初期条件
と全く変らなかったことから、性能の低下かないことが
判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の膜セルを得る工程の説明をした斜視図
である。第２図は、本発明の酸素富化器の実施例を示す
斜視図である−また第３図は第２図の酸素富化器を別な
側面からみた斜視図である。図面において矢印ＡＩｉ酸
素富化器の正面パネル、２１）’！膜モジュール、２２
は冷却器、３２は空気取入口、３１は７アン、３３にフ
ィルター２７は水分分離器、３５は真空ポンプ、２８は
富化空気取出口である。第１因第？図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）大気より酸素富化空気を得るための装置であって
、選択的酸素透過性の膜セルの配列を収納したモジュー
ル、該モジュールの膜セルの内部を減圧にして酸素富化
空気を取り出すための減圧手段、大気中の塵埃を除去す
る手段、該除去する手段を通った大気を該モジュールに
送りこむための手段、該減圧手段から出てくる酸素富化
空気に過剰に含まれる水蒸気を冷却して凝縮水とする冷
却手段、該凝縮水を分離除去する水分分離手段、要すれ
ば該減圧手段から出てくる酸素富化空気中に含まれる酸
素及び窒素以外の不純物を分離し排除するための手段、
器外へ酸素富化空気を供給するための流量調節手段を含
む酸素富化器において、膜セルが多孔質の中空支持体の
内表面又は外表面に設けられた選択的分離能を有する界
面重合膜であることを特徴とする酸素富化器。
（２）特許請求の範囲第１項に記載した膜セルが、平均
孔径１〜５００ｎｍの多孔質ものであり、かつ内径５０
〜１０００μｍ、外径１００〜３０００μｍの中空体か
らなる支持体の表面に選択的酸素分離能を備えた厚さ１
０〜５００ｎｍの薄膜が設けられてなる複合膜であるこ
とを特徴とする酸素富化器。
（３）特許請求の範囲第１項記載の大気中の塵埃を除去
するための手段が、粉塵捕集率が７０％以上であるフィ
ルターからなることを特徴とする酸素富化器。
（４）特許請求の範囲第１項記載の酸素富化器が、中空
支持体の表面に界面重合反応によって形成された選択的
酸素分離能を有する薄膜からなる複合膜の膜セルと、大
気中の塵埃を高効率で捕集できるフィルターとを備えた
ことを特徴とする酸素富化器。