JPS6247803B2 - - Google Patents
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- JPS6247803B2 JPS6247803B2 JP55155197A JP15519780A JPS6247803B2 JP S6247803 B2 JPS6247803 B2 JP S6247803B2 JP 55155197 A JP55155197 A JP 55155197A JP 15519780 A JP15519780 A JP 15519780A JP S6247803 B2 JPS6247803 B2 JP S6247803B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は選択性酸素透過膜ら用いて大気より酸
素を濃縮分離するのに使用するモジユールに関す
るものであり、特に分離効率がすぐれ、コンパク
トでかつ軽量であることを特徴とするモジユール
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a module used for concentrating and separating oxygen from the atmosphere using a selective oxygen permeable membrane, and is particularly characterized by excellent separation efficiency, compact size, and light weight. Regarding the module.
近年、膜を用いる分離技術の発展には著しいも
のがあるがその多くは逆浸透法に代表される液体
分離であり混合気体の分離には分離が完全にでき
ないこと、また、透過量が小さいため、大量に処
理するには装置が大きくなりすぎるなどの理由に
より実用化が遅れている。 In recent years, there has been remarkable progress in separation technology using membranes, but most of them involve liquid separation, such as reverse osmosis, which cannot completely separate gas mixtures, and because the amount of permeation is small. , practical application has been delayed due to reasons such as the equipment being too large to handle large quantities.
しかし必ずしも分離が完全でなくても利用でき
る分野はあり、例えば窒素より酸素を選択的に透
過する膜を用い、大気中の酸素を30〜50％に濃縮
した酸素富化空気は、例えば肺機能疾患者等の呼
吸用空気として、あるいは排ガスの量を減らし、
かつ燃焼効率を高め省エネルギー効果をもたらす
燃焼用空気としてなどその利用価値は大きい。 However, there are fields in which it can be used even if the separation is not perfect. For example, oxygen-enriched air, in which atmospheric oxygen is concentrated to 30-50% using a membrane that selectively permeates oxygen over nitrogen, can be used to improve lung function. As breathing air for sick people, or to reduce the amount of exhaust gas,
It also has great utility value, such as as combustion air that increases combustion efficiency and saves energy.
しかしながら、なお実用化のためには、コンパ
クトで分離効率のすぐれた装置が必要であり、本
発明者らは選択性酸素透過膜を用い大気より酸素
を濃縮分離する装置の開発において、コンパクト
でかつ軽量であり、分離効率がすぐれたモジユー
ルの開発を鋭意研究すすめた結果、本発明に到達
したものである。 However, in order to put it into practical use, a compact device with excellent separation efficiency is required, and the present inventors have developed a device that is compact and has excellent separation efficiency and uses a selective oxygen permeable membrane to concentrate and separate oxygen from the atmosphere. The present invention was achieved as a result of intensive research into developing a module that is lightweight and has excellent separation efficiency.
すなわち、本発明は支持板およびその表面上に
設けられた選択性酸素透過膜よりなるエレメント
の多数の配列体を収納した酸素富化用モジユール
であつて、
(i) 該支持板は板状支持部材の両面側にシート状
スペーサーを配したものであつて、その全体の
厚さは５mm以下であり、
(ii) 該エレメントは該支持板の両面に選択性酸素
透過膜が設けられその両面の膜を介して酸素富
化空気を併せてとりだすための共通した取出口
を有し、且つ該エレメント内における圧損失は
100mmHg以下であり、
(iii) 該配列体は、厚さが１mm以上５mm以下エレメ
ント間スペーサを介して該エレメントの多数を
積層せしめたものであり、
(iv) 該モジユールには実質上常圧の空気の供給口
と窒素富化空気の排出口を有し、且つ各エレメ
ントからの常圧よりも低い圧力の酸素富化空気
をモジユール外へ取り出すための酸素富化空気
取出管を有し、しかも
(v) 該モジユール内のエレメント配列体における
空気の流れが酸素富化気体の取出しの流れに対
して向流もしくはクロス流を形成するように該
取出口および空気の供給口並びに排出口が設け
られていることよりなる酸素富化用モジユール
である。 That is, the present invention is an oxygen enrichment module that houses a support plate and a large number of arrays of elements consisting of selective oxygen permeable membranes provided on the surface of the support plate, which comprises: (i) the support plate is a plate-shaped support; (ii) The element has sheet-like spacers arranged on both sides of the member, the total thickness of which is 5 mm or less; (ii) the element has selective oxygen permeable membranes provided on both sides of the support plate; It has a common outlet for taking out oxygen-enriched air through the membrane, and the pressure loss within the element is
100 mmHg or less; (iii) the array is made by stacking a large number of the elements with a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less with intervening spacers between the elements; (iv) the module is provided with substantially normal pressure; It has an air supply port and a nitrogen-enriched air discharge port, and also has an oxygen-enriched air take-off pipe for taking out the oxygen-enriched air at a pressure lower than normal pressure from each element to the outside of the module. (v) the outlet and the air supply and outlet are arranged so that the flow of air in the array of elements within the module forms a countercurrent or cross-flow to the outlet flow of oxygen-enriched gas; This is an oxygen enrichment module consisting of:
前記本発明のモジユールの構成は
(i) 選択性酸素透過膜、支持板および酸素富化空
気の取り出し口より主としてなる分離構造体の
最小単位であるエレメントと
(ii) 該エレメントの多数の配列体を収納するボツ
クスよりなる。 The module of the present invention has (i) an element which is the minimum unit of a separation structure mainly consisting of a selective oxygen permeable membrane, a support plate, and an oxygen-enriched air outlet, and (ii) a large array of said elements. Consists of a box to store the.
本発明のエレメントの特徴は各支持板の両面に
透過膜を設けてあること、膜を透過してでてくる
酸素富化空気を併わせて共通した取り出し口に集
める構造であること、さらに該エレメント内にお
ける圧損失が100mmHg以下であることであり、こ
の構造を有するエレメントは、エレメントそれ自
体分離効率がすぐれ、かつコンパクトで軽量なも
のとなる。 The features of the element of the present invention are that a permeable membrane is provided on both sides of each support plate, that the oxygen-enriched air that passes through the membrane is collected in a common outlet, and that The pressure loss within the element is 100 mmHg or less, and the element with this structure has excellent separation efficiency, and is compact and lightweight.
本発明のエレメントにおいて支持板の両面に透
過膜をおくことにより、支持板を有効に使用する
ことができる。即ちエレメント当りの膜面積を最
大にとれる。云い変えると気体透過に必要な膜面
積が一定であるならばエレメントの数を最小にす
ることができ該エレメントを用い、コンパクトで
かつ軽量なモジユールをつくることができる。 By placing permeable membranes on both sides of the support plate in the element of the present invention, the support plate can be used effectively. That is, the membrane area per element can be maximized. In other words, if the membrane area required for gas permeation is constant, the number of elements can be minimized, and the elements can be used to create a compact and lightweight module.
本発明の支持板とは、エレメントの形態を保
ち、膜を維持する働きと、膜を透過した酸素富化
空気の流路となる働きの両方を機能する。後者の
酸素富化空気の流路となる働きは、膜の分離効率
に大きくかかわるものであり、該流路で気体が通
りにくいものは、圧損失が大きくなり、エレメン
トに圧力差を与え、分離を実施しても実際に膜の
前後にかかる圧力差は小さく、圧力差に比例する
透過量は低下する。 The support plate of the present invention functions both to maintain the shape of the element and maintain the membrane, and to serve as a flow path for oxygen-enriched air that has passed through the membrane. The latter function, which serves as a flow path for oxygen-enriched air, has a large impact on the separation efficiency of the membrane, and if the flow path is difficult for gas to pass through, the pressure loss will be large, creating a pressure difference in the element, and increasing the separation efficiency. Even if this is carried out, the actual pressure difference across the membrane is small, and the amount of permeation that is proportional to the pressure difference decreases.
さらに、混合気体の分離では、膜の前後の圧力
比（高圧側／低圧側）の大きいほど、実際の混合
気体の分離がよくなることが知られているが圧損
が大きいと、低圧側の圧力が高まり、圧力比も小
さくなり、膜を透過して得られる富化気体の濃度
は低くなる。 Furthermore, in the separation of mixed gases, it is known that the larger the pressure ratio before and after the membrane (high pressure side/low pressure side), the better the actual separation of the mixed gas will be. However, if the pressure drop is large, the pressure on the low pressure side will The pressure ratio also decreases, and the concentration of enriched gas obtained by permeating through the membrane decreases.
そこで支持板としては膜を透過した酸素富化空
気の流路をできるだけさまたげない構造、即ち、
圧損失のできるかぎり小さい構造のものがよく、
圧損失としては、100mmHg以下、好ましくは75mm
Hg以下、さらに好ましくは50mmHg以下である。 Therefore, the support plate should have a structure that does not obstruct the flow path of the oxygen-enriched air that has passed through the membrane as much as possible.
It is best to have a structure with as little pressure loss as possible.
Pressure loss: 100mmHg or less, preferably 75mm
Hg or less, more preferably 50 mmHg or less.
ここで本発明でいう圧損失の測定は、支持板構
造体をたて50cmよこ25cmの大きさに切り、エレメ
ント全表面をガスバリヤー性フイルムでおおう。 To measure the pressure loss in the present invention, the support plate structure is cut into pieces measuring 50 cm in length and 25 cm in width, and the entire surface of the element is covered with a gas barrier film.
50cm側の両端を、気体がもれないように封じ、
25cm側の両端は、気体が抵抗なく流れる太いチユ
ーブ状の流通口（例えば内径約８mmの管）をつけ
他の端辺はふさいでおく。一方のチユーブ口は開
放でしぼれるようにしておき、反対側チユーブ口
より、減圧吸引する。吸引側の空気量が１／分
のときの両方の口での圧力を測定し、その差を圧
損失とする。測定は25℃で行う。 Seal both ends of the 50cm side to prevent gas from leaking.
At both ends of the 25 cm side, attach a thick tube-shaped flow opening (e.g., a tube with an inner diameter of about 8 mm) through which gas can flow without resistance, and close the other ends. Leave one tube opening open so that it can be squeezed, and vacuum suction from the opposite tube opening. When the amount of air on the suction side is 1/min, the pressure at both ports is measured, and the difference is defined as the pressure loss. Measurements are carried out at 25°C.
本発明の支持板はアルミ板、ジユラルミン板、
鉄板等の金属板、あるいはポリプロピレン板、硬
質塩ビ板、FR―FET板、不飽和ポリエステル板
等のプラスチツク板、あるいはステンレス金綱、
ポリプロピレン多孔板等の綱状物等の板状支持部
材を中心にしてその両面にネツト材、不織布、多
孔質材等を或いはこれらを組合せて積層してシー
ト状スペーサを構成される。この場合各エレメン
トにおける圧損失が前記範囲となるように組合せ
て積層することが必要である。 The support plate of the present invention is an aluminum plate, a duralumin plate,
Metal plates such as iron plates, plastic plates such as polypropylene plates, hard PVC plates, FR-FET plates, unsaturated polyester plates, or stainless steel wire,
A sheet-like spacer is constructed by laminating a net material, non-woven fabric, porous material, etc., or a combination thereof, on both sides of a plate-like support member such as a rope-like material such as a porous polypropylene plate. In this case, it is necessary to combine and laminate the elements so that the pressure loss in each element falls within the above range.
ネツト材は、支持板の中心に金綱や多孔板を使
用しない場合、支持板中の空気の流れを容易にす
るものであり、気体の易流作用を有するものであ
り、特にその選定は重要である。ネツト材として
は、目のあらい、凹凸形状を有するものが好まし
く材質としてはプラスチツク製あるいは金属製の
いずれでもよいが、軽量化の点からプラスチツク
製が好ましい。 Net material facilitates the flow of air in the support plate when wire rope or perforated plate is not used in the center of the support plate, and has a gas flow effect, so its selection is particularly important. be. The net material preferably has a rough texture or an uneven shape, and the material may be either plastic or metal, but plastic is preferred from the viewpoint of weight reduction.
プラスチツク製の場合、腰のあるものが好まし
く、材料としては例えばポリプロピレン、ポリエ
チレンテレフタレート、ナイロン等をあげること
ができる。市販のネツト材を例示すればDupon′t
社のベクサーあるいは東京ポリユー社のネトロ
ン等をあげることができる。 If it is made of plastic, it is preferably stiff, and examples of the material include polypropylene, polyethylene terephthalate, and nylon. An example of a commercially available net material is Dupon't.
Examples include Vexar from the company and Netron from Tokyo PolyU.
不繊布は、ネツト状物が目があらく、凹凸があ
るため、圧力をかけた場合、膜がネツト状物の形
に変形し破損する恐れもあり、そこで膜の形状を
保護するためであり、さらに気体の流れを容易に
する働きをもつ。それ故不繊布としては、表面が
平滑であるものが好ましく、目の大きさはネツト
状物の目より小さいものである。不繊布として
は、材質としては、ポリエチレンテトフタレー
ト、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン等
であり例えば市販のものとしては、帝人社のユニ
セルＲタイプ、あるいは、日本バイリン社のMF
タイプ等をあげることができる。 Non-woven fabrics are used to protect the shape of the membrane, since the net-like material is open and uneven, so if pressure is applied, the membrane may deform into the shape of the net-like material and be damaged. Furthermore, it has the function of facilitating the flow of gas. Therefore, the nonwoven fabric preferably has a smooth surface, and the mesh size is smaller than that of the net-like material. Nonwoven fabrics are made of polyethylene tetophthalate, polypropylene, polyethylene, nylon, etc. Commercially available products include Teijin's Unicell R type and Nippon Vilin's MF.
I can list the type etc.
多孔質材は、不繊布と同様に分離膜を維持する
ものであり、不繊布もその一種と考えることがで
きるが、一般に不繊布より孔径の小さいものであ
る。分離膜の種類によつては分離膜が多孔質材と
一体あるいは、積層した形で製造される場合であ
つてもよい。 Porous materials maintain separation membranes in the same way as nonwoven fabrics, and nonwoven fabrics can be considered a type of porous material, but they generally have smaller pore diameters than nonwoven fabrics. Depending on the type of separation membrane, the separation membrane may be manufactured integrally with the porous material or in a laminated form.
多孔質材としては、例えばポリプロピレン多孔
膜（商品名セルガード、セラニーズ社製）、セル
ロースエステル多孔膜（商品名ミリポア、ミリボ
ア社製）、テフロン多孔膜（商品名フロロボア、
住友電工社製）、ポリカーボネート多孔膜（商品
名ニユークリボア、野村マイクロサイエンス社
製）、再生セルロース膜（商品名フジミクロフイ
ルター、富士フイルム社製）等をあげることがで
きる。 Porous materials include, for example, polypropylene porous membranes (trade name Celguard, manufactured by Celanese), cellulose ester porous membranes (trade name Millipore, manufactured by Millipore), Teflon porous membranes (trade names Fluoropore,
(manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.), a polycarbonate porous membrane (trade name: Nuclebore, manufactured by Nomura Microscience Co., Ltd.), a regenerated cellulose membrane (trade name: Fuji Micro Filter, manufactured by Fuji Film Corporation), and the like.
支持板としては、本発明の圧損失内にあればど
のような組合せのものも使用できるが、支持板自
体として、耐久性があり、また変形などを起し難
い構造のものが好ましい。 Any combination of support plates can be used as long as the pressure loss falls within the range of the present invention, but it is preferable that the support plates themselves have a structure that is durable and resistant to deformation.
なお支持板の構造としては、そのまん中の金属
板等を中心としてネツト状物、不繊布、多孔質材
が左右対称になつているものが圧力のむらや富化
空気流のかたよりがなく好ましい。 As for the structure of the support plate, it is preferable that the net-like material, nonwoven fabric, or porous material be symmetrical with respect to a metal plate or the like in the center, since there will be no unevenness in pressure or imbalance in the enriched air flow.
好ましい構造として、金属板の両面にネツト状
物、不繊布および多孔質材をこの順序でそれぞれ
少なくとも１種類づつ設けたものが、圧損失が小
さく、かつ膜の変形をふせぎかつエレメント自体
の耐久性もあるものができる。 A preferred structure is one in which at least one type of net-like material, nonwoven fabric, and porous material are provided in this order on both sides of the metal plate, which reduces pressure loss, prevents deformation of the membrane, and increases the durability of the element itself. You can also do some things.
支持板の厚さとしてはモジユール全体のコンパ
クト化の点からできるだけ薄いものが好ましく、
５mm以下、好ましくは４mm以下、さらに好ましく
は３mm以下が好適である。 The thickness of the support plate is preferably as thin as possible in order to make the entire module more compact.
It is suitably 5 mm or less, preferably 4 mm or less, and more preferably 3 mm or less.
本発明の選択性酸素透過膜は、酸素と窒素の透
過係数の比が2.0以上のものであればいづれの素
材のものも使用できるが、得られる富化空気の必
要酸素濃度及び分離操作上から、好ましくは2.5
以上、さらに好ましくは3.0以上のものである。 The selective oxygen permeable membrane of the present invention can be made of any material as long as it has a ratio of oxygen to nitrogen permeability coefficients of 2.0 or more, but depending on the required oxygen concentration of the enriched air obtained and the separation operation , preferably 2.5
or more, more preferably 3.0 or more.
素材としては、酸素透過係数の大きいものがよ
く、膜厚は、透過量が膜厚に反比例することよ
り、分離に関わる膜の層のできるだけうすく、か
つ耐久性のあるものが用いられる。 The material should preferably have a large oxygen permeability coefficient, and since the amount of permeation is inversely proportional to the membrane thickness, the membrane layer involved in separation should be as thin as possible and durable.
膜の形態としては、支持板上にのせることので
きる形態のものであり、平膜状のものである。膜
の形態としては薄膜、非対称膜、複合膜のいづれ
でも使用できる。 The membrane has a flat membrane shape that can be placed on a support plate. As for the form of the membrane, any of a thin membrane, an asymmetric membrane, and a composite membrane can be used.
種々の選択性酸素透過膜の中で、膜素材として
はポリα―オレフインが酸素の透過係数が
10-10c.c.（STP）・cm／cm2・secmmHg以上と一般の
ポリマーの中で大きいこと、さらに選択性も3.0
以上あり0.5ミクロン以下の極薄膜化も可能であ
り、又耐久性もあるので好適に用いられる。ポリ
α―オレフインの中でもポリ４―メチルペンテン
―１、それと他のα―オレフインの共重合体、ポ
リ４―メチルペンテン―１とビニルシラン及び／
又はアリルシランとの共重合体が酸素の透過係数
が10-9c.c.（STP）・cm／cm2・sec・cmHg以上で、
かつ選択性も安定して3.0以上あり、好適に用い
られる。 Among various selective oxygen permeable membranes, poly α-olefin has a high oxygen permeability coefficient as a membrane material.
10 -10 cc (STP)・cm/cm 2・secmmHg or higher, which is higher than other general polymers, and the selectivity is also 3.0
It is preferably used because it can be made into an ultra-thin film of 0.5 microns or less and is durable. Among poly-α-olefins, poly-4-methylpentene-1, copolymers of it and other α-olefins, poly-4-methylpentene-1 and vinylsilane, and/or
Or, the copolymer with allylsilane has an oxygen permeability coefficient of 10 -9 cc (STP)・cm/cm 2・sec・cmHg or more,
Moreover, the selectivity is stable and is 3.0 or more, so it is suitably used.
かかるポリα―オレフインの極薄膜は例えば本
発明者らがさきに提案した方法（特願昭54―
169461）によつて製膜することができる。極薄膜
の厚さは、0.5ミクロン以下でありかかる極薄膜
は多孔質支持上にのせて取り扱われる。多孔質材
としてはさきに例示したものが使われるが、その
中で密着性孔径、強度の点からポリプロピレン多
孔膜が好適に用いられる。 Such an ultra-thin film of polyα-olefin can be produced, for example, by the method previously proposed by the present inventors (Japanese Patent Application No. 1983-
169461). The thickness of ultrathin membranes is less than 0.5 microns, and such ultrathin membranes are handled on porous supports. As the porous material, those exemplified above can be used, and among them, a polypropylene porous membrane is preferably used in terms of adhesive pore size and strength.
本発明のエレメントは前述の選択的酸素透過
膜、あるいは多孔質材と一緒にした膜を前記支持
板の両面にもうけることによつて形成される。 The element of the present invention is formed by providing the aforementioned selective oxygen permeable membrane or a membrane combined with a porous material on both sides of the support plate.
さらに本発明のエレメントにおいて両面の透過
膜を透過して得られる酸素富化空気を併せてとり
だすため共通した取出口が設けられている。この
取出し口は、その部分の圧損失のほとんどない断
面積及び長さのものを選ぶことが必要であり、か
くして共通は取出し口では、膜一面に対してそれ
ぞれの取出口を設ける場合と比較して、取出口の
数が半減できること、さらに取出し口からの富化
空気をまとめる集合管も数を減らすことができ、
エレメント及びモジユールの構造が簡便になる特
徴がでてくる。 Furthermore, in the element of the present invention, a common outlet is provided to take out the oxygen-enriched air obtained by passing through the permeable membranes on both sides. It is necessary to select a cross-sectional area and a length for this outlet so that there is almost no pressure loss at that part. As a result, the number of intake ports can be halved, and the number of collecting pipes that collect enriched air from the intake ports can also be reduced.
A feature that simplifies the structure of elements and modules emerges.
取出口を除いては、エレメントの外周は空気の
もれがないように封じられる。即ち、供給空気と
膜を透過した富化空気の混合が起こらないような
構造にする必要がある。 Except for the outlet, the outer periphery of the element is sealed to prevent air leakage. That is, it is necessary to create a structure that prevents the supply air from mixing with the enriched air that has passed through the membrane.
かくに作られたエレメントを膜がそれぞれ接し
なくするため、又膜表面を大気が流れていくため
の流路を設けるためスペーサーをはさみ、多数枚
積ね合せる。スペーサーの厚さは、モジユール全
体の厚さを小さくするために５mm以下が好まし
く、また少くとも１mm以上、好ましくは２mm以上
が好ましい。 In order to prevent the membranes from coming into contact with each other and to provide a flow path for air to flow over the membrane surface, a large number of the elements thus created are stacked together with spacers in between. The thickness of the spacer is preferably 5 mm or less in order to reduce the overall thickness of the module, and is preferably at least 1 mm or more, preferably 2 mm or more.
なお多数枚あわせた両端は、分離膜を片面だけ
設けたエレメントをおき、膜面が外側にでること
がないようにすることも本発明の配列体の中に含
まれる。 The arrangement of the present invention also includes placing an element provided with a separation membrane on only one side at both ends of a large number of elements so that the membrane surface does not come out.
このあわせた配列体を空気の供給口と窒素富化
空気の排出口を有する収納ボツクスに入れ富化モ
ジユールを形成する。 This combined array is placed in a storage box having an air inlet and a nitrogen enriched air outlet to form an enrichment module.
なお各エレメントからの膜を透過した酸素富化
空気は各エレメントの取出し口に連結した集合管
に集められ該管を通し、モジユールの外へとりだ
すことができるようになつている。 Note that the oxygen-enriched air that has passed through the membrane from each element is collected in a collecting pipe connected to the outlet of each element, and can be taken out of the module through the pipe.
供給空気と取出し空気の流し方としては、向
流、クロス流が好ましく分離効率の点で向流が最
も好ましい。 The flow of the supplied air and the taken-out air is preferably countercurrent or crossflow, and countercurrent is most preferred in terms of separation efficiency.
本発明のモジユールにおいて供給口と排出口の
位置は、供給空気の流れが、酸素富化空気の取出
しの流れに対し向流もしくはクロス流となるよう
に設けられている。 In the module of the present invention, the locations of the inlet and outlet are such that the flow of supply air is countercurrent or cross-flow to the flow of oxygen-enriched air withdrawal.
本発明のモジユールは、モジユールを形成する
エレメント自体が軽量、コンパクトで分離効率が
よい構造であるとともにモジユールもその空気の
流し方において分離効率を向上させる構造である
ことを特徴としている。 The module of the present invention is characterized in that the elements forming the module itself are lightweight, compact, and have a structure with good separation efficiency, and the module also has a structure that improves separation efficiency in the way air flows.
本発明のモジユールを用い、空気よりの酸素濃
縮分離する方法としては、いわゆる加圧―常圧、
加圧―減圧、常圧―減圧する３つのタイプがあ
り、いづれのタイプも適用できるが、膜の分離効
果は膜の両側の圧力比（高圧／低圧）が大きいほ
ど分離がよくなることがあり、この圧力比を大き
くする場合、分母の低圧側を小さくする即ち減圧
にした方が分離装置及び操作上容易である。 The method for concentrating and separating oxygen from air using the module of the present invention is the so-called pressurized - normal pressure method.
There are three types: pressure-reduced pressure and normal pressure-reduced pressure, and either type can be applied, but the separation effect of the membrane may be better as the pressure ratio (high pressure/low pressure) on both sides of the membrane is larger. When increasing this pressure ratio, it is easier to use the separation device and operate it by reducing the low pressure side of the denominator, that is, reducing the pressure.
分子側を大きくするには、高圧部をより高圧に
する必要があるがその場合モジユールボツクスの
耐圧性が要求され、モジユールの軽量化、コンパ
クト化にそぐわない。 In order to increase the size of the molecule, it is necessary to increase the pressure in the high-pressure section, but in this case, the module box must have high pressure resistance, which is not suitable for making the module lighter and more compact.
そこで本発明のモジユールの使用にあたつて
は、常圧―減圧方式即ち大気圧中で膜表面に空気
をおくり、膜の透過側を減圧にしてとりだす方式
が、本発明の軽量化、コンパクトなモジユールの
開発の目的に好ましい方式である。 Therefore, when using the module of the present invention, it is recommended to use the normal pressure - reduced pressure method, that is, a method in which air is introduced to the membrane surface at atmospheric pressure, and the pressure is reduced on the permeate side of the membrane to take it out. This is the preferred method for module development purposes.
この常圧―減圧方式では、膜表面の濃度分極を
できるだけ小さくし、分離効率をあげるためその
供給量は、膜を透過して得られる酸素富化空気量
の５倍以上、好ましくは10倍以上さらに好ましく
は30倍以上が有利である。 In this normal pressure-reduced pressure method, in order to minimize the concentration polarization on the membrane surface and increase separation efficiency, the supply amount is at least 5 times, preferably at least 10 times, the amount of oxygen-enriched air obtained by passing through the membrane. More preferably, 30 times or more is advantageous.
本発明のモジユールは、選択的酸素透過膜を用
い、酸素の濃縮分離用に使われるものであるが、
酸素透過膜のかわりに他の気体の選択的透過膜を
用いることにより、他の気体の分離にも好適に使
用できるものである。 The module of the present invention uses a selective oxygen permeable membrane and is used for concentrating and separating oxygen.
By using a selectively permeable membrane for other gases in place of the oxygen permeable membrane, it can also be suitably used to separate other gases.
つぎに実施例をもつて本発明を説明するが、こ
れは本発明の一つの例であつて、それに限定され
るものではない。 Next, the present invention will be explained with reference to examples, but these are just examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
実施例
250mm×500cmの大きさの１mm厚さのアルミ板の
両面にアルミ板の大きさにあわせて、ポリプロレ
ンネツト（厚さ50μ、14メツシユ）およびポリエ
チレンテレフタレート不織布（厚さ230μ、目付
180ｇ／m2）をこの順にのせる。Example Polyprolene net (thickness 50μ, 14 mesh) and polyethylene terephthalate nonwoven fabric (thickness 230μ, basis weight) were applied to both sides of a 1mm thick aluminum plate measuring 250mm x 500cm.
180g/m 2 ) in this order.
アルミ板の250mmの一辺には巾６mm、長さ40mm
のきりこみが一ケ所つけられており、ここに厚さ
0.3mm、外径3.3mm長さ75mmの円管のうち、端から
50mmの部分を厚さ1.2mmにおしつぶしてつくられ
た取出し口を１本、おしつぶされた部分（巾は
4.5mmになつている）を先口してアルミ板のきり
込み口に入れる。取り出し口の先端は、アルミ板
のきり込み口の端より５mm以上離しておき、その
離れたところから、富化空気が取出口の中に流れ
るようにしておく。残余のアルミ板のきり込み口
と取出し口のすきまはエポキシ樹脂の接着剤をぬ
り、取出し口をアルミ板に固定する。 One side of the 250mm aluminum plate has a width of 6mm and a length of 40mm.
There is one cut in the thickness.
From the end of a circular tube with a diameter of 0.3 mm and an outer diameter of 3.3 mm and a length of 75 mm.
One outlet is made by crushing a 50mm part to a thickness of 1.2mm, and the crushed part (width is
4.5mm) and insert it into the notch in the aluminum plate. The tip of the outlet should be at least 5 mm away from the edge of the cut-in opening in the aluminum plate, so that enriched air can flow into the outlet from that distance. Apply epoxy resin adhesive to the gap between the cut-in hole and the outlet of the remaining aluminum plate, and fix the outlet to the aluminum plate.
ついで、この構造体の両面の外縁を15mmの巾で
接着剤を用い、アルミ板にネツトおよび不織布を
固定するとともに外縁から富化空気がもれないよ
うにした。 Next, the net and nonwoven fabric were fixed to the aluminum plate by using an adhesive with a width of 15 mm on the outer edges of both sides of this structure, and at the same time, the enriched air was prevented from leaking from the outer edges.
このときの支持板の厚さは平均2.3mmであつ
た。ついでポリ４―メチルペンテン―１の極薄膜
（平均厚さ0.15ミクロン、酸素／窒素選択性＝
3.8）とポリプロピレン多孔材（厚さ25μ、最大
孔径0.2ミクロン）からの膜を極薄膜を外側にし
て、さきの支持板に外縁を接着剤を塗布しはりつ
け、エレメントを作成した。 The thickness of the support plate at this time was 2.3 mm on average. Next, an ultrathin film of poly-4-methylpentene-1 (average thickness 0.15 microns, oxygen/nitrogen selectivity =
3.8) and polypropylene porous material (thickness 25 μm, maximum pore diameter 0.2 μm) with the ultra-thin film facing outward, the outer edge was coated with adhesive and adhered to the support plate to create an element.
このエレメントの構造図を図−１に示す。 The structural diagram of this element is shown in Figure 1.
最も外側が、ポリプロピレン多孔材の上にのつ
たポリ―４メチルペンテン―１の極薄膜１４であ
りその下に不織布１３およびネツト１２がありま
ん中にアルミ板１１の構造である。富化空気の法
出し口は１５である。 The outermost layer is an ultra-thin film 14 of poly-4 methylpentene-1 placed on a porous polypropylene material, a nonwoven fabric 13 and a net 12 are placed below it, and an aluminum plate 11 is in the middle. The standard outlet for enriched air is 15.
この構造をもつエレメントの圧損失を測定した
ところ30mmHgであつた。 When the pressure loss of an element with this structure was measured, it was 30 mmHg.
つぎにこのエレメントを14枚、およびアルミ板
の片側だけに同じネツト、不織布および多孔質材
の上にのつた極薄分離膜を設けたエレメント２枚
を用い、厚さ３mm、巾10mmのゴム製スペーサーを
500mmの長さの辺の両ふちにはさみ、取出口を同
じ方向にそろえ、かつ両方の一番外側はアルミ板
がくるようにしてエレメンと配列体を空気の供給
口２２および排出口２３が同一平面にあるエレメ
ントボツクスに、取出口が供給口と同じ側になる
ようにして入れ、図−２に例示するモジユールを
作成した。各エレメントの取出口は、集合管２５
に連結し１本にまとめられ外にでている。 Next, we used 14 of these elements, and 2 elements with the same net, nonwoven fabric, and ultra-thin separation membrane on one side of the aluminum plate, and made of rubber with a thickness of 3 mm and a width of 10 mm. spacer
Place the element and the array on both edges of a 500 mm long side, aligning the outlet ports in the same direction and with the aluminum plate on the outermost side of both sides, so that the air supply port 22 and the air discharge port 23 are the same. The module was placed in a flat element box with the outlet on the same side as the supply port to create the module shown in Figure 2. The outlet of each element is the collecting pipe 25
It is connected to the outside and put together into one.
つぎにこの富化モジユールを用い、空気の分離
を行なつた。集合管２５に真空ポンプを連結して
160mmHgの減圧にして運転し、一方空気の供給口
より0.3m3／分の流量で常圧の空気を流したとこ
ろ、真空ポンプの排ガスとして酸素富化空気が得
られ、酸素濃度は41.7％、富化空気量は７／分
であつた。 Next, this enrichment module was used to separate air. Connect a vacuum pump to the collecting pipe 25
When the vacuum pump was operated at a reduced pressure of 160 mmHg and normal pressure air was flowed from the air supply port at a flow rate of 0.3 m 3 /min, oxygen-enriched air was obtained as exhaust gas from the vacuum pump, with an oxygen concentration of 41.7%. The enriched air amount was 7/min.
比較例 １
実施例のエレメントで、ポリプロレンネツトを
除いて、アルミ板、ポリエチレンテレフタレート
不織布およびポリプロレン多孔質材にのつたポリ
４―メチルペンテン―１からの極薄膜だけでエレ
メントを作成した。Comparative Example 1 An element was prepared using only an extremely thin film of poly4-methylpentene-1 placed on an aluminum plate, a polyethylene terephthalate nonwoven fabric, and a polyprolene porous material, except for the polyprolene net of the element of Example.
このエレメントの圧損失は470mmHgであつた。
このエレメントを用い実施例と同様に富化モジユ
ールを作成しその富化モジユールを用い空気の分
離を行つたところ集合管測を160mmHgの減圧にし
て運転して、酸素濃度26.7％富化空気量は2.9
／分であつた。 The pressure loss of this element was 470 mmHg.
Using this element, an enrichment module was prepared in the same manner as in the example, and the enrichment module was used to separate air. 2.9
/ minute.
比較例 ２
実施例のモジユールで空気の供給口と排出口を
逆にした。すなわち、エレメントの取出口のある
方を排出口として、その反対側を供給口とした富
化モジユールを作成した。Comparative Example 2 In the module of Example, the air supply port and air discharge port were reversed. That is, an enrichment module was created in which the element outlet was used as a discharge port and the opposite side was used as a supply port.
その富化モジユールを用い、空気の分離を行つ
たところ160mmHgの減圧で酸素濃度は41.2％富化
空気量は７／分であつた。 When air was separated using the enrichment module, the oxygen concentration was 41.2% and the enriched air amount was 7/min at a reduced pressure of 160 mmHg.
なお供給空気量を70／分にしたとき、実施例
の向流では、酸素濃度40.9％、比較例２の並流で
は40.2％、供給空気量35／分にしたときは、向
流では酸素濃度39.6％、並流では38.6％と供給空
気量が少ないときその差は顕著となる。 Note that when the supplied air rate is 70/min, the oxygen concentration is 40.9% in the countercurrent flow of Example, 40.2% in the parallel flow of Comparative Example 2, and the oxygen concentration is 40.2% in the countercurrent flow when the supplied air rate is 35/min. 39.6%, and 38.6% for parallel flow, and the difference becomes remarkable when the amount of supplied air is small.
図−１は本発明のエレメントの構造図の１例を
示すものであり、図−２は富化モジユールの外観
図の１例を示すものである。
FIG. 1 shows an example of a structural diagram of an element of the present invention, and FIG. 2 shows an example of an external view of an enrichment module.
Claims (1)
酸素透過膜よりなるエレメントの多数の配列体を
収納した酸素富化用モジユールであつて、 (i) 該支持板は板状支持部材の両面側にシート状
スペーサーを配したものであつて、その全体の
厚さは５mm以下であり、 (ii) 該エレメントは該支持板の両面に選択性酸素
透過膜が設けられその両面の膜を介して酸素富
化空気を併せてとりだすための共通した取出口
を有し、且つ該エレメント内における圧損失は
100mmHg以下であり、 (iii) 該配列体は、厚さが１mm以上５mm以下のエレ
メント間スペーサーを介して該エレメントの多
数を積層せしめたものであり、 (iv) 該モジユールには実質上常圧の空気の供給口
と窒素富化空気の排出口を有し、且つ各エレメ
ントからの常圧よりも低い圧力の酸素富化空気
をモジユール外へ取り出すための酸素富化空気
取出管を有し、しかも、 (v) 該モジユール内のエレメント配列体における
空気の流れが酸素富化気体の取出しの流れに対
して向流もしくはクロス流を形成するように該
取出口および空気の供給口並びに排出口が設け
られていることよりなる酸素富化用モジユー
ル。 ２ 該選択性酸素透過膜がα―オレフインを主と
するポリマーからなる膜であり、かつその膜厚が
0.5ミクロン以下であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の酸素富化用モジユール。[Scope of Claims] 1. An oxygen enrichment module containing a plurality of arrays of elements consisting of a support plate and a selective oxygen permeable membrane provided on the surface thereof, comprising: (i) the support plate is a plate; (ii) The element has a selective oxygen permeable membrane provided on both sides of the support plate, and has a sheet-like spacer arranged on both sides of the support member, the total thickness of which is 5 mm or less; It has a common outlet for taking out oxygen-enriched air through membranes on both sides, and the pressure loss within the element is
100 mmHg or less, (iii) the array is made by stacking a large number of the elements with inter-element spacers having a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less, and (iv) the module is under substantially normal pressure. has an air supply port and a nitrogen-enriched air discharge port, and has an oxygen-enriched air take-off pipe for taking out the oxygen-enriched air at a pressure lower than normal pressure from each element to the outside of the module, and (v) the outlet and the air supply and outlet are configured such that the flow of air in the element array within the module forms a countercurrent or crossflow with respect to the flow of the oxygen-enriched gas withdrawal. An oxygen enrichment module comprising: 2. The selective oxygen permeable membrane is a membrane made of a polymer mainly composed of α-olefin, and the membrane thickness is
The oxygen enrichment module according to claim 1, characterized in that the particle size is 0.5 microns or less.
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| JP15519780A JPS5782104A (en) | 1980-11-06 | 1980-11-06 | Module for oxygen enrichment |
| US06/217,582 US4406673A (en) | 1979-12-27 | 1980-12-18 | Ultrathin solid membrane, process for production thereof, and use thereof for concentrating a specified gas in a gaseous mixture |
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| EP83201139A EP0108426B1 (en) | 1980-11-06 | 1980-12-23 | Module for concentrating a specified gas in a gaseous mixture |
| DE8383201139T DE3071930D1 (en) | 1980-11-06 | 1980-12-23 | Module for concentrating a specified gas in a gaseous mixture |
| DE8080304718T DE3070404D1 (en) | 1979-12-27 | 1980-12-23 | Process for producing an ultrathin solid membrane and its use for concentrating a specified gas in a gaseous mixture |
| US06/498,154 US4759780A (en) | 1979-12-27 | 1983-05-25 | Apparatus for concentrating a gas, especially oxygen, from a gaseous mixture using an ultrathin solid membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15519780A JPS5782104A (en) | 1980-11-06 | 1980-11-06 | Module for oxygen enrichment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5782104A JPS5782104A (en) | 1982-05-22 |
| JPS6247803B2 true JPS6247803B2 (en) | 1987-10-09 |
Family
ID=15600613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15519780A Granted JPS5782104A (en) | 1979-12-27 | 1980-11-06 | Module for oxygen enrichment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5782104A (en) |
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