JPS6257630A

JPS6257630A - 向流式パ−ミエ−タ

Info

Publication number: JPS6257630A
Application number: JP19474385A
Authority: JP
Inventors: Moritaka Kato; 守孝加藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1985-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1987-03-13

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〕本発明は海水の淡水化やガスの分離等に使用されるスパ
イラル型パーミエータの改良に関するものである。

〔従来の技術〕

最近海水の淡水化やガスの分離などにパーミエータが使
用されることが多い。第６図はパーミエータ使用の１例
であるガス分離器を示す斜視図である。１個又は複数個
のエレメント（１）を納めたプレッシャチューブ（２）
の一端のガス流入口（３）より。

昇圧された原料ガス（６）を送入すると、原料ガス（６
）中の分離さるべき特定ガス（８）は透過して排出口（
５）より流出し、一方エレメント（１）を透過しない非
透過ガス（７）はガス流出口（４）より流出する。

第７図はエレメント（１）の構成を示す説明図で、第８
図はそのＡ部及びＢ部の拡大図である。図中（９）は十
分な通気性を有する高圧チャンネルスペーサ、四はガス
の種類により透過速度を異にする透過膜、ＣＬηは透過
チャンネルスペーサ、（ロ）は隔壁、（２）は透過材％
α４は透過チューブ、檜はチューブＣＬ◆に穿設された
孔である。図に示すように、エレメント（１）は、高圧
チャンネルスペーサ（９）と、２枚の透過膜αｑの間に
隔壁（６）を介在させてなる透過材（２）とを重ね曾わ
せ、透過チューブα◆を軸としてその周囲に捲きつけて
構成され、透過材（至）の内部の空間である透過チャン
ネルスペーサ０ηはそのチューブａ４に当接する部分を
、チューブα尋の孔αりを介してチューブαゆ内に解放
されている。なお透過膜（至）は、原料ガス（６）より
分離すべき特定ガス（８）に対し透過速度の大きいもの
を選択して使用する。又第７図はエレメント（１）の高
圧チャンネルスペーサ（９）と透過材（６）の端部を拡
げた状態を示している。

第６図のガス分離器のプレンシャチューブ（２）のガス
流入口（３）より流入した高圧の原料ガス（６）は。

チューブ（２）内のエレメント（１）に対しその高圧チ
ャンネルスペーサ（９）より流入し、原料、ガス（６）
中の分離すべき特定ガス（８）は、透過膜０Ｑを透過し
て、透過チャンネルスペーサαη内に流入し、スパイラ
ル状に捲かれた上記透過チャンネルスペーサαη内を隔
壁（６）に清って流れ、透過チューブα４に達すると。

その孔０９よシ該テニーブＣ１４内ＶＣ流出し、該チュ
ーブα◆を経て第６図の排出口（５）より排出される。

一方特定ガス（８）を分離した不透過ガス（７）は高圧
チーＹンネルスベーサ（９）内を通過し、プレッシャチ
ューブ（２）のガス流出口（４）より流出する。これに
より原料ガス（６）より特定のガス（８）を透過ガスと
して分離するのである。

以上述べたものが、従来のパーミエータ使用のガス分離
器の構成と作用である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記ガス分離器において、原料ガス（６）がエ
レメント（１）を通過する際、原料ガス（６）及び不透
過ガス（７）は、ガス分離器の軸方向に流れるのＶＣ対
し、原料ガス（６）中の分離きるべき特定ガス（８）は
。

透過膜α１を透過して透過チャンネルスペーサαη内を
流れろときは、その流れの方向はガス分離器の軸方向に
直角の方向に流れるので、原料ガス（６）及び不透過ガ
ス（７）の流れと、特定ガス（８）の流れとは、第９図
に示すように十字流となる。

一般に透過膜Ｃ１Ｏを透過する特定ガス（８）の量は次
式で示される。

ｑ（ｔ）：　Ａ　−ＰｔＩ＋　（Ｐｘｔ−ＸＩＩＩ−Ｐ
ＬＭＩ））　　　　・・・（１）こ−でＱｆｆｌ・・・
工成分ガスの透過量　ｌ／■Ａ　・・・透過膜の面積　
− Ｐ　・・・工成分ガスの透過係数ｔ／ｒｒ？　−ｋｇ／
ｍＰＨ・・・原料ガス、非透過ガスの高圧側圧力ｋｌｉ
Ｊ／ｃ、（Ｘ（Ｉ＋・・・高圧側Ｉｉ分ガスの体積分率
ＰＬ・・・透過ガスの低圧側圧力　ｋｇ／ｃｔＩＹ（１
＋・・・低圧側■成分ガスの体積分率（１）式から明ら
かなように、透過膜αｑを透過するガスの透過駆動力は
、高圧側の分圧（ＰＨ−Ｘｆｎ　）と低圧側の分圧（Ｐ
ｔ、−ＹＩＴｌ）の差によるものである。

従って、原料ガス（６）中の特定ガス（８）の分離を促
進するためには、上記分圧の差を大きくし、かつ透過膜
全体に均一にしてやる必要がある。

しかるに上記十字流においては、透過膜αＱの場所によ
って、上記分圧の差に大小が存在し均一を欠（。この結
果、原料ガス（６）中の分離すべき特定ガス（８）の透
過が、効率よく行なわれない欠点があるＯ本発明は上記十字流のもつ欠点に着目し、エレメント（
１）内のガスの流れを、なるべく向流に近づけることに
よって、原料ガス（６）中の分離すべき特定ガス（８）
の透過効率を上げた分離効率の高い向流式パーミエータ
を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記のように、パーミエータにおける原料ガス中の特定
ガスの分離効率を向上させるためには、原料ガスと透過
膜を透過した特定ガスとの流れを。

なるべく向流に近づける必要がある。

このためパーミエータにおけるエレメントを。

Ａ、８２個１組として外周面を接して平行に配置し、夫
々のエレメントの透過チューブに捲きつけた透過材の端
部を接続し、上記Ａ、８２個のエレメントの中１個人エ
レメントの透過チューブの中央部に閉塞板を装着すると
ともに、Ｂエレメントの透過チューブの両端に蓋をする
。

〔作用〕

上記のように構成されたエレメントにおいては、透過膜
より透過した特定ガスの流れは、先づＡ工レメントの透
過チューブの片側から透過チャンネルスペーサの中をＡ
エレメントの外周部に向い。

続いて外周部でＡエレメントの透過テギンネルスペーサ
に接続するＢエレメントの透過チャンネルスペーサに移
り、Ｂエレメントの該、透過チャンネルスペーサ中を透
過チューブへ向い、透過チューブ内でＢエレメントの他
の側へ移り、続いて透過チューブより透過チャンネルス
ペーサを外周部へ向つ。Ｂエレメントの外周部でこれに
接するＡエレメントの透過チャンネルスペーサへ移り、
Ａエレメントの透過チャンネルスペーｖ内ｔｔ　Ａエレ
メントの透過チューブに達し、これよυ透過チューブを
経て、排出口より排出される。

特定ガスは、エレメントの透過チャンネルスペーサ中を
上記のように流れるので、特定ガスと尻料ガスの流れは
、部分的には十字流であるが、全体的には向流に近くな
り、原料ガス中の特定ガスの分離効率は向上する。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すエレメントの斜視図、
第２図はガスの流れを示す説明図である。

図中（１ａ）はエレメントａ、（ｔｂ）ｔｔエレメント
Ｂ、（１ｂ）はＡ、８両エレメントの透過材（至）の端
部を接続した部分、α′Ｉ）はエレメントＡの透過チュ
ーブａ４の中央部に装着した閉塞板、α場はニレメン）
Ｈの透過チューブの蓋、（至）は透過膜αｑを透過し、
透過チャンネルスペーサＣＬη内を流れる特定ガス（８
）の流れの方向を示す矢印、（６）〜（至）は従来装置
と同一符号である。

第１図にみるようｖｃＡ、８２個のエレメントを外周部
を接して平行に併設し、夫々の透過材（ト）の端部を（
２）のように接続する。又ニレメン）　Ａ（１ａ）の透
過テエーブ傷→の中央部に閉塞板αηを設けるとともに
、エレメントＢのチューブα→の両端に蓋翰を装着する
。

本発明のパーミエータは上記のように構成されているの
で、原料ガス（６）を図のように流入せしめると、原料
ガス（６）がエレメントＡ、Ｂ　（１ａ）。

（１ｂ）の高圧チャンネルスペーサ（９）を通過する間
に、原料ガス（６）中の特定ガス（８）は透過膜四を透
過し、透過チャンネルスペーサα１内を矢印（至）の方
向に流れる。ガスの流れを更に詳しく説明するため、第
１図においてエレメントＡの閉塞板（ロ）より手前部分
を（１ａ−ａ）、閉塞板（ロ）より先方部を（１ａ−ｂ
）エレメントＢについても同様（１ｂ−ａ）　、　（１
ｂ−ｂ）トスル。但しエレメントＢのチューブ俣◆には
閉塞板はない。原料ガス（６）は第１図に示すように、
エレメント入、Ｂの（１ａ　　ａ）　　及び（１ｂ−ａ
）　　より矢印の方向に流入し、エレメントの高圧チャ
ンネルスペーサ（９）を通り、その間特定ガス（８）を
透過膜（転）を介して分離し、非透過ガス（７）となっ
てニレメン）Ａ、Ｂの先方部（１ａ　−ｂ）　、　　（
１ｂ−ｂ）より流出する。一方透過膜（ｌｑｆ２！：透
過して、透過チャンネルスペーサα凝中に流出した特定
ガス（８）は、矢印（至）に示すようにエレメントへの
（１ａ−ｂ）部の中心部より外周部へ流れ、外周部で透
過チャンネルスペーサの接続部０Ｑを経て、エレメント
Ｂの（１ｂ−ｂ）の外周部へ流れる。（１ｂ−ｂ）　部
においては、特定ガス（８）　ｔｔｓ　Ｈ過チャンネル
スペーサαη内を外周部より中心に向い、中心部で透過
チューブ０４内に流出する。さらに特定ガス（８）はエ
レメントＢの透過ｆｚ−ブ内を（１ｂ−ｂ）　　部から
（１ｂ−ａ）　　部へ流れ、（１ｂ−ａ）　　部では透
過チューブより外周部へざらに透過チャンネルスペーサ
の接続ｓヘリを経てエレメントＡの（１ａ−ａ）　　部
の外周部へ達し、（１ａ−ａ）　　部の外周部から中心
部の透過チューブ内へ流れた特定ガス（８）は透過チュ
ーブα◆からガス分離器の排出口（５）を経て大気へ放
出される。

以上のパーミエータ内におけるガスの流れを纏めたのが
第６図である。なお第３図においては、上記パーミエー
タを２個並べている。第３図に示すように、原料ガス（
６）の流れと特定ガス（８）の流れとは、部分的には十
字流であるが全体的には向流となっている。これを従来
装置におけろガスの流れを示す第９図と比較すれば、ガ
スの流れの変化が明らかになる。

上記のように、ガス分離器のパーミエータ内におけるガ
スの流れを向流に近くすることによって、透過膜αｑ円
内外ガス分圧差が平均化し、原料ガス（６）中からの特
定ガスの分離効率は同上する。

第４図は本発明の他の実施例を示すパーミエータの斜視
図である。本実施例においては、１個のエレメント（１
）の透過チューブα４の中央部に、閉塞板αηを装着す
ると共に、透過チャンネルスペーサＵＵを６部分（１１
ａ）−（１ｌｂ）、　　（１’Ｉｃ）に分ち、該スペー
サ（１１ａ）、（１１ｂＬ　　（１１０のうち、（１１
ａ３と（１１ｃ）においては隔壁（２）の方向を一定と
せずガスが何れの方向へも自由に進みうるようにし、又
（１１ｂ）の部分においては、ガスの流れがエレメント
チューブα尋に平行方向、すなわち矢Ｈ（８ｂ）の方向
になるように、透過テτンネルスペーサへり内の隔壁（
６）を配置する。この結果本実施例にｊｄけるエレメン
ト（１）におい又は、第４図に示すように、原料ガス（
６）はエレメント（１）の高圧チャンネルスペーサ（９
）を通過し、その間に原料ガス（６）中の分離きるべき
特定ガス（８）を透過膜αｑより透過分離し、不透過ガ
ス（７）としてエレメント（１）より流出する。一方特
定ガスは、高圧チャンネルスペーサ（９）より透過＠叫
を介して透過チャンネルスペーサ（１］、ｌ内に透過す
る。この除透過ナヤンネルスペーサ（１１ｅ）に透過し
た特定ガス（８）は、スペーサ（１ｌ　ｂ）の部分では
エレメントのチューブα◆と平行方向に進み、スペーサ
（１１ａ）に到るとチューブα◆と直角方向すなわちエ
レメントの中心部に向い、チューブＣ１４に達するとそ
の孔（至）からチューブ内に流出し、チューブ内を通っ
て排出口（５）から大気へ解放されるのである。なおチ
ューブα４の孔（至）は透過チャンネルスペーサの（１
１ａ）と（１１ｃ）の部分にのみ設けている。これは第
４図から理解しうるように透過チャンネルスペーサ（１
ｌ　ｂ）の部分では、特定ガス（８）はチューブα◆に
平行に流れるのみでチューブ内へのガスの出入がないか
らである。以上のガスの流れを纏めると、第５図に示す
ものとなる。（１１ｂ）の部分では完全に向流となって
いることが判る。

〔発明の効果〕

本発明はパーミエータにおいて、エレメントを２個１組
として外周面を接して平行に配置し、夫夫のエレメント
の端部を連結するとともに、２個のエレメントチューブ
の中の１個のチューブの中央部に閉塞板を装着したので
、パーミエータ内における原料ガスと分離さるべき特定
ガスの流れが部分的には十字流であるが全体的には向流
に近くなり、原料ガス中の特定ガスの分離効率が大幅に
向上した。第１艮は本発明に係るパーミエータの従来の
パーミエータとの比較試験の結果を示すもので、本発明
によるパーミエータの優秀性を明らかにしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す向流式ハーミエータの
斜視図、第２図はその一部拡大図、第３図はそのガスの
流れの説明図、第４図は他の実施例を示す向流式パーミ
エータの斜視図、第５図はそのガスの流れの説明図、第
６図はガス分離器の斜視図、第７図は従来のエレメント
の斜視図、第８図はその一部拡大図、第９図はそのガス
の流れの説明図であるっ図中（１）はエレメント、（６）は原料ガス、（７）は
不透過ガス、（８）ハ特定ガス、（９）は高圧チャンネ
ルスペーサ、αＱは透過膜、αルは透過チャンネルスペ
ーサ、（２）は隔壁、α１は透過材、α４は透過チュー
ブ、（ロ）はその孔、６時は透過チャンネルスペーサ接
続部、αりは閉塞板、　ＤＩは蓋、０１はガスの流れの
方向である。代理人　弁理士　佐　藤　正　年第１図１１８１！！！！１１９図５　　　　　　　　　　　ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

ガスの種類により透過速度を異にする２枚の透過膜を隔
壁を介して接着してなる透過材と、十分な通気性を有す
る高圧チャンネルスペーサとを重畳し、一透過チューブ
を軸としてその周囲に捲きつけてなり、上記透過材の内
部の空間である透過チャンネルスペーサがその上記透過
チューブに当接する部分を、該チューブに穿設された孔
を介して、該チューブ内に開放されるように構成された
エレメントにおいて、該エレメントを２個外周を接して
平行に配設し、夫々の透過チャンネルスペーサを外周部
において接続し、上記２個のエレメントのうち、１個の
エレメントの透過チューブの中央部に閉塞板を装着する
とともに、他のエレメントの透過チューブの両端を閉塞
して構成したことを特徴とする向流式パーミエータ。