JPS6354915A - 流体分離装置 - Google Patents

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、選択性透過膜を用いた流体分離装置に関し、
とくに選択性透過膜の膜面に沿わせて流路材を設けた流
体分離装置の選択性透過１１ｉｙｉ過流体側の流路構造
の改良に関する。

〔従来の技術〕

平膜の選択性透過膜を用いた流体分離装置としては、膜
をシート状のまま装置内に積層させたプレート型と、膜
積層体を巻き上げたスパイラル型とが知られている。ス
パイラル型流体分離装置においては、選択性透過膜の膜
面に沿わせて流路材を設け、膜面に沿う方向に流路を構
成して透過流体を取り出すようにした構造が、一般的に
知られている。また、まだ出願公開前の段階で４よある
が、プレート型流体分離装置においても、選択性ｉ３過
膜の膜面に沿う方向に流路材を設ける構造が、先に本出
願人により提案されている（特願昭６０−１１６７７４
号）。

このような構造では、流路材は選択性透過膜膜面との共
働により流体流路を構成でき、膜保持用のフレームを特
別に設は該フレーム内部に流路を形成した従来構造（た
とえば特開昭５６−４４００３号公報、特開昭６１−９
３８１７号公報等に示された構造）に比べ、流路材を上
記のようなフレーム部材よりも大幅に薄く構成できるた
め、装置内の膜充填密度を高めることができ、装置の小
型化あるいは装置の処理能力増大がはかれるという利点
がある。

流体分離装置においては、通常、選択性透過膜の分離、
透過性能を高め処理流体を円滑に流すために、供給流体
側と透過流体側には差圧が与えられるが、上記流路材の
うちとくに透過流体用流路材には、運転圧に対して選択
性透過膜を保持し、透過流体の流路を適切に保持する機
能が要求される。つまり、透過流体用流路材は、運転圧
でつぶれないだけの剛性をもっていなければならない。

また、透過流体を流路材流路に沿って流れ易くし、それ
によって流体の選択性透過膜による分離性能および選択
性透過膜透過性能を高めるためには、流路材により構成
される流路の抵抗が掻力小に抑えられることが望ましい
、流路抵抗を小にするには、流路材の流路方向断面にお
ける開孔率を大にする必要がある。膜充填密度を増すた
めには流路材は基本的にはできるだけ薄いものが望まし
いが、これは流路砥抗小という要求と相反するものであ
り、実際には各々が性能に及ぼす影響のバランスを取っ
て最適な厚みに設定される。従って、流路材は、処理流
体の流量が比較的小さい場合には、薄く形成でき、大流
量の場合には、該大流量に見合う流路を構成できるよう
厚（形成できる、装置仕様に応じた構成がとれるという
特性をもつことが望ましい。

このような望ましい特性に対し、従来透過流体流路材と
しては、トリコントｍ地を樹脂含浸あるいは熱融着で剛
着化したもの等で、厚み０．２〜Ｑ　、　３　ｍｍ程度
のものを使っていた。そして、逆浸透分離の場合のよう
に比較的小流量の場合には、上記トリコツ）＆Ｉ地から
なる流路材を一枚もので使用して厚みの薄い流路材を達
成し、限外濾過等透過流体流量が大きい場合には、それ
に対応する大厚みのトリコント編地を作ることができな
いことから、上記薄手のトリコント編地を複数枚重ねて
厚みの厚い流路材を構成していた。とくに、大流量気体
分離の場合には、透過側が供給側よりも低圧になること
から気体が膨張し、透過側流路抵抗の影響が液体の場合
に比べより大きくなるため、−層厚い流路材が要求され
、それだけ上記トリコット編地の積層枚数を増やさざる
を得ない状況にあつた。

（発明が解決しようとする１ｇ１Ｉ１点〕しかしながら
、上記のような薄手のトリコント編地を流路材として使
用する方法には、以下のような問題がある。

まず、透過流体流量が比較的小であり、膜充填密度を上
げるため専ら流路材を薄く構成することが要求される場
合においては、−枚のトリコット編地により相当薄い流
路材構成をとることができるものの、該トリコット編地
の流路方向断面の開孔率はそれ程大きくとれないため、
流路抵抗が大になって選択性透過膜の分離、透過性能が
低下し、その骨膜充填密度を増大した効果が相殺されて
しまうという問題がある。逆に流路抵抗を一定以下に抑
えると、トリコット編地の薄手化にも限界が生じること
になり、結果的に膜充填密度をあるレベル以上筋めるこ
とができなくなるという問題を招　（。

透過流体流量が大流量の場合においては、前述の如くト
リコントＷ地を積層して厚手の流路材を構成しても、開
孔率自体は一枚ものの場合と同様低いので、厚手の割に
は流路断面積が小さくかつ流路抵抗も大きく、厚手化の
効率が悪いという問題がある。また、このような積層構
造では、積層するための手間がかかるという問題、積層
枚数の増大に略比例して流路材全体のコストが増大する
という問題もある。

本発明は、上記のような問題を解消するために、流路材
の開孔率が大で流路抵抗が少なく、かつ薄手であっても
厚手であっても要求仕様に応じた流路材を容易にしかも
一枚もので安価に製作可能な構造を提供し、流体分離装
置における分離性能、透過性能共に向上することを目的
とする・〔問題点を解決するための手段〕 この目的に沿う本発明の流体分離装置は、選択性透過膜
の膜面に沿わせて流路材を設け、咳流路材により選択性
透過膜を透過した流体を膜面に沿う方向に導く流体分離
装置において、前記透過流体用の流路材として、透過流
体の流れ方向に沿う方向に延びるネットのうねの高さが
それ以外のうねの高さよりも高い構成を有するプラスチ
ックネットを用いたものから成る。

−ａの格子状に形成されたプラスチックネットは、縦横
に延びるうねの高さが同一の高さに形成されるが、本発
明においては、いずれか一方力向に延びるうねの高さが
他方のそれよりも相対的に高くされ、その高いうねの延
設方向が透過流体の流れ方向とされて、該プラスチック
ネットからなる流路材が選択性透過膜の膜面に沿わせて
配設される。

〔作用〕

流路材を構成するプラスチックネットは、プラスチック
の成形品であるから、その厚み、格子形状共に自由に設
定し得る。したがって、適当な格子形状で厚みの薄いプ
ラスチックネットに成形することにより、選択性透過膜
保持に必要な剛性をもたせつつ厚みの薄い流路材を達成
することができ、装置内の膜充填密度が高められる。ま
た、厚みの厚いプラスチックネットに成形することによ
り、−枚もので厚みの厚い流路材が構成される。

そして、プラスチックネットの透過流体流れ方向に延び
るうねの高さが高くされているので、厚みの大小にかか
わらず確実に透過流体の所定方向への流路が形成される
。また、プラスチックネットは成形品であるから、高さ
の高いうねの配設ピンチ、幅等も自由に設定することが
でき、必要な剛性を確保しつつ配役ピンチを適当に大に
し幅を適当に小にすることにより、透過流体流路断面に
おける開孔率は大幅に高められ、流路抵抗が小に抑えら
れる。開孔率が大とされ流路抵抗が小に抑えられる結果
、選択性透過膜前後の差圧を所定の運転圧に保ちつつ流
路材を更に薄手化することが可能になり、膜充填密度が
一層高められる。透過流体が透過側流路に沿って流れ易
くなり流体が容易に選択性透過膜を透過できるようにな
るとともに、該透過性能向上により結果的に装置の分離
性能も高められる。

〔実施例〕

以下に、本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明
する。

第１図ないし第３図は、本発明の一実施例に係る流体分
離装置の主要部を示している。第１図は、流体骨ｊ！！
装置内に組み込まれる流体分離用のエレメントの一部を
示している０本実施例においては、選択性透過膜１は長
尺ものに構成され、該長尺の選択性透過膜１が順次折り
たたまれ、膜表面側に供給流体用の流路材２が、膜裏面
側に透過流体用の流路材３が挿入され、流路材２．３に
より膜面に沿う方向の供給流体流路、透過流体流路がそ
れぞれ膜面との共働により構成されるようになっている
。透過流体側の流路材３は、その３辺で選択性透過膜１
と接着剤４により接着されるとともにシールされ、かつ
１辺のみ開放されて該開放口からｉ３過流体が、供給側
流体と混じることなく取り出されるようになっている。

この流路材２．３のうち、少なくとも透過側の流路材３
は、次のように構成されている。

流路材３は、第２図および第３図に示すように、プラス
チックネットから構成される。プラスチックには、たと
えばポリエチレン、ポリプロピレン等が用いられる。プ
ラスチックネット３は、本実施例では縦横に延びるうね
５．６を有する格子状に形成されたものから成っている
。そして、透過流体の目標とする流れ方向を第２図にお
ける矢印Ａの方向とすると、該方向Ａに沿う方向に延び
るうね５の高さは、他のうね６の高さよりも相対的に高
く形成されている。なお、本実施例では、直交するうね
５．６からなるプラスチックネット３をしたが、うね６
はうね５に対し必ずしも直交する必要はない。

このようなプラスチックネット３の各部寸法は、流体分
離装置の要求仕様に応じて決定される。つまり、プラス
チックネット３の選択性透過膜１保持のための必要な剛
性を確保しつつ、流路断面（第３図の断面）における開
孔率を極力高めて流路抵抗を小に抑え、しかも膜充填密
度をできるだけ高めたい場合にはプラスチックネット３
を薄くし、大流１ｉ３過流体を処理したい場合にはうね
５を高くしてプラスチックネット３を適当に厚手化しか
つ波路抵抗を小に抑えるようにすればよい。

プラスチックネット３の望ましい具体的な各部寸法は、
処理流体の種類、流量等によって異なるが、大流量酸素
富化空気を製造する燃焼用途向は気体分離装置の場合、
例えば次のような範囲になる。

全体厚みａ　：　　０．６〜２．０龍 溝幅　　ｂ：　　２．Ｑ〜４．Ｑｍａ うね５の幅Ｃ：　　ｌ、Ｑｆｌ以下 （小さい方がより好ましい、） うね６の厚みｄ：ｃと同程度 うね５のピッチｅ：２〜５龍 （Ｃの値により異なる。） うね６のピッチｆｅｅと同じ程度であれば充分（流路抵
抗には殆ど影響せ ず、ネットの強度保持の 面から決まる。） 上記のような構成を有する実施例装置においては、透過
側流路材をプラスチックネット３で構成することにより
、薄手の流路材が要求される場合にも厚手の流路材が要
求される場合にも、装置の要求仕様に応じて次のように
望ましい特性が得られる。

第４図および第５図には、従来のトリコツ）１地からな
る流路材１０の一例を示すが、本流路材１０は、ポリエ
ステルのトリコント編地を樹脂含浸又は熱融着により剛
直化したものである。第４図に示すように、ネットの編
目のメツシュサイズは通常相当細かく、第５図に示すよ
うに、流路方向断面における山部１１と谷部１２の寸法
は略同じ程度になって、開孔率は相当小さいものになっ
ている。

この開孔率を大にし、かつ流路材１０として必要な剛性
を保つのは一般に困難である。また、トリコツ）Ｉ地で
糸を交差させたものであるから、−枚ものにて流路材１
０を厚手化するのも困難である。

これに対し本発明では、第２図および第３図に示したよ
うなプラスチックネット３の成形品構造であるから、必
要な剛性を保ちつつ、−枚もので自由に各部寸法を設定
できる。したがって、処理流体の流量が比較的小流量で
薄手の流路材が要求される場合には、第５図に示したよ
うな従来の断面形状に比べ、プラスチックネット３のう
ね５の幅Ｃを小に設定し、うね５のピッチｅを適当に大
きくし、かつうね６の厚みｄを適当に小にすれば、開孔
率は大幅に高められ、流路抵抗を小に抑えつつ流路材の
一層の薄手化が可能になる。流路材の薄手化により、よ
り膜充填密度が高められて流体分離性能が高められる。

流体抵抗を小に抑えることにより、同じ運転圧であって
も透過流体は流れ易くなり、選択性透過膜１を透過し易
くなって装置の処理能力が向上される。

また、限外濾過、あるいは気体分離、とくに燃焼用酸素
富化空気製造のように処理流体の流量が大流量で、厚手
の流路材が要求される場合には、うね５の高さａを高く
することにより、−枚もの流路材にて、開孔率が大きく
流路抵抗の少ない流路材が容易に構成される。また、開
孔率を大きくとれる結果、流路材を必要以上に厚くする
必要はない、つまり、流路抵抗を低く抑え、目標とする
透過流体流量が得られるだけの開孔率に設定すればよい
ので、従来のトリコント編地を積層して目標とする透過
流体流量が得られるようにする場合に比べ、同じ流量を
得るだめの流路材厚みは大幅に薄（でもよいことになる
、その骨膜充填密度が向上でき、装置の小型化あるいは
装置の処理能力の向上がはかれる。

上記開孔率増大による流路抵抗低減について更に説明す
る。

第６図に、選択性透過膜１とプラスチックネット３によ
る一構成要素と供給流体および透過流体の流れを示し、
第７図にそのときの流れ方向についての圧力勾配を示す
、たとえば、気体分離において、選択性透過膜１の膜表
面側の圧力ｐ１を大気圧（１，０気圧）とし、透過流体
出口側の圧力ｐ２を０．４気圧の運転条件とすると、透
過側流路材をプラスチックネット３とすることにより、
流れ方向に沿う圧力分布を第７図の特性Ｗ１のようにす
ることが可能である。流路材３で構成される流路におけ
る圧力降下分を０．２気圧程度に抑え、選択性透過ｔｉ
ｌｌの膜表面側と膜裏面側との間に少くとも０．４気圧
以上の大きな有効差圧をもたせることが可能である。

同様の運転圧条件で、従来のトリコットｍ地の積層構造
（又は単層構造）により流路を構成した場合には、流路
抵抗が特性Ｗ２のように大きくなるため、選択性透過膜
１ｉ３過点における圧力が０．８気圧程度になり、選択
性透過膜１前後の有効差圧を大きくとることが困難であ
る。

このように選択性透過膜の差圧を太き（とることができ
る結果、膜透過量が増大されるとともに、選択性透過膜
１による分離性能も高められる。また、プラスチックネ
ット３による流路内を透過気体が流れ易いので、この面
からも装置処理能力が増大される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の流体分離装置によるとき
は、透過側流路材をプラスチ、クネットとし、その流路
方向に沿う方向のうねの高さを高くし、流路断面におけ
る開孔率を高めて透過流体流路の抵抗を小に抑えるとと
もに、装置要求仕様に応じて目標とする流路材を容易に
構成できるようにしたので、小流量の場合にあっても大
流量の場合にあっても最大限膜充填密度を高めることが
可能になり、透過流体流路抵抗を小に抑えることにより
選択性透過膜による分離性能、流体の選択性透過膜透過
性能を高めることができるという効果が得られる。

また、プラスチックネット−枚ものにて目標とする流路
材を構成できるので、流路材の厚手化にも容易に対処で
き、安価にかつ効率よく大ｍｌ用の流体分離装置を構成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る流体分離装置の部分斜
視図、 第２図は第１図の装置のプラスチックネットの部分平面
図、 第３図は第２図の■−■線に沿う断面図、第４図は従来
のトリコント＆Ｉ地をモデル的に示した流路材の部分平
面図、 第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う断面図、第６図は第１
図の装置の流体流路に沿う方向の部分断面図、 第７図は第６図の装置における流体流路方向の圧力分布
図、 である。 ｌ・・・・・・選択性透過膜 ２・・・・・・供給側流路材 ３・・・・・・プラスチックネットからなる透過側流路
材 ５・・・・・・流路に沿う方向に延びるうね６・・・・
・・他の方向に延びるうね ｌ　遇テσ王逆は矩戻 第２図 Ｉ 第３図 −ｕ　ｕ　ｕ　ｕ　ｕ　ＯＯロロ コロロロロロロロロロ コロロロロロロロロロ コロロロロロロロロロ コｎ０ロロロロロロ「

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）選択性透過膜の膜面に沿わせて流路材を設け、該
   流路材により選択性透過膜を透過した流体を膜面に沿う
   方向に導く流体分離装置において、前記透過流体用の流
   路材として、透過流体の流れ方向に沿う方向に延びるネ
   ットのうねの高さがそれ以外のうねの高さよりも高い構
   成を有するプラスチックネットを用いたことを特徴とす
   る流体分離装置。
2. （２）被処理流体が気体である特許請求の範囲第１項記
   載の流体分離装置。
3. （３）被処理流体が空気であり、選択性透過膜透過側か
   ら酸素濃度の高められた酸素富化空気を取り出す特許請
   求の範囲第２項記載の流体分離装置。
4. （４）前記プラスチックネットの透過流体流路断面にお
   ける空隙率が１０％以上である特許請求の範囲第１項記
   載の流体分離装置。