JPWO2018003840A1 - 中空糸脱気モジュール及び当該中空糸脱気モジュールを用いて液体を脱気する方法 - Google Patents

Abstract

中空糸脱気モジュール１は、筒体２と、筒体２の一方の端部２ｂを封止し、液体供給口７が設けられる第１の蓋部３と、筒体２の他方の端部２ｃを封止する第２の蓋部４と、筒体２内にて液体供給口７に連通する筒状本体部１１ａ、及び筒状本体部１１ａの外周面に設けられる複数の開口部１１ｂを有する液体流入部１１と、液体流入部１１の外周面を覆うように筒体２内に収容され、複数の中空糸膜１２を有する中空糸膜束１３と、筒体２内の液体を排出する液体排出口５と、第１の蓋部３及び第２の蓋部４のいずれか一方に設けられ、複数の中空糸膜１２の内側に繋がる排気口８と、筒体２に設けられ、液体中の気泡が排出される気泡排出口６と、を備える。

Description

本発明は、中空糸脱気モジュール及び当該中空糸脱気モジュールを用いて液体を脱気する方法に関する。

液体中には、空気等の気体が溶存していることがある。例えば、測定対象の液体に気体が溶存されている場合、当該気体によって正確な測定結果が得られないことがある。また、インク、レジスト、又はコーティング材料に気体が溶存されている場合、印字不良等が発生することがある。例えば、下記特許文献１には、インク貯留部からインクジェットヘッドに至るインク流路に、中空糸膜を用いた中空糸脱気モジュールを取り付けることが開示されている。下記特許文献１では、中空糸脱気モジュールによって連続的にインクが脱気されることが開示されている。

国際公開第２００７／０６３７２０号

上述したような中空糸脱気モジュールでは、液体中に溶存する気体及び微小な気泡は、中空糸膜の表面に設けられた孔を介して当該中空糸膜の内側に侵入する。しかしながら、中空糸膜の孔の径よりも極端に大きい気泡が液体中に形成された場合、当該気泡は、中空糸膜内に侵入しないことがある。この場合、中空糸脱気モジュールから排出される液体は、十分に脱泡されないことがある。また、例えば液体が高粘度液体である場合、中空糸脱気モジュール内の気泡は、液体の剪断応力により破壊されないことがある。この気泡は、中空糸脱気モジュール内に溜まる傾向にある。この溜まった気泡に起因して、脱気の対象となる高粘度液体と、中空糸膜との接触面積が低下し、中空糸脱気モジュールによる充分な脱気性能を発揮できなくなる問題もある。

本発明の一態様は、液体を良好に脱気及び脱泡できる中空糸脱気モジュールおよび当該中空糸脱気モジュールを用いて良好に脱気及び脱泡を行う方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る中空糸脱気モジュールは、筒体と、筒体の一方の端部を封止し、液体供給口が設けられる第１の蓋部と、筒体の他方の端部を封止する第２の蓋部と、筒体内にて液体供給口に連通すると共に筒体の軸線方向に延在する筒状本体部、及び筒状本体部の外周面に設けられる複数の開口部を有する液体流入部と、筒状本体部の外周面を覆うように筒体内に収容され、複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、筒体内の液体を排出する液体排出口と、第１の蓋部及び第２の蓋部のいずれか一方に設けられ、複数の中空糸膜の内側に繋がる第１の排気口と、筒体に設けられ、液体中の気泡が排出される気泡排出口と、を備える。

この中空糸脱気モジュールでは、液体供給口を介して液体流入部の筒状本体部に供給された液体は、開口部を介して筒体内に浸入する。筒体内に浸入した液体に溶存している気体及び微小な気泡は、中空糸膜の内側に侵入する。すなわち、筒体内に浸入した液体は、中空糸膜束を通過する際に脱気される。中空糸膜の内側に侵入した気体等は、第１の排気口から中空糸脱気モジュールの外部に排出される。また、筒体内に収容される液体中に存在し、中空糸膜によって脱泡されなかった気泡は、液体排出口とは異なる気泡排出口から中空糸脱気モジュールの外部に排出される。したがって、上記中空糸脱気モジュールを用いることによって、液体を良好に脱気及び脱泡できる。

気泡排出口は、液体排出口よりも上側に設けられてもよい。この場合、気泡排出口から排出される液体量を低減できると共に、筒体内において液体排出口に到達するまでの液体の流路が長くなる。これにより、液体排出口から排出される液体への気泡の混入を良好に抑制できる。

気泡排出口は、複数の開口部よりも上側に設けられてもよい。この場合、液体中の気泡が複数の開口部を介して逆流することを抑制できる。

上記中空糸脱気モジュールは、第１の蓋部及び第２の蓋部の他方に設けられ、複数の中空糸膜の内側に繋がる第２の排気口をさらに備えてもよい。この場合、中空糸膜の内側に侵入した気体を良好に排出できる。

上記中空糸脱気モジュールは、軸線方向において、第１の蓋部側の液体流入部及び中空糸膜束を固定し、筒体内の第１の空間と第１の蓋部内の第２の空間とを区画する第１の封止部と、軸線方向において、第２の蓋部側の液体流入部及び中空糸膜束を固定し、第１の空間と第２の蓋部内の第３の空間とを区画する第２の封止部と、をさらに備え、複数の開口部、液体排出口、及び気泡排出口のそれぞれは、第１の空間に繋がっており、第１の排気口は、第２の空間及び第３の空間のいずれか一方に繋がっていてもよい。この場合、第１及び第２の封止部によって、第１の排気口が繋がる空間と、複数の開口部、液体排出口、及び気泡排出口のそれぞれが繋がる第１の空間とが、互いに分断されている。これにより、第１の排気口に排出される気体が、第１の空間に混入されることを良好に抑制できる。

第１の封止部は、軸線方向において第２の封止部よりも上側に位置しており、気泡排出口は、軸線方向において第１の封止部と離間してもよい。この場合、軸線方向において筒体内の第１の封止部と気泡排出口との間には、気泡が溜まる領域が形成される。この領域に溜まった気泡による気体が、当該領域に露出する中空糸膜に侵入することにより、より良好に脱気できる。

第１の蓋部は、軸線方向において第２の蓋部よりも上側に位置してもよい。この場合、液体供給口が液体を自然落下にて筒状本体部に供給できる。

液体排出口は、筒体に設けられてもよい。この場合、第１の蓋部及び第２の蓋部の形状等にかかわらず、脱気された液体を良好に排出できる。

液体の粘度は、１０００ｍＰａ・ｓ以上であってもよい。この場合、液体中の気泡が破壊されにくく、中空糸膜束だけでは脱泡が不十分になる傾向にある。これに対して、上記中空糸脱気モジュールは、気泡排出口を備えている。したがって、上記中空糸脱気モジュールによって処理される液体の粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上であっても、当該液体の脱気及び脱泡を良好に実施できる。

上記中空糸脱気モジュールを用いて液体を脱気する方法は、中空糸脱気モジュールの気泡排出口から液体中の気泡を排出しながら脱気する方法である。このように中空糸脱気モジュールを用いて、気泡排出口から液体中の気泡を排出しながら液体中の溶存気体を脱気することにより、良好に脱気及び脱泡を行うことができる。

本発明の一態様によれば、液体を良好に脱気及び脱泡できる中空糸脱気モジュールおよび当該中空糸脱気モジュールを用いて良好に脱気及び脱泡を行う方法を提供できる。

図１は、実施形態に係る中空糸脱気モジュールを示す正面図である。 図２は、図１に示される中空糸脱気モジュールの概略断面図である。 図３（ａ），（ｂ）は、図２に示される中空糸膜束の一部拡大図である。 図４は、各実施例にて用いられる性能評価ラインを示すブロック図である。 図５は、表１に示される各実施例の結果をグラフ化した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る中空糸脱気モジュールを示す正面図である。図２は、図１に示される中空糸脱気モジュールの概略断面図である。図１及び図２に示されるように、内部に供給された液体を脱気する中空糸脱気モジュール１は、外部灌流型の脱気モジュールである。中空糸脱気モジュール１は、中央部２ａ及び端部２ｂ，２ｃを有する筒体２と、筒体２の一方の端部２ｂを封止する第１の蓋部３と、筒体２の他方の端部２ｃを封止する第２の蓋部４とを備えている。筒体２の中央部２ａには、液体排出口５及び気泡排出口６が設けられている。第１の蓋部３には、液体供給口７及び排気口８（第１の排気口）が設けられている。第２の蓋部４には、排気口９（第２の排気口）が設けられている。本実施形態では、筒体２の中心軸線Ｌ１に沿った方向を上下方向（又は軸線方向）と定義する。この場合、端部２ｂ（及び第１の蓋部３）は、端部２ｃ（及び第２の蓋部４）よりも上側に設けられている。

本実施形態の中空糸脱気モジュール１にて脱気される液体は、気泡が発生しやすい液体もしくは発生した気泡が破壊されにくい液体であれば特に限定されない。具体例としては、液体として起泡性液体又は高粘度液体が挙げられる。起泡性液体としては、いわゆる界面活性剤もしくは界面活性物質を含む液体が挙げられる。高粘度液体としては、液体が中空糸脱気モジュール１を流れる温度において、所定の粘度を有する液体が挙げられる。本実施形態では、高粘度液体が用いられる。

高粘度液体において、上記温度における所定の粘度の下限値は、例えば１００ｍＰａ・ｓ以上の任意の値でもよく、５００ｍＰａ・ｓ以上の任意の値でもよく、１０００ｍＰａ・ｓ以上の任意の値でもよい。高粘度液体において、上記温度における所定の粘度の上限値は、例えば５０００ｍＰａ・ｓ以下の任意の値でもよく、２０００ｍＰａ・ｓ以下の任意の値でもよい。上記温度における液体の粘度は、１６００ｍＰａ・ｓ程度であってもよい。なお、高粘度液体において、上記の粘度の範囲の組合せとしては、発生した気泡が液体排出口側へ混ざることを防ぐ観点と、液体の流動性の観点とを考慮すると、１００〜５０００ｍＰａ・ｓの任意の値でよく、５００〜５０００ｍＰａの任意の値でもよく、１０００〜５０００ｍＰａの任意の値でもよく、さらに、より多くの液体を処理できる観点も考慮すると、上記組合わせは、１００〜２０００ｍＰａ・ｓの任意の値でもよく、５００〜２０００ｍＰａの任意の値でもよく、１０００〜２０００ｍＰａの任意の値でもよい。液体が中空糸脱気モジュール１を流れる温度の下限値は、例えば、液体の凝固点より高ければよい。液体が中空糸脱気モジュール１を流れる温度の上限値は、例えば、後述する中空糸膜１２を構成する樹脂の熱変形温度未満までの範囲であればよい。例えば、中空糸膜を構成する樹脂がポリオレフィンである場合、上記温度は、０℃〜７０℃でもよく、４℃〜６０℃でもよく、室温（２０℃）〜４５℃でもよい。例えば、インク、レジスト、又はコーティング材料等として前記高粘度液体が用いられている。

筒体２は、中空糸脱気モジュール１における本体部であり、略円筒形状を有している。中央部２ａ内には仕切り等が設けられておらず、且つ、端部２ｂ，２ｃのそれぞれは開口している。このため、筒体２は中空形状を有している。製造容易性の観点から、筒体２は、例えば樹脂製である。筒体２は、例えば射出成形によって形成される。中央部２ａにおける端部２ｂに隣接する領域には、拡径部Ｅが設けられている。すなわち、中央部２ａにおける上端には、拡径部Ｅが設けられている。この拡径部Ｅにおいて、外径は中央部２ａと同一である一方で、内径は中央部２ａよりも大きくなっている。このため筒体２内の空間Ｓ１（第１の空間）において、拡径部Ｅによって画成される内部空間の断面積は、拡径部Ｅ以外の領域によって画成される内部空間の断面積よりも大きくなっている。

端部２ｂ，２ｃの外径は、互いに略同一であり、中央部２ａの外径よりも小さくなっている。一方、端部２ｂ，２ｃの内径は、互いに略同一であり、且つ、拡径部Ｅを除いた中央部２ａの内径とも略同一である。端部２ｂの外周面には、第１の蓋部３に係止するための爪部２ｄ，２ｅが設けられている、端部２ｂの内周面には、後述する封止部１４が引っかかる溝部２ｆが設けられている。同様に、端部２ｃの外周面には第２の蓋部４に係止するための爪部２ｇ，２ｈが設けられており、端部２ｃの内周面には後述する封止部１５が引っかかる溝部２ｉが設けられている。

筒体２内には、第１の蓋部３の液体供給口７に連通する液体流入部１１と、液体流入部１１の外周面を覆い、複数本の中空糸膜１２を有する中空糸膜束１３と、空間Ｓ１を封止すると共に中空糸膜束１３を固定する封止部１４，１５とが収容されている。

液体流入部１１は、液体供給口７から供給された液体を筒体２内に供給する樹脂製の部材である。液体流入部１１は、中央部２ａ内にて上下方向に延在する筒状本体部１１ａ、及び筒状本体部１１ａの外周面に設けられる複数の開口部１１ｂを有する。このため、液体供給口７と、液体流入部１１の内部空間と、空間Ｓ１とが互いに繋がっており、液体供給口７から供給された液体は、液体流入部１１を介して空間Ｓ１内に浸入する。筒状本体部１１ａは円筒形状を有しており、筒状本体部１１ａの中心軸が筒体２の中心軸に重なっている。上下方向において、筒状本体部１１ａの長さは、筒体２の長さと同一でもよいし、異なってもよい。本実施形態では、筒状本体部１１ａの上記長さは、筒体２の長さと略同一である。筒状本体部１１ａの外周面には、第１の蓋部３及び第２の蓋部４と同様に、後述する封止部１４が引っかかる溝部１１ｃと、後述する封止部１５が引っかかる溝部１１ｄとが設けられている。

筒状本体部１１ａにおける上側の一端は、連結部材１６を介して液体供給口７に連結されている。一方、筒状本体部１１ａにおける下側の一端は塞がれている。筒状本体部１１ａの外径及び厚みは、例えば、液体流入部１１の内部を通る液体の圧力損失が高くならない範囲で、適宜設定される。連結部材１６は、液体供給口７と液体流入部１１とを水密に連結するための部材であり、例えば樹脂製の部材である。

図３（ａ），（ｂ）は、図２に示される中空糸膜束の一部拡大図である。図３（ａ），（ｂ）に示されるように、中空糸膜１２は、気体を透過する一方で液体を透過しない中空糸形状の膜であり、上下方向に沿って延在している。上下方向において、中空糸膜１２の両端は、それぞれ開口されている。中空糸膜１２の上側の端は、第１の蓋部３内の空間Ｓ２（第２の空間）に繋がっている。中空糸膜１２の下側の端は、第２の蓋部４内の空間Ｓ３（第３の空間）に繋がっている。空間Ｓ２は、第１の蓋部３における液体供給口７内の空間と分断されている。

中空糸膜１２は、液体により膨潤する性質を有する。中空糸膜１２の素材、膜形状、膜形態等は、特に制限されない。中空糸膜１２の素材としては、例えば、ポリプロピレン、ポリ（４−メチルペンテン−１）などのポリオレフィン系樹脂、ポリジメチルシロキサン、又はその共重合体などのシリコン系樹脂、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、フッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂が挙げられる。中空糸膜１２の膜形状（側壁の形状）としては、例えば、多孔質膜、微多孔膜、多孔質を有さない均質膜（非多孔膜）が挙げられる。中空糸膜１２の膜形態としては、例えば、膜全体の化学的あるいは物理的構造が均質な対称膜（均質膜）、膜の化学的あるいは物理的構造が膜の部分によって異なる非対称膜（不均質膜）が挙げられる。非対称膜（不均質膜）は、非多孔質の緻密層と多孔質とを有する膜である。この場合、緻密層は、膜の表層部分又は多孔質膜内部等、膜中のどこに形成されていてもよい。不均質膜には、化学構造の異なる複合膜、３層構造のような多層構造膜も含まれる。特にポリ（４−メチルペンテン−１）樹脂を用いた不均質膜は、液体を遮断する緻密層を有するため、水以外の液体の脱気に用いられてもよい。外部灌流型に用いる中空糸の場合は、緻密層が中空糸外表面に形成されてもよい。

中空糸膜束１３は、例えば、複数の中空糸膜１２が簾状に織られた中空糸膜シート（不図示）により形成されている。この場合、例えば、中空糸膜束１３は、１インチ当たり３０本〜９０本の中空糸膜１２で構成されている。中空糸膜束１３は、筒状本体部１１ａの外周面を囲んで当接しており、略円筒形状を構成している。このため、中空糸膜束１３の中空糸膜１２は、液体流入部１１によって半径方向内側から支持されている。中空糸膜束１３は、筒体２の内周面に接してもよいし、接しなくてもよい。上下方向において、中空糸膜束１３の長さは、液体流入部１１の長さと同一でもよいし、異なってもよい。例えば、中空糸膜束１３の上記長さは、液体流入部１１よりも短くてもよい。本実施形態では、液体流入部１１と中空糸膜束１３とが同じ長さとなっている。このため、中空糸膜束１３における上側の端面と筒状本体部１１ａにおける上側の端とが一致しており、中空糸膜束１３における下側の端面と筒状本体部１１ａにおける下側の端とが一致している。中空糸膜束１３の上記長さと、筒体２の内径との比率は、例えば、６：１〜１：１である。

封止部１４（第１の封止部）は、筒体２の端部２ｂ内を充填するように設けられる封止部材であり、上下方向において、上側の液体流入部１１と中空糸膜束１３の端部１３ａとを固定する部材である。封止部１４は、上述したように溝部２ｆ，１１ｃ内に入り込むことにより、上下方向において端部２ｂ内に固定されている。封止部１４は、樹脂により形成されている。封止部１４に含まれる樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、紫外線硬化型樹脂、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂が挙げられる。封止部１４は、端部２ｂの上下方向に対して垂直な断面において、筒状本体部１１ａの内部及び中空糸膜１２の内側以外の全域に充填されている。換言すると、封止部１４は、中空糸膜１２間、中空糸膜束１３と筒状本体部１１ａの外周面との間、及び中空糸膜束１３と端部２ｂの内周面との間に充填されている。このため、封止部１４は、筒体２内の空間Ｓ１と、第１の蓋部３内の空間Ｓ２とを区画するように設けられている。この場合、空間Ｓ１内の液体が空間Ｓ２に浸入することを防止できる。

封止部１５（第２の封止部）は、筒体２の端部２ｃ内を充填するように設けられる封止部材であり、上下方向において、下側の液体流入部１１と中空糸膜束１３の端部１３ｂとを固定する部材である。封止部１５は、上述したように溝部２ｉ，１１ｄ内に入り込むことにより、上下方向において端部２ｃ内に固定されている。封止部１５は、封止部１４と同様の樹脂により形成されている。封止部１５は、端部２ｃの上下方向に対して垂直な断面において、筒状本体部１１ａの内部及び中空糸膜１２の内側以外の全域に充填されている。換言すると、封止部１５は、中空糸膜１２間、中空糸膜束１３と筒状本体部１１ａの外周面との間、及び中空糸膜束１３と端部２ｃの内周面との間に充填されている。このため、封止部１５は、筒体２内の空間Ｓ１と、第２の蓋部４内の空間Ｓ３とを区画するように設けられている。この場合、空間Ｓ１内の液体が空間Ｓ３に浸入することを防止できる。

第１の蓋部３は、液体供給口７を支持すると共に筒体２の端部２ｂに被さっている樹脂製の部材である。第１の蓋部３は、略円盤状の天板２１と、天板２１の縁を囲んで設けられる側板２２とを有している。天板２１には、中心軸線Ｌ１を中心点として設けられる開口部２１ａと、開口部２１ａを囲むように外表面に設けられる環状の溝部２１ｂと、溝部２１ｂよりも外側の外表面に設けられる凹部２１ｃ，２１ｄとが設けられている。環状の溝部２１ｂ内には、液体供給口７との気密性を向上するためのシールリングＲが設けられている。凹部２１ｃ，２１ｄは、雌ねじ部であってもよい。側板２２には、筒体２の爪部２ｄ，２ｅをそれぞれ嵌入させるための溝部２２ａ，２２ｂと、排気口８を挿通するための貫通孔２２ｃとが設けられている。排気口８は、管等を介して空間Ｓ２から外部へ気体を排出する部材である。排気口８，９から排出される気体は、中空糸膜１２の内側に侵入する液体内の気体である。排気口８と管との接続は、例えば、嵌合又は螺合によりなされる。

ここで、液体供給口７は、液体を供給する管に接続される略円筒状の接続部７ａと、接続部７ａを固定すると共に第１の蓋部３に取り付けられる本体部７ｂと、開口部２１ａに挿通されるように本体部７ｂから突出し、連結部材１６に連結される筒状の突出部７ｃとを有している。本体部７ｂには、突出部７ｃが開口部２１ａに挿入された際に、凹部３ｃ，３ｄに重なるように設けられる開口部７ｄ，７ｅがそれぞれ設けられる。接続部７ａと管との接続は、例えば、嵌合又は螺合によりなされる。開口部７ｄ，７ｅには、ピンなどの固定部材Ｆ１，Ｆ２がそれぞれ挿入されうる。

本実施形態では、液体供給口７は、第１の蓋部３における天板２１の外表面上に配置されている。このとき、突出部７ｃは、開口部２１ａに挿入されており、連結部材１６に連結されている。開口部７ｄと凹部２１ｃとの両方に固定部材Ｆ１が挿入されていると共に、開口部７ｅと凹部２１ｄとの両方に固定部材Ｆ２が挿入されている。これにより、液体供給口７は、シールリングＲを介して気密性よく第１の蓋部３に装着されている。

第２の蓋部４は、筒体２の端部２ｃに被さっている樹脂製の部材である。第２の蓋部４は、略円盤状の底板３１と、底板３１の縁を囲んで設けられる側板３２とを有している。底板３１には、中心軸線Ｌ１を中心点として設けられる開口部３１ａが設けられている。開口部３１ａには、排気口９が挿入されている。排気口９は、管等を介して空間Ｓ３から外部へ気体を排出する部材である。排気口９から排出される気体は、中空糸膜１２の内側に侵入する液体内の気体である。排気口９と管との接続は、例えば、嵌合又は螺合によりなされる。側板３２には、筒体２の爪部２ｇ，２ｈをそれぞれ嵌入させるための溝部３２ａ，３２ｂが設けられている。

液体排出口５は、筒体２における中央部２ａの側壁を貫通するように設けられており、管等を介して空間Ｓ１から外部へ液体を排出する部材である。液体排出口５は、中央部２ａにおける端部２ｃ側であって、上下方向において封止部１４，１５の間に設けられている。液体排出口５と管との接続は、例えば、嵌合又は螺合によりなされる。液体排出口５から排出される液体は、液体流入部１１から空間Ｓ１へ浸入し、中空糸膜束１３を介して脱気された液体である。

気泡排出口６は、筒体２における中央部２ａの側壁を貫通するように設けられており、管等を介して空間Ｓ１から外部へ気体（主に気泡）を排出する部材である。気泡排出口６は、中央部２ａにおける端部２ｂ側であって、上下方向において封止部１４，１５の間（より具体的には、拡径部Ｅ）に設けられている。気泡排出口６と管との接続は、例えば、嵌合又は螺合によりなされる。気泡排出口６から排出される気体は、中空糸膜１２のいずれにも侵入せず、空間Ｓ１内に存在する気体及び気泡である。換言すると、気泡排出口６からは、気泡だけでなく気体も排出される。なお、気泡排出口６から液体も排出される。

気体は液体よりも軽いため、気泡排出口６は、液体排出口５よりも上側に設けられてもよい。この場合、気泡排出口６から排出される液体の量が、液体排出口５から排出される液体の量よりも大幅に少なくなる。気泡排出口６は、上下方向において封止部１４と離間するように設けられている。この場合、空間Ｓ１において封止部１４と気泡排出口６との間には、気泡及び当該気泡からなる気体が溜まる領域が形成される。本実施形態では、この領域は空間Ｓ１において拡径部Ｅの位置に相当しており、中空糸膜束１３の一部が当該領域に露出している。気泡排出口６は、液体流入部１１における複数の開口部１１ｂよりも上側に設けられてもよく、液体排出口５及び複数の開口部１１ｂよりも上側に設けられてもよい。

次に、中空糸脱気モジュール１による液体の脱気方法について説明する。

外部から液体供給口７に供給された液体は、筒体２内の液体流入部１１に流入する。液体流入部１１に流入した液体は、複数の開口部１１ｂを介して空間Ｓ１内に浸入する。空間Ｓ１内に浸入した液体は、中空糸膜１２間の隙間に供給され、更に、当該隙間を通って筒体２の内周面に流れていく。つまり、空間Ｓ１内に浸入した液体は、中空糸膜束１３の外側に向かって流れていく。このとき、真空ポンプ等を作動させて排気口８，９から空間Ｓ２，Ｓ３内を吸気することにより、中空糸膜１２の内側が減圧される。すると、液体が中空糸膜束１３を通過する際に、液体に溶存している気体（溶存気体）及び液体中の微小な気泡が、中空糸膜１２の内側に引き込まれる。これにより、液体の脱気が行われる。微小な気泡は、中空糸膜１２の孔を通過できる程度の径を有する気泡である。

液体中には、中空糸膜１２によって脱泡されなかった気泡がある。この気泡は、液体に対する比重の関係から、空間Ｓ１の上側（具体的には、空間Ｓ１において拡径部Ｅに対応する領域）に集まりやすい。当該領域に集まった気泡による気体は、中空糸膜１２に侵入し、脱気される。また、気泡は、気泡排出口６から外部へ排出される。これにより、液体中における中空糸膜１２の内側に侵入しない気泡を脱泡できるので、中空糸脱気モジュール１の気泡排出口６から液体中の気泡を排出しながら、中空糸脱気モジュール１の中空糸膜１２によって液体を脱気することができる。そして、気泡排出口６と、排気口８，９とによって脱気及び脱泡された液体は、液体排出口５から外部に排出される。

このように、本実施形態に係る中空糸脱気モジュール１では、筒体２内に浸入した液体に溶存している気体及び微小な気泡は、中空糸膜１２の内側に侵入する。すなわち、筒体２の空間Ｓ１内に浸入した液体は、中空糸膜束１３を通過する際に脱気される。中空糸膜１２の内側に侵入した気体等は、排気口８から中空糸脱気モジュール１の外部に排出される。また、筒体２の空間Ｓ１内に収容される液体中に存在し、中空糸膜１２によって脱泡されなかった気泡は、液体排出口５とは異なる気泡排出口６から中空糸脱気モジュール１の外部に排出される。したがって、中空糸脱気モジュール１を用いることによって、気泡排出口６から液体中の気泡を排出しながら液体中の溶存気体を脱気することができるので、液体を良好に脱気及び脱泡できる。

気泡排出口６は、液体排出口５よりも上側に設けられている。このため、気泡排出口６からの液体の排出量を低減できると共に、筒体２の空間Ｓ１内において液体排出口５に到達するまでの液体の流路が長くなる。これにより、液体排出口５から排出される液体への気泡の混入を良好に抑制できる。

気泡排出口６は、複数の開口部１１ｂよりも上側に設けられている。このため、液体中の気泡が複数の開口部１１ｂを介して逆流することを抑制できる。

中空糸脱気モジュール１は、第２の蓋部４に設けられ、複数の中空糸膜１２の内側に繋がる排気口９を備えている。このため、中空糸膜１２の内側に侵入した気体を良好に排出できる。

中空糸脱気モジュール１は、上下方向において、第１の蓋部３側の液体流入部１１及び中空糸膜束１３を固定し、筒体２内の空間Ｓ１と第１の蓋部３内の空間Ｓ２とを区画する封止部１４と、上下方向において、第２の蓋部４側の液体流入部１１及び中空糸膜束１３を固定し、空間Ｓ１と第２の蓋部４内の空間Ｓ３とを区画する封止部１５と、を備えている。加えて、複数の開口部１１ｂ、液体排出口５、及び気泡排出口６のそれぞれは、空間Ｓ１に繋がっており、排気口８は、空間Ｓ２に繋がっており、排気口９は、空間Ｓ３に繋がっている。このため、封止部１４，１５によって、複数の開口部１１ｂ、液体排出口５、及び気泡排出口６のそれぞれが繋がる空間Ｓ１と、排気口８が繋がる空間Ｓ２と、排気口９が繋がる空間Ｓ３とが、互いに分断されている。これにより、排気口８，９に排出される気体が、空間Ｓ１に混入されることを良好に抑制できる。

気泡排出口６は、上下方向において封止部１４と離間している。このため、上下方向において筒体２内の封止部１４と気泡排出口６との間には、気泡が溜まる領域が形成される。この領域に溜まった気泡による気体が、当該領域に露出する中空糸膜１２に侵入することにより、より良好に脱気できる。ここで、拡径部Ｅが設けられることにより、気泡排出口６と封止部１４との離間距離を縮めた場合であっても、気体が溜まる領域を確保できる。

第１の蓋部３は、上下方向において第２の蓋部４よりも上側に位置している。このため、液体供給口７が液体を自然落下にて筒状本体部１１ａに供給できる。

液体排出口５は、筒体２に設けられてもいる。このため、第１の蓋部３及び第２の蓋部４の形状等にかかわらず、脱気された液体を良好に排出できる。

液体の粘度は、１０００ｍＰａ・ｓ以上であってもよい。この場合、液体中の気泡が液体の剪断応力により破壊されにくく、中空糸膜束１３だけでは脱泡が不十分になる傾向にある。これに対して、中空糸脱気モジュール１は、気泡排出口６を備えている。したがって、中空糸脱気モジュール１によって処理される液体の粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上であっても、破壊されなかった気泡は気泡排出口６より排出されるので、当該液体の脱気及び脱泡を良好に実施できる。換言すると、中空糸脱気モジュール１に供給される液体が高粘度液体である場合、当該液体の脱気及び脱泡を特に良好に実施できる。

本発明の一態様に係る中空糸脱気モジュール及び当該中空糸モジュールを用いて液体を脱気する方法は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態に係る中空糸脱気モジュール１において、中心軸線Ｌ１が延在する方向は、上下方向に限られない。例えば、中心軸線Ｌ１は、上下方向に交差又は直交する方向に延在してもよい。この場合、第１の蓋部３は、筒体２及び第２の蓋部４よりも上側に位置しなくてもよい。また、液体供給口７は、筒体２及び第２の蓋部４よりも上側に位置しなくてもよい。

上記実施形態において、第１の蓋部３が第２の蓋部４の下側に位置してもよい。換言すると、筒体２は、上記実施形態と反転した状態であってもよい。この場合、拡径部は、端部２ｃに隣接するように設けられると共に気泡排出口６が当該拡径部を貫通するように設けられる。なお、上記実施形態における拡径部Ｅは、必ずしも設けられなくてもよい。

上記実施形態において、筒体２の中央部２ａにおいて液体排出口５及び気泡排出口６が設けられる位置は、限定されない。このため、例えば液体排出口５が気泡排出口６よりも上側に位置してもよい。また、液体排出口５は、中央部２ａ以外に設けられてもよい。例えば、液体排出口５は、第１の蓋部３又は第２の蓋部４に設けられてもよい。

上記実施形態において、排気口８，９のそれぞれには、空間Ｓ２，Ｓ３のそれぞれを吸気するための真空ポンプが接続されてもよい。この場合、中空糸膜１２の内側が減圧され、空間Ｓ１内における中空糸膜１２を介する液体を良好に脱気できる。

上記実施形態において、中空糸脱気モジュール１に供給される液体は、１０００ｍＰａ・ｓ以上の粘度を有さなくてもよい。すなわち、中空糸脱気モジュール１に供給される液体は、高粘度液体でなくてもよい。また、液体は、起泡性の液体でなくてもよい。加えて、液体が紫外線等の光に反応する特性を有する場合、筒体２、第１の蓋部３、及び第２の蓋部４のそれぞれは、光を透過しない色（例えば黒色）に塗装されていてもよい。

上記実施形態の中空糸脱気モジュール１は、筒体２と第１の蓋部３との気密性を向上するためのシールリング等を有してもよい。加えて、中空糸脱気モジュール１は、筒体２と第２の蓋部４との気密性を向上するためのシールリング等を有してもよい。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

後述する実施例に用いられる中空糸脱気モジュールを作製し、図４に示される性能評価ラインにおいて、中空糸脱気モジュールの脱気性能及び脱泡性能等を確認した。

（性能評価ライン）
図４に示される性能評価ラインとして、上記実施形態の中空糸脱気モジュール１と同様の構成を有する中空糸脱気モジュール４０、加圧送液型の原液供給部４１、脱気済み液体収容部４２、気泡収容部４３、及び真空ポンプ４４を組み合わせたラインを用いた。具体的には、原液供給部４１を、チューブ４５を介して中空糸脱気モジュール４０の液体供給口に接続させた（図１，２も参照）。同様に、脱気済み液体収容部４２を、チューブ４６を介して中空糸脱気モジュール４０の液体排出口に接続させ、気泡収容部４３を、チューブ４７を介して中空糸脱気モジュール４０の気泡排出口に接続させ、真空ポンプ４４を、チューブ４８を介して中空糸脱気モジュール４０の排気口に接続させた（図１，２も参照）。また、チューブ４５，４６に差圧計４９を取り付けた。

中空糸脱気モジュール４０として、ＤＩＣ株式会社製のＳＥＰＡＲＥＬ ＥＦ−００２Ａをベースとし、気泡排出口を新たに設けたモジュールを作製した。この中空糸脱気モジュール４０は、以下のようにして作製した。

まず、上記実施形態と同様の液体排出口及び気泡排出口を備えると共に、内径７７ｍｍφ、外径８９ｍｍφ、長さ２３０ｍｍの寸法を有するポリフェニレンエーテル製の筒体を準備した。次に、当該筒体内に、内径１００μｍ、外径１９０μｍ、長さ２３０ｍｍのポリ４−メチルペンテン−１からなる不均質中空糸膜７２０００本を、バンドル化して装填した。次に、筒体の両端部を硬化性樹脂組成物により封止すると共に、当該硬化性樹脂組成物によって中空糸膜束を筒体内に固定した。具体的には、まず、常温にて、筒体における一方の端部に硬化性樹脂組成物を注入した後、約３時間静置して硬化させた。そして、常温にて、筒体における他方の端部に上記硬化性樹脂組成物を注入した後、同様に約３時間静置して硬化させた。その後、６０℃の条件下で１５時間静置させ、筒体の両端部に注入した硬化性樹脂組成物をさらに硬化させた。次に、中空糸膜束における両端部のそれぞれにおいて、上記硬化性樹脂組成物の硬化物で密着固定された部分を、糸束長さ方向に直交する方向に沿って切断した。これにより、各中空糸膜を開口した。そして、開口した中空糸膜束を装填した筒体の端部に、対応するポリフェニレンエーテル製の蓋部を取り付けることによって、図２に示される中空糸脱気モジュールと同様の形状を有する外部灌流型の中空糸膜脱気モジュールを製造した。

硬化性樹脂組成物として、主剤及び硬化剤が主成分である組成物を用いた。主剤は、三菱化学株式会社製のビスフェノールエポキシ樹脂（製品名「エピコート８２８」）であり、硬化剤は、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサンであった。

原液供給部４１にＤＩＣ株式会社製の高粘度の液体（製品名：ＥＸ−０８８０２、粘度：１６００ｍＰａ・ｓ）を収容させた。この液体の温度は、２３℃〜２７℃に設定した。真空ポンプ４４として、株式会社アルバック製ＤＴＣ−４１Ｋを用いた。チューブ４５，４６，４８のそれぞれの内径は５ｍｍとし、チューブ４７の内径は、３ｍｍとした。差圧計４９は、チューブ４５内を流れる液体の圧力と、チューブ４６内を流れる脱気済み液体の圧力との差（圧力損失）を測定する装置であり、株式会社バルコム製の圧力センサ（製品名：ＶＨＲ３）を用いた。

（実施例１）
まず、原液供給部４１内の液体を撹拌し、その後空気を供給した。これにより、原液供給部４１内の液体に、目視にて確認できる多量の気泡を形成した。次に、流量を３０ｍｌ／ｍｉｎと設定し、原液供給部４１から中空糸脱気モジュール４０へ液体を１時間供給した。上記液体の供給中に真空ポンプ４４による吸気を行うことによって、チューブ４８と、当該チューブ４８に連通する筒体内の空間の圧力を約５．３ｋＰａ（約４０Ｔｏｒｒ）に設定した。性能評価ラインの駆動後（すなわち、液体の供給開始から１時間後）、脱気済み液体収容部４２内に収容された液体に溶存する酸素量を、セントラル科学株式会社製の溶存酸素計（有機溶媒用ＤＯメーター、製品名：ＵＳ−１２−ＳＯＬ）を用いて測定した。液体供給中において、チューブ４５，４６内の圧力を測定し、これらの差圧（圧力損失）を算出した。実施例１におけるチューブ４５，４６の圧力と、差圧とは、下記表１に示した通りである。実施例１の脱気済み液体収容部４２内に収容された液体を目視したところ、気泡は含まれていなかった。

（実施例２）
液体の流量を２０ｍｌ／ｍｉｎと設定した以外は、実施例１と同様にして性能評価ラインを駆動させ、脱気済み液体収容部４２内に収容された液体に溶存する酸素量を測定した。液体供給中において、チューブ４５，４６内の圧力を測定し、これらの差圧を算出した。実施例２におけるチューブ４５，４６の圧力と、差圧とは、下記表１に示した通りである。実施例２の脱気済み液体収容部４２内に収容された液体を目視したところ、実施例１と同様に、気泡は含まれていなかった。

（実施例３）
液体の流量を１０ｍｌ／ｍｉｎと設定した以外は、実施例１と同様にして性能評価ラインを駆動させ、チューブ４５，４６内の圧力を測定した。実施例３におけるチューブ４５，４６の圧力と、差圧とは、下記表１に示した通りである。実施例３の脱気済み液体収容部４２内に収容された液体を目視したところ、実施例１，２と同様に、気泡は含まれていなかった。

（実施例４）
液体の流量を５ｍｌ／ｍｉｎと設定した以外は、実施例１と同様にして性能評価ラインを駆動させ、チューブ４５，４６内の圧力を測定した。実施例４におけるチューブ４５，４６の圧力と、差圧とは、下記表１に示した通りである。実施例２の脱気済み液体収容部４２内に収容された液体を目視したところ、実施例１〜３と同様に、気泡は含まれていなかった。

（溶存酸素量）
実施例１において、脱気済み液体収容部４２内に収容された液体に溶存していた酸素量は、１．２ｍｇ／Ｌであった。また、実施例２において、脱気済み液体収容部４２内に収容された液体に溶存していた酸素量は、１．１ｍｇ／Ｌであった。これらの結果より、脱気済みの液体における溶存酸素量は、中空糸脱気モジュールへの液体の供給量に依存しない傾向にあることが確認された。

（圧力損失）
図５は、上記表１に示される結果をグラフ化した図である。図５において、横軸は中空糸脱気モジュール４０に供給される液体の流量を示し、縦軸は圧力を示す。図５において、丸で示されるプロット５１〜５４は、実施例１〜４のそれぞれにおけるチューブ４５内の圧力を示し、三角で示されるプロット５５〜５８は、実施例１〜４のそれぞれにおけるチューブ４６内の圧力を示し、丸で示されるプロット５９〜６２は、実施例１〜４のそれぞれにおける差圧（圧力損失）を示している。図５に示されるように、実施例１〜４の圧力損失は、中空糸脱気モジュール４０に供給される液体の流量に応じて比例的に増加することが確認された。

１…中空糸脱気モジュール、２…筒体、２ａ…中央部、２ｂ，２ｃ…端部、３…第１の蓋部、４…第２の蓋部、５…液体排出口、６…気泡排出口、７…液体供給口、８…排気口（第１の排気口）、９…排気口（第２の排気口）、１１…液体流入部、１１ａ…筒状本体部、１１ｂ…開口部、１２…中空糸膜、１３…中空糸膜束、１４…封止部（第１の封止部）、１５…封止部（第２の封止部）、Ｅ…拡径部、Ｌ１…中心軸線、Ｓ１…空間（第１の空間）、Ｓ２…空間（第２の空間）、Ｓ３…空間（第３の空間）。

Claims (10)

1. 筒体と、
   前記筒体の一方の端部を封止し、液体供給口が設けられる第１の蓋部と、
   前記筒体の他方の端部を封止する第２の蓋部と、
   前記筒体内にて前記液体供給口に連通すると共に前記筒体の軸線方向に延在する筒状本体部、及び前記筒状本体部の外周面に設けられる複数の開口部を有する液体流入部と、
   前記液体流入部の前記外周面を覆うように前記筒体内に収容され、複数の中空糸膜を有する中空糸膜束と、
   前記筒体内の前記液体を排出する液体排出口と、
   前記第１の蓋部及び前記第２の蓋部のいずれか一方に設けられ、前記複数の中空糸膜の内側に繋がる第１の排気口と、
   前記筒体に設けられ、前記液体中の気泡が排出される気泡排出口と、
   を備える中空糸脱気モジュール。
2. 前記気泡排出口は、前記液体排出口よりも上側に設けられている、請求項１に記載の中空糸脱気モジュール。
3. 前記気泡排出口は、前記複数の開口部よりも上側に設けられている、請求項１又は２に記載の中空糸脱気モジュール。
4. 前記第１の蓋部及び前記第２の蓋部の他方に設けられ、前記複数の中空糸膜の内側に繋がる第２の排気口をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の中空糸脱気モジュール。
5. 前記軸線方向において、前記第１の蓋部側の前記液体流入部及び前記中空糸膜束を固定し、前記筒体内の第１の空間と前記第１の蓋部内の第２の空間とを区画する第１の封止部と、
   前記軸線方向において、前記第２の蓋部側の前記液体流入部及び前記中空糸膜束を固定し、前記第１の空間と前記第２の蓋部内の第３の空間とを区画する第２の封止部と、
   をさらに備え、
   前記複数の開口部、前記液体排出口、及び前記気泡排出口のそれぞれは、前記第１の空間に繋がっており、
   前記第１の排気口は、前記第２の空間及び前記第３の空間のいずれか一方に繋がっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空糸脱気モジュール。
6. 前記第１の封止部は、前記軸線方向において前記第２の封止部よりも上側に位置しており、
   前記気泡排出口は、前記軸線方向において前記第１の封止部と離間している、請求項５に記載の中空糸脱気モジュール。
7. 前記第１の蓋部は、前記第２の蓋部よりも上側に位置している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の中空糸脱気モジュール。
8. 前記液体排出口は、前記筒体に設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の中空糸脱気モジュール。
9. 前記液体の粘度は、１０００ｍＰａ・ｓ以上である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の中空糸脱気モジュール。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の中空糸脱気モジュールを用いて液体を脱気する方法であって、前記中空糸脱気モジュールの前記気泡排出口から液体中の気泡を排出しながら脱気する方法。

Images