WO2013179414A1 - 浄化水を得る方法およびその装置 - Google Patents

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清水　敦
裕一 大野
智広 新濱
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Definitions

  • the present invention includes impurities such as seawater and wastewater (especially electrolytes such as organic salts and inorganic salts, and other soluble components, dispersions, or micro organisms). From water (hereinafter referred to as raw water).
  • the present invention relates to a method for obtaining water with less impurities (hereinafter referred to as purified water), a membrane module, and a purified water production apparatus. More specifically, the present invention relates to a method for producing water by subjecting raw water to membrane distillation using a gas permeable membrane, a membrane module, and a purified water production apparatus.
  • a reverse osmosis membrane method Conventionally, a reverse osmosis membrane method, a distillation method, and a membrane distillation method are known as methods for obtaining purified water from raw water.
  • the reverse osmosis membrane method is a method for obtaining purified water by treating salt water with a reverse osmosis membrane at high pressure.
  • the distillation method is a method for producing water by heating raw water and condensing evaporated water vapor.
  • the distillation method has drawbacks that it is difficult to obtain water below the boiling point, and that the apparatus is large.
  • Membrane distillation is a method of using a membrane to extract water vapor from raw water and recovering it as water. This membrane distillation method is advantageous in that purified water with a low salt concentration can be easily obtained.
  • the membrane distillation method does not require a high-pressure pump and can utilize solar thermal energy and waste heat from various devices and facilities, and has attracted attention in recent years as an energy-saving method.
  • Patent Literature 1 describes a membrane distillation method using a hydrophobic porous membrane
  • Patent Literature 2 describes a membrane distillation method using a semipermeable membrane.
  • liquid water does not permeate into the pores of the membrane, and only gas vapor is permeated.
  • purified water is obtained by collecting and cooling only the permeated gas.
  • seawater for example, if the membrane surface or pores are contaminated by micro-organisms or other dispersions contained in the seawater or dissolved organic matter, the membrane surface The inside of the hole is blocked. Further, when the surface of the membrane or the inside of the pores becomes hydrophilic due to the contamination, liquid water permeates, and problems such as seawater permeating the membrane and increasing the salt concentration in the purified water are expected.
  • the method using a semipermeable membrane described in Patent Document 2 is a method in which membrane distillation is performed using a function of allowing liquid water molecules to permeate through the membrane.
  • a mediator solution that absorbs water is necessary.
  • the device becomes complicated.
  • the membrane surface and inside of the membrane may be contaminated by micro-organisms, other dispersions, or dissolved organic matter contained in seawater, and the membrane performance may change over time. There is also.
  • the present invention provides a method, a membrane module, and a purified water production apparatus that solves the above-described problems of the conventional methods, exhibits the performance of stably producing water for a long period of time, and has a low salt concentration in purified water.
  • the main purpose is a method, a membrane module, and a purified water production apparatus that solves the above-described problems of the conventional methods, exhibits the performance of stably producing water for a long period of time, and has a low salt concentration in purified water.
  • the present inventor can maintain the concentration of impurities in the water obtained low over a long period of time by distilling water through the gas permeable membrane, and is resistant to various contaminations.
  • the present invention has been completed by finding that the method and the membrane module, and the purified water production apparatus can be provided.
  • the present invention is as follows. (1) A method in which purified water is obtained by flowing raw water along one surface of a gas permeable membrane and condensing water vapor that has passed through the gas permeable membrane. (2) The method according to (1) above, wherein air is caused to flow along the other surface of the gas permeable membrane. (3) The method according to (1) or (2) above, wherein water vapor is condensed by cooling. (4) The method according to any one of (1) to (3) above, wherein the water vapor transmission rate of the gas permeable membrane is 10 GPU or more and 1,000,000 GPU or less. (5) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the raw water is seawater. (6) The method according to any one of (1) to (5) above, wherein the temperature of the raw water is 1 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
  • a second space formed by the membrane and a third space formed by the cooling membrane and the case, the first space includes a raw water supply port for supplying raw water to the first space, At least a raw water discharge port that discharges raw water from one space, the second space has at least one opening, and the third space is a cooling medium that supplies a cooling medium to the third space.
  • the membrane module having at least a medium supply port and a cooling medium discharge port for discharging the cooling medium from the third space, the flow direction of the raw water and the flowing direction of the cooling medium are opposed to each other ( The method according to any one of 1) to (6).
  • a case that further accommodates the gas permeable membrane and the cooling membrane is further provided, and a first space formed by the gas permeable membrane and the case, and a second space formed by the gas permeable membrane and the cooling membrane in the case.
  • the first space has a space, a cooling space, and a third space formed by a case.
  • the first space is a raw water supply port that supplies raw water to the first space, and raw water that discharges raw water from the first space.
  • the second space has at least one opening
  • the third space has a cooling medium supply port for supplying a cooling medium to the third space, and a third space.
  • a cooling medium discharge port for discharging the cooling medium from the membrane module.
  • the raw water supply port, the raw water discharge port, the cooling medium supply port, and the cooling medium discharge port are arranged so that the direction of the raw water flowing in the first space and the direction of the cooling medium flowing in the third space face each other.
  • the third space is formed between the adjacent cooling films, and is repeatedly stacked in the order of the first space, the second space, the third space, and the second space.
  • the membrane module is formed in the case by the gas permeable membrane and the case.
  • a first space formed by a gas permeable membrane and a case, the first space including a raw water supply port that supplies raw water to the first space, and a first space.
  • the fourth space is a membrane module having at least one opening, and a water vapor condensing means is connected to the opening of the fourth space.
  • Purified water production apparatus characterized by the above. (20) The purified water production apparatus according to (18) or (19) above, wherein the steam condensing means is a heat exchanger or a cooler. (21) The purified water production apparatus according to any one of (17) to (20), further comprising: a temperature control unit that controls the temperature of the raw water; and a flow rate control unit that controls the flow rate of the raw water.
  • purified water can be produced stably for a long period of time, and purified water with a low impurity concentration can be produced.
  • the purified water production membrane module and the purified water can be stably manufactured with high durability and low impurity concentration, and can be easily operated.
  • a water production apparatus can be provided.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a purified water production apparatus including an embodiment of a membrane module.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of an embodiment of a membrane module.
  • Drawing 3 is a key map showing an example of a pleat fabrication object built in a membrane module.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of an embodiment of a pleated membrane module.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of an embodiment of the pleated membrane module shown in FIG.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of another embodiment of the membrane module.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram of another embodiment of the membrane module.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of an embodiment of a hollow fiber membrane module.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of an embodiment of the purified water production apparatus.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of an embodiment of a hollow fiber membrane module.
  • the method of this embodiment is a method of obtaining purified water by flowing raw water along one surface of a gas permeable membrane and condensing water vapor that has passed through the gas permeable membrane.
  • the raw water in the present embodiment is water containing impurities, particularly water that may contain electrolytes such as organic salts and inorganic salts, other soluble components, dispersions, and micro-organisms. Although it does not specifically limit as raw
  • the purified water in the present embodiment refers to water obtained by treating raw water, which is water obtained by condensing water vapor that has passed through the gas permeable membrane.
  • the purified water is water having a low concentration of impurities.
  • the impurities include electrolytes such as organic salts and inorganic salts, other soluble components, dispersions, and micro-organisms.
  • the purified water preferably has a low salt concentration.
  • the gas permeable membrane in the present embodiment is a membrane having a mechanism that allows gas such as water vapor to permeate by dissolving and diffusing in the material forming the membrane.
  • gas permeable membrane By using this gas permeable membrane, dissolved components such as salts and non-salts in liquid water and raw water, dispersions, and micro-organisms do not permeate the gas permeable membrane, and water vapor dissolves and diffuses in the membrane. Therefore, water with very few impurities can be obtained.
  • the gas permeable membrane of the present embodiment is a membrane that does not have a substantially penetrating hole, and can prevent the inside of the membrane from being contaminated by impurities.
  • substantially no through hole means that there is substantially no macro through hole or micro through hole indicating Knudsen flow, and the gas dissolution and diffusion mechanism for gas permeation through the membrane. Is dominant. If this is expressed by the ratio of the oxygen permeation rate to the nitrogen permeation rate, it means that the ratio of oxygen permeation rate / nitrogen permeation rate exceeds 1.
  • the conventional method using a hydrophobic microporous membrane utilizes the fact that a gas physically passes through a very large gap (several nm or more) compared to a molecule that is a material of the membrane.
  • the gas permeation of the invention differs in principle from conventional methods. That is, in the method using the hydrophobic microporous membrane described in Patent Document 1, water vapor is physically permeated through the voids in the micropore to obtain water from raw water, but the method of this embodiment is In this method, water is obtained from raw water by dissolving and diffusing the gas permeable membrane. Therefore, according to the method of the present embodiment, since the gas permeable membrane has substantially no pores, it is possible to suppress contamination of the membrane due to impurities contained in the raw water.
  • the water vapor permeation in the gas permeable membrane in the present embodiment is driven by the partial pressure difference between the water vapor on the raw water side and the opposite side of the membrane.
  • the water vapor transmission rate is expressed by the following equation, and depends on ⁇ P, which is the differential pressure between water on the raw water side and the opposite side, and S, which is the membrane area.
  • J [10 ⁇ 6 Lcm 3 (STP) s ⁇ 1 ] J [GPU] ⁇ ⁇ P [cmHg] ⁇ S [cm 2 ]
  • J [GPU (10 ⁇ 6 cm 3 (STP) / cm 2 / s / cmHg)] is called a gas permeation rate and is an index indicating the gas permeation performance of the gas permeable membrane.
  • the water vapor transmission rate of the gas permeable membrane of this embodiment is preferably 10 to 1,000,000 GPU, more preferably 100 to 1,000,000 GPU, more preferably 1,000 to 1,000,000 GPU, and 5,000 to 1 More preferred is 1,000,000 GPU.
  • the water vapor transmission rate / nitrogen transmission rate ratio is preferably 5 or more, more preferably 10 or more. Moreover, it is usually 1,000,000 or less.
  • gas permeable membrane examples include an organic gas permeable membrane and an inorganic gas permeable membrane, and an organic polymer gas permeable membrane is preferable.
  • the organic polymer gas permeable membrane examples include gas permeable membranes using hydrophobic polymers and hydrophilic polymers, and gas permeable membranes using hydrophobic polymers are more preferable.
  • the hydrophobic gas permeable membrane does not substantially contain liquid water and does not allow liquid water to permeate. Therefore, there is little contamination inside the membrane due to electrolytes such as organic salts and inorganic salts contained in water, other soluble components, dispersions, etc., and durability is improved.
  • the hydrophobic polymer refers to a polymer having a water absorption rate of 0.5% by mass or less. The water absorption is preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less, and still more preferably 0.01% by mass or less.
  • the same water absorption rate is preferable.
  • the method of measuring the water absorption can be measured in accordance with ASTM D570 under the condition that the sample is immersed in water at 23 ° C. for 24 hours.
  • hydrophobic polymer gas permeable membranes examples include fluororesin gas permeable membranes, polyimide gas permeable membranes, silicon gas permeable membranes, and PIM (Polymers of intrinsic microporosity) gas permeable membranes. .
  • fluororesin gas permeable membranes examples include fluororesin gas permeable membranes, polyimide gas permeable membranes, silicon gas permeable membranes, and PIM (Polymers of intrinsic microporosity) gas permeable membranes.
  • a fluororesin gas permeable membrane, a polyimide gas permeable membrane, and a PIM gas permeable membrane are more preferable, and a fluororesin gas permeable membrane and a PIM gas.
  • a permeable membrane is particularly preferred.
  • fluorine resin gas permeable membrane As the fluororesin gas permeable membrane, an amorphous fluoropolymer is preferably used.
  • the amorphous fluorine-containing polymer include polymers having a fluorine-containing alicyclic structure.
  • Monomers for obtaining a polymer having a fluorine-containing alicyclic structure include perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) (PDD) and perfluoro (2-methyl-1,3-dioxole).
  • Examples of other monomers that form a copolymer with the above monomers include tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, and perfluoro (methyl vinyl ether).
  • a polymer having a fluorinated alicyclic structure in the main chain can also be used. These monomers are polymerized alone or in combination to obtain a fluorinated polymer compound used as a gas permeable membrane.
  • Commercial products can also be used, and examples include trade name “Teflon (registered trademark) AF” (manufactured by DuPont), trade name “HYFLON AD” (manufactured by Augmont), and the like.
  • Teflon (registered trademark) AF include Teflon (registered trademark) AF1600 and Teflon (registered trademark) AF2400.
  • the water contact angle on the surface of the gas permeable membrane is preferably 90 ° or more, more preferably 95 ° or more, and still more preferably 100 ° or more.
  • the material for the inorganic gas permeable membrane include silicon nitride-based and carbon-based gas permeable membranes.
  • the gas permeable membrane in this embodiment has a support layer.
  • the material of the support layer is not particularly limited as long as the membrane can permeate gas, and various materials can be used.
  • a woven fabric, a nonwoven fabric, a microporous film, etc. can be used.
  • the microporous membrane used as the support layer include polyimide microporous membrane, PVDF microporous membrane, PTFE microporous membrane, polyolefin microporous membrane, polysulfone microporous membrane and polyether used as ultrafiltration membrane (UF membrane).
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • a polyolefin microporous membrane and an ultrafiltration membrane (UF membrane) are preferable because they can be easily obtained industrially.
  • the shape of the membrane is a flat membrane
  • a form in which a gas permeable membrane is formed on the support layer can be mentioned.
  • a form in which a gas permeable membrane is formed on the inner surface or the outer surface of the hollow fiber membrane which is the support layer can be mentioned.
  • the gas permeable membrane is preferably formed by coating because it is an easy method.
  • the membrane having the support layer examples include a non-target structure membrane formed by a wet process so that a skin layer having gas permeability performance is formed on the membrane surface.
  • a polyimide hollow fiber is exemplified as this form of membrane.
  • a gas permeable membrane formed by hydrothermal synthesis on a ceramic membrane as a support layer, or a thin film formed by chemical vapor deposition (CVD) can be used.
  • the gas permeable membrane is preferably a flat membrane or a hollow fiber.
  • examples include a pleat type, a plate and frame type, and a spiral type.
  • the cooling film can also be in the form of a flat film or a hollow fiber, and in the case of a flat film, it can be a pleated type (flat film pleated), a plate and frame type, or a spiral type.
  • the pleated type is a structure in which a flat membrane is repeatedly folded into a bellows shape as shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram, in which the crease portion has a curvature, and the magnitude of the curvature changes depending on the folding pressure.
  • a pleating machine is generally used.
  • a structure in which each pleat is wound in a spiral shape around a mandrel can be exemplified.
  • the plate and frame type has a structure in which membranes are stacked one by one.
  • the spiral type is a structure in which an envelope-like flat membrane is wound by connecting the envelope entrance to a mandrel.
  • the pleated type is preferable because it is easy to produce a membrane cartridge.
  • raw water may be flowed inside the hollow fiber or raw water may be flowed outside the hollow fiber.
  • the membrane cartridge includes a gas permeable membrane, a cooling membrane, a reinforcing frame, and the like, and is mounted in the membrane module.
  • raw water is allowed to flow along one surface of the gas permeable membrane, and water vapor is transmitted through the gas permeable membrane.
  • the latent heat of vaporization of water can be supplied by sensible heat of the raw water, and the amount of water vapor generated, temperature, and water vapor partial pressure can be controlled.
  • the temperature of the flowing raw water can be set to 1 ° C. or more and 100 ° C. or less. More preferably, it is 50 degreeC or more and 100 degrees C or less. By setting it as this temperature range, purified water can be obtained efficiently.
  • the purified water is produced by condensing the water vapor that has passed through the gas permeable membrane.
  • cooling or pressurization may be mentioned.
  • the flow of air reduces the partial pressure of water vapor on the purified water side.
  • Purified water can be produced stably and efficiently.
  • the direction in which the raw water flows and the direction in which air flows may be the same direction or the opposite direction.
  • the temperature, pressure, and composition of air are not particularly limited.
  • various heat sources can be used as the heat source for heating the raw water, but from the viewpoint of energy saving, exhaust heat from the factory, power plant, heat engine, incinerator, etc. or solar heat is used. It is preferable to do.
  • each fluid of raw water, purified water, and cooling medium (cooling water is preferable, but cooling gas may be used) is usually used in a container, so it has a case, but it is immersed in seawater and used.
  • each fluid does not need to be put into a container (although it may be put), and in that case, the case is not essential and may be used in contact with the fluid released to each membrane.
  • each fluid forcibly flows with respect to the membrane (in this case, the membrane may be stationary and the fluid may move, the fluid may be stationary and the membrane may be moved, Both the fluid and the membrane may move.)
  • a stirrer or a fluid ejector may be provided in the vicinity of the membrane.
  • a stirrer and a fluid ejector can also be employ
  • the membrane module of the present embodiment is a membrane module that includes a gas permeable membrane, a cooling membrane, and a case that houses the gas permeable membrane and the cooling membrane, and is formed in the case by a gas permeable membrane and a case.
  • a second space formed by the gas permeable membrane and the cooling membrane, and a third space formed by the cooling membrane and the case, and the first space is the raw water in the first space.
  • At least a raw water supply port for discharging raw water from the first space, the second space has at least one opening, and the third space is a third space.
  • At least a cooling medium supply port for supplying the cooling medium to the space and a cooling medium discharge port for discharging the cooling medium from the third space.
  • the first space of the membrane module is formed of a gas permeable membrane and a case, and has at least a raw water supply port for supplying raw water to the first space and a raw water discharge port for discharging raw water from the first space.
  • the raw water supplied from the raw water supply port flows along the gas permeable membrane and is then discharged to the outside from the raw water discharge port.
  • the first space may have a plurality of raw water supply ports and raw water discharge ports, or may have other openings.
  • the second space of the membrane module is formed of a gas permeable membrane and a cooling membrane, and has at least one opening.
  • the water vapor that has passed through the gas permeable membrane from the raw water is condensed in the second space and discharged to the outside through the opening of the second space.
  • the second space it is not necessary for all the water vapor to be condensed, and some of the water vapor may not be condensed.
  • the second space may be formed by a gas permeable membrane, a cooling membrane, and a case.
  • the second space preferably has two or more openings. Since the second space has two or more openings, air can flow along the surface of the gas permeable membrane. This is preferable because water vapor can efficiently pass through the gas permeable membrane.
  • the gas permeable membrane and the cooling membrane because the strength of the gas permeable membrane and the cooling membrane can be improved.
  • the third space of the membrane module is formed of a cooling film and a case, and includes at least a cooling medium supply port for supplying a cooling medium to the third space and a cooling medium discharge port for discharging the cooling medium from the third space.
  • the cooling medium supplied from the cooling medium supply port flows along the cooling film and is discharged from the cooling medium discharge port.
  • the water vapor present in the second space can be cooled via the cooling film. That is, the water vapor in the second space is condensed by being in contact with the cooling film to become water.
  • the third space may have a plurality of cooling medium supply ports and cooling medium discharge ports, or may have other openings.
  • the membrane module of the present embodiment has a raw water supply port, a raw water discharge port, a cooling medium supply port, cooling so that the direction of the raw water flowing in the first space and the direction of the cooling medium flowing in the third space face each other.
  • a medium outlet is preferably arranged.
  • the membrane module of this embodiment has a structure in which the distance between the gas permeable membrane and the cooling membrane is extremely close, so that water vapor can be condensed efficiently and the entire apparatus can be downsized.
  • the cooling film is a film having a function of cooling and condensing water vapor that has passed through the gas permeable film. is there.
  • Specific examples include a polymer film, a metal thin film, and an inorganic thin film.
  • the spacer is used to keep the distance between the gas permeable membrane and the cooling membrane constant, and examples thereof include a net, a nonwoven fabric, and a rod-like body. Among these, a net is preferable.
  • the cooling medium is used for the purpose of cooling water vapor through a cooling film, and water, an aqueous solution, an organic solvent, or the like can be used.
  • the cooling medium purified water, seawater, and water are preferable.
  • the purified water production apparatus of this embodiment has the membrane module of this embodiment, the raw water supply apparatus, and the cooling medium supply apparatus, and the raw water supply port of the first space is connected to the raw water supply apparatus, The cooling medium supply port of the space is connected to the cooling medium supply device.
  • the raw water is supplied to the raw water supply port in the first space of the membrane module by the raw water supply device, and the raw water is discharged from the raw water discharge port.
  • Raw water can also be recycled.
  • the cooling medium supply device supplies the cooling medium to the cooling medium supply port in the third space of the membrane module, and the cooling medium is discharged from the cooling medium discharge port.
  • the cooling medium can be circulated and used. When used by circulation, it is preferable to circulate the cooling medium while keeping the temperature constant.
  • the condensing means is connected to the opening of the second space, so that water vapor is further condensed.
  • the condensing means include a heat exchanger, a cooler, and a pressurizer.
  • Another purified water production apparatus of the present embodiment includes a membrane module having a gas permeable membrane, a case for housing the gas permeable membrane, and a purified water production apparatus having water vapor condensing means. It has a first space formed by the gas permeable membrane and the case, and a fourth space formed by the gas permeable membrane and the case, and the first space supplies raw water to the first space. At least a raw water supply port for discharging raw water from the first space, and the fourth space is a membrane module having at least one opening, and the opening of the fourth space Furthermore, the purified water production apparatus is connected to a water vapor condensing means.
  • the water vapor is condensed by the condensing means connected to the fourth space, instead of condensing the water vapor by the cooling film.
  • the condensing means include those described above.
  • the fourth space preferably has two or more openings. Air can be supplied from the opening to the fourth space of the membrane module, and water vapor can be efficiently transmitted through the gas permeable membrane. And the air containing water vapor
  • the purified water manufacturing apparatus of this embodiment it is preferable to further include a temperature control unit that controls the temperature of the raw water and a flow rate control unit that controls the flow rate of the raw water. Since the temperature and flow rate of the raw water can be controlled, management for producing water under optimum conditions is easy.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an embodiment of a purified water production apparatus centering on a membrane module.
  • the membrane module 1 includes a gas permeable membrane 2, a cooling membrane 3, and a case 4.
  • a first space A, a second space B, and a third space C are formed in the case 4 by the gas permeable film 2 and the cooling film 3.
  • the first space A is formed by the case 4 and the gas permeable film 2
  • the second space B is formed by the gas permeable film 2
  • the cooling film 3, and the case 4, and the third space C is cooled.
  • the film 3 and the case 4 are formed.
  • the first space A has a raw water supply port 41 and a raw water discharge port 42
  • the second space B has two openings 43a and 43b
  • the third space C has a cooling medium supply. It has a port 44 and a cooling medium discharge port 45.
  • raw water is supplied to the membrane module 1 (see F3 in FIG. 1), flows along the surface of the gas permeable membrane 2 in the first space A (see Fa in FIG. 1), and discharged. (Refer to F4 in FIG. 1). And the water vapor which permeate
  • air is supplied from the air supply device 103 (see F1 in FIG. 7), and is supplied to the condensing means 7 together with the water vapor that has passed through the gas permeable membrane 2 and condensed. This air flow (see Fd in FIG. 7) opposes the raw water flow (see Fa in FIG. 7).
  • the cooling medium is supplied from the cooling medium supply port 44 (see F6 in FIG. 1), flows along the cooling film 3 (see Fc in FIG. 1), and the cooling medium discharge port 45. (See F7 in FIG. 1).
  • the spacer 5 is interposed between the gas permeable membrane 2 and the cooling membrane 3 so as to improve the shape stability. 5 can be omitted.
  • air is supplied to the 2nd space B, However, Supply of air can also be abbreviate
  • the gas permeable membrane 2 and the cooling membrane 3 are close to each other, so that the water vapor that has passed through the gas permeable membrane 2 can be efficiently condensed by the cooling membrane 3. Note that air may be forced to flow between the gas permeable membrane 2 and the cooling membrane 3.
  • the direction in which the raw water flows see F3 and F4 in FIG. 1) and the direction in which the cooling medium flows (see F6 and F7 in FIG. 1) face each other. 1 includes the membrane module 1, the raw water supply device 101, the cooling medium supply device 102, the air supply device 103, and the condensing means 7.
  • the raw water supply port 41 of the first space A of the membrane module 1 is connected to the raw water supply device 101, the cooling medium supply port 44 of the third space C is connected to the cooling medium supply device 102, and the second space B
  • One opening 43 a is connected to the air supply device 103, and the other opening 43 b is connected to the water vapor condensing means 7.
  • the purified water manufacturing apparatus 100 is provided with the temperature control part 104 which controls the temperature of raw
  • FIG. 2 is a conceptual diagram according to another embodiment of the membrane module of the present embodiment.
  • the membrane module 1 of FIG. 2 is a membrane in which a cooling membrane 3, a gas permeable membrane 2, a gas permeable membrane 2, a cooling membrane 3, a cooling membrane 3, a gas permeable membrane 2, a gas permeable membrane 2, and a cooling membrane 3 are laminated in this order.
  • Module 1 By laminating the gas permeable membrane 2 and the cooling membrane 3 in this order, the membrane module is repeatedly laminated in the order of the first space A, the second space B, the third space C, and the second space B. 1 is formed.
  • This form is a part of the plate-and-frame type membrane module or a part of the pleated type membrane module, and is preferable because the surface area of the gas permeable membrane is increased. Three or more sets may be stacked.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of a pleated molded body incorporated in the membrane module 1 shown in FIG.
  • the pleated molded body shown in FIG. 3 is manufactured by laminating the spacer 5, the gas permeable membrane 2, the spacer 5, the cooling membrane 3, and the spacer 5 in this order and processing them into a pleated shape.
  • the spacer 5 is used between the films in order to keep the distance between the films constant. This form is preferable in that the volume efficiency is increased because a large membrane area can be maintained in a limited space.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the membrane module using the pleated molded body of FIG.
  • the direction along the pleat crease is the length of the pleated molded body
  • the direction perpendicular to the length direction is the direction perpendicular to the pleated fold
  • the width of the pleated molded body is the length and The direction perpendicular to the width is the height of the pleated molded body.
  • both end surfaces of the pleated molded body are sealed except for the second space B of the gas permeable membrane 2 and the cooling membrane 3.
  • the partition part 6 extended in the width direction is provided in the upper surface of the pleated molded object of FIG.
  • the membrane module 1 When raw water is supplied from the raw water supply port 41 to the membrane module 1 (see F6 in FIG. 4), the raw water flows in the length direction along the folds of the pleated molded body and is discharged from the raw water discharge port 42. (See F7 in FIG. 4).
  • the cooling medium when the cooling medium is supplied from the cooling medium supply port, the cooling medium flows in the length direction along the folds of the pleated molded body, and is discharged from the cooling medium discharge port.
  • the supplied raw water becomes water vapor, passes through the gas permeable membrane 2, is cooled by the cooling membrane 3 to become water, and is discharged from between the gas permeable membrane 2 and the cooling membrane 3.
  • the membrane module 1 has the partition wall portion 6 because raw water or a cooling medium flows along the surface of the gas permeable membrane 2 and efficiency is improved.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the flow of raw water, cooling medium, and condensed water in the membrane module 1 using a pleated molded body.
  • the raw water flows from F3 along the surface of the gas permeable membrane 2 (see Fa in FIG. 8) and is discharged from F4.
  • F3, Fa, and F4 are on the near side of the gas permeable membrane 2 in FIG.
  • the cooling medium flows from F6 along the surface of the cooling film 3 (see Fc in FIG. 8) and is discharged from F7.
  • F6, Fc, and F7 are on the back side of the cooling film 3 in FIG.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of another embodiment of the membrane module of the present embodiment.
  • a first space A and a fourth space D are formed in the case 4 by the gas permeable membrane 2, and one of the openings 46 a of the first space A is connected to the condensing means 7.
  • raw water is supplied to the membrane module 1 (see F3 in FIG. 6), flows along the surface of the gas permeable membrane 2 in the first space A, and is discharged (see F4 in FIG. 6). ).
  • the water vapor (see Fb in FIG. 6) transmitted from the gas permeable membrane 2 to the fourth space D is sent to the condensing means 7 (see F8 in FIG. 6) and condensed by the condensing means 7 (see FIG. 6). F5), water is produced.
  • the condensing means 7 is connected to the opening 46 a of the fourth space D.
  • FIG. 7 is another conceptual diagram of an embodiment of the membrane module of the present embodiment.
  • the membrane module 1 according to this embodiment is a modification of the membrane module 1 shown in FIG. 6, and has another opening 46 b in the fourth space D in addition to the components of the membrane module 1 shown in FIG. 6. Then, air is supplied from the opening 46b (see F1 in FIG. 7), and is supplied to the condensing means 7 together with the water vapor that has passed through the gas permeable membrane 2 to be condensed. If the membrane module 1 of FIG. 7 is used, water vapor can be efficiently permeated from the gas permeable membrane 2. When the membrane module 1 shown in FIG. 7 is used, the direction in which the raw water flows (see Fa in FIG. 7) and the direction in which air flows (see Fd in FIG. 7) are opposite (opposite) across the gas permeable membrane 2. ).
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of an embodiment of a hollow fiber membrane module.
  • the inside of the case 4 of the membrane module 1 is divided into the outer side and the inner side of the hollow fiber-shaped gas permeable membrane 2.
  • the gas permeable membrane 2 is formed on the outer surface or inner surface of the hollow fiber.
  • natural water is supplied inside the hollow fiber-shaped gas permeable membrane 2, and is discharged
  • raw water may be supplied to the outside of the hollow fiber and discharged.
  • the water vapor that has permeated from the hollow fiber-shaped gas permeable membrane 2 is discharged together with the air supplied to the fourth space D.
  • steam is condensed by the condensation means 7 and water is manufactured.
  • a hollow fiber cooling film can be used as the condensing unit 7 instead of the cooler as the condensing unit 7.
  • Example 1 A Teflon (registered trademark) AF-1600 (manufactured by Dupont) was applied to a polyethersulfone hollow fiber microporous membrane having an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.7 mm to prepare a gas permeable membrane.
  • the water absorption rate of the AF-1600 film was 0.01% or less, and the contact angle with water was 104 °. The water absorption was measured in accordance with ASTM 570 under conditions where the sample was immersed in water at 23 ° C. for 24 hours.
  • the contact angle with water is measured using a contact angle measurement device (Kyowa Interface Science, CA-X150 contact angle meter) after placing a drop of deionized water on the surface of the sample and leaving it at 23 ° C. for 1 minute. did.
  • a contact angle measurement device Kelvin Interface Science, CA-X150 contact angle meter
  • Four membrane modules 11 of 10 m 2 were bundled by bundling hollow fibers, and a total of 40 m 2 membrane modules 11 (see FIG. 10) were assembled.
  • the membrane module 11 includes a plurality of gas permeable membranes 2 made of hollow fiber membranes, a plurality of cooling membranes 3, a gas permeable membrane 2, and a case 4 that houses the cooling membrane 3.
  • the purified water production apparatus 100 includes a flow rate control unit 104 that controls the circulation pump 14 to control the flow rate of seawater, and a temperature control unit 105 that controls the temperature of the heater 13 to control the temperature of seawater. I have.
  • the seawater supplied to the circulation tank 15 was heated at 20 ° C. and a flow rate of 3.2 L / min, the electric capacity of the heater 13 was 83 kW, and the seawater was heated.
  • the heated seawater has a flow rate of 43 L / min at 89 ° C. at the raw water supply port of the membrane module 11, and a flow rate of 39.8 L / min at 69.2 ° C. at the raw water discharge port of the membrane module 1. there were.
  • the air supplied to the membrane module 11 from F11 was a flow rate of 6.3 Nm 3 / min.
  • Example 2 A Teflon (registered trademark) AF-1600 was coated on a polyolefin microporous membrane to produce a gas permeable membrane.
  • Oxygen permeability was 1300 GPU
  • oxygen permeation rate / nitrogen permeation rate ratio 2.3
  • water vapor permeation rate was 5 900 GPU.
  • the water absorption rate of the AF-1600 film was 0.01% or less, and the contact angle with water was 104 °.
  • the water absorption was measured in accordance with ASTM 570 under conditions where the sample was immersed in water at 23 ° C. for 24 hours.
  • the contact angle with water is measured using a contact angle measurement device (Kyowa Interface Science, CA-X150 contact angle meter) after placing a drop of deionized water on the surface of the sample and leaving it at 23 ° C. for 1 minute. did.
  • a plain weave net of 500 denier 10 mesh was used as a spacer, and a gas permeable membrane was sandwiched between the spacers and processed into pleats.
  • Four membrane modules of 10 m 2 were produced, and a purified water production apparatus having a total of 40 m 2 was assembled.
  • the membrane module 11 in FIG. 9 see FIG. 10
  • the salt concentration of purified water was 0.01% by weight or less.
  • the present invention can be used for producing purified water from seawater.

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Abstract

　長期間安定的に水を製造する性能を発揮し、しかも浄化水中の塩濃度が低い、方法および、膜モジュール並びに浄化水製造装置を提供することを主な目的とするものであり、原水を気体透過膜の一方の面に沿って流し、気体透過膜を透過した水蒸気を凝縮させて、浄化水を得ることを特徴とする方法。

Description

浄化水を得る方法およびその装置
　本発明は、海水や排水等の不純物を含む（特に有機塩・無機塩等の電解質、その他の溶解性分、分散体あるいは微小生物を含んでよい。）水（以下、原水と言う。）から不純物の少ない水（以下、浄化水と言う。）を得る方法、及び膜モジュール、並びに浄化水製造装置に関する。より詳しくは、気体透過膜を用いて原水を、膜蒸留し、水を製造する方法、及び膜モジュール、並びに浄化水製造装置に関する。
　従来、原水から、浄化水を得る方法として、逆浸透膜法、蒸留法、膜蒸留法が知られている。
　逆浸透膜法とは、高圧で塩水を逆浸透膜で処理することにより浄化水を得る方法である。
　この方法は、広く使用されているが、高圧ポンプが必要であり、浄化水中の塩濃度を充分に下げるためには多段の装置が必要になることがある点が課題である。
　蒸留法とは、原水を加熱して、蒸発させた水蒸気を凝縮させることで水を製造する方法である。蒸留法は、沸点未満で水を得ることが困難であり、装置が大型であるなどの欠点がある。
　膜蒸留法とは、膜を使って、原水から水蒸気を取り出し、水として回収する方法である。この膜蒸留法では、簡単に塩濃度の低い浄化水が得られる点が利点である。膜蒸留法は、高圧ポンプは不要であり、太陽熱エネルギーや、各種機器・設備の廃熱を利用することが可能であり、省エネルギー型の方法として近年注目されている。
　膜蒸留法の具体例として、特許文献１には疎水性多孔質膜を用いた膜蒸留法が記載されており、特許文献２には、半透膜を用いた膜蒸留法が記載されている。
特開平９－１１４３号公報 特開２０１０－１６２５２７号公報
　特許文献１に記載の疎水性多孔質膜を用いる方法は、膜の細孔中には液体の水が透過せず、気体である水蒸気のみが透過する。これにより、透過した気体のみを集めて冷却することで浄化水が得られる。しかし、例えば海水の浄水化に使用した場合、海水中に含まれる微小生物やその他の分散体、あるいは溶解している有機物などにより膜表面や細孔内が汚染されると、膜の表面や細孔内が閉塞される。また、その汚染により、膜の表面や細孔内が親水化すると、液体の水が透過することとなり、海水が膜を透過して、浄化水中の塩濃度が上がるなどの問題が予想される。
　特許文献２に記載の半透膜を使用する方法は、膜中を液体の水分子が透過する機能を用いて膜蒸留を行う方法であるが、水を吸収する仲介溶液が必要などの点で装置が複雑になる。また、海水の浄水化に使用した場合、海水中に含まれる微小生物やその他の分散体、あるいは溶解している有機物などにより膜表面や膜内部が汚染され、膜性能が経時的に変化する恐れもある。
　本発明では、上記従来法の課題を解決して、長期間安定的に水を製造する性能を発揮し、しかも浄化水中の塩濃度が低い、方法および、膜モジュール並びに浄化水製造装置を提供することを主な目的とする。
　本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、気体透過膜を介して水を蒸留すると、得られる水中の不純物の濃度を長期にわたって低く維持でき、様々な汚染に対する耐久性が高い、方法および膜モジュール、並びに浄化水製造装置を提供できることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち本発明は、以下の通りである。
（１）原水を気体透過膜の一方の面に沿って流し、気体透過膜を透過した水蒸気を凝縮させて、浄化水を得ることを特徴とする方法。
（２）気体透過膜のもう一方の面に沿って空気を流すことを特徴とする上記（１）に記載の方法。
（３）冷却することにより、水蒸気を凝縮させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の方法。
（４）気体透過膜の水蒸気透過速度が１０ＧＰＵ以上１，０００，０００ＧＰＵ以下である上記（１）～（３）のいずれかに記載の方法。
（５）原水が海水であることを特徴とする上記（１）～（４）のいずれかに記載の方法。
（６）原水の温度が１℃以上１００℃以下であることを特徴とする上記（１）～（５）のいずれかに記載の方法。
（７）気体透過膜と、冷却膜と、気体透過膜及び冷却膜を収納するケースとを備え、ケース内に、気体透過膜とケースで形成される第一の空間と、気体透過膜と冷却膜とで形成される第二の空間と、冷却膜とケースで形成される第三の空間とを有し、第一の空間は、第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、第二の空間は、開口部を少なくとも１個以上有し、第三の空間は、第三の空間に冷却媒体を供給する冷却媒体供給口と、第三の空間から冷却媒体を排出する冷却媒体排出口とを少なくとも有する膜モジュールにおいて、原水の流れる方向と、冷却媒体の流れる方向とが、対向することを特徴とする上記（１）～（６）のいずれかに記載の方法。
（８）気体透過膜と、冷却膜とを備え、原水が気体透過膜の一方の面に沿って流れる膜モジュール。
（９）冷却媒体が冷却膜の一方の面に沿って流れる上記（７）に記載の膜モジュール。
（１０）原水の流れる方向と冷却媒体の流れる方向とが対向することを特徴とする上記（８）又は（９）に記載の膜モジュール。
（１１）気体透過膜及び冷却膜を収納するケースを更に備え、ケース内に、気体透過膜とケースで形成される第一の空間と、気体透過膜と冷却膜とで形成される第二の空間と、冷却膜とケースで形成される第三の空間とを有し、第一の空間は、第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、第二の空間は、開口部を少なくとも１個以上有し、第三の空間は、第三の空間に冷却媒体を供給する冷却媒体供給口と、第三の空間から冷却媒体を排出する冷却媒体排出口とを少なくとも有することを特徴とする膜モジュール。
（１２）第二の空間が、開口部を２個以上有することを特徴とする上記（８）に記載の膜モジュール。
（１３）気体透過膜と冷却膜との間に、スペーサーを有することを特徴とする上記（８）又は（９）に記載の膜モジュール。
（１４）気体透過膜と、冷却膜が、平膜プリーツ状であることを特徴とする上記（８）～（１０）のいずれかに記載の膜モジュール。
（１５）第一の空間を流れる原水の方向と、第三の空間を流れる冷却媒体の方向が、対向するように、原水供給口、原水排出口、冷却媒体供給口、冷却媒体排出口が配置されることを特徴とする上記（８）～（１１）のいずれかに記載の膜モジュール。
（１６）気体透過膜及び冷却膜を複数有し、第一の空間が、隣接する気体透過膜同士の間に形成され、第二の空間が、隣接する気体透過膜と冷却膜の間に形成され、第三の空間が、隣接する冷却膜同士の間に形成され、第一の空間、第二の空間、第三の空間、第二の空間の順に繰り返して積層されていることを特徴とする上記（８）～（１２）のいずれかに記載の膜モジュール。
（１７）上記（８）～（１３）のいずれかに記載の膜モジュールと、原水供給装置と、冷却媒体供給装置を有し、第一の空間の原水供給口が、原水供給装置に接続され、第三の空間の冷却媒体供給口が、冷却媒体供給装置に接続されていることを特徴とする浄化水製造装置。
（１８）第二の空間の開口部に、水蒸気の凝縮手段が接続されていることを特徴とする上記（１７）に記載の浄化水製造装置。
（１９）気体透過膜と、気体透過膜収納するケースとを備えた膜モジュールと、水蒸気の凝縮手段を有する浄化水製造装置において、膜モジュールが、ケース内に、気体透過膜とケースで形成される第一の空間と、気体透過膜とケースで形成される第四の空間とを有し、第一の空間は、第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、第四の空間は、開口部を少なくとも１個以上有する膜モジュールであり、第四の空間の開口部に、水蒸気の凝縮手段が接続されていることを特徴とする浄化水製造装置。
（２０）水蒸気の凝縮手段が、熱交換器、又は冷却器であることを特徴とする上記（１８）又は（１９）に記載の浄化水製造装置。
（２１）原水の温度を制御する温度制御部と、原水の流量を制御する流量制御部と、を更に備える上記（１７）～（２０）のいずれかに記載の浄化水製造装置。
　本発明の方法によれば、長期間安定的に浄化水を製造することができ、しかも不純物濃度が低い浄化水を製造できる。加えて、本発明の膜モジュール及び浄化水製造装置によれば、耐久性が高く、不純物濃度が低い浄化水を安定的に製造でき、かつ簡単に操作できる、浄化水製造用の膜モジュール及び浄化水製造装置を提供することができる。
図１は、膜モジュールの一実施形態を備えた浄化水製造装置の概念図である。 図２は、膜モジュールの一実施形態の概念図である。 図３は、膜モジュールに組み込まれるプリーツ成形体の一例を示す概念図である。 図４は、プリーツ型膜モジュールの一実施形態の概念図である。 図５は、図４で示すプリーツ型膜モジュールの一実施形態の概念図である。 図６は、膜モジュールの別の一実施形態の概念図である。 図７は、膜モジュールの別の一実施形態の概念図である。 図８は、中空糸型膜モジュールの一実施形態の概念図である。 図９は、浄化水製造装置の一実施形態の概念図である。 図１０は、中空糸型膜モジュールの一実施形態の概念図である。
　以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。また、添付図面は実施形態の一例を示したものであり、これに限定して解釈されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
　本実施形態の方法は、原水を気体透過膜の一方の面に沿って流し、気体透過膜を透過した水蒸気を凝縮させて、浄化水を得る方法である。
〔原水、浄化水〕
　本実施形態における原水とは、不純物を含む水で、特に有機塩・無機塩等の電解質、その他の溶解性分、分散体あるいは微小生物を含んでよい水である。原水としては、特に限定されるものではないが、海水、河川水、工業排水、生活排水などが挙げられる。原水として、海水が好適である。
　本実施形態における浄化水とは、原水を処理した水のことで、気体透過膜を透過した水蒸気を凝縮させた水のことである。浄化水は、不純物の濃度が低い水のことであり、不純物としては、有機塩・無機塩等の電解質、その他の溶解性分、分散体あるいは微小生物等が挙げられる。原水として、海水を用いたとき、浄化水としては、塩濃度が低いことが好ましい。
〔気体透過膜〕
　本実施形態における気体透過膜とは、水蒸気等の気体が膜を形成する材料中に溶解・拡散することにより透過する機構を有する膜である。この気体透過膜を用いることにより、液体の水や原水中の塩類、非塩類等の溶解成分、分散体、及び微小生物等は、気体透過膜を透過せず、水蒸気が膜に溶解・拡散して透過するため、極めて不純物の少ない水が得られる。加えて、本実施形態の気体透過膜は、実質的に貫通した孔がない膜であり、不純物により膜内が汚染されることを抑制することができる。
　ここで、本実施形態において、実質的に貫通した孔が無いとは、マクロな貫通した孔やクヌーセン流を示すミクロな貫通した孔が実質的になく、膜の気体透過について気体の溶解拡散機構が支配的であることを意味する。このことを窒素透過速度に対する酸素透過速度の比で表現すると、酸素透過速度／窒素透過速度比が１を超えることを意味する。窒素（酸素）透過速度とは、窒素（あるいは酸素）の単位時間での透過量を単位面積・単位圧力当たりに換算（例えば、ＧＰＵ＝１０－６ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２／ｓ／ｃｍＨｇ）した値のことである。
　疎水性微多孔膜を使用する従来方法は、膜の材料となる分子と比較して、非常に大きな空隙（数ｎｍ以上）を、気体が物理的に通過することを利用するものであり、本発明の気体透過は従来方法と原理的に異なる。すなわち、特許文献１に記載の疎水性微多孔膜を用いる方法では、水蒸気が微多孔中の空隙を物理的に透過することで、原水から水を得る方法であるが、本実施形態の方法は、水蒸気が気体透過膜を溶解・拡散することで、原水から水を得る方法である。したがって、本実施形態の方法によれば、気体透過膜が実質的に孔を有していないことから、原水中に含まれる不純物による膜の汚染を抑制できる。
〔気体透過膜の気体透過性能〕
　本実施形態における気体透過膜中の水蒸気透過は、膜の原水側とその対抗側における水蒸気の分圧差が駆動力となる。その水蒸気透過速度は、下記式で表され、原水側とその対抗側の水蒸気の差圧であるΔＰと、膜面積であるＳに依存する。
　Ｆ［１０－６Ｌｃｍ３（ＳＴＰ）ｓ－１］＝Ｊ［ＧＰＵ］×△Ｐ［ｃｍＨｇ］×Ｓ［ｃｍ２］
　上記式中、Ｊ［ＧＰＵ（１０－６ｃｍ３（ＳＴＰ）／ｃｍ２／ｓ／ｃｍＨｇ）］は気体透過速度と呼ばれ、気体透過膜の気体透過性能を示す指標である。本実施形態の気体透過膜の水蒸気透過速度は、１０～１０００，０００ＧＰＵが好ましく、１００～１，０００，０００ＧＰＵがより好ましく、１，０００～１，０００，０００ＧＰＵがより好ましく、５，０００～１，０００，０００ＧＰＵがさらに好ましい。水蒸気透過速度／窒素透過速度比は好ましくは５以上、より好ましくは１０以上である。また、通常１，０００，０００以下である。
〔気体透過膜の材料〕
　本実施形態における気体透過膜としては、有機系気体透過膜や無機系気体透過膜が挙げられ、有機系高分子の気体透過膜が好ましい。
　有機系高分子の気体透過膜としては、疎水性高分子や親水性高分子を用いた気体透過膜が挙げられ、疎水性高分子を用いた気体透過膜がより好ましい。疎水性気体透過膜は、液体の水を実質的に含有せず、かつ、液体の水を透過させない。そのため、水に含まれる有機塩・無機塩等の電解質や、その他の溶解性分、分散体等による膜内部の汚染が少なく、耐久性が向上する。本実施形態において、疎水性高分子とは、吸水率が０．５質量％以下のものを指す。吸水率は０．１質量％以下が好ましく、０．０５質量％以下がより好ましく、０．０１質量％以下が更に好ましい。なお、疎水性無機材料の場合も同様の吸水率が好ましい。吸水率の測定方法は、ＡＳＴＭ　Ｄ５７０に従って、サンプルを２３℃の水に２４時間浸漬した条件で測定できる。
　疎水性高分子の気体透過膜としては、例えば、フッ素樹脂系の気体透過膜、ポリイミド系の気体透過膜、シリコン系の気体透過膜、ＰＩＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｏｆ　ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ　ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｓｉｔｙ）の気体透過膜等が挙げられる。それらの中でも、水蒸気が透過する速度が速いという観点から、フッ素樹脂系の気体透過膜、ポリイミド系の気体透過膜、ＰＩＭの気体透過膜がさらに好ましく、フッ素樹脂系の気体透過膜、ＰＩＭの気体透過膜が特に好ましい。
〔フッ素樹脂系気体透過膜〕
　フッ素樹脂系気体透過膜としては、非晶質の含フッ素重合体を用いたものが好ましい。
　非晶質の含フッ素重合体としては、例えば、含フッ素脂環構造を有する重合体等が挙げられる。
　含フッ素脂環構造を有する重合体を得るための単量体としては、パーフルオロ（２，２－ジメチル－１，３－ジオキソール）（ＰＤＤ）、パーフルオロ（２－メチル－１，３－ジオキソール）、パーフルオロ（２－エチル－２プロピル－１，３－ジオキソール）、パーフルオロ（２，２－ジメチル－４メチル－１，３－ジオキソール）、パーフルオロジオキソール類、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等のフッ素置換アルキル基を有するパーフルオロジオキソール化合物類、パーフルオロ（４－メチル－２－メチレン－１，３－ジオキソラン）（ＭＭＤ）、パーフルオロ（２－メチル－１，４－ジオキシン）等の含フッ素脂環構造を有する単量体が例示できる。
　上記単量体と共重合体を形成する他の単量体としては、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ（メチルビニルエーテル）等が挙げられる。主鎖に含フッ素脂環構造を有する重合体も用いることもできる。これらの単量体を単独または組み合わせて重合し、気体透過膜として使用されるフッ素系高分子化合物が得られる。
　市販品を用いることもでき、例えば、商品名「テフロン（登録商標）ＡＦ」（デュポン社製）、商品名「ＨＹＦＬＯＮ　ＡＤ」（アウジモント社製）等が挙げられる。テフロン（登録商標）ＡＦとしては、テフロン（登録商標）ＡＦ１６００およびテフロン（登録商標）ＡＦ２４００が例示できる。
　また、気体透過膜の表面の水接触角としては、９０°以上が好ましく、より好ましくは９５°以上、更に好ましくは１００°以上である。
　無機系の気体透過膜の材料としては、窒化ケイ素系、炭素系等の気体透過膜が挙げられる。
〔気体透過膜の支持層〕
　本実施形態における気体透過膜は、支持層を有していることが好ましい。気体透過膜は薄膜であるほど、気体透過速度が向上するが、膜の機械的強度は低下する。したがって、気体透過膜が支持層を備えることにより、膜の機械的強度が向上するため好ましい。
　支持層の材質は、膜が気体を透過させることができるものであれば特に限定されず、様々なものを用いることができる。例えば、織布、不織布、微多孔膜等を用いることができる。支持層として用いられる微多孔膜としては、ポリイミド微多孔膜、ＰＶＤＦ微多孔膜、ＰＴＦＥ微多孔膜、ポリオレフィン微多孔膜、限外ろ過膜（ＵＦ膜）として使用されるポリスルホン微多孔膜やポリエーテルスルホン微多孔膜等が挙げられる。これらの中では、ポリオレフィン微多孔膜、限外ろ過膜（ＵＦ膜）が工業的に容易に得られる点で好ましい。
　膜の形状が平膜の場合、支持層の上に気体透過膜が形成された形態が挙げられる。中空糸膜の場合、支持層である中空糸膜の内側の表面又は外側の表面に、気体透過膜が形成された形態が挙げられる。気体透過膜は、塗工により形成させることが一般的には容易な方法であり好ましい。
　支持層を有する膜のその他の例としては、膜表面に気体透過性能を持つスキン層が形成されるように湿式で製膜した非対象構造の膜が挙げられる。この形態の膜としては、ポリイミド中空糸が例示される。無機系の気体透過膜である場合、支持層であるセラミック膜の上に気体透過膜を水熱合成で形成したものや、化学蒸着（ＣＶＤ）により薄膜形成したものが挙げられる。
〔気体透過膜の形状〕
　気体透過膜は、平膜状あるいは中空糸状であることが好ましい。
　気体透過膜が平膜状である場合、プリーツ型，プレートアンドフレーム型、スパイラル型が例示される。なお、冷却膜についても平膜状あるいは中空糸状にすることができ、平膜状である場合、プリーツ型（平膜プリーツ状），プレートアンドフレーム型、スパイラル型とすることができる。
　プリーツ型（平膜プリーツ状）とは、図４に示すように、平膜を蛇腹状に折を繰り返した構造である。図４は模式図であり、折り目部分には曲率があり、曲率の大きさは折圧力により変化する。プリーツ型を作製するには、一般的には、プリーツ機が使用される。プリーツには、プリーツを箱型に重ねた箱型構造と円筒構造がある。円筒構造では、心棒の周りに各プリーツをスパイラル状に巻きつけた構造も例示できる。
　プレートアンドフレーム型は、膜を一枚一枚重ねた構造である。
　スパイラル型とは、封筒状の平膜を封筒の入り口を心棒に接続して巻きつけた構造である。
　プリーツ型が膜カートリッジを作成が容易であり好ましい。中空糸の場合は、中空糸の中側に原水を流す場合と中空糸の外側に原水を流す場合がある。
　ここで、膜カートリッジとは、気体透過膜、冷却膜、補強枠などからなり、膜モジュール内に装着されるものである。
　本実施形態の方法では、原水を気体透過膜の一方の面に沿って流して、水蒸気を気体透過膜に透過させている。原水を流すことで、水の蒸発潜熱を原水の顕熱で供給でき、水蒸気発生量や温度、水蒸気分圧の制御が可能である。
　流す原水の温度は、１℃以上１００℃以下に設定が可能である。より好ましくは５０℃以上１００℃以下である。この温度範囲とすることで浄化水を効率的に得ることができる。
　また、本実施形態の方法では、気体透過膜を透過した水蒸気を凝縮させて、浄化水を製造する。水蒸気を凝縮させる方法として、冷却する、又は加圧することが挙げられる。
　本実施形態の方法では、気体透過膜のもう一方の面に沿って、空気を流すことが好ましい。原水が流れる気体透過膜の面とは、反対側である気体透過膜のもう一方の面に沿って、空気を流すことで、より効率的に水蒸気を透過させることができるからである。気体透過膜の水蒸気透過速度は、原水側とその対抗側（以下、浄化水側という）の水蒸気の分圧差に依存するため、空気を流すことで、浄化水側の水蒸気の分圧を低下させ、安定的かつ効率的に浄化水を製造することができる。
　なお、原水の流れる方向と空気のながれる方向は、同一方向でも対向方向でもよい。
〔空気〕
　本実施形態において、空気の温度、圧力、組成としては、特に限定されない。
〔温度〕
　本実施形態において、原水を加熱するための熱源としては、種々の熱源が利用可能であるが、エネルギー節約の観点からは、工場、発電所、熱機関、焼却炉などの排熱や太陽熱を利用することが好ましい。
〔膜モジュール〕
　以下、本実施形態の、気体透過膜を組み込んでモジュール化した膜モジュールについて、説明する。なお、本願において原水、浄水、冷却媒体（冷却水が好ましいが、冷却用気体でも良い）の各流体は通常は容器に入れて使用するので、ケースを有するが、海水中に浸漬して使用する場合等は、各流体は容器に入れる必要がなく（入れても良いが）、その場合は、ケースは必須でなく、各膜に対して解放された流体と接して使用して良い。この場合、膜に対して各流体が強制的に流動することが好ましく（この場合、膜が静止して流体が移動しても良いし、流体が静止し、膜が移動しても良いし、流体、膜双方が移動してもよい。）、そのために、たとえば、膜近傍に攪拌機や流体噴出器があっても良い。なお、攪拌機や流体噴出器は、ケースを有する膜モジュールにおいて採用することもできる。以下、ケースを有する場合を前提にして説明する。
　本実施形態の膜モジュールは、気体透過膜と、冷却膜と、気体透過膜及び冷却膜を収納するケースとを備える膜モジュールであり、ケース内に、気体透過膜とケースで形成される第一の空間と、気体透過膜と冷却膜とで形成される第二の空間と、冷却膜とケースで形成される第三の空間とを有し、第一の空間は、第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、第二の空間は、開口部を少なくとも１個以上有し、第三の空間は、第三の空間に冷却媒体を供給する冷却媒体供給口と、第三の空間から冷却媒体を排出する冷却媒体排出口とを少なくとも有する。
　膜モジュールの第一の空間は、気体透過膜とケースで形成され、第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有する。第一の空間では、原水供給口から供給される原水は、気体透過膜に沿って流れた後に、原水排出口より、外部に排出される。第一の空間は、原水供給口及び原水排出口を複数有していてもよく、その他の開口部を有していてもよい。
　膜モジュールの第二の空間は、気体透過膜と冷却膜とで形成され、開口部を少なくとも１個以上有する。原水から気体透過膜を透過した水蒸気は、第二の空間で凝縮されて、第二の空間が有する開口部より外部に排出される。なお、第二の空間で、水蒸気が全て凝縮される必要はなく、一部の水蒸気が凝縮されていなくてもよい。また、第二の空間は、気体透過膜と、冷却膜と、ケースで形成されてもよい。
　また、第二の空間は、開口部を２個以上有していることが好ましい。第二の空間が、開口部を２個以上有していることにより、気体透過膜の面に沿って、空気を流すことができる。それによって、水蒸気が気体透過膜を効率的に透過できるため、好ましい。
　さらに、気体透過膜と冷却膜との間に、スペーサーを有することで、気体透過膜と冷却膜の強度を向上させることができるため好ましい。また、適切なスペーサーを選択することにより、気体透過膜と冷却膜の間の距離、つまり、第二の空間の形状や体積を制御して形成することができるため、好ましい。
　膜モジュールの第三の空間は、冷却膜とケースで形成され、第三の空間に冷却媒体を供給する冷却媒体供給口と、第三の空間から冷却媒体を排出する冷却媒体排出口とを少なくとも有する。第三の空間では、冷却媒体供給口から供給される冷却媒体は、冷却膜に沿って流れ、冷却媒体排出口から排出される。この際、冷却膜を介して、第二の空間に存在する水蒸気を冷却することができる。つまり、第二の空間の水蒸気は、冷却膜に接することにより、凝縮されて、水となる。第三の空間は、冷却媒体供給口及び冷却媒体排出口を複数有していてもよく、その他の開口部を有していてもよい。
　本実施形態の膜モジュールは、第一の空間を流れる原水の方向と、第三の空間を流れる冷却媒体の方向が、対向するように、原水供給口、原水排出口、冷却媒体供給口、冷却媒体排出口が配置されることが好ましい。
　本実施形態の膜モジュールは、気体透過膜と冷却膜と間の距離が、極めて近い構造であるため、水蒸気の凝縮が効率的に行うことができ、かつ、装置全体が小型化できる。
　本実施形態において、冷却膜とは気体透過膜を透過した水蒸気を冷却して凝縮する機能を有する膜である。ある。具体的には、高分子膜、金属薄膜、無機薄膜が挙げられる。また、非孔性膜であることが好ましい。
　本実施形態において、スペーサーとは、気体透過膜や冷却膜の各膜間隔を一定に保持するために使用されるものであり、網、不織布、棒状体が例示できる。これらの中では網が好ましい。
　また、本実施形態において、冷却媒体とは、冷却膜を介して水蒸気を冷却する目的で使用され、水、水溶液、有機溶剤などが使用可能である。冷却媒体としては、浄化水、海水、水が好ましい。
　次に、本実施形態の浄化水製造装置について、以下で説明する。
　本実施形態の浄化水製造装置は、本実施形態の膜モジュールと、原水供給装置と、冷却媒体供給装置を有し、第一の空間の原水供給口が、原水供給装置に接続され、第三の空間の冷却媒体供給口が、冷却媒体供給装置に接続されている。
　原水供給装置により、膜モジュールの第一の空間の原水供給口に原水が供給され、原水排出口より、原水が排出される。原水は、循環して利用することもできる。循環して利用する場合、原水中の不純物濃度が高くなるため、適宜新しい原水を供給しつつ、供給することが好ましい。また、冷却媒体供給装置により、膜モジュールの第三の空間の冷却媒体供給口に冷却媒体が供給され、冷却媒体排出口より、冷却媒体が排出される。冷却媒体は、循環して利用することもできる。循環して利用する場合、温度を一定に保ちながら冷却媒体を循環することが好ましい。
　また、第二の空間の開口部に、凝縮手段が接続されていることで、より水蒸気が凝縮されるため、好ましい。凝縮手段としては、熱交換器、冷却器、加圧器などが挙げられる。
　本実施形態の別の浄化水製造装置としては、気体透過膜と、気体透過膜を収納するケースとを備えた膜モジュールと、水蒸気の凝縮手段を有する浄化水製造装置において、膜モジュールが、ケース内に、気体透過膜とケースで形成される第一の空間と、気体透過膜とケースで形成される第四の空間とを有し、第一の空間は、第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、第四の空間は、開口部を少なくとも１個以上有する膜モジュールであり、第四の空間の開口部に、水蒸気の凝縮手段が接続された浄化水製造装置である。
　上記浄化水製造装置では、冷却膜で水蒸気を凝縮するのではなく、第四の空間に接続された凝縮手段により、水蒸気を凝縮する。凝縮手段としては、上述したものが挙げられる。
　上記浄化水製造装置において、第四の空間は開口部を２個以上有することが好ましい。開口部から、空気を膜モジュールの第四の空間に供給することができ、水蒸気が気体透過膜を効率的に透過することができるため、好ましい。そして、水蒸気を含む空気が、別の開口部に接続された凝縮手段によって、凝縮されて、浄化水を製造することができる。
　また、本実施形態の浄化水製造装置において、原水の温度を制御する温度制御部と、原水の流量を制御する流量制御部と、を更に備えることが好ましい。原水の温度と流量が制御できることにより、水の製造を最適な条件で行うための管理が行いやすい。
　以下、図面を参照しつつ、各実施形態について更に詳しく説明する。まず、図１を参照して膜モジュール及び浄化水製造装置の実施形態について説明する。図１は、膜モジュールを中心に示す浄化水製造装置の一実施形態の概念図である。膜モジュール１は、気体透過膜２と、冷却膜３と、ケース４とを有する。気体透過膜２と冷却膜３によって、ケース４内に、第一の空間Ａと、第二の空間Ｂと、第三の空間Ｃとが形成されている。
　第一の空間Ａは、ケース４と気体透過膜２とで形成され、第二の空間Ｂは、気体透過膜２と冷却膜３とケース４とで形成され、第三の空間Ｃは、冷却膜３とケース４とで形成されている。そして、第一の空間Ａは、原水供給口４１と原水排出口４２を有し、第二の空間Ｂは、開口部４３ａ，４３ｂを２個有し、第三の空間Ｃは、冷却媒体供給口４４と冷却媒体排出口４５を有する。
　図１に示す膜モジュール１では、原水が膜モジュール１に供給され（図１のＦ３参照）、第一の空間Ａにおいて気体透過膜２の面に沿って流れ（図１のＦａ参照）、排出される（図１のＦ４参照）。そして、気体透過膜２から第二の空間Ｂへ透過した水蒸気は、冷却膜３によって、凝縮され、気体透過膜２と冷却膜３との間を経て（図１のＦｂ参照）、膜モジュール１から排出される（図１のＦ８参照）。なお、第２の空間Ｂには、空気供給装置１０３から空気が供給され（図７のＦ１参照）、気体透過膜２を透過した水蒸気と共に凝縮手段７へ供給され、凝縮される。この空気の流れ（図７のＦｄ参照）は、原水の流れ（図７のＦａ参照）に対向する。
　また、第三の空間Ｃでは、冷却媒体供給口４４から、冷却媒体が供給され（図１のＦ６参照）、冷却膜３に沿って流れて（図１のＦｃ参照）、冷却媒体排出口４５から、排出される（図１のＦ７参照）。
　なお、本実施形態においては、気体透過膜２と冷却膜３との間隔を一定に保持するためにスペーサー５を挟み込むようして配置して、形状安定性を高める工夫を施しているが、スペーサー５を省略することもできる。また、本実施形態では、水蒸気を効率よく排出するために、第二の空間Ｂに空気を供給しているが、空気の供給を省略することもできる。
　図１の形態では、気体透過膜２と冷却膜３が近接しているために、気体透過膜２を透過した水蒸気を、効率よく冷却膜３で凝縮させることができるため、好ましい。なお、気体透過膜２と冷却膜３の間には空気を強制的に流してもよい。また、図１の膜モジュールでは、原水が流れる方向（図１のＦ３とＦ４参照）と、冷却媒体が流れる方向（図１のＦ６とＦ７参照）とが、対向している。
　また、図１に示す浄化水製造装置１００は、上述の膜モジュール１と、原水供給装置１０１と、冷却媒体供給装置１０２と、空気供給装置１０３と、凝縮手段７とを有する。膜モジュール１の第一の空間Ａの原水供給口４１は原水供給装置１０１に接続され、第三の空間Ｃの冷却媒体供給口４４は冷却媒体供給装置１０２に接続され、第二の空間Ｂの一方の開口部４３ａは空気供給装置１０３に接続され、他方の開口部４３ｂは水蒸気の凝縮手段７に接続されている。また、浄化水製造装置１００は、原水の温度を制御する温度制御部１０４と、原水の流量を制御する流量制御部１０５とを備えている。
　図２は、本実施形態の膜モジュールの他の実施形態に係る概念図である。図２の膜モジュール１は、冷却膜３、気体透過膜２、気体透過膜２、冷却膜３、冷却膜３、気体透過膜２、気体透過膜２、冷却膜３の順で積層された膜モジュール１である。気体透過膜２、及び冷却膜３をこの順番で積層することにより、第一の空間Ａ、第二の空間Ｂ、第三の空間Ｃ、第二の空間Ｂの順に繰り返して積層された膜モジュール１が形成される。この形態は、プレートアンドフレーム型膜モジュールの一部、またはプリーツ型膜モジュールの一部であり、気体透過膜の表面積が増大するため好ましい。積層する個数は、３組以上であってもよい。
　図２の膜モジュール１では、気体透過膜２と気体透過膜２とで形成される空間において、原水が供給及び排出される（図２のＦ３とＦ４参照）。そして、冷却膜３と冷却膜３とで形成される空間において、冷却媒体が供給及び排出され（図２のＦ６とＦ７）、気体透過膜２と冷却膜３とで形成される空間から、凝縮した水が得られる（図２のＦ８参照）。図２の膜モジュール１においても、気体透過膜２と冷却膜３とで形成される空間に空気を供給することができる。
　なお、図２で示す膜モジュール１の変形例として、例えば、図２で示す同一の膜を円筒状につなげることで、中空糸膜型の膜モジュールとすることもできる。
　図３は、図１に示す膜モジュール１に組み込まれたプリーツ成形体の一例を示す概念図である。図３に示すプリーツ成形体は、スペーサー５、気体透過膜２、スペーサー５、冷却膜３、スペーサー５の順に積層され、プリーツ状に加工されて製造される。スペーサー５は、各膜間の距離を一定に保持する目的で、各膜間に用いられる。この形態は、限られた空間に大きな膜面積を保持できるので容積効率が高くなる点で好ましい。
　図４は、図３のプリーツ成形体を用いた膜モジュールの別の実施形態である。ここで、プリーツ成形体において、プリーツの折り目に沿った方向を、プリーツ成形体の長さとし、長さ方向と直角する、プリーツの折り目に直角する方向を、プリーツ成形体の幅とし、長さ及び幅に直角する方向を、プリーツ成形体の高さとする。
　図４に示される膜モジュール１では、プリーツ成形体の端面は、気体透過膜２と冷却膜３の第二の空間Ｂを除いて、両面共に封止されている。そして、図４のプリーツ成形体の上面に、幅方向に伸びる隔壁部６が設けられている。なお、プリーツ成形体の上面だけでなく、下面にも隔壁部６を設けてもよい。
　原水供給口４１から膜モジュール１に原水が供給されると（図４のＦ６参照）、プリーツ成形体の折り目に沿って、長さ方向にむかって、原水が流れ、原水排出口４２から排出される（図４のＦ７参照）。一方、冷却媒体供給口から冷却媒体が供給されると、プリーツ成形体の折り目に沿って、長さ方向に向かって、冷却媒体が流れ、冷却媒体排出口から排出される。供給された原水は水蒸気となって気体透過膜２を透過し、冷却膜３で冷却されて水となり、気体透過膜２と冷却膜３の間から排出される。膜モジュール１が、隔壁部６を有すると、原水又は冷却媒体が、気体透過膜２の面に沿って流れ、効率が向上するため好ましい。
　図５は、プリーツ成形体を用いた膜モジュール１における、原水、冷却媒体、凝縮した水の流れの模式図である。原水は、Ｆ３から気体透過膜２の面に沿って流れ（図８のＦａ参照）、Ｆ４から排出される。なお、Ｆ３、Ｆａ、Ｆ４は、図５において、気体透過膜２より手前側にある。一方、冷却媒体は、Ｆ６から冷却膜３の面に沿って流れ（図８のＦｃ参照）、Ｆ７から排出される。なお、Ｆ６、Ｆｃ、Ｆ７は、図５において、冷却膜３より奥側にある。そして、気体透過膜２を透過した水蒸気は、冷却膜３で凝縮され、Ｆ８から排出される。図５で示される膜モジュール１では、原水が流れる方向（図８のＦａ参照）と、冷却媒体が流れる方向（図８のＦｃ参照）とが、逆の向きとなっている。
　図６は、本実施形態の膜モジュールの別の一実施形態の概念図である。気体透過膜２によって、ケース４内が第一の空間Ａと、第四の空間Ｄが形成され、第一の空間Ａの開口部４６ａの１つと凝縮手段７が接続されている。図６の膜モジュール１では、原水が膜モジュール１に供給され（図６のＦ３参照）、第一の空間Ａにおいて気体透過膜２の面に沿って流れ、排出される（図６のＦ４参照）。そして、気体透過膜２から第四の空間Ｄへ透過した水蒸気（図６のＦｂ参照）は、凝縮手段７に送り込まれ（図６のＦ８参照）、凝縮手段７によって凝縮されて（図６のＦ５参照）、水が製造される。図６では、凝縮手段７が第四の空間Ｄの開口部４６ａと接続されている。
　図７は、本実施形態の膜モジュールの一実施形態の別の概念図である。この実施形態に係る膜モジュール１は、図６に示す膜モジュール１の変形例であり、図６に示す膜モジュール１の構成要素に加え、第四の空間Ｄに別の開口部４６ｂを有し、この開口部４６ｂから空気が供給され（図７のＦ１参照）、気体透過膜２を透過した水蒸気と共に、凝縮手段７へ供給され、凝縮される。図７の膜モジュール１を用いれば、効率的に気体透過膜２から水蒸気を透過させることができる。図７で示される膜モジュール１を用いる場合、原水の流れる方向（図７のＦａ参照）と、空気の流れる方向（図７のＦｄ参照）とが、気体透過膜２を隔てて逆向き（対向）である。
　図８は、中空糸型の膜モジュールの一実施形態の概念図である。図８では、膜モジュール１のケース４内が、中空糸状の気体透過膜２の外側と内側に分けられる。気体透過膜２は中空糸の外側表面または内側表面に形成されている。そして、中空糸状の気体透過膜２の内側に、原水が供給され、排出される。また、その逆に中空糸の外側に原水が供給され、排出されてもよい。中空糸状の気体透過膜２から透過した水蒸気は、第四の空間Ｄに供給される空気とともに、排出される。そして、凝縮手段７によって、水蒸気が凝縮され、水が製造される。なお、図７及び８では、凝縮手段７として、冷却器の代わりに、中空糸状の冷却膜を凝縮手段７として用いることもできる。
〔実施例１〕
　外径１ｍｍ内径０．７ｍｍのポリエーテルスルホン中空糸微多孔膜にテフロン（登録商標）ＡＦ－１６００(Ｄｕｐｏｎｔ社製)を塗工し、気体透過膜を作製した。酸素透過速度は１，２００ＧＰＵ、酸素透過速度／窒素透過速度比＝２．３、水蒸気透過速度は５，４００ＧＰＵであった。ＡＦ－１６００膜の吸水率は０．０１％以下であり、水との接触角は１０４°であった。吸水率は、ＡＳＴＭ５７０に従って、サンプルを２３℃の水に２４時間浸漬した条件で測定した。水との接触角は、サンプルの表面に脱イオン水の水滴を乗せ、２３℃で１分間放置した後、接触角測定装置（協和界面科学製、ＣＡ－Ｘ１５０型接触角計）を用いて測定した。中空糸を束ね１０ｍ２の膜モジュール１１を４個作製し、合計４０ｍ２の膜モジュール１１（図１０参照）を組み立てた。膜モジュール１１は、中空糸膜からなる複数の気体透過膜２と、複数の冷却膜３と、気体透過膜２、及び冷却膜３を収納するケース４と、を備えている。
　この膜モジュール１１を用いて、図９に示す浄化水製造装置１００で、実験を行った。図９の浄化水製造装置１００では、空気供給装置１０３を駆動して膜モジュール１１にＦ１１から空気を供給し、Ｆ１２から排出し、冷却器１６で水蒸気を凝縮させる。凝縮された水は、Ｆ１５から排出され、空気はＦ１８より排出される。また、原水供給装置１０１を駆動してＦ１６から海水（原水の一例）が循環槽１５に供給され、循環ポンプ１４を経由して、海水が加熱器１３で加熱される。その後、Ｆ１３を通って海水が膜モジュール１１に供給され、Ｆ１４から排出された海水は、再び循環槽１５に戻る。海水は、Ｆ１７からブローダウンすることができる。なお、浄化水製造装置１００は、循環ポンプ１４を駆動制御して海水の流量を制御する流量制御部１０４と、加熱器１３の温度制御を行って海水の温度を制御する温度制御部１０５とを備えている。
　循環槽１５に供給される海水は、２０℃で、３．２Ｌ／ｍｉｎの流量とし、加熱器１３の電気容量を８３ｋＷとし、海水を加熱した。加熱された海水は、膜モジュール１１の原水供給口において、８９℃で、４３Ｌ／ｍｉｎの流量であり、膜モジュール１の原水排出口において、６９．２℃で、３９．８Ｌ／ｍｉｎの流量であった。また、Ｆ１１より、膜モジュール１１に供給した空気は、６．３Ｎｍ３／ｍｉｎの流量であった。
　上記の運転条件において、図９の浄化水製造装置１００を運転した結果、約３Ｌ／ｍｉｎの水(浄化水)を得ることができた。浄水の塩濃度は０．０１重量％以下であった。不純物等による膜の汚染はなかった。
〔実施例２〕
　ポリオレフィン系微多孔膜にテフロン（登録商標）ＡＦ－１６００を塗工し、気体透過膜を作製した、酸素透過性は１３００ＧＰＵ、酸素透過速度／窒素透過速度比＝２．３、水蒸気透過速度は５，９００ＧＰＵであった。ＡＦ－１６００膜の吸水率は０．０１％以下であり、水との接触角は１０４°であった。吸水率は、ＡＳＴＭ５７０に従って、サンプルを２３℃の水に２４時間浸漬した条件で測定した。水との接触角は、サンプルの表面に脱イオン水の水滴を乗せ、２３℃で１分間放置した後、接触角測定装置（協和界面科学製、ＣＡ－Ｘ１５０型接触角計）を用いて測定した。５００デニール１０メッシュの平織り網をスペーサーとし、このスペーサーで気体透過膜を挟みプリーツに加工した。１０ｍ２の膜モジュールを４個作製し、合計４０ｍ２の浄化水製造装置を組み立てた。図９の膜モジュール１１（図１０参照）を図７の膜モジュール１としたこと以外は、実施例１と同様な条件で実施したところ、約３Ｌ／ｍｉｎの水（凝縮水）を得ることができた。浄水の塩濃度は０．０１重量％以下であった。
　本発明は、海水から浄化水を製造することに利用できる。
　１…膜モジュール、２…気体透過膜、３…冷却膜、４…ケース、５…スペーサー、６…隔壁部、７…凝縮手段、１１…膜モジュール、１２…気体透過膜、１３…加熱器、１４…循環ポンプ、１５…循環槽、１６…冷却器、４１…原水供給口、４２…原水排出口、４３ａ，４３ｂ，４６ａ，４６ｂ…開口部、１００…浄化水製造装置、１０１…原水供給装置、１０３…冷却媒体供給装置、１０４…流量制御部、１０５…温度制御部、Ａ…第一の空間、Ｂ…第二の空間、Ｃ…第三の空間、Ｄ…第四の空間。

Claims (21)

  1. 　原水を気体透過膜の一方の面に沿って流し、前記気体透過膜を透過した水蒸気を凝縮させて、浄化水を得ることを特徴とする方法。
  2. 　前記気体透過膜のもう一方の面に沿って空気を流すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 　冷却することにより、水蒸気を凝縮させることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 　前記気体透過膜の水蒸気透過速度が１０ＧＰＵ以上１，０００，０００ＧＰＵ以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 　原水が海水であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 　原水の温度が１℃以上１００℃以下であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 　気体透過膜と、冷却膜と、前記気体透過膜及び前記冷却膜を収納するケースとを備え、
    　前記ケース内に、前記気体透過膜と前記ケースで形成される第一の空間と、前記気体透過膜と前記冷却膜とで形成される第二の空間と、前記冷却膜と前記ケースで形成される第三の空間とを有し、
    　前記第一の空間は、前記第一の空間に原水を供給する原水供給口と、第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、
    　前記第二の空間は、開口部を少なくとも１個以上有し、
    　前記第三の空間は、前記第三の空間に冷却媒体を供給する冷却媒体供給口と、前記第三の空間から冷却媒体を排出する冷却媒体排出口とを少なくとも有する膜モジュールにおいて、
    　原水の流れる方向と、冷却媒体の流れる方向とが、対向することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 　気体透過膜と、冷却膜とを備え、原水が前記気体透過膜の一方の面に沿って流れる膜モジュール。
  9. 　冷却媒体が前記冷却膜の一方の面に沿って流れる請求項８に記載の膜モジュール。
  10. 　原水の流れる方向と冷却媒体の流れる方向とが対向することを特徴とする請求項８又は９に記載の膜モジュール。
  11. 　前記気体透過膜及び前記冷却膜を収納するケースを更に備え、
    　前記ケース内に、前記気体透過膜と前記ケースで形成される第一の空間と、前記気体透過膜と前記冷却膜とで形成される第二の空間と、前記冷却膜と前記ケースで形成される第三の空間とを有し、
    　前記第一の空間は、前記第一の空間に原水を供給する原水供給口と、前記第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、
    　前記第二の空間は、開口部を少なくとも１個以上有し、
    　前記第三の空間は、前記第三の空間に冷却媒体を供給する冷却媒体供給口と、前記第三の空間から冷却媒体を排出する冷却媒体排出口とを少なくとも有することを特徴とする請求項８～１０のいずれか一項に記載の膜モジュール。
  12. 　前記第二の空間が、前記開口部を２個以上有することを特徴とする請求項１１に記載の膜モジュール。
  13. 　前記気体透過膜と前記冷却膜との間に、スペーサーを有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の膜モジュール。
  14. 　前記気体透過膜と、前記冷却膜が、平膜プリーツ状であることを特徴とする請求項１１～１３のいずれか一項に記載の膜モジュール。
  15. 　前記第一の空間を流れる原水の方向と、前記第三の空間を流れる冷却媒体の方向が、対向するように、前記原水供給口、前記原水排出口、前記冷却媒体供給口、前記冷却媒体排出口が配置されることを特徴とする請求項１１～１４のいずれか一項に記載の膜モジュール。
  16. 　前記気体透過膜及び前記冷却膜を複数有し、
    　前記第一の空間が、隣接する前記気体透過膜同士の間に形成され、
    　前記第二の空間が、隣接する前記気体透過膜と前記冷却膜の間に形成され、
    　前記第三の空間が、隣接する前記冷却膜同士の間に形成され、
    　前記第一の空間、前記第二の空間、前記第三の空間、前記第二の空間の順に繰り返して積層されていることを特徴とする請求項１１～１５のいずれか一項に記載の膜モジュール。
  17. 　請求項１１～１６のいずれか一項に記載の膜モジュールと、原水供給装置と、冷却媒体供給装置を有し、
    　前記第一の空間の前記原水供給口が、前記原水供給装置に接続され、
    　前記第三の空間の前記冷却媒体供給口が、前記冷却媒体供給装置に接続されていることを特徴とする浄化水製造装置。
  18. 　前記第二の空間の開口部に、水蒸気の凝縮手段が接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の浄化水製造装置。
  19. 　気体透過膜と、気体透過膜収納するケースとを備えた膜モジュールと、水蒸気の凝縮手段を有する浄化水製造装置において、
    　前記膜モジュールが、前記ケース内に、前記気体透過膜と前記ケースで形成される第一の空間と、前記気体透過膜と前記ケースで形成される第四の空間とを有し、
    　前記第一の空間は、前記第一の空間に原水を供給する原水供給口と、前記第一の空間から原水を排出する原水排出口とを少なくとも有し、
    　前記第四の空間は、開口部を少なくとも１個以上有する膜モジュールであり、
    　前記第四の空間の開口部に、水蒸気の凝縮手段が接続されていることを特徴とする浄化水製造装置。
  20. 　前記水蒸気の凝縮手段が、熱交換器、又は冷却器であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の浄化水製造装置。
  21. 　原水の温度を制御する温度制御部と、原水の流量を制御する流量制御部と、を更に備える請求項１７～２０のいずれか一項に記載の浄化水製造装置。
     
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