WO2016136846A1

WO2016136846A1 - 分離膜モジュール及びその補修方法

Info

Publication number: WO2016136846A1
Application number: PCT/JP2016/055535
Authority: WO
Inventors: 野口　直樹; 浩次冨永; 史也清水
Original assignee: 三菱化学株式会社
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2016-09-01
Also published as: US20190358591A1; EP3599011A1; US11065584B2; EP3263208A1; EP3263208A4; CN107249718A; CN113975970A; CN113877433A; US10427103B2; US20170348643A1; CN107249718B

Abstract

　本発明は、逆圧時等におけるエンド部材の抜け出しが防止される分離膜モジュールを提供することを目的とする。本発明は、筒状のハウジングと管状分離膜とを有し、前記管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールであって、前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、さらに、抜出防止部材を備えた分離膜モジュールに関する。

Description

分離膜モジュール及びその補修方法

　本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる分離膜モジュールと、その補修方法に関する。

　溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として分離膜モジュールが知られている。この分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方（外面）に接触させて、もう一方（内面）を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている（特許文献１～３）。

　特許文献２に、管状のゼオライト分離膜の一端に管状部材の小径の挿入部を差し込むと共に、ゼオライト分離膜と、管状部材との間をフッ素ゴム製のＯリングでシールした構造が記載されている。被処理流体は、ゼオライト分離膜の外側に供給され、一部の成分がゼオライト分離膜を透過してゼオライト分離膜内に流入し、他の成分と分離されて取り出される。

　また、特許文献２には、ゼオライト分離膜と管状部材とを付き合わせ、熱収縮フィルムで突き合せ部の外周を被包した構造が記載されている。
　さらに特許文献２には、固定部材に管状部材をねじ込みにより固定し、この管状部材の挿入部にゼオライト膜の一端を嵌合させた構造が記載されている。

日本国特開２０１３－３９５４６号公報日本国特開２０１１－１５２５０７号公報日本国特開２００９－３９６５４号公報

　特許文献２のように、ゼオライト分離膜の端部にエンド部材を嵌合させて連結するか、又は突き合せて熱収縮フィルムで被包して連結した構造にあっては、何らかの原因でゼオライト分離膜内の圧力がゼオライト分離膜外よりも高くなる逆圧現象が生じたり、エンド部材に対しゼオライト分離膜から離反方向の力が加えられたときに、エンド部材がゼオライト分離膜から抜け出すおそれがある。

　本発明は、このような逆圧時等におけるエンド部材の抜け出しが防止される分離膜モジュールを提供することを第１の目的とする。

　また、特許文献１や３に開示された分離膜モジュールでは、ゼオライト分離膜が流体の流れにより振動し、異音が生じたり、シール部が劣化し易くなったりするおそれがあった。

　そこで本発明は、管状分離膜の振動が防止される分離膜モジュールを提供することを第２の目的とする。

　さらには、固定部材に管状部材をねじ込みにより固定する方式の場合、ゼオライト分離膜の本数が多いと、ねじ切り作業及びねじ込み作業に著しく手間がかかり、分離膜モジュールの製造期間が長くなり、製造コストも高くなる。

　そこで本発明は、管状分離膜の一端に接続されたエンド管が支持板に容易に装着されると共に、この支持板の製造も容易である分離膜モジュールを提供することを第３の目的とする。

　また、管状分離膜がハウジング内に設置された分離膜モジュールにおいて、一部、例えば１本の管状分離膜に損傷が生じ、被処理流体が２次側（透過側）にリークした場合、従来は分離膜モジュールへの被処理流体の供給を停止し、損傷した管状分離膜を交換する必要があり、分離膜モジュールの運転停止時間が長いものとなっていた。

　そこで本発明は、一部の管状分離膜に損傷が生じた場合、短時間で対処し、運転を再開することができる分離膜モジュール及びその補修方法を提供することを第４の目的とする。

　本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］　筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、かつ、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
　さらに、前記エンドプラグが前記管状分離膜から抜け出すことを防止するための抜出防止部材を備える分離膜モジュール。
［２］　前記抜出防止部材として、前記エンドプラグと対峙して設けられた押え板を有する前記［１］に記載の分離膜モジュール。
［３］　前記抜出防止部材として、前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねを有する前記［１］または［２］に記載の分離膜モジュール。
［４］　前記抜出防止部材として、前記エンドプラグと前記エンド管とを引き付けるばねを有する前記［１］に記載の分離膜モジュール。
［５］　筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、かつ、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
　さらに、前記エンドプラグが、付勢部材を備える分離膜モジュール。
［６］　前記付勢部材が、前記エンドプラグと対峙して設けられた押え板及び前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねの少なくともいずれか一方、又は、前記エンドプラグと前記エンド管とを引き付けるばねである前記［５］に記載の分離膜モジュール。
［７］　前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねが、前記押え板と前記エンドプラグとの間に介在される前記［２］、［３］または［６］に記載の分離膜モジュール。
［８］　前記エンドプラグが上端面に突設されたロッドを有する前記［１］～［７］のいずれか一に記載の分離膜モジュール。
［９］　筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の振動吸収材が設けられた分離膜モジュール。
［１０］　前記振動吸収材がシート状物である前記［９］に記載の分離膜モジュール。
［１１］　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、かつ、
　前記エンドプラグと接触するように前記振動吸収材が設けられている前記［９］または［１０］に記載の分離膜モジュール。
［１２］　前記エンドプラグと対峙して押え板が設けられており、
　前記押え板に設けられた開口に前記エンドプラグ又は前記エンドプラグから突設されたロッドが挿通されており、
　前記押え板を挟んで前記管状分離膜と反対側に前記振動吸収材が設けられており、前記振動吸収材に前記エンドプラグ又は前記ロッドが接触している前記［１１］に記載の分離膜モジュール。
［１３］　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板の一方の板面から突出している分離膜モジュールであって、
　前記支持板の一方の板面に差込穴が設けられ、前記エンド管が前記差込穴に差し込まれており、
　前記エンド管と前記差込穴との間がＯリングでシールされている前記［１］～［１２］のいずれか一に記載の分離膜モジュール。
［１４］　前記Ｏリングは、前記エンド管の外周面及び前記エンド管の端面の少なくとも一方に設けられた溝に装着され、
　前記Ｏリングを装着した前記エンド管が前記差込穴に差し込まれることにより前記エンド管と前記支持板とが連結された前記［１３］に記載の分離膜モジュール。
［１５］　前記ハウジングに開閉可能な開閉部が設けられており、
　前記開閉部を介して前記管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材が装着可能となっている前記［１］～［１４］のいずれか一に記載の分離膜モジュール。
［１６］　前記流体が気体の混合物である、前記［１］～［１５］のいずれか一に記載の分離膜モジュール。
［１７］　前記［１５］又は［１６］に記載の分離膜モジュールの補修方法であって、
　管状分離膜に損傷が生じた場合、ハウジングに設けられた開閉部を開け、損傷した前記管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材を装着する分離膜モジュールの補修方法。
［１８］　気体の混合物を、前記［１］～［１６］のいずれか一に記載の分離膜モジュールに導入して、前記混合物から透過性の高い気体を透過させて分離する気体の混合物の分離方法。
［１９］　気体の混合物を、前記［１］～［１６］のいずれか一に記載の分離膜モジュールに導入して、透過性の高い気体を分離して高濃度の気体を製造する高濃度気体の製造方法。

　本発明の第１の形態の分離膜モジュールにあっては、管状分離膜に逆圧が生じたりしても、エンドプラグが管状分離膜から抜け出すことが防止される。抜出防止手段を押え板とばねとで構成した場合や、エンドプラグとエンド管とを引き付けるばねで構成した場合には、管状分離膜とエンドプラグ及びエンド管のシール性も高いものとなる。
　本発明の第２の形態の分離膜モジュールにあっては、管状分離膜の振動を吸収するための振動吸収部材を設けているので、管状分離膜の振動が防止（抑制を含む）され、異音が防止されると共に、シール部分や支持体、さらには管状分離膜の耐久性も良好となる。
　本発明の第３の形態の分離膜モジュールにあっては、支持板に設けた差込穴にエンド管を差し込むことによりエンド管が支持板に接続される。この差し込み作業は極めて容易である。また、多数の差込穴であっても容易に穿設することができる。従って、本発明によると支持板の製造も容易である。
　本発明の第４の形態の分離膜モジュール及びその補修方法にあっては、一部の管状分離膜に損傷が生じた場合、ハウジングの開閉部を開け、損傷が生じた管状分離膜の透過流体取出部を閉塞部材で閉塞する。これにより、損傷した管状分離膜の２次側にリークした被処理流体が他の健全な管状分離膜の透過流体に混入することが防止される。

図１は、第１の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図２は、図１の上部の拡大図である。図３は、第２の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図４は、図３の上部の拡大図である。図５は、第３の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図６は、第４の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図７は、図１若しくは図３のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図、又は、図５若しくは図６のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図８は、図１若しくは図３のＩＶ－ＩＶ線断面図、又は図５若しくは図６のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図９は、エンド管及び支持板の拡大断面図である。図１０は、図９の一部の拡大図である。図１１は、第１の実施形態における、別の実施の形態に係る管状分離膜連結体の断面図である。図１２は、分離膜システムのフロー図である。図１３は、分離膜システムのフロー図である。図１４は、分離膜システムのフロー図である。図１５は、第１の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図１６は、第２の実施形態における、別の実施の形態に係る分離膜モジュールの一部拡大図である。図１７は、第２の実施形態における、別の実施の形態に係る分離膜モジュールの一部拡大図である。図１８は、第２の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図１９は、第３の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。図２０（ａ）～図２０（ｄ）は、第４の実施の形態に係る分離膜モジュールの閉塞部材による閉塞状態を示す断面図である。図２１は、第４の実施の形態に係る分離膜モジュールの閉塞部材による閉塞状態を示す断面図である。図２２は、第４の実施の形態に係る分離膜モジュールの膜分離システムのフロー図である。図２３（ａ）は実施例のシミュレーションに用いる系の概略図であり、図２３（ｂ）は参考例１におけるアルミナパイプのイメージ図、図２３（ｃ）は参考例２におけるアルミナパイプのイメージ図である。図２４は、第１の実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図の上部の拡大図である。

　本発明に係る分離膜モジュールは、第１の実施の形態として、筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、かつ、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
　さらに、前記エンドプラグが前記管状分離膜から抜け出すことを防止するための抜出防止部材を備えることを特徴とする。

　ここで、抜出防止部材として、前記エンドプラグと対峙して設けられた押え板、及び、前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねの少なくとも一方、又は、前記エンドプラグと前記エンド管とを引き付けるばねを有することが好ましい。

　また、第１の実施形態として、筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、かつ、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
　さらに、前記エンドプラグが、付勢部材を備えることを特徴とする。
　付勢部材とは、エンドプラグが管状分離膜から抜け出さないように付勢する部材であれば特に限定されない。例えば、押え板やばね等が挙げられる。より具体的には、前記エンドプラグと対峙して設けられた押え板及び前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねの少なくともいずれか一方、又は、前記エンドプラグと前記エンド管とを引き付けるばねが好ましく挙げられる。なお、付勢部材とは前記抜出防止部材の一例となる。

　上記形態において、前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねが、前記押え板と前記エンドプラグとの間に介在されることが好ましい。また、前記エンドプラグが上端面に突設されたロッドを有することが好ましい。

　以下、図１、２、７～１０及び１５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。ただし、本発明の範囲はこれらに限られるものではない。

　この分離膜モジュール１は、筒軸心方向を上下方向とした円筒状のハウジング２と、ハウジング２の軸心線と平行方向に配置された管状分離膜３と、ハウジング２内の下部に設けられた支持板５と、ハウジング２の下端に取り付けられたボトムカバー６Ａ及び上端に取り付けられたトップカバー６Ｂと、支持板５と平行にハウジング２内の下部及び上部にそれぞれ配置された第１のバッフル（整流板）７、第２のバッフル（整流板）８及び押え板２５等を有する。第１のバッフル７は支持板５の上側に配置されている。

　この実施の形態では、ハウジング２の下端及び上端側とボトムカバー６Ａ及びトップカバー６Ｂの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ２ａ，２ｂ，６ｂ，６ｃが設けられ、ボルト（図示略）によってこれらが固定されている。支持板５の周縁部は、フランジ２ａ，６ｂ間にガスケット（図示略）を介して挟持されている。

　この実施の形態では、管状分離膜３の下端にエンド管４が連結されている。管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。管状分離膜３としては、図１５に示すように２本の管状分離膜３がジョイント管１７によって連結されて管状分離膜連結体とされているものであってもよい。なお、例えば、図７及び８では、管状分離膜は７本のみ示されているが、実際は１本でもよいし、多数本（例えば２～３０００本、好ましくは５０～１５００本）設けられている多管式分離膜モジュールであってもよい。

　ハウジング２の下部の外周面に被処理流体の流入口９が設けられ、上部の外周面に被処理流体の流出口１０が設けられている。流入口９は、支持板５と第１のバッフル７との間の室１１に臨むように設けられている。流出口１０は、第２のバッフル８の上側の室１２に臨むように設けられている。バッフル７，８間は膜分離を行うための主室１３となっている。

　底部の支持板５から複数のロッド１４が立設され、該ロッド１４にバッフル７，８及び押え板２５が支持されている。ロッド１４の下端には雄ねじが刻設されており、支持板５の雌ねじ穴に螺着されている。バッフル７，８及び押え板２５はロッド１４に外嵌された鞘管１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ（図２，９）によって所定高さに支持されている。鞘管１４Ａは、支持板５とバッフル７との間に配置されている。鞘管１４Ｂは、バッフル７，８間に配置されている。鞘管１４Ｃはバッフル８と押え板２５との間に配置されている。バッフル８は、鞘管１４Ｂの上端面に載設されている。押え板２５は、バッフル８の上方に配置されており、鞘管１４Ｃの上端面に載置され、ロッド１４の上端に螺着されたナット１４ｎによって固定されている。

　この実施の態様では、バッフル７，８の外周面とハウジング２の内周面との間には、Ｏリング、Ｖパッキン、Ｃリングなどのシール部材が介在されている。
　この実施の形態では、バッフルの数は２であるが、３以上を設置してもよい。

　各バッフル７，８には、管状分離膜３を挿通させるための円形の挿通孔７ａ，８ａが設けられており、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体が各挿通孔７ａ，８ａに挿通されている。挿通孔７ａ，８ａの口径は、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と、エンド管４及びエンドプラグ２０の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。

　支持板５の上面側には、管状分離膜３に連結されたエンド管４の下端が差し込まれた差込穴５ａが設けられている。差込穴５ａは、円柱形であり、支持板５の上面から厚み方向の途中まで延在している。差込穴５ａの穴底は、小孔５ｂと大孔５ｃとを介して支持板５の下側に連通している。エンド管４と差込穴５ａとの間はＯリングによってシールされている。

　各エンド管４の管孔４ａは、小孔５ｂ及び大孔５ｃを介して、ボトムカバー６Ａと支持板５との間の流出室１６に連通している。ボトムカバー６Ａには、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。

　図１０の通り、エンド管４の下端近傍の外周面に溝４ｂが周設され、フッ素ゴム、フッ素樹脂などよりなるＯリング３０が装着されている。この実施の形態では溝４ａは複数条設けられているが、単数であってもよい。

　また、エンド管と差込穴との間がＯリングでシールされている。すなわち、エンド管４の下端面にもエンド管４の管孔４ａと同心状の溝４ｃが周設され、Ｏリング３１が装着されている。Ｏリング３０が差込穴５ａの内周面に密着し、Ｏリング３１が差込穴５ａの穴底面に密着することによりエンド管４の外面と差込穴５ａとの間のシールが行われる。なお、エンド管４の外周面のＯリング３０と下端面のＯリング３１とは、いずれか一方のみが設けられてもよい。すなわち、Ｏリングはエンド管の外周面及び端面の少なくとも一方に設けられた溝に装着され、前記Ｏリングを装着したエンド管が前記差込穴に差し込まれることにより、エンド管と支持板とが連結されることが好ましい。

　図９及び１０の通り、エンド管４の上端部は小径部４ｇとなっており、管状分離膜３の下部に差し込まれている。管状分離膜３とエンド管４との間はＯリングによってシールされている。この小径部４ｇの外周面に周設された溝にＯリング３２が装着されている。また、管状分離膜３の下端面とエンド管４の段差面との間にもＯリング３３が介在されている。エンド管４と管状分離膜３の接続部は、上記のようなＯリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

　図１及び２の通り、上側の管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。エンドプラグ２０は円柱状またはこれの一部を削った形状であり、管状分離膜３の上端を封止している。エンドプラグ２０の下端には、管状分離膜３内に差し込まれた小径部２１が設けられている。エンドプラグ２０と管状分離膜３との間はＯリング３４，３５によってシールされている。このエンドプラグ２０と管状分離膜３とのシール構造は、前記エンド管４の小径部４ｇと管状分離膜３とのシール構造と同様のものとなっている。エンドプラグ２０と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

　また、エンドプラグが上端面に突設されたロッドを有することが好ましく、より詳細には、エンドプラグ２０の上端面の中央から上方にロッド２２が立設されている。エンドプラグ２０の上方に配置された押え板２５には、このロッド２２が挿入された開口２５ａが設けられている。すなわち、押え板２５は、エンドプラグ２０と対峙して設けられることが好ましい。ロッド２２の直径は開口２５ａの口径よりも小さく、ロッド２２と開口２５ａの内周面との間には隙間があいている。ロッド２２の直径をｘとしたとき、開口２５ａの直径は、好ましくはｘ＋０．０２ｍｍ以上、より好ましくはｘ＋０．１ｍｍ以上、好ましくはｘ＋０．５ｍｍ以下、より好ましくはｘ＋０．４ｍｍ以下、さらに好ましくはｘ＋０．２ｍｍ以下である。この範囲であることによりロッド２２がスムーズに動くことが可能になり、かつガタツキが生じ難いため、管状分離膜３の振動を低減させることができる。

　また、分離膜モジュールにおいて、エンドプラグ２０を管状分離膜に向かって押圧するためのばねを有することが好ましい。このロッド２２を取り巻くように、エンドプラグ２０の上端面と押え板２５の下面との間に圧縮コイルばね２６（以下、単に「ばね２６」と称することがある。）が介在されていることがより好ましい。このばね２６により、エンドプラグ２０が下方に付勢されている。このため、何らかの原因で管状分離膜３の内圧が上昇し、エンドプラグ２０が管状分離膜３から抜け出す方向の力が加えられても、エンドプラグ２０の抜け出しが防止される。同様に、上側の管状分離膜３がジョイント管１７から抜け出したり、ジョイント管１７が下側の管状分離膜３から抜け出したりすることも防止される。

　なお、管状分離膜３が熱膨張又は熱収縮したときには、ばね２６がそれに追随して縮んだり伸長したりする。

　図１５のように、複数本、例えば２本の管状分離膜３がジョイント管１７を介して連結されている場合、このジョイント管１７は、管軸方向に貫通する貫通孔を有する。ジョイント管１７の両端側（上端側と下端側）は、管状分離膜３内に差し込まれる小径部となっている。小径部の外周面には溝が周回して設けられ、Ｏリング（図示略）が装着されている。ジョイント管１７と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

　また、ジョイント管１７の両端側の小径部同士の間は大径部となっており、小径部と大径部との境界部は段差面となっている。この段差面と管状分離膜３の端面との間にもＯリング（図示略）が介在されている。
　尚、図示しないが、ジョイント管１７を介して連結する場合、ジョイント管の位置にバッフルを設置することが好ましい。

　この分離膜モジュール１を組み立てるには、例えば、支持板５に設けた差込穴５ａに、エンド管４、管状分離膜３及びエンドプラグ２０を、この順に差し込んで支持板５に立設する。差込穴５ａにエンド管４の下端部を差し込むだけでエンド管４と支持板５とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。また、差込穴５ａが円柱形であるので、支持板５に差込穴５ａを穿設する作業は容易であり、支持板５の製作も容易である。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。

　エンド管４、管状分離膜３及びエンドプラグ２０の連結体を支持板５上に立設した後、ばね２６を介して押え板２５を被せ、ナット１４ｎを締め込む。その後、トップカバー６Ｂを取り付ける。

　このように構成された分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９からハウジング２の室１１内に導入され、バッフル７の挿通孔７ａの内周面とエンド管４の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入し、主室１３を通った後、バッフル８の挿通孔８ａとエンドプラグ２０との間隙を通って室１２に流出する。主室１３を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜３を透過して管状分離膜３内から流出室１６及び取出口６ａを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口１０から分離膜モジュール１外に流出する。

　この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置し、ばね２６で下方に付勢しているので、管状分離膜３、エンドプラグ２０、エンド管４に対し、各々同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。そのため、これら同士の間のシール性が高いと共に、前述の通り、管状分離膜３の内圧が上昇した場合にエンドプラグ２０や管状分離膜３、ジョイント管１７が抜け出すことが防止される。

　なお、主室１３内の流れと管状分離膜３内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口９と流出口１０とは入れ替えても差し支えない。

　この実施の形態では、管状分離膜３を平行に多数本配列設置しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。

　この実施の形態では、管状分離膜３の両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。

　上記実施の形態では、Ｏリングによって管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０同士の間をシールしているが、熱収縮チューブによってこれらを連結してシールしてもよい。

　上記実施の形態では、ばね２６を用いているが、エンドプラグ２０の上端面と押え板２５との間隔を小さくした場合には、ばね２６を省略してもよい。この場合、管状分離膜３の内圧が高くなってエンドプラグ２０が上方に移動したときに、エンドプラグ２０の上端面が押え板２５に当たり、エンドプラグ２０が抜け出すことが防止される。

　上記実施の形態では、ばね２６はエンドプラグ２０を押圧するものとしているが、エンドプラグ２０とエンド管４とを引き付けるためのばねを用いてもよい。この実施の形態について図１１を参照して説明する。

　図１１は、この実施の形態に用いられる管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体の断面図である。この連結体においては、ワイヤ４１が管状分離膜３内に配置されており、該ワイヤ４１の下端がエンド管４の上端面に接続されている。ワイヤ４１の上端に引張コイルばね４２の下端が接続されている。引張コイルばね４２の上端にフック部４３が設けられている。エンドプラグ２０の下端面にフック片４４が取り付けられており、フック部４３がフック片４４に引っ掛けられている。引張コイルばね４２の引張力により、エンドプラグ２０とエンド管４とが弾性的に引き付けられ、エンドプラグ２０や管状分離膜３等の抜け出しが防止される。

　上記実施の形態では、エンドプラグ２０とロッド２２とが一体となっているが、別体とされてもよい。この一例を図２４に示す。図２４では、ロッド２２Ａは、開口２５ａに挿通されたロッド本体２２ａと、該ロッド本体２２ａの下端に設けられた盤状部２２ｂと、ロッド本体２２ａの上端に設けられた落下防止部２２ｃとを有する。ロッド本体２２ａの直径は、前記ロッド２２と同様である。落下防止部２２ｃは、円盤状であってもよく、棒状であってもよい。落下防止部２２ｃの大きさ（円盤状落下防止部２２ｃの直径、棒状落下防止部２２ｃの長さ）は開口２５ａの口径よりも大きく、ロッド２２Ａが開口２５ａを通り抜けて落下することを防止している。

　落下防止部２２ｃは、この実施の形態では底面が下方に向って凸に湾曲した曲面となっている。エンドプラグ２０Ａの上端面は、上方に向って凹に湾曲した凹部２０ｒとなっている。

　ロッド本体２２ａを取り巻くように、盤状部２２ｂの上面と押え板２５の下面との間に圧縮コイルばね２６が介在されている。このばね２６がロッド２２Ａを下方に付勢し、盤状部２２ｂを凹部２０ｒに押し付けている。盤状部２２ｂの底面と凹部２０ｒとが上記のように曲面となっていることにより、ロッド２２Ａがエンドプラグ２０Ａとロッド２２Ａに押し付けられたときに、エンドプラグ２０Ａとロッド２２Ａとが自然に鉛直になる。

　図２４のその他の構成は図２と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

　複数の分離膜モジュール１を用いた分離膜システムの構成例について図１２～１４を参照して説明する。

　図１２は、複数の分離膜モジュール１を並列に設置した分離膜システムのフロー図である。各分離膜モジュール１は、図１の姿勢にて、すなわち流入口９を下側とし、流出口１０を上側として設置されている。被処理流体は、供給主管５０及びそれから分岐した複数の枝管５１を介して各分離膜モジュール１の流入口９に供給され、膜分離処理され、透過流体が枝管５２及び集合管５３を介して取り出される。非透過流体は、枝管５４及び集合管５５を介して流出する。

　この分離膜システムにおいて、一部の分離膜モジュール１の管状分離膜３に破損が生じ、被処理流体が破損箇所を通って管状分離膜３内に直接的に流入した場合、当該破損した分離膜モジュール１の管状分離膜の内圧が上昇すると共に、枝管５４及び集合管５５を介して他の分離膜モジュール１の管状分離膜３の内圧も上昇する。

　この実施の形態では、前述の通り、このような逆圧現象が生じた場合でも、各分離膜モジュール１のエンドプラグ２０等が抜け出すことはない。

　図１３は、複数の分離膜モジュール１を直列に接続した分離膜システムのフロー図である。各分離膜モジュール１は、図１の姿勢にて、すなわち流入口９を下側とし、流出口１０を上側として設置されている。被処理流体は、供給配管５６から最上流側の分離膜モジュール１の流入口９に供給され、その非透過流体は、流出口１０から配管５７を介して次段の分離膜モジュール１の流入口９へ供給され、以下同様に各分離膜モジュール１からの非透過流体が下段側の分離膜モジュール１に供給され、最終段の分離膜モジュール１の非透過流体が配管５８から流出する。各分離膜モジュール１の管状分離膜３を透過した透過流体は、枝管５９及び集合管６０を介して取り出される。

　図１４の分離膜システムでは、複数の分離膜モジュール１を直列に接続し、且つ、奇数段の分離膜モジュール１については図１の姿勢とし、偶数段の分離膜モジュール１については図１と逆の倒立姿勢としたものである。即ち、偶数段の分離膜モジュール１では、流入口９は分離膜モジュール１の上部に位置し、流出口１０は分離膜モジュール１の下部に位置している。その他の構成は図１３と同様であり、被処理流体、透過流体及び非透過流体の流れは図１３の場合と同一である。図１４では、図１３に比べて配管５７の長さが短くて済む。分離膜モジュール１は、ばね２６を備えているので、分離膜モジュール１を倒立姿勢としてもエンドプラグ２０や管状分離膜３、ジョイント管１７が抜け出すことが防止される。

　図１３及び１４では、透過流体を集合管６０を介して取り出しているが、集合管６０を省略し、各枝管５９から個別に取り出してもよい。

　なお、前述の通り、本発明の分離膜モジュール１にあっては、流出口１０から被処理流体を導入し、流入口９から非透過流体を流出させる使用も可能である。そのため、図１３において、奇数段目の分離膜モジュール１の流出口１０からの非透過流体を次段（偶数段目の分離膜モジュール１）に導くための配管５７を、該偶数段目の分離膜モジュール１の流出口１０に接続してもよい。

　また、本発明に係る分離膜モジュールは、第２の実施の形態として、筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、前記管状分離膜の振動吸収材が設けられたことを特徴とする。

　上記形態において、前記振動吸収材がシート状物であることが好ましい。
　また、前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、かつ、前記エンドプラグと接触するように前記振動吸収材が設けられていることが好ましい。中でも、前記エンドプラグと対峙して押え板が設けられており、前記押え板に設けられた開口に前記エンドプラグ又は前記エンドプラグから突設されたロッドが挿通されており、前記押え板を挟んで前記管状分離膜と反対側に前記振動吸収材が設けられており、前記振動吸収材に前記エンドプラグ又は前記ロッドが接触していることがより好ましい。

　以下、図３、４、７～１０及び１８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。ただし、本発明の範囲はこれらに限られるものではない。

　この分離膜モジュール１は、円筒状のハウジング２と、ハウジング２の軸心線と平行方向に配置された複数の管状分離膜３と、ハウジング２内の下部に設けられた支持板５と、ハウジング２の下端に取り付けられたボトムカバー６Ａ及び上端に取り付けられたトップカバー６Ｂと、支持板５と平行にハウジング２内の下部及び上部にそれぞれ配置された第１のバッフル（整流板）７、第２のバッフル（整流板）８及び押え板２５等を有する。第１のバッフル７は支持板５の上側に配置されている。

　この実施の形態に限らず、分離膜モジュール１は筒軸心方向を逆にしたボトムカバー６Ａが上側に配置される使用方法であっても、ボトムカバー６Ａ、トップカバー６Ｂを結ぶ方向が略水平方向となるように、分離膜モジュール１を横置きに設置して使用しても差し支えない。

　この実施の形態では、管状分離膜３の下端にエンド管４が連結されている。管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。図１８に示すように、２本の管状分離膜３がジョイント管１７によって連結されて管状分離膜連結体とされているものであってもよい。例えば、図７及び８では、管状分離膜は７本のみ示されているが、実際は１本のみであってもよいし、多数本（２～３０００本、好ましくは５０～１５００本）設けられている多管式分離膜モジュールであってもよい。

　底部の支持板５から複数のロッド１４が立設され、該ロッド１４にバッフル７，８及び押え板２５が支持されている。ロッド１４の下端には雄ねじが刻設されており、支持板５の雌ねじ穴に螺着されている。バッフル７，８及び押え板２５はロッド１４に外嵌された鞘管１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ（図４及び９）によって所定高さに支持されている。鞘管１４Ａは、支持板５とバッフル７との間に配置されている。鞘管１４Ｂは、バッフル７，８間に配置されている。鞘管１４Ｃはバッフル８と押え板２５との間に配置されている。バッフル８は、鞘管１４Ｂの上端面に載設されている。押え板２５は、バッフル８の上方に配置されており、鞘管１４Ｃの上端面に載置され、ロッド１４の上端に螺着されたナット１４ｎによって固定されている。

　この実施の態様では、バッフル７，８の外周面とハウジング２の内周面との間には、Ｏリング、Ｖパッキン、Ｃリングなどのシール部材が介在されてもよい。

　各バッフル７，８には、管状分離膜３を挿通させるための円形の挿通孔７ａ，８ａが設けられており、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体が各挿通孔７ａ，８ａに挿通されている。挿通孔７ａ，８ａの口径は、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と、エンド管４及びエンドプラグ２０の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。バッフルの数はこの実施の形態によらず、３以上のバッフルを使用してもよい。

　図１０の通り、エンド管４の下端近傍の外周面に溝４ｂが周設され、フッ素ゴム、フッ素樹脂などよりなるＯリング３０が装着されている。この実施の形態では、溝４ａは複数条設けられている。

　図３及び４の通り、上側の管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。エンドプラグ２０は円柱状またはこれの一部を削った形状であり、管状分離膜３の上端を封止している。エンドプラグ２０の下端には、管状分離膜３内に差し込まれた小径部２１が設けられている。エンドプラグ２０と管状分離膜３との間はＯリング３４，３５によってシールされている。このエンドプラグ２０と管状分離膜３とのシール構造は、前記エンド管４の小径部４ｇと管状分離膜３とのシール構造と同様のものとなっている。また、エンドプラグ２０と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

　エンドプラグ２０の上端面の中央から上方にロッド２２が立設されている。エンドプラグ２０の上方に配置された押え板２５には、このロッド２２が挿入された開口２５ａが設けられている。ロッド２２の直径は開口２５ａの口径よりも小さく、ロッド２２と開口２５ａの内周面との間には隙間があいている。

　なお、押え板２５の周縁部には、押え板２５の下側の室１２と、上側の室１２ａとを連通するための切欠部２５ｂが設けられている。

　管状分離膜には振動吸収材が設けられており、該振動吸収材はシート状物が好ましい。例えば、ロッド２２は、押え板２５の上方に若干突出している。押え板２５の上面に軟質材よりなる振動吸収シート２８が被せられており、ロッド２２の上端部が該振動吸収シート２８に接している。振動吸収シート２８としては、ゲルシート、ゴムシート、スポンジシートなど粘弾性を有した材料よりなるシートが用いられる。

　このロッド２２を取り巻くように、エンドプラグ２０の上端面と押え板２５の下面との間に圧縮コイルばね２６が介在されている。このばね２６により、エンドプラグ２０が下方に付勢されている。このため、何らかの原因で管状分離膜３の内圧が上昇し、エンドプラグ２０が管状分離膜３から抜け出す方向の力が加えられても、エンドプラグ２０の抜け出しが防止される。同様に、上側の管状分離膜３がジョイント管１７から抜け出したり、ジョイント管１７が下側の管状分離膜３から抜け出したりすることも防止される。

　前述の通り、図１８に示す実施の形態では複数本、例えば２本の管状分離膜３がジョイント管１７を介して連結されている。このジョイント管１７は、管軸方向に貫通する貫通孔を有する。ジョイント管１７の両端側（上端側と下端側）は、管状分離膜３内に差し込まれる小径部となっている。小径部の外周面には溝が周回して設けられ、Ｏリング（図示略）が装着されている。ジョイント管１７と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。

　また、ジョイント管１７の両端側の小径部同士の間は大径部となっており、小径部と大径部との境界部は段差面となっている。この段差面と管状分離膜３の端面との間にもＯリング（図示略）が介在されている。

　管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体を支持板５上に立設した後、ばね２６を介して押え板２５を被せ、ナット１４ｎを締め込む。その後、振動吸収シート２８を押え板２５上に被せ、トップカバー６Ｂを取り付ける。

　この実施の形態では、振動吸収材、好ましくは振動吸収シート２８を設けているので、管状分離膜３の振動が防止され、異音の発生やシール部、支持体及び管状分離膜の早期劣化が防止される。また、振動吸収材はエンドプラグ２０と接するように設けられていることが好ましい。この実施の形態では、管状分離膜３の両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、仮に管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。

　この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置し、ばね２６で下方に付勢しているので、管状分離膜３、エンドプラグ２０、エンド管４及びジョイント管１７に対し、各々同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。そのため、これら同士の間のシール性が高いと共に、前述の通り、管状分離膜３の内圧が上昇した場合にエンドプラグ２０や管状分離膜３、ジョイント管１７が抜け出すことが防止される。

　上記実施の形態では、ばね２６はエンドプラグ２０を押圧するものとしているが、エンドプラグ２０とエンド管４とを引き付けるためのばねを管状分離膜３内に設けてもよい。

　なお、本発明の分離膜モジュール１にあっては、流出口１０から被処理流体を導入し、流入口９から非透過流体を流出させる使用も可能である。

　上記実施の形態では、振動吸収材として振動吸収シート２８を用いているが、その他の振動吸収材を用いることもできる。その一例を図１６に示す。

　図１６では、振動吸収シート２８が省略され、その代りに押え板２５の上側にゲル、ゴム、スポンジ等の粘弾性材料よりなるボール（球状体）状振動吸収体４０が敷き詰められ、ロッド２２の上端部が振動吸収体４０によって取り囲まれ、振動吸収体４０に接している。なお、押え板２５には切欠部２５ｂは設けられていないが、切欠部２５ｂが設けられてもよい。図１６のその他の構成は図４と同一であり、同一符号は同一部分を示している。この実施の形態によっても管状分離膜３の振動が振動吸収体４０によって吸収される。

　上記実施の形態では、管状分離膜３を支持板５上に立設する構造をしているが、支持板を分離膜モジュールの上部に配置し、管状分離膜を支持板に吊支する構造としてもよい。その一例を図１７に示す。

　図１７は、図３、４及び７～９の分離膜モジュールを上下逆にした構造の分離膜モジュールの下部を示している。この分離膜モジュールでは、振動吸収シート６１は、トップカバー６Ｂ上に敷設されている。振動吸収シート６１は、所定の厚みを有した粘弾性体よりなる。ロッド２２の下端は、この振動吸収シート６１中に押し込まれている。この振動吸収シート６１により、管状分離膜３の振動が吸収される。すなわち、押え板を挟んで管状分離膜と反対側に振動吸収材が設けられており、その振動吸収材にエンドプラグ又はロッドが接触していることが好ましい。

　図１７の分離膜モジュールのその他の構成は図３、４及び７～９の構成と同様であり、図１７のその他の符号は図４と同一部分を示している。図１７の分離膜モジュールにおける流体の流れ及び流体分離動作は図３、４及び７～９の分離膜モジュールと同じである。なお、切欠部２５ｂは省略されてもよい。

　上記の各実施の形態では、エンドプラグ２０から細棒状のロッド２２を突設しているが、ロッド２２を省略し、開口２５ａを大きくし、エンドプラグ２０の先端側をそのまま開口２５ａに挿通させるようにしてもよい。

　以下、本発明の分離膜モジュールを構成する各部材の好適な材料等について説明する。

　エンド管４及びエンドプラグ２０の材料としては金属、セラミックス、樹脂など、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。バッフル７，８及びジョイント管１７の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。

　管状分離膜３は、好ましくは、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成された無機分離膜としてのゼオライト膜とを有する。この管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α－アルミナ、γ－アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体または金属焼結体の無機多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下の範囲である。

　多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素６－１０員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素６－８員環構造を有するゼオライトを含む。

　ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とＴ元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。

　酸素６－１０員環構造を有するゼオライトの一例を挙げれば、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＦＧ、ＡＮＡ、ＢＲＥ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＯＨ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＳＶ、ＥＵＯ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＦＥＲ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＷＷ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＲＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＴＥＲ、ＴＯＬ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＴＵＮ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＹＵＧ等がある。

　ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。

　ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、０．１μｍ以上であり、好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。また通常１００μｍ以下であり、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以下、最も好ましくは５μｍ以下の範囲である。

　ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。

　管状分離膜３の外径は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下である。外径が小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下しやすくなることがある。

　管状分離膜３のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは２００ｃｍ以下である。

　本発明の分離膜モジュールにおいて、管状分離膜は通常１～３０００本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、２ｍｍ～１０ｍｍとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。なお、管状分離膜はジョイント管１７によって連結されなくてもよい。

　本発明の分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。

　分離または濃縮には、パーベーパレーション法（浸透気化法）、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。

　本発明において、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体の混合物である場合、気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、１－ブテン、２－ブテン、イソブテン、トルエン等の芳香族系化合物、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。

　本発明の分離膜モジュールは、流体量、あるいは目的の分離度、濃縮度によって連結して使用することができる。流体量が多い場合または目的の分離度・濃縮度が高く１つのモジュールでは処理が十分できない場合には出口から出た流体をさらにもう一つのモジュールの入口に入るように配管を接続して使用することが好ましい。また分離度、濃縮度に応じてさらに連結して目的の分離度・濃縮度とすることができる。

　また、本発明に係る分離膜モジュールは上記第１の実施の形態や第２の実施の形態において、前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板の一方の板面から突出している分離膜モジュールであって、前記支持板の一方の板面に差込穴が設けられ、前記エンド管が前記差込穴に差し込まれており、前記エンド管と前記差込穴との間がＯリングでシールされていることを、第３の実施の形態の特徴とする。

　ここで、前記Ｏリングは、前記エンド管の外周面及び前記エンド管の端面の少なくとも一方に設けられた溝に装着され、前記Ｏリングを装着した前記エンド管が前記差込穴に差し込まれることにより前記エンド管と前記支持板とが連結されたことが好ましい。

　また、本発明に係る分離膜モジュールは上記第１～第３の実施の形態において、前記ハウジングに開閉可能な開閉部が設けられており、前記開閉部を介して前記管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材が装着可能となっていることを、第４の実施の形態の特徴とする。

　これら第１～第４の実施の形態において、前記流体が気体の混合物であることが好ましい。
　また、本発明は、上記第４の実施の形態に係る分離膜モジュールの補修方法であって、
　前記管状分離膜に損傷が生じた場合、前記開閉部を開け、損傷した前記管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材を装着する分離膜モジュールの補修方法にも関する。

　以下、図６～９、２０及び２１を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。ただし、本発明の範囲はこれらに限られるものではない。

　この実施の形態では、エンドプラグ２０の重量軽減を図るために、エンドプラグ２０の上端面から凹所２０ｖが凹設されている。凹所２０ｖの底部とエンドプラグ２０の側周面とを連通するドレン抜き孔を設けてもよい。

　この実施の形態では、ボトムカバー６Ａが開閉部を構成し、差込穴５ａ、小孔５ｂ及び大孔５ｃによって支持板５の「孔」が構成されている。この実施の形態では、小孔、大孔としているが、この実施の形態によらず５ｂ及び５ｃは同じ径（大きさ）であっても、５ｂが５ｃよりも大きくてもよい。

　この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置しているので、管状分離膜３、エンドプラグ２０、及びエンド管４に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。

　ただし、本発明では、エンド管４及び支持板５を管状分離膜３の上端側に配置し、エンドプラグ２０を管状分離膜３の下端側に配置してもよい。この場合、エンドプラグ２０を上方に付勢するためのスプリング等の付勢部材を設けることにより、管状分離膜３、エンドプラグ２０、及びエンド管４に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重を加えることが好ましい。

　この実施の形態では、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体の該エンド管４の下端部を、支持板５に設けた差込穴５ａに差し込んで管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体を支持板５に立設する。差込穴５ａにエンド管４の下端部を差し込むだけでエンド管４と支持板５とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。また、差込穴５ａが円柱形であるので、支持板５に差込穴５ａを穿設する作業は容易であり、支持板５の製作も容易である。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。

　このように構成された分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９からハウジング２の室１１内に導入され、バッフル７の挿通孔７ａの内周面とエンド管４の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入し、主室１３を通った後、バッフル８の挿通孔８ａとエンドプラグ２０との間隙を通って室１２に流出する。主室１３を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜３を透過して管状分離膜３内から流出室１６及び取出口６ａを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口１０から分離膜モジュール１外に流出する。取出口６ａは、ボトムカバー６Ａではなく、流出室１６と接するハウジング側に設置されていてもよい。

　主室１３内の流れと管状分離膜３内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口９と流出口１０とは入れ替えても差し支えない。

　分離膜モジュール１は、図６のようにトップカバー６Ｂ側を上にして使用してもよく、またボトムカバー６Ａ側を上にして使用しても差し支えない。また、ボトムカバー６Ａとトップカバー６Ｂを結ぶ方向が略水平方向となるように、分離膜モジュール１を横置きに設置して使用しても差し支えない。

　この実施の形態では、管状分離膜３の上下両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。

　この分離膜モジュール１において、１本又は少数本の管状分離膜３に損傷が生じた場合、被処理流体が当該管状分離膜３内に流入して透過流体に混入することになる。このような管状分離膜の損傷が生じた場合、ハウジングに設けられた開閉可能な開閉部を開けてハウジング２内への被処理流体の流入を停止させた後、ボトムカバー６Ａをハウジング２から取り外す。そして、管状分離膜３が差し込まれた差込穴５ａに連なる大孔５ｃに対して閉塞部材を装着する。このように、該開閉部を介して管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材が装着可能となっている。
　管状分離膜に損傷が生じた場合には、該開閉部を開け、損傷した管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材を装着することによって、分離膜モジュールを補修することができる。この閉塞部材の一例について図２０（ａ）～２０（ｄ）及び２１を参照して説明する。

　図２０（ａ）では、ゴム、合成樹脂等の軟質材よりなるプラグ状の閉塞部材６２を大孔５ｃに押し込んでいる。この閉塞部材６２には、大孔５ｃに差し込まれる部分の側周面が鋸歯状断面形状となっており、大孔５ｃに差し込み易く、且つ大孔５ｃから抜けにくい構造となっている。閉塞部材６２の後端にはフランジ部６２ａが設けられている。このフランジ部６２ａが支持板５の底面に密着するまで閉塞部材６２を大孔５ｃに押し込むことにより、閉塞部材６２が規定深さまで押し込まれたことを確認することができる。

　図２０（ｂ）では、閉塞部材は、大孔５ｃ内の奥部に押し込まれた円盤状のパッキン６３と、大孔５ｃにセルフタップ方式によってねじ込まれたビス６４とで構成されている。パッキン６３を大孔５ｃ内に押し込んだ後、ビス６４を大孔５ｃに差し込み、強力に押しながら回すことにより、ビス６４の先端外周面の雄ねじを大孔５ｃの内周面に食い込ませつつ螺進させてビス６４を大孔５ｃに装着する。ビス６４の頭部６４ａが支持板５の底面に密着するまでビス６４を螺進させ、パッキン６３を小孔５ｂと大孔５ｃとの境界の段差面に押し付ける。

　図２０（ｃ）では、閉塞部材はパッキン６３と金属等よりなるプラグ６５とで構成されている。パッキン６３を大孔５ｃ内に押し込んだ後、プラグ６５の小径部６５ａを大孔５ｃに差し込み、大径部６５ｂが支持板５の底面に重なるまで押し込んで、パッキン６３を上記段差面に押し付ける。この状態で、大径部６５ｂを支持板５に対し溶接又はろう付けなどの固着手段６６によって固定する。

　図２０（ｄ）では、閉塞部材はパッキン３６とボルト３７とで構成されている。パッキン３６は円柱状であり、下端面から上方に雌ねじ孔３６ａが凹設されている。パッキン３６の直径は大孔５ｃよりも若干大きい。このパッキン３６を大孔５ｃ内に押し込んだ後、雌ねじ孔３６ａにボルト３７をねじ込み、パッキン３６の下部を拡径させ、パッキン３６の外周面を大孔５ｃの内周面に密着させる。

　図２１の閉塞部材は、プラグ３８とＯリング３９とで構成されている。プラグ３８の外周面に溝が周設され、この溝にＯリング３９が装着されている。Ｏリング３９付きプラグ３８を大孔５ｃに差し込み、Ｏリング３９を大孔５ｃの内周面に密着させる。プラグ３８のフランジ部３８ａを支持板５の底面に溶接、ろう付けなどの固着手段６６によって固着する。また、大孔５ｃへのプラグ３８の差し込みはねじ式としてもよいし、前記溶接、ろう付けに代わり、シールテープなどでシールしてもよい。

　本発明の分離膜モジュールを並列に設置して流体を分岐してガスを供給してもよい。この時さらに並列したそれぞれのモジュールに直列でモジュールを設置することもできる。並列としたモジュールを直列とする場合、供給ガス量が直列方向に低下し線速が低下するので、適宜線速を保つように並列の設置数を減少させることが好ましい。

　モジュールを直列に配置する場合の透過した成分はモジュール毎に排出してもよく、モジュール間を連結して集合させて排出してもよい。

　図２２は、複数の分離膜モジュール１を並列に設置した膜分離システムのフロー図である。被処理流体は、配管７０から分岐配管７１，７２，７３を介して各分離膜モジュール１の流入口９に供給され、非透過流体は流出口１０から配管８１，８２，８３及び集合配管８０を介して流出する。各分離膜モジュール１内で管状分離膜３を透過した透過流体は、取出口６ａから配管９１，９２，９３及び集合配管９０を介して取り出される。

　被処理流体の供給用の分岐配管７１，７２，７３にはそれぞれバルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３と圧力センサＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３が設けられている。配管８１，８２，８３には、バルブＶ_１１，Ｖ_１２，Ｖ_１３と圧力センサＰ_１１，Ｐ_１２，Ｐ_１３が設けられている。透過流体用配管９１，９２，９３にはバルブＶ_２１，Ｖ_２２，Ｖ_２３と圧力センサＰ_２１，Ｐ_２２，Ｐ_２３が設けられている。

　定常運転中には、バルブＶ_１～Ｖ_３、Ｖ_１１～Ｖ_１３、Ｖ_２１～Ｖ_２３はすべて開となっている。なお、運転開始時には、バルブＶ_１～Ｖ_３の開度を徐々に増大させ、分離膜モジュール１への被処理流体の供給圧力を徐々に高くするのが好ましい。

　いずれかの分離膜モジュール１において、一部の管状分離膜３に損傷が生じた場合、例えば図２２の最も左側の分離膜モジュール１において一部の管状分離膜３に損傷が生じた場合、当該分離膜モジュール１の透過流体流出配管の圧力センサＰ_２３の圧力が上昇するので、管状分離膜３の損傷が検知される。そして、バルブＶ_３、Ｖ_１３、Ｖ_２３を閉とした後、この分離膜モジュール１のボトムカバー６Ａをハウジング２から取り外し、損傷が生じている管状分離膜３に対応する大孔５ｃを閉塞部材で閉塞する。この場合、バルブＶ_３、Ｖ_１３、Ｖ_２３を閉とした後、必要に応じて分離膜モジュール１内のガスを不活性ガスや空気に置換してもよい。

　なお、どの管状分離膜が損傷したかについては、バルブＶ_１，Ｖ_２又はＶ_３（最も左側の分離膜モジュール１の場合バルブＶ_３）を小開度にて開け、被処理流体をハウジング２内に供給する、もしくは別のガス（加圧ガス）と共に、石鹸液を支持板５の底面に塗り、石鹸液膜の破裂状況から判定することができる。石鹸液膜を用いる代りに、線香などの発煙物質からの発煙を利用して損傷した管状分離膜の特定を行ってもよい。また、大孔５ｃからのガスの流出音に基づいて損傷した管状分離膜の概略的な特定を行ってもよい。

　損傷した管状分離膜３に連なる大孔５ｃを閉塞した後、ボトムカバー６Ａを再装着し、定常運転に復帰する。

　このように、一部の管状分離膜３に損傷が生じても、その管状分離膜３が連なる大孔５ｃを閉塞部材で閉塞することにより、短時間で定常運転に復帰することができる。また、図２２のように、複数の分離膜モジュール１を並列設置している場合には、損傷が生じた分離膜モジュール１のみを運転停止とし、他の分離膜モジュール１については定常通りの運転を継続することができる。

　上記説明では、圧力センサＰ_２１，Ｐ_２２又はＰ_２３の検出圧力に基づいて管状分離膜の損傷を検知しているが、膜透過差圧Ｐ_１－Ｐ_２１，Ｐ_２－Ｐ_２２又はＰ_３－Ｐ_２３によって管状分離膜の損傷を検知してもよい。また、圧力センサの代りに、又は圧力センサと共に、配管９１～９３にメタン、水素、二酸化炭素などの特定成分を検知するガスセンサを設けておき、特定成分濃度の変動に基づいて管状分離膜の損傷を検知するようにしてもよい。

　また、第１～第４の実施の形態を具体例として本発明に係る分離膜モジュールについて説明したが、本発明は、前記分離膜モジュールに気体の混合物を導入して、前記混合物から透過性の高い気体を透過させて分離する気体の混合物の分離方法や、前記分離膜モジュールに気体の混合物を導入して、透過性の高い気体を分離して高濃度の気体を製造する高濃度気体の製造方法にも関する。

　次に実施例により本発明の具体的態様をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
　振動防止の効果を確認するため、上部をばねで固定した場合と自由な状態との比較をシミュレーションで検証した。

（計算前提）
　図２３（ａ）に概略図を示したが、内径１８ｍｍ、長さ１３１０ｍｍの鉛直に設置したパイプ管β内の中央に、両端を封止した外径１２ｍｍ、内径９ｍｍ、長さ１０００ｍｍの多孔質アルミナパイプαを設置する。パイプ管の片端より４．２ＭＰａ・密度５２．３ｋｇ／ｍ^３のガスをガス線速３．５ｍ／ｓで下部より流通する。ガス流れを計算し、ガス流れにより生じたアルミナパイプαの左右の圧力差によってアルミナパイプが変形（湾曲）するのかを計算する。

＜参考例１＞
　図２３（ｂ）で示したように、アルミナパイプαの下端を固定し、上端を自由にした状態でガスを流通する。
＜参考例２＞
　図２３（ｃ）で示したように、アルミナパイプαの両端を固定し、ガスを流通する。

　結果を表１に示すが、同一ガス流れのもと、アルミナパイプの下端のみならず上端も固定することにより、アルミナパイプの振動が大きく抑制できることが計算から求められた。

　本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１５年２月２５日出願の日本特許出願（特願２０１５－３５３８３）、２０１５年２月２５日出願の日本特許出願（特願２０１５－３５３８４）、２０１５年２月２５日出願の日本特許出願（特願２０１５－３５３８５）、２０１５年２月２５日出願の日本特許出願（特願２０１５－３５３８６）、および、２０１５年１２月２２日出願の日本特許出願（特願２０１５－２５０１１６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　１　分離膜モジュール
　２　ハウジング
　３　管状分離膜
　４　エンド管
　５　支持板
　５ａ　差込穴
　５ｃ　大孔
　６Ａ　ボトムカバー
　６Ｂ　トップカバー
　６ａ　取出口
　７，８　バッフル
　７ａ，８ａ　挿通孔
　９　流入口
　１０　流出口
　１１，１２　室
　１３　主室
　１４　ロッド
　１６　流出室
　１７　ジョイント管
　２０　エンドプラグ
　２５　押え板
　２５ａ　開口
　２６　ばね
　２８，６１　振動吸収シート
　３０～３５，３９　Ｏリング
　３６，６３　パッキン
　４０　振動吸収体
　４１　ワイヤ
　６２　閉塞部材
　α　アルミナパイプ
　β　パイプ管

Claims

　筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、かつ、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
　さらに、前記エンドプラグが前記管状分離膜から抜け出すことを防止するための抜出防止部材を備える分離膜モジュール。
　前記抜出防止部材として、前記エンドプラグと対峙して設けられた押え板を有する請求項１に記載の分離膜モジュール。
　前記抜出防止部材として、前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねを有する請求項１または２に記載の分離膜モジュール。
　前記抜出防止部材として、前記エンドプラグと前記エンド管とを引き付けるばねを有する請求項１に記載の分離膜モジュール。
　筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、かつ、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
　さらに、前記エンドプラグが、付勢部材を備える分離膜モジュール。
　前記付勢部材が、前記エンドプラグと対峙して設けられた押え板及び前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねの少なくともいずれか一方、又は、前記エンドプラグと前記エンド管とを引き付けるばねである請求項５に記載の分離膜モジュール。
　前記エンドプラグを前記管状分離膜に向って押圧するためのばねが、前記押え板と前記エンドプラグとの間に介在される請求項２、３または６に記載の分離膜モジュール。
　前記エンドプラグが上端面に突設されたロッドを有する請求項１～７のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
　筒状のハウジングと、前記ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が前記ハウジング内を一端側から他端側に流れ、前記管状分離膜を透過した流体が前記管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールであって、
　前記管状分離膜の振動吸収材が設けられた分離膜モジュール。
　前記振動吸収材がシート状物である請求項９に記載の分離膜モジュール。
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、
　前記管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、かつ、
　前記エンドプラグと接触するように前記振動吸収材が設けられている請求項９または１０に記載の分離膜モジュール。
　前記エンドプラグと対峙して押え板が設けられており、
　前記押え板に設けられた開口に前記エンドプラグ又は前記エンドプラグから突設されたロッドが挿通されており、
　前記押え板を挟んで前記管状分離膜と反対側に前記振動吸収材が設けられており、前記振動吸収材に前記エンドプラグ又は前記ロッドが接触している請求項１１に記載の分離膜モジュール。
　前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
　前記エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板の一方の板面から突出している分離膜モジュールであって、
　前記支持板の一方の板面に差込穴が設けられ、前記エンド管が前記差込穴に差し込まれており、
　前記エンド管と前記差込穴との間がＯリングでシールされている請求項１～１２のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
　前記Ｏリングは、前記エンド管の外周面及び前記エンド管の端面の少なくとも一方に設けられた溝に装着され、
　前記Ｏリングを装着した前記エンド管が前記差込穴に差し込まれることにより前記エンド管と前記支持板とが連結された請求項１３に記載の分離膜モジュール。
　前記ハウジングに開閉可能な開閉部が設けられており、
　前記開閉部を介して前記管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材が装着可能となっている請求項１～１４のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
　前記流体が気体の混合物である、請求項１～１５のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
　請求項１５又は１６に記載の分離膜モジュールの補修方法であって、
　管状分離膜に損傷が生じた場合、ハウジングに設けられた開閉部を開け、損傷した前記管状分離膜の透過流体取出部に閉塞部材を装着する分離膜モジュールの補修方法。
　気体の混合物を、請求項１～１６のいずれか一項に記載の分離膜モジュールに導入して、前記混合物から透過性の高い気体を透過させて分離する気体の混合物の分離方法。
　気体の混合物を、請求項１～１６のいずれか一項に記載の分離膜モジュールに導入して、透過性の高い気体を分離して高濃度の気体を製造する高濃度気体の製造方法。