JPH04219127A - 流体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中空繊維膜装置、すなわ
ち流体の混合物から流体成分を分離するための装置に関
するものである。本明細書中で用いる「流体の混合物」
と言う用語は、液体の混合物又は気体の混合物を意味す
る。より詳細には本発明は、膜の透過流側における清掃
流体の効率的使用を可能にする流体分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】中空繊維膜を用いて流体混合物を分離す
るために使用される各種の装置に関し、多くの開示が存
在する。大抵の流体分離においては、主として３種のみ
の流れ、すなわち供給流と透過流と非透過流とが存在す
る。したがって、透過器は全部で３個のみの入口及び出
口ポートを必要とする。しかしながら、しばしば４個の
ポートが場合により用いられ、透過流が２個の別々のポ
ートから抜取られる。或る場合、第４の流れの導入（た
とえば清掃流体の導入）が全体的な膜分離操作に有利で
ある。これは透過器における他の入口ポートを必要とす
るが、単に他のポートを追加しても完全な解決にならな
い。分離工程により清掃流体の導入から利点を得るには
、所望する利点を充分に獲得するため激しい流動力学条
件を透過器内に維持せねばならない。たとえば極めて高
い分離ファクタが存在すると共により急速な透過成分が
限界透過流分圧まで蓄積しうるようなガス分離において
は、透過流側の清掃流体の使用が有利である。急速ガス
の高い透過流分圧は、膜モジュールの透過及び分離能力
を制限する。低い急速ガス分圧を有する透過流側の清掃
流体の導入は透過流における急速透過成分の分圧を低下
させ、供給ガスから急速ガスを一層完全にストリップ除
去させる。

【０００３】この問題は、たとえばガス脱水工程におい
て極めて重要である。一般に水蒸気は他の殆どのガスよ
りも急速に分離膜中を透過し、したがって膜を介する透
過により脱水を効果的に行ないうることが知られている
。しかしながら、公知装置の多くは相当な生成物損失な
しに充分急速に水分を除去することができず、したがっ
て常に改良が求められている。本発明の流体分離装置は
、たとえば乾燥工程のような清掃ガスを用いるガス透過
工程にて、予想外かつ相当改良された性能結果を示す。 或る場合、乾燥清掃ガスを用いて膜乾燥にかけられた空
気中の水分含有量は数ｐｐｍｖ若しくはそれ以下まで低
下する。

【０００４】４−ポート透過器は当業界で一般的に知ら
れており、しばしば膜分離に用いられる。たとえば透析
流体の導入を必要とする透析工程の効果を得るには、４
−ポート透過器の構成が必須である。透析器は一般に孔
側供給流透過器であって、清掃流体をチューブシートに
隣接位置した入口及び出口ポートからシェル側にて導入
する。この構成はたとえば米国特許第３，４９９，０６
２　号のように透過流清掃によるガス分離につき開示さ
れ、以下詳細に説明する。この構成は、小規模の液体分
離には有用であるが、清掃ガスの導入を必要とするガス
分離工程には最適でない。清掃ガスは束内の中空繊維の
１部をチャンネリング若しくは迂回して、この工程の効
率を低下させる傾向を有する。

【０００５】４−ポート構成の半径流中空繊維透過器も
以下に検討する引例から見られるように当業界で周知さ
れており、たとえば逆浸透のような液体分離及びガス分
離に用いられる。半径流４−ポート透過器は、典型的に
は供給流を中空繊維シェル側に導入すると共に透過流を
チューブシート内に包封された中空繊維の両端部から抜
取ることにより操作さされる。この半径流設計はガス分
離（特に透過流清掃を伴うガス分離）に関し本質的に望
ましくない。この種の透過器における流動力学は直交流
型であり、すなわち繊維の孔における流体の流動方向は
一般に外表面に沿った流体の流動方向に対し直角であり
、これは向流構成よりも性能が劣る。

【０００６】Ｈ．Ｉ．マホンに係る１９６６年１　月１
１日付け発行の米国特許第３，２２８，８７６　号公報
は中空繊維の複数の束からなる透過器を開示しており、
これら束及び繊維を実質的に平行な構成で配置する。こ
の透過器は３個のポート、すなわち１個の入口ポートと
２個の出口ポート（各１個は透過流及び非透過流のため
のポート）を内蔵する。この透過器は実質的に半径流設
計であって、清掃流体を用いる透過に使用することがで
きない。

【０００７】Ｆ．Ａ．マックレインに係る１９６９年１
　月１４日付け発行の米国特許第３，４３３，００８　
号公報は、内側コア上に巻付けられた中空繊維の螺旋巻
付け束で構成された透過器を開示している。この公報は
実質的に半径流設計の３−ポート装置を開示しており、
流れを向流方向に指向させるための中空繊維束の周囲に
おける非透過性バリヤの使用についても、分離法におけ
る清掃流体の使用についても開示していない。

【０００８】Ｈ．Ｉ．マホン等に係る１９６９年７　月
１５日付け発行の米国特許第３，４５５，４６０　号公
報は、少くとも１個の実質的に平行な長手方向チューブ
シートを内蔵した中空繊維膜カートリッジを開示してい
る。コアに対し長手方向に配置されたこのチューブシー
トは、このチューブシートの外側周面から半径方向内方
に穿設された穴部を備えて、切断された中空繊維端部を
露出させると共に、これら中空繊維に対し流体を出入さ
せる。この特許は、主として繊維長さを短縮することに
より孔の流動抵抗を減少させることに関する。透過器は
実質的に３−ポート設計であって、清掃流体を用いる透
過法には有用でない。

【０００９】Ｊ．Ｅ．ゲアリー・ジュニア等に係る１９
７０年３　月３　日付け発行の米国特許第３，４９９，
０６２　号公報は、長形の多孔質鞘部材に収容されると
共に半径方向に拘束されて収容されて収納群若しくは束
を作成する複数の平行中空繊維からなる４−ポート透過
器を開示している。 次いで、複数の収納束を鞘内に収納し、この構造体をこ
の米国特許による透過器若しくはモジュールの製作に用
い、透過器についてはこの公報の図１　、１３、１４、
１５、１６、１７及び１８によって示されている。その
特許出願人は平行中空繊維を拘束するため鞘を使用し、
第６欄の第２〜４行に記載されているように好ましくは
たとえば木綿糸のような適する材料の円形ニット布スリ
ーブを用いる。この米国特許は、中空繊維束の中心にお
けるコアチューブの使用も、最適な流動構成を得るため
の束を収納する不透過性バリヤの使用も開示していない
。

【００１０】Ｒ．Ｐ．デフィリッピ等に係る１９７０年
１０月２７日付け発行の米国特許第３，５３６，６１１
　号は中心孔付き分配チューブの周囲に配置された毛細
管の織物ネットからなる膜分離装置に関するものであり
、毛細管を平行配置で配置する。この装置は織物マット
の使用を必要とし、主として液体の分離に用いられ、さ
らに透過流の回収を容易化させる液体清掃流を開示して
いる。この米国特許は、毛細管の周囲における不透過性
バリヤの使用を開示していない。中心分配チューブはそ
の全長にわたり孔付きであるか或いは多孔質であって、
半径流構成のみがこの種の透過器につき可能である。

【００１１】Ｐ．Ｒ．マックギニス等に係る１９７２年
９　月１２日付け発行の米国特許第３，６９０，４６５
　号は流体混合物を分離するための部材に関するもので
あり、薄い有孔材料によって分離された実質的に複数の
中空繊維の層からなり、前記材料を中空繊維から繊維の
全有効表面にわたり取外して多孔質中心チューブの周囲
に巻付ける。次いで、この配置を各端部で包封して常法
により樹脂質チューブシートを形成する。これらは、こ
の米国特許の図１３及び図１４に示したように３−ポー
ト透過装置として組立てられる。この米国特許は、形成
された平行中空繊維の束の周囲における不透過性バリヤ
の使用についても、有孔材料の分離層についても記載し
ていない。この米国特許は半径流３−ポート透過器に限
定され、清掃流体を用いる透過に使用することができな
い。

【００１２】Ｒ．Ａ．クロスに係る１９７２年９　月１
２日付け発行の米国特許第３，６９１，０６８　号は、
ポリスルホン重合体で作成された透析膜に関するもので
ある。この膜は扁平な薄膜若しくは平行配置された中空
繊維とすることができる。図３及び第５欄の第１１〜３
６行に記載された中空繊維の透過器構造は中心コアチュ
ーブを備えず、平行繊維の束の周囲における不透過性バ
リヤの使用を開示していない。

【００１３】Ｈ．Ｉ．マホン等に係る１９７３年８　月
２８日付け発行の米国特許第３，７５５，０３４　号は
中空繊維分離部材の製造方法に関するものであり、この
方法は中空繊維を一対の移動案内部材の周囲に横断方向
に巻付けると共に中空繊維の束の１端部に隣接して固化
しうる樹脂を同時に施すことにより繊維のベルトを作成
する。充分な寸法の束が形成された後、工程を停止して
束を除去すると共に樹脂を硬化させる。この方法は中空
繊維のベルトの形成、束を形成するためのベルトの巻回
、好ましくは中空孔付きコアの周囲に対する巻回、及び
束の少くとも１端部におけるチューブシート面の形成を
必要とする。この発明の透過器は実質的に半径流型であ
る。特許出願人は透過器モジュールの構成を充分開示せ
ず、また不透過性バリヤと共に収納されて透過工程に際
し清掃流を用いて透過工程における最適な流動構成を得
るための繊維束の使用についても記載していない。

【００１４】Ｒ．Ｊ．レオナルドに係る１９７４年２　
月２５日付け発行の米国特許第３，７９４，４６８　号
公報は螺旋巻付け束を開示している。巻付け束の端部を
チューブシート内に包封すると共に切断して繊維の孔を
開口させ、次いで束をシェル内に収納して適当なマニホ
ールドを備えた透過器モジュールを形成する。この方法
においては、第１流体を中空繊維膜の内部孔に通過させ
ると共に、第２流体を中空繊維の外側表面の周囲に通す
。この特許公報は、中空繊維の外側表面の周囲における
流体の流れを制御するための巻付け束の周囲における実
質的に不透過性のバリヤの使用を示唆も開示もしていな
い。

【００１５】Ｒ．Ｓ．オトストット等に係る１９８３年
４　月１９日付け発行の米国特許第４，３８０，４６０
　号公報は、中空繊維が収納容器のシェルの長さにわた
り延在して平行に整列した透過器モジュールを開示して
いる。この米国特許は主として、輸送の際及びシェル中
へ挿入する際に中空繊維を保護するための弾性スリット
チューブの使用に関するものである。弾性スリットチュ
ーブは中空繊維の束が収納容器に挿入された後に拘束さ
れず、容器のシェルのほぼ全内表面と接触するよう膨脹
する。第３欄の第５０〜５２行に記載されたように、シ
ェルとスリットチューブとの間における流体の漏れ若し
くは流動の可能性が殆ど存在しない。これに対し、本発
明の透過器モジョールは束の周囲に不透過性バリヤを用
い、これは中空繊維膜セルと接触してこれを収納すると
共に収納容器のシェルから離間してシェル壁部と薄膜ラ
ップとの間における流動を可能にする。さらに、この米
国特許の透過器は主として３−ポート設計であって、清
掃流を用いると透過工程に有用でないことにも注目すべ
きである。

【００１６】Ｄ．Ｗ．エドワーズに係る１９８６年１１
月１１日付け発行の米国特許第４，６２２，１４３　号
公報は改良された二重端部（ＤＥ）の透過器を開示して
おり、これはシェルと端板とにより収納された平行中空
繊維のチューブ状束で構成される。開示された透過器は
半径流構成であって清掃流を用いる透過には有用でなく
、本発明の透過器とは相違する。この透過器は３−ポー
ト設計であって、繊維束の両端部から透過流を抜取ると
共に透過器の１端部のみで放出すると言う新規な特徴を
有する。

【００１７】Ｈ．クズモト等に係る１９８６年１１月１
８日付け発行の米国特許第４，６２３，４６０　号公報
は３−ポート流体分離ユニットを開示しており、中空繊
維は平行配列である。この米国特許は半径流構成の中空
繊維モジュールに限定され、本発明の範囲外である。

【００１８】Ｊ．Ｌ．トリンマに係る１９８７年３　月
２４日付け発行の米国特許第４，６５２，３７３　号公
報は中空コア上に螺旋巻付けされた中空繊維の束を開示
しており、各繊維長さは全中空繊維を切断する穴パター
ンで穿設されたチューブシートを通過する。これら束を
用いて３−ポート透過分離ユニットを作成し、このユニ
ットは主として半径流型である。束は不透過性バリヤに
より収納されない。 この特許公報は、流体分離工程の際の清掃流の使用を示
していない。

【００１９】Ｍ．セキノ等に係る１９８８年１１月１　
日付け発行の米国特許第４，７８１，８３４　号公報は
コアパイプの周囲の円筒形状における中空繊維包装体か
らなる３−ポート透過器モジュールを開示しており、前
記パイプは１端部に複数の穴を有する。中空繊維膜包装
体は非透過性フィルムによって覆われ、ただし複数の穴
を有するコアパイプの端部に対向した部分は除かれる。 さらに、非透過性フィルムは強化用支持材料で覆われ、
全体が覆われた繊維のアセンブリをシェル内に収納して
３−ポート透過器を形成する。この透過器は３−ポート
設計であって、清掃流の導入についても清掃流の使用に
関する検討についてもなされていない。

【００２０】１９７２年１　月１２日付け公告の英国特
許第１　２６０　０２４　公報は、平行若しくは長手方
向整列における中空繊維からなる３−ポート透過器モジ
ュールを開示している。このモジュールは中空繊維の束
の内部に孔付チューブを内蔵して中空繊維により排除さ
れた流体に対し出口路を形成するように作成される。半
径流が好適な操作方式である。清掃流の使用については
記載がない。シェル中への中空繊維束の挿入を容易化す
べくスリーブを用いるが、これは全束を包封せずかつ透
過性材料で構成される。

【００２１】１９８７年６　月２４日付け公開のＭ．Ｊ
．コプランに係るヨーロッパ特許出願第０　２２６　４
３１　Ａ２　号公報は３−ポート中空繊維分離モジュー
ルを記載しており、中空繊維束をそのほぼ全長にわたり
不透過性バリヤ内に収納するが、ただし滞留流体がモジ
ュールから流出する端部に対向した部分を除く。この公
報は、モジュール中への清掃流の導入につき説明してい
ない。

【００２２】上記の全引例のうち、米国特許第３，７９
４，４６８　号のみが、少くとも４個のポートと中空繊
維の螺旋巻回とを備えたモジュールを開示する唯一の特
許である。 しかしながら、これは最適な流動状態を得るため中空繊
維の束の周囲に密封嵌合する不透過性バリヤの使用を示
唆せず、また他のいずれの公報も４−ポート装置を開示
していない。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、透過ガス清掃を用いるガス分離操作に関し向上し
た流動力学性能を示す中空繊維透過器を提供することに
ある。本発明の透過器は供給流体に対し軸流関係にて透
過流清掃を伴う流体透過を可能にし、迂回流の問題を解
消することができる。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、中空繊維膜の
流体分離装置若しくは透過器に関するものである。この
装置は、環状中空繊維束を包封するシェルからなってい
る。螺旋巻付けされた中空繊維膜の束若しくはカートリ
ッジが好適な束である。透過器は４個の入口及び出口ポ
ート、すなわち流体供給流の入口ポートと非透過流の出
口ポートと清掃流体の入口ポートと清掃流体−透過流の
出口ポートとを備える。中空繊維膜束は中心コアチュー
ブを備えると共に、中空繊維をチューブの周囲に円筒形
状で配置する。好ましくは、中空繊維は中心コアチュー
ブの周囲に螺旋巻付けされる。中心コアチューブは、下
記に詳細に説明するように、１端部にのみ穴部を備える
。中空繊維膜束の外側表面は束のほぼ全長手方向長さの
周囲に配置された実質的に非透過性のバリヤ材料で密封
収納され、ただし束の１端部における狭い覆われない部
分を除外して中空繊維の束に対する流体の出入流動を可
能にすると共に、中空繊維の外側表面と接触させる。 中空繊維膜束の２端部をチューブシート中に包封すると
共に、中心コアチューブを２個のチューブシートの少く
とも一方まで延在させて開口させることにより中心コア
チューブからの第１流体の流出と、一方のチューブシー
トに埋設された中空繊維の開口穴部からの第２流体の流
出と、第２チューブシートに埋設された中空繊維の開口
孔部中への第３流体の流入とを可能にする。中心コアチ
ューブは中空繊維束の覆われない端部に対向した端部に
てチューブシート間に穴部を備え、チューブの内側コア
と環状中空繊維束の外側表面との間における流体の流動
を可能にする。組立てた中空繊維膜束をシェル内に位置
せしめて、本発明の流体分離装置若しくはモジュールを
形成する。作成された束をシェル内に位置せしめて前記
束の外側表面と前記シェルの内側表面との外周にわたり
環状空間を設けることにより、それらの間における流体
の流動を可能にする。上記の全てにつき以下、詳細に説
明する。

【００２５】本発明は、透過流側の清掃流体を流体分離
法に効率的に用いうる中空繊維流体分離装置若しくは透
過器を提供する。「清掃流体」と言う用語は当業界で確
立された意味を有し、さらに「パージ流体」ともしばし
ば呼ばれる。流体分離装置は、流体の流入及び流出のた
めシェル内に４個のポートを有する。この流体分離装置
の重要な特徴は中空繊維の束を収納する実質的に非透過
性のバリヤの存在であって、収納部分における流体の迂
回を実質的に防止すると共に効率的な軸流構成を可能に
する。

【００２６】組立てられた際の流体分離装置は、シェル
とその内部に収納された環状中空繊維膜束若しくはカー
トリッジとで構成される。シェルは円筒状又はその他任
意の幾何学的形状とすることができ、流体の流入及び流
出のため４個のポートを有する。流体供給流を流入させ
る第１ポートと、透過流側の清掃流体を流入させるため
の第２ポートと、非透過流を流出させるための第３ポー
トと、清掃流体−透過流を流出させるための第４ポート
とが存在する。

【００２７】中空繊維膜束は中心コアチューブと、この
チューブの周囲に円形配置された（好ましくは中心コア
チューブの外側周囲に螺旋巻付けされた）中空繊維膜と
、実質的に非透過性の（好ましくは可撓性の）バリヤと
を備え、このバリヤは束の露出中空繊維のほぼ全長手方
向長さにわたり密封巻付けされた１つ若しくはそれ以上
の薄い薄膜の層で構成され、ただしチューブシートに隣
接した束の１端部における狭い覆われない部分を除外す
る。この束の両端部をチューブシート内に包封すると共
に、中心コアチューブを一方のチューブシートから開口
させて、中心コアチューブに対する流体の出入流動を可
能にする。或る実施例においては、中心コアチューブを
両チューブシートからの開口部を設けて作成し、シェル
側流体のための追加出口ポートを形成することもできる
。これらチューブシートを切断し、中空繊維の穴部を開
口させると共に、中空繊維の端部を２つの隣接室と連通
して位置せしめ、これら全てにつき以下一層詳細に説明
する。束内に配置されたコアチューブは、その内部及び
透過器のシェル側が中空繊維の開口端部と連通したチャ
ンバに連通しないよう作成かつ配置する。図１〜図３に
おいて、コアチューブは連続してチューブシート内に延
在するよう示されているが、コアチューブは数本の相互
連結チューブからＯ−リング若しくはネジにより与えら
れた流体密封関係にて作成し得ることも了解されよう。 しばしば、この種の配置が装備の容易さのため有利であ
る。「露出中空繊維」と言う用語は、２個のチューブシ
ートの内側表面の間に位置する中空繊維の全体を意味す
る。

【００２８】中心コアチューブは一方のチューブシート
に隣接した領域に開口部若しくは穴部を備えて、中空繊
維の外側表面と中心コアチューブと内側コアとの間にお
ける流体の流動を可能にする。これら開口部の寸法及び
個数は、カートリッジの寸法及びシェル側におけるガス
流速に依存する。これらは一般に、２個のチューブシー
ト間における長手方向長さの約１　％以下の点から約２
５％の点まで位置する。これら開口部は穿設穴部、切断
スロット又はその他のパーホレーションの形態とするこ
とができる。穴部により占められる断面積は主として圧
力低下の要件によって決定され、好ましくは許容しうる
最小断面積に保たれ、穴部をチューブシートに隣接位置
せしめて最適な流動力学を確保する。たとえば、穿設穴
部をパイプ若しくはチューブのコアに、チューブシート
樹脂で接着された繊維層の縁部に近接する露出中空繊維
長さの約１　〜２５％の位置にて設置する。中心コアチ
ューブは任意の幾何学的構成とすることができ、任意の
非透過性材料、すなわち金属、ガラス、木材、プラスチ
ック、複合ラミネートなどで作成することができる。

【００２９】中空繊維束の周囲に位置せしめる１層以上
の主として非透過性のバリヤは、このバリヤと接触する
ほぼ全露出中空繊維長さにわたり束の外側と緊密接触せ
ねばならない。中空繊維膜の活性表面積に対する流体の
チャンネリング若しくは迂回を防止するには緊密接触が
要求される。この配置は束の外側に対する硬化性液体樹
脂の成形若しくは付着によって達成することができ、樹
脂はしばしば外側シェル若しくはブレードによってさら
に強化される。本発明の１実施例において、非透過性バ
リヤは薄いプラスチック薄膜であって、束の周囲に密封
巻付けさせると共に束の寸法に一致させることができる
。

【００３０】実質的に非透過性かつ可撓性の薄膜ラップ
若しくは薄膜バリヤは任意の組成、たとえばポリオレフ
ィン若しくはポリ塩化ビニリデンの薄膜とすることがで
きる。非透過性薄膜は、さらに無害な溶剤から施された
非透過性の被覆材とすることもできる。或いは、非透過
性バリヤは、束の外側表面の周囲にプラスチック収縮性
スリーブを収縮させて設けることもできる。これは所望
ならばチューブシート内に１端部を埋設してチューブシ
ートを形成する前に施すことができ、或いはチューブシ
ートが形成された後に中空繊維の束に施すこともできる
。示したように、可撓性の薄膜ラップは中空繊維の束の
全表面を覆わない。中心コアチューブに穴部が存在する
端部に対向した端部、すなわち対向チューブシートに近
い中空繊維束の部分は、ガスの流入若しくは流体の流出
を可能にするよう覆わずに残す。この覆われない空隙部
は可変の幅としうるが、一般に２個のチューブシート間
における長手方向長さの約１　％以下〜約２５％まで、
好ましくは約１〜５％である。最適な流動力学性能を得
るに空隙部を最小寸法に保つべきであり、これら寸法は
最小圧力低下の要求によってさらに決定される。何故な
ら、過度に狭い空隙部は重大な圧力低下を誘発しうるか
らである。

【００３１】本発明の流体分離装置に使用すべき中空繊
維は、行なうべき特定の分離工程に依存する。

【００３２】その作成及び組成は当業者に周知されてい
る。本明細書における説明の大部分は複合膜について行
なわれるが、流体分離装置を作成するに際し緻密壁部、
多孔質、不斉若しくは複合膜を用いることもできる。

【００３３】たとえばガス乾燥工程のような分離工程の
最大効率を得るには、透過性ガスが清掃ガスと半径方向
に混合して軸方向の混合を生ぜしめないことが重要であ
り、さらに供給側における軸方向の混合は最も望ましく
なく、供給側における条件を維持して濃度分極を防止す
べきである。しかしながら実際には、複合膜若しくは不
斉膜では半径方向の混合を達成するのがしばしば困難で
ある。何故なら、多孔質支持層による半径方向の混合に
対する抵抗が典型的には半径方向の混合を阻害するから
である。本発明は、多孔質支持層が膜の透過流側におけ
る半径方向混合を実質的に妨げないような複合膜を用い
た透過器を提供する。本発明の透過器を使用する際、供
給流と透過流との間には好ましくは向流を維持し、これ
が最適性能につき臨界的かつ重要である。しかしながら
或る種の稀な場合には並流も適していることに注目すべ
きであるが、ほぼ全ての場合に向流方向が所望の操作方
式である。多孔質支持体においては、半径方向の混合が
向流に伴って存在する。しかしながら、膜の供給流側若
しくは透過流側における軸方向の混合は望ましくなく、
さらに膜モジュールにおけるガス流のチャンネリング若
しくは迂回も望ましくない。

【００３４】中心コアマンドレルの周囲に中空繊維を巻
付ける方法は当業界で充分確立されており、またチュー
ブシートを形成するべく用いる方法及び材料、並びにチ
ューブシートを切断して中空繊維孔を露出させる方法も
確立されている。図１〜図３において、中空繊維はチュ
ーブシートにおけるスロット若しくはノッチを切断する
ことにより切断される。しかしながら、これらチューブ
シートは当業界で知られた技術により扁平表面を形成し
て切断することもできる。

【００３５】驚くことに、繊維は２０°以下の角度にて
中心コアマンドレルの周囲に巻付けうるが、これでも透
過器により向流特性が示されることが判明した。角度０
°はコアチューブに対し垂直として規定される。一般に
向流特性を示すには、シェル側の流体が向流配置におけ
る中空繊維に対し接線方向に流動せねばならないと予想
される。したがって、中空繊維をシェル側の流動方向に
対し相当な角度で配置しても向流特性をこの透過器によ
って示しうることは極めて驚くべきことである。巻付け
角度は、しばしば透過器の孔側における圧力低下の要件
によって決定される。中空繊維孔に沿った流体の圧力低
下を減少させるには、これら繊維をしばしば４５°以上
の角度にて巻付ける。

【００３６】透過性中空繊維の生産及びその生産に用い
る材料は周知されている。この種の中空繊維はＩ．カバ
ッソにより「中空繊維膜」、カーク・オスマー：エンサ
イクロペジア・オブ・ケミカル・テクノロジー、第１２
巻、第３　版、第４９２　〜５１７　頁（１９８０）に
、及びＩ．カバッソにより「メンブラン」、エンサイク
ロペジア・オブ・ポリマー・サイエンス・アンド・エン
ジニアリング、第９　巻、第２　版、第５０９　〜５７
９　頁（１９８７）に記載された方法によって容易に製
造され、上記両文献を参考のためここに引用する。多く
の中空繊維は、多孔質であって中空繊維の外側表面と内
側表面との間に存在する流体流動用のチャンネルを備え
ることが知られている。細孔は一般に約２００，０００
　オングストローム未満の平均断面直径を有し、或る種
の多孔質中空繊維においては平均細孔断面直径は約５，
０００　若しくは約１０，０００オングストローム未満
である。或る場合、平均細孔断面直径は約５　〜約２０
０　オングストローム程度に小さくするこができる。目
的とする用途（たとえばガス−ガス、液体−液体、微小
濾過、限外濾過など）に応じ、適する細孔直径寸法を持
った中空繊維を選択する。

【００３７】有利には中空繊維の壁部を充分厚くして、
その取扱いに特殊な装置を必要としないようにする。中
空繊維の外径は約０．００２５ｃｍ〜約０．２５ｃｍ（
約１　ミル以下〜約１００　ミル）以上の範囲、好まし
くは約０．００５ｃｍ　〜約０．２０ｃｍ（約２　〜約
８０ミル）の範囲で変化することができる。中空繊維の
肉厚は約０．０００２ｃｍ〜約０．０３ｃｍ（約０．１
　〜約１２ミル）の範囲、好ましくは少くとも約０．０
００５ｃｍ〜約０．０５ｃｍ（約０．２　〜約２０ミル
）までの範囲で変化することができる。

【００３８】多孔質中空繊維（特に厚さが少くとも約０
．００５ｃｍ　（約２ミル）の壁部を有するような中空
繊維）を介し所望の流速を与えるには、相当なボイド容
積を有する中空繊維が有利に使用される。ボイドは、中
空繊維の材料が存在しない中空繊維内の領域である。し
たがって、ボイドが存在する場合、中空繊維の密度は中
空繊維のバルク材料の密度よりも低い。中空繊維のボイ
ド容積は見掛け容積（すなわち孔容積を除いた中空繊維
の全寸法内に含まれる容積）対し９０％程度に高く、或
いは約１０〜８０％、しばしば約２０〜７０％とするこ
とができる。

【００３９】公知の無機若しくは有機材料から作成され
た任意の多孔質中空繊維を使用しうるが、たとえば天然
及び合成ポリマーのような有機材料が好適であり、たと
えば重合体ブレンド及びアロイ、熱可塑性若しくは熱硬
化性ポリマー、好ましくは熱可塑性ポリマーを包含する
。典型的なポリマーは置換若しくは未置換ポリマーとす
ることができ、ポリスルホン；たとえばアクリロニトリ
ル−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体
及びスチレン−ビニルベンジルハライド共重合体のよう
なスチレン含有共重合体を包含するポリ（スエチレン）
；ポリカーボネート；たとえばエチルセルロース、酢酸
セルロースのようなセルロース質ポリマー；セルロース
アセテート−ブチレート、プロピオン酸セルロース、メ
チルセルロースなど；ポリアミド及びポリイミド；ポリ
エーテル；たとえばポリ（酸化フェニレン）のようなポ
リ（酸化アリーレン）；ポリウレタン；ポリエステル（
ポリアリーレートを包含する）、たとえばポリ（エチレ
ンテレフタレート）、ポリ（アルキルメタクリレート）
、ポリ（アルキルアクリレート）など；ポリスルフィド
；上記以外のα−オレフィン系不飽和を有するモノマー
からのポリマー、たとえばポリ（エチレン）、ポリ（プ
ロピレン）、ポリ（ブテン−１）、ポリ（４−メチルペ
ンテン−１）、ポリビニル、たとえばポリ（塩化ビニル
）、ポリ（弗化ビニル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポ
リ（弗化ビニリデン）；ポリ（ビニルエステル）、たと
えばポリ（酢酸ビニル）及びポリ（プロピオン酸ビニル
）；ポリホスファジン；などから選択することができる
。

【００４０】多くの場合、中空繊維は複合膜の形態であ
って薄い膜形成材料が多孔質中空繊維の表面に施される
。これは、たとえば米国特許第４，４６７，００１　号
に示されたように任意の公知方法によって製造すること
ができ、膜形成材料の溶液を施して約７，０００　オン
グストロームまで、好ましくは約５００　〜約２，００
０　オングストロームの最終乾燥被覆を多孔質中空繊維
の外側表面に付着させる。 或る場合には、付着はカップリング剤及び／又は化学的
処理によって促進される。

【００４１】有用な膜形成材料の典型例は、置換若しく
は未置換としうる重合体である。これら材料は合成ゴム
；天然ゴム；比較的高分子量及び／又は高沸点の液体；
有機プレポリマー；ポリ（シロキサン）；ポリシラザン
；ポリウレタン；ポリ（エピクロルヒドリン）；ポリア
ミン；ポリアミド；アクリロニトリル−含有の共重合体
、たとえばポリ（α′−クルロアクリロニトリル）共重
合体；ポリエステル（ポリタクタム及びポリアリーレー
トを包含する）、たとえばポリ（アルキルアクリレート
）及びポリ（アルキルメタクリレート）、ポリサクシネ
ート及びアルキド樹脂；セルロース質ポリマー；ポリス
ルホン；ポリ（アルキレングリコール）、たとえばポリ
（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール
）など；α′−オレフィン系不飽和を有するモノマーか
らの重合体、たとえばポリ（オレフィン）、たとえばポ
リ（エチレン）、ポリ（プロピレン）、ポリ（ブタジエ
ン）、ポリ（２，３−ジクロルブタジエン）、ポリ（ク
ロロプレン）、ポリ（スチレン）共重合体を包含するポ
リ（スチレン）、たとえばスチレン−ブタジエン共重合
体、ポリビニル、たとえばポリ（ビニルアルコール）、
ポリ（ビニルアルデヒド）、たとえばポリ（ビニルホル
マール）及びポリ（ビニルブチラール）、ポリ（ビニル
ケトン）、たとえばポリ（メチルビニルケトン）、ポリ
（ビニルエステル）、たとえばポリ（安息香酸ビニル）
）、ポリ（ビニルハライド）、ポリ（ビニリデンハライ
ド）；弗素化エチレン共重合体；ポリ（アリーレンオキ
サイド）；ポリカーボネート；など並びに上記からの反
復単位を有するブロック共重合体を包含する任意の共重
合体、さらに任意の上記重合体及び上記重合体のモノマ
ーを含有するグラフト及びブレンドを包含する。

【００４２】実施例に用いた多孔質ポリスルホン中空繊
維を当業界で知られた溶剤／非溶剤混合物における市販
ポリスルホンの三成分溶液から紡糸し、その際Ｉ．カバ
ッソ等により「複合中空繊維膜」、ジャーナル・オブ・
アプライド・ポリマー・サイエンス、第２３巻、第１５
０９〜１５２３頁及び「ＮＳ−１の研究及び開発、並び
に海水の逆浸透脱塩に関するポリスルホン中空繊維」、
ＰＢ２４８，６６６　［オフィス・オブ・ウォーター・
リサーチ・アンド・テクノロジー、コントラクトＮｏ．
１４３０　−３１６５、Ｕ．Ｓ．デパートメント・オブ
・インテリア、１９７５年７　月につき作成］に記載さ
れた方法を用いた。周知のチューブ・イン・チューブの
ジェット技術を紡糸工程に用いると共に、ほぼ室温の水
を繊維用の外側冷却媒体とした。繊維の中心孔部におけ
る冷却媒体は空気とした。急冷に続き徹底的に洗浄して
、細孔形成材料を除去した。洗浄の後、中空繊維を高め
られた温度で乾燥すると共に、中空繊維を熱風乾燥オー
ブンに通して水を除去した。

【００４３】作成された多孔質ポリスルホン中空繊維は
約０．００５ｃｍ　（約２０ミル）の外径と約０．０３
ｃｍ（約１２〜１３ミル）の内径とを有し、式：

【００４４】

【化１】 の反復数の反復単位を有するポリビスフェノール−Ａエ
ーテルスルホン（アモコ・パーホーマンス・プロダクツ
社により販売される市販のポリスルホンＰ３５００）か
ら作成し、これにはＩ．カバッソ（上記）により記載さ
れたと同様な方法にしたがった。この方法において、多
孔質ポリスルホン中空繊維は基本的に等方性であり、複
合膜の作成に最も適した高レベルの表面多孔度を有する
。しかしながら、乾式−湿式技術により作成される繊維
は、中空繊維に対し或る種の不斉特性を付与すべく当業
界で考えられる繊維の内部から外部に至る或る程度の多
孔度を有する。これらを、実施例１及び２に示すように
スルホン化ポリ（オキシ−１，４−フェニレン−スルホ
ニル−１，４−フェニレンオキシ−１，４−フェニレン
［２，２，２−トリフルオロ−１−（トリフルオロメチ
ル）−エチリデン］−１，４−フェニレン（以下Ｆ６−
ＳＰＳと言う）、或いは実施例３に示すようにスルホン
化ポリアリールエーテルスルホン（以下ＳＰＳと言う）
で被覆して、図１の構成による透過器を作成すべく用い
た複合中空繊維膜を作成した。

【００４５】多孔質ポリスルホン中空繊維をこの場合に
はスルホン化ポリスルホン半透性被覆材料Ｆ６−ＳＰＳ
で被覆して複合膜を作成した。この被覆工程は、任意公
知の方法により、たとえば参考のためここに引用する米
国特許第４，４６７，００１　号に示されたように行な
うことができる。スルホン化ポリスルホン膜形成材料Ｆ
６−ＳＰＳの溶液を多孔質ポリスルホン中空繊維の表面
に施して、約１０，０００オングストロームまで、好ま
しくは約５００　〜約７，０００　オングストローム、
特に好ましくは約１，０００　〜約３，０００　オング
ストロームの仕上げ乾燥被覆を多孔質ポリスルホン中空
繊維の表面に付着させる。

【００４６】図１は本発明による流体分離装置の実施例
の断面図であり、参照符号１は流体分離装置を示し、こ
の装置はシェル４と中空繊維膜束５と中心コアチューブ
８と薄膜バリヤ３とチューブシート９及び１５とを備え
る。この図は、さらに流体供給流の入口ポート２と非透
過流の出口ポート１０と清掃流体の入口ポート１２と清
掃流体−透過流の出口ポート１６とを示している。また
中心コアチューブ８における穴部７と中空繊維膜束５の
覆われない部分６とチューブシートにおけるスロット若
しくはノッチの形態の中空繊維孔開口部１１及び１４と
チューブシート面１３とＯ−リング１７とネジ付リング
１８とネジ１９と円筒プラグ２０と環状空間２１とも示
されている。

【００４７】実際上、図１により示された装置を使用す
る場合、流体供給流は入口ポート２を介して流体分離装
置１に流入し、入口ポート２はチューブシート９と１５
との間の任意の箇所にて圧力シェル４に設置することが
できる。非透過性の薄膜バリヤ（たとえばポリエチレン
若しくはポリ塩化ビニリデンのような薄膜）３は流体供
給流を流体分離装置の圧力シェル４と薄膜バリヤ３との
間の環状空間２１に沿って強制移動させる。流体供給流
は先ず最初に中空繊維膜束５の外側表面と覆われない部
分６における入口領域にて接触し、前記中空繊維膜はた
とえばスルホン化ポリスルホンの極めて薄い被覆層を有
する多孔質ポリスルホン中空繊維の複合膜で構成される
。流体供給流は中空繊維膜束５の外側表面に沿って流動
し、かつ中心コアチューブ８の抜取り穴部７を介して流
出する。中心コアチューブ８はチューブシート９中に延
在して、非透過性流体を非透過流出口ポート１０にて透
過器から流出させる。清掃流体は清掃流体入口ポート１
２を介し中空繊維孔開口部１１に流入する。清掃流体は
チューブシート面１３にて透過流体と合体し、中空繊維
の孔部中に濃縮透過流体と並流かつ供給（非透過）流に
対し向流として流動する。透過流／清掃流体の混合物は
中空繊維孔開口部１４にて中空繊維孔から流出し、この
中空繊維はチューブシート１５内に埋設されており、さ
らに清掃流体−透過流出口ポート１６にて透過器から流
出する。Ｏ−リング１７は流体密封シールとして作用す
ることにより、透過器の低圧側と高圧側とを分離し、実
質的に流体供給流と非透過流とを清掃／透過流混合物か
ら分離する。

【００４８】加圧された流体供給物を中空繊維束のシェ
ル側にて導入する場合、各チューブシート９及び１５の
裏側に対して作用する圧力は、前側に均衡力が存在しな
ければ各チューブシートを変位させる傾向を有する。チ
ューブシートの強力な変位を防止するため、各チューブ
シートの前側と接触する物理的支持体を用いる。図１に
おいて、ネジ付リング１８はネジ１９によって透過器の
圧力シェル４と係合し（米国特許第４，７０９，８３１
　号公報に記載）、円筒プラグ２０を保持すると共に圧
力に対し拮抗作用する。清掃流体は、透過流をモジュー
ルから流出させるよう作用して分離工程を向上させる。 これは、供給流及び非透過流に対し向流方向かつ透過流
に対し並流方向でモジュール中を流過する。清掃ガスは
ほぼ半径方向の混合方式で透過流と混合し、多孔質支持
体の表面にて実質的な軸方向混合を示さない。清掃ガス
は種々異なる原料から得られるが、透過性ガスよりも実
質的に低い急速ガス透過成分の濃度を持たねばならない
。たとえばガス乾燥法において、これは予め乾燥された
ガスとすることができ、或いは非透過流出口ポート１０
を介し流体分離装置１から回収されかつ適当な手段によ
り清掃流体入口ポート１２を介し透過器中に循環される
流体の１部とすることもできる。

【００４９】流体の入口及び出口は逆転させることもで
きる。たとえば、流体供給流をポート１０に添加すると
共に非透過流をポート２から流出させることができ、さ
らに清掃流体をポート１６から流入させると共に透過流
をポート１２から流出させることもできる。

【００５０】流体分離装置の第２実施例を図２に示す。 この実施例において、中心コアチューブ８の１部である
入れ子装置２２は中心コアチューブ（したがって中空繊
維膜束５）を全体として所望長さまで圧縮若しくは伸長
させる。繊維２５は所定角度で巻付けられ、したがって
これらは繊維の破壊なしに或る程度まで長さを伸長し若
しくは短縮することができる。薄膜バリヤ３も可撓性材
料で構成される。この構成は、加圧流体が流体分離装置
に中空繊維シェル側で流入する場合チューブシート９及
び１５が端部クロージャ２３及び２４と接触して、これ
らにより支持されるよう確保する。端部クロージャはス
ナップリングにより又はフランジ設計でボルトにより或
いはその他の方法で所定位置に固定される。図２におけ
る全ての参照符号は図１におけると同じである。

【００５１】本発明の中空繊維透過器は、シェル側供給
流又は孔側供給流透過器として互換的に用いることがで
きる。図３に示した孔側供給の構成において、供給流体
はポート１２を介し中空繊維孔に充填されると共に、値
非透過流はポート１６を介して流出する。清掃流はポー
ト２を介して導入されると共に、透過流はポート１０か
ら流出する。図３における符号は全て図１におけると同
じである。

【００５２】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明する
。

【００５３】例１ 部Ａ．スルホン化Ｆ６−ビスＡポリスルホン（Ｆ６−Ｓ
ＰＳ）の製造 １２５ｇのＦ６−ビスＡポリスルホン（ポリ［オキシ−
１，４−フェニレンスルホニル−１，４−フェニレンオ
キシ−１，４−フェニレン−［２，２，２−トリフルオ
ロ−１−（トリフルオロメチル）エチリデン］−１，４
−フェニレン］）を、機械攪拌機と温度計と凝縮器と窒
素入口及び出口とを装着した反応フラスコにて１，２５
０ｍｌ　の塩化メチレンに溶解させた。反応フラスコの
内容物を−４℃まで冷却し、３３７ｍｌ　の塩化メチレ
ンに溶解された６６．１４ｇのクロルスルホン酸を窒素
雰囲気下に−６℃で４５分間かけて添加した。この反応
フラスコを室温（約２５℃）となし、反応混合物を全部
で約６時間にわたり撹拌した。 反応を停止させ、塩化メチレンをデカントし、沈殿物を
塩化メチレンにより３回洗浄し、次いで１，０００ｍｌ
　のエタノールに溶解させ、かつ回転蒸発させた。乾燥
した回転蒸発Ｆ６−ＳＰＳの半分をエタノール−水混液
に溶解すると共に、慣用のセルロース透析袋により透析
し、透析液を乾固するまで回転蒸発させ、次いで７０℃
の減圧オーブン内で一定重量まで乾燥した。このように
作成されたスルホン化Ｆ６−ビスＡ−ポリスルホン（Ｆ
６−ＳＰＳ）は０．８４のＤＳとＨ＋　型における乾燥
重合体１ｇ　当り１．３４ミリ当量のイオン交換容量と
を有した。

【００５４】「ＤＳ」と言う用語はスルホン化の程度を
示し、重合体反復単位におけるスルホン化の程度の尺度
であって、これはスルホン酸基又はその塩型とすること
ができる。スルホン基の塩型を形成するイオンはアンモ
ニウム基、たとえばリチウム、ナトリウム、カリウムな
どのアルカリ金属、たとえばカルシウム、マグネシウム
などのアルカリ土類金属、遷移金属原子（特に亜鉛、銅
、コバルト、ニッケル）又は有機塩形成基、たとえば第
一、第二、第三若しくは第四アミンとすることができ、
これらは当業者に公知である。スルホン化の程度は約０
．２　〜約２　、好ましくは約０．４　〜約１．５　と
することができる。たとえば、１個のスルホン酸基が重
合体連鎖における各反復単位に付着すればスルボン化の
程度は１であり、１個のスルホン酸基が重合体連鎖にお
ける平均５個の反復単位に付着すればスルホン化の程度
は０．２　である。

【００５５】部Ｂ．複合中空繊維膜の作成多孔質ポリス
ルホン中空繊維をエタノール中のＦ６−ＳＰＳの溶液で
被覆することにより複合ガス分離膜を作成した。被覆溶
液は、１．２５ｇ　のＦ６−ＳＰＳを１００　ｍｌの試
薬アルコールに溶解させ、次いで１．５　μｍ　のガラ
スフィルタで濾過して作成した。乾燥ポリスルホン中空
繊維を被覆溶液浴に通過させてポリスルホン複合膜を作
成し、これについては実質的に米国特許第４，４６７，
００１　号公報に記載されている。繊維を乾燥オーブン
に約６５℃にて１５秒間の滞留時間で通過させることに
より溶剤を蒸発させた。

【００５６】部Ｃ．透過器の作成 螺旋巻付けされた中空繊維膜の透過器は次のように作成
した：中空繊維カートリッジを米国特許第４，２０７，
１９２　号に記載された手順により巻付け、透過器の全
構成を図１に示す。この透過器において、中心コアチュ
ーブ（すなわち抜取りチューブ）８はモジュールの２個
のチューブシートの一方のみ（９若しくは１５のいずれ
か）を貫通する。中心コアチューブ８には抜取穴部７を
設け、これら穴部は孔側若しくはシェル側のいずれの供
給方式を用いたかに応じて供給流若しくは透過流のいず
れかの除去若しくは流入を可能にする。

【００５７】部Ｂ．の複合中空繊維膜を用いてモジュー
ルを作成した。これら繊維は約０．０４ｃｍ（約１６．
６ミル）の外径と約０．０３ｃｍ（約１１．３ミル）の
内径とを有した。このモジュールはチューブシートと約
１０ｃｍの注封長さと約２０ｃｍの活性長さとを有した
。この繊維を抜取チューブの周囲に約２５°の角度（角
度０はマンドレル若しくはコアチューブに対し垂直とし
て規定される）にて螺旋巻付けし、活性繊維長さを約４
８ｃｍとした。活性面積約１．８２ｍ　２　（１９．６
ｆｔ２　）を有するモジュールをプラスック薄膜バリヤ
３内に収納したが、ただし薄膜とチューブシートとの間
に残留する約１．２７ｃｍ（約１／２インチ）の狭い空
隙部を設けてガスの流入若しくは流出を可能にすると共
に、圧力シェル４を設けて図１に示した構成の透過器１
を形成した。複合スルホン化ポリスルホン（Ｆ６−ＳＰ
Ｓ）膜を、透過実験に先立ちシクロヘキサン中の低分子
量シリコーンの希釈溶液で常法により後処理した。

【００５８】部Ｄ．透過器の操作 部Ｃ．の透過器を用いて約２，３００ｐｐｍｖ　の水蒸
気を含有する空気供給物を脱水した。潤滑空気供給物を
８．０８Ｋｇ／ｃｍ２　（１１５ｐｓｉａ　）の圧力及
び約１９〜２２℃の温度にて入口ポート２に導入した。 清掃流体は約１ｐｐｍｖの水蒸気を有する脱水空気で構
成し、これを入口ポート１２を介し透過器中に導入した
。清掃流体は中空繊維の孔部にて水蒸気濃縮透過ガスと
合してこれを希釈し、次いでこれと並流で孔部を流過す
ると共に、供給流の方向に対し向流で流過した。この向
流操作は最も効率的なガス分離を可能にし、透過されな
い脱水空気流は非透過流出口ポート１０から回収された
。この操作方式はシェル側供給方式であり、その結果を
表Ｉの試験６〜２６に示す。

【００５９】非透過ガスの達成しうる乾燥程度は、清掃
流体の流量に部分的に依存する。清掃流体の容積が多い
ほど、透過流における水蒸気の希釈が大となる。すなわ
ち、相対的な水蒸気含有量及び膜表面の透過流側におけ
る水蒸気の分圧は、清掃流体の流量が増大するにつれて
減少する。パージ比（非透過流体に対する清掃流体の比
）は１０〜４０％の範囲で毎分１０〜１００　リットル
の供給物流量（ＳＴＰ）の範囲にわたり変化した。透過
流の出口圧力は全ての場合１．１２Ｋｇ／ｃｍ２　（１
６ｐｉｓａ）に維持された。

【００６０】例２ 代案法において、供給ガスを中空繊維膜の孔側に導入す
ると共に、清掃流体を中空繊維膜の外側（すなわちシェ
ル側）に導入した。この操作方式は孔側供給方式として
知られる。例１の透過器を実質的に例１の条件と同一の
条件下で操作し、ただし供給ガスを透過器の孔側にポー
ト１２を介して導入した。脱水された非透過流はポート
１６から流出し、清掃ガスをポート２から導入すると共
に水濃縮された透過流をポート１０から流出させた。２
０％のパージ比を維持した。例１におけると同様に向流
パターンを維持した。これら実験の結果は表Ｉの試験１
〜５の結果である。

【００６１】乾燥試験の結果を全て表Ｉに要約し、ここ
で各流れの流量は標準温度及び圧力における１分間当り
のリットル数で示し、各流れにおける水蒸気含有量は容
量ｐｐｍ　（ｐｐｍｖ）として示す。これらの結果は、
ガス脱水性能がシェル側供給方式若しくは孔側供給方式
のいずれの操作を用いても実質的に同等であることを示
す。この表に記載した実験データにより示されるように
、本発明の方法は流体ガス流から水蒸気を除去するのに
極めて効果的であり、水蒸気含有量を１ｐｐｍ　未満ま
で低下させることができる。示したデータから、水蒸気
透過率は当業者により容易に計算され、２０〜３０ｆｔ
３　（ＳＴＰ）／ｆｔ２　・ｐｓｉ　・日の程度に高く
することができる。別の空気分離実験にて、この透過器
に関する酸素透過率は０．０１７　ｆｔ３　（ＳＴＰ）
／ｆｔ２　・ｐｓｉ　・日であると判明し、酸素／窒素
選択率は約７．０　であることが判明した。 したがって、この透過器は約１，５００　の見掛けＨ２
　Ｏ／Ｏ２　分離ファクタと約１１，０００の見掛けＨ
２　Ｏ／Ｎ２　分離ファクタとを示した。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】 例３ 部Ａ．スルホン化ポリアリールエーテルスルホン（ＳＰ
Ｓ）の製造 ５００ｇのウデル３５００（アモコ・パフォ−マンス・
プロダクツ社）を１５０　℃にて１晩乾燥させ、４リッ
トルのパイレックス反応容器における２６００ｍｌの塩
化メチレンに溶解させた。溶解した溶液を＜５℃まで冷
却した後、スルホン化剤（すなわちクロルスルホン酸）
を添加した。

【００６４】５００ｍｌ　の添加漏斗にて１１２ｍｌ　
のクロルスルホン酸を３８８ｍｌ　の塩化メチレン（２
０％ｖ／ｖ）に添加した。このクロルスルホン酸−塩化
メチレン溶液をウデル−塩化メチレン溶液に９０分間か
けて添加した。添加時間が完了した後に冷却浴を除去し
、反応をさらに２時間続けた。塩化メチレンをデカント
すると共に、赤褐色の沈殿物を２，０００ｍｌ　の塩化
メチレンによりそれぞれ室温にて１５分間にわたり３回
洗浄した。塩基メチレンを毎回デカントした。スルホン
化されたポリスルホンを１，０００　ｍｌの２−プロパ
ノールと７５ｍｌの脱イオン水とよりなる溶剤に溶解さ
せた。金色溶液を５０℃にて回転蒸発乾固させ、スルホ
ン化生成物を透析した。透析物を乾固するまで回転蒸発
させた。このように製造されたスルホン化ポリスルホン
（ＳＰＳ）は、Ｈ＋　型の乾燥重合体１ｇ　当り１．９
５ミリ当量の測定イオン交換容量を有した。

【００６５】部Ｂ． 例１の部Ｂに実質的に記載したように複合スルホン化ポ
リスルホン（ＳＰＳ）膜を作成したが、ただし被覆溶液
はこの例の部Ａにおけるように作成した２ｇ　のＳＰＳ
重合体を１００ｍｌ　のイソプロピルアルコール／水混
液（９０／１０容量）に溶解させて作成した。

【００６６】部Ｃ．透過器装置の作成 螺旋巻付けした中空繊維膜分離装置を例１に記載したと
同様な方法で作成したが、ただしカートリッジ表面積を
より小さくすると共に、この例の部Ｂにおける複合中空
繊維をカートリッジ作成に使用した。繊維は０．０５ｃ
ｍ（２０．１ミル）の外径と０．０３ｃｍ（１２．９ミ
ル）の内径とを有した。このカートリッジは０．２５ｍ
　２　（２．７　平方フィート）の活性膜面積を有した
。複合スルホン化ポリスルホン（ＳＰＳ）膜を常法で後
処理したが、ただし低分子量アミノシリコーンの希釈溶
液を透過実験前の後処理材料として用いた。

【００６７】部Ｄ．透過器の操作 透過器を例１におけると同一の条件下で操作したが、た
だしパージ比を試験全体にわたり一定とし、２０％に維
持した。空気の乾燥結果を表ＩＩにおける試験１及び２
として要約する。水透過率はこれらデータから２５〜３
０ｆｔ３　（ＳＴＰ）／ｆｔ２　・ｐｓｉ　・日である
と容易に計算される。

【００６８】別の空気分離試験において、この透過器の
酸素透過率は０．００４７ｆｔ３　（ＳＴＰ）／ｆｔ２
　・ｐｓ・ｉ　・日であり、かつＯ２　／Ｎ２　な選択
率は３．６　であることが判明した。見掛けＨ２　Ｏ／
Ｏ２　選択率はしたがって約６，０００　であり、見掛
けＨ２　Ｏ／Ｎ２　選択率は約２１，０００であった。

【００６９】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】供給流体を中空繊維のシェル側にて導入する本
発明による流体分離装置の実施例の断面図であり、

【図
２】本発明による流体分離装置の他の実施例の断面図で
あり、

【図３】供給流体を中空繊維の孔側にて導入する本発明
による流体分離装置の実施例の断面図である。

【符号の説明】

１　　流体分離装置 ２　　供給流入口ポート ３　　薄膜バリヤ ４　　シェル ５　　中空繊維膜束 ７　　穴部 ８　　中心コアチューブ ９　　チューブシート １０　　非透過流出口ポート １１　　開口部 １４　　開口部 １５　　チューブシート １７　　Ｏ−リング １８　　ネジ付リング １９　　ネジ ２０　　円筒プラグ ２１　　環状空間

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　環状の中空繊維膜束を包封するシェル
   を備え、このシェルは流体供給入口流のポートと非透過
   流の出口ポートと清掃流体−透過流の出口ポートと清掃
   流体入口ポートとを備え、前記中空繊維膜束は（ｉ　）
   中心コアチューブを備え、このコアチューブはチューブ
   シートの１つに近接した位置にて前記コアチューブの壁
   部に穿孔穴を有し、（ｉｉ）前記中心コアチューブの外
   部の周囲に円筒形状の中空繊維包装体を備え、かつ中空
   繊維をシェルのほぼ全長にわたって延在させると共に、
   これら各繊維の両端部をチューブシートに埋設してチュ
   ーブシート中に流体密封関係で延在させ、（ｉｉｉ　）
   実質的に非透過性の薄膜バリヤを備えて前記束内に露出
   中空繊維のほぼ全長手方向長さを収納し、ただし縁部に
   対向する前記束の１端部近くにおける非収納の外周領域
   を除き、この領域に前記穴部を前記コアチューブの壁部
   に存在させて中空繊維の外表面と中心コアチューブの内
   部との間における流体の流動を可能にし、（ｉｖ）前記
   束の両端部を包封するチューブシートを備えると共に、
   中心コアチューブを前記チューブシートの少くとも１つ
   に延在させ又はこれと連通させて流体の流動を可能にし
   、さらに前記中空繊維膜束を前記シェル内にシェルと前
   記中空繊維束の穴側との間で流体密封関係にて位置せし
   めたことを特徴とする流体分離装置。
2. 【請求項２】　　環状の中空繊維束が、中空繊維をマン
   ドレルの周囲に巻付けて作成される請求項１に記載の中
   空繊維分離装置。
3. 【請求項３】　　マンドレルが透過器の中心コアチュー
   ブである請求項２に記載の中空繊維分離装置。
4. 【請求項４】　　注封用組成物と耐圧性シェルとの間に
   位置するシールをさらに備えた請求項１に記載の中空繊
   維分離装置。
5. 【請求項５】　　シェルと薄膜バリヤとの間に環状空間
   を備える請求項１に記載の中空繊維分離装置。
6. 【請求項６】　　空気の水分含有量を減少させるための
   請求項１に記載の流体分離装置。
7. 【請求項７】　　空気の水分含有量を減少させるための
   請求項２に記載の中空繊維分離装置。
8. 【請求項８】　　空気の水分含有量を減少させるための
   請求項５に記載の中空繊維分離装置。
9. 【請求項９】　　天然ガスの水分含有量を減少させるた
   めの請求項１に記載の流体分離装置。
10. 【請求項１０】　　天然ガスの水分含有量を減少させる
    ための請求項２に記載の中空繊維分離装置。
11. 【請求項１１】　　天然ガスの水分含有量を減少させる
    ための請求項５に記載の中空繊維分離装置。
12. 【請求項１２】　　実質的に非透過性の薄膜バリヤがプ
    ラスチック薄膜の１つ若しくはそれ以上の層からなる請
    求項１に記載の流体分離装置。
13. 【請求項１３】　　実質的に非透過性の薄膜バリヤがプ
    ラスチック薄膜の１つ若しくはそれ以上の層からなる請
    求項２に記載の流体分離装置。