JPH059126B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、凝縮性ガス成分の凝縮分離用セラミ
ツク膜構造体およびその製造法に関する。

〔従来技術〕

凝縮性ガス成分の凝縮分離は、多孔質膜の微細
孔内にて凝縮性ガス成分を毛管凝縮させて同ガス
成分を非（難）凝縮性ガス成分から分離させるも
ので、近年種々研究されている。その一例とし
て、刊行物化学装置第61頁〜第65頁（1985年11月
号：工業調査会発行）に示されているように、セ
ラミツク製の多孔質管の外表面に微細孔を有する
シリカゲル薄膜、アルミナゲル薄膜を担持させた
構造体を用いて空気中の水分の分離除去、アルコ
ールの分離濃縮を行つている例がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記刊行物にはかかる構造体を工業
的規模で利用する具体的手段が全く示されておら
ず、その具体的手段の提案が望まれる。本発明は
従来公知のセラミツクハニカム構造体に着目し、
同構造体に上記刊行物に示された構造体と同様の
分離機能を付与することにより工業的に有利な凝
縮分離用セラミツク膜構造体を提供しようとする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の発明は、多数の連続細孔を有す
る多孔質隔壁にて区画され一端側が開口する多数
の第１の孔と同一端側が閉塞する多数の第２の孔
とを互に並列的に備えたセラミツクハニカム構造
体であり、当該構造体はいずれかの孔の閉塞部に
流体入出孔を有するとともに、前記各隔壁のいず
れかの孔側内周に凝縮性ガス成分を凝縮させる多
数の連続微細孔を有するセラミツク薄膜を備え、
かつ前記第１の孔と第２の孔とは少くとも部分的
に共通の隔壁にて区隔されていることを特徴とす
る凝縮性ガス成分の凝縮分離用セラミツク膜構造
体にある。

また、本発明の第２の発明はかかるセラミツク
膜構造体の製造法であり、当該製造法は多数の連
続細孔を有する多孔質隔壁にて区画された多数の
貫通孔を互に並列的に備えたセラミツクハニカム
構造体を基礎構造体とし、同構造体の前記各貫通
孔における所定の各貫通孔の少くとも一端側を閉
塞して少くとも部分的に共通の隔壁にて区画され
た一端側が開口する多数の第１の孔と同一端側が
閉塞する多数の第２の孔とを形成し、凝縮性ガス
成分を凝縮させる多数の連続微細孔を有するセラ
ミツク薄膜の形成用スラリーをいずれかの孔の開
口端から内部に侵入させ、同孔の内壁に前記セラ
ミツク薄膜を形成することを特徴とするものであ
る。

本発明において、基礎構造体はセラミツク原料
の微粉に有機バインダー、可塑剤を加えて混練し
てなる調合物を多数のスリツトを備えたダイスか
ら押出し、かつこれを焼成してなるセラミツクハ
ニカム構造体であり、セラミツク原料としてはア
ルミナ、シリカ、ムライト、コージエライト等が
採用される。かかるセラミツクハニカム構造体は
多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画され
た多数の貫通孔を互に並列的に備えており、貫通
孔の断面形状は三角形、四角形、その他の多角
形、円形、楕円形等適宜の形状を呈している。な
お、多孔質隔壁の細孔の平均孔径は好ましくは
0.2μｍ〜5μｍである。

本発明に係るセラミツク膜構造体はかかるセラ
ミツクハニカム構造体における各貫通孔を第１の
孔と第２の孔の２種類に区分してなるもので、第
１の孔は少くともその一端側が開口されその他端
側は開口または閉塞されている。また、第２の孔
は少くともその一端側が閉塞されその他端側は閉
塞または開口されている。第１の孔と第２の孔と
は少くとも部分的に共通の隔壁にて区画されてい
る。また、かかるセラミツク膜構造体はいずれか
の孔の閉塞部に流体入出孔を有するとともに、各
隔壁のいずれかの孔側内周に多数の連続微細孔を
有するセラミツク薄膜を備えている。セラミツク
薄膜は凝縮性ガス成分を凝縮させる多数の連続微
細孔を有するもので、好ましくはアルミニウムア
ルコラートまたはアルミニウムキレートを加水分
解して得たアルミナゾルにて形成され、その微細
孔の平均孔径が100Å以下であり、かつ膜厚が5μ
ｍ〜100μｍであることが好ましい。セラミツク
薄膜形成材料は、セラミツクハニカム構造体のい
ずれかの孔の開口から侵入されてその内壁に付着
され、適宜の処理例えばケイ酸塩水溶液に浸漬、
次いで高温水蒸気中での水蒸気処理に付されて薄
膜に形成される。なお、セラミツク薄膜はPVD，
CVD等によつて形成してもよい。

〔発明の作用・効果〕

かかる構成のセラミツク膜構造体においては、
凝縮性ガスと非凝縮性ガスとが混合する被処理ガ
スを第１または第２の孔の開口端から供給すると
ともにいずれかの孔の閉塞部もしくはいずれかの
孔の開口部から吸引すれば、同被処理ガスの少く
とも一部がセラミツク薄膜および隔壁を通過しよ
うとする。この際、被処理ガス中の凝縮性ガスが
セラミツク薄膜の微細孔内にて凝縮するとともに
同微細孔の一端にて気化し、凝縮性ガスはこの状
態を順次繰返してセラミツク薄膜および隔壁を通
過する。被処理ガス中の非凝縮性ガスは凝縮性ガ
スの凝縮物により微細孔の通過を抑制され、第１
の孔と第２の孔からは前記両ガスの濃度が大きく
相違する２種類の処理ガスが流出する。

ところで、かかる構成のセラミツク膜構造体に
おいては、セラミツクハニカム構造体を基礎構造
体として同構造体の多数の隔壁に凝縮性ガスの分
離機能を持たせたものであるから、分離機能を有
する隔壁の単位容積当りの有効面積が極めて高
い。また、各隔壁は全て一体的に結合しているた
め、各隔壁を構成する多数の部材を一体化する手
段を要せずかつ強度的にも極めて強い。従つて、
かかるセラミツク膜構造体は凝縮性ガスの凝縮分
離用構造体として工業的に極めて有利である。

一方、かかるセラミツク膜構造体はセラミツク
ハニカム構造体の作製、同構造体の貫通孔におけ
る所定の開口端部の閉塞、所定の隔壁内周へのセ
ラミツク薄膜の形成付与という手段により製造さ
れるため、特別に難しい手段を用いることなく容
易に製造することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
るに、第１図には本発明の第１実施例に係るセラ
ミツク膜構造体を採用した除湿装置が示されてい
る。当該除湿装置は本体ケース１１内にセラミツ
ク膜構造体２０を収容してなるもので、上下一対
の支持部材１２，１３を介してケース１１内に支
持されている。ケース１１は流入口１１ａと２つ
の流出口１１ｂ，１１ｃを備えていて、未処理の
空気が流入口１１ａを通して供給され、かつ第１
流出口１１ｂ側から図示しない吸引手段にて吸引
されて凝縮性ガス成分である水蒸気が選択的に、
同流出口１１ｂから流出するとともに、水蒸気含
有量の低下したいわゆる除湿された空気が第２流
出口１１ｃから流出する。

しかして、セラミツク膜構造体２０は第２図お
よび第３図に示すように、多孔質隔壁にて区画さ
れた多数の貫通孔を互に並列的に備えたセラミツ
クハニカム構造体を基礎構造体２１とするもの
で、基礎構造体２１（以下単に構造体という）の
各貫通孔は断面四角形を呈し、構造体２１の長手
方向へ互に並列的に延びている。かかる構造体２
１はセラミツク原料の微粉例えばアルミナ、シリ
カ、ムライト、コージエライト等に有機バインダ
ー、可塑剤を加えて混練してなる調合物を通常の
セラミツク多孔質の形成と同様の条件で押出し成
形、焼成して得られるもので、各貫通孔を区画す
る多数の隔壁２１ａは多数の連続細孔を有する多
孔質隔壁である。第４図にはかかる隔壁２１ａと
後述するセラミツク薄膜２４の断面を超拡大した
局部断面が示されているが、隔壁２１ａの細孔２
１ｂの平均孔径は好ましくは0.2μｍ〜5μｍであ
る。平均孔径が0.2μｍ以上であれば被処理ガスの
ガス拡散の妨害とはならず、また平均孔径が5μ
ｍ以下であればセラミツク薄膜の形成時薄膜内で
のクラツク、ピンホール等の発生が防止され、か
つ均一な膜厚の形成が可能になる。なお、隔壁２
１ａの厚みは任意であるが、強度上および加工上
１mm程度であることが好ましい。

本実施例のセラミツク膜構造体２０において
は、構造体２１における各貫通孔の両端を千鳥状
に閉塞してなるもので、各貫通孔を多数の両端開
口孔２１ｃと両端閉塞孔２１ｄとに区画してい
る。これら両孔２１ｃ，２１ｄは本発明における
第１，第２の孔にそれぞれ相当するもので、閉塞
孔２１ｄの両端を閉塞している閉塞部材２２ａ，
２２ｂは隔壁２１ａと同様の材質でその外側に釉
薬を施してなり、気密的に密閉している。かかる
閉塞部材２２ａには同様の材質からなる流体入出
パイプ２３が植設されている。互に隣合う開口孔
２１ｃと閉塞孔２１ｄとはそれらの一辺を共通の
隔壁２１ａにて区画されている。また、各開口孔
２１ｃを構成する隔壁２１ａの内周にセラミツク
薄膜２４が担持されている。

セラミツク薄膜２４は凝縮性ガス成分を凝縮さ
せる多数の連続微細孔２４ａを有するもので、微
細孔２４ａの平均孔径が100Å以下でありかつそ
の膜厚が5μｍ〜100μｍである。本実施例におい
ては、空気中の水蒸気の凝縮効果、透過速度等を
考慮して微細孔の平均孔径が10Å、膜厚が10μｍ
に調製されている。かかるセラミツク薄膜２４は
アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム−
２−ブチレート等のアルミニウムアルコラート、
アルミニウムトリス（エチルアセトアセテート）、
エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロ
ピレート等のアルミニウムキレートを加水分解し
て得たアルミナゾルを用いて形成されるもので、
同アルミナゾル中に構造体２１を浸漬してこれを
各開口孔２１ｃ内に導入し、隔壁２１ａの同開口
孔２１ｃ側内周に担持させる。その後、ケイ酸ナ
トリウム水溶液で処理しさらに高温水蒸気で処理
することによりセラミツク薄膜２４が形成され
る。本実施例においては、水100ｇに対し５ｇの
アルミニウムイソプロポキシドを80〜90℃に保持
した水中に添加し、アルミニウムイソプロポキシ
ドを加水分解した。これに0.6mlの濃硝酸を加え、
80〜90℃に24時間保持し、解膠してアルミナゾル
を得た。このアルミナゾルに構造体２１を５分間
浸漬した後、0.1モル／のけい酸ナトリウム水
溶液に１時間浸漬し、100℃の水蒸気中において
１時間保持した後90℃の熱水中に１分間浸漬しア
ルカリを洗浄除去した。

かかる構成のセラミツク膜構造体２０を採用し
た除湿装置においては、ケース１１の流入口１１
ａ側から未処理空気を所定の流速で供給し、かつ
第１流出口１１ｂ側から真空ポンプにより吸引す
る。これにより、供給された空気はセラミツク膜
構造体２０における各開口孔２１ｃの下端から同
開口孔２１ｃ内に流入、その一部が同開口孔２１
ｃの上端を通してケース１１の第２流出口１１ｃ
から流出し、凝縮ガス成分である水蒸気が選択的
に各セラミツク薄膜２４および隔壁２１ａを透過
し各流体入出パイプ２３を通して第１流出口１１
ｂから流出する。第４図には空気がセラミツク薄
膜２４および隔壁２１ａを透過する際の模型図が
示されており、同図の矢印で示すように空気がセ
ラミツク薄膜２４を透過しようとすると、空気中
の水蒸気が微細孔２４ａ内にて凝縮して同孔２４
ａ内を隔壁２１ａ側へ移動し、隔壁２１ａの細孔
２１ｂに達する。細孔２１ｂに達した凝縮水分Ｈ
は同細孔２１ｂ内に気化して隔壁２１ａを透過
し、閉塞孔２１ｄ内に流入する。この際、凝縮し
た水分は微細孔２４ａの多くの部分を閉塞するた
め空気は同孔２４ａをほとんど透過しない。これ
により、空気中の水蒸気（湿気）が分離され、第
２流出口１１ｃからは除湿された空気が流出しか
つ第１流出口１１ｂからは水蒸気が流出する。

ところで、本実施例のセラミツク膜構造体２０
は従来公知のセラミツクハニカム構造体２１を基
礎構造体とするもので、同構造体２１の多数の隔
壁２１ａに空気中の水分の凝縮分離機能を持たせ
たものである。従つて、分離機能を有する隔壁２
１ａの構造体２１単位容積当りの有効面積が大き
く、また各隔壁２１ａを構成する多数の部材を一
体化する手段を要せずかつ強度的にも極めて高
く、凝縮分離用構造体として工業的に極めて有利
である。

また、本実施例のセラミツク膜構造体２０にお
いては、セラミツクハニカム構造体の通常の作製
条件により押出し成形し、例えば押出し用の坏土
と同一素地にて同構造体２１における各貫通孔の
所定両端開口部を閉塞し流体入出パイプ２３を植
設し、その後焼成して構造体２１を作製するか、
または押出成形、焼成して構造体２１を作製し、
次いで同構造体２１における各貫通孔の所定の両
端開口部を閉塞してもよい。また、得られた構造
体２１には各開口孔２１ｃの開口端からアルミナ
ゾルを付与して同開口孔２１ｃの内周にセラミツ
ク薄膜２４を担持して形成される。従つて、かか
る製造法によれば特別に難しい手段、煩雑な手段
を用いることがないため、セラミツク膜構造体２
０を容易に製造することができる。

第５図および第６図には本発明の第２実施例に
係るセラミツク膜構造体３０の一部が示されてい
る。当該セラミツク膜構造体３０においても、第
１実施例の基礎構造体２１と同様のセラミツクハ
ニカム構造体を基礎構造体３１とするもので、第
１実施例のセラミツク膜構造体２０との相違点は
下記の点にある。すなわち、当該セラミツク膜構
造体３０においては、第１実施例のセラミツク膜
構造体２０の閉塞孔２１ｄに対応する第２の孔３
１ｄは一端のみが閉塞部材３２ａにて閉塞されて
いるのみで、これに応じて開口孔２１ｃに対応す
る第１の孔３１ｃにおいては一端が開口しかつ他
端が閉塞部材３２ｂにて閉塞されている。なお、
かかるセラミツク膜構造体３０においては、第１
の孔３１ｃを構成する隔壁３１ａ内周にセラミツ
ク薄膜３４が担持され、かつ第２の孔３１ｄの一
端を閉塞する閉塞部材３２ａに流体入出パイプ３
３が植設されていて、第２の孔３１ｄの他端側か
ら空気を供給するとともに、第２の流出口１１ｃ
から吸引し、第１の孔３１ｃを真空下に保持す
る。これにより、空気中の水蒸気は隔壁３１ａお
よびセラミツク薄膜３４によつて選択的に透過し
て、第１の孔３１ｃをとおつて第２の流出口１１
ｃから流出しかつ水蒸気の含有量が低下したいわ
ゆる除湿された空気が第１流出口１１ｂから流出
する。なお、空気の供給を流体入出パイプ３３か
ら行つても、同様に水蒸気の含有量が低下した除
湿空気が、第２の孔３１ｄの他端側から得られ
る。また、第１の孔３１ｃの内側にあるセラミツ
ク薄膜３４が、第２の孔３１ｄの内側にあつても
同様の効果が期待できる。

なお、上記した第１実施例のセラミツク膜構造
体２０においては、閉塞孔２１ｄの一端側の閉塞
部材２２ａにのみ流体入出パイプ２３を植設して
いるが、同閉塞孔２１ｄの他端側の閉塞部材２２
ｂにもこれと同様の流体入出パイプを植設し、開
口孔２１ｃを流通する空気を閉塞孔２１ｄの両端
側から吸引するようにしてもよい。

また、上記した第１，第２実施例のセラミツク
膜構造体２０，３０においては、各閉塞部材２２
ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂは釉薬処理等をして
気密的に閉塞する機能を持たせているが、各閉塞
部材として隔壁２１ａ，３１ａ、または隔壁２１
ａ，３１ａおよびセラミツク薄膜２４，３４一体
の材料を採用して通気性を持たせてもよい。これ
らの場合には、各閉塞部材を通して孔内空気を直
接吸引することができ、流体入出パイプ２３，３
３の採用を省略することができるし、また閉塞部
材、流体入出パイプ（流体入出孔）における凝縮
性ガス成分の選択的透過機能も期待できる。

さらに、上記した第２実施例のセラミツク膜構
造体３０においては各隔壁３１ａの第１の孔３１
ｃ側内周にセラミツク薄膜３４を担持させている
が、同薄膜３４を各隔壁３１ａの第２の孔３１ｄ
側内周に担持させてもよい。

さらにまた、上記実施例においては空気中の水
分を凝縮分離するためのセラミツク膜構造体２
０，３０の例について示したが、これら各構造体
２０，３０におけるセラミツク薄膜２４，３４の
微細孔の平均孔径を適切に設定することにより、
硫化水素、アンモニア等の無機ガス、アルコー
ル、アルデヒド、カルボン酸等の有機ガスを非凝
縮性ガス中から凝縮分離することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るセラミツク
膜構造体を採用した除湿装置の概略構成図、第２
図は同膜構造体の拡大部分斜視図、第３図は第２
図の縦断面図、第４図は同構造体における隔壁部
分の超拡大断面図、第５図は本発明の第２実施例
に係るセラミツク膜構造体の第２図に対応する斜
視図、第６図は同膜構造体の第３図に対応する縦
断面図である。 符号の説明、２０，３０…セラミツク膜構造
体、２１，３１…基礎構造体、２１ａ，３１ａ…
隔壁、２１ｂ…細孔、２１ｃ，３１ｃ…第１の
孔、２１ｄ，３１ｄ…第２の孔、２４，３４…セ
ラミツク薄膜、２４ａ…微細孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画
   され一端側が開口する多数の第１の孔と同一端側
   が閉塞する多数の第２の孔とを互いに並列的に備
   えたセラミツクハニカム構造体であり、当該構造
   体はいずれかの孔の閉塞部に流体入出孔を有する
   とともに、前記各隔壁のいずれかの孔側内周に凝
   縮性ガス成分を凝縮させる多数の連続微細孔を有
   するセラミツク薄膜を備え、かつ前記第１の孔と
   第２の孔とは少くとも部分的に共通の隔壁にて区
   隔されていることを特徴とする凝縮性ガス成分の
   凝縮分離用セラミツク膜構造体。 ２ 前記第１の孔の他端側が開口しているととも
   に、前記第２の孔の他端側が閉塞している特許請
   求の範囲第１項に記載の凝縮分離用セラミツク膜
   構造体。 ３ 前記第１の孔の他端側が閉塞しているととも
   に、前記第２の孔の他端側が開口している特許請
   求の範囲第１項に記載の凝縮分離用セラミツク膜
   構造体。 ４ 前記セラミツク薄膜の微細孔の平均孔径が、
   100Å以下である特許請求の範囲第１項，第２項
   または第３項に記載の凝縮分離用セラミツク膜構
   造体。 ５ 前記セラミツク薄膜の膜厚が5μｍ〜100μｍ
   である特許請求の範囲第１項，第２項，第３項ま
   たは第４項に記載の凝縮分離用セラミツク膜構造
   体。 ６ 前記隔壁の細孔の平均孔径が0.2μｍ〜5μｍで
   ある特許請求の範囲第１項，第２項，第３項，第
   ４項または第５項に記載の凝縮分離用セラミツク
   膜構造体。 ７ 前記閉塞部が前記隔壁またはセラミツク薄膜
   と同一の多孔質材料にて形成されている特許請求
   の範囲第１項，第２項，第３項，第４項，第５項
   または第６項に記載の凝縮分離用セラミツク膜構
   造体。 ８ 前記閉塞部が非多孔質の気密性材料にて形成
   されかつ同閉塞部に流体入出パイプが植設されて
   いる特許請求の範囲第１項，第２項，第３項，第
   ４項，第５項または第６項に記載の凝縮分離用セ
   ラミツク膜構造体。 ９ 多数の連続細孔を有する多孔質隔壁にて区画
   された多数の貫通孔を互に並列的に備えたセラミ
   ツクハニカム構造体を基礎構造体とし、同構造体
   の前記各貫通孔における所定の各貫通孔の少くと
   も一端側を閉塞して少くとも部分的に共通の隔壁
   にて区画された一端側が開口する多数の第１の孔
   と同一端側が閉塞する多数の第２の孔とを形成
   し、凝縮性ガス成分を凝縮させる多数の連続微細
   孔を有するセラミツク薄膜の形成用スラリーをい
   ずれかの孔の開口端から内部に侵入させ、同孔の
   内壁に前記セラミツク薄膜を形成することを特徴
   とする凝縮性ガス成分の凝縮分離用セラミツク膜
   構造体の製造法。 １０ 前記スラリーがアルミニウムアルコラート
   またはアルミニウムキレートを加水分解して得た
   アルミナゾルである特許請求の範囲第９項に記載
   の凝縮分離用セラミツク膜構造体の製造法。