JPH0596104A - 脱気膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明においては、疎水性気体透過膜を内蔵
した脱気膜モジュールと水封式真空ポンプを有した脱気
膜装置において、水封式ポンプにおける騒音と封水の逆
流による性能低下を解決することを目的とする。 【構成】 疎水性気体透過膜を内蔵した脱気膜モジュー
ルと水封式真空ポンプを有し、該モジュールを通過する
液体中の溶存気体を脱気除去する装置において、該水封
式真空ポンプと該脱気膜モジュールの間に自動開閉弁を
備え、かつ該自動開閉弁とモジュールの間にエアーリー
ク機構を備えたものである。 【効果】本発明において、自動開閉弁により水封式真空
ポンプの封水の逆流による性能低下を防止することがで
きた。また、エアーリーク機構により該ポンプの騒音を
低減することができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中の溶存気体を除去
するための疎水性気体透過膜を用いた脱気装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、水中には酸素，窒素，二酸化炭
素などの気体が溶存しているが、水処理を行うにあたっ
てこれら溶存気体が悪影響を及ぼす場合が少なくはな
い。例えば、水の循環ラインにおいては、水中の溶存酸
素が配管の接液内面の腐食を促進する場合があり、ま
た、超純水の製造ラインにおいては、溶存二酸化炭素が
超純水の水質を低下させる原因になり、場合に応じて薬
品添加や真空方式による脱気処理が行われている。しか
し、薬品添加処理による脱気は、薬品コストの問題，残
存薬品成分の問題などがあり、真空脱気の場合も装置及
び運転コスト面での制約があり、広い意味での実用化に
適した方法とはいえなかった。

【０００３】これらの方法の他に、最近、気体透過機能
を有する疎水性膜を用いて水中の溶存気体を除去すると
いう脱気方法が実用化され始めている。（実開昭57- 35
795号公報，特開昭62-273095 号公報）この方法は、シ
リコーン等を素材とする、気体の透過機能を有し、水を
透過させない性質を持った膜の表面または裏面に被処理
溶液を流し、反対面を減圧状態にすることにより、被処
理溶液中の溶存気体のみを膜透過除去し、脱気するとい
うものである。本方法によると、従来の薬品添加法にみ
られた薬品残存成分のような問題もなく、真空脱気法等
と比較しても装置が簡単となり、運転コストも軽減され
るという長所が認められている。

【０００４】脱気膜として多く用いられるものは、平膜
形式の疎水性気体透過膜であり、通常、スパイラルモジ
ュールという形式にして用いられている。また、中空糸
膜形式の疎水性気体透過膜もあり、これは通常中空糸膜
モジュールという形式にして用いられる。スパイラルモ
ジュール，中空糸モジュール共に異なった長所を有して
おり、膜形態，使用方法等に応じて使い分けが可能であ
る。

【０００５】脱気膜モジュールを組み込んだ脱気装置
は、通常、脱気膜モジュール，送液ポンプ，真空ポンプ
を有している。脱気膜モジュールの中に内蔵されている
脱気膜は疎水性の気体透過膜であり、水の透過を完全に
遮断する疎水性気体透過膜であるが、一般に水蒸気は透
過する傾向にある。この結果、水蒸気成分は真空ポンプ
へ移動し、ポンプの錆発生，性能低下を生じさせる傾向
にある。このため、真空ポンプとしては、水分による性
能低下，錆発生の心配が少ない水封式真空ポンプをしよ
うする事が望ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水封式
真空ポンプでは、ポンプを停止させた瞬間、ポンプ内部
は瞬時に外気が流入することによって真空状態から常圧
状態に復帰するもののモジュール内部及び真空ポンプと
モジュール間の配管中の真空空間はブレークされず、そ
の結果ポンプ内の封水が脱気膜モジュール内へ逆流す
る。脱気膜モジュールの透過側が水で濡れた場合、毛管
現象により濡れた膜部分の細孔内に水が浸入し、その結
果、細孔が塞がれ被処理液中の溶存気体が透過しなくな
る。その結果、有効膜面積が減少し、脱気性能の低下に
つながることなどが指摘されてきた。さらに、該脱気膜
において透過してくる気体はごく少量であるため、真空
ポンプにより減圧すると真空ポンプはほとんど締切運転
に近い状態となり、ポンプの特性上騒音がかなり大きく
なる。このように、従来の技術においては水封式真空ポ
ンプの封水の逆流と騒音が大きいという問題点があっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、疎水性
気体透過膜を内蔵した脱気膜モジュールと水封式真空ポ
ンプを有し、該モジュールを通過する液体中の溶存気体
を脱気除去する装置において、該真空ポンプと該脱気膜
モジュールの間に自動開閉弁を設け、かつ該自動開閉弁
とモジュールの間にエアーリーク機構を設けたことを特
徴とする脱気膜装置により基本的に達成される。

【０００８】

【作用】図４は、従来の脱気膜装置のうちの循環型脱気
膜装置の一例を示すものである。被処理液循環ポンプ３
により、被処理液タンク１の液は脱気膜モジュール２に
送られる。ここで、水封式真空ポンプ４を作動させるこ
とにより、水封式真空ポンプ４から脱気膜モジュール２
までのラインが減圧される。このとき、脱気膜モジュー
ル２においては被処理液が流れるラインと吸引減圧され
ているラインが膜を介して対向し、その圧力差によって
被処理液中の気体成分が減圧ラインへ導かれることによ
り液の脱気が行われる。しかして、脱気膜モジュール２
で脱気された処理液は再度タンク１へ戻し循環され、時
間と共にタンク１の液中の溶存気体の脱気が促進され
る。この状態で水封式真空ポンプ４を停止させると水封
式真空ポンプ４内の封水が前述の理由により脱気膜モジ
ュール２の方に流入し、好ましくない。

【０００９】図１は、本発明の脱気膜装置の実施例を示
すものである。水封式真空ポンプの停止と同時に、自動
開閉弁５は閉となり、水封式真空ポンプ内の封水が脱気
膜モジュール２方向に流入するのを防止している。ま
た、脱気装置の運転の再開については、ポンプ作動とほ
ぼ同時に自動開閉弁を開き、ラインを通じて脱気膜モジ
ュール２を減圧する。

【００１０】脱気装置の運転中に被処理液から脱気膜を
通してでてくる気体の量はそれほど多くはないので、水
封式真空ポンプは、ほぼ締切運転に近い状態となる。よ
って、一般には水封式真空ポンプは、高真空度において
かなり大きな作動音を発するため好ましくないと考えら
れているが、本発明では、図１に示すようにエアーリー
ク機構７により、常に微量エアーをリークさせているた
め水封式真空ポンプが騒音が大きくなるほどの締切運転
状態になることはない。また、微量エアーリークにより
真空度が若干低下する傾向にあるが、脱気性能に対して
大きな影響はないのが普通である。また、水封式ポンプ
の種類によっては騒音レベルを許容値以下にするには若
干多めのエアーをリークさせる必要があり、真空度の低
下が大きくなる場合も生じるかもしれないが、このとき
は必要に応じ予め大きめの水封式真空ポンプを設置し、
使用することができる。

【００１１】該モジュールは被処理液側と透過側の圧力
差に基づき脱気を行うものであるが、透過側の圧力（真
空度）は前述のように必ずしも完全な真空に近づける必
要はない。真空度は前述のように任意に設定できるが、
騒音を低減させるためにエアーリーク機構７を設置し、
適宜作用させることによって、脱気性能が十分に発揮で
きる範囲において、真空度をコントロールする事がで
き、それによって水封式ポンプの作動音を抑えることが
できる。

【００１２】エアーリーク機構の位置は自動開閉弁５の
上流に位置するものであればよく、エアーリーク機構の
形式も特に制限されるものではない。図２は、脱気膜モ
ジュール２の透過側上流にエアーリーク機構６をもつ一
例である。また、エアーリーク機構は、水封式真空ポン
プの運転，停止の度に調整を必要とせず、その開度など
を一度設定した後は、水封式真空ポンプや脱気膜モジュ
ールの性能レベルが変化しない限り、原則としてその都
度調節する必要はない。

【００１３】エアーリーク機構は、減圧ラインに直結
し、外部とライン内部の圧力差により、ラインへ気体を
供給する通路を設けるものであり、その形式は特に限定
しないが、ニードル式弁，ボール式弁，三方弁，オリフ
ィス等が適当である。望ましくは、流量調節が容易なニ
ードル式弁が好ましい。

【００１４】自動開閉弁は基本的に水封式真空ポンプに
連動し、ポンプ作動時のみ開の状態になるものである。
また、その形式は特に限定されるものではないが、電気
力及び流体圧力によって作動するパイロット形式または
パイロットキック形式であることが適当である。

【００１５】本発明においては、疎水性気体透過膜モジ
ュールに内蔵された気体の透過側を減圧することで被処
理液中の溶存気体を透過させ除去することができるが、
減圧に用いる水封式真空ポンプは、とくに透過気体に含
まれる水蒸気に侵されにくいという観点から水封式ポン
プが適当である。水封式ポンプは、円形のケーシングの
中にケーシング中心と偏心した羽根車を設けたものであ
る。ケーシング内に水を供給し、羽根車を回転させると
水が遠心力によりケーシングに沿ったリング状のいわゆ
る封水になる。ここで、封水と羽根車に囲まれた空洞が
回転位置によって変化することにより空気を圧縮排気す
る。これにより、吸気側（ライン内）の気体が排気側
（ライン外）にに送り出され、ライン内が減圧される。
水封式ポンプは、水を用いて減圧しているため、動作温
度における水蒸気圧が減圧の限界である。そのため、封
水の温度を制御することによって真空度をコントロール
する事も可能である。

【００１６】本発明に用いる脱気膜モジュールは、平膜
型，中空糸膜型，スパイラル型等、特にその形式は限定
しないが、透過側が結露しにくいかまたは、結露しても
取り除きやすい構造であるものがより好ましい。特に好
ましいのは、スパイラル型モジュールである。スパイラ
ル型モジュールは、封筒状の膜をネット状流路材ととも
に多孔質中心管のまわりに巻囲した基本構造を有してお
り、膜分離モジュールとして広く知られているものであ
る。代表的な構造図を図３に示す。いずれにしても、モ
ジュールを縦型にすることが適当である。

【００１７】本発明における複合膜という膜構造は、膜
の形状は平膜形状であり、かつ多孔質支持体層とその上
に設けた高分子均質層または緻密層からなる。

【００１８】多孔質支持体層は、疎水性気体透過膜の性
能に最も影響する高分子均質層の支持層として高分子均
質層の機械的変形を防止する役目を持っており、かつ、
十分な気体透過性能を有していることが必要である。ま
た、該支持体層の強度をさらに上げるために、該支持体
層の下にポリエステル織物または不織布などの補強層を
有していることが好ましい。多孔質支持体層の好ましい
高分子としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレ
フィン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ
４フッ化エチレン、ポリスルホン、ポリカーボネートな
どが例示されるが、特に好ましくは、ポリスルホン、ま
たはポリプロピレンである。

【００１９】多孔質支持体層の上に形成される高分子均
質層の具体例としては、シリコーン系樹脂、弗素系樹
脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４メチルペン
テンなどが一般的であるが、特にこれらに限定されるも
のではない。特に、シリコーン系樹脂は、水柱の溶存ガ
ス除去に卓越した性能を発揮することができ、最も好ま
しくは、ポリオルガノシロキサン、架橋型ポリオルガノ
シロキサン、ポリオルガノシロキサン／ポリカーボネー
ト共重合体、ポリオルガノシロキサン／ポリフェニレン
共重合体、ポリオルガノシロキサン／ポリスチレン共重
合体、ポリトリメチルシリルプロピンなどが挙げられ
る。この中でも、機械的強度が高く、酸素透過係数が大
きいという点で、架橋型ポリジメチルシロキサンが最も
好ましい。この架橋型ポリジメチルシロキサンは、製法
によって得られる薄膜の性能が異なり、特開昭60- 2578
03号公報，特開昭62-216624 号公報，特開昭62-216623
号公報に記載されている製法に従って、得られた架橋型
ポリジメチルシロキサンの薄膜が気体透過性に優れ、ピ
ンホールが少ないため好ましい。また、複合膜におい
て、高分子均質膜の材質が、上記架橋型ポリジメチルシ
ロキサンを主成分とするものを、架橋型シリコーン系複
合膜と呼んでいる。

【００２０】架橋型シリコーン系複合膜は、基材膜の表
面に架橋型シリコーン系の薄膜を形成させたことを特徴
とする膜で、表面の状態が一般に非多孔膜と呼ばれるほ
ど緻密な状態を形成しているものが多い。このため、シ
リコーン自体が持つ疎水性に加えて、汚れ成分の吸着を
抑えることができるというすばらしい特性を有してい
る。また、このシリコーン膜の表面にフッ素樹脂系の超
薄膜を形成させて、疎水性をさらに向上させることも可
能である。

【００２１】

【実施例】以下実施例をもってもって本発明をさらに具
体的に説明する。ただし、本発明はこれにより限定され
るものではない。

【００２２】実施例１ 容量60リットルのステンレス被処理液タンク、被処理液
循環ポンプ（ニクニ機械工業株式会社製カスケードポン
プ、形式 20ULD-04S）、疎水性気体透過膜モジュール
（東レ株式会社製脱気膜モジュール、形式SG-110）、水
封式真空ポンプ（樫山工業株式会社製、形式LEM-3 ）、
自動開閉弁とエアーリークバルブを使用して、被処理液
タンク内の液体の脱気を行なうことを目的とする図１に
示す構造の循環式脱気装置を製作した。自動開閉弁は、
ＣＫＤ株式会社AB41-03-7-V を使用しており、疎水性気
体透過膜モジュール側を低圧側（OUT の表示がある
側）、水封式真空ポンプ側を高圧側（INの表示がある
側）として取り付けた。エアーリークバルブとしては、
フジキン株式会社製UH-13pA ニードルバルブを取り付け
た。また、装置の配管はステンレス製配管を使用した
が、水封式真空ポンプと疎水性気体透過膜間のライン
は、透明の塩ビフレキシブルホースを使用した。

【００２３】この状態で被処理液タンク内に50リットル
の水道水（溶存酸素濃度8ppm）を入れ、被処理液循環ポ
ンプでタンク内の水を疎水性気体透過膜モジュールを通
して、流量10リットル／分で循環させた。次に、封水量
2リットル／分を流しながら水封式真空ポンプを作動さ
せると、疎水性気体透過膜により水中溶存酸素が除々に
脱気され、10分経過後には該タンク内の水道水の溶存酸
素濃度は1.2ppmまで低下した。水封式真空ポンプの運転
中にエアーリークバルブを調整して微量のエアーをリー
クさせ、定常運転中の水封式真空ポンプの騒音を騒音計
を用いて音源より30cmの位置で測定したところ75ホーン
であることがわかった。溶存酸素濃度の悪化も見られな
かった。次に、この状態で水封式真空ポンプを停止させ
たが、水封式真空ポンプ封水がモジュール側に流れる現
象は、見られなかった。

【００２４】比較例１ 自動開閉弁とエアーリークバルブを使用しない他は、実
施例と同じタンク、ポンプ、モジュール、を使用して、
循環型脱気装置を製作した。この状態で実施例と同等の
条件で50リットルの水道水を10リットル／分の条件で循
環させ、水封式真空ポンプを運転したが、ポンプの騒音
が大きく、前述の方法で騒音を測定した結果90ホーンで
あることがわかった。また、この状態で水封式真空ポン
プを停止させると、ポンプ側から約 3秒間にわたり、水
が疎水性気体透過膜モジュールの内部に逆流していく現
象が観察された。

【００２５】

【発明の効果】本発明において、自動開閉弁により装置
運転終了時の水封式真空ポンプから脱気膜モジュールへ
の水の逆流を防ぎ、脱気性能を維持することができる。
また、エアーリーク機構により該水封式真空ポンプ動作
時に発生する音を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る脱気膜装置の一実施例のフロー図
である。

【図２】本発明に係る脱気膜装置の一実施例のフロー図
である。

【図３】代表的なスパイラル膜モジュールの構造図

【図４】従来の脱気膜装置の一実施例のフロー図であ
る。

【符号の説明】

１：被処理液タンク ２：脱気膜モジュール ３：被処理液循環ポンプ ４：水封式真空ポンプ ５：自動開閉弁 ６：エアーリーク機構 ７：エアーリーク機構 ８：多孔質中心管 ９：被処理液流路材 １０：透過気体流路材 １１：膜 １２：被処理液 １３：透過気体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 疎水性気体透過膜を内蔵した脱気膜モジ
   ュールと水封式真空ポンプを有し、該モジュールを通過
   する液体中の溶存気体を脱気除去する装置において、該
   真空ポンプと該脱気膜モジュールの間に自動開閉弁を設
   け、かつ該自動開閉弁とモジュールの間にエアーリーク
   機構を設けたことを特徴とする脱気膜装置。
2. 【請求項２】 脱気膜モジュールがスパイラルモジュー
   ルであり、該モジュールに内蔵される疎水性気体透過膜
   が架橋型シリコーン系複合膜であることを特徴とする請
   求項１に記載の脱気膜装置