JPH06507335A - 無気泡型の気体搬送装置及び方法 - 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】 無気泡型の気体搬送装置及び方法 発明の背景 本発明は、気体を直接液体の中に搬送する技術に関する。より詳細には、本発明 は、細長く管状の複数の気体透過性の膜繊維を通して、気泡を形成することなく 、気体を液体の中に効率的に搬送する装置に関する。

気体搬送装置は、排水処理用、並びに、湖及び貯水池の水質の改善のためのエア レーンヨンの如き種々の用途を有する。搬送を可能な限り最も効率的にすること により、運転コストを極力低くすることが望ましい。

エアレーソコンの例に関して言えば、主要な運転コストは、空気を気体交換装置 に送るために必要とされる動力、並びに、液体を気体交換装置の外部へ送るため に必要とされる動力を含む。従来技術は、種々の気体透過性の膜すなわちメンブ レンを用いることにより、気体の搬送速度をより効率的にしようとする多数の方 法を開示しているが、運転の困難性が生じている。気体透過性の膜壁を有し、気 体供給源から離れた方の端部がシールされた中空繊維を実験的に使用して比較的 高い効率を示しているが、今までは種々の問題により連続的な運転が制限されて いた。従って、シールされた端部を有する繊維を気体搬送装置として使用するこ とは、そのような繊維により無気泡型の効率的な気体の搬送の望ましい効果が得 られるにも拘わらず開発されていない。

ワイルグラ−外（Ｗｉ　Ｉｄｅｒｅｒ　ｅｔ　ａｌ、）は、−Ａｐｐｌｉｃａｔ ｉｏｎ　ｏｆ　Ｇａｓ　Ｐｅｒｍｅａｂｌｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　ｆｏｒ　Ａ ｕｘｉｌｉａｒｙ　Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ　Ｂ ａｔｃｈ　Ｒｅａｃｔｏｒｓ”と題する論文（Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　＆Ｒ ｅｃｙｃｌｉｎｇ、　Ｖｏｌ、　８．　Ｎｏｓ、　１／２．　Ｉ）Ｉ）、　１８ １−１９２　（１９８５））の中で、排水の酸素処理用のシリコン配管の内部を 通して酸素を連続的に流すことの有効性をどのように評価したかを開示している 。

従来技術の観察においては、連続流システム、すなわち、酸素が中空の管を過つ て連続的に流れてその遠い側の端部から出るシステムと、ここに開示するデッド エンドすなわちシールされた端部を有するシステムとの間には差異が認められて いる。デッドエンド・システムとは、気体透過性の膜壁を有する管状の繊維が使 用され、該繊維が、気体入口から離れたシールされた端部を有しているシステム である。純粋酸素が上記繊維の中に導入され、該繊維が水の中にある場合には、 窒素、水蒸気及び二酸化炭素の如き気体が、水から繊維の内部へ逆拡散する。酸 素が、膜繊維の壁部を通って外部へ通過するに連れ、繊維の中の水蒸気、二酸化 炭素及び窒素の濃度が増大する。上記化字種の最も高い濃度は、気体入口から離 れた繊維の端部に存在する。窒素及びＣＯ２は、これらの気体の内部分圧がそれ ぞれの外部分圧を越えた時に、上記繊維の壁部を通って外部へ逆拡散することが できる。繊維の内部と外部との間の定常状態に到達し、この状態においては、上 記気体は繊維の中に全く蓄積されない。しかしながら、繊維の内部の水蒸気の濃 度が増大するに連れ、水蒸気が繊維から出る前に凝縮が生ずる。この凝縮は、水 蒸気の内部圧力が飽和蒸気圧を越えた時に生ずる。デッドエンドを有する繊維の 内部における上記凝縮の現象は、以前の研究者によって実験で観察されているが 、その問題に対する解決策は従来、逆拡散する気体及び水蒸気の流出、あるいは 、膜を周期的に停止して空にすることであった。連続的な運転は不可能であった 。

コート外（Ｃｏｔｅ　ｅｔ　ａｌ、）は、”Ｂｕｂｂｌｅ−Ｆｒｅｅ　Ａｅｒａ ｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ：　Ｍａｓｓ　ＴｒａｎｓｆｅｒＡ ｎａｌｙｓｉｓ＋と題する論文（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＭｅｍｂｒａｎｅＳｃ ｉｅｎｃｅ　（１９８８）に発表された）において、排水を酸素処理するために シリコンゴムの管に酸素を連続的に流すことを評価している。その著者も、気泡 を形成することな（微孔性の繊維に高い酸素圧力を使用することのできる唯一の 方法（気体搬送効率を増大させる）は、管を包囲する水も加圧することであると いう結論を出している。上記著者は、流れを通さない閉鎖された端部を有する管 を用いる運転は避けるべきであり、その理由は、閉鎖された端部は、膜の酸素搬 送性能を大幅に減少させ、管の内部に水蒸気を凝縮させることになるからである と明言している。上記凝縮は温度変化によるものであるとされている。上記著者 は、水蒸気の逆拡散並びにその結果生ずる相変化が原因であるとは認識していな い。

オオニシ外（Ｏｎｉｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ、）に発行された米国特許第４，１８１ ．６０４号（１９８０）は、排水中の有機物を分解する微生物の培養を支援し、 該微生物に酸素を供給するための中空繊維の膜システムを開示している。

従来技術は、薄肉の膜、高い気体圧力、連続的な気体流、及び純粋酸素等を用い て、気体搬送速度の効率を極力高くする多くの方法を提案している。しかしなが ら、気体を液体の中へ効率的に搬送することによりコストを低減する実施可能な 方法は教示されていない。そのような方法の１つは、高い搬送すなわち利用効率 を得ようとするものである。すなわち、繊維に供給された気体の大部分あるいは 全部を液体の中へ搬送しようとするものである。この高い効率は、デッドエンド を有する繊維を用い、繊維に供給された気体が損失しないようにすなわち浪費さ れないような無気泡型の気体の搬送を行うことによって得ることができる。しか しながら、本発明以前には、そのような繊維には周期的に水が充填され、空にさ れるまでは使用できないものであった。

本発明は、中空繊維の中の凝縮を連続的に確実に排出し、これにより、連続的な 運転を可能とするものである。

本発明は、気体を液体の中へ効率的に搬送するための中空繊維膜に関する。各々 の繊維は、気体透過性の壁部と、調節される気体供給源に接続された開放端部と 、反対側のシールされた端部とを備える。各繊維の第１の部分に用いられる壁部 の材料は、微孔性の材料、又は、薄く滑らかで非多孔質の気体透過性のポリマ層 でその外側面が被覆された微孔性の材料とすることができ、あるいは、上記壁部 は均質な気体透過性の膜とすることができる。各中空繊維の壁部の第２の部分は 、使用時の繊維に作用する差圧の下で、水の通過を許容する。微孔性の繊維又は 均質な気体透過性の繊維を、繊維の第２の部分に使用することができる。繊維の 上記部分は湿潤される必要がある。すなわち、上記壁部の材料は、凝縮した水を 管状の繊維の外へ導くように調整される。上記湿潤された部分は、閉鎖された端 部の付近であるのが好ましい。上記湿潤された部分は、該湿潤された部分の泡立 ち点の圧力よりも低い圧力で、繊維の内部の凝縮した蒸気が繊維を通過するのを 許容する。

微孔性の繊維を用いた場合には、繊維の被覆されず湿潤されない第２の部分は、 湿潤剤を用いて最初に湿潤される。アルコールの如き水溶性の溶媒、又は、表面 活性剤を用いて、上記壁部の微細孔を最初に充填する。使用時に水蒸気が凝縮す るに連れて、繊維の内部の凝縮液は、気体の流れによって繊維のシールされた端 部に向かって押され、該端部において、膜の湿潤された部分に接触する。凝縮液 は、湿潤された膜の壁部の微細孔の中へ入って該微細孔を通過する。毛管作用に より、上記微細孔の湿潤された状態が維持され、凝縮液は、繊維の内部から上記 微細孔を通って連続的に流れて繊維の中に捕捉されることはな（、連続的な運転 が可能となる。微細孔の中の液体は、通常の運転三方の下では微細孔から「流出 ヨせず、十分な長さの時間にわたって作用可能な状態を維持する。

その全長にわたって被覆された繊維、あるいは、気体透過性で非多孔質の繊維の 遠い側の端部は、水の通過を許容する材料のプラグで閉塞することができる。

ポリアクリル酸エステル、セルロースアセテート、ポリアクリルアミド、及び、 親水性を与える極性及び／又はイオン化可能な官能基を有する他の重合体の如き 、湿潤性の橋かけ重合体を用いて上記プラグを形成することができる。ポリプロ ピレン及びポリエチレンの如き被覆されない微孔性の膜の遠い側の端部をヒート シールすることができる。この場合には別個のプラグは必要としない。

繊維の開放された端部に接続された気体供給源は、圧力調節され、繊維の壁部の 第１の部分を通って液体の中へ入る気体を補充する。

処理すべき液体は、繊維の外側面に接触して気体交換が行われる。一実施例に示 すように、液体は、入口及び出口を有するハウジングを通過する。該ハウジング は、繊維の長手方向に沿って該繊維を包囲し、流体の流れを繊維の周囲に集中さ せると共に、繊維の周囲を流れる液体を周囲の液体から分離する。

繊維の気体透過性の壁部、並びに、水透過性のすなわち湿潤された壁部を組み合 わせることにより、凝縮液が湿潤された水を搬送する壁部を介して排出されるの で、気泡を形成しない効率的な気体の搬送を可能とし、連続的な運転を可能とし ながら１００％の気体搬送効率に近づける。

以下においては図面を参照するが、これら図面において、図１は、本発明の第１ の形態の気体搬送装置を水平な状態で示す側面図であり、図２は、単一の管状の 繊維の概略的な横断面図であり、図３は、垂直方向に配列された本発明の蔦２の 形態の繊維の概略図である。

図面を参照すると、符号１０でその全体を示された気体搬送装置は、細長く管状 の複数の繊維１２を備えており、これら繊維は、流れの導管すなわちハウジング １６の中に設けられており、該流路を通って、処理すべき周囲の液体がポンプ１ ８によって移動されるすなわち流動される。ポンプは、導管すなわちハウジング １６の内部にあるインペラ１８Ａを備えている。本装置は、種々の用途に対して 、酸素、二酸化炭素及び二酸化硫黄の如き気体を、水の如き液体の中へ効率的に 搬送することができる。排水処理がそのような用途の１つである。

管状の繊維１２は、連続的な内部通路すなわち開口を備えている。繊維は細長（ 、気体マニホールド１４の中に保持された開放された端部を備えており、上記気 体マニホールドは、加圧された気体の供給源１５に接続されている。このシステ ムすなわち装置に圧力調節器１７を用い、繊維の内部に供給される気体に関して 所望の調節された圧力を得る。

図２に概略的に示すように、中空繊維１２は、ポリプロピレン、ポリエチレン、 ポリテトラフルオロエチレン、及び、周知のプロセスで形成される他の類似の微 孔性材料等の通常の紡糸可能な高分子材料によって製造される微孔性の膜壁２０ を有している。微孔性の膜壁２０は、直径が０．０２乃至０．２ミクロンの平均 孔径すなわちポアサイズ、並びに、２５ミクロン程度の肉厚を有するのが好まし い。繊維の壁部の気孔率は、２０乃至４０％である。繊維の内部の圧力調節され た気体は、上記細孔を通過し、周囲の液体の中へ拡散する。従って、繊維１２は 、比較的小さな外径を有しており、その外径は、１００乃至４００ミクロンであ るのが好ましい。

プラグ２２が、各繊維１２の内部通路の一端部を封止し、他端部２４は、マニホ ールド１４から気体を受け取るために開放されており、上記マニホールドは、こ れに接続された調節された気体供給源を有している。上記開放された端部２４は 、該端部をサポートパネルに設けられたポット化合物の中に係止することにより 、上記マニホールド１４に接続されており、上記サポートパネルは、繊維の開口 に整合された開口を有しており、これにより、気体はマニホールドから繊維の開 口に入ることができる。マニホールドに対する繊維の開放された端部の接続は、 他の周知の技術を用いて行うこともできる。上記端部がマニホールドにおいて開 放した状態を維持する限り、繊維を所望の形態のコネクタに接続し、これにより 、気体を繊維の内部へ導入することができる。

プラグ２２は、管状の繊維１２のそうでなければ開放される遠い側の端部から気 泡が逃げるのを防止する。プラグで閉塞された端部は、いかなる構造にも直接取 り付けられておらず、これにより、各繊維１２は概ねその全長にわたって、下流 側の局部的なフローパターンと共に動き、表面せん断を発生すると共に、気体の 搬送を改善することができる。プラグ２２は、架橋ポリアクリルアミド、又は、 生分解性をもたず、且つ、繊維材料に接着するかあるいは該繊維材料に固着する ことができ、従って、使用時に脱落することのない湿潤性の重合体すなわちポリ マの如き、気体の搬送に使用される差圧において水の通過を許容する材料から形 成することができる。

プラズマ重合された気体透過性のジシロキサンの如き、薄く滑らかで、耐薬品性 を有する約１ミクロンの厚みの非多孔質の気体透過性のポリマコーティング２６ が、各繊維１２の少なくとも主要な部分の外側面に塗布される。水搬送材料から 形成される端部プラグを使用しない場合には、繊維の長さの０．５乃至５％を占 める外方のすなわち遠い側の端部２８にはコーティングを施さないままにし、壁 部を通る通路をもたらす微細孔を存在させる。

コーティングすなわち被覆された繊維は、米国特許第４，８２４，４４４号に開 示される如き、商業的に使用可能な適宜な態様で製造することができる。コーテ ィング２６は、効率的な気体の搬送を促進する多くの機能を果たす。コーティン グ２６の円滑性すなわち滑らかさは、気体が拡散するために通過する表面を閉塞 する傾向を有する異物及び微生物の蓄積を阻止する。繊維の壁部の細孔を通過　 。

することができる繊維の内部の加圧された気体も、非多孔質のコーティング２６ の薄さ及びその組成によって、該コーティングを透過することができる。また、 コーティング２６は非多孔質であるので、気泡の形成が防止される。コーティン グを設けない場合には、膜の細孔から出る気体は、繊維の内部と外部との間の約 ０．０７０３ｋｇ／ｃｍ”乃至約０．１４０６ｋｇ／ｃｍ”　（１乃至２ｐｓｉ ）の差圧において、繊維の表面に気泡を形成する傾向を有する。非多孔質のコー ティング２６は、より高い気体の圧力での運転を可能とし、これにより、より高 い気体搬送速度が生ずると共に、気体が気泡となって損失されるのを防止する。

効率的な気体の搬送は、被覆された繊維を用いた時に生ずる。被覆された繊維の 内部に供給される調節された気体圧力は、約１．４０６ｋｇ／ａｍ”乃至約４． ２１８ｋｇ／ｃｍ”　（２０ｐｓ　ｉ乃至６０ｐｓｉ）であるのが好ましい。最 も望ましい気体圧力は、約２．８１２ｋｇ／ａｍ”　（４０ｐｓ　ｉ）よりも高 い。繊維が被覆されていない場合には、気泡を防止するために、差圧を約０．１ ４０６ｋｇ／ｃｍ２（２ｐｓ　ｉ）よりも低（する必要がある。

繊維の部分２８は被覆されないままであり、上述のように繊維の内部通路に逆拡 散して凝縮した水蒸気が繊維の外に出るように湿潤される。加圧された気体が、 凝縮した総ての蒸気をプラグ２２付近の繊維の端部へ押圧するので、被覆されず に湿潤された部分２８は、プラグすなわちシール２２に隣接する端部分だけで良 く、これにより、気体の拡散に使用できる繊維膜２０の面積は極めて大きくなる 。

極端な場合には、プラグ自体を水透過性とし、凝縮液を逃がすようにすることが できる。

気体が、繊維の膜壁の被覆されていない端部２８を通って外側に出て気泡を形成 するのを防止するために、上記端部２８は最初に湿潤剤で湿潤される。アルコー ルの如き水溶性の溶媒を用いることができ、また、膜の細孔に侵入して繊維の膜 材料を湿潤させる表面活性剤も使用することができる。上記溶媒又は表面活性剤 は、毛管作用により繊維膜を最初に湿潤させ、通常の運転圧力において気体が繊 維の内部から出るのを防止し、更に、凝縮した水蒸気がこれも毛管作用により出 るために通過する通路を提供する。

研究の結果、湿潤された微孔性のポリプロピレン繊維を用いた場合には、液体を 微細孔の外側へ追い出すためには約１０．５５ｋｇ／ｃｍ”　（１５０ｐｓ　ｉ ）を越える圧力が必要であることが判明した。この圧力は次に、既に湿潤されて いる部分の壁部を通って気体を繊維の外部へ通過させる。湿潤剤は、液相が微細 孔を充満するに十分な壇まで最初に水の表面張力を低下させるために使用される 。

通常、水は、微細孔に侵入できない程度の十分に高い表面張力を有する。しかし ながら、微細孔が湿潤された後には、水はそれら微細孔を自由に通過し、その湿 潤された細孔に隣接する繊維の内部の凝縮液は、上記細孔の中へ入りその後繊維 を出て外側の液体の中へ入ることができる。繊維の内部から外部への凝縮液の搬 送は、より高い内部の運転圧力により促進される。従って、凝縮液は外部へ逃げ ることができる。

湿潤された微孔性のポリプロピレン繊維の泡立ち点の圧力は、約１０．５５ｋｇ ／ｃｍ２（１５０ｐｓ　ｉ）より上であることが判明した。すなわち、気体が湿 潤剤及び／ヌは水を膜の細孔から追い出し、逃げた気体から成る気泡を形成する 前に、内部の気体圧を約１０．５５ｋｇ／ｃｍ２（１５０ｐｓ　ｉ）よりも高く する必要がある。従って、湿潤された被覆されていない繊維の部分を用いて満足 すべき運転を行うための最大圧力は、約１０．５５ｋｇ／ｃｍ”（約１５０ｐｓ 　ｉ）である。気体供給源１５は、気体の分圧を液体へ搬送されるように繊維の 長さに沿って十分高く且つ泡立ち点を越えないように選択される制御可能な調節 された圧力で、気体をマニホールド１４に従つて繊維１２に連続的に供給する。

繊維１２の内部の気体と繊維の外部の液体との間の差圧が増大するに連れ、駆動 力すなわち繊維膜を通る気体搬送速度は増大する。

ハウジング１６は、入口３０及び出口３２を有するチューブであり、該チューブ は、各繊維の長さに沿って繊維１２を包囲し、流体の流れを繊維の周囲に集中さ せると共に、繊維の周囲を通る液体を周囲の液体から分離する。ハウジング１６ は、処理すべき液体のプールの中に浸漬され、その液体の一部をハウジングの中 へバイパスさせて繊維１２の周囲を通す。上記ハウジング１６は、繊維がその断 面を横断して広がるようにする形状であるのが好ましく、例えば、矩形状のチュ ーブとすることができる。壁部の内側に偏向板２１を取り付け、繊維を通って流 れる液体の乱流を促進させることができ、該乱流は気体の物質移動も誘発する。

ハウジングは、繊維が垂直方向又は水平方向、あるいはその間の適宜な角度で伸 長するように配置することができる。流れは、図示のように繊維に沿うだけでは なく、繊維の長さを横断して側方へ流れるようにすることもできる。

液体は、ポンプ１８の如き手段によってハウジング１６を通りで移動される。

流速は、液体の中に分散された繊維１２をもつれずに且つ自由に浮遊する状態で 保持するに十分な速度に少なくともすべきであり、水平な流れに対しては、１ｍ ／秒よりも大きいのが好ましい。１ｍ／秒よりも低い流速、例えば、０．０１乃 至０．４ｍ／秒の流速は、ハウジングが垂直に配列され且つ高い効率を得ること ができる時に使用することができる。

運転の際には、ハウジング１６の入口３ｏに液体が入り、ポンプ及びインペラ１ ８Ａによってハウジング１６の内部へ送られて繊維１２の外部へ通過する際に、 気体の搬送速度を増減することができる。気体は、気体供給源１５によって、開 放された端部２４において各々の繊維１２の内部に連続的に供給される。繊維１ ２の数は、所望の気体搬送速度に応じて変えることができる。繊維１２に入った 気体は、膜２０の乾いた細孔を通過し、非多孔質のコーティング２６を透過し、 気泡を形成することなく、繊維の外部を流れる液体の中に拡散する。実質的に１ ００％の効率が得られ、入力する動力が低く、従って、気体を液体の中へ搬送す るコストが極めて少なくなる。

図３には、タンクすなわちチャンバを横断して横方向に伸長するマニホールドに 取り付けられて概ね垂直方向に伸長する複数の繊維を示す本発明の変更された形 態が示されている。この例においては、符号４ｏでその全体が示される閉鎖型の タンクは、その両端部に流れを直線化する邪魔板４１を備えており、該タンクに は処理すべき液体が充填されている。符号４２で示す複数のマニホールドはその 底部をタンクに支持されており、各々のマニホールドは、上述のように閉鎖され た遠い側の端部を有する複数の別個の繊維４３を有している。気体が各々のマニ ホールド４２に供給され、、従って、繊維４３の内部には気体が存在する。繊維 は浮いて直立しようとする傾向があり、符号４４で示す如きインペラが始動され て液体を繊維を横断するように横方向に動かした時に、上記繊維は液体の流れの 方向に曲がる傾向を有する。繊維４３も、凝ＩＩ液を逃がすことのできる湿潤さ れた端部を有しており、本発明のこの形態においては、比較的低い液体の流速に おいて高い搬送速度を得ることができる。

微孔性の繊維は、該繊維の一部が湿潤されて凝縮液を内部から外部へ搬送するの を許容する限り、被覆されない状態のままにすることができ、これにより、気体 搬送装置は連続的に運転することができる。繊維の湿潤され”Ｃいない部分は、 気体が液体の中へ逃げるのを許容する。運転圧力は、被覆された繊維の場合より も低（し、これにより気泡を防止し、且つ、湿潤された部分が、繊維の内部に形 成された凝縮液を膜壁を通して外部へ搬送する毛管作用を許容するようにする必 要がある。

本発明の原理を用いる気体の搬送効率を、７６ｃｍの長さ及び０．０４２５Ｃｍ の外径を有する単一の繊維をガラス管の中に取り付け、次に酸素で加圧すること により、実験室テストで確認した。脱酸素された水をリザーバからガラス管を通 して繊維の周囲へ循環した。繊維の遠い側の端部を本明細書で説明したように閉 塞し、時間経過によるリザーバの中の酸素濃度の増加を測定することにより酸素 の搬送を測定した。

下の表Ａはその結果を示している。各欄の上の表示の定義は表の下に示す。

表Ａ Ｉ　Ｑ、　Ｌ／ｗｉｎ　Ｖｅｌ、　ｃ＋＋＋／ｓ　Ｏ２圧力　ｋＬ、ｃｍ／ｓｅ ｃ　Ｓｈ　Ｒｅ２４．１８　２４５．０３　２０　０．０３２７１　９５１．９ ９　１６５７７．２３４．１ｇ　２４５．０３　３０　０．０３４３　９９ｇ、 ０５　１６５７７．２４４．１８　２４５．０３　４０　０．０３５３８　１０ ２９．５　１６５７７．２５２．９８　１７４．６９　２０　０．０２６８７　 ７ｇ２　１２０７０．７６２．９８　１７４．６９　３０　０．０３２　９３１ ．３１　１２０７０．７７２．９８　１７４．６９　４０　０．０３５０５　１ ０２０．１　１２０７０．０ｇ２．１　１２３．１　２０　０．０２０１２　５ ｇ７．４４　８５０６．２２９２．１　１２３．１　３０　０．０２６５３　７ ７２．１５　８６８６．３５１０２．１　１２３．１　４０　０．０２９８７　 ｇ６９．２２　８ｇ６９．１５Ｑ　＝　流量（リットル７分） Ｖｅｌ　＝　速度（センナメートル７秒）０２　＝　酸素圧力（ボンド／平方イ ンチ）ｋｌ−＝　全体の物質移動係数 ｓｈ　＝　ヌッセルト数 Ｒｅ　＝　レイノルズ数 酸素の圧力は、繊維の内部の圧力である。ｋ＋、は、液体への酸素の搬送速度の 直接的な目安であり、比較及び設計に使用することができる。低い流速における 酸素の圧力は、搬送係数に影響を与えるが、より高い流速においては、圧力の効 果を減少することが分かる。

プロセスパラメータに対する酸素搬送係数の依存度は、上の表に示すように、無 次元数であるヌッセルト数（Ｓ　ｈ）及びレイノルズ数（Ｒｅ）の関係によって 表すことができる。

上述の得た結果を用いて多繊維の構造を極めて容易に設計し、商業的な規模の設 備における搬送の効果を表すことができる。

上述の如（構成された繊維に高い気体圧力（約２．８１２　ｋ　ｇ／　ｃｍ”　 （４０ｐｓｉ）よりも高い）を用いた場合には、低い流速において、１馬力時間 （ＨＰ・ｈｒ）当たり約４．５４ｋｇ　（１０ボンド）よりも大きな高い気体搬 送速度を得ることができる。１馬力時間当たりで搬送される酸素のポンド量で示 される搬送速度を種々の運転条件で比較することにより、相対的な運転コスト（ 装置の運転効率）を比較することができるので、ポンプ１８によって消費される 動力を減少させることが重要である。従って、選択された濃度の気体を液体へ搬 送する時間が相当程度に増大しない場合には、低い流速が望ましい。約２．８１ ２ｋｇ／ｃｍ２（４０ｐｓｉ）よりも高い圧力における液体への気体の搬送は、 繊維を懸架させるに十分な最小の流速が与えられる限り、流速にはあまり影響を 受けないので、高い圧力は、装置全体の効率を高（する。酸素、二酸化硫黄、及 び二酸化炭素の種々の液体への搬送が効率的に行われる。

繊維の壁部は、ポリジメチルシロキサン、又は、ポリジメチルシロキサン／ポリ カーボネートの共重合体の如き、均質な気体透過性のポリマで形成することがで きる。第１の壁部分は被覆する必要がないが、第２の部分は調整するか湿潤させ て、運転状態の差圧の下で気体の泡を発生することなく、水の通過を許容するよ うにする必要がある。水透過性の材料から成る端部プラグを用いることができ、 また、湿潤可能な調整された均質な材料も用いることができる。

微孔性の繊維は、米国ノースカロライナ州のンヤーロット（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ ）のへキスト・セラネーズ（Ｈｏｅｃｈｓｔ　Ｃｅ１ａｎｅｓｅ）によって、商 標名セルガード（ＣＥＬＧＡＲＤ）として販売され−Ｃいる。微孔性の繊維並び に均質な気体透過性の膜は、日本国東京の三菱レーヨン株式会社（Ｍｉｔｓｕｂ ｉｓｈｉ　Ｒａｙｙｏｎ　Ｃｏ、Ｌｔｄ、）から入手可能である。入手可能な他 の種々の繊維及び膜が、米国特許第４，８２４．４４４号に列挙されている。

好ましい実施例を参照して本発明を説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱 することなく形態及び詳細部の変更を行えることは当業者には理解されよう。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１卯　−２ 平成　５年１１月３０日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．気体透過性の壁部を有する複数の細長い中空繊維を通して、気泡を形成する ことなく、気体を直接液体の中へ連続的に且つ効率的に搬送するための方法にお いて、 各管状の繊維の一端部を閉鎖する工程と、各々の管状の繊維の前記一端部付近に 水を搬送する壁部を設け、内部の凝縮液が、与えられた圧力勾配において、前記 壁部を通って搬送されるようにする工程と、 前記各々の管状の繊維の内部に、前記一端部とは反対側の開放された端部におい て気体を供給し、該気体を、前記水を搬送する部分を除く前記繊維の部分に沿う 前記繊維の壁部を通して通適させ、前記繊維が置かれている液体の中へ拡散させ る工程とを備える方法。
2. ２．請求項１の方法において、前記繊維の材料として微孔性の材料を選定する工 程と、前記繊維の前記水を搬送する壁部を湿潤させる工程とを備えることを特徴 とする方法。
3. ３．請求項２の方法において、前記中空繊維の湿潤されていない部分の外側面を 、非多孔質の気体透過性の層で被覆する工程を備えることを特徴とする方法。
4. ４．請求項３の方法において、前記繊維の材料を選定する工程において、ポリプ ロピレンを選定し、前記繊維の外径を１００乃至４００ミクロンとし、前記繊維 の膜の肉厚を１０乃至２５ミクロンの範囲とし、前記繊維の膜壁の細孔の平均直 径を０．０２乃至０．２ミクロンとすることを特徴とする方法。
5. ５．請求項３の方法において、前記繊維の湿潤されていない部分を被覆する工程 が、約１ミクロンの厚みのプラズマ重合されたジシロキサンの外側コーティング を塗布する段階を含むことを特徴とする方法。
6. ６．請求項１の方法において、各々の管状の繊維の一部を調整することにより、 前記繊維の中に入って凝縮した水蒸気を、気泡の形成による気体の放出を防止し ながら、前記繊維から出すことを許容する水を搬送する部分を最初に形成する工 程を含むことを特徴とする方法。
7. ７．請求項１の方法において、前記各々の管状の繊維に気体を供給する前記工程 が、前記繊維の湿潤された部分又は湿潤されていない部分の外側面に気泡が形成 される圧力レベルよりも低い圧力に前記気体を調節する段階を備えることを特徴 とする方法。
8. ８．内側面及び外側面を有する膜壁を備えた複数の細長い管状の繊維を通じて気 体を液体の中へ搬送する装置において、開放された端部及びシールされた端部を 各々有し、液体の中へ伸長するようになされた複数の繊維であって、気体透過性 の第１の壁部分、第２の壁部分、及び／又は、前記内側面から前記外画面への水 の搬送を許容するプラグを各々有する複数の繊維と、 前記繊維の開放された端部に接続され、前記第１の壁部分又は前記第２の壁部分 の外側面で泡立つことなく、前記繊維の前記第１の部分の壁部を通過させるよう な圧力で、気体を前記繊維の内部に供給する調整された気体供給源とを備えるこ とを特徴とする装置。
9. ９．請求項８の装置において、前記繊維は、ポリプロピレンから形成されると共 に、０．０２乃至０．２ミクロンの直径を有する微細孔を備えており、前記繊維 の前記第１の部分は、非多孔質で気体透過性の層で被覆されたそれぞれの外側面 を有することを特徴とする装置。
10. １０．請求項８の装置において、前記水を搬送する部分は細孔を有しており、当 該装置が最初に使用される時に、前記細孔の中に湿潤剤が充填されることを特徴 とする装置。
11. １１．調節された気体供給源に接続されるようになされた開放された端部と、該 開放された端部から離れた閉鎖された端部とを備え、気体を液体の中へ搬送する ための管状の膜において、前記開放された端部と前記閉鎖された端部との間の当 該膜の長さの第１の部分に沿う気体透過性の壁部と、前記閉鎖された端部に隣接 する第２の壁部分とを備え、該第２の壁部分は、外側における泡立ち点の圧力よ りも低い圧力で気体が核第２の壁部分を通過するのを胆止し、且つ、前記管状の 膜の中の運転気体圧力の下で、該管状の膜の内部から外部へ前記第２の部分を通 して液体を搬送する毛管作用を生ずるように湿潤されることを特徴とする装置。
12. １２．請求項８の装置において、前記繊維の第１の壁部分は、均一で疎水性の非 多孔質の気体透過性のポリマであり、前記第２の部分は、親水性で水透過性であ ることを特徴とする装置。