JPS6233523A - 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】 く利用分野〉 本発明は膜分離技術に関するものである。さらに詳細に
は、本発明は流体混合物から特定成分の濃度が高められ
た流体を分離するために利用できる流体分離エレメント
及びそれを収納した流体分離装置を提供するものである
。特に大気から酸索澗度の高められた酸素富化空気を得
るために適した酸素富化エレメント及びそれを収納した
酸素富化装置を提供するものである。

〈従来技術〉 近年、逆浸透、限外濾過、透析等の分野で膜分離技術の
発展が著しく、その膜モジュールとして中空糸型、平板
型、スパイラル型等が用途に応じて用いられている。本
発明は、平板型膜モジュールを構成する流体分離エレメ
ント及びそれを用いた流体分離装置の改良を行なったも
のである。

一般に平板型モジュールとしては、支持板上に透過流体
通過用のスペーサーを配し、その上に流体分１ｉｌｌｉ
を重ねたものからなる所謂流体分離エレメントを原料流
体通過用スペーサーを介して多層に積層したものが用い
られる。ここで支持板と流体分離膜°を完全にシールし
て分離効率を低下させないようにすることが非常に正装
であり、これまではシール用バッキングを挿入して圧縮
固定してシールする方法や接着剤を用いて接着シールす
る方法が用いられ−Ｃいた。しかしながら、シール用バ
ッキングを用いる方法ではシールの不完全が発生しゃづ
゛い欠点があり、また接着剤を用いて接着シールする方
法では挿入した透過流体通過用スペーサーと共に接着す
るために膜裏面との接着が困丼であり且つ接着剤が広が
る巾が不均一になりやすく狭すぎるとシール不良を発生
し広すぎると有効膜面積が少なくなるという問題点があ
り、その改良が強く望まれていた。

〈発明の目的〉 本発明は、かかる従来の平板型モジュールを用いた流体
分離装置の欠点を改良することを目的としたものである
。更に詳細にはその流体分離エレメントにおける支持板
と分離膜の接着シールを確実なものとすること、使用す
る接着剤の吊を減少せしめること、接着剤層の巾を比較
的均一に且つ狭くげろごと等の改良を目的としたもので
ある。

〈発明の構成〉 本発明者等は、かかる目的を達成すべく鋭意研究した結
果、従来方式のように接着剤層の全面に透過流体通過用
スペーサーを配するのではなくて、接着帯域の内側に該
スペーサーの端部を挿入した状態で接着シールすること
が有効であることを見い出し、本発明に到達した。

即ち本発明は、流体混合物から特定成分を選択的に透過
し得る選択透過膜、支持板、該選択透過膜と支持板の間
に位置した透過流体通過用スペーサー及び透過流体取出
口を具備した流体分離エレメントにおいて、接着剤によ
って該選択透過膜の周囲を該支持板に接着シールせしめ
た接着帯域内に該スペーサー端部の大部分が配されてい
ることを特徴とした流体分離エレメント、及び流体混合
物から特定成分を選択的に透過し得る選択透過膜、支持
板、該選択透過膜と支持板の間に位置した透過流体通過
用スペーサー及び透過流体取出口を具備した多数の流体
分離エレメントを圧縮性部材からなる源流流体通過用ス
ペーナーを介して積層状に配列せしめたモジュールと、
該選択透過膜面上に流体混合物を供給する手段と、該エ
レメントの内側空間圧力をその外側空間圧力よりも低く
せしめる手段と、該選択透過膜を透過した流体を該エレ
メント内側空間より取り出す手段を有した流体分離装置
において、該流体分離エレメントの選択透過膜の周囲を
接着剤によって該支持板に接着シールせしめた接着帯域
内に該透過流体通過用スペーサー端部の大部分が配され
ていることを特徴とした流体分離装置を、提供するもの
である。

以下本発明について図面を用いて更に詳細に説明する。

まず本発明における流体分離エレメントは、その具体例
の１つとして示す第１図（エレメントの平面図）及び第
２図（接着部の断面図）のように、支持板２の上に透過
流体通過用スペーサー（エレメントの内側に位置するこ
とから、以下において内側スペーサーとも記載する。）
５を重ね、さらにその上に選択透過膜１を重ねた状態で
その周囲を接着剤により接着シールせしめたちのであっ
て、該接着剤の分布状態と内側スペー１ナーの端部７が
特定の位置関係にあることを特徴とするものである。即
ち該エレメントにおける内側スペーサーの端部の大部分
は、接着剤の存在する帯状領域６の内側に位置するもの
であり、更に好ましくは該接着剤の帯状領域の内側半分
の領域に実質上位置し、特に好ましくは該接着剤の帯状
領域の内端から１／４の領域に実質上位置するようにし
たものである。尚ここで実質上とは上記の如く特定した
領域内に内側スペーサーの外周端部７の大部分が位置す
ることを意味する。尚内側スペーサーの外周端部７が接
着部の内側端部よりも内側に位置することのない方が、
膜のめり込み等がないので実用上好ましい。

更に本発明の流体分離エレメントには、第１図の透過流
体取出口３に例示される如く、選択透過膜を透過して特
定成分の濃度の高められた流体を内側スペーサーを通過
せしめ、その内部空間から取出すための外部空間へ導通
せしめた透過流体取出口が具備されている。

また本発明の流体分離エレメントの好ましい態様は、第
１．２図にも例示する如く、それを多層に積層せしめて
流体分離モジュールとする場合に膜表面に原料流体を通
過せしめるために必要とされる原料流体通過用スペーサ
ー（エレメントの外側に位胃スることから、以下におい
て外側スペーサーとも記す。）４として、圧縮性部材を
上記接着部における選択透過膜面上の一部に付着せしめ
ることである。接着部における１３着剤層の厚みが均一
であれば外部スペーサーとして非圧縮性部材からなるも
のを用いることもできるが、圧縮部材からなる外部スペ
ーサーを用いると該接着剤層の厚みが均一な場合は無論
のこと不均一な厚みの場合でも、そのエレメントを多層
に積層したモジュールにおいて安定なものが得やすい利
点がある。

かかる圧縮性部材としては、例えば軟質天然ゴム。

シリコーンゴム、軟質のスチレン・ブタジェンゴム、ク
ロロブレンゴム等の軟質ゴム、フオームラバー、ウレタ
ンフオーム、ビニルフオーム、ポリスヂレンフォーム、
ポリエチレンフオーム等の軟質フオーム、フェノール樹
脂スポンジ、尿素樹脂スポンジ等の軟質スポーンジ、及
びコルク、フェルトなどがあげられる。なかでも本発明
の圧縮性部材として好ましく用いられるものは、クロロ
ブレンゴム、クロロブレンゴム７オーム、ポリスチレン
フオーム、ポリエチレンフオームなどである。

尚、外側スペーサを膜面に付着せしめる場合の付着形態
はいかなるものであってもよく、例えば両面テープやシ
リコーン系等の接着剤（第１図の４−ａ）を用いる方法
があげられる。

また本発明の流体分離エレメントの好ましい態様として
、接着部６の内側スペーサ２が存在しない部分における
接着材のみからなる層の厚みが、該内側スペーサーの厚
みの０．５〜１．５倍の範囲にあること、特に好ましく
は該内側スペーサーの厚みに実質上等しいことがあげら
れる。かかる条件が満たされていることによって、接着
部の内側端部や該スペーサーの外周端部における厚みの
変化が小さく、内側スベ〜サーの上に重ねられた選択透
過性膜が使用時において該スペーリ゛−面に押しつけら
れた場合に膜面で凹凸が発生しにくく、該膜性能を維持
したままで長期間にわたって安定に運転することが可能
である。

尚本発明における流体分離エレメントに用いられる選択
透過１０１としては、液体や気体の混合物から特定成分
を選択的に透過し得るものであればいかなるものでもよ
い。その具体的な形状としては、選択透過性能を有した
平膜のみからなるも、該選択透過性能を有した平膜を他
のシート状多孔質基材上に成型せしめたもの等があげら
れる。例えば空気中から酸素を選択的に透過せしめる酸
素選択透過膜の場合の具体例として、ポリ４−メチルペ
ンテン−１又はそれと他のポリオレフィンやビニルシラ
ン、アリルシラン等の共重合体などのポリオレフィン系
の極薄膜１−ａを、不織布や織布上１−ｃに成型せしめ
たポリスルホン多孔質１−ｃ上あるいはポリプロピレン
多孔質の平膜上に積層せしめた積層膜があげられる。

本発明の支持板とはエレメントの形態を保ち、その内部
空間を外部空間と気密あるいは液密状に分離する機能を
有するものである。尚本発明のエレメントは、支持板の
両面に各々内部スペーサーと選択透過膜を積層し接着成
型せしめた形態のものであってもよく、その場合には支
持板の成能を主にエレメントの形態保持となる。支ＩＡ
仮の片面に内部スペーサーと膜を積層・接着成型したも
のの場合の支持体の具体例としては、アルミ板、ジュラ
ルミン板、鉄板等の金属板、あるいはポリプロピレン板
、硬質塩ビ板、ＦＲ−ＰＥＴ板、不飽和ポリエステル板
等のプラスチック板等があげられ、それ表面は平坦であ
っても凹凸が存在ザるものであってもよい。支持板の両
面側に積層・接着成型したものの場合の支持体の具体例
には、エレメントの形態を保持し得る範囲で上記支持板
の内部の少なくとも一部をくり抜いたものやスアンレス
金網、ポリプロピレン多孔板等があげられる。

さらに本発明の内側スベー壷ナーとしては、透過流体が
流通し得る空間が形成されるシート状部材であれば特に
限定されるものではなく、その好ましい形態の１例とし
てネット状部材があげられる。

かかるネット材としては、目のあらい凹凸形状を有する
ものが好ましく、８貿としてはプラスチック製あるいは
金属製のいずれでもよいが軽量化の点からプラスチック
製が好ましい。

プラスデック製の場合、腰のあるものが好ましり、飼料
としては例えばポリプロピレン、ポリエチレンテレフタ
レート。ナイロン等をあげることができる。市販のネッ
ト材を例示するばＱｕｐ　ｏｎｔ社のベクサーあるいは
東京ポリマー社のネト１」ン等をあげることができる。

尚かかる内側スペーサーの厚みとしては０．３〜３　ｍ
ｍが好ましく、さらに０．５−２ｍｍが実用上望ましい
。

また本発明の流体分離ニレメンｉ〜において、内側スペ
ーサー表面の凹凸が大きくて流体分離の際選択透過膜面
に外側から加圧された場合に膜が該凹凸に応じた形に変
形し破損することを防止ザるために、必要に応じてさら
に該スペーサーと膜の間にシート状多孔質材を挿入せし
めることが好ましい。かかるシート状多孔質材の具体例
としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレ
ン。

ナーｒロン等からなる不織布ＡＩ）、ポリプロピレン。

セルロースエステル １へ，再生セルロース等からなる多孔質膜などがあげら
れる。

本発明におけるエレメントは、片面あるいは両面の透過
膜を透過して得られる濃縮流体をとりだすため取出口が
設けられている。取出し口は、その部分の圧損失のほと
んどない断面積及び長さのものを選ぶことが必要であり
、特に支持板の両面を利用した場合の両サイドで共有し
た取出し口では、膜−面に対してそれぞれの取出［１を
設【プる場合と比較して、取出し口の数が半減できるこ
と、さらに取出し口からの濃縮流体をまとめる集合管も
数を減らすことができ、エレメント及びモジュールの構
造が簡便になるという特徴がＣて（る。

取出し口を除い（はエレメントの外周は、流体のもれが
ないように封じられる。即ら、供給流体混合部と膜を透
過した濃縮流体の混合が起こらないような構造になって
いる。

かかる本発明のエレメントの接６一部において用いられ
る接む剤としては、支持板と選択透過膜の裏面を接着シ
ールし得るものであればいかなるものを使用してもよい
。尚かかる接着剤の選定にあたっては、接着剤を調製す
る際の操作性，調製した接着剤を塗布し各部材を接着固
化しシールする際の操作性と接着性、及び得られたエレ
メントを収納した流体分離装置を使用する際の接着剤の
耐久性等が重要である。特に選択透過膜が前記した如き
多孔質膜上に積層されたものである場合に、その多孔質
膜中に接着剤が浸透して接着シールを確実に行なうこと
が容易な接着剤を選定する必要がある。また支持板面で
の接着保持性を高めるために、その支持板面上に微小な
凹凸を形成せしめたものを用いることも有効である。

本発明の流体分離装置は、外側スペーサーを介して前記
した流体分離エレメントを多数積層せしめたモジュール
を用いたことを特徴としたものであり、さらに該モジュ
ールに原料流体混合物を供給し、さらに使用済流体混合
物を排出する手段、該エレメントの内側圧力を外側圧力
より低く維持する手段、膜を透過した流体を通過後流体
取出口を通してエレメント内部より取り出し収集し使用
に供づる導管手段を有している。

例えば気体分離装置で、空気中から酸素富化空気を分離
するための模型酸素富化装置の場合には、第３図に例示
される如く膜表面に大気が流通し得る流路を設けるため
にエレメント２０間に外部スペーサー４をはさんだ状態
で多数のエレメントを積層して配列せしめたモジュール
と、外部から大気Ｃを取込み該モジュールにおけるニレ
メン１−の外部空間に大気を供給して膜面に大気を通過
せしめさらに酸素１度の低下した使用済みの大気りを装
置外に排出する送風手段１８と、該エレメントの内側空
間を減圧状態に維持し膜に酸素富化空気を透過せしめさ
らにその酸素富化空気をエレメント内から取り出すため
の真空ポンプ手段１０．及び各エレメント内からの酸素
富化空気を収集し該装置における酸素富化空気Ａの流出
口に流通せしめる導管手段を有する。

また該酸素富化装置には、膜透過の際に水分も濃縮され
る場合に酸素富化空気を冷却せしめる冷却手段１２．そ
の冷却により酸素富化空気中に生じた水滴を分離する手
段１３．該冷却手段をより有効に機能せしめるためのオ
リフィス等の減圧手段１４゜水分離手段１３からの水分
を導管１７を経て冷却手段表面上で保水し気化せしめる
保水手段１１．使用に供する酸素富化空気Ａの流量を調
節する手段１５及び流分測定手段１６を具備せしめるこ
とが好ましい。

尚、Ｂは余剰の酸素富化空気を示している。

かかるＭ素富化装置において、モジュールを構成した各
エレメントの膜面においてｉ１１度分極をできるだけ小
さくして分離効率を本来の膜性能に近く維持するために
、各膜面に送る大気の流量が酸素富化空気量の５倍以上
、好ましくは１０倍以上、さらに好ましくは３０倍以上
である。すなわち該七ジュールにおけるエレメント間の
各通路にかなりの空気をできるだけ均一に流通させるこ
とが必要である。それ故エレメント間に具備させる外側
スペーサー４によって形成される各エレメント間の間隔
をできるだけ均一にすることが望ましい。本発明では、
前記した如き改良された接着シール形態に加えて圧縮性
を有した外側スペーサーを用いることによって、各エレ
メント間の間隔の均一性を適度に維持した状態で該モジ
ュールを組みたてることが極めて容易になった。尚第３
図では、便宜上外側スペーサー４がエレメント２０の内
側における酸素富化空気の流れに対して直角の方向に位
置する場合を記載しているが、第１図の如く酸素富化空
気の流れと平行に外部スペーサー４を配したものの方が
、大気を酸素富化空気の流れと向流的に流して分離効率
を高めることができるので望ましい。

本発明の流体分離エレメント及び流体分離装置は、上記
した如き酸素富化において有利に用いられるものである
が、それ以外にも選択透過膜の性能を適宜選ぶことによ
ってヘリウムガス、水素ガス等の気体の濃縮分離や逆浸
透、限外濾過、パーペーパーレーション等の液体混合物
の分離に用いることもできる。

以下に実施例をあげてさらに詳細に説明する。

但し本発明はこの実施例によって何ら限定されるもので
はない。

実施例１，２比較例１．２ 第２図に示す如くアルミ板２（厚さ１ａｗ、　　２５０
ａ＊Ｘ　５００ｍ）　、上に第１表に記載する寸法に裁
断したポリプロピレンネット５（厚さ０．５ｍ＋、　１
４メツシユ）をセットし、第１表に示す位置関係となる
ようにエポキシ系接着剤６を塗布巾約１０ａｍ、厚さ約
０．５＃ＩＩＩＩで帯状に塗布した後、別途にポリエチ
レンテレフタレート不織布１−Ｃ（厚さ２３０μ。

目付ｆｆｌ　１８０ｇ／Ｔｄ）上に製膜したポリスルホ
ン多孔１ｇ１−ｂを基材としてその表面にポリ４−メチ
ルペンテン−１の極３Ｊ膜１−ａ（酸素選択透過性あり
）具備せしめた酸素選択透過膜１を接着塗布部に張付は
圧着しながら接着剤をポリ４−メチルペンテン−１極薄
膜の裏面まで浸透させるようにして接着固化せしめて酸
素富化エレメントを得た。

尚各エレメントの接着帯域の１ケ所に細管状の富化空気
の取出し口を挿入した状態で前記接着同化を行なった。

かくして得られた各エレメントの接着後の状態を調べた
結果を第１表に合せて示す。

即ち、実施例１．２の方法を実施した場合透過膜と接着
剤との接着性が良好で、境界層間の気体の洩れがなく、
内側スペーサー端部と接着剤帯域との車なり部分の透過
膜表面での凹凸もなく滑らかで良好であった。比較例１
では内側スペーサー（ネット）に接着剤が引き取られた
接着剤の巾が拡がり接着剤が透過膜に充分接着されない
部分が所々発生し安定した接着状態が得られなかった。

比較例２では接着状態は良好であったが、内側スペーサ
ー端部と接着剤帯域との間に必然的に溝部が出来るため
透過膜表面が凹み気体の吸引作用（気体透過）時透過膜
を傷つけ気体の洩れの原因となった。また内側スペーサ
ーを接着剤で固定す′る作用がないため内側スペーサー
がずれて膜面の凹みが大きくなることがあった。上述の
如〈実施例１．２が最適な方法であった。

実施例３ 実施例１で得られたエレメントの長手方向に沿った相対
する２辺における接着帯域の膜表面上に、外側スペーサ
ーとしてクロロブレンフオームの圧縮性がスケット（巾
１０１１１１１１．厚さ５＃Ｉ）をシリコーン系接着剤
により付着せしめたものを３０枚重ね合わせることによ
って酸素富化モジュール作成し、第３図に示す如き酸素
富化装置を組み立てた。この装置におけるモジュール内
での空気の流れは良好であり、また各エレメントにおけ
る接着シールは長期管保持され、膜面も破損されること
がなかった。

〈発明の効果〉 本発明における流体分離エレメント及びそれを用いた流
体分離装置は、特定の接着シール形態をとることによっ
て、より確実なシールが確保され、特に接着剤帯部の巾
を比較的均一に且つ狭くすることが容易であり、さらに
は使用する接着剤の母を減少せしめ、有効な膜面積を出
来るだけ大きくできる利点がある。また圧縮性の外側ス
ペーサーと組み合せた場合には、多数のエレメントを積
層してモジュールを形成する際に各エレメント間の間隔
を比較的均一に保持した状態で容易に組み立てることが
出来る長所もある。さらに本発明では接着シール部近傍
での膜面の損傷が少なく長期間の耐久性を保持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る流体分離エレメントの平面図を
概略的に示したものであり、第２図は第１図におけるα
−α′面における該エレメント端部（接着部）近傍を断
面図で示したものである。 また第３図は本発明の流体分離エレメントを用いた流体
分離装置の実施態様例として、酸素富化装置を示したも
のである。 特許出願人　帝　人　株　式　会　壮 図面の浄書（内容に変更なし） 手続ネ市装置　（方式） 昭和６０年１１月１３日 持貫午庁長ｐ゛殿 １、事件の表示 特願昭６０−１７１０１０号 ２、発明の名称 流体分離エレメント及びそれを用いた流体分離装置３、
補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 大阪市東区南本町１丁目１１番地 （３００）帝人株式会社 代表者岡本佐四部 ４、代理人 東京都千代田区内幸町２丁目１番１号 ５、補正命令の日付　　昭和６０年１０月２９日６、補
正の対象 図面 ７、補正の内容

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体混合物から特定成分を選択的に透過し得る選
   択透過膜、支持板、該選択透過膜と支持板の間に位置し
   た透過流体通過用スペーサー及び透過流体取出口を具備
   した流体分離エレメントにおいて、接着剤によって該選
   択透過膜の周囲を該支持板に接着シールせしめた接着帯
   域内に該スペーサー端部の大部分が配されていることを
   特徴とした流体分離エレメント。
2. （２）該接着部上の選択透過膜面の一部に圧縮性部材を
   具備せしめた特許請求の範囲第１項記載の流体分離エレ
   メント。
3. （３）該接着部の該透過流体通過用スペーサーが存在し
   ない部分における該接着剤のみからなる層の厚みが、ス
   ペーサー厚みの０．５〜１．５倍の範囲にある特許請求
   の範囲第１項記載の流体分離エレメント。
4. （４）流体混合物から特定成分を選択的に透過し得る選
   択透過膜、支持板、該選択透過膜と支持板の間に位置し
   た透過流体通過用スペーサー及び透過流体取出口を具備
   した多数の流体分離エレメントを圧縮性部材からなる原
   料流体通過用スペーサーを介して積層状に配列せしめた
   モジュールと、該選択透過膜面上に流体混合物供給する
   手段と、該エレメントの内側空間圧力をその外側空間圧
   力よりも低くせしめる手段と、該選択透過膜を透過した
   流体を該エレメント内側空間より取り出す手段を有した
   流体分離装置において、該流体分離エレメントの選択透
   過膜の周囲を接着剤によって該支持板に接着シールせし
   めた接着帯域内に該透過流体通過用スペーサー端部の大
   部分が配されていることを特徴とした流体分離装置。