JPS6260923B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重合体で作られた選択性の膜によつて
達成される液体及び気体の混合物の拡散分離法の
分野に係り、特に、気体及び液体混合物の分離に
役立つ膜要素と、該膜要素を用いる膜装置とに係
る。

本発明は化学、ガス、石油、医薬及びその他の
諸工業で特に有利に使用され、空気中の酸素成分
の濃化、気体混合物からヘリウムと水素との抽
出、水の脱塩、及び各種の気体及び液体の混合物
の分離のごとき諸工程に応用することができる。

膜装置によつて酸素濃度を増加された空気は、
例えば医療及び化学反応を促進するための工程に
広く使用される。

現在、膜装置は、前記の諸工程を達成するため
に広く応用されている。膜装置の製造は、今日、
混合物の分離効率の改善、膜装置並びにそれに用
いる要素の製造方法の簡易化及び使用可能期間の
延長についての問題に直面している。

当業界においては、気体及び液体の混合物を分
離するための膜要素であつてそれらの技術的性質
においてここに提案された発明に似ているものが
多数知られている。

ロール型の膜要素（1975年、モスクワ、化学出
版社、デイトネルスキー“液体混合物の分離にお
ける膜プロセス”第64頁及び第65頁参照）が知ら
れている。

前記先行技術の膜要素は、可撓性の多孔板と波
形にされた薄板とによつて仕切られた２枚の膜を
有し、諸要素は長手方向のスロツトを設けられた
管の周囲にコイル巻きにされている。

前記要素の本質的欠点は、透過する混合物の流
れに及ぼす高い液圧抵抗による媒体の低い分離効
率と、製造工程が複雑であることである。

膜要素が板・枠プレス形フイルタの形式にされ
ている膜装置は気体及び液体の混合物を分離する
ために工業的に広く使用されている。

また、圧力によつて作用される膜の支持体とし
て働らき、かつ透過する気体が流通可能の繊維質
材料または多孔材料（例えば、濾過紙）から製作
された分離板によつて隔てられた２枚の平らな膜
から作られた膜要素も当業界に知られている
（1972年）、トロント、R.E.レイシー及びS.ジヨー
ブ“膜を用いる工業的処理”参照）。

前記先行技術の膜要素は、多孔層の高い液圧抵
抗のために混合物の分離効率が低いので不利であ
る。前記要素の構造は膜のしわ寄りとその過度の
緊張状態とを防止できず、その結果として、要素
の耐用期間は、特に膜がガラス質の重合体から作
られる場合はかなり短かい。

本発明に最も近いのは、本願の発明者が原形と
見なしている多孔基板を中間に配した２枚の半透
膜を有する気体及び液体の混合物を分離する膜要
素である（1967年７月25日付けの米国特許第
3332216号、クラス55−158参照）。

前記要素の多孔基板は、方形にされた金属スク
リーンであつてその全長にわたつて、その中心軸
線に沿つて密着された薄い金属細長片を両側に有
するものとして形づくられている。前記２枚の金
属細長片と組立てられたスクリーンは、濾過紙の
ごとき繊維質材料から作られた殻即ちシエル内に
包囲されている。即ち要素を密閉するため、膜は
その端面において締付けられている。

前記膜要素は、多孔基板によつて生ずる高い液
圧抵抗により分離効率が低く、さらに異なる圧力
が膜に加えられるため膜に作用する荷重は均等で
ないので不利である。

前記膜要素は金属スクリーンを使用するから、
膜に作用する異なつた圧力は膜を曲げ、その結果
として膜の引張りとその亀裂とを招き、微細な亀
裂は分離効果に大きな影響を及ぼし、膜要素の早
期破損の原因となつている。

前記多孔基板を組込まれた膜要素の製造は多く
の労力と費用を要し、そしてそれを用いた装置
は、構造が複雑化し、費用が増加していた。

本発明の目的は、膜装置における膜要素の使用
が、高い装入密度で装置内に配設される膜内に組
込まれた多孔基板によつて生ずる流体圧を減じる
ことによつて気体及び液体の混合物の分離効率を
向上させ、微細亀裂を生じさせる膜の引張りを防
止するものであり、膜要素そのものの構造と膜装
置全体の構造とをともに簡易化するようにした多
孔基板を有する膜要素を提供することである。

以上の、及びその他の諸目的に鑑み、気体及び
液体の混合物の分離のための膜要素であつて、一
方の側面が平らで他方の側面がリブを形成され、
互いにそのリブ付きの側面を接して向かい合いか
つ一方のリブが他方のリブとほぼ90゜の角度で重
ねて設けられた２枚の多孔板の形式に構成された
多孔基板を間に配置された２枚の半透膜を有する
ものが本発明によつて提案される。

膜要素の前記構造は多孔板間に通路を形成さ
せ、その結果として、流れる混合物に対する流体
圧抵抗は最小厚さの膜要素（0.7〜2.0mm）におい
てすら著しく減じられる。堅い多孔板の平坦側に
膜を取付けることは、膜の引張りとしわ寄りとを
防止するので、膜要素の耐用期間はかなり延長さ
れる。

膜要素の基板である多孔板は安価なプラスチツ
クから製造され、それによつて、膜要素の製造は
簡易化されかつその原価は低くなる。

前記膜要素は気体及び液体の混合物の分離のた
めの膜装置に使用することができる。

本発明の膜要素を組込まれてた膜装置は、ケー
スと、カバーと、分離される混合物の供給と排出
のためのそれぞれの連結部と、前記ケース内に配
置されかつ平らな膜要素が装架されるヘツダとを
有し、前記ヘツダ上に、穴と止めとを形成されか
つ軸方向に一直線に設けられたブシユを介して、
前記膜要素を弾性を有するシエル内に包囲された
集積体の形式に組立てられるもので、前記シエル
は前記膜要素の端面と、前記カバーに形成され前
記集積体の周囲長さと同じ周囲長さを有する突出
部とに密着結合されているものである。

前記膜装置内のヘツダの構造は、引張力が膜要
素に対して均一に分配されるから膜要素の信頼で
きる密閉状態を可能にし、要素端面とカバーの突
出部とに密着結合された前記弾性のシエルは、膜
の全面にわたつて、分離された混合物の均一の分
配を許し、混合物の高直線流量を保証し、それに
よつて、膜装置による混合物の分離効率と信頼性
とを最終的に向上させるとともに、製造時におい
て必要とされる労力を減じる。

膜装置の弾性シエルは、自己硬化性の重合化合
物（例えばエポキシ樹脂）を以て含浸された布か
ら作られる。

つぎに、添付図面と共に一特定実施例を参照し
てさらに詳細に本発明を説明する。

図面の理解を容易にするため、前記膜装置は２
個の図面（第２図、第３図）に図示されている。

第１図を参照すると、膜要素は例えばポリビニ
ルトリメチルシランから作られた多孔基板を中間
に配置した２枚の膜１から構成されている。

膜要素の多孔基板は、片側が平らで反対側にリ
ブが形成された２枚の多孔の板２であつてそのリ
ブ付き側を接して互いに対面して一方のリブが他
方のリブとほぼ90゜の角度で設けられたものであ
る。

板２の平坦側に前記膜１が取付けられ、他方の
リブ付き側は、濃化混合物を排出するための通路
を形成している。

半透過性の膜１と多孔基板は膜要素の全周囲に
わたつて端縁３において密閉されている。

膜要素はつぎのごとく作用する。

分離される混合物（例えば、大気）は圧縮され
て半透過性の膜１の表面に供給される。酸素と窒
素の透過度は異なるから、膜１は酸素を濃化され
た空気を通過させるとともに、板２の小孔を通つ
て、板２のリブ付き側に形成された通路を通る。
これらの通路は濃化された空気を穴４へ導き、穴
４から空気は膜装置のヘツダ９へ排出される。ヘ
ツダ９は、すぐ製品とされる生成物を提供する。

多孔性の板２のリブ付き側によつて形成される
通路は、流体圧抵抗を著しく減じられるととも
に、最高42％まで空気の酸素濃度を効率的に増す
ことを可能にし、しかも膜要素の厚さは最小
（0.7〜2.0mm）に保たれ、膜装置内の膜装入能力
は高く（最高600m²／m³）保たれる。

膜１は堅い多孔の板２の平坦側に配置されるか
ら、膜の引張り、微小ひび割れ及びしわ寄りが防
止され、そして膜要素の使用可能期間は実質的に
増加される。

多孔基板の板２は低価格の板、例えば、ポリ塩
化ビニル、から製造することができる。したがつ
て、膜要素製造工程は簡易化され、そのコストは
低減される。

本発明の膜要素は特殊な製造上の特徴により、
その厚さは最小かつ不変に保たれ、そして高能率
の自動化された大量生産を確立するための準備が
為される。前記膜要素は、気体及び液体の混合物
の分離において主たる作用を果たし、空気の酸素
濃度の増加、気体混合物からのヘリウム及び水素
の抽出及び水の脱塩のために使用されうる。本発
明の膜要素は第２図と第３図とに示される膜装置
において最も有利に使用される。

第２図と第３図とに示される気体及び液体の混
合物の分離のための膜装置は、シリンダとして構
成されたケース５と、カバー６と、分離中の混合
物を供給しそして排出するのに役立つ連結部７，
８と、膜１と多孔基板を有する膜要素のスタツク
即ち集積体により構成され、前記多孔基板はおの
おの２枚の多孔板２を以て構成され、該多孔板２
は、その片側を平坦にされ、反対側にリブを形成
され、互いにそのリブ付き側を接して向かい合つ
ている。

各膜要素１，２は、扇形切除部を有する円板と
して形成され得る。前記膜要素が組立てられて集
積体にされるとき、これら円板は、扇形切除部が
ヘツダ９の長手方向軸線の反対両側に位置され、
その結果、濃化混合物が一方の膜要素から他方の
膜要素へ連続的に流れるように相対的に位置され
る。

膜要素１，２はヘツダ９を中心にして配列さ
れ、密閉ガスケツト１０を配設される。膜要素と
ガスケツトとの集積体は、弾性のシエル１１内に
包囲される。シエル１１は要素の端面１２に密着
結合され、そしてカバー６に設けられた、膜要素
の集積体の周長と同じ周長を有する突出部１３に
密着結合されている。弾性のシエル１１はポリエ
チレン、ポリエチレンテレフタレートまたはその
他の重合体であつて接着性を有するもの、または
有しないもの、熱硬化性重合体、または自己硬化
性の重合体化合物、例えばエポキシ樹脂、を含浸
された織物から製作されうる。

濃化された混合物を排出するのに役立つヘツダ
９は、穴と止め１５とを設けられた軸線方向に整
合されたブシユ１４を取付けられている。ブシユ
１４は膜要素１，２をガスケツト１０と共に支持
している。ヘツダ９の自由端部に螺合された連接
ナツト１６は、濃化された混合物を排出するため
の穴１７が設けられている。装置において接合部
を密閉するため、連結ナツト１６は密閉ガスケツ
ト１８を圧着固定している。連結ナツト１６が螺
合されるとき、ブシユ１４は容易にヘツダ９に沿
つて動かされ、全緊張力は止め１５によつて全て
の膜要素間に均等に分配され、それによつて接合
部は長い耐用期間にわたつて確実に密閉される。

前記膜装置はつぎのごとく作用する。

分離さるべき混合物は圧縮され、装置のケース
５と弾性のシエル１１とによつて形成される室
へ、連結部７を通じて送られ、そして膜要素１，
２の端面と弾性のシエル１１と間のギヤツプを通
じて膜要素の表面間の空間へ送られ、混合物は膜
要素に沿つて連続的に流れ、そして連結部８を通
つて排出される。

濃化された混合物の流れの方向は第２図と第３
図とにおいて矢印Ａを以て示されている。

他方、分離された混合物の他の流れは、膜１を
通じて選択的に拡散され、それによつて早い速度
で透過成分により濃化される。

板２のリブ付き側面によつて形成された通路を
通つて流れる濃化された混合物の他の流れは、ブ
シユ１４の穴を通過してヘツダ９内に入り、つい
で連結ナツト１６の穴１７を通り、そこから膜装
置の外部へ排出される。

本発明の構造の膜装置は、膜１の全表面に対す
る分離混合物の均一な分配を実現し、これによつ
て、混合物の直線流量を増大するとともに、停滞
区域の発生を防ぐ。これらの特色は混合物の分離
効率を実質的に向上させ、すぐに製品とされる生
成物の抽出率を増し、成分の濃化率をかなり大き
くする。弾性のシエルは、最少の作業によつてシ
エルと膜要素端面との間に信頼できる密閉状態を
提供する。本発明の膜要素は全耐用期間を通して
信頼できる働らきを可能にするとともに、本発明
による膜装置の性能は高い安定性を保証する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による気体及び液体の混合物の
分離のための膜要素の概略全般図；第２図は、穴
と止めとを形成されかつ軸方向に整列されたブシ
ユを支持するヘツダに配置された膜要素を設けた
膜装置を示す全般図；第３図は弾性のシエル内に
組込まれた膜装置を示す全般図である。 図面上、１は膜；２は多孔板；５はケース；６
はカバー；７，８は連結部；９はヘツダ；１０は
密閉ガスケツト；１１はシエル；１２は端面；１
３は突出部；１４はブシユ；１５は止め；１７は
穴；１８は密閉ガスケツトを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の側面が平坦で他の側面がリブ付の多孔
   板２の２枚を重ねた形式の多孔基板を２枚の半透
   過性の膜１の間に挿入した膜要素にして、前記２
   枚の多孔板はリブ付きの側面が相互に向き合いか
   つ一方の板のリブが他方の板のリブとほぼ90゜の
   角度に設けられたことを特徴とする気体及び液体
   の混合物を分離するための膜要素。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の膜要素におい
   て、多孔板２が多孔プラスチツクスから作られて
   いることを特徴とする膜要素。 ３ ケース５と、カバー６と、分離される混合物
   を導入及び排出するための連結部７，８と、ケー
   ス内で平らな複数の膜要素が実質的にその中心で
   取付けられるヘツダ９と、密封ガスケツト１０と
   を有し、前記膜要素は２枚の半透過膜の間に２枚
   の多孔板の形式の多孔基板を挿入したものであ
   り、該多孔板は一方の側面が平坦で他の側面にリ
   ブを有する膜装置において、前記膜要素の一方の
   多孔板のリブは他方の多孔板のリブに対して実質
   的に90゜の角度で設けられ、リブの間の空間は最
   短の通路に沿う周囲からヘツダ９に至る媒体の流
   れの通路を画定しており、前記膜要素１，２は、
   穴と止め１５とに設けられた同軸のブツシユ１４
   と共にヘツダ９に１つの集積体に組立てられ、か
   つ膜要素１，２の端面１２と前記集積体の周長と
   同一の周長を有するカバー６の突出物１３とに密
   着した弾性のシエル１１内に包囲されていること
   を特徴とする膜要素を使つた気体及び液体の混合
   物の分離のための膜装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、
   前記シエル１１が自己硬化性の重合化合物を含浸
   された布から作られていることを特徴とする膜装
   置。