JPH01107826A

JPH01107826A - ガス分離装置

Info

Publication number: JPH01107826A
Application number: JP26578487A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kiuchi; 政行木内
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1987-10-21
Publication date: 1989-04-25
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPH0691932B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、原料ガス導入口、透過ガス出口および未透過
ガス排出口を有する筒型容器内に、種々の混合ガスに対
して特定のガス成分（例えば水素ガス成分など）を選択
的に透過させることができる性能（選択透過性又はガス
分離性能）を有する中空糸の糸束から形成されている特
殊な糸束組立体が、適当な配置で内蔵されている「特定
のガス分離装置（ガス分離モジュール）」に係るもので
ある。

本発明のガス分離装置は、特に原料ガスとして水素ガス
成分あるいは水蒸気ガス成分を含有する種々の混合ガス
を供給して、分離、濃縮、精製などの用途に使用した場
合に、水素ガスあるいは水蒸気ガスに対する高いガス分
離性能を示すことができるものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来のガス分離性能を有する中空糸から形成された糸束
組立体が内蔵されており、且つ原料ガス導入口、透過ガ
ス出口および未透過ガス排出口が設けられている筒型容
器からなるガス分離装置は、従来より種々の形式のもの
が知られている。

しかし、従来のガス分離装置では、原料ガス供給口から
その装置の内部に供給された原料ガス（混合ガス）が、
前記装置内の糸束を内蔵する個所の一部、特に糸束の周
辺部及び糸束の外側を、即ち糸束の周囲に沿った外側を
流れやすく、逆に糸束の中心部付近ではガスの滞留を生
じやすく、中空糸本来の透過性能を充分に発揮している
とはいえなかった。このように、ガス分離装置に原料ガ
スを供給する際、ガスの流れやすいところと、ガスの滞
留する部分とを生じた場合は、原料ガスを、中空糸の表
面と効果的に接触させることが困難であり、しかも、ガ
スの流れやすい部分では中空糸による処理量以上の原料
ガスが供給されることになり、そｐ結果、原料ガス中の
特定のガス成分を充分に分離しないまま排出され、逆に
ガスの滞留する部分では、次第に透過性の低いガス成分
の濃度が高くなり、中空糸からなる県東本来のガス分離
性能が充分に発揮されないという問題があった。

従って、本発明の目的は、原料ガスを中空糸からなる県
東全体にむらなく接触させることによりガス分離性能を
向上できるガス分離装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、開口端の少なくとも一端が、それぞれ開口状
態を保持して硬化性樹脂により密着して固着されている
、選択透過性を有する多数の中空糸からなる糸束を内蔵
したガス分離装置において、上記糸束の外周部に、該外
周部に沿って流動するガス流を制限する制限壁が設けら
れているガス分離装置を提供することにより、上記目的
を達成したものである。

〔実施例〕

本発明のガス分離装置を、図面に示す実施例について説
明する。

第１図は、本発明の好ましい一実施例であるガス分離装
置の概略を示す縦断面図である。また、第２図乃至第４
図は、それぞれ上記ガス分離装置の要部の特徴を説明す
るための説明図である。

第１図に示すガス分離装置は、その外枠が原料ガス導入
口ｌ、透過ガス出口２及び未透過ガス排出口３を有する
筒型容器４からなり、該筒型容器４には選択透過性を有
する多数の中空糸５ａを束ねて形成した糸束５が次に示
す糸束組立体として内蔵されているものである。

上記糸束５は、図中透過ガス出口２例の一端部で硬化樹
脂からなる樹脂壁６により、また図中未透過ガス排出口
３側の他端部で同じく硬化樹脂からなる封止板７により
それぞれ固着され、全体として糸束組立体を形成してい
る。この糸束組立体において、上記糸束５を構成する各
中空糸５ａは、上記樹脂壁６においては、該樹脂壁６を
貫通し、上記透過ガス出口２側の空間にその一方の先端
が開口した状態で、また上記封止板７においてはその他
方の先端が該封止板７に封止された状態でそれぞれ固着
されている。

また、上記実施例では、上記糸束５の外周部がシール部
材１）で筒型容器４の内壁に支持されているフィルム状
物質８で被覆されており、該フィルム状物質と上記外周
部との間には、該外周部に沿って流動するガス流を制限
するための制限壁９が、それも糸束５の長手方向に亘っ
て３箇所に設けられている。

次に、上記実施例のガス分離装置について、更に詳述す
る。

筒型容器４は、所定の気密性及び耐圧性を備えたもので
あれば、その形成材料は特に限定されず、金属、プラス
チック又はセラミック等により形成できる。

糸束５を構成する中空糸５ａは、ガスに対して選択透過
性を有するものであれば、その材質又はタイプ等の種類
は特に問われない０例えば、材質としては、セルロース
、ポリアクリルニトリル、ポリエステル、ポリエーテル
、ポリアミド、ポリイミド又はシリコン樹脂等を、また
タイプとしては非対称性分離膜又は複合分離膜等を好ま
しく挙げることができる。

また、樹脂壁６及び封止板７を構成する硬化樹脂も、特
に制限されるものでなく、例えばポリウレタン樹脂、゛
フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を好ま
しく挙げることができる。

前記フィルム状物質８は、装置内に供給された原料ガス
を実質的に透過しない材料か、又は難透過性の材料であ
れば如何なるもので形成してもよく、例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリアミド等のプラスチックフィ
ルムが好適に用いられる。また、フィルム状物質８の厚
さも特に制限されないが、数１０μｍ〜数ＩＩＩＩ程度
までを好ましい範囲として挙げることができる。

そして、上記フィルム状物質８には、第２図に中間を省
略した展開図で示すように、上下方向に所定の間隔を置
いて該フィルム状物質８を貫通する丸形状の孔１０が、
それも左右方向（糸束５に被覆した場合、その長手方向
に相当する）に亘って３箇所に連設されている。従って
、上記フィルム状物質８を上記糸束５の外周部に巻き付
けると、第３図の部分正面図で示すように、上記孔ｌＯ
は、該糸束５の円周方向に配された状態になる。尚、上
記孔１０は丸形状に限るものでなく、第５図に示すよう
に四角形状、図示しないが長円形状等の任意の形状であ
ってもよく、更には孔１０の代わりに第６図に示すよう
なスリット１０ａを設けてもよい、また、孔１０は、一
箇所に一列である必要は必ずしもなく、第５図に示すよ
うに、二側にしかも交互にその位置をずらして配設して
もよく、更には二側以上であってもよい、更に、上記孔
１０の形成箇所は３箇所に限るものでなく、１又は２箇
所であっても、場合によっては４箇所以上であってもよ
い。

前記制限壁９は、上記フィルム状物ｆ８の孔ｌＯから後
述の固化性物質を注入することにより、形成することが
できるものであり、第３図のＡ−Ａ′断面における注入
後の固化性物質（制限壁９）の形状を第４図に模式的に
示した（第４図では糸束５を省略しである）。

上記制限壁９は、上記糸束５の周囲全体に亘ってその外
周部に密着していることが、ガス流を制限する上で好ま
しく、その際、固化性物質がある程度の深さ迄、例えば
、外周部より糸束５の半径の５％〜６０％、好ましくは
１０％〜５０％の内部まで浸透していてもよい。

また、上記制限壁９は、上記糸束５の長手方向に少なく
とも１箇所に設置されていれば効果があるが、上記実施
例のように原料ガス導入口１側、中央部及び未透過ガス
排出口３側の３箇所に設置することにより一段とその効
果を発揮することが可能となる。但し、上記設置箇所に
限るものでなく、具体的には目的に応じて適宜変更され
るが、例えば糸束５の長手方向に５０ｍｍ〜１０００＋
霧の間隔で設置することが、好ましい範囲として挙げる
ことができる。

更に、上記制限壁９を形成するための固化性物質として
は、特に制限されるものでなく、注入時には粘稠（例え
ば粘度が数十ポアズ−数千ポアズ）な液状、グリース状
又はペースト状の物質であって、注入後は原料ガスを供
給した場合でも注入時の形態を保持可能な程度まで固化
するものであれば種々の物質を利用することができ、例
えば反応性シリコンゴム、ポリウレタン樹脂又はエポキ
シ樹脂等を挙げることができる。尚、上記固化物質の注
入時における粘度が低すぎる場合は、糸束５の内部まで
浸入し過ぎるため、該糸束５の外周部に制限壁９を形成
することが困難であり、逆に粘度が高すぎる場合は、注
入する作業自体が困難であるため好ましくない。

また、上記固化性物質は、フィルム状物質８と接着性を
有している方が密着状態を維持するために好ましい、し
かし、接着性がないが又は低い固化性物質であってもよ
く、その場合は、固化性物質をフィルム状物質８の孔１
０から内側に注入すると同時にその外側にも該固化性物
質を盛り上げ、その状態で固化させることにより、上記
フィルム状物質８と制爾壁９を構成する固化性物質との
密着状態を維持することができる。

更に、上記固化性物質を注入する場合は、必要に応じて
、固化性物質を注入する位置にある糸束部分を紐や糸で
しばりその径を小さくし、上記フィルム状物質８と糸束
５の外周部との間に空間を設けた状態を形成した後、固
化性物質を注入することもできる。この場合は、中空糸
の膜面が固化性物質で覆われることによる有効膜面積の
減少する割合を少なくすることができる利点がある。

次に、本発明の作用を図面に基づいて説明する。

第１図にしめず実施例では、原料ガス導入口１により原
料ガスを供給すると、供給されたその原料ガスは、筒型
容器４に内蔵されている糸束５に接触しながら未透過ガ
ス排出口３の方向へ流動する。原料ガスの上記接触を通
して特定のガス成分が中空糸５ａを選択的に透過し、該
ガスが透過ガスとして透過ガス出口２から他の設備（図
示せず）へ供給され、残った未透過ガスは未透過ガス排
出口３から排出される。その結果、特定のガス成分の分
離が達成される。

上記実施例では、前述の如く制限壁９が設けられている
ため、糸束５の外周部に沿って、即ち該糸束５の外部を
その長手方向に流動するガス流を制限（実質上停止）し
、且つそのガス流の方向を糸束５の内部へ向けることが
可能である。従って、上記糸束５の内部にガスの滞留等
のガス流のむらが生じることを有効に防止でき、第７図
に矢印で示すように、該糸束５の内部にその長さ方向に
流動する流速がほぼ均一なガス流を形成することが可能
となり、その結果大巾にガスの分離効率の向上が達成さ
れる。尚、第７図では、説明の便宜上、筒型容器４を省
略し、原料ガス導入口１及び未透過ガス排出口３の位置
を二重の矢印で示し、ガス流を単線の矢印で示した。

以上、本発明の作用を第１図に示す実施例に基づいて説
明してきたが、これに限るものでなく、例えば第８図に
、第７図と同様の方法でその概略を示すように、糸束５
の両端から透過ガスを取り出す構造で、糸束５の一端に
近い位置に原料ガス導入口１が、その他端に近い位置に
未透過ガス排出口３が設けられているガス分離装置であ
ってもよい。

次に、本発明のガス分離装置の効果を明確にするために
、試験例を挙げて更に詳述する。

〔試験例〕

内径約２００μであり、壁の厚さ約９０μであるポリイ
ミド中空糸からなる直径４０ａａ、長さ１ＯＯＯ■の糸
束５の両端部をエポキシ樹脂糸熱硬化性樹脂によって完
全一体に固着した後、片端部を直角に切断して各中空糸
が樹脂壁６を貫通してそれぞれ開口している樹脂壁６と
なし、他端部はそのまま封止板７とした。

次に糸束５の外周に厚さ約１００μのポリイミド製フィ
ルムからなるフィルム状物質８を巻き付けて覆った後、
巻き付けたフィルム状物質８の重ね合わせ部分をポリイ
ミド粘着テープでシールした。次に予め、フィルム状物
質８の長さ方向に３カ所（両端部近くと中央部付近）直
径１ｍの円形パンチ穴を円周方向にそれぞれ１０個ずつ
開けられていた孔１０より、硬化型シリコンゴムコンパ
ウンド（信越化学工業■製ＫＥ−４２）を順次注入した
後、そのまま固化するまで放置した。固化性物質の注入
の深さは、糸束の表層（外周部）より約５〜７謹程度で
あった。

前述のようにして製作した糸束組立体を、第１図に示す
ように、原料ガス導入口１、透過ガス出口２および未透
過ガス排出口３が設けられている筒型容器４に収納して
、樹脂壁６を筒型容器４の透過ガス出口２に近接した保
持構造の個所で密着及び密封させて固定した。尚、フィ
ルム状物質８には、接着テープ及び接着剤よりなるシー
ル部材１）を設けておき、糸束組立体と筒型容器４との
間の密着及び密封が可能となるようにした。

前述のようにして製造したガス分離装置（本発明装置）
について、ガス分離性能試験および純ガス透過試験を次
の測定条件下で行った。その結果を第１表に示す。

（測定条件）ガス分離試験において、試験に使用した混合ガスは、窒
素ガス５０容量％及びヘリウムガス５０容量％からなる
混合ガスであり、供給する混合ガスはそのガス流速を第
１表に示したように３段階で行い、また、供給する混合
ガスの圧力は２０ｋｇ／　ｃｄ　Ｇであり、更に糸束組
立体の樹脂壁に位置する各中空糸の開口部側は大気圧に
開放した状態にして、大気圧とほぼ同じ圧とした。

また、ガス分離試験において、ガス分離度（選択透過性
）は、ヘリウムガスの透過速度を窒素ガスの透過速度で
割って算出される値で示す。

なお、比較のために、ヘリウムガスまたは窒素ガスのみ
の純ガスを使用して、ガス透過試験（実質的にガス分離
試験と全く同じである）を行い、その結果から純ガスの
各透過速度から算出される純ガス分離度（理論分離度）
も第１表に示す。

さらに、前述の混合ガスの分離度を純ガスの分離度で割
って１００倍して算出された値を、分離効率として、同
様に第１表に示す。

前記の第１表に示す各ガスの透過速度の単位は、（Ｘ　
１０−’）　ｄ／　ｃｄ−ｓｅｅ　　−ｃｍＨｇである
。

〔比較例〕

糸束組立体を形成する際に、固化性物質注入用の孔を設
けず固化性物質を注入しないこと以外は、上記試験例と
同様にして糸束組立体を製作し、且つ試験例と同様にし
てガス分離装置を製造した。

前述のようにして製造したガス分離装置（比較装置）に
ついて、上記試験例の場合と同じ測定条件下でガス分離
性能試験等を行った。その結果を上記試験例の場合の結
果とともに第１表に示す。

上記第１表より明らかなように、本発明装置は、比較装
置に比べ、全てのガス流速において、優れたヘリウムガ
スの透過速度及び該ヘリウムガスに対するガス分離効率
を示した。

以上詳述した如く、本発明のガス分離装置は、中空糸か
らなる糸束の外周部の外側を該外周部に沿って、その長
手方向に流動するガス流を制限することにより、装置内
部におけるガス流の偏りを防止できるので、糸束の内部
全体について略中空糸に沿った均一なガス流を形成する
ことが可能となり、中空糸が有する本来の透過性能を充
分に発揮することが可能となる。

尚、本発明のガス分離装置を実施例に基づいて具体的に
説明してきたが、本発明は前記実施例に示したものに限
られるものでないことはいうまでもない。

例えば、制限壁９が、フィルム状物質８に設けた孔１０
又はスリット１０ａから固化性物質を注入して形成され
る場合についてのみ説明したが、これに限るものでなく
、糸束の外周部に沿ってその長手方向に流動するガス流
を実質的に制限する構造であれば、例えば上記外周部と
筒型容器の内壁面との間に制限壁を設ける等、種々変更
可能である。

〔発明の効果〕

本発明のガス分離装置は、糸束の内部全体について均一
なガス流を形成できるので、原料ガスを糸束全体、即ち
該糸束を構成する各中空糸にむらなく接触させることが
可能となり、その結果各中空糸のガス透過性能を充分に
発揮させることができるので装置全体としてのガス分離
性能を大巾に向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス分離装置の好ましい一実施例の概
略を示す縦断面図、第２図乃至第４図は上記ガス分離装
置の要部の特徴を示す概略説明図、第５図及び第６図は
それぞれ他の実施例のガス分離装置の要部の特徴を示す
概略説明図、第７図は第１図に示す実施例の作用を示す
概略説明図、第８図は本発明の更に他の実施例の作用を
示す概略説明図である。１・・・原料ガス導入口２・・・透過ガス出口３・・・未透過ガス排出口４・・・筒型容器５・・・糸束６・・・樹脂壁７・・・封止板８・・・フィルム状物質９・・・制限壁１０・・・孔１）・・・シール部材第３図第４図０ａ第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）開口端の少なくとも一端が、それぞれ開口状態を
保持して硬化性樹脂により密着して固着されている、選
択透過性を有する多数の中空糸からなる糸束を内蔵した
ガス分離装置において、上記糸束の外周部に、該外周部
に沿って流動するガス流を制限する制限壁が設けられて
いることを特徴とするガス分離装置。
（２）上記糸束の外周部がフィルム状物質で被覆されて
おり、上記制限壁が、上記糸束と上記フィルムとの間に
、該フィルムにその円周方向に連設されている貫通孔又
はスリットを通して注入された固化性物質によって形成
されている、特許請求の範囲第（１）項に記載のガス分
離装置。
（３）上記制限壁が、糸束の長手方向に亘って複数個所
に設けられている、特許請求の範囲第（１）又は（２）
項に記載のガス分離装置。