JPH11179167A - スパイラル型膜モジュール - Google Patents
スパイラル型膜モジュールInfo
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- JPH11179167A JPH11179167A JP9356794A JP35679497A JPH11179167A JP H11179167 A JPH11179167 A JP H11179167A JP 9356794 A JP9356794 A JP 9356794A JP 35679497 A JP35679497 A JP 35679497A JP H11179167 A JPH11179167 A JP H11179167A
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- flow path
- spiral
- gas
- membrane
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
- B01D19/0031—Degasification of liquids by filtration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
- B01D63/101—Spiral winding
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 境膜抵抗の増加を抑制し、効率的な気液接触
操作が可能なスパイラル型膜モジュールを提供する。 【解決手段】 第１流体流路材の両端に気液接触膜を重
ね合わせ第２流体流路材とともに第２流体供給管１１の
周りにスパイラル状に巻回してスパイラル型膜エレメン
ト１０を形成する。スパイラル型膜エレメント１０は円
筒容器２の内部に収納され、その外周端部が封止部１０
ｂ，１０ｃにより封止される。気液接触膜は疎水性を有
するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）多孔質膜
からなる。第１流体は第１流体入口４から供給され、第
１流体流路１９を通り第１流体出口６から外部へ取り出
される。第２流体は第２流体入口１１ａから第２流体供
給管１１に供給され、第２流体流路１８を通り第２流体
出口７から外部へ取り出される。
操作が可能なスパイラル型膜モジュールを提供する。 【解決手段】 第１流体流路材の両端に気液接触膜を重
ね合わせ第２流体流路材とともに第２流体供給管１１の
周りにスパイラル状に巻回してスパイラル型膜エレメン
ト１０を形成する。スパイラル型膜エレメント１０は円
筒容器２の内部に収納され、その外周端部が封止部１０
ｂ，１０ｃにより封止される。気液接触膜は疎水性を有
するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）多孔質膜
からなる。第１流体は第１流体入口４から供給され、第
１流体流路１９を通り第１流体出口６から外部へ取り出
される。第２流体は第２流体入口１１ａから第２流体供
給管１１に供給され、第２流体流路１８を通り第２流体
出口７から外部へ取り出される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体への気体溶解
あるいは液体中からの気体放散といった気液接触操作に
用いられるスパイラル型膜モジュールに関する。
あるいは液体中からの気体放散といった気液接触操作に
用いられるスパイラル型膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、化学工業等の多くの分野では、液
体へのガス溶解あるいは液体からのガス放散といった気
液接触操作が行われている。例えば、ガス溶解として、
医薬品分野等における微生物培養液への酸素供給、電子
産業における超純水ラインへのオゾン溶解、水産業界に
おける養魚への酸素供給、あるいはＮＯx （窒素酸化
物）やＳＯx （硫黄酸化物）等の排ガス処理が挙げら
れ、また、ガス放散としては、純水製造における脱炭酸
処理が挙げられる。
体へのガス溶解あるいは液体からのガス放散といった気
液接触操作が行われている。例えば、ガス溶解として、
医薬品分野等における微生物培養液への酸素供給、電子
産業における超純水ラインへのオゾン溶解、水産業界に
おける養魚への酸素供給、あるいはＮＯx （窒素酸化
物）やＳＯx （硫黄酸化物）等の排ガス処理が挙げら
れ、また、ガス放散としては、純水製造における脱炭酸
処理が挙げられる。
【０００３】膜を用いた気液接触法に使用される膜モジ
ュールの形態には、従来より充填効率の高さから中空糸
タイプが多く用いられている。中空糸タイプの膜モジュ
ールでは、中空糸膜内に液体を流し、中空糸膜の外側に
気体を流すという使用方法が一般的に行われている。
ュールの形態には、従来より充填効率の高さから中空糸
タイプが多く用いられている。中空糸タイプの膜モジュ
ールでは、中空糸膜内に液体を流し、中空糸膜の外側に
気体を流すという使用方法が一般的に行われている。
【０００４】気液接触法において気体と液体間の物質移
動を効率良く行わせるためには、液体側の境膜抵抗を小
さくする必要がある。このため、通常は液体の流速を高
くして境膜抵抗を抑制する方法が講じられる。
動を効率良く行わせるためには、液体側の境膜抵抗を小
さくする必要がある。このため、通常は液体の流速を高
くして境膜抵抗を抑制する方法が講じられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中空糸
膜モジュールの中空糸膜の内側を液体流路とした場合に
は、液体の流動状態が層流となり、液体の流速が低くな
って境膜抵抗が高くなる。そこで、境膜抵抗を抑制する
ために中空糸膜の内側に高流量の液体を流そうとする
と、中空糸膜モジュールの他の液体流路における圧力損
失が高くなる。その結果、中空糸膜モジュールに液体を
流動させるために高エネルギーが必要となり、不経済と
なる。
膜モジュールの中空糸膜の内側を液体流路とした場合に
は、液体の流動状態が層流となり、液体の流速が低くな
って境膜抵抗が高くなる。そこで、境膜抵抗を抑制する
ために中空糸膜の内側に高流量の液体を流そうとする
と、中空糸膜モジュールの他の液体流路における圧力損
失が高くなる。その結果、中空糸膜モジュールに液体を
流動させるために高エネルギーが必要となり、不経済と
なる。
【０００６】そこで、境膜抵抗を抑制し、かつ有効膜面
積を増加させるために、中空糸膜の外側を液体流路とし
た中空糸膜モジュールが開発されている。この中空糸膜
モジュールでは中空糸膜の外側を流れる液体の流動状態
を乱流として境膜抵抗を抑制する工夫が成されている。
積を増加させるために、中空糸膜の外側を液体流路とし
た中空糸膜モジュールが開発されている。この中空糸膜
モジュールでは中空糸膜の外側を流れる液体の流動状態
を乱流として境膜抵抗を抑制する工夫が成されている。
【０００７】しかしながら、このような中空糸膜モジュ
ールは、構造が複雑となり、製造コストが高くなるとい
う問題を有している。また、中空糸膜の外側を液体流路
とすると、中空糸膜の内側を液体流路とした場合に比
べ、中空糸膜モジュールを構成する種々の部材から発生
する微粒子が多くなり、これによって処理水質が低下す
る。
ールは、構造が複雑となり、製造コストが高くなるとい
う問題を有している。また、中空糸膜の外側を液体流路
とすると、中空糸膜の内側を液体流路とした場合に比
べ、中空糸膜モジュールを構成する種々の部材から発生
する微粒子が多くなり、これによって処理水質が低下す
る。
【０００８】本発明の目的は、境膜抵抗の増加を抑制
し、効率的な気液接触操作が可能なスパイラル型膜モジ
ュールを提供することである。
し、効率的な気液接触操作が可能なスパイラル型膜モジ
ュールを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係るスパイラル型膜モジュールは、連続または独立し
た一対の疎水性の透過膜を、内側に第１流路材を挟んで
かつ外側に第２流路材を重ねて有孔中空管の外周面にス
パイラル状に巻回することによりスパイラル状膜エレメ
ントが形成される。スパイラル状膜エレメントは、透過
膜間で第１流路材により形成される第１の流路の内周側
の側部および外周側の側部が封止されるとともに、透過
膜間で第２流路材により形成される第２の流路の両端部
が封止される。スパイラル状膜エレメントは筒形容器内
に収納され、筒形容器内でスパイラル状膜エレメントの
両端部側にそれぞれ形成される第１の空間とスパイラル
状膜エレメントの外周部側に形成される第２の空間とが
分離される。筒形容器は、両端部にそれぞれ第１流体口
を有しかつ少なくとも一端部および外周部にそれぞれ第
２流体口を有する。第１の空間は第１流体口に連通し、
第２の空間は筒形容器の外周部の第２流体口に連通し、
さらに有孔中空管の内部は筒形容器の少なくとも一端部
の第２流体口に連通している。
に係るスパイラル型膜モジュールは、連続または独立し
た一対の疎水性の透過膜を、内側に第１流路材を挟んで
かつ外側に第２流路材を重ねて有孔中空管の外周面にス
パイラル状に巻回することによりスパイラル状膜エレメ
ントが形成される。スパイラル状膜エレメントは、透過
膜間で第１流路材により形成される第１の流路の内周側
の側部および外周側の側部が封止されるとともに、透過
膜間で第２流路材により形成される第２の流路の両端部
が封止される。スパイラル状膜エレメントは筒形容器内
に収納され、筒形容器内でスパイラル状膜エレメントの
両端部側にそれぞれ形成される第１の空間とスパイラル
状膜エレメントの外周部側に形成される第２の空間とが
分離される。筒形容器は、両端部にそれぞれ第１流体口
を有しかつ少なくとも一端部および外周部にそれぞれ第
２流体口を有する。第１の空間は第１流体口に連通し、
第２の空間は筒形容器の外周部の第２流体口に連通し、
さらに有孔中空管の内部は筒形容器の少なくとも一端部
の第２流体口に連通している。
【００１０】本発明に係るスパイラル型膜モジュールに
おいて、第１の流体は、筒形容器の一端部の第１流体口
から一方の第１の空間内に供給され、スパイラル状膜エ
レメントの透過膜間に形成された第１の流路を通り他方
の第１の空間に流動し、筒形容器の他端部の第１流体口
から外部に導出される。また、第２の流体は、筒形容器
の少なくとも一端部の第２流体口から有孔中空管の内部
に供給され、スパイラル状膜エレメントの透過膜間に形
成された第２の流路を通り筒形容器内の第２の空間に流
動し、筒形容器の外周部に形成された第２の流体口から
外部に導出される。
おいて、第１の流体は、筒形容器の一端部の第１流体口
から一方の第１の空間内に供給され、スパイラル状膜エ
レメントの透過膜間に形成された第１の流路を通り他方
の第１の空間に流動し、筒形容器の他端部の第１流体口
から外部に導出される。また、第２の流体は、筒形容器
の少なくとも一端部の第２流体口から有孔中空管の内部
に供給され、スパイラル状膜エレメントの透過膜間に形
成された第２の流路を通り筒形容器内の第２の空間に流
動し、筒形容器の外周部に形成された第２の流体口から
外部に導出される。
【００１１】筒形容器の内部において、第１の流体は有
孔中空管にほぼ平行に流動し、第２の流体は透過膜を介
して第１の流体とほぼ直交する方向にスパイラル状に流
動する。第１の流体と第２の流体とは透過膜を介して接
触し、目的成分の透過作用が行われる。このような第１
の流路および第２の流路の構造により、第１の流体また
は第２の流体の流動状態を乱流状態として透過膜表面の
境膜抵抗を低減することができる。これにより、第１の
流体と第２の流体の間で目的成分の透過作用を効率的に
行うことができる。
孔中空管にほぼ平行に流動し、第２の流体は透過膜を介
して第１の流体とほぼ直交する方向にスパイラル状に流
動する。第１の流体と第２の流体とは透過膜を介して接
触し、目的成分の透過作用が行われる。このような第１
の流路および第２の流路の構造により、第１の流体また
は第２の流体の流動状態を乱流状態として透過膜表面の
境膜抵抗を低減することができる。これにより、第１の
流体と第２の流体の間で目的成分の透過作用を効率的に
行うことができる。
【００１２】また、筒形容器内において、第１の流体の
通過領域および第２の流体の通過領域に滞留部が生じる
ことが防止される。これにより、常に清浄な状態で流体
の処理を行うことができる。
通過領域および第２の流体の通過領域に滞留部が生じる
ことが防止される。これにより、常に清浄な状態で流体
の処理を行うことができる。
【００１３】さらに、透過膜が疎水性を有することによ
り、溶剤を含む液体が導入された場合でも、透過膜の表
面が親水化されることが防止される。このため、液体に
接する透過膜の表面が疎水性を保持し、それによって、
ガス溶解効率あるいは脱気効率が低下することが防止さ
れる。
り、溶剤を含む液体が導入された場合でも、透過膜の表
面が親水化されることが防止される。このため、液体に
接する透過膜の表面が疎水性を保持し、それによって、
ガス溶解効率あるいは脱気効率が低下することが防止さ
れる。
【００１４】疎水性の透過膜がフッ素樹脂からなっても
よい。特に、フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン
であることが好ましい。フッ素樹脂、特にポリテトラフ
ルオロエチレンは高い疎水性を有する。このため、透過
膜の表面を親水化させる溶剤が含まれる液体が導入され
た場合でも、液体に接する透過膜表面の疎水性を維持
し、それによってガス溶解効率あるいは脱気効率の低下
を防止することができる。
よい。特に、フッ素樹脂がポリテトラフルオロエチレン
であることが好ましい。フッ素樹脂、特にポリテトラフ
ルオロエチレンは高い疎水性を有する。このため、透過
膜の表面を親水化させる溶剤が含まれる液体が導入され
た場合でも、液体に接する透過膜表面の疎水性を維持
し、それによってガス溶解効率あるいは脱気効率の低下
を防止することができる。
【００１５】さらに、疎水性の透過膜が多孔質膜である
ことが好ましい。この場合には、一対の透過膜の接合部
分に介在される接着剤が多孔質膜内に含浸しやすくな
り、透過膜の接合強度を高めることができる。
ことが好ましい。この場合には、一対の透過膜の接合部
分に介在される接着剤が多孔質膜内に含浸しやすくな
り、透過膜の接合強度を高めることができる。
【００１６】さらに、第１の流路の内周側の側部、外周
側の側部あるいは第２の流路の両端部が、透過膜より低
融点のフッ素樹脂を加熱溶融して封止されてもよい。こ
の場合には、封止部分が粘着性の高いフッ素樹脂により
封止されることにより、第１の流路および第２の流路の
各封止部分の密閉性を高めることができる。さらに、フ
ッ素樹脂の融点が透過膜より低いことにより、透過膜を
溶解させることなくフッ素樹脂を加熱溶融して透過膜を
容易に接合することができる。
側の側部あるいは第２の流路の両端部が、透過膜より低
融点のフッ素樹脂を加熱溶融して封止されてもよい。こ
の場合には、封止部分が粘着性の高いフッ素樹脂により
封止されることにより、第１の流路および第２の流路の
各封止部分の密閉性を高めることができる。さらに、フ
ッ素樹脂の融点が透過膜より低いことにより、透過膜を
溶解させることなくフッ素樹脂を加熱溶融して透過膜を
容易に接合することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスパイラル型
膜モジュールの一例を図面を参照して説明する。図１
は、スパイラル型膜モジュールの断面図であり、図２は
図１のスパイラル型膜モジュールの膜エレメントの一部
切欠き斜視図である。さらに、図３は図１中のＡ−Ａ線
断面図である。
膜モジュールの一例を図面を参照して説明する。図１
は、スパイラル型膜モジュールの断面図であり、図２は
図１のスパイラル型膜モジュールの膜エレメントの一部
切欠き斜視図である。さらに、図３は図１中のＡ−Ａ線
断面図である。
【００１８】図１〜図３に示すスパイラル型膜モジュー
ル１は、円筒容器２および円筒容器２の内部に挿入され
たスパイラル型膜エレメント１０を備える。円筒容器２
は円筒状の胴部を有し、胴部の一方端部３に第１流体入
口４が形成され、他方端部５に第１流体出口６が形成さ
れている。また、円筒容器２の胴部には第２流体出口７
が１または複数箇所形成されている。
ル１は、円筒容器２および円筒容器２の内部に挿入され
たスパイラル型膜エレメント１０を備える。円筒容器２
は円筒状の胴部を有し、胴部の一方端部３に第１流体入
口４が形成され、他方端部５に第１流体出口６が形成さ
れている。また、円筒容器２の胴部には第２流体出口７
が１または複数箇所形成されている。
【００１９】図２において、スパイラル型膜エレメント
１０は、第１流体流路材１３の両面に気液接触膜１４を
重ね合わせ、さらに気液接触膜１４の一方の表面に重ね
合わせた第２流体流路材１５とともに第２流体供給管
（有孔中空管）１１の周りにスパイラル状に巻回するこ
とにより構成されている。スパイラル状に巻回された第
１流体流路材１３の両側の気液接触膜１４の内周側の側
部（第２流体供給管１１に平行な辺）および外周側の側
部は後述する方法により接合または封止されている。
１０は、第１流体流路材１３の両面に気液接触膜１４を
重ね合わせ、さらに気液接触膜１４の一方の表面に重ね
合わせた第２流体流路材１５とともに第２流体供給管
（有孔中空管）１１の周りにスパイラル状に巻回するこ
とにより構成されている。スパイラル状に巻回された第
１流体流路材１３の両側の気液接触膜１４の内周側の側
部（第２流体供給管１１に平行な辺）および外周側の側
部は後述する方法により接合または封止されている。
【００２０】第２流体供給管１１は、その一方端が円筒
容器２の一方端部３を貫通して第２流体入口１１ａを構
成し、他方端はプラグ１６により密封されている。第２
流体供給管１１の管壁には供給流体流量に対して圧力損
失を低く抑えることができるように複数の供給孔１１ｂ
が形成されている。なお、供給孔１１ｂの代わりにスリ
ットを設けてもよい。
容器２の一方端部３を貫通して第２流体入口１１ａを構
成し、他方端はプラグ１６により密封されている。第２
流体供給管１１の管壁には供給流体流量に対して圧力損
失を低く抑えることができるように複数の供給孔１１ｂ
が形成されている。なお、供給孔１１ｂの代わりにスリ
ットを設けてもよい。
【００２１】スパイラル型膜エレメント１０は、気液接
触膜１４を介して気体と液体とが接触する気液接触部１
０ａと、その両端に位置する封止部１０ｂ，１０ｃとか
ら構成される。気液接触部１０ａにおいて、第２流体流
路材１５が挿入されたスパイラル状の空間が第２流体流
路（第２の流路）１８を構成する。第２流体流路１８
は、第２流体供給管１１の供給孔１１ｂから第２流体供
給管１１の周りにスパイラル状に伸び、円筒容器２の内
壁とスパイラル型膜エレメント１０の外周面との間の空
間（第２の空間）１８ａに達した後、第２流体出口７に
連通する。また、気液接触部１０ａにおいて第１流体流
路材１３が挿入されたスパイラル状の空間が第１流体流
路（第１の流路）１９を構成する。
触膜１４を介して気体と液体とが接触する気液接触部１
０ａと、その両端に位置する封止部１０ｂ，１０ｃとか
ら構成される。気液接触部１０ａにおいて、第２流体流
路材１５が挿入されたスパイラル状の空間が第２流体流
路（第２の流路）１８を構成する。第２流体流路１８
は、第２流体供給管１１の供給孔１１ｂから第２流体供
給管１１の周りにスパイラル状に伸び、円筒容器２の内
壁とスパイラル型膜エレメント１０の外周面との間の空
間（第２の空間）１８ａに達した後、第２流体出口７に
連通する。また、気液接触部１０ａにおいて第１流体流
路材１３が挿入されたスパイラル状の空間が第１流体流
路（第１の流路）１９を構成する。
【００２２】図４は、図１中のスパイラル型膜エレメン
トの封止部の拡大断面図である。封止部１０ｂ，１０ｃ
において、第２流体流路材１５により構成された第２流
体流路１８の両端部および圧力容器２の内側の空間１８
ａの両端の封止部１７は、気液接触膜１４の膜素材より
も低融点の溶融性フッ素樹脂のシートあるいはフィルム
よりなる接着材を融点以上に加熱して溶着することによ
り封止されている。接着材としては、たとえば、ＴＦＡ
（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニ
ルエーテル共重合体）あるいはＦＥＰ（テトラフルオロ
エチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等の溶
融性フッ素樹脂が用いられる。また、気液接触膜１４の
間に第１流体流路材１３により構成された第１流体流路
１９の両端部は開放されている。
トの封止部の拡大断面図である。封止部１０ｂ，１０ｃ
において、第２流体流路材１５により構成された第２流
体流路１８の両端部および圧力容器２の内側の空間１８
ａの両端の封止部１７は、気液接触膜１４の膜素材より
も低融点の溶融性フッ素樹脂のシートあるいはフィルム
よりなる接着材を融点以上に加熱して溶着することによ
り封止されている。接着材としては、たとえば、ＴＦＡ
（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニ
ルエーテル共重合体）あるいはＦＥＰ（テトラフルオロ
エチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等の溶
融性フッ素樹脂が用いられる。また、気液接触膜１４の
間に第１流体流路材１３により構成された第１流体流路
１９の両端部は開放されている。
【００２３】上記のような構造により、第１流体３０
は、第１流体入口４から円筒容器２の一方端部３の入口
空間（第１の空間）３ａに流入し、スパイラル型膜エレ
メント１０の端面で開放された第１流体流路１９を通り
円筒容器２の他方端部５の出口空間（第１の空間）５ａ
に流動し、第１流体出口６から外部へ導出される。
は、第１流体入口４から円筒容器２の一方端部３の入口
空間（第１の空間）３ａに流入し、スパイラル型膜エレ
メント１０の端面で開放された第１流体流路１９を通り
円筒容器２の他方端部５の出口空間（第１の空間）５ａ
に流動し、第１流体出口６から外部へ導出される。
【００２４】また、第２流体２５は、第２流体入口１１
ａから第２流体供給管１１の内部に供給され、第２流体
供給管１１の管壁の供給孔１１ｂから気液接触膜１４間
に形成された第２流体流路１８を通って第２流体供給管
１１に直交する方向にスパイラル状に流動し、円筒容器
２の第２流体出口７から外方へ導出される。なお、第２
流体出口７を複数設けることによって第２流体流路１８
における第２流体の流れを均一にすることができる。
ａから第２流体供給管１１の内部に供給され、第２流体
供給管１１の管壁の供給孔１１ｂから気液接触膜１４間
に形成された第２流体流路１８を通って第２流体供給管
１１に直交する方向にスパイラル状に流動し、円筒容器
２の第２流体出口７から外方へ導出される。なお、第２
流体出口７を複数設けることによって第２流体流路１８
における第２流体の流れを均一にすることができる。
【００２５】スパイラル型膜エレメント１０の気液接触
部１０ａでは、第２流体供給管１１にほぼ直交する方向
にスパイラル状に流動する第２流体と、第２流体供給管
１１に平行に流動する第１流体とが気液接触膜１４を介
して接触する。これにより、第１流体の目的成分が第２
流体側に透過され、または第２流体の目的成分が第１流
体側へ透過される。
部１０ａでは、第２流体供給管１１にほぼ直交する方向
にスパイラル状に流動する第２流体と、第２流体供給管
１１に平行に流動する第１流体とが気液接触膜１４を介
して接触する。これにより、第１流体の目的成分が第２
流体側に透過され、または第２流体の目的成分が第１流
体側へ透過される。
【００２６】本実施例によるスパイラル型膜モジュール
は気液接触法によるガス溶解またはガス放散に好適に用
いられる。そこで、気液接触膜１４としては、疎水性の
高いＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の多孔
質膜が用いられる。このＰＴＦＥ製多孔質膜は、ＰＴＦ
Ｅシートを１軸延伸あるいは２軸延伸することにより形
成され、多孔質の各孔の径は０．０１〜０．２μｍが好
ましい。多孔質を用いると、気液接触膜１４の内周側の
側部および外周側の側部ならびに封止部１０ｂ，１０ｃ
の封止に用いられる接着材が接着時に多孔質膜に含浸し
易くなり、それによって接合力が高められる。
は気液接触法によるガス溶解またはガス放散に好適に用
いられる。そこで、気液接触膜１４としては、疎水性の
高いＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の多孔
質膜が用いられる。このＰＴＦＥ製多孔質膜は、ＰＴＦ
Ｅシートを１軸延伸あるいは２軸延伸することにより形
成され、多孔質の各孔の径は０．０１〜０．２μｍが好
ましい。多孔質を用いると、気液接触膜１４の内周側の
側部および外周側の側部ならびに封止部１０ｂ，１０ｃ
の封止に用いられる接着材が接着時に多孔質膜に含浸し
易くなり、それによって接合力が高められる。
【００２７】さらに、上記の実施例によるスパイラル型
膜エレメント１０では、気液接触膜１４、第１および第
２流体流路材１３，１５からなる素材群（リーフ）が、
１組用いられているが、複数組用いてもよい。複数組の
素材群を第２流体供給管１１の外周に巻回して使用する
ことにより、第２流体流路（例えば液体）側の圧力損失
を低く抑えることができる。このため、液体供給用のポ
ンプとして低圧ポンプを使用でき、かつこれによりスパ
イラル型膜モジュールの容器を耐圧構造とする必要がな
くなる等の利点が生じる。
膜エレメント１０では、気液接触膜１４、第１および第
２流体流路材１３，１５からなる素材群（リーフ）が、
１組用いられているが、複数組用いてもよい。複数組の
素材群を第２流体供給管１１の外周に巻回して使用する
ことにより、第２流体流路（例えば液体）側の圧力損失
を低く抑えることができる。このため、液体供給用のポ
ンプとして低圧ポンプを使用でき、かつこれによりスパ
イラル型膜モジュールの容器を耐圧構造とする必要がな
くなる等の利点が生じる。
【００２８】このように、スパイラル型膜エレメント１
０の気液接触部１０ａにおいて、第２流体流路１８は第
２流体供給管１１の周りにスパイラル状に構成され、さ
らに第２流体出口７に連通している。このため、第２流
体は円筒容器２の内部において滞留することなく流動す
る。したがって、従来の一般的なスパイラル型膜モジュ
ールのように、膜エレメントと円筒容器との隙間に処理
液体の滞留部が構成され、この滞留部において微粒子や
ＴＯＣ（有機体炭素）が長期的に増加して液質低下を招
くという問題の発生が防止される。
０の気液接触部１０ａにおいて、第２流体流路１８は第
２流体供給管１１の周りにスパイラル状に構成され、さ
らに第２流体出口７に連通している。このため、第２流
体は円筒容器２の内部において滞留することなく流動す
る。したがって、従来の一般的なスパイラル型膜モジュ
ールのように、膜エレメントと円筒容器との隙間に処理
液体の滞留部が構成され、この滞留部において微粒子や
ＴＯＣ（有機体炭素）が長期的に増加して液質低下を招
くという問題の発生が防止される。
【００２９】さらに、気液接触膜１４が疎水性の高いＰ
ＴＦＥ製多孔質膜から形成されている。このため、アル
コール等の溶剤を含む液体がスパイラル型膜モジュール
に導入された場合であっても、気液接触膜１４の液体に
接する表面が親水化されることが防止される。このた
め、膜表面の親水化によるガス溶解効率の低下や脱気効
率の低下を防止することができる。
ＴＦＥ製多孔質膜から形成されている。このため、アル
コール等の溶剤を含む液体がスパイラル型膜モジュール
に導入された場合であっても、気液接触膜１４の液体に
接する表面が親水化されることが防止される。このた
め、膜表面の親水化によるガス溶解効率の低下や脱気効
率の低下を防止することができる。
【００３０】上記のスパイラル型膜モジュール１は、液
体に目的とするガスを溶解するガス溶解または排ガスを
浄化するためのガス吸着等に用いることができる。液相
側に用いる流体（液体）としては、特に限定されるもの
ではないが、気液接触膜１４の膜素材であるＰＴＦＥに
対し接触角が９０°以上の大きいものが用いられ、例え
ば水、有機物の水溶液、無機物の水溶液、水分散体、体
液等が用いられる。また、気相側に用いる流体（気体）
としては、特に限定されるものではないが、例えば空
気、酸素、オゾン、窒素、一酸化炭素、炭酸ガス、水
素、アンモニア、硫化水素、ＳＯx （硫黄酸化物）、Ｎ
Ｏx （窒素酸化物）、メルカプタン、ハロゲン、ハロゲ
ン化水素、低級アルコール、低級炭化水素、ハロゲン化
炭化水素またはこれらの混合物等が用いられる。
体に目的とするガスを溶解するガス溶解または排ガスを
浄化するためのガス吸着等に用いることができる。液相
側に用いる流体（液体）としては、特に限定されるもの
ではないが、気液接触膜１４の膜素材であるＰＴＦＥに
対し接触角が９０°以上の大きいものが用いられ、例え
ば水、有機物の水溶液、無機物の水溶液、水分散体、体
液等が用いられる。また、気相側に用いる流体（気体）
としては、特に限定されるものではないが、例えば空
気、酸素、オゾン、窒素、一酸化炭素、炭酸ガス、水
素、アンモニア、硫化水素、ＳＯx （硫黄酸化物）、Ｎ
Ｏx （窒素酸化物）、メルカプタン、ハロゲン、ハロゲ
ン化水素、低級アルコール、低級炭化水素、ハロゲン化
炭化水素またはこれらの混合物等が用いられる。
【００３１】ガス溶解を行う場合、第２流体入口１１ａ
から液体を供給し、第１流体入口４から気体（ガス）を
供給する。そして、気液接触部１０ａにおいてガスが溶
解したガス溶解液体を第２流体出口７から取り出し、残
余のガスを第１流体出口６から取り出す。
から液体を供給し、第１流体入口４から気体（ガス）を
供給する。そして、気液接触部１０ａにおいてガスが溶
解したガス溶解液体を第２流体出口７から取り出し、残
余のガスを第１流体出口６から取り出す。
【００３２】また、上記と逆の使用方法も可能である。
すなわち、第２流体入口１１ａから気体（ガス）を供給
し、第１流体入口４から液体を供給する。そして、第２
流体出口７から残余のガスを排出し、第１流体出口６か
らガス溶解液体を取り出すことも可能である。
すなわち、第２流体入口１１ａから気体（ガス）を供給
し、第１流体入口４から液体を供給する。そして、第２
流体出口７から残余のガスを排出し、第１流体出口６か
らガス溶解液体を取り出すことも可能である。
【００３３】さらに、ガス放散を行う場合、第１流体入
口４あるいは第１流体出口６のいずれかを密栓し、片方
を真空ポンプに接続して気体の流路を減圧する。この状
態で被処理液体を第２流体入口１１ａから供給し、第２
流体出口７から取り出す。これにより、気液接触部１０
ａにおいて被処理液体中の気体成分が、減圧された気体
流路（第１流体流路１９）側に放散される。
口４あるいは第１流体出口６のいずれかを密栓し、片方
を真空ポンプに接続して気体の流路を減圧する。この状
態で被処理液体を第２流体入口１１ａから供給し、第２
流体出口７から取り出す。これにより、気液接触部１０
ａにおいて被処理液体中の気体成分が、減圧された気体
流路（第１流体流路１９）側に放散される。
【００３４】また、逆の使用方法も可能である。すなわ
ち、第２流体入口１１ａおよび第２流体出口７のいずれ
かを密栓し、片方を真空ポンプに接続して減圧し、さら
に第１流体入口４から被処理液体を供給し、第１流体出
口６から取り出す。これにより、被処理液体から脱気す
ることができる。
ち、第２流体入口１１ａおよび第２流体出口７のいずれ
かを密栓し、片方を真空ポンプに接続して減圧し、さら
に第１流体入口４から被処理液体を供給し、第１流体出
口６から取り出す。これにより、被処理液体から脱気す
ることができる。
【００３５】
【実施例】［実施例１］日東電工製ＰＴＦＥ多孔質膜Ｎ
ＴＦ−１１２２を用いて図１に示す構造を有する実施例
１のスパイラル型膜モジュールを作製した。モジュール
サイズは、胴部の直径が８０ｍｍ、長さが３１０ｍｍで
あり、有効膜面積は約０．４ｍ2 である。
ＴＦ−１１２２を用いて図１に示す構造を有する実施例
１のスパイラル型膜モジュールを作製した。モジュール
サイズは、胴部の直径が８０ｍｍ、長さが３１０ｍｍで
あり、有効膜面積は約０．４ｍ2 である。
【００３６】この実施例１のスパイラル型膜モジュール
に対し、第１流体入口より純水を供給し、第２流体入口
よりオゾンガスを供給し、以下の条件においてオゾン水
を製造した。
に対し、第１流体入口より純水を供給し、第２流体入口
よりオゾンガスを供給し、以下の条件においてオゾン水
を製造した。
【００３７】
【００３８】上記の実験の結果、オゾン濃度が１１．６
ｐｐｍのオゾン水を得ることができた。
ｐｐｍのオゾン水を得ることができた。
【００３９】また、上記の結果を実施例１の多孔質膜と
孔径が同等のＰＴＦＥ膜を用いた中空糸膜モジュールの
性能データと比較した。この比較例の中空糸膜モジュー
ルのモジュールサイズは、胴部の直径が１１０ｍｍ、長
さが７７０ｍｍであり、有効膜面積は２〜３ｍ2 であ
る。性能データによると、この比較例の中空糸膜モジュ
ールを用いて上記実験と同一条件でオゾン水を製造した
場合、オゾン濃度が１０．８ｐｐｍのオゾン水が得られ
る。
孔径が同等のＰＴＦＥ膜を用いた中空糸膜モジュールの
性能データと比較した。この比較例の中空糸膜モジュー
ルのモジュールサイズは、胴部の直径が１１０ｍｍ、長
さが７７０ｍｍであり、有効膜面積は２〜３ｍ2 であ
る。性能データによると、この比較例の中空糸膜モジュ
ールを用いて上記実験と同一条件でオゾン水を製造した
場合、オゾン濃度が１０．８ｐｐｍのオゾン水が得られ
る。
【００４０】上記の比較結果より、実施例１のスパイラ
ル型膜モジュールは、比較例の中空糸膜モジュールに比
べ、単位膜面積当たり、あるいは単位容積当たりのガス
溶解効率が高いことが判明した。
ル型膜モジュールは、比較例の中空糸膜モジュールに比
べ、単位膜面積当たり、あるいは単位容積当たりのガス
溶解効率が高いことが判明した。
【００４１】［実施例２］また、図１に示すスパイラル
型膜モジュールにおいて、気液接触膜１４の代わりに透
明ポリエチレンシートを用いて実施例２のダミーモジュ
ールを作製した。このモジュールの液体入口から水道水
を０．５〜５Ｌ／分で流入し、水道水中に染料液を少量
混入して水道水の流動状態を目視観察した。この結果、
モジュール内において水道水が滞留する異常滞留部は確
認されなかった。
型膜モジュールにおいて、気液接触膜１４の代わりに透
明ポリエチレンシートを用いて実施例２のダミーモジュ
ールを作製した。このモジュールの液体入口から水道水
を０．５〜５Ｌ／分で流入し、水道水中に染料液を少量
混入して水道水の流動状態を目視観察した。この結果、
モジュール内において水道水が滞留する異常滞留部は確
認されなかった。
【００４２】以上のように本発明によるスパイラル型膜
モジュールでは、従来の中空糸膜モジュールに比べ、単
位膜面積当たりのガス移動速度が高く、効率的な気液接
触操作を行うことができる。
モジュールでは、従来の中空糸膜モジュールに比べ、単
位膜面積当たりのガス移動速度が高く、効率的な気液接
触操作を行うことができる。
【００４３】また、本発明のスパイラル型膜モジュール
によると、従来のスパイラル型膜モジュールで生じるよ
うな円筒容器と膜エレメントの隙間での異常滞留部が発
生せず、常に清浄な状態で処理を行うことができる。
によると、従来のスパイラル型膜モジュールで生じるよ
うな円筒容器と膜エレメントの隙間での異常滞留部が発
生せず、常に清浄な状態で処理を行うことができる。
【図１】本発明の実施例によるスパイラル型膜モジュー
ルの断面図である。
ルの断面図である。
【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの膜エレメン
トの一部切欠き斜視図である。
トの一部切欠き斜視図である。
【図３】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１中のスパイラル型膜エレメントの封止部の
拡大断面図である。
拡大断面図である。
１ スパイラル型膜モジュール ２ 円筒容器 ４ 第１流体入口 ６ 第１流体出口 ７ 第２流体出口 １０ スパイラル型膜エレメント １０ａ 気液接触部 １０ｂ，１０ｃ 封止部 １１ 第２流体供給管 １１ａ 第２流体入口 １１ｂ 供給孔 １３ 第１流体流路材 １４ 気液接触膜 １５ 第２流体流路材 １６ プラグ １７ 封止部 １８ 第２流体流路 １９ 第１流体流路
Claims (5)
- 【請求項１】 連続または独立した一対の疎水性の透過
膜を、内側に第１流路材を挟んでかつ外側に第２流路材
を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状に巻回する
ことによりスパイラル状膜エレメントが形成され、前記
透過膜間で前記第１流路材により形成される第１の流路
の内周側の側部および外周側の側部が封止されるととも
に、前記透過膜間で前記第２流路材により形成される第
２の流路の両端部が封止され、前記スパイラル状膜エレ
メントは、筒形容器内に収納され、前記筒形容器は、両
端部にそれぞれ第１流体口を有しかつ少なくとも一端部
および外周部にそれぞれ第２流体口を有し、前記筒形容
器内で前記スパイラル状膜エレメントの両端部側にそれ
ぞれ形成される第１の空間と前記スパイラル状膜エレメ
ントの外周部側に形成される第２の空間とが分離され、
前記第１の空間が前記第１流体口に連通し、前記第２の
空間が前記筒形容器の外周部の前記第２流体口に連通し
かつ前記有孔中空管の内部が前記筒形容器の少なくとも
一端部の前記第２流体口に連通したことを特徴とするス
パイラル型膜モジュール。 - 【請求項２】 前記疎水性の透過膜がフッ素樹脂からな
ることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜モジ
ュール。 - 【請求項３】 前記フッ素樹脂はポリテトラフルオロエ
チレンであることを特徴とする請求項２記載のスパイラ
ル型膜モジュール。 - 【請求項４】 前記疎水性の透過膜が多孔質膜であるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスパイ
ラル型膜モジュール。 - 【請求項５】 前記第１の流路の内周側の側部、外周側
の側部および前記第２の流路の両端部は、前記透過膜よ
り低融点のフッ素樹脂を加熱溶融して封止されているこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスパイ
ラル型膜モジュール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9356794A JPH11179167A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | スパイラル型膜モジュール |
| US09/382,937 US6168648B1 (en) | 1997-12-25 | 1999-08-25 | Spiral wound type membrane module, spiral wound type membrane element and running method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9356794A JPH11179167A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | スパイラル型膜モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11179167A true JPH11179167A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18450808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9356794A Pending JPH11179167A (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | スパイラル型膜モジュール |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6168648B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11179167A (ja) |
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| JP2011529782A (ja) * | 2008-08-04 | 2011-12-15 | エムエン、ベタイリグングス、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング | 渦巻状に巻かれた膜フィルターを有するフィルターモジュールおよびシステム並びにその製造方法 |
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