JPH02144117A - 気体分離複合膜モジュール - 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】 産業上の利用分野 本発明は混合気体から特定の気体を選択的に分離する気
体分離膜を用いた気体分離複合膜モジュールに関するも
のである。

従来の技術 近年、有機高分子に用いた気体分離膜が数多く提案され
ている。特に、このような気体分離膜を使用して、空気
からの酸素を選択的に分離して酸素富化気体を得る技術
の実用化が注目されている。

空気中からの酸素を効率よく安価に分離濃縮できるなら
ば、燃焼分野や、汚泥処理分野、健康・医療機器分野な
どに大いに貢献できると期待されている。

酸素の分離膜°には、空気などの混合気体から選択的に
酸素を分離する機能と、効率よく酸素を透過させる機能
とが大きいこと、すなわち、酸素選択係数と酸素透過係
数との大きいことが望まれる。

一般に、均質膜における気体の透過量については、次の
関係が成立する。

ｑ、：気体ｉの透過量（ｃｃ） Ｐｌ　・気体透過係数（ＣＣ−ＣＴＩｌ／ｃＩｄ・秒・
ｃｍｌｌｇ）ΔＰ１　：気体ｉの膜両面での分圧差（ｃ
ｍＨｇ）ｔ：透過時間（秒） Ａ；膜面積（ｃｉ） ！、膜厚（何） したがって、膜厚ｌを薄くすればするほど、気体の透過
量を多くすることができる。

このような薄膜の気体分離膜を得る一つの方法として、
溶媒に溶解した有機高分子を水面上に展開して、高分子
薄膜を形成し、これを多孔質支持体に担持させるという
方法が提案されている（特開昭５６−９２９２６号公報
）。

このように膜厚ｌを薄くすると、気体分離膜単体では機
械的強度が得られないために、通常、前述のように多孔
質支持体に支持させたり、あるいは、溶媒に溶かした膜
材料を水面上に展開して多孔質支持体に担持させたりし
ている。

多孔質支持体上に気体分離膜を担持させた気体分離複合
膜においては、気体分離膜それ自体の特性（選択性、流
ｆｆ１）とともに気体分離膜の特性を十分に確保できる
多孔質支持体の存在が重要である。出願人においては、
気体分離膜の初期特性が良好な気体分離複合膜として、
緻密層と空洞層とを有し、空孔率を５０〜８０％として
圧力損失の少ない構造とし、さらに繊維状補強材を配し
た多孔質支持体上に気体分離膜を積層させた構造につい
て検討した（特願昭６２−１３２５２４号）。

以下、上述した従来例ならびに出願人による検討例につ
いて、図面を用いて説明する。

第３図は気体分離複合膜の断面図である。

図において、１は混合気体から希望する気体を選択的に
分離する気体分離膜、２は気体分離膜１を担持する多孔
質支持体で、緻密層２ａと空洞層２ｂとを有し、その空
孔率が５０〜８０％である。

これらによって気体分離複合膜が構成されている。

３は繊維状補強材で、多孔質支持体２を補強するだめの
ものである。

第４図はこの気体分離複合膜をモジュール化した装置の
構造の一例の断面図である。

図において、４は気体分離複合膜を支持し、真空度を伝
える通気性部材、５は気体分離複合膜を気密に保つ両面
粘着テープ、６は外壁を形成するモジュール枠、６ａは
分離気体を導出する流体吐出口である。

この気体分離複合膜モジュールにおいて、真空ポンプで
流体吐出口６ａの内部を減圧吸引すると、モジュール枠
６の内部が減圧状態になり、多孔質支持体２の緻密層２
ａ１空洞層２ｂおよび通気性部材５を介して気体分離膜
１に差圧が生じる。この差圧により、気体分離複合膜の
外部の気体から、特定の気体たとえば酸素が気体分離膜
１を通って選択的に分離され、多孔質支持体２の緻密層
２ａおよび空洞層２ｂと不織布３とを通り、通気性部材
４によって形成されている空間部に進入し、流体吐出口
６ａから分離気体（酸素富化空気）として取り出される
。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述の従来例では、多孔質支持体２の緻
密層２ａと空洞層２ｂとが、その膜面に垂直な方向にの
み通気性を示し、水平方向に対しては通気性を示さない
。ところが、繊維補強材３としての不織布は、垂直方向
にも水平方向にも通気性があるため、第４図に示すよう
に不織布３の底面を両面粘着テープ５で接着するだけで
は、空気が漏れて選択的に分離された気体（酸素富化空
気）の濃度が低下してしまう。

また、有機溶剤系の接着剤で、気体分離複合膜端面を覆
うようにして接着することも考えられるが、この場合に
は、接着剤が気体分離複合膜面上に流れて、膜面積を狭
めたり、気体分離膜を侵してしまったりする。

また、繊維状補強材の端面部分を有機高分子で含浸させ
る方法には、工程が繁雑になるという不都合がある。

課題を解決するための手段 本発明の気体分離複合膜モジュールは、テープ状シール
部材で、気体分離複合膜のモジュール枠あるいは支持板
に沿った端縁部分を覆うようにして、これら気体分離複
合膜とモジュール枠あるいは支持板とを接着したもので
ある。

作　　用 この構成により、気体分離膜に対して平行な方向の通気
性がなくなって空気の漏れがなくなり、酸素富化空気の
酸素濃度の低下がない。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第２図はこの実施例で使用されている気体分離複合膜の
断面図である。

図において、１１は混合気体を選択的に分離する気体分
離膜、１２は多孔質支持体である。多孔質支持体１２に
おいて、１２ａは表面が平滑ま緻密層であって、その表
面に気体分離膜１１が形成されている。１２ｂは多孔質
支持体１２の圧力損失を少なくする空洞層である。１３
は多孔質支持体１２をラミネートあるいはコーティング
した、多孔質支持体１２を補強する繊維状補強材、であ
る。

この気体分離複合膜について、具体的に説明すると、不
織布（阿波製紙株式会社の商品名「ピュアリー　グレー
ド０１５ＡＣＪ）上に、ポリエーテルスルホン樹脂（Ｉ
ＣＩ社の商品名ｒＶｉｃ１、ｒｅｘ。

グレードＤ−１７００」）の１５重量％のジメチルスル
ホキシド溶液を、膜圧４０μｍになるように均一に塗布
し、室温で約１０秒放置した後、水凝固液中に浸漬し、
水洗いして乾燥させた。

この工法により、孔径が０，２μｎ１以下の緻密層と孔
径が０．５〜１０μｍの空洞層とを有し、全体の空孔率
が７７％である多孔質支持体を不織布上にコーティング
一体型とした多孔質支持体を得た。

ポリジメチルシロキサンとポリヒドロキシヌチレンとポ
リスルホンの共重合体の２重量％のベンゼン溶液（５重
量％のテトラヒドロフランを含む）を水面に展開し、薄
膜を形成した後、上記多孔質支持体上に二層積層して気
体分離膜を形成することにより、気体分離複合膜を作製
した。この気体分離複合膜の特性を第１表に示す。

第１表 上記気体分離複合膜をモジュール化した本実施例の構造
を第１図に示す。

図において、１１は気体分離膜、１２ａは多孔質支持体
１２の緻密層、１２ｂは同じく空洞層、１３は繊維状補
強材で、これらは第２図に示した気体分離複合膜と構成
が同じである。４は通気性部材、６はモジュール枠、６
ａは流体吐出口で、これらは第４図に示した装置と構造
的に同じものである。

１４はテープ状シール部材で、気体分離複合膜のモジュ
ール枠６に沿った端縁部分を覆うようにして、この気体
分離複合膜とモジュール枠６とを接着する。また、気体
分離複合膜とモジュール枠６とを同一平面上で段差なく
テープ状シール部材１４で接着すれば、作業性もよく、
空気が漏れることなく、その接着の信頼性も向上する。

なお、テープ状シール部材１４としてはポリエステル接
着テープ（ソニー株式会社の「ソニーホントテープグレ
ードＴ４０８０Ｊ）を使用した。

これは気体分離＠１１の主成分であるポリジメチルシロ
キサンが、剥離剤として使用されているため、テープ状
シール部材１４の接着剤にはシリコーン系を使用してい
る。このように、気体分離膜１１の膜成分と同じ材料の
接着剤を使用することにより、空気の漏れを生じること
なく接着することができる。また、−１０℃〜４０℃の
範囲内の温度での剥離接着力が４５０　ｇ　／　２　ｃ
ｍ　〜４００　ｇ　／　２　ａｎ（測定速度：３００ｍ
ｍ／分）であり、高温度下においてもその剥離接着力の
低下しないことが確認され、気体分離複合膜モジュール
に適用してなんら支障のないことがわかった。

なお、本発明において、テープ状シール部材１４で、気
体分離複合膜のモジュール枠６に沿った端縁部分を覆う
ように、気体分離複合膜をモジュール枠６と接着すると
は、第１図に示すように、気体分離複合膜の多孔質支持
体１２の端部がら空気が漏れないように接着することを
言う。

この気体分離複合膜モジュールにおいて、真空ポンプで
流体吐出口６ａの内部を減圧吸引すると、モジュール枠
６の内部が減圧状態になり、通気性部材５．繊維状補強
材１３．多孔質支持体１２を通して気体分離膜１１に差
圧が生じる。気体分離膜１１に差圧が生じると、特定の
気体たとえば酸素が、気体分離複合膜モジュールの外部
の気体から気体分離膜１１を通って選択的に分離され、
多孔質支持体１２を通り通気性部材４によって形成され
ている空間部に侵入し、流体吐出口６ａから分離気体（
酸素富化空気）として取り出される。

第２表に、本発明の実施例の気体分離複合膜をモジュー
ル化して、その実測値と第１表の性能値からの計算値を
示す。あわせて従来例の実測値も対比させて示す。

第２表 上表から明らかなように、本実施例の実測値と計算値と
がほとんど等しいことから、接着面などからの気体の漏
れがないと考えられる。

すなわち、テープ状シール部材１４で気体分離複合膜を
そのモジュール枠６に沿った部分を覆うようにモジュー
ル枠６と接着しただけで、ンーリングが十分なされてお
り、膜面と平行な方向の漏れはないと判断できる。

なお、本発明では、テープ状シール部材１４で気体分離
複合膜をモジュール枠６と接着したけれども、モジュー
ル枠に代えて支持板のような板状のものを使用してもよ
い。

本実施例によれば、気体分離複合膜が、そのモジニール
枠あるいは支持板に沿った部分がテープ状シール部材で
覆われるようにして、モジニール枠あるいは支持板と接
着されているので、膜面に対して垂直な方向の空気の漏
れがなくなって、第１表の性能値からの計算値とほぼ同
等の性能を示した。また、モジュール枠と気体分離複合
膜との間にを段差がないことから、モジュール枠内に埋
め込むことで、接着加工が簡単で、しかも接着するため
のコストが安くなり、安価な気体分離膜モジュールを得
ることができる。

発明の効果 本発明の気体分離複合膜モジュールによれば、気体分離
複合膜を、そのモジュール枠あるいは支持板に沿った部
分をテープ状シール部材で覆うようにして、モジュール
枠あるいは支持板と接着しているので、膜面に対して垂
直な方向の空気の漏れがなく、酸素富化空気の酸素濃度
が低下してしまうというおそれがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における気体分離複合膜モジ
ュールの断面図、第２図はこの実施例で使用されている
気体性ｔｉｌｌ複合膜の断面図である。 第３図は従来の気体分離複合膜の断面図、第４図は第３
図の気体骨＠複合膜をモジュール化した気体分離複合膜
モジュールの断面図である。 １１・・・・・・気体分離膜、１２・・・・・・多孔質
支持体、１２ａ・・・・・・多孔質支持体の緻密層、１
２ｂ・・・・・・多孔質支持体の空洞層、１３・・・・
・・繊維状補強材、１４・・・・・・テープ状シール部
材。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名１１−一紙
体分卸冒蕩 Ｉ２゛−多Ｘｌ貢支符イネ １３−〜−　衾ｆ阪　魯自色　オプ；楕　了→シきｐ材
１４−−−テープ４大ンールｇｐ才才 ／？

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）大気もしくは混合気体を選択的に分離する気体分
   離複合膜と、前記気体分離複合膜を内側から支持する通
   気性部材と、外壁を形成するモジュール枠あるいは支持
   板とを有し、テープ状シール部材で、前記気体分離複合
   膜の前記モジュール枠あるいは前記支持板に沿った端縁
   部分を覆うようにして、前記気体分離複合膜と前記モジ
   ュール枠あるいは前記支持板とを接着してなることを特
   徴とする気体分離複合膜モジュール。
2. （２）気体分離複合膜とモジュール枠あるいは支持板と
   が段差なく並置され、テープ状シール部材で接着されて
   いることを特徴とする請求項１記載の気体分離複合膜モ
   ジュール。
3. （３）テープ状シール部材の接着剤中の少なくとも一成
   分が気体分離膜の主成分と同一材料であることを特徴と
   する請求項１記載の気体分離複合膜モジュール。