JP5599785B2 - セラミック浸透気化膜及びセラミック蒸気透過膜 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック製でモノリス型の浸透気化膜、及び蒸気透過膜に関する。

近年、多成分の混合物（混合流体）から特定の成分のみを選択的に回収するために、セラミック製のフィルタが用いられている。セラミック製のフィルタは、有機高分子製のフィルタと比較して、機械的強度、耐久性、耐食性等に優れるため、水処理や排ガス処理、あるいは医薬や食品分野等の広範な分野において、液体やガス中の懸濁物質、細菌、粉塵等の除去に、好ましく適用される。

このようなセラミック製のフィルタ（セラミックフィルタという）において、分離性能を確保しつつ、水透過性能を向上させるには、膜面積（分離膜の面積）を大きくすることが必要であり、そのためには、モノリス型（ないしはハニカム型）を呈することが望ましい。モノリス型のフィルタは、チューブ型のものに比して、折れ難く、低コスト化が図れる等の優位性がある。モノリス型のフィルタとは、多くの場合、外形が円柱形であり、その軸方向に形成された多数の平行な流路（セルという）を内部に有する多孔質支持体を具備し、更に、その多孔質支持体に比して孔径の小さな分離膜が、セルを形成する内壁面に形成されたものである。

従来のモノリス型（ないしはハニカム型）のセラミックフィルタを開示した先行文献として、例えば、特許文献１〜５を挙げることが出来る。

特許文献１に開示されたセラミックスハニカムフィルタでは、多孔質支持体（多孔質基材）の長手方向にスリット状の隙間部を設けることにより、多孔質支持体の中心部近傍のセルからの透過量を増加させている。このセラミックスハニカムフィルタは、モノリス型のフィルタを大型化すると、多孔質支持体の中心部近傍のセルで透過された透過流体ほど、多孔質支持体の外部に流出する際に大きな流動抵抗を受けて、実際に形成されている濾過膜の面積に比して、分離能力（濾過処理能力）が低かったので、この分離能力の向上を目的として、提案されたものである。

特許文献２に開示されたセラミックスハニカムフィルタは、筒状の多孔体の長手方向に形成された多数の平行なセルの内壁面に、多孔体の孔径に比して更に孔径の小さい、濾過膜を形成するとともに、多孔体の中心近傍のセルからの通水量を増加させるために、多孔体の長手方向に排出流路を設け、且つ排出流路に連通する集水セルの縁端部を目封止部材により封止したものである。

特許文献３に開示されたセラミックスハニカムフィルタでは、液溜まりが形成されないように、所定の空間内にだけ、目封止部材（目詰部材）を備えている。このセラミックスハニカムフィルタを用いると、透過流体（濾過流体）の内部滞留が有効に防止されるので、洗浄度の高い透過流体を供給することが可能になる。

特許文献４に開示されたクロスフロー型の濾過装置は、集水セル間の濾過セルが複数（３セル以上）の構造体（セラミックフィルタ）を備えるものであり、圧力損失が低く、精密濾過、限外濾過、逆浸透、ガス分離、パーベーパレーション等の様々な用途に好適な濾過装置である。

特許文献５に開示されたセラミックフィルタは、濾過セルと集水セルの一辺が隣接した構造を呈するものであり、限外濾過、精密濾過の用途において、水透過量が大きく、逆洗効率が高いフィルタである。

特開平６−９９０３９号公報 特開２０００−１５３１１７号公報 特許第３８６８３９１号明細書 特公平６−０１６８１９号公報 実公平４−８９２号公報

しかしながら、上記先行文献にかかる技術は、以下のように、何れも問題を抱えている。

特許文献１のセラミックスハニカムフィルタでは、その構造に起因して、焼成時やハウジングに装着する際の破損や、それに伴うシール不良が生じるおそれがある。又、特許文献２に開示されたセラミックスハニカムフィルタは、精密濾過法による分離手段として用いる場合には、優れた分離能力を有しているものの、透過分離成分が気体の場合には、透過速度が液体の場合に比して速いので、圧力損失が大きくなり、単位時間あたりの透過流量が減少するため、浸透気化（パーベーパレーション）や蒸気透過（ベーパーパーミエーション）の用途としては、好適なものとはいえない。

特許文献３に開示されたセラミックスハニカムフィルタは、透過分離成分が液体の場合には特に優れた分離能力を有しているが、透過分離成分が気体の場合には、透過速度が液体の場合に比して速いので、圧力損失が大きくなり、単位時間あたりの透過流量が減少する。又、特許文献４が開示する濾過装置は、精密濾過法による分離手段として用いる場合には、優れた分離能力を有しているものの、浸透気化法による分離手段として用いると、圧力損失が大きくなり、透過速度が減少するという問題があり、分離係数も小さい。即ち、これら特許文献３、４に開示された技術は、浸透気化や蒸気透過の用途としては、好適なものとはいえない。そして、特許文献５のセラミックフィルタは、浸透気化用途に使用されておらず、浸透気化法による分離手段として用いたときの分離能力が不明である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、透過速度が大きく、分離係数も高い、浸透気化膜及び蒸気透過膜を提供することにある。研究が重ねられた結果、濾過セル及び集水セルを有するモノリス型を呈し、その濾過セル及び集水セルの長さに対する、排出流路の開口長さの総和の割合を１０％以上にしたセラミックフィルタ、ないし、その濾過セルと集水セルとが近接している態様のセラミックフィルタ、によって、この課題が解決されることが見出され、本発明の完成に至った。

即ち、先ず、本発明によれば、多孔質体と分離膜とを具備し、多孔質体は、両端面及び外周面を有し、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セルと、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成されるとともに両端面の開口が封止された複数の集水セルと、その集水セルが外部空間と連通するように設けられた排出流路と、を備え、分離膜は、多孔質体の濾過セルの内壁面に配設され、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上であるセラミック浸透気化膜が提供される（本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜という）。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜においては、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さ総和の割合が、１５％以上であることが好ましく、２０％以上であることが特に好ましい。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜においては、上記排出流路が、複数、形成されており、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔の割合が、８０％以下であることが好ましい。この排出流路どうしの最長の間隔の割合は、４５％以下であることがより好ましく、４０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが、特に好ましい。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜において、セラミック浸透気化膜の機械的強度の観点から、上記の排出流路の開口長さの総和の割合の上限は４０％である。又、濾過セルの長さに対する、１つの排出流路の開口長さの割合は、同様に、セラミック浸透気化膜の機械的強度の観点から、１０％以下であることが好ましい。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜においては、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であることが好ましい。この本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜の好ましい態様は、後述する本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜の特徴を兼ね備えるものである。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜においては、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が３以下であることが好ましい。これも、後述する本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜の特徴を兼ね備えるものである。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜においては、２列の前記集水セルの間の、濾過セルの列数が２であり、濾過セルと集水セルとが常に隣接していることが好ましい。これも、後述する本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜の特徴を兼ね備えるものである。

次に、本発明によれば、多孔質体と分離膜とを具備し、多孔質体は、両端面及び外周面を有し、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セルと、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成されるとともに両端面の開口が封止された複数の集水セルと、その集水セルが外部空間と連通するように設けられた排出流路と、を備え、分離膜は、多孔質体の濾過セルの内壁面に配設され、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であるセラミック浸透気化膜が提供される（本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜という）。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が３以下であることが好ましい。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が２であり、濾過セルと集水セルとが常に隣接していることが好ましい。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、濾過セルの長さが、３００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましい濾過セルの長さは、５００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下である。特に好ましい濾過セルの長さは、５００ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下である。

本発明に係るセラミック浸透気化膜においては、集水セル及び濾過セルの断面形状として、円形、四角形、六角形、八角形等の任意の形状を採ることが出来る。本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、濾過セルの断面形状が、円形であることが好ましい。（濾過又は集水）セルの断面形状とは、両端面及び外周面を有する多孔質体における両端面を結ぶ方向（セルの長さ方向ともいう）に垂直な断面に現れる（濾過又は集水）セルの形状である。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上であることが好ましい。この本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜の好ましい態様は、既述の本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜の特徴を兼ね備えるものである。即ち、第２のセラミック浸透気化膜の好ましい態様は、第１のセラミック浸透気化膜の好ましい態様に等しい。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さ総和の割合が、２０％以上であることが好ましい。これも、既述の本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜の特徴を兼ね備えるものである。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜においては、排出流路が、複数、形成されており、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔の割合が、８０％以下であることが好ましい。この排出流路どうしの最長の間隔の割合は、４５％以下であることがより好ましく、４０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが、特に好ましい。これも、既述の本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜の特徴を兼ね備えるものである。

次に、本発明によれば、上記した何れかの本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜を用いて、水溶液、又は、水と有機溶剤の混相液、から蒸気として水分を除去する脱水方法が提供される（本発明に係る第１の脱水方法という）。例えば、（質量比で）水濃度１％〜９９％の、水溶液、又は水と有機溶剤の混相液、を脱水対象として挙げることが出来る。本発明に係る第１の脱水方法の具体的な例は、メタノール水溶液、エタノール水溶液等のアルコール水溶液、又、酢酸等のカルボン酸、アセトン等のケトン類、エチルアミン等のアミン類から、浸透気化法によって水（水分）を除去する水溶液の脱水方法である。

次に、本発明によれば、多孔質体と分離膜とを具備し、多孔質体は、両端面及び外周面を有し、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セルと、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成されるとともに両端面の開口が封止された複数の集水セルと、その集水セルが外部空間と連通するように設けられた排出流路と、を備え、分離膜は、多孔質体の濾過セルの内壁面に配設され、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上であるセラミック蒸気透過膜が提供される（本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜という）。

本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さ総和の割合が、１５％以上であることが好ましく、２０％以上であることが特に好ましい。

本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜においては、上記排出流路が、複数、形成されており、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔の割合が、８０％以下であることが好ましい。この排出流路どうしの最長の間隔の割合は、４５％以下であることがより好ましく、４０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが、特に好ましい。

本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜において、セラミック蒸気透過膜の機械的強度の観点から、上記の排出流路の開口長さの総和の割合の上限は４０％である。又、濾過セルの長さに対する、１つの排出流路の開口長さの割合は、同様に、セラミック蒸気透過膜の機械的強度の観点から、１０％以下であることが好ましい。

本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であることが好ましい。この本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜の好ましい態様は、後述する本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜の特徴を兼ね備えるものである。

本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜においては、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が３以下であることが好ましい。これも、後述する本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜の特徴を兼ね備えるものである。

本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜においては、２列の前記集水セルの間の、濾過セルの列数が２であり、濾過セルと集水セルとが常に隣接していることが好ましい。これも、後述する本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜の特徴を兼ね備えるものである。

次に、本発明によれば、多孔質体と分離膜とを具備し、多孔質体は、両端面及び外周面を有し、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セルと、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成されるとともに両端面の開口が封止された複数の集水セルと、その集水セルが外部空間と連通するように設けられた排出流路と、を備え、分離膜は、多孔質体の濾過セルの内壁面に配設され、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であるセラミック蒸気透過膜が提供される（本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜という）。

本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が３以下であることが好ましい。

本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が２であり、濾過セルと集水セルとが常に隣接していることが好ましい。

本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルの長さが、３００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましい濾過セルの長さは、５００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下である。特に好ましい濾過セルの長さは、５００ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下である。

本発明に係るセラミック蒸気透過膜においては、集水セル及び濾過セルの断面形状として、円形、四角形、六角形、八角形等の任意の形状を採ることが出来る。本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルの断面形状が、円形であることが好ましい。（濾過又は集水）セルの断面形状とは、両端面及び外周面を有する多孔質体における両端面を結ぶ方向（セルの長さ方向ともいう）に垂直な断面に現れる（濾過又は集水）セルの形状である。

本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上であることが好ましい。この本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜の好ましい態様は、既述の本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜の特徴を兼ね備えるものである。即ち、第２のセラミック蒸気透過膜の好ましい態様は、第１のセラミック蒸気透過膜の好ましい態様に等しい。

本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さ総和の割合が、２０％以上であることが好ましい。これも、既述の本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜の特徴を兼ね備えるものである。

本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜においては、排出流路が、複数、形成されており、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔の割合が、８０％以下であることが好ましい。この排出流路どうしの最長の間隔の割合は、４５％以下であることがより好ましく、４０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが、特に好ましい。これも、既述の本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜の特徴を兼ね備えるものである。

次に、本発明によれば、上記した何れかの本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜を用いて、水と有機溶剤の混合気体から蒸気として水分を除去する脱水方法が提供される（本発明に係る第２の脱水方法という）。例えば、（質量比で）水濃度が１％〜９９％の、水と有機溶剤の混合気体を、脱水対象として挙げることが出来る。本発明に係る第２の脱水方法の具体的な例は、メタノール、エタノール等のアルコール、又は酢酸等のカルボン酸、又はアセトン等のケトン類、又はエチルアミン等のアミン類と、水（水蒸気）と、を含む混合気体から、蒸気浸透法によって、水（水分）を除去する混合気体の脱水方法である。

本明細書において、本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜と、本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜と、を合わせて、単に本発明に係るセラミック浸透気化膜という。本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜と、本発明に係る第２のセラミック蒸気透過膜と、を合わせて、単に本発明に係るセラミック蒸気透過膜という。本発明に係る第１の脱水方法と本発明に係る第２の脱水方法とを合わせて、単に本発明に係る脱水方法という。又、本明細書において、濾過セルと集水セルの両方を指して、単にセルということがある。

本発明に係る（第１及び第２の）セラミック浸透気化膜及び本発明に係る（第１及び第２の）セラミック蒸気透過膜において、多孔質体は、その外形が略柱状体を呈するものであり、一方の端面から他方の端面まで貫通する濾過セル及び集水セルが形成されているので、実質的に、濾過セル及び集水セルの長さは、多孔質体の長さ（軸長）に等しい。即ち、集水セルの長さは、濾過セルの長さに等しい。本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜及び本発明に係る第１のセラミック蒸気透過膜において、集水セルの長さに対する、濾過セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合も、１０％以上である。上記の通り、集水セルは、両端面の開口が封止されているので、集水セルの長さには、その封止部分（目封止部材）も含まれる。

本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜において、排出流路は、集水セルと外部空間とを連通させるものである。排出流路（集水スリット）は、列をなして形成される複数の集水セルどうしを連通させ、且つ、多孔質体の外周面に開口することによって、複数の集水セルと外部空間とを連通させる。濾過セルの長さに対する、濾過セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が１０％以上であるので、この排出流路は、薄い（細い）空間となり、スリット状の隙間のようになる。多孔質体の外周面に表れる開口は、まさにスリットである。本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜において、排出流路が複数形成されているとは、連通した複数の集水セルを１つの空間としたときに、この空間毎に、排出流路が複数形成されていることを意味する。換言すれば、排出流路の数は、連通した複数の集水セル毎に設けられた排出流路の数である。本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜の好ましい態様では、排出流路は、１つの列をなして形成される複数の集水セルどうしを連通させるのであり、別の列の集水セルを連通しない。そのため、複数の列をなす複数の集水セルがある場合には、その列毎に、排出流路が、複数、形成される。排出流路の数は、全ての（集水セルの）列において、同数であることが好ましい。一方、排出流路が複数ある場合に、それぞれの開口長さは、全て同一の長さであってよく、各排出流路の開口長さが異なっていてもよい。

本発明に係るセラミック浸透気化膜は、浸透気化膜と称するが、浸透気化用途のセラミックフィルタである。又、本発明に係るセラミック蒸気透過膜は、蒸気透過膜と称するが、蒸気透過用途のセラミックフィルタである。本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜において、両端面及び外周面を有する多孔質体は、その外形が略柱状体を呈している。外形は、ケーシングが容易であることから好ましくは円柱形であるが、四角柱形等であってもよい。そのような外形の多孔質体は、内部には、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セル及び複数の集水セルを備える。そして、多孔質体の濾過セルの内壁面に、分離膜が配設される。即ち、本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜は、何れも、モノリス型のフィルタということが出来る。分離膜が配設される濾過セルの内壁面とは、濾過セルを形成する多孔質体の（内部の）表面であり、隔壁（セルを隔てる壁（多孔質体そのもの））の表面である。

本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜において、例えば、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１であれば、濾過セルの列と集水セルの列を交互に配設することが出来る。例えば、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが２であれば、濾過セルが２列に対して集水セルは１列になり、この場合、２列の集水セルの間に、２列の濾過セルを配設することが出来る。これらのようなｍ／ｎが１又は２であるときには、濾過セルと集水セルとを、常に隣接させた配置にすることが可能である。そして、例えば、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが３であれば、濾過セルが３列に対して集水セルは１列になり、換言すれば、集水セル列間に、３列の濾過セルを配設することが出来る。

本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜においては、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であれば、２列の集水セルの間の（集水セルの列の間の）濾過セルの列数が、部分的に４を超えていてもよい。好ましい態様は、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が、全て１〜４であるものであり、より好ましい態様は、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が、全て１〜３であるものである。

もっとも、濾過セルが、外周面側に位置し、２列の集水セルの間に位置しない部分も生じ得る。本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜においては、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１〜４であれば、この部分で集水セルと外周面との間の濾過セルの列数が４を超えていてもよいが、この部分においても、集水セルと外周面との間の濾過セルの列数が、１〜４であることが好ましい。

尚、上記のように、濾過セルが、外周面側に位置し、２列の集水セルの間に位置しない部分も生じ得ることから、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎと、２列の集水セルの間の濾過セルの列数とが、常に一定の関係にあるわけではない。例えば、上記のように、集水セル列間に３列の濾過セルを配設したときに、集水セル、濾過セル、濾過セル、濾過セルという組み合せを捉えると、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎは３になるが、濾過セルの次の集水セルを考慮すれば、ｍ／ｎは３未満になる場合があり、集水セルの反対側に濾過セルが位置することを考慮すれば、ｍ／ｎは３を超える場合がある。本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜の態様は、種々考えられるが、本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜は、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１〜４であることを要し、その好ましい態様は、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が、全て１〜４であるものであり、より好ましい態様は、２列の集水セルの間の、濾過セルの列数が、全て１〜３であるものである。

本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜においては、濾過セルと集水セルの径は、５ｍｍ以下であることが好ましく、１〜３ｍｍであることが特に好ましい。径が１ｍｍ未満であると、変形によりセルが閉じてしまうおそれがある。一方、５ｍｍ超であると、分離膜の膜面積が小さくなる。セルの径とは、セルの断面形状の円相当面積の直径を意味する。

本発明に係るセラミック浸透気化膜及び本発明に係るセラミック蒸気透過膜においては、セル間の壁厚は、１．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２〜１．５ｍｍであることが特に好ましい。壁厚が０．２ｍｍ未満であると、製造する際の熱処理（焼成）によって大きく変形しセルが閉じてしまうおそれがある。一方、１．５ｍｍ超であると、圧力損失の増大によって水透過速度が小さくなり、セラミック浸透気化膜（あるいは本発明に係るセラミック蒸気透過膜）１本あたりの分離性能が低下する。セル間の壁厚とは、セルとセルの間の壁（多孔質体）の厚さであり、セルとセルの間の最短距離である。

次に、本発明の効果について、セラミック浸透気化膜の場合を挙げて説明する。浸透気化法と蒸気透過法（ベーパーパーミエーション）との相違は、分離される混合流体（混合物）の供給を、液体とするか（浸透気化法）、気体とするか（蒸気浸透法）であり、透過分離成分が気体である点は共通し、両方の分離のメカニズムは同じといってよい。従って、以下に示す本発明に係るセラミック浸透気化膜の効果は、本発明に係るセラミック蒸気透過膜においても、同様に得られる。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜は、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が１０％以上であり、好ましくは２０％以上であるので、透過分離成分が気体であっても、単位時間あたりの透過流量が減少することを抑制することが出来る。即ち、効率よく分離を行うことが可能であり、そのため、経済性に優れる。排出流路の開口長さの総和の割合が１０％未満であると、圧力損失の低減が不十分であり、透過分離成分の単位時間あたりの透過流量が減少する。

本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜は、その好ましい態様において、排出流路が、複数、形成されており、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔の割合が、４５％以下であるので、特に上記の効果が得られ易い。即ち、透過分離成分が気体であっても、圧力損失を低減することが出来、単位時間あたり透過流量の低減を更に抑制することが可能である。

本発明に係るセラミック浸透気化膜（本発明に係る第１のセラミック浸透気化膜の好ましい態様、及び本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜）は、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１〜４であり、好ましくは２列の集水セルの間の濾過セルの列数が３以下であり、更に好ましくは２列の集水セルの間の濾過セルの列数が２であり濾過セルと集水セルとが常に隣接しているので、浸透気化（パーベーパレーション）用途において、水透過速度が大きく分離係数も高い。即ち、優れている浸透気化膜である。

この効果が得られるのは、以下の理由による。即ち、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１〜４である場合には、ｍ／ｎが４を超える場合より濾過セルと集水セルとが接近することになる。２列の集水セルの間の濾過セルの列数が２であり濾過セルと集水セルとが常に隣接している場合には、尚更に、ｍ／ｎが４を超える場合より濾過セルと集水セルとが近くなる。このような本発明に係るセラミック浸透気化膜では、従来の（ｍ／ｎが４を超える）浸透気化膜に比して、膜面積あたりの水透過速度が大きくなり、その結果、セラミック浸透気化膜一本あたりの水透過流量も大きくなるからである。

本発明に係るセラミック浸透気化膜が、従来のフィルタに比して、浸透気化用途として優れているのは、浸透気化法の場合、精密濾過法、限外濾過法、ガス分離法、逆浸透法の場合より、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎの影響が大きいからである。

そして、このｍ／ｎの影響が大きい理由の１つは、浸透気化法では、供給液の蒸気圧と透過側の圧力との差圧を駆動力として透過が起こるので、精密濾過等に比して、小さな（膜間の）差圧で運転されるからである。（１）式は、成分ｉ（例えば水）透過速度を求める膜透過の基本式である。この（１）式に示されるように、透過速度は、膜の入口圧力と出口圧力との差（差圧）によって決定されるので、精密濾過等に比して相対的に差圧の小さい浸透気化法では、この差圧の低減が、大きく透過速度に影響する。濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎを１〜４とし、好ましくは２列の集水セルの間の濾過セルの列数を３以下とし、更に好ましくは２列の集水セルの間の濾過セルの列数を２として濾過セルと集水セルとを常に隣接させれば、差圧の減少は抑えられる。

２つ目の理由としては、浸透気化法では、透過流体が気体であり、透過側を減圧することで分離を行うが、減圧することによって、透過流体の体積流速が増加し、その増加によって、処理時（セラミック浸透気化膜を透過する際）の圧力損失が、精密濾過法等の場合より、大きくなるからである。（２）式は、成分が水の場合における透過速度を求める膜透過の基本式であり、（３）式は、成分がエタノールの場合における透過速度を求める膜透過の基本式である。（４）式は、膜の出口圧力ｐ２が、（入口の）設定圧力ｐ_設定と、膜の（入口出口の）圧力損失ΔＰと、によって求まることを示す式であり、（５）式は、ダルシー則に基づく差圧の変化を示す式であり、（６）式は、理想気体の状態方程式に基づいて体積流速を求める式である。これらの式から導かれるように、透過流体（例えば水及びエタノール）は、減圧下において（６）式に沿って膨張して体積流速が増大し、（５）式に沿って膜における圧力損失が増大する。そして、この圧力損失の増大によって、膜透過の基本式における膜の有効な差圧（（２）式及び（３）式における括弧の項）が減少し、透過速度は減少する。

例えば、本発明に係るセラミック浸透気化膜は、２列の集水セルの間の濾過セルの列数が２であり濾過セルと集水セルとが常に隣接している場合には、集水セルの列間に５列の濾過セルが配設される場合に比して、浸透気化処理において、水透過速度は、２倍程度まで向上する。又、２列の集水セルの間の濾過セルの列数が３の場合には、２列の集水セルの列間に５列の濾過セルが配設される場合に比して、浸透気化処理において、水透過速度は、１．６７倍程度まで向上する。

これに対し、表１に示されるように、例えば特許文献４に記載されているような細孔径が数１００ｎｍ程度の精密濾過膜を用いて、水に１ａｔｍの圧力を加えて、液体の水を透過させると、２列の集水セルの間の濾過セルの列数が２であり濾過セルと集水セルとが常に隣接している場合は、２列の集水セルの列間に５列の濾過セルが配設される場合に比して、３０％程度しか向上しない。又、２列の集水セルの間の濾過セルの列数が３の場合は、２列の集水セルの列間に５列の濾過セルが配設される場合に比して、１５％程度しか向上しない。即ち、浸透気化処理における水透過速度は、精密濾過処理における水透過速度より、濾過セルと集水セルの配置の影響を大きく受けるので、本発明に係るセラミック浸透気化膜における、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１〜４であり、好ましくは２列の集水セルの間の濾過セルの列数が２であり濾過セルと集水セルとが常に隣接している態様が、効果を奏するのである。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜は、その好ましい態様において、濾過セルの長さが、３００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下であるので、１本あたりの水透過量［ｋｇ／ｈ］が大きい。水透過量［ｋｇ／ｈ］＝水透過速度［ｋｇ／ｍ^２・ｈ］×濾過膜の面積［ｍ^２］という関係にある。透過速度は、フラックス、透過流束ともいう。濾過セルの長さが３００ｍｍ未満であると、膜面積が小さくなり１本あたりの水透過量［ｋｇ／ｈ］が少なくなる。濾過セルの長さが１５００ｍｍ超であると、浸透気化処理において蒸発した透過液の気化熱で温度が低下し、水透過速度が低下して、長さの割りに１本あたりの水透過量が大きく（速く）ならない。

本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜は、その好ましい態様において、濾過セルの断面形状が円形であるので、微細なクラックが発生し難く、分離係数が高い。濾過セルの断面形状が多角形であると、円形に比して、角部分にクラックが発生し易く、分離係数が低下するおそれがある。

本発明に係る第１の脱水方法は、膜面積あたりの水透過速度が大きく分離係数が高い本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜を用いて、水溶液、又は、水と有機溶剤の混相液、から蒸気として水分を除去するので、少ない本数（膜面積）のセラミック浸透気化膜で、多くの水分（水量）を、効率よく除去することが出来る。

図１Ａは、本発明に係るセラミック浸透気化膜の一の実施形態を示す図であり、一部を切り出した斜視図である。 図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ’断面を示す断面図である。 図１Ｃは、図１Ｂにおいて濾過セル近傍を拡大して表した拡大断面図である。 図２は、本発明に係るセラミック浸透気化膜の他の実施形態を示す図であり、図１Ｂに対応する断面図である。 図３は、本発明に係るセラミック浸透気化膜の更に他の実施形態を示す図であり、図１Ｂ及び図２に対応する断面図である。 図４は、本発明に係るセラミック浸透気化膜の更に他の実施形態を示す図であり、端面を拡大して表した図である。 図５は、本発明に係るセラミック浸透気化膜の更に他の実施形態を示す図であり、端面を拡大して表した図である。 図６Ａは、本発明に係るセラミック浸透気化膜のセラミックフィルタの一例を示す図であり、その端面を表した図である。 図６Ｂは、図６Ａにおいて２列の集水セルの間を更に拡大して表した図である。 図７は、本発明に係るセラミック浸透気化膜の製造過程のうちの分離膜の配設工程において、前駆体溶液を流入する状態の一例を示す模式図である。 図８は、浸透気化試験（実施例）で用いた分離装置の構成を示す図である。 図９は、実施例において、分離係数が１〜１３となるような透過ガス中の水の濃度を求め、その透過ガス中の水の濃度と、分離係数と、の関係を表したグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態について、適宜、図面を参酌しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明に係る範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は以下に記述される手段である。例えば、以下の説明は、セラミック浸透気化膜を挙げて行われているが、分離される混合流体（混合物）の供給が、液体（浸透気化法）ではなく、気体（蒸気浸透法）となる点を除き、以下の実施形態は、セラミック蒸気透過膜の実施形態にも相当することが、理解されるべきである。

先ず、本発明に係るセラミック浸透気化膜の一の実施形態について、その構造、形状について説明する。

図１Ａ〜図１Ｃに示されるセラミック浸透気化膜１は、両端面２，３及び外周面６を有する多孔質体９を具備する。多孔質体９は、その外形は円柱形であり、一方の端面２から他方の端面３まで貫通し（図１Ａにおいて概ね横方向に）列をなして形成された複数の濾過セル４と、一方の端面２から他方の端面３まで貫通し（図１Ａにおいて概ね横方向に）列をなして形成された複数の集水セル５を備える。セラミック浸透気化膜１では、濾過セル４と集水セル５の断面形状は円形である。そして、濾過セル４の両端面の開口は開放されているが（開口のままであるが）、集水セル５は、その両端面の開口が目封止部材８で封止され、集水セル５が外部空間と連通するように、排出流路７が設けられている。又、断面形状が円形である濾過セル４の内壁面には、分離膜３１が配設されている。

セラミック浸透気化膜１では、排出流路７は、両端面２，３の近傍に、連通した複数の集水セル５毎に、各１つ、形成されている。セラミック浸透気化膜１において、集水セル５は３列あり、排出流路７は、その列毎に、複数の集水セル５どうしを連通させ、且つ、多孔質体９の外周面６に開口している。既述のように、排出流路７の数は、連通した複数の集水セル５毎に設けられた排出流路７の数であるから、セラミック浸透気化膜１における排出流路７の数は、６ではなく、２である。

セラミック浸透気化膜１において、集水セル５の長さＬに対する、集水セル５の流路方向と平行な排出流路７の開口長さの総和２×ｄ１の割合は、１０％以上になっている。一方、集水セル５の長さＬに対する、集水セル５の流路方向に隣り合う２つの排出流路７どうしの最長の間隔ｄ２の割合は、４５％以下にはなっていない。

セラミック浸透気化膜１では、２列の集水セル５の間の、濾過セル４の列数は２であり、濾過セル４と集水セル５とは常に隣接している。セラミック浸透気化膜１において、濾過セル４の列数ｍは７であり、集水セル５の列数ｎは３であり、その比ｍ／ｎは、２．３である。又、セラミック浸透気化膜１における濾過セル４の長さＬ（図１Ｂを参照）は、３００〜１５００ｍｍの範囲である。尚、本明細書において、同じ符号Ｌで、同じ長さである、集水セルの長さと濾過セルの長さを表している。

多孔質体９は、１０μｍオーダーの粒子からなる支持体３５と、１μｍオーダーの平均気孔径である第１の中間層３４と、０．１μｍオーダーの平均気孔径である第２の中間層３３と、０．０１μｍオーダーの平均気孔径である第３の中間層３２とで構成される。そして、その中間層３２の表面（即ち、これが濾過セル４の内壁面である）に、分離膜３１が配設される（図１Ｃを参照）。尚、本発明に係るセラミック浸透気化膜では、中間層は少なくとも１つあればよいが、分離膜の下層に位置する中間層の平均気孔径は、０．００５〜１μｍであることが好ましい。０．００５μｍ未満であると圧力損失が大きく水透過速度が低くなり、１μｍ超であると強度が小さくなりセラミック浸透気化膜として長期の信頼性が低下する。

多孔質体９の平均気孔径は、５〜２５μｍであることが好ましく、６〜２０μｍであることが更に好ましく、８〜１６μｍであることが特に好ましい。多孔質体の平均気孔径が５μｍ未満であると、分離膜で分離した透過分離成分の多孔質体での透過速度が著しく遅くなり、単位時間あたりの透過流量が減少するという場合がある。一方、２５μｍ超であると、分離膜が均一に成膜しなく、分離性能が劣るという場合がある。この平均気孔径は、水銀圧入法によって測定することが出来る。

分離膜３１は、ガス分離膜であることが好ましい。ガス分離膜としては特に限定されるものではなく、公知の一酸化炭素分離膜、ヘリウム分離膜、水素分離膜、炭素膜、ＤＤＲ型ゼオライト膜、シリカ膜等、分離する気体の種類に応じて適宣選択すればよい。分離膜として、例えば、特許第４００６１０７号公報に記載の一酸化炭素分離膜、特許第３９５３８３３号公報に記載のヘリウム分離膜、特許第３９３３９０７号公報に記載の水素分離膜、特開２００３−２８６０１８号公報に記載の炭素膜、特開２００４−６６１８８号公報に記載のＤＤＲ型ゼオライト膜複合体、国際公開第２００８／０５０８１２号パンフレットに記載のシリカ膜等、を挙げることが出来る。

分離膜３１は、ガス分離膜であることが好ましい。ガス分離膜としては特に限定されるものではなく、公知の一酸化炭素分離膜、ヘリウム分離膜、水素分離膜、炭素膜、ＤＤＲ型ゼオライト膜、シリカ膜等、分離する気体の種類に応じて適宜選択すればよい。分離膜として、例えば、特許第４００６１０７号公報に記載の一酸化炭素分離膜、特許第３９５３８３３号公報に記載のヘリウム分離膜、特許第３９３３９０７号公報に記載の水素分離膜、特開２００３−２８６０１８号公報に記載の炭素膜、特開２００４−６６１８８号公報に記載のＤＤＲ型ゼオライト膜複合体、国際公開第２００８／０５０８１２号パンフレットに記載のシリカ膜等、を挙げることが出来る。

図示しないが、本発明に係るセラミック浸透気化膜においては、透過分離成分を含む混合流体がセラミック浸透気化膜の端面の多孔質体部分から直接流入し、所定の濾過セルの内壁面に形成された分離膜で分離されることなく流出することを防止するために、セラミック浸透気化膜の混合流体を流入する端面側の多孔質体を覆うようにシール部を更に備えることが好ましい。シール部は、混合流体を流入する側の端面に釉薬を塗布した後、焼成して形成することが出来る。

次に、本発明に係るセラミック浸透気化膜の他の実施形態について、上記の実施形態と異なる点を、説明する。

図２に示されるセラミック浸透気化膜１１において、排出流路７の数は（９ではなく）３であり、排出流路７の開口長さの総和は３×ｄ１である。（セラミック浸透気化膜１から）加えられた排出流路７の位置は、円柱形のセラミック浸透気化膜（多孔質体）における軸方向の中央付近である。セラミック浸透気化膜１１において、集水セル５の長さＬに対する、集水セル５の流路方向に隣り合う複数の排出流路７どうしの最長の間隔ｄ３又はｄ４は何れも、４５％以下になっている。

図３に示されるセラミック浸透気化膜２１において、排出流路７の数は（１２ではなく）４であり、排出流路７の開口長さの総和は４×ｄ１である。セラミック浸透気化膜２１において、集水セル５の長さＬに対する、集水セル５の流路方向に隣り合う複数の排出流路７どうしの最長の間隔ｄ５〜ｄ７の何れもが、４５％以下になっている。（セラミック浸透気化膜１から）加えられた２つの排出流路７の位置は、円柱形のセラミック浸透気化膜（多孔質体）における軸方向に、間隔が概ね均等となる位置である。ｄ６はやや長く、概ねｄ６＞ｄ５＝ｄ７である。

上記の通り、セラミック浸透気化膜１では、２列の集水セル５の間の、濾過セル４の列数は２であるが、図５に示される実施形態では、２列の集水セル３０５の間の、濾過セル３０４の列数は３である。このように、集水セル及び濾過セルの列（列数）は、セラミック浸透気化膜の端面（又は断面）を見ると、理解し易い。又、図６Ａ及び図６Ｂに示される実施形態では、２列の集水セル２０５の間の、濾過セル２０４の列数は、何れにおいても５である。この場合、集水セル２０５に隣接していない濾過セル２０４が多く存在し、この形態は、本発明に係る第２のセラミック浸透気化膜には含まれない。

上記の通り、セラミック浸透気化膜１では、濾過セル４と集水セル５の断面形状は円形であるが、図４に示される実施形態では、濾過セル１０４の断面形状は七角形であり、集水セル１０５の断面形状は八角形（あるいは四角がラウンドした四角形）である。図５に示される実施形態では、濾過セル３０４の断面形状は円形であり、集水セル３０５の断面形状は八角形（あるいは四角がラウンドした四角形）である。図６Ｂに示される実施形態では、濾過セル２０４の断面形状は六角形又は七角形であり、集水セル２０５の断面形状は八角形（あるいは四角がラウンドした四角形）である。

次に、本発明に係るセラミック浸透気化膜の使用方法について、図１Ａ〜図１Ｃに示されるセラミック浸透気化膜１を用いて、エタノール水溶液から水（水蒸気）を分離する場合を例にして、説明する。

この場合、外部空間を減圧しつつ、エタノール水溶液（混合流体）を濾過セル４の一方の端面２の開口から流入させる。流入したエタノール水溶液のうち、非透過分離成分（非透過流体）であるエタノールは、濾過セル４をそのまま通過し、他の端面３の開口部から流出される。一方、透過分離成分（透過流体）である水（水蒸気）は、濾過セル４の内壁面に配設された分離膜３１から多孔質体９の内部を濾過した（透過した）後、外周面６から流出されるか、集水セル５に流入して、排出流路７を経由して流出される（図１Ａにおいて、矢印は透過分離成分である水蒸気の流れを示している）。

本発明に係るセラミック浸透気化膜は、このような方法で分離を行った場合に、下記式（７）の関係を満たすものであることが好ましい。
ΔＰ／（Ｐ_１−Ｐ_２）≦０．５ ・・・（７）
（（７）式において、ΔＰは分離膜が配設されていない集水セル及び排出流路での圧力損失の合計を示し、Ｐ_１は混合流体（例えば、エタノール水溶液）の圧力を示し、Ｐ_２は外部空間の圧力を示す。）

このような（７）式の関係を満たすと、本発明に係るセラミック浸透気化膜は、透過分離成分が気体であっても、単位時間あたりの透過流量が減少することを抑制することが出来る。単位時間あたりの透過流量が減少することを、更に抑制するためには、ΔＰ／（Ｐ_１−Ｐ_２）が０．３以下であることが更に好ましく、０．２以下であることが特に好ましい。

ここで、分離膜が配設されていない濾過セルでの圧力損失、及び排出流路での圧力損失は、計算により算出することが出来る。更に、Ｐ_１−Ｐ_２（即ち、運転膜間差圧）は、外部空間の減圧度で調整することが出来る。又、圧力損失の影響は、通常、混合流体の単位時間あたりの透過流量が１．０ｋｇ／ｍ^２ｈ以上においては更に大きくなる。そのため、本発明に係るセラミック浸透気化膜は、その使用に際し、混合流体の単位時間あたりの透過流量が０．５ｋｇ／ｍ^２ｈ以上で使用する際に、特に優れた効果を発揮するものである。

次に、本発明に係るセラミック浸透気化膜の製造方法について説明する。最初に、多孔質体の原料を、例えば、真空押出成形機を用い、押出成形して、濾過セルと集水セルを有するモノリス型の未焼成支持体を得る。多孔質体の原料としては、例えば、骨材粒子と無機結合材に、メチルセルロース等の有機バインダ、分散材及び水を加えて混練して調製した坏土を挙げることが出来る。骨材粒子として、具体的には、アルミナ、ムライト、セルベン、及びコージェライトからなる群より選択される少なくとも一のセラミック材料を好適に用いることが出来る。又、無機結合材として、具体的には、アルミナ、シリカ、ジルコニア、ガラスフリット、長石、及びコージェライトからなる群より選択される少なくとも一の材料を好適に用いることが出来る。

そして、得られた未焼成支持体に、その外周面の一の部位から集水セルを貫通して他の部位まで連通する排出流路を形成して、排出流路付未焼成支持体を得る。排出流路は、例えば、未焼成支持体の成形時に、排出流路を形成すべき外周面に溝加工を施し、砥石等で破り、その後、鋭角な治具で集水セルを突き破ることによって形成することが出来る。排出流路は、最終製品であるセラミック浸透気化膜を浄水設備等に設置する際に、その端部に透過分離成分と混合流体とを隔離するシール部を配設するための部位として、２５ｍｍ程度確保することが好ましい。

次いで、得られた排出流路付未焼成支持体における、排出流路が形成された集水セルの両端面から、排出流路に達するまでの空間内に、スラリー状態の目封止部材を充填して、目封止部材充填未焼成支持体を得る。具体的には、排出流路付未焼成支持体の両端面にポリエステル等のフィルム（マスキング）を添付し、特定の濾過セルに対応する部分に孔を穿設する。その後に、排出流路付未焼成支持体のフィルムを添付した端面を、目封止部材（スラリー）が満たされた容器内に押し付け、更に、エアシリンダ等で、例えば、２００ｋｇで加圧して充填することによって目封止部材充填未焼成支持体を得ることが出来る。そして、得られた目封止部材充填未焼成支持体を、例えば、９００〜１４００℃で焼成して目封止部材充填支持体を得る。

そして、目封止部材充填支持体の濾過セルの内壁面に、好ましくは、分離膜の下地となる複数の中間層を形成する。中間層を形成する（成膜する）ためには、先ず中間層用スラリーを調製する。中間層用スラリーは、未焼成支持体と同材質の、所望の粒径の（例えば、平均粒径３．２μｍの）、アルミナ、ムライト、チタニア、コージェライト等のセラミックス原料１００質量部に、４００質量部の水を加えて調製することが出来る。又、この中間層スラリーには、焼結後の膜強度を上げるために膜用無機結合剤を添加してもよい。膜用無機結合剤は、粘土、カオリン、チタニアゾル、シリカゾル、ガラスフリット等を用いることが出来る。膜用無機結合剤の添加量は、膜強度の点から５〜２０質量部であることが好ましい。この中間層用スラリーを（例えば特開昭６１−２３８３１５号公報において開示されている装置を用いて）、濾過セルの内壁面に付着させ、乾燥した後、例えば、９００〜１０５０℃で焼結させることで中間層を成膜することが出来る。中間層は、平均粒径を変えた複数の種類のスラリーを用いて複数層に分けて成膜することも出来、そうすれば、セラミック浸透気化膜１のように、例えば第１〜第３の中間層を有するものとすることが出来る。中間層の上に分離膜を配設することによって、多孔質体の表面の凹凸の影響を中間膜によって減少させることが出来る。その結果、分離膜を薄膜としても、セラミック浸透気化膜としての欠陥を少なくすることが可能である。即ち、高フラックス、低コスト、高分離能を有する分離膜が配設されたセラミック浸透気化膜を得ることが出来る。

中間層の上に、例えば、シリカ膜（分離膜）を配設する場合には、その前に、チタンイソプロポキシドを硝酸の存在下で加水分解してチタニアゾル液を得、水で希釈して中間層用スラリーを調製し、調製した中間層用スラリーを、シールした平均細孔径０．１〜０．５μｍの目封止部材充填支持体の所定のセルの内壁面に流通した後、５００℃で熱処理することによって、中間層を成膜しておくことが望ましい。シリカ膜となる前駆体溶液（シリカゾル液）は、テトラエトシキシランを硝酸の存在下で加水分解してゾル液とし、エタノールで希釈することで調製することが出来る。又、エタノールで希釈する代わりに、水で希釈することも可能である。そして、例えば、図７に示されるように、中間層が形成された多孔質体９の外周面６を、マスキングテープ７１でシールし、図示しない広口ロート下端に多孔質体９を固定し、多孔質体９の上方から、シリカ膜となる前駆体溶液７０（シリカゾル液）を流し込み、濾過セル４を通過させ、あるいは、一般的なディッピングによって、前駆体溶液７０を、濾過セルの内壁面に付着させる。その後、１００℃／時にて昇温し、５００℃で１時間保持した後、１００℃／時で降温する。このような流し込み、乾燥、昇温、降温の操作を３〜５回繰り返すことによって、シリカ膜を配設することが出来る。以上により、分離膜がシリカ膜であるセラミック浸透気化膜が得られる。

中間層の上に、シリカ膜ではなく、例えば、炭素膜（分離膜）を配設するには、浸漬法、スピンコート、スプレーコーティング等の手段によって、炭素膜となる前駆体溶液を目封止部材充填支持体の表面に接触をさせ、成膜すればよい。フェノ一ル樹脂、メラミン樹脂、ユリヤ樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、又はセルロース系樹脂等、あるいは、それら樹脂の前駆体物質を、メタノ一ル、アセトン、テトラヒドロフラン、ＮＭＰ、トルエン等の有機溶媒や水等に混合、溶解させれば、前駆体溶液を得ることが出来る。前駆体溶液を成膜する際には、それに含まれる樹脂の種類に応じて、適切な熱処理を施してもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）外形が円柱形であり、その外径が１８０ｍｍ、長さが１０００ｍｍ（濾過セル及び集水セルの長さもそれぞれ１０００ｍｍ）、断面形状が円形である濾過セルの径が２．５ｍｍ、断面形状が（四角がラウンドした）四角形である集水セルにおけるその四角形が２．５ｍｍ（長辺）×２ｍｍ（短辺）、濾過セルと集水セルの間の壁厚が０．９５ｍｍ、濾過セルと濾過セルの間の壁厚が０．９５ｍｍである、アルミナ製（骨材粒子がアルミナ）モノリス型のセラミック浸透気化膜を使用した。集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さは１つあたり５０ｍｍ、排出流路の数は２、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔は８４０ｍｍである。排出流路の開口長さの総和は１００ｍｍ（＝２×５０ｍｍ）であるから、１０００ｍｍの濾過セルの長さに対しては１０％である。排出流路どうしの最長の間隔は８４０ｍｍであるから、１０００ｍｍの濾過セルの長さに対しては８４％である。尚、排出流路の開口と端面との距離は、片側で３０ｍｍであり、合わせて（両側で）６０ｍｍである（１００ｍｍ＋８４０ｍｍ＋６０ｍｍ＝１０００ｍｍ）。このセラミック浸透気化膜において、中間層は２層であり、支持体側の中間層の平均気孔径は０．５μｍであり、分離膜側の中間層の平均気孔径は０．１μｍである。中間層の上に配設される分離膜は、イミド系炭素膜である。濾過セル、集水セルは、何れも列をなして並び、２列の集水セルの間の濾過セルの列数は５であり、この数は一定である。そして、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎは５．６である。

［浸透気化（パーベーパレーション）試験］上記のセラミック浸透気化膜（セラミック浸透気化膜４１）１本を、図８に示される分離装置に組み込んで、これを用い、試験を行った。セラミック浸透気化膜４１を缶体４２に詰め、セラミック浸透気化膜４１の入口の側（分離膜が配設されている濾過セルの側）に、濃度が５０質量％であり、温度が５０℃であるエタノール水溶液４３を流入させ、これを繰り返した。この間、セラミック浸透気化膜４１の出口の側（集水セルの側）は、図示しない真空ポンプ４５を用いて減圧し、１０Ｔｏｒｒにした。透過した蒸気は、冷却トラップ装置４４を通し、冷却して回収し、その質量と濃度を測定し、併せて、分離処理に要した時間を測定した。そして、１本あたりの水透過量、膜面積あたりの水透過速度を求めた。結果を、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、分離膜の種類、排出流路の数、排出流路の断面形態（それを表す図）、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な）排出流路の開口長さの総和の割合、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の）排出流路どうしの最長の間隔の割合とともに、表２に示す。

［１本あたりの水透過量］透過した蒸気の質量を、要した時間で割った値である。

［膜面積あたりの水透過速度］セラミック浸透気化膜の上記した形状、サイズより、計算によって、分離膜の面積を求め、１本あたりの水透過量を、更にその分離膜の面積で割った値である。

（実施例２〜８、比較例１）排出流路の数、排出流路の断面形態、（集水セルの流路方向と平行な）排出流路の開口長さ、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の）排出流路どうしの最長の間隔の割合のうち、何れか１以上を変更したセラミック浸透気化膜を使用した。それ以外は、実施例１と同様にして、浸透気化試験を行い、１本あたりの水透過量、膜面積あたりの水透過速度を求めた。結果を、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、分離膜の種類、排出流路の数、排出流路の断面形態（それを表す図）、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な）排出流路の開口長さの総和の割合、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の）排出流路どうしの最長の間隔の割合とともに、表２に示す。

（実施例９〜１６、比較例２）２列の集水セルの間の濾過セルの列数が２（一定）であり、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが２．１であるセラミック浸透気化膜を使用し、実施例１〜８、比較例１と同様にして、浸透気化試験を行い、１本あたりの水透過量、膜面積あたりの水透過速度を求めた。結果を、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、分離膜の種類、排出流路の数、排出流路の断面形態（それを表す図）、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な）排出流路の開口長さの総和の割合、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の）排出流路どうしの最長の間隔の割合とともに、表２に示す。

（実施例１７〜２４、比較例３）２列の集水セルの間の濾過セルの列数が３（一定）であり、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが３．２であるセラミック浸透気化膜を使用し、実施例１〜８、比較例１と同様にして、浸透気化試験を行い、１本あたりの水透過量、膜面積あたりの水透過速度を求めた。結果を、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、分離膜の種類、排出流路の数、排出流路の断面形態（それを表す図）、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な）排出流路の開口長さの総和の割合、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の）排出流路どうしの最長の間隔の割合とともに、表２に示す。

［考察］表２に示された結果より、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上であるときに、膜面積あたりの水透過速度が大きくなることがわかる。又、濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔の割合が、７８％以下であるときに膜面積あたりの水透過速度が大きくなり、４３％以下であるときに膜面積あたりの水透過速度が更に大きくなり（実施例２，４を参照）、２７％以下であるときに膜面積あたりの水透過速度が特に大きくなることがわかる（実施例３，５を参照）。

（実施例２５）外形が円柱形であり、その外径が１８０ｍｍ、長さが１０００ｍｍ（濾過セル及び集水セルの長さもそれぞれ１０００ｍｍ）、濾過セルの径が２．５ｍｍ、断面形状が（四角がラウンドした）四角形である集水セルにおけるその四角形が２．５ｍｍ（長辺）×２ｍｍ（短辺）、濾過セルと集水セルの間の壁厚が０．６５ｍｍ、濾過セルと濾過セルの間の壁厚が０．６５ｍｍである、アルミナ製（骨材粒子がアルミナ）モノリス型のセラミック浸透気化膜を使用した。集水セルの流路方向と平行な排出流路の開口長さは１つあたり５０ｍｍ、排出流路の数は４、集水セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの最長の間隔は４３０ｍｍである。排出流路の開口長さの総和は２００ｍｍ（＝４×５０ｍｍ）であるから、１０００ｍｍの濾過セルの長さに対しては２０％である。排出流路どうしの最長の間隔は４３０ｍｍであるから、１０００ｍｍの濾過セルの長さに対しては４３％である。このセラミック浸透気化膜において、中間層は２層であり、支持体側の中間層の平均気孔径は０．５μｍであり、分離膜側の中間層の平均気孔径は０．１μｍである。中間層の上に配設される分離膜は、イミド系炭素膜である。濾過セル、集水セルは、何れも列をなして並び、２列の集水セルの間の濾過セルの列数は３であり、この数は一定である。そして、全体の濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎは３．２である。

［浸透気化（パーベーパレーション）試験］上記のセラミック浸透気化膜（セラミック浸透気化膜４１）１本を、図８に示される分離装置に組み込んで、これを用い、試験を行った。セラミック浸透気化膜４１を缶体４２に詰め、セラミック浸透気化膜４１の入口の側（分離膜が配設されている濾過セルの側）に、濃度が５０質量％であり、温度が５０℃であるエタノール水溶液４３を流入させ、これを繰り返した。この間、セラミック浸透気化膜４１の出口の側（集水セルの側）は、図示しない真空ポンプ４５を用いて減圧し、５０Ｔｏｒｒにした。透過した蒸気は、冷却トラップ装置４４を通し、冷却して回収し、その質量と濃度を測定し、併せて、分離処理に要した時間を測定した。そして、１本あたりの水透過量、膜面積あたりの水透過速度、分離係数を求めた。結果を、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、分離膜の種類、排出流路の数、排出流路の断面形態（それを表す図）、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向と平行な）排出流路の開口長さの総和の割合、（濾過セルの長さに対する、集水セルの流路方向に隣り合う複数の）排出流路どうしの最長の間隔の割合とともに、表３に示す。

［分離係数］次の（８）式で求めた値である。
分離係数＝（（透過ガス中の水の濃度）／（透過ガス中のエタノールの濃度））／（（供給液中の水の濃度）／（供給液中のエタノールの濃度）） ・・・（８）

（実施例２６〜３４、比較例４）濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、及び分離膜の種類のうち、何れか１以上を変更したセラミック浸透気化膜を使用した。それ以外は、実施例２５と同様にして、浸透気化試験を行い、１本あたりの水透過量、膜面積あたりの水透過速度、分離係数を求めた。結果を、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎ、２列の集水セルの間の濾過セルの列数、濾過セルの長さ、濾過セルの断面形状、分離膜の種類とともに、表３に示す。

［考察］表３に示された結果より、濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが１〜４であるときに（２列の集水セルの間の濾過セルの列数が１〜３であるときに）、膜面積あたりの水透過速度が大きくなることがわかる。

又、表３に示された結果より、濾過セルの長さを１５００ｍｍ超にしても、１５００ｍｍの場合に比して、それほど１本あたりの水透過量を大きく出来ないので、濾過セルの長さを制限した方が、より好ましいことがわかる。

上記実施例２５〜３４の条件において、分離係数が１〜１３となるような透過ガス中の水の濃度を求め、その透過ガス中の水の濃度と、分離係数と、の関係を図９に表した。図９より、透過ガス中の水の濃度を高く（８０質量％以上）するには、分離係数を４以上にすることを要し、分離係数が３未満では、透過ガス中の水の濃度が、急に低下することがわかる。このことから、分離係数を４以上に（高く）することが好ましく、そうであれば、表３に示された結果より、濾過セルの断面形状を円形にすることが、より好ましいことがわかる。

本発明に係るセラミック浸透気化膜は、浸透気化法によって混合流体（混合物）から一部の成分を分離する手段として、好適に利用される。

１，１１，２１，４１：セラミック浸透気化膜
２：（一の）端面
３：（他の）端面
４，１０４，２０４，３０４：濾過セル
５，１０５，２０５，３０５：集水セル
６：外周面
７：排出流路
８：目封止部材
９：多孔質体
３１：分離膜
３２：中間層
３３：中間層
３４：中間層
３５：支持体
４２：缶体
４３：エタノール水溶液
４４：冷却トラップ装置
４５：真空ポンプ
７０：前駆体溶液
７１：マスキングテープ
Ｌ：濾過セルの長さ（集水セルの長さ、多孔質体の軸長）
ｄ１：排出流路の開口長さ
ｄ２〜ｄ７：濾過セルの流路方向に隣り合う複数の排出流路どうしの間隔

Claims (23)

1. 多孔質体と分離膜とを具備し、
   前記多孔質体は、両端面及び外周面を有し、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セルと、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成されるとともに両端面の開口が封止された複数の集水セルと、その集水セルが外部空間と連通するように設けられた排出流路と、を備え、
   前記分離膜は、前記多孔質体の濾過セルの内壁面に配設され、
   濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であるセラミック浸透気化膜。
2. 透過分離成分が気体である請求項１に記載のセラミック浸透気化膜。
3. ２列の前記集水セルの間の、前記濾過セルの列数が３以下である請求項１又は２に記載のセラミック浸透気化膜。
4. ２列の前記集水セルの間の、前記濾過セルの列数が２であり、濾過セルと集水セルとが常に隣接している請求項１〜３の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
5. 前記濾過セルの長さが、３００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下である請求項１〜４の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
6. 前記濾過セルの断面形状が、円形である請求項１〜５の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
7. 前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向と平行な前記排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上である請求項１〜６の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
8. 前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向と平行な前記排出流路の開口長さ総和の割合が、２０％以上である請求項１〜７の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
9. 前記排出流路が、複数、形成されており、
   前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向に隣り合う複数の前記排出流路どうしの最長の間隔の割合が、４５％以下である請求項１〜８の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
10. 前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向と平行な前記排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上、４０％以下である請求項１〜６の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
11. 膜面積あたりの水透過速度が、０．８ｋｇ／ｍ ^２ ｈ以上である請求項１〜１０の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜。
12. 請求項１〜６の何れか一項に記載のセラミック浸透気化膜を用いて、水溶液、又は、水と有機溶剤の混相液、から蒸気として水分を除去する脱水方法。
13. 多孔質体と分離膜とを具備し、
    前記多孔質体は、両端面及び外周面を有し、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成された複数の濾過セルと、一方の端面から他方の端面まで貫通し列をなして形成されるとともに両端面の開口が封止された複数の集水セルと、その集水セルが外部空間と連通するように設けられた排出流路と、を備え、
    前記分離膜は、前記多孔質体の濾過セルの内壁面に配設され、
    濾過セルの列数ｍと集水セルの列数ｎの比ｍ／ｎが、１〜４であるセラミック蒸気透過膜。
14. 透過分離成分が気体である請求項１３に記載のセラミック蒸気透過膜。
15. ２列の前記集水セルの間の、前記濾過セルの列数が３以下である請求項１３又は１４に記載のセラミック蒸気透過膜。
16. ２列の前記集水セルの間の、前記濾過セルの列数が２であり、濾過セルと集水セルとが常に隣接している請求項１３〜１５の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
17. 前記濾過セルの長さが、３００ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下である請求項１３〜１６の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
18. 前記濾過セルの断面形状が、円形である請求項１３〜１７の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
19. 前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向と平行な前記排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上である請求項１３〜１８の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
20. 前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向と平行な前記排出流路の開口長さ総和の割合が、２０％以上である請求項１３〜１９の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
21. 前記排出流路が、複数、形成されており、
    前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向に隣り合う複数の前記排出流路どうしの最長の間隔の割合が、４５％以下である請求項１３〜２０の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
22. 前記濾過セルの長さに対する、前記集水セルの流路方向と平行な前記排出流路の開口長さの総和の割合が、１０％以上、４０％以下である請求項１３〜１８の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜。
23. 請求項１３〜１８の何れか一項に記載のセラミック蒸気透過膜を用いて、水と有機溶剤の混合気体、から蒸気として水分を除去する脱水方法。