JPS62266115A - ガス分離膜モジユ−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、ガス体（空気）を処理して、酸素富化空気な
いし、炭酸ガス等の富化空気を生成するためのガス分離
膜モジュールに関するものでアシ、詳しくは、大気よ）
酸素濃縮して、医療用またＬ燃焼用に利用する富化空気
の生成、あるいはＣ０２、ＣＨいＮ！などの発酵ガスを
濃縮して、メタンのカロリーアップ、または発酵の効率
改善に利用する富化ガスの生成のだめのガス分離膜モジ
ュールに係わるものである。

従来の技術 ガス分離膜を利用して、大気よシ利用対象に適合する富
化空気を生成し、これを利用する酸素ないし炭酸ガス等
の濃縮器は最近広く用いられるようになってきた。そし
てガス分離膜の性能向上に伴ない、燃焼用や発酵用など
、新しい利用が試みられるようになってきた。

従来、使用するガス分離膜の形状としては中空糸状のも
のもあるが、広くは平膜状のものが多く力 使われ・このガ１分離膜の加圧ぞ界（従来ゝジ゛−ルで
は１次側で約４Ｋｆ／ｌ＃Ｇが限界）の向上、モジュー
ルの膜密度の向上、などの性能向上とと吃に１分離膜装
置におけるガス分離膜の支持装置、供給ガス、濃縮ガス
の流路の密封装置などを改良することが望まれていた。

従来例を示すと、特開昭５１−５２９１号公報には、大
気中の空気から酸素富化ガスを作る装置が示されている
。これは、第１１図に示すように、左右両側の端板３６
ａ　、３６ｂの間に、窒素よ）酸素を高い割合で透過さ
せるようなポリフェニレン等の選択性透過膜３７とその
支持基体からなる透過膜装置を間隔をおいて平行に配列
し、供給空気Ａが通路３８中を矢印方向に流れ、透過膜
３７を透過して取出パイプ３９．４０から酸素富化空気
りを取出すように構成したものである。

特公昭５３−４６７９７号公報には、第１２図に示すよ
うに、端末部材の溝に分離濃縮用隔膜４２と支持体４３
を挿入し、凸型ロールにて変型し圧着するガス分離用隔
膜の端末処理方法が示されている。

これら従来技術の問題点は、一般には、平膜状モジュー
ルは前記した加圧力と膜密度との限界のｔなか、中空糸
状モジュールよシ、モジュールの組立、すなわち、生産
効率が悪かった。また、モジュール容量を可変にする従
来のバルブ切シ換え方法より簡便な容量可変法が求めら
れていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、酸素濃縮器のケーシング中を流通する供給ガ
ス流、ガス分離膜を透過する透過ガス流、非透過ガス流
、濃縮ガス流、リサイクルガス流の各流路を密封流路と
し、ガス流の誘導と漏洩防止を確実にし、ガス分離膜を
ガス流が均等に透過し、ガスの濃縮効果を向上するため
のガス分離膜モジュールを提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明のガス分離膜モジュールは、平膜状ガス分離膜を
通気性のある保持板の両側面に配置し。

ガス分離膜と保持板の周縁部を、ガス通路を形成する輪
環状シールリングを用いて密封固着したディスク状ガス
分離膜エレメントを複数個併動し、各ガス分離膜エレメ
ントの側面に密封部材を介在し、ガス分離膜エレメント
と密封部材に透過ガス収集用小孔多数を設けた１本もし
くは複数本の乗気パイプを貫通し、ガス分離膜エレメン
ト列の両側面を加圧することにより隣接する各ガス分離
膜エレメントを密接密封するようにした構成を特徴とし
、供給ガスがシールリングのガス通路を通シ、ガス分離
膜で透過ガスと非透過ガスに分離され、透過ガスは乗気
パイプの小孔からこのパイプ中に流入し、濃縮富化ガス
を生成することができる。

ガスの流入通路は完全に密封されているから供給ガスと
濃縮富化ガスが混合することはない。

第１０図は本発明と容量固定式分離膜モジュールと合同
して用いた応用例を示す。たとえば、モジュールＭ＋の
み可変仕切シモジュールｓ　Ｍ２及びＭ３は固定モジュ
ールとすれば、全体の膜面積の３３チを可変とすること
ができる。これによシ、−次側のガス条件（温度、濃度
）の変化に対応した膜表面を設定することで適正な制御
が可能となる。

実施例 本発明のガス分離膜モジュールの実施例について図面を
参照して説明する。

本発明のガス分離膜モジュールは、平膜状ガス分離膜５
を通気性のある溝７１付保持板７の両側面に配置し、ガ
ス分離膜５と保持板７の周縁部を、ガス通路２８を形成
するシールリング６を用いて密封固着したディスク状ガ
ス分離エレメ／’５Ｅを複数人 個併列し、各ガス分離膜ニレメン）５Ｅの側面に密封部
材（シール材、バッキング材）２２を介在し、ガス分離
膜エレメントと密封部材に透過ガス収集用小孔８多数を
設ゆた集気パイプ（センターパイプ、内管）１を貫通し
、ガス分離膜エレメント列の両側面を加圧することによ
り隣接する各ガス分離膜ニレメン）５Ｅを密接密封する
ように構成する。

本発明による酸素濃縮器用のガス分離膜モジュールの例
は、第１図にその概略を示すように、ケーシング２４に
設けた供給ガス用ノズル１９から矢印Ａ方向に供給ガス
Ａを供給し、供給ガスＡはケーシング２４内面に設けた
外部仕切板（バッフル）１７によシ誘導されながら、ガ
ス通路２５を通って併列した多数のガス分離膜（ディス
クタイプ）５を透過し、ガス分離膜５と保持板７間の隙
間、溝７１中を流れ、ここで供給ガスＡの一部はガス分
離膜５を透過し、ガス中の酸素が濃縮される。ガス分離
膜ニレメン）５Ｅ列の中心部を貫通する集気パイプ（セ
ンターパイプ、内管）１に収集した濃縮ガスＤは、集気
パイプ１内に設けられた往復可動な内管仕切板１０によ
シ透過ガスの分配調整されながら、集気パイプ１０両端
に取シ付けた濃縮ガス用ノズル１８および２１から、矢
印りおよびＣ方向に分配流過して、次の機器へ供給され
る。

第１図中、符号３ａ　ｓ　３ｂは左右のセットナツト、
４は外部シール材、９は内管仕切板駆動軸、１２はアー
スラグ、１３は濃縮ガス出口側キャップ、１４は駆動軸
９側キヤツプ、１５はガスケット、１６は駆動軸９用ロ
ツクナツトをそれぞれ示す。

ガス分離膜５は、たとえば、シリコン系高分子薄膜で、
第２図および第７図に示すように、丸型、角型、もしく
は角丸型等のディスク状に成形し、ガス流を透過するこ
とによりガスを濃縮することができる。透過しない非透
過ガス（排気ガス）Ｂはケーシング２４の非透過ガス用
ノズル２０から矢印Ｂ方向に排出される。

集気パイプ１中の内管仕切板１０によシ後方に収集した
濃縮ガスはリサイクルガス用ノズル２１からリサイクル
ガスＣとして矢印Ｃ方向に還流される（第８図参照）。

ガス分離膜５の集気パイプ貫通部内面には、第６図に示
すように、保持板７のガス通路２９の隙間を確保するた
めの平板リングである敷金（０，２■厚さの金属板）３
０が設けられる。

第７図はガス分離膜のディスク形状の異なった実施例を
示し、同図（ａ）は丸型、同図（ｂ）は角型、同図（ｃ
）は長角型、同図（ｄ）は大角型のそれぞれの正面図で
ある。ディスク１枚あたシの透過ガス量が大きい条件で
は（ｃ）、（ｄ）の形状が有利となる。

通気性を有する保持板７は、ガス分離膜５と同形の丸型
、角型、もしくは角丸型等のディスク状に成形し、第３
図に示すように両側面に突起部７４を形成し、透過ガス
通路用溝７１を形成し、溝付ディスクタイプとし、乗気
パイプ貫通部は、第６図に示すように、段状突出部７３
を集気パイプ１の収集孔８の直径よシ薄層加工して形成
し、溝７１をたどって流れる透過ガスの通路２９を構成
し、ガスを中央に集め、集気パイプ１中に集め易くする
。そして、保持板７は合成樹脂もしくは金属の網１発泡
板、焼結金属材、多数の通気用溝を有する成型品等を用
いて製作する。

第２図および第６図中、符号７２はガス透過スペースを
示す。

シールリング６は、第４図および第５図に示すように、
歯車状のスペーサー突起６３がある突起付シールリング
６２と突起無シールリング６１を嵌着した溝型の合成樹
脂製輪環状リングで、この溝に保持板７とガス分離膜５
の外周縁を密嵌して固着し、必要に応じ、接着剤を用い
て固着し、ガス分離膜ニレメン）５Ｅｅ構Ｊｉｌ、　シ
ールリング６２のスペーサー突起６３によシ隣接エレメ
ント間の距離を一定に保持させる。供給ガスＡはスペー
サー突起６３０間のガス通路２８からエレメント内に人
出できる。

隣接するエレメントのガス分離膜５問およびガス分離膜
５と両側サイドプレー）２ａ、２ｂ間にはシリコンゴム
ｆｆ−＃密封部材（シール材、バッキング部材）２２を
挟着し介在する。敷金３０と密封部材２２の外形の大き
さはほぼ等しい。ガス分離膜５％密封部材２２は乗気パ
イプに密着させる。シールリング６とケーシング２４間
には、第２図に示すように、密封板２３を設ける。

乗気パイプ（センターパイプ、内管）１には、各ガス分
離膜ニレメン）・５Ｅからの透過ガスを乗気パイプ１内
に集合させるために多数の小孔８を設けるが、集気パイ
プは焼結金属パイプを用いることもできる。第１図には
、ガス分離膜エレメント５Ｅ列の中央部を貫通する乗気
パイプの例を示しているが、透過ガス量が多い場合等に
は、第７図（ｃ）、（ｄ）図に示すように、ガス分離膜
エレメントの複数個所に複数本の集気パイプ３１．４１
を設けることが可能である。

集気パイプ１内の内管仕切板１０をハンドル１１の操作
によシ矢印Ｅ方向の左右に動かすことによシ、（１）ガ
ス分離膜面積を可変とすることができる。（匂透過ガス
の分配機構を内蔵したことになる。（３）第８図に示す
ように、ケーシング２４を耐圧容器２６として、内管仕
切板１０を装入すると、加圧系ガス分離システムが可能
となり、分離性能を可変にできる。図面中、符号３２Ｖ
ｉコンプレツサー、３４は減圧弁をそれぞれ示す。

複数列のガス分離膜ニレメン）５Ｆは、集気パイプ１に
螺合した左右両側のセットナラ）３３ａ。

３３ｂを締め付けることによシ左右両側のサイドプレー
ト　（サイドフレーム）２ａ、２ｂにより加圧される。

周縁部のシールリング６、ガス分離膜エレメント間の密
封部材２２を加圧すれば１周縁部のシール性を確実にさ
せることができるとともにガス分離膜エレメントと集気
パイプ間のシール性を確実にする。

加圧は周縁部のシールリングで受けられ、各エレメント
間隔が均一にカシ、集気パイプ１に接した各エレメント
間の密封部材２２への加圧が均一になり、隣接する各ガ
ス分離膜エレメントを密接密封することができる。

この場合、サイドプレー）２ｂには、突起付シールリン
グ６１のスペーサー突起６３に相当するスペーサー突起
３５を設ける。

第９図（ａ）、（ｂ）、（ｅ）に示す外部仕切板（バッ
クル板）の例について説明する。

供給ガスＡは排気ガスＢに至るまでの間、ガス分離膜を
透過することにより減量するので、各ガス分離膜エレメ
ントの通過速度を一定とするために、各仕切板Ｂｎの間
隔（Ｔ３ｈＢｙ、Ｂ８の位りを次第に小さくすることが
可能となる。また、各仕切板１７　（Ｂｎ）には名切シ
欠き２７を形成し、各切シ欠き２７は、その切り欠き位
置が異なるように配置し、供給ガスＡが均一にガス分離
膜５を透過できるように配置する。

以上のとおシ、本発明の実施例によれば、平膜状のガス
分離膜５を、通気性を有する溝付保持材７０両面に配し
、周縁部を、ガス分離膜表面への気体人出のための切り
欠き通路２８を有する輪環状のシールリング６を用いて
封じた丸型、角型、もしくは角丸型等任意形状のディス
ク状のガス分離膜ニレメン）５Ｅを複数個密封部材２２
を介して重ね合わせ、１本もしくは複数本の透過ガス収
集用の小孔８多数を有した集気パイプ１（３１，４１）
を貫通させ、乗気パイプ１（３１％４１）の軸方向にそ
の両端から加圧することによりガス分離膜エレメント間
のシールをさせることができ、ガス流は各通路を流れ、
各通路から漏洩することなく、濃縮ガスを生成すること
ができ所期の目的を達成することができる。

発明の効果 本発明のガス分離膜モジュールは、ガス分離膜と保持板
の周縁部がシールリングで密封固着し、ガス分離膜エレ
メントの両側にシール部材を介在し、ガス分離膜エレメ
ント列の両側面を加圧して組立てであるから、組立てが
容易で強固であシ、ガス流路が完全に密封され、供給ガ
スはシールリングのガス通路を流れ墨各ガス分離膜で濃
縮され、濃縮された透過ガスは集気パイプに収集でき、
ガス流路中のガスの漏洩はなく、濃縮効果を向上するこ
とができる。

本発明は、モジュール容量当υの膜面積、すなわちモジ
ュールの膜密度、を向上できるので小型化を容易にする
とともに、ガス分離膜エレメントを容易に積層化でき、
その構成要素が量産可能な形状であるので生産コストの
低下効果がある。就中、内管仕切板による簡便な容量可
変手段は、第１０図に示すように、従来技術をも含む容
量固定式モジュールと合同して用いることによシ、−次
側のガス条件（温度、濃度）の変化に対応した制御を可
能にする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図は本発明のガス分離膜モジュールの
実施例を示し、第１図はガス（酸素）製膜 縮へモジュールの概略を示す断面図、第２図はガス分離
膜、保持板、シールリング部を示す一部切シ欠いた第１
図のＦ矢視側面図、第３図はガス分離膜と保持板の関係
を示す第２図のＧ矢視一部断面図、第４図はシールリン
グの断面図、第５図は隣接するシールリングを示す第２
図Ｈ矢視展開平面図、第６図はガス分離膜エレメントの
集気バイブ貫通部の密封構造を示す部分断面図、第７図
はガス分離膜のディスク形状の異なった実施例を示し、
同図（ａ）は丸型、同図（ｂ）は角型、同図（ｃ）は長
角型、同図（ｄ）は大角型のそれぞれの正面図、第８図
は加圧系ガス分離システムの略図、第９図は外部仕切板
の実施例を示し、同図（ａ）は仕切板の位置間隔を示す
略図、同図Ｃ＃３）、（ｃ）は仕切板の切り欠き状態と
配列を示す略図、第１０図は本発明の応用例を示す図、
第１１図および第１２図は従来例を示し、第１１図は大
気中の空気から酸素富化ガスを作る装置の概略断面図、
第１２図はガス分離用隔膜の端末処理方法を示すための
図である。 １％３１．４１　、、、集気パイプ（センターパイプ。 内管） ２ａ、２ｂ９．−サイドプレート　（サイドフレーム）
３ａ、　３ｂ、　３３ａ、　３３ｂ−０，セットナツト
４０１．外部シール材　　　５０１．ガス分離膜５Ｅ、
、、ガス分離膜エレメント ６・・・シールリング　　　７０１．保持板８・・・ガ
ス収集用小孔 ９、・、集気パイプ内仕切板駆動軸 ｉｏ、、、内管仕切板 ｉｉ、、、駆動軸用ハンドル　１２．、、アースラグ１
３、、、濃縮ガス出口側キャップ １４・・・駆動軸側キャップ　１５・・・ガスケット１
６・・・駆動軸用ロックナツト １７、、、外部仕切板（バッフル） １８・１．濃縮ガス用ノズル １９、、、供給ガス用ノズル ２０・・、非透過ガス用ノズル ２１、、、リサイクルガス用ノズル ２２、、、密封部材（シール材、バッキング材）２３、
・、密閉板　　　　　２４．、、ケーシング２５・・・
供給ガス通路　　２６．、、耐圧容器２７、、、外部仕
切板の切り欠き ２８、、、シールリングの供給ガス通路２９、、、ガス
分離膜と保持板間の透過ガス通路３０・・・敷金３２・
・・コンプレッサー３４、、、減圧弁 ３５・、・サイドプレートのスペーサー突起３６ａ、　
３６ｂ−−、端板　　２７．、、透過膜３８、・０通路
　　　　　３９．４０．、、取出パイプ４２、、、隔膜
　　　　　４３．、、支持体６１、、、突起無シールリ
ング ６２、、、突起付シールリング ６３、、、シールリングのスペーサー突起７１・・・保
持板の透過ガス通路用溝 ７２、、、ガス透過スペース ７３、・・保持板の集気パイプ貫通部の段状突出部７４
、、、保持板の両側面突起部 Ａ・・・供給ガス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平膜状ガス分離膜を通気性のある保持板の両側面に配置
   し、ガス分離膜と保持板の周縁部を、ガス通路を形成す
   る輪環状のシールリングを用いて密封固着したディスク
   状ガス分離膜エレメントを複数個併列し、各ガス分離膜
   エレメントの側面に密封部材を介在し、ガス分離膜エレ
   メントと密封部材に透過ガス収集用小孔多数を設けた１
   本もしくは複数本の集気パイプを貫通し、ガス分離膜エ
   レメント列の両側面を加圧することにより隣接する各ガ
   ス分離膜エレメントを密接密封するようにしたことを特
   徴とするガス分離膜モジュール。