(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にゼオライト膜が備えられた管状部材と、
この管状部材の一方の端部を封止する熱収縮性樹脂からなる封止部材と、
前記管状部材とその収納容器とを接続しかつ当該管状部材の他方の端部を支持する熱収縮性樹脂からなる管状の接続部材と
を備え、
前記接続部材は、
前記管状部材の他方の端部が挿入される外管部と、
この外管部と同軸に当該外管部内に具備されかつ前記管状部材内の膜透過物質を流通させると共に当該外管部とで前記管状部材の他方の端部を支持する内管部と
から成ること
を特徴とするゼオライト膜エレメント。
【請求項２】
前記外管部には前記管状部材の他方の端部が挿入される挿入部が形成され、
前記内管部はその一端側の配管部分が前記管状部材の他方の端部に挿入され、当該配管部分の外周面と前記挿入部の内周面とで当該管状部材の他方の端部を挟んだ状態で支持すること
を特徴とする請求項１に記載のゼオライト膜エレメント。
【請求項３】
前記熱収縮性樹脂はフッ素樹脂からなること
を特徴とする請求項１または２に記載のゼオライト膜エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゼオライト膜エレメントの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
管状ゼオライト膜エレメント（以下、膜エレメント）とこれを格納するケーシングとのシール性を確保させた膜エレメントとして例えば図６に示された膜モジュール７０に単数または複数具備される膜エレメント７１が知られている（特許文献１〜３等）。
【０００３】
膜エレメント７１はゼオライト膜管７２の一端に封止部７３が接続されると共に他端には接続部７４が接続されている。接続部７４は膜エレメント７１を収納するケーシング８１の蓋部８２の雌ねじ部８３と螺合接続される。ケーシング８１は供給口８４と排出口８５を備える。供給口８４には被処理物質が供給される。排出口８５からはゼオライト膜管７２によって被処理物質に含まれる膜透過物質が除去された処理物質が排出される。封止部７３，接続部７４は例えばＳＵＳ等の金属（例えば特許文献１，２）、セラミックス（例えば特許文献３）、フッ素樹脂（例えば特許文献４）のいずれかから構成されている。
【０００４】
また、ゼオライト膜管７２と封止部７３，接続部７４との接続付近の外周面は図７に示したように熱収縮性の被覆部材７５によって被覆されている。さらには、被覆部材７５と前記外周面との間には熱収縮性部材またはグリス材等からなる密閉部材７６を介在させることでゼオライト膜管７２と封止部７３，接続部７４とのシール性を適宜に確保させている（特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８８０７９号公報
【特許文献２】特開２００７−４６７５５号公報
【特許文献３】特開２００９−６６５２８号公報
【特許文献４】特許第３６１７９４２号公報
【特許文献５】特開２０００−４２３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術に係る膜エレメント７１は、以下の問題点が挙げられる。
【０００７】
膜エレメント７１は一端側に接続された封止部７３の重みによって他端側の外周面を被覆した被覆部材７５に歪が生じやすくなる。これにより、外部物質（被処理物質）のゼオライト膜管７２内への浸入またはゼオライト膜管７２からの膜透過物質の漏洩が発生しやすくなる。特に膜エレメント７１が横置きに配置された場合、ゼオライト膜管７２の径方向の振動による歪みが顕著となる。
【０００８】
そして、前記歪が生じることで接続部７４からゼオライト膜管７２が脱落することがある。例えば、膜エレメント７１は接続部７４だけの支点によってケーシング８１内に備えられる場合があり、接続部７４にはゼオライト膜管７２、封止部７３の荷重がかかっており被覆部材７５に歪みが生じやすくなり、ゼオライト膜管７２が接続部７４から外れやすくなる。また、膜エレメント７１の内外圧力差の変動（逆圧の発生）によってゼオライト膜管７２から封止部７３が脱落することがある。特に、ゼオライト膜管７２は封止部７３，接続部７４と異なる材料から構成されているので、それぞれ被覆部材７５，密閉部材７６との接着度合いが異なり、振動や逆圧の発生により生じる軸方向の力によって封止部７３，接続部７４がゼオライト膜管７２から脱落しやすい。
【０００９】
特許文献４に開示された膜エレメントは、封止部７３，接続部７４に相当する部材がフッ素樹脂から構成されているが、当該部材はセラミック管の端部付近の外周面に固着されているのみであるので径方向の振動による歪みの問題の解決には至っていない。
【００１０】
また、膜エレメント７１の製造過程においては、ゼオライト製膜後のゼオライト膜管７２への封止部７３、接続部７４の取り付け及び被覆部材７５，密閉部材７６の被覆は手作業に頼ることがあり、手作業に個人差があると、膜エレメント７１の歩留まりが悪くなる。
【００１１】
本発明は以上の事情に鑑みなされたもので収納容器との接続部の歪みを低減させるとともに製品の歩留まりを向上させることができるゼオライト膜エレメントの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明のゼオライト膜エレメントの態様としては、外周面にゼオライト膜が備えられた管状部材と、この管状部材の一方の端部を封止する熱収縮性樹脂からなる封止部材と、前記管状部材とその収納容器とを接続しかつ当該管状部材の他方の端部を支持する熱収縮性樹脂からなる管状の接続部材とを備え、前記接続部材は、前記管状部材の他方の端部が挿入される外管部と、この外管部と同軸に当該外管部内に具備されかつ前記管状部材内の膜透過物質を流通させると共に当該外管部とで前記管状部材の他方の端部を支持する内管部とから成る。本発明によれば前記封止部材が前記接続部材と同じ熱収縮性樹脂からなると共に前記接続部材の内管部と外管部が前記管状部材を支持するようにしているので前記管状部材の径方向の振動を緩和させることができる。
【００１３】
前記ゼオライト膜エレメントにおいて、前記外管部には前記管状部材の他方の端部が挿入される挿入部を形成し、前記内管部はその一端側の配管部分が前記管状部材の他方の端部に挿入され、当該配管部分の外周面と前記挿入部の内周面とで当該管状部材の他方の端部を挟んだ状態で支持するようにするとよい。前記径方向の振動をより一層緩和させることできる。
【００１４】
前記熱収縮性樹脂としては例えばフッ素樹脂が挙げられる。
【発明の効果】
【００１７】
したがって、以上の発明によれば収納容器との接続部の歪みを低減させるとともにゼオライト膜エレメントの歩留まりを向上させることができる
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るゼオライト膜エレメントを備えた膜モジュールの構成図。
【図２】ゼオライト膜管の一方の端部が封止部によって封止された状態を示した断面図。
【図３】ゼオライト膜管の他方の端部が接続部の内管部と外管部とによって支持された状態を示した断面図。
【図４】ゼオライト膜管の他方の端部が接続部の外管部の挿入部に挿入された状態を示した断面図。
【図５】ゼオライト膜管と封止部との接着状態を示した写真。
【図６】従来のゼオライト膜エレメントを備えた膜モジュールの構成図。
【図７】従来のゼオライト膜エレメントのゼオライト膜管と封止部，接続部との接続部分の構成を示した概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
（発明の実施形態に係る膜エレメント１の構成）
図１に示された膜モジュール１０は被処理物質が供給されるケーシング１１内に本発明の実施形態に係る膜エレメント１を複数収納させている。
【００２１】
膜エレメント１はゼオライト膜管２と封止部３と接続部４とから成る。
【００２２】
ゼオライト膜管２は例えば円筒形状のセラミック管体の外周面にゼオライト膜を備えて成る。前記セラミック管体の材質としては、多孔質性の材料であって、封止部３、接続部４の加熱収縮の温度に耐えるものであれば、いかなる材質も適用可能である。前記多孔質性の材料としてはアルミナ、ムライト等に例示されるセラミックが挙げられる。前記ゼオライト膜としては分離対象物質に応じて周知のものを適用すればよい。例えば、Ａ型、Ｔ型、Ｙ型、ＺＳＭ−５型、ＮａＸ型のゼオライトからなるものが挙げられる。
【００２３】
封止部３は図２に示したようにゼオライト膜管２の一方の端部を封止する部材であって熱収縮性樹脂からなる。封止部３は加熱収縮によってゼオライト膜管２の一方の端部を封止する。前記熱収縮性樹脂としては例えばフッ素樹脂が挙げられる。フッ素樹脂は周知のものを適用すればよい。具体的なフッ素樹脂としては、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）あるいは四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）等が例示される。
【００２４】
接続部４はゼオライト膜管２とケーシング１１とを接続しかつゼオライト膜管２の他方の端部を支持すると共にゼオライト膜管２内の膜透過物質をケーシング１１外に移送するための管状の部材であって熱収縮性樹脂からなる。接続部４は加熱収縮によってゼオライト膜管２の他方の端部に接続固定される。ゼオライト膜管２が接続された接続部４はケーシング１１の蓋部１２に螺合接続される。接続部４の全長はゼオライト膜管２の全長に応じて設定されることでゼオライト膜管２の被処理物質の浸入及び膜透過物質の漏洩の防止が図れる。
【００２５】
接続部４は図３に例示したように外管部５と内管部６とからなる。
【００２６】
外管部５は円筒形状を成している。外管部５は図４に示されたように封止部３が装着されていないゼオライト膜管２の他方の端部が挿入される挿入部５０が形成されている。また、外管部５の外周面には雄ねじ部５１が形成されている。雄ねじ部５１は図１に示されたケーシング１１の蓋部１２に形成された雌ねじ部１３と螺合できるようになっている。外管部５のねじ溝及びねじ山の径は熱収縮しても外管部５が蓋部１２と螺合できるように設定される。外管部５は封止部３と同種のフッ素樹脂を成形することで構成される。
【００２７】
内管部６は円筒形状を成すと共に図３に示されたように外管部５と同軸に外管部５内に具備される。内管部６はゼオライト膜管２内の膜透過物質を流通させてケーシング１１外に移送させる。内管部６は外管部５の挿入部５０に挿入されたゼオライト膜管２の他方の端部を外管部５とで支持する。具体的には図示されたように内管部６の一端側の配管部分がゼオライト膜管２の他方の端部に挿入され、前記配管部分の外周面６１と挿入部５０の内周面５２とがゼオライト膜管２の他方の端部を挟んだ状態で当該端部を支持する。内管部６の全長は外管部５の全長と略同等に設定されている。
【００２８】
内管部６を構成する材料としては例えばＳＵＳ等の金属が挙げられるが、外管部５と同じ材料すなわち熱収縮性樹脂によって構成してもよい。内管部６が金属製の材料からなる場合は、内管部６は圧入によって外管部５内に挿通される。内管部６は、外管部５と同じ材料で構成された場合、圧入によって外管部５内に具備させてもよいが、周知の成形法によって外管部５と一体的に成形してもよい。
【００２９】
尚、外管部５の挿入部５０の容積及び内管部６の外径はゼオライト膜管２の外径及び内径に応じて設定されることでゼオライト膜管２の被処理物質の浸入及び膜透過物質の漏洩の防止が図れる。
【００３０】
（膜エレメント１の製造方法）
膜エレメント１の製造工程Ｓ１〜Ｓ３について説明する。
【００３１】
Ｓ１：ゼオライト膜管２の一方の端部に封止部３を接続させ、この封止部３を加熱処理する。この加熱温度、加熱時間は周知技術（例えば特許文献１，２）に適用されている温度及び加熱時間を設定すればよい。この加熱により、封止部３を構成する熱収縮性樹脂は熱収縮しそして固化して弾性体となり、ゼオライト膜管２の一方の端部は封止部３によって封止される。尚、封止部３はさらに冶具等で固定した後に加熱処理して前記端部を封止するようにしてもよい。
【００３２】
Ｓ２：ゼオライト膜管２の他方の端部に接続部４を装着し、この接続部４を加熱処理する。この加熱により、接続部４を構成する熱収縮性樹脂は熱収縮しそして固化して弾性体となり、ゼオライト膜管２の他方の端部に接続部４が接続固定される。加熱温度及び加熱時間はＳ３と同じ加熱温度及び加熱時間を設定すればよい。尚、接続部４も封止部３と同様にさらに冶具等で固定した後に加熱処理して前記他方の端部に接続固定するようにしてもよい。
【００３３】
Ｓ３：Ｓ１，Ｓ２の過程を経て封止部３，接続部４が接続されたゼオライト膜管２の外周面にゼオライト膜を形成させる。ゼオライト膜の形成法は周知技術を適用すればよい。前記周知技術としては例えば特許文献５に開示されたゼオライトの種結晶担持法と水熱合成法または気相法とを組み合わせた形成法が挙げられる。
【００３４】
（膜モジュール１０の動作説明）
以上の工程Ｓ１〜Ｓ３で製造された膜エレメント１は図１に示した膜モジュール１０のように横置き型のケーシング１１内に複数具備される。膜エレメント１は接続部４がケーシング１１の蓋部１２に螺合接続されることでケーシング１１内に具備される。ケーシング１１から露出した接続部４の末端には配管系１６を介して真空ポンプＰが接続される。
【００３５】
被処理物質は供給口１４からケーシング１１内に導入される。膜エレメント１のゼオライト膜管２の内圧は真空ポンプＰによってゼオライト膜管２の外部の圧力よりも負圧となっているのでケーシング１１内に導入された被処理物質に含まれる膜透過性の物質はゼオライト膜管２の内部に透過する。ゼオライト膜管２の内部に導入された前記透過性の物質は真空ポンプＰの吸引力によって接続部４から排出される。一方、前記透過性の物質が除去された処理物質はケーシング１１の排出口１５から排出される。
【００３６】
ケーシング１１内では被処理物質が供給口１４から流速を維持して導入された場合、前記導入された被処理物質と封止部３との衝突によって膜エレメント１はその径方向に振動する。膜エレメント１は封止部３，接続部４が熱収縮性樹脂からなると共に接続部４の内管部６がゼオライト膜管２を支持するようにしているので前記径方向の振動を緩和させることができる。これにより、接続部４の歪みが従来のものよりも低減されたものとなり、接続部４からのゼオライト膜管２の脱落が防止される。
【００３７】
（本実施形態の効果）
以上のように膜エレメント１によればゼオライト膜管２の径方向の振動を緩和させることができるので接続部４の歪みを低減できる。
【００３８】
特に、封止部３を構成する熱収縮性樹脂とゼオライト膜管２を構成するセラミックスとがグリス材を介さずに接触しているのでの両者の接触面がずれに強くなる。したがって、ゼオライト膜管２の内部の圧力が外部の圧力より高くなる逆圧が発生した際でも封止部３の脱落を防止できる。
【００３９】
さらに、膜エレメント１の封止部３は熱収縮性樹脂からなるので大幅に軽量化される。膜エレメント１は膜モジュール１０の蓋部１２にて水平方向に片持ち支持されている。ケーシング１１の供給口１４から流速を維持した被処理物質が供給された場合、従来では封止部材が金属からなるので大きな抵抗となりまたその重量が膜エレメントの支点であるケーシング１１との接続部分での負担が大きくなり、接続部と管状部との接続部分が緩みやすくなっていた。本実施形態に係る封止部３は上述のように熱収縮樹脂からなり軽量化されているので蓋部１２での膜エレメント１の支点である接続部４への負担が軽減される。
【００４０】
また、接続部４も熱収縮性樹脂からなるので従来よりも軽量化が実現できると共にケーシング１１内に供された被処理物質の流れによる接続部４の緩みが従来の膜エレメントよりも低減する。さらに、接続部４は接続作業の際に従来のような蓋部１２との噛み込みによる磨耗が起こらないので蓋部１２との密閉性が向上する。さらに、接続部４が外管部５と外管部６とから成ることで接続部４の強度が増し、ゼオライト膜管２と接続部４との重なりを低減させることができるので、ゼオライト膜管２に形成されるゼオライト膜の有効表面積が拡大する。
【００４１】
図５にゼオライト膜管２と封止部３との接着状態を示した写真（ゼオライト膜管２の外径１２ｍｍ）を示した。図５に示されたように封止部３とゼオライト膜管２との界面の密着性が確保された。尚、接続部４とゼオライト膜管２との界面の密着性も図５の写真と同様に確認された。
【００４２】
また、従来の膜エレメントは、ゼオライト膜管の寸法精度が低いと、封止部、接続部の形状段差による膜透過物質の漏洩または被処理物質の浸入が生じやすくなる。
【００４３】
これに対して本実施形態に係る膜エレメント１は封止部３，接続部４が熱収縮性樹脂からなるので前記形状段差を密閉させることでき、前記膜透過物質の漏洩または被処理物質の浸入を防止できる。
【００４４】
さらに、従来の膜エレメントの製造方法では、封止部材、接続部材の接続にグリスや接着剤が使用される場合があるので、ゼオライト膜の製膜時にグリスや接着剤が溶出してゼオライト膜に悪影響を及ぼすおそれがあった。そのため、管状部材へのゼオライト膜の製膜後に封止部材、接続部材を取り付ける必要があり、この取り付け作業時にゼオライト膜を損傷させることがあり、ゼオライト膜が不良となることがあった。
【００４５】
これに対して本発明の実施形態に係る製造方法Ｓ１〜Ｓ３ではゼオライト膜の製膜前に封止部３、接続部４が取り付けられるので製造作業時の取り扱いが容易であると共にゼオライト膜の損傷を防ぐことができる。
【００４６】
また、従来の膜エレメントの製造法では、ゼオライト膜管の基材であるセラミック管に被覆部材，密閉部材で被覆を施した後にゼオライト膜の製膜を行う場合がある。この場合、前記密閉部材にグリスが用いられていると、グリス成分が前記製膜の過程で溶出し、製膜不良を起こすことがある。
【００４７】
これに対して本発明に係る膜エレメント１の封止部３，接続部４は熱収縮によってゼオライト膜管２に固定されるので接着剤やグリス等の密閉部材を必要としない。これにより、本実施形態に係る膜エレメント１の製造方法においては、封止部３，接続部４をゼオライト膜管２の基材（セラミック管）に取り付けた後でも当該基材の表面にゼオライト膜を形成させることができる。
【００４８】
以上のように本実施形態の製造方法によれば歩留まりが向上し、生産効率が高まる。
【符号の説明】
【００４９】
１…膜エレメント（ゼオライト膜エレメント）
２…ゼオライト膜管（管状部材）
３…封止部（封止部材）
４…接続部（接続部材）
１０…膜モジュール
１１…ケーシング（収納容器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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