(57)【要約】【課題】  本発明は、膜接触装置により液体を脱ガスすることに関する。【解決手段】  溶解気体を含む液体が真空源に接続された接触装置中に導入される。この接触装置１２は、穴あきのコア３２と、複数の中空ファイバー膜３８と、上記ファイバーの各末端を固定するチューブシート４０と、液体出口を持つシェル４２を有する。このシェルは、ファイバー、チューブシート、及びコアを収めている。この中空ファイバー内腔は真空源と流体連通している。液体は、コアの開放末端３４を経てこの接触装置に入り、コアを径方向に出て、シェル内で膜を横断し、液体出口４４により接触装置を出る。これにより溶解気体は、液体から膜を通って内腔中に拡散する。流出する液体は、１ｐｐｂ未満の溶解気体含量を有する。【選択図】図２
2014159032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を脱ガスするための１つの接触装置であって、
開放末端及び閉鎖末端を有する穴あきのコアと、
複数の中空ファイバー膜であって、各該中空ファイバーが内腔を有し、該中空ファイバーが該コアを取り囲み、各該中空ファイバーが２つの末端を有する、複数の中空ファイバー膜と、
各該中空ファイバー末端を固定するチューブシートと、
該中空ファイバー、該チューブシート、及び該コアを収め、液体出口を有するシェルと、
を含み、
該内腔が該中空ファイバー末端を経て真空源と連通でき、
該コアが溶解気体を含有する液体を該中空ファイバーを横切って径方向に分配して、該溶解気体を該中空ファイバー中に拡散でき、
該液体出口が該１つの接触装置から１ｐｐｂ未満の溶解気体を含む液体を排出でき、
液体の流速が２０リットル／分以上で用いることができる、
接触装置。
【請求項２】
該中空ファイバー膜が、０．０２〜０．０７ミクロンの孔径と１５〜７５ミクロンの膜壁厚とを有する、請求項１に記載の接触装置。
【請求項３】
該中空ファイバー膜が、連通孔を有し、かつ多孔性膜、均質膜、及び非対称性膜（複合膜）からなる一群から選ばれる、請求項１又は２に記載の接触装置。
【請求項４】
該中空ファイバー膜がポリプロピレンである、請求項１−３のいずれかに記載の接触装置。
【請求項５】
該中空ファイバー膜がｌ００ｍ2を超える表面積を有する、請求項１−４のいずれかに記
載の接触装置。
【請求項６】
該中空ファイバー膜が２０〜５０％の多孔性を有する、請求項１−５のいずれかに記載の接触装置。
【請求項７】
該流速が２０〜１００リットル／分である、請求項１−６のいずれかに記載の接触装置。
【請求項８】
液体を脱ガスするためのシステムであって、
約２０〜３０℃の温度で１０〜９０００ｐｐｂの溶解酸素を含有する液体が供給される、請求項１−７記載の１つの接触装置と、
１５Torr迄の真空をもたらすことが可能である真空源と
を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜接触装置を用いて液体を脱ガスすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の脱ガス用の膜接触装置の使用は知られている。例えば、米国特許第５，９３８，９２２号、日本特許第２，７２５，３１１号、同第２，７４３，４１９号、及び同第２，９４９，７３２号、及び大日本インキ化学工業社（日本国東京）のＳｅｐａｒｅｌRの名
前で販売されている中空ファイバー膜脱ガスモジュール及びＣｅｌｇａｒｄ社（ノースカロライナ州シャーロット）のＬｉｑｕｉ−ＣｅｌR膜接触装置の市販製品を参照されたい
。
【０００３】
米国特許第５，９３８，９２２号は、液体の流れを特定な経路に向けるバッフル付きの接触装置を開示している。米国特許第５，９３８，９２２号の図２を見ると、液体は、コアから径方向に通過し、膜（気体が内腔中に拡散する）を越え、長手方向にバッフルを廻り、径方向にコアの中に入り、コアを経て接触装置を出る。ポリプロピレンの均質なマイクロ多孔性中空ファイバー膜の内腔側を真空に引き、液体を穴あきのコアを経て接触装置のシェル内に導入する。この接触装置は、１５〜２０Torrの圧力範囲で１ｐｐｂ未満の溶解気体を得ることが可能であるが、製造が困難である。
【０００４】
日本特許第２，７２５，３１１号は、ポリ（４−メチルペンテン−１）（またはＰＭＰ）でできた非均質中空ファイバー膜付きの液体を脱ガスする接触装置を開示している。非均質膜は、多孔性膜（例えば、マイクロ多孔性膜）と区別される。
【０００５】
日本特許第２，７４３，４１９号は、３００ｐｐｂ未満の溶解気体を含む液体を排出することが可能である接触装置を開示しているが、液体温度を約４０〜８０°Ｃに高めなければならず、真空レベルは３０〜１００Torrである。
【０００６】
日本特許第２，９４９，７３２号は、非均質ＰＭＰ中空ファイバー膜と掃気（スイープ）気体または真空と掃気気体の組み合わせを用いる脱ガス用の接触装置を開示している。液体は、７〜８．３リットル／分（Ｌｐｍ）の流速と２８〜３８Torrの真空圧力で５００ｐｐｂ近傍迄脱ガスされ得る。
【０００７】
大日本インキ化学工業社（日本国東京）のＳｅｐａｒｅｌR ＥＦ ０４０Ｐは、上述の
スキン付きの（非連通性の孔）ＰＭＰ膜を使用し、シェルの出口を持つ径方向の流れパターンを有し、そして低流速（≦２０リットル／分）においてのみであるが、４０ｍ2の膜
面積で１ｐｐｂ未満の溶解気体レベルを報告している。より大きな流速（３３〜５７リットル／分）では、溶解気体レベルは１８〜９６ｐｐｂの範囲である。
【０００８】
膜接触装置は、次の商業的用途で有用である。医薬及び食品製造で酵素と微生物を培養するための酸素の供給；排水処理システムでの酸素の供給；化学及び医薬のユニット操作における空気またはオゾンによる肉汁の酸化；魚の養殖及び輸送業における酸素の供給；水耕農業における培養液への酸素の供給；顔面処理液及び健康飲料の製造用の高酸素含量を持つ水の製造；廃ガスクリーニングにおける液体（例えば、ＳＯX、ＮＯx、Ｈ2Ｓなど
）中に溶解させることによる気体に含まれる一以上の成分の除去及び発酵メタン気体からのＣＯ2の除去；半導体のリンス用の超純水、及び配管及び冷凍機のミスト防止用の脱酸
素水及び海水の製造、生物培養物からＣＯ2の除去、排水からの有機溶剤の除去、及び液
体からの気体の同時溶解と除去など、液体、例えば、ボイラーに供給される脱酸素水及び
逆浸透膜に供給される液体の脱ガスである。
【０００９】
半導体リンス用の高純度水の領域においては、半導体がより複雑になるに従って、更に高純度の水（例えば、１ｐｐｂ未満の溶解酸素）に対するニーズはより大きくなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、膜接触装置により液体を脱ガスすることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
溶解気体を含む液体は、真空源に接続された接触装置中に導入される。この接触装置は、穴あきの(perforated)コアと、複数の中空ファイバー膜と、該ファイバーの各末端を固定(affix)するチューブシートと、液体出口を持つシェルを有する。このシェルは、ファ
イバー、チューブシート、及びコアを収めている。この中空ファイバー内腔は、真空源と流体連通している。液体は、コアの開放末端を経てこの接触装置に入り、コアを径方向に流出して、シェル内で膜を横切り、液体出口により接触装置を出る。これにより、溶解気体は液体から膜を横切って内腔中に拡散する。流出する液体は１ｐｐｂ未満の溶解気体含量を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】液体を脱ガスするためのシステムの概略図である。
【図２】本発明の接触装置の１番目の実施形態の断面図である。
【図３】本発明の接触装置の２番目の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を例示する目的で、図面で現在好ましい形を示す。しかし、本発明は、図示した配置と機器に限定されるものでないことは理解される。
【００１４】
類似の番号が類似の要素を示す図面を参照する。図１には脱ガスするためのシステム１０の概略図が示される。
【００１５】
システム１０は、主要要素として、接触装置１２と真空ポンプ２０を含んでなる。接触装置１２は、下記に更に詳細に説明されるが、溶解気体を含有する液体を導入するポート１４と脱ガスされた液体を排出する出口１６を有する。接触装置１２は、流体を連通するために、真空ライン１８を経て真空ポンプ２０と結合されている。好ましくは、真空ポンプ２０は、操作を容易にするために、１５Torr迄の、好ましくは１５〜３０Torrの真空を作ることが可能である、水シール型の真空ポンプである。
【００１６】
図２を参照すると、接触装置１２の１番目の実施形態が図示される。接触装置１２は穴あきのコア３２を含む。コア３２は、開放末端３４（ポート１４に対応）と閉鎖末端３６を有する。複数の中空ファイバー膜３８がコア３２を取り囲む。各中空ファイバー膜３８（下記に更に詳しく述べられる）は内腔を有する。中空ファイバーの末端は、適当な位置にポッティングされて、チューブシート４０を形成する。シェル４２は、中空ファイバー膜３８、穴あきのコア３２、及びチューブシート４０を収めている。シェルの出口４４（出口１６に対応）がシェル４２に配設される。シェルの空間４６がコア３２の開放末端３４と流体連通し、液体は、コアから径方向に流出し、中空ファイバー膜３８の外表面を横断し、出口４４から排出されるようになっている。接触装置１２の末端には、ヘッドスペース５０と連通している真空ポート４８（真空ライン１８に対応）が取り付けられている。中空ファイバーの内腔は、ヘッドスペース５０と連通していて、真空が内腔に加えられ
るようになっている。
【００１７】
操作としては、溶解気体（例えば、１０〜９０００ｐｐｂ）を含有する液体は、好ましくは外気温度（例えば、２０〜３０℃）でコア３２の開放末端３４経由で接触装置１２中に導入される（例えば、２０リットル／分の最小流速、好ましくは２０〜１００リットル／分）。この液体源は限定されない。通常、水道水は５５０〜９０００ｐｐｂの溶解気体含量を有し、例えば真空タワー中で脱ガスされた液体は、１０ｐｐｂという低い溶解気体含量を有する。この液体は、穴あきのコア３２から分配され、コアから外側に径方向に向かい、中空ファイバー膜３８を横切って流れる。気体を含有する液体が中空ファイバー３８の外表面を横断するに従って、溶解気体は、ファイバーの内腔側の真空（１５〜３０Torr）により駆動力を与えられて、液体から、ファイバー壁を横切り、中空ファイバーの内腔中に拡散する。次に、この溶解気体は、ヘッドスペース５０を通って真空ポート４８から排出される。脱ガスされた水（好ましくは＜１ｐｐｂ）は、出口４４から排出される。更に好ましい操作性能を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2014159032.tif 000003
1 真空源−ＳＩＨＩ、モデルＬＰＨ３７０４、５ｈｐモーター＠１７５０ｒｐｍ。キャパシティ＠２５Torr＝１６°Ｃの使用水で１７．０ＡＣＦＭ。キャパシティ（見積り）＠２２Torr＝５°Ｃの使用水で１２ＡＣＦＭ。
2 ＤＯは「溶解酸素」を指す。
【００１９】
複数の中空ファイバー膜は充分な膜を含まなければならず、４０ｍ2を超える膜表面積
、好ましくは５０ｍ2を超える、最も好ましくはｌ００ｍ2を超える面積であるようにされる。この中空ファイバー膜３８は、多孔性膜と均質膜と非対称膜（非対称膜は一方の表面から他方の表面に連通する孔を持つ膜を含むが、連通する孔を持たない膜を除く。）とからなる一群から選ばれる。膜用のポリマーの選択は限定されないが、このようなポリマーは当業界で公知であるように、前出のタイプの膜を形成することが可能でなければならない。引用により本願に取り込まれている、Ｋｅｓｔｉｎｇ，Ｒ．Ｅ．，Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，２版，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、
Ｉｎｃ．，ＮＹＣ，ＮＹ（１９８５）を参照されたい。好ましい膜はポリオレフィン、最も好ましくはポリプロピレンでできていて、マイクロ多孔性である。膜は、好ましくは、約２０〜５０％の多孔性と、約０．０２〜０．０７ミクロンの孔径と（一つの表面で）、１５〜２００秒のＧｕｒｌｅｙ（１０ｃｃ当たり）と、約１５〜７５ミクロンの膜の壁厚を有する。最も好ましい膜は、約２５％の多孔性と、約０．０２ミクロンの孔径と、約１９０秒のＧｕｒｌｅｙ（１０ｃｃ当たり）と、約５０ミクロンの膜の壁厚を有する。例えば、このような膜は、Ｃｅｌｇａｒｄ社（ノースカロライナ州シャーロット）からＣｅｌｇａｒｄR膜の商品名で市販されている。
【００２０】
図３を参照すると、接触装置１２'の２番目の実施形態が示されている。接触装置１２'は穴あきのコア３２'を含む。コア３２'は開放末端３４'と閉鎖末端３６'を有する。複数の中空ファイバー膜３８がコア３２を取り囲む。膜３８の末端は適当な位置にポッティングされて、チューブシート４０'を形成する。末端３６'でのチューブシート４０'の中空
ファイバー３８の末端は閉じられる。シェル４２'は、中空ファイバー膜３８と、穴あき
のコア３２'と、チューブシート４０'を取り囲む。シェル空間４６'は開放末端３４'と流
体連通していて、液体がコアから径方向に流出し、中空ファイバー膜３８の外表面を横切り、出口４４'から排出されるようになっている。接触装置１２'の一つの末端のみに、ヘッドスペース５０'と連通している真空ポート４８'が取り付けられていて、真空が内腔に加えられるようになっている。
【００２１】
本発明によれば、開放末端及び閉鎖末端を持つ穴あきのコアと、各ファイバーが内腔を持ち、該ファイバーが該コアを取り囲み、各該ファイバーが２つの末端を持つ複数の中空ファイバー膜と、各該ファイバー末端を固定するチューブシートと、該ファイバー、該チューブシート、及び該コアを収め液体出口を持つシェルと、を含んでなる液体を脱ガスするための接触装置であって、上記内腔が上記ファイバー末端を経て真空源と連通でき、上記コアが溶解気体を含有する液体を上記ファイバーを横切って径方向に分配して、該溶解気体を上記ファイバー中に拡散でき、上記出口が上記接触装置から１ｐｐｂ未満の溶解気体を含む液体を排出でき、２０リットル／分の最小液体流速に用いることができる接触装置が、提供される。
上記接触装置は、０．０２〜０．０７ミクロンの孔径と１５〜７５ミクロンの膜壁厚とを持つ膜を更に含んでいてもよい。
本発明によれば、約２０〜３０℃の温度と２０リットル／分以上の流速とを持ち溶解気体を含有する液体と、１５Torr迄の真空をもたらすことが可能である真空源と、接触装置と、を含んでなる液体を脱ガスするためのシステムであって、該接触装置が、開放末端及び閉鎖末端を持つ穴あきのコアと、各ファイバーが内腔を持ち、該ファイバーが該コアを取り囲み、該ファイバーが２つの末端を持つ複数の中空ファイバー膜と、各該ファイバー末端を固定するチューブシートと、該ファイバー、該チューブシート、及び該コアを収め液体出口を持つシェルと、を含み、上記中空ファイバ内腔が上記真空源と流体連通し、溶解気体を含有する上記液体が上記コアの開放末端を経て上記接触装置に入り、上記コアを径方向に出て、上記シェル内で上記ファイバーを横切り、上記シェルの液体出口を経て上記接触装置を出るため、上記溶解気体が上記液体から上記ファイバーを横切り上記内腔中に拡散でき、上記出口を出る上記液体が１ｐｐｂ以下の溶解気体含量を持つことができるシステムが、提供される。
上記システムにおいて、上記流速が、２０〜１００リットル／分であってもよい。
本発明によれば、約２０〜３０℃の温度、２０リットル／分以上の流速、及び５５００〜９０００ｐｐｂの溶解気体含量を持つ溶解気体を含有する液体と、約１５〜３０Torrの真空源と、接触装置と、を含んでなる液体を脱ガスするためのシステムであって、該接触装置が、開放末端及び閉鎖末端を持つ穴あきのコアと、多孔性膜、均質膜、及び非対称性膜（複合膜）からなる一群から選ばれ、各ファイバーが内腔を持ち、該ファイバーが該コアを取り囲み、該ファイバーが２つの末端を持つ、連通孔を持つ複数の中空ファイバー膜と、各該ファイバー末端を固定するチューブシートと、該ファイバー、該チューブシート、及び該コアを収め液体出口を持つシェルと、を持ち、上記中空ファイバ内腔が上記真空源と流体連通し、溶解気体を含有する上記液体が上記コアの開放末端を経て上記接触装置に入り、上記コアから径方向に出て、上記シェル内で上記ファイバーを横切り、上記シェルの液体出口を経て上記接触装置を出るため、上記溶解気体が上記液体から上記ファイバーを横切って上記内腔中に拡散できるシステムが、提供される。
本発明によれば、約２０〜３０℃の温度と、２０リットル／分以上の流速と、５５００〜９０００ｐｐｂの溶解気体含量とを持つ溶解気体を含有する液体と、約１５〜３０Torrの真空源と、接触装置と、を含んでなる液体を脱ガスするためのシステムであって、該接触装置が、開放末端及び閉鎖末端を持つ穴あきのコアと、各ファイバーが内腔を持ち、該ファイバーが該コアを取り囲み、該ファイバーが２つの末端を持つ複数の中空ファイバー膜と、各該ファイバー末端を固定するチューブシートと、該ファイバー、該チューブシート、及び該コアを収め液体出口を持つシェルと、を持ち、上記中空ファイバ内腔が上記真空源と流体連通し、溶解気体を含有する上記液体が上記コアの開放末端を経て上記接触装置に入り、上記コアから径方向に出て、上記シェル内で上記ファイバーを横切って、上記
シェルの液体出口を経て上記接触装置を出るため、上記溶解気体が上記液体から上記ファイバーを横切って上記内腔中に拡散でき、上記出口を出る上記液体が１ｐｐｂ以下の溶解気体含量を持つことができるシステムが、提供される。
本発明は、本発明の精神または本質的な属性を逸脱せずに、他の特定な形で実施されてもよく、従って、本発明の範囲を示すものとして、前出の明細書よりも特許請求の範囲を参照すべきである。
【符号の説明】
【００２２】
１０  システム
１２  接触装置
１４  ポート
１６  出口
１８  真空ライン
２０  真空ポンプ
３２  コア
３４  開放末端
３６  閉鎖末端
３８  中空ファイバー膜
４０  チューブシート
４２  シェル
４４  出口
４６  空間
４８  真空ポート
５０  ヘッドスペース
１２'  接触装置
３２'  コア
３４'  開放末端
３６'  閉鎖末端
４０'  チューブシート
４２'  シェル４２'
４４'  出口
４６'  シェル空間
４８'  真空ポート
５０'  ヘッドスペース
【図１】
2014159032.tif 000004
【図２】
2014159032.tif 000005
【図３】
2014159032.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月27日(2014.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解気体を含む液体を脱ガスするための方法であって、以下の工程（１）〜（３）を含む、方法：
（１）該液体を、
開放末端及び閉鎖末端を有する穴あきのコアと、
複数の中空ファイバー膜であって、各該中空ファイバーが内腔を有し、該中空ファイバーが該コアを取り囲み、各該中空ファイバーが２つの末端を有する、複数の中空ファイバー膜と、
各該中空ファイバー末端を固定するチューブシートと、
該中空ファイバー、該チューブシート、及び該コアを収め、液体出口を有するシェルと、
を含む１つの接触装置に、液体の流速が２０リットル／分以上で通す工程であって、該コアが溶解気体を含有する液体を該中空ファイバーを横切って径方向に分配して、該溶解気体を該中空ファイバー中に拡散できる、工程
（２）該内腔を真空源と連通する工程、
（３）該１つの接触装置から、１ｐｐｂ未満の溶解気体を含む液体を排出する工程。
【請求項２】
該中空ファイバー膜が、０．０２〜０．０７ミクロンの孔径と１５〜７５ミクロンの膜壁厚とを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該中空ファイバー膜が、連通孔を有し、かつ多孔性膜、均質膜、及び非対称性膜（複合膜）からなる一群から選ばれる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
該中空ファイバー膜がポリプロピレンである、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
該中空ファイバー膜がｌ００ｍ2を超える表面積を有する、請求項１−４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
該中空ファイバー膜が２０〜５０％の多孔性を有する、請求項１−５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
該流速が２０〜１００リットル／分である、請求項１−６のいずれかに記載の方法。