(57)【要約】【課題】圧力損失を抑制し、高効率な分離能を持たせる。【解決手段】分離モジュール１０が、管軸方向Ａに間隔をあけて外周面１４Ａに貫通孔群１４Ｂが複数形成された中心管１４と、液体又は気体の構成要素を分離して貫通孔群１４Ｂに案内する分離膜３８Ａを含み、複数の貫通孔群１４Ｂのそれぞれを覆って中心管１４に多重に巻きつけられ、管軸方向Ａから液体又は気体が流入される複数の積層体１６と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸方向に間隔をあけて外周面に貫通孔群が複数形成された管体と、
液体又は気体の構成要素を分離して前記貫通孔群に案内する分離膜を含み、前記複数の貫通孔群のそれぞれを覆って前記管体に多重に巻きつけられ、前記管軸方向から前記液体又は前記気体が流入される複数の積層体と、
を有する分離モジュール。
【請求項２】
前記分離膜は、促進輸送型の膜である、
請求項１に記載の分離モジュール。
【請求項３】
前記分離膜は、水溶性高分子化合物及び二酸化炭素キャリアを含む促進輸送膜と、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、を有する、
請求項２に記載の分離モジュール。
【請求項４】
前記分離膜は、分子ゲート型の膜である、
請求項１に記載の分離モジュール。
【請求項５】
前記積層体の両端部に嵌め込まれ、前記積層体の巻きズレを防止する複数の巻きズレ防止部材を有する、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の分離モジュール。
【請求項６】
前記管体は、スイープガスが流入される流入口と、前記分離膜により分離され前記積層体を通り前記貫通孔群から集合した気体が前記スイープガスと共に流出される流出口と、各貫通孔群における前記管軸方向の中心部に位置し前記管体の内部を仕切る複数の仕切部材と、を有する、
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の分離モジュール。
【請求項７】
前記巻きズレ防止部材は、
前記管体が挿入される筒部と、
前記筒部の外周面から放射状に延び前記積層体の端面に当接するスポーク部と、
前記スポーク部の先端部に設けられ、前記管軸方向に沿って両側へ張り出し、隣り合う前記積層体の端部外周部へそれぞれ嵌め込まれるキャップ部と、
を有する請求項５に記載の分離モジュール。
【請求項８】
前記巻きズレ防止部材は、前記筒部の軸方向に沿って分割され、
前記分割された巻きズレ防止部材には、互いに接続される接続手段が設けられている、
請求項７に記載の分離モジュール。
【請求項９】
前記管体は、前記積層体を巻きつける位置の位置決め手段を有している、
請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の分離モジュール。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の分離モジュールを製造する製造方法であって、
前記管体を軸周りに回転させ、前記複数の積層体を同時に前記管体に巻きつける工程を有する分離モジュールの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の分離モジュールに用いられ、管軸方向に間隔をあけて外周面に貫通孔群を複数有する管体。
【請求項１２】
請求項７に記載の分離モジュールに用いられる巻きズレ防止部材であって、
前記管体が挿入される筒部と、
前記筒部の外周面から放射状に延び前記積層体の端面に当接するスポーク部と、
前記スポーク部の先端部に設けられ、前記管軸方向に沿って両側へ張り出し、隣り合う前記積層体の端部外周部へそれぞれ嵌め込まれるキャップ部と、
を有する巻きズレ防止部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離モジュール、分離モジュールの製造方法、管体及び巻きズレ防止部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、原料中のガスや水を選択的に分離する分離モジュールの開発が進んでいる。
【０００３】
例えば、特開平３−２４９９０７号公報には、貫通孔群を有する管体と貫通孔を覆うように管体に巻きつけられた積層体とからなり、積層体を構成する分離膜により、水中から炭酸ガスを選択的に分離して貫通孔群を介して管体から排出する分離モジュールが開示されている。この分離モジュールは使用時に、分離膜の面積を大きくするため圧力容器内に複数本収納され、分離モジュールの管体同士がクランプで接続される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平３−２４９９０７号公報の分離モジュールでは、複数本収納された分離モジュール同士が正しく接続されない場合、その接続部分で圧力損失が発生し、分離能が大きく損なわれてしまう。また、圧力容器内に収納する際、圧力容器中でクランプ接続する際、分離モジュールにダメージを与えてしまい、分離能が著しく低下する問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、圧力損失を抑制し、高効率な分離能を有する分離モジュール及び分離モジュールの製造方法と、これらに関する管体及び巻きズレ防止部材とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
本発明の第１態様に係る分離モジュールは、管軸方向に間隔をあけて外周面に貫通孔群が複数形成された管体と、液体又は気体の構成要素を分離して前記貫通孔群に案内する分離膜を含み、前記複数の貫通孔群のそれぞれを覆って前記管体に多重に巻きつけられ、前記管軸方向から前記液体又は前記気体が流入される複数の積層体と、を有する。
【０００７】
この構成によれば、使用時には単独で容器内に収納され、複数の積層体のうち管軸方向の一端部側の積層体に液体又は気体が流入されると、分離膜により液体又は気体の構成要素が分離され貫通孔群へ案内される。分離されて残った液体又は気体は、管軸方向の他端部側の積層体まで、順次、流入されて構成要素が分離される。各積層体から分離された構成要素は、各積層体からそれぞれが覆っている貫通孔群を通り管体に流れる。このように、複数の積層体に対して管体が共通しているため、積層体毎に管体を有する場合と比較して、管体同士を接続する必要がなく、圧力損失を抑制することができる。したがって、分離モジュールは、高効率な分離能を有することとなる。
【０００８】
本発明の第２態様に係る分離モジュールでは、第１態様において、前記分離膜は、促進輸送型の膜である。
【０００９】
この構成によれば、促進輸送型の膜で液体又は気体の構成要素が分離される。
【００１０】
本発明の第３態様に係る分離モジュールでは、第２態様において、前記分離膜は、水溶性高分子化合物及び二酸化炭素キャリアを含む促進輸送膜と、前記促進輸送膜を支持する多孔質支持体と、を有する。
【００１１】
この構成によれば、気体に水蒸気が含まれていても、当該水蒸気を水溶性高分子化合物が吸湿して当該水溶性高分子化合物を含有する促進輸送膜が水分を保持することで、二酸化炭素キャリアが輸送し易くなるので、溶解拡散膜等の他の分離膜を用いる場合に比べて分離能が高まる。
【００１２】
本発明の第４態様に係る分離モジュールでは、第１態様において、前記分離膜は、分子ゲート型の膜である。
【００１３】
この構成によれば、分子ゲート型の膜で液体又は気体の構成要素が分離される。
【００１４】
本発明の第５態様に係る分離モジュールでは、第１態様〜第４態様の何れか１つの態様において、前記積層体の両端部に嵌め込まれ、前記積層体の巻きズレを防止する巻きズレ防止部材を有する。
【００１５】
この構成によれば、管体に巻きつけられた全ての積層体の巻きズレが防止される。
【００１６】
本発明の第６態様に係る分離モジュールでは、第１態様〜第５態様の何れか１つの態様において、前記管体は、スイープガスが流入される流入口と、前記分離膜により分離され前記積層体を通り前記貫通孔群から集合した気体が前記スイープガスと共に流出される流出口と、各貫通孔群における前記管軸方向の中心部に位置し前記管内部を仕切る複数の仕切部材と、を有する。
【００１７】
この構成によれば、流入口から管体内部にスイープガスが流入されると、複数の仕切部材に当たり、貫通孔群を介して管体内部から積層体に流れ出す。この際、スイープガスは、分離膜によって分離された気体をスイープしながら、仕切部材を越えて再び管体内部に流れ込む。これにより、分離された気体は、積層体内部で滞留することなく貫通孔群を介して管体内部に流れ込んで流出口からスイープガスと共に流出される。この結果、気体漏れが抑制され、分離能がより高くなる。
【００１８】
本発明の第７態様に係る分離モジュールでは、第５態様において、前記巻きズレ防止部材は、前記管体が挿入される筒部と、前記筒部の外周面から放射状に延び前記積層体の端面に当接するスポーク部と、前記スポーク部の先端部に設けられ、前記管軸方向に沿って両側へ張り出し、隣り合う前記積層体の端部外周部へそれぞれ嵌め込まれるキャップ部と、を有する。
【００１９】
この構成によれば、隣り合う積層体同士が１つの巻きズレ防止部材を共通して使用することができる。
【００２０】
本発明の第８態様に係る分離モジュールでは、第７態様において、前記巻きズレ防止部材は、前記筒部の軸方向に沿って分割され、前記分割された巻きズレ防止部材には、互いに接続される接続手段が設けられている。
【００２１】
この構成によれば、隣り合う積層体同士の端部外周部へキャップ部を嵌め込み易い。
【００２２】
本発明の第９態様に係る分離モジュールでは、第１態様〜第８態様の何れか１つの態様において、前記管体は、前記積層体を巻きつける位置の位置決め手段を有している。
【００２３】
この構成によれば、複数の積層体を管体に正確に巻きつけることができる。
【００２４】
本発明の第１０態様に係る分離モジュールの製造方法は、第１態様〜第９態様の何れか１つに記載の分離モジュールを製造する製造方法であって、前記管体を軸周りに回転させ、前記複数の積層体を同時に前記管体に巻きつける工程を有する。
【００２５】
この構成によれば、生産速度が上がり、また積層体間の性能のバラつきを抑制することができる。
【００２６】
本発明の第１１態様に係る管体は、第１態様〜第９態様の何れか１つに記載の分離モジュールに用いられ、管軸方向に間隔をあけて外周面に貫通孔群を複数有する。
【００２７】
この構成によれば、貫通孔群毎に積層体を巻きつけることができる。
【００２８】
本発明の第１２態様に係る巻きズレ防止部材は、第７態様に記載の分離モジュールに用いられる巻きズレ防止部材であって、前記管体が挿入される筒部と、前記筒部の外周面から放射状に延び前記積層体の端面に当接するスポーク部と、前記スポーク部の先端部に設けられ、前記管軸方向に沿って両側へ張り出し、隣り合う前記積層体の端部外周部へそれぞれ嵌め込まれるキャップ部と、を有する。
【００２９】
この構成によれば、隣り合う積層体同士が１つの巻きズレ防止部材を共通して使用することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、容器内に収納された分離モジュールの圧力損失が抑制され、高効率な分離能を有するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る分離モジュールの一部切り欠きを設けてなる斜視図である。
【図２】図１に示す分離モジュールの１つの分離モジュールユニットにおいてその積層体の巻き付け前の斜視図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る分離モジュールの製造方法を示す工程図である。
【図３Ｂ】図３Ａから続く、分離モジュールの製造方法の工程図である。
【図３Ｃ】図３Ｂから続く、分離モジュールの製造方法の工程図である。
【図４Ａ】テレスコープ防止板の変形例を分割した状態で示す斜視図である。
【図４Ｂ】テレスコープ防止板の変形例を一体化した状態で示す斜視図である。
【図５】テレスコープ防止板の変形例を使用した状態で示す一部断面正面図である。
【図６】管体の変形例を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態の参考例に係る分離モジュールの一部切り欠きを設けてなる斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る分離モジュール、分離モジュールの製造方法、管体及び巻きズレ防止部材について具体的に説明する。なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００３３】
＜分離モジュール＞
図１は、本発明の実施形態に係る分離モジュールの一部切り欠きを設けてなる斜視図である。
【００３４】
図１に示すように、分離モジュール１０は、一列に配置された複数（本実施形態では３つ）の分離モジュールユニット１２で構成されている。
【００３５】
各分離モジュールユニット１２は、上記一列の方向に長いユニット共通の中心管１４を有している。各分離モジュールユニット１２は、その中心管１４の周りに、積層体１６を単数あるいは複数が巻き付けられた状態で積層体１６の最外周が被覆層１８で覆われ、これら積層体１６及び被覆層１８の両端にテレスコープ防止板２０が取り付けられて構成される。
【００３６】
このような構成の各分離モジュールユニット１２には、その一端部１２Ａ側から積層体１６に炭酸ガス２４等を含む原料ガス２２（又は残余のガス２６）が供給される。原料ガス２２が供給されると、各分離モジュールユニット１２は、後述する積層体１６の構成により、原料ガス２２を炭酸ガス２４と残余のガス２６に分離して炭酸ガス２４は中心管１４から、残余のガス２６は各分離モジュールユニット１２の他端部１２Ｂ側の積層体１６から別々に排出する。
【００３７】
中心管１４は、ユニット共通であるため、各分離モジュールユニット１２の長さを足し合わせた長さよりも上記一列の方向に長く成形された円筒状のパイプである。中心管１４の外周面１４Ａには、管軸方向Ａに間隔をあけて複数の貫通孔群１４Ｂが形成されている。
【００３８】
貫通孔群１４Ｂの数は、分離モジュールユニット１２の数と同数（本実施形態では３つ）である。また、各貫通孔群１４Ｂは、各分離モジュールユニット１２内に１つずつ形成され、分離モジュールユニット１２間には形成されていない。貫通孔群１４Ｂ同士の間隔は、テレスコープ防止板２０のスペース分及びその取り付けを容易にするため、テレスコープ防止板２０の管軸方向Ａの長さよりも長くされている。
【００３９】
貫通孔群１４Ｂを構成する複数の貫通孔１４Ｃは、外周面１４Ａを径方向Ｒに貫通しており、中心管１４の内部と外部とを通気する通気孔となる。
【００４０】
中心管１４の管一端部側（一端部１２Ａ側）には、不活性ガス等のスイープガス２８が流入される流入口３０が形成されている。また、中心管１４の管他端部側（他端部１２Ｂ側）には、積層体１６を透過して貫通孔群１４Ｂから集合した炭酸ガス２４がスイープガス２８と共に流出される流出口３２が形成されている。
【００４１】
また、中心管１４の内部には、各貫通孔群１４Ｂにおける管軸方向Ａの中心部に位置し中心管１４の内部を仕切る複数の仕切部材３４が設けられている。
【００４２】
被覆層１８は、分離モジュールユニット１２内を通過する原料ガス２２を遮断しうる遮断材料で形成されている。
【００４３】
テレスコープ防止板２０は、巻きズレ防止部材の一種であり、中心管１４が挿入される筒部２０Ａと、筒部２０Ａの外周面から放射状に延び積層体１６の端面に当接するスポーク部２０Ｂと、スポーク部の先端部に設けられ、積層体の端部外周部へ嵌め込まれるキャップ部２０Ｃと、を有している。
【００４４】
積層体１６は、１つの貫通孔群１４Ｂの全てを覆って中心管１４に多重に巻きつけられるものである。つまり、複数の積層体１６は、複数の貫通孔群１４Ｂのそれぞれを１つずつ覆うことになる。この積層体１６は、供給ガス流路用部材３６が二つ折りされた炭酸ガス分離層３８に挟み込まれ、これらの径方向Ｒ内側で炭酸ガス分離層３８が透過ガス流路用部材４０に、これらに浸透した接着部４２を介して接着されて構成される。積層体１６同士は、炭酸ガス分離層３８に浸透した接着部４４を介して接着され、中心管１４周りに積み重なっている。
【００４５】
図２は、図１に示す分離モジュール１０の１つの分離モジュールユニット１２においてその積層体１６の巻き付け前の斜視図である。
【００４６】
図２に示すように、積層体１６は、中心管１４に巻き付けた後、中心管１４側から順に、透過ガス流路用部材４０、炭酸ガス分離層３８、供給ガス流路用部材３６、炭酸ガス分離層３８を積層する構成になっている。
【００４７】
（供給ガス流路用部材３６）
供給ガス流路用部材３６は、分離モジュールユニット１２の一端部１２Ａ側から炭酸ガス２４を含む原料ガス２２が供給される部材であり、スペーサーとしての機能を有し、且つ、原料ガス２２に乱流を生じさせることが好ましいことから、ネット状の部材が好ましく用いられる。
【００４８】
供給ガス流路用部材３６の材質としては、何ら限定されるものではないが、紙、上質紙、コート紙、キャストコート紙、合成紙、セルロース、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料、金属、ガラス、セラミックスなどの無機材料等が挙げられる。樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン及びポリフッ化ビニリデン等が好適なものとして挙げられる。
【００４９】
また、耐湿熱性の観点から好ましい材質としては、セラミック、ガラス、金属などの無機材料、１００℃以上の耐熱性を有した有機樹脂材料などが挙げられ、高分子量ポリエステル、ポリオレフィン、耐熱性ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、アラミド、ポリカーボネート、金属、ガラス、セラミックスなどが好適に使用できる。より具体的には、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド、及び、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれた少なくとも１種の材料を含んで構成されることが好ましい。
【００５０】
（炭酸ガス分離層３８）
炭酸ガス分離層３８は、供給ガス流路用部材３６側に設けられた促進輸送膜３８Ａと、促進輸送膜３８Ａを支持し透過ガス流路用部材４０側に設けられた多孔質支持体３８Ｂと、を有している。
【００５１】
（促進輸送膜３８Ａ）
促進輸送膜３８Ａは、原料ガス２２から炭酸ガス２４を選択的に透過させる機能を有している。促進輸送膜３８Ａには、供給ガス流路用部材３６を通過する原料ガス２２中の炭酸ガス２４と反応するキャリアと当該キャリアを担持する水溶性高分子化合物とを含有することが好ましい。
本実施形態では、促進輸送膜３８Ａが一般的に溶解拡散膜よりも耐熱性を有していることから、例えば８０℃〜２００℃の温度条件下でも炭酸ガス２４を選択的に透過させることができるようになっている。また、原料ガス２２に水蒸気が含まれていても、当該水蒸気を水溶性高分子化合物が吸湿して当該水溶性高分子化合物を含有する促進輸送膜３８Ａが水分を保持することで、さらにキャリアが輸送し易くなるので、溶解拡散膜を用いる場合に比べて分離能が高まる。
【００５２】
促進輸送膜３８Ａは、耐熱性の観点から、水溶性高分子化合物を含有する促進輸送膜３８Ａは架橋構造を有することが好ましい。そのような観点から、好ましい形態を挙げて説明する。
促進輸送膜３８Ａは、例えば下記（Ａ）群より選ばれた単一又は複数の架橋可能基により形成された、下記（Ｂ）群より選ばれた耐加水分解性結合を含む架橋構造を有する水溶性高分子化合物層で構成されている。特に炭酸ガス分離特性や耐久性に優れるという観点から、促進輸送膜３８Ａは、下記（Ａ）群より選ばれた単一の架橋可能基により形成された、下記（Ｂ）群より選ばれた耐加水分解性結合を含む架橋構造を有する水溶性高分子化合物層で構成されていることが好ましい。
【００５３】
（Ａ）群：−ＯＨ、−ＮＨ２、−Ｃｌ、−ＣＮ、―ＣＯＯＨ、エポキシ基
（Ｂ）群：エーテル結合、アセタール結合、−ＮＨ−ＣＨ２−Ｃ（ＯＨ）−、−Ｏ−Ｍ−Ｏ−（Ｍは、Ｔｉ又はＺｒを表す）、−ＮＨ−Ｍ−Ｏ−（Ｍは、Ｔｉ又はＺｒを表す）、ウレタン結合、−ＣＨ２−ＣＨ（ＯＨ）−、アミド結合
【００５４】
−水溶性高分子化合物−
水溶性高分子化合物は、水溶性である。ここで、「水溶性」とは、高分子化合物が８０℃以上の水に溶けることを意味する。
水溶性高分子化合物の重量平均分子量は、安定な膜を形成しうる範囲で適宜選択されるが、例えば、架橋可能基として−ＯＨを有する場合には、重量平均分子量が３万以上であるものが好ましい。重量平均分子量は更に好ましくは分子量４万以上であり、より好ましくは、５万以上である。重量平均分子量の上限値には特に制限はないが、製造適性の観点からは、６００万以下であることが好ましい。
また、架橋可能基として−ＮＨ２を有する場合には、重量平均分子量が１万以上であるものが好ましい。重量平均分子量は更に好ましくは１．５万以上であり、より好ましくは、重量平均分子量２万以上である。重量平均分子量の上限値には特に制限はないが、製造適性の観点からは、１００万以下であることが好ましい。
なお、水溶性高分子化合物の重量平均分子量は、例えば、水溶性高分子化合物としてＰＶＡを用いる場合には、ＪＩＳ  Ｋ  ６７２６に準じて測定した値を用いている。また、市販品を用いる場合には、カタログ、仕様書などで公称される分子量を用いている。
【００５５】
水溶性高分子化合物の架橋可能基としては、耐加水分解性の架橋構造を形成しうるものが選択され、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アミノ基（−ＮＨ２）、カルボキシ基（−ＣＯＯＨ）、エポキシ基、塩素原子(−Ｃｌ）、シアノ基（−ＣＮ）等が挙げられる。これらの中でも、アミノ基、及びヒドロキシ基が好ましく、最も好ましくはキャリアとの親和性及びキャリア担持効果の観点からヒドロキシ基である。
【００５６】
このような単一の架橋可能基を有する水溶性高分子化合物として、好ましくはポリアリルアミン、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリオルニチン、ポリリジンなどが挙げられ、最も好ましくはポリビニルアルコールである。また、複数の架橋可能基を有する水溶性高分子化合物として、ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体が挙げられる。
【００５７】
ポリビニルアルコールは市販品としても入手可能であり、例えば、ポバール（クラレ製）、ポリビニルアルコール（アルドリッチ社製）、Ｊ−ポバール（日本酢ビ・ポバール社製）が挙げられる。分子量のグレードは種々存在するが、重量平均分子量が３万から３０万のものを選択することが好ましい。
【００５８】
ポリビニルアルコール−ポリアクリル酸塩共重合体に関しては(クラレ社製：クラストマーAP)が挙げられる。分子量グレードは種々存在するが３万〜１５万のものを用いることが特に好ましい。
【００５９】
−架橋剤−
上記水溶性高分子化合物の架橋構造は、熱架橋、紫外線架橋、電子線架橋、放射線架橋、光架橋等、従来公知の手法により形成することができる。好ましくは光架橋又は熱架橋であり、最も好ましくは熱架橋である。
本実施形態における水溶性高分子化合物層の形成には、水溶性高分子化合物とともに架橋剤を含む組成物を用いることが好ましい。高分子化合物層の形成に用いられる高分子化合物層形成用塗布液組成物を以下、単に「塗布液組成物」又は「組成物」と称することがある。
架橋剤としては、上記単一又は複数の架橋可能基を有する水溶性高分子と反応し、熱架橋又は光架橋し得る官能基を２以上有する架橋剤を含むものが選択され、形成された架橋構造は、前記（Ｂ）群より選択される耐加水分解性の架橋構造となることを要する。このような観点から、本実施形態に使用しうる架橋剤としては、エポキシ架橋剤、多価グリシジルエーテル、多価アルコール、多価イソシアネート、多価アジリジン、ハロエポキシ化合物、多価アルデヒド、多価アミン、有機金属系架橋剤などが挙げられる。好ましくは多価アルデヒド、有機金属系架橋剤、及びエポキシ架橋剤であり、有機金属系架橋剤、及びエポキシ架橋剤がより好ましく、最も好ましいのは、アルデヒド基を２以上有するグルタルアルデヒドやホルムアルデヒドなどの多価アルデヒドである。
【００６０】
エポキシ架橋剤として好ましい化合物は、エポキシ基を２以上有する化合物であり、エポキシ基を４以上有する化合物も好ましい。エポキシ架橋剤は市販品としても入手可能であり、例えば、共栄社化学株式会社製、エポライト１００ＭＦ（トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル）、ナガセケムテックス社製ＥＸ−４１１、ＥＸ−３１３、ＥＸ−６１４Ｂ、ＥＸ−８１０、ＥＸ−８１１、ＥＸ−８２１、ＥＸ−８３０、日油株式会社製エピオールＥ４００などが挙げられる。
また、エポキシ架橋剤に類似する化合物として、環状エーテルを有するオキセタン化合物もまた好ましく使用される。オキセタン化合物としては、官能基を２以上有する多価グリシジルエーテルが好ましく、市販品としては、例えばナガセケムテックス社製ＥＸ−４１１、ＥＸ−３１３、ＥＸ−６１４Ｂ、ＥＸ−８１０、ＥＸ−８１１、ＥＸ−８２１、ＥＸ−８３０、などが挙げられる。
【００６１】
以下、本実施形態において架橋構造の形成に用いられる他の架橋剤について説明する。
多価グリシジルエーテルとしては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。
【００６２】
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、プロピレングリコール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピル、オキシエチレンオキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。
【００６３】
多価イソシアネートとしては、例えば、２，４−トルイレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。また、上記多価アジリジンとしては、例えば、２，２−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス〔３−（１−アシリジニル）プロピオネート〕、１，６−ヘキサメチレンジエチレンウレア、ジフェニルメタン−ビス−４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジエチレンウレア等が挙げられる。
【００６４】
ハロエポキシ化合物としては、例えば、エピクロルヒドリン、α−メチルクロルヒドリン等が挙げられる。
多価アルデヒドとしては、例えば、グルタルアルデヒド、グリオキサール等が挙げられる。
多価アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン等が挙げられる。
有機金属系架橋剤としては有機チタン架橋剤、有機ジルコニア架橋剤等が挙げられる。
【００６５】
上記架橋剤のうち、水溶性高分子化合物として、例えば、重量平均分子量が１３万以上の高分子量体ポリビニルアルコールを用いる場合には、この水溶性高分子化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点からエポキシ化合物やグルタルアルデヒドが特に好ましい。
また、例えば、重量平均分子量が１万以上のポリアリルアミンを用いる場合には、この水溶性高分子化合物と反応性が良好で、加水分解耐性も優れている架橋構造が形成可能である点から、エポキシ化合物、グルタルアルデヒド、及び有機金属架橋剤が特に好ましい。
水溶性高分子化合物として、ポリエチレンイミン又はポリアリルアミンを用いる場合、架橋剤としてはエポキシ化合物が特に好ましい。
【００６６】
水溶性高分子化合物層形成用塗布液組成物が架橋剤を含有する場合の含有量は、水溶性高分子化合物の有する架橋可能基に着目すれば、架橋構造は、水溶性高分子化合物が有する架橋可能基１００ｍｏｌに対し、架橋剤０．００１ｍｏｌ〜８０ｍｏｌを反応させて形成された架橋構造であることが好ましい。含有量が上記範囲であることで、架橋構造の形成性が良好であり、且つ、形成されたゲル膜の形状維持性に優れる。
【００６７】
−キャリア−
キャリアは、炭酸ガス（例えば炭酸ガス）と親和性を有し、かつ、塩基性を示す各種の水溶性の無機物質であり、本実施形態においては、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、及びアルカリ金属水酸化物から選択される。ここで、アルカリ金属としては、セシウム、ルビジウム、カリウム、リチウム、及びナトリウムから選ばれたアルカリ金属元素が好ましく用いられる。
【００６８】
アルカリ金属炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、及び炭酸セシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属重炭酸塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、及び炭酸水素セシウムなどが挙げられる。
アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウムなどが挙げられる。
これらの中でも、炭酸ガスとの親和性がよいという観点から、カリウム、ルビジウム、又はセシウムをアルカリ金属元素として含む化合物が好ましい。カリウム、ルビジウム、及びセシウムをアルカリ金属元素として含む化合物も好ましい。なお、キャリアは単一キャリアを用いてもよいし、複数種類組み合わせて用いることも可能である。
【００６９】
−その他の成分−
水溶性高分子化合物層（促進輸送膜３８Ａ）の形成に使用される組成物には、水溶性高分子化合物、架橋剤、二酸化炭素キャリアに加え、種々の添加剤を併用してもよい。また溶媒としての水も製造時に乾燥され少量になっているものの含有してもよい。
【００７０】
例えば、反応促進添加剤が挙げられ、酸性ガスとキャリアとの反応を促進する目的で、反応促進添加剤である窒素含有化合物や硫黄酸化物を用いることが好ましい。
【００７１】
窒素含有化合物としては、例えば、グリシン、アラニン、セリン、プロリン、ヒスチジン、タウリン、ジアミノプロピオン酸などのアミノ酸類、ピリジン、ヒスチジン、ピペラジン、イミダゾール、トリアジンなどのヘテロ化合物類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンなどのアルカノールアミン類や、クリプタンド〔２．１〕、クリプタンド〔２．２〕などの環状ポリエーテルアミン類、クリプタンド〔２．２．１〕、クリプタンド〔２．２．２〕などの双環式ポリエーテルアミン類やポルフィリン、フタロシアニン、エチレンジアミン四酢酸などを用いることができる。
硫黄化合物としては、例えば、シスチン、システインなどのアミノ酸類、ポリチオフェン、ドデシルチオールなどを用いることができる。
【００７２】
他の例としては、界面活性剤やセット剤等が挙げられる。界面活性剤としては、例えば以下のものが挙げられる。
【００７３】
−１．陰イオン系界面活性剤−
（カルボン酸型）
・オクタン酸ナトリウム(C7H15COONa）
・デカン酸ナトリウム (C9H19COONa）
・ラウリン酸ナトリウム(C11H23COONa）
・ミリスチン酸ナトリウム(C13H27COONa）
・パルミチン酸ナトリウム(C15H31COONa）
・ステアリン酸ナトリウム(C17H35COONa、w:Sodium stearate）
・ＰＦＯＡ（C7F15COOH）
・ペルフルオロノナン酸（C8F17COOH、w:Perfluorononanoic acid）
・Ｎ−ラウロイルサルコシンナトリウム （C11H23CON(CH3)CH2COONa、w:Sodium lauroyl sarcosinate）
・ココイルグルタミン酸ナトリウム（HOOCCH2CH2CH(NHCOR)COONa〔R：炭素数11〜17のアルキル〕）
・アルファスルホ脂肪酸メチルエステル塩（CH3(CH2)nCH(SO3Na)COOCH3〔n=1〜19〕）
（スルホン酸型）
・１−ヘキサンスルホン酸ナトリウム（C6H13SO3Na）
・１−オクタンスルホン酸ナトリウム（C8H17SO3Na）
・１−デカンスルホン酸ナトリウム（C10H21SO3Na）
・１−ドデカンスルホン酸ナトリウム（C12H25SO3Na）
・ペルフルオロブタンスルホン酸 (C4F9SO3H、w:Perfluorobutanesulfonic acid）
・直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（RC6H4SO3Na〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・トルエンスルホン酸ナトリウム（CH3C6H4SO3Na）
・クメンスルホン酸ナトリウム（C3H7C6H4SO3Na）
・オクチルベンゼンスルホン酸ナトリウム（C8H17C6H4SO3Na）
・ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＤＢＳ；C12H25C6H4SO3Na）
・ナフタレンスルホン酸ナトリウム（C10H7SO3Na）
・ナフタレンジスルホン酸二ナトリウム（C10H6(SO3Na)2）
・ナフタレントリスルホン酸三ナトリウム（C10H5(SO3Na)3）
・ブチルナフタレンスルホン酸ナトリウム（C4H9C10H6SO3Na）
・ジ（２−エチルヘキシル）スルホこはく酸ナトリウム（下記化合物；ラピゾールＡ−９０、日油社製）
【００７４】
【化１】
2014079754.tif 000003
【００７５】
（硫酸エステル型）
・ラウリル硫酸ナトリウム（C12H25OSO3Na）
・ミリスチル硫酸ナトリウム（C14H29OSO3Na）
・ラウレス硫酸ナトリウム（C12H25(CH2CH2O)nOSO3Na、w:Sodium laureth sulfate）
・ポリオキシエチレンアルキルフェノールスルホン酸ナトリウム（C8H17C6H4O[CH2CH2O]3SO3Na）
・ラウリル硫酸アンモニウム（C12H25OSO3NH4、w:Ammonium lauryl sulfate）
（リン酸エステル型）
・ラウリルリン酸（C12H25OPO(OH)2）
・ラウリルリン酸ナトリウム（C12H25OPOOHONa）
・ラウリルリン酸カリウム（C12H25OPOOHOK）
【００７６】
−２．陽イオン系界面活性剤−
（第４級アンモニウム塩型）
・塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム（C12H25N+(CH3)2CH2C6H5Cl）
・塩化オクチルトリメチルアンモニウム（C8H17N+(CH3)3Cl）
・塩化デシルトリメチルアンモニウム（C10H21N+(CH3)3Cl）
・塩化ドデシルトリメチルアンモニウム（C12H25N+(CH3)3Cl）
・塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム（C14H29N+(CH3)3Cl）
・塩化セチルトリメチルアンモニウム (CTAC)（C16H33N+(CH3)3Cl）
・塩化ステアリルトリメチルアンモニウム（C18H37N+(CH3)3Cl）
・臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム (CTAB)（C16H33N+(CH3)3Br）
・塩化ベンジルトリメチルアンモニウム（C6H5CH2N+(CH3)3Cl）
・塩化ベンジルトリエチルアンモニウム（C6H5CH2N+(C2H5)3Cl）
・塩化ベンザルコニウム（C6H5CH2N+(CH3)2RCl〔R：炭素数8〜17のアルキル〕）
・臭化ベンザルコニウム（C6H5CH2N+(CH3)2RBr〔R：炭素数8〜17のアルキル〕）
・塩化ベンゼトニウム（C6H5CH2N+(CH3)2(CH2CH2O)2C6H4C8H17Cl）
・塩化ジアルキルジメチルアンモニウム（RN+R(CH3)2Cl〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・塩化ジデシルジメチルアンモニウム（C10H21N+C10H21(CH3)2Cl）
・塩化ジステアリルジメチルアンモニウム（C18H37N+C18H37(CH3)2Cl、w:Dimethyldioctadecylammonium chloride）
（アルキルアミン塩型）
・モノメチルアミン塩酸塩（CH3NH2・HCl）
・ジメチルアミン塩酸塩（(CH3)2NH・HCl）
・トリメチルアミン塩酸塩（(CH3)3N・HCl）
（ピリジン環を有する物質）
・塩化ブチルピリジニウム（C5H5N+C4H9Cl）
・塩化ドデシルピリジニウム（C5H5N+C12H25Cl）
・塩化セチルピリジニウム（C5H5N+C16H33Cl）
【００７７】
−３．非イオン系界面活性剤−
（エステル型）
・ラウリン酸グリセリン（C11H23COOCH2CH(OH)CH2OH、w:Glyceryl laurate）
・モノステアリン酸グリセリン（C17H35COOCH2CH(OH)CH2OH）
・ソルビタン脂肪酸エステル（RCOOCH2CH(CHOH)3CH2O〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・ショ糖脂肪酸エステル（RCOOC12H21O10〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
（エーテル型）
・ポリオキシエチレンアルキルエーテル（RO(CH2CH2O)nH〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・ペンタエチレングリコールモノドデシルエーテル（C12H25O(CH2CH2O)5H、w:Pentaethylene glycol monododecyl ether）
・オクタエチレングリコールモノドデシルエーテル（C12H25O(CH2CH2O)8H、w:Octaethylene glycol monododecyl ether）
・ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（RC6H4O(CH2CH2O)nH〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
・ノノキシノール（C9H19C6H4O(CH2CH2O)nH、w:Nonoxynols）
・ノノキシノール−９（C9H19C6H4O(CH2CH2O)9H、w:Nonoxynol-9）
・ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール（H(OCH2CH2)l(OC3H6)m(OCH2CH2)nOH)
（エステルエーテル型）
・ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル
・ポリオキシエチレンヘキシタン脂肪酸エステル
・ソルビタン脂肪酸エステルポリエチレングリコール
（アルカノールアミド型）
・ラウリン酸ジエタノールアミド（C11H23CON(C2H4OH)2)
・オレイン酸ジエタノールアミド（C17H33CON(C2H4OH)2)
・ステアリン酸ジエタノールアミド（C17H35CON(C2H4OH)2)
・コカミドDEA （CH3(CH2)nCON(C2H4OH)2、w:Cocamide DEA)
（アルキルグリコシド）
・オクチルグルコシド（C8H17C6H11O6）
・デシルグルコシド（C10H21C6H11O6、w:Decyl glucoside）
・ラウリルグルコシド（C12H25C6H11O6、w:Lauryl glucoside）
（高級アルコール）
・セタノール（C16H33OH、w:Cetyl alcohol)
・ステアリルアルコール（C18H37OH、w:Stearyl alcohol)
・オレイルアルコール（CH3(CH2)7CH=CH(CH2)8OH、w:Oleyl alcohol)
【００７８】
−４．両性界面活性剤−
（アルキルベタイン型）
・ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン（C12H25N+(CH3)2CH2COO-）
・ステアリルジメチルアミノ酢酸ベタイン（C18H37N+(CH3)2CH2COO-）
・ドデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン（C12H25N+(CH3)2(CH2)3SO3-）
・オクタデシルアミノメチルジメチルスルホプロピルベタイン（C18H37N+(CH3)2(CH2)3SO3-）
（脂肪酸アミドプロピルベタイン型）
・コカミドプロピルベタイン（C11H23CONH(CH2)3N+(CH3)2CH2COO-、w:Cocamidopropyl betaine）
・コカミドプロピルヒドロキシスルタイン（C11H23CONH(CH2)3N+(CH3)2CH2CHOHCH2SO3-）
（アルキルイミダゾール型）
・２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン（RC3H4N2(C2H4OH)CH2COO-〔R：炭素数3〜20のアルキル〕）
（アミノ酸型）
・ラウロイルグルタミン酸ナトリウム（C11H23CON(C2H4COOH)HCHCOONa）
・ラウロイルグルタミン酸カリウム（C11H23CON(C2H4COOH)HCHCOOK）
・ラウロイルメチル-β-アラニン（C11H23CONH(C2H4COOCH3）
（アミンオキシド型）
・ラウリルジメチルアミン−Ｎ−オキシド（C12H25N+(CH3)2O-）
・オレイルジメチルアミン−Ｎ−オキシド（C18H37N+(CH3)2O-）
【００７９】
また、セット剤としては寒天（伊那寒天工業：UP-37）やゼラチン（新田ゼラチン）が挙げられる。他にも、本実施形態の効果を損なわない限り、酸化防止剤を含有してもよい。酸化防止剤を添加することで湿熱耐性をさらに向上させるという利点を有する。
酸化防止剤は市販品を用いてもよく、好適な酸化防止剤としては、例えば、ジブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）、イルガノックス１０１０、イルガノックス１０３５ＦＦ、イルガノックス５６５などが挙げられる。
【００８０】
（多孔質支持体） 
促進輸送膜３８Ａと共に炭酸ガス分離層３８を構成する多孔質支持体３８Ｂは、促進輸送膜３８Ａと同様、耐熱性を有している。
多孔質支持体３８Ｂの材質としては、供給ガス流路用部材３６と同様のものを用いることができる。
【００８１】
（透過ガス流路用部材）
炭酸ガス分離層３８と共に積層体１６を構成する透過ガス流路用部材４０は、キャリアと反応して炭酸ガス分離層３８を透過した炭酸ガス２４を貫通孔群１４Ｂに向かって案内する部材である。透過ガス流路用部材４０は、スペーサーとしての機能を有し、また透過した炭酸ガス２４を透過ガス流路用部材４０よりも内側に流す機能を有し、さらに後述する接着部４２，４０を浸透させる機能を有するように、透過ガス流路用部材４０は、供給ガス流路用部材３６と同様に、ネット状の部材が好ましい。透過ガス流路用部材４０の材質は、供給ガス流路用部材３６と同様のものを用いることができる。
【００８２】
（接着部）
接着部４２及び接着部４４は、中心管１４に積層体１６を図中矢印Ｃ方向に巻き付けた状態で、炭酸ガス分離層３８と透過ガス流路用部材４０を接着している。また、接着部４２は、中心管１４に積層体１６を巻き付ける前から炭酸ガス分離層３８と透過ガス流路用部材４０を接着している。接着部４２及び接着部４４の材質としては、耐熱湿性を有するものであれば特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、塩化ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリエステル、セルロース誘導体（ニトロセルロース等）、スチレン−ブタジエン共重合体、各種の合成ゴム系樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、シリコン樹脂、尿素ホルムアミド樹脂等が挙げられる。
【００８３】
接着部４２と接着部４４は共に、炭酸ガス分離層３８と透過ガス流路用部材４０の両側端部を中心管１４の周方向に沿って接着する周方向接着部４２Ａ，４４Ａと、炭酸ガス分離層３８と透過ガス流路用部材４０の上記周方向の端部を接着する軸方向接着部４２Ｂ，４４Ｂとを有している。
【００８４】
周方向接着部４２Ａと軸方向接着部４２Ｂは繋がっており、接着部４２全体として巻き始めの炭酸ガス分離層３８と透過ガス流路用部材４０の間の周方向端部が開口した所謂「エンベロープ状」となっている。また、周方向接着部４２Ａの間で且つ仕切部材３４の外周側には、周方向（巻き付け前は積層体１６の長さ方向）に沿って仕切接着部５０が形成されている。この仕切接着部５０は、軸方向接着部４２Ｂと非接触であり、周方向接着部４２Ａと軸方向接着部４２Ｂとの間で、炭酸ガス分離層３８を透過した炭酸ガス２４がスイープガス２８によって貫通孔群１４Ｂまで流れる流路Ｐ１が形成される。
【００８５】
同様に、周方向接着部４４Ａと軸方向接着部４４Ｂは繋がっており、接着部４４全体として巻き始めの炭酸ガス分離層３８と透過ガス流路用部材４０の間の周方向端部が開口した所謂「エンベロープ状」となっている。また、周方向接着部４４Ａの間で且つ仕切部材３４の外周側には、周方向（巻き付け前は積層体１６の長さ方向）に沿って仕切接着部５２が形成されている。この仕切接着部５２は、軸方向接着部４４Ｂと非接触であり、周方向接着部４４Ａと軸方向接着部４２Ｂとの間で、炭酸ガス分離層３８を透過した炭酸ガス２４がスイープガス２８によって貫通孔群１４Ｂまで流れる流路Ｐ２が形成される。
【００８６】
＜分離モジュールの製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る分離モジュール１０の製造方法について説明する。
【００８７】
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の実施形態に係る分離モジュール１０の製造方法を示す一連の工程図である。
【００８８】
まず、図３Ａに示すように、複数（本実施形態では３つ）の貫通孔群１４Ｂが形成された中心管１４を用意する工程を行う。
【００８９】
次に、図３Ｂに示すように、一対のテレスコープ防止板２０を複数（本実施形態では３組）中心管１４に取り付ける工程を行う。この工程では、１つの貫通孔群１４Ｂを挟むようにし、後に積層体１６を中心管１４に巻きつけるときに邪魔とならないように、一対のテレスコープ防止板２０を取り付ける。
【００９０】
次に、複数の分離モジュールユニット１２を同時に形成する工程を行う。この工程では、図３Ｃに示すように、カプトンテープ又は接着剤等の固定部材（不図示）で複数の積層体１６の先端部を中心管１４にそれぞれ固定し、中心管１４を管軸周りに回しながら、複数の積層体１６を同時に中心管１４に巻きつけるようにする。
【００９１】
以上の製造工程を経ることにより、図１に示すような、本発明の実施形態に係る分離モジュール１０を得ることができる。
【００９２】
＜作用＞
次に、本実施形態の参考例に係る分離モジュールの作用について説明する。
【００９３】
図７は、本実施形態の参考例に係る分離モジュールの一部切り欠きを設けてなる斜視図である。
【００９４】
図７に示すように、分離モジュール１００は、本実施形態と異なり、１つの分離モジュールユニットのみを有する。すなわち、分離モジュール１００は、分離モジュールユニットと同一視でき、貫通孔群１０２Ａを有する管体１０２と、貫通孔群１０２Ａを覆うように管体１０２に巻きつけられた積層体１０４とから構成されている。この分離モジュール１００は、使用時に図示しない圧力容器内に複数本収納され、分離モジュール１００の管体１０２同士がクランプ１０６で接続される。
【００９５】
この参考例に係る分離モジュール１００の構成によれば、複数の分離モジュール１００で原料ガスから炭酸ガスを順次分離していくことができるが、分離モジュール１００同士の接続部分で圧力損失が発生してしまう。また、圧力容器内に収納する際、圧力容器中でクランプ接続する際、分離モジュールにダメージを与えてしまい、分離能が著しく低下する問題があった。
【００９６】
次に、本実施形態に係る分離モジュール１０の作用について説明する。
【００９７】
本実施形態に係る分離モジュール１０の構成によれば、図１に示すように、使用時に単独で圧力容器内に収納され、複数の分離モジュールユニット１２のうち管軸方向Ａの一端部側の分離モジュールユニット１２の積層体１６に原料ガス２２が流入されると、分離膜としての促進輸送膜３８Ａにより原料ガス２２の構成要素である炭酸ガス２４が分離され貫通孔群１４Ｂに案内される。分離されて残った残余のガス２６は、管軸方向Ａの他端部側の分離モジュールユニット１２の積層体１６まで、順次流入されて構成要素が分離される。各積層体１６から分離された構成要素は、各積層体１６からそれぞれが覆っている貫通孔群１４Ｂを通り中心管１４に流れる。このように、複数の積層体１６、すなわち複数の分離モジュールユニット１２に対して中心管１４が共通しているため、分離モジュールユニット（積層体１０４）毎に管体１０２を有する参考例の分離モジュール１００と比較して、中心管１４同士を接続する必要がなく、圧力損失を抑制することができる。したがって、分離モジュールは、高効率な分離能を有することとなる。
【００９８】
なお、参考例の分離モジュール１００同士を接続する代わりとして、単に分離モジュール１００全体を管軸方向Ａに長くすることも考えられる。しかしながら、促進輸送膜３８Ａの物性を均一にする観点や積層体１０４は製造上の観点などから長くすることが難しいため、本実施形態に係る分離モジュール１０が参考例の代わりとして有効に使われる。
なお、本実施形態の分離モジュール１０を単数でなく、複数圧力容器にいれてもよい。この場合であっても、クランプ接続の数が少なくなる結果、軸合わせが容易となり、分離モジュール１０を壊す（リークが起こる）事を抑制できる。また、クランプ接続の数が少なくなる結果、クランプ接続が容易となる。
【００９９】
また、本実施形態に係る分離モジュール１０の各分離モジュールユニット１２では、複数の仕切部材３４と、接着部４２，４４と、仕切接着部５０，５２とを有している。このため、流入口３０から中心管１４内部にスイープガス２８が流入されると、複数の仕切部材３４に当たり、貫通孔群１４Ｂを介して中心管１４内部から積層体１６に流れ出し、流路Ｐ１、Ｐ２を通る。この際、スイープガス２８は、促進輸送膜３８Ａによって分離された炭酸ガス２４をスイープさせながら、仕切部材３４を越えて再び中心管１４内部に流れ込む。これにより、分離された炭酸ガス２４は、積層体１６内部で滞留することなく貫通孔群１４Ｂを介して中心管１４内部に流れ込んで流出口３２からスイープガス２８と共に流出される。この結果、炭酸ガス２４の漏れが抑制され、また分離能が高くなる。
【０１００】
また、複数の分離モジュールユニット１２は、その積層体１６の両端部がテレスコープ防止板２０に嵌め込まれている。このため、全ての積層体１６の巻きズレが防止されるようになっている。
【０１０１】
また、本発明の実施形態に係る分離モジュール１０の製造方法では、積層体１６を同時に中心管１４に巻きつける工程を有しているので、生産速度が上がる。また積層体１６間のバラつき（巻き径など）を抑制し、もって性能のバラつきを抑制することができる。
【０１０２】
＜変形例＞
なお、本発明を複数の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。また、上述の実施形態や下記の変形例は、適宜、組み合わせて実施可能である。
【０１０３】
上記実施形態では、仕切部材３４や仕切接着部５０，５２を設ける場合を説明したが、これらは省略してもよい。この場合、管一端部は閉口し、スイープガス２８は流さない。
【０１０４】
また、上記実施形態では、分離モジュール１０を製造する際、積層体１６を同時に中心管１４に巻きつける場合を説明したが、積層体１６を順次別々に中心管１４に巻きつけるようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記実施形態では、分離膜として促進輸送型の促進輸送膜３８Ａを用いる場合を説明したが、他の分離膜を用いてもよい。他の分離膜としては、例えば、デンドリマー等で構成された分子ゲート型の膜や、溶解拡散型の膜、クヌーセン拡散型の膜、分子ふるい型の膜、表面拡散型の膜などが挙げられる。また、ポリアミド系の液体分離膜のモジュールにも応用することができる。
【０１０６】
また、分離膜が分離する原料ガス２２の構成要素も炭酸ガス２４に限られず、水素等の他の気体や水等の液体といった流体であってもよい。
【０１０７】
また、積層体１６に流入するものも原料ガス２２に限られず、液体等の流体であってもよい。
【０１０８】
また、酸性ガス２４は、原料ガス２２の流入方向（排出方向も同方向）と同一方向に排出される場合を説明したが、原料ガス２２の流入方向とは逆方向に排出されてもよい。この場合、スイープガス２８も原料ガス２２の流入方向とは逆方向から流入される。
【０１０９】
また、上述したテレスコープ防止板２０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すような、テレスコープ防止板６０に置き換えてもよい。
このテレスコープ防止板６０は、中心管１４が挿入される筒部６２の軸方向に沿って二分割されている。一体となったときのテレスコープ防止板６０は、筒部６２の他、この筒部６２の外周面から放射状に延び積層体１６の端面に当接するスポーク部６４と、このスポーク部６４の先端部に設けられ、管軸方向Ａ（筒部６２の軸方向）に沿って両側へ張り出し、隣り合う積層体１６の端部外周部へそれぞれ嵌め込まれるキャップ部６６とを有している。
【０１１０】
また、テレスコープ防止板６０には、互いに接続される接続手段６８，７０が設けられている。接続手段６８，７０は、特に限定されないが、係止具や接着剤、嵌合部材等を用いることができる。図４Ａ及び図４Ｂでは、接続手段６８，７０として係止具を用いている。
図４Ａ及び図４Ｂに示す接続手段６８は、分割された一方のキャップ部６６の内周面の一端部に設けられた支持部６８Ａと、支持部６８Ａによって回転可能に支持されたホック部６８Ｂと、を有している。また、接続手段６８は、分割された他方のキャップ部６６の内周面の一端部に設けられ、ホック部６８Ｂが引っ掛かる引っ掛かり部６８Ｃを有している。
また、図４Ａ及び図４Ｂに示す接続手段７０は、分割された一方のキャップ部６６の内周面の一端部に設けられた引っ掛かり部７０Ａと、分割された一方のキャップ部６６の内周面の一端部に設けられ内周面から内周方向に突出して引っ掛かり部７０Ａに引っ掛かる爪部７０Ｂとを有している。
【０１１１】
以上のテレスコープ防止板６０の構成によれば、図５に示すように、隣り合う積層体１６同士が１つのテレスコープ防止板６０を共通して使用することができる。
【０１１２】
また、テレスコープ防止板６０が分割されていることで、隣り合う積層体１６同士の端部外周部へキャップ部６６を嵌め込み易い。ただし、隣り合う積層体１６同士で共通して使用することだけ考えれば、テレスコープ防止板６０は分割されていなくてもよい。また、接続手段６８，７０はキャップ部６６の内周面でなく、外周面に設けてもよい。ただし、外周面にＯリングを取り付けるときに邪魔とならないという観点から、内周面に設けることが好ましい。
【０１１３】
また、上記実施形態では、図３Ａに示すような中心管１４を用いる場合を説明したが、図６に示すような中心管８０を用いてもよい。
この中心管８０は、複数の貫通孔群１４Ｂの他、積層体１６を巻きつける位置の位置決め手段としてのマーク８２を有している。このように、中心管８０にマーク８２があることで、複数の積層体を管体に正確に巻きつけることができる。なお、位置決め手段としては、マーク８２の他、中心管８０に凹部又は凸部等を設けてもよい。
【実施例】
【０１１４】
以下、本発明について実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定して解釈されるものではない。
【０１１５】
＜実施例１＞
図３Ａに示すような複数の貫通孔群を有する中心管に、テレスコープ防止板を取り付けた後、トリコット編みのエポキシ含浸ポリエステル製透過ガス流路部材を中心管に固定した。その後、水溶性高分子化合物及び二酸化炭素キャリア及びグルタルアルデヒド、界面活性剤からなるヒドロゲル膜を塗布したポリプロピレンサポート材付ＰＴＦＥ多孔質支持体（ＧＥエナジー社製、ＥＸＰＧ）を半分に折り０．５ｍｍのポリプロピレン製ネットを中に挟みこんだ。その多孔質支持体を透過ガス流路部材上に高粘度（約４０ｃｐ）のエポキシ系接着剤（ヘンケルジャパン社製、Ｅ１２０ＨＰ）を塗り、トリコット編みのエポキシ含有ポリエステル製透過ガス流路材を重ね、これらの積層体を１つの貫通孔群を覆うように中心管の周りに多重に巻きつけた。次に、隣の貫通孔群に同様の方法で積層体を巻きつけテレスコープ防止板を積層体両端部に取り付けることで、一本の中心管に分離モジュールユニットが３個ある実施例１に係る分離モジュールを作製した。
【０１１６】
＜実施例２＞
実施例１と同一の積層体を中心管に巻きつけたが、隣り合う分離モジュールユニット同士で図４Ａ及び図４Ｂ並びに図５に示すような共通のテレスコープ防止板を用いた。
これにより、テレスコープ防止板の数を通常は３つの積層体を巻きつけた際６個必要となるところ４個に減らした状態で、一本の中心管に分離モジュールユニットが３個ある実施例２に係る分離モジュールを作製した。
【０１１７】
＜実施例３＞
実施例１と同一の積層体を用いて、１本の中心管に３個の分離モジュールユニットを作成したが、逐次一個ずつ作製していくのではなく、一気に３個同時に作製した。具体的に、中心管を軸周りに回転させ、３つの積層体を同時に中心管に巻きつけて、実施例３に係る分離モジュールを作製した。
【０１１８】
＜比較例１＞
貫通孔群が一箇所だけ存在する中心管を用いて、トリコット編みのエポキシ含浸ポリエステル製透過ガス流路部材を中心管に固定した。その後、吸水性ポリマー及び二酸化炭素キャリア及びグルタルアルデヒド、界面活性剤からなるヒドロゲル膜を塗布したポリプロピレンサポート材付ＰＴＦＥ多孔質支持体（ＧＥエナジー社製、ＥＸＰＧ）を半分に折り０．５ｍｍのポリプロピレン製ネットを中に挟みこんだ。その多孔質支持体を透過ガス流路部材上に高粘度（約４０ｃｐ）のエポキシ系接着剤（ヘンケルジャパン社製、Ｅ１２０ＨＰ）を塗り、トリコット編みのエポキシ含有ポリエステル製透過ガス流路材を重ね、中心管の周りに多重に巻きつけてモジュールユニットを作製した。このモジュールユニットを上記同様にして複数作製し、モジュールユニットの中心管同士をクランプで接続した。更に、一番端のモジュールユニットにテレスコープ防止板を取り付けて、比較例１に係る分離モジュールユニットを作製した。
【０１１９】
＜評価＞
作製した各実施例１〜３及び比較例１に係る分離モジュールをそれぞれ圧力容器に入れて、酸性ガスの分離性能について、以下のような条件１で評価した。
【０１２０】
−条件１−
テストガスとしてＨ２：ＣＯ２：Ｈ２Ｏ＝４５：５：５０の原料ガス（流量２．２Ｌ／ｍｉｎ）を温度１３０℃、全圧３０１．３ｋＰａで、分離モジュールに供給し、透過側にスイープガスとしてＡｒガス（流量０．６Ｌ／ｍｉｎ）をフローさせた。透過してきたガスをガスクロマトグラフで分析し、ＣＯ２透過速度（Ｐ（ＣＯ２））とＣＯ２／Ｈ２分離係数（α）を算出した。Ｐ（ＣＯ２）とαの算出結果を以下の表１にまとめた。
【０１２１】
【表１】
2014079754.tif 000004
【０１２２】
表１に示すように、実施例１〜３に係る分離モジュールは、比較例１に係る分離モジュールに比べて、ＣＯ２透過速度とＣＯ２／Ｈ２分離係数の値が良好であった。これは、実施例１〜３に係る分離モジュールでは、中心管同士を接続する箇所がないため、その箇所での圧力損失が抑制されたことに起因するものと考えられる。
【０１２３】
＜実施例４＞
次に、実施例１で吸水性ポリマー及び二酸化炭素キャリア及びグルタルアルデヒド、界面活性剤からなるヒドロゲル膜の代わりに、ポリイミド膜を塗布したこと以外は全く同じ方法で実施例４に係る分離モジュールを作製した。
【０１２４】
＜比較例２＞
比較例１で吸水性ポリマー及び二酸化炭素キャリア及びグルタルアルデヒド、界面活性剤からなるヒドロゲル膜の代わりに、ポリイミド膜を塗布したこと以外は全く同じ方法で比較例２に係る分離モジュールを作製した。
【０１２５】
＜評価＞
作製した実施例４及び比較例２に係る分離モジュールをそれぞれ圧力容器に入れて、酸性ガスの分離性能について、以下のような条件２で評価した。
【０１２６】
−条件２−
テストガスとしてＣＨ４：ＣＯ２＝５０：５０の原料ガス（流量２．２Ｌ／ｍｉｎ）を温度４０℃、全圧３０１．３ｋＰａで、各酸性ガスを分離モジュールに供給し、透過側にスイープガスとしてＡｒガス（流量０．６Ｌ／ｍｉｎ）をフローさせた。透過してきたガスをガスクロマトグラフで分析し、ＣＯ２透過速度（Ｐ（ＣＯ２））とＣＯ２／Ｈ２分離係数（α）を算出した。Ｐ（ＣＯ２）とαの算出結果を以下の表２にまとめた。
【０１２７】
【表２】
2014079754.tif 000005
【０１２８】
表２に示すように、実施例４に係る分離モジュールは、比較例２に係る分離モジュールに比べて、ＣＯ２透過速度とＣＯ２／Ｈ２分離係数の値が良好であった。これは、実施例４に係る分離モジュールでは、中心管同士を接続する箇所がないため、その箇所での圧力損失が抑制されたことに起因するものと考えられる。
【０１２９】
＜実施例５＞
次に、実施例１で水溶性高分子化合物及び二酸化炭素キャリア及びグルタルアルデヒド、界面活性剤からなるヒドロゲル膜を塗布したポリプロピレンサポート材付ＰＴＦＥ多孔質支持体の代わりに、支持体及び分離膜に以下のものを用いた事以外は実施例１と全く同じ方法で、実施例５に係る分離モジュールを作製した。
【０１３０】
−支持体−
ポリエステル不織布（廣瀬製紙社製）上にジメチルホルムアミド溶媒のポリスルホン濃度１５ｗｔ％の溶液を層厚２００ｕｍになるようにキャストし、直ちに水に浸漬してポリスルホン多孔質支持体を作製した。
【０１３１】
-分離膜-
上記の方法で作製したポリスルホン支持体をメタフェニレンジアミン３．４ｗｔ％水溶液中に２分間浸漬し、該支持膜を引き上げ、余分な水溶液を取り除いた後、トリメシン酸クロリド０．１７５ｗｔ％を含むｎ−デカン溶液を支持体表面が完全に濡れるように塗布した。更に９０℃の熱水で洗浄して複合逆浸透膜を得た。
【０１３２】
＜比較例３＞
比較例１で吸水性ポリマー及び二酸化炭素キャリア及びグルタルアルデヒド、界面活性剤からなるヒドロゲル膜の代わりに、実施例５と同様の方法で、複合逆浸透膜を含むモジュール群を作製したこと以外は全く同じ方法で比較例３に係る分離モジュールを作製した。
＜評価＞
実施例５及び比較例３に係る分離膜モジュールの特性について、分離膜モジュールに、温度２５℃、ｐＨ６．５に調整した海水（ＴＤＳ（TotalDissolvedSolids）濃度約３．５％、ホウ素濃度約５．０ｐｐｍ）を操作圧力５．５ＭＰａで供給して膜ろ過処理を行ない、透過水、供給水の水質を測定することにより、次の式から求めた。
【０１３３】
（ＴＤＳ除去率）
ＴＤＳ除去率（％）＝１００×｛１−（透過水中のＴＤＳ濃度／供給水中のＴＤＳ濃度）｝
【０１３４】
（膜透過流束）
供給水（海水）の膜透過水量を、膜面１平方メートルあたり、１日あたりの透水量（立方メートル）でもって膜透過流束（ｍ３／ｍ２／ｄａｙ）を表した。実施例５及び比較例３に係る分離モジュールに対して算出したＴＤＳ除去率と膜透過流速の結果を以下の表３にまとめた。
【０１３５】
【表３】
2014079754.tif 000006
【０１３６】
表３に示すように、実施例５に係る分離モジュールは、比較例３に係る分離モジュールに比べて、ＴＤＳ除去率と透過流速の値が良好であった。これは、実施例５に係る分離モジュールでは、中心管同士を接続する箇所がないため、その箇所での圧力損失が抑制されたことに起因するものと考えられる。
【符号の説明】
【０１３７】
１０ 分離モジュール
１４ 管体
１４Ａ 外周面
１４Ｂ 貫通孔群
１４，８０  中心管（管体）
１６ 積層体
２０，６０  テレスコープ防止板（巻きズレ防止部材）
２０Ａ，６２  筒部
２０Ｂ，６４ スポーク部
２０Ｃ，６６  キャップ部
２２ 原料ガス（気体）
２４ 炭酸ガス（気体の構成要素）
２８ スイープガス
３０ 流入口
３２ 流出口
３４ 仕切部材
３８Ａ 促進輸送膜（分離膜の構成要素）
３８Ｂ 多孔質支持体（分離膜の構成要素）
６８，７０ 接続手段
８２ マーク（位置決め手段）
【図１】
2014079754.tif 000007
【図２】
2014079754.tif 000008
【図３Ａ】
2014079754.tif 000009
【図３Ｂ】
2014079754.tif 000010
【図３Ｃ】
2014079754.tif 000011
【図４Ａ】
2014079754.tif 000012
【図４Ｂ】
2014079754.tif 000013
【図５】
2014079754.tif 000014
【図６】
2014079754.tif 000015
【図７】
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