(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質膜で区画された一方の側に液体を接触させて他方の側を該液体より低圧に保持することにより液体中に含有されている気化成分を該多孔質膜を介して除去する装置において、多孔質膜をプリーツ状に折り曲げ両側縁部を液密に結合した、中空部を有してなる脱気エレメントと、該脱気エレメントの両端部にそれぞれ液密に結合し且つ前記中空部に連通する開口部を有するキャップと、前記中空部に流す液体に撹乱を与えるため前記中空部内に装着されている充填物と、前記脱気エレメント及び前記キャップを液密に収納し且つ低圧系への接続路を有しているハウジングと、を有していることを特徴とする液体中に含有されている気化成分を除去する脱気装置。
【請求項２】
充填物がスタティックミキサーである請求項１記載の脱気装置。
【請求項３】
充填物が超音波発振素子である請求項１記載の脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液体中に存在する酸素、炭酸ガス、低分子量の炭化水素、ハロゲン化炭化水素等の気体や気化し易い有機、無機物質を除去・分離するための脱気装置と当該装置を使用する脱気方法に関する。
すなわち、本発明はプリーツ状に折り曲げ両側縁部を液密に結合した、中空部を有してなる例えば円筒形状を有する多孔質膜脱気エレメントと、その中空部に装着した充填物とを、必要箇所を適切に液密、気密に結合してハウジングに収納したことを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術】
液体中に存在する酸素、炭酸ガス等の気化し易い無機物質や低分子量の炭化水素、ハロゲン化炭化水素等を除去・分離する方法としては常温、加温下の脱気、バブリング法、超音波を利用した脱気法、ヒドラジンによる酸素除去などにみられる化学法、中空糸や平膜状の多孔質膜を介した脱気法など枚挙に暇が無いほどで、それぞれこれに見合う装置が普及してきた。この中でも、多孔質膜を利用した脱気装置は液体の輸送ラインに簡単に取り付けられる特徴がありかなり普及してきた。即ち、古くは公開特許公報昭５５−１２１８０６号に提案されているように、多孔質膜を利用した脱気装置においては脱気膜で区画された一方の側即ち気相側を液体側より低圧状態にして、他方の側に液体を接触させて液体中に存在する気体を脱気膜を介して一方の側に移動させる技術であり、膜の材質を選定した上で孔の形状と断面積を選定することによりこれら３相で形成される系における液体の表面張力もしくは界面張力と液体圧力と低圧状態との差圧に見合う力のバランスを崩さない範囲、即ち液体が孔を通過しない条件範囲で気体のみを透過させる操作が可能な装置となる。特に、単位体積当りに多大な表面積を確保し得る中空糸膜はかかる装置には好適なものとして多用されているが、中空糸内を流れる液体の圧力損失は平膜を用いた場合に比較して甚大でありポンプの吐出圧力を大きくしなければならない欠点があることは否めない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような脱気装置の現状に鑑み液体の輸送ラインに簡単に取り付けられ、且つ中空糸膜を採用した場合に見られる液体の圧力損失を抑制した脱気装置の開発を課題として種々検討した。既に、このような考え方に類似した提案として公開特許公報平３−２７８８０５号には内部にスペーサを有する袋状脱気膜と乱流促進材とを重ね合わせてセンターシャフトに巻き付け、かつ袋状脱気膜の内部とセンターシャフトの内部とを連通状態としたスパイラル状脱気膜モジュールが示されている。さらに公開特許公報平５−１３１１２２号においても同様な封筒状の疎水性気体透過膜をネット状流路材とともに多孔質中心管のまわりに巻きつけるスパイラル型気体透過膜エレメントを提案している。何れの場合も精緻な構造が製造や加工を面倒にしていることは否めなくより簡便な製法の下に課題を解決することを目指した。
【０００４】
これに関し、同じ多孔質平膜を用いるフィルターにヒントを得てプリーツ状に加工して単位体積当りの膜表面積を従って脱気膜面積を大きく取る装置も考えだされてきた。即ち、例えば公開特許公報昭６３−５９３０５号に記載のように多孔質膜をサンドイッチあるいはプリーツ状に折り曲げて中央開口部を有する形状（以下円筒形状で代表して説明する。）にし端部を液密に結合せしめた大径側の低圧部と小径側の通液部とに区画されるエレメントをこれを収容する通液出入口と低圧系への接続口を備えた円筒状容器に液密、気密に結合した脱気装置が提案されてきた。
ところで、一定襞幅を有する多孔質膜のプリーツを円筒状のエレメントにするにあたりかかる円筒の内径に一定ピッチ（襞と襞、あるいは表現を替えるなら折り目と折り目との円周上の隣接距離）の構成を持つ形状を想定する場合は一定の軸方向長さのエレメントにあっては体積当りの膜面積は前記円筒半径が大なるほど大きく取れる。しかしながら円筒状のエレメントの径が大きい場合には円筒内部を流れる液体流路径も大きくなりそのため液体が膜面へ接触し難くなり、結果として存在する気体が脱気されずに装置出口を流れ去り脱気効率が低いことが判明した。
一方、円筒状のエレメントの径が小さい場合には膜面と液体間の距離が小さくなり接触は改善されるが体積当りの膜面積が大きく取り難い欠点を有し採用し難い解決方法と云わざるを得なかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような背景の下に単位体積当りの膜面積が大きいが圧力損失の大きい中空糸膜に代わり、圧力損失の小さい平膜を単位体積当りの膜面積を大きく保持したまま、即ち多孔質膜のプリーツを筒状例えば円筒状のエレメントとし、該エレメント内径を比較的大きくした状態下でも脱気効率を改善することを検討した。
種々検討した結果、エレメント内部の中空部に液本体流と膜間の距離を小さく保持し且つ膜面と液体で構成される界面を更新するための充填物を設置することで以上の課題を解決し得ることを見出した。ここに充填物はピストンフローの生起を回避し多孔質膜プリーツの円筒状エレメント内部の流れに撹乱を与え液膜接触面を常時更新し、膜と液本体沖合いとの距離を低減するものが好ましいことを見いだした。前述したようにその設置場所は液体流路内であり、換言するなら中空部である。充填物の構造について詳述するなら蒸留に用いられるシーブトレーを適当な間隔で積み重ねたもので代表されるような多孔板からなるもの、配管ライン中に配設され液体を分割混合するスタティックミキサー（図２参照）、脱気を促進する超音波発振プローブ等が好ましくさらには単純な構造体として円柱、角柱でも液膜間距離を低減し液体の線速を大きくする等のためと考えられるがそれなりの効果が認められた。充填物の取り付けは液流路が確保出来る限りに於て前記キャップと一体構造としてもよく、ハウジングと一体構造としてもよく、さらにはエレメント内部に、プリーツフィルタのエレメントで採用されているエレメント支持体として設置される各種サポートと一体化して装着してもよい。特に超音波発振プローブを用いる場合はハウジングに液密に嵌合、螺合する取り付け自在な方式が好ましい。
【０００６】
多孔質膜を折り畳む際には、膜面同志が直接接触して有効面積を損なうことの無いようにネット状のスペーサーなどとともに折り畳み両側面部を超音波、高周波、その他の熱シール法により融着する常法が適用し得る。多孔質膜の材質としてはポリエチレンやポリプロピレンの様なポリオレフィン、あるいはこれらのハロゲンやアルコキシ置換のポリオレフィン、芳香族のポリカーボネート、ポリエーテル、ポリエーテルサルホンやポリシリコーンなど従来用いられてきた各種のプラスチック、エラストマーが使用場面に応じて選択適用することが好ましい。これに対応して充填物やスペーサーあるいはハウジングについても適宜選択し適用し得るが必ずしも多孔質膜と同一材質を選択することを意味するものではない。
以上記述した種々な構成単位は当然ながら、物理的にも、機械的にも勿論化学的にも使用条件を考慮して決定されることは当然である。
【０００７】
【作用】
プリーツ状に折り畳まれ内部の中空部に充填物を備えた筒状の多孔質膜エレメントは液密、気密にハウジングに取り付けることにより気化し易い不純物を含む液体を該筒内を適切な流量で供給することにより、又同時に該筒の外側が液本体より低圧に保持されることにより、該液体中の気化成分が除去され、より純度の高い液体を得られるところとなる。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の実施例による脱気装置を示す斜視図であり、下から順に、上端周縁部に外筒締め付け用ネジ２を切った気密ハウジング外筒１と、その内底部に形成された液体入口の凹所内周に形成したネジに気密に結合されるネジ部を下端に有するインレットキャップ３と、下端縁がインレットキャップ３の周縁部に嵌合する格子状又は網状のエレメント外側支持体４と、支持体４の内部に挿入された、多孔質膜をプリーツ状に折りたたみ且つ両縁部を封着して円筒状としたフィルタエレメント５と、フィルタエレメント５の内部に形成される開口部に装着されて流れに対して擾乱を与える充填物６と、支持体４の上端縁に嵌合してこれを支持すると共に上端部にネジを切ったアウトレットキャップ７と、ハウジング外筒の上端縁のネジに気密にねじ込まれるネジを有するハウジング外筒上蓋８と、減圧装置への接続口９と、外筒上蓋８の上端に設けられアウトレットキャップ７のネジに気密に結合されるネジを内周部に有する凹所を且つこの凹所に連絡する液体出口１０とよりなる。フィルタエレメント５の下端縁と上端縁はそれぞれインレット及びアウトレットキャップ内に融着される。
上記の脱気装置において、脱気すべき液体は、気密ハウジング外筒１の下端の液体入口より導入され、円筒状フィルタエレメント５の内側に形成された開口部に流れ、更に上昇して流体出口１０に流出する。液体に含まれるガスはフィルタエレメント５の多孔膜を透過してフィルタエレメント５の外周とハウジング外筒１との間に流出し、上方へ流れて減圧装置への接続口９に出る。
充填物６としては上記の任意の手段が使用できる。図２は本発明の好ましい充填物６の例を示し、可動部分のないスタティックミキサーの形状を有することができる。図において、充填物６は、長方形の平板を軸線の周りに１８０度捩って形成した羽板１２に、同一の構造で羽板１２に対して９０度回転した羽板１４を端部１３で互いに一体結合し、以下順次必要な長さになるまで同様に結合したものよりなる。この充填物は円筒状のフィルターエレメント５の内面に直接接触するように挿入しても良いし、適当な網状又は格子状の内筒をフィルターエレメント５の内面に添わせ、その中に装着しても良い。
【０００９】
実施例１
厚さ５５μｍ、辺の長さがそれぞれ２２６ｍｍ、４０００ｍｍの長方形で公称平均孔径０．１μｍ、開口率７５％のポリ四フッ化エチレン製多孔質膜の長い辺を１１ｍｍの間隔でプリーツ状に折り畳みその両側面部を融着し円筒状となした。ここにプリーツ状円筒の内径及び外径はそれぞれほぼ４２ｍｍ、６４ｍｍであった。該プリーツ状円筒内部に充填物として円筒内径とほぼ同じ外径４２ｍｍを有する長さ２２６ｍｍの円柱状のポリプロピレン製充填体を配置し、該円筒周辺部は多孔を有するポリプロピレン製支持体で取り巻き筒の両端部をポリプロピレン製の中央に流路を有するインレットキャップおよびアウトレットキャップにそれぞれ５ｍｍ程溶融し、埋め込み、脱気エレメントを構成し充填物と多孔質膜で構成された流路の出入口であるキャップの開口部を提供する突出部にＯリングを設けこれを介してハウジングに液密、気密に装着された脱気装置を構成した。なおハウジングには脱気ラインに接続される気体接続口を液体出口側に１個設置した。この脱気装置に対して１０００ｍｌ  当り酸素８．７ｍｇを含有する２１℃の水を供給速度を変えて供給した。この間、脱気装置の気体接続口は減圧装置に接続して圧力４０ｍｍＨｇと１００ｍｍＨｇの２条件を検討対象とした。比較のために前記円柱状のポリプロピレン製充填体を取り付けない脱気装置でも同様の脱ガス試験を行った。脱気装置の出入口における圧力損失は殆んど無かった。結果を表１に示した。
【００１０】
【表１】
0003595604.tif 000002
【００１１】
実施例２
厚さ５５μｍ、辺の長さがそれぞれ５６ｍｍ、３０００ｍｍの長方形で公称平均孔径０．１μｍ、開口率７５％のポリ四フッ化エチレン製多孔質膜の長い辺を１１ｍｍの間隔でプリーツ状に折り畳みその両側面部を融着し円筒状となした。ここにプリーツ状円筒の内径及び外径はそれぞれほぼ２８ｍｍ、５０ｍｍであった。該円筒内部に充填物として円筒内径とほぼ同じ外径を有する長さ５６ｍｍの円柱状のポリプロピレン製棒状体を配置し、該円筒周辺部は多孔を有するポリプロピレン製支持体で取り巻き筒の両端部をポリプロピレン製インレットキャップおよびアウトレットキャップにそれぞれ５ｍｍ程溶融埋め込み脱気エレメントを構成し充填物と多孔質膜で構成された流路の出入口であるキャップの開口部を提供する突出部にＯリングを設けこれを介してハウジングに液密、気密に装着された脱気装置を構成した。なおハウジングには脱気ラインに接続される気体接続口を液体出口側に１個設置した。この脱気装置に対して１０００ｍｌ  当り酸素８．７ｍｇを含有する２１℃の水を供給速度を変えて供給した。この間、脱気装置の気体接続口は減圧装置に接続して圧力４０ｍｍＨｇと１００ｍｍＨｇの２条件を検討対象とした。比較のために前記円柱状のポリプロピレン製棒状体を取り付けない脱気装置でも同様の脱ガス試験を行った。脱気装置の出入口における圧力損失は殆んど無かった。結果を表２に示した。
【００１２】
【表２】
0003595604.tif 000003
【００１３】
【発明の効果】
実施例からも明かなように本願発明の構成を備えた脱気装置は中空糸膜を用いた脱気装置と比較して製造が容易なだけでなく、液体を供給するために特別高い圧力を必要とせず、該脱気装置を減圧装置に接続することにより容易に、広いプリーツ状の多孔質膜面から液体中の気化成分を効率良く除去し得る効果を有することが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱気装置の組み立てを示す斜視図である。
【図２】充填物として使用されるスタティックミキサーを示す図である。
【符号の説明】
１  ハウジング外筒
２  外筒締め付け用ネジ
３  インレットキャップ
４  エレメント外側支持体
５  フィルタエレメント
６  充填物
７  アウトレットキャップ
８  ハウジング外筒上蓋
９  減圧装置への接続口
１０  液体出口
【図１】
0003595604.tif 000004
【図２】
0003595604.tif 000005