(57)【要約】【課題】分離膜の欠陥を抑制でき、分離膜を形成できる面積の減少を抑制できる分離膜用基体管、分離膜エレメント、及びそれらの製造方法を提供すること。【解決手段】分離膜用基体管は、多孔質チューブと、前記多孔質チューブに固定された嵌合部材と、少なくとも一部が前記多孔質チューブと前記嵌合部材との間に存在するシール層とを備える。前記シール層は、前記多孔質チューブにおける内周面、端面、及び外周面に連続して設けられる。前記嵌合部材は、前記端面の側から前記多孔質チューブ内に挿入され、前記シール層と接する嵌合部を備える。前記シール層のうち、前記外周面に設けられた部分の前記多孔質チューブの軸方向における長さＬ１は、前記嵌合部のうち、前記多孔質チューブ内に挿入された部分の前記軸方向における長さＬ２の１倍以上３倍以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質チューブと、
前記多孔質チューブに固定された嵌合部材と、
少なくとも一部が前記多孔質チューブと前記嵌合部材との間に存在するシール層と、
を備える分離膜用基体管であって、
前記シール層は、前記多孔質チューブにおける内周面、端面、及び外周面に連続して設けられ、
前記嵌合部材は、前記端面の側から前記多孔質チューブ内に挿入され、前記シール層と接する嵌合部を備え、
前記シール層のうち、前記外周面に設けられた部分の前記多孔質チューブの軸方向における長さＬ１は、前記嵌合部のうち、前記多孔質チューブ内に挿入された部分の前記軸方向における長さＬ２の１倍以上３倍以下である分離膜用基体管。
【請求項２】
請求項１に記載の分離膜用基体管であって、
前記嵌合部材は、前記嵌合部より外径が大きい鍔部を備え、
前記鍔部の前記軸方向における長さが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下である分離膜用基体管。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分離膜用基体管であって、
前記多孔質チューブの内周面と、前記嵌合部の外周面とのクリアランスが、前記嵌合部の全周にわたって０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下である分離膜用基体管。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の分離膜用基体管であって、
前記長さＬ２が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である分離膜用基体管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の分離膜用基体管であって、
前記多孔質チューブ及び前記嵌合部材の主成分がアルミナである分離膜用基体管。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の分離膜用基体管であって、
前記シール層は、少なくとも一部に結晶相を有する非金属材料の層である分離膜用基体管。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の分離膜用基体管であって、
前記シール層の主成分がＳｉ及びＺｎであり、
前記シール層の結晶相はＺｎ２（ＳｉＯ４）を含む分離膜用基体管。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の分離膜用基体管と、
前記多孔質チューブの外周面に設けられた分離膜と、
を備える分離膜エレメント。
【請求項９】
請求項８に記載に分離膜エレメントであって、
前記分離膜がゼオライト膜である分離膜エレメント。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の分離膜用基体管の製造方法であって、
前記多孔質チューブと前記嵌合部材との少なくとも一方の表面にシール材を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材とを嵌合させる嵌合工程と、
前記嵌合工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材と前記シール材とを焼成する焼成工程と、
を有する分離膜用基体管の製造方法。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載の分離膜エレメントの製造方法であって、
前記多孔質チューブと前記嵌合部材との少なくとも一方の表面にシール材を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材とを嵌合させる嵌合工程と、
前記嵌合工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材と前記シール材とを焼成する焼成工程と、
を有する分離膜エレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は分離膜用基体管、分離膜エレメント、分離膜用基体管の製造方法、及び分離膜エレメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多孔質チューブと、その外周面に設けられた分離膜と、を備える分離膜エレメントが知られている。多孔質チューブの端部に嵌合部材が取り付けられる。嵌合部材は嵌合部を備える。嵌合部は、多孔質チューブ内に挿入される。多孔質チューブと嵌合部材との間に、シール性を高めるために、シール層が設けられる。特許文献１には、多孔質チューブにおける内周面、端面、及び外周面に連続してシール層を設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−５２９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多孔質チューブに分離膜を形成するとき、多孔質チューブの外周面のうち、対向する内周面に嵌合部が接している領域（以下では嵌合部対向領域とする）には、分離膜形成成分が入り込み難い。その結果、嵌合部対向領域の分離膜には欠陥が生じ易い。
【０００５】
また、特許文献１記載の技術のように、多孔質チューブの外周面にシール層を形成する場合、外周面のシール層が過度に大きいと、多孔質チューブの外周面のうち、分離膜を形成できる領域が狭くなってしまう。
【０００６】
本開示の一局面は、分離膜の欠陥を抑制でき、多孔質チューブにおいて分離膜を形成できる面積の減少を抑制できる分離膜用基体管、分離膜エレメント、分離膜用基体管の製造方法、及び分離膜エレメントの製造方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一局面は、多孔質チューブと、前記多孔質チューブに固定された嵌合部材と、少なくとも一部が前記多孔質チューブと前記嵌合部材との間に存在するシール層と、を備える分離膜用基体管であって、前記シール層は、前記多孔質チューブにおける内周面、端面、及び外周面に連続して設けられ、前記嵌合部材は、前記端面の側から前記多孔質チューブ内に挿入され、前記シール層と接する嵌合部を備え、前記シール層のうち、前記外周面に設けられた部分の前記多孔質チューブの軸方向における長さＬ１は、前記嵌合部のうち、前記多孔質チューブ内に挿入された部分の前記軸方向における長さＬ２の１倍以上３倍以下である分離膜用基体管である。
【０００８】
本開示の一局面である分離膜用基体管では、Ｌ１がＬ２の１倍以上であることにより、多孔質チューブの外周面における嵌合部対向領域をシール層で覆うことができる。そのため、分離膜の欠陥を抑制できる。
【０００９】
また、本開示の一局面である分離膜用基体管では、Ｌ１がＬ２の３倍以下であることにより、分離膜面積が大きくなり、分離膜エレメントの処理量が多くなる。分離膜面積とは、多孔質チューブの外周面のうち、シール層に覆われていない部分の面積を意味する。
【００１０】
本開示の別の局面は、本開示の一局面である分離膜用基体管と、前記多孔質チューブの外周面に設けられた分離膜と、を備える分離膜エレメントである。
本開示の別の局面である分離膜エレメントでは、分離膜の欠陥を抑制できる。また、本開示の別の局面である分離膜エレメントでは、分離膜面積が大きくなり、分離膜エレメントの処理量が多くなる。
【００１１】
本開示の別の局面は、本開示の一局面である分離膜用基体管の製造方法であって、前記多孔質チューブと前記嵌合部材との少なくとも一方の表面にシール材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材とを嵌合させる嵌合工程と、前記嵌合工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材と前記シール材とを焼成する焼成工程と、を有する分離膜用基体管の製造方法である。
【００１２】
本開示の別の局面である分離膜用基体管の製造方法によれば、分離膜の欠陥を抑制できる。また、本開示の別の局面である分離膜用基体管の製造方法によれば、分離膜面積が大きくなり、分離膜エレメントの処理量が多くなる。
【００１３】
本開示の別の局面は、本開示の別の局面である分離膜エレメントの製造方法であって、前記多孔質チューブと前記嵌合部材との少なくとも一方の表面にシール材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材とを嵌合させる嵌合工程と、前記嵌合工程の後、前記多孔質チューブと前記嵌合部材と前記シール材とを焼成する焼成工程と、を有する分離膜エレメントの製造方法である。
【００１４】
本開示の別の局面である分離膜エレメントの製造方法によれば、分離膜の欠陥を抑制できる。また、本開示の別の局面である分離膜エレメントの製造方法によれば、分離膜面積が大きくなり、分離膜エレメントの処理量が多くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】封止栓１、管状部材１１、及び多孔質チューブ７の構成を表す側面図である。
【図２】図１におけるII-II断面での断面図である。
【図３】図１におけるIII-III断面での断面図である。
【図４】分離係数Ｋを測定する方法を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の例示的な実施形態を説明する。
１．分離膜用基体管
（１−１）多孔質チューブ
本開示の分離膜用基体管は、多孔質チューブを備える。多孔質チューブの両端は、例えば、開放されている。多孔質チューブの形状は、例えば、内周面と端面と外周面とを有する円筒形状である。多孔質チューブにより、例えば、ゼオライト膜、カーボン膜等の分離膜を支持することができる。分離膜は、通常、機械的強度に乏しい。多孔質チューブにより分離膜を支持した場合、機械的強度が向上する。
【００１７】
多孔質チューブの材質は適宜設定できる。多孔質チューブの主成分として、例えば、アルミナが挙げられる。多孔質チューブの主成分とは、多孔質チューブの成分のうち、質量含有率が最も大きい成分を意味する。多孔質チューブの主成分がアルミナである場合、多孔質チューブの熱安定性、化学的安定性が高い。多孔質チューブの主成分がアルミナである場合、分離膜形成工程や流体分離処理時において問題が生じ難い。アルミナは安価な材料であるため、多孔質チューブの主成分がアルミナである場合、多孔質チューブの製造コストを低減できる。多孔質チューブの表面に中間層を形成してもよい。中間層の材質として、例えば、セラミック焼結体が挙げられる。セラミック焼結体の構成要素として、例えば、アルミナ等が挙げられる。
【００１８】
（１−２）嵌合部材
本開示の分離膜用基体管は、嵌合部材を備える。嵌合部材は、多孔質チューブにおける端部に固定される。嵌合部材は、嵌合部を備える。嵌合部は、多孔質チューブの端面の側から、多孔質チューブ内に挿入される。嵌合部の少なくとも一部は、後述するシール層と接する。  
嵌合部材として、例えば、封止栓、管状部材等が挙げられる。封止栓は、多孔質チューブの一方の端部を封止する。管状部材は、多孔質チューブの一方又は両方の端部に固定される。嵌合部材を、例えば、シール部やエレメント把持部とすることができる。その場合、多孔質チューブをシール部やエレメント把持部とする場合よりもシール部やエレメント把持部の強度が高くなる。
【００１９】
封止栓の形態の例を図１、図２に示す。封止栓１は、嵌合部３と、鍔部５とを備える。鍔部５の直径は嵌合部３の直径より大きい。鍔部５は嵌合部３に接続している。封止栓１は、多孔質チューブ７に固定される。嵌合部３は、多孔質チューブ７の端面９の側から、多孔質チューブ７内に挿入される。嵌合部３の少なくとも一部は、シール層１０と接する。
【００２０】
管状部材の形態の例を図１、図３に示す。管状部材１１は、嵌合部１３と、鍔部１５とを備える。嵌合部１３及び鍔部１５には貫通孔１７が形成されている。鍔部１５の外径は嵌合部１３の外径より大きい。鍔部１５は嵌合部１３に接続している。嵌合部１３は、多孔質チューブ７の端面１９の側から、多孔質チューブ７内に挿入される。嵌合部１３の少なくとも一部は、シール層２０と接する。
【００２１】
嵌合部材の材質は適宜設定できる。嵌合部材の主成分として、例えば、アルミナが挙げられる。嵌合部材の主成分がアルミナである場合、嵌合部材の熱安定性、化学的安定性が高い。嵌合部材の主成分がアルミナである場合、分離膜形成工程や流体分離処理時において問題が生じ難い。アルミナは安価な材料であるため、嵌合部材の主成分がアルミナである場合、嵌合部材の製造コストを低減できる。
【００２２】
嵌合部材は、例えば、鍔部を備える。鍔部の軸方向Ａにおける長さをＬ３とする。軸方向Ａは、多孔質チューブの軸方向である。図１、図２に、封止栓１におけるＬ３を示す。図１、図３に、管状部材１１におけるＬ３を示す。
【００２３】
Ｌ３は、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。嵌合部材は、例えば、分離膜エレメントが分離膜モジュール等に組み込まれる際に、シール部やエレメント把持部として利用される。Ｌ３が５ｍｍ以上である場合、シール長不足による分離流体の漏れや、モジュール容器との熱膨張差によるエレメント把持部からのエレメント落下等を抑制できる。
【００２４】
Ｌ３が１００ｍｍ以下である場合、嵌合部材を軽量化できる。そのため、シール層焼成時に、多孔質チューブに対する嵌合部材の位置が嵌合部材の重みによってずれてしまうことを抑制できる。また、Ｌ３が１００ｍｍ以下である場合、分離膜エレメントの全長を短くすることができる。その結果、分離膜エレメントの設置スペースの確保が容易になり、モジュール容器を小さくすることができる。
【００２５】
多孔質チューブの内周面と、嵌合部の外周面とのクリアランスは、嵌合部の全周にわたって０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
クリアランスが０．０５ｍｍ以上である場合、嵌合部と多孔質チューブとの嵌め合いができない事態が生じ難くなる。クリアランスが１ｍｍ以下である場合、嵌合部と多孔質チューブとを嵌合したとき、多孔質チューブに対して嵌合部が傾き難い。また、クリアランスが１ｍｍ以下である場合、嵌合部と多孔質チューブとの間にシール材を充填することが容易になる。その結果、嵌合部と多孔質チューブとの間におけるシール性が良好になる。
【００２６】
嵌合部のうち、多孔質チューブ内に挿入された部分の軸方向Ａにおける長さをＬ２とする。図２に、封止栓１におけるＬ２を示す。Ｌ２は、端面９から、嵌合部３の端面２１までの長さである。図３に、管状部材１１におけるＬ２を示す。Ｌ２は、端面１９から、嵌合部１３の端面２３までの長さである。
【００２７】
Ｌ２は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。Ｌ２が３ｍｍ以上である場合、多孔質チューブに対する嵌合部材の固定が一層強固になる。また、Ｌ２が３ｍｍ以上である場合、嵌合部と多孔質チューブとの間におけるシール性が良好になる。
【００２８】
Ｌ２が１０ｍｍ以下である場合、後述するＬ１を短くすることができる。その結果、分離膜面積が一層大きくなり、分離膜エレメントの処理量が一層多くなる。また、Ｌ２が１０ｍｍ以下である場合、シール層の面積が小さくなるので、シール層の形成に要する時間が短くなり、シール層の形成に使用するシール材の量が少なくなる。
【００２９】
（１−３）シール層
本開示の分離膜用基体管は、シール層を備える。シール層の少なくとも一部は、多孔質チューブと嵌合部材との間に存在する。
【００３０】
シール層は、多孔質チューブにおける内周面、端面、及び外周面に連続して設けられる。外周面にシール層が設けられている場合、外周面にシール層が設けられていない場合に比べて、多孔質チューブと嵌合部材との界面に、シール層が存在しない欠陥が生じ難い。
【００３１】
ただし、本明細書において、連続して設けられるとは、実質的に連続して設けられているとみなせる状態も含む。例えば、多孔質チューブの内周面にシール層が存在しない欠陥が部分的にある場合でも、上記の欠陥が無い場合と同等のシール性をシール層が有していれば、実質的に連続して設けられているとみなせる。
【００３２】
多孔質チューブに分離膜を形成するとき、嵌合部対向領域には、分離膜形成成分が入り込み難い。例えば、多孔質チューブに分離膜を形成するとき、毛細管力による分離膜形成成分の浸み込みにより分離膜を形成することがあるが、嵌合部対向領域ではそれ以外の領域に比べて、分離膜形成成分の浸み込みが生じ難い。その結果、嵌合部対向領域の分離膜には欠陥が生じ易い。多孔質チューブの外周面にシール層を形成することにより、分離膜の欠陥を抑制できる。
【００３３】
シール層は、少なくとも一部に結晶相を有する非金属材料の層であることが好ましい。シール層が、少なくとも一部に結晶相を有する非金属材料の層である場合、シール層の熱耐久性が高い。そのため、分離膜形成時や流体分離処理時等、シール層が高温環境に長時間さらされる場合でも、シール層が軟化し難く、シール性が低下し難い。また、シール層が、少なくとも一部に結晶相を有する非金属材料の層である場合、非晶質のシール層に比べて、シール層の耐アルカリ性が高い。そのため、分離膜形成時における水熱合成工程等、シール層が高温アルカリ環境にさらされる場合でも、シール層が安定である。
【００３４】
なお、シール層が、少なくとも一部に結晶相を有する非金属材料の層であることは、公知のX線結晶構造解析により確認できる。シール層が、少なくとも一部に結晶相を有する非金属材料の層である場合、X線結晶構造解析において、その結晶相に由来するピークが観測される。
【００３５】
シール層は、Ｓｉ及びＺｎを、それぞれ酸化物換算したときに１５質量％以上含むことが好ましい。シール層は、ＳｉをＺｎより多く含んでいてもよいし、ＺｎをＳｉより多く含んでいてもよいし、ＳｉとＺｎとを同程度含んでいてもよい。
【００３６】
シール層は、ＳｉやＺｎとは別の成分であって、酸化物換算したときにＳｉやＺｎより高い含有率を有する成分を含んでいてもよいし、酸化物換算したときにＳｉやＺｎより高い含有率を有する成分を含んでいなくてもよい。
【００３７】
シール層の結晶相はＺｎ２（ＳｉＯ４）を含むことが好ましい。なお、本明細書及び特許請求の範囲においては、便宜上、シール層が、Ｓｉ及びＺｎを、それぞれ酸化物換算したときに１５質量％以上含むことを、シール層の主成分はＳｉ及びＺｎであるという。
【００３８】
Ｓｉ及びＺｎは、分離膜形成時に問題を生じ難い成分である。シール層の主成分がＳｉ及びＺｎであり、シール層の結晶相はＺｎ２（ＳｉＯ４）を含む場合、熱処理により、結晶化した非金属材料の層であるシール層を容易に形成することができる。
【００３９】
（１−４）Ｌ２に対するＬ１の比率
シール層のうち、多孔質チューブの外周面に設けられた部分の、軸方向Ａにおける長さをＬ１とする。図２に、封止栓１におけるＬ１を示す。Ｌ１は、端面９から、端部２４までの長さである。端部２４は、シール層１０のうち、多孔質チューブの外周面に設けられた部分の端部である。図３に、管状部材１１におけるＬ１を示す。Ｌ１は、端面１９から、端部２５までの長さである。端部２５は、シール層２０のうち、多孔質チューブの外周面に設けられた部分の端部である。
【００４０】
Ｌ１は、Ｌ２の１倍以上３倍以下である。Ｌ１がＬ２の１倍以上であることにより、多孔質チューブの外周面における嵌合部対向領域をシール層で覆うことができる。そのため、分離膜の欠陥を抑制できる。
【００４１】
Ｌ１がＬ２の３倍以下であることにより、分離膜面積が大きくなり、分離膜エレメントの処理量が多くなる。また、Ｌ１がＬ２の３倍以下であることにより、シール層の面積が小さくなるので、シール層の形成に要する時間が短くなり、シール層の形成に使用するシール材の量が少なくなる。
【００４２】
２．分離膜エレメント
本開示の分離膜エレメントは、分離膜用基体管と、分離膜とを備える。分離膜は、例えば、多孔質チューブの外周面に設けられる。
【００４３】
分離膜として、例えば、ゼオライト膜、カーボン膜等が挙げられる。分離膜として、ゼオライト膜が好ましい。ゼオライトは分子程度の大きさの細孔を有する。ゼオライト膜は分子のサイズや形状の違いにより選択的に分子を通過させる性質を有する。そのため、ゼオライト膜は、分子ふるいとして利用することができる。
【００４４】
３．実施例
（３−１）実施例１ 
下記製法に沿って、分離膜エレメントＳ１〜Ｓ１４を作製した。
【００４５】
＜多孔質チューブ作製工程＞
以下で説明する多孔質チューブの作製方法は、Ｓ１〜Ｓ１４において共通する。まず、アルミナ粉末、焼結助剤、メチルセルロース、水、及び潤滑剤をミキサーで混合、混錬し、押出成形用坏土を得た。
【００４６】
次に、押出成形用坏土を、押出成形機を用いて押出成形し、円筒形状の前駆体を得た。そして、前駆体を、温風乾燥機を用いて乾燥することにより、円筒状の成形体を得た。成形体の形状は、後に得られるアルミナ多孔質体の形状と同じである。その後、成形体を大気雰囲気下にて１５００℃で焼成することにより、アルミナ多孔質体を得た。
【００４７】
その後、平均粒径３〜０．３μmのアルミナ粉末を水、分散剤、及びバインダーと共に混合し、スラリーを作製した。そのスラリーをアルミナ多孔質体に塗布し、乾燥後、焼き付けを行うことで、多孔質中間層を形成した。以上の工程により、多孔質チューブが完成した。多孔質チューブの長さは１００ｍｍに調整した。
【００４８】
＜嵌合部材作製工程＞
成型用金型にプレス成型用のアルミナ粉末を充填し、５ＭＰａでプレスすることによりプレス体を得た。そして、プレス体を大気雰囲気下にて１６００℃で焼成し、必要に応じて旋盤にて形状を加工することで、封止栓及び管状部材を得た。封止栓及び管状部材は嵌合部材に対応する。
【００４９】
上述した封止栓及び管状部材の作製方法は、Ｓ１〜Ｓ１４において基本的には共通する。ただし、Ｌ２、Ｌ３は、後述する表１において、Ｓ１〜Ｓ１４のそれぞれについて規定された値とした。また、嵌合部の直径は、後述する表１において、Ｓ１〜Ｓ１４のそれぞれについて規定されたクリアランスを実現する値とした。クリアランスとは、多孔質チューブの内周面と、嵌合部の外周面とのクリアランスである。Ｌ２、Ｌ３、及び嵌合部の直径は、プレス用金型のサイズ変更や、切削加工を実施することで調整した。
【００５０】
【表１】
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＜シール層形成工程＞
まず、ガラスフリット、セルロース系バインダー、可塑剤、及び分散剤を混合し、シール材を調製した。ガラスフリットの主成分はＳｉ及びＺｎである。ガラスフリットの結晶化点は約９００℃である。
【００５１】
シール材を多孔質チューブの表面と嵌合部材とにそれぞれ塗布した。この工程は塗布工程に対応する。その後、嵌合部を多孔質チューブに挿入することで、多孔質チューブと嵌合部材とを嵌合させた。この工程は嵌合工程に対応する。一般的に、このとき、多孔質チューブと嵌合部材との界面から、シール材の余剰分がはみ出す。その結果、鍔のような突起が生じる。その後、７０℃で２時間乾燥させ、さらに、大気雰囲気下で１０００℃にて、多孔質チューブと嵌合部材とシール材とを焼成した。この工程は焼成工程に対応する。その結果、シール層が形成された。また、図１に示すように、多孔質チューブ７の一方の端部に封止栓１が固定され、他方の端部に管状部材１１が固定された。
【００５２】
シール層は、多孔質チューブにおける内周面、端面、及び外周面に連続して設けられた。図２に示すように、封止栓１の側のシール層１０は、嵌合部３の外周面の全てにわたって形成された。また、シール層１０は、端面９にも形成された。図３に示すように、管状部材１１の側のシール層２０は、嵌合部１３の外周面の全てにわたって形成された。また、シール層２０は、端面１９にも形成された。以上の工程により、分離膜用基体管が完成した。
【００５３】
上述したシール層の形成方法は、Ｓ１〜Ｓ１４において基本的には共通する。ただし、Ｌ１は、後述する表１において、Ｓ１〜Ｓ１４のそれぞれについて規定されたＬ１／Ｌ２を実現する値とした。
【００５４】
なお、表１における「有効膜長さ」とは、多孔質チューブの外周面のうち、シール層に覆われていない部分の軸方向Ａにおける長さである。
＜ゼオライト膜作製工程＞
以下で説明するゼオライト膜の作製方法は、Ｓ１〜Ｓ１４において共通する。まず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、及びアルミン酸ナトリウムを純水に溶解し、撹拌しながらコロイダルシリカをさらに添加し、室温にて６時間撹拌して、合成液を調製した。
【００５５】
モルデナイト粉末と純水とを混合してスラリーを調製した。スラリーを多孔質チューブに塗布し、乾燥させて種結晶担持支持体とした。オートクレーブに種結晶担持支持体及び合成液を入れた。密閉状態、１６５℃、自生圧力下という条件で６時間加熱し、種結晶担持支持体の表面にゼオライト膜を合成した。以上の工程により、分離膜エレメントが完成した。
【００５６】
＜分離膜用基体管及び分離膜エレメントの評価＞
Ｓ１について、下記試験条件にて浸透気化試験(ＰＶ試験)を実施し、分離性能を確認した。試験方法を図４に基づき説明する。恒温槽２７に溶液２９を収容した。溶液２９は水とエタノールとを５０質量％ずつ含む溶液である。溶液２９の温度は７０℃である。スターラー３１を用いて溶液２９を継続的に攪拌した。
【００５７】
溶液２９中に分離膜エレメント３３を浸漬した。また、真空系３５を設置した。真空系３５は、ポンプ３７と、真空配管３９と、圧力計４１とから構成される。真空配管３９は、管状部材１１に接続し、ポンプ３７と分離膜エレメント３３の内側とを連通する。圧力計４１は真空配管３９内の圧力を計測する。また、真空配管３９の途中に冷却トラップ４３を設けた。
【００５８】
真空系３５を用いて、分離膜エレメント３３の内側を真空引きした。溶液２９の一部（以下では透過成分とする）は分離膜エレメント３３を透過してその内側に移動し、さらに真空配管３９を通り、冷却トラップ４３に捕集された。
【００５９】
ガスクロマトグラフィーを用いて、透過成分におけるエタノール濃度と水濃度とをそれぞれ測定した。その測定結果に基づき、以下の式（１）で表される分離係数Ｋを算出した。
【００６０】
【数１】
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式（１）において、Ｘは透過成分における水濃度である。Ｙは透過成分におけるエタノール濃度である。Ｘ０は溶液２９における水濃度である。Ｙ０は溶液２９におけるエタノール濃度である。分離係数Ｋは分離性能を表す指標である。分離係数Ｋは１０００であった。この測定結果から、欠陥なく分離膜を形成できたことが確認できた。
【００６１】
Ｓ２〜Ｓ１４のそれぞれについて、シール部におけるシール性を評価した。この評価におけるシール部とは、多孔質チューブと封止栓との接合部である。シール性の評価方法は以下のとおりである。分離膜用基体管を水中に沈め、分離膜用基体管の内部に０．１ＭＰａＧの圧力で空気を導入した。シール部から発生した気泡の個数を計数した。気泡の数が０以下であればシール性を「○」とした。気泡の個数が０を超え、１０以下であればシール性を「△」とした。気泡の個数が１０を超えればシール性を「×」とした。評価結果を上記表１における「シール性Ａ」の行に示す。また、「シール性Ａ」の行の下段に、気泡発生個数を示す。
【００６２】
Ｓ２〜Ｓ１４のそれぞれについて、ずれ量を測定した。ずれ量とは、封止栓の中心位置と多孔質チューブの中心位置との距離が、シール層の焼成前後で変化した量である。ずれ量は、嵌合部材の固定性を表す指標である。ずれ量の測定結果を上記表１における「ずれ量」の行に示す。
【００６３】
Ｓ２〜Ｓ１４のそれぞれについて、分離膜エレメントを分離膜モジュール容器に組み込んだ際のシール性を評価した。この評価におけるシール性とは、管状部材とモジュール容器とのシール性である。シール性の評価方法は、以下のとおりである。
【００６４】
管状部材の貫通孔をエポキシ樹脂系接着剤にて封止した。次に、この管状部材を備える分離膜エレメントをモジュール容器に組み込んだ。このとき、管状部材の外周面と、モジュール容器の内周面との間をグラファイトパッキンでシールした。その結果、モジュール容器の内部は、管状部材及びグラファイトパッキンにより、第１の区画と、第２の区画とに区分された。分離膜エレメントの大部分は第１の区画に収容されている。
【００６５】
次に、第１の区画内であって、分離膜エレメントの外周側に、室温下、０．１ＭＰａＧでＨｅガスを導入した。そして、第２の区画にＨｅガスが漏れているか否かを確認した。
なお、第２の区画にＨｅガスが漏れるということは、管状部材の外周面と、グラファイトパッキンとの間が完全にシールされていないことを意味する。第２の区画にＨｅガスが漏れていなければ、シール性を「○」とした。第２の区画にＨｅガスが漏れていれば、シール性を「△」とした。評価結果を上記表１における「シール性Ｂ」の行に示す。
【００６６】
Ｓ２〜Ｓ１４のそれぞれについて、分離膜エレメントのＮ２ガス透過量を測定した。測定結果を上記表１に示す。
Ｓ２〜Ｓ７、Ｓ９〜Ｓ１３では、各評価項目について良好な評価結果が得られた。特に、Ｓ２〜Ｓ７では、一層良好な評価結果が得られた。
【００６７】
分離膜エレメントをモジュール容器に組み付ける際に、管状部材の外周面をグラファイトパッキンにより締め付ける。Ｓ２では、Ｓ９に比べてＬ３が一層長い。そのため、Ｓ２では、グラファイトパッキンにより締め付けられる面積がＳ９に比べて一層大きい。その結果、Ｓ２におけるシール性Ｂの評価結果は、Ｓ９の評価結果より一層良好である。
【００６８】
Ｓ２では、Ｓ１０に比べてＬ３が一層短い。そのため、Ｓ２における嵌合部材の重量は、Ｓ１０における重量より小さい。その結果、Ｓ２におけるずれ量は、Ｓ１０におけるずれ量より一層小さい。
【００６９】
また、Ｓ２では、分離膜エレメントの長さを、Ｓ１０よりも一層短くすることができる。その結果、Ｓ２では、Ｓ１０の場合よりモジュール容器を一層小さくすることができる。
【００７０】
Ｓ２では、Ｓ１１に比べてクリアランスが一層狭い。そのため、Ｓ２では、Ｓ１１に比べてずれ量が一層小さい。
Ｓ２では、Ｓ１２に比べて、Ｌ２が一層長い。そのため、Ｓ２では、Ｓ１２に比べてずれ量が一層小さい。
【００７１】
Ｓ２では、Ｓ１３に比べて、Ｌ２が一層短い。それにともなって、Ｓ２では、Ｓ１３に比べて、Ｌ１が一層短い。その結果、Ｓ２では、Ｓ１３に比べて、有効膜長さが一層長くなり、Ｎ２ガス透過量が一層多い。また、Ｓ２では、Ｓ１３に比べて、シール層の形成に要する時間が一層短くなり、シール層の形成に使用するシール材の量が一層少なくなる。
【００７２】
Ｓ８では、Ｌ１が大きいため、有効膜長さが短い。そのため、Ｎ２ガス透過量が少ない。Ｓ８では、Ｌ１が大きいため、シール層の形成に要する時間が長くなり、シール層の形成に使用するシール材の量が多くなる。
【００７３】
Ｓ１４では、多孔質チューブの表面とシール層との界面より気泡が多数発生している様子が確認できた。Ｓ１４では、多孔質チューブの外周面はシール層で覆われていない。そのため、多孔質チューブと嵌合部材との界面がシール層で埋まりきらず、欠陥が生じており、気泡のリークが生じていると考えられる。また、Ｓ１４では、Ｎ２ガス透過量が過度に多い。この原因は、Ｌ１が０ｍｍであるため、嵌合部対向領域の分離膜に欠陥が生じているためであると推測される。また、多孔質チューブと嵌合部材との界面のシール層で埋まりきっていない部分からもＮ２ガスがリークしていると推測される。
（３−２）実施例２
実施例１のＳ１と基本的には同様の方法で、分離膜エレメントＳ１５〜Ｓ１７を作製した。ただし、シール層の材料であるガラスフリットを、表２に示すものとした。
【００７４】
【表２】
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表２における「結晶質ガラス１」とは、主成分としてＳｉ、Ｚｎを含み、結晶化点が９００℃のガラス材料である。「結晶質ガラス２」とは、主成分としてＺｎを含まず、結晶化点が約９００℃のガラス材料である。「非晶質ガラス」とは、主成分がＳｉであり、結晶化点をもたないガラス材料である。
【００７５】
Ｓ１５〜Ｓ１７のそれぞれについて、実施例１と同様に、ずれ量を測定した。測定結果を上記表２に示す。
Ｓ１５、Ｓ１６では、Ｓ１７に比べて、ずれ量が一層小さかった。この理由は以下のように推測される。結晶質ガラスは、非晶質ガラスに比べて流動性が低い。そのため、結晶質ガラスを含むシール層は、非晶質ガラスを含むシール層よりも、焼成中に流動し難い。その結果、シール層に結晶質ガラスを含むＳ１５、Ｓ１６では、シール層に非晶質ガラスを含むＳ１７に比べて、ずれ量が一層小さい。ずれ量が小さいと、リークが発生し難くなるので、シール層として、結晶質ガラスの層が好ましい。
【００７６】
４．他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００７７】
（１）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００７８】
（２）上述した分離膜用基体管及び分離膜エレメントの他、当該分離膜エレメントを構成要素とするシステム、分離膜用基体管の製造方法、分離膜エレメントの製造方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００７９】
１…封止栓、３…嵌合部、５…鍔部、７…多孔質チューブ、９、１９…端面、１０、２０…シール層、１１…管状部材、１３…嵌合部、１５…鍔部、１７…貫通孔、２１、２３…端面、２４、２５…端部、２７…恒温槽、２９…溶液、３１…スターラー、３３…分離膜エレメント、３５…真空系、３７…ポンプ、３９…真空配管、４３…冷却トラップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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