(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のゼオライト膜付きセラミック管と金属製封止部材における熱膨張の違いによる洩れを防止する、管状部材と端部封止部材とを、シール性、耐久性を確保しながら接続する管端部封止体及び分離器の提供。【解決手段】管端部封止体２は、少なくとも一方の端が開放端となっている管状部材１の端部の端面に接して開放端を塞ぐ封止部２１と、管状部材１の側面に被覆され封止部２１が開放端の端面に接した状態で固定する固定部２２と、を備え、封止部２１と固定部２２は樹脂から構成され、少なくとも固定部２２を構成する樹脂は熱収縮性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の端が開放端となっている管状部材の端部の端面に接して前記開放端を塞ぐ封止部と、前記管状部材側面に被覆され前記封止部が前記開放端の端面に接した状態で固定する固定部と、を備え、
前記封止部と前記固定部は樹脂から構成され、少なくとも前記固定部を構成する樹脂は熱収縮性を有することを特徴とする管端部封止体。
【請求項２】
多孔質体からなり表面にゼオライト結晶層を有する少なくとも一方の端が開放端となっている管状部材と、
前記管状部材の端部の端面に接して前記開放端を塞ぐ封止部と、前記管状部材側面に被覆され前記封止部が前記開放端の端面に接した状態で固定する固定部と、を有する管端部封止体と、を備え、
前記封止部と前記固定部は樹脂から構成され、少なくとも前記固定部を構成する樹脂は熱収縮性を有することを特徴とする分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、管端部封止体およびゼオライト分離器に係わり、特に、管状部材の一端を封止する管端部封止体およびその管端部封止体で一端が封止されたゼオライト分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】  ゼオライトは分子程度の大きさの細孔を有する結晶性アルミノケイ酸塩であり、ゼオライトからなる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ので、分子ふるいとして広く利用されている。水と有機溶媒系混合液の分離にゼオライト膜を使用するとエネルギー効率のよいことが知られている。【０００３】  ゼオライト膜は単体では十分な機械的強度を有さないので、一般的に多孔質セラミック管の表面にゼオライト膜が形成される。このようなゼオライト膜付きセラミック管をモジュールに組み込む場合、そのセラミック管の端部に金属管および金属製封止部材を接続することが多い。これによりモジュールへの組み込みが容易となるからである。【０００４】  ゼオライト膜付きセラミック管と金属製封止部材とを接続する従来の方法について説明する。ゼオライト膜付きセラミック管と、このセラミック管とほぼ同じ外径の金属製封止部材を準備する。また、金属管の外径よりやや大きい内径を有する熱収縮チューブを準備する。【０００５】  次いで、熱収縮チューブの一方端からゼオライト膜付きセラミック管の端部を挿入し、熱収縮チューブの他方端から封止部材の端部を挿入する。そして、熱収縮チューブを加熱することにより、熱収縮チューブを内径が小さくなる方向に収縮させ、ゼオライト膜付きセラミック管と金属管を接続する（特許文献１参照）。【０００６】
【特許文献１】特開２００７−４６７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  ところで、これらのゼオライト膜エレメントは、例えばエタノールと水との混合溶液から水を分離する操作を繰り返す場合、運転時（７５℃以上）と運転中断時（室温およそ２５℃）との間で５０℃以上の温度差が発生するため、熱膨張係数差の影響で熱収縮チューブと金属製封止部材との間に空隙が発生し接着能力は低下する。【０００８】  この空隙の発生によりゼオライト分離膜エレメントの分離性能の低下を招くだけでなく、接着能力の低下に伴い、比較的重量のある金属製封止部材の運転時の微振動による移動、または封止部材自重による熱収縮チューブの腰折れを原因として熱収縮チューブから脱落し、分離膜として機能を完全に喪失するという問題が発生する。【０００９】  本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、管状部材と端部封止部材とを、シール性、耐久性を確保しながら接続する管端部封止体および分離器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記課題を解決するため、本発明の管端部封止体は、少なくとも一方の端が開放端となっている管状部材の端部の端面に接して前記開放端を塞ぐ封止部と、前記管状部材側面に被覆され前記封止部が前記開放端の端面に接した状態で固定する固定部と、を備え、前記封止部と前記固定部は樹脂から構成され、少なくとも前記固定部を構成する樹脂は熱収縮性を有することを特徴とする。【００１１】  また、本発明の分離器は、多孔質体からなり表面にゼオライト結晶層を有する少なくとも一方の端が開放端となっている管状部材と、前記管状部材の端部の端面に接して前記開放端を塞ぐ封止部と、前記管状部材側面に被覆され前記封止部が前記開放端の端面に接した状態で固定する固定部と、を有する管端部封止体と、を備え、前記封止部と前記固定部は樹脂から構成され、少なくとも前記固定部を構成する樹脂は熱収縮性を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】  以上説明したように、本発明によれば、熱履歴の影響を受けずにシール性、耐久性高く管状部材の端部を封止することができ、一端部を封止した管状分離器の分離性能を長期間維持することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態による管端部封止体によってゼオライト膜付きセラミック管の一端が封止され、ゼオライト膜付きセラミック管の他端に金属管が接続されて構成される分離器を示す断面図である。
分離器５は、ゼオライト膜付きセラミック管１と、略円柱部材２１（封止部）と、熱収縮チューブ２２（固定部）と、金属管３と、熱収縮チューブ４とを備えている。管端部封止体は、略円柱部材２１と熱収縮チューブ２２によって構成される。
【００１４】  外径φ１２ｍｍ、内径φ９ｍｍ、長さ８００ｍｍの多孔質アルミナ製セラミック支持管の表面にＡ型ゼオライト膜を形成する。これにより、セラミック支持管にゼオライト膜を付けたゼオライト膜付きセラミック管１を作製する。このゼオライト膜付きセラミック管１は多孔質支持管の表面にゼオライト膜を形成したフィルター材である。換言すれば、ゼオライト膜付きセラミック管１は、多孔質体上にゼオライト結晶が形成されてなるゼオライト分離膜である。
【００１５】  次いで、テフロン（登録商標）製の略円柱部材２１および外径φ１２ｍｍ、長さ２０ｍｍのテフロン（登録商標）製の熱収縮チューブ２２を準備する。熱収縮チューブ２２の内径は略円柱部材２１の外径よりも大きく、熱収縮チューブ２２の長さは略円柱部材２１の長さよりも長い。
【００１６】  この略円柱部材２１を熱収縮チューブ２２に挿入し、略円柱部材２１の側面（ゼオライト膜付きセラミック管１と略円柱部材２１の軸方向に略平行な面）を熱収縮チューブ２２で被覆されるように配置し、熱収縮チューブ２２をヒートガンで加熱することにより熱収縮チューブ２２を熱収縮させる。熱収縮させて熱収縮チューブ２２と接合させたゼオライト膜付きセラミック管１を、固定溶着機を用いて溶着させる。この行程により、管端部封止体が作製される。
なお、この際に、熱収縮チューブ２２のうち略円柱部材２１と接していない部分は出来る限りヒートガンまたは溶着機による熱処理が施されないように注意する。
【００１７】  次いで、ゼオライト膜付きセラミック管１の一方の端部を管端部封止体の熱収縮チューブ２２側から挿入し、ゼオライト膜付きセラミック管１と略円柱部材２１とが互いの軸が一致するようにゼオライト膜付きセラミック管１と略円柱部材２１のそれぞれの端部を当接させる。この際、ゼオライト膜付きセラミック管１に熱収縮チューブ２２が被覆された状態となるので、熱収縮チューブ２２のうちゼオライト膜付きセラミック管１に被覆された部分をヒートガンで加熱して熱収縮チューブ２２を熱収縮させる。これにより、ゼオライト膜付きセラミック管１の一方の端部が封止される。また、ゼオライト膜付きセラミック管１に被覆される熱収縮チューブ２２の長さが１０ｍｍとなるように調整されている。
【００１８】  次いで、ゼオライト膜付きセラミック管１の他方の端部に、外径φ１２ｍｍ、内径φ９ｍｍのＳＵＳ３０４製の金属管３の一方の端部を接続する。
外径φ１２ｍｍ、長さ２０ｍｍのテフロン（登録商標）製の熱収縮チューブ４の一方端にゼオライト膜付きセラミック管１の他方の端部を挿入し、熱収縮チューブ４の他方端に金属管３の一方の端部を挿入し、ゼオライト膜付きセラミック管１の他方の端部に金属管３の一方の端部を、互いの軸が一致するとともにこれらが接続した部分より両側に１０ｍｍの熱収縮チューブ４が被覆されるように配置する。次いで、熱収縮チューブ４をヒートガンで加熱することにより、熱収縮チューブ４を熱収縮させる。これによりゼオライト膜付きセラミック管１と金属管３とが接続される。
なお、熱収縮チューブ４は、上記の熱収縮チューブ２２と同様の部材で構成されても良いし、他の部材で構成されてもよい。
【００１９】  このようにしてゼオライト膜付きセラミック管１の一方の端部は管端部封止体によって封止される。また、ゼオライト膜付きセラミック管１の他方の端部には金属管３が熱収縮チューブ４によって接続される。上述したゼオライト膜付きセラミック管１の一方の端部が封止され、ゼオライト膜付きセラミック管１の他方の端部に金属管３が接続されたものは、水−溶媒（例えばエタノール）分離エレメント、即ち分離器５として用いることができる。
【００２０】（比較例）
図２は、本発明の比較例を示す分離器１００の断面図である。
分離器１００は、ゼオライト膜付きセラミック管１０１と、金属製の略円柱部材１０２と、金属管１０３と、ゼオライト膜付きセラミック管１０１と略円柱部材１０２または金属管１０３とを接続するための二つのテフロン（登録商標）製熱収縮チューブ１０４、１０５とを備えている。
【００２１】  ゼオライト膜付きセラミック管１０１、金属管１０３、熱収縮チューブ１０４、熱収縮チューブ１０５は、実施の形態のゼオライト膜付きセラミック管１、金属管３、熱収縮チューブ２２、熱収縮チューブ４とそれぞれ同様の部材である。
略円柱部材１０２は、ＳＵＳ３０４製であることを除いて、実施の形態の略円柱部材２１と同様の部材である。
【００２２】  まず、ゼオライト膜付きセラミック管１０１と略円柱部材１０２とを接続する。
熱収縮チューブ１０４の一方端にゼオライト膜付きセラミック管１０１の一方の端部を挿入し、熱収縮チューブ１０４の他方端に略円柱部材１０２の一方の端部を挿入し、ゼオライト膜付きセラミック管１０１の一方の端部に略円柱部材１０２の一方の端部を、互いの軸が一致するとともにこれらが接続した部分より両側に１０ｍｍの熱収縮チューブ４が被覆されるように配置する。次いで、熱収縮チューブ４をヒートガンで加熱することにより、熱収縮チューブ４を熱収縮させる。これによりゼオライト膜付きセラミック管１０１と金属管１０３とが接続される。
【００２３】  次いで、ゼオライト膜付きセラミック管１０１と金属管１０３とを接続する。
熱収縮チューブ１０５の一方端にゼオライト膜付きセラミック管１０１の他方の端部を挿入し、熱収縮チューブ１０５の他方端に金属管１０３の一方の端部を挿入し、ゼオライト膜付きセラミック管１０１の一方の端部に金属管１０３の一方の端部を、互いの軸が一致するとともにこれらが接続した部分より両側に１０ｍｍの熱収縮チューブ１０５が被覆されるように配置する。次いで、熱収縮チューブ１０５をヒートガンで加熱することにより、熱収縮チューブ１０５を熱収縮させる。これによりゼオライト膜付きセラミック管１０１と略円柱部材１０２とが接続される。
このようにして作製した分離器１００も分離器５と同様の機能を有している。
【００２４】（シール性耐久確認試験）
次に、実施の形態および比較例による管端部封止体のシール性の耐久性を確認する試験を行った。
試験装置および試験結果について説明する。図３は、パーベーパレーション試験装置を模式的に示す構成図である。この試験装置は液体窒素トラップ付き真空ラインを備えている。
【００２５】  試験装置は、水−エタノール系供給液（エタノール／水の質量比＝９０／１０）の供給を受ける容器６１を有している。この容器６１の内部には分離器５または分離器１００が設置される。図３においては、実施の形態の分離器５が図示されている。
【００２６】  金属管３または金属管１０３の末端は液体窒素トラップ付きの真空ラインに接続されている。つまり、金属管３の末端は液体窒素トラップ６２を介して真空ポンプ６３に接続されている。また、前記容器６１には、水−エタノール系供給液から分離したエタノールを排出する排出口６４が設けられている。
【００２７】  この試験装置の容器６１に、９０℃の水−エタノール系供給液（エタノール／水の質量比＝９０／１０）を供給し、真空ポンプ６３により分離器内を吸引した。この際の真空度は１０〜１０００Ｐａ程度である。分離器を透過した液は液体窒素トラップ６２で捕集される。１０分毎に液体窒素トラップ６２の捕集物の組成をスクロマトグラフ［（株）島津製作所製ＧＣ−１４］を用いて測定し、分離係数を求める。
【００２８】  この試験を実施の形態の分離器５と比較例の分離器１００のそれぞれに対して、運転温度から室温まで温度の昇降を繰り返しながら継続し、温度の昇降を１サイクルとし、２４サイクル毎の９０℃運転時の捕集物組成を適時測定し、耐久試験結果を測定した。なお、液体の温度昇降は１０℃毎分で実施し、室温で１５分間、９０℃で１５分間温度を維持した。
【００２９】  図４に、本発明の実施の形態の分離器および比較例の分離器の耐久性試験結果を示すグラフを示す。
比較例の分離器１００においては、初期の分離係数は１４００と実施の形態の分離係数と同様であったが、４回目の測定時には既に分離係数の低下が始まり、６回目の測定時からは分離係数が１に限りなく近づいている。７回目の測定後に運転を止めて、略円柱部材１０２の状態を確認したところ、略円柱部材１０２と熱収縮チューブ１０４との間に空隙が形成されていた。
【００３０】  一方、実施の形態の分離器５においては、比較例で分離係数が１に近づいた６回目の測定時でも初期の分離係数１４００をほぼ維持している。比較例と同様に７回目の測定後に運転を止めて、管端部封止体の状態を確認したところ、管端部封止体がゼオライト膜付きセラミック管１に固定され、初期状態とほぼ同等の状態を保っていることが分かった。
【００３１】  このように、本発明の管端部封止体を用いることで、熱履歴の影響を受けずに耐久性高く管状分離膜の管端部を封止することができ、本発明の管端部封止体で一端部を封止した管状分離器の分離性能を長期間維持することができ、さらには、この分離器を複数本組み込んだ分離膜モジュールにおいても長期間に渡って分離性能を維持することができる。
【００３２】  なお、本発明の実施の形態において、略円柱部材２１および熱収縮チューブ２２はテフロン（登録商標）製としたが、テフロン（登録商標）と同様の耐熱性、耐溶媒性を有している樹脂であれば他の樹脂を使用することが可能である。
また、本発明の実施の形態においては、エタノールから水を分離する操作を例示したが、ゼオライト膜のような分離膜で分離可能な混合液、分離対象はこれには限られない。したがって、この混合液、分離対象に応じて前記樹脂を好適に選択してもよい。
【００３３】  また、本発明の実施の形態においては、略円柱部材２１と熱収縮チューブ２２は同一の樹脂で構成されていたが、上記の条件を満たした上でそれぞれが溶着などで一体化可能であれば、どのような樹脂を選択してもよい。
【００３４】  また、熱収縮チューブを用いずに、フッ素樹脂製のカップ形状の管端部封止体を用いることも可能である。この場合には、一度加熱し内径を拡大させた管端部封止体を管に当接させた後に冷却する、所謂、焼き嵌めにより管端部封止体を管に固定する。しかしながら、この手法では、室温と室温以上の温度との間で温度昇降を繰り返す操作のある工程に管端部封止体が設置された管が用いられた際に、１０倍以上の熱膨張係数の違いがあることを原因として、特に高温操作時に管端部封止体が外れてしまうことがある。一方で、本発明の管端部封止体においては、熱収縮チューブで管端部を固定するようになっているため、温度が上昇した際にはその収縮力で管端部の固定が維持され、温度が低下した際にも熱膨張現象の影響で管端部の固定が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】  本発明の実施の形態の管端部封止体によって一端が封止された分離器の断面を示す模式図
【図２】  本発明の比較例の分離器の断面を示す模式図
【図３】  パーベーパレーション試験装置を示す模式図
【図４】  本発明の実施の形態の分離器および比較例の分離器の耐久性試験結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００３６】  １、１０１  ・・  ゼオライト膜付きセラミック管
３、１０３  ・・  金属管
４、２２、１０４、１０５  ・・  熱収縮チューブ
５、１００  ・・  分離器
２１、１０２  ・・  略円柱部材
６１  ・・  容器
６２  ・・  液体窒素トラップ
６３  ・・  真空ポンプ
６４  ・・  排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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