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技術 気液接触膜モジュール

出願人 日東電工株式会社
発明者 姫野誠
出願日 1998年12月14日 (20年9ヶ月経過) 出願番号 1998-354415
公開日 2000年6月27日 (19年2ヶ月経過) 公開番号 2000-176256
状態 未査定
技術分野 半透膜を用いた分離 脱気・消泡
主要キーワード 筒状枠体 環状膜 円筒形空間 底部内周 傾斜図 出口空間 ガス放散 凝縮水流路
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

気体側流路で発生した凝縮水を速やかに排出することにより、気体溶解液の濃度の低下および気体溶解液への気泡混入が発生しない気液接触膜モジュールを提供することである。

解決手段

スパイラル型膜モジュールは、スパイラル型膜エレメント10の外周部にハウジング100の胴部部材100aが装着され、胴部部材100aの両端部にそれぞれハウジング100のキャップ部材100b,100cが装着されてなる。胴部部材100aには、気体排出口57が設けられるとともに、気体排出口57を含む底部の所定領域の内周面に軸方向に溝110が設けられている。キャップ部材100bに気体供給口55および液体供給口58が設けられており、キャップ部材100cに気体溶解液出口56が設けられている。

概要

背景

従来、化学工業等の多くの分野において、液体へのガス溶解あるいは液体からのガス放散といった気液接触操作が行われている。ガス溶解として、例えば医薬品分野等における微生物培養液への酸素供給水産業界における養魚への酸素供給、あるいはNOx (窒素酸化物)やSOx硫黄酸化物)等の排ガス処理があげられる。また、ガス放散としては、純水製造における脱炭酸処理があげられる。

電子産業において半導体精密洗浄等に用いられるオゾン水も、気液接触操作により製造される。このようなオゾン水は、例えば、疎水性多孔質膜を介して純水とオゾンとを接触させることにより、純水へオゾンガスを溶解させて製造される。通常、このような多孔質膜によるガス溶解方法によれば、純水に、オゾンガス中汚染物やオゾンガスの気泡混入することなく、効率良く正常なオゾン水を製造することが可能である。

このようなオゾン水製造のための気液接触操作に使用される膜モジュールの形態としては、スパイラル型平膜積層型プレートアンドフレーム型等の平膜を用いた平膜状膜モジュールおよび中空糸のような環状膜を用いた環状膜モジュールがある。それらの中でも中空糸膜モジュールスパイラル型膜モジュールが一般的に使用されている。

中空糸膜モジュールの場合、中空糸膜内部に純水が層流の状態で流動するため、中空糸膜の内周面近傍での境膜抵抗が大きく、純水へのオゾンガスの移動係数が低い。また、中空糸膜モジュールでは、構造上、膜の充填効率が低いため、膜モジュールとしては大型の物になり、コストも高くなる。

一方、スパイラル型膜モジュールでは、液体側流路乱流促進を図る流路材を用いることにより、多孔質膜近傍の境膜抵抗が低くなり、純水へのオゾンガスの移動係数が高くなる。また、スパイラル型膜モジュールでは、膜の充填効率が高いため、膜モジュールを小型化することができ、コストも低く抑えられるという利点を有する。

概要

気体側流路で発生した凝縮水を速やかに排出することにより、気体溶解液の濃度の低下および気体溶解液への気泡の混入が発生しない気液接触膜モジュールを提供することである。

スパイラル型膜モジュールは、スパイラル型膜エレメント10の外周部にハウジング100の胴部部材100aが装着され、胴部部材100aの両端部にそれぞれハウジング100のキャップ部材100b,100cが装着されてなる。胴部部材100aには、気体排出口57が設けられるとともに、気体排出口57を含む底部の所定領域の内周面に軸方向に溝110が設けられている。キャップ部材100bに気体供給口55および液体供給口58が設けられており、キャップ部材100cに気体溶解液出口56が設けられている。

目的

本発明の目的は、気体側流路で発生した凝縮水を速やかに排出することにより、気体溶解液の濃度の低下および気体溶解液への気泡の混入が発生しない気液接触膜モジュールを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

疎水性多孔質膜の一面側に気体側流路が設けられ、前記疎水性多孔質膜の他面側に液体側流路が設けられた膜エレメントハウジング内に装填してなる気液接触膜モジュールであって、前記ハウジングは、前記膜エレメントの外周面に装着される筒状の胴部部材と、前記胴部部材の両端部に装着される第1および第2のキャップ部材とから構成され、前記胴部部材に気体排出口が形成され、前記第1のキャップ部材に前記膜エレメントの前記気体側流路に連通する気体供給口が設けられるとともに前記膜エレメントの前記液体側流路に連通する液体供給口が設けられ、前記第2のキャップ部材に前記膜エレメントの前記液体側流路に連通する気体溶解液出口が設けられ、前記胴部部材の内周面と前記膜エレメントの外周面との間に、前記膜エレメントの前記気体側流路において生成された凝縮水を前記胴部部材の前記気体排出口に導出する凝縮水流路が形成されたことを特徴とする気液接触膜モジュール。

請求項2

前記膜エレメントは、有孔中空管の外周面に前記疎水性多孔質膜がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル型膜エレメントであり、前記ハウジングの前記胴部部材の内周面の前記気体排出口を含む所定領域に前記有孔中空管の軸方向とほぼ平行に延びる溝が設けられ、前記溝により前記凝縮水流路が形成されることを特徴とする請求項1記載の気液接触膜モジュール。

請求項3

前記膜エレメントは、有孔中空管の外周面に前記疎水性多孔質膜がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル型膜エレメントであり、前記ハウジングの前記胴部部材の内周面の前記気体排出口を含む所定領域に前記有孔中空管の軸方向とほぼ平行に延びるリブが設けられ、前記リブにより前記凝縮水流路が形成されることを特徴とする請求項1記載の気液接触膜モジュール。

請求項4

前記膜エレメントは、有孔中空管の外周面に前記疎水性多孔質膜がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル型膜エレメントであり、所定領域に窓部が設けられるとともに外周面に凹凸が設けられた筒状枠体が前記スパイラル型膜エレメントに装着され、前記筒状枠体の前記窓部において前記スパイラル型膜エレメントが露出しており、前記ハウジングの前記胴部部材は前記筒状枠体を介して前記スパイラル型膜エレメントの外周部に装着され、前記凝縮水流路が前記筒状枠体の前記凹凸により形成されることを特徴とする請求項1記載の気液接触膜モジュール。

請求項5

前記膜エレメントは、連続または独立した一対の前記疎水性多孔質膜を、内側に液体側流路材を挟んでかつ外側に気体側流路材を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状に巻回されてなり、前記疎水性多孔質膜間で前記液体側流路材により形成される液体側流路の内周側の側部および外周側の側部が封止されるとともに、前記疎水性多孔質膜間で前記気体側流路材により形成される気体側流路の両端部が封止され、前記ハウジング内で前記スパイラル型膜エレメントの両端部側に形成される第1の空間と前記スパイラル型膜エレメントの外周側に形成される第2の空間とが分離され、一方の前記第1の空間が前記液体供給口に連通するとともに他方の前記第1の空間が前記気体溶解液出口に連通し、前記第2の空間が前記気体排出口に連通しかつ前記有孔中空管の端部が前記気体供給口に連通することを特徴とする請求項1記載の気液接触膜モジュール。

請求項6

前記疎水性多孔質膜がフッ素樹脂から構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の気液接触膜モジュール。

技術分野

0001

本発明は、液体中への気体の溶解または液体中からの気体の拡散といった気液接触操作に用いられる気液接触膜モジュールに関する。

背景技術

0002

従来、化学工業等の多くの分野において、液体へのガス溶解あるいは液体からのガス放散といった気液接触操作が行われている。ガス溶解として、例えば医薬品分野等における微生物培養液への酸素供給水産業界における養魚への酸素供給、あるいはNOx (窒素酸化物)やSOx硫黄酸化物)等の排ガス処理があげられる。また、ガス放散としては、純水製造における脱炭酸処理があげられる。

0003

電子産業において半導体精密洗浄等に用いられるオゾン水も、気液接触操作により製造される。このようなオゾン水は、例えば、疎水性多孔質膜を介して純水とオゾンとを接触させることにより、純水へオゾンガスを溶解させて製造される。通常、このような多孔質膜によるガス溶解方法によれば、純水に、オゾンガス中汚染物やオゾンガスの気泡混入することなく、効率良く正常なオゾン水を製造することが可能である。

0004

このようなオゾン水製造のための気液接触操作に使用される膜モジュールの形態としては、スパイラル型平膜積層型プレートアンドフレーム型等の平膜を用いた平膜状膜モジュールおよび中空糸のような環状膜を用いた環状膜モジュールがある。それらの中でも中空糸膜モジュールスパイラル型膜モジュールが一般的に使用されている。

0005

中空糸膜モジュールの場合、中空糸膜内部に純水が層流の状態で流動するため、中空糸膜の内周面近傍での境膜抵抗が大きく、純水へのオゾンガスの移動係数が低い。また、中空糸膜モジュールでは、構造上、膜の充填効率が低いため、膜モジュールとしては大型の物になり、コストも高くなる。

0006

一方、スパイラル型膜モジュールでは、液体側流路乱流促進を図る流路材を用いることにより、多孔質膜近傍の境膜抵抗が低くなり、純水へのオゾンガスの移動係数が高くなる。また、スパイラル型膜モジュールでは、膜の充填効率が高いため、膜モジュールを小型化することができ、コストも低く抑えられるという利点を有する。

発明が解決しようとする課題

0007

上記のようなオゾン水製造においては、オゾンガスは飽和状態で用いられる。また、製造の際、気体側流路のオゾンガスと液体側流路の純水の温度は特に制御されないが、オゾンガスおよび純水は共に18〜30℃程度の温度領域内であり、一般的には純水の温度の方が高い状態で気液接触操作が行われる。このため、液体側流路と気体側流路の温度差により、液体側流路から水蒸気が発生し、この水蒸気が多孔質膜を透過して気体側流路に入る。気体側流路のオゾンガスは前述のように飽和状態であるため、水蒸気の侵入により、過飽和状態となって凝縮水が発生する。このような凝縮水が気体側流路内に溜まると、実質的な気液接触面積が減少することから、長期間膜モジュールを使用した場合に、生成したオゾン水の濃度が低下するという問題が生じる。生成したオゾン水は希釈されて半導体ウエハ洗浄に用いられるため、オゾン水濃度の変化に伴い、半導体ウエハの洗浄性にばらつきが生じ、しいては半導体ウエハの歩留まりを低下させることとなる。

0008

また、気体側流路に凝縮水が溜まると、気体側流路での圧力損失が大きくなり、気体側流路内の圧力が液体流路内の圧力より高くなる。このため、気泡が液体側流路内に発生する。それにより、後工程に支障が生じる。

0009

一方、上記のようなオゾン水濃度の低下を防いでオゾン水濃度を一定にする方法として、オゾンガスの供給圧力を高くしてオゾンガスの供給量を増やす方法が考えられる。しかしながら、この場合も、液体側流路内の圧力よりも気体側流路内の圧力が高くなるため、液体側流路にオゾンガスが抜けて気泡が発生し、後工程に支障が生じる。したがって、液体側流路内の圧力以上に気体側流路内の圧力をあげることは不可能であり、オゾンガスの供給量を増やすことができない。

0010

本発明の目的は、気体側流路で発生した凝縮水を速やかに排出することにより、気体溶解液の濃度の低下および気体溶解液への気泡の混入が発生しない気液接触膜モジュールを提供することである。

0011

本発明に係る気液接触膜モジュールは、疎水性多孔質膜の一面側に気体側流路が設けられ、疎水性多孔質膜の他面側に液体側流路が設けられた膜エレメントハウジング内に装填してなる気液接触膜モジュールであって、ハウジングは、膜エレメントの外周面に装着される筒状の胴部部材と、胴部部材の両端部に装着される第1および第2のキャップ部材から構成され、胴部部材に気体排出口が形成され、第1のキャップ部材に膜エレメントの気体側流路に連通する気体供給口が設けられるとともに膜エレメントの液体側流路に連通する液体供給口が設けられ、第2のキャップ部材に膜エレメントの液体側流路に連通する気体溶解液出口が設けられ、胴部部材の内周面と膜エレメントの外周面との間に、膜エレメントの気体側流路において生成された凝縮水を胴部部材の気体排出口に導出する凝縮水流路が形成されたものである。

0012

本発明に係る気液接触膜モジュールにおいて、液体は、ハウジングの第1のキャップ部材の液体供給口から供給され、膜エレメントの疎水性多孔質膜間に形成された液体側流路を流動し、ハウジングの第2のキャップ部材の気体溶解液出口から外部に排出される。また、気体は、ハウジングの第1のキャップ部材の気体供給口から供給され、膜エレメントの多孔質膜間に形成された気体側流路を流動し、ハウジングの胴部部材に形成された気体排出口から外部に排出される。

0013

膜エレメントの内部において、液体と気体とは疎水性多孔質膜を介して接触し、目的成分透過作用が行われる。

0014

気体側流路内に発生した凝縮水は、気体とともに膜エレメントの気体側流路を流動した後、ハウジングの胴部部材の内周面と膜エレメントの外周面との間に形成された凝縮水流路により、気体排出口に導出され、速やかに外部に排出される。したがって、凝縮水の滞留による気液接触面積の減少が防止されるので、気体溶解液の濃度の低下が生じない。また、凝縮水の滞留による気体側流路での圧力損失の増加が防止されるので、気体側流路の圧力が液体側流路の圧力よりも高くなることがなく、液体中に気泡が発生しない。

0015

膜エレメントは、有孔中空管の外周面に疎水性多孔質膜がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル型膜エレメントであり、ハウジングの胴部部材の内周面の気体排出口を含む所定領域に有孔中空管の軸方向とほぼ平行に延びる溝が設けられ、溝により凝縮水流路が形成されてもよい。

0016

これにより、凝縮水は、溝に沿って有孔中空管の軸方向とほぼ平行に流動し、気体排出口に導出される。また、溝により、胴部部材の内周面と膜エレメントの外周面との間の空間が広くなるため、凝縮水が速やかに流動する。したがって、気体排出口から凝縮水を速やかに排出することが可能となる。

0017

また、膜エレメントは、有孔中空管の外周面に疎水性多孔質膜がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル型膜エレメントであり、ハウジングの胴部部材の内周面の気体排出口を含む所定領域に有孔中空管の軸方向とほぼ平行に延びるリブが設けられ、リブにより凝縮水流路が形成されてもよい。

0018

これにより、凝縮水はリブに沿って有孔中空管の軸方向とほぼ平行に流動し、気体排出口に導出される。また、リブにより、胴部部材の内周面と膜エレメントの外周面との間の空間が広くなるため、凝縮水が速やかに流動する。したがって、気体排出口から凝縮水を速やかに排出することが可能となる。

0019

あるいは、膜エレメントは、有孔中空管の外周面に疎水性多孔質膜がスパイラル状に巻回されてなるスパイラル型膜エレメントであり、所定領域に窓部が設けられるとともに外周面に凹凸が設けられた筒状枠体がスパイラル型膜エレメントに装着され、筒状枠体の窓部においてスパイラル型膜エレメントが露出しており、ハウジングの胴部部材は筒状枠体を介してスパイラル型膜エレメントの外周部に装着され、凝縮水流路が筒状枠体の凹凸により形成されてもよい。

0020

この場合、スパイラル型膜エレメントの外周面に筒状枠体が装着され、この筒状枠体の外周部にハウジングの胴部部材が装着され、さらに、胴部部材の両端部にキャップ部材が装着される。それにより、気液接触膜モジュールが構成される。

0021

スパイラル型膜エレメントの気体側流路を流動した気体および凝縮水は、筒状枠体の窓部から、スパイラル型膜エレメントの外周面とハウジングの胴部部材の内周面とで形成される空間へ排出される。排出された凝縮水は、筒状枠体の外周面に設けられた凹凸に沿って流動し、胴部部材の気体排出口に導出される。また、筒状枠体により、スパイラル型膜エレメントの外周面と胴部部材の内周面との間の空間が広くなるため、凝縮水が速やかに流動する。したがって、気体排出口から凝縮水を速やかに排出することが可能となる。

0022

さらに、筒状枠体を用いることにより、ハウジングの胴部部材の内周面の加工が不要となる。

0023

さらに、膜エレメントは、連続または独立した一対の疎水性多孔質膜を、内側に液体側流路材を挟んでかつ外側に気体側流路材を重ねて有孔中空管の外周面にスパイラル状に巻回されてなり、疎水性多孔質膜間で液体側流路材により形成される液体側流路の内周側の側部および外周側の側部が封止されるとともに、疎水性多孔質膜間で気体側流路材により形成される気体側流路の両端部が封止され、ハウジング内でスパイラル型膜エレメントの両端部側に形成される第1の空間とスパイラル型膜エレメントの外周側に形成される第2の空間とが分離され、一方の第1の空間が液体供給口に連通するとともに他方の第1の空間が気体溶解液出口に連通し、第2の空間が気体排出口に連通しかつ有孔中空管の端部が気体供給口に連通するものである。

0024

この場合、液体は、ハウジングの液体供給口から一方の第1の空間内に供給され、スパイラル型膜エレメントの多孔質膜間に形成された液体側流路を通り他方の第1の空間に流動し、ハウジングの気体溶解液出口から外部に排出される。また、気体は、ハウジングの気体供給口から有孔中空管の内部に供給され、スパイラル型膜エレメントの多孔質膜間に形成された気体側流路を通りハウジング内の第2の空間に流動し、ハウジングの気体排出口から外部に排出される。

0025

ハウジングの内部において、液体は有孔中空管にほぼ平行に流動し、気体は多孔質膜を介して液体とほぼ直交する方向にスパイラル状に流動する。液体と気体とは多孔質膜を介して接触し、目的成分の透過作用が行われる。

0026

気体側流路内に発生した凝縮水は、気体とともに気体側流路を流動した後、ハウジングの胴部部材の内周面とスパイラル型膜エレメントの外周面との間に形成された凝縮水流路により、気体排出口に導出され、速やかに外部へ排出される。

0027

疎水性多孔質膜がフッ素樹脂から形成されることが好ましい。フッ素樹脂は、オゾンに対する耐久性が高い。したがって、フッ素樹脂から構成される疎水性多孔質膜は、オゾンに対する耐久性が高くなる。このような疎水性多孔質膜を有する気液接触膜モジュールは、オゾン水製造に最適である。

発明を実施するための最良の形態

0028

以下、本発明に係る気液接触膜モジュールの一例としてスパイラル型膜モジュールについて説明する。また、以下においては、オゾン水を生成する場合を例にあげて説明する。

0029

図1は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの一実施例を示す軸方向の断面図である。

0030

図1に示すスパイラル型膜モジュールは、円筒形のハウジング100およびハウジング100の内部に挿入されたスパイラル型膜エレメント10を備える。

0031

ハウジング100は、円筒状の胴部部材100aと、キャップ部材100bおよび100cとから構成される。スパイラル型膜エレメント10の外周部に胴部部材100aが装着され、さらに胴部部材100aの両端部にそれぞれキャップ部材100b,100cが装着される。スパイラル型膜エレメント10と胴部部材100aとの間は液密シールされる。また、胴部部材100aとキャップ部材100bとの間および胴部部材100aとキャップ部材100cとの間は液密にシールされる。

0032

図2(a)は胴部部材100aの断面図、図2(b)は図2(a)の側面図、図2(c)は図2(b)の部分拡大図である。

0033

胴部部材100aには、気体排出口57が設けられている。この気体排出口57が底に位置するように、スパイラル型膜モジュールは横向きに設置される。

0034

図2(a)〜(c)に示すように、気体排出口57を含む胴部部材100aの底部の所定領域の内周面には、軸方向に溝110が設けられている。

0035

一方、図1に示すように、キャップ部材100bは、スパイラル型膜エレメント10および胴部部材100aの端面を覆う円形の底部200と、胴部部材100aの端部の外周面を覆う筒状の側面部201とが一体形成されてなる。キャップ部材100cは、キャップ部材100bと同様、底部203と側部202とが一体形成されてなる。キャップ部材100bの底部200中央に気体供給口55が設けられ、キャップ部材100bの側面部201に液体供給口58が設けられている。キャップ部材100cの底部203中央には気体溶解液出口56が設けられている。

0036

図3は、図1に示すスパイラル型膜モジュールのスパイラル型膜エレメント10の一部切欠き斜視図である。

0037

図3において、スパイラル型膜エレメント10は、液体側流路材13の両面に疎水性多孔質膜14を重ね合わせ、さらに多孔質膜14の他方の面に気体側流路材15を重ね合わせ、それらを気体供給管11の周りに巻回することにより構成されている。疎水性多孔質膜14は、オゾンに対する耐久性から、一般にフッ素樹脂からなる。

0038

図4は、図1に示すスパイラル型膜モジュールのA−A線部分拡大断面図である。

0039

図4に示すように、スパイラル型膜エレメント10において、液体側流路材13を挟んだ多孔質膜14間のスパイラル状の空間が液体側流路19を構成する。スパイラル状の液体側流路19の内周側の側部(気体供給管11に平行な辺)および外周側の側部が、液体側流路材13を挟む多孔質膜14同士を接着することにより封止されている。これにより、液体側流路19の内周側の側部および外周側の側部にそれぞれ内周側封止部21aおよび外周側封止部21bが形成される。

0040

一方、気体側流路材15を挟んだ多孔質膜14間のスパイラル状の空間が気体側流路18を構成する。

0041

図5に示すように、液体側流路19は、純水30およびオゾン水31がスパイラル型膜エレメント10の軸方向に流動可能な空間になる。また、液体側流路19の軸方向の両端部は開放されているため、スパイラル型膜エレメント10の一方の端面から純水30が流入するとともに、他方の端面からオゾン水31が流出することが可能である。

0042

スパイラル状の気体側流路18の軸方向の両端部は、樹脂材17により封止されている。これにより、気体側流路18が封止されてなる封止部10b,10cがスパイラル型膜エレメント10の両端部に形成される。したがって、気体側流路18への純水30の流入が防止されるとともに、気体側流路18は、オゾンガス25がスパイラル型膜エレメント10のスパイラル方向に流動可能な空間となる。

0043

図5に示すように、スパイラル型膜エレメント10の気液接触部10aにおいて、気体側流路18と液体側流路19とは、多孔質膜14、外周側封止部21a、内周側封止部21bおよび封止部10b,10cによって分離された構成となる。また、図6に示すように、スパイラル型膜エレメント10と胴部部材100aとの間は、熱融着60により液密にシールされており、スパイラル型膜エレメント10の外周面と胴部部材100aの内周面とで構成された円筒形空間18aが形成される。

0044

図1のスパイラル型膜モジュールの運転時には、純水30は液体供給口58を通り、ハウジング100のキャップ部材100bとスパイラル型膜エレメント10の端面とで構成された入口空間3に流入する。一方、オゾンガス25は、気体供給口55から気体供給管11を通してスパイラル型膜エレメント10の内部に供給される。

0045

図5に示すように、純水30は、液体側流路19内を液体側流路材13に沿って軸方向に流れる。一方、オゾンガス25は、気体供給管11の側面の供給孔11bから気体側流路18内に入る。オゾンガス25は、気体側流路材15に沿って気体供給管11に直交する方向にスパイラル状に流動し、気体側流路材15の外周部の側部から円筒形空間18aに排出された後、気体排出口57から外部へ排出される。

0046

スパイラル型膜エレメント10の気液接触部10aでは、気体供給管11にほぼ直交する方向にスパイラル状に流動するオゾンガス25と、気体供給管11に平行に流動する純水30とが多孔質膜14を介して接触する。これにより、オゾンガス25が多孔質膜14を透過して純水30中に溶解し、オゾン水31が生成する。

0047

スパイラル型膜エレメント10の端面から流出したオゾン水31は、図1に示すように、キャップ部材100cとスパイラル型膜エレメント10の端面とで構成された出口空間5を通り、気体溶解液出口56から外部へ排出される。

0048

また、図4に示すように、スパイラル型膜エレメント10の液体側流路19で発生した水蒸気は、多孔質膜14を透過し、気体側流路18において凝縮し、凝縮水8となる。凝縮水8は、オゾンガス25とともに気体側流路18をスパイラル状に流動し、気体側流路材15の外周部の側部から円筒形空間18aに排出された後、気体排出口57から外部へ排出される。この場合、図2(a)〜(c)に示すように、ハウジング100の胴部部材100aは、気体排出口57を含む底部内周面に、軸方向に溝110が設けられているため、溝110に沿って凝縮水8の流路が形成される。また、溝110においては、スパイラル型膜エレメント10の外周面と胴部部材100aの内周面との間の空間が広くなるため、円筒形空間18aに溜まった凝縮水8は、溝110に沿って速やかに移動する。したがって、凝縮水8を気体排出口57まで導き、速やかに気体排出口57から排出することが可能となる。

0049

以上のように、上記実施例に示すスパイラル型膜モジュールにおいては、凝縮水8を速やかに排出することが可能であるため、オゾン水31の濃度の低下およびオゾン水31への気泡の混入を防止することができる。したがって、一定濃度のオゾン水31を供給できる。

0050

なお、溝110の幅および深さに関しては特に規定しないが、溝110の幅および深さが大きすぎると、多孔質膜14が溝110内に陥没して気体側流路を塞ぐため、凝縮水8の流路が確保されなくなる。したがって、溝110の幅を2〜6mmとし、深さを1〜3mmとすることが好ましい。また、このような溝110は、図2(a)〜(c)に示すように、胴部部材100aの底部所定領域の内周面に形成してもよく、あるいは胴部部材100aの内周面全体に形成してもよい。

0051

図7は本発明に係るスパイラル型膜モジュールの他の実施例を示す軸方向の断面図である。

0052

図72示すスパイラル型膜モジュールの構造は、ハウジング101の構造を除いて、図1に示すスパイラル型膜モジュールの構造と同様である。

0053

ハウジング101は、円筒状の胴部部材101aと、胴部部材101aの両端部に装着されるキャップ部材101bおよび101cとから構成される。スパイラル型膜エレメント10の外周部に胴部部材101aが装着され、さらに胴部部材101aの両端部にそれぞれキャップ部材101b,101cが装着される。スパイラル型膜エレメント10と胴部部材101aとの間は液密にシールされており、スパイラル型膜エレメント10の外周面と胴部部材101aの内周面とで構成された円筒形空間18aが形成される。また、胴部部材101aとキャップ部材101bとの間および胴部部材101aとキャップ部材101cとの間は液密にシールされる。

0054

図8は、ハウジング101の胴部部材101aの側面図である。図8に示すように、胴部部材101aには気体排出口57が設けられている。また、胴部部材101aの内周面全体に、凸状のリブ111が軸方向に設けられている。

0055

一方、キャップ部材101bおよび101cは、図1に示すスパイラル型モジュールのハウジング100のキャップ部材100bおよび100cと同様の構造を有する。

0056

図7に示すスパイラル型膜モジュールは、図1のスパイラル型膜モジュールと同様にして運転され、純水30とオゾンガス25からオゾン水31を生成する。また、スパイラル型膜エレメント10の気体側流路18において発生した凝縮水8は、オゾンガス25とともに気体側流路18をスパイラル状に流動し、気体側流路材15の外周部の側部から円筒形空間18aに排出された後、気体排出口57から外部へ排出される。この場合、図8に示すように、ハウジング101の胴部部材101aの内周面全体にはリブ111が設けられているため、リブ111に沿って凝縮水8の流路が形成される。また、リブ111を設けたことにより、スパイラル型膜エレメント10の外周面と胴部部材101aの内周面との間の空間が広くなるため、円筒形空間18aに溜まった凝縮水8はリブ111に沿って速やかに移動する。したがって、凝縮水8を気体排出口57まで導き、速やかに気体排出口57から排出することが可能となる。

0057

以上のように、上記実施例に示すスパイラル型膜モジュールにおいては、凝縮水8を速やかに排出することが可能であるため、オゾン水の濃度の低下およびオゾン水への気泡の混入を防ぐことが可能となる。したがって、一定濃度のオゾン水31を供給することができる。

0058

なお、図1および図7の実施例においては、スパイラル型膜モジュールのハウジング100および101に加工を施し、それぞれ溝110およびリブ111を設けることにより凝縮水8の流路を形成する場合について説明したが、ハウジングに加工を施さずに凝縮水の流路を形成することも可能である。

0059

図9(a)は本発明に係るスパイラル型膜モジュールのさらに他の実施例において用いられる筒状枠体の軸方向の断面図、図9(b)は筒状枠体の横断面図である。

0060

図9(a)および(b)に示す筒状枠体50は、スパイラル型膜エレメントの外周面とハウジングの内周面との間に、凝縮水の流路を形成するためのものである。筒状枠体50の外周面には軸方向に沿って複数の突起51が設けられている。それにより、筒状枠体50は、外周面が凹凸形状を有する。また、筒状枠体50には複数の窓部52が設けられている。

0061

筒状枠体50は、スパイラル型膜エレメントの外周部に装着される。筒状枠体50を装着したスパイラル型膜エレメントに、さらにハウジングの胴部部材が装着される。この胴部部材の両端部に、ハウジングのキャップ部材がそれぞれ装着される。このようにして、筒状枠体50およびスパイラル型膜エレメントをハウジング内に装填したスパイラル型膜モジュールが構成される。

0062

なお、本実施例において用いるハウジングの構造については、胴部部材の内周面が平坦であり、溝やリブを設ける等の加工が施されていない点を除いて、図1または図7のハウジングと同様の構造である。

0063

このような筒状枠体50とハウジングの胴部部材とは、液密にシールされている。また、筒状枠体50は、窓部52においてスパイラル型膜エレメントが露出する構造となっている。それにより、スパイラル型膜エレメントの外周面とハウジングの胴部部材の内周面とで構成される円筒形空間が形成される。

0064

筒状枠体50を用いたスパイラル型膜モジュールは、図1のスパイラル型膜モジュールと同様にして運転され、純水30とオゾンガス25からオゾン水31を生成する。

0065

なお、本実施例においては、スパイラル型膜エレメント10の気体側流路18を流動したオゾンガス25および凝縮水8は、スパイラル型膜エレメント10の外周面が露出している筒状枠体50の窓部52から円筒形空間18aに流出し、さらに、気体排出口57から外部へ排出される。この場合、図9に示すように、筒状枠体50の外周面には突起51が設けられているため、突起51に沿って凝縮水8の流路が形成される。また、突起51が設けられた筒状枠体50をスパイラル型膜エレメント10に装着するため、ハウジングの胴部部材の内周面と筒状枠体50およびスパイラル型膜エレメント10の外周面との間の空間が広くなる。それにより、円筒形空間18aに溜まった凝縮水8は、突起51に沿って気体排出口57まで速やかに移動し、気体排出口57から速やかに排出される。

0066

以上のように、上記実施例に示すスパイラル型膜モジュールにおいては、凝縮水8を速やかに排出することが可能であるため、オゾン水31の濃度の低下およびオゾン水31への気泡の混入を防止することができる。したがって、一定濃度のオゾン水31を供給することができる。

0067

なお、上記に示す3つの実施例においては、本発明に係る気液接触膜モジュールをスパイラル型膜モジュールに適用し、このスパイラル型膜モジュールを用いてオゾン水31を生成する場合について説明したが、オゾン水31以外の気体溶解液を生成することも可能である。また、本発明に係る気液接触膜モジュールの形態は、スパイラル型以外であってもよい。

図面の簡単な説明

0068

図1本発明に係るスパイラル型膜モジュールの一実施例を示す軸方向の断面図である。
図2図1のスパイラル型膜モジュールにおけるハウジングの胴部部材の軸方向の断面図および側面図である。
図3図1のスパイラル型膜モジュールにおけるスパイラル型膜エレメントの一部切欠き傾斜図である。
図4図1中のA−A線断面図である。
図5図3のスパイラル型膜エレメントの模式的断面図である。
図6図1のスパイラル型膜モジュールの部分拡大断面図である。
図7本発明に係るスパイラル型膜モジュールの他の実施例を示す軸方向の断面図である。
図8図7のスパイラル型膜モジュールのハウジングの胴部部材の側面図である。
図9本発明に係るスパイラル型膜モジュールの他の実施例に用いる筒状枠体の軸方向の断面図および横断面図である。

--

0069

10スパイラル型膜エレメント
11気体供給管
13液体側流路材
15気体側流路材
18 気体側流路
19 液体側流路
50筒状枠体
55気体供給口
56気体溶解液出口
57気体排出口
58液体供給口
100,101ハウジング
100a,101a胴部部材
100b,100c,101b,101cキャップ部材
110 溝
111 リブ

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