JP2001246232A

JP2001246232A - ガス透過膜装置

Info

Publication number: JP2001246232A
Application number: JP2000059366A
Authority: JP
Inventors: Takushi Yokota; 琢司横田
Original assignee: Japan Gore Tex Inc
Current assignee: Japan Gore Tex Inc
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-11
Also published as: US20010035093A1

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｏリングやフランジを用いることなく、チャ
ンバーの高度な気密性を確保するとともに、配管や部品
の取り替えが容易であるシール機構を有するガス透過膜
装置を提供する。【解決手段】導入側接続管部と導出側接続管部とを有
するチャンバーと；該チャンバー内に収容され、ガス透
過性を有するチューブを複数本束ねたチューブ束と；一
方端部に液体導入または導出用配管を接続するための配
管接続部を有し、他方端部に前記チューブ束を接続する
ためのチューブ束接続部を有し、前記チャンバーの各接
続管部に嵌挿される筒状継手と；前記各筒状継手を螺合
により締め付ける締付け部材と；前記筒状継手の外周面
部に配置され、前記締付部材による締付けが行なわれる
ときに、前記接続管部との間に挿入されることにより、
前記各接続管部の気密を保持するフェルールとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス透過性を有す
るプラスチックチューブを利用して、該チューブ内を流
通する液体中に溶存しているガスの脱気、あるいは該チ
ューブ内を流通する液体内にオゾンガス、炭酸ガス等の
ガスを溶解させるための曝気に用いられるガス透過膜装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体中に溶存しているガスを脱気するた
めの脱気装置、あるいは液体内にオゾンガス、炭酸ガス
等のガスを溶解させるための曝気装置等としては、一般
にチャンバー内にガス透過性を有するプラスチックチュ
ーブの束を収容するとともに、チューブ束の両端部を、
それぞれ液体導入用配管及び液体導出用配管に接続した
装置が用いられている。

【０００３】脱気装置の場合、プラスチックチューブに
処理しようとする液体を導入し、チャンバー内を減圧す
ることにより、チューブから液体が導出されるまでの間
に、チューブ内の液体から溶存ガスが除去される。曝気
装置の場合には、プラスチックチューブに処理しようと
する液体を導入し、チャンバー内に所定の気体を充満さ
せることにより、チューブから液体が導出されるまでの
間に、チューブ内の液体に当該気体を溶解させている。
従って、脱気装置においてはチャンバー内の減圧が効率
よく行われるように、曝気装置では供給している気体が
チャンバー内から漏出しないように、チャンバーを気密
にシールすることが重要となる。

【０００４】実公平３−３７６８１号（従来技術１）
に、図１８に示すような脱気装置が開示されている。こ
の脱気装置では、チャンバー５１として、液体導入用ま
たは導出用配管が接続される各配管接続部５１ａ，５１
ｂに、夫々フランジ５１ｃ，５１ｄが形成されたものを
用いている。チャンバー５１に収容されるプラスチック
チューブ束５２としては、各プラスチックチューブ端部
の外周面を熱融着により互いに気密接合して融着一体化
し、この融着一体化部分にプラスチックスリーブ５３を
取り付けたものを用いている。各配管接続部５１ａ，５
１ｂにチューブ束５２の両端を挿入し、導入用配管５
４、導出用配管５５の各フランジ５４ａ，５５ａと各配
管接続部５１ａ，５１ｂの各フランジ５１ｃ，５１ｄを
夫々ボルトで締め付けている。フランジで締め付ける際
に、プラスチックスリーブ５３の端面にＯリング５６，
５７を介在させておくことにより、配管接続部分を気密
にシールしている。

【０００５】フランジによる部材の結合は、構造が大型
化、複雑化するとともに、配管を着脱する際に、ボル
ト、ナットを取り外して装置を分解する必要があるた
め、メンテナンスが容易でない。また、純度が高い液体
やオゾンガスのような腐食性の強いガスを扱う用途のガ
ス透過膜装置では、耐食性のある材料（例えばフッ素樹
脂）で、フランジを含めてチャンバー、配管を製造する
ことは可能であるが、装置自体が高価なものとなる。

【０００６】接液、接ガス部分を、比較的製作が簡単な
形状とすることにより、耐食性ある材料で構成したガス
透過膜装置として、特開平９−５７００９号（従来技術
２）には、図１９に示されているような脱気装置が提案
されている。この脱気装置は、配管６０とチューブ束６
２の接続を、一端にチューブ束接続部６３ａ、他端に配
管接続部６３ｂを有する接続部材６３を用いて行なって
いる。すなわち、接続部材６３をチャンバー６１の配管
取付口６１ａ（又は６１ｂ）に嵌挿し、チューブ束接続
部６３ａに形成されているフランジとチャンバー６１の
配管取付口６１ａ（又は６１ｂ）の周壁との間にＯリン
グ６４を介在させた状態で、接続部材６３の略中央部６
３ｃを固定手段６５により固定している。前記固定手段
６５は、螺合により、接続部材６３のチューブ束接続部
６３ａをチャンバー６１の壁面に密着する方向に変位さ
せるもので、Ｏリング６４の介在により、配管取付口６
１ａ（又は６１ｂ）の周壁と接続部材６３とを気密にシ
ールしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】Ｏリングは、それを挟
持している２つの部材の間で弾性変形することにより、
２つの部材間の間隙をなくすように作用するもので、ガ
ス又は液体流路のシール材として多用されている。しか
しながら、長期間使用すると弾力性が失われシール性が
低下するという問題点がある。特に、チャンバー内をオ
ゾンのような腐食性の強いガスで充満するようなガス透
過膜装置においては、フッ素系の耐食性に優れたゴムを
用いた場合であっても、Ｏリングの劣化が早いため、頻
繁に装置を分解して、Ｏリングを交換する必要がある。
例えば、オゾンガスを液体に溶解させる用途では、フッ
素ゴム系のＯリングを使用しても、ガス漏れ防止のため
には、約１年サイクルでＯリングを交換する必要があ
る。

【０００８】Ｏリングを交換可能とするためには、チャ
ンバーの配管取付口を有する上壁面を取り外し可能な構
造にしておく必要がある。従って、チャンバーの上壁面
を、溶接等の安価な接合方法により、チャンバーの収容
部分と接合することができない。結局配管取付口にフラ
ンジを設け、ボルト、ナットを用いてＯリングを挟み込
む接合方法を利用することになり、装置自体が高価なも
のとなる。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、Ｏリングやフ
ランジを用いることなく、チャンバーの高度な気密性を
確保するとともに、配管や部品の取り替えが容易である
シール機構を有するガス透過膜装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のガス透過膜装置
は、導入側接続管部と導出側接続管部とを有するチャン
バーと；該チャンバー内に収容され、ガス透過性を有す
るチューブを複数本束ねたチューブ束と；一方端部に液
体導入または導出用配管を接続するための配管接続部を
有し、他方端部に前記チューブ束を接続するためのチュ
ーブ束接続部を有し、前記チャンバーの各接続管部に嵌
挿される筒状継手と；前記各筒状継手を螺合により締め
付ける締付け部材と；前記筒状継手の外周面部に配置さ
れ、前記締付部材による締付けが行なわれるときに、前
記接続管部との間に挿入されることにより、前記各接続
管部の気密を保持するフェルールとを含む。

【００１１】前記締付け部材には、前記フェルールを、
前記筒状継手軸方向の前記チャンバー内側へ押圧する押
え部が設けられていることが好ましい。

【００１２】前記各接続管部の内周面と前記筒状継手の
外周面とが、断面Ｖ字状の溝を形成していることが好ま
しく、さらにフェルールの外周面には、前記Ｖ字状の溝
に沿うようにテーパが形成されていることが好ましい。

【００１３】また、前記フェルールのテーパ先端部には
係止部が設けられ、前記筒状継手には、前記係止部に係
合する凹部が設けられていることが好ましく、前記係止
部は鉤状であることがより好ましい。

【００１４】本発明のガス透過膜装置を脱気装置として
用いる場合には、前記チャンバーの壁面には、該チャン
バー内減圧用の排気口が設けられていて、前記フェルー
ルのテーパ先端部には係止部、好ましくは鉤状の係止部
が設けられ、前記筒状継手には前記係止部に係合する凹
部が設けられていて、両者の係合により減圧による前記
筒状継手の変位が防止されるようになっていることが好
ましい。

【００１５】本発明のガス透過膜装置を、チューブ内を
流れる液体に気体を曝気させる用途に用いる場合には、
前記チャンバーの壁面には、該チャンバー内に気体を供
給するための給気口が設けられていて、前記フェルール
の挿入方向先端部に係止部が設けられていて、前記筒状
継手の外周面に該係止部と係合する凹部が設けられてい
て、前記締付け部材には、前記フェルールを前記筒状継
手軸方向の前記チャンバー内側へ押圧する押え部が設け
られていて、前記フェルールと前記筒状継手との係合部
及び前記押え部で、前記フェルールの変位を抑制するこ
とにより、前記チャンバー内の加圧による前記筒状継手
の変位が防止されるようになっていることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガス透過膜装置の
実施形態を、図面に基づいて説明する。

【００１７】図１は、本発明のガス透過膜装置の第１の
実施形態を示す図である。このガス透過膜装置は、導入
側接続管部１Ａと導出側接続管部１Ｂとを有するチャン
バー１；該チャンバー１内に収容され、ガス透過性を有
するチューブを複数本束ねたチューブ束２；前記チャン
バーの各接続管部１Ａ，１Ｂに嵌挿され、配管７，８と
チューブ束２との接続の継手となる筒状継手３，３；前
記各筒状継手３，３を螺合により締め付ける締付け部材
４，４；前記筒状継手４，４の外周面部に配置されるフ
ェルール５，５を備えている。

【００１８】以下、各構成要素について、順に説明す
る。

【００１９】チャンバー１は、円筒状をしていて、その
上壁面に、導入側接続管部１Ａ及び導出側接続管部１Ｂ
が突設されているとともに、通気口１Ｃ，１Ｄが開設さ
れている。チャンバー１内には、前記チューブ束２が収
容されるとともに、脱気装置の場合であればチューブ束
２の周囲に減圧空間を形成し、曝気装置の場合であれ
ば、チューブ束２の周囲に曝気させたい気体を充満させ
た空間が形成される。通気口１Ｃ，１Ｄは、チャンバー
１内の空気を排出したり、チャンバー１内に所定の気体
を供給したりするための開口部であり、本発明のガス透
過膜装置では、その位置、個数は特に限定しない。尚、
チャンバーとしては、密閉容器であればよく、その形状
は不問であるが、円筒状容器が耐圧、コスト面から好ま
しく用いられる。

【００２０】各接続管部１Ａ，１Ｂの外周面には、締付
け部材４，４が螺合するためのネジが切られている。ま
た、図２に示すように、各接続管部１Ａ，１Ｂの各上端
部には、該接続管部１Ａ，１Ｂに嵌挿される筒状継手３
の外周面とＶ字状の溝９を形成するように、上端からチ
ャンバー１の外側に向けて拡径するテーパ１ａが形成さ
れている。

【００２１】チャンバー１の周壁の材質は、接触する気
体（脱気装置の場合は空気、曝気装置の場合、チャンバ
ー１内に充満させようとする気体）に耐え得るものであ
ればよく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネート、アクリル、フッ素樹脂等のプ
ラスチック材料や、ステンレス、鉄鋼等の金属材料を用
いることができる。オゾンガスのような腐食性気体がチ
ャンバー内に充満される用途では、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキ
サフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−
テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレ
ン（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶ
ＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等のフッ素
樹脂が好ましく用いられる。

【００２２】チューブ束２は、図３に示すように、ガス
透過性を有するチューブ２ａを複数本束ね、そのチュー
ブ束２の両端部が、各チューブ２ａの外周面を熱融着に
より互いに気密接合せしめて蜂の巣状の融着結合部２ｂ
とされたものである。融着結合部２ｂは、スリーブ１０
に嵌挿されるとともに、チューブ２ａの材質よりも低融
点の接着剤（例えば、ＰＴＦＥチューブの場合にはＦＥ
Ｐ接着剤）を用いてスリーブ１０と熱融着一体化されて
いる。

【００２３】各チューブ２ａは、ガス透過性を有する材
料で構成すればよく、ポリエチレン、ポリプロピレン等
のポリオレフィン、ポリウレタン、ポリアミド、シリコ
ーン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を
用いることができる。これらのうち、チューブ２ａ内を
流通する液体の種類、接触する気体の種類に対して耐食
性がある材料を適宜選択すればよい。特に、処理する液
体の純度が要求される用途や、耐薬品性が要求される用
途、オゾンガス等腐食性の高いガスを使用する用途で
は、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＣＴＦ
Ｅ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ等のフッ素樹脂は、溶出物が少な
く、耐薬品性、耐熱性、オゾンに対する耐久性に優れて
いるので、好ましく用いられる。この中でも、延伸多孔
質ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥの優れた特性と多孔性に基づく
高いガス透過性を兼ね備えているので、オゾンガスを液
体中に溶解させる用途のガス透過膜装置に用いるチュー
ブ材質として、最も好ましい。

【００２４】筒状継手３，３は、チャンバー１の導入側
接続部１Ａ及び導出側接続管部１Ｂにそれぞれ嵌挿され
ている。筒状継手３は、一側端に液体導入用配管７（又
は液体導出用配管８）を接続するための配管接続部３ａ
を有し、他側端にチューブ束２を接続するためのチュー
ブ接続部３ｂを有している。

【００２５】チューブ接続部３ｂには、チューブ束２の
両端に外嵌したスリーブ１０が嵌挿され、溶接、融着、
ネジ止め等により筒状継手３と液密に接合されている。
配管接続部３ａは、配管７（又は８）が接続できる構成
であればよく、所望により配管が螺合できるように、ネ
ジ切りされていてもよい。

【００２６】筒状継手３は、チューブ２ａを流れる液体
と接触するので、使用する液体に対して耐性がある材料
で構成する必要がある。具体的には、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ア
クリル、フッ素樹脂等のプラスチック材料や、ステンレ
ス、鉄鋼等の金属材料等から、使用する液体の種類、純
度等に応じて適宜選択すればよい。また、曝気装置の場
合には、筒状継手３はチャンバー１内に充満される気体
にも接触することになるので、当該気体に対しても耐性
を有する材料で構成することが好ましく、例えば処理す
る液体にオゾンガスを溶解させる用途では、ＰＴＦＥ、
ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、Ｐ
ＶＦ等のフッ素樹脂が、溶出物が少なく、耐薬品性、耐
熱性、オゾンガスに対する耐久性に優れているので、筒
状継手３の材料として好ましく用いられる。

【００２７】締付け部材４，４は、チャンバー１の導入
側接続管部１ｂ及び導出側接続管部１ｃ夫々に、螺合に
より取り付けられている。

【００２８】締付け部材４は、図４に示すように、導入
側接続管部１Ａ及び導出側接続管部１Ｂと螺合できるナ
ット部４ａと、ナット部４ａの上面に一体的に設けられ
たリング状天板４ｂとから構成されている。リング状天
板４ｂの内径は、ナット部４ａの内径より小さく、筒状
継手３の外径より大きい。このようなリング状天板４ｂ
は、フェルール５の挿入方向基端部５ｂに当接して、筒
状継手３軸方向のチャンバー１内側へ押圧する押え部と
して機能することができる。

【００２９】締付け部材４は、原則としてチューブ２ａ
内を流れる液体及びチャンバー１内に供給される気体の
いずれとも接触しないので、その材料は、取り付けられ
る接続管部１Ａ（又は１Ｂ）との螺合強度を確保できる
材料であればよい。従って、チャンバー１の材料にもよ
るが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリカーボネート、アクリル、フッ素樹脂等のプラ
スチック材料や、ステンレス、鉄鋼等の金属材料などの
幅広い材料を用いることが可能である。

【００３０】尚、締付け部材４としては、接続管部１Ａ
（又は１Ｂ）に螺合できるナット部４ａを有するもので
あればよく、図５に示すようにナット部４ａの上端に、
押え部として機能できる複数の凸部４ｃが、内周側に突
設したような締付け部材４′であってもよい。

【００３１】フェルール５，５は、筒状継手３，３の外
周面と各接続管部１Ａ，１Ｂの上端内周のテーパとから
形成されるＶ溝９に挿入されている。

【００３２】図６に示すように、Ｖ溝９を形成する接続
管部１Ａ，１Ｂのテーパ部１ａに沿うように、フェルー
ル５の外周面にはテーパ部５ａが形成されていて、テー
パ先端部へ進むほど肉厚が薄くなって、断面楔状となっ
ている。フェルール５のテーパ基端部（挿入方向基端
部）５ｂには、リング状の鍔が形成されていて、締付け
部材４の天板４ｂと当接できるようになっている。

【００３３】フェルール５は、テーパ先端部５ｃがチャ
ンバー側となるように、筒状継手３の外周に配置され、
締付け部材４を接続管部１Ａ（又は１Ｂ）に螺合する際
に、フェルール５の楔状先端部５ｃが、接続管部１Ａ
（又は１Ｂ）のテーパ部１ａに沿って、Ｖ溝９の先端部
に挿入されていく。このとき、締付け部材４の天板４ｂ
はフェルール５の基端部５ｂに当接し、筒状継手軸方向
のチャンバー内側へ押圧する押え部として機能すること
により、フェルール５の挿入を支援している。

【００３４】フェルール５がこのように、筒状継手３と
チャンバー１の接続管部１Ａ（又は１Ｂ）との間に挿入
されるとともに、締付け部材４の螺合により、筒状継手
３と接続管部１Ａ（又は１Ｂ）との間隙が締め付けられ
て、チャンバー１内を気密にシールすることが可能とな
る。

【００３５】Ｏリングは弾性変形により、それを挟持し
ている２つの部材間の隙間をなくしてシールするもので
あるのに対し、フェルール５は、それを挟持している２
つの部材（筒状継手３と接続管部１Ａ（又は１Ｂ））の
隙間に挿入されていくことにより、両者間の隙間をなく
してシールするものである。また、押え部の押圧により
フェルール５の挿入が支援されることから、フェルール
５は押圧力が伝達されるものであることが好ましい。従
って、フェルール５の材料としては、弾性変形しにくい
材料で、しかもチャンバー１内の気体と接触する部分で
あるから、当該気体に耐え得る材料を用いる。具体的に
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリカーボネート、アクリル、フッ素樹脂等のプラスチ
ック材料や、ステンレス、鉄鋼等の金属材料のうち、接
触する気体の種類に応じて選択すればよい。液体をオゾ
ンガスに曝気させる用途では、筒状継手３と同様に、オ
ゾンガスに対する耐久性に優れているＰＴＦＥ、ＦＥ
Ｐ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ
等のフッ素樹脂が好ましく用いられる。

【００３６】以上のように構成されているガス透過膜装
置は、以下のようにして使用される。

【００３７】各筒状継手３の配管接続部３ａに液体流通
用配管７（又は８）を接続し、導入側に接続された配管
７から液体を供給して、各チューブ２ａ内に液体を流通
させる。脱気装置として用いる場合には、チャンバー１
の周壁に開設された通気口１Ｃに真空ポンプを接続し、
チャンバー１内を減圧すればよい。通気口１Ｄは通常閉
じておいて、チューブやチューブ束接続部から漏水が発
生した場合の排水口として使用すればよい。チャンバー
１内の減圧により、ガス透過性のチューブ２ａを介して
チューブ２ａを流通する液体の溶存ガスが脱気される。
曝気装置として用いる場合には、チャンバー１の周壁に
開設された通気口１Ｃ又は１Ｄにガス供給装置を接続
し、ガス供給装置からチャンバー１内へ所定の気体を供
給することにより、チューブ２ａを所定の気体雰囲気に
曝せばよい。気体はガス透過性チューブ２ａを透過して
チューブ２ａ内に入り込み、チューブ２ａ内に流通する
液体に溶解する。尚、通気口の残りの一方は、チャンバ
ー１内の空気を排出するための排気口として使用する。

【００３８】脱気用、曝気用いずれの場合も、チャンバ
ー１内は、締付け部材４の締付けにより、フェルール５
が筒状継手３と接続管部１Ａ（又は１Ｂ）との間に挿入
されることにより気密にシールされる。つまりフェルー
ル５は、Ｏリングのように、締付けによる劣化、これに
よるシール性の低下がほとんどないので、シールの耐久
性に優れる。また、締付け部材４で増し締めする場合で
も、フェルール５が筒状継手３と接続管部１Ａ（又は１
Ｂ）のＶ溝９のさらに先端部に挿入されるだけであるか
ら、フェルール５を破壊することなく、シール性を保持
することができる。さらに、本発明のシール部分は、長
期間、部品の取り替えを行なわなくても使用可能である
から、チャンバーの上壁面と収容部分とを、溶接等の簡
単な方法により接合することができる。

【００３９】さらにまた、本発明のガス透過膜装置を曝
気装置として用いる場合、チャンバー１内は供給される
気体により加圧された状態となるため、シール材たるフ
ェルール５をチャンバー外側（挿入方向基端側）へ押し
出そうとする力が作用することになる。しかしながら、
図１に示すように、押え部を有する締付け部材を用いた
実施形態では、フェルール５の挿入方向基端部５ｂの鍔
が締付け部材４の天板４ｂに当接されているため、フェ
ルール５が押し出される方向に変位することが抑制さ
れ、ひいては筒状継手３の変位が防止されて、気密性を
保持することができる。

【００４０】尚、本発明のガス透過膜装置に用いられる
フェルールは、図６に示すような形状に限定されない。
例えば、挿入方向基端部が肉厚の材料で構成されている
場合には、図７に示すように、鍔のないものであっても
よい。また、先端部を楔状とすること、外周面全体にわ
たってテーパが形成されることは必須ではなく、図８
（ａ）に示すように円環状であってもよいし、図８
（ｂ）に示すようにフェルールの上方（挿入方向基端
側）の外周面にだけテーパを形成したものであってもよ
い。さらに、図９に示すように、フェルールの挿入方向
先端部にに鉤状の係止部１５ｄ又は１５′ｄが設けられ
ていてもよいし、図１０に示すように、テーパ先端部が
肉厚の平坦状となっていて、内周側の下端縁部が係止部
２５ｄとして作用するものでもよい。

【００４１】図１１は、鉤状の係止部１５ｄを有するフ
ェルール１５を用いた場合のガス透過膜装置の導入側接
続管部付近を示す図である。このようなシール構造を有
するガス透過膜装置は、特に脱気用に適している。

【００４２】チャンバー１の導入側接続管部１Ａに筒状
継手１３が嵌挿され、導入側接続管部１Ａの外周には締
付け部材４が螺合により嵌合されている。接続管部１Ａ
の上端内周部は、図１の場合と同様に筒状継手１３の外
周面とＶ字状溝９′を形成するように、テーパ部１ａが
形成されている。フェルール１５は、筒状継手１３と接
続管部１Ａとから形成されているＶ字状溝９′に挿入さ
れ、接続管部１Ａのテーパ部１ａに沿うように、フェル
ール１５の外周面はテーパ１５ａを形成している。そし
て、フェルール１５のテーパ先端に鉤状の係止部１５ｄ
が形成されている。一方、筒状継手１３の外周面には、
フェルール１５の鉤状係止部１５ｄに係合できる凹部１
３ｄが形成されている。

【００４３】フェルールの鉤状係止部１５ｄは、その形
状、凸部高さＨは特に限定しないが、好ましくは凸部の
高さＨが０．１〜５ｍｍ程度、より好ましくは０．５〜
３ｍｍ程度である。

【００４４】筒状継手１３の凹部１３ｄの形状は、フェ
ルール１５の係止部１５ｄと噛み合うような形状である
ことが最も好ましいが、係止部１５ｄと係合できる形状
であればよい。例えば、図１２（ａ）に示すように断面
コ字状の凹部１３ｄであってもよいし、図１２（ｂ）に
示すように、フェルールの挿入方向基端部に向けて先窄
まりのテーパが形成されるような凹部１３ｅであっても
よい。いずれの場合も、筒状継手１３とフェルール１５
との係合により、シール機能が高まるだけでなく、チャ
ンバー１内の減圧により筒状継手１３がチャンバー１内
へ変位することが防止されるので、脱気用途の場合、特
に高度で耐久性のあるシール性を発揮できる。

【００４５】尚、凹部の深さＤは装置、筒状継手１３の
厚み等により適宜選択すればよいが、筒状継手１３の変
位防止の観点からは、０．１〜７ｍｍ程度とすることが
好ましく、より好ましくは０．５〜５ｍｍ程度である。
また、凹部１３ｄは、筒状継手１３の全周にわたって形
成される溝であってもよいし、係止部１５ｄがフェルー
ルの適宜位置に形成されているだけの場合には、その係
止部１５ｄに相応するように、筒状継手１３の外周面の
適宜位置に形成されているだけでもよい。

【００４６】尚、筒状継手とチューブ束との接続は、図
１では溶接又は融着により液密に接続されていたが、図
１１に示す態様では、スリーブ１０の外周部と筒状継手
１３との間に第２のフェルール２６（これを「チューブ
束用フェルール」と称して、筒状継手と接続管部との間
に挿入されるフェルールと区別する）を挿入し、チュー
ブ束接続部１３ｂの外周を第２の締付け部材２７（これ
を「チューブ束用締付け部材」と称して、配管接続部で
用いられる締付け部材と区別する）で締め付けることに
より、液密にシールしている。

【００４７】図１３は、図１０に示すフェルール２５を
用いた場合のガス透過膜装置の接続管部付近を示す図で
ある。フェルール２５の下端縁部の係止部２５ｄと筒状
継手２３との係合部分は、図１４に示すようになってい
る。図１３において、図１１と共通の部分については、
同じ符号を付すことにより説明を省略する。このような
シール構造は、以下のように、特にチャンバー内が加圧
された状態となる用途に適している。

【００４８】すなわち、筒状継手２３の外周面には、係
止部２５ｄがチャンバー内側へ挿入され易いように、フ
ェルールの挿入方向に向けて先窄みのテーパを有する凹
部２３ｄが設けられている。従って、筒状継手２３の凹
部２３ｄとフェルールの係止部２５ｄとが係合すること
により、フェルール挿入方向基端側（チャンバー外側）
へ筒状継手２３が変位すること、ひいてはチャンバー１
内の加圧によるシールの緩みを抑制できる。特に、天板
４ｂを有する締付け部材４を用いた場合、フェルール２
５の基端部２５ｂが天板４ｂに当接するため、フェルー
ル挿入方向にフェルール２５が押圧された状態となる。
つまり、天板４ｂがフェルール２５のストッパーとして
作用して、フェルール２５自体が挿入方向基端側（チャ
ンバー外側）に変位することが抑制される。フェルール
２５の変位抑制により、さらに筒状継手２３の変位が抑
制されるので、チャンバー１内が加圧される仕様におい
て、高度なシール性を保持することができる。

【００４９】尚、本発明のガス透過膜装置は、図１のよ
うに、チューブ束２を収容するタイプに限定されず、図
１５に示すように、向かい合ったチャンバー壁面に導入
側接続管部及び導出側接続管部を設けたチャンバー１′
に、チューブ束２をＩ字状に収容するタイプのガス透過
膜装置であってもよい。オゾンガスのように重い気体を
曝気させるような用途では、ガスを均一にチューブに接
触させるために、図１５に示すような構成で、底壁面に
開設された通気口１′Ｄから気体を供給し、上壁面に開
設された通気口１′Ｃから排気するようにして使用する
ことが好ましい。

【００５０】また、本発明のガス透過膜装置は、上記の
ようにチューブ内に液体を流通させ、チューブ外に該当
するチャンバー内を気相空間とする仕様に限定されず、
チューブ外に該当するチャンバー内に液体を流通させ、
チューブ内にガスを流通又は真空としておく仕様にも適
用できる。

【００５１】

【実施例】以下、本発明のガス透過膜装置を脱気に利用
した場合、及び供給気体としてオゾンを用いて曝気に利
用した場合の気密性を、具体的に説明する。

【００５２】〔脱気装置〕外径１４０ｍｍ、長さ３００
ｍｍの円筒状ポリプロピレン製チャンバー内に、ＰＴＦ
Ｅチューブ（内径１．０ｍｍ、外径１．８ｍｍ、長さ５
ｍ）１９本を束ねたチューブ束を収容し、図１１に示し
たシール構造を備えたガス透過膜装置を用いた。筒状継
手、フェルールはＰＴＦＥ製であり、締付け部材はポリ
プロピレン製のものを用いた。

【００５３】上記のようなガス透過膜装置を、図１６に
示すような脱気システムに接続した。すなわち導入側接
続管部１Ａに嵌挿された筒状継手３に取り付けた配管に
は、タンクから、ポンプにより、脱気しようとする液体
が導入される。導出側接続管部１Ｂに嵌挿された筒状継
手３に取り付けた配管の途中に溶存酸素計（セントラル
科学（株）社製ＵＣ−１２）が取付けられ、脱気装置か
ら導出される液体中に含まれる溶存酸素の濃度を測定で
きるようになっている。チャンバー１に開設された通気
口１Ｃは真空ポンプに接続され、真空ポンプの稼動によ
り、チャンバー１内を減圧できるようになっており、チ
ャンバー１内の真空度は真空圧力計で測定されている。
このような配管システムにおいて、液体導出側のライン
に設置されている電磁弁を閉じることにより、給水用ポ
ンプから電磁弁に至るラインに水圧を加えることができ
る。

【００５４】この配管システムにおいて、まずガス透過
膜装置の液体導出側を塞いだ状態で、タンクからチュー
ブ束に給水し、０．２ＭＰａ（ゲージ圧）の水圧をかけ
た。圧力をかけたまま１０分間放置したが、チャンバー
１の排水口からの漏水は認められず、給水配管からチュ
ーブ束に至るラインは、水密にシールされている事を確
認した。次に、真空ポンプを稼動してチャンバー内を真
空引きし、１３ｋＰａに達した事を確認し、真空圧力計
と真空ポンプの間のバルブを閉じてから１０分間放置し
た。この間、真空圧力計の値は変動せず、真空ポンプに
接続されている通気口が気密にシールされている事を確
認した。

【００５５】（１）溶存酸素の測定による脱気効率：水
温２５℃、溶存酸素濃度８．１ｐｐｍの水道水を５０ｃ
ｃ／ｍｉｎの速度で給水するとともに、チャンバー内の
真空度７ｋＰａで脱気した。排出された水の溶存酸素濃
度は、４．６ｐｐｍであり、脱気が良好に行われている
ことがわかる。

【００５６】次に、水道水に代えて、界面活性剤を１質
量％含有する水道水を導入したところ、排出された水の
溶存酸素濃度は、４．８ｐｐｍであった。

【００５７】次に、室温の超純水（比抵抗１７．３ＭΩ
・ｃｍ）を、流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、チャンバー内の
真空度１３ｋＰａとして、脱気を行なった。排出された
純水の比抵抗は、１７．１ＭΩ・ｃｍであり、純水の比
抵抗に殆ど影響を与えないこと、すなわちこの脱気装置
から金属イオン等の溶出がないことを確認できた。尚、
超純水比抵抗の測定は、電気化学計器（株）社製ＨＥ
Ｃ−１１０を使用して行った。

【００５８】次に、２５℃の９８％エチルアルコール
（脱気前の溶存酸素濃度８．１ｐｐｍ）を流量５０ｃｃ
／ｍｉｎで供給し、チャンバー内の真空度７ｋＰａとし
て、脱気を行なった。排出されたエタノールの溶存酸素
濃度は、６．１ｐｐｍと良好な値であった。

【００５９】いずれの場合も良好に脱気することがで
き、このガス透過膜装置は気密にシールされていること
がわかる。

【００６０】（２）シールの耐久性：チャンバー内の真
空度を１３ｋＰａとし、電磁弁の開時間１秒、閉時間２
秒を１サイクルとし、チューブ束に界面活性剤１．０質
量％含有する水道水（室温）を流しつづけて、３００万
サイクルの運転を行った。液圧は、電磁弁の開閉により
０〜０．４ＭＰａ（ゲージ圧）に変化させた。

【００６１】３００万サイクル運転中、チャンバー内の
真空度に変化なく、排出されてくる水道水中の溶存酸素
は、ほとんど変化しなかった。従って、気密にシールさ
れ、脱気が良好に行われ続けたことがわかる。

【００６２】〔オゾン溶解装置〕外径１４０ｍｍ、長さ
３００ｍｍのＰＶＤＦ製チャンバー１に、ＰＴＦＥ多孔
質チューブ（内径２．０ｍｍ、外径３．０ｍｍ、長さ
１．３５ｍ）６１本を束ねたチューブ束を収容し、図１
３に示したシール構造を備えたガス透過膜装置をオゾン
溶解装置として利用した。尚、この装置には、ＰＴＦＥ
製筒状継手、ＰＴＦＥ製フェルール、ＰＶＤＦ製締付け
部材を用いている。

【００６３】このガス透過膜装置において、液体導出側
を塞いだ状態で、イオン交換水タンクからチューブ束に
給水し、水圧０．２ＭＰａ（ゲージ圧）とした。この状
態で１０分間放置したところ、チャンバー１に開設され
た下方側の通気口からの漏水はみとめられず、給水配管
からチューブ束に至るラインは、水密にシールされてい
る事を確認した。次に、エアー圧０．２ＭＰａ（ゲージ
圧）となるまで、通気口から空気を供給した後、通気口
を閉じ、加圧状態にあるチャンバー１を水中に浸漬し
た。チャンバー１からのエアー漏れは認められず、チャ
ンバー１内が気密にシールされていることを確認した。

【００６４】このガス透過膜装置を、図１７に示すシス
テムに組み込んだ。すなわち、オゾンガス発生器から、
ガス透過膜装置の下方側の通気口を介してチャンバー１
内にオゾンガスが導入され、上方側の通気口からチャン
バー１内の空気を排出させることにより、チャンバー１
内がオゾンで充満されるようにしている。尚、排出され
たオゾンは、オゾンガス分解装置で分解されて無害化し
ている。一方、導入側接続管部１Ａに嵌挿された筒状継
手３に取り付けた配管には、タンクからポンプによりイ
オン交換水がチューブ束へ給水される。導出側接続管部
１Ｂに嵌挿された筒状継手３に取り付けた配管の途中に
はオゾン水濃度計が取付けられていて、オゾンガス溶解
装置から導出される水中に含まれるオゾン濃度を測定で
きるようになっている。

【００６５】（１）オゾンの溶解：上記システムを用い
て、ガス透過膜装置に、流量５Ｌ／ｍｉｎでイオン交
換水（水温２５℃）を給水し、水圧２００ｋＰａ（ゲー
ジ圧）でチューブ内に水を流した。一方、オゾン発生器
から、オゾン濃度２００ｇ／ｍ³（ノルマル）、オゾン
ガス圧力１５０ｋＰａ（ゲージ圧）、オゾンガス流量３
Ｌ／ｍｉｎの条件で、チャンバー内にオゾンガスを供給
した。オゾンガス溶解装置から導出される水中のオゾン
濃度を測定したところ、１８ｐｐｍであった。水がチュ
ーブ内を流れている間に、チャンバー内のオゾンガスが
チューブを透過して、水中に溶解したことがわかる。
尚、オゾン発生器からのオゾン濃度はＩＮＵＳＡ社製
ｇＦＦＯＺ＋ｍｉｎｉＳＣＩを用いて測定し、水中溶存
オゾン濃度はＩＮＵＳＡ社製ｄＦＦＯＺ＋ｍｉｎｉＳ
ＣＩを用いて測定した。

【００６６】（２）シールの耐久性：次に、このガス溶
解装置を前記条件で２年間連続運転した。ガス溶解装置
のチャンバー外側にオゾンガス濃度計を設置して、オゾ
ンガスの漏れをモニターしたが、２年間の間１度もオゾ
ンガスの漏れは検出されず、装置のシールの気密性が損
なわれていないことがわかる。

【００６７】

【発明の効果】本発明のガス透過膜装置は、高い気密性
を有し、しかもシールの耐久性は、Ｏリングを用いた場
合よりもはるかに優れる。従って、長期間の連続運転が
可能である。よって、定期的に部材を交換する必要がな
いので、チャンバーをはじめとする部材を、溶接等の簡
単な方法で接合したものを使用することができる。

【００６８】また、接液、接ガス部分の部材のすべてを
フッ素系樹脂製とし、部材を溶接で接合することによ
り、強酸、強アルカリ等の薬液やオゾンガスといった腐
食性の処理液体、処理ガスを用いるガス透過膜装置を、
コストアップを招くことなく、提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス透過膜装置の第１実施形態の構成
を示す断面図である。

【図２】第１実施形態のガス透過膜装置のシール部分の
拡大図である。

【図３】チューブ束の構成を示す模式図である。

【図４】締付け部材の部分破断図である。

【図５】締付け部材の他の実施例を示す図である。

【図６】第１実施形態で用いたフェルールの拡大図であ
る。

【図７】フェルールの他の実施例を示す図である。

【図８】フェルールの他の実施例を示す図である。

【図９】鉤状の係止部を有するフェルールの断面図であ
る。

【図１０】係止部を有するフェルールの他の実施例を示
す図である。

【図１１】図９のフェルールを用いたガス透過膜装置の
シール部分の拡大図である。

【図１２】図１１の筒状継手とフェルールの係合部分の
拡大図である。

【図１３】図１０のフェルールを用いたガス透過膜装置
のシール部分の拡大図である。

【図１４】図１３の筒状継手とフェルールの係合部分の
拡大図である。

【図１５】本発明のガス透過膜装置の他の実施形態を示
す図である。

【図１６】実施例で用いたガス透過膜装置の脱気用シス
テムを示すブロック図である。

【図１７】実施例で用いたガス透過膜装置のオゾン溶解
用システムを示すブロック図である。

【図１８】従来の脱気装置の構成を示す図である。

【図１９】従来の脱気装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１，１′ チャンバー１Ａ導入側接続管部１Ｂ導出側接続管部１Ｃ，１Ｄ通気口２チューブ束２ａチューブ３筒状継手３ａ配管接続部３ｂチューブ束接続部４，４′ 締付け部材４ａナット部４ｂ，４ｃ押え部５フェルール５ａテーパ部５ｂ基端部５ｃ先端部９Ｖ溝１３筒状継手１３ｄ，１３ｅ凹部１５，フェルール１５ｄ，１５′ｄ係止部２３筒状継手２３ｄ凹部２５フェルール２５ｄ係止部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導入側接続管部と導出側接続管部とを有
するチャンバーと、該チャンバー内に収容され、ガス透過性を有するチュー
ブを複数本束ねたチューブ束と、一方端部に液体導入または導出用配管を接続するための
配管接続部を有し、他方端部に前記チューブ束を接続す
るためのチューブ束接続部を有し、前記チャンバーの各
接続管部に嵌挿される筒状継手と、前記各筒状継手を螺合により締め付ける締付け部材と、前記筒状継手の外周面部に配置され、前記締付部材によ
る締付けが行なわれるときに、前記接続管部との間に挿
入されることにより、前記各接続管部の気密を保持する
フェルールとを含むガス透過膜装置。
【請求項２】前記締付け部材には、前記フェルール
を、前記筒状継手軸方向の前記チャンバー内側へ押圧す
る押え部が設けられている請求項１に記載のガス透過膜
装置。
【請求項３】前記各接続管部の内周面と前記筒状継手
の外周面とが、断面Ｖ字状の溝を形成している請求項１
又は２に記載のガス透過膜装置。
【請求項４】前記フェルールの外周面には、前記Ｖ字
状の溝に沿うようにテーパが形成されている請求項３に
記載のガス透過膜装置。
【請求項５】前記フェルールのテーパ先端部には係止
部が設けられ、前記筒状継手には、前記係止部に係合す
る凹部が設けられている請求項１〜４のいずれかに記載
のガス透過膜装置。
【請求項６】前記係止部は鉤状である請求項５に記載
のガス透過膜装置。
【請求項７】前記チャンバーの壁面には、該チャンバ
ー内減圧用の排気口が設けられていて、前記筒状継手の凹部に前記フェルールの係止部が係合す
ることにより、減圧による前記筒状継手の変位が防止さ
れる請求項５または６に記載のガス透過膜装置。
【請求項８】前記チャンバーの壁面には、該チャンバ
ー内に気体を供給するための給気口が設けられていて、前記フェルールの挿入方向先端部に係止部が設けられて
いて、前記筒状継手の外周面に、該係止部と係合する凹部が設
けられていて、前記フェルールと前記筒状継手との係合部及び前記締付
け部材の押え部で、前記フェルールの変位を抑制するこ
とにより、前記チャンバー内の加圧による前記筒状継手
の変位が防止される請求項２に記載のガス透過膜装置。