JP4522004B2 - Filter module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の流体を含む混合流体から特定の流体のみを透過、分離できる流体分離フィルタを備えたフィルタモジュールに関し、とりわけ流体分離性能が高いフィルタモジュールに関する。
【0002】
【従来技術】
従来、複数の流体を含有する混合流体から特定の流体を選択的に透過、分離することのできる流体分離フィルタを備えたフィルタモジュールが知られており、かかる流体分離フィルタとしては、高分子樹脂等の有機材料またはセラミックス等の多孔質体表面に被着形成された金属膜や無機酸化物膜が用いられている。
【0003】
この種のモジュールとしては、例えば、特開平4−71566号公報に開示されるようなハニカム状構造体の隔壁によって囲まれた流体流路に接触する前記隔壁表面にフィルタ管を形成したものや、円筒体内の長手方向に多数の貫通孔を形成し流体流路とした、いわゆるモノリスタイプのモジュールが知られており、かかるモジュールは、流体通路に被処理流体を流すとともに、特定の流体のみが隔壁内を拡散、移動することによってフィルタにて特定の流体のみを透過し、構造体の外周面から構造体外へ透過されることによって前記特定の流体を分離するものである。
【0004】
また、別のモジュールとして、図4に示すように、中空管状の流体分離フィルタ管(以下、フィルタ管と略す。)32複数本の両端を、支持部材35に設けられた複数の穴に挿入、固定し、前記フィルタ管の収束体33を形成し、これをハウジング34内に収納、固定するフィルタモジュール31が知られている。
【0005】
かかるフィルタモジュール31では、ハウジング34の一方の端面の中心で、かつ前記収束体33の端面に向かって平行に設けられた被処理流体供給口38からフィルタ管32の内部に被処理流体を供給するとともに、流体分離フィルタ管32にて前記特定の流体がフィルタ管32内を拡散、移動してフィルタ管32の他の表面へ透過し、透過流体排出口40からフィルタモジュール31外へ排出、回収されるとともに、残部流体をハウジング34の他端に設けられた残部流体排出口39から系外へ排出することによって前記特定の流体を分離する方法が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のフィルタモジュール31の構造では、図5の流体の流れを説明するための模式図から明らかなように、被処理流体供給口38からハウジング34内に供給された流体が直接収束体33端面に向かって衝突するような構造であるために、各フィルタ管32への流体の供給量が不均一となり直接流体が管内へ流れ込む中央部に比べて、端部に位置するフィルタ管32への流体供給量が少なくなる結果、端部に位置するフィルタ管32での流体分離効率が著しく低下して、モジュール全体での流体の分離性能が低下するという問題があった。
【0007】
本発明は上記課題に対してなされたもので、その目的は、収束体のフィルタ管内への被処理流体の供給量を均一化することにより、高い流体分離効率および分離性能を有するフィルタモジュールを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題に対し、フィルタモジュールの流体供給口の構造について検討した結果、複数本のフィルタ管を束ねた収束体のうち、中心部に位置するフィルタ管の内径を端部に位置するフィルタ管の内径よりも小さくすることによって、中心部に位置するフィルタ管内部への流体の流入抵抗を大きくすることにより、被処理流体の流れを変えて収束体の各フィルタ管内への被処理流体の供給量を均一化することによって、端部に位置するフィルタ管の流体分離効率を低下することなく各フィルタ管に均一に被処理流体を導入することができ、フィルタ管全体としての分離性能を高めることができる結果、フィルタモジュール全体の流体分離性能を向上することができることを知見した。
【0009】
すなわち、本発明のフィルタモジュールは、筒状をなし、一端面に被処理流体供給口を、側壁面に透過流体排出口を、他端面に残部流体排出口をそれぞれ有するハウジング内に、長尺中空管状からなり管内に複数種の流体を含有する被処理流体から特定の流体のみを透過して、分離することのできるフィルタ管を複数本収束した収束体を収納し、前記被処理流体供給口から系内に被処理流体を供給し、該被処理流体をそれぞれの前記フィルタ管内に導入させて、前記被処理流体中の特定の流体を前記フィルタ管の外面側に透過、分離し、該透過した流体を前記透過流体排出口から系外に排出するとともに、残部流体を前記残部流体排出口から系外へ排出するようになっており、かつ前記被処理流体供給口が、前記被処理流体を前記収束体のうち端部に位置するフィルタ管よりも中心に位置するフィルタ管に多く供給するように設けられているフィルタモジュールであって、前記中心に位置するフィルタ管の内径が、前記端部に位置するフィルタ管の内径よりも小さいことを特徴とするものである。
【0010】
ここで、前記収束されたフィルタ管のうち、中心に位置するフィルタ管の内径r1の端部に位置するフィルタ管の内径r2に対する比(r1/r2)が0.5〜0.9であることが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明のフィルタモジュールの一例について、その概略断面図である図1を基に説明する。
図1によれば、フィルタモジュール1は筒状のハウジング2内に長尺中空管状からなるフィルタ管4を複数本、例えば4本以上、特に10本以上、さらに30本以上収束した収束体5を収納されている。ここで、フィルタ管4は複数種のガスまたは液体の混合物である被処理流体をフィルタ管4の管内(内面側)に供給し、フィルタ管4の壁面にて特定の流体のみをフィルタ管4の管外(外面側)に選択的に透過して分離することができるものである。
【0012】
また、図1によれば、収束体5(複数のフィルタ管4)の両端は支持部材6を貫通して固定、収束され、少なくとも一方の支持部材6にてハウジング2内側面に固定されており、さらに、所望により、支持部材6は止め具やガスケット(図示せず)等を介してハウジング2の端面に固定、封止されている。
【0013】
さらに、筒状のハウジング2には、その一端面に被処理流体供給口8と、ハウジング2の側壁面に透過流体排出口9と、ハウジング2の他端面に残部流体排出口10とが形成されている。また、透過流体排出口9は、ハウジング2の側壁面で支持部材6、6間の位置に1つ設けられているが、流体分離効率を高める上では被処理流体供給口8形成面に近い位置に設けられることが望ましく、また、複数設けられてもよい。
【0014】
そして、フィルタモジュール1によれば、被処理流体供給口8から被処理流体を系内(ハウジング2内)へ供給し、該被処理流体を収束体5のそれぞれのフィルタ管4の管内に導入して、被処理流体がフィルタ管4の管内を通過しつつ内面から外面へ特定の流体が選択的に透過する。該透過流体は透過流体排出口9から系外(ハウジング2外)へ排出され、また、フィルタ管4内を素通りした残部流体は残部流体排出口10から系外(ハウジング2外)へ排出される。
【0015】
本発明によれば、図2に示すように、収束体5にて収束されるフィルタ管4のうち、収束体5の中心部に位置するフィルタ管(以下、中心のフィルタ管と略す。)4aの内径が端部に位置するフィルタ管(以下、端部のフィルタ管と略す。)4bの内径よりも小さいことが大きな特徴であり、これによって、中心のフィルタ管4a内へ供給される流体の流入抵抗が端部のフィルタ管4b内部のそれと比較して相対的に大きくできる。
【0016】
一方、フィルタモジュール1においては、図3の被処理流体の流れを説明するための模式図に示すように、被処理流体供給口8から供給された被処理流体(図中の矢印)が、端部のフィルタ管4bよりも中心のフィルタ管4aの端部に多く供給されるが、上記のように中心のフィルタ管4aの流入抵抗が端部のフィルタ管4bの流入抵抗よりも大きいことから、結果的に中心のフィルタ管4aおよび端部のフィルタ管4bのいずれのフィルタ管4にも均等に被処理流体を導入することができる。
【0017】
なお、本発明によれば、前記収束されたフィルタ管4のうち、中心のフィルタ管4a内への被処理流体の導入量p1と、端部のフィルタ管4bへの被処理流体の導入量p2との比(p2/p1)が0.5〜2、特に0.8〜1.2であることが望ましい。
【0018】
これによって、各フィルタ管4への流体の導入量を均一化し、特にフィルタ管4を透過する透過流体の抜けが速く高い流体分離効率を有する端部のフィルタ管4bへの流体の導入量を増して、フィルタ管4全体としての流体分離性能を高めることができる。
【0019】
すなわち、前記収束体の中心のフィルタ管4aと端部のフィルタ管4bの内径が同じ、さらには収束体5中のフィルタ管4の内径がすべて同じである場合には、被処理流体供給口8から系内に供給された被処理流体が直接収束体5に衝突する際、例えば、被処理流体供給口8内面の最大幅(内径)R1が6〜10mmであり、一方、収束体5の被処理流体供給口8と相対する端部の最大幅(直径)R2が15mm以上、特に30mm以上、さらに40mm以上と、被処理流体供給口8と収束体5の幅に差があるために、被処理流体供給口8からハウジング2内に供給された流体の分布のムラに起因して、内部のフィルタ管4aへの導入量に対して端部のフィルタ管4bへの導入量が小さくなってしまい、流体分離効率の高い端部のフィルタ管4bでの流体分離効率が低下する結果、フィルタモジュール1全体の流体分離効率が低下する。
【0020】
なお、本発明によれば、被処理流体供給口8内面の最大幅(内径)R1と収束体5の被処理流体供給口8と相対する端部の最大幅(直径)R2との比(R2/R1)が1.5以上、特に2.0以上である場合に特に有効であり、また、被処理流体供給口8から同じ流量の流体が供給される場合で比較すると、同じ各フィルタ管4の内径(r1およびr2)が5mm以下、特に2mm以下、さらには1.2mm以下で、フィルタ管4内へ流体を導入する際の流入抵抗が高い場合に特に有効である。
【0021】
また、本発明によれば、収束体5中の複数本のフィルタ管4の内径は中心から端部へ向かって連続的または段階的に大きく形成されていることが望ましい。
【0022】
さらに、本発明によれば、被処理流体としては液体または気体が挙げられ、複数種の気体および/または液体から特定の気体および/または液体のみをフィルタ管4にて選択的に透過して分離する際に特に有効である。
【0023】
また、フィルタモジュール1によれば、流体分離効率を高めるために、透過流体排出口9の外部に真空ポンプ等を設置してフィルタ管4の外面側の流体の濃度を低下させてフィルタ管4の両表面に差圧を設けておくことも可能である。
(他の形態)
なお、図1、2では収束体中のフィルタ管の内径を調整することによって被処理流体の流れを変える方法であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、フィルタモジュール1の横断面において、
(1)被処理流体供給口8の壁面の外挿線(2本とも)が収束体5の外側に位置するように配設する、具体的には、被処理流体供給口8を収束体5に対して斜めに形成するか、あるいはハウジング2の側壁面に形成したもの、
(2)ハウジング2の端面または被処理流体供給口8の壁面形状をテーパー状または内部に向かって凸をなすテーパー状としたもの、
(3)被処理流体供給口8と収束体5との間に被処理流体を撹拌する撹拌部材を取り付けたもの
(4)被処理流体供給口8と収束体5との間に邪魔板を配設したもの
であってもよく、いずれも場合でも被処理流体の流れを変えて、収束体5の各フィルタ管4へ被処理流体を均一に導入することができる。
(フィルタの構造)
また、本発明によれば、フィルタ管4の内径は流体の導入抵抗が高くなる5mm以下の場合に特に有効であり、さらに、機械的強度および分離性能の点で0.5〜5mm、肉厚0.3〜1mmであることが望ましい。
【0024】
また、フィルタ管4は有機樹脂や繊維、セラミックス等が使用でき、特に耐熱性、耐薬品性、系内の圧力に対しても変形しない強度の点で、例えば気孔率20%以上の多孔質のアルミナ、ジルコニア、シリカ、コーディライト、ムライトおよびチタニアの群から選ばれる少なくとも1種が好適である。
【0025】
さらに、機械的強度および流体分離効率の点で、フィルタ管4は気孔径の異なる複数の多孔質層にて形成されていてもよく、例えば、気孔率20%以上、平均気孔径0.05〜2μm、表面粗さ2μm以下の支持管の表面に、平均気孔径が1〜10nm、膜厚が0.05〜5μmの分離膜を被着形成したものであることが望ましい。また、前記分離膜の成膜性を向上させ、薄く均一な分離膜を形成するために、所望により、前記支持管と前記分離膜との間に両者の間の気孔径を有する中間層を設けてもよい。なお、前記分離膜は前記支持管の内表面または外表面のいずれに形成されていてもよい。
【0026】
また、支持部材6は、緻密なアルミナ、シリカ、コーディライト、フォルステライト、ステアタイト、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、ガラス等から選ばれる少なくとも1種からなるが、フィルタ管4との熱膨張率が熱膨張率±1×10-6/℃以内で近似していることが望ましい。
【0027】
さらに、ハウジング2は、耐熱性のガラス、ステンレス等の金属、アルミナやジルコニア等のセラミックス等の流体を透過しない部材によって形成され外部から気密に封止されるものであるが、耐熱衝撃性が高いことが望ましく、また、ハウジング4内を加圧または減圧する場合には機械的強度の高いステンレス等の金属が好適であり、特に円筒等の概略管状体からなることが望ましい。
【0028】
【実施例】
(実施例1)
純度99.9%、平均粒径0.1μmのアルミナ粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤、可塑剤および水を添加、混合し、押出成形にて管状の成形体を作製した後、1200℃にて焼成して、肉厚が0.5mm、長さ30cmで、平均粒径0.2μm、気孔率39%を有するαアルミナからなる支持管を37本作製した。なお、各支持管の内径については、フィルタ収束体の外周をなす30本を1.0mm、その内側の6本を0.9mm、収束体の中心1本を0.75mmとして形成した。また、その両端部内に溶解したワックスをディッピングによって充填し、支持管の外周部に被着したワックスはふき取って除去し、ワックスが硬化する温度に冷却した。
【0029】
一方、純度99.9%、平均粒径0.1μmのアルミナ粉末に対して、所定の有機バインダ、潤滑剤を添加、混合し、プレス成形にて板状の成形体を作製した後、穿孔加工によって貫通孔を37個形成し、1600℃にて焼成して、直径43mmで、上記支持管を挿入固定する貫通孔を37個有する支持部材を作製した。
【0030】
また、平均粒径2μmのホウケイ酸ガラス(SiO2−Al2O3−CaO−BaO−SrO−B2O3)ガラスに有機バインダ、溶剤を添加、混合した封止剤ペーストを作製した。なお、ペーストの粘度は30Pa・sであった。
【0031】
そして、前記支持管37本を前記支持部材に形成した貫通孔に挿入し、前記封止剤ペーストを充填した後、1100℃に加熱して封止剤にて支持管と支持部材とを封止、接着した。
【0032】
次に、得られた上記構造体を図1の構造のハウジング内に挿入し、支持部材とハウジングとの間を気密封止した状態で支持管の内壁に、中間層用のアルミナベーマイトゾルを送液ポンプで充填し、乾燥後、ハウジングから取り出して焼成を行い、さらに、同様に分離膜用のシリカ−ジルコニアゾル溶液を用いてシリカ−ジルコニア分離膜を被着形成して、支持管の内面に中間層および分離膜を被着形成したフィルタ管を37本収束した収束体を作製し、ハウジング内に収納した。
【0033】
なお、ハウジングの内径55mm、内面の長さ300mm、被処理流体供給口、残部流体排出口および透過流体排出口の内径はいずれも8mm、収束体の直径は45mmとした。
【0034】
そして、収束体の支持部材とハウジングの固定部材とをガスケットを介して封止、固定して図1のフィルタモジュールを作製した。
【0035】
得られたフィルタモジュールについて、完全なモジュール組み上げ状態で、H2ガス50%、N2ガス50%の混合ガスを被処理流体供給口から10リットル/分(大気圧相当)を供給し、フィルタ管の内壁と外壁に0.5MPaの差圧をつけた状態で、ガス流量計で透過流体排出口から排出されるH2ガスとN2ガスの流量を、ガスクロマトグラフィによって各ガスの濃度を測定したところ、透過ガスの流量は3.45リットル/分、H2ガスの濃度95.2%、N2ガスの濃度4.8%となった。
【0036】
また、ハウジングの残部流体排出口形成面を取り外した状態で、フィルタ管壁面をほとんど透過しないN2ガス100%を被処理流体(標準流体)として被処理流体供給口から10リットル/分で供給し、収束体の残部流体排出口側から中心に位置する5本のフィルタ管と端部に位置するフィルタ管の任意の5本について各フィルタ管におけるガスの流量を測定し、これを各フィルタ管へのガス導入量とみなしてその平均値を算出したところ、中心のフィルタ管での供給量(p1)は0.267リットル/分、端部のフィルタ管での供給量(p2)は0.270リットル/分であり、その比(p2/p1)は1.011であった。
【0037】
(比較例)
実施例1のフィルタモジュールに対して、収束体中のフィルタ管をすべて外径2.0mm、内径1.0mmと同じ形状にする以外は実施例1と全く同様にフィルタモジュールを作製し、評価した結果、透過ガスの平均線速度は1.4リットル/分、H2ガスの濃度93.2%、N2ガスの濃度6.8%であり、また、中心のフィルタ管での供給量(p1)は0.585リットル/分、端部のフィルタ管での供給量(p2)は0.224リットル/分であり、その比(p2/p1)は0.383であった。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明のフィルタモジュールによれば、収束体の各フィルタ管に均等に被処理流体を導入することが可能となるために、フィルタ管全体で高い流体分離効率を有するフィルタモジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフィルタモジュールの一例について、その横断面形状を説明するための概略図である。
【図2】図1のフィルタモジュールにおける収束体の流体供給口側の端部の形状を説明するための模式図である。
【図3】図1のフィルタモジュールにおける被処理流体の流れを説明するための模式図である。
【図4】従来のフィルタモジュールについて、その横断面形状を説明するための概略図である。
【図5】図4のフィルタモジュールにおける被処理流体の流れを説明するための模式図である。
【符号の説明】
1 フィルタモジュール
2 ハウジング
4 フィルタ管
4a 中心のフィルタ管
4b 端部のフィルタ管
5 収束体
6 支持部材
8 被処理流体供給口
9 透過流体排出口
10 残部流体排出口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter module including a fluid separation filter capable of transmitting and separating only a specific fluid from a mixed fluid including a plurality of fluids, and more particularly to a filter module having high fluid separation performance.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a filter module including a fluid separation filter that can selectively permeate and separate a specific fluid from a mixed fluid containing a plurality of fluids is known. Examples of such fluid separation filters include polymer resins and the like. Metal films and inorganic oxide films deposited on the surface of porous materials such as organic materials or ceramics are used.
[0003]
As this type of module, for example, a filter tube formed on the partition wall surface contacting the fluid flow path surrounded by the partition walls of the honeycomb structure as disclosed in JP-A-4-71566, A so-called monolith type module in which a large number of through holes are formed in a longitudinal direction in a cylindrical body and used as a fluid flow path is known. Such a module allows a fluid to be treated to flow through a fluid passage and only a specific fluid is a partition wall. Only a specific fluid is transmitted through the filter by diffusing and moving inside, and the specific fluid is separated by being transmitted from the outer peripheral surface of the structure to the outside of the structure.
[0004]
As another module, as shown in FIG. 4, a hollow tubular fluid separation filter tube (hereinafter abbreviated as filter tube) 32 is inserted into a plurality of holes provided in the
[0005]
In the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the structure of the
[0007]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a filter module having high fluid separation efficiency and separation performance by uniformizing the amount of fluid to be processed into the filter pipe of the converging body. There is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the structure of the fluid supply port of the filter module, the present inventors have investigated the structure of the fluid supply port of the filter module. As a result, the inner diameter of the filter tube located at the center of the converging body in which a plurality of filter tubes are bundled By making the inner diameter of the filter tube located smaller, the flow resistance of the fluid to be treated into the filter tube is changed by increasing the inflow resistance of the fluid into the filter tube located in the center. By uniformizing the supply amount of the processing fluid, the fluid to be processed can be introduced uniformly into each filter tube without reducing the fluid separation efficiency of the filter tube located at the end, so that the separation of the filter tube as a whole is possible. As a result of improving the performance, it has been found that the fluid separation performance of the entire filter module can be improved.
[0009]
That is, the filter module of the present invention has a cylindrical shape, and is long and hollow in a housing having a treated fluid supply port on one end surface, a permeated fluid discharge port on the side wall surface, and a remaining fluid discharge port on the other end surface. from the treated fluid containing a plurality of kinds of fluids into the tube consists of a tubular and transmits only particular fluid, the filter tube can be separated accommodating a plurality of converged converged body, pre Symbol treated fluid inlets A fluid to be treated is supplied into the system from the inside, the fluid to be treated is introduced into each of the filter tubes, and a specific fluid in the fluid to be treated is transmitted to and separated from the outer surface side of the filter tube. with discharging the fluid out of the system from the permeate outlet, the remainder fluid is adapted to discharge out of the system from the remainder fluid outlet, and the fluid to be treated supply port, the fluid to be treated Convergence body A filter module is provided so as to increase the supply to the filter tubes in the center of the filter pipe located at the end, the filter tube inner diameter of the filter tube, located at the end portion located on the center It is characterized by being smaller than the inner diameter.
[0010]
Here, among the converged filter tubes, the ratio (r 1 / r 2 ) to the inner diameter r 2 of the filter tube located at the end of the inner diameter r 1 of the filter tube located in the center is 0.5-0. 9 is desirable.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of the filter module of the present invention will be described with reference to FIG.
According to FIG. 1, the filter module 1 includes a
[0012]
Further, according to FIG. 1, both ends of the converging body 5 (the plurality of filter tubes 4) are fixed and converged through the
[0013]
Furthermore, the
[0014]
According to the filter module 1, the fluid to be processed is supplied into the system (inside the housing 2) from the
[0015]
According to the present invention, as shown in FIG. 2, among the filter tubes 4 converged by the
[0016]
On the other hand, in the filter module 1, as shown in the schematic diagram for explaining the flow of the fluid to be processed in FIG. 3, the fluid to be processed (arrow in the figure) supplied from the
[0017]
Note that according to the present invention, among the filter tubes 4 which is the convergence, the introduction amount p 1 of the fluid to be treated to the center of the
[0018]
As a result, the amount of fluid introduced into each filter tube 4 is made uniform, and in particular, the amount of fluid introduced into the
[0019]
That is, when the inner diameter of the
[0020]
According to the present invention, the ratio between the maximum width (inner diameter) R 1 of the inner surface of the processing
[0021]
Further, according to the present invention, it is desirable that the inner diameters of the plurality of filter tubes 4 in the converging
[0022]
Furthermore, according to the present invention, the fluid to be treated includes a liquid or a gas, and only a specific gas and / or liquid is selectively permeated through the filter tube 4 from a plurality of types of gases and / or liquids. This is particularly effective when
[0023]
In addition, according to the filter module 1, in order to increase the fluid separation efficiency, a vacuum pump or the like is installed outside the permeated fluid discharge port 9 to reduce the concentration of the fluid on the outer surface side of the filter tube 4. It is also possible to provide a differential pressure on both surfaces.
(Other forms)
1 and 2 show a method of changing the flow of the fluid to be treated by adjusting the inner diameter of the filter tube in the converging body. However, the present invention is not limited to this, and the cross section of the filter module 1 is used. In
(1) Arrangement is made so that the extrapolation lines (both two) of the wall surface of the treated
(2) The end surface of the
(3) A stirring member for stirring the fluid to be processed is attached between the
(Filter structure)
In addition, according to the present invention, the inner diameter of the filter tube 4 is particularly effective when the fluid introduction resistance is 5 mm or less, and the thickness is 0.5 to 5 mm in terms of mechanical strength and separation performance. It is desirable that it is 0.3-1 mm.
[0024]
The filter tube 4 can be made of organic resin, fiber, ceramics, etc., and is particularly porous with a porosity of 20% or more in terms of heat resistance, chemical resistance, and strength that does not deform against pressure in the system. At least one selected from the group consisting of alumina, zirconia, silica, cordierite, mullite and titania is preferred.
[0025]
Furthermore, in terms of mechanical strength and fluid separation efficiency, the filter tube 4 may be formed of a plurality of porous layers having different pore diameters. For example, the porosity is 20% or more, and the average pore diameter is 0.05 to 0.05. It is desirable that a separation membrane having an average pore diameter of 1 to 10 nm and a film thickness of 0.05 to 5 μm is deposited on the surface of a support tube having a surface roughness of 2 μm and a surface roughness of 2 μm or less. Further, in order to improve the film formability of the separation membrane and form a thin and uniform separation membrane, an intermediate layer having a pore diameter between both is provided between the support tube and the separation membrane, if desired. May be. The separation membrane may be formed on either the inner surface or the outer surface of the support tube.
[0026]
The
[0027]
Further, the
[0028]
【Example】
Example 1
After adding a predetermined organic binder, lubricant, plasticizer and water to alumina powder having a purity of 99.9% and an average particle size of 0.1 μm, mixing, and producing a tubular molded body by extrusion molding, Baking at 1200 ° C., 37 support tubes made of α-alumina having a thickness of 0.5 mm, a length of 30 cm, an average particle size of 0.2 μm, and a porosity of 39% were produced. In addition, about the internal diameter of each support tube, 30 which makes | forms the outer periphery of a filter converging body was formed into 1.0 mm, the inner six were 0.9 mm, and the center of the converging body was formed into 0.75 mm. Moreover, the wax dissolved in the both end portions was filled by dipping, and the wax deposited on the outer peripheral portion of the support tube was wiped off and cooled to a temperature at which the wax was cured.
[0029]
On the other hand, a predetermined organic binder and a lubricant are added to and mixed with alumina powder having a purity of 99.9% and an average particle size of 0.1 μm, and a plate-like molded body is produced by press molding, followed by drilling. 37 through holes were formed and fired at 1600 ° C. to prepare a support member having a diameter of 43 mm and having 37 through holes for inserting and fixing the support tube.
[0030]
Further, to produce an average particle size 2μm borosilicate glass (SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO -BaO-SrO-B 2 O 3) added an organic binder, a solvent in a glass, mixed sealant paste. The paste had a viscosity of 30 Pa · s.
[0031]
Then, the 37 support tubes are inserted into through holes formed in the support member, filled with the sealant paste, heated to 1100 ° C., and the support tube and the support member are sealed with the sealant. Glued.
[0032]
Next, the obtained structure is inserted into the housing of the structure shown in FIG. 1, and the alumina boehmite sol for the intermediate layer is sent to the inner wall of the support tube in a state where the support member and the housing are hermetically sealed. Filled with a liquid pump, dried, taken out from the housing, fired, and similarly, a silica-zirconia separation membrane was deposited and formed on the inner surface of the support tube using a silica-zirconia sol solution for the separation membrane. A converging body in which 37 filter tubes having an intermediate layer and a separation membrane formed thereon were converged was produced and stored in a housing.
[0033]
The inner diameter of the housing was 55 mm, the inner surface length was 300 mm, the inner diameters of the treated fluid supply port, the remaining fluid discharge port and the permeated fluid discharge port were all 8 mm, and the diameter of the converging body was 45 mm.
[0034]
Then, the support member of the converging body and the fixing member of the housing were sealed and fixed via a gasket to produce the filter module of FIG.
[0035]
The obtained filter module is supplied with a mixed gas of 50% H 2 gas and 50% N 2 gas at 10 liters / minute (equivalent to atmospheric pressure) from the processing fluid supply port in a completely assembled state of the filter module. With the differential pressure of 0.5 MPa applied to the inner wall and outer wall of the gas, the flow rate of H 2 gas and N 2 gas discharged from the permeated fluid discharge port was measured with a gas flow meter, and the concentration of each gas was measured by gas chromatography. However, the flow rate of the permeating gas was 3.45 liters / minute, the H 2 gas concentration was 95.2%, and the N 2 gas concentration was 4.8%.
[0036]
Also, with the remaining fluid discharge port forming surface of the housing removed, 100% N 2 gas that hardly permeates the filter tube wall surface is supplied as a process fluid (standard fluid) from the process fluid supply port at 10 liters / minute. The flow rate of the gas in each filter pipe is measured for any of the five filter pipes located at the center from the remaining fluid discharge port side of the converging body and the filter pipe located at the end, and this is sent to each filter pipe. Assuming that the amount of gas introduced is an average value, the supply amount (p 1 ) in the central filter tube is 0.267 liters / minute, and the supply amount (p 2 ) in the end filter tube is 0. 270 liter / min, and the ratio (p 2 / p 1 ) was 1.011.
[0037]
(Comparative example)
A filter module was prepared and evaluated in exactly the same manner as in Example 1 except that the filter tube in the converging body had the same shape as the outer diameter of 2.0 mm and the inner diameter of 1.0 mm with respect to the filter module of Example 1. As a result, the average linear velocity of the permeated gas was 1.4 liters / minute, the concentration of H 2 gas was 93.2%, the concentration of N 2 gas was 6.8%, and the supply amount (p in the center filter tube) 1 ) was 0.585 liter / minute, the supply amount (p 2 ) at the filter tube at the end was 0.224 liter / minute, and the ratio (p 2 / p 1 ) was 0.383.
[0038]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the filter module of the present invention, it is possible to introduce the fluid to be treated evenly into each filter tube of the converging body, so that the filter module having high fluid separation efficiency in the entire filter tube It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the cross-sectional shape of an example of a filter module of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining a shape of an end portion of a converging body on the fluid supply port side in the filter module of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the flow of a fluid to be processed in the filter module of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic view for explaining the cross-sectional shape of a conventional filter module.
5 is a schematic diagram for explaining the flow of a fluid to be processed in the filter module of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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