JP2000140560A - 気体の除湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮空気等の加圧気体の水分を中空糸膜モジ
ュールにより除去して除湿する際に、そのモジュールの
除湿効果が低下した場合にも、継続して負荷側に乾燥気
体を供給する。 【解決手段】 気体の供給路７と負荷路８の間に複数の
中空糸膜モジュール１を接続し、その一部を運転モジュ
ール、残りを待機モジュールとし、その選択を行う切換
手段２９を設ける。そして待機モジュールは負荷路８側
と連通され、さらにその乾燥気体の一部により中空糸膜
３の二次側を乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮空気などの気体
中の湿分を除去して負荷設備に供給するために使用され
る気体の除湿装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に空気圧機器の操作用等に使用する
加圧空気は、空気圧縮機で圧縮された後、塵埃や湿分を
除去してから空気圧機器等への負荷路に供給される。湿
分を除去するものとして最近注目されているのは、多数
の中空糸膜を束ねて容器内に収容した中空糸膜モジュー
ルを使用する方法である。湿分除去用の中空糸膜モジュ
ールとしては、例えばドイツのＢＥＫＯ社製の４０２０
型、宇部興産製のＣ１０Ｖ型などが知られている。図６
は従来から使用されている中空糸膜モジュールの例を示
す一部破断正面図であり、図７はその中空糸膜モジュー
ルを湿分除去装置として気体の供給路と負荷路の間に接
続したプロセスフロー図の一例である。

【０００３】これらの図において、中空糸膜モジュール
１は筒状の容器２と、その容器２内に収容された多数の
中空糸膜３を備えており、中空糸膜３の両端部は容器２
内の支持部材４に支持されて入口側５と出口側６にそれ
ぞれ開口している。中空糸膜３はいわゆるフォローファ
イバーと呼ばれている極めて直径の小さい中空繊維であ
って、その壁面には無数の微細な孔が設けられている。
気体の供給路７から入口側５を通って供給される加圧気
体は中空糸膜３の一次側（内部）に導入され、気体中に
含まれている気相の水分が水蒸気分圧差により生じる浸
透力によって孔を通過し二次側（外部）に分離除去され
る。そして湿分除去された加圧気体は出口側６から乾燥
気体として負荷路８に排出され、図示しない負荷設備に
供給される。

【０００４】中空糸膜３の二次側には乾燥気体の通路が
形成され、出口側６に近い供給口９からパージ気体とし
て供給される乾燥気体が該通路を通過して入口側５に近
い排出口１０から外部に排出される。このように中空糸
膜３の二次側に乾燥気体を通過させることによって、中
空糸膜３の一次側より二次側の湿度を低い値に保持し、
その水蒸気分圧差で気相の水分を一次側から二次側に浸
透させるようになっている。なお乾燥気体は負荷路８か
ら分岐したパージ路１１およびそれに設けた手動開閉弁
１２により一定量供給される。図８は中空糸膜３による
湿分の浸透状態を模式的に示す図で、一次側を通過する
気体が空気の場合、気体中には酸素Ｏ₂ 、窒素Ｎ₂ ，お
よび気相の水分Ｈ₂ Ｏが含まれ、その気相の水分Ｈ₂ Ｏ
が浸透により膜を通過して二次側に分離除去される。

【０００５】しかし中空糸膜モジュール１に供給される
気体中に錆や塵などの微小な固形物またはオイルミスト
などが混入していると、中空糸膜３の内部に詰まりを起
こして気体の通過できる中空糸膜３の数が減少し、モジ
ュールとしての気体通過面積が減って残りの正常な中空
糸膜３内を通過する気体の流速が増加する。市販されて
いる中空糸膜モジュールは湿分を除去するために適した
気体の流速、すなわち有効流速（例えばドイツのＢＥＫ
Ｏ社製の中空糸膜モジュール４０２０型の場合は２ｍ／
秒）があり、それを越えると図９に示すように気相の水
分が膜に接触する頻度が減少して除湿効率が低下する。
そこで一般には図７に示すように、気体の供給路７に例
えば５μｍ以上の固形物を除去する固形物フィルタ１３
やオイルミストセパレータ１４を設ける。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのように固形
物やオイルミストを予め除去しても、気体中に含まれて
いる液相の微細な水分は除去されずに中空糸膜３の一次
側に侵入することが多い。図１０に示すように、侵入し
た液相の水分は中空糸膜３の膜を通過できないのでその
一次側の壁面に付着して水膜を形成する。するとその水
膜がバリアとなって気相の水分（Ｈ₂ Ｏ）の膜の通過を
妨げ除湿効率が低下する。除湿効率の低下が起こると、
負荷路８の乾燥気体の乾燥度が低下（湿度が上昇）する
ので、その気体を供給される負荷機器に悪影響を及ぼす
ことになる。中空糸膜３の一次側の壁面に水膜が形成さ
れた中空糸膜モジュール１を再生するには、運転を一時
中断して乾燥装置などに入れて乾燥させる必要がある。
そのため従来の除湿装置では、除湿効率が低下したとき
にそれを回避しながら正常運転を続けることは困難であ
った。そこで本発明はこのような問題を解決する気体の
除湿装置を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１に記載の発明は、気体の供給路と負荷路の間に中空
糸膜モジュールを接続し、その中空糸膜の一次側に供給
される気体中の湿分を膜の浸透によって二次側に分離す
るようにした気体の除湿装置である。そしてこの装置は
供給路と負荷路の間に並列に接続された複数の中空糸膜
モジュールと、負荷路側の乾燥気体の一部を中空糸膜の
二次側に供給するパージ路と、前記中空糸膜モジュール
を運転モジュールまたは待機モジュールに切り換える切
換手段を備えている。さらに、運転モジュールはその入
口側が供給路に出口側が負荷路にそれぞれ連通され、待
機モジュールはその入口側が供給路に非連通とされるが
出口側が負荷路に連通され、且つ待機モジュールの中空
糸膜の二次側にパージ路から乾燥気体を供給できるよう
になっていることを特徴とするものである。

【０００８】このように構成される気体の除湿装置は、
複数の中空糸膜モジュールの一部を運転モジュールとし
て運転し、残りの中空糸膜モジュールを待機モジュール
として待機させることができる。そして運転モジュール
による除湿効率が何らかの原因で大きく低下したときに
は、切換手段によりそれまでの待機モジュールを新しい
運転モジュールとして運転し、それまでの運転モジュー
ルを新しい待機モジュールとして待機させる。それによ
って除湿装置を停止することなく継続して運転すること
ができる。また、除湿効率が低下して待機モジュールと
なったものは、その待機中にパージ空気が供給され、除
湿性能が回復される。しかも、それまでの待機モジュー
ルはその出口側が負荷路に連通され、且つその待機モジ
ュールの中空糸膜の二次側にパージ路から乾燥気体を供
給できるように構成されていたので、出口側圧力は負荷
路の圧力に保持され、さらにその中空糸膜の二次側は乾
燥気体により乾燥された状態になっている。従って、切
り換えに際しての圧力変動および乾燥度低下等を運転に
差し支えない程度に押さえることができる。

【０００９】請求項２に記載の発明は，請求項１に記載
の除湿装置の好ましい実施の形態であって、負荷路側の
乾燥気体の乾燥度を検出する検出装置が設けられ、該乾
燥度の検出値を受けてそれが予め設定された値より低下
しないように、運転モジュールの中空糸膜の二次側に供
給される乾燥気体の流量を制御する制御装置が設けられ
ることを特徴とするものである。このように構成する
と、浸透力が落ちて除湿効率が低下したときそれを検出
し、自動的に中空糸膜の二次側の湿度をより低くして浸
透力を回復させることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は，請求項２に記載
の除湿装置のさらに好ましい実施の形態であって、乾燥
度の検出値が異常に低下したとき、運転モジュールから
待機モジュールに切り換えるように制御装置から切換手
段に制御信号が出されることを特徴とするものである。
このように構成すると、負荷路における乾燥度が異常に
低下したときそれを検出し、自動的に運転モジュールか
ら待機モジュールに切り換えて乾燥度を維持することが
できる。

【００１１】請求項４に記載の発明は，請求項１〜請求
項３のいずれかに記載の除湿装置の他の好ましい実施の
形態であって、気体の供給路に液相の水分を除去する水
分除去手段が設けられることを特徴とするものである。
このように構成すると、運転モジュールへの液相の水分
の侵入を著しく減少させることができ、それによって運
転モジュールから待機モジュールへの切り換え期間を大
幅に延長することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は本発明の除湿装置を使用して気
体の除湿を行っている状態を示すプロセスフロー図であ
り、図６および図７と同じ部分には同一符号が付されて
いる。この例では供給路７と負荷路８との間に図６と同
様な２つの中空糸膜モジュール１が並列に接続される。
すなわち供給路７から供給分岐路７ａ，７ｂが分かれ、
それぞれに中空糸膜モジュール１の入口側５が連通さ
れ、各中空糸膜モジュール１の出口側６に連通された負
荷分岐路８ａ，８ｂが負荷路８に合流する。また供給分
岐路７ａ，７ｂにはそれぞれ電磁弁等の遠隔操作可能な
開閉弁１５、１６が設けられ、負荷分岐路８ａ，８ｂに
はそれぞれ手動式の開閉弁１７、１８が設けられる。上
記２つの中空糸膜モジュール１の一方は運転モジュ−ル
とされ、他方は待機モジュールとされる。そしてその切
り換えは後述する切換手段により開閉弁１５、１６を開
閉操作することにより成される。

【００１３】負荷分岐路８ａ，８ｂからそれぞれ開度を
変化できる電動弁等の遠隔操作可能な開閉弁１９、２０
を設けたパージ路１１が分岐され、各中空糸膜モジュー
ル１の供給口９にそれぞれ連通される。また負荷路８に
は乾燥度を検出する検出装置２１が設けられる。なお乾
燥度は湿度に逆比例するので、検出装置２１を湿度計に
より構成することができる。供給路７は図示しない空気
圧縮機に接続され、その上流側から順に遠心力式等のド
レンセパレータ２２、減圧弁を有する減圧装置２３、固
形物フィルタ１３およびオイルミストセパレータ１４が
設けられる。そしてドレンセパレータ２２と減圧装置２
３により水分除去手段２４が構成される。なお前記開閉
弁１５、１６の下流側、ドレンセパレータ２２および固
形物フィルタ１３の上流側にはそれぞれドレン抜用の開
閉弁２５が設けられる。

【００１４】図２は中空糸膜モジュール１を運転モジュ
ールまたは待機モジュールに切り換える切換手段とそれ
を制御する制御装置のブロック図である。制御装置２６
は例えばシーケンサやマイクロコンピュータにより構成
することができ、検出装置２１からの検出信号、運転時
の正常な乾燥度を設定する設定器２７、許容される乾燥
度の上限、すなわち乾燥度の異常値を設定する設定器２
８からの各設定値がそれぞれ入力される。制御装置２６
から第１の制御信号が切換手段２９に出力され、第２の
制御出力がサイリスタ装置等の駆動回路３０に出力され
る。なお検出装置２１からの検出信号を指示装置や記録
装置に入力して運転者の監視に供することもできる。

【００１５】切換手段２９は例えば半導体装置からなる
パワースイッチにより構成され、制御装置２６からの第
１の制御信号により開閉弁１５または１６を開閉制御す
る。なお切換手段２９には手動により開閉弁１５または
１６を開閉制御する手段も付加されている。駆動回路３
０は制御装置２６からの第２の制御信号により開閉弁１
９または２０の開度を制御（絞り制御）する。なお開閉
弁１９または２０の開度を一定に固定しておいてもよ
い。また、好ましくは、各モジュールの二次側湿度の出
力信号に応じて、開閉弁１９または２０の少なくとも一
方を絞り制御する。そして、待機モジュールであって
も、除湿性能が低下している場合にのみ、その開閉弁を
一部開放してパージ気体を供給する。

【００１６】次に図１および図２を参照して上記除湿装
置の作用を説明する。先ず切換手段２９を手動操作し、
図１の左右どちらか一方の中空糸膜モジュール１を運転
モジュールとして選択し、他方を待機モジュールとす
る。以下の説明は左側の中空糸膜モジュール１を最初に
運転モジュールとして選択した場合であって、開閉弁１
５が開とされ、開閉弁１６が閉とされる。なお負荷分岐
路８ａに設けた開閉弁１７および負荷分岐路８ｂに設け
た開閉弁１８は共に開とされる。

【００１７】気体源から供給される加圧気体は、含まれ
る水分をできるだけ水相側に移行させるように高い圧力
に調整されて水分除去手段２４を構成するドレンセパレ
ータ２２に供給される。ドレンセパレータ２２で気体中
の水相の水分を除去された加圧気体は次に減圧装置２３
に導入されて、そこで設定された所定圧に圧力降下され
る。この状態の加圧気体には実質的に水相の水分は存在
しない。次に減圧装置２３から流出する加圧気体は、固
形物フィルタ１３で錆などの微細な固形物を除去され、
さらに浮遊するオイルミストがオイルミストセパレータ
１４で取り除かれる。

【００１８】次にこのようにして浄化された加圧気体
は、供給路７から開閉弁１５が開となっている供給分岐
路７ａを経て運転モジュールとして選択された左側の中
空糸膜モジュール１の入口側５に供給される。そして加
圧気体中の気相の水分はその中空糸膜を通過する間に分
離され、出口側６から排出される乾燥気体は負荷分岐路
８ａを経て負荷路８に流出する。負荷分岐路８ａにおけ
る乾燥気体の一部はパージ気体としてパージ路１１を経
て左側の中空糸膜モジュール１に供給され、その中空糸
膜３の二次側に形成された乾燥気体の通路を通過させる
ことにより該部分の湿度を下げる。

【００１９】一方、開閉弁１６が閉じているので加圧気
体は待機モジュールとしての右側の中空糸膜モジュール
１へは供給されない。しかし開閉弁１８が開となってい
るので負荷路８側の乾燥気体がその中空糸膜の一次側に
充填され、その内部の圧力は左側の中空糸膜モジュール
１における中空糸膜の一次側圧力と同じ値になってい
る。さらに、負荷分岐路８ａから負荷路８に流出する乾
燥気体の一部は、負荷分岐路８ｂを経て右側の中空糸膜
モジュール１にパージ気体として供給され、その中空糸
膜３の二次側に形成された乾燥気体の通路を通過するこ
とにより該部分の湿度を下げる。また、待機モジュール
においては、除湿性能が低下している場合にのみ、その
開閉弁を一部開放してパージ気体を供給する。

【００２０】負荷路８の乾燥度は検出装置２１により監
視され、その検出値が設定器２７で設定された値より下
がると、制御装置２６から制御信号が出力されて開閉弁
１９の開度を大きくする。すると運転モジュールである
左側の中空糸膜モジュール１における中空糸膜３の二次
側にはより多くの乾燥気体が流れ、それによって該部分
の湿分が低下し気相の水分の除去効率を大きくする。こ
のようにして負荷路８の乾燥度は自動的に所定の値に回
復する。なお負荷路８の乾燥度が設定器２７で設定され
た値より上がった場合は、上記と逆に開閉弁１９の開度
が小さくされ、気相の水分の除去効率を低下させて所定
の乾燥度に戻す。図３はこのような制御形態を示すもの
で、横軸は時間、縦軸は負荷路８の乾燥度またはパージ
流量（乾燥気体流量）であり、実線で示す乾燥度変化Ａ
にパージ流量Ｂが追従することが分かる。

【００２１】例えば運転モジュールの中空糸膜の一次側
に液相の水分が付着して水膜を生じるなど、不測の事態
が生じ負荷路８の乾燥度が甚だしく低下した場合には、
検出装置２１による検出値が設定器２８の設定値より低
下する。その検出信号を受けて制御装置２６は切換手段
２９に切換制御信号を出力し、それによって切換手段２
９は開閉弁１５を閉じ開閉弁１６を開け、左側の中空糸
膜モジュール１を運転モジュールから待機モジュールに
すると共に、右側の中空糸膜モジュール１を待機モジュ
ールから運転モジュールに切り換える。

【００２２】その切り換えの際、右側の中空糸膜モジュ
ール１における中空糸膜の一次側圧力は前述のように左
側のそれと同じ値に維持されているので、負荷路８に実
質的な圧力変動を起こすことはない。さらに右側の中空
糸膜モジュール１における中空糸膜の二次側は、前述の
ように乾燥気体により乾燥状態に維持されているので、
切り換え後の負荷路８の乾燥度が一時的に低下すること
もない。上記のような切り換え時における負荷路８の圧
力変動と乾燥度変動の関係を図４、図５に示す。図４の
横軸は時間、縦軸は負荷路８の圧力変化であり、点線は
本発明における圧力変動を表し、実線は切換前の待機モ
ジュールにおける中空糸膜の一次側圧力を大気圧力状態
とした場合の圧力変動を表わしている。図４から分かる
ように、本発明では負荷路８に実質的な圧力変動が起こ
らないのに対し、比較として示した実線の場合は切換時
に大きな圧力変動を起こしている。

【００２３】次いで、図５の横軸は時間、縦軸は負荷路
８における乾燥度の変化であり、点線は本発明における
乾燥度変化を表し、実線は切換前の待機モジュールにお
ける中空糸膜の二次側を大気開放のままとした場合の乾
燥度変化を表している。図５から分かるように、本発明
では負荷路８における乾燥度低下が起こらないのに対
し、比較として示した実線の場合は切換時に大きな乾燥
度低下を起こしている。次に、除湿効率が下がり待機モ
ジュールに切り換えた左側の中空糸膜モジュール１は、
手動により開閉弁１９の開度を大きくした状態で負荷路
８側からの乾燥気体を中空糸膜３の二次側に通過させて
乾燥する。そして所定の乾燥度に達したら開閉弁１９の
開度を初期の値に戻し、次の運転モジュールへの切り換
えのために待機させる。このようにして２つの中空糸膜
モジュール１を運転モジュールと待機モジュールに交互
に切換使用することができる。

【００２４】以上の例では中空糸膜モジュール１を２つ
並列に接続したが、３つ以上複数の中空糸膜モジュール
１を並列接続して使用することもできる。例えば４つの
中空糸膜モジュール１を並列接続し、２つを運転モジュ
ール、残りの２つを待機モジュールとして交互に使用す
ることができる。さらに、乾燥度が幾分下がったとき、
２つの待機モジュールのうちの１つを運転モジュールに
切り換えるようにすることもできる。なお、並列接続し
た中空糸膜モジュール１の１つ、例えば図１の右側の中
空糸膜モジュール１を除湿装置から取り外す場合は、開
閉弁１６および開閉弁１８を閉じることにより系統から
除外した後に取り外せばよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載の気体の除
湿装置によれば、複数の中空糸膜モジュールの一部を運
転モジュールとして運転し、残りの中空糸膜モジュール
を待機モジュールとして待機させることができる。そし
て運転モジュールによる除湿効率が何らかの原因で大き
く低下したときには、切換手段によりそれまでの待機モ
ジュールを新しい運転モジュールとして運転し、それま
での運転モジュールを新しい待機モジュールとして待機
させる。それによって除湿装置を停止することなく継続
して運転することができる。しかも、それまでの待機モ
ジュールはその出口側が負荷路に接続され、且つその待
機モジュールの中空糸膜の二次側にパージ路から乾燥気
体を供給できるように構成されていたので、出口側圧力
は負荷路の圧力に保持され、さらにその中空糸膜の二次
側は乾燥気体により乾燥された状態になっている。従っ
て、切り換えに際しての圧力変動および乾燥度低下等を
運転に差し支えない程度に押さえることができる。

【００２６】また請求項２に記載の気体の除湿装置によ
れば、浸透力が下がって除湿効率が低下したときそれを
検出し、自動的に中空糸膜の二次側の湿度をより低くし
て浸透力を回復させることができる。さらに請求項３に
記載の気体の除湿装置によれば、負荷路における乾燥度
が異常に低下したときそれを検出し、自動的に運転モジ
ュールから待機モジュールに切り換えて乾燥度を維持す
ることができる。さらに請求項４に記載の除湿装置によ
れば、運転モジュールへの液相の水分の侵入を著しく減
少させることができ、それによって運転モジュールから
待機モジュールへの切り換え期間を大幅に延長できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の除湿装置を使用して気体の除湿を行っ
ている状態を示すプロセスフロー図。

【図２】図１における中空糸膜モジュール１を運転モジ
ュールまたは待機モジュールに切り換える切換手段とそ
れを制御する制御装置のブロック図。

【図３】図１の除湿装置における乾燥度変化Ａと中空糸
膜の二次側へのパージ流量Ｂの関係を示す図。

【図４】図１の除湿装置における切り換え時に生じる負
荷路８の圧力変動を示す図。

【図５】図１の除湿装置における切り換え時に生じる負
荷路８の乾燥度変動を示す図。

【図６】中空糸膜モジュールの例を示す一部破断正面
図。

【図７】中空糸膜モジュールを使用する従来の除湿装置
のプロセスフロー図。

【図８】中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に示
す図。

【図９】中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に示
す図。

【図１０】中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に
示す図。

【符号の説明】

１ 中空糸膜モジュール ２ 容器 ３ 中空糸膜 ４ 支持部材 ５ 入口側 ６ 出口側 ７ 供給路 ７ａ 供給分岐路 ７ｂ 供給分岐路 ８ 負荷路 ８ａ 負荷分岐路 ８ｂ 負荷分岐路 ９ 供給口 １０ 排出口 １１ パージ路 １２ 手動開閉弁 １３ 固形物フィルタ １４ オイルミストセパレータ １５ 開閉弁 １６ 開閉弁 １７ 開閉弁 １８ 開閉弁 １９ 開閉弁 ２０ 開閉弁 ２１ 検出装置 ２２ ドレンセパレータ ２３ 減圧装置 ２４ 水分除去手段 ２５ 開閉弁 ２６ 制御装置 ２７ 設定器 ２８ 設定器 ２９ 切換手段 ３０ 駆動回路

フロントページの続き (72)発明者 若松 敏文 東京都港区西新橋三丁目７番１号 東芝プ ラント建設株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA01 JA71 KA67 KE01Q KE06Q KE13P KE22Q KE24Q MA01 PB65 PC72 4D052 AA01 AA05 EA02 FA01 GA01 GA03 GB01 GB03 GB04 GB08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体の供給路７と負荷路８の間に中空糸
   膜モジュール１を接続し、その中空糸膜３の一次側に供
   給される気体中の湿分を膜の浸透によって二次側に分離
   するようにした気体の除湿装置において、 前記供給路７と負荷路８の間に並列に接続された複数の
   中空糸膜モジュール１と、 負荷路８側の乾燥気体の一部を中空糸膜３の二次側に供
   給するパージ路１１と、 前記中空糸膜モジュール１を運転モジュールまたは待機
   モジュールに切り換える切換手段２９を備え、 運転モジュールは、その入口側５が前記供給路７に、出
   口側６が前記負荷路８にそれぞれ連通され、 待機モジュールは、その入口側５が前記供給路７に非連
   通とされ、出口側６が前記負荷路８に連通され、且つ待
   機モジュールにおける中空糸膜３の二次側にパージ路１
   １から乾燥気体を供給できるようになっていることを特
   徴とする気体の除湿装置。
2. 【請求項２】 負荷路８側の乾燥気体の乾燥度を検出す
   る検出装置２１が設けられ、該乾燥度の検出値を受けて
   それが予め設定された値より低下しないように、運転モ
   ジュールの中空糸膜３の二次側に供給される乾燥気体の
   流量を制御する制御装置２６が設けられる請求項１に記
   載の気体の除湿装置。
3. 【請求項３】 乾燥度の検出値が異常に低下したとき、
   運転モジュールから待機モジュールに切り換えるように
   制御装置２６から切換手段２９に制御信号が出される請
   求項２に記載の気体の除湿装置。
4. 【請求項４】 気体の供給路７に液相の水分を除去する
   水分除去手段２４が設けられる請求項１〜請求項３のい
   ずれかに記載の気体の除湿装置。