JP2003103136A - 一体型の中空糸膜ガス乾燥機及びろ過装置 - Google Patents

一体型の中空糸膜ガス乾燥機及びろ過装置

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JP2003103136A JP2002198429A JP2002198429A JP2003103136A JP 2003103136 A JP2003103136 A JP 2003103136A JP 2002198429 A JP2002198429 A JP 2002198429A JP 2002198429 A JP2002198429 A JP 2002198429A JP 2003103136 A JP2003103136 A JP 2003103136A
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Scott Andrew Bartholomew
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Salvatore Giglia
サルバトール・ジーリア
Bradley Quinn Johnson
ブラッドリー・クウィン・ジョンソン
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ケーシング内に一体パッケージ化した中空糸
膜式の乾燥及びろ過装置を提供すること及び、一体型の
ろ過／膜乾燥装置を使用して、圧縮ガス流れを浄化する
ための改良方法を提供する。 【解決手段】 ガス浄化装置の外側ハウジング胴部が、
ボウルあるいはシェル胴部材１０５、上蓋部材１０７、
外側ハウジング胴部内に位置決めしたガスろ過要素１０
３及び中空糸膜ガス浄化カートリッジ１０４を含む。ボ
ウルあるいはシェル胴部材１０５はシール及び取り外し
自在の様式下に上蓋部材１０７に結合され、上蓋部材１
０７は、送給ガス入口ポート１０８、浄化ガス出口ポー
ト１０９、ガス移送導管１１０及び１１１を有し、送給
ガス入口ポート１０８及び浄化ガス出口ポート１０９は
上蓋部材１０７の縁部の、本来直線上で相対的に離間さ
れた第１及び第２の各位置に形成される。ガス移送導管
１１１及び１１０は送給ガス入口ポート及び浄化ガス出
口ポートと夫々連通される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水蒸気を含有する気
体流れを浄化及び調節するための方法及び装置に関す
る。本発明の一体型の中空糸膜気体乾燥機及びろ過装置
は、浮遊物を除去し且つ圧縮空気流れを乾燥させるため
に特に有益である。
【０００２】
【従来の技術】水蒸気を含有するガス流れから水分を除
去するために様々な中空糸膜装置が使用されてきてい
る。水蒸気を含有する気体流れは、透過膜の一方側と、
この透過膜を横断する圧力差が維持される状態下に接触
する状態に持ち来たされ、透過性の高い水蒸気がこの中
空糸膜を透過してその他方側に抜け、かくして乾燥した
非透過ガスが回収される。
【０００３】中空糸膜式のガス乾燥装置は、乾燥製品ガ
スであるところの非透過ガスの小部分を掃引ガスとして
中空糸膜の透過側で再利用する場合には、あるプロセス
条件下にずっと効率的に機能し得ることが斯界に知られ
ている。乾燥した掃引ガスを使用することで製品ガスの
乾燥度及びあるいは中空糸膜装置の生産性を改善するこ
とができる。掃引ガスあるいはパージガスを創出する分
離アセンブリは、一般には流体供給口と、非透過物出口
と、透過物出口と、掃引ガス入口とを設けた包囲体ある
いはシェルに環状の中空糸膜束を収納した構成のものと
される。そうした分離アセンブリの一例は、米国特許第
３，４９９，０６２号、第３，７３５，５５８号、第
４，７１８，９２１号、第５，１０８，４６４号、第
５，０２６，４７９号に見出すことができる。しかしな
がら、これらの装置は、掃引ガス入口に送る掃引ガス流
れを外部の配管や弁を使用して調節する必要がある。ガ
ス分離装置の外側で掃引ガスを集配する必要性があると
装置は大型化し、また一層複雑化する。米国特許第５，
４１１，６６２号、第５，５２５，１４３号に記載され
るように、ガス乾燥装置に内部掃引配列構成を設けるこ
とが試みられた。
【０００４】膜を使用するガス乾燥装置は通常、ガス調
質システム全体の一部分として用いられ、従って、浮遊
物、粒状物、油、水滴をガス流れから除去する設計形状
のフィルタ、コアレッサ（流体内の微少液滴を凝集さ
せ、粗粒化させる装置）、サイクロン分離装置と関連付
けてしばしば使用される。これらのフィルタやコアレッ
サは代表的には膜式のガス乾燥装置の前側で使用され、
膜を汚損から保護して装置寿命を引き延ばす。こうした
各ガス調質装置を１つの装置に纏めようとする試みが為
されてきた。膜を使用する乾燥要素をサイクロン分離装
置及び一連のフィルタと組み合わせた装置が米国特許第
６，０１９，８２２号に記載されるが、この装置は、フ
ィルタと、膜を使用する乾燥要素とを、それらの各長手
方向軸線が相互に平行になるように配置した複雑なもの
である。この装置は本来、従来からのシーケンスろ過要
素と、膜乾燥要素とを合体し、関連するコスト削減が殆
どあるいは全くない状況下に複雑なアセンブリとしたも
のである。従って、斯界には浮遊物の除去及びガス乾燥
を同時に実施する改良されたガス調質装置に対する要望
が尚、存在する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、ケーシング内に一体パッケージ化した中空糸膜式の
乾燥及びろ過装置を提供することである。
【０００６】解決しようとする他の課題は、一体型のろ
過／膜乾燥装置を使用して、油、水滴、埃あるいは水蒸
気といった浮遊物の１つ以上を除去することで圧縮ガス
流れを浄化するための改良方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１実施例によれ
ば、（ｉ）ボウルあるいはシェルにより画定されるハウ
ジング胴部にして、ハウジング胴部の軸方向端部位置で
上蓋部材にシール及び除去自在の様式下に結合され、上
蓋部材の一端部には上蓋部材を貫く送給ガス入口ポート
を設け、上蓋部材の他端部には上蓋部材を貫く製品出口
ポートを設け、ガス流れ導管をハウジング胴部と同中心
状態に位置決めし、前記送給ガス入口ポート及び製品出
口ポートが相互に本来一直線上で離間させ且つ製品出口
ポートと流通させ、前記ボウルあるいはシェルにはハウ
ジング胴部と同中心状態に配置した少なくとも１つの廃
液出口ポートを設けたハウジング胴部と、（ｉｉ）ハウ
ジング胴部内に該ハウジング胴部と同中心状態に配置さ
れ、送給ガス入口ポートと連通するガスろ過要素と、
（ｉｉｉ）ガスろ過要素の下流側でハウジング胴部と同
中心状態に配置され、軸方向の第１の端部を上蓋部材内
の前記ガス流れ導管に接続し、軸方向の第２の端部を前
記ボウルあるいはシェル内の廃液出口ポートと接続し
た、好ましくは実質的に円筒形状の中空糸膜ガス浄化カ
ートリッジと、から構成されるガス浄化装置が提供され
る。
【０００８】本発明の中空糸膜ガス浄化カートリッジ
は、 ａ）細長い環状の内側コア部材と、 ｂ）透過側及び非透過側を有し前記内側コア部材を包囲
する中空糸膜から構成され、透過側及び非透過側でのガ
ス流れ間に実質的な向流流れ配列構成を有する実質的に
円筒形状の中空糸膜束と、 ｃ）環状の２つの管板にして、前記内側コア部材の一端
部が一方の管板の外側に開放して内側コア部材の内外へ
のガス流れが許容される状態下に中空糸膜束の両端部を
被包し、かくして管板の少なくとも一方が内側コア部材
の内外への妨害されないガス流れを許容する２つの管板
と、 ｄ）中空糸膜束を包囲する、シェル及び少なくとも１つ
の端部蓋と、を含んでいる。
【０００９】本発明の中空糸膜ガス浄化カートリッジに
は、非透過ガスの一部分を中空糸膜の透過側を掃引させ
るべく配向するための流れ制御オリフィスが更に設けら
れる。
【００１０】本発明の他の実施例によれば、 ａ）本来円筒形状の第１及び第２のボウルあるいはシェ
ルにより画定されるハウジング胴部にして、ハウジング
胴部の軸方向端部位置で、前記第１及び第２のボウルあ
るいはシェル間に介設した上蓋部材にシール及び除去自
在の様式下に結合され、前記第１及び第２のボウルある
いはシェルによりハウジング胴部内に下方内側チャンバ
及び上方内側チャンバが画定され、上蓋部材の一端部に
は上蓋部材を貫く送給ガス入口ポートを設け、他端部に
は上蓋部材を貫く製品出口ポートを設け、前記送給ガス
入口ポート及び製品出口ポートが本来一直線上で相互に
離間され、少なくとも１つのガス搬送導管が前記上方及
び下方の各内側チャンバと連通し、前記第１及び第２の
ボウルあるいはシェルには少なくとも１つの廃液排出口
ポートを設けたハウジング胴部と、 ｂ）前記下方内側チャンバ内に配置されたガスろ過要素
にして、ガスろ過要素を貫いて流通するガスから液体及
び固形粒状物を分離するようにしたガスろ過要素と、 ｃ）円筒形状の中空糸膜ガス浄化カートリッジにして、
中空糸膜ガス浄化カートリッジを貫いて流通するガスか
ら水蒸気を分離するようになっている円筒形状の中空糸
膜ガス浄化カートリッジと、から構成されるガス浄化装
置が提供される。
【００１１】本発明の更に他の実施例によれば、 ａ）液体及び粒状物を分離するようになっている少なく
とも１つのろ過要素を貫いて水蒸気を含有する送給ガス
流れを流通させること、 ｂ）ろ過した送給ガス流れを、カートリッジに収納した
多数の中空糸膜と接触させること、 ｃ）中空糸膜を通し、送給ガス流れ中に含まれる水蒸気
の一部分を透過させること、 ｄ）カートリッジ内部の非透過の乾燥ガス流れの一部分
を使用した、送給ガス流れと実質的に向流する掃引ガス
を中空糸膜の透過側に提供すること、 ｅ）残余の非透過の乾燥ガス流れと、ろ過された送給ガ
ス流れとを回収すること、を含み、前記ろ過要素及び中
空糸膜を収納したカートリッジを、共通の長手方向軸線
の周囲に配置し、且つ、共通の、本来円筒形状のケーシ
ング内に包納するようにしたガス浄化方法が提供され
る。
【００１２】本発明のまた別の実施例によれば、 ａ）送給ガス流れを、カートリッジに収納した多数の中
空糸膜と接触させること、 ｂ）前記中空糸膜を通し、送給ガス流れに含まれる水蒸
気の一部分を透過させると同時に、送給ガス流れに含ま
れる浮遊物を除去すること、 ｃ）残余の非透過の乾燥ガス流れとろ過されたガス流れ
とを回収すること、を含むガス浄化方法が提供される。
【００１３】非透過の乾燥ガス流れの一部分は中空糸膜
を収納するカートリッジ内で、送給ガス流れと実質的に
向流する掃引ガスを中空糸膜の透過側に提供するべく使
用される。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明によれば、新規な、一体型
の、膜式のガス乾燥／ろ過装置を利用するガス浄化方法
が提供される。本発明のガス浄化方法は、これに限定す
るのではないが、ガスから、油、水滴、埃及びあるいは
水蒸気を含む浮遊物を、単一の一体型装置を使用するこ
とにより除去することを意図したものである。好ましい
実施例において、本発明のガス乾燥／ろ過装置は、共通
の、実質的に円筒形状のハウジング内に同中心状態に配
置した少なくとも１つのガスろ過要素と、中空糸膜ガス
乾燥カートリッジとを含む。ガスろ過要素は中空糸膜ガ
ス乾燥カートリッジにより部分的にあるいは完全に包囲
され得る。あるいはガスろ過要素は、中空糸膜ガス乾燥
カートリッジの内部に配置する、若しくは中空糸膜ガス
乾燥カートリッジの下方に同中心状態に配列することも
できる。ある実施例ではガスろ過要素は省略され、ガス
ろ過／ガス分離には単一の中空糸膜ガス乾燥カートリッ
ジが利用される。更に他の実施例では、ガスろ過要素の
前方に、油や水滴の除去を助成するサイクロン分離装置
あるいはサイクロンデフレクタが配置される。また別の
実施例では、ガスろ過要素と中空糸膜ガス乾燥カートリ
ッジとが、共通のコア部材であり得る環状の中央コア部
材の周囲に相互に接触する状態で同中心配置される。ガ
スろ過要素と中空糸膜ガス乾燥カートリッジとは取り外
し自在に装着されるのが好ましい。従って、目詰まりし
たフィルタを構成部品に分解する時間浪費的な作業は不
要となる。本発明のガス浄化装置はそうではなく、容易
に開放させ、目詰まりしたガスろ過要素を取り外して交
換することができる。ガスろ過要素は代表的には、中空
糸膜の寿命を引き延ばすことができるよう、この中空糸
膜の上流側に位置決めされる。しかしながらある実施例
では中空糸膜の下流側にポリシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ）フィルタとしての粒状物フィルタを配置することも
できる。
【００１５】膜式のガス乾燥／ろ過装置は透過性の中空
糸膜から構成され得る。中空糸膜は、稠密壁、複合物、
あるいは非対称の各構成のものとすることができるが、
複合物及び非対称のものが好ましく、複合物形態である
のが最も好ましい。ガス乾燥に使用する中空糸膜の化学
組成や構造は斯界に周知であり、例えば、米国特許第
４，４９７，６４０号、４，６８７，５７８号、４，７
８３，２０１号、４，７１８，９２１号、５，０２６，
４７９号、５，１０８，４６４号に記載される。乾燥膜
は、透水性が高く、水蒸気と製品成分との分離係数が大
きいものが有益である。例えば、空気浄化用途では本発
明の乾燥膜の水／酸素分離係数はしばしば５００以上、
好ましくは２０００以上、最も好ましくは５０００以上
である。水／酸素分離係数が大きい点は、乾燥空気流れ
の酸素濃度を実質的に変化させずに効率的な乾燥が提供
されることから、圧縮空気を乾燥する場合に特に重要で
ある。
【００１６】あるガス浄化用途では水蒸気だけでなく、
少なくとも１つのガス成分を送給ガス流れから追加的に
除去することが望ましい。そうしたガス分離方法には、
これに限定するものではないが、窒素富化空気の発生及
び、高圧ガス流れからの酸性ガス、例えば二酸化炭素の
除去が含まれる。そうしたガス浄化用途では中空糸膜
は、浄化した製品ガスから水蒸気のみならずその他のガ
ス状成分、例えば酸素や二酸化炭素を透過させ且つ除去
する高いガス透過性を有するべきである。
【００１７】特定のガス浄化用途のための膜の選択基
準、即ち、所望のガス分離／透過特性の組み合わせを有
する膜の選択は当業者には周知である。また、特定のガ
ス分離用途に有益であるように、膜の透過側にパージガ
スを使用するあるいは使用しない膜ガス透過法を選択す
ることも当業者には周知である。
【００１８】本発明の中空糸膜は、送給流れ及び透過流
れを向流させるあるいは交差させる流れ形態の、シェル
側送給配列構成あるいは穿孔側（管腔側）送給配列構成
のものとすることができる。あるいは本発明の中空糸膜
は、向流形態と交差流れ形態とを組み合わせた構成のも
のとすることができる。しかしながら、シェル側送給形
態とするのが好ましい。送給ガスを中空糸膜の稠密な分
離層との接触状態に持ち来たし、透過ガスを多孔質の支
持部分を通して抜き出すように中空糸膜を配置すること
で、この中空糸膜の寿命を実質的に引き延ばすことがで
きることが分かった。この配置は、管腔側送給配列構成
を用いる現行の商業的な圧縮空気乾燥法におけるそれと
は逆である。驚くべきことに、シェル側送給配列形態を
使用して送給ガスを中空糸膜の稠密な分離層と接触させ
ることで、中空糸膜要素をガス乾燥用のみならず、ガス
ろ過／コアレッサとしても同時に使用することが出来る
ことが分かった。
【００１９】ろ過要素及びこのろ過要素の製造材料は特
定の浄化用途に合致するように選択される。ガス汚染物
には、粒状物、油、エアロゾル、蒸気、水エアロゾル及
び水蒸気、もしくは不要ガスが含まれ得る。固形粒状物
には、代表的な寸法範囲が０．０１〜２０ミクロンであ
る埃や花粉粒子が含まれ得、液体エアロゾルには代表的
な寸法範囲が０．０１〜１０ミクロンである油滴や水滴
が含まれ得る。フィルタは特定のろ過用途に基づいて選
択される。ろ過水準を指定するためのろ過媒体等級がし
ばしば提供される。高効率のフィルタ要素は、プリーツ
加工セルロース紙、プリーツ加工ガス繊維紙（高効率粒
子状ＨＥＰＡ）、ＨＥＰＡ巻紙媒体（インクリーズド深
層濾過用）、真空形成マイクロガラスＨＥＰＡ媒体、蒸
気相汚染物除去用の種々の粒状吸着材、を使用する構成
のものとされる。
【００２０】ＨＥＰＡ巻紙媒体は、粒状物を除去及びフ
ィルタ要素内でコアレッシング（流体内の微少液滴を凝
集させ、粗粒化させる）するために広汎に使用される。
巻型のろ過要素を作製するためのガラス紙は、化学結合
剤を含浸させることでその円筒形状の強度を高めると共
にろ過効率を増長させるのが好ましい。粒状物を除去及
びフィルタ要素内でコアレッシングさせるためのフィル
タは、代表的にはフィルタ媒体の深さ部分に累進的な孔
構造を有する。特定の汚染物を除去するために最適のフ
ィルタ要素を選択することは当業者には周知である。
【００２１】図１を参照するに、本発明に従うガス浄化
装置の１実施例が断面で示されている。ガス浄化装置１
０１は外側ハウジング胴部を含み、この外側ハウジング
胴部には、ボウルあるいはシェル胴部材１０５と、上蓋
部材１０７と、何れも、外側ハウジング胴部内に位置決
めした、ガスろ過要素１０３と、中空糸膜ガス浄化カー
トリッジ１０４とが含まれる。ボウルあるいはシェル胴
部材１０５は本来円筒形状であり、シール及び取り外し
自在の様式下に上蓋部材１０７に結合される。上蓋部材
１０７は図１に示されるように、ネジ溝あるいはバヨネ
ットコネクタによりボウルあるいはシェル胴部材１０５
の軸方向端部に結合される。
【００２２】上蓋部材１０７は、送給ガス入口ポート１
０８と、浄化ガス出口ポート１０９と、ガス移送導管１
１０及び１１１とを有する。送給ガス入口ポート１０８
及び浄化ガス出口ポート１０９は上蓋部材１０７の縁部
の、本来直線の線上で相対的に離間された第１及び第２
の各位置に形成される。ガス移送導管１１０は外側ハウ
ジング胴部と同中心状態に位置決めされる。ガス移送導
管１１１及び１１０は送給ガス入口ポート１０８及び浄
化ガス出口ポート１０９と夫々連通される。
【００２３】ボウルあるいはシェル胴部材１０５は手動
排流構成の廃液排出ポート１０６を含む。図１に示すこ
の廃液排出ポート１０６に加え、あるいはこれに代え
て、斯界に周知の自動排流構成を用いることもできる。
図１の実施例では排流構成は閉じた位置で示され、図１
ａの拡大図では廃液排出ポートは開放位置で示されてい
る。
【００２４】ガスろ過要素１０３は本来円筒の中空形状
を有し、外側ハウジング胴部と同中心状態に位置決めさ
れ、中空糸膜ガス浄化カートリッジ１０４を部分的に包
囲する。ガスろ過要素１０３の第１の縁部は、中空糸膜
ガス浄化カートリッジ１０４のボウルあるいはシェル胴
部材１０５を、また第２の縁部はボウルあるいはシェル
胴部材１０５の底部壁１２９を実質的にシールする状態
で縁取りする。ガスろ過要素１０３はバネ１３０による
負荷を介し、底部壁１２９に押し付け固定される。
【００２５】本実施例での中空糸膜ガス浄化カートリッ
ジ１０４は、外側ハウジング胴部によってガスろ過要素
の下流側に形成されるチャンバ内に位置決めされる。中
空糸膜ガス浄化カートリッジは、軸方向の第１の終端部
１１３を介してシール及び取り外し自在の様式下に上蓋
部材１０７内のガス移送導管１１０に結合され、また軸
方向の第２の終端部１１４を介してボウルあるいはシェ
ル胴部材１０５内の廃液排出ポート１０６に結合され
る。中空糸膜ガス浄化カートリッジ１０４はネジ溝結合
部を介して廃液排出ポート１０６に取り付けられる。中
空糸膜ガス浄化カートリッジ１０４と、上蓋部材１０７
及びボウルあるいはシェル胴部材１０５の各結合部は、
液密シールを提供するＯ−リングを使用してシールされ
る。
【００２６】中空糸膜ガス浄化カートリッジ１０４は、
外側シェル１１７及び軸方向の端部蓋あるいはキャップ
１２０及び１２１により包囲される中空コア管部材１１
８の周囲に配列した環状の中空糸膜束１１６を含む。中
空糸膜束１１６は中空コア管部材１１８の周囲に一様に
配列した多数の中空糸膜から形成される。中空糸膜束の
構造を一様化する１つの好ましい方法は、中空糸を中空
コア管部材１１８の周囲に巻き付けることである。中空
糸膜束１１６の両端部は、中空コア管部材１１８の一端
が管板１２４の外側に開放する状態で、液密配列構成下
に管板１１９及び１２４内に封入される。管板の各端部
は、ガスが中空糸の管腔の内外に妨害されずに流動する
ことができるように分断される。
【００２７】管板１１９及び１２４の間で露出される中
空糸膜束は、管板１１９に隣り合う周囲部分あるいは間
隙１２２を除き、本来非透過性のフィルムバリヤあるい
はラップ１２３を使用して図１に示すように覆うことが
できる。ラップ１２３は、中空糸膜束を通るガス流れの
一様性を高め、また、外側シェル１１７内への中空糸膜
束の組み込みを容易化するための設計形状とされる。中
空糸膜ガス浄化カートリッジ１０４内のガス流れ通路
は、各中空糸膜の、シェル側での送給流れ／非透過流れ
と、管腔側での透過流れ／掃引流れとの間に、熱力学的
に効率的な向流流れ配列構成を提供するように配列され
る。送給ガスは外側シェル１１７の開口１２５及び間隙
１２２を通して中空糸膜束１１６に導入され、非透過の
製品ガスは中空コア管部材１１８の開口１２６を通して
除去される。
【００２８】開口１２５及び１２６は管板１１９及び１
２４に隣り合って夫々位置決めされる。透過ガスは中空
糸の軸方向表面の管腔の開放端を通して抜き出される。
この流れ配列構成により、送給ガス流れが透過ガスに関
して実質的に向流に流れることが保証される。中空糸膜
ガス浄化カートリッジ１０４には、非透過ガスの一部分
を掃引ガスとして導入する流れ制御オリフィス１２７も
設けられる。流れ制御オリフィス１２７は管板の内側あ
るいは外側に位置付けることができる。更にはこの流れ
制御オリフィス１２７は、カートリッジの内側で掃引ガ
スを使用する必要のない実施例では省略することもでき
る。
【００２９】本発明のガス浄化／分離方法では、送給ガ
スは中空のガス移送導管１１１と接続した送給ガス入口
ポート１０８を通してガス浄化装置１０１に導入され
る。ガスはガスろ過要素１０３のろ過媒体を通して送ら
れ、浮遊物が除去される。送給ガスは開口１２５を通し
て中空糸膜束１１６のシェル側に分流され、中空糸膜の
外側との接触状態に持ち来たされる。中空糸の管腔内を
透過され、かくして水蒸気などのような所望されざるガ
ス状不純物が除去された送給ガスは開口１２６を通して
送られて中空コア管部材１１８に入り、次いでガス移送
導管１１０を通して製品、即ち浄化ガス出口ポート１０
９に送られる。
【００３０】非透過ガスの一部分は流れ制御オリフィス
１２７を通して中空糸膜の管腔内に送られ、この中空糸
膜の透過側で掃引ガスとして使用される。ガスろ過要素
１０３により除去された液体はボウルあるいはシェル胴
部材１０５の底部位置に収集された後、廃液排出ポート
１０６を通して間欠的に除去される。流れ制御オリフィ
ス１２７は、所定量の非透過ガスを掃引ガスとして使用
することができるようにするための寸法形状を有する。
掃引ガス量が、結局、製品純度の水準を決定する。掃引
ガスの流量は、非透過ガスの正味の流量のしばしば５％
〜約３０％となる。中空糸膜ガス浄化カートリッジ１０
４は、流れ制御オリフィス１２７の寸法を単に変化させ
るだけで純度の異なる製品を生じさせることができる有
益な特徴を有する。
【００３１】図１に示す装置では、送給ガスを外部から
カートリッジに導入し、非透過ガスをカートリッジの内
側から抜き出す中空糸膜ガス浄化カートリッジが使用さ
れる。図２を参照するに、本発明に従うガス浄化装置の
別の実施例が全体を番号２０１で示されている。ガス浄
化装置２０１は、ボウルあるいはシェル胴部材２０４及
び上蓋部材２０５を含む外側ハウジング胴部と、この外
側ハウジング胴部の内部に位置決めされた中空糸膜ガス
浄化カートリッジ２０３とから構成される。ボウルある
いはシェル胴部材２０４は本来円筒形状であり、シール
及び取り外し自在の様式下に上蓋部材２０５に結合され
る。
【００３２】上蓋部材２０５は、図２に示すようにネジ
溝あるいはバヨネット結合部、若しくは任意のその他の
液密シール配列構成を介し、ボウルあるいはシェル胴部
材２０４に結合される。上蓋部材２０５は、送給ガス入
口ポート２０６と、浄化ガス出口ポート２０７と、ガス
移送導管２１０及び２１１とを含む。送給ガス入口ポー
ト２０６と、浄化ガス出口ポート２０７とは上蓋部材２
０５の縁部の、本来直線上で相対的に離間された第１及
び第２の各位置に形成される。ガス移送導管２１０は外
側ハウジング胴部と同中心状態に位置決めされる。ガス
移送導管２１０及び２１１は、送給ガス入口ポート２０
６及び浄化ガス出口ポート２０７と夫々流体連通され
る。ボウルあるいはシェル胴部材２０４は手動で廃液を
排出するための廃液排出ポート２１２を有する。廃液排
出ポート２１２は図２では閉じた状態で示されている。
この廃液排出ポート２１２に加え、あるいはこれに代え
て、斯界に周知の自動廃液排出配列構成を使用すること
ができる。
【００３３】本実施例の中空糸膜ガス浄化カートリッジ
２０３は、外側ハウジング胴部により形成されるチャン
バ内に位置決めされる。円筒形状のこの中空糸膜ガス浄
化カートリッジは、その第１の軸方向終端部２１３の位
置で上蓋部材２０５のガス移送導管２１０にシール及び
取り外し自在の様式下に結合され、第２の軸方向終端部
２１４の位置でボウルあるいはシェル胴部材２０４の廃
液排出ポート２１２に結合される。中空糸膜ガス浄化カ
ートリッジはネジ溝結合を介してボウルあるいはシェル
胴部材２０４に結合される。中空糸膜ガス浄化カートリ
ッジとボウルあるいはシェル胴部材２０４との間の結合
部は、液密シールを提供するＯ−リングを使用してシー
ルされる。
【００３４】中空糸膜ガス浄化カートリッジ２０３は、
外側シェル２１７と、軸方向端部蓋あるいはキャップ２
１８及び２２０とにより包囲された中空糸膜コア２１６
の周囲に配列された中空糸膜束２１５を含む。この中空
糸膜束２１５は中空糸膜コア２１６の周囲に一様に配列
した多数の中空糸膜から構成される。ろ過効率を改善す
るためにはこの中空糸膜束を構造充填して中空糸の断面
密度を一様化させるべきである。所定の中空糸間空間を
使用して中空糸を構造充填する方法は斯界に周知であ
る。中空糸膜束を一様に構造充填する好ましい１方法
は、環状の中空糸膜コア２１６の周囲に中空糸を螺旋巻
き付けすることである。
【００３５】図２ａには螺旋巻き付けした中空糸膜束の
部分拡大斜視図が示される。中空糸膜束のろ過効率及び
コアレッシング作用は、中空糸と同時にモノフィラメン
トを巻き付けることによりしばしば増長される。モノフ
ィラメントの巻き付け角度と中空糸の巻き付け角度とは
実質的に異なるようにすることができる。更には、モノ
フィラメントの充填密度は中空糸膜束の軸方向長さに沿
って変化させることができる。上述した中空糸、モノフ
ィラメント同時巻き付け法は、前記米国特許第５，７０
２，６０１号及び第５，８９７，７２９号に記載され
る。高効率フィルタは、フィルタ内側の孔構造化を増進
させるために、フィルタ媒体の深さ部分全体がしばしば
累進的な孔（空隙）構造のものとされる。この場合、フ
ィルタの中空糸マトリクスの上流側の層の粒状物蓄積空
間が大きくなり、下流側の層でのコアレッシングによる
除去効率が増長される。
【００３６】その結果、フィルタ要素の寿命が延長さ
れ、エアロゾルや粒状物の除去効率が高くなると同時
に、圧力差が小さくなる。本発明による中空糸膜束は、
断面充填密度を一様に維持しつつ、中空糸膜束の軸方向
長さに沿った（ガス流路に沿った）充填密度を段階化さ
せたものとすることができる。
【００３７】この段階化は、モノフィラメントを上述し
たように異なる充填密度で中空糸膜束の軸方向長さに沿
って同時に巻き付け、及びあるいは、中空糸膜束の軸方
向長さに沿って中空糸あるいはモノフィラメントの巻き
付け角度を変化させることにより、若しくは、上述した
方法を斯界に周知のその他の方法と組み合わせることに
より実施することができる。巻き付け角度を変化させる
方法は前記米国特許第５，８３７，０３３号に記載され
る。中空糸膜束２１５の両端部は、内側の中空糸膜コア
２１６の一方の端部が管板２２１の外側に開口する状態
で、液密配列下に管板２１９及び２２１内に封入され
る。各管板の端部は、中空糸の管腔の内外へのガス流れ
を妨害しないように分断される。管板２１９及び２２１
間で露出される中空糸膜束部分は、図２に示されるよう
に、管板２１９に隣り合う周囲領域あるいは間隙２２３
部分を除き、本来非透過性のフィルムバリヤあるいはラ
ップ２２２で覆うことができる。
【００３８】間隙２２３は、中空糸膜束を貫くガス流れ
の一様性を向上させると共に、中空糸膜束の、外側シェ
ル２１７内への組み込みを容易化する設計形状とされ
る。中空糸膜ガス浄化カートリッジ２０３内のガス流路
は、シェル側での送給流れ／非透過流れと、中空糸膜束
での管腔上の透過流れ／掃引流れとの間に、熱力学的に
効率的な向流流れ配列を提供するべく配列される。送給
ガスは外側シェル２１７の開口２２５を通して中空糸膜
束２１６内に導入され、非透過の製品ガスは環状の中空
糸膜コア２１６の開口２２６を通して除去される。開口
２２５及び２２６は管板２１９及び２２１に夫々隣り合
って位置決めされる。下側の開口２２５の列は中空糸膜
ガス浄化カートリッジ２０３から連行液体を除去するた
めにも利用される。透過ガスは、管板２１９の軸方向表
面上の、中空糸の管腔の開放端を通して抜き出される。
この流れ配列構成により、透過ガスに関する送給ガスの
実質的な向流流れが保証される。中空糸膜ガス浄化カー
トリッジ２０３には、管板２２１内に配置した流れ制御
オリフィス２３０も装備される。この流れ制御オリフィ
ス２３０は非透過ガスの一部分を掃引ガスとして中空糸
膜ガス浄化カートリッジ２０３に導入する。流れ制御オ
リフィス２３０は管板の内外の何れかに配置することが
できる。また、流れ制御オリフィス２３０は、中空糸膜
ガス浄化カートリッジ２０３に掃引ガスを導入する必要
がない実施例では省略することもできる。
【００３９】本発明のガス浄化／分離方法では、送給ガ
スは、ガス移送導管２１１に結合した送給ガス入口ポー
ト２０６を通してガス浄化装置２０１に導入される。送
給ガスは開口２２５を通して中空糸膜束２１５のシェル
側に分流されて中空糸膜の外側と接触する状態に持ち来
たされる。送給ガスは構造充填された中空糸膜束により
構成されるろ過媒体をとして移送され、このろ過媒体に
より浮遊物が除去される。一方、同時に、送給ガスから
は、中空糸の管腔内に透過されることにより除去され
た、水蒸気のような所望されざるガス状不純物が除去さ
れる。こうして浄化されたガスは環状の中空糸膜コア２
１６の開口２２６を通してガス移送導管２１０内に移送
され、次いで、浄化ガス出口ポート２０７を通して非透
過の製品ガスとして収集される。
【００４０】この、非透過の製品ガスの一部分は流れ制
御オリフィス２３０を通して中空糸の管腔内に送られ、
中空糸の透過側で掃引ガスとして使用される。透過流れ
及び非透過流れの組み合わせ流体は廃液排出ポート２１
２を通して廃棄ガスとして装置から除去される。中空糸
膜ガス浄化カートリッジ２０３のろ過作用により除去さ
れた液体はボウルあるいはシェル胴部材２０４の底部位
置に収集され、廃液排出ポート２１２を通して除去され
る。流れ制御オリフィス２３０は、非透過ガスの所定量
を掃引ガスとして移用することができるようにする寸法
の、相互交換自在の流れ制御オリフィスである。掃引ガ
スの量が、結局、製品の純度水準を決定する。掃引ガス
の流量は、非透過ガスの正味の流量のしばしば５％〜約
３０％である。図２に例示される装置では、送給ガスを
中空糸膜ガス浄化カートリッジの外側から導入し、非透
過ガスを中空糸膜ガス浄化カートリッジの内側から抜き
出す中空糸膜ガス浄化カートリッジが利用される。
【００４１】図３には、本発明に従うガス浄化装置のま
た別の実施例の断面が全体を番号３０１で例示される。
ガス浄化装置３０１は、下部ボウル／シェル胴部材３０
５と、上部ボウル／シェル胴部材３０６と、これらの下
部ボウル／シェル胴部材３０５及び上部ボウル／シェル
胴部材３０６間にあって隔壁形態を有する上蓋部材３０
７と、を含む外側ハウジング胴部と、何れもこの外側ハ
ウジング胴部内に位置決めしたガスろ過要素３０３及び
中空糸膜ガス浄化カートリッジ３０４とから構成され
る。下部ボウル／シェル胴部材３０５と、上部ボウル／
シェル胴部材３０６とは本来円筒形状を有し、シール及
び取り外し自在の様式下に上蓋部材３０７に結合され
る。上蓋部材３０７は、図３に示されるようにネジ溝あ
るいはバヨネット結合部を介し、あるいはその他の任意
の液密シール配列構成を介し、上方及び下法の各ボウル
／シェル胴部材の軸方向端部に結合される。上蓋部材３
０７は、送給ガス入口ポート３０８と、浄化ガス出口ポ
ート３０９と、ガス移送導管３１０、３１１、３１２と
を有する。送給ガス入口ポート３０８及び浄化ガス出口
ポート３０９は上蓋部材３０７の縁部の、本来直線上で
相対的に離間される第１及び第２の各位置に形成され
る。
【００４２】ガス移送導管３１０は外側ハウジング胴部
と同中心状態に位置決めされ、外側ハウジング胴部の上
下の各部材間に流通路を提供する。ガス移送導管３１１
及び３１２は送給ガス入口ポート３０８及び浄化ガス出
口ポート３０９と夫々連通する。下部ボウル／シェル胴
部材３０５は、図３では閉じた位置で示される手動操作
式の廃液排出ポート３２６を有する。この手動操作式の
廃液排出ポート３２６に加えて、あるいはこれに代え
て、斯界に周知の自動廃液配列構成を使用することがで
きる。上部ボウル／シェル胴部材３０６とを含む外側ハ
ウジング胴部は排気ガス出口ポート３１５を有する。
【００４３】本発明の中空糸膜ガス浄化カートリッジは
外側上方ハウジングにより形成されるチャンバ内に位置
決めされる。円筒形状の中空糸膜ガス浄化カートリッジ
は、その第１の軸方向終端部３１３の位置で上蓋部材３
０７のガス移送導管３１０にシール及び取り外し自在の
様式下に結合され、第２の軸方向終端部３１４の位置で
上部ボウル／シェル胴部材３０６の排気ガス出口ポート
３１５に結合される。中空糸膜ガス浄化カートリッジは
ネジ溝結合を介して上部ボウル／シェル胴部材３０６に
結合される。中空糸膜ガス浄化カートリッジと上部ボウ
ル／シェル胴部材３０６との間の結合部は、液密シール
を提供するＯ−リングを使用してシールされる。
【００４４】中空糸膜ガス浄化カートリッジ３０４は、
外側シェル３１７と、軸方向端部蓋あるいはキャップ３
２０及び３２１とにより包囲された中空糸膜コア３１８
の周囲に配列した環状の中空糸膜束３１６を含む。中空
糸膜束３１６は、中空糸膜コア３１８の周囲に一様に配
列した多数の中空糸膜により形成される。一様構造の中
空糸膜束を形成する好ましい１方法は、環状の中空糸膜
コア３１８の周囲に中空糸を螺旋巻き付けすることであ
る。中空糸膜束３１６の両端部は、内側の中空糸膜コア
３１８の一方の端部が管板３１９の外側に開口する状態
で、管板３１９及び３２４内に液密配列構成下に封入さ
れる。管板の各端部は、ガスが中空糸の管腔の内外に妨
害されずに流動することができるように分断される。
【００４５】管板３１９及び３２４間に露出される中空
繊維膜束部分は、図３に示すように、管板３１９に隣り
合う、覆われない周囲領域あるいは間隙３２２を除き、
本来非透過性のフィルムバリヤあるいはラップ３２３を
使用して覆うことができる。ラップ３２３は、中空糸膜
束を通してのガス流れの一様性を改善し、また、中空糸
膜束の外側シェル３１７への組み込みを容易化する設計
形状とするべきである。中空糸膜ガス浄化カートリッジ
３０４内のガス流路は、シェル側での送給／非透過流れ
と、中空糸膜束での管腔上の透過／掃引流れとの間に、
熱力学的に効率的な向流流れ配列を提供するべく配列さ
れる。送給ガスは中空糸膜コア３１８の開口３２５を通
して中空糸束３１６内に導入され、非透過の製品ガスは
外側シェル３１７の間隙３２２及び開口３２６を通して
除去される。開口３２５及び３２６は、管板３２４及び
３１９に夫々隣り合って位置決めされる。透過ガスは、
管板３２４の軸方向表面上の、中空糸の管腔の開放端を
通して抜き出される。この流れ配列構成により、透過ガ
スに関する送給ガスの実質的な向流流れが保証される。
【００４６】中空糸膜ガス浄化カートリッジ３０４に
は、非透過ガスの一部分を掃引ガスとして導入するため
の流れ制御オリフィス３２７も装備される。この流れ制
御オリフィス３２７は、ネジ溝あるいは類似の脱着配列
構成を使用してキャップ３２０に取り付ける交換自在の
オリフィスであることが好ましい。流れ制御オリフィス
３２７は、中空糸膜ガス浄化カートリッジ２０３に掃引
ガスを導入する必要がない実施例では省略することもで
きる。更には、図３に示す中空糸膜ガス浄化カートリッ
ジ３０４は、流れ制御オリフィス３２７内のガス流路を
ストッパでシールすることにより、掃引ガスを利用する
ものから掃引ガスを利用しないものに改変することがで
きる。
【００４７】本発明のガス浄化／分離方法によれば、送
給ガスは、中空のガス移送導管３１１に結合した送給ガ
ス入口ポート３０８を通してガス浄化装置３０１に導入
される。送給ガスはガスろ過要素３０３から成るろ過媒
体を通して送られ、浮遊物が除去される。隔離とろ過さ
れたガスは、次いでガス移送導管３１０を通して中空糸
膜コア３１８に送られる。送給ガスは次いで、開口３２
５を通して分岐されて中空糸膜束３１６のシェル側に入
り、中空糸膜の外側と接触する状態に持ち来たされる。
次いで、中空糸の管腔内に透過されることにより所望さ
れざるガス状不純物、例えば、水蒸気の除去された送給
ガスは、外側シェル３１７の間隙３２２を通して送ら
れ、浄化ガス出口ポート３０９を通して製品非透過ガス
として収集される。
【００４８】非透過ガスの一部分は流れ制御オリフィス
３２７を通して送られて中空糸の管腔に入り、中空糸膜
の透過側で掃引ガスとして使用される。透過流れ及び非
透過流れの組み合わせ流体は排気ガス出口ポート３１５
を通して廃棄ガスとして装置から除去される。ガスろ過
要素３０３により除去された液体は下部ボウル／シェル
胴部材３０５の底部位置に収集され、廃液排出ポート３
２６を通して除去される。流れ制御オリフィス３２７
は、非透過ガスの所定量を掃引ガスとして移用すること
ができるようにする寸法の相互交換自在の流れ制御オリ
フィスである。掃引ガスの量が、結局、製品の純度水準
を決定する。掃引ガスの流量は、非透過ガスの正味の流
量の、しばしば５％〜約３０％である。図３に示す中空
糸膜ガス浄化カートリッジ３０４は、流れ制御オリフィ
スの寸法を単に変更するのみで、純度の異なる製品を精
製するために使用することができる有益な特徴がある。
中空糸膜ガス浄化カートリッジ３０４は、流れ制御オリ
フィス３２７を単に塞ぐあるいは排除することにより、
掃引ガスを使用する必要のないガス分離用途のために使
用することができる。図３に示す装置は、送給ガスをカ
ートリッジの内側に導入し、非透過ガスをカートリッジ
の外側から抜き出す中空糸膜ガス浄化カートリッジを利
用するものである。ある実施例では、本発明の装置の中
空糸膜カートリッジ（図示せず）の下流側にポリッシン
グフィルタとしての粒状物フィルタを更に組み込むこと
ができる。以上、本発明を実施例を参照して説明した
が、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解され
たい。
【００４９】
【発明の効果】１．ケーシング内に一体パッケージ化し
た中空糸膜式の乾燥及びろ過装置が提供される。 ２．一体型のろ過／膜乾燥装置を使用して、油、水滴、
埃あるいは水蒸気と言った浮遊物の１つ以上を除去する
ことにより、圧縮ガス流れを浄化するための改良方法が
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスろ過要素を中空糸膜カートリッジの周囲に
配置した本発明の１実施例に従うガス浄化装置の断面図
である。
【図１ａ】排流ポートの開放状態での部分拡大断面図で
ある。
【図２】中空糸膜カートリッジを使用してろ過操及び乾
燥操作を実施する本発明の他の実施例に従うガス浄化装
置の断面図である。
【図２ａ】巻き付けた中空糸膜束の部分拡大断面図であ
る。
【図３】中空糸膜カートリッジをガスろ過要素と同中心
状態に且つその上部に位置決めした本発明の更に他の実
施例に従うガス浄化装置の断面図である。
【符号の説明】
１０１ ガス浄化装置 １０３ ガスろ過要素 １０４ 中空糸膜ガス浄化カートリッジ １０５ ボウルあるいはシェル胴部材 １０６ 廃液排出ポート １０７ 上蓋部材 １０８ 送給ガス入口ポート １０９ 浄化ガス出口ポート １１０、１１１ ガス移送導管 １１３ 軸方向の第１の終端部 １１４ 軸方向の第２の終端部 １１６ 中空糸膜束 １１７ 外側シェル １１８ 中空コア管部材 １１９、１２４ 管板 １２０、１２１ 軸方向の端部蓋あるいはキャップ １２２ 間隙 １２３ フィルムバリヤあるいはラップ １２５、１２６ 開口 １２７ 流れ制御オリフィス １２９ 底部壁 １３０ バネ ２０１ ガス浄化装置 ２０３ 中空糸膜ガス浄化カートリッジ ２０４ ボウルあるいはシェル胴部材 ２０５ 上蓋部材 ２０６ 送給ガス入口ポート ２０７ 浄化ガス出口ポート ２１０、２１１ ガス移送導管 ２１２ 廃液排出ポート ２１４ 第２の軸方向終端部 ２１５ 中空糸膜束 ２１６ 中空糸膜コア ２１７ 外側シェル ２１８、２２０ 軸方向端部蓋あるいはキャップ ２１９、２２１ 管板 ２２２ フィルムバリヤあるいはラップ ２２３ 間隙 ２２５、２２６ 開口 ２３０ 流れ制御オリフィス ３０１ ガス浄化装置 ３０５ 下部ボウル／シェル胴部材 ３０６ 上部ボウル／シェル胴部材 ３０７ 上蓋部材 ３０８ 送給ガス入口ポート ３０９ 浄化ガス出口ポート ３１０、３１１、３１２ ガス移送導管 ３１３ 第１の軸方向終端部 ３１４ 第２の軸方向終端部 ３１５ 排気ガス出口ポート ３１６ 中空糸膜束 ３１７ 外側シェル ３１８ 中空糸膜コア ３１９、３２４ 管板 ３２０、３２１ 軸方向端部蓋あるいはキャップ ３２２ 覆われない周囲領域あるいは間隙 ３２３ フィルムバリヤあるいはラップ ３２５ 開口 ３２６ 廃液排出ポート ３２７ 流れ制御オリフィス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット・アンドルー・バーソロミュー アメリカ合衆国マサチューセッツ州ウスタ ー、プランテーション・ストリート53、ナ ンバー２ (72)発明者 サルバトール・ジーリア アメリカ合衆国マサチューセッツ州ノーウ ッド、ネポンセット・ストリート379ビー (72)発明者 ブラッドリー・クウィン・ジョンソン アメリカ合衆国マサチューセッツ州レイク ビル、カントリー・ストリート175 Ｆターム(参考） 4D006 GA28 HA01 JA03Z JA14Z JA19Z JA25Z KA02 KA41 KB14 MA01 PA01 PB17 PB65 PC72 PC73 4D052 AA10 EA01 4D058 JA05 JA10 JB13 JB25 LA01 QA03 QA11 SA15 TA01 UA08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス浄化方法であって、 ａ）流入する該送給ガス流れから気体及び固形粒状物を
    分離するようになっている少なくとも１つのろ過要素を
    貫いて、水蒸気を含有する送給ガス流れを送ること、 ｂ）ろ過された送給ガスを、カートリッジに収納した多
    数の中空糸膜と接触させること、 ｃ）前記中空糸膜を通し、送給ガス流れに含まれる水蒸
    気の一部分を透過させること、 ｄ）ろ過及び乾燥された非透過の残余の主たるガス流れ
    を回収すること、 を含み、 前記ろ過要素と、前記中空糸膜を収納したカートリッジ
    とが共通の長手方向軸の周囲に配置され且つ共通のケー
    シングに包納されるようにしたガス浄化方法。
  2. 【請求項２】 ガス浄化方法であって、 ａ）送給ガスを、カートリッジ内に収納した多数の中空
    糸膜と接触させること、 ｂ）前記中空糸膜を通し、送給ガス流れに含まれる水蒸
    気の一部分を透過させると同時に送給ガス流れに含まれ
    る浮遊物を除去すること、 ｃ）乾燥及びろ過された非透過の残余の主たるガス流れ
    を回収すること、 を含むガス浄化方法。
  3. 【請求項３】 ガス浄化装置であって、 ａ）本来円筒形状の第１及び第２の各シェルにより画定
    されるハウジング胴部にして、前記第１及び第２の各シ
    ェル間に介設した上蓋部材に軸方向の各端部位置で結合
    され、前記第１及び第２の各シェルが該ハウジング胴部
    内に下方内側チャンバ及び上方内側チャンバを画定し、
    前記上蓋部材の第１の端部には該上蓋部材を貫く送給ガ
    ス入口ポートが形成され、上蓋部材の第２の端部には該
    上蓋部材を貫くガス出口ポートが形成され、少なくとも
    １つのガス移送導管が前記下方及び上方の各内側チャン
    バと連通するハウジング胴部と、 ｂ）前記下方内側チャンバ内に配置したガスろ過要素に
    して、該ガスろ過要素を貫いて流通する送給ガスから液
    体及び固形粒状物を分離するようになっているガスろ過
    要素と、 ｃ）前記上方内側チャンバ内に配置した中空糸膜カート
    リッジにして、該中空糸膜カートリッジを貫いて流通す
    る送給ガスから水蒸気を分離するようになっている中空
    糸膜カートリッジとを含み、 前記ガスろ過要素及び中空糸膜カートリッジとが前記ハ
    ウジング胴部内の共通の長手方向軸の周囲に配置され、
    該長手方向軸が前記ハウジング胴部と本来同中心とされ
    るガス浄化装置。
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