JP2003284916A - Method for manufacturing low temperature drying gas and apparatus therefor - Google Patents
Method for manufacturing low temperature drying gas and apparatus thereforInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、除湿用ガス分離膜
モジュールと超高速旋回流による低温ガス発生装置とを
組み合わせた低温乾燥ガスを生成する改良された方法お
よびその装置に関する。特に、低温乾燥空気を生成する
改良された方法およびその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved method and apparatus for producing a low temperature dry gas by combining a gas separation membrane module for dehumidification and a low temperature gas generator using an ultra-high speed swirling flow. In particular, it relates to an improved method and apparatus for producing cold dry air.
【０００２】[0002]
【従来の技術】低温ガス特に低温空気を発生する装置と
して、超高速旋回流による低温ガス発生装置は周知であ
る。この装置において、旋回流発生部に供給された高圧
ガスは超高速旋回流となってケース内に沿って外側の旋
回流を形成して流れ、ケース端部で反転して内側の旋回
流を形成して反対方向に流れる。この時、外側の旋回流
は温度が上昇し、内側の旋回流は温度が低下する。温度
が上昇したガスはケース端部の高温ガス取出口から取出
され、温度が低下したガスはケースの他端に導かれて低
温ガス取出口から取出される。この装置は冷媒を用いな
いで容易に低温ガスを生成できる利点があり、金属やプ
ラスチックの加工工程で発生する熱の除去、電気制御や
各種計測器ボックスの冷却、金型の冷却、各種の冷却テ
ストなど、あらゆるスポット冷却の冷気源として幅広く
使用されている。しかし、空気のような水分を含有する
ガスを用いて低温ガスを生成すると、使用時に結露を生
じ易く、低温ガス発生装置内に氷結が生じて閉塞し連続
運転ができなかったり、冷却対象物が電子部品などの場
合にはその電子部品の腐食を促進させるなどの問題があ
った。2. Description of the Related Art As a device for generating a low temperature gas, particularly a low temperature air, a low temperature gas generating device using an ultra-high speed swirling flow is well known. In this device, the high-pressure gas supplied to the swirl flow generation section becomes a super-high-speed swirl flow, forming an outer swirl flow along the inside of the case and then reversing at the end of the case to form an inner swirl flow. And then flow in the opposite direction. At this time, the temperature of the outer swirl flow rises, and the temperature of the inner swirl flow falls. The gas whose temperature has risen is taken out from the hot gas outlet at the end of the case, and the gas whose temperature has dropped is guided to the other end of the case and taken out from the low temperature gas outlet. This device has the advantage that low-temperature gas can be easily generated without using a refrigerant. It removes heat generated in the processing process of metals and plastics, electric control and cooling of various measuring instrument boxes, cooling of molds, and various cooling. Widely used as a cold air source for all spot cooling such as tests. However, when a low-temperature gas is generated using a gas containing water such as air, dew condensation is likely to occur during use, and the low-temperature gas generator is blocked due to freezing and continuous operation cannot be performed, or the object to be cooled is In the case of electronic parts, there is a problem such as promoting corrosion of the electronic parts.
【０００３】このため、特開平４−１２２４１４号公
報、特開平７−３３２７８０号公報で、除湿用ガス分離
膜モジュールと超高速旋回流による低温ガス発生装置と
を組み合わせる方法、殊に、超高速旋回流による低温ガ
ス発生装置から取出される高温乾燥ガスを除湿用ガス分
離膜モジュールの膜の透過側の水分のパージガスとして
用いる方法および装置が提案されている。Therefore, in JP-A-4-122414 and JP-A-7-332780, a method of combining a gas separation membrane module for dehumidification and a low-temperature gas generator using an ultra-high speed swirl flow, especially an ultra-high speed swirl A method and an apparatus have been proposed in which a high temperature dry gas taken out from a low temperature gas generator by flow is used as a purge gas for moisture on the permeate side of a membrane of a dehumidifying gas separation membrane module.
【０００４】提案された方法および装置は、低温ガスの
使用時に結露を生じないので長期間連続して用いること
ができる。しかしながら、この方法および装置では、循
環する高温乾燥ガスの影響で低温ガス発生装置へ供給す
る高圧の乾燥ガスが高温になるために、低温乾燥ガスを
効率よく得難くなるという問題があり、低温乾燥ガスを
より効率的に得るためには改良の余地があった。The proposed method and apparatus can be used continuously for a long period of time because no condensation occurs when a low temperature gas is used. However, in this method and apparatus, the high-temperature dry gas supplied to the low-temperature gas generator becomes high due to the effect of the circulating high-temperature dry gas, so that it is difficult to efficiently obtain the low-temperature dry gas. There was room for improvement in order to obtain gas more efficiently.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、除湿用ガス
分離膜モジュールと超高速旋回流による低温ガス発生装
置とを組み合わせ、超高速旋回流による低温ガス発生装
置から排出される高温乾燥ガスを除湿用ガス分離膜モジ
ュールの膜の透過側の水分のパージガスとして用いる方
法および装置であって、低温乾燥ガスをより効率良く生
成することができる改良された方法および装置を提供す
ることを目的としている。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention combines a gas separation membrane module for dehumidification and a low-temperature gas generator using an ultra-high-speed swirl flow to generate a high-temperature dry gas discharged from the low-temperature gas generator using an ultra-high-speed swirl flow. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus used as a purge gas for moisture on the permeate side of a membrane of a dehumidifying gas separation membrane module, which is capable of more efficiently producing a low temperature dry gas. .
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、水
分を含有する高圧のガスを除湿用ガス分離膜モジュール
に供給し、膜の透過側へ水分を選択的に透過させると共
に膜の非透過側から高圧の乾燥ガスを取り出す工程と、
前記高圧の乾燥ガスを超高速旋回流による低温ガス発生
装置へ供給し、低温ガス発生装置の低温ガス取出口から
低温乾燥ガスを取出すと共に高温ガス取出口から高温乾
燥ガスを取り出す工程と、前記高温乾燥ガスのうちの一
部分を除湿用分離膜モジュールの膜の透過側の水分のパ
ージガスとして用いると共に前記高温乾燥ガスのうちの
他の部分を系外へ排出させる工程とを含む低温乾燥ガス
の発生方法に関し、特に低温ガス発生装置の高温ガス取
出口から取出された高温乾燥ガスのうちの１体積％〜８
０体積％を除湿用分離膜モジュールの膜の透過側の水分
のパージガスとして用いる低温乾燥ガスの発生方法に関
する。また、本発明は、除湿用ガス分離膜モジュールと
超高速旋回流による低温ガス発生装置とを備えた低温乾
燥ガス発生装置であって、水分を含有する高圧のガスを
除湿用ガス分離膜モジュールに供給し、膜の透過側へ水
分を選択的に透過させると共に膜の非透過側から高圧の
乾燥ガスを取出し、前記高圧の乾燥ガスを超高速旋回流
による低温ガス発生装置へ供給し、低温ガス発生装置の
低温ガス取出口から低温乾燥ガスを取出すと共に高温ガ
ス取出口から高温乾燥ガスを取出し、前記高温乾燥ガス
のうちの一部分を除湿用分離膜モジュールの膜の透過側
の水分のパージガスとして循環して用いると共に前記高
温乾燥ガスのうちの他の部分を装置外へ排出させるよう
に構成されたことを特徴とする低温乾燥ガス発生装置に
関し、特に、低温ガス発生装置から取出された高温乾燥
ガスが、排出口への分岐を介して除湿用ガス分離膜モジ
ュールの膜の透過側へ導かれるように構成され、且つ、
流量調整弁が、分岐と排出口の間または分岐と除湿用ガ
ス分離膜モジュールの間に配置されて構成された低温乾
燥ガス発生装置に関する。That is, according to the present invention, a high-pressure gas containing moisture is supplied to a dehumidifying gas separation membrane module to selectively permeate moisture to the permeate side of the membrane and to prevent non-permeation of the membrane. The process of taking out high-pressure dry gas from the side,
Supplying the high-pressure dry gas to a low-temperature gas generator by an ultra-high-speed swirling flow, taking out the low-temperature dry gas from the low-temperature gas outlet of the low-temperature gas generator and taking out the high-temperature dry gas from the high-temperature gas outlet, Using a part of the dry gas as a purge gas for moisture on the permeation side of the membrane of the separation membrane module for dehumidification, and discharging the other part of the high temperature dry gas to the outside of the system In particular, 1% by volume to 8% of the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet of the low temperature gas generator
The present invention relates to a low-temperature dry gas generation method in which 0% by volume is used as a purge gas for moisture on the permeate side of a membrane of a dehumidifying separation membrane module. Further, the present invention is a low-temperature dry gas generator equipped with a dehumidifying gas separation membrane module and a low-temperature gas generator with an ultra-high-speed swirling flow, wherein a high-pressure gas containing water is added to the dehumidifying gas separation membrane module. It is supplied to selectively permeate moisture to the permeate side of the membrane and to take out high-pressure dry gas from the non-permeate side of the membrane, and to supply the high-pressure dry gas to a low-temperature gas generator using an ultra-high-speed swirling flow. The low-temperature dry gas is taken out from the low-temperature gas outlet of the generator, the high-temperature dry gas is taken out from the high-temperature gas outlet, and a part of the high-temperature dry gas is circulated as a purge gas for moisture on the permeation side of the membrane of the separation membrane module for dehumidification. The present invention relates to a low-temperature dry gas generator characterized in that it is configured to discharge the other part of the high-temperature dry gas to the outside of the device, and in particular, to generate a low-temperature gas. Hot drying gas taken out from the apparatus is configured to be guided to the permeate side of the membrane of the gas separation membrane module for dehumidification via a branch to the outlet, and,
The present invention relates to a low-temperature dry gas generator including a flow control valve arranged between a branch and an outlet or between a branch and a dehumidifying gas separation membrane module.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】本発明を、図１に示した概略のフ
ロー図によって説明する。尚、矢印はガスの流れを示
す。水分を含有する空気などのガスを、必要ならダスト
セパレーターで処理した後で、コンプレッサー３に供給
して、通常は０．１〜２ＭＰａＧ（ゲージ圧、以下同
様）程度まで圧縮する。得られた高圧のガスは、必要に
応じて簡便な冷凍除湿機４によって予備的に除湿及び冷
却し更に必要に応じてセパレーター５でミストや塵埃を
除去し更に必要に応じて減圧弁６で所定圧力に調節され
た後で、除湿用ガス分離膜モジュール１へ供給される。
ガス分離膜モジュール１において、膜の透過側８は大気
に開放されていて大気圧に近い圧力（約０±０．０２Ｍ
ＰａＧ）になっているので、供給された水分を含有する
高圧のガスから水分が膜を選択的に透過して、膜の非透
過側７から水分が除かれた高圧の乾燥ガスが取出され
る。この高圧の乾燥ガスの露点は、目的とする低温乾燥
ガスの温度よりも低温になるように調整される。特に目
的の低温乾燥ガスの温度よりも５℃〜２０℃程度低温に
調整することが好ましい。この高圧の乾燥ガスは、超高
速旋回流による低温ガス発生装置２の旋回流発生部９へ
供給され、超高速旋回流を発生させてケース内に沿って
温度が上昇した外側の旋回流を形成して流れ、ケース端
部で反転して温度が低下した内側の旋回流となって流れ
る。そして、高温乾燥ガスはケース端部の高温ガス取出
口１１から取出され、低温乾燥ガスはケースの他端の低
温ガス取出口１０から取出される。この低温乾燥ガス
が、製品ガスとして、種々のユースポイントで使用され
る。尚、低温ガス発生装置に供給される高圧の乾燥ガス
のうち、低温乾燥ガスとして取出す量（冷風率）は約２
０体積％〜８０体積％であり、取出す高温乾燥ガス量を
調整することで得られる低温乾燥ガスの量と温度が調節
される。即ち、取出す高温乾燥ガス量を多くすると、得
られる低温乾燥ガスの量は減少するが、より低温度のガ
スを得ることができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described with reference to the schematic flow chart shown in FIG. The arrow indicates the flow of gas. A gas such as air containing water is treated with a dust separator, if necessary, and then supplied to the compressor 3 to normally compress it to about 0.1 to 2 MPaG (gauge pressure, the same applies below). The obtained high-pressure gas is preliminarily dehumidified and cooled by a simple refrigerating / dehumidifying machine 4 if necessary, and mist or dust is removed by a separator 5 if necessary, and further by a pressure reducing valve 6 as required. After the pressure is adjusted, the gas is supplied to the dehumidifying gas separation membrane module 1.
In the gas separation membrane module 1, the permeation side 8 of the membrane is open to the atmosphere and has a pressure close to atmospheric pressure (about 0 ± 0.02M
Since it is PaG), the moisture selectively permeates the high-pressure gas containing the supplied moisture through the membrane, and the high-pressure dry gas from which the moisture has been removed is taken out from the non-permeable side 7 of the membrane. . The dew point of the high-pressure dry gas is adjusted to be lower than the intended temperature of the low-temperature dry gas. Particularly, it is preferable to adjust the temperature to about 5 ° C. to 20 ° C. lower than the temperature of the target low temperature dry gas. This high-pressure dry gas is supplied to the swirl flow generation unit 9 of the low-temperature gas generator 2 by an ultrahigh-speed swirl flow, generates an ultrahigh-speed swirl flow, and forms an outer swirl flow whose temperature has risen along the inside of the case. And then flows at the end of the case to become an inner swirling flow whose temperature has dropped. Then, the high temperature dry gas is taken out from the high temperature gas outlet 11 at the end of the case, and the low temperature dry gas is taken out from the low temperature gas outlet 10 at the other end of the case. This low temperature dry gas is used as a product gas at various points of use. Of the high-pressure dry gas supplied to the low-temperature gas generator, the amount taken out as the low-temperature dry gas (cold air rate) is about 2
It is 0% by volume to 80% by volume, and the amount and temperature of the low-temperature dry gas obtained by adjusting the amount of high-temperature dry gas taken out are adjusted. That is, when the amount of high temperature dry gas to be taken out is increased, the amount of low temperature dry gas obtained is reduced, but a gas of lower temperature can be obtained.
【０００８】前記の低温ガス発生装置２の高温ガス取出
口１１から取出された高温乾燥ガスは、一部分がそのま
ま系外へ排出されると共に、一部分がガス分離膜モジュ
ール１の膜の透過側８へ導かれて、膜を選択的に透過し
た水分を同伴してガス分離膜モジュール１から系外へ排
出するためのパージガスとして使用される。尚、低温ガ
ス発生装置２から取出された高温乾燥ガスは系外に開放
されて大気圧に近い圧力になっている。A part of the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet 11 of the low temperature gas generator 2 is discharged as it is to the outside of the system, and a part thereof is directed to the permeate side 8 of the membrane of the gas separation membrane module 1. It is used as a purge gas for accommodating water that has been introduced and selectively permeated through the membrane and is discharged from the gas separation membrane module 1 to the outside of the system. The high temperature dry gas taken out from the low temperature gas generator 2 is opened to the outside of the system and has a pressure close to atmospheric pressure.
【０００９】本発明において、低温ガス発生装置２の高
温ガス取出口１１から取出された高温乾燥ガスのうちガ
ス分離膜モジュール１の膜の透過側８へ循環されるガス
の割合は、分離膜モジュール１の膜の非透過側７から得
られる高圧の乾燥ガスの露点が低温ガス発生装置から得
ようとする低温乾燥ガスの温度よりも低温になるよう
に、特に５℃〜２０℃程度低温になるように調節され
る。低温ガス発生装置２の高温ガス取出口１１から取出
された高温乾燥ガスのうちガス分離膜モジュール１の膜
の透過側８へ循環されるガスの割合を増やすと、分離膜
モジュール１の除湿効率が高まって非透過側７から得ら
れる高圧の乾燥ガスの露点をより低温にすることができ
るが、同時に、非透過側７から得られる高圧の乾燥ガス
の温度はより高温になってしまう。その結果、低温ガス
発生装置２から得られる低温乾燥ガスの温度が高くな
り、効率的に低温ガスを得ることができなくなる。本発
明において、低温ガス発生装置２の高温ガス取出口１１
から取出された高温乾燥ガスのうちガス分離膜モジュー
ル１の膜の透過側８へ循環されるガスの割合は、低温ガ
ス発生装置２の高温ガス取出口１１から取出された高温
乾燥ガスの全体量に対して１体積％以上、好ましくは１
０体積％以上、特に２０体積％以上であり、且つ、８０
体積％以下、好ましくは７０体積％以下、特に６０体積
％以下が好適である。In the present invention, the proportion of the gas circulated to the permeate side 8 of the membrane of the gas separation membrane module 1 in the high temperature dry gas taken out from the hot gas outlet 11 of the low temperature gas generator 2 is the separation membrane module. The dew point of the high-pressure dry gas obtained from the non-permeate side 7 of the membrane 1 is lower than the temperature of the low-temperature dry gas to be obtained from the low-temperature gas generator, particularly, about 5 ° C to 20 ° C. To be adjusted. When the proportion of the gas circulated to the permeate side 8 of the membrane of the gas separation membrane module 1 in the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet 11 of the low temperature gas generator 2 is increased, the dehumidification efficiency of the separation membrane module 1 is improved. The dew point of the high-pressure dry gas obtained from the non-permeable side 7 can be increased to a lower temperature, but at the same time, the temperature of the high-pressure dry gas obtained from the non-permeable side 7 becomes higher. As a result, the temperature of the low temperature dry gas obtained from the low temperature gas generator 2 becomes high, and the low temperature gas cannot be efficiently obtained. In the present invention, the high temperature gas outlet 11 of the low temperature gas generator 2 is used.
The proportion of the gas circulated to the permeate side 8 of the membrane of the gas separation membrane module 1 in the high temperature dry gas taken out from is determined by the total amount of the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet 11 of the low temperature gas generator 2. 1 volume% or more, preferably 1
0% by volume or more, particularly 20% by volume or more, and 80
Volume% or less, preferably 70 volume% or less, particularly 60 volume% or less are suitable.
【００１０】全量又は８０体積％以上の高温乾燥ガスを
ガス分離膜モジュール１の膜の透過側８へ導入すると、
分離膜モジュールは処理ガス量に対してより大きな膜面
積を持つような構造を持っているため効率的に熱が移動
して、分離膜モジュール１から取出される高圧の乾燥ガ
スの温度が著しく上昇する。この温度が上昇した高圧の
乾燥ガスが低温ガス発生装置２へ供給される結果、低温
ガス発生装置から生成する高温乾燥ガス及び低温乾燥ガ
スはそれぞれより高温になって、効率よく低温乾燥ガス
を生成することが難しくなる。１体積％以下の高温乾燥
ガスをガス分離膜モジュール１の膜の透過側８へ導入す
ると、分離膜モジュール１の膜の透過側８へ透過した水
分が充分に排除されずに残留しするので膜の非透過側と
透過側の水分の分圧差が小さくなって膜を透過する水分
の透過速度が小さくなり、除湿効率が著しく低下して、
効率よく低温乾燥ガスを生成することが難しくなる。When the high temperature dry gas of 80% by volume or more is introduced into the permeate side 8 of the membrane of the gas separation membrane module 1,
Since the separation membrane module has a structure having a larger membrane area with respect to the processing gas amount, heat is efficiently transferred, and the temperature of the high-pressure dry gas taken out from the separation membrane module 1 is significantly increased. To do. As a result of the high-pressure dry gas whose temperature has risen being supplied to the low-temperature gas generator 2, the high-temperature dry gas and the low-temperature dry gas generated from the low-temperature gas generator become higher in temperature, and the low-temperature dry gas is efficiently generated. Becomes difficult to do. When 1% by volume or less of high temperature dry gas is introduced into the permeate side 8 of the membrane of the gas separation membrane module 1, the moisture permeated to the permeate side 8 of the membrane of the separation membrane module 1 remains without being sufficiently removed. The partial pressure difference between the water on the non-permeation side and the water on the permeation side becomes small, the permeation rate of the water permeating through the membrane becomes small, and the dehumidification efficiency significantly decreases.
It becomes difficult to efficiently generate the low temperature dry gas.
【００１１】本発明において、除湿用ガス分離膜モジュ
ール１へ供給されるガスの圧力が高いほど、得られる低
温乾燥ガスの温度の低下幅は大きくなる。また、除湿用
ガス分離膜モジュール１へ供給されるガスの温度が低い
ほど、得られる低温乾燥ガスの温度は低下する。除湿用
ガス分離膜モジュール１へ供給されるガスは予め冷却さ
れたガスでもよい。予め冷却するために周知の方法で冷
却しても本発明の方法で冷却しても構わない。通常、除
湿用ガス分離膜モジュール１へ供給されるガスは−３０
℃〜６０℃、特に０℃〜４０℃の温度範囲が好適であ
る。In the present invention, the higher the pressure of the gas supplied to the dehumidifying gas separation membrane module 1, the larger the range of decrease in the temperature of the obtained low temperature dry gas. Further, the lower the temperature of the gas supplied to the dehumidifying gas separation membrane module 1, the lower the temperature of the obtained low temperature dry gas. The gas supplied to the dehumidifying gas separation membrane module 1 may be a gas that has been cooled in advance. For pre-cooling, it may be cooled by a known method or the method of the present invention. Normally, the gas supplied to the dehumidifying gas separation membrane module 1 is -30
A temperature range of 0 ° C to 60 ° C, particularly 0 ° C to 40 ° C is suitable.
【００１２】本発明の除湿用ガス分離膜モジュールは、
好ましくは、水分を選択的に透過する中空糸膜の多数本
（例えば、数百本から数十万本）を集束して中空糸束と
し、その中空糸束の少なくとも一方の端部をエポキシ樹
脂のような硬化性樹脂やホットメルト型熱可塑性樹脂な
どで前記端部において中空糸膜が開口状態となるように
固着して中空糸分離膜エレメントを構成し、更に、単数
個又は複数個の前記中空糸エレメントを、少なくともガ
ス供給口、非透過ガス排出口、透過ガス排出口、パージ
ガス導入口を備えた容器内に、中空糸の内側へ通じる空
間と中空糸の外側へ通じる空間が隔絶するように装着さ
れて構成されている。パージガス導入口は膜の透過側の
空間へ通じるように設けられているが、特に、膜の非透
過側を流れる供給ガスの流れとパージガスの流れが向流
となるように配置されることが好適である。容器はステ
ンレスなどの金属材料、プラスチック材料、繊維強化プ
ラスチック材料などの複合材料で製造される。The dehumidifying gas separation membrane module of the present invention comprises:
Preferably, a large number (for example, hundreds to hundreds of thousands) of hollow fiber membranes that selectively permeate moisture are bundled to form a hollow fiber bundle, and at least one end of the hollow fiber bundle is epoxy resin. To form a hollow fiber separation membrane element by fixing such a curable resin or hot-melt type thermoplastic resin so that the hollow fiber membrane is in an open state at the end, and further, a single or a plurality of the above The hollow fiber element is enclosed in a container having at least a gas supply port, a non-permeate gas outlet, a permeate gas outlet, and a purge gas inlet so that the space leading to the inside of the hollow fiber and the space leading to the outside of the hollow fiber are isolated. It is attached to and configured. The purge gas inlet is provided so as to communicate with the space on the permeate side of the membrane, and it is particularly preferable that the purge gas inlet is arranged so that the flow of the supply gas and the flow of the purge gas flowing on the non-permeate side of the membrane are countercurrent. Is. The container is made of a metal material such as stainless steel, a plastic material, or a composite material such as a fiber reinforced plastic material.
【００１３】中空糸膜は、水分を効率よく選択的に透過
できればいずれかの材料に限定されるものではないが、
例えば、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリス
ルホン、フッ素樹脂などで形成されたものが耐久性や機
械的強度が優れるので好適である。中空糸膜の水分（水
蒸気）の透過速度はＰ’Ｈ２Ｏ（室温）は１×１０−４
〜１×１０−２Ｎｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ程
度であって、水蒸気と窒素の透過速度比Ｐ’Ｈ２Ｏ／
Ｐ’Ｎ２（室温）が１００〜１００００程度であること
が好ましい。The hollow fiber membrane is not limited to any material as long as it can efficiently and selectively permeate moisture.
For example, those formed of aromatic polyimide, aromatic polyamide, polysulfone, fluororesin, etc. are preferable because they have excellent durability and mechanical strength. The water (water vapor) permeation rate of the hollow fiber membrane is 1 × 10 −4 for P ′ H 2 O (room temperature).
˜1 × 10 −2 Ncm 3 / cm 2 · sec · cmHg, and the water vapor / nitrogen permeation rate ratio P ′ H 2 O /
P ′ N2 (room temperature) is preferably about 100 to 10,000.
【００１４】本発明の低温ガス発生装置は、以下に説明
するようなものである。すなわち、圧縮ガスが旋回流発
生部へ供給され旋回ノズルにより管状ケースの接線方向
に高速で吹き出され高速の旋回流となる。この旋回流
は、通常は、毎分約１〜５０万回程度で旋回する。この
旋回流は管状ケース内面に沿ってスパイラルになって移
動し管状ケースの端部で反転するので、外側の旋回流と
その反対方向に流れる内側の旋回流が形成され、外側の
旋回流の温度は急上昇し、内側の旋回流の温度は急低下
する。管状ケースの端部の高温ガス取出し口から外側の
旋回流が高温ガスとして取出され、管状ケースのもう一
方の端部の低温ガス取出口から内側の旋回流が低温ガス
として取出される。The low temperature gas generator of the present invention is as described below. That is, the compressed gas is supplied to the swirl flow generation unit and is swept out at high speed in the tangential direction of the tubular case by the swirl nozzle to form a high-speed swirl flow. This swirling flow normally swirls at about 1 to 500,000 times per minute. This swirling flow moves spirally along the inner surface of the tubular case and reverses at the end of the tubular case, so that an outer swirling flow and an inner swirling flow flowing in the opposite direction are formed, and the temperature of the outer swirling flow is increased. Rises sharply and the temperature of the inner swirling flow drops sharply. The outer swirl flow is taken out as hot gas from the hot gas outlet at the end of the tubular case, and the inner swirl flow is taken out as cold gas from the cold gas outlet at the other end of the tubular case.
【００１５】本発明の概略の実施態様の一例を図２、図
３に示した。図２の実施態様では、低温ガス発生装置２
の高温ガス取出口１１から取出された高温乾燥ガスを装
置外へ排出するための排出口への通路がある。その通路
の途中に高温乾燥ガスの一部分を中空糸分離膜モジュー
ル１のパージガス導入口へ循環させるための分岐があ
り、その分岐からパージガス導入口までの通路にはガス
流量調整弁１２が備えられている。このガス流量調整弁
１２によって、循環するパージガス流量を調整する。図
３の実施態様では、低温ガス発生装置２の高温ガス取出
口１１から取出された高温乾燥ガスが装置外へ排出する
ための排出口への通路がある。その通路の途中に高温乾
燥ガスの一部分を中空糸分離膜モジュール１のパージガ
ス導入口へ循環させるための分岐がある。ガス流量調整
弁１２は、分岐から装置外へ排出するための排出口まで
の通路に備えられている。ガス流量調整弁は装置外へ排
出する高温乾燥ガスの量を調整し、その結果として、循
環するパージガス流量を調整する。いずれの場合も、低
温ガス発生装置２の高温ガス排出口１１から取出された
高温乾燥ガスの圧力は、系外に開放されていて、大気圧
付近の圧力まで低下しているので、そのまま除湿用ガス
分離膜モジュール１の膜の透過側のパージガスとして導
入することができる。An example of a schematic embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the embodiment of FIG. 2, the low temperature gas generator 2
There is a passage to the outlet for discharging the high temperature dry gas taken out from the hot gas outlet 11 of the above to the outside of the apparatus. A branch for circulating a part of the high temperature dry gas to the purge gas inlet of the hollow fiber separation membrane module 1 is provided in the middle of the passage, and a gas flow rate adjusting valve 12 is provided in the passage from the branch to the purge gas inlet. There is. The flow rate of the circulating purge gas is adjusted by the gas flow rate adjusting valve 12. In the embodiment of FIG. 3, there is a passage to the outlet for discharging the high temperature dry gas taken out from the hot gas outlet 11 of the low temperature gas generator 2 to the outside of the apparatus. There is a branch in the middle of the passage for circulating a part of the high temperature dry gas to the purge gas inlet of the hollow fiber separation membrane module 1. The gas flow rate adjusting valve 12 is provided in a passage from the branch to a discharge port for discharging the gas to the outside of the apparatus. The gas flow rate adjusting valve adjusts the amount of high temperature dry gas discharged to the outside of the apparatus, and consequently adjusts the circulating purge gas flow rate. In either case, the pressure of the high-temperature dry gas taken out from the high-temperature gas outlet 11 of the low-temperature gas generator 2 is released outside the system and has dropped to a pressure near atmospheric pressure, so that it is used for dehumidification as it is. It can be introduced as a purge gas on the permeate side of the membrane of the gas separation membrane module 1.
【００１６】本発明の方法および装置は、ガス分離膜モ
ジュールと低温ガス発生装置とガス流量調整弁などを適
当な導管で配管した装置であってもよいが、よりコンパ
クトにするために、ガス分離膜モジュールや低温ガス発
生装置の容器を一体化したり、容器内にガス導入路やガ
ス分岐部を構成してコンパクトに組立てた装置であって
も構わない。The method and apparatus of the present invention may be an apparatus in which a gas separation membrane module, a low temperature gas generator, a gas flow rate adjusting valve and the like are connected by a suitable conduit, but in order to make it more compact, the gas separation It may be a device in which the membrane module and the container of the low-temperature gas generator are integrated, or a device in which a gas introduction path and a gas branching portion are configured in the container to be compactly assembled.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、実施例によって本発明を更に説明す
る。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
【００１８】（実施例１〜３）図２の実施態様と同様の
装置に圧縮空気を供給して、低温乾燥空気を発生させ
た。除湿用ガス分離膜モジュールは、芳香族ポリイミド
中空糸膜から形成された中空糸膜エレメントを有してお
り、有効膜面積が４ｍ２のものを用いた。低温ガス発生
装置は、空気消費量が約３５０〜５００リットル／分に
対応したものを用い、冷風率は約４０〜６５体積％の範
囲で調節して使用した。即ち、露点−９℃、圧力０．７
ＭＰａＧ、温度２５℃の圧縮空気を４２０乃至４３０Ｎ
ｌ／分の流量で除湿用ガス分離膜モジュールへ供給し、
その非透過側から得られた高圧の乾燥空気を低温ガス発
生装置へ供給して、低温ガス発生装置の低温ガス取出口
から低温乾燥空気（製品空気）を得た。この時、低温ガ
ス発生装置の高温ガス取出口から取出した高温乾燥空気
の一部分は、前記除湿用ガス分離膜モジュールへ循環さ
せてスイープガス導入口から導入し、膜の反対側を流れ
る供給空気と向流に流して膜を透過した水分を同伴して
除湿用ガス分離膜モジュールの外（装置外）へ排出し
た。前記の低温ガス発生装置の高温ガス取出口から取出
した高温乾燥空気の一部分は、前記取出口から装置外へ
の排出口へ通じたガス通路に設けられた分岐を介して除
湿用ガス分離膜モジュールへ循環された。前記の循環し
た高温乾燥空気量は、前記分岐と前記除湿用ガス分離膜
モジュールとの間に配置された流量調整弁によって調整
した。低温ガス発生装置の高温ガス取出口から取出され
た高温乾燥空気のうちの循環しない残りの高温乾燥空気
は排出口から装置外へ排出した。得られた結果は、表１
のとおりであった。(Examples 1 to 3) Compressed air was supplied to a device similar to the embodiment of FIG. 2 to generate low temperature dry air. The gas separation membrane module for dehumidification had a hollow fiber membrane element formed of an aromatic polyimide hollow fiber membrane, and had an effective membrane area of 4 m 2 . The low-temperature gas generator used had an air consumption of about 350 to 500 liters / minute, and the cold air rate was adjusted to about 40 to 65% by volume. That is, dew point-9 ° C, pressure 0.7
420 to 430 N of compressed air with a pressure of 25 ° C.
Supply to the gas separation membrane module for dehumidification at a flow rate of 1 / min,
The high-pressure dry air obtained from the non-permeate side was supplied to the low-temperature gas generator to obtain low-temperature dry air (product air) from the low-temperature gas outlet of the low-temperature gas generator. At this time, a part of the high-temperature dry air taken out from the high-temperature gas outlet of the low-temperature gas generator is circulated to the dehumidifying gas separation membrane module and introduced from the sweep gas inlet, and the supply air flowing on the opposite side of the membrane is supplied. A countercurrent flow was carried along with the moisture that had permeated the membrane, and the moisture was discharged to the outside of the gas separation membrane module for dehumidification (outside the apparatus). A part of the high-temperature dry air taken out from the high-temperature gas outlet of the low-temperature gas generator is a gas separation membrane module for dehumidification via a branch provided in a gas passage leading from the outlet to an outlet to the outside of the apparatus. Was circulated to. The amount of the circulated high temperature dry air was adjusted by a flow rate adjusting valve arranged between the branch and the dehumidifying gas separation membrane module. Of the high temperature dry air taken out from the high temperature gas outlet of the low temperature gas generator, the remaining high temperature dry air that did not circulate was discharged from the outlet to the outside of the device. The results obtained are shown in Table 1.
It was as follows.
【００１９】（比較例１）低温ガス発生装置から取出し
た高温感想ガスの全量を除湿用ガス分離膜モジュールへ
循環させてパージガスとしたこと以外は実施例と同様の
操作によって、空気から低温乾燥空気を発生させた。得
られた結果は、表１のとおりであった。(Comparative Example 1) The same operation as in Example 1 was repeated except that the entire amount of the high-temperature impression gas taken out from the low-temperature gas generator was circulated to the dehumidifying gas separation membrane module to be used as the purge gas. Was generated. The obtained results are shown in Table 1.
【００２０】[0020]
【表１】 [Table 1]
【００２１】実施例１〜３では、低温ガス発生装置の高
温ガス排出口から取出した高温乾燥ガスのうち約２０〜
４０体積％をガス分離膜モジュールへ循環してパージガ
スとして用いて低温乾燥空気を生成した。それ以外の高
温乾燥ガスは装置外へ排出した。その結果、−１７℃〜
−２４℃の低温乾燥空気が１８０〜２３０Ｎｌ／分の流
量で得られた。一方、比較例１では、低温ガス発生装置
の高温ガス排出口から取出した高温乾燥ガスの全量を、
ガス分離膜モジュールへ循環してパージガスとしたた
め、２００Ｎｌ／分の低温乾燥空気を得ることはできた
が、その温度は−６℃に過ぎなかった。以上のように、
実施例に示された本発明の方法及び装置は、従来の方法
及び装置に較べて、より高効良く低温乾燥空気を生成で
きた。In Examples 1 to 3, about 20 to 20% of the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet of the low temperature gas generator was used.
40% by volume was circulated to the gas separation membrane module and used as a purge gas to produce low temperature dry air. The other high temperature dry gases were discharged to the outside of the device. As a result, -17 ℃ ~
Cryogenic dry air at -24 ° C was obtained with a flow rate of 180-230 Nl / min. On the other hand, in Comparative Example 1, the total amount of the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet of the low temperature gas generator was
Since it was circulated to the gas separation membrane module and used as a purge gas, low temperature dry air of 200 Nl / min could be obtained, but the temperature was only -6 ° C. As mentioned above,
The method and apparatus of the present invention shown in the examples can produce low temperature dry air with higher efficiency than the conventional method and apparatus.
【００２２】[0022]
【発明の効果】本発明は、以上説明したようなものであ
るから、次の効果を奏する。すなわち、本発明の方法お
よび装置によって、低温乾燥ガスをより高効率で得るこ
とが可能になる。特に低温乾燥空気をより高効率で得る
ことが可能になる。As described above, the present invention has the following effects. That is, the method and apparatus of the present invention allow the low temperature dry gas to be obtained with higher efficiency. In particular, low temperature dry air can be obtained with higher efficiency.
【図１】本発明の方法および装置を説明するための概略
のフロー図である。1 is a schematic flow diagram for explaining the method and apparatus of the present invention.
【図２】本発明の方法および装置の一つの実施形態を示
す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating one embodiment of the method and apparatus of the present invention.
【図３】本発明の方法および装置の別の一つの実施形態
を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing another embodiment of the method and apparatus of the present invention.
１：除湿用ガス分離膜モジュール
２：超高速旋回流による低温ガス発生装置
３：コンプレッサー
４：冷凍除湿機
５：セパレーター
６：減圧弁
７：除湿用ガス分離膜モジュールの膜の非透過側
８：除湿用ガス分離膜モジュールの膜の透過側
９：超高速旋回流による低温ガス発生装置の旋回流発生
部
１０：超高速旋回流による低温ガス発生装置の低温ガス
取出口
１１：超高速旋回流による低温ガス発生装置の高温ガス
取出口
１２：流量調整弁1: Dehumidification gas separation membrane module 2: Ultra-high speed swirling flow low temperature gas generator 3: Compressor 4: Refrigerating dehumidifier 5: Separator 6: Pressure reducing valve 7: Non-permeation side 8 of the membrane of the dehumidification gas separation membrane module: Permeation side of the membrane of the gas separation membrane module for dehumidification 9: Swirling flow generation part of low temperature gas generator by ultra high speed swirl flow 10: Low temperature gas outlet 11 of low temperature gas generator by ultra high speed swirl flow 11: By ultra high speed swirl flow High temperature gas outlet 12 of low temperature gas generator: flow rate adjusting valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA01 JA25A KB30 MA01 MB04 MC28 MC54 MC58 MC58X MC62 PA01 PB17 PB65 PC01 4D052 AA01 EA02 FA05 GA04 GB01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4D006 GA41 HA01 JA25A KB30 MA01 MB04 MC28 MC54 MC58 MC58X MC62 PA01 PB17 PB65 PC01 4D052 AA01 EA02 FA05 GA04 GB01
Claims (4)
離膜モジュールに供給し、膜の透過側へ水分を選択的に
透過させると共に膜の非透過側から高圧の乾燥ガスを取
り出す工程と、前記高圧の乾燥ガスを超高速旋回流によ
る低温ガス発生装置へ供給し、低温ガス発生装置の低温
ガス取出口から低温乾燥ガスを取出すと共に高温ガス取
出口から高温乾燥ガスを取り出す工程と、前記高温乾燥
ガスのうちの一部分を除湿用分離膜モジュールの膜の透
過側の水分のパージガスとして用いると共に前記高温乾
燥ガスのうちの他の部分を系外へ排出させる工程とを含
む低温乾燥ガスの発生方法。1. A step of supplying a high-pressure gas containing water to a dehumidifying gas separation membrane module to selectively permeate water to the permeate side of the membrane and to take out high-pressure dry gas from the non-permeate side of the membrane. A step of supplying the high-pressure dry gas to a low-temperature gas generator by an ultra-high-speed swirling flow, taking out the low-temperature dry gas from the low-temperature gas outlet of the low-temperature gas generator and taking out the high-temperature dry gas from the high-temperature gas outlet, Generating a low-temperature dry gas, including using a part of the high-temperature dry gas as a purge gas for moisture on the permeation side of the membrane of the separation membrane module for dehumidification and discharging the other part of the high-temperature dry gas out of the system Method.
出された高温乾燥ガスのうちの１体積％〜８０体積％を
除湿用分離膜モジュールの膜の透過側の水分のパージガ
スとして用いることを特徴とする前記請求項１に記載の
低温乾燥ガスの発生方法。2. Use of 1% by volume to 80% by volume of the high temperature dry gas taken out from the high temperature gas outlet of the low temperature gas generator as a purge gas for moisture on the permeate side of the membrane of the separation membrane module for dehumidification. The method for generating a low temperature dry gas according to claim 1, wherein the low temperature dry gas is generated.
流による低温ガス発生装置とを備えた低温乾燥ガス発生
装置であって、水分を含有する高圧のガスを除湿用ガス
分離膜モジュールに供給し、膜の透過側へ水分を選択的
に透過させると共に膜の非透過側から高圧の乾燥ガスを
取出し、前記高圧の乾燥ガスを超高速旋回流による低温
ガス発生装置へ供給し、低温ガス発生装置の低温ガス取
出口から低温乾燥ガスを取出すと共に高温ガス取出口か
ら高温乾燥ガスを取出し、前記高温乾燥ガスのうちの一
部分を除湿用分離膜モジュールの膜の透過側の水分のパ
ージガスとして循環して用いると共に前記高温乾燥ガス
のうちの他の部分を装置外へ排出させるように構成され
たことを特徴とする低温乾燥ガス発生装置。3. A low-temperature dry gas generator comprising a dehumidification gas separation membrane module and a low-temperature gas generation device using an ultra-high-speed swirling flow, wherein a high-pressure gas containing water is supplied to the dehumidification gas separation membrane module. Then, moisture is selectively permeated to the permeate side of the membrane, high-pressure dry gas is taken out from the non-permeate side of the membrane, and the high-pressure dry gas is supplied to a low-temperature gas generator using an ultra-high-speed swirling flow to generate low-temperature gas. A low-temperature dry gas is taken out from the low-temperature gas outlet of the device and a high-temperature dry gas is taken out from the high-temperature gas outlet, and a part of the high-temperature dry gas is circulated as a purge gas for moisture on the permeate side of the membrane of the separation membrane module for dehumidification. And a low temperature dry gas generating device configured to discharge the other part of the high temperature dry gas to the outside of the device.
ガスが、排出口への分岐を介して除湿用ガス分離膜モジ
ュールの膜の透過側へ導かれるように構成され、且つ、
流量調整弁が、分岐と排出口の間または分岐と除湿用ガ
ス分離膜モジュールの間に配置されて構成されたことを
特徴とする請求項３に記載の低温乾燥ガス発生装置。4. The high temperature dry gas taken out from the low temperature gas generator is configured to be guided to the permeate side of the membrane of the dehumidifying gas separation membrane module through a branch to an outlet, and
The low-temperature dry gas generator according to claim 3, wherein the flow rate adjusting valve is arranged between the branch and the outlet or between the branch and the dehumidifying gas separation membrane module.
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| JP2002092308A JP2003284916A (en) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Method for manufacturing low temperature drying gas and apparatus therefor |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012127640A (en) * | 2010-11-25 | 2012-07-05 | Hideaki Sodeyama | Dehumidified cold generating method, and air cooler |
| CN102580477A (en) * | 2012-03-09 | 2012-07-18 | 华电环保系统工程有限公司 | Device and method for catching water molecules in flue gas |
| JP2016159211A (en) * | 2015-02-27 | 2016-09-05 | 三菱化学株式会社 | Separation membrane module and operation method of the same |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002092308A patent/JP2003284916A/en active Pending
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