JP2008246374A - 高除湿空気用膜式ドライヤ - Google Patents

Abstract

【課題】露点が−５０℃以下に高度に除湿された高除湿空気を安定して供給できる高除湿空気用膜式ドライヤを提供する。
【解決手段】膜式ドライヤ１０を構成するケース１４には、複数本の中空糸膜１２から成る中空糸膜集束体を収容する収容室１４ａと、吸湿空気が中空糸膜１２内を流れて除湿された除湿空気を吐出する除湿空気吐出口１８が設けられた除湿空気室１４ｃと、前記除湿空気の一部を中空糸膜１２の外周面に沿って流すパージ空気として収容室内に供給するパージ配管２８とを具備し、中空糸膜として、内側の空気の一部が膜壁を透過して外周側に流出する自己パージタイプの中空糸膜が用いられ、且つパージ配管の途中に湿空気吐出口からの除湿空気の露点が−５０℃以下となるようにパージ空気量を調整するバルブ３０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は高除湿空気用膜式ドライヤに関し、更に詳細には水蒸気含有の吸湿空気を除湿する複数本の中空糸膜が束ねられて成る中空糸膜集束体を具備する高除湿空気用膜式ドライヤに関する。

水蒸気含有の吸湿空気を除湿する複数本の中空糸膜が束ねられて成る中空糸膜集束体を具備する膜式ドライヤとしては、例えば下記特許文献１には、図４に示す膜式ドライヤが提案されている。
図４に示す膜式ドライヤ１００では、水蒸気含有の吸湿空気を除湿する複数本の中空糸膜１０２，１０２・・束ねられた中空糸膜収束体が筒状のケース１０４内に収容されている。
かかるケース１０４には、中空糸膜収束体が収容された収容室１０４ａと、中空糸膜収束体の各中空糸膜の一端側が開口され、吸湿空気が供給される吸湿空気供給口１０６が設けられた吸湿空気室１０４ｂと、中空糸膜収束体の各中空糸膜１０２の他端側が開口され、吸湿空気供給口１０６から供給された吸湿空気が中空糸膜１０２内を流れて除湿された除湿空気を吐出する除湿空気吐出口１０８が設けられた除湿空気室１０４ｃとが形成されている。この収容室１０４ａと吸湿空気室１０４ｂ及び除湿空気室１０４ｃとは、隔壁１１０，１１０で隔されている。この隔壁１１０，１１０内には、中空糸膜収束体の各中空糸膜の流路が形成されている。
更に、ケース１０４には、除湿空気の一部を中空糸膜１０２の外周面に沿って流すパージ空気として収容室１０４ａ内に供給するパージ空気供給口１１２と、収容室１０４ａ内を流れるパージ空気をケース１０４外に排出するパージ空気排出口１１４とが設けられている。
また、パージ空気を除湿空気室１０４ｃからパージ空気供給口１１２に供給するパージ配管１１８が、除湿空気室１０４ｃの除湿空気吐出口１０８に形成された供給孔１１６とパージ空気供給口１１２との間に設けられている。
特開２００６−２１２５５９号公報

図４に示す膜式ドライヤ１００では、中空糸膜１０２内を流れる吸湿空気と中空糸膜１０２外を流れるパージ空気との水蒸気分圧差に基づいて、中空糸膜内の吸湿空気中の水蒸気が中空糸膜外にパージされる。
従って、中空糸膜１０２外を流れるパージ空気と中空糸膜１０２内を流れる吸湿空気との水蒸気分圧差が高いほど、膜式ドライヤ１００から吐出される除湿空気の除湿程度が高くなる。このため、図４に示す膜式ドライヤ１００では、パージ空気として、中空糸膜収束体から吐出された除湿空気の一部を収容室１０４ａに供給している。
また、図４に示す膜式ドライヤ１００は、駆動部分が存在しないために潤滑油等の油を使用せず、油ミスト等を嫌うクリーンルーム内で使用される除湿空気供給装置として使用されつつある。
ところで、クリーンルーム内での作業が多い半導体装置等の分野では、近年、露点が−５０℃以下に高度に除湿された高除湿空気の供給が要請されている。
しかしながら、図４に示す膜式ドライヤ１００では、露点が−５０℃以下に高度に除湿された高除湿空気を安定して供給し難いことが判明した。
そこで、本発明は、露点が−５０℃以下に高度に除湿された高除湿空気を安定して供給できる高除湿空気用膜式ドライヤを提供することを目的とする。

本発明者等は、前記目的を達成すべく検討を重ねた結果、中空糸膜として、内側を流れる空気の一部が膜壁を透過して外側に流出する自己パージタイプの中空糸膜を用い、且つパージ配管の途中にパージ空気量を調整するバルブを設けることにより、露点が−５０℃以下に除湿された高除湿空気を安定して供給できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、水蒸気含有の吸湿空気を除湿する複数本の中空糸膜が束ねられて成る中空糸膜集束体をケース内に収容する膜式ドライヤであって、前記ケースには、前記中空糸膜集束体を収容する収容室と、前記中空糸膜収束体の各中空糸膜の一端側が開口され、前記吸湿空気が供給される吸湿空気供給口が設けられた吸湿空気室と、前記中空糸膜収束体の各中空糸膜の他端側が開口され、前記吸湿空気供給口から供給された吸湿空気が前記中空糸膜内を流れて除湿された除湿空気を吐出する除湿空気吐出口が設けられた除湿空気室と、前記除湿空気の一部を中空糸膜の外周面に沿って流すパージ空気として前記収容室内に供給するパージ空気供給口と、前記収容室内を流れるパージ空気をケース外に排出するパージ空気排出口と、前記パージ空気を除湿空気室からパージ空気供給口に供給するパージ配管とを具備し、前記中空糸膜として、内側を流れる空気の一部が膜壁を透過して外周側に流出する自己パージタイプの中空糸膜が用いられ、且つ前記パージ配管の途中に、前記湿空気吐出口から吐出される除湿空気の露点が−５０℃以下となるようにパージ空気量を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする高除湿空気用膜式ドライヤにある。

かかる本発明において、中空糸膜として、空気透過速度が１．０×１０^−６ｃｍ^３／［ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］以上の中空糸膜を好適に用いることができる。
また、除湿空気室と中空糸膜集束体が収容された収容室とを隔する隔壁に、前記除湿空気室の除湿空気の一部をパージ空気として前記収容室内に流す内部パージ路を形成することも好ましい。この内部パージ路は、一端が除湿空気室に開口されている中空糸の他端を収容室内で開口することによって容易に形成できる。

本発明に係る高除湿空気用膜式ドライヤでは、ケースの中空糸膜集束体を収容した収容室には、パージ配管を経由して供給されるパージ空気と、自己パージタイプの中空糸膜からのパージ空気とが供給される。
このため、ケースの収容室内に収容した中空糸膜集束体を構成する各中空糸膜の外周に沿って流れるパージ空気量を多くでき、中空糸膜内を流れる吸湿空気とパージ空気との水蒸気分圧差を大きくできる。その結果、ケースの湿空気吐出口から吐出される除湿空気の露点を−５０℃以下にできる。
更に、パージ空気を除湿空気室からパージ空気供給口に供給するパージ配管の途中にパージ空気量を調整する調整手段が設けられている。このため、季節変動等の影響による変動を吸収し、ケースの湿空気吐出口から露点が−５０℃以下の高度に除湿された高度除湿空気を安定して吐出できる。

本発明に係る高除湿空気用膜式ドライヤの一例を図１に示す。図１に示す高除湿用膜式ドライヤ１０（以下、単に膜式ドライヤ１０と称することがある）には、水蒸気含有の吸湿空気を除湿する複数本の中空糸膜１２，１２・・束ねられた中空糸膜収束体が筒状のケース１４内に収容されている。
かかるケース１４には、中空糸膜収束体が収容された収容室１４ａと、中空糸膜収束体の各中空糸膜の一端側が開口され、吸湿空気が供給される吸湿空気供給口１６が設けられた吸湿空気室１４ｂと、中空糸膜収束体の各中空糸膜１２の他端側が開口され、吸湿空気供給口１０６から供給された吸湿空気が中空糸膜１２内を流れて除湿された除湿空気を吐出する除湿空気吐出口１８が設けられた除湿空気室１４ｃとが形成されている。この収容室１４ａと吸湿空気室１４ｂ及び除湿空気室１４ｃとは、樹脂から成る隔壁２０，２０で隔されている。この隔壁２０，２０内には、中空糸膜収束体の各中空糸膜の流路が形成されている。
更に、ケース１４には、除湿空気の一部を中空糸膜の外周面に沿って流すパージ空気として収容室１４ａ内に供給するパージ空気供給口２２と、収容室１４ａ内を流れるパージ空気をケース１４外に排出するパージ空気排出口２４とが設けられている。
また、パージ空気を除湿空気室１４ｃからパージ空気供給口２２に供給するパージ配管２８が、除湿空気室１４ｃの除湿空気吐出口１８に形成された供給孔２６とパージ空気供給口２２との間に設けられている。かかるパージ配管２８の途中には、パージ空気量を調整する調整手段としてバルブ３０が設けられている。

図１に示す膜式ドライヤ１０では、中空糸膜１２として、図１に示す拡大図に示す様に、内側１２ａを流れる空気の一部が膜壁１２ｂを透過して外周側に流出する自己パージタイプの中空糸膜が用いられている。かかる自己パージタイプの中空糸膜としては、例えば特開平８−１９８９６４号公報に記載されているポリイミド膜や特許第１５７１８４１号公報に記載されているポリスルホン重合体膜等を上げることができる。
特に、空気透過速度が１．０×１０^−６ｃｍ^３／［ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］以上の中空糸膜を好適に用いることができる。その上限は、１．０×１０^−３ｃｍ^３／［ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］程度とすることが好ましい。
尚、空気透過速度は、中空糸膜収束体を構成する中空糸膜１２，１２・・の各々に０．７ＭＰａの空気圧を加え、中空糸膜１２，１２・・の各外周面から流出する空気量を測定して求めた。

図１に示す膜式ドライヤ１０を用いて水蒸気含有の吸湿空気を除湿する際には、ケース１４の吸湿空気供給口１６に供給された吸湿空気は、中空糸膜収束体を構成する中空糸膜１２，１２・・の他端側が開口する吸湿空気室１４ｂに流入する。吸湿空気室１４ｂに流入した吸湿空気は、その他端側の開口部から各中空糸膜１２内に流入する。
各中空糸膜１２に流入した吸湿空気中の水蒸気は、ケース１４の収容室１４ａに収容された中空糸膜収束体を構成する中空糸膜１２，１２・・の外周面に沿って流れるパージ空気との水蒸気分圧差に基づいて、各中空糸膜１２の外周面側に分離される。各中空糸膜１２の外周面側に分離された水蒸気は、パージ空気に伴ってパージ空気排出口２４からケース１４外に排出される。

また、かかる収容室１４ａ内に収容された中空糸膜１２，１２・・は、自己パージタイプの中空糸膜であるため、各中空糸膜１２内の空気流は、その一部が収容室１４ａ内に流出してパージ空気となる。
一方、収容室１４ａ内に収容された中空糸膜１２，１２・・を通過して除湿された除湿空気は、中空糸膜１２，１２・・の一端側が開口されているケース１４の除湿空気室１４ｃに流出し、除湿空気吐出口１８から吐出する。
かかる除湿空気吐出口１８から吐出する除湿空気の一部は、供給孔２６からパージ配管２８を経由してパージ空気供給口２２からケース１４の収容室１４ａ内に、パージ空気として供給される。
この様に、収容室１４ａに供給されるパージ空気量は、収容室１４ａ内に収容された中空糸膜１２，１２・・の各周面から流出したパージ空気量と、パージ配管２８を経由して供給されたパージ空気量との合計量である。
従って、収容室１４ａ内に収容された中空糸膜１２，１２・・の各周面から流出したパージ空気量又はパージ配管２８を経由して供給されたパージ空気量のみの場合に比較して、図１に示す膜式ドライヤ１０では、収容室１４ａの中空糸膜１２，１２・・の各周面に沿って流れるパージ空気量は多くなる。このため、中空糸膜１２，１２・・の内側を流れる空気とパージ空気との水蒸気分圧差が大きなって、除湿空気吐出口１８から吐出される除湿空気を高度に除湿でき、その露点を−５０℃以下にできる。
更に、パージ配管２８の途中には、パージ配管２８経由のパージ空気量を調整するバルブ３０が設けられている。このため、空気の吸湿程度の季節変動による除湿空気の露点の変動を、バルブ３０によってパージ空気量を調整することによって調整できる。その結果、露点が−５０℃以下に高度に除湿された高除湿空気を安定して供給できる。

図１に示す膜式ドライヤ１０では、パージ空気の供給は、中空糸膜１２，１２・・の各周面から流出したパージ空気とパージ配管２８経由のパージ空気との合計量であるため、パージ配管２８経由のパージ空気量が多くなり、バルブ３０での調整幅が小さくなる傾向がある。
このため、バルブ３０での調整幅を大きくするには、図２に示す膜式ドライヤ１０の様に、除湿空気室１４ｃと収容室１４ａとを隔する隔壁２０に、除湿空気室１４ｃの除湿空気の一部をパージ空気として収容室１４ａ内に流す内部パージ路１３を形成することが好ましい。この内部パージ路１３を経由して除湿空気が、中空糸膜１２，１２・・の各周面から流出したパージ空気とパージ配管２８経由のパージ空気とに加えられるため、パージ配管２８経由のパージ空気を調整として用いることができ、バルブ３０での調整幅を拡大できる。
図２に示す内部パージ路１３は、一端が除湿空気室１４ｃに開口されている中空糸膜１２の他端を収容室１４ａ内で開口して形成したものである。この内部パージ路１３は、隔壁２０に直接貫通孔を形成してもよい。
尚、図２に示す膜式ドライヤ１０において、図１に示す膜式ドライヤ１０の構成部材と同一部材については図１と同一番号を付して、詳細な説明を省略した。

図２に示す膜式ドライヤ１０を用いて除湿実験を行った。先ず、中空糸膜収束体として、Hankson社製の中空糸収束体（MD170-SJ）を用いた。この中空糸膜収束体を構成する中空糸膜の空気透過速度は、３．１１×１０^−６ｃｍ^３／［ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］であった。
また、ケース１４の吸湿空気供給口１６に供給された吸湿空気の温度は２５℃であり、大気圧露点は−１４℃であった。この吸湿空気の吸湿空気供給口１６での供給圧力は０．５ＭＰａであり、除湿空気吐出口１８から吐出する除湿空気の吐出量を１７０リットル／分とした。更に、パージ配管２８経由のパージ空気量は８０リットル／分とした。このパージ空気量は、除湿空気室１４ｃに吐出される除湿空気量の３２％に相当する。
かかる条件で除湿実験を行った結果を図３のグラフに曲線Ａとして示す。図３に示すグラフは、横軸に経過時間（ｈｒ）を示し、縦軸に除湿空気吐出口１８から吐出する除湿空気の大気圧露点を示す。かかる図３のグラフに示す曲線Ａでは、除湿空気吐出口１８から吐出する除湿空気の露点が、実験開始直後から急激に低下し、実験開始から約１５分程度で−６０℃以下となり、実験開始から約７時間程度で除湿空気の露点が−７０℃に到達した。

次に、中空糸膜収束体として、宇部興産株式会社製の中空糸膜収束体（IDG100）を用いたことと、パージ配管２８経由のパージ空気量を１２０リットル／分（除湿空気室１４ｃに吐出される除湿空気量の４１．４％に相当）とした他は、同様にして除湿実験を行い、その結果を図３のグラフに曲線Ｂとして示す。この中空糸膜収束体を構成する中空糸膜の空気透過速度は、１．６２×１０^−７ｃｍ^３／［ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］であった。
かかる図３のグラフに示す曲線Ｂでは、除湿空気吐出口１８から吐出する除湿空気の露点が、実験開始直後から急激に低下し、実験開始から約１５分程度で−５０℃以下となり、実験開始から約２時間程度で除湿空気の露点が−６２℃に到達し、その後は一定の露点を示した。
図３から明らかな様に、曲線Ａを示す膜式ドライヤ及び曲線Ｂを示す膜式ドライヤともに、露点が−５０℃以下の高除湿空気を得ることができた。
但し、曲線Ａを示す膜式ドライヤが、曲線Ｂを示す膜式ドライヤよりも除湿性能が優れている。
尚、図１及び図２に示すバルブ３０による調整は、手動でも自動でも可能である。

本発明に係る高除湿空気用膜式ドライヤの一例を説明する概略図である。 本発明に係る高除湿空気用膜式ドライヤの他の例を説明する概略図である。 図２に示す高除湿空気用膜式ドライヤの除湿性能についての試験結果を示すグラフである。 従来の除湿空気用膜式ドライヤを説明するための概略図である。

符号の説明

１０ 高除湿用膜式ドライヤ
１２ 中空糸膜
１３ 内部パージ路
１４ ケース
１４ａ 収容室
１４ｂ 吸湿空気室
１４ｃ 除湿空気室
１６ 吸湿空気供給口
１８ 除湿空気吐出口
２０ 隔壁
２２ パージ空気供給口
２４ パージ空気排出口
２６ 供給孔
２８ パージ配管
３０ バルブ

Claims (4)

1. 水蒸気含有の吸湿空気を除湿する複数本の中空糸膜が束ねられて成る中空糸膜集束体をケース内に収容する膜式ドライヤであって、
   前記ケースには、前記中空糸膜集束体を収容する収容室と、前記中空糸膜収束体の各中空糸膜の一端側が開口され、前記吸湿空気が供給される吸湿空気供給口が設けられた吸湿空気室と、前記中空糸膜収束体の各中空糸膜の他端側が開口され、前記吸湿空気供給口から供給された吸湿空気が前記中空糸膜内を流れて除湿された除湿空気を吐出する除湿空気吐出口が設けられた除湿空気室と、前記除湿空気の一部を中空糸膜の外周面に沿って流すパージ空気として前記収容室内に供給するパージ空気供給口と、前記収容室内を流れるパージ空気をケース外に排出するパージ空気排出口と、前記パージ空気を除湿空気室からパージ空気供給口に供給するパージ配管とを具備し、
   前記中空糸膜として、内側を流れる空気の一部が膜壁を透過して外周側に流出する自己パージタイプの中空糸膜が用いられ、
   且つ前記パージ配管の途中に、前記湿空気吐出口から吐出される除湿空気の露点が−５０℃以下となるようにパージ空気量を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする高除湿空気用膜式ドライヤ。
2. 中空糸膜が、空気透過速度が１．０×１０^−６ｃｍ^３／［ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］以上の中空糸膜である請求項１記載の高除湿空気用膜式ドライヤ。
3. 除湿空気室と中空糸膜集束体が収容された収容室とを隔する隔壁に、前記除湿空気室の除湿空気の一部をパージ空気として前記収容室内に流す内部パージ路が形成されている請求項１又は請求項２記載の高除湿空気用膜式ドライヤ。
4. 内部パージ路が、一端が除湿空気室に開口されている中空糸の他端が収容室内で開口されて形成されている請求項３記載の高除湿空気用膜式ドライヤ。

Images