JP3297095B2 - 乾燥ガスの製造方法 - Google Patents

乾燥ガスの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は乾燥ガスの製造方法、特
に、膜を用いて湿潤ガスより乾燥ガスを得る方法に係
る。
【0002】
【従来の技術】湿潤ガスから乾燥ガスを得る方法として
は、シリカゲルやゼオライト等の吸着剤を用いる方法、
深冷分離法、ガス分離性を有する膜を使用する膜分離法
等が従来より知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、吸着剤を用い
る方法は、吸着剤が粉化してガス中に混入し、精密な装
置のバルブ等に悪影響を与えてしまう等の欠点を有す
る。深冷分離法は、液体窒素等の大型の装置を要し、操
作が煩雑である欠点を有する。
【0004】イオン交換膜を用いた膜分離法は、大量の
湿潤ガスを処理できるが、到達露点が−30〜−40℃
程度までしか達せず、一方イオン交換膜を有しない水分
分離膜を用いた場合は、極めて少量の湿潤ガスを通過さ
せたときに限り、低い到達露点に達するが、湿潤ガス量
がわずかに増加しただけで到達露点が直ちに上昇してし
まい、結局、膜分離法では充分には水分がとれないもの
と考えられていた。
【0005】本発明は従来法が有する諸欠点を排除し、
コンパクトで充分に水分を分離でき、しかも操作が簡単
な水分分離法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、陽イオン交換
基を有する水分分離膜を備える除湿装置と、イオン交換
基を有さない水分分離膜を備える除湿装置とを使用し、
湿潤ガスを陽イオン交換基を有する水分分離膜を備える
除湿装置の一次側、次いでイオン交換基を有さない水分
分離膜を備える除湿装置の一次側へ送って湿分を低減し
た乾燥ガスを得るとともに、該乾燥ガスの一部をイオン
交換基を有さない水分分離膜を備える除湿装置の二次
側、次いで陽イオン交換基を有する水分分離膜を備える
除湿装置の二次側へ送ることを特徴とする乾燥ガスの製
造方法である。
【0007】本発明では、湿潤ガスを連続して異なる2
種類の水分分離膜に接触させることにより、露点で−5
0℃以下という低露点まで乾燥することが可能となる。
【0008】この場合の水分分離膜の配置は、先ず陽イ
オン交換基を有する水分分離膜、次いでイオン交換基を
有さない水分分離膜とすることが必要であり、水分分離
膜の配置をこれと逆の配置にしても良い結果は得られな
い。
【0009】本発明の構成により、何故に−50℃以下
の低露点まで乾燥できるかについての理由は必ずしも明
確ではないが、陽イオン交換基を有する水分分離膜は、
特に水分とガスとの分離特性が優れ、かつ水分を透過し
やすく、また、イオン交換基を有さない水分分離膜は、
水分とガスとの分離特性は陽イオン交換基を有する水分
分離膜より優れているが、水分の透過速度が遅く、結
局、微量の水分を含んだガスにしか有効に作用せず、こ
のため、先ず陽イオン交換基を有する水分分離膜によっ
てほとんどの水分が除去され、次いで微量の水分がイオ
ン交換基を有さない水分分離膜によって有効に除去され
るものと思われる。
【0010】本発明に用いる陽イオン交換基を有する水
分分離膜としては、例えばパーフルオロスルホン酸系陽
イオン交換膜、炭化水素スルホン酸系陽イオン交換膜が
使用できるが、なかでもパーフルオロスルホン酸系陽イ
オン交換膜が好ましい。
【0011】パーフルオロスルホン酸系陽イオン交換膜
は、特に固定イオン濃度(膜に含まれる水分当りのイオ
ン交換基容量)1〜6N、好ましくは2〜5N、吸水率
(乾燥膜重量当りの膜に含まれる水分量の百分率)20
〜250重量%、好ましくは22〜110重量%、膜厚
0.1〜200μm、好ましくは1〜150μmが適当
である。
【0012】陽イオン交換膜は、下記一般式(1)で
される構造式を有する重合体からなるパーフルオロスル
ホン酸系陽イオン交換膜が好ましい
【化1】 なお、式中p,qは正の数であり、その比q/pは2〜
16であり、mは0または1であり、nは1〜5の整数
である。
【0013】本発明に用いるイオン交換基を有さない水
分分離膜としては、例えば特開昭62−42723に記
載されたような、芳香族ポリイミド膜が好ましい。特開
昭54−11481、特開昭54−152579、特開
昭60−183025、特開昭61−195117、特
開昭62−42723等に記載されたポリスルホン、
リプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンなどからな
多孔膜と他の膜との複合膜等適宜用いることもでき
る。
【0014】とりわけ芳香族ポリイミド膜は前記パーフ
ルオロスルホン酸系陽イオン交換膜との併用で大量の湿
潤ガスを−50℃以下の露点まで有効に水分を分離し得
るので特に好ましい。
【0015】芳香族ポリイミド膜からなるイオン交換基
を有さない水分分離膜の物性は、膜厚が40〜150μ
m、好ましくは50〜100μm、25℃における水蒸
気の透過速度が1×10-5cm3 /cm2 ・sec・c
mHg以上、好ましくは1×10-4〜5×10-2cm3
/cm2 ・sec・cmHg程度が適当である。
【0016】本発明に用いる陽イオン交換基を有する水
分分離膜及びイオン交換基を有さない水分分離膜の形状
は、平膜、平膜を円筒状にしたスパイラル形、中空糸形
状等いかなる形状でもよい。
【0017】本発明を図面を用いて具体的に説明する。
図1は本発明方法の一例を説明するものであり、陽イオ
ン交換基を有する水分分離膜を備える除湿装置1とイオ
ン交換基を有さない水分分離膜を備える除湿装置2とが
直列に連結されている。
【0018】湿潤ガスは送風機3を介して陽イオン交換
基を有する水分分離膜を備える除湿装置1の一次側4へ
送られ、次いでイオン交換基を有さない水分分離膜を備
える除湿装置2の一次側5へ送られる。そして、これを
出たガスの一部を、イオン交換基を有さない水分分離膜
を備える除湿装置2の二次側6へ送り、次いで陽イオン
交換基を有する水分分離膜を備える除湿装置1の二次側
7へ送られる。なお、8は露点計である。
【0019】本発明において、どちらの水分分離膜を備
えた除湿装置に対しても湿分を低減しようとする湿潤ガ
スは、除湿装置の一次側、例えば水分分離膜が中空糸状
である場合、好ましくは中空糸の内側へ送られる。そし
て、この除湿装置を出たガスの一部は、湿潤ガスから湿
分を低減するために、これら除湿装置の二次側、例えば
中空糸の外側へ送られる。
【0020】本発明において、湿潤ガスは送ガスのため
送風機により加圧されていて、ガスの圧力がかかるた
め、特に水分分離膜を中空糸で構成する場合には、中空
糸の内側へ送るのが好ましいが、場合により中空糸の外
側へ送ってもよい。この場合、除湿装置を出たガスの一
部は、中空糸の内側へ送られることになる。
【0021】除湿装置2の一次側を出たガスはその一部
が湿潤ガスから湿分を低減するために用いられるが、そ
の使用量は、除湿装置2の一次側5を出たガスの15〜
25容量%(標準状態換算)とするのが適当である。使
用量が15容量%未満の場合には、除湿装置での除湿が
充分に行われず目的とする低露点まで到達せず、逆に2
5容量%超の場合には最早それ以上の除湿を期待でき
ず、むしろ単に乾燥ガスの浪費となるだけなので好まし
くない。
【0022】本発明において適用される湿潤ガスとして
は、種々のものが挙げられるが、本発明は、特に湿潤空
気から乾燥空気を得るのに最適である。
【0023】
【実施例】図1に示すように、送風機に直結したパーフ
ルオロスルホン酸系陽イオン交換基を有する中空糸膜
(固定イオン濃度3.4N、吸水率52%、膜厚150
μm。この膜は一般式(1)で示される構造式を有する
重合体からなり、比q/pは4.5であり、mは1であ
り、nは2である。)からなる水分分離膜(有効膜面積
0.3m2 )を備える除湿装置1と、この除湿装置1の
後に特開昭62−42723の実施例1に示された芳香
族ポリイミド中空糸膜(膜厚80μm、25℃における
水蒸気の透過速度6.5×10-4cm3 /cm2 ・se
c・cmHg)からなる水分分離膜(有効膜面積約0.
8m2 )を備える除湿装置2とを直列に連結し、除湿装
置2の後に露点計8を設けた。
【0024】送風機3から圧力7kg/cm2 G、温度
20℃、相対湿度100%の空気200リットル/分
(標準状態換算)をこの除湿装置1の中空糸の内側へ、
次いで除湿装置2の中空糸の内側へ送った。
【0025】なお、除湿装置2の中空糸の内側から出た
湿分が低減されたガスの一部である40リットル/分
(標準状態換算)は、先ず除湿装置2の中空糸の外側へ
送り、次いで除湿装置1の中空糸の外側へ送った。
【0026】かくして、湿分の低減された空気が160
リットル/分(標準状態換算)で得られ、このとき露点
計は−60℃を示していた。この操作を5時間連続して
行ったが安定して乾燥空気の取り出しができた。
【0027】
【発明の効果】本発明によると空気中から−50℃以下
の露点まで水分を分離できるので、真に乾燥した空気を
得ることができ、このような空気は他に粉体等の何らの
不純物も混入しないので特にNMRのスピニングエアー
のごとき、低温使用するような場合に氷が生ずるおそ
れがなく好都合である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の一例を説明する説明図
【符号の説明】
1:陽イオン交換基を有する水分分離膜を備えた除湿装
置 2:イオン交換基を有さない水分分離膜を備えた除湿装
置 3:送風機 4,5:除湿装置の一次側 6,7:除湿装置の二次側 8:露点計

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】陽イオン交換基を有する水分分離膜を備え
    る除湿装置と、イオン交換基を有さない水分分離膜を備
    える除湿装置とを使用し、湿潤ガスを陽イオン交換基を
    有する水分分離膜を備える除湿装置の一次側、次いでイ
    オン交換基を有さない水分分離膜を備える除湿装置の一
    次側へ送って湿分を低減した乾燥ガスを得るとともに、
    該乾燥ガスの一部をイオン交換基を有さない水分分離膜
    を備える除湿装置の二次側、次いで陽イオン交換基を有
    する水分分離膜を備える除湿装置の二次側へ送ることを
    特徴とする乾燥ガスの製造方法。
  2. 【請求項2】陽イオン交換基を有する水分分離膜がパー
    フルオロスルホン酸系陽イオン交換膜である請求項1
    の乾燥ガスの製造方法。
  3. 【請求項3】イオン交換基を有さない水分分離膜が芳香
    族ポリイミド膜である請求項2記載の乾燥ガスの製造方
    法。
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JP2013239696A (ja) * 2012-04-16 2013-11-28 Amada Co Ltd ファイバレーザ発振器,ファイバレーザ加工装置,及びファイバレーザ発振器の除湿方法
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