JP7244651B2 - 分離装置及び分離方法 - Google Patents

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Description

本発明は分離装置及び分離方法に関する。
塔分離、膜分離、吸着分離などの技術により高純度気体（モル純度が９９．９％よりも高い気体）を製造することができる。膜分離によって高純度気体を製造するには、一般的に２段精製、さらに２段以上の精製が必要とされ、その結果、高純度気体の製造コストが高くなる。特に原料気体中の目的の気体成分の濃度が低い場合、高純度気体の製造コストが高まり、それにより膜分離の使用範囲が制限されてしまう。
現在、原料気体に含まれる目的の気体成分の濃度が低い場合、まず原料気体を膜分離装置で粗精製し、次に、粗精製した気体を吸着分離装置に入れて高純度気体を製造する。
本発明の目的は、従来技術に存在する問題を解決するために、分離装置及び分離方法を提供することである。
上記目的を達成させるために、本発明の第１の態様は分離装置を提供し、前記分離装置は、
第１のハウジングと、前記第１のハウジング内に設けられ得る膜アセンブリとを含み、前記第１のハウジングが第１の給気口、第１の排気口及び未浸透気体出口を有し、前記膜アセンブリが浸透気体出口を有し、前記浸透気体出口が前記第１の排気口に連通している膜分離モジュールと、
第２のハウジングと、前記第２のハウジング内に設けられ得る吸着剤層とを含み、前記第２のハウジングが前記第１のハウジングに設けられ、前記第２のハウジングが第２の給気口、第２の排気口及び脱着気体出口を有し、前記第２の給気口が前記第１の排気口に連通している吸着モジュールと、
第３の排気口を有し、前記第３の排気口が前記第１の給気口に連通している給気モジュールとを含む。
本発明の実施例に係る分離装置は、占有面積が小さく、軽量であり、製造コストが低いという利点がある。
選択的に、前記第２のハウジングは前記第１のハウジングに直接設けられる。
選択的に、前記第１の給気口は複数あり、各前記第１の給気口は前記第３の排気口に連通し、選択的に、前記膜アセンブリは複数あり、前記第１の排気口は複数あり、前記第２の給気口は複数あり、複数の前記膜アセンブリの前記浸透気体出口は複数の前記第１の排気口に１対１で対応して連通し、複数の前記第１の排気口は複数の前記第２の給気口に１対１で対応して連通している。
選択的に、前記給気モジュールは、
第４の排気口を有する給気管と、
緩衝室と、複数の前記第３の排気口とを有し、各前記第３の排気口が前記緩衝室に連通し、前記第４の排気口が前記緩衝室に連通し、前記第１の給気口が複数あり、複数の前記第３の排気口が複数の前記第１の給気口に１対１で対応して連通している気体配分ディスクとを含む。
選択的に、前記膜分離モジュールは複数あり、前記吸着モジュールは複数あり、各前記膜分離モジュールの前記第１の給気口は前記第３の排気口に連通し、複数の前記第２のハウジングは複数の前記第１のハウジングに１対１で対応して設けられ、複数の前記膜分離モジュールの前記第１の排気口は複数の前記吸着モジュールの前記第２の給気口に１対１で対応して連通している。
選択的に、前記給気モジュールは複数あり、複数の前記給気モジュールの前記第３の排気口は複数の前記膜分離モジュールの前記第１の給気口に１対１で対応して連通している。
選択的に、前記給気モジュールは、
給気主管と、
第３の給気口と複数の前記第３の排気口を有し、前記第３の給気口が複数の前記第３の排気口のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し、前記給気主管が前記第３の給気口に接続される制御弁と、
第１の端部が複数の前記第３の排気口に１対１で対応して接続され、第２の端部が複数の前記膜分離モジュールの前記第１の給気口に１対１で対応して接続される複数の給気枝管とを含む。
選択的に、前記給気モジュールは、
第４の排気口を有する給気管と、
複数の緩衝室、複数の第３の給気口及び複数の前記第３の排気口を有し、複数の前記第３の給気口が複数の前記緩衝室に１対１で対応して連通し、複数の前記第３の排気口が複数の前記緩衝室に１対１で対応して連通し、前記第４の排気口が複数の前記第３の給気口のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し、複数の前記第３の排気口が複数の前記膜分離モジュールの前記第１の給気口に１対１で対応して連通している気体配分ディスクとを含み、
選択的に、前記気体配分ディスクは環状であり、複数の前記第３の給気口は前記気体配分ディスクの内周面に設けられ、前記気体配分ディスクは、前記給気管のうち前記第４の排気口が設けれた部分に套設可能であり、前記給気管は前記気体配分ディスクに対して回転可能に設けられ、
選択的に、各前記第３の排気口は複数のサブ排気口を含み、複数の前記サブ排気口は、前記気体配分ディスクの周方向に間隔を空けて設けられた複数のサブ排気口群を構成し、各前記サブ排気口群は前記気体配分ディスクの径方向に間隔を空けて設けられた複数の前記サブ排気口を含み、各前記膜分離モジュールは複数の前記第１の給気口を有し、各前記膜分離モジュールの複数の前記第１の給気口は、対応する前記第３の排気口の前記複数のサブ排気口に１対１で対応して連通している。
選択的に、前記気体配分ディスクは、
第１の端面を有し、前記第１の端面に複数の前記緩衝室が設けられ、前記緩衝室の内端が開放して前記第３の給気口を形成するか、又は前記第３の給気口が前記緩衝室の内側壁面に設けられた環状の第１のディスクであって、前記第１のディスクは前記給気管の前記第４の排気口が設けられた部分に套設可能であり、前記給気管は前記第１のディスクに対して回転可能に設けられる環状の第１のディスクと、
前記第１の端面に設けられ、複数の前記緩衝室を覆う第２のディスクであって、前記第３の排気口が前記第２のディスクに設けられ、前記第３の排気口が前記第２のディスクの厚さ方向に沿って前記第２のディスクを貫通する第２のディスクとを含む。
選択的に、前記気体配分ディスクは、環状の第１のディスク、第２のディスク及び環状の第３のディスクを含み、
前記第１のディスクは、厚さ方向において対向する第１の端面と第２の端面を有し、複数の前記緩衝室が設けられ、各前記緩衝室が前記第１のディスクの厚さ方向に沿って前記第１のディスクを貫通し、前記緩衝室の内端が開放して前記第３の給気口を形成するか、又は前記第３の給気口が前記緩衝室の内側壁面に設けられ、
前記第２のディスクが前記第１の端面に設けられ、前記第３のディスクが前記第２の端面に設けられ、前記第２のディスクと前記第３のディスクが複数の前記緩衝室を覆い、前記第１のディスクが前記給気管の前記第４の排気口が設けられた部分に套設可能であり、前記給気管が前記第１のディスクに対して回転可能に設けられ、前記第３の排気口が前記第２のディスクに設けられ、前記第３の排気口が前記第２のディスクの厚さ方向に沿って前記第２のディスクを貫通する。
選択的に、複数の前記膜分離モジュールは第１の周方向に沿って配置され、
前記第１のハウジングは、第１の端板及び第２の端板と、第１の側板、第２の側板、第１の内側板、及び第１の外側板とを含み、
前記第１の側板、前記第１の内側板、前記第２の側板、及び第１の外側板は、順次接続されて第１の周囲板を形成し、前記第１の周囲板の第１の端部は前記第１の端板に接続され、前記第１の周囲板の第２の端部は前記第２の端板に接続され、前記第１の給気口は前記第１の端板に設けられ、前記第１の排気口は前記第２の端板に設けられ、前記未浸透気体出口は前記第１の周囲板と前記第１の端板のうちの少なくとも１つに設けられ、
選択的に、複数の前記膜分離モジュールの前記第１の端板は一体成形され、複数の前記膜分離モジュールの前記第２の端板は一体成形され、
選択的に、前記第１の周方向において隣接する２つの前記第１のハウジングのうちの一方の前記第１の側板は他方の前記第２の側板と一体成形され、
選択的に、複数の前記膜分離モジュールの前記第１の内側板は一体成形され、複数の前記膜分離モジュールの前記第１の外側板は一体成形され、
選択的に、各前記膜アセンブリの第１の端部は対応する前記第１の端板に接続され、各前記膜アセンブリの第２の端部は開放して前記浸透気体出口を形成し、各前記膜アセンブリの第２の端部は対応する前記第２の端板の前記第１の排気口に接続され、
選択的に、複数の前記膜分離モジュールの第１の内側板は第１の正円柱面又は第１の正角柱面に位置し、複数の前記膜分離モジュールの第１の外側板は第２の正円柱面又は第２の正角柱面に位置する。
選択的に、複数の前記吸着モジュールは第１の周方向に沿って配置され、
前記第２のハウジングは、第３の端板及び第４の端板と、第３の側板、第４の側板、第２の内側板、及び第２の外側板とを含み、
前記第３の側板、前記第２の内側板、前記第４の側板、及び第２の外側板は、順次接続されて第２の周囲板を形成し、前記第２の周囲板の第１の端部は前記第３の端板に接続され、前記第２の周囲板の第２の端部は前記第４の端板に接続され、前記第２の給気口は前記第３の端板に設けられ、前記第２の排気口は前記第４の端板に設けられ、前記脱着気体出口は前記第２の周囲板と前記第３の端板のうちの少なくとも１つに設けられ、
選択的に、複数の前記吸着モジュールの前記第３の端板は一体成形され、複数の前記吸着モジュールの前記第４の端板は一体成形され、
選択的に、前記第１の周方向において隣接する２つの前記第２のハウジングのうちの一方の前記第３の側板は他方の前記第４の側板と一体成形され、
選択的に、複数の前記吸着モジュールの前記第２の内側板は一体成形され、複数の前記吸着モジュールの前記第２の外側板は一体成形され、
選択的に、複数の前記吸着モジュールの前記第２の内側板は第３の正円柱面又は第３の正角柱面に位置し、複数の前記吸着モジュールの前記第２の外側板は第４の正円柱面又は第４の正角柱面に位置し、
より選択的に、前記第１の正円柱面と前記第３の正円柱面は同一正円柱面であり、前記第２の正円柱面と前記第４の正円柱面は同一正円柱面であり、前記第１の正角柱面と前記第３の正角柱面は同一正角柱面であり、前記第２の正角柱面と前記第４の正角柱面は同一正角柱面である。
選択的に、前記分離装置は中心軸をさらに含み、複数の前記膜分離モジュールは前記中心軸の周方向に沿って配置され、複数の前記吸着モジュールは前記中心軸の周方向に沿って配置され、前記膜分離モジュールの前記第１の内側板は前記中心軸に接近するか、又は前記膜分離モジュールの前記第１の内側板は前記中心軸と接触し、各前記吸着モジュールの前記第２の内側板は前記中心軸に接近するか、又は各前記吸着モジュールの前記第２の内側板は前記中心軸と接触する。
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係る分離装置を用いて実施される分離方法を提供し、前記分離方法は、給気モジュールを用いて膜分離モジュールに原料気体を供給するステップと、前記膜分離モジュールを用いて前記原料気体を分離して粗精製気体を得るステップと、吸着モジュールを用いて前記粗精製気体中の不純物を吸着して高純度気体を得るステップとを含む。
選択的に、給気管の第４の排気口を気体配分ディスクの１組の緩衝室の第３の給気口と連通させ、１組の前記膜分離モジュールに前記原料気体を供給し、１組の前記緩衝室は、少なくとも１つの前記緩衝室を含み、１組の前記膜分離モジュールは、少なくとも１つの前記膜分離モジュールを含み、
１組の前記膜分離モジュールを用いて前記原料気体を分離して粗精製気体を得、
１組の前記吸着モジュールを用いて前記粗精製気体中の不純物を吸着して高純度気体を得、１組の前記吸着モジュールは少なくとも１つの前記吸着モジュールを含み、
１組の前記吸着モジュールが所定時間作動した後又は１組の前記吸着モジュールが所定量の前記粗精製気体を処理した後、前記給気管の前記第４の排気口を前記気体配分ディスクの他の１組の前記緩衝室の前記第３の給気口と連通させ、他の１組の前記膜分離モジュールに前記原料気体を供給し、他の１組の前記緩衝室は少なくとも１つの前記緩衝室を含み、他の１組の前記膜分離モジュールは少なくとも１つの前記膜分離モジュールを含み、
他の１組の前記膜分離モジュールを用いて前記原料気体を分離して前記粗精製気体を得、
他の１組の前記吸着モジュールを用いて前記粗精製気体中の不純物を吸着して高純度気体を得、他の１組の前記吸着モジュールは少なくとも１つの前記吸着モジュールを含み、
１組の前記吸着モジュール中の吸着剤を再生する。
本発明の実施例に係る分離装置の部分構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の給気モジュールの構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の給気モジュールの部分構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の気体配分ディスクの構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の給気管の構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の膜分離モジュールの部分構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の膜分離モジュールの部分構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の吸着モジュールの部分構造模式図である。 本発明の実施例に係る分離装置の吸着モジュールの部分構造模式図である。 本発明の実施例に係る吸着モジュールの第４の端板の構造模式図である。
以下、本発明の実施例を詳細に説明し、前記実施例の例を図面に示す。以下、図面を参照して説明する実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するためであり、本発明を制限するものとして理解できない。
以下、図面を参照して本発明の実施例に係る分離装置１を説明する。図１～図６に示すように、本発明の実施例に係る分離装置１は、膜分離モジュール１０、吸着モジュール２０、及び給気モジュール３０を含む。
膜分離モジュール１０は、第１のハウジング１１０と、第１のハウジング１１０内に設けられ得る膜アセンブリ１３０とを含み、第１のハウジング１１０は第１の給気口１２１、第１の排気口１２２、及び未浸透気体出口１２３を有する。膜アセンブリ１３０は第１の排気口１２２に連通している浸透気体出口を有する。吸着モジュール２０は、第２のハウジング２１０と、第２のハウジング２１０内に設けられ得る吸着剤層２３０とを含み、第２のハウジング２１０は第１のハウジング１１０に設けられ、即ち、第１のハウジング１１０は第２のハウジング２１０に設けられる。第２のハウジング２１０は第２の給気口２２１、第２の排気口２２２、及び脱着気体出口２２３を有し、第２の給気口２２１は第１の排気口１２２に連通している。給気モジュール３０は第１の給気口１２１に連通している第３の排気口３２１を有する。
膜アセンブリ１３０は第１のハウジング１１０内に設けられ得るとは、分離装置１を用いて高純度気体を製造する際に、膜アセンブリ１３０は第１のハウジング１１０内に設けられることを意味し、吸着剤層２３０は第２のハウジング２１０内に設けられ得るとは、分離装置１を用いて高純度気体を製造する際に、吸着剤層２３０は第２のハウジング２１０内に設けられることを意味する。分離装置１を用いて高純度気体を製造していないときに、膜アセンブリ１３０は第１のハウジング１１０内に設けられてもよいし、第１のハウジング１１０内に設けられなくてもよく、吸着剤層２３０は第２のハウジング２１０内に設けられてもよいし、第２のハウジング２１０内に設けられなくてもよい。
分離装置１を用いて高純度気体を製造する際に、原料気体（目的の気体を含む気体混合物）は給気モジュール３０の第３の排気口３２１と膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１を順次通過して膜分離モジュール１０内に入り、膜分離モジュール１０により分離（粗精製）され、粗精製気体となる。ここで、膜アセンブリ１３０を透過した気体は該粗精製気体であり、膜アセンブリ１３０を透過していない気体は未浸透気体であり、該未浸透気体は未浸透気体出口１２３を介して膜分離モジュール１０から排出されてもよい。該粗精製気体は、膜分離モジュール１０の第１の排気口１２２と吸着モジュール２０の第２の給気口２２１を順次通過して吸着モジュール２０内に入り、吸着モジュール２０により不純物を吸着されて高純度気体となる。
高純度気体を製造するための従来の装置は、従来の膜分離装置と吸着装置を材料の性質に応じて簡単に前後で連結して組み合わせたものに過ぎず、膜分離装置及び吸着装置自体の構造を変更していない。
本発明の実施例に係る分離装置１は、膜分離モジュール１０の第１のハウジング１１０と吸着モジュール２０の第２のハウジング２１０とを一体に設けることで、膜分離モジュール１０と吸着モジュール２０とを一体化させる。それによって、分離装置１の占有面積や重量を大幅に減少させる。本発明の実施例に係る分離装置１は占有面積が極めて小さいため、特に気体補給ステーション（例えば水素燃料補給ステーション）に適用でき、本発明の実施例に係る分離装置１は、従来の分離装置が比べ物にならないほど占有面積が小さいという優位性を有する。
従って、本発明の実施例に係る分離装置１は、占有面積が小さく、軽量であり、製造コストが低いなどの利点がある。
図１～図６に示すように、本発明のいくつかの実施例では、分離装置１は、膜分離モジュール１０、吸着モジュール２０、及び給気モジュール３０を含む。分離装置１は、高純度気体の製造に幅広く利用可能であり、例えば分離装置１は、高純度のアルゴンガス、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンなどの製造に用いられ得る。
膜分離モジュール１０は、第１のハウジング１１０と、第１のハウジング１１０内に設けられ得る膜アセンブリ１３０とを含み、第１のハウジング１１０は第１の給気口１２１、第１の排気口１２２、及び未浸透気体出口１２３を有する。吸着モジュール２０は第２のハウジング２１０と、第２のハウジング２１０内に設けられ得る吸着剤層２３０とを含み、第２のハウジング２１０は第２の給気口２２１、第２の排気口２２２、及び脱着気体出口２２３を有する。
膜アセンブリ１３０は、無機膜アセンブリであってもよいし、有機膜アセンブリであってもよい。無機膜アセンブリは、原料気体が液体を含まず、酸性気体を含有し、又は温度や圧力が変化したときに凝結液を生成し得る場合に適用できる。無機膜アセンブリの無機膜は中空分子篩膜、例えば炭素分子篩、ＬＴＡ分子篩、ＤＤＲ分子篩膜などであってもよい。有機膜アセンブリは、原料気体に液体を含まず、原料又は製品気体が温度や圧力の変化により凝結液を生成しない場合に適用でき、有機膜アセンブリの有機膜は中空繊維膜であってもよい。
粗精製気体中の不純物の組成に応じて、吸着剤層２３０は、各種の不純物を吸着可能な吸着剤を含んでもよい。例えば、吸着剤層２３０は、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト分子篩、及び活性炭のうちの少なくとも１種を含んでもよい。
選択的に、図１及び図４ｂに示すように、第１のハウジング１１０は複数の第１の給気口１２１を有してもよく、いずれの第１の給気口１２１からも原料気体が通過する（入る）ように、第１の給気口１２１のそれぞれは、第３の排気口３２１に連通している。それによって、原料気体が第１のハウジング１１０内により均一に入ることができるだけでなく、膜分離モジュール１０の単位時間当たりの気体処理量が増加する。
図１、図４ａ及び図４ｂに示すように、膜アセンブリ１３０は複数あってもよく、第１のハウジング１１０は複数の第１の排気口１２２を有してもよく、複数の膜アセンブリ１３０の浸透気体出口は複数の第１の排気口１２２に１対１で対応して連通してもよい。つまり、該浸透気体出口（膜アセンブリ１３０）の数は第１の排気口１２２の数に等しくてもよく、該浸透気体出口のそれぞれは１つの第１の排気口１２２に連通し、第１の排気口１２２のそれぞれは１つの該浸透気体出口に連通する。それによって、膜分離モジュール１０の単位時間当たりの気体処理量をさらに向上させる。
このような場合、図１及び図５ｂに示すように、第２のハウジング２１０は複数の第２の給気口２２１を有し、複数の第１の排気口１２２は複数の第２の給気口２２１に１対１で対応して連通している。つまり、第２の給気口２２１の数は第１の排気口１２２の数に等しくてもよく、第２の給気口２２１のそれぞれは１つの第１の排気口１２２に連通し、第１の排気口１２２のそれぞれは１つの第２の給気口２２１に連通している。それによって、吸着モジュール２０の単位時間当たりの気体処理量をさらに向上させる。
図１に示すように、本発明の一実施例では、第２のハウジング２１０は第１のハウジング１１０の上方に直接設けられる。つまり、第１のハウジング１１０と第２のハウジング２１０との間にはいずれの部材（例えば連結ディスク、ブラケットなど）も設けられておらず、第１のハウジング１１０と第２のハウジング２１０は直接接触する。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、膜分離モジュール１０と吸着モジュール２０の一体化の程度をさらに向上させ、それにより、分離装置１の占有面積をさらに減少させ、分離装置１の重量を減少させ、製造コストを削減させることができる。勿論、他の実施例では、第１のハウジング１１０は第２のハウジング２１０の上方に設けられてもよい。
給気モジュール３０は第３の排気口３２１を有し、第３の排気口３２１は第１の給気口１２１に連通している。図２ａ～図２ｃに示すように、給気モジュール３０は給気管３１０と気体配分ディスク３２０を含み、給気管３１０は第４の排気口３１１を有する。気体配分ディスク３２０は緩衝室３２２と複数の第３の排気口３２１を有し、第３の排気口３２１のそれぞれは緩衝室３２２に連通し、第４の排気口３１１は緩衝室３２２に連通している。選択的に、給気管３１０の上端部が密閉される。
膜分離モジュール１０は複数の第１の給気口１２１を有し、複数の第３の排気口３２１は複数の第１の給気口１２１に１対１で対応して連通している。言い換えれば、第３の排気口３２１の数は第１の給気口１２１の数に等しくてもよく、第３の排気口３２１のそれぞれは１つの第１の給気口１２１に連通し、第１の給気口１２１のそれぞれは１つの第３の排気口３２１に連通している。
原料気体は給気管３１０の第４の排気口３１１を介して緩衝室３２２に入り、緩衝室３２２内の原料気体は複数の第３の排気口３２１と複数の第１の給気口１２１を順次通過して第１のハウジング１１０内に入る。気体配分ディスク３２０に第４の排気口３１１に連通している緩衝室３２２及び緩衝室３２２に連通している複数の第３の排気口３２１が設けられることによって、緩衝室３２２を利用して原料気体の流速を低くするだけでなく、原料気体が第１のハウジング１１０内により均一に入ることを可能とし、さらに、膜分離モジュール１０の単位時間当たりの気体処理量を向上させることができる。
図１～図６に示すように、本発明のいくつかの例では、分離装置１は複数の膜分離モジュール１０と複数の吸着モジュール２０を含んでもよい。各膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１は第３の排気口３２１に連通し、原料気体は各膜分離モジュール１０の第１のハウジング１１０内に入ることができる。
複数の第２のハウジング２１０は複数の第１のハウジング１１０に１対１で対応して設けられ、即ち、膜分離モジュール１０（第１のハウジング１１０）の数は吸着モジュール２０（第２のハウジング２１０）の数に等しくてもよく、第２のハウジング２１０のそれぞれは１つの第１のハウジング１１０に設けられる。選択的に、複数の第２のハウジング２１０は複数の第１のハウジング１１０に１対１で対応して直接設けられる。
複数の膜分離モジュール１０の第１の排気口１２２は複数の吸着モジュール２０の第２の給気口２２１に１対１で対応して連通している。つまり、各膜分離モジュール１０の第１の排気口１２２は１つの吸着モジュール２０の第２の給気口２２１に連通し、各吸着モジュール２０の第２の給気口２２１は１つの膜分離モジュール１０の第１の排気口１２２に連通している。それにより、互いに関連している膜分離モジュール１０と吸着モジュール２０により高純度気体の分離アセンブリが製造されてもよく、分離装置１は複数の該分離アセンブリを含んでもよく、それにより、分離装置１の単位時間当たりの気体処理量を向上させることができる。
図４ａ及び図４ｂに示すように、複数の膜分離モジュール１０は第１の周方向に沿って配置されてもよく、即ち、複数の膜分離モジュール１０は該第１の周方向に沿って配列されてもよい。第１のハウジング１１０のそれぞれは、第１の端板１１１、第２の端板１１２、第１の側板１１３、第２の側板１１４、第１の内側板１１５、及び第１の外側板１１６を含んでもよい。ここで、内向きとは該第１の周方向の中央部に向き、外向きとは該第１の周方向の中央部から遠い（離れる）ことを意味する。
第１の側板１１３、第１の内側板１１５、第２の側板１１４及び第１の外側板１１６は、順次接続されて第１の周囲板１１７を形成し、第１の周囲板１１７の第１の端部は第１の端板１１１に接続され、第１の周囲板１１７の第２の端部は第２の端板１１２に接続される。
具体的には、第１の端板１１１と第２の端板１１２は上下方向に間隔を空けて設けられ、第１の周囲板１１７の下端部は第１の端板１１１に接続され、第１の周囲板１１７の上端部は第２の端板１１２に接続され、即ち、第１の側板１１３、第１の内側板１１５、第２の側板１１４、及び第１の外側板１１６のそれぞれの下端部は第１の端板１１１に接続され、第１の側板１１３、第１の内側板１１５、第２の側板１１４、及び第１の外側板１１６のそれぞれの上端部は第２の端板１１２に接続される。上下方向は図１における矢印Ａに示される。
第１の端板１１１、第２の端板１１２、第１の側板１１３、第２の側板１１４、第１の内側板１１５、及び第１の外側板１１６により第１の収容室１１８が画定され、即ち、第１のハウジング１１０は第１の収容室１１８を有してもよい。膜アセンブリ１３０は第１の収容室１１８内に設けられ、第１の給気口１２１、第１の排気口１２２及び未浸透気体出口１２３のそれぞれは第１の収容室１１８に連通してもよい。
ここで、第１の給気口１２１は第１の端板１１１に設けられ、第１の排気口１２２は第２の端板１１２に設けられ、未浸透気体出口１２３は第１の周囲板１１７と第１の端板１１１のうちの少なくとも１つに設けられてもよい。選択的に、未浸透気体出口１２３は第１の周囲板１１７の下部に設けられてもよい。例えば、未浸透気体出口１２３は第１の外側板１１６の下部に設けられてもよい。
複数の膜分離モジュール１０の第１の端板１１１は一体成形されてもよく、複数の膜分離モジュール１０の第２の端板１１２は一体成形されてもよい。それにより、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度及び構造強度をさらに向上させ、分離装置１の組み立て難度をさらに低減させることができる。
選択的に、該第１の周方向において隣接する２つの第１のハウジング１１０のうちの一方の第１の側板１１３は他方の第２の側板１１４と一体成形される。言い換えれば、該第１の周方向において隣接する２つの第１のハウジング１１０については、一方の第１のハウジング１１０の第１の側板１１３は他方の第１のハウジング１１０の第２の側板１１４と一体成形され、即ち、該第１の周方向において隣接する２つの第１のハウジング１１０は１つの側板を共用できる。それにより、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の構造強度をさらに向上させることができる。
各膜アセンブリ１３０の第１の端部（例えば下端部）は対応する第１の端板１１１に接続される。各膜アセンブリ１３０の第２の端部（例えば上端部）は開放して該浸透気体出口を形成し、各膜アセンブリ１３０の第２の端部は対応する第２の端板１１２の第１の排気口１２２に接続される。ここで、対応する第１の端板１１１と対応する第２の端板１１２とは、膜アセンブリ１３０とは同一の膜分離モジュール１０に属する第１の端板１１１と第２の端板１１２のことである。
複数の膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は第１の正円柱面又は第１の正角柱面に位置し、即ち、複数の膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は同一正円柱面又は同一正角柱面に位置する。複数の膜分離モジュール１０の第１の外側板１１６は第２の正円柱面又は第２の正角柱面に位置し、即ち、複数の膜分離モジュール１０の第１の外側板１１６は同一正円柱面又は同一正角柱面に位置する。それによって、分離装置１の構造がより合理的になる。ここで、正円柱面とは正円柱の側面、正角柱面とは正角柱の側面を指す。
選択的に、複数の膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は一体成形されてもよく、複数の膜分離モジュール１０の第１の外側板１１６は一体成形されてもよい。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の構造強度をさらに向上させることができる。
図５ａ及び図５ｂに示すように、複数の吸着モジュール２０は該第１の周方向に沿って布置されてもよく、即ち、複数の吸着モジュール２０は該第１の周方向に沿って配列されてもよい。第２のハウジング２１０はそれぞれ、第３の端板２１１、第４の端板２１２、第３の側板２１３、第４の側板２１４、第２の内側板２１５、及び第２の外側板２１６を含む。第３の側板２１３、第２の内側板２１５、第４の側板２１４、及び第２の外側板２１６は、順次接続されて第２の周囲板２１７を形成し、第２の周囲板２１７の第１の端部は第３の端板２１１に接続され、第２の周囲板２１７の第２の端部は第４の端板２１２に接続される。
具体的には、第３の端板２１１及び第４の端板２１２は上下方向に沿って間隔を空けて設けられ、第２の周囲板２１７の下端部は第３の端板２１１に接続され、第２の周囲板２１７の上端部は第４の端板２１２に接続され、即ち、第３の側板２１３、第２の内側板２１５、第４の側板２１４、及び第２の外側板２１６のうちの１つの下端部は第３の端板２１１に接続され、第３の側板２１３、第２の内側板２１５、第４の側板２１４、及び第２の外側板２１６のそれぞれの上端部は第４の端板２１２に接続される。
第３の端板２１１、第４の端板２１２、第３の側板２１３、第４の側板２１４、第２の内側板２１５、及び第２の外側板２１６により第２の収容室２１８が画定され、即ち、第２のハウジング２１０は第２の収容室２１８を有してもよい。吸着剤層２３０は第２の収容室２１８内に設けられ、第２の給気口２２１、第２の排気口２２２、及び脱着気体出口２２３のそれぞれが第２の収容室２１８に連通してもよい。
これらのうち、第２の給気口２２１は第３の端板２１１に設けられてもよく、第２の排気口２２２は第４の端板２１２に設けられてもよく、脱着気体出口２２３は第２の周囲板２１７と第３の端板２１１のうちの少なくとも１つに設けられてもよい。選択的に、脱着気体出口２２３は第２の周囲板２１７の下部に設けられてもよい。例えば、脱着気体出口２２３は第２の外側板２１６の下部に設けられてもよい。
複数の吸着モジュール２０の第３の端板２１１は一体成形され、複数の吸着モジュール２０の第４の端板２１２は一体成形される。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度及び構造強度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の組み立て難度をさらに低減させることができる。
選択的に、該第１の周方向において隣接する２つの第２のハウジング２１０のうちの一方の第３の側板２１３は他方の第４の側板２１４と一体成形される。言い換えれば、該第１の周方向において隣接する２つの第２のハウジング２１０については、一方の第２のハウジング２１０の第３の側板２１３は他方の第２のハウジング２１０の第４の側板２１４と一体成形され、即ち、該第１の周方向において隣接する２つの第２のハウジング２１０は１つの側板を共用できる。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の構造強度をさらに向上させることができる。
複数の吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は第３の正円柱面又は第３の正角柱面に位置し、即ち、複数の吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は同一正円柱面又は同一正角柱面に位置する。複数の吸着モジュール２０の第２の外側板２１６は第４の正円柱面又は第４の正角柱面に位置し、即ち、複数の吸着モジュール２０の第２の外側板２１６は同一正円柱面又は同一正角柱面に位置する。それによって、分離装置１の構造がより合理的になる。より選択的に、該第１の正円柱面と該第３の正円柱面は同一正円柱面であってもよく、該第２の正円柱面と該第４の正円柱面は同一正円柱面であってもよく、該第１の正角柱面と該第３の正角柱面は同一正角柱面であってもよく、該第２の正角柱面と該第４の正角柱面は同一正角柱面であってもよい。
選択的に、複数の吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は一体成形され、複数の吸着モジュール２０の第２の外側板２１６は一体成形されてもよい。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の構造強度をさらに向上させることができる。
本発明の第１の例では、給気モジュール３０は複数あってもよく、複数の給気モジュール３０の第３の排気口３２１は複数の膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１に１対１で対応して連通している。つまり、給気モジュール３０の数は膜分離モジュール１０の数に等しくてもよく、各給気モジュール３０の第３の排気口３２１は１つの膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１に連通し、各膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１は１つの給気モジュール３０の第３の排気口３２１に連通している。
発明の第２の例では、給気モジュール３０は、給気主管、制御弁、及び複数の給気枝管を含む。該制御弁は第３の給気口３２３と複数の第３の排気口３２１を有し、該給気主管は第３の給気口３２３に接続される。第３の給気口３２３は複数の第３の排気口３２１のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し、即ち、第３の給気口３２３はそれぞれの第３の排気口３２１に連通し、同一時刻には第３の給気口３２３は複数の第３の排気口３２１の一部のみに連通し、全ての第３の排気口３２１に同時に連通してはならない。例えば、第３の排気口３２１は５個としてもよく、第３の給気口３２３を一番目の第３の排気口３２１に連通している状態から三番目の第３の排気口３２１と四番目の第３の排気口３２１のうちの少なくとも一方に連通している状態に切り替えることができる。
複数の該給気枝管の第１の端部は複数の第３の排気口３２１に１対１で対応して接続され、複数の給気枝管の該第２の端部は複数の膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１に１対１で対応して接続される。それによって、原料気体は該給気主管、該制御弁及び対応する該給気枝管を順次通過して、対応する膜分離モジュール１０の第１のハウジング１１０内に入る。
図２ａ～図２ｃに示すように、本発明の第３の例では、給気モジュール３０は、給気管３１０と気体配分ディスク３２０を含み、給気管３１０は第４の排気口３１１を有し、気体配分ディスク３２０の周方向が該第１の周方向と一致してもよい。気体配分ディスク３２０は複数の緩衝室３２２、複数の第３の給気口３２３及び複数の第３の排気口３２１を有してもよく、複数の第３の給気口３２３は複数の緩衝室３２２に１対１で対応して連通しており、複数の第３の排気口３２１は複数の緩衝室３２２に１対１で対応して連通している。選択的に、給気管３１０の上端部が密閉される。
複数の第３の排気口３２１は複数の膜分離モジュール１０の第１の給気口１２１に１対１で対応して連通している。第４の排気口３１１は複数の第３の給気口３２３のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し、即ち、第４の排気口３１１は第３の給気口３２３のそれぞれに連通してもよく、同一時刻に第４の排気口３１１は複数の第３の給気口３２３の一部のみに連通し、全ての第３の給気口３２３に同時に連通してはならない。例えば、第３の給気口３２３は５個としてもよく、第４の排気口３１１を一番目の第３の給気口３２３に連通している状態から三番目の第３の給気口３２３と四番目の第３の給気口３２３のうちの少なくとも一方に連通している状態に切り替えることができる。
分離装置１を利用して高純度気体を製造する際には、給気管３１０の第４の排気口３１１を気体配分ディスク３２０の１組の緩衝室３２２の第３の給気口３２３と連通させて、該１組の膜分離モジュール１０に原料気体を供給する。ここで、該１組の緩衝室３２２は少なくとも１つの緩衝室３２２を含み、該１組の膜分離モジュール１０は少なくとも１つの膜分離モジュール１０を含む。
該１組の膜分離モジュール１０を利用して該原料気体を分離し、粗精製気体を得る。言い換えれば、１つの膜分離モジュール１０を利用して該原料気体を分離してもよいし、複数の膜分離モジュール１０を利用して該原料気体を同時に分離してもよい。次に、１組の吸着モジュール２０を利用して該粗精製気体中の不純物を吸着し、高純度気体を得、該１組の吸着モジュール２０は少なくとも１つの吸着モジュール２０を含む。ここで、該１組の吸着モジュール２０の少なくとも１つの吸着モジュール２０は、該１組の膜分離モジュール１０の少なくとも１つの膜分離モジュール１０に１対１で対応して気体的に連通している。
該１組の吸着モジュール２０が所定時間作動した後又は該１組の吸着モジュール２０が所定量の該粗精製気体を処理した後、例えば給気管３１０を回転させることで、給気管３１０の第４の排気口３１１を気体配分ディスク３２０の他の１組の緩衝室３２２の第３の給気口３２３と連通させ、該他の１組の膜分離モジュール１０に該原料気体を供給する。該他の１組の緩衝室３２２は少なくとも１つの緩衝室３２２を含み、該他の１組の膜分離モジュール１０は少なくとも１つの膜分離モジュール１０を含む。
該他の１組の膜分離モジュール１０を利用して該原料気体を分離し、該粗精製気体を得る。つまり、１つの膜分離モジュール１０を利用して該原料気体を分離してもよいし、複数の膜分離モジュール１０を利用して該原料気体を同時に分離してもよい。次に、他の１組の吸着モジュール２０を利用して該粗精製気体中の不純物を吸着し、高純度気体を得、該他の１組の吸着モジュール２０は少なくとも１つの吸着モジュール２０を含む。ここで、該他の１組の吸着モジュール２０の少なくとも１つの吸着モジュール２０は、該他の１組の膜分離モジュール１０の少なくとも１つの膜分離モジュール１０に１対１で対応して気体的に連通している。
該１組の吸着モジュール２０中の吸着剤を再生し、該１組の吸着モジュール２０が該粗精製気体中の不純物を再度吸着できるようにする。ここで、該他の１組の吸着モジュール２０を利用して該粗精製気体中の不純物を吸着する際に、該１組の吸着モジュール２０中の吸着剤を再生してもよいし、他の吸着モジュール２０を利用して該粗精製気体中の不純物を吸着する際に又は他の時点に、該１組の吸着モジュール２０中の吸着剤を再生してもよい。ここで、既知の方式で吸着モジュール２０を再生することができる。
それによって、分離装置１の複数の吸着モジュール２０は吸着（作動）と再生を交互に行い、複数の膜分離モジュール１０は交互に作動し、即ち、吸着モジュール２０は作動と再生を周期的に行い、膜分離モジュール１０は周期的に作動することが可能になり、それにより、分離装置１は高純度気体を連続的に製造することができ、分離装置１の作動時間が長くなり、分離装置１の単位時間当たりの気体処理量が向上する。
図２ａ及び図２ｂに示すように、気体配分ディスク３２０は環状であり、即ち、気体配分ディスク３２０は内周面、外周面及び中心孔を有し、複数の第３の給気口３２３は気体配分ディスク３２０の該内周面に設けられる。気体配分ディスク３２０は、給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設可能であり、即ち、給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分は、気体配分ディスク３２０の該中心孔内に位置してもよい。それによって、第４の排気口３１１は気体配分ディスク３２０の該中心孔内に位置し、即ち、第４の排気口３１１は、気体配分ディスク３２０の該内周面の内側に位置してもよく、それにより、第４の排気口３１１は複数の第３の給気口３２３のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し得る。
給気管３１０は気体配分ディスク３２０に対して回転可能に設けられ、第４の排気口３１１が給気管３１０を回転することで切り替わり、それにより、第４の排気口３１１は異なる第３の給気口３２３に連通し得る。具体的には、駆動装置で給気管３１０の回転を駆動することができ、給気管３１０の回転を駆動する駆動装置はモータ、ベルトなどであってもよい。
気体配分ディスク３２０は給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設可能であるとは、分離装置１を利用して高純度気体を製造する際に、気体配分ディスク３２０は、給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設されることを指す。給気管３１０は気体配分ディスク３２０に対して回転可能に設けられるとは、分離装置１を利用して高純度気体を製造する際に、給気管３１０は気体配分ディスク３２０に対して回転可能に設けられることを指す。分離装置１を利用して高純度気体を製造していないときに、気体配分ディスク３２０は給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設されてもよく、給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設されなくてもよい。
図２ａ及び図２ｃに示すように、第３の排気口３２１のそれぞれは複数のサブ排気口３２１１を含み、複数のサブ排気口３２１１は複数のサブ排気口群を構成し、複数の該サブ排気口群は気体配分ディスク３２０の周方向に間隔を空けて設けられてもよい。該サブ排気口群のそれぞれは複数のサブ排気口３２１１を含み、該各サブ排気口群の複数のサブ排気口３２１１は気体配分ディスク３２０の径方向に間隔を空けて設けられる。
膜分離モジュール１０はそれぞれ複数の第１の給気口１２１を有し、各膜分離モジュール１０の複数の第１の給気口１２１は、対応する第３の排気口３２１的複数のサブ排気口３２１１に１対１で対応して連通している。選択的に、各膜分離モジュール１０の複数の第１の給気口１２１は複数の給気口組を構成し、複数の該給気口組は気体配分ディスク３２０の周方向に間隔を空けて設けられてもよい。該給気口組はそれぞれ複数の第１の給気口１２１を含み、各給気口組の複数の第１の給気口１２１は気体配分ディスク３２０の径方向に間隔を空けて設けられる。より選択的に、各膜分離モジュール１０の複数の第１の給気口１２１は、気体配分ディスク３２０の軸方向（例えば上下方向）において、対応する第３の排気口３２１的複数のサブ排気口３２１１に１対１で対応し、それにより、連通をより容易とする。
図２ａ～図２ｃに示すように、気体配分ディスク３２０は第１のディスク３２４と第２のディスク３２５を含み、第１のディスク３２４は環状であり、即ち、第１のディスク３２４は内周面、外周面、及び中心孔を有する。第１のディスク３２４は第１の端面３２４１（例えば上端面）を有し、第１の端面３２４１には複数の緩衝室３２２が設けられる。
緩衝室３２２の内端は開放して第３の給気口３２３を形成するか、又は第３の給気口３２３は緩衝室３２２の内側壁面に設けられ、緩衝室３２２の内端とは、緩衝室３２２の第１のディスク３２４の中間部（中心孔）に接近する（向かう）端部のことであり、緩衝室３２２の内側壁面とは、緩衝室３２２の第１のディスク３２４の中間部（中心孔）に接近する（向かう）側壁面のことである。つまり、各緩衝室３２２の内端は開放して複数の第３の給気口３２３を形成してもよいし、各緩衝室３２２の内側壁面に第３の給気口３２３が設けられてもよいし、複数の緩衝室３２２の一部の内端は開放して第３の給気口３２３を形成し、複数の緩衝室３２２の残りの部分の内側壁面に第３の給気口３２３が設けられてもよい。
第１のディスク３２４は給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設可能であり、即ち、給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分は第１のディスク３２４の該中心孔内に位置してもよい。それによって、第４の排気口３１１は第１のディスク３２４の該中心孔内に位置し、即ち、第４の排気口３１１は第１のディスク３２４の該内周面の内側に位置し、それにより、第４の排気口３１１は複数の第３の給気口３２３のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し得る。
給気管３１０は第１のディスク３２４に対して回転可能に設けられ、第４の排気口３１１が給気管３１０を回転させることで切り替わり、異なる第３の給気口３２３に連通し得る。
第１のディスク３２４は給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設可能であるとは、分離装置１を利用して高純度気体を製造する際に、第１のディスク３２４は給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設されることを指す。分離装置１を利用して高純度気体を製造していないときに、第１のディスク３２４は給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設されてもよいし、給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設されなくてもよい。
第２のディスク３２５は第１の端面３２４１に設けられ、第２のディスク３２５は複数の緩衝室３２２を覆う。第３の排気口３２１は第２のディスク３２５に設けられ、第３の排気口３２１は第２のディスク３２５の厚さ方向（軸方向）に沿って第２のディスク３２５を貫通する。例えば、第３の排気口３２１は上下方向に沿って第２のディスク３２５を貫通する。それによって、緩衝室３２２、第３の給気口３２３、及び第３の排気口３２１の加工の難度を低減させ、さらに分離装置１の加工難度を低減させて、加工コストを削減させる。
選択的に、第２のディスク３２５と複数の第１のハウジング１１０の第１の端板１１１は一体成形されてもよい。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度及び構造強度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の組み立て難度をさらに低減させることができる。
選択的に、複数の第１のハウジング１１０の第２の端板１１２及び複数の第２のハウジング２１０の第３の端板２１１は一体成形されてもよい。それによって、分離装置１の構造をさらに簡素化させ、分離装置１の一体化の程度及び構造強度をさらに向上させるだけでなく、分離装置１の組み立て難度をさらに低減させることができる。
気体配分ディスク３２０は第１のディスク、第２のディスク、及び第３のディスクをさらに含んでもよく、該第１のディスク及び該第３のディスクはともに環状としてもよい。該第１のディスクは、その厚さ方向において対向する第１の端面（例えば上端面）と第２の端面（例えば下端面）を有し、該第１のディスクには複数の緩衝室３２２が設けられ、緩衝室３２２のそれぞれは該第１のディスクの厚さ方向（例えば上下方向）に沿って該第１のディスクを貫通する。緩衝室３２２の内端は開放して第３の給気口３２３を形成するか、又は第３の給気口３２３は緩衝室３２２の内側壁面に設けられる。
該第２のディスクは該第１の端面に設けられ、該第３のディスクは該第２の端面に設けられ、該第２のディスク及び該第３のディスクは複数の該緩衝室３２２を覆う。第３の排気口３２１は該第２のディスクに設けられ、第３の排気口３２１は該第２のディスクの厚さ方向（軸方向）に沿って該第２のディスクを貫通する。例えば、第３の排気口３２１は上下方向に沿って該第２のディスクを貫通する。それによって、緩衝室３２２、第３の給気口３２３及び第３の排気口３２１の加工の難度を低減させ、さらに分離装置１の加工難度を低減させて、加工コストを削減させる。
該第１のディスクは給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設可能であり、給気管３１０は該第１のディスクに対して回転可能に設けられる。第４の排気口３１１は給気管３１０を回転させることで切り替わり、異なる第３の給気口３２３に連通し得る。選択的に、該第３のディスクは給気管３１０の第４の排気口３１１が設けられた部分に套設可能であり、給気管３１０は該第３のディスクに対して回転可能に設けられる。それによって、給気モジュール３０の構造はより合理的になる。
図１に示すように、本発明の１つの具体例では、分離装置１は中心軸４０をさらに含み、複数の膜分離モジュール１０は中心軸４０の周方向に沿って配置され、複数の吸着モジュール２０は中心軸４０の周方向に沿って配置されてもよい。言い換えれば、複数の膜分離モジュール１０は中心軸４０の周りに設けられてもよく、複数の吸着モジュール２０は中心軸４０の周りに設けられてもよい。ここで、中心軸４０の周方向は該第１の周方向と一致してもよい。例えば、中心軸４０の周方向、該第１の周方向、及び気体配分ディスク３２０（第１のディスク３２４）の周方向は互いに一致してもよい。
膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は中心軸４０に接近するか、又は膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は中心軸４０と接触する。つまり、各膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は中心軸４０に接近してもよく、各膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５は中心軸４０と接触してもよく、複数の膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５の一部は中心軸４０に接近し、複数の膜分離モジュール１０の第１の内側板１１５の残りの部分は中心軸４０と接触してもよい。
各吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は中心軸４０に接近するか、又は各吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は中心軸４０と接触する。つまり、各吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は中心軸４０に接近してもよく、各吸着モジュール２０の第２の内側板２１５は中心軸４０と接触してもよく、複数の吸着モジュール２０の第２の内側板２１５の一部は中心軸４０に隣接し、複数の吸着モジュール２０の第２の内側板２１５の残りの部分は中心軸４０と接触してもよい。
中心軸４０が設けられ、複数の膜分離モジュール１０と複数の吸着モジュール２０が中心軸４０の周りに設けられることにより、複数の膜分離モジュール１０及び複数の吸着モジュール２０を素早く取り付けたり点検したりすることを可能とする。
複数の膜分離モジュール１０は中心軸４０の周方向に沿って配置されてもよいとは、複数の膜分離モジュール１０が取り付けられた直後、複数の膜分離モジュール１０は中心軸４０の周方向に沿って配置されることを指す。複数の膜分離モジュール１０を取り付ける前、複数の膜分離モジュール１０を取り付けた後、分離装置１を利用して高純度気体を製造するなどの段階では、複数の膜分離モジュール１０は中心軸４０の周方向に沿って配置されてもよく、中心軸４０を取り外して中心軸４０を複数の膜分離モジュール１０から離脱してもよい。
複数の吸着モジュール２０は中心軸４０の周方向に沿って配置されてもよいとは、複数の吸着モジュール２０を取り付けた直後、複数の吸着モジュール２０は中心軸４０の周方向に沿って配置されることを指す。複数の吸着モジュール２０を取り付ける前、複数の吸着モジュール２０を取り付けた後、分離装置１を利用して高純度気体を製造するなどの段階では、複数の吸着モジュール２０は中心軸４０の周方向に沿って配置されてもよく、中心軸４０を取り外して中心軸４０を複数の吸着モジュール２０から離脱してもよい。
選択的に、図１に示すように、複数の膜分離モジュール１０の第１の端板１１１は一体成形されて底板を形成し、該底板には取り付け孔が設けられ、中心軸４０の端部（例えば下端部）は該取り付け孔内に嵌合し得る。
中心軸４０の端部は該取り付け孔内に嵌合し得るとは、複数の膜分離モジュール１０及び／又は複数の吸着モジュール２０を取り付ける際及び複数の膜分離モジュール１０及び／又は複数の吸着モジュール２０を取り付けた直後、中心軸４０の端部は該取り付け孔内に嵌合し得ることを指す。複数の膜分離モジュール１０及び／又は複数の吸着モジュール２０を取り付ける前、複数の膜分離モジュール１０及び／又は複数の吸着モジュール２０を取り付けた後、分離装置１を利用して高純度気体を製造するなどの段階では、中心軸４０の端部は該取り付け孔内に嵌合してもよいし、中心軸４０の端部は該取り付け孔から抜けてもよい。図６に示すように、第４の端板２１２には貫通孔２１２１が設けられ、中心軸４０は貫通孔２１２１を挿通してもよい。
選択的に、複数の膜分離モジュール１０の中心軸線が複数の吸着モジュール２０の中心軸線と重なってもよく、即ち、複数の膜分離モジュール１０と複数の吸着モジュール２０は同軸で設けられてもよい。
本発明は高純度気体の製造装置（分離装置１）を開示する。該装置は、全体として円柱状又は正多角形状の外形をしており、気体の流動方向において、前記装置は、原料気体制御配分器、膜分離モジュール、吸着分離モジュール、及び製品気体コントローラを順次含む。本発明は、原料気体制御配分器、膜分離モジュール、及び吸着分離モジュールをモジュール化することにより、膜分離と吸着分離の技術や設備を一体化し、原料気体制御配分器を複数層に設けれるとともに給気管の回転をプログラムで制御することにより、原料気体が膜分離モジュールと吸着分離モジュールを順次通過するように制御される。本発明の装置は、膜分離モジュールと吸着分離モジュールの周期的な作動と再生を確保し、膜や吸着剤層のそれぞれの特徴及び各浄化機能を十分に発揮させる。
高純度気体の製造装置は、全体として円柱状又は正多角形状の外形をしており、気体の流動方向において、前記装置は、原料気体制御配分器、膜分離モジュール、吸着分離モジュール、及び製品気体コントローラを順次含む。
前記原料気体制御配分器は、原料気体給気管、原料気体緩衝ディスク、及び原料気体配分ディスクを含み、前記原料気体緩衝ディスクの給気側の端面は密閉構造であり、排気側は２ｎ個の緩衝エリアを含み、ｎは整数であり、前記緩衝エリアは緩衝ディスクにおいて凹溝状をしており、各緩衝エリアは円柱又は正多角形の中心の周りに設けられ、且つ中心に向かって開口し、原料気体給気管からの原料気体を受けるものであり、前記原料気体給気管は原料気体緩衝ディスクを貫通して設けられ、原料気体給気管は、原料気体緩衝ディスク（部分）を貫通している管壁に開口が設けられ、該開口は原料緩衝エリアの開口に対応する。前記原料気体配分ディスクは原料気体緩衝ディスクの排気側の端面を覆い、両方は固定して連結され、原料気体緩衝エリアが互いに隔離している２ｎ個の領域になり、原料気体は配分ディスクのスルーホールを介してしか対応するモジュールユニットに入られない。
前記膜分離モジュールは、膜分離ハウジング、両端の膜管支持板、膜管支持板の間に固定された複数の膜管アセンブリ、膜アセンブリ仕切り板を含み、前記膜アセンブリ仕切り板は膜管アセンブリを２ｎ個のモジュールユニットに分割し、２ｎ個のモジュールユニットは上下で２ｎ個の原料気体緩衝エリアに対応する。
前記吸着分離モジュールは、吸着分離モジュールハウジング、吸着剤モジュール配分ディスク、吸着剤層、及び吸着仕切り板を含み、吸着仕切り板は吸着剤層を２ｎ個の吸着ユニットに分割し、２ｎ個の吸着ユニットは２ｎ個のモジュールユニットに上下で対応し、吸着剤層の他端は製品気体コントローラに固定して連結される。
前記製品気体コントローラは板状構造であり、２ｎ個の製品気体出口が分布しており、２ｎ個の製品気体出口はそれぞれ吸着ユニットの触媒層に対応し連通している。
膜分離モジュールの給気側の膜管支持板は前記原料気体配分ディスクとは同一の部品又は構造を取っている。
前記原料気体給気管と原料気体緩衝ディスクは可動に連結され、原料気体給気管は回動可能である。
前記原料気体給気管における開口の幅が、対応する緩衝エリアの円心での開口の幅以下である。
前記装置は、プログラムに従って回動するように原料気体給気管を駆動するための駆動装置をさらに含む。
前記膜分離モジュールと吸着分離モジュールは同軸で設けられる。
前記膜分離ハウジングは、２ｎ個のモジュールユニットに対応する位置のそれぞれに未浸透気体排出口が設けられる。
前記原料気体配分ディスクにはいくつかのスルーホールが分布しており、前記のいくつかのスルーホールは、それぞれ２ｎ個の膜分離モジュールに対応する２ｎ個のエリアに分けられる。
前記膜分離モジュールの給気側の模板支持板にはいくつかの孔が分布しており、前記いくつかの孔は、それぞれ２ｎ個の吸着分離ユニットに対応し連通している２ｎ個のエリアに分けられる。
前記吸着分離モジュールハウジングは、２ｎ個の吸着ユニットに対応する位置のそれぞれに脱着気体排出口が設けられる。
前記装置は中心軸をさらに含み、前記膜分離モジュール、前記吸着分離モジュール及び製品気体コントローラは全て前記中心軸に嵌着される。
前記膜分離モジュールハウジング、吸着分離モジュールハウジングは円筒状構造である。
前記原料気体給気管の末端が密閉される。
前記緩衝エリアにおいて中心に向かう箇所での２ｎ個の開口が互いに隔離し、連通していない。
膜分離モジュールの排気端の膜管支持板は吸着剤モジュール配分ディスクとは同一のアセンブリを取っている。
本発明は、膜分離技術と吸着分離技術を集積した高純度気体の製造装置を提供し、また２種類の技術の装置の構造やプロセスについて革新的に設計を行う。
本発明の技術案は以下のとおりである。
高純度気体の製造装置は、全体として円柱状又は正多角形状の外形をしており、原料気体から製品気体への方向に沿って、前記装置は、原料気体制御配分器、膜分離モジュール、吸着分離モジュール、及び製品気体コントローラを順次含み、
前記原料気体制御配分器は、原料気体給気管、原料気体緩衝ディスク、及び原料気体配分ディスクを含み、前記原料気体緩衝ディスクの給気側の端面は密閉構造であり、排気側は２ｎ個の緩衝エリアを含み、ｎは整数であり、前記緩衝エリアは緩衝ディスクにおいて凹溝状をしており、各緩衝エリアは円柱又は正多角形の中心の周りに設けられ、且つ中心部に向かって位置に開口しており（２ｎ個の開口は互いに隔離し連通していない）、原料気体給気管からの原料気体を受けるものであり、前記原料気体給気管は原料気体緩衝ディスクを貫通して設けられ、原料気体給気管は原料気体緩衝ディスク（部分）を貫通する管壁に開口が設けられ、該開口は原料緩衝エリアの開口に対応し、前記原料気体配分ディスクは原料気体緩衝ディスクの排気側の端面を覆い、両方は固定して連結され、原料気体緩衝エリアが互いに隔離した２ｎ個の領域に分けられ、原料気体は配分ディスクのスルーホールを介してしか、対応するモジュールユニットに入られず、
前記膜分離モジュールは、膜分離ハウジング、両端の膜管支持板、膜管支持板の間に固定されたいくつかの膜管アセンブリ、膜管アセンブリ仕切り板を含み、前記膜管アセンブリ仕切り板は、膜管アセンブリを上下で２ｎ個の原料気体緩衝エリアに対応する２ｎ個のモジュールユニットに分け、
前記吸着分離モジュールは、吸着分離モジュールハウジング、支持板、吸着剤層、及び吸着仕切り板を含み、吸着仕切り板は、吸着剤層を上下で２ｎ個のモジュールユニットに対応する２ｎ個の吸着ユニットに分け、吸着剤層の他端は製品気体コントローラに固定して連結され、
前記製品気体コントローラは板状構造であり、それぞれ吸着ユニットの吸着剤層に対応し連通している２ｎ個の製品気体出口が分布されている。
さらに、前記原料気体給気管と原料気体緩衝ディスクは可動に連結され、原料気体給気管は回動可能である。従って、本発明の装置は駆動装置をさらに含んでもよく、前記駆動装置は原料気体給気管に固定して連結され、設定されたプログラムに従って回動又は停止するように原料気体給気管を駆動する。
前記原料気体給気管における開口の面積の大きさが、対応する緩衝ディスクの緩衝エリアの原料気体を受ける開口の面積以下である。前記原料気体給気管の末端は密閉構造であり、且つ原料気体緩衝ディスクの排気端の端面と面一である。
前記原料気体配分ディスクにはいくつかのスルーホールが分布しており、前記いくつかのスルーホールは、それぞれ２ｎ個の膜分離モジュールに対応する２ｎ個のパーティションに分けられる。前記原料気体配分ディスクのスルーホールは、一般に扇形で分布しており、緩衝エリアを通過した原料気体を膜分離モジュールに均一に配分するものである。
前記膜分離モジュールの給気側の模板支持板にはいくつかの孔が分布しており、前記いくつかの孔は、それぞれ２ｎ個の原料気体配分緩衝エリアに対応し連通している２ｎ個のエリアに分けられる。
前記膜分離モジュールでは、膜分離モジュールの給気側の膜管支持板は前記原料気体配分ディスクと同一の部品又は構造を取っている。
前記膜分離モジュールハウジングは、２ｎ個のモジュールユニットに対応する位置のそれぞれに未浸透気体排出口が設けられる。
前記膜分離モジュールハウジング及び前記吸着分離モジュールハウジングはともに円筒又は正多角形の構造を採用している。前記膜分離モジュールと吸着分離モジュールは同軸で設けられる。
前記膜分離モジュールは、原料気体を粗精製するためのものである。前記膜分離モジュールに設けられた膜アセンブリは無機膜又は有機膜であってもよい。無機膜は原料気体が液体を含み、酸性気体を含有するか、又は温度や圧力が変化したときに凝結液を生成し得る場合に適用できる。無機膜は、中空分子篩膜、例えばカーボン分子篩、ＬＴＡ分子篩、ＤＤＲ分子篩膜などを使用可能である。有機膜は、原料気体が液体を含んず、温度や圧力の変化により原料や製品気体が凝結液を生成しない場合に適用できる。有機膜は一般には中空繊維膜である。
前記膜分離モジュールでは、中空分子篩膜管は円柱状ハウジング内にパッケージされ、分子篩膜管をパッケージする円柱ハウジングの下端が膜分離モジュールに入った気体制御配分器に連結され、分子篩膜管は、それぞれ等量の中空分子篩膜管を含む２ｎ個のブロックに等分される。
前記吸着分離モジュールハウジングは、２ｎ個の吸着ユニットに対応する位置のそれぞれに脱着気体排出口が設けられ、脱着工程において脱着気体を排出することに用いられる。
前記吸着分離モジュールでは、吸着剤は円柱状ハウジング内にパッケージされる。円柱ハウジングの下端が膜分離モジュールの上端に連結され、連結部位に原料気体配分ディスクとは構造が類似する気体配分ディスクが設けられ、円柱ハウジングの上端は製品気体コントローラに連結される。吸着剤は、通常、処理し得る気体量が同じ２ｎ個のブロックに等分されている。
上記膜分離モジュールにおいて等分されている分子篩膜管ブロックの数は、吸着分離モジュールにおいて等分されている吸着剤ブロックの数に等しい。
上記吸着分離モジュールは、膜分離により製造された粗精製気体をさらに精製して高純度の気体を得るためのものである。粗精製気体中の不純物の組成に応じて、吸着分離モジュールでは、様々な不純物を吸着する吸着剤が複数層堆積されてもよく、一般には、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト分子篩、活性炭などが含まれる。
さらに、前記製品気体コントローラは板状構造であり、２ｎ個の製品気体出口が分布しており、２ｎ個の製品気体出口はそれぞれ、吸着ユニットの吸着剤層に対応し連通している。前記製品気体吐出口は、製品気体の排出及び吸着層の内部の圧力を制御するためのものである。
本発明の装置は中心軸をさらに含んでもよく、前記膜分離モジュール、吸着分離モジュール、及び製品気体コントローラは、全て中心軸取り付け孔を介して前記中心軸に套設される。中心軸が設けられることにより、製造装置を素早く取り付けたり点検したりすることを可能とする。
本発明の高純度気体の製造装置は、高純度気体製造の分野に幅広く利用されている。例えば、高純度のアルゴンガス、水素ガス、酸素ガス、窒素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンなどの製造に用いられ得る。
従来技術に比べて、本発明の高純度気体の製造装置は下記利点を有する。
１、原料気体制御配分器、膜分離モジュール及び吸着分離モジュールをモジュール化することにより、膜分離及び吸着分離の技術及び設備を集積する。
２、原料気体制御配分器を複数層に設けるとともに、給気管の回動をプログラムに従って制御することにより、原料気体が膜分離モジュールと吸着分離モジュールを順次通過するように制御される。また、膜分離モジュールと吸着分離モジュールの周期的な作動と再生を確保し、膜や吸着剤ベッドのそれぞれの特徴及び各浄化機能を十分に発揮させる。
３、膜分離と吸着分離を積集した革新的な設計により、設備の占める面積や設備の重量を効果的に減少させ、高純度気体を製造するために経済的かつ効率的な設備や技術を提供する。
以下、図面を参照して本発明の前記高純度気体の製造装置をさらに説明し、図１～図６に示すように、本発明は高純度気体の製造装置を提供し、前記装置は、給気管３１０、気体配分ディスク３２０、膜分離モジュール１０、吸着モジュール２０、製品気体コントローラ、及び中心軸４０を含む。
前記気体配分ディスク３２０は、第１のディスク３２４と第２のディスク３２５を含む。前記第１のディスク３２４には凹溝型緩衝室３２２が設けられると同時に、凹溝には、中軸に向かって給気管３１０からの原料気体を受けるための第３の給気口３２３（第３の給気口３２３の数は緩衝室３２２の数に等しく、且つ互いに隔離している）が設けられ、第２のディスク３２５には、貫通している第３の排気口３２１が設けられる。
第２のディスク３２５は第１のディスク３２４に覆われ、それにより、原料気体が第３の給気口３２３を介して緩衝室３２２に入り、次に緩衝室３２２から第２のディスク３２５の第３の排気口３２１を介して膜分離モジュール１０に均一に配分するしかない。
第３の排気口３２１は一般に扇形で配列され、このように、原料気体を膜分離モジュール１０の膜管の外側に均一に配分することができる。
給気管３１０は中軸の位置にあり、給気管３１０には第４の排気口３１１が設けられて、第３の給気口３２３を介して原料気体を緩衝室３２２に配分するものであり、第４の排気口３１１だけが１つの第３の給気口３２３に対応する場合、原料気体は対応する緩衝室３２２に入り、次に対応する膜分離モジュール１０及び吸着モジュール２０に入り、第４の排気口３１１が対応しない緩衝室３２２には原料気体が入られない。
膜分離モジュール１０は、膜アセンブリ１３０、膜アセンブリ仕切り板１１３、１１４、膜アセンブリ取り付けハウジング１１５、１１６、給気端膜管支持板１１１、排気端膜管支持板１１２、及び取り付けハウジングの（上）底部に位置する未浸透気体出口１２３（未浸透気体出口１２３の数は膜分離モジュール１０の数に等しくてもよい）を含む。給気端膜管支持板１１１は第２のディスク３２５と完全に同じ構造を採用してもよく、それに設けられたスルーホールも第２のディスク３２５のスルーホール（第３の排気口３２１）に１対１で対応する。又は、給気端膜管支持板１１１は第２のディスク３２５と同一の部品を採用している。排気端膜管支持板１１２は膜アセンブリ取り付けハウジング１１５、１１６の縁部にシールして連結され、いくつかのスルーホールが設けられ、いくつかのスルーホールは膜アセンブリ１３０の排気口に１対１で対応する。
前記吸着モジュール２０は、吸着剤層２３０、吸着剤層仕切り板２１３、２１４、吸着剤層ハウジング２１５、２１６、吸着剤モジュール配分ディスク２１１、吸着剤層ハウジング２１５、２１６の（上）底部に位置する脱着気体出口２２３（脱着気体出口２２３の数は吸着モジュール２０の数に等しい）を含む。吸着剤モジュール配分ディスク２１１は、排気端膜管支持板１１２と完全に同じ構造を採用してもよく、且つ設けられたスルーホールも排気端膜管支持板１１２のスルーホールに１対１で対応している。又は、吸着剤モジュール配分ディスク２１１は排気端膜管支持板１１２と同一の部品を採用している。
製品気体コントローラは、製品気体出口と装置の中心軸取り付け孔とを含む。
本発明の前記高純度気体の製造装置は、下部から上部へ順次給気管３１０、気体配分ディスク３２０、膜分離モジュール１０、吸着モジュール２０、及び製品気体コントローラ５であり、上記部材又はモジュールはともに円柱状又は正多角形であり、全て中心軸４０に取り付けられる。中心軸４０は、装置を素早く取り付けたり点検したりすることを可能とする。
膜分離モジュール１０及び吸着モジュール２０は等しいブロック数２ｎ（ｎは整数）に分けられ、ブロック数は少なくとも２である。
該製品気体コントローラは装置の最上部に位置し、該製品気体コントローラの製品気体出口は、吸着モジュール２０に等しい数であり、製品気体の排出及び吸着モジュール２０の吸着剤層２３０内部の圧力制御に用いられる。
以下、高純度気体の製造装置の作動過程を簡単に述べ、膜分離モジュール１０及び吸着モジュール２０がともに４個である場合を例にして説明し、高純度気体の製造装置は作動時に下記ステップを含む。
（１）装置を起動させ、原料気体が給気管３１０を介して、連通している第４の排気口３１１と第３の給気口３２３を介して緩衝室３２２に入り、最後に、第２のディスク３２５の第３の排気口３２１を介して膜分離モジュール１０に入る。膜分離モジュール１０の下端が密閉されており、原料気体が膜分離モジュール１０のシェル側に入り、膜アセンブリ１３０を透過して膜管の内部に入り、膜管を透過した気体が粗精製気体、透過していないのが未浸透気体である。
（２）粗精製気体は第２のディスク３２５と類似する気体配分器を経た後、吸着モジュール２０の吸着剤層２３０に入り、このとき、作動している吸着モジュール２０は作動している膜分離モジュール１０に対応する。吸着モジュール２０によって得られた高純度気体は製品気体出口を介して装置から出る。
（３）吸着モジュール２０の吸着剤層２３０が吸着ピークに達すると、給気管３１０を回動することで、給気管３１０の第４の排気口３１１が次の緩衝室３２２の第３の給気口３２３に連通するようにし、ステップ１、２を繰り返すと高純度気体が連続的に得られる。
（４）各膜分離モジュール１０に原料気体が通過するとともに、未浸透気体が全て未浸透気体出口１２３を介して装置から排出される。
（５）各吸着モジュール２０による吸着が完了した後、別の膜分離モジュール１０によって得られた粗精製気体が別の吸着モジュール２０に入り始めるときに、吸着を完了した吸着モジュール２０は、圧力を下げ始め、製品気体出口を介してベッド中に吸着された高純度製品気体を排出し、脱着後の吸着剤層２３０をパージして再生させる。
（６）吸着させた高純度製品気体を吸着剤層２３０から放出した後、製品気体排出口を閉鎖して、脱着気体出口２２３を開放し、脱着を完了した吸着剤層２３０を、吸着を完了した別の吸着剤層２３０に吸着させた高純度製品気体と連通させてパージし再生させ、さらに製品気体を利用して圧力を上昇し、次の吸着手順に供する。
なお、本発明の説明において、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などの用語により示される方位又は位置関係は図面に示される方位又は位置関係に基づくものであり、本発明の説明の便宜、及び説明の簡潔さのために過ぎず、かかる装置又は構成要素が必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構造、操作したりすることを指示又は示唆するものではなく、従って、本発明を制限するものとして理解できない。
さらに、用語「第１の」、「第２の」は説明の目的にのみ使用され、相対重要性を指示又は示唆する、又は係る技術的特徴の数を暗黙的に示すものとして理解できない。それによって、「第１の」、「第２の」により限定された特徴は、該特徴を少なくとも１つ明示的又は暗黙的に含んでもよい。本発明の説明において、別に明確に限定しない限り、「複数」は少なくとも２つ、例えば２つ、３つなどの意味である。
本発明では、別に明確な規定や限定がない限り、用語「取り付け」、「接続」、「連結」、「固定」などの用語は広義で理解すべきであり、別に明確に限定しない限り、例えば、固定して連結されてもよく、取り外し可能に連結されてもよく、又は一体にしてもよい。機械的に連結されてもよく、電気的に連結されてもよく、互いに通信可能にしてもよい。直接接続されてもよく、中間媒体を介して間接的に接続されてもよく、２つの構成要素の内部が連通してもよく、２つの構成要素が相互作用関係にあってもよい。当業者にとっては、具体的な状況に応じて、上記用語の本発明での具体的な定義を理解することができる。
本発明では、別に明確な規定や限定がない限り、第１の特徴は第２の特徴の「上」又は「下」にあるとは、第１の特徴と第２の特徴が直接接触してもよく、第１の特徴と第２の特徴が中間媒体を介して間接的に接触してもよい。さらに、第１の特徴は第２の特徴「の上」、「上方」や「上」にあるとは、第１の特徴が第２の特徴の真上又は斜め上にあるか、又は第１の特徴の水平方向の高さが第２の特徴よりも高いことを示す。第１の特徴は第２の特徴「の下」、「下方」や「下」にあるとは、第１の特徴が第２の特徴の真下又は斜め下にあるか、又は第１の特徴の水平方向の高さが第２の特徴よりも低いことを示す。
本明細書の説明において、用語「１つの実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体例」、又は「いくつかの例」などを参照した説明は、該実施例又は例を参照して説明する具体的な特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書では、上記用語に対する模式的な説明は、必ずしも同じ実施例又は例に対するものとは限らない。さらに、説明する具体的な特徴、構造、材料又は特性は、いずれか１つ又は複数の実施例又は例において適切な方式で組み合わせることができる。さらに、互いに矛盾しない場合、当業者は、本明細書において説明する各実施例又は例、及び各実施例又は例の特徴を結合したり組み合わせたりすることができる。以上、本発明の実施例を示して説明したが、上記実施例は例示的なものであり、本発明に対する制限として理解できず、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく上記実施例に対して変化、修正、置換や変形を行えることを理解できる。
分離装置１、
膜分離モジュール１０、第１のハウジング１１０、第１の端板１１１、第２の端板１１２、第１の側板１１３、第２の側板１１４、第１の内側板１１５、第１の外側板１１６、第１の周囲板１１７、第１の収容室１１８、
第１の給気口１２１、第１の排気口１２２、未浸透気体出口１２３、膜アセンブリ１３０、
吸着モジュール２０、第２のハウジング２１０、第３の端板２１１、第４の端板２１２、貫通孔２１２１、第３の側板２１３、第４の側板２１４、第２の内側板２１５、第２の外側板２１６、第２の周囲板２１７、第２の収容室２１８、
第２の給気口２２１、第２の排気口２２２、脱着気体出口２２３、吸着剤層２３０、
給気モジュール３０、給気管３１０、第４の排気口３１１、
気体配分ディスク３２０、第３の排気口３２１、サブ排気口３２１１、緩衝室３２２、第３の給気口３２３、第１のディスク３２４、第１の端面３２４１、第２のディスク３２５、
中心軸４０

Claims (27)

  1. 分離装置であって、
    第１のハウジングと、前記第１のハウジング内に設けられ得る膜アセンブリとを含み、前記第１のハウジングが第１の給気口、第１の排気口及び未浸透気体出口を有し、前記膜アセンブリが浸透気体出口を有し、前記浸透気体出口が前記第１の排気口に連通している膜分離モジュールと、
    第２のハウジングと、前記第２のハウジング内に設けられ得る吸着剤層とを含み、前記第２のハウジングが前記第１のハウジング上に設けられ、前記第２のハウジングが第２の給気口、第２の排気口及び脱着気体出口を有し、前記第２の給気口が前記第１の排気口に連通している吸着モジュールと、
    第３の排気口を有し、前記第３の排気口が前記第１の給気口に連通している給気モジュールとを含み、
    前記膜分離モジュールは複数あり、前記吸着モジュールは複数あり、各前記膜分離モジュールの前記第１の給気口は前記第３の排気口に連通し、複数の前記第２のハウジングは複数の前記第１のハウジング上に１対１で対応して設けられ、複数の前記膜分離モジュールの前記第１の排気口は複数の前記吸着モジュールの前記第２の給気口に１対１で対応して連通している、ことを特徴とする分離装置。
  2. 前記第２のハウジングは前記第１のハウジング上に直接設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
  3. 前記第１の給気口は複数あり、各前記第１の給気口は前記第３の排気口に連通する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離装置。
  4. 分離装置であって、
    第１のハウジングと、前記第１のハウジング内に設けられ得る膜アセンブリとを含み、前記第１のハウジングが第１の給気口、第１の排気口及び未浸透気体出口を有し、前記膜アセンブリが浸透気体出口を有し、前記浸透気体出口が前記第１の排気口に連通している膜分離モジュールと、
    第２のハウジングと、前記第２のハウジング内に設けられ得る吸着剤層とを含み、前記第２のハウジングが前記第１のハウジング上に設けられ、前記第２のハウジングが第２の給気口、第２の排気口及び脱着気体出口を有し、前記第２の給気口が前記第１の排気口に連通している吸着モジュールと、
    第３の排気口を有し、前記第３の排気口が前記第１の給気口に連通している給気モジュールとを含み、
    前記第１の給気口は複数あり、各前記第１の給気口は前記第３の排気口に連通し、
    前記膜アセンブリは複数あり、前記第１の排気口は複数あり、前記第２の給気口は複数あり、複数の前記膜アセンブリの前記浸透気体出口は複数の前記第１の排気口に１対１で対応して連通し、複数の前記第１の排気口は複数の前記第２の給気口に１対１で対応して連通している、ことを特徴とする分離装置。
  5. 分離装置であって、
    第１のハウジングと、前記第１のハウジング内に設けられ得る膜アセンブリとを含み、前記第１のハウジングが第１の給気口、第１の排気口及び未浸透気体出口を有し、前記膜アセンブリが浸透気体出口を有し、前記浸透気体出口が前記第１の排気口に連通している膜分離モジュールと、
    第２のハウジングと、前記第２のハウジング内に設けられ得る吸着剤層とを含み、前記第２のハウジングが前記第１のハウジング上に設けられ、前記第２のハウジングが第２の給気口、第２の排気口及び脱着気体出口を有し、前記第２の給気口が前記第１の排気口に連通している吸着モジュールと、
    第３の排気口を有し、前記第３の排気口が前記第１の給気口に連通している給気モジュールとを含み、
    前記給気モジュールは、
    第４の排気口を有する給気管と、
    緩衝室と、複数の前記第３の排気口とを有し、各前記第３の排気口が前記緩衝室に連通し、前記第４の排気口が前記緩衝室に連通し、前記第１の給気口が複数あり、複数の前記第３の排気口が複数の前記第１の給気口に１対１で対応して連通している気体配分ディスクとを含む、ことを特徴とする分離装置。
  6. 前記給気モジュールは複数あり、複数の前記給気モジュールの前記第３の排気口は複数の前記膜分離モジュールの前記第１の給気口に１対１で対応して連通している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離装置。
  7. 前記給気モジュールは、
    給気主管と、
    第３の給気口と複数の前記第３の排気口を有し、前記第３の給気口が複数の前記第３の排気口のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し、前記給気主管が前記第３の給気口に接続される制御弁と、
    第１の端部が複数の前記第３の排気口に１対１で対応して接続され、第２の端部が複数の前記膜分離モジュールの前記第１の給気口に１対１で対応して接続される複数の給気枝管とを含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離装置。
  8. 前記給気モジュールは、
    第４の排気口を有する給気管と、
    複数の緩衝室、複数の第３の給気口及び複数の前記第３の排気口を有し、複数の前記第３の給気口が複数の前記緩衝室に１対１で対応して連通し、複数の前記第３の排気口が複数の前記緩衝室に１対１で対応して連通し、前記第４の排気口が複数の前記第３の給気口のうちのいずれか１つに切り替え可能に連通し、複数の前記第３の排気口が複数の前記膜分離モジュールの前記第１の給気口に１対１で対応して連通している気体配分ディスクとを含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離装置。
  9. 前記気体配分ディスクは環状であり、複数の前記第３の給気口は前記気体配分ディスクの内周面に設けられ、前記給気管のうち前記第４の排気口が設けられた部分は前記気体配分ディスクの中心孔内に位置し、前記給気管は前記気体配分ディスクに対して回転可能に設けられる、ことを特徴とする請求項８に記載の分離装置。
  10. 各前記第３の排気口は複数のサブ排気口を含み、複数の前記サブ排気口は、前記気体配分ディスクの周方向に間隔を空けて設けられた複数のサブ排気口群を構成し、各前記サブ排気口群は前記気体配分ディスクの径方向に間隔を空けて設けられた複数の前記サブ排気口を含み、各前記膜分離モジュールは複数の前記第１の給気口を有し、各前記膜分離モジュールの複数の前記第１の給気口は、対応する前記第３の排気口の前記複数のサブ排気口に１対１で対応して連通している、ことを特徴とする請求項８に記載の分離装置。
  11. 前記気体配分ディスクは、
    第１の端面を有し、前記第１の端面に複数の前記緩衝室が設けられ、前記緩衝室の内端が開放して前記第３の給気口を形成するか、又は前記第３の給気口が前記緩衝室の内側壁面に設けられる環状の第１のディスクであって、前記給気管の前記第４の排気口が設けられた部分は前記第１のディスクの中心孔内に位置し、前記給気管は前記第１のディスクに対して回転可能に設けられる環状の第１のディスクと、
    前記第１の端面に設けられ、複数の前記緩衝室を覆う第２のディスクであって、前記第３の排気口が前記第２のディスクに設けられ、前記第３の排気口が前記第２のディスクの厚さ方向に沿って前記第２のディスクを貫通する第２のディスクとを含む、ことを特徴とする請求項８に記載の分離装置。
  12. 前記気体配分ディスクは、環状の第１のディスク、第２のディスク及び環状の第３のディスクを含み、
    前記第１のディスクは、厚さ方向において対向する第１の端面と第２の端面を有し、複数の前記緩衝室が設けられ、各前記緩衝室が前記第１のディスクの厚さ方向に沿って前記第１のディスクを貫通し、前記緩衝室の内端が開放して前記第３の給気口を形成するか、又は前記第３の給気口が前記緩衝室の内側壁面に設けられ、
    前記第２のディスクが前記第１の端面に設けられ、前記第３のディスクが前記第２の端面に設けられ、前記第２のディスクと前記第３のディスクが複数の前記緩衝室を覆い、前記給気管の前記第４の排気口が設けられた部分は前記第１のディスクの中心孔内に位置し、前記給気管が前記第１のディスクに対して回転可能に設けられ、前記第３の排気口が前記第２のディスクに設けられ、前記第３の排気口が前記第２のディスクの厚さ方向に沿って前記第２のディスクを貫通する、ことを特徴とする請求項８に記載の分離装置。
  13. 複数の前記膜分離モジュールは第１の周方向に沿って配置され、
    前記第１のハウジングは、第１の端板及び第２の端板と、第１の側板、第２の側板、第１の内側板、及び第１の外側板とを含み、
    前記第１の側板、前記第１の内側板、前記第２の側板、及び前記第１の外側板は、順次接続されて第１の周囲板を形成し、前記第１の周囲板の第１の端部は前記第１の端板に接続され、前記第１の周囲板の第２の端部は前記第２の端板に接続され、前記第１の給気口は前記第１の端板に設けられ、前記第１の排気口は前記第２の端板に設けられ、前記未浸透気体出口は前記第１の周囲板と前記第１の端板のうちの少なくとも１つに設けられる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の分離装置。
  14. 複数の前記膜分離モジュールの前記第１の端板は一体成形され、複数の前記膜分離モジュールの前記第２の端板は一体成形される、ことを特徴とする請求項１３に記載の分離装置。
  15. 前記第１の周方向において隣接する２つの前記第１のハウジングのうちの一方の前記第１の側板は他方の前記第２の側板と一体成形される、ことを特徴とする請求項１４に記載の分離装置。
  16. 複数の前記膜分離モジュールの前記第１の内側板は一体成形され、複数の前記膜分離モジュールの前記第１の外側板は一体成形される、ことを特徴とする請求項１４に記載の分離装置。
  17. 各前記膜アセンブリの第１の端部は対応する前記第１の端板に接続され、各前記膜アセンブリの第２の端部は開放して前記浸透気体出口を形成し、各前記膜アセンブリの第２の端部は対応する前記第２の端板の前記第１の排気口に接続される、ことを特徴とする請求項１３に記載の分離装置。
  18. 複数の前記膜分離モジュールの第１の内側板は第１の正円柱面又は第１の正角柱面に位置し、複数の前記膜分離モジュールの第１の外側板は第２の正円柱面又は第２の正角柱面に位置する、ことを特徴とする請求項１３に記載の分離装置。
  19. 複数の前記吸着モジュールは第１の周方向に沿って配置され、
    前記第２のハウジングは、第３の端板及び第４の端板と、第３の側板、第４の側板、第２の内側板、及び第２の外側板とを含み、
    前記第３の側板、前記第２の内側板、前記第４の側板、及び前記第２の外側板は、順次接続されて第２の周囲板を形成し、前記第２の周囲板の第１の端部は前記第３の端板に接続され、前記第２の周囲板の第２の端部は前記第４の端板に接続され、前記第２の給気口は前記第３の端板に設けられ、前記第２の排気口は前記第４の端板に設けられ、前記脱着気体出口は前記第２の周囲板と前記第３の端板のうちの少なくとも１つに設けられる、ことを特徴とする請求項１、２及び１３～１８のいずれか１項に記載の分離装置。
  20. 複数の前記吸着モジュールの前記第３の端板は一体成形され、複数の前記吸着モジュールの前記第４の端板は一体成形される、ことを特徴とする請求項１９に記載の分離装置。
  21. 前記第１の周方向において隣接する２つの前記第２のハウジングのうちの一方の前記第３の側板は他方の前記第４の側板と一体成形される、ことを特徴とする請求項２０に記載の分離装置。
  22. 複数の前記吸着モジュールの前記第２の内側板は一体成形され、複数の前記吸着モジュールの前記第２の外側板は一体成形される、ことを特徴とする請求項２０に記載の分離装置。
  23. 複数の前記吸着モジュールの前記第２の内側板は第３の正円柱面又は第３の正角柱面に位置し、複数の前記吸着モジュールの前記第２の外側板は第４の正円柱面又は第４の正角柱面に位置する、ことを特徴とする請求項１９に記載の分離装置。
  24. 複数の前記膜分離モジュールの第１の内側板は第１の正円柱面又は第１の正角柱面に位置し、複数の前記膜分離モジュールの第１の外側板は第２の正円柱面又は第２の正角柱面に位置し、
    前記第１の正円柱面と前記第３の正円柱面は同一正円柱面であり、前記第２の正円柱面と前記第４の正円柱面は同一正円柱面であり、前記第１の正角柱面と前記第３の正角柱面は同一正角柱面であり、前記第２の正角柱面と前記第４の正角柱面は同一正角柱面である、ことを特徴とする請求項２３に記載の分離装置。
  25. 前記第１のハウジングは、第１の端板及び第２の端板と、第１の側板、第２の側板、第１の内側板、及び第１の外側板とを含み、
    前記分離装置は、円柱状又は正多角柱形状であり、中心軸をさらに含み、複数の前記膜分離モジュールは前記中心軸の周方向に沿って配置され、複数の前記吸着モジュールは前記中心軸の周方向に沿って配置され、前記膜分離モジュールの前記第１の内側板は前記中心軸に接近するか、又は前記膜分離モジュールの前記第１の内側板は前記中心軸と接触し、各前記吸着モジュールの前記第２の内側板は前記中心軸に接近するか、又は各前記吸着モジュールの前記第２の内側板は前記中心軸と接触する、ことを特徴とする請求項１９に記載の分離装置。
  26. 請求項１～２５のいずれか１項に記載の分離装置を用いて実施される分離方法であって、
    給気モジュールを用いて膜分離モジュールに原料気体を供給するステップと、
    前記膜分離モジュールを用いて前記原料気体を分離して粗精製気体を得るステップと、
    吸着モジュールを用いて前記粗精製気体中の不純物を吸着して高純度気体を得るステップとを含む、分離方法。
  27. 給気管の第４の排気口を気体配分ディスクの１組の緩衝室の第３の給気口と連通させ、１組の前記膜分離モジュールに前記原料気体を供給し、１組の前記緩衝室は、少なくとも１つの前記緩衝室を含み、１組の前記膜分離モジュールは、少なくとも１つの前記膜分離モジュールを含み、
    １組の前記膜分離モジュールを用いて前記原料気体を分離して粗精製気体を得、
    １組の前記吸着モジュールを用いて前記粗精製気体中の不純物を吸着して高純度気体を得、１組の前記吸着モジュールは少なくとも１つの前記吸着モジュールを含み、
    １組の前記吸着モジュールが所定時間作動した後又は１組の前記吸着モジュールが所定量の前記粗精製気体を処理した後、前記給気管の前記第４の排気口を前記気体配分ディスクの他の１組の前記緩衝室の前記第３の給気口と連通させ、他の１組の前記膜分離モジュールに前記原料気体を供給し、他の１組の前記緩衝室は少なくとも１つの前記緩衝室を含み、他の１組の前記膜分離モジュールは少なくとも１つの前記膜分離モジュールを含み、
    他の１組の前記膜分離モジュールを用いて前記原料気体を分離して前記粗精製気体を得、
    他の１組の前記吸着モジュールを用いて前記粗精製気体中の不純物を吸着して高純度気体を得、他の１組の前記吸着モジュールは少なくとも１つの前記吸着モジュールを含み、
    １組の前記吸着モジュール中の吸着剤を再生する、ことを特徴とする請求項２６に記載の分離方法。
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