JPH0673611B2

JPH0673611B2 - 気体の脱湿装置

Info

Publication number: JPH0673611B2
Application number: JP63061276A
Authority: JP
Inventors: 行夫伊藤; 卓生山本
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPH01236921A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、気体の脱湿装置、特に水蒸気を含有する気体
の乾燥に適用して有効な気体の脱湿装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

水蒸気を含有する空気等の気体から水蒸気を選択的に除
去し、該気体を乾燥する方法に、例えば中空糸状分離膜
等の分離膜を内蔵する分離膜モジュールを用いる方法が
ある。

上記分離膜モジュールでは、その処理量、処理効率等の
向上を目的として、内蔵されている分離膜の長さを大き
く延長することが必要な場合がある。このように、分離
膜の長さを延長する場合であっても、装置全体としては
できるだけコンパクトにすることが求められている。

しかし、連続状態にある分離膜を直線状態で使用する場
合、その長さを２倍、３倍・・・に延長することは、必
然的にその分離膜モジュール自体の長さも２倍、３倍・
・・になるため、全体をコンパクトにするという要請に
反することになる。そこで上記分離膜を折り曲げた構造
にすることが考えられるが、このように分離膜を折り曲
げる場合には、その折曲部における空間が押し潰された
り、膜に歪が生じたり、又は膜表面が破れたりして膜本
来の性能が損なわれる事態が生じるという問題がある。

また、上記問題を回避するために、所定長さの分離膜を
内蔵した一定の長さを有する分離膜モジュールを複数個
用意し、該分離膜モジュールを並列に配し、且つその所
定箇所を配管で接続し、上記装置を直列に連結すること
により、結果として分離膜の長さを２倍、３倍、・・・
とすることが考えられるが、この場合は、上記のように
分離膜モジュールの間を配管で接続するため、装置全体
としては横方向に広がることが避けられず、コンパクト
にできないという別な問題がある。

更に、上記分離膜モジュールを用いて気体の乾燥を行う
場合には、分離膜を透過した水蒸気の順次パージとして
該分離膜の乾燥性能を持続させることが必要である。従
って、上記分離膜モジュールを用いて気体の乾燥を行う
ためには、単に複数の上記分離膜モジュールを、それら
の供給側空間及び透過側空間がそれぞれ互いに連通する
ように接続するだけではなくその目的が達成できないと
いう問題がある。

従って、本発明の目的は、分離膜の長さを任意に延ばす
ことができ、且つその際に膜の性能を損なうことがな
く、しかも装置全体として極めてコンパクトに組み立て
ることができる気体の脱湿装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、分離膜を収容している筒状容器の両端がそれ
ぞれ第一ヘッド部及び第二ヘッド部で封止され、該第一
ヘッド部及び第二ヘッド部のそれぞれの側面には少なく
とも一つの平坦面が存在し、かつ上記第一ヘッド部の該
平坦面と上記第二ヘッド部の該平坦面とは互いに異なる
向きに位置し、上記第一ヘッド部の平坦面及び上記第二
ヘッド部の平坦面のそれぞれには上記分離膜の一方の膜
面が接する供給側空間に連通する供給側通気口及び該該
分離膜の他方の膜面が接する透過側空間に連通する透過
側通気口が設けられ、且つ上記第一ヘッド部の平坦面の
該供給側通気口と該透過側通気口との間隔が上記第二ヘ
ッド部の平坦面の該供給側通気口と該透過側通気口との
間隔と同一である分離膜モジュールが、少なくとも２以
上整列して設けられ、且つ互いに隣接する上記分離膜モ
ジュール同士における上記第一ヘッド部の平坦面と上記
第二ヘッド部の平坦面とが接合されて該両平坦面のそれ
ぞれの該供給側通気口同士及び該透過側通気口同士を連
結した状態で接続されており、また一の末端に位置する
上記分離膜モジュールの隣接しない平坦面に、該平坦面
の供給側通気口から透過側通気口へ脱湿した気体の一部
を減圧導入する圧力調整手段を設けてなることを特徴と
する気体の脱湿装置を提供することによって上記目的を
達成したものである。

〔作用〕

上記気体の脱湿装置では、該気体の脱湿装置を構成する
単位モジュールである第一及び第二モジュールが、何れ
もその各ヘッド部に供給側通気口及び透過側通気口がそ
れぞれ同間隔で設けられている向きの異なる平坦面をそ
れぞれ有しているので、上記第一モジュールにおける第
二ヘッド部の上記平坦面に、第二モジュールにおける第
一ヘッド部の上記平坦面を接合することにより、該両ヘ
ッド部に設けられている上記供給側通気口及び上記透過
側通気口をそれぞれ互いに連結することができるため、
上記第一及び第二の両モジュールを、上記供給側空間同
士及び上記透過側空間同士がそれぞれ互いに連通する直
列状態で連結し、且つ両ヘッド部が密着した状態で接続
することができるので、分離膜の性能を損なうことなく
分離膜を２倍の長さにすることができ、且つ組立て形成
される気体の脱湿装置自体を極めてコンパクトにするこ
とができ、しかも上記第一モジュールにおける第一ヘッ
ド部の供給側通気口から原料気体を供給して製造される
乾燥気体の一部を、第二モジュールにおける第二ヘッド
部の供給側通気口から該第二ヘッド部の透過側通気口に
導入することにより分離膜を透過した水蒸気を透過側空
間から順次パージすることが可能となり、その結果気体
の脱湿装置の乾燥性能をも持続させることが可能とな
る。

また、同様にして上記第二モジュールに、更に第三、第
四・・・モジュールを連接し、その末端に位置するモジ
ュールにおいて、その第二ヘッド部に設けられている供
給側通気口から透過側通気口へ気体を減圧導入する圧力
調整手段を設けることにより、任意の接続段数からなる
気体の脱湿装置についても上述と同様の機能を付与する
ことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の気体の脱湿装置の好ましい実施例を図面
に基づいて説明する。

第１図は本発明の気体の脱湿装置の要部を拡大して示す
部分断面図でり、第２図は上記気体の脱湿装置を構成す
る単位モジュールの概略を示す裏面図、第３図（ａ）は
上記単位モジュールの要部を拡大して示す、第３図
（ｂ）のIIA−IIAにおける縦断面図、第３図（ｂ）は上
記第３図（ａ）のIIB−IIBにおける横断面図である。ま
た、第４図（ａ）は本実施例の気体の脱湿装置の概略を
示す正面図、第４図（ｂ）はその側面図である。

本実施例の気体の脱湿装置を説明するに先立ち、該気体
の脱湿装置を構成する単位モジュールについて説明す
る。

上記単位モジュールは、円筒状容器１を有し、該円筒状
容器１の両端がそれぞれ、これも略円筒状の第一ヘッド
部２及び第二ヘッド部３で封止されてその外殻が構成さ
れている。第３図（ａ）に示すように、上記円筒状容器
１には上記第一ヘッド部２が螺合されて気密状態に取付
けられており、また該第一ヘッド部２はその本体2aと該
本体2aに気密状態で取付けられているキャップ2bとで構
成されている。（図示はしないが第二ヘッド部３も、後
に説明する通気口が設けられている平坦面の位置が異な
るだけでそれ以外は同様の構成になっている。以下、主
に第一ヘッド部２を代表させて説明する。）上記筒状容器１には、第３図（ａ）に示すように中空糸
状分離膜４が収容されている。この中空糸状分離膜４
は、その多数本を束ねた中空糸束５として収容されてい
る。上記中空糸束５はその両端部が樹脂からなる管板６
（図では一端部のみを示す）で気密状態に固着され、該
管板６では上記中空糸状分離膜４を支持・固定すると同
時に、上記管板６の周囲を上記第一ヘッド部２の内周面
に気密状態に接触させ、上記中空糸束５全体をモジュー
ル内に支持・固定した構成になっている。

上記管板６で固着されている各中空糸状分離膜４の両末
端は開放されており、該中空糸状分離膜４の内側（本実
施例では供給側空間）を上記キャップ2bの内側に位置す
る空間７に連通している。また、上記中空糸状分離膜４
の外側に位置する空間（本実施例では透過側空間）８
は、上述の如く上記管板６を介して確実に上記空間７か
ら隔絶されている。

上記第一ヘッド部２及び第二ヘッド部３それぞれの側面
には、丁度反対の位置に二つの平坦面が形成されてい
る。上記第一ヘッド部２の一平坦面2cには供給側通気口
９及び透過側通気口10が設けられ、上記供給側通気口９
は上記空間７を介して上記中空糸分離膜４の内側（供給
側空間）に連通し、上記透過側通気口10は該中空糸状分
離膜４の外側の空間（透過側空間）に連通している。

一方、第二ヘッド部３には、同じく中空糸状分離膜４の
内側に連通する供給側通気口11及び透過側通気口12が、
上記通気口９及び10の間隔と同間隔で、しかも上記第一
ヘッド部２の平坦面2cとは反対側の平坦面に設けられて
いる。従って、上記単位モジュールでは、供給側通気口
９及び11が互いに連通し、且つ透過側通気口10及び12が
互いに連通している。尚、各ヘッド部に設けられた上記
一対の通気口９及び10と、上記一対の通気口11及び12と
は、実質的に同一のものである。

続いて、本実施例の気体の脱湿装置を詳述する。

本実施例の気体の脱湿装置は、第４図（ａ）に示すよう
に、上記第１図に示した分離膜モジュールの二つを接続
し、該両者を直列状態に連結してなるものであり、第４
図（ｂ）はその側面図である。

上記単位モジュールでは、第一ヘッド部２及び第二ヘッ
ド部３の何れにも、第３図（ｂ）に示したように、他の
単位モジュールと接続するためのボルトの孔13が４箇所
設けられている。そして、図示したように、第一モジュ
ールａの第二ヘッド部３と第二モジュールｂの第一ヘッ
ド部２とは、それらの平坦面を互いに接合した状態で、
上記孔13に挿通された４本のボルト14により締め付け・
固定されている。その際、第３図（ａ）に示したよう
に、各モジュールの通気口に適切な径と長さからなる管
15を挿通させ、且つ該管15のモジュール側末端にＯリン
グ16を介在させ、上記ボルト14を締め付けることによ
り、上記の両単位モジュールａ及びｂにおける供給側通
気口９及び11を、また、透過側通気口10及び12を、それ
ぞれ互いに気密状態で連結することがなされている。

本実施例の気体の脱湿装置では、更に第二モジュールｂ
における第二ヘッド部３に設けられている供給側通気口
11から透過側通気口12へ気体を減圧導入するための圧力
調整手段17が設けられている。この圧力調整手段17は、
第１図に拡大して示すように、ニードル弁18を備えてお
り、その調整摘み18aを回してニードル18bの位置を調整
することにより、供給側通気口11から配管19を通してリ
ザーバ（図示せず）等に供給される気体の一部を、上記
透過側通気口12へ減圧して導入することができるように
構成されている（気体の流れを矢印で示す）。また、そ
の際の導入圧力を圧力計20により検出できるように構成
されている。

上述のように、上記気体の脱湿装置では、二つの単位モ
ジュールａ及びｂの中空糸状分離膜４の内側同士及びそ
の外側の空間同士がそれぞれ互いに連通する直列状態に
連結されており、その結果分離膜を隔てて供給側空間か
らなる流路と透過側空間からなる流路の二つの気体の流
路が形成され、該供給側空間の末端から所望量の気体を
上記透過側空間へ導入できるように構成されている。

次に、本実施例の作用を、空気の乾燥処理を具体例とし
て説明する。

先ず、水蒸気を含有する原料空気を、第一モジュールａ
の供給側通気口９から中空糸状分離膜４の内側に加圧供
給し、該空気をこれらモジュール内を連通させると同時
に、水蒸気を中空糸状分離膜４の外側に透過させること
により、第二モジュールの供給側通気口11から乾燥空気
を取り出し、該乾燥空気を上記配管19を通して、例えば
リザーバに供給して貯留し、該リザーバから所望の用途
へ供給することができる（第１図及び第４図（ａ）に矢
印で気体の流れる方向を示した）。また、同時に上記圧
力調整手段17により、上記乾燥気体の一部を第二モジュ
ールの透過側連通口12にパージ用ガスとして矢印方向に
導入することにより、該パージ用ガスを上記中空糸状分
離膜４の外側の空間に、上記原料空気の供給方向とは反
対の方向に流すことが可能となる。その結果、中空糸状
分離膜４の外側に透過した上記水蒸気を上記パージ用ガ
スと共に第一モジュールの透過側通気口10から排出する
ことが可能となり、その結果上記気体の脱湿装置の継続
的な乾燥性能を維持することが可能となる。

以上説明したように、上記実施例の気体の脱湿装置で
は、二つの単位モジュールａ及びｂのヘッド部を互いに
接合するだけで直列状態に連結することができるので、
用意に中空糸状分離膜４の長さを２倍にすることがで
き、かつ分離膜の性能を損なうことなく装置全体を極め
てコンパクトにすることができ、しかも自製した乾燥空
気の一部を利用することにより原料空気の乾燥処理を継
続して実施することができる。

以上、本発明について具体的に説明してきたが、本発明
の気体の脱湿装置は前記実施例に示したものに限るもの
でなく、種々変更できることはいうまでもない。

例えば、前記実施例では、原料空気を中空糸状分離膜４
の内側に供給する場合について説明したが、これに限る
ものでなく、図示はしないが原料空気を中空糸状分離膜
４の外側の空間に供給し、パージ用ガスをその内側に導
入する構成であってもよいことはいうまでもない。当然
のことながら、その場合圧力調整手段17により気体を減
圧導入する方向は、前記実施例の場合とは反対になる。

また、圧力調整手段17としては前記ニードル弁18を備え
たものに限るものではなく、乾燥空気の一部を減圧して
透過側空間に導入することができる手段であれば如何な
るものでも制限なく利用することができることはいうま
でもない。具体的には、例えば、前記ニードル弁18の代
わりに第５図に示すような減圧弁21を備えたものを挙げ
ることができる。この減圧弁21は、その調整摘み21aを
回して調整板21bを前後させることにより矢印方向に流
れる気体の流量を調整できるように構成されている。
尚、圧力調整手段17としては、単位モジュールのヘッド
部より外側に突出した、それも大きな形状のものを示し
たが、その大きさ、形状等には特に制限はなく、小型形
状で、しかもヘッド部に内蔵した構造からなるものであ
ってもよい。

また、図示はしないが、本発明の気体の脱湿装置は、二
つの単位モジュールを接続してなるものに限るものでな
く、前記第二モジュールの第二ヘッド部３に第三モジュ
ールの第一ヘッド部を、該第三モジュールの第二ヘッド
部に、更に第四モジュールの第一ヘッド部を順次同様に
接続することにより、任意の数の単位モジュールを連接
した組立体として形成してもよい。この場合は、末端に
位置する単位モジュールの第二ヘッド部に圧力調整手段
を設けることにより、前記実施例の場合と同様に気体の
脱湿装置として機能させることができる。

また、単位モジュールのヘッド部の形状は、第３図
（ｂ）に示したような断面からなる、略円筒状のものに
限るものでなく、第６図（ａ）に概略を斜視図で示すよ
うな、周囲が四角柱形状のものであってもよい。このよ
うに、ヘッド部の周囲が四角柱形状の場合は、通気口11
及び12を設けるための第二ヘッド部３の平坦面として
は、第一ヘッド部２の通気口９及び10が設けられている
平坦面に対して、第６図（ａ）に示すように反対側に位
置する平坦面であっても、また、同図（ｂ）に示すよう
に隣接する平坦面、即ち互いに直交する平坦面であって
もよい（図中、矢印は気体の流れ方向を示し、Ａ及びＢ
はそれぞれ原料空気やパージ用ガス等の気体の種類を示
している）。特に第６図（ｂ）に示した単位モジュール
の場合は、その複数を、一方向にではなく、平面方向に
連設することにより、直列状態の連結が可能となる。こ
れを、四つのモジュールを使用する場合を例にして説明
すると、各単位モジュールの隣接する二つの平坦面が他
の二つの単位モジュールの一つの平坦面と接合する状態
で、全ての単位モジュールを直列状態に連結でき、しか
もこの場合は連結状態においても四つのヘッド部全体が
一つの四角柱形状を成すように、極めてコンパクトにす
ることもできる。また、ヘッド部の周囲が、第６図
（ｃ）に示すような正六角柱形状からなるものであって
もよい。この場合も単位モジュールを平面方向に連設す
ることにより該モジュールを直列状態に連結することが
可能である。

更に、図示はしないが、ヘッド部の周囲を、他の正多角
柱形状で形成してもよく、また、少なくとも一つの平坦
面を有しているものであれば、その形状には特に制限は
ない。尚、第７図では、気体の流れをより明確に示すた
めに、上記第６図（ａ）に示したモジュールの二つを連
結した場合について、その概略を断面図で示した。ここ
では、Ｂが原料空気及び製造された乾燥空気を示し、Ａ
がパージ用ガスとしての乾燥空気の一部を示している。

また、単位モジュールを連結する場合は、その各ヘッド
部に一対ずつの通気口が存在することが必要であるが、
必ずしも単位モジュールに始めから一対ずつ設けられた
ものに限るものではなく、例えば、全ての平坦面に各一
対ずつの通気口が設けられ、連結前に不要の通気口を、
例えば螺子等で塞いで使用する構成からなるものであっ
てもよい。

また、単位モジュールの連結の方法は、とくに制限され
るものでなく種々変更可能である。例えば、連結状態の
ヘッド部の概略を第８図に断面図で示すように、第３図
（ａ）に示したような接続用の管15を使用せずに、単に
Ｏリング16を介して通気口を接続する構造であっても、
また、単位モジュールの連結をボルトで締め付けずに、
弾性締付部材22で外側から挟持し、内側に押圧して行う
構造であってもよい。

また、本発明の気体の脱湿装置の用途は、前述の空気の
乾燥に限るものではなく、窒素、酸素、アルゴン等の通
常気体を始めとして、天然ガス又は合成ガス等の気体の
乾燥にも適用できる。従って、単位モジュールに内蔵す
る分離膜としても中空糸状分離膜に限らず種々使用可能
であり、また、その形成材料としても用途に応じて適切
な材料を選択することができることはいうまでもない。

また、分離膜モジュールの外殻を構成する筒状容器やヘ
ッド部の形成材料としてもプラスチック、金属等の通常
用いられる材料を特に制限なく利用できることはいうま
でもないが、第２図等に示したヘッド部の周囲が略円柱
形状の分離膜モジュールは、切削加工で形成することが
容易であるためアルミニウム等の金属で形成することが
加工上好ましく、第６図等に示したヘッド部が多角柱形
状のモジュールは、射出成形でも容易に形成できるため
塩化ビニル樹脂等のプラスチックで形成することが好ま
しく、また、この場合は量産が容易であるという利点も
ある。

〔発明の効果〕

本発明の気体の脱湿装置は、複数の単位モジュールを接
続することにより分離膜の長さを任意に延ばすことがで
き、且つその際に分離膜を折り曲げる必要がないので該
膜の性能を損なうことがなく、更に装置全体として極め
てコンパクトに組み立てることができ、しかも気体の乾
燥を継続して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の気体の脱湿装置の要部を拡大して示
す部分断面図、第２図は本発明の分離膜モジュールの概
略を示す裏面図、第３図（ａ）は上記単位モジュールの
要部を拡大して示す、第３図（ｂ）のIIA−IIAにおける
縦断面図、第３図（ｂ）は上記第３図（ａ）のIIB−IIB
における横断面図、第４図（ａ）は本発明の気体の脱湿
装置の一実施例の概略を示す正面図、第４図（ｂ）はそ
の側面図、第５図は他の実施例の気体の脱湿装置の要部
を拡大して示す部分断面図、第６図（ａ）、第６図
（ｂ）及び第６図（ｃ）は、それぞれ他の例の単位モジ
ュールの概略を示す斜視図、第７図は気体の脱湿装置に
おける気体の流れを示す概略断面図、第８図は単位モジ
ュールの他の接続方法を示す要部の概略断面図である。ａ、ｂ……単位モジュール１……筒状容器２……第一ヘッド部、３……第二ヘッド部４……中空糸状分離膜９、11……供給側通気口 10、12……透過側通気口 17……圧力調整手段 18……ニードル弁 21……減圧弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分離膜を収容している筒状容器の両端がそ
れぞれ第一ヘッド部及び第二ヘッド部で封止され、該第
一ヘッド部及び第二ヘッド部のそれぞれの側面には少な
くとも一つの平坦面が存在し、かつ上記第一ヘッド部の
該平坦面と上記第二ヘッド部の該平坦面とは互いに異な
る向きに位置し、上記第一ヘッド部の平坦面及び上記第二のヘッド部平坦
面のそれぞれには上記分離膜の一方の膜面が接する供給
側空間に連通する供給側通気口及び該該分離膜の他方の
膜面が接する透過側空間に連通する透過側通気口が設け
られており且つ上記第一ヘッド部の平坦面の該供給側通
気口と該透過側通気口との間隔が上記第二ヘッド部の平
坦面の該供給側通気口と該透過側通気口との間隔と同一
である分離膜モジュールが、少なくとも２以上整列して
設けられ、且つ互いに隣接する上記分離膜モジュール同士における
上記第一ヘッド部の平坦面と上記第二ヘッド部の平坦面
とが接合されて該両平坦面のそれぞれの該供給側通気口
同士及び該透過側通気口同士を連結した状態で接続され
ており、また一の末端に位置する上記分離膜モジュール
の隣接しない平坦面に、該平坦面の供給側通気口から透
過側通気口へ脱湿した気体の一部を減圧導入する圧力調
整手段を設けてなることを特徴とする気体の脱湿装置。