JPH088973B2 - Low-temperature dry gas manufacturing method and apparatus - Google Patents
Low-temperature dry gas manufacturing method and apparatusInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、除湿用のガス分離膜モジュールと超高速
旋回流方式の低温ガス発生装置とを連結して使用して、
低温ガス発生装置から発生する高温乾燥ガスを、該モジ
ュール内のガス分離膜の透過側のパージガスとして前記
ガス分離膜モジュールに再使用することによって、低温
ガス発生装置から低温乾燥ガス（例えば、低温乾燥空気
など）を、効率的に連続して製造する方法、ならびに、
前記低温乾燥ガスの製造装置に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention uses a gas separation membrane module for dehumidification and an ultrahigh-speed swirl-flow type low-temperature gas generator in combination.
The high temperature dry gas generated from the low temperature gas generator is reused in the gas separation membrane module as a purge gas on the permeate side of the gas separation membrane in the module, so that the low temperature dry gas from the low temperature gas generator (for example, low temperature dry gas Efficient continuous production of air), and
The present invention relates to an apparatus for producing a low temperature dry gas.
前記の低温乾燥ガスは、種々の成形品、電子部品、機
器又は装置の高温部分に直接に吹き掛けて冷却したり、
低温に維持したりするため、あるいは、人体の故障箇所
に吹き掛けて冷温治療したりするために利用することが
できる。The low temperature dry gas is sprayed directly on various molded articles, electronic parts, high temperature parts of equipment or devices to cool them,
It can be used for maintaining a low temperature, or for spraying a faulty part of a human body for cold treatment.
従来高速旋回流方式の低温ガス発生装置は、極めて簡
単に−50〜０℃の低温ガスを発生することができる装置
としてすでに周知である。A conventional high-speed swirl flow type low-temperature gas generator is already well-known as a device capable of generating a low-temperature gas at -50 to 0 ° C extremely easily.
しかし、前記の低温ガス発生装置は、極めて超低温の
ガスが容易に発生するので、水分をかなり含有するガス
（空気など）を使用すると、低温ガスが発生する際に水
分が装置内で水滴化したり、その水滴が装置内に氷結し
て閉塞させたりして、連続的に低温ガスを発生すること
ができなくなったり、あるいは、生成した低温ガス中に
水分がかなり含有していると冷却対象物の電子部品など
表面に水滴が付着してしまったり、その結果、電子部品
などの腐食を促進させてしまうという問題などがあっ
た。However, since the above-mentioned low-temperature gas generator easily generates extremely low-temperature gas, if a gas containing a considerable amount of water (such as air) is used, the water may drop into water when the low-temperature gas is generated. , The water droplets freeze in the device and block it, and it becomes impossible to continuously generate low-temperature gas, or if the generated low-temperature gas contains a large amount of water, the cooling target There have been problems such as water droplets adhering to the surface of electronic parts and the like, and as a result, corrosion of electronic parts and the like is promoted.
最近、前記の低温ガス発生装置へ、水分の吸着剤又は
吸収剤で乾燥された空気などの原料ガスを供給して低温
乾燥ガスを生成させることが提案された。Recently, it has been proposed to supply a raw material gas such as air dried with a moisture adsorbent or an absorbent to the low temperature gas generator to generate a low temperature dry gas.
しかし、前記の吸着剤などを使用して乾燥ガスとする
場合には、長期間乾燥するすることができず、連続的に
低温乾燥ガスを発生させることができないという問題点
があった。However, when the adsorbent or the like is used as a dry gas, there is a problem in that it cannot be dried for a long period of time and continuous low temperature dry gas cannot be generated.
従って、この発明は、公知の低温ガス発生装置を低温
ガス発生に使用して低温ガスを発生させるにあたって、
供給された原料の圧縮ガス中の水分による種々の問題を
容易に解消することができる低温乾燥ガスの製法、並び
に、その製造装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention uses a known low-temperature gas generator for low-temperature gas generation to generate low-temperature gas,
An object of the present invention is to provide a method for producing a low-temperature dry gas that can easily solve various problems caused by moisture in the compressed gas of the supplied raw material, and an apparatus for producing the low-temperature dry gas.
この出願の第１の発明は、水分を含有する圧縮ガスを
除湿用ガス分離膜モジュールへ供給して水分を除去した
後、得られた乾燥未透過ガスを超高速旋回流による低温
ガス発生装置へ供給し、該低温ガス発生装置の一端から
低温乾燥ガスを抜き出すと共に、高温の乾燥ガスを他端
から取り出して前記除湿用ガス分離膜モジュールの透過
側のパージガスとして使用することを特徴とする低温乾
燥ガスの製法、並びに、 この出願の第２の発明は、水分含有圧縮ガスの供給
口、透過ガスの排出口、乾燥未透過ガスの取出し口、及
び、パージガスの供給口を有するケーシング内にガス分
離膜エレメントを内蔵している除湿用ガス分離膜モジュ
ール、並びに、圧縮ガスの旋回供給口、低温乾燥ガスの
抜出し口、及び、高温乾燥ガスの取出し口を有する超高
速旋回流方式の低温ガス発生装置からなり、 前記ガス分離膜モジュールの乾燥未透過ガスの取出し
口と前記低温ガス発生装置の圧縮ガスの旋回供給口とが
連結されており、そして、低温ガス発生装置の高温乾燥
ガスの取出し口とガス分離膜モジュールのパージガスの
供給口とが連結されていることを特徴とする低温乾燥ガ
スの製造装置に関する。A first invention of this application is to supply a compressed gas containing water to a gas separation membrane module for dehumidification to remove water, and then to obtain a dry retentate gas to a low-temperature gas generator by an ultrahigh-speed swirling flow. The low temperature drying is characterized in that the low temperature drying gas is supplied from the one end of the low temperature gas generator and the high temperature drying gas is taken out from the other end to be used as a purge gas on the permeate side of the dehumidifying gas separation membrane module. A method for producing a gas, and a second invention of this application is to separate a gas in a casing having a feed port for a compressed gas containing water, a discharge port for a permeated gas, a take-out port for a dry non-permeated gas, and a feed port for a purge gas. Dehumidifying gas separation membrane module with built-in membrane element, and ultra-high pressure having swirl supply port for compressed gas, low-temperature dry gas outlet, and high-temperature dry gas outlet It consists of a low-speed gas generator of a swirling flow system, the outlet of the dry separation gas of the gas separation membrane module and the swirl supply port of the compressed gas of the low-temperature gas generator are connected, and the low-temperature gas generator The present invention relates to an apparatus for producing low temperature dry gas, characterized in that a high temperature dry gas outlet of the apparatus is connected to a purge gas supply port of a gas separation membrane module.
以下、この発明について、図面も参照してさらに詳し
く説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
第１図は、この発明の低温乾燥ガスの製法に使用する
装置の一例を概略示すフロー図である。FIG. 1 is a flow chart schematically showing an example of an apparatus used in the method for producing a low temperature dry gas of the present invention.
この発明の低温乾燥ガスの製法は、第１図に示すよう
に、水分が飽和している空気などの原料ガスをコンプレ
ッサー１等で圧縮して『水分を含有する圧縮ガス』とな
し、必要であればクーラー２などで冷却し、フィルター
５等で除塵した後、除湿用ガス分離膜モジュール３へ供
給して水分を充分に除去した後、 該モジュール３から得られた『乾燥未透過ガス（加圧
状態のガスである）』を超高速旋回流方式による低温ガ
ス発生装置４の圧縮ガスの旋回供給口41へ供給し、圧縮
ガスを超高速で旋回させてその渦流を形成させ、該渦流
の中心部に冷却されたガスを発生させ、該ガス発生装置
４の一端（低温乾燥ガスの抜き出し口42）から低温乾燥
ガスを抜き出すと共に、 該ガス発生装置４の他端（高温乾燥ガスの取り出し口
43）から高温の乾燥ガスを取り出して、必要であれば何
らかのガス冷却手段で冷却して、前記除湿用ガス分離膜
モジュール３のパージガス供給口33へ供給し、該モジュ
ール３のガス分離膜の透過側のパージガスとして循環使
用しながら、 前記低温ガス発生装置４から低温乾燥ガスを連続的に
製造する方法である。As shown in FIG. 1, the method for producing a low temperature dry gas according to the present invention does not require "a compressed gas containing water" by compressing a raw material gas such as air saturated with water with a compressor 1 or the like. If there is any, it is cooled by a cooler 2 or the like, dust is removed by a filter 5 or the like, and then it is supplied to a dehumidifying gas separation membrane module 3 to sufficiently remove water, and then the “dry unpermeated gas (added Is supplied to the swirl supply port 41 of the compressed gas of the low-temperature gas generator 4 by the ultra-high speed swirl flow system, and swirls the compressed gas at an ultra-high speed to form a swirl of the swirl. A cooled gas is generated in the central portion, and the low-temperature dry gas is extracted from one end (the low-temperature dry gas outlet 42) of the gas generator 4, and the other end (the high-temperature dry gas outlet is supplied) of the gas generator 4.
The high temperature dry gas is taken out from 43), cooled by any gas cooling means if necessary, and supplied to the purge gas supply port 33 of the dehumidifying gas separation membrane module 3 to permeate the gas separation membrane of the module 3. This is a method for continuously producing low-temperature dry gas from the low-temperature gas generator 4 while circulating and using it as a purge gas for the side.
この発明の製法において、ガス分離膜モジュール３へ
供給する圧縮ガスは、１〜20kg/cm2G、特に２〜10kg/cm
2G程度の圧を有し、乾湿湿度計で測定した湿度が50〜10
0％であって、さらに、その圧縮ガスの温度が０〜60
℃、特に５〜50℃程度であることが好ましい。In the production method of the present invention, the compressed gas supplied to the gas separation membrane module 3 is 1 to 20 kg / cm 2 G, particularly 2 to 10 kg / cm 2.
It has a pressure of about 2 G and the humidity measured by a psychrometer is 50 to 10
0%, and the temperature of the compressed gas is 0 to 60
C., preferably about 5 to 50.degree.
この発明の製法においては、前記圧縮ガスの圧が高い
ほど低温乾燥ガス（製品）の温度が低下する。In the production method of the present invention, the higher the pressure of the compressed gas, the lower the temperature of the low temperature dry gas (product).
ガス分離膜モジュール３において、ガス分離膜（中空
糸膜）の透過側は、前記のガス分離膜の供給側より低い
圧力であることが好ましく、概略、常圧（約0kg/cm2G±
0.2）付近であることが好適である。In the gas separation membrane module 3, the pressure on the permeate side of the gas separation membrane (hollow fiber membrane) is preferably lower than the pressure on the supply side of the gas separation membrane, and the pressure is approximately normal pressure (about 0 kg / cm 2 G ±
It is preferably around 0.2).
ガス分離膜モジュール３のガス分離膜の供給側から得
られた乾燥未透過ガスは、実質的に水分が除去されてお
り、その露点が、−５℃以下、特に−60〜−６℃程度で
あるような乾燥状態であることが好ましい。The dry unpermeated gas obtained from the gas separation membrane supply side of the gas separation membrane module 3 is substantially dewatered, and its dew point is -5 ° C or lower, particularly about -60 to -6 ° C. It is preferably in a certain dry state.
この発明の製法において、低温ガス発生装置４の高温
乾燥ガスの取り出し口43から排出されガス分離膜モジュ
ールのパージガス供給口33へ供給される高温乾燥ガス
は、圧縮ガスの供給量（Ｎ／分）の約20〜80容量％、
特に25〜75容量％程度であることが好ましい。In the manufacturing method of the present invention, the high temperature dry gas discharged from the high temperature dry gas outlet 43 of the low temperature gas generator 4 and supplied to the purge gas supply port 33 of the gas separation membrane module is a compressed gas supply rate (N / min). About 20-80% by volume,
In particular, it is preferably about 25 to 75% by volume.
この発明の製法では、ガス分離膜モジュールへのパー
ジガスの使用割合が増大するに従って、低温乾燥ガス
（製品）の露点温度が低下する。In the production method of the present invention, the dew point temperature of the low-temperature dry gas (product) decreases as the usage rate of the purge gas to the gas separation membrane module increases.
この発明の装置は、第１図に示すように、例えば、水
分含有圧縮ガスの供給口31、透過ガスの排出口34、乾燥
未透過ガスの取出し口32、及び、パージガスの供給口33
を有するケーシング内にガス分離膜エレント35を内蔵し
ている除湿用ガス分離膜モジュール３、並びに、圧縮ガ
スの旋回供給口41、低温乾燥ガスの抜出し口42、及び、
高温乾燥ガスの取出し口43を有する超高速旋回流方式の
低温ガス発生装置からなり、 前記ガス分離膜モジュール３の乾燥未透過ガスの取出
し口32と前記低温ガス発生装置４の圧縮ガスの旋回供給
口41とが連結されており、そして、低温ガス発生装置４
の高温乾燥ガスの取出し口43とガス分離膜モジュール３
のパージガスの供給口33とが連結されており、前述のよ
うに、低温ガス発生装置４から抜き出された高温乾燥ガ
スをパージガスとしてガス分離膜モジュール３のージガ
ス供給口33へ供給して、ガス分離膜（中空糸等）の透過
側をパージしながら、前記低温ガス発生装置４の抜出し
口42から低温乾燥ガスを製品として取り出すことができ
るものである。As shown in FIG. 1, the apparatus of the present invention includes, for example, a moisture-containing compressed gas supply port 31, a permeated gas discharge port 34, a dry non-permeated gas extraction port 32, and a purge gas supply port 33.
Dehumidifying gas separation membrane module 3 having a gas separation membrane Elent 35 built-in in a casing having, a compressed gas swirl supply port 41, a low temperature dry gas extraction port 42, and
It is composed of an ultra-high speed swirl flow type low-temperature gas generator having a high-temperature dry gas outlet 43, and a dry non-permeate gas outlet 32 of the gas separation membrane module 3 and a compressed gas swirl supply of the low-temperature gas generator 4. The mouth 41 is connected and the cold gas generator 4
High temperature dry gas outlet 43 and gas separation membrane module 3
Is connected to the purge gas supply port 33 of the gas separation membrane module 3 as described above, and the high temperature dry gas extracted from the low temperature gas generator 4 is supplied to the purge gas supply port 33 of the gas separation membrane module 3 as described above. While purging the permeate side of the separation membrane (hollow fiber etc.), the low temperature dry gas can be taken out as a product from the outlet 42 of the low temperature gas generator 4.
前記のガス分離膜モジュールに内蔵されるガス分離膜
エレメント（中空糸エレメントなど）は、水分を選択的
に透過させることができれば、いずれの材料からなるガ
ス分離膜であってもよいが、例えば、芳香族ポリイミ
ド、芳香族ポリアミド、ポリスルホンなどの耐熱性高分
子材料から形成された非対称性のガス分離膜（例えば、
表面に緻密層と多孔質層とを有するガス分離中空糸膜）
であればよい。The gas separation membrane element (hollow fiber element or the like) built in the gas separation membrane module may be a gas separation membrane made of any material as long as it can selectively permeate moisture. Asymmetric gas separation membranes formed from heat-resistant polymer materials such as aromatic polyimide, aromatic polyamide, and polysulfone (for example,
Gas separation hollow fiber membrane having a dense layer and a porous layer on the surface)
If
前記のガス分離膜は、水蒸気の透過速度ＰN２O（室
温）が、１×10-4〜８×10-3Ncm3/cm2・sec・cmHg程度
であって、水蒸気透過速度ＰH２Oと窒素透過速度ＰN２
との比（ＰH２O/PN２（室温）が、500〜5000程度である
ことが好ましい。The gas separation membrane has a water vapor transmission rate PN 2 O (room temperature) of about 1 × 10 −4 to 8 × 10 −3 Ncm 3 / cm 2 · sec · cmHg, and a water vapor transmission rate PH 2 O. And nitrogen permeation rate PN 2
The ratio (PH 2 O / PN 2 (room temperature) is preferably about 500 to 5000.
前記のガス分離膜モジュール３においては、パージガ
ス（高温乾燥ガス）は、必要な圧に減圧され、パージガ
スの供給口33から供給して、ガス分離膜モジュール内の
中空糸エレメント35の各中空糸の間隙（透過側）を通過
させてパージを行い、水分を高い割合で含有する透過ガ
スと共に、透過ガスの排出口34から系外へ排出されるの
である。In the gas separation membrane module 3 described above, the purge gas (high temperature dry gas) is depressurized to a required pressure and supplied from the purge gas supply port 33 so that each of the hollow fibers of the hollow fiber element 35 in the gas separation membrane module is supplied. Purging is performed by passing through the gap (permeation side), and is discharged from the system through the permeation gas discharge port 34 together with the permeation gas containing a high proportion of water.
前記の低温ガス発生装置は、圧縮ガスの旋回供給口41
から供給された圧縮ガス（空気など）が、旋回ノズル
（図示せず）により管内部の接線方向に高速で吹き出さ
れ毎分約１〜50万回の回転をする超高速渦流となり、そ
のために、外側渦流に大きな遠心力が働いて圧力、密度
が急上昇し温度が上昇して高温乾燥ガスの取出し口43か
ら取り出されると同時に、内側渦流は、外側渦流に対し
て幻想制御作用を断熱的に行い、エネルギー移行が行わ
れ温度が下降して低温乾燥ガスの抜出し口42がら排出さ
れる装置であればよい。The low-temperature gas generator described above has a swirl supply port 41 for compressed gas.
Compressed gas (such as air) supplied from a swirling nozzle (not shown) is blown out at a high speed in the tangential direction inside the tube to become an ultra-high speed vortex that rotates about 1 to 500,000 times per minute. A large centrifugal force acts on the outer vortex and the pressure and density rise sharply and the temperature rises and is taken out from the outlet 43 for the hot dry gas.At the same time, the inner vortex performs an illusionary control action on the outer vortex. Any device can be used as long as the energy is transferred, the temperature is lowered, and the low-temperature dry gas is discharged from the outlet 42.
この発明の装置は、除湿用ガス分離膜モジュールの透
過側パージを特別に準備したパージガスを使用する必要
がなく、また、該モジュール自身が製造した乾燥未透過
ガスを低温ガス発生装置に使用した後にパージガスとし
て使用するものであるので、極めて効率的である。The apparatus of the present invention does not require the use of a purge gas specially prepared for the permeation side purge of the dehumidifying gas separation membrane module, and the dry non-permeated gas produced by the module itself is used in the low temperature gas generator. Since it is used as a purge gas, it is extremely efficient.
以下、実施例を示し、この発明をさらに詳しく説明す
る。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
実施例１〜７ 第１図に示す装置を使用して、低温乾燥ガスの製造を
10時間連続して行った。Examples 1 to 7 Production of low temperature dry gas was performed using the apparatus shown in FIG.
It was carried out continuously for 10 hours.
第１図において、除湿用ガス分離膜モジュールは、芳
香族ポリイミド製のガス分離中空糸膜から形成された中
空糸膜エレメントを内蔵している除湿用ガス分離膜モジ
ュール（宇部興産（株）製、商品名：メンブレンドライ
ヤー、型式:UM−B5タイプ）を使用した。In FIG. 1, a dehumidification gas separation membrane module is a dehumidification gas separation membrane module (manufactured by Ube Industries, Ltd.) containing a hollow fiber membrane element formed from a gas separation hollow fiber membrane made of aromatic polyimide. Product name: Membrane dryer, model: UM-B5 type) was used.
また、低温ガス発生装置としては、サンワ・エンター
プライズ（株）製の超低温空気発生器（商品名：コルダ
ー、型式:140−55SV）を使用した。As the low-temperature gas generator, an ultra-low temperature air generator (trade name: Corder, model: 140-55SV) manufactured by Sanwa Enterprise Co., Ltd. was used.
各実施例における低温乾燥空気の製造の条件及び結果
である「ガス分離膜モジュールへ供給された圧縮空気の
圧力、供給量、供給温度、及び、露点、並びに、ガス分
離膜モジュールへのパージガスの供給量、更に、低温乾
燥ガス（製品）生産量、温度及び露点」を第１表に示
す。The conditions and results of the production of low-temperature dry air in each example are "pressure of compressed air supplied to the gas separation membrane module, supply amount, supply temperature, and dew point, and supply of purge gas to the gas separation membrane module. Table 1 shows the quantity, and further the low temperature dry gas (product) production, temperature and dew point.
〔本発明の作用効果〕 この発明の製法及び装置は、低温ガス発生装置で生成
し大気中に放出されていた高温乾燥ガスを防湿用ガス分
離膜モジュールのパージガスとして有効に再利用してお
り、特別なパージガスを使用することなく、低い温度
（−60〜５℃）と高い乾燥状態（露点温度：−５〜−60
℃）とを有する低温乾燥ガスを容易に製造することがで
きるものである。また、低温ガス発生装置にて発生する
低温ガスの温度を低下させる条件にすると自動的に低温
乾燥ガス（製品）の露点を低くすることができる。 [Operation and effect of the present invention] The manufacturing method and apparatus of the present invention effectively reuses the high-temperature dry gas generated in the low-temperature gas generator and released into the atmosphere as the purge gas of the moisture-proof gas separation membrane module, Low temperature (-60 to 5 ℃) and high dry condition (dew point temperature: -5 to -60) without using special purge gas.
C) can be easily produced. In addition, the dew point of the low temperature dry gas (product) can be automatically lowered under the condition that the temperature of the low temperature gas generated by the low temperature gas generator is lowered.
第１図は、この発明の低温乾燥ガスの製法に使用する装
置の一例を概略示すフロー図である。 1:コンプレッサー、2:クーラー、3:ガス分離膜モジュー
ル、4:低温ガス発生装置。FIG. 1 is a flow chart schematically showing an example of an apparatus used in the method for producing a low temperature dry gas of the present invention. 1: Compressor, 2: Cooler, 3: Gas separation membrane module, 4: Low temperature gas generator.
Claims (2)
膜モジュールへ供給して水分を除去した後、得られた乾
燥未透過ガスを超高速旋回流による低温ガス発生装置へ
供給し、該低温ガス発生装置の一端から低温乾燥ガスを
抜き出すと共に、高温の乾燥ガスを他端から取り出して
前記除湿用ガス分離膜モジュールの透過側のパージガス
として使用することを特徴とする低温乾燥ガスの製法。1. A compressed gas containing water is supplied to a gas separation membrane module for dehumidification to remove water, and then the obtained dry retentate gas is supplied to a low-temperature gas generator using an ultra-high speed swirl flow, A method for producing a low temperature dry gas, characterized in that a low temperature dry gas is extracted from one end of a low temperature gas generator and a high temperature dry gas is extracted from the other end and used as a purge gas on the permeate side of the dehumidifying gas separation membrane module.
出口、乾燥未透過ガスの取出し口、及び、パージガスの
供給口を有するケーシング内にガス分離膜エレメントを
内蔵している除湿用ガス分離膜モジュール、並びに、圧
縮ガスの旋回供給口、低温乾燥ガスの抜き出し口、及
び、高温乾燥ガスの取出し口を有する超高速旋回流方式
の低温ガス発生装置からなり、 前記ガス分離膜モジュールの乾燥未透過ガスの取出し
口と前記低温ガス発生装置の圧縮ガスの旋回供給口とが
連結されており、そして、低温ガス発生装置の高温乾燥
ガスの取出し口とガス分離膜モジュールのパージガスの
供給口とが連結されていることを特徴とする低温乾燥ガ
スの製造装置。2. A dehumidifying gas having a gas separation membrane element built in a casing having a supply port for a compressed gas containing water, a discharge port for a permeated gas, a discharge port for a dry unpermeated gas, and a supply port for a purge gas. A separation membrane module, and an ultra-high-speed swirl-flow type low-temperature gas generator having a compressed gas swirl supply port, a low-temperature dry gas extraction port, and a high-temperature dry gas extraction port, wherein the gas separation membrane module is dried. The unpermeated gas outlet is connected to the compressed gas swirl inlet of the low temperature gas generator, and the high temperature dry gas outlet of the low temperature gas generator and the purge gas inlet of the gas separation membrane module are connected. An apparatus for producing a low-temperature dry gas, which is characterized in that:
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