JP2007209966A - 気体分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性を有し、設置時や輸送時に柔軟に対応できる気体分離装置を提供する。
【解決手段】圧縮空気を窒素含有ガス及び酸素含有ガスに分離する可撓性の中空糸束１と、前記中空糸束を被覆し、前記中空糸束で分離された酸素含有ガスを排出する排気口を有する可撓性の外筒チューブ３と、を有し、前記中空糸束と前記外筒チューブとを気密に保ち、前記排気口８は、前記圧縮空気入口端側に設け、中空糸束は、ポリスルフォン製やポリイミド製等の可撓性樹脂とし、外筒チューブを金属製の蛇腹、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂、ゴム、または布製のいずれかを用いることで可撓性を有した気体分離装置となる。
【選択図】図１

Description

本発明は可撓型気体分離装置に関する。

窒素分離装置は、樹脂製の中空糸を使用して空気中の酸素と窒素を分離させるものである。
樹脂素材による気体分離装置は広く普及しており、特に大気中の空気から窒素を分離して窒素ボンベの代わりに溶接作業等に使用することが既に行われている。その他、窒素の利用法としては、酸化防止用、爆発防止、青果物の貯蔵等がある。

従来の気体分離装置は、第５図に示す通り、端部がキャップ状の気密構造になっている樹脂製または金属製のケース１０１からなっている。 ケースの中には中空糸膜１０２が収納され、図５においてケースの上部から圧縮空気を注入し、ケースの下部から窒素ガスを取り出すようになっている。
酸素ガスは中空糸膜の途中から分離されるので、ケース１０１には酸素ガス排気用の孔１０３があけてある。
特開２００２−２６３４５４号公報

従来の気体分離装置は、樹脂製中空糸としてポリイミドを使用しているため、装置そのものが剛構造でありあるため一定の大きさの形状となり、設置時や運搬時に柔軟性を欠くという欠点があった。
本発明は、可撓性を有し、装置を小型化でき、設置時や輸送時に柔軟に対応で出来る気体分離装置の提供を目的とする。

本発明は、圧縮空気を窒素含有ガス及び酸素含有ガスに分離する可撓性の中空糸束と、前記中空糸束を被覆し、前記中空糸束で分離された酸素含有ガスを排出する排気口を有する可撓性の外筒チューブと、を有することを特徴とする。これにより、単純で変形自在な構造で装置を小型化でき、かつ高純度の窒素を分離することが出来る。

前記中空糸束と前記外筒チューブとを気密に保ち、前記開口部は、前記圧縮空気入口端側に設けられたことを特徴とする。

前記中空糸束及び前記外筒チューブの少なくとも前記窒素ガス出口端側を密着することで前記中空糸束と外筒チューブとの空間に、前記窒素ガス出口端側から前記圧縮空気入口端側へ流れる酸素含有ガスの気流が形成されてることで、前記中空糸の外側が気密が保たれていることを特徴とする。

前記中空糸束は、ポリスルフォンやポリイミド等の可撓性樹脂であることを特徴とする。

前記外筒チューブは、金属製の蛇腹、樹脂、ゴム、または布製のいずれかであることを特徴とする。

前記外筒チューブは、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂製フィルムであることを特徴とする。

前記中空糸束及び前記外筒チューブが収納される収納部を有する匡体を備え、
前記匡体には、前記中空糸束及び前記外筒チューブの一端が接続又は開放される前記圧縮空気の流入部と、他端が接続される前記窒素含有ガスの排出部が設けられ、
前記収納部には、前記排気口から排出される酸素含有ガスを収納部外に排出する換気口が設けられていることを特徴とする。

本発明は、気体分離装置の中空糸束と外筒チューブが可撓性を有するために自由に変形させることができ、長さも調節可能であるため、装置を小型化できて、設置場所や輸送手段に柔軟に対応できる利点がある。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、樹脂製中空糸により空気から窒素を分離する気体分離装置に関するものである。
樹脂製中空糸による膜分離法は、膜に対する透過速度の差により分離する方法で、構造が簡単で立ち上がりも早いため小規模生産に向いている。

膜分離法は高分子中空糸膜が、空気中の窒素より酸素、水素、水分を透過しやすい性質を利用するもので、図１に示す通り、中空糸膜１の中に圧縮空気を通し、空気中の各成分の透過速度の差を利用して、酸素を分離し、分離速度の遅い窒素ガスを空気中から抽出する方法である。
中空糸膜１の径は０．２ｍｍ程度以下であり、これを何万本も束ねて膜モジュールとする。

中空糸膜１の材料として、ポリスルホンは安価で軟らかいため加工性にも優れ、経年変化も少ない特長がある。気体分離能力も９９．９０％と良好である。なお、可撓性を有すればポリイミド製であってもよい。

図１、図２に示す通り、本発明による空気分離装置は、可撓性を有する中空糸束１と、中空糸束１を収納し、圧縮空気入り口側に分離された酸素を排出する酸素排出口８を有する可撓性の外筒チューブ３と、外筒チューブ３の両端に装着し、外筒チューブ３を保持するホルダー５と、ホルダー５に外装してホルダー５を保護するエンドキャップ２と、外筒チューブ３の窒素出口側のホルダー５を固定して外筒チューブ３の窒素出口側を気密に保つシール４とからなってなっている。

中空糸膜１としては、可撓性を持たせるためにポリスルフォン製を使用する。外筒チューブ３は、金属製の蛇腹、ＰＰ，ＰＥ等の樹脂、ゴム、または布製で何れも気体を通さないものを使用する。外筒チューブ３を金属製にする場合は、可撓性を持たせるために蛇腹方式にする必要がある。外筒チューブ３を布製にする場合は、通気性をもたせないようにするために表面に通気を防ぐ樹脂またはゴムの層をコーティングして使用する。

本実施例では、中空糸束１０００本以上で長さ１８００ｍｍのポリスルフォン樹脂製中空糸膜１を使用した。（なお、１０００本以下の場合でもよい。）中空糸膜１の膜厚は２００μｍ、外径は５００μｍである。なお、可撓性があればポリイミド樹脂製であってもよい。
まず、中空糸束１を外形２２ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製外筒チューブ３に挿入するが、その際、圧縮空気入り口側に、開口部として酸素ガス排気口８がくるようにする。
外筒チューブ３の両端からはみ出した中空糸束１の両端には長さ２５ｍｍ、外径２２ｍｍのＰＰ製ホルダー５を取り付けるとともに、外筒チューブ３の両端をホルダー５の外周に嵌め込んで結合する。
その後、ホルダー５にＰＰ製エンドキャップ２を外装し、窒素出口側の外筒チューブ３とホルダー５の結合部にはウレタンゴム製のシール４を巻き付けて固定する。
本実施例の気体分離装置７は、図４に示すように、直径３２０ｍｍの円になるように丸めて段ボール箱に入れ、出荷する。
本実施例の気体分離装置７は、可撓式であるため、外筒チューブ３の窒素出口を窒素の使用環境に応じて作業に最適な位置に置くことが出来る。

本実施例の気体分離装置７に、圧力０．５ＭＰａ、２０℃のドレン、ミストを除去した圧縮空気を流量０．５Ｎｍ３／ｈｒ供給した結果、得られた窒素濃度は９５．００％〜９９．９０％の範囲であり、ガスの大気圧露点は−１１℃と低露点であった。
窒素ガスの発生量と濃度は圧縮空気の供給圧と温度に依存し、濃度が一定のとき、圧縮空気の供給が高圧、また周辺温度が高温になるに従いそれぞれ発生量は増大する。
コメント

図３に示す通り、本実施例は、ホルダー５に保持され外筒チューブ３に覆われた中空糸束１を匡体６に収納し、匡体６に圧縮空気入り口金具９と窒素出口金具１０を装備したものである。
匡体６は、ホルダー５に保持され外筒チューブ３に覆われた中空糸束１が収納され、圧縮空気入り口側ホルダー５が嵌合する孔１１と、圧縮空気入り口金具９と、圧縮空気入り口側ホルダー５と圧縮空気入り口金具とをつなぐ通路１２と、窒素出口側ホルダー５が嵌合する孔１１と、窒素出口金具１０と、窒素出口側ホルダー５と窒素出口金具１０とをつなぐ通路１２と、分離された酸素等を排出する酸素排出口１３と、から構成されているが、この匡体６に収納されていること以外は実施例１と同じ構成であるため、実施例１とダブル部分は説明を省略する。
本実施例は、窒素の使用位置が固定されている場合などに適用すると便利である。

なお、上記実施例では空気分離装置は、可撓性を有する中空糸束１を覆う外筒チューブ３の端部を圧縮空気入り口側でエンドキャップ２に固定し、外筒チューブ３の圧縮空気入り口側付近に酸素ガス排気口８を設けたが、この構造に限られることなく、圧縮空気入り口側の外筒チューブ３をエンドキャップ２に固定しないで中空糸束１に被服した構造とし、これら中空糸束１と外筒チューブ３を変形させた際に、外筒チューブ３がエンドキャップ２から離れて自由にスライドして、圧縮空気入り口側でエンドキャップ２との間に開口部を形成するようにしてもよい、これによって中空糸束１と外筒チューブ３を任意の形に変形させた場合に、長手方向の寸法調整を容易に行うことができると共に、空気含有ガスは外筒チューブ３とエンドキャップ２と固定された窒素ガス出口端側から開口部が形成された圧縮空気入り口側へ、中空糸束１と外筒チューブ３の間を流れて開口部から流出するようになる。これによって気密も保持され中空糸束１の外周が乾燥することもなくなる。

本実施例の気体分離装置７で得られる窒素ガスの濃度は約９９．９０％であるが、中空糸束１、エンドキャップ２、外筒チューブ３、シール４、ホルダー５からなる単純な構造であるため装置を小型にすることができ、故障しやすい箇所や消耗品が少ないため故障個所が殆どなく、メンテナンスが不要である。また、中空糸束で分離される方式であるため所定の濃度までの立ち上げ時間が短く、高圧空気ラインに接続するだけで高純度窒素ガスが得られる特長がある。

なお、上記実施例では気体分離装置７を空気中の各成分の透過速度の差を利用して、酸素を分離し、分離速度の遅い窒素ガスを空気中から抽出し、窒素ガスの利用をする方法に用いた例を説明したが、この気体分離装置７の外筒チューブ側の開口部から抽出される酸素を有効活用することもできる。

本発明の可撓式気体分離装置の断面図を示す。 本発明の可撓式気体分離装置の実施例１の断面図である。 本発明の可撓式気体分離装置の実施例２の断面図である。 本発明の可撓式気体分離装置の梱包荷姿を示す図である。 従来型窒素モジュールの断面図を示す。

符号の説明

１ 中空糸膜、中空糸束
２ エンドキャップ
３ 外筒チューブ
４ シール
５ ホルダー
６ 筐体
７ 気体分離装置
８ 酸素排出口
９ 圧縮空気入り口金具
１０ 窒素出口金具
１１ 孔
１２ 通路
１３ 酸素排出口
１０１ ケース
１０２ 中空糸膜
１０３ 孔

Claims (7)

1. 圧縮空気を窒素含有ガス及び酸素含有ガスに分離する可撓性の中空糸束と、
   前記中空糸束を被覆し、前記中空糸束で分離された酸素含有ガスを排出する開口部を有する可撓性の外筒チューブと、
   を有することを特徴とする気体分離装置。
2. 前記中空糸束と前記外筒チューブとを気密に保ち、前記開口部は、前記圧縮空気入口端側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の気体分離装置。
3. 前記中空糸束及び前記外筒チューブの少なくとも前記窒素ガス出口端側を密着することで前記中空糸束と外筒チューブとの空間に、前記窒素ガス出口端側から前記圧縮空気入口端側へ流れる酸素含有ガスの気流が形成されてることで、前記中空糸の外側が気密が保たれていることを特徴とする請求項２に記載の気体分離装置。
4. 前記中空糸束は、ポリスルフォンやポリイミド等の可撓性樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気体分離装置。
5. 前記外筒チューブは、金属製の蛇腹、樹脂、ゴム、または布製のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気体分離装置。
6. 前記外筒チューブは、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂製フィルムであることを特徴とする請求項５に記載の気体分離装置。
7. 前記中空糸束及び前記外筒チューブが収納される収納部を有する匡体を備え、
   前記匡体には、前記中空糸束及び前記外筒チューブの一端が接続又は開放される前記圧縮空気の流入部と、他端が接続される前記窒素含有ガスの排出部が設けられ、
   前記収納部には、前記排気口から排出される酸素含有ガスを収納部外に排出する換気口が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の気体分離装置。

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