(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給口、透過側排出口および非透過側排出口を有する窒素富化装置であり、圧縮乾燥空気を、中空糸膜の束からなる分離膜モジュールを内蔵する窒素富化装置の中空糸の内側へ供給し、該空気中の酸素を該中空糸膜の外側へ選択的に透過させて、内側に非透過の窒素富化空気を生成させる窒素富化装置において、運転休止中、分離膜モジュールの内部に外気が進入しないように空気供給口、透過側排出口および非透過側排出口を前記供給口及び排出口に直接接続された遮断手段で遮断しておくことによって、運転再開時に所定濃度の窒素富化空気が得られるまでの時間を短縮する方法。
【請求項２】
分離膜が芳香族ポリイミドからなる非対称性中空糸膜であることを特徴とする請求項１に記載の、運転再開時に所定濃度の窒素富化空気が得られるまでの時間を短縮する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸分離膜を用いて空気から、窒素富化空気を製造する装置に関し、詳しくは、運転休止後の運転再開時に、所定の特性のガスを製造し始めるまでの時間を短縮することを目的にした窒素富化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒素富化空気は、包装、保存等の食品加工分野、穀類の防かび、防虫、果物・野菜の保存等の食糧分野、配管やタンクのパ−ジ、防爆等の化学・燃料分野をはじめ、電子工業分野、薬品分野、金属分野等々において広く利用されている。近年、中空糸膜及びその製造技術、分離膜モジュ−ル製造技術等分離膜技術の進展に伴い、分離膜を用いて空気から窒素富化空気或いは酸素富化空気を製造する方法が、例えば特開昭５６−９１８０２号公報、特開昭５７−８２１０５号公報、特開平２−２５２６０９号公報等において種々提案されている。
【０００３】
窒素富化装置は、冷凍除湿機や分離膜モジュールを用いて通常あらかじめ乾燥されている原料空気が供給されており、原料空気は、分離膜モジュールの非透過側に供給され、酸素などの透過速度の大きいガスは膜を透過し、透過側から回収あるいは除去され、窒素の富化された空気は非透過側から回収される。窒素富化装置は、周期的にあるいは間欠的に運転されるのが通常である。
【０００４】
しかしながら、一般に、高分子材料を分離膜材料とする窒素富化装置では、運転をある期間休止し再稼動する場合、始動後すぐには所定の分離性能は得られず、また、所定の分離膜性能に回復するまでの時間が長いため無駄な運転を強いられるという問題が発生している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、窒素富化装置において、運転休止時に起こる分離膜モジュールの一時的な性能低下を防止し、運転を再始動したときの膜の性能回復までの時間を短縮する方法とその装置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】
本発明者らは、分離膜モジュールの空気の分離性能が低下する原因を種々検討し、それが運転休止期間中にモジュール内に進入する大気中の汚染物質や水分の影響であることを見出し、本発明を創生するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、空気供給口、透過側排出口および非透過側排出口を有する窒素富化装置であり、圧縮乾燥空気を、中空糸膜の束からなる分離膜モジュールを内蔵する窒素富化装置の中空糸の内側へ供給し、該空気中の酸素を該中空糸膜の外側へ選択的に透過させて、内側に非透過の窒素富化空気を生成させる窒素富化装置において、空気供給口、透過側排出口および非透過側排出口のそれぞれに、運転休止中外気と遮断する手段を設けたことを特徴とする窒素富化装置に関するものである。
【０００８】
本発明の上記運転休止中の外気と遮断する手段としては、バルブ、逆止弁が好ましい。
【０００９】
また、本発明は、空気供給口、透過側排出口および非透過側排出口を有する窒素富化装置であり、圧縮乾燥空気を、中空糸膜の束からなる分離膜モジュールを内蔵する窒素富化装置の中空糸の内側へ供給し、該空気中の酸素を該中空糸膜の外側へ選択的に透過させて、内側に非透過の窒素富化空気を生成させる窒素富化装置において、運転休止中、分離膜モジュールの内部に外気が進入しないように空気供給口、透過側排出口および非透過側排出口を遮断しておくことを特徴とする分離膜の性能維持方法に関するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の窒素富化装置について、図面を参照にして詳細に説明する。
【００１１】
図１は、窒素富化空気の製造法を表わす概略図である。また、図２は、窒素富化装置の一例を示す断面図である。水分を含有する原料空気は加圧機（コンプレッサ）１に供給されて、タンク２に貯蔵される。タンク２に貯蔵された加圧空気は、分離膜モジュールあるいは冷凍除湿機などの脱湿装置３を通過し、エアフィルタ４（必要に応じてミストセパレータ）を経て、減圧弁５で圧力調整され、本発明の遮断手段６を通過後、分離膜モジュール７の一方の中空糸膜の内側、即ち中空（孔）に入り、中空糸中を流動して通過する間に、酸素または水分が中空糸膜の外側に透過して、モジュールの透過側出口から本発明の遮断手段９を通過して装置外部に出てくる。一方、中空糸の内部を通過し、非透過の窒素富化空気は、中空糸のもう一方の出口から本発明の遮断手段８を通過し流量調整弁１０を経て装置外部に出てくる。
【００１２】
窒素富化装置は、図２に示すように、少なくとも乾燥された空気を供給するための供給口２１と、非透過の窒素富化空気を回収・排出させるための排出口２２及び中空糸膜を透過した酸素富化空気を回収するための排出口２３を備えた容器２０に、酸素を選択的に透過する中空糸膜２４の束からなる分離膜モジュ−ルが内蔵されているものが使用され、容器の供給口、排出口にそれぞれ遮断手段６，８、９を設けたもので構成される。中空糸膜２４はその両端の中空（孔）が塞がらない様に両端をエポキシ樹脂の如き樹脂で一体的に固着されている。
【００１３】
装置を運転しているときは、遮断手段は、開いた状態であり、運転休止の時は、遮断手段は閉じた状態となり、モジュールの内に外気は入らない状態となるようにする。
【００１４】
外気との遮断手段としては、バルブ、逆止弁、ブリーザバルブなど遮断機能を有するものなら何でも良いが、窒素富化の機能を低減させないために極力通気抵抗の小さいものが好ましい。
【００１５】
遮断手段として、逆止弁など、ガスがくればガスの圧力で遮断板が開き、ガスが停止すれば、重力で遮断板が閉じる形式のものを用いれば、運転停止、再開ごとに遮断手段を開閉する作業を行なう必要がない。
【００１６】
なお、本発明は、窒素富化装置について述べたものであるが、膜の透過側に注目すれば、酸素発生装置であり、発明の内容は、酸素発生装置にも適用できる。
【００１７】
【実施例】
実施例１
図１の工程に従って、膜厚１００μｍ、外径５００μｍ及び長さ４５０ｍｍの芳香族ポリイミドの非対称性中空糸膜を束ねた中空糸モジュールからなる直径４０ｍｍ、長さ５００ｍｍの分離膜モジュールを使い、遮断手段６，８，９としてガスの供給が止まると遮断する機能を有する逆止弁を使用して、以下の操作を行なった。
【００１８】
最初に、モジュールに入る原料空気の圧力を７ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、温度を２５℃にし、窒素富化空気流量が１５ＮＬ／ｍｉｎになるように調整し、２４時間運転を行なった。その後、運転を停止した。運転を停止しているときの大気の温度は２５〜３１℃、湿度は６０〜７０％であった。運転を停止してから２４時間後に、再び前記と同じ条件で運転を開始した（この運転を停止後１回目の運転とする）。２４時間の運転と２４時間の停止を繰り返し、膜の非透過側から出てくる空気の酸素濃度を測定した。酸素濃度計は、図１の非透過側の流量調整弁１０の直後に設けた。運転再開時の酸素濃度の経時変化を表１に示す。酸素濃度は、運転開始直後から、ほぼ運転終了時に近い濃度４．９％を示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
比較例１
実施例１のモジュールへの入り口および２つの出口につながった逆止弁を取り外し、遮断手段を有しない状態で、実施例１と同じ条件で、運転と停止を繰り返し、膜の非透過側から出てくる空気の酸素濃度を測定した。運転再開時の経時変化を表２に示す。運転再開直後は、酸素濃度は５．４〜６．０％を示し、およそ、５〜６時間を要して安定値４．９％に到達した。実施例１と比較例１のそれぞれの測定結果の平均値をグラフにしたものを図３に示す。本発明により運転再開時の定常運転に達するまでの時間が大幅に短縮されることがわかる。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
【発明の効果】
窒素富化装置において空気の供給口および排出口のそれぞれに外気がモジュール内部に進入する遮蔽手段を設けることにより、運転休止時に起こる分離膜モジュールの一時的な性能低下を防止し、運転再始動したときの膜の性能回復までの時間を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒素富化装置の説明のための窒素富化空気の製造工程
【図２】本発明の遮断手段を有する窒素富化装置
【図３】運転休止中に外気との遮断を行なう場合と行なわない場合の運転再開時の非透過側出口酸素濃度の経時変化を示す図
【符号の説明】
１；加圧機（コンプレッサ）
２；タンク
３；脱湿装置
４；エアフィルタ（及びミストセパレータ）
５；減圧弁
６；モジュール入り口への遮断手段
７；モジュール
８；非透過側出口の遮断手段
９；透過側出口の遮断手段
１０；流量調節弁
２０；モジュール容器
２１；モジュール入り口
２２；モジュール非透過側出口
２３；モジュール透過側出口
２４；中空糸膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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