(57)【要約】【課題】分離膜モジュール内を流通するガスの温度を所定の温度に維持するために要するエネルギー量の低減が可能なガス分離装置及びガス分離方法を提供する。【解決手段】ガス分離装置１０は、ハウジング内に少なくとも１つのガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールＭと、外気を遮断するための筐体１１と、筐体１１内を満たす熱媒体の温度を調整するための熱源部１３とを備える。筐体１１は、その内部に分離膜モジュールＭを少なくとも２基以上収容している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に少なくとも１つのガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールと、
外気を遮断するための筐体と、
前記筐体の内部を満たす熱媒体の温度を調整するための熱源部と、を有し、
前記筐体は、その内部に前記分離膜モジュールを少なくとも２基以上収容している、ガス分離装置。
【請求項２】
前記熱源部は、前記筐体の内部及び前記筐体の外部の少なくとも一方に設けられている、請求項１に記載のガス分離装置。
【請求項３】
前記筐体を構成する層は、少なくとも熱抵抗値が０．１ｍ２・Ｋ／Ｗ以上である、請求項１又は２に記載のガス分離装置。
【請求項４】
前記筐体を構成する層のうち少なくとも１つの層をなす材料は、少なくとも熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項５】
前記分離膜モジュールは、前記ハウジング内に２基以上のガス分離膜エレメントを備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項６】
さらに、前記分離膜モジュールに原料ガスを供給するための原料ガス流通配管と、前記分離膜モジュールから排出ガスを排出するための排出ガス流通配管とを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項７】
前記原料ガス流通配管は、前記分離膜モジュールのそれぞれに前記原料ガスを分配して供給するための分岐部を有し、
前記排出ガス流通配管は、前記分離膜モジュールのそれぞれが排出した前記排出ガスを集約して排出するための集合部を有し、
前記分岐部及び前記集合部のうちの少なくとも一方は、前記筐体の内部に設けられている、請求項６に記載のガス分離装置。
【請求項８】
前記ガス分離膜エレメントに供給される原料ガスは、少なくとも水蒸気を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項９】
前記ガス分離膜エレメントは、親水性樹脂組成物層を備えるガス分離膜を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項１０】
前記親水性樹脂組成物層は、親水性樹脂、及び、酸性ガスと可逆的に反応する物質を含む、請求項９に記載のガス分離装置。
【請求項１１】
前記ガス分離膜エレメントは、スパイラル型ガス分離膜エレメントである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガス分離装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガス分離装置を用いたガス分離方法であって、
前記熱源部を用いて前記熱媒体の温度を所定温度に維持するように調整する温度調整工程と、
前記分離膜モジュールに原料ガスを供給してガス分離処理を行う工程と、を有する、ガス分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離装置及びガス分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体や気体等の原料流体から特定成分を分離するために、特定成分を選択的に透過する分離フィルタをハウジング内に装着した分離膜モジュールを用いることが知られている（例えば、特許文献１〜４）。分離膜モジュールでは、運転時や運転開始時、運転停止時に分離フィルタの加温又は冷却を行うことがある。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２には、周囲に加熱手段を設けた分離膜エレメントを、ハウジング内に複数配置した分離膜モジュールが記載されている。特許文献３には、ハウジング内にガス分離フィルタを装着したガス分離モジュールが記載されており、ハウジングの外周部又は内部に加熱源を設けて、ガス分離フィルタを加温することが記載されている。また、特許文献４には、浸透気化膜に接する液を冷却するための冷却ジャケットを設けた膜モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３９６５４号公報
【特許文献２】特開２０１５−２０８７１４号公報
【特許文献３】特開２００２−２８２６４０号公報
【特許文献４】特開平７−８０２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、分離膜モジュール内を流通するガスの温度を所定の温度に維持するために要するエネルギー量の低減が可能なガス分離装置及びガス分離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔１〕  ハウジング内に少なくとも１つのガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールと、
外気を遮断するための筐体と、
前記筐体の内部を満たす熱媒体の温度を調整するための熱源部と、を有し、
前記筐体は、その内部に前記分離膜モジュールを少なくとも２基以上収容している、ガス分離装置。
【０００７】
〔２〕  前記熱源部は、前記筐体の内部及び前記筐体の外部の少なくとも一方に設けられている、〔１〕に記載のガス分離装置。
【０００８】
〔３〕  前記筐体を構成する層は、少なくとも熱抵抗値が０．１ｍ２・Ｋ／Ｗ以上である、〔１〕又は〔２〕に記載のガス分離装置。
【０００９】
〔４〕  前記筐体を構成する層のうち少なくとも１つの層をなす材料は、少なくとも熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である、〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載のガス分離装置。
【００１０】
〔５〕  前記分離膜モジュールは、前記ハウジング内に２基以上のガス分離膜エレメントを備える、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載のガス分離装置。
【００１１】
〔６〕さらに、前記分離膜モジュールに原料ガスを供給するための原料ガス流通配管と、前記分離膜モジュールから排出ガスを排出するための排出ガス流通配管とを備える、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載のガス分離装置。
【００１２】
〔７〕  前記原料ガス流通配管は、前記分離膜モジュールのそれぞれに前記原料ガスを分配して供給するための分岐部を有し、
前記排出ガス流通配管は、前記分離膜モジュールのそれぞれが排出した前記排出ガスを集約して排出するための集合部を有し、
前記分岐部及び前記集合部のうちの少なくとも一方は、前記筐体の内部に設けられている、〔６〕に記載のガス分離装置。
【００１３】
〔８〕  前記ガス分離膜エレメントに供給される原料ガスは、少なくとも水蒸気を含む、〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載のガス分離装置。
【００１４】
〔９〕  前記ガス分離膜エレメントは、親水性樹脂組成物層を備えるガス分離膜を有する、〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載のガス分離装置。
【００１５】
〔１０〕  前記親水性樹脂組成物層は、親水性樹脂、及び、酸性ガスと可逆的に反応する物質を含む、〔９〕に記載のガス分離装置。
【００１６】
〔１１〕  前記ガス分離膜エレメントは、スパイラル型ガス分離膜エレメントである、〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載のガス分離装置。
【００１７】
〔１２〕  〔１〕〜〔１１〕のいずれかに記載のガス分離装置を用いたガス分離方法であって、
前記熱源部を用いて前記熱媒体の温度を所定温度に維持するように調整する温度調整工程と、
前記分離膜モジュールに原料ガスを供給してガス分離処理を行う工程と、を有する、ガス分離方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るガス分離装置及びガス分離方法は、分離膜モジュール内を流通するガスの放熱量を抑制して、当該ガスの温度を維持するために要するエネルギー量を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のガス分離装置の一例を示す、一部切欠き部分を設けた概略の斜視図である。
【図２】本発明のガス分離膜エレメントの一例を展開して示す、一部切欠き部分を設けた概略の斜視図である。
【図３】本発明のガス分離膜エレメントの一例を示す、一部展開部分を設けた概略の斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、ハウジング内のガス分離膜エレメントの配置の一例を示す模式図である。
【図５】本発明のガス分離装置の他の例を示す、一部切欠き部分を設けた概略の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜ガス分離装置＞
図１に、本実施の形態のガス分離装置１０の概略を示す一部切欠き部分を設けた斜視図を示す。本実施の形態のガス分離装置１０は、原料ガスを、ガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールＭに供給し、原料ガス中の特定ガスを透過させるガス分離膜エレメントを透過した透過ガスと、原料ガス中のガス分離エレメントを透過しなかった非透過ガスとを分離して取り出すことができる。
【００２１】
本実施の形態のガス分離装置１０は、
ハウジング内に少なくとも１つのガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールと、
外気を遮断するための筐体と、
前記筐体の内部を満たす熱媒体の温度を調整するための熱源部と、を有し、
前記筐体は、その内部に前記分離膜モジュールを少なくとも２基以上収容している。
【００２２】
ガス分離装置１０は、原料ガス、分離膜モジュールＭ内のガス分離膜エレメントを透過した透過ガス、及び、ガス分離膜エレメントを透過しなかった非透過ガスのそれぞれが、分離膜モジュールＭ内に流通するための配管を有することができる。具体的には、筐体１１内の分離膜モジュールＭと接続される配管として、分離膜モジュールＭ内に備えられるガス分離膜エレメントに原料ガスを供給するための原料ガス流通配管１７と、ガス分離膜エレメントに備えられるガス分離膜を透過した透過ガスを排出するための透過ガス流通配管（排出ガス流通配管）１８と、ガス分離膜エレメントに備えられるガス分離膜を透過しなかった非透過ガスを排出するための非透過ガス流通配管（排出ガス流通配管）１９と、を備えることができる。以下では、透過ガス流通配管１８と非透過ガス流通配管１９とをまとめて、排出ガス流通配管ということがある。
【００２３】
以下、ガス分離装置１０の各部について説明する。
〔ガス分離膜エレメント〕
ガス分離装置１０の分離膜モジュールＭに備えられるガス分離膜エレメントとしては、公知のガス分離膜エレメントを用いることができ、例えばスパイラル型、中空糸型、チューブ型、プレートアンドフレーム型、モノリス型等を挙げることができる。ガス分離膜エレメントは、例えば複数種のガスを含む原料ガスから、特定ガスを透過して分離する分離膜を含むものであれば特に限定されない。特定ガスとしては、無機ガス（窒素、酸素等）、可燃性ガス（水素、メタン等）、水蒸気、及び、酸性を示す酸性ガス（二酸化炭素、硫化水素、硫化カルボニル、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩化水素等のハロゲン化水素等）等を挙げることができる。
【００２４】
ガス分離膜エレメントとして、スパイラル型ガス分離膜エレメントを用いる場合を例に挙げて説明する。図２に、スパイラル型のガス分離膜エレメントを展開して示す、一部切欠き部分を設けた概略の斜視図を示す。スパイラル型のガス分離膜エレメントは、
特定ガスを含む原料ガスが流れる供給側流路部材３と、
供給側流路部材３を流れる原料ガスに含まれる特定ガスを選択的に分離して透過させるガス分離膜２と、
ガス分離膜２を透過した特定ガスを含む透過ガスが流れる透過側流路部材４と、
原料ガスと透過ガスとの混合を防止するための封止部と、
透過側流路部材４を流れる透過ガスを収集する中心管５と、を有し、
供給側流路部材３と、ガス分離膜２と、透過側流路部材４とをそれぞれ少なくとも１以上積層した積層体が、中心管５に巻回された巻回体を備えることができる。巻回体は、円筒状、角筒状等の任意の形状であってもよい。
【００２５】
ガス分離膜エレメント１は、さらに、巻回体の巻戻しや巻崩れを防止するために、外周テープやテレスコープ防止板等の固定部材（図示せず）を備えていてもよく、ガス分離膜エレメント１にかかる内圧及び外圧による負荷に対する強度を確保するために、巻回体の最外周にアウターラップ（補強層）を有していてもよい。
【００２６】
供給側流路部材３及び透過側流路部材４は、原料ガス及びガス分離膜２を透過した透過ガスの乱流（膜面の表面更新）を促進して、原料ガス中の透過ガスの膜透過速度を増加させる機能と、供給される原料ガス及びガス分離膜２を透過した透過ガスの圧力損失をできるだけ小さくする機能とを有していることが好ましい。供給側流路部材３及び透過側流路部材４は、原料ガス及び透過ガスの流路を形成するスペーサとしての機能と、原料ガス及び透過ガスに乱流を生じさせる機能とを備えていることが好ましいことから、網目状（ネット状、メッシュ状等）のものが好適に用いられる。網目の単位格子の形状は、網目の形状によりガスの流路が変わることから、目的に応じて、例えば、正方形、長方形、菱形、平行四辺形等の形状から選択されることが好ましい。供給側流路部材３及び透過側流路部材４の材質としては、特に限定されないが、ガス分離装置１０が使用される温度条件に耐え得る耐熱性を有する材料が好ましい。
【００２７】
ガス分離膜エレメント１としては、酸性ガスを含む原料ガスから酸性ガスを分離するための酸性ガス分離膜エレメントを用いることができる。ガス分離膜エレメント１に用いるガス分離膜２としては、原料ガスに含まれるガス分子のサイズ及び形状の違いを利用して特定の分子を分離する分子ふるい機構、原料ガスに含まれるガス成分の膜材への溶解度の差と膜中の拡散係数の差とを利用して特定ガスを分離する溶解拡散機構、原料ガスに含まれる特定のガス成分と可逆的に反応するキャリアを膜材中に含有させることで、特定ガスの透過を促進する促進輸送機構等を利用した分離膜を挙げることができる。特に、促進輸送機構を利用して特定ガスを分離する場合、ガス分離膜エレメント１は、後述するように親水性樹脂を用いたガス分離膜を有することが好ましい。
【００２８】
ガス分離膜エレメント１が、少なくとも酸性ガスを含む原料ガスから酸性ガスを分離するための酸性ガス分離膜エレメントである場合、ガス分離膜２は、供給側流路部材３を流れる原料ガスに含まれる酸性ガスを選択的に透過させるために、酸性ガスが透過しやすく、他のガスが透過しにくいガス選択透過性を有することができる。ガス分離膜２が、酸性ガスと可逆的に反応する酸性ガスキャリアを含有する分離膜である場合には、上記した溶解拡散機構に加えて、原料ガスに含まれる酸性ガスと膜材中に含まれる酸性ガスキャリアとの反応生成物を形成して酸性ガスの透過を促進する促進輸送機構により、酸性ガスの高い選択透過性を実現することができる。
【００２９】
下記反応式（１）は、酸性ガスがＣＯ２であり、酸性ガスキャリア（ＣＯ２キャリア）として炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を使用した場合における、ＣＯ２とＣＯ２キャリアとの反応を示している。なお、反応式（１）中の記号「⇔」は、この反応が可逆反応であることを示している。
【００３０】
ＣＯ２＋Ｃｓ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ⇔２ＣｓＨＣＯ３          （１）
上記反応式（１）に示すように、ＣＯ２とＣＯ２キャリアとの可逆反応には水分が必要である。すなわち、酸性ガスがＣＯ２であるガス分離膜２では、上記反応式（１）に示すように、膜材中の水分によって酸性ガスの透過量が変化し、膜材中の水分が高いほど酸性ガスの透過量が多くなる。
【００３１】
酸性ガス分離膜としてのガス分離膜２では、上記反応式（１）に示すように、酸性ガスと酸性ガスキャリアとの可逆反応には水分が必要となる。そのため、ガス分離膜２は、水酸基やイオン交換基等の親水性基を有する親水性樹脂を含むゲル状の親水性樹脂組成物層を有することが好ましい。親水性樹脂を形成する重合体は、例えば、アクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキルエステル、脂肪酸のビニルエステル、又はそれらの誘導体に由来する構造単位を有していることが好ましい。
【００３２】
親水性樹脂は、親水性樹脂の分子鎖同士が架橋により網目構造を有することで高い保水性を示す架橋型親水性樹脂を含むことがより好ましい。酸性ガスがガス分離膜２を透過するための推進力として大きな圧力差が印加されるため、ガス分離膜２に要求される耐圧強度の観点からも、架橋型親水性樹脂を含む親水性樹脂を用いることが好ましい。架橋型親水性樹脂は、親水性を示す重合体を架橋剤と反応させて調製してもよいし、親水性を示す重合体の原料となる単量体と架橋性単量体とを共重合させて調製してもよい。架橋剤又は架橋性単量体としては特に限定されず、従来公知の架橋剤又は架橋性単量体を使用することができる。架橋剤及び架橋方法は、従来公知の方法を採用することができる。
【００３３】
酸性ガスキャリアは、原料ガス中の酸性ガスと可逆的に反応する物質である。酸性ガスキャリアをガス分離膜２に含有させることにより、酸性ガスを含む原料ガスを供給側流路部材３より供給されるガス分離膜２において、酸性ガスの透過を促進させることができる。酸性ガスキャリアは、ガス分離膜２における親水性樹脂を含む親水性樹脂組成物層に存在し、この親水性樹脂組成物層内に存在する水に溶解した酸性ガスと可逆的に反応することにより、酸性ガスを選択的に透過させる。酸性ガスキャリアとしては、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，及びＣｓからなる群より選ばれる少なくとも１つのアルカリ金属の炭酸塩、重炭酸塩又は水酸化物であることが好ましく、これらのうち１種又は２種以上を用いることができる。
【００３４】
ガス分離膜２の親水性樹脂組成物層には、上記した親水性樹脂、酸性ガスキャリアの他に、例えば酸性ガスの水和反応触媒や界面活性剤等が添加剤として含まれていてもよい。
【００３５】
封止部は、原料ガスと透過ガスとの混合を防止するために設けられ、例えば透過側流路部材４及びガス分離膜２に封止材料が浸透して硬化することにより形成することができる。封止部は、通常、巻回体の中心管５の軸に平行な方向の両端に位置する端部、及び、中心管５の軸に直交する方向の両端に位置する端部のうち、中心管５と端部との距離が長い側の端部に設けられて、いわゆるエンベロープ状をなすことができる。封止部は、一般に接着剤として用いられる材料を用いることができ、例えば、エポキシ系樹脂等を用いることができる。
【００３６】
中心管５は、ガス分離膜２を透過した透過ガスを収集して、ガス分離膜エレメント１から排出するための導管である。中心管５は、ガス分離装置１０が使用される温度条件に耐え得る耐熱性を有し、積層体の巻き付けに耐え得る機械的強度を有する材料であることが好ましい。中心管５は、図３に示すように、その外周面に透過側流路部材４で形成される透過ガスの流路空間と中心管５内部の中空空間とを連通させる複数の孔３０を有している。
【００３７】
〔分離膜モジュール〕
分離膜モジュールＭは、ハウジング１５内に、少なくとも１つのガス分離膜エレメント１を備えてなる。図３に、ガス分離膜エレメント１を示す、一部展開部分を設けた概略の斜視図を示す。図４に、ガス分離膜エレメント１をハウジング１５内に配置した分離膜モジュールＭの模式図を示す。
【００３８】
ハウジング１５は、分離膜モジュールＭ内を流通する原料ガスを封入するための空間を形成することができる。ハウジング１５は、例えばステンレス等の筒状部材と、この筒状部材の軸方向両端を閉塞するための閉塞部材とを有していてもよい（図４（ａ）〜（ｄ））。閉塞部材は、筒状部材の軸方向両端を閉塞することができれば特に限定されず、例えば、Ｏリングやガスケット等の封止部材を備えた筒状部材の径よりも大きいフランジ蓋（図４（ａ）〜（ｄ）の分離膜モジュールＭの両端を参照）であってもよい。ハウジング１５は、円筒状、角筒状等の任意の筒状形状であってもよいが、ガス分離膜エレメント１は通常、円筒状であることから、円筒状であることが好ましい。
【００３９】
ハウジング１５は、原料ガス用の入口（図３に示す供給側端部３１と連通する部分）、ガス分離膜エレメント１に備えられたガス分離膜２を透過した透過ガス用の出口（図３に示す排出口３２と連通する部分）、及び、ガス分離膜エレメント１に備えられたガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスの出口（図３に示す排出側端部３３と連通する部分）を有することができる。また、ハウジング１５の内部には、供給側端部３１に供給される原料ガスと、ガス分離膜エレメント１に備えられたガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスとの混合を防止するための仕切りを設けることができる。
【００４０】
分離膜モジュールＭは、ハウジング１５内に少なくとも１つのガス分離膜エレメント１を備えていればよく、好ましくはハウジング１５内に２以上のガス分離膜エレメント１を備える。ハウジング１５内に備えられるガス分離膜エレメント１の数の上限値は特に限定されないが、通常１００以下であることが好ましい。図４（ａ）に、ハウジング１５内に１つのガス分離膜エレメント１を備えた例を示し、図４（ｂ）に、ハウジング１５内に２つのガス分離膜エレメント１を備えた例を示し、図４（ｃ）に、ハウジング１５内に４つのガス分離膜エレメント１を備えた例を示し、図４（ｄ）に、ハウジング１５内に３つのガス分離膜エレメント１を備えた例を示している。ハウジング１５内に配置されるガス分離膜エレメント１の配列及び個数は、例えばガス分離膜エレメント１が酸性ガス分離膜エレメントである場合、ガス分離膜エレメント１を透過する透過ガス中に含まれる酸性ガスの回収率に応じて選択することができる。ここで、酸性ガスの回収率とは、下記式：
酸性ガスの回収率＝（透過ガス中の酸性ガスの流量／原料ガス中の酸性ガスの流量）×１００
で算出される値である。
【００４１】
ハウジング１５内に２以上のガス分離膜エレメント１を配置する場合には、ハウジング１５内にガス分離膜エレメント１を直列に配置してもよく（図４（ｂ），（ｃ））、ハウジング１５内に並列に配置してもよく（図４（ｄ））、これらを組み合わせてもよい。
【００４２】
ハウジング１５内に２以上のガス分離膜エレメント１を配置する場合、各ガス分離膜エレメント１に供給される原料ガスは、並列に供給されてもよく、直列に供給されてもよい。ここで、原料ガスを並列に供給するとは、少なくとも原料ガスを分配して複数のガス分離膜エレメントに導入することをいい、原料ガスを直列に供給するとは、少なくとも前段のガス分離膜エレメント１から排出された透過ガス及び／又は非透過ガスを、後段のガス分離膜エレメント１に導入することをいう。
【００４３】
例えば、図４（ｂ）に示すように、ハウジング１５内に見かけ上、２つのガス分離膜エレメント１を直列に配置し、この２つのガス分離膜エレメント１に、原料ガスを並列に供給する場合には、ハウジング１５に設けた入口から原料ガスを２つのガス分離膜エレメント１に並列に供給する。そして、各ガス分離膜エレメント１に備えられたガス分離膜２を透過した透過ガスを、ハウジング１５に設けた透過ガス用の２つの出口からそれぞれ排出し、各ガス分離膜エレメント１に備えられたガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスを、ハウジング１５に設けた非透過ガス用の出口から排出すればよい。この場合、ハウジング１５に設ける原料ガスの入口と非透過ガスの出口とは、ガス分離膜エレメント１毎にそれぞれ設けてもよく、２つのガス分離膜エレメント１で共有するようにしてもよい。あるいは、原料ガスが供給される入口を１つとし、非透過ガスの出口をガス分離膜エレメント１毎に設けて、出口を２つとしてもよく、これとは反対に、原料ガスが供給される入口をガス分離膜エレメント１毎に設けて、入口を２つとし、非透過ガスの出口を１つとしてもよい。
【００４４】
〔筐体〕
図１に示すように、ガス分離装置１０は、外気を遮断するための筐体１１を備え、筐体１１は、その内部に複数の分離膜モジュールＭを収容することができる。本実施の形態のガス分離装置１０は、筐体１１内に収容された複数の分離膜モジュールＭを集積して配置するものである。そのため、例えば大流量の原料ガスに対してガス分離処理を行う必要がある場合、分離膜モジュールＭの集積数を増やすという簡便な方法によって、ガス分離処理の処理量を増加させることができる。なお、ガス分離処理の処理量を増加させる方法として、分離膜モジュールＭ内に配置する分離膜エレメントを増やすことも考えられるが、通常ハウジング１５の容積には制約があるため、この方法によってガス分離処理の処理量を増加させることは難しい。
【００４５】
筐体１１の厚さは、１．０ｍ以下であることが好ましく、０．６ｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍ以下であることがさらに好ましい。筐体１１の形状や、筐体１１を構成する層をなす材料は、外気を遮断することができれば特に限定されない。筐体１１の形状は、分離膜モジュールＭの大きさや集積数に応じて適宜選定すればよく、直方体形状、立方体形状、円筒状形状等の任意の形状とすることができるが、集積効率を高める点からは直方体形状又は立方体形状であることが好ましい。
【００４６】
筐体１１を構成する層をなす材料としては、筐体１１内の熱媒体を外気から遮断することができる材料を用いることができ、例えば、樹脂、強化ガラス、セラミックス、金属、木材等を用いることができる。筐体１１を構成する層は、熱抵抗値が０．１ｍ２・Ｋ／Ｗ以上であることが好ましく、１ｍ２・Ｋ／Ｗ以上であることがより好ましく、通常１０００ｍ２・Ｋ／Ｗ以下である。なお、筐体１１を構成する層の熱抵抗値は、筐体１１が一層構造である場合には、筐体１１を構成する層の厚さ［ｍ］を、筐体１１を構成する層をなす材料の熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］で除した値（層の厚さ／層をなす材料の熱伝導率）である。筐体１１が複数の層からなる多層構造である場合は、各層ごとに熱抵抗値を算出し、算出した各層の熱抵抗値の和を、筐体１１をなす材料の熱抵抗値とする。なお、熱伝導率は、ＪＩＳ  Ａ１４１２−２にしたがって測定された値である。なお、熱伝率測定時の筐体１１をなす材料の平均温度は２３±１℃とする。
【００４７】
筐体１１内を満たす熱媒体が有する熱が、筐体１１の外表面から放熱されることを抑制し、筐体１１内の熱媒体の保温効率を高めるためには、断熱材料を用いることが好ましい。断熱材料として用いることができる材料は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることがより好ましく、通常０．００１Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超える値である。断熱材料としては、具体的には、天然繊維、合成繊維、鉱物繊維（ロックウール）、ガラス繊維等で形成された繊維集積物、発泡体、不織布、無機多孔質保温材等を挙げることができる。
【００４８】
筐体１１を構成する層は、上記した断熱材料で形成されていてもよく、上記した断熱材料以外の材料で形成された層を、上記した断熱材料で覆ってもよい。また、筐体１１が多層構造を有する場合、筐体１１は、上記した断熱材料以外の材料で形成された層を複数積層した積層体、上記した断熱材料で形成された層を複数積層した積層体、及び、上記した断熱材料以外の材料で形成された層と上記した断熱材料で形成された層とを組み合わせて積層した積層体のうちの少なくとも１つを用いて形成されていてもよいが、少なくとも１つの層が断熱材料で形成されている積層体であることが好ましい。また、筐体１１を形成するために用いられる積層体には、降雨や降雪時に筐体１１を構成する層の内部に水が浸入することを防ぐための層や、筐体１１の形状や機械的強度を確保するための層が含まれていてもよい。また、筐体１１の形状を保持するための材料として、柱状又は板状の構造物を含むものであってもよい。
【００４９】
後述するように、筐体１１の床面、側壁面、天井面等には、筐体１１内の熱媒体の温度を調整する熱源部１３が設置される場合がある。この場合、筐体１１のうち、熱源部１３が設置される床面、側壁面、天井面等の設置面は、異なる材料で形成された積層体で形成されることが好ましい。具体的には、熱源部１３と接する側に熱伝導率の大きい金属層を有し、この金属層の熱源部１３と接する側とは反対側に、例えば断熱材料等の金属層よりも熱伝導率が小さい材料の層を少なくとも１層有する積層体であることが好ましい。熱伝導率の大きい金属層をなす金属材料としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等を挙げることができる。
【００５０】
例えば、筐体１１は、３つの異なる材料を組み合わせた三層構造の積層体で形成することができる。このような積層体として、アルミパネル、ロックウール（例えば、ＭＧボード０８０（ニチアス株式会社製）等）、メッキ鋼板がこの順に積層された構造を挙げることができ、アルミパネル側を筐体１１の内面（筐体１１の内部空間と接する側の表面）に配置することができる。筐体１１がアルミパネル、ロックウール、メッキ鋼板の三層構造の積層体である場合、アルミパネルにおける筐体１１の内部空間と接する表面には、後述する熱源部１３である例えば銅製のトレス配管を配置することにより、筐体１１の内部空間を満たす熱媒体（後述）への熱の授受を効率よく行うことができる。
【００５１】
筐体１１は、密閉空間を形成できることが好ましい。例えば、筐体１１に、配管（原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８、非透過ガス流通配管１９）等を配置するための貫通孔を設けた場合や、筐体１１が複数のパネルで構成される場合には、筐体１１と配管との継ぎ目部や、筐体１１をなす複数のパネル間の継ぎ目部に断熱材料や封止剤を塗布、充填又は貼付し、筐体１１の内部空間への外気の侵入や、筐体１１内の熱媒体が筐体１１の外に漏れ出ることを抑制することが好ましい。
【００５２】
筐体１１の内部空間は熱媒体で満たされており、この熱媒体を、分離膜モジュールＭの内部を流通するガスの温度を維持するために用いる。筐体１１内の熱媒体は、後述するように熱源部１３により加熱又は冷却することが好ましい。筐体１１内の熱媒体は流体であり、熱媒体としては、空気、窒素、ヘリウム、水蒸気、二酸化炭素、有機系熱媒等の気体や、水、オイル等の有機系媒体等の液体を用いてもよいが、気体を用いることが好ましく、空気を用いることがより好ましい。
【００５３】
図１に示すガス分離装置１０では、例えば、筐体１１内に設けられた保持枠１２に分離膜モジュールＭを設置することにより、水平方向及び鉛直方向に分離膜モジュールＭを集積することができる。分離膜モジュールＭは、筐体１１内の床面に接地させて設けるのではなく、筐体１１の床面との間に空間が形成されるように、保持枠１２等に保持して設けることが好ましい。なお、図１には、詳細を省略して示しているが、保持枠１２は、各分離膜モジュールＭを支持し固定できる構造を有していることが好ましい。また、各分離膜モジュールＭの筐体１１内での位置を固定するために、水平方向、鉛直方向及び斜め方向のうちの少なくとも一方向に隣合う分離膜モジュールＭを、ハウジング１５に設けた接続部で互いに接続して固定することが好ましい。なお、筐体１１の床面上に保持枠１２を設置する際には、保持枠１２から床面への伝熱を抑制するために、保持枠１２と筐体１１の床面との間に熱伝導や熱伝達を抑制する材料を設置してもよく、保持枠１２を熱伝導や熱伝達を抑制する材料で被覆してもよい。熱伝導や熱伝達を抑制する材料としては、例えば、ガラス繊維と樹脂の混合材（例えば、レジサルＫ（ニチアス株式会社製）等）等を用いることができる。
【００５４】
図１に示すガス分離装置１０では、水平方向に分離膜モジュールＭを５基設置したもの（以下、「水平方向の分離膜モジュール群」ということがある。）を、鉛直方向に５段積み重ねて配置した例を示している。水平方向に配置される分離膜モジュールＭの数、及び、水平方向の分離膜モジュール群の段数は、これに限定されず、筐体１１の内部空間の大きさ及び分離膜モジュールＭの大きさに応じて適宜選択することができる。分離膜モジュールＭの集積効率の点から、筐体１１内に可能な限り多くの分離膜モジュールＭを集積することが好ましく、筐体１１の放熱面積（筐体の外表面の面積）を低減し筐体１１内の保温効率の点から、集積する分離膜モジュールＭが収容可能な範囲で可能な限り小さい内部空間を有する筐体１１であることが好ましい。例えば、直径５〜５０ｃｍ、長さ０．５〜５ｍの分離膜モジュールＭを用いる場合、水平方向に分離膜モジュールＭを２〜２０基備えることが好ましく、鉛直方向に２〜２０段とすることが好ましい。
【００５５】
水平方向の分離膜モジュール群における分離膜モジュールＭの配置は特に限定されないが、集積効率を高める点から互いに平行に配置されることが好ましい。図１には、分離膜モジュールＭの軸方向に、１基の分離膜モジュールＭを配置する例を示しているが、分離膜モジュールＭの軸方向に、２基以上の分離膜モジュールＭを直列に配置してもよい。また、図１には、水平方向及び鉛直方向のいずれにおいても、分離膜モジュールＭの軸方向が平行となるように分離膜モジュールＭを配置する例を示しているが、鉛直方向に隣合う水平方向の分離膜モジュール群の軸方向は、互いに平行であってもよく、互いに交差していてもよい。さらに、図１に記載のように、水平方向及び鉛直方向のいずれにおいても、分離膜モジュールＭの軸方向が平行となるように分離膜モジュールＭを配置する場合、分離膜モジュールＭの軸方向に直交する断面において、分離膜モジュールＭが千鳥状となるように配置してもよい。
【００５６】
筐体１１内に配置される分離膜モジュールＭは、後述する必要な配管が配置可能であり、また、分離膜モジュールＭとこれに接続されている配管の保守管理が可能となる範囲で、できる限り分離膜モジュールＭ間の距離を小さく設定して配置することが好ましい。これにより、分離膜モジュールＭ間の距離を大きくした場合に比較して、筐体１１内の分離膜モジュールＭの数を増加させて配置することができる。また、筐体１１内での分離膜モジュールＭの配置は、筐体１１内の熱媒体の対流が効果的に生じるように設定することがより好ましい。
【００５７】
筐体１１に収容される分離膜モジュールＭ内のガス分離膜エレメント１は、その使用寿命等に応じて適宜のタイミングで交換される。そのため、分離膜モジュールＭ自体を筐体１１に着脱自在に設けて、分離膜モジュールＭを交換可能としてもよい。あるいは、分離膜モジュールＭのハウジング１５内のガス分離膜エレメント１を交換するようにしてもよい。ハウジング１５は、筐体１１内に着脱可能に取付けてもよく、固定して取付けてもよい。分離膜モジュールＭに比較して軽量なガス分離膜エレメント１を交換することにより、ガス分離膜エレメント１の交換作業の負担を抑制することができる。筐体１１内に分離膜モジュールＭ又はガス分離膜エレメント１を交換可能に取付けた場合には、交換作業の負担を軽減できるように、筐体１１内における分離膜モジュールＭの配置や筐体１１の形状を設定することが好ましい。例えば、分離膜モジュールＭのハウジング１５が筒状部材と筒状部材の軸方向両端を閉塞するための閉塞部材からなる場合は、ハウジング１５の閉塞部材を取り外して、ガス分離膜エレメント１をハウジング１５の筒状部材の軸方向に抜き差しすることによりガス分離膜エレメント１を着脱してもよい。この場合、ガス分離膜エレメント１を軸方向に抜き差し可能となるように、筒状部材の軸方向と交差する筐体１１の一部の面のみを取り外せるようにしてもよい。筐体１１から取り外される一部の面は、１枚のパネルとして取り外されてもよく、着脱や運搬の簡便性を考慮して２枚以上のパネルに分割して取り外せるようにしてもよい。
【００５８】
筐体１１内の熱媒体の効果的な対流、及び、ガス分離膜エレメント１の交換作業の観点から、筐体１１内に集積する分離膜モジュールＭの外容積効率は、５０％以下であることが好ましく、２５％以下であることがより好ましい。外容積効率は、次式：
外容積効率＝（分離膜モジュールＭの外容積／筐体１１の外容積）×１００
で算出される。但し、外容積効率が小さすぎると筐体１１のサイズが大きくなりすぎ、分離膜モジュールＭの集積効率が低下するため、外容積効率は５％以上であることが好ましい。ここで、分離膜モジュールＭの外容積とは、ガス分離膜エレメント１を配置するための空間を形成するハウジング１５の胴体部分における外容積であり、ハウジング１５が筒状部材及び筒状部材の軸方向両端に閉塞部材を含む場合には、筒状部材の外容積である。
【００５９】
〔熱源部〕
ガス分離装置１０は、筐体１１の内部空間の温度を調整するための熱源部１３を有することができる。熱源部１３は、筐体１１の熱媒体を加熱するための加熱部や、筐体１１の熱媒体を冷却するための冷却部や、筐体１１の熱媒体を加熱する機能と冷却する機能を併せ持つ加熱冷却部を挙げることができる。熱源部１３を設けることにより、筐体１１の内部空間を満たす熱媒体を加熱又は冷却し、筐体１１内に配置された分離膜モジュールＭのハウジング１５や、分離膜モジュールＭ内のガス分離膜エレメント１及び分離膜モジュールＭ内を流通するガス等を、ガス分離処理を行う際に必要となる温度まで加温又は冷却するとともに、ガス分離処理中の分離膜モジュールＭ内を流通するガスを目的の温度に維持することができる。筐体１１には、熱源部１３として加熱部及び冷却部のうち一方を設けてもよいが、筐体１１内の熱媒体に対して加熱及び冷却が行えるように、加熱部及び冷却部の両方を設けてもよいし、加熱冷却部を設けてもよい。
【００６０】
図１に示すガス分離装置１０では、熱源部１３を筐体１１内の床面上に設ける例を示している。熱源部１３は、筐体１１の内部の任意の位置に設置すればよく、図１に示す床面上の他、筐体１１の側壁面上や天井面上、隣合う分離膜モジュールＭの間、筐体１１の床面、側壁面又は天井面と、これらの面に最も近接する分離膜モジュールＭとの間の空間に設けてもよく、これらを任意に組み合わせてもよい。熱源部１３は、例えば筐体１１内の床面上及び側壁面上に設けることができる。なお、筐体１１内の分離膜モジュール内を流通するガスの温度を維持しやすくするために、熱源部１３は、分離膜モジュールＭのハウジング１５の外壁面や、配管（原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８、非透過ガス流通配管１９）の外壁面に直接接することがないように設けることが好ましい。
【００６１】
図１に示すガス分離装置１０では、筐体１１の内部に熱源部１３を設ける例を示したが、これに限らず、熱源部１３は、筐体１１の外部に設置されてもよく、筐体１１の内部及び外部の両方に設けてもよい。ただし、筐体１１内の熱媒体の温度調整を行うために必要となるエネルギー量の観点から、筐体１１の内部に設けることが好ましい。また、隣合う分離膜モジュールＭの間に熱源部１３を設けた場合、分離膜モジュールＭの集積度が低下し、筐体１１のサイズも大きくなってガス分離装置１０のサイズが大きくなる可能性があるため、筐体１１の床面上、側壁面上、天井面上に熱源部１３を設けて、ガス分離装置１０をコンパクト化することが好ましい。
【００６２】
熱源部１３としては、分離膜モジュールＭ内を流通するガスを目的とする温度に調整することができるものであれば特に限定されない。例えば、ガス分離装置１０が酸性ガス分離膜エレメントを有する場合、筐体１１内の熱媒体の温度は、通常０〜１５０℃に保たれることが好ましいため、この温度を実現できるように、熱源部１３の種類、伝熱面積、配置等を選定することが好ましい。また、筐体１１内の熱媒体も、上記温度に応じて選定することが好ましい。
【００６３】
熱源部１３が筐体１１の内部に設置される場合には、熱源部１３として、例えば、ジャケットヒータ、トレス配管やフィンチューブ、抵抗発熱体、誘導加熱装置、マイクロ波照射、サーモクーラ等を用いればよく、これらは単独で又は組み合わせて用いることができる。熱源部１３が筐体１１の外部に設置される場合には、例えば、筐体１１の外部に設置した熱交換器で所定の温度に調整した空気や蒸気発生器等で発生させたスチーム等の熱媒体をブロワ等を用いて筐体１１内に供給する、ブロワ等を用いて筐体１１の内部空間中の熱媒体を筐体１１の外部に設置した熱交換器に供給して所定の温度に調整し、温度調整した熱媒体を筐体１１に供給して、筐体１１内の熱媒体を循環する等によって行えばよく、これらを単独で又は組み合わせて行えばよい。ジャケットヒータ、トレス配管、フィンチューブ、熱交換器等に流通させる媒体としては、水やオイル等の液体や、水蒸気や加熱空気等の気体を用いることができる。また、この媒体として、原料ガス及び／又は透過ガス及び／又は非透過ガスの前処理・後処理工程におけるプロセスガスを利用してもよく、媒体の温度を調整する熱源としてプロセスガス、プロセス中に発生する排ガスの廃熱を利用してもよく、前記前処理・後処理工程におけるプロセスガスの廃熱を用いてもよい。
【００６４】
なお、熱源部１３としてトレス配管を用いる場合、トレス配管を延長するために複数のトレス配管同士を接続すると、トレス配管内を流通する流体が漏洩する虞がある。そのため、トレス配管の接続部分が可能な限り少なくなるように、トレス配管の長さやトレス配管の配置を選定することが好ましい。また、トレス配管を施工する際には、トレス配管の曲げ工程でトレス配管に破損や破断等が発生することを回避するために、曲げ加工の少ないトレス配管を設置することが好ましい。トレス配管は、隣接するトレス配管同士の間隔が０．０５ｍ以上０．３ｍ以下、例えば０．１ｍ間隔となるように配置することが好ましく、トレス配管を同一平面上に配置することが好ましい。また、トレス配管は、熱伝導率が高い銅製であることが好ましく、内径が６ｍｍ以上であり、肉厚が２ｍｍ以上であることが好ましく、例えば内径１０ｍｍ、肉厚２ｍｍとすることができる。トレス配管内を流通する流体として水蒸気を用いる場合、水蒸気の供給口には水蒸気が凝縮することによって凝縮水が付着する虞があるため、水蒸気の供給口は、凝縮水が自重によって排出される位置に設けることが好ましい。また、トレス配管内の圧力を低下させることなく凝縮水を排出するために、凝縮水の排出口にはスチームトラップを設けることが好ましい。
【００６５】
熱源部１３は、筐体１１内の熱媒体の温度ムラを抑制して加熱又は冷却できるように設けることが好ましいが、筐体１１内の温度ムラを低減するために筐体１１内の熱媒体を流動させるためのファン等を設けてもよい。筐体１１内の熱媒体を効率的に加熱又は冷却し保温するとともに、筐体１１内の熱媒体の温度ムラを低減する観点からは、筐体１１の床面及び側壁面に熱源部１３を沿わせて設けることが好ましい。
【００６６】
〔配管〕
図１に示すガス分離装置１０は、分離膜モジュールＭに原料ガスを供給するための配管や、分離膜モジュールＭから排出された透過ガスや非透過ガスを排出するための配管を設けることができる。具体的には、ガス分離装置１０は、原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管（排出ガス流通配管）１８及び非透過ガス流通配管（排出ガス流通配管）１９を有することができる。これらの配管は、例えば、筐体１１下部（床面側）を貫通して筐体１１の内部及び外部に配置される。なお、図１では、後述する分岐部２０及び集合部２１について、作図の都合上、図中に存在する一部の分岐部及び集合部についてのみ符号を付している。
【００６７】
原料ガス流通配管１７は、筐体１１の外部から筐体１１の内部に収容されている分離膜モジュールＭに原料ガスを供給するための配管として用いることができる。原料ガス流通配管１７は、分離膜モジュールＭの軸方向の一端（図１中の右側）から、筐体１１内のすべての分離膜モジュールＭに原料ガスを分配して供給できるように、原料ガスを供給する配管が枝分かれした分岐部２０を有することができる。
【００６８】
図１に示すガス分離装置１０では、原料ガス流通配管１７の分岐部２０の一部が筐体１１の外部に設けられる場合を示しているが、後述する図５に示すように、原料ガス流通配管１７の分岐部２０のすべてを筐体１１の内部に設けることが好ましい。また、原料ガス流通配管１７と各分離膜モジュールＭとの接続部も、筐体１１の外部に設けてもよいが、図１に示すように筐体１１内に設けられることが好ましい。この分岐部２０及び接続部は、フランジ等が存在することにより外表面の形状に起伏が大きく、熱源部で直接覆うことが難しく、クールスポットやホットスポットとなりやすい。そのため、この分岐部２０及び接続部を筐体１１内に配置して、筐体１１内で分離膜モジュールＭとともに加温又は冷却することにより、分離膜モジュールＭ内を流通するガスの温度に変動やムラが生じることを抑制することが好ましい。
【００６９】
透過ガス流通配管１８は、筐体１１の内部に収容されている分離膜モジュールＭから筐体１１の外部に透過ガスを排出するための配管として用いることができる。透過ガス流通配管１８は、筐体１１内のすべての分離膜モジュールＭの軸方向の他端（図１中の左側）から、原料ガスのうちガス分離膜エレメント１のガス分離膜２を透過した透過ガスを集約して排出できるように、透過ガスを排出する配管が合流する集合部２１を有することができる。
【００７０】
図１に示すガス分離装置１０では、透過ガス流通配管１８の集合部の一部が筐体１１の外部に設けられる場合を示しているが、後述する図５に示すように、透過ガス流通配管１８の集合部２１のすべてを筐体１１の内部に設けることが好ましい。また、透過ガス流通配管１８と各分離膜モジュールＭとの接続部も、筐体１１の外部に設けてもよいが、図１に示すように筐体１１内に設けられることが好ましい。この集合部２１及び接続部は、フランジ等が存在することにより外表面の形状に起伏が大きく、熱源部で直接覆うことが難しく、クールスポットやホットスポットとなりやすい。そのため、この集合部２１及び接続部を筐体１１内に配置して、筐体１１内で分離膜モジュールＭとともに加温又は冷却することにより、分離膜モジュールＭのガス分離膜２を透過した透過ガスの温度に変動やムラが生じることを抑制することが好ましい。
【００７１】
非透過ガス流通配管１９は、筐体１１の内部に収容されている分離膜モジュールＭから筐体１１の外部に非透過ガスを排出するための配管として用いることができる。非透過ガス流通配管１９は、筐体１１内のすべての分離膜モジュールＭから、原料ガスのうちガス分離膜エレメント１のガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスを集約して排出できるように、非透過ガスを排出する配管が合流する集合部２１を有することができる。
【００７２】
図１に示すガス分離装置１０では、非透過ガス流通配管１９の集合部２１の一部が筐体１１の外部に設けられる場合を示しているが、後述する図５に示すように、非透過ガス流通配管１９の集合部２１のすべてを筐体１１の内部に設けることが好ましい。また、非透過ガス流通配管１９と各分離膜モジュールＭとの接続部も、筐体１１の外部に設けてもよいが、図１に示すように筐体１１内に設けられることが好ましい。この集合部２１及び接続部は、フランジ等が存在することにより外表面の形状に起伏が大きく、熱源部で直接覆うことが難しく、クールスポットやホットスポットとなりやすい。そのため、この集合部２１及び接続部を筐体１１内に配置して、筐体１１内で分離膜モジュールＭとともに加温又は冷却することにより、分離膜モジュールＭのガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスの温度に変動やムラが生じることを抑制することが好ましい。
【００７３】
分岐部２０、集合部２１及び接続部を筐体１１内に配置することにより、上記の配管（原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９）を流通するガスに水蒸気等の凝縮性成分が含まれる場合、この凝縮性成分の凝縮を抑制することができる。また、上記の配管は、凝縮性成分が凝縮した凝縮液を排出するための凝縮液排出部を有していてもよい。凝縮液排出部は、筐体１１内の最下段の分離膜モジュールＭの底面よりも低い位置に設置し、凝縮液排出部には、上記配管内で発生した凝縮液がその自重によって排出されるように上記の配管に傾斜を設けることが好ましい。なお、凝縮液排出部を設けない場合には、筐体１１内の最下段の分離膜モジュールＭの底面よりも低い位置に、上記の配管が筐体１１を貫通していることが好ましく、この場合、ガス分離装置１０の外部に凝縮液排出部を設けることが好ましい。凝縮液排出部から排出される凝縮水は連続的又は間欠的に外部に排出されることが好ましい。
【００７４】
原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９の数、配置は、分離膜モジュールＭの配置や数、分離膜モジュールＭ内に備えられるガス分離膜エレメント１の配置や数に応じて選定すればよい。また、図１に示すガス分離装置１０では、原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９をそれぞれ１つ設け、各配管が、筐体１１内のすべての分離膜モジュールＭに接続されている場合について説明したが、例えば、筐体１１内の分離膜モジュールＭをグループ分けし、グループ毎に原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９をそれぞれ複数設けるようにしてもよい。
【００７５】
図１に示すガス分離装置１０では、筐体１１内に集積された複数の分離膜モジュールＭにガスを並列に供給又は排出する配管（原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９）を示しているが、これら以外の配管を有していてもよい。例えば、筐体１１内に集積された複数の分離膜モジュールＭに原料ガスを直列に供給するための配管を設けるようにしてもよい。すなわち、筐体１１内の分離膜モジュールＭから排出された透過ガス及び／又は非透過ガスを、筐体１１内の他の分離膜モジュールＭに供給するための配管を設けてもよい。
【００７６】
例えば、図５に示すような他のガス分離装置を用いてもよい。図５は、ガス分離装置の他の例を示す、一部切欠き部分を設けた概略の斜視図である。図５に示すガス分離装置１０ａは、筐体１１内に集積された複数の分離膜モジュールＭａにガスを並列に供給又は排出する配管の構造において、図１に示すガス分離装置１０と特に異なっている。また、ガス分離装置１０ａでは、筐体１１内の分離膜モジュールＭａのハウジング１５には、図４（ｂ）に示すように、２つのガス分離膜エレメント１が直列に配置されている。さらに、ガス分離装置１０ａでは、原料ガス流通配管１７ａの分岐部２０ａのすべて、透過ガス流通配管１８ａ、１８ｂの集合部２１ａ、２１ｂのすべて、及び、非透過ガス流通配管１９ａ、１９ｂの集合部２１ａ、２１ｂのすべてを筐体１１の内部に配置している点でも、図１に示すガス分離装置１０と異なっている。なお、図５では、分岐部２０ａ及び集合部２１ａ，２１ｂについて、作図の都合上、図中に存在する一部の分岐部及び集合部についてのみ符号を付している。
【００７７】
図５に示すガス分離装置１０ａでは、分離膜モジュールＭａ内の２つのガス分離膜エレメント１のそれぞれに原料ガスを供給するために、分離膜モジュールＭａの軸方向の中央部に原料ガス流通配管１７ａが設けられている。また、分離膜モジュールＭａの軸方向の両端にはそれぞれ、透過ガス流通配管１８ａ、１８ｂ及び非透過ガス流通配管１９ａ、１９ｂが設けられている。原料ガス流通配管１７ａが分岐部２０ａを有すること、透過ガス流通配管１８ａ、１８ｂ及び非透過ガス流通配管１９ａ、１９ｂが集合部２１ａ、２１ｂを有することは、原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９の説明と同様である。また、原料ガス流通配管１７ａ、透過ガス流通配管１８ａ、１８ｂ及び非透過ガス流通配管１９ａ、１９ｂが筐体１１下部（床面側）を貫通して筐体１１の内部及び外部に配置されることについても、原料ガス流通配管１７、透過ガス流通配管１８及び非透過ガス流通配管１９の説明と同様である。
【００７８】
ガス分離装置１０ａでは、原料ガス流通配管１７ａのすべての分岐部２０ａ、透過ガス流通配管１８ａ、１８ｂの全ての集合部２１ａ、２１ｂ、及び非透過ガス流通配管１９ａ、１９ｂのすべての集合部２１ａ、２１ｂが、筐体１１の内部に設けられている点において、図１に示すガス分離装置１０とは異なっている。そのため、ガス分離装置１０ａでは、これらの分岐部２０ａ、集合部２１ａ、２１ｂ、上記した接続部のすべてを筐体１１内に配置して、筐体１１内で分離膜モジュールＭとともに加温又は冷却することにより、これらを筐体１１の外部に配置する場合に比較して、分離膜モジュールＭのガス分離膜２を流通するガスの温度に変動やムラが生じることをより一層抑制することができる。
【００７９】
ガス分離装置１０ａでは、原料ガス流通配管１７ａから原料ガスが、各分離膜モジュールＭａ内の２つのガス分離膜エレメント１に並列に供給される。各分離膜モジュールＭａ内の２つのガス分離膜エレメント１のガス分離膜２を透過した透過ガスは、透過ガス流通配管１８ａ、１８ｂを通じて排出され、ガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスは、非透過ガス流通配管１９ａ、１９ｂを通じて排出される。
【００８０】
〔その他の装置〕
ガス分離装置１０は、圧力調整部を有していてもよい。圧力調整部は、筐体１１内を満たす熱媒体が水蒸気である場合に、筐体１１内を加圧又は減圧することができる。これにより、筐体１１内の熱媒体である水蒸気の温度を調整することができる。また、熱媒体として水蒸気等の凝縮性成分を含む場合、筐体１１内で凝縮した凝縮液を筐体１１内から排出するための排出機構を有していることが好ましく、例えば、筐体１１下部（床面側）を貫通して筐体１１内から凝縮液を外部に排出する凝縮液排出部を設けることができる。凝縮液排出部から排出される凝縮水は連続的又は間欠的に外部に排出されることが好ましい。
【００８１】
また、ガス分離装置１０は、温度測定部を有していてもよい。温度測定部は、筐体１１内の熱媒体に与える加熱量及び冷却量を調整するために、上記した熱源部１３と連動して機能するものである。温度測定部は、筐体１１内の熱媒体、分離膜モジュールＭ内のガス、分離膜モジュールＭに接続されている配管内のガス、筐体１１をなす層の内部又は／及び表面、筐体１１の内部に設けられた配管の表面、分離膜モジュールＭのハウジング１５の表面、及び、筐体１１の外部の外気のうちの少なくとも１つの温度を測定することができるように、任意の位置に設置することができ、１又は２以上の位置に設置してもよい。なお、筐体１１内の熱媒体の温度を測定する場合、温度測定部は、熱源部１３から十分に離れた位置に設置し、熱源部１３の温度変化に直接影響されないようにすることが好ましい。
【００８２】
筐体１１内の温度を測定するための温度測定部は、例えば、筐体１１の床面の中央部付近及び天井面の中央部付近の内部空間中の２箇所に、分離膜モジュールＭや筐体１１に接しないように設けることができる。また、原料ガスの温度を測定するための温度測定部は、例えば、原料ガス流通配管１７のうち、筐体１１を貫通する部分の配管内、及び、筐体１１内の分離膜モジュールＭとの接続部付近の配管内の２箇所に設けることができる。
【００８３】
また、ガス分離装置は、熱源部１３とは別に初期温度調整部を有していてもよい。初期温度調整部は、ガス分離処理開始前に、筐体１１内に配置された分離膜モジュールＭのハウジング１５や、分離膜モジュールＭ内のガス分離膜エレメント１及び分離膜モジュールＭを流通するガス等を、ガス分離処理を行う際に必要となる温度に調整するものである。初期温度調整部を設けることにより、ガス分離処理開始前に行われる上記した温度調整に要する時間を短縮することができる。初期温度調整部は、上記した熱源部１３と同様のものを用いることができるが、筐体１１のサイズが大きくならないものを選定することが好ましい。例えば、初期温度調整部として、分離膜モジュールＭの外壁に設置したトレス配管を用いることができる。
【００８４】
＜ガス分離方法＞
本実施の形態のガス分離方法は、
上記のガス分離装置を用いたガス分離方法であって、
熱源部１３を用いて、筐体１１を満たす熱媒体の温度を所定温度に維持するように調整する温度調整工程と、
分離膜モジュールＭに原料ガスを供給してガス分離処理を行う工程と、を有する。
【００８５】
温度調整工程は、筐体１１の内部空間の熱媒体を加熱する工程、及び、筐体１１の内部空間の熱媒体を冷却する工程のうちの少なくとも一方を含み、両方の工程を含んでいてもよい。
【００８６】
以下では、ガス分離装置１０において、上記した酸性ガス用のスパイラル型ガス分離膜エレメントを用い、原料ガスから、酸性ガスとしてＣＯ２を分離する場合のガス分離方法を例に挙げて説明する。
【００８７】
ガス分離装置１０では、ガス分離処理が開始される前に、ハウジング１５内に１以上のガス分離膜エレメント１を備えた分離膜モジュールＭを、筐体１１に収容した後、熱源部１３によって筐体１１の内部空間の熱媒体を加熱又は冷却し、筐体１１内の熱媒体を目的とする温度に維持しておくことが好ましい。筐体１１内が目的とする温度に達し、筐体１１の熱媒体の温度が定常状態となった後に、ＣＯ２と水蒸気とを含む原料ガスを原料ガス流通配管１７に供給してガス分離処理を開始することができる。原料ガス流通配管１７に供給される原料ガスは、あらかじめ熱交換器、気液分離器、圧縮器、水分追加装置、減圧器等からなる群より選ばれる加湿又は除湿を行う調湿装置によって、温度の調節及び湿度の調節が行われていることが好ましい。
【００８８】
原料ガス流通配管１７に供給された原料ガスは、筐体１１内に収容されている各分離膜モジュールＭに分配して供給される。分離膜モジュールＭでは、図３に示す供給側端部３１から、ガス分離膜エレメント１の供給側流路部材３に連続的に供給され（図３の矢印ａ）、供給側流路部材３を流れる原料ガスに含まれるＣＯ２がガス分離膜２を透過する。ガス分離膜２を透過した透過ガスは、透過側流路部材４内を流れて、孔３０から中心管５に供給される。中心管５の排出側に接続されハウジング１５に設けられた排出口３２を経て連続的に収集され（図３の矢印ｂ）、透過ガス流通配管１８に供給される。一方、ガス分離膜２を透過しなかった非透過ガスは、分離膜モジュールＭの排出側端部３３から連続的に排出され（図３の矢印ｃ）、非透過ガス流通配管１９に供給される。これにより、原料ガスから、ＣＯ２を分離することができる。
【００８９】
上記のようなガス分離処理が行われている間、筐体１１の内部空間は、筐体１１の外部の外気から遮断された状態となっているため、熱源部１３によって筐体１１内の熱媒体を効率的に加熱又は冷却して目的の温度に維持することができる。
【００９０】
分離膜モジュールＭの集積には、集積用の保持枠１２に分離膜モジュールＭを固定するための固定部や、分離膜モジュールＭ同士又は分離膜モジュールＭと配管とを接続するための接続部等が設けられることがある。本実施の形態のガス分離装置１０では、ジャケットヒータ等の熱源部で直接覆うことが難しいとされる固定部や接続部も筐体１１内に設けられている。そのため、ガス分離装置１０では、集積されたすべての分離膜モジュールＭに加え、分離膜モジュールＭに取付けられる固定部や接続部も、筐体１１内の熱媒体によって保温することができるため、分離膜モジュールＭや配管に生じるホットスポットやクールスポットを抑制して、分離膜モジュールＭ内を流通するガスの温度に変動やムラが生じることを抑制することができる。
【００９１】
特に、本実施の形態のガス分離装置１０では、ガス分離膜エレメントを備えた分離膜モジュールＭの集積数を増やした場合にも、筐体１１内の熱媒体によって、集積された分離膜モジュールＭを保温するため、各分離膜モジュールＭや配管に生じるホットスポットやクールスポットを抑制しつつ、大量の原料ガスのガス分離処理を行うことができる。
【００９２】
一般的に、ガス分離膜エレメントでは、原料ガスの温度が高いほど透過性能を向上できる傾向にある。また、促進輸送機構を利用したガス分離膜を含むガス分離膜エレメントでは、原料ガスの温度に加えて、原料ガスの湿度が高いほど透過性能を向上できる傾向にある。原料ガスの湿度は原料ガスの水蒸気量と温度とのバランスで決まる。そのため、原料ガスの温度を精度よく管理することが好ましい。上記のように、分離膜モジュールＭや配管に生じるホットスポットやクールスポットを抑制することにより、分離膜モジュールＭ内を流通するガスの温度に変動やムラが生じることを抑制することが期待できるため、ガス分離性能を安定化できることが期待できる。
【００９３】
例えば酸性ガス用のスパイラル型ガス分離膜エレメントでは、原料ガスがＣＯ２及び水蒸気を含み、ガス分離膜２に親水性樹脂が用いられるため、ガス分離処理において温度ムラが生じると、温度が低下した領域で水蒸気が凝縮するおそれがある。水蒸気が凝縮することによって生じた凝縮水は、ガス分離膜エレメント１の膜性能を低下させ、安定したガス分離性能を維持することを困難にする可能性がある。本実施の形態のガス分離装置１０では、筐体１１内に集積した分離膜モジュールＭ全体を、固定部や接続部も含めて保温することができるため、分離膜モジュールＭや配管に生じるホットスポットやクールスポットを抑制して、分離膜モジュールＭ内を流通するガスの温度に変動やムラが生じることを抑制することができる。これにより、これら原料ガス、透過ガス及び非透過ガスに含まれる水蒸気が凝縮することを抑制し、ガス分離膜エレメント１の膜性能の低下を抑制し、安定したガス分離性能を維持することが期待できる。
【００９４】
また、本実施の形態のガス分離装置１０は、特に、分離膜モジュールＭを高密度に集積する場合に、エネルギー効率を向上する効果も期待できる。例えば、分離膜モジュールＭの外壁面にヒートジャケット等の熱源部を設けて、分離膜モジュールＭと熱源部とを一体化し、分離膜モジュールＭを個々に加熱又は冷却する場合、分離膜モジュールＭの集積数の増加に伴って外気と接する表面積が増加して放熱面積が増えるため、各分離膜モジュールＭ内を流通するガスの温度を維持するために必要なエネルギーが大きくなる。これに対し、本実施の形態のガス分離装置１０では、筐体１１内に分離膜モジュールＭを集積して設けることができ、熱源部１３によって温度調整がなされる筐体１１内の熱媒体の放熱量は、筐体１１の外表面の面積に依存する。したがって、筐体１１の外表面の面積を、筐体１１内に集積される分離膜モジュールＭの表面積の総和に比較して小さくすることができる程度に分離膜モジュールを高密度に集積する場合には、分離膜モジュールＭ内を流通するガスの温度を維持するために必要なエネルギーを抑制してエネルギー効率を高めることができる。
【００９５】
以下に、集積した分離膜モジュールＭを、筐体１１内に収容した場合の放熱面積、放熱量及び外容積効率の計算結果（実施例１〜５）と、筐体１１内に収容しなかった場合の放熱面積及び放熱量の計算結果（比較例１〜５）とを対比して示す。
【００９６】
計算に際して用いた条件は以下のとおりである。なお、分離膜モジュール、筐体、及び配管の外表面が断熱材料を含む複合材料で覆われている場合、実施例と比較例とを比較しやすいように、それらの複合材料として、総括伝熱係数及び厚みが同じ複合材料を適用している。
【００９７】
［分離膜モジュールのタイプ］
・分離膜モジュールＭ１：
筒状部材：直径２３ｃｍ、長さ１．６ｍ、板厚０．６ｃｍのステンレス製円筒
閉塞部材：直径３８ｃｍ、板厚４．１ｃｍのステンレス製板（筒状部材の両端部）
表面積：１．３８ｍ２（筒状部材及び閉塞部材を含む）
ガス分離膜エレメントの収容数：１基（図４（ａ）を参照）
・分離膜モジュールＭ２：
筒状部材：直径２３ｃｍ、長さ２．９ｍ、板厚０．６ｃｍのステンレス製円筒
閉塞部材：直径３８ｃｍ、板厚４．１ｃｍのステンレス製板（筒状部材の両端部）
表面積：２．３２ｍ２（筒状部材及び閉塞部材を含む）
ガス分離膜エレメントの収容数：２基（図４（ｂ）を参照）
・分離膜モジュールＭ３：
筒状部材：直径２３ｃｍ、長さ５．５ｍ、板厚０．６ｃｍのステンレス製円筒
閉塞部材：直径３８ｃｍ、板厚４．１ｃｍのステンレス製板（筒状部材の両端部）
表面積：４．２０ｍ２（筒状部材及び閉塞部材を含む）
ガス分離膜エレメントの収容数：４基（図４（ｃ）を参照））
・分離膜モジュールＭ４：
分離膜モジュールは筒状部材の外表面を覆うようにジャケットが設けられており、当該ジャケット及び閉塞部材の外表面は断熱材料を含む複合材料で覆われていること以外は、分離膜モジュールＭ１と同じである。但し、筒状部材の外表面にジャケットが設けられることにより、筒状部材及び閉塞部材の直径が分離膜モジュールＭ１の１．５倍となる。
【００９８】
表面積：５．３７ｍ２（ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の外表面）
ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の厚み：２１ｃｍ
・分離膜モジュールＭ５：
分離膜モジュールは筒状部材の外表面を覆うようにジャケットが設けられており、当該ジャケット及び閉塞部材の外表面は断熱材料を含む複合材料で覆われていること以外は、分離膜モジュールＭ２と同じである。但し、筒状部材の外表面にジャケットが設けられることにより、筒状部材及び閉塞部材の直径が分離膜モジュールＭ２の１．５倍となる。
【００９９】
表面積：８．４９ｍ２（ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の外表面）
ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の厚み：２１ｃｍ
・分離膜モジュールＭ６：
分離膜モジュールは筒状部材の外表面を覆うようにジャケットが設けられており、当該ジャケット及び閉塞部材の外表面は断熱材料を含む複合材料で覆われていること以外は、分離膜モジュールＭ３と同じである。但し、筒状部材の外表面にジャケットが設けられることにより、筒状部材及び閉塞部材の直径が分離膜モジュールＭ３の１．５倍となる。
【０１００】
表面積：１４．７４ｍ２（ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の外表面）
ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
ジャケット及び閉塞部材の外表面を覆う複合材料の厚み：２１ｃｍ
［集積形態］
・集積形態１：
分離膜モジュールＭの配列：水平方向に５基×鉛直方向に５段
分離膜モジュールＭの総数：２５基
・集積形態２：
分離膜モジュールＭの配列：水平方向に１０基×鉛直方向に５段
分離膜モジュールＭの総数：５０基
［筐体］
・筐体Ｍ１−１：
筐体のサイズ：縦２．４６ｍ、横２．９６ｍ、高さ３．５４ｍ（直方体）
筐体の外表面積：５２．９８ｍ２
筐体を構成する層の厚み：２１ｃｍ
筐体を構成する層をなす材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
分離膜モジュールの集積形態：集積形態１
収容する分離膜モジュールＭのタイプ：分離膜モジュールＭ１
・筐体Ｍ２−１：
筐体のサイズ：縦３．７６ｍ、横２．９６ｍ、高さ３．５４ｍ（直方体）
筐体の外表面積：６９．８９ｍ２
筐体を構成する層の厚み：２１ｃｍ
筐体を構成する層をなす材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
分離膜モジュールの集積形態：集積形態１
収容する分離膜モジュールＭのタイプ：分離膜モジュールＭ２
・筐体Ｍ１−２：
筐体のサイズ：縦２．４６ｍ、横５．９２ｍ、高さ３．５４ｍ（直方体）
筐体の外表面積：８８．５２ｍ２
筐体を構成する層の厚み：２１ｃｍ
筐体を構成する層をなす材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
分離膜モジュールの集積形態：集積形態２
収容する分離膜モジュールＭのタイプ：分離膜モジュールＭ１
・筐体Ｍ２−２：
筐体のサイズ：縦３．７６ｍ、横５．９２ｍ、高さ３．５４ｍ（直方体）
筐体の外表面積：１１３．１３ｍ２
筐体を構成する層の厚み：２１ｃｍ
筐体を構成する層をなす材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
分離膜モジュールの集積形態：集積形態２
収容する分離膜モジュールＭのタイプ：分離膜モジュールＭ２
・筐体Ｍ３−２：
筐体のサイズ：縦６．３６ｍ、横５．９２ｍ、高さ３．５４ｍ（直方体）
筐体の外表面積：１６２．３４ｍ２
筐体を構成する層の厚み：２１ｃｍ
筐体を構成する層をなす材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
分離膜モジュールの集積形態：集積形態２
収容する分離膜モジュールＭのタイプ：分離膜モジュールＭ３
［配管］
・配管１−１
分離膜モジュールの集積形態：集積形態１
原料ガス流通配管：直径１１．４０ｃｍ、長さ０．８３ｍ
直径６．００ｃｍ、長さ０．６７ｍ
透過ガス流通配管：直径１１．４０ｃｍ、長さ０．８３ｍ
直径６．００ｃｍ、長さ０．６７ｍ
非透過ガス流通配管：直径１１．４０ｃｍ、長さ０．８３ｍ
直径６．００ｃｍ、長さ０．６７ｍ
表面積：１．２７ｍ２（全配管の外表面積）
・配管２−１
配管の外表面を覆うようにジャケットが設けられており、当該ジャケットの外表面は断熱材料を含む複合材料で覆われていること以外は、配管１−１と同じである。但し、配管の外表面にジャケットが設けられることにより、配管の直径が配管１−１の１．５倍となる。
【０１０１】
表面積：７．８５ｍ２（配管外表面のジャケットを覆う複合材料の外表面）
配管の外表面を覆う複合材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
配管の外表面を覆う複合材料の厚み：２１ｃｍ
・配管１−２
分離膜モジュールの集積形態：集積形態２
原料ガス流通配管：直径１１．４０ｃｍ、長さ１．６７ｍ
直径６．００ｃｍ、長さ１．３３ｍ
透過ガス流通配管：直径１１．４０ｃｍ、長さ１．６７ｍ
直径６．００ｃｍ、長さ１．３３ｍ
非透過ガス流通配管：直径１１．４０ｃｍ、長さ１．６７ｍ
直径６．００ｃｍ、長さ１．３３ｍ
表面積：２．５４ｍ２（全配管の外表面積）
・配管２−２
配管の外表面を覆うようにジャケットが設けられており、当該ジャケットの外表面は断熱材料を含む複合材料で覆われていること以外は、配管１−２と同じである。但し、配管の外表面にジャケットが設けられることにより、配管の直径が配管１−２の１．５倍となる。
【０１０２】
表面積：１５．６９ｍ２（配管外表面のジャケットを覆う複合材料の外表面）
配管の外表面を覆う複合材料の総括伝熱係数：０．４４Ｗ／（ｍ２・Ｋ）
配管の外表面を覆う複合材料の厚み：２１ｃｍ
［条件］
外気温を２０℃とし、原料ガスを１１０℃の温度で分離膜モジュールＭに供給したときの放熱量を、上記分離膜モジュールＭ及び配管の表面積及び総括伝熱係数と、各筐体及び各配管の外表面積及び総括伝熱係数とに基づいて算出した。その結果を表１に示す。
【０１０３】
なお、総括伝熱係数の算出にあたって、分離膜モジュールＭ内及び配管内を流通するガスの温度を維持するための熱媒体は空気とし、分離膜モジュールＭは、互いに接することなく、保持枠を用いることなく集積されている形態とした。
【０１０４】
筐体を用いる場合には、筐体の内部空間は空気で満たされ、筐体内に熱源部を設けるものとし、筐体から放熱する熱量を補って、筐体の内部空間を満たす空気の温度が原料ガスの温度と同じとなるように熱源部での加熱を行うものとした。また、筐体内の温度は全体にわたって均一であるとした。
【０１０５】
また、筐体を用いずに各分離膜モジュールＭの外表面を覆うジャケットを設けた場合には、ジャケット内を空気が流通しているものとし、ジャケットの外表面から放熱する熱量を補って、各分離膜モジュールＭ内に供給される原料ガスの温度を維持するように、ジャケット内に加熱した空気を供給するものとした。また、ジャケットの内部の温度は全体にわたって均一であるとした。
【０１０６】
外容積効率は、下記式：
外容積効率＝（分離膜モジュールの外容積／筐体の外容積）×１００
に基づいて算出した。なお、分離膜モジュールの外容積は、筒状部材の外容積とした。
【０１０７】
【表１】
2019084497.tif 000003
【０１０８】
表１より、実施例１〜５（集積した分離膜モジュールを筐体内に収容した場合）は、比較例１〜５（集積した分離膜モジュールを外気に曝した場合）よりも放熱面積を低減し、放熱量を抑制することができることが予想できる。したがって、実施例１〜５のように分離膜モジュールを集積して筐体内に収容した場合には、筐体を設けない場合に比較して、分離膜モジュール内を流通するガスの温度を維持するために必要なエネルギーを抑制することができると考えられる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  ガス分離膜エレメント、２  ガス分離膜、３  供給側流路部材、４  透過側流路部材、５  中心管、１０  ガス分離装置、１０ａ  ガス分離装置、１１  筐体、１２  保持枠、１３  熱源部、１５  ハウジング、１７  原料ガス流通配管、１７ａ  原料ガス流通配管、１８  透過ガス流通配管、１８ａ  透過ガス流通配管、１８ｂ  透過ガス流通配管、１９  非透過ガス流通配管、１９ａ  非透過ガス流通配管、１９ｂ  非透過ガス流通配管、２０  分岐部、２０ａ  分岐部、２１  集合部、２１ａ  集合部、２１ｂ  集合部、３０  孔、３１  供給側端部、３２  排出口、３３  排出側端部、Ｍ  分離膜モジュール、Ｍａ  分離膜モジュール。
【図１】
2019084497.tif 000004
【図２】
2019084497.tif 000005
【図３】
2019084497.tif 000006
【図４】
2019084497.tif 000007
【図５】
2019084497.tif 000008