(57)【要約】【課題】多孔体膜を利用した気体濾過装置の処理速度を高くする。【解決手段】第１室１６と第２室１８は多孔体膜１４で隔てられている。第１ポンプ２０により第１室１６に混入物を含む第１の気体を供給、第２ポンプ２２におり第２室１８に第１の気体を供給し、共に加圧する。ヒータ３８により、多孔体膜１４の第２室１８に対向する面１４ｂを加熱する。加熱によって、多孔体膜１４内に熱遷移流が発生する。多孔体膜１４の細孔径より大きい混入物は、第１室１６内に留まり、除去される。加圧により気体の希薄度が低下し、熱遷移流の流速が減少するが、加圧による密度増加の効果がこれを上回り、質量流量が増加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混入物を含む第１の気体を収容する第１室と、
第１の気体を収容する第２室と、
第１室と第２室を隔て、第１の気体の分子径より多孔体膜と、
多孔体膜の第２室に対向する面の温度を、多孔体膜の第１室に対向する面の温度より高くする温度差生成装置と、
第１室と第２室をクヌセン数が０．１以上の範囲で加圧する加圧装置と、
を有する、気体濾過装置。
【請求項２】
前記混入物が第２の気体である、請求項１に記載の気体濾過装置。
【請求項３】
前記混入物が第１の気体中の浮遊粒子である、請求項１に記載の気体濾過装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の気体濾過装置であって、加圧装置が、第１室の圧力と第２室の圧力を等しい状態に維持しつつ加圧を行う、気体濾過装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の気体濾過装置であって、
加圧装置が、混入物を含む第１の気体を第１室に供給する供給装置と、濾過された第１の気体を第２室から排出する排出装置を含む、
気体濾過装置。
【請求項６】
多孔体膜により隔てられた第１室および第２室を形成するステップと、
第１室に混入物を含む第１の気体を収容し、第２室に第１の気体を収容するステップと、
第１室の圧力と第２室の圧力を、クヌセン数が０．１以上の範囲で加圧するステップと、
多孔体膜の第２室に対向する面の温度を、多孔体膜の第１室に対向する面の温度よりも高くして多孔体膜に熱遷移流を発生させるステップと、
を有し、
多孔体膜は、第１の気体の分子径より大きく、かつ混入物の径より小さな径の細孔を有する、気体濾過方法。
【請求項７】
前記混入物が第２の気体である、請求項５に記載の気体濾過方法。
【請求項８】
前記混入物が気体中の浮遊粒子である、請求項５に記載の気体濾過方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の気体濾過方法であって、前記加圧するステップにおいて、第１室の圧力と第２室の圧力を互いに等しい状態に維持される、気体濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の気体が混合した混合気体から特定の気体を分離する、または気体中に浮遊する粉体を除去する気体濾過装置および気体濾過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子ふるいと呼ばれる多孔体膜を利用して分子径の異なる気体同士を分離する技術が知られている。多孔体膜の多数の細孔を有し、細孔の径より大きな分子径の気体は多孔体膜を通過できず、細孔の径より小さい分子径の気体を濾過することができる。下記非特許文献１には、分子ふるいとしてゼオライト膜を利用し、二酸化炭素、メタン、水素などを分離する技術が記載されている。
【０００３】
また、下記特許文献１には、希薄気体において生じる熱遷移流を利用して気体の分離を行う技術が開示されている。希薄気体においては、希薄気体中に温度勾配がある面が存在すると、この面に沿って低温部から高温部に向かう流れが誘起される。この流れが熱遷移流である。気体が希薄かどうかは、気体分子の平均自由行程と取り扱う系の代表長との比で決まるため、大気圧下のような濃い気体でも孔径が数十ｎｍ程度のナノ多孔体内では希薄気体として振る舞う。特許文献１に開示された方法は、気体の分子量による熱遷移流の強さの違いを利用して、混合気体を分離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１８４２１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“ガス分離システム”、［online］、日本ガイシ、［平成26年8月4日検索］、インターネット＜URL:http://www.ngk.co.jp/product/industrial/membrane/subnano_separation_02.html＞
【非特許文献２】K.Aoki,S.Takata,and K.Kugimoto,in Rarefied Gas Dynamics,Abe,T.ed.,AIP,Melville,953(2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気体分子は極めて小さく、分子ふるいの細孔は非常に小さなものとなる。このため、分子ふるいを流体が通過するときの抵抗は極めて大きく、通過に、つまり気体を分離または濾過するのに多くの時間を要する。気体の通過速度を高めるために、分子ふるいの前後で圧力差を設けることが行われているが、分子ふるいの強度によって圧力差が制限されてしまう。より大きな圧力差を発生させるためには、分子ふるいの膜厚を厚くしなければならないが、これは流体の抵抗を高めてしまい、気体の通過速度を効率よく高めることができず、場合によっては返って通過速度を低くしてしまう。
【０００７】
上記特許文献１では、気体の分子量によって異なる熱遷移流の強さを利用して気体を分離している。しかし、気体分子量による熱遷移流の強さの差はそれほど大きくなく、十分な分離を行うことができない。特許文献１では、十分に分離するために、熱遷移流を生じさせるポンプユニットを多段化している。多段化は、加熱器、冷却器を交互にいくつも並べていくことにより、装置の複雑化、肥大化にもつながる。また、気体がポンプユニットを通過するたびに加熱、冷却を繰り返すため、効率を高めることが難しい。
【０００８】
本発明は、効率よく気体の濾過する装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る気体濾過装置は、多孔体膜で互いに隔てられた第１室と第２室と、多孔体膜の表裏の面の間に温度差を生じさせる温度差生成装置と、第１室と第２室を加圧する加圧装置とを有する。第１室には、混入物を含んだ第１の気体が収容される。第２室には、濾過した後の第１の気体が収容される。多孔体膜は、第１の気体の分子径より大きく、かつ混入物の径より小さな径の細孔を有し、多孔体膜の表裏の面の間に温度差があると細孔を通って低温側の面から高温側の面に向かう熱遷移流を生じさせる。加圧装置は、クヌセン数が０．１以上の範囲で第１室と第２室の加圧を行う。
【００１０】
本発明においては、気体が多孔体膜を通過するための駆動力を熱遷移流により得ている。このため、多孔体膜により隔てられた空間の間に圧力差を設ける必要がなく、薄い多孔体膜を採用することが可能となる。
【００１１】
クヌセン数Ｋｎは、気体の希薄度を表すパラメータであり、気体の平均自由行程Ｌと代表長の比である。多孔体膜においては、代表長は細孔径Ｄである。
Ｋｎ＝Ｌ／Ｄ
クヌセン数Ｋｎは、数値が大きいほど気体が希薄であることを示す。気体の圧力を高くすると、クヌセン数は小さくなり熱遷移流の流速が減少する。熱遷移流の流速の低下は、質量流量を低下させる要因であるが、一方密度の上昇は質量流量を増加させる要因である。気体の分子径は、ほとんどが１ｎｍ以下であるので、細孔径を例えば０．３ｎｍ程度とし、大気圧での気体の平均自由行程を６０ｎｍとすれば、クヌセン数Ｋｎは約２００となる。加圧して、クヌセン数Ｋｎが０．１程度となっても、密度の増加による効果が熱遷移流の流速低下の効果を上回り、質量流量が増加する。本発明においては、第１室および第２室を加圧することで、質量流量を増加させ、気体の濾過の速さを高めている。
【００１２】
第１の気体に混入した混入物は、第１の気体より分子径の大きい第２の気体であってよい。２種の気体の比率は、第１の気体が多くてもよく、第２の気体が多くてもよい。多孔体膜の細孔径は、２種の気体の分子径の間の値とし、これにより多孔体膜によって第２の気体を取り除き、第１の気体を濾過することができる。
【００１３】
第１の気体に混入した混合物は、第１の気体中に浮遊する粒子であってよい。浮遊粒子の径は、気体の分子径より大きく、多孔体膜の細径は、第１の気体の分子径より大きく、浮遊粒子の径より小さい値とする。これにより、多孔体膜によって浮遊粒子を取り除き、第１の気体を濾過することができる。
【００１４】
加圧装置は、加圧に際して第１室と第２室の圧力が等しい状態を維持しつつ加圧を行う。これによれば、多孔体膜に圧力による力が作用せず、多孔体膜を薄くすることができる。
【００１５】
加圧装置は、混入物を含む第１の気体を第１室に供給する供給装置と、濾過された第１の気体を第２室から排出する排出装置を含むものとすることができる。供給装置が第１室に混入物を含む第１の気体を供給することにより第１室が加圧される。濾過処理の進行と共に第１室内の第１の気体は減少し、この分を供給装置から供給することにより、第１室の圧力が維持される。また、排出装置が第２室より第１の気体を排出することにより第２室の圧力が維持される。濾過の進行と共に第２室には第１の気体が送られ、この気体を排出装置により排出することにより、第２室の圧力が維持される。
【００１６】
本発明に係る気体濾過方法は、多孔体膜により隔てられた第１室および第２室を形成するステップと、第１室に混入物を含む第１の気体を収容し、第２室に第１の気体を収容するステップと、第１室の圧力と第２室をクヌセン数が０．１以上の範囲で加圧するステップと、多孔体膜の第２室に対向する面の温度を、多孔体膜の第１室に対向する面の温度よりも高くして多孔体膜に熱遷移流を発生させるステップと、を有する。多孔体膜は、第１の気体の分子径より大きく、かつ混入物の径より小さな径の細孔を有する。
【発明の効果】
【００１７】
分子ふるいとなる多孔体膜の表裏に圧力差を設けることなく、気体の流量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である気体濾過装置の概略構成を示す図である。
【図２】クヌセン数と無次元流速の関係を示す図である（非特許文献２から抜粋）。
【図３】クヌセン数と質量流量の関係を示す図である。
【図４】熱遷移流による流れの駆動力を説明するための図である。
【図５】他の実施形態の気体濾過装置の概略構成を示す図である。
【図６】さらに他の実施形態の気体濾過装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の気体濾過装置１０の概略構成を示す図である。閉じた空間を形成するハウジング１２は、多孔体膜１４によって隔てられた第１室１６と第２室１８を有する。気体濾過装置１０は、第１室１６に気体を供給する第１ポンプ２０、および第２室に気体を供給する第２ポンプ２２を有する。第１ポンプ２０は、第１供給管２４を介して第１室１６に気体を供給する。第２ポンプ２２は、第２供給管２６を介して第２室１８に気体を供給する。第１ポンプ２０および第２ポンプ２２は、それぞれ気体を供給することにより、第１室１６および第２室１８を加圧することができる。さらに、第１室１６内の圧力が所定値以上となったとき開いて、第１室１６内の圧力を解放する第１レギュレータ２８が第１排出管３０に設けられている。また、第２室１８内の圧力が所定値以上となったとき開いて、第２室１８内の圧力を解放する第２レギュレータ３２が第２排出管３４に設けられている。第１および第２ポンプ２０，２２と第１および第２レギュレータ２８，３２は、第１室１６と第２室１８の圧力を等しい状態に維持しつつ、加圧する加圧装置として機能する。第２供給管２６には閉止バルブ３６を設けることができる。第２室１８を加圧した後においては、第２ポンプ２２による気体の供給は不要であるので、閉止バルブ３６によってこの流路を閉止し、第２室１８からの気体の流出を防止する。第２ポンプ２２が逆流防止機能を有している場合、閉止バルブ３６を省略することができる。また、閉止バルブ３６は、第２室１８に流入する流れのみ許容する逆止弁とすることもできる。
【００２０】
第２室１８内にヒータ３８が設けられている。ヒータ３８は、多孔体膜１４の第２室１８に対向する面１４ｂを加熱する。この面１４ｂを多孔体膜の第２面１４ｂと記す。また、多孔体膜１４の第１室に対向する面を多孔体膜の第１面１４ａと記す。ヒータ３８は、多孔体膜の第２面１４ｂを加熱することにより、多孔体膜の第２面１４ｂの温度を第１面１４ａの温度より高くする。よって、ヒータ３８は、第２面１４ｂの温度を第１面１４ａの温度より高くする温度差生成装置として機能する。温度差生成装置は、多孔体膜の第１面１４ａを冷却するクーラであってもよく、またヒータ３８とこのクーラを組み合わせたものであってもよい。
【００２１】
多孔体膜１４は、第１室１６と第２室１８を連通する多数の細孔を有し、細孔の径は、対象となる気体の濾過が可能な値にされる。例えば、水素と酸素の混合した気体から水素を濾過する場合には、水素の分子径０．２８９ｎｍと酸素の分子径０．３４６ｎｍの間の値、例えば０．３ｎｍに細孔径を定める。大気圧下の気体の平均自由行程は、６０ｎｍ程度であるから、大気圧における細孔径０．３ｎｍの多孔体膜１４のクヌセン数Ｋｎは、約２００（＝６０／０．３）である。クヌセン数Ｋｎが２００であることは超希薄状態を表し、この状態において多孔体膜１４の表裏に温度差が生じると、多孔体膜１４内に熱遷移流が生じる。多孔体膜１４の表裏に温度差を生じさせるためには、多孔体膜１４自体の熱伝導率は低い方が好ましい。多孔体膜１４として、熱伝導率が、０．２〜２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の材料を用いることができ、例えばゼオライトを用いることができる。
【００２２】
気体濾過装置１０において、ハウジング１２内を加圧することにより、気体の希薄度は低下し、希薄気体に特有の現象である熱遷移流は弱くなる。これは、第１室１６から第２室１８に送られる気体の質量流量を減少させるよう作用する。一方、加圧による密度の上昇は質量流量を増加させる。つまり、熱遷移流による流速の低下の影響を、加圧による密度の上昇の影響が上回れば、質量流量を増加させることができる。
【００２３】
熱遷移流の流速と密度（圧力）の関係を説明する。この説明において、対象の気体として水素と酸素を例に挙げる。この場合の多孔体膜１４の細孔径は上述のように０．３ｎｍであり、大気圧におけるクヌセン数Ｋｎは２００である。
【００２４】
希薄気体の円管内流れの質量流量は、上記非特許文献２に記載されるように、次式（１）で表される。
【数１】
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【００２５】
無次元流速ＭP(Ｋn)，ＭT(Ｋn)は、クヌセン数Ｋｎの関数である。ボルツマン定数ｋ、管路半径Ｒ0、気体温度Ｔ0、気体分子の質量ｍ、圧力勾配ｄｐ／ｄＸ3、温度勾配ＴW／ｄＸ3を一定とする。密度ρ0は、温度が一定であれば圧力ｐ0の関数（ρ0＝α×ｐ0（αは定数））となる。よって、式（１）は、式（２）と表せる。
Ｍ＝γ1×ＭP(Ｋn)＋γ2×ｐ0×ＭT(Ｋn)  ・・・（２）
γ1，γ2は定数
クヌセン数Ｋｎは、管路半径Ｒ0が一定であれば、圧力ｐ0の関数（Ｋｎ＝β×ｐ0（βは定数））である。よって、質量流量Ｍは圧力ｐ0のみの関数である。
【００２６】
図２は、クヌセン数Ｋｎに対する無次元流速ＭP(Ｋn)，ＭT(Ｋn)を示す図である。上述のように、細孔径が０．３ｎｍの場合、大気圧におけるクヌセン数Ｋｎは２００である。２００気圧に加圧したとき、圧力に関する無次元流速ＭP(Ｋn)は、ほぼ変化がなく、熱遷移流に関する無次元流速ＭT(Ｋn)は、０．３７から０．１８に半減する。一方、圧力ｐ0は２００倍となっているので、式（２）から質量流量Ｍは約１００倍となる。つまり、圧力を大気圧に対して２００倍とすることで、流速は１／２となるものの、密度が２００倍になるため質量流量は１００倍とすることができる。
【００２７】
式（２）の右辺第１項は、第１室１６と第２室１８の圧力差に起因する質量流量を表している。この実施形態の気体濾過装置１０においては、第１室１６と第２室１８は基本的に等しい気圧に維持されるから、右辺第１項は考慮しなくてよい。図２を見ると、圧力差に関する無次元流速ＭP(Ｋn)は、クヌセン数Ｋｎが１以下で、変化する傾向があるが、この気体濾過装置１０については、これを考慮しなくてよい。したがって、この気体濾過装置１０に関して、式（２）は、式（３）に置き換えられる。
Ｍ＝γ2×ｐ0×ＭT(Ｋn)  ・・・（３）
【００２８】
図３は、クヌセン数Ｋｎに対する円管内の熱遷移流の質量流量（ｐ0×ＭT(Ｋn)）を示す図である。図３において、質量流量は、クヌセン数Ｋｎが０．０１のときの値で正規化されている。クヌセン数Ｋｎが小さいほど、つまり加圧するほど質量流量が増加することが分かる。特に、クヌセン数Ｋｎが０．１以上の範囲では、加圧による圧力の増加（クヌセン数の低下）に対して質量流量が大きく向上していることが分かる。したがって、クヌセン数Ｋｎが０．１以上の範囲で加圧した状態で気体濾過装置１０を動作させることで、効率的に気体の濾過、分離が行える。
【００２９】
次に、気体の多孔体膜通過に関し、熱遷移流を利用する場合と、圧力差を利用する場合の比較を行う。多孔体膜の細孔径が０．３ｎｍ、圧力を２０ＭＰａ程度まで加圧する場合を例に挙げる。このときのクヌセン数Ｋｎは、約１である。
【００３０】
図４は、多孔体膜５０により隔てられた第１空間５２と第２空間５４を有する密閉空間を示す。多孔体膜５０は、第１空間５２に対向する面５０ａ、第２空間５４に対向する面５０ｂを有する。、第１および第２空間５２，５４を２０ＭＰａに加圧し、これらの空間内の温度を一定に保ちつつ、多孔体膜５０の面５０ａの温度を２５０Ｋ（−２３℃）、面５０ｂの温度を５００Ｋ（２２７℃）とする（図４の（ａ）参照）。多孔体膜５０の表裏の温度差のために、多孔体膜５０内に熱遷移流が発生し、第１空間５２から第２空間５４に向かう流れが生じる。この気体の移動により、第１空間５２と第２空間５４の間に圧力差が生じる。この圧力差は、熱遷移流による流れとは逆向きの流れを発生させる。熱遷移流による流れと、圧力差による流れが均衡したところで、定常状態となる（図４の（ｂ）参照）。
【００３１】
クヌセン数Ｋｎが十分大きい場合には、定常状態における二つの空間の圧力ｐ1，ｐ2の比は、絶対温度Ｔ1，Ｔ2の比の１／２乗となることが知られている。
ｐ1／ｐ2＝(Ｔ1／Ｔ2)1/2
Ｔ1＝２５０Ｋ、Ｔ2＝５００Ｋであり、初期状態ではｐ1，ｐ2＝２０ＭＰａであったので、定常状態では、第１空間５２の圧力ｐ1は１６．７ＭＰａ、第２空間５４の圧力ｐ2は２３．４ＭＰａとなる。したがって、このときの熱遷移流は、多孔体膜５０に隔てられた空間の間に６．７ＭＰａの圧力差を与えたとき同等の流れを発生させることが分かる。上記の非特許文献１においては、圧力差を０．２〜０．３ＭＰａ（供給圧力０．３〜０．４ＭＰａ）として気体分離を行っており、これに比して熱遷移流による流れは、非常に大きなものであることが理解できる。
【００３２】
次に、気体濾過装置１０による濾過処理の工程について説明する。第１室に分離対象となる気体、例えば水素と酸素の混合気体を第１ポンプ２０により第１室１６に供給し、２０ＭＰａまで加圧する。これと同時に第２室１８に水素を第２ポンプ２２により第２室１８に供給し、２０ＭＰａまで加圧する。加圧する圧力は、第１および第２レギュレータ２８，３２によって調整することができる。加圧終了後は、閉止バルブ３６を閉じる。
【００３３】
次に、ヒータ３８により、多孔体膜の第２面１４ｂを加熱する。これにより、熱遷移流が生じ、水素が選択的に透過されて第２室１８に送られる。水素が送られてくる第２室１８の圧力は上昇し、上昇した分の水素が第２レギュレータ３２を開放して放出される。一方、第１室１６は水素が送り出された分、圧力が下がり、その分が第１ポンプ２０により供給される。過剰になった酸素は第１レギュレータ２８を開放して放出される。以上により、継続的に水素が濾過される。
【００３４】
開始時において、第２室１８に純粋な水素を供給することができないときには、第２室１８に第１室１６と同じ気体、つまり酸素と水素の混合気体を供給し、しばらくの間は、酸素が含まれているので第２レギュレータ３２から放出される気体は捨てるか、または回収して再度第１室１６に供給する。放出される気体の水素の濃度が十分高くなった状態で利用を始める。
【００３５】
図５は、他の実施形態の気体濾過装置６０の構成を示す図である。前述した気体濾過装置１０と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。気体濾過装置６０においては、第１ポンプ２０により、第１室１６および第２室１８に混合気体、例えば酸素と水素を送る。第１供給管２４から分岐した分岐管６２が第２室１８まで延びている。分岐管６２には、第１閉止バルブ６４が設けられている。
【００３６】
酸素と水素を分離対象の気体の例として、気体濾過装置６０の動作について説明する。開始時において、第１室１６および第２室１８に酸素と水素の混合気体を第１ポンプ２０により供給し、所定圧力まで加圧する。混合気体の供給、加圧が終了した時点で第１閉止バルブ６４を閉じ、ヒータ３８により多孔体膜の第２面１４ｂを加熱する。これにより熱遷移流が発生し、水素が多孔体膜１４を通過する。初期においては、第２室１８には、開始時に第２室１８に供給された酸素が残っているために、混入物のない水素は得られないので、第２レギュレータ３２から放出される気体は捨てるか、または回収して再度第１室に供給する。ある程度時間が経てば、第２室１８内の酸素がなくなり、混入物のない水素を得ることができる。
【００３７】
以上は、酸素と水素を分離する場合を例に挙げて説明したが、他の気体にも適用できる。例えば、二酸化炭素の分子径は０．３３ｎｍ、メタンの分子径は０．３８ｎｍであるので、細孔径０．３６ｎｍの多孔体膜を用いて分離をすることができる。この多孔体膜における大気圧（平均自由行程６８ｎｍ）でのクヌセン数Ｋｎは約１９０である。前述したように、クヌセン数Ｋｎが０．１以上の範囲で質量流量の大きな向上が望めるので、１９ＭＰａまで加圧して、メタンから二酸化炭素を分離（濾過）する処理を行う。気体の分子径は１ｎｍ以下と考えられるので、混合気体から特定の気体を濾過する場合、多孔体膜の細孔径は、１ｎｍ以下であり、濾過対象の気体の分子径より大きく、除去する気体の分子径より小さい径とする。
【００３８】
また、気体濾過装置１０，６０は、混合気体から特定の気体を濾過するだけでなく、気体中に浮遊する粒子を除去する処理にも用いることができる。例えば、ウイルスの除去に利用できる。ノロウイルスを例に挙げると、ノロウイルスの大きさは約３０ｎｍであり、気体は分子径１ｎｍ以下と考えられるので、多孔体として細孔径２５ｎｍのセルロース混合エステル製メンブレンフィルタを使用することができる。この場合の大気圧（平均自由行程６８ｎｍ）でのクヌセンＫｎ数は約２．７である。前述したように、クヌセン数Ｋｎが０．１以上の範囲で質量流量の大きな向上が望めるので、２．７ＭＰａまで加圧して、ウイルスの除去を行う。
【００３９】
加圧による質量流量の向上は、前述のようにクヌセン数Ｋｎが０．１以下となると十分な効果が得られなくなる。多孔体膜の細孔径が６８０ｎｍのとき、大気圧においてクヌセン数Ｋｎが約０．１となる。したがって、加圧による質量流量向上の効果を得るためには、細孔径は６８０ｎｍ未満でなくてはならない。
【００４０】
図６は、さらに他の実施形態の気体濾過装置７０の構成を示す図である。前述した気体濾過装置１０，６０と同様の構成要素については、同一の符号を付し説明を省略する。気体濾過装置７０においては、第２室１８から第１室に気体を戻すことが可能である。気体濾過装置７０は、第１供給管２４の、分岐管６２との分岐点より上流側に配置された第２閉止バルブ７２を有する。第２閉止バルブ７２を閉じ、第１閉止バルブ６４を開くことによって、分岐管６２と第１供給管２４の一部が、第２室１８から第１室１６へ気体を戻す配管として機能する。なお、第１ポンプ２０が停止時において、逆流を阻止する機能を有していれば、第２閉止バルブ７２は不要である。
【００４１】
気体濾過装置７０の動作について説明する。第１および第２閉止バルブ６４，７２を開き、第１ポンプ２０により浮遊粒子が混入した気体を第１室１６および第２室１８に供給し、所定の圧力に加圧する。次に、第２閉止バルブ７２を閉じ、ヒータ３８により多孔体膜１４を加熱する。加熱により、多孔体膜１４に熱遷移流が発生し、気体が第１室１６から第２室に送られる。このとき、浮遊粒子は多孔体膜１４を通過できずに第２室に送られる気体から除去される。熱遷移流により第１室１６内の気体が減少すると、これを補うように第２室１８から分岐管６４および第１供給管２４を通って第１室１６に気体が戻る。この戻る気体には浮遊粒子が混入している。気体が第１室１６と第２室１８の間で循環する間に、浮遊粒子は多孔体膜１４に捉えられ、気体中に浮遊する粒子がなくなる。この状態で、第１閉止バルブ６４を閉じ、第２閉止バルブ７２を開き、第１ポンプから新たな気体を第１室１６に供給する。第２室１８内は、すでに浮遊粒子がなくなった状態となっているので、以降、連続的に清澄な気体が放出される。
【００４２】
気体濾過装置７０においては、開始時に第２室１８に気体を供給する配管（分岐管６２）を第２室１８から第１室１６に気体を戻す配管として利用している。しかし、分岐管６２とは別に、第２室１８から第１室１６に気体を戻す配管を設けてもよい。この配管にも閉止バルブを設け、気体の循環が必要なくなったときには、この閉止バルブを閉めるようにする。
【符号の説明】
【００４３】
１０  気体濾過装置、１４  多孔体膜、１６  第１室、１８  第２室、２０  第１ポンプ、２２  第２ポンプ、２８  第１レギュレータ、３２  第２レギュレータ、３６  閉止バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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