(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の供給路７と負荷路８の間に中空糸膜モジュール１を接続し、その中空糸膜３の一次側に供給される気体中の湿分を膜の浸透によって二次側に分離するようにした気体の除湿装置において、
前記供給路７と負荷路８の間に並列に接続された複数の中空糸膜モジュール１と、
負荷路８側の乾燥気体の一部を中空糸膜３の二次側に供給するパージ路１１と、
前記中空糸膜モジュール１を運転モジュールまたは待機モジュールに切り換える切換手段２９を備え、
運転モジュールは、その入口側５が前記供給路７に、出口側６が前記負荷路８にそれぞれ連通され、
待機モジュールは、その入口側５が前記供給路７に非連通とされ、出口側６が前記負荷路８に連通され、且つ待機モジュールにおける中空糸膜３の二次側にパージ路１１から乾燥気体を供給できるように構成され、
運転モジュールと待機モジュールとを切り換える際、両モジュールの二次側を共に負荷路に接続状態で、運転モジュールを待機モジュールに、待機モジュールを運転モジュールに切換手段２９により切り換えることにより、切り替え時に、乾燥空気の圧力を一定に維持すると共に乾燥度の低下を防止することを特徴とする気体の除湿装置。
【請求項２】
負荷路８側の乾燥気体の乾燥度を検出する検出装置２１が設けられ、該乾燥度の検出値を受けてそれが予め設定された値より低下しないように、運転モジュールの中空糸膜３の二次側に供給される乾燥気体の流量を制御する制御装置２６が設けられる請求項１に記載の気体の除湿装置。
【請求項３】
乾燥度の検出値が異常に低下したとき、運転モジュールから待機モジュールに切り換えるように制御装置２６から切換手段２９に制御信号が出される請求項２に記載の気体の除湿装置。
【請求項４】
気体の供給路７に液相の水分を除去する水分除去手段２４が設けられる請求項１〜請求項３のいずれかに記載の気体の除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮空気などの気体中の湿分を除去して負荷設備に供給するために使用される気体の除湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に空気圧機器の操作用等に使用する加圧空気は、空気圧縮機で圧縮された後、塵埃や湿分を除去してから空気圧機器等への負荷路に供給される。湿分を除去するものとして最近注目されているのは、多数の中空糸膜を束ねて容器内に収容した中空糸膜モジュールを使用する方法である。湿分除去用の中空糸膜モジュールとしては、例えばドイツのＢＥＫＯ社製の４０２０型、宇部興産製のＣ１０Ｖ型などが知られている。
図６は従来から使用されている中空糸膜モジュールの例を示す一部破断正面図であり、図７はその中空糸膜モジュールを湿分除去装置として気体の供給路と負荷路の間に接続したプロセスフロー図の一例である。
【０００３】
これらの図において、中空糸膜モジュール１は筒状の容器２と、その容器２内に収容された多数の中空糸膜３を備えており、中空糸膜３の両端部は容器２内の支持部材４に支持されて入口側５と出口側６にそれぞれ開口している。
中空糸膜３はいわゆるフォローファイバーと呼ばれている極めて直径の小さい中空繊維であって、その壁面には無数の微細な孔が設けられている。気体の供給路７から入口側５を通って供給される加圧気体は中空糸膜３の一次側（内部）に導入され、気体中に含まれている気相の水分が水蒸気分圧差により生じる浸透力によって孔を通過し二次側（外部）に分離除去される。そして湿分除去された加圧気体は出口側６から乾燥気体として負荷路８に排出され、図示しない負荷設備に供給される。
【０００４】
中空糸膜３の二次側には乾燥気体の通路が形成され、出口側６に近い供給口９からパージ気体として供給される乾燥気体が該通路を通過して入口側５に近い排出口１０から外部に排出される。このように中空糸膜３の二次側に乾燥気体を通過させることによって、中空糸膜３の一次側より二次側の湿度を低い値に保持し、その水蒸気分圧差で気相の水分を一次側から二次側に浸透させるようになっている。
なお乾燥気体は負荷路８から分岐したパージ路１１およびそれに設けた手動開閉弁１２により一定量供給される。
図８は中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に示す図で、一次側を通過する気体が空気の場合、気体中には酸素Ｏ2 、窒素Ｎ2 ，および気相の水分Ｈ2 Ｏが含まれ、その気相の水分Ｈ2 Ｏが浸透により膜を通過して二次側に分離除去される。
【０００５】
しかし中空糸膜モジュール１に供給される気体中に錆や塵などの微小な固形物またはオイルミストなどが混入していると、中空糸膜３の内部に詰まりを起こして気体の通過できる中空糸膜３の数が減少し、モジュールとしての気体通過面積が減って残りの正常な中空糸膜３内を通過する気体の流速が増加する。
市販されている中空糸膜モジュールは湿分を除去するために適した気体の流速、すなわち有効流速（例えばドイツのＢＥＫＯ社製の中空糸膜モジュール４０２０型の場合は２ｍ／秒）があり、それを越えると図９に示すように気相の水分が膜に接触する頻度が減少して除湿効率が低下する。
そこで一般には図７に示すように、気体の供給路７に例えば５μｍ以上の固形物を除去する固形物フィルタ１３やオイルミストセパレータ１４を設ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのように固形物やオイルミストを予め除去しても、気体中に含まれている液相の微細な水分は除去されずに中空糸膜３の一次側に侵入することが多い。図１０に示すように、侵入した液相の水分は中空糸膜３の膜を通過できないのでその一次側の壁面に付着して水膜を形成する。するとその水膜がバリアとなって気相の水分（Ｈ2 Ｏ）の膜の通過を妨げ除湿効率が低下する。除湿効率の低下が起こると、負荷路８の乾燥気体の乾燥度が低下（湿度が上昇）するので、その気体を供給される負荷機器に悪影響を及ぼすことになる。
中空糸膜３の一次側の壁面に水膜が形成された中空糸膜モジュール１を再生するには、運転を一時中断して乾燥装置などに入れて乾燥させる必要がある。そのため従来の除湿装置では、除湿効率が低下したときにそれを回避しながら正常運転を続けることは困難であった。
そこで本発明はこのような問題を解決する気体の除湿装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、気体の供給路と負荷路の間に中空糸膜モジュールを接続し、その中空糸膜の一次側に供給される気体中の湿分を膜の浸透によって二次側に分離するようにした気体の除湿装置である。そしてこの装置は供給路と負荷路の間に並列に接続された複数の中空糸膜モジュールと、負荷路側の乾燥気体の一部を中空糸膜の二次側に供給するパージ路と、前記中空糸膜モジュールを運転モジュールまたは待機モジュールに切り換える切換手段を備えている。さらに、運転モジュールはその入口側が供給路に出口側が負荷路にそれぞれ連通され、待機モジュールはその入口側が供給路に非連通とされるが出口側が負荷路に連通され、且つ待機モジュールの中空糸膜の二次側にパージ路から乾燥気体を供給できるようにきるように構成され、
運転モジュールと待機モジュールとを切り換える際、両モジュールの二次側を共に負荷路に接続状態で、運転モジュールを待機モジュールに、待機モジュールを運転モジュールに切換手段２９により切り換えることにより、切り替え時に、乾燥空気の圧力を一定に維持すると共に、乾燥度の低下を防止することを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成される気体の除湿装置は、複数の中空糸膜モジュールの一部を運転モジュールとして運転し、残りの中空糸膜モジュールを待機モジュールとして待機させることができる。そして運転モジュールによる除湿効率が何らかの原因で大きく低下したときには、切換手段によりそれまでの待機モジュールを新しい運転モジュールとして運転し、それまでの運転モジュールを新しい待機モジュールとして待機させる。それによって除湿装置を停止することなく継続して運転することができる。また、除湿効率が低下して待機モジュールとなったものは、その待機中にパージ空気が供給され、除湿性能が回復される。
しかも、それまでの待機モジュールはその出口側が負荷路に連通され、且つその待機モジュールの中空糸膜の二次側にパージ路から乾燥気体を供給できるように構成されていたので、出口側圧力は負荷路の圧力に保持され、さらにその中空糸膜の二次側は乾燥気体により乾燥された状態になっている。従って、切り換えに際しての圧力変動および乾燥度低下等を運転に差し支えない程度に押さえることができる。そして、運転モジュールと待機モジュールとを切り換える際、両モジュールの二次側を共に負荷路に接続状態で、運転モジュールを待機モジュールに、待機モジュールを運転モジュールに切換手段２９により切り換えるので、切り替え時に、乾燥空気の圧力を一定に維持すると共に、乾燥度の低下を防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は，請求項１に記載の除湿装置の好ましい実施の形態であって、負荷路側の乾燥気体の乾燥度を検出する検出装置が設けられ、該乾燥度の検出値を受けてそれが予め設定された値より低下しないように、運転モジュールの中空糸膜の二次側に供給される乾燥気体の流量を制御する制御装置が設けられることを特徴とするものである。このように構成すると、浸透力が落ちて除湿効率が低下したときそれを検出し、自動的に中空糸膜の二次側の湿度をより低くして浸透力を回復させることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は，請求項２に記載の除湿装置のさらに好ましい実施の形態であって、乾燥度の検出値が異常に低下したとき、運転モジュールから待機モジュールに切り換えるように制御装置から切換手段に制御信号が出されることを特徴とするものである。このように構成すると、負荷路における乾燥度が異常に低下したときそれを検出し、自動的に運転モジュールから待機モジュールに切り換えて乾燥度を維持することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は，請求項１〜請求項３のいずれかに記載の除湿装置の他の好ましい実施の形態であって、気体の供給路に液相の水分を除去する水分除去手段が設けられることを特徴とするものである。このように構成すると、運転モジュールへの液相の水分の侵入を著しく減少させることができ、それによって運転モジュールから待機モジュールへの切り換え期間を大幅に延長することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明の除湿装置を使用して気体の除湿を行っている状態を示すプロセスフロー図であり、図６および図７と同じ部分には同一符号が付されている。この例では供給路７と負荷路８との間に図６と同様な２つの中空糸膜モジュール１が並列に接続される。すなわち供給路７から供給分岐路７ａ，７ｂが分かれ、それぞれに中空糸膜モジュール１の入口側５が連通され、各中空糸膜モジュール１の出口側６に連通された負荷分岐路８ａ，８ｂが負荷路８に合流する。また供給分岐路７ａ，７ｂにはそれぞれ電磁弁等の遠隔操作可能な開閉弁１５、１６が設けられ、負荷分岐路８ａ，８ｂにはそれぞれ手動式の開閉弁１７、１８が設けられる。
上記２つの中空糸膜モジュール１の一方は運転モジュ−ルとされ、他方は待機モジュールとされる。そしてその切り換えは後述する切換手段により開閉弁１５、１６を開閉操作することにより成される。
【００１３】
負荷分岐路８ａ，８ｂからそれぞれ開度を変化できる電動弁等の遠隔操作可能な開閉弁１９、２０を設けたパージ路１１が分岐され、各中空糸膜モジュール１の供給口９にそれぞれ連通される。また負荷路８には乾燥度を検出する検出装置２１が設けられる。なお乾燥度は湿度に逆比例するので、検出装置２１を湿度計により構成することができる。
供給路７は図示しない空気圧縮機に接続され、その上流側から順に遠心力式等のドレンセパレータ２２、減圧弁を有する減圧装置２３、固形物フィルタ１３およびオイルミストセパレータ１４が設けられる。そしてドレンセパレータ２２と減圧装置２３により水分除去手段２４が構成される。
なお前記開閉弁１５、１６の下流側、ドレンセパレータ２２および固形物フィルタ１３の上流側にはそれぞれドレン抜用の開閉弁２５が設けられる。
【００１４】
図２は中空糸膜モジュール１を運転モジュールまたは待機モジュールに切り換える切換手段とそれを制御する制御装置のブロック図である。
制御装置２６は例えばシーケンサやマイクロコンピュータにより構成することができ、検出装置２１からの検出信号、運転時の正常な乾燥度を設定する設定器２７、許容される乾燥度の上限、すなわち乾燥度の異常値を設定する設定器２８からの各設定値がそれぞれ入力される。
制御装置２６から第１の制御信号が切換手段２９に出力され、第２の制御出力がサイリスタ装置等の駆動回路３０に出力される。なお検出装置２１からの検出信号を指示装置や記録装置に入力して運転者の監視に供することもできる。
【００１５】
切換手段２９は例えば半導体装置からなるパワースイッチにより構成され、制御装置２６からの第１の制御信号により開閉弁１５または１６を開閉制御する。なお切換手段２９には手動により開閉弁１５または１６を開閉制御する手段も付加されている。駆動回路３０は制御装置２６からの第２の制御信号により開閉弁１９または２０の開度を制御（絞り制御）する。
なお開閉弁１９または２０の開度を一定に固定しておいてもよい。また、好ましくは、各モジュールの二次側湿度の出力信号に応じて、開閉弁１９または２０の少なくとも一方を絞り制御する。そして、待機モジュールであっても、除湿性能が低下している場合にのみ、その開閉弁を一部開放してパージ気体を供給する。
【００１６】
次に図１および図２を参照して上記除湿装置の作用を説明する。先ず切換手段２９を手動操作し、図１の左右どちらか一方の中空糸膜モジュール１を運転モジュールとして選択し、他方を待機モジュールとする。以下の説明は左側の中空糸膜モジュール１を最初に運転モジュールとして選択した場合であって、開閉弁１５が開とされ、開閉弁１６が閉とされる。なお負荷分岐路８ａに設けた開閉弁１７および負荷分岐路８ｂに設けた開閉弁１８は共に開とされる。
【００１７】
気体源から供給される加圧気体は、含まれる水分をできるだけ水相側に移行させるように高い圧力に調整されて水分除去手段２４を構成するドレンセパレータ２２に供給される。ドレンセパレータ２２で気体中の水相の水分を除去された加圧気体は次に減圧装置２３に導入されて、そこで設定された所定圧に圧力降下される。この状態の加圧気体には実質的に水相の水分は存在しない。
次に減圧装置２３から流出する加圧気体は、固形物フィルタ１３で錆などの微細な固形物を除去され、さらに浮遊するオイルミストがオイルミストセパレータ１４で取り除かれる。
【００１８】
次にこのようにして浄化された加圧気体は、供給路７から開閉弁１５が開となっている供給分岐路７ａを経て運転モジュールとして選択された左側の中空糸膜モジュール１の入口側５に供給される。そして加圧気体中の気相の水分はその中空糸膜を通過する間に分離され、出口側６から排出される乾燥気体は負荷分岐路８ａを経て負荷路８に流出する。
負荷分岐路８ａにおける乾燥気体の一部はパージ気体としてパージ路１１を経て左側の中空糸膜モジュール１に供給され、その中空糸膜３の二次側に形成された乾燥気体の通路を通過させることにより該部分の湿度を下げる。
【００１９】
一方、開閉弁１６が閉じているので加圧気体は待機モジュールとしての右側の中空糸膜モジュール１へは供給されない。しかし開閉弁１８が開となっているので負荷路８側の乾燥気体がその中空糸膜の一次側に充填され、その内部の圧力は左側の中空糸膜モジュール１における中空糸膜の一次側圧力と同じ値になっている。
さらに、負荷分岐路８ａから負荷路８に流出する乾燥気体の一部は、負荷分岐路８ｂを経て右側の中空糸膜モジュール１にパージ気体として供給され、その中空糸膜３の二次側に形成された乾燥気体の通路を通過することにより該部分の湿度を下げる。また、待機モジュールにおいては、除湿性能が低下している場合にのみ、その開閉弁を一部開放してパージ気体を供給する。
【００２０】
負荷路８の乾燥度は検出装置２１により監視され、その検出値が設定器２７で設定された値より下がると、制御装置２６から制御信号が出力されて開閉弁１９の開度を大きくする。すると運転モジュールである左側の中空糸膜モジュール１における中空糸膜３の二次側にはより多くの乾燥気体が流れ、それによって該部分の湿分が低下し気相の水分の除去効率を大きくする。このようにして負荷路８の乾燥度は自動的に所定の値に回復する。なお負荷路８の乾燥度が設定器２７で設定された値より上がった場合は、上記と逆に開閉弁１９の開度が小さくされ、気相の水分の除去効率を低下させて所定の乾燥度に戻す。
図３はこのような制御形態を示すもので、横軸は時間、縦軸は負荷路８の乾燥度またはパージ流量（乾燥気体流量）であり、実線で示す乾燥度変化Ａにパージ流量Ｂが追従することが分かる。
【００２１】
例えば運転モジュールの中空糸膜の一次側に液相の水分が付着して水膜を生じるなど、不測の事態が生じ負荷路８の乾燥度が甚だしく低下した場合には、検出装置２１による検出値が設定器２８の設定値より低下する。その検出信号を受けて制御装置２６は切換手段２９に切換制御信号を出力し、それによって切換手段２９は開閉弁１５を閉じ開閉弁１６を開け、左側の中空糸膜モジュール１を運転モジュールから待機モジュールにすると共に、右側の中空糸膜モジュール１を待機モジュールから運転モジュールに切り換える。
【００２２】
その切り換えの際、右側の中空糸膜モジュール１における中空糸膜の一次側圧力は前述のように左側のそれと同じ値に維持されているので、負荷路８に実質的な圧力変動を起こすことはない。さらに右側の中空糸膜モジュール１における中空糸膜の二次側は、前述のように乾燥気体により乾燥状態に維持されているので、切り換え後の負荷路８の乾燥度が一時的に低下することもない。
上記のような切り換え時における負荷路８の圧力変動と乾燥度変動の関係を図４、図５に示す。図４の横軸は時間、縦軸は負荷路８の圧力変化であり、点線は本発明における圧力変動を表し、実線は切換前の待機モジュールにおける中空糸膜の一次側圧力を大気圧力状態とした場合の圧力変動を表わしている。
図４から分かるように、本発明では負荷路８に実質的な圧力変動が起こらないのに対し、比較として示した実線の場合は切換時に大きな圧力変動を起こしている。
【００２３】
次いで、図５の横軸は時間、縦軸は負荷路８における乾燥度の変化であり、点線は本発明における乾燥度変化を表し、実線は切換前の待機モジュールにおける中空糸膜の二次側を大気開放のままとした場合の乾燥度変化を表している。
図５から分かるように、本発明では負荷路８における乾燥度低下が起こらないのに対し、比較として示した実線の場合は切換時に大きな乾燥度低下を起こしている。
次に、除湿効率が下がり待機モジュールに切り換えた左側の中空糸膜モジュール１は、手動により開閉弁１９の開度を大きくした状態で負荷路８側からの乾燥気体を中空糸膜３の二次側に通過させて乾燥する。そして所定の乾燥度に達したら開閉弁１９の開度を初期の値に戻し、次の運転モジュールへの切り換えのために待機させる。このようにして２つの中空糸膜モジュール１を運転モジュールと待機モジュールに交互に切換使用することができる。
【００２４】
以上の例では中空糸膜モジュール１を２つ並列に接続したが、３つ以上複数の中空糸膜モジュール１を並列接続して使用することもできる。例えば４つの中空糸膜モジュール１を並列接続し、２つを運転モジュール、残りの２つを待機モジュールとして交互に使用することができる。さらに、乾燥度が幾分下がったとき、２つの待機モジュールのうちの１つを運転モジュールに切り換えるようにすることもできる。
なお、並列接続した中空糸膜モジュール１の１つ、例えば図１の右側の中空糸膜モジュール１を除湿装置から取り外す場合は、開閉弁１６および開閉弁１８を閉じることにより系統から除外した後に取り外せばよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の気体の除湿装置によれば、複数の中空糸膜モジュールの一部を運転モジュールとして運転し、残りの中空糸膜モジュールを待機モジュールとして待機させることができる。そして運転モジュールによる除湿効率が何らかの原因で大きく低下したときには、切換手段によりそれまでの待機モジュールを新しい運転モジュールとして運転し、それまでの運転モジュールを新しい待機モジュールとして待機させる。それによって除湿装置を停止することなく継続して運転することができる。
しかも、それまでの待機モジュールはその出口側が負荷路に接続され、且つその待機モジュールの中空糸膜の二次側にパージ路から乾燥気体を供給できるように構成されていたので、出口側圧力は負荷路の圧力に保持され、さらにその中空糸膜の二次側は乾燥気体により乾燥された状態になっている。従って、切り換えに際しての圧力変動および乾燥度低下等を運転に差し支えない程度に押さえることができる。そして、運転モジュールと待機モジュールとを切り換える際、両モジュールの二次側を共に負荷路に接続状態で、運転モジュールを待機モジュールに、待機モジュールを運転モジュールに切換手段２９により切り換えるので、切り替え時に、図４の点線および図５の点線の如く、乾燥空気の圧力を一定に維持すると共に、乾燥度の低下を防止することができる。
【００２６】
また請求項２に記載の気体の除湿装置によれば、浸透力が下がって除湿効率が低下したときそれを検出し、自動的に中空糸膜の二次側の湿度をより低くして浸透力を回復させることができる。
さらに請求項３に記載の気体の除湿装置によれば、負荷路における乾燥度が異常に低下したときそれを検出し、自動的に運転モジュールから待機モジュールに切り換えて乾燥度を維持することができる。
さらに請求項４に記載の除湿装置によれば、運転モジュールへの液相の水分の侵入を著しく減少させることができ、それによって運転モジュールから待機モジュールへの切り換え期間を大幅に延長できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の除湿装置を使用して気体の除湿を行っている状態を示すプロセスフロー図。
【図２】図１における中空糸膜モジュール１を運転モジュールまたは待機モジュールに切り換える切換手段とそれを制御する制御装置のブロック図。
【図３】図１の除湿装置における乾燥度変化Ａと中空糸膜の二次側へのパージ流量Ｂの関係を示す図。
【図４】図１の除湿装置における切り換え時に生じる負荷路８の圧力変動を示す図。
【図５】図１の除湿装置における切り換え時に生じる負荷路８の乾燥度変動を示す図。
【図６】中空糸膜モジュールの例を示す一部破断正面図。
【図７】中空糸膜モジュールを使用する従来の除湿装置のプロセスフロー図。
【図８】中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に示す図。
【図９】中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に示す図。
【図１０】中空糸膜３による湿分の浸透状態を模式的に示す図。
【符号の説明】
１  中空糸膜モジュール
２  容器
３  中空糸膜
４  支持部材
５  入口側
６  出口側
７  供給路
７ａ  供給分岐路
７ｂ  供給分岐路
８    負荷路
８ａ  負荷分岐路
８ｂ  負荷分岐路
９  供給口
１０  排出口
１１  パージ路
１２  手動開閉弁
１３  固形物フィルタ
１４  オイルミストセパレータ
１５  開閉弁
１６  開閉弁
１７  開閉弁
１８  開閉弁
１９  開閉弁
２０  開閉弁
２１  検出装置
２２  ドレンセパレータ
２３  減圧装置
２４  水分除去手段
２５  開閉弁
２６  制御装置
２７  設定器
２８  設定器
２９  切換手段
３０  駆動回路
【図１】
0004300495.tif 000002
【図２】
0004300495.tif 000003
【図３】
0004300495.tif 000004
【図４】
0004300495.tif 000005
【図５】
0004300495.tif 000006
【図６】
0004300495.tif 000007
【図７】
0004300495.tif 000008
【図８】
0004300495.tif 000009
【図９】
0004300495.tif 000010
【図１０】
0004300495.tif 000011