JPH0478414A - 空気精製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体工業、分析器のゼロ点校正などに使用
される高純度空気を製造するための装置に関する。

従来技術とその問題点 従来使用されている空気精製装置の一例の概要を第１図
に示す。この形式の装置においては、原料空気は、圧縮
機（１）に導入され、所定の圧力に昇圧された後、ヒー
ター（３）を備えた反応器（５）に送られる。反応器（
５）には、触媒が充填されており、ここで空気中の微量
不純物である可燃性成分を燃焼させて、二酸化炭素、水
などを生成させる。この様な生成物を含む反応器（５）
からの空気は、燃焼熱により高温となっているので、熱
交換器（７）および冷凍機（９）を順次通過させて、冷
却する。熱交換器（７）は、ライン（１１）を通る冷却
水により、冷却されている。冷却により生成されたドレ
ンを含む空気は、ドレンセパレーター（１３）に送られ
、ドレンが系外に取り出される。次いで、冷却温度にお
ける飽和水蒸気を含む空気は、自動作動弁（１５）　、
・・・（１５）を介して吸着塔（１７）または吸着塔（
１９）に導入され、二酸化炭素および水を吸着除去され
た後、自動作動弁（２１）　、・・・（２１）を経て、
フィルター（２３）を通り、精製空気として系外に取り
出される。吸着塔（１７）および吸着塔（１９）は、常
法に従って、圧力スイング方式または温度スイング方式
により交互に再生され、吸着されていた二酸化炭素およ
び水は、ライン（２５）からパージ空気とともに放出さ
れる。

しかしながら、この様な装置を使用する場合には、高純
度精製空気は得られるものの、飽和水分除去のための熱
交換器、冷凍機、ドレンセパレーターなどを必要とする
ので、装置が大型となり、設備費が高く、電力費も高く
なるという問題点がある。さらに、メンテナンスが煩雑
であり、可働部分から騒音が発生するなどの問題点もあ
る。

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き技術の現状に鑑みて研究を進め
た結果、水の選択的分離を行なう分離膜により、原料空
気中の水分絶対量を予め低減しておく場合には、吸着塔
への負荷を低減するとともに、冷凍機を省略し得ること
を見出した。

すなわち、本発明は、下記の空気精製装置を提供するも
のである： 「空気中の微量可燃性成分を燃焼する反応器と、反応器
から出たガス中のＣ０２、Ｈ２０および酸化生成物を除
去する装置とを備えた空気精製装置において、上記反応
器の空気導入口の上流側にＨ２Ｏを選択的に濾過除去す
る分離膜式水分除去装置を設けたことを特徴とする空気
精製装置。」第２図に模式的に示す様に、本発明におい
て原料空気からの水分除去に使用する分離膜式水分除去
装置（２７）は、多数の中空糸状体を束ねた状態でケー
シングに収容されており、ライン（２９）から原料空気
が３〜１０ｋｇ／ｃ＋Ｊ程度の加圧下に圧入される。含
湿空気が中空糸状体の中空部を通過する間に、水分のみ
が選択的に膜を通過して、中空糸状体の外側に出ていく
。中空糸状体内部を通過した乾燥空気は、前述の従来技
術の場合と同様にして、ライン（３１）から反応器およ
び吸着塔に送られて、引続きＣＯ２、Ｈ２Ｏおよび酸化
生成物の除去が行われる。

分離膜式水分除去装置（２７）内において空気から分離
された過湿空気は、乾燥空気の一部をライン（３３）か
ら分離膜式水分除去装置（２７）内に送り込むことによ
り、ライン（３５）からパージされる。或いは、他の工
程から得られる乾燥空気により、過湿空気のパージを行
なってもよい。

本発明の分離膜式水分除去装置（２７）で使用する分離
膜としては、公知の水分分離膜を使用することができる
。この様な水分分離膜の具体例としては、例えば、特開
昭５４−１１４８１号、特開昭５４−１５２６７９号、
特開昭６０−１８３０２５号、特開昭６１−１９５１１
７号、特開昭６２−４２７２３号などに記載された吸水
性高分子膜；特開昭５３−８６６８４号、特開昭６０−
２５７８１９号、特開昭６Ｏ−２６１５０３号、特開昭
６２−４２７７２号などに記載されたポリスルホン多孔
膜、ポリプロピレン多孔膜、ポリテトラフルオロエチレ
ン多孔膜との複合膜；特開昭６２−４２７２３号などに
記載された芳香族ポリイミド膜；さらに、パーフルオロ
系イオン交換膜、炭化水素系イオン交換膜、イオン交換
膜と吸水性高分子膜との複合膜などがあげられる。これ
らの中でも、イオン交換膜がより好ましく、特に固定イ
オン濃度１〜６Ｎ程度（より好ましくは２〜５Ｎ程度）
、吸水率２０〜２５０重量％程度（より好ましくは２２
〜１１０重量％程度）、膜厚０．１〜２００μｍ程度（
より好ましくは１〜１５０μｍ程度）のものが好適であ
る。ここに、吸水率は、乾燥重量当りの膜に含まれる水
分量の百分率で表され、また、固定イオン濃度は、膜に
含まれる水分当りのイオン交換量で表される。イオン交
換膜としては、下記の一般式で表されるパーフルオロス
ルホン系イオン交換膜がより好ましい。

−（ＣＦ２　　　ＣＦｈ （ＯＣＦ２　ＣＦ″Ｆ−ｉＶ−０−尺ＣＦ２　辷丁ＳＯ
３８番 Ｆ２ （式中、ｍは０または１、ｎは２〜５の整数である） 発明の効果 本発明で使用する分離膜式水分除去装置では、原料空気
の圧入と過湿空気のパージにより、空気の高度脱水が可
能となるので、熱交換器および冷凍機が不要となり、空
気精製装置全体の小型化、騒音の抑制、メンテナンスの
簡略化などが達成される。

また、高性能水分分離膜を使用することにより、例えば
、２５℃における飽和水蒸気圧（約３．３容量％）を有
する原料空気を露点−４０℃（約０．０１２７容量％）
まで除湿する場合には、水分の９９．６％が除去される
ことになり、引続く空気の精製が極めて容易となる。

実施例 以下に実施例および比較例を示し、本発明の特徴とする
ところをより一層明確にする。

実施例１ 第３図に概要を示す装置を使用して、空気の精製を行な
った。

圧縮機（１）を経て分離膜式水分除去装置（２７）に原
料空気を送入し、水分の除去を行なった。

分離膜式水分除去装置（２７）において高性能水分分離
膜として中空糸状分離膜（商標“５ｔＪＮＳＥＰ−Ｗ、
ＢＯＩ型”、旭硝子（株）製）を使用し、飽和水分を含
む原料空気を供給圧６．１〜６　、　２　ｋｇ　／　ｃ
ｌ、流量１０Ｑ／分、再生パージ率２０％の条件下に操
作を行なった。その結果、露点−３３℃の乾燥空気が得
られた。

次いで、常法に従って、この乾燥空気を燃焼反応器（５
）ならびにＰＳＡ方式の吸着塔（１７）および吸着塔（
１９）を備えた空気精製装置（ただし、熱交換機、冷凍
機およびドレンセパレーターは備えていない）に送り、
さらに空気の精製を行なった。

その結果、第１図に示す従来装置により得られる精製空
気と同程度の高純度空気が得られた。

本実施例で使用した装置は、第１図に示す公知の空気精
製装置に比して、熱交換機、冷凍機およびドレンセパレ
ーターを必要としないので、装置がコンパクト化される
とともに、可動部分も少なくなったので、メンテナンス
が容易となった。また、ＰＳＡ方式による吸着塔に対す
る負荷が低減したので、サイクルタイムを大幅に延長す
ることができた。

実施例２ 第４図に示す吸着塔を１塔とした小型の可搬式装置を使
用して、空気の精製を行なった。

従来装置において、吸着塔を１塔とする場合には、吸着
塔の脱着操作を頻繁に繰り返す必要があったが、本発明
装置においては、原料空気からの水分除去が高度に行な
われているため、脱着サイクル間の時間が大幅に延長さ
れた。

【図面の簡単な説明】 第１図は、公知の空気精製装置の一例を示すフロー図で
ある。 第２図は、本発明で使用する分離膜式水分除去装置の概
要を示す図面である。 第３図は、本発明による空気精製装置の一例を示すフロ
ー図である。 第４図は、本発明による空気精製装置の他の一例を示す
フロー図である。 （１）・・・圧縮機 （３）・・・ヒーター （５）・・・燃焼反応器 （７）・・・熱交換機 （９）・・・冷凍機 （１８）・・・ドレンセバレーター 、（１９）・・・吸着塔 ・・・フィルター ・・・分離膜式水分除去装置 （以 、七）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気中の微量可燃性成分を燃焼する反応器と、反
   応器から出たガス中のＣＯ＿２、Ｈ＿２Ｏおよび酸化生
   成物を除去する装置とを備えた空気精製装置において、
   上記反応器の空気導入口の上流側にＨ＿２Ｏを選択的に
   濾過除去する分離膜式水分除去装置を設けたことを特徴
   とする空気精製装置。