JPH10272333A

JPH10272333A - ガス精製方法、空気浄化方法、及びそれらの装置

Info

Publication number: JPH10272333A
Application number: JP10018925A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Henmi; ひろみ逸見; Makio Tamura; 真紀夫田村; Takeshi Murakami; 健村上; Akiko Umeka; 明子梅香; Daisaku Yano; 大作矢野
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な手段により、粗製ガスを精製して高純
度ガスを得るガス精製方法、及びその装置を提供する。【解決手段】本ガス精製装置１０は、ガス精製装置の
構成を汚染空気の浄化に適用した空気浄化装置であっ
て、空気構成成分以外のガス成分を透過させるガス透過
膜として、多数本のポリプロピレン製中空糸膜を有する
膜モジュール１２を備えている。更に、装置１０は、液
体流入管１４、液体ポンプ１５及び液体流出管１６から
なる液体供給装置と、空気流入管１８、空気流出管２０
及び吸引ブロア２２からなる空気導入装置とを備えてい
る。中空糸膜の外側を流れる空気中の汚染ガス成分が、
中空糸膜を選択的に透過して中空糸膜の中空部を流れる
ガス溶解性液体に溶解、拡散することにより、空気が浄
化される。本空気浄化装置は、空気を粗製ガスに、空気
構成成分以外のガス成分を粗製ガス注の不純物ガス成分
にすることにより、高純度ガスを製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス精製方法、空
気浄化方法及びそれらの装置に関し、更に詳細には、不
純物ガス成分を含む粗製ガスを精製して高純度のガスを
製造する方法、空気構成成分以外のガス成分により汚染
された、特に汚染ガス成分により低濃度に汚染された空
気の浄化方法及びそれらの装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス反応を利用した化学品の製造方法、
ガスを利用した固体加工方法の進展に伴い、種々のガス
が利用されている。そして、ガスを利用した微細加工技
術が著しく進歩した現今では、微細加工に純度の高いガ
スを使用することが益々必要になっている。しかも、高
純度ガスの需要は従来に比べて大幅に増大している。例
えば、半導体装置の製造工場では、高純度窒素ガスが、
キャリアガス、シールガス、パージガス、加圧ガス等の
用途で広く使用され、高純度のＳｉＨ₄ガスは半導体装
置に必要な半導体層の成膜材料として使用されている。
従来は、空気の深冷分離により粗製窒素ガスを製造し、
次いでモレキュラーシーブによる吸着法、或いは吸収液
との気液接触吸収法により、粗製窒素ガス中の不純物ガ
ス成分を除去して粗製ガスを精製し、高純度の窒素ガス
を得ている。

【０００３】一方では、微量の汚染ガス成分を含んだ汚
染空気による影響も懸念されている。すなわち、クリー
ンな空気を必要とする空間、例えば半導体装置の製造工
場のクリーンルーム、或いは美術館、博物館等の展示空
間では、微量の汚染ガス成分を含む汚染空気が、腐食、
劣化等の好ましくない影響を製品、展示品等に及ぼすこ
とが問題になっている。

【０００４】例えば、半導体装置の製造工場に設けられ
ているクリーンルームでは、クリーンルーム内で使用す
る薬品により空気が汚染されると、クリーンルーム内の
オペレータに対する健康上の問題に加えて、半導体装置
の製品品質が低下するおそれが生じる。美術館及び博物
館等では、展示空間の空気が汚染されていると、貴重な
展示品の劣化が汚染空気により著しく進行する恐れがあ
る。また、高精度の分析を行う分析室などでは、試薬に
よる空気汚染により試料が汚染され、分析精度が低下す
るという問題がある。更には、工場内で局所的に高濃度
の薬品を使用する場合には、薬品から蒸発ないし気化し
たガス成分により空気が汚染され、作業環境保全の点か
ら問題となる。

【０００５】上述のような汚染空気を浄化する場合、そ
の浄化方法は、従来、活性炭等の吸着剤により汚染ガス
成分を吸着、除去する吸着法、汚染空気をフィルタによ
り濾過して汚染ガス成分を除去する濾過法、洗浄塔に汚
染空気を導入し、洗浄水で洗浄して汚染ガス成分を除去
する洗浄法に大別される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のガス精
製方法は、吸着法、気液接触方式の吸収法を用いている
ので、大型の装置が必要で、しかも精製プロセス及び操
作も複雑であるために、現在のように、多種多様の高純
度ガスを少量必要とする場合に適用するのは、不便で、
経済的ではない。

【０００７】また、空気の浄化についても、従来の吸着
法、濾過法及び洗浄法は、単位体積当たりの気液接触面
積が小さいために装置が大型化したり、汚染空気から低
濃度の汚染ガス成分を除去することが技術的に難しかっ
たり、洗浄法では洗浄水の液滴が辺りに飛散してその始
末が面倒であったりして、汚染空気の浄化、特に局所的
な空気汚染の際の汚染空気の浄化には適切ではなかっ
た。

【０００８】そこで、本発明の目的は、簡便な手段によ
り、粗製ガスを精製して高純度ガスを得るガス精製方
法、及び、簡便な手段により、汚染空気、特に局所的な
低濃度汚染の空気を清浄度の高い空気に効率的に浄化で
きる空気浄化方法、並びにそれらの装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ガス透過
膜を使用して、粗製ガス中の不純物ガス成分を透過さ
せ、透過した不純物ガス成分をガス溶解性液体に溶解、
拡散させることにより、粗製ガス中から不純物ガス成分
を除去して精製すること、及び、汚染空気中の汚染ガス
成分を透過させ、透過したガス成分をガス溶解性液体に
溶解、拡散させることにより、汚染空気を浄化すること
を着想し、実験を重ねて本発明を完成するに到った。

【００１０】上記目的を達成するために、本発明に係る
ガス精製方法は、ガス透過膜を介してその両側にそれぞ
れ設けられたガス流通領域及び液体流通領域に、不純物
ガス成分を含む粗製ガス及びガス溶解性液体をそれぞれ
ガス透過膜に沿って流通させつつ、粗製ガス中の不純物
ガス成分をガス透過膜に透過させてガス溶解性液体に溶
解し、粗製ガスを精製するようにしたことを特徴として
いる。

【００１１】本発明方法で粗製ガスとは、不純物ガス成
分を含むガスを言い、不純物ガス成分を除去して高純度
ガスを得る対象の原料ガスである。本発明方法は、粗製
ガスの種類、並びに粗製ガス中に含まれる不純物ガス成
分の種類及び濃度を問わず適用でき、更に言えば、従来
の気液接触式物理吸収プロセス及び反応吸収プロセスが
適用できるものには、基本的に言って全て適用できる。
ガス溶解性液体は、粗製ガス中に含まれる不純物ガス成
分に対して溶解性を有する液体であって、例えば不純物
ガス成分がＣＯ₂の場合には、ＮａＯＨ液、ＮａＯＨ水
溶液、アンモニア水溶液等の無機アルカリ溶液又は水溶
液、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン水溶液
等の有機アルカリ溶液又は水溶液である。ＣＯの場合に
は、銅塩のアンモニア水溶液、ＣＨ₄の場合には、ベン
ゼン、トルエン等を使用できる。なお、水は殆どの不純
物ガス成分に対してガス溶解性液体として適用できる。
粗製ガス中の不純物ガス成分とガス溶解性液体との組み
合わせの詳細は、例えば表１及び表２に示す通りであ
る。

【表１】

【表２】

【００１２】更に言えば、本発明方法は、通常の気液接
触式物理吸収プロセスに代わる適用として、例えばガス
溶解性液体に水（好ましくは純水）を使用し、大気中か
らイソプロピンアルコール（ＩＰＡ）を除去することが
できる。また、通常の気液接触式反応吸収プロセスに代
わる適用として、例えばガス溶解性液体にエタノールア
ミン（ＭＥＡ）、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）又はＮ
ａＯＨ水溶液を使用して、天然ガス、水素ガス、合成ガ
ス等からＣＯ₂、Ｈ₂Ｓを除去することができる。更に
は、ガス溶解性液体としてジエチレングリコール（ＤＥ
Ｇ）又はトリエチレングリコール（ＴＥＧ）を使用し
て、天然ガス、水素ガス、合成ガス等から水分を除去す
ることができる。また、第１銅塩（炭酸塩、ギ酸塩、酢
酸塩）のアンモニア水溶液（銅液）をガス溶解性液体と
して使用し、粗製ガスからＣＯを除去することができ
る。また、ガス溶解性液体として水を使用して、粗製ガ
スからＳｉＦ₄、ＨＦ等のフッ素化合物ガスを除去する
ことができる。

【００１３】本発明方法で使用するガス透過膜は、汚染
ガス成分を選択的に透過させ、かつ液体に対して非透過
性である膜であって、合成樹脂製の多孔質膜、例えば、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等
のポリオレフィン製の膜、ポリ四フッ化エチレン、フッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素樹脂製の膜、更に
はポリスルホン製の膜、シリコンゴム製の膜を好適に使
用できる。また、ガス透過膜の形状は、平膜状、スパイ
ラル状、中空糸状等あらゆる形状のものが用いられる
が、特に中空糸をスダレ状に編んで、これをスパイラル
状に巻いたものが圧力損失が小さい点で好適に用いられ
る。

【００１４】好適には、ガス溶解性液体をガス透過膜に
沿って粗製ガスの流れ方向に対し向流方向で流通させ
る。これにより、不純物ガス成分の透過により低い不純
物濃度となった粗製ガスは、ガス透過膜を介して、更
に、不純物ガス成分の溶解濃度の低い、すなわち溶解能
の高い導入直後のガス溶解性液体に接触し、粗製ガス中
の残存の不純物ガス成分をガス溶解性液体に移行させる
ことができるので、一層、高純度のガスを得ることがで
きる。

【００１５】また、好適には、ガス流通領域を流通して
得た精製ガスの湿度を調整する。これにより、ガス溶解
性液体から水蒸気が精製ガスに移行したために湿度が高
くなった精製ガスを所定湿度に調湿することができる。
ガスから水分を除去する場合は、水分を吸着する吸着剤
や水分を透過させるガス分離膜で処理する方法等を採用
することができる。また、不純物ガス成分が有害なガス
成分である場合には、液体流通領域を流通したガス溶解
性液体中の溶解不純物ガス成分を活性炭、イオン交換樹
脂、逆浸透膜等で除去し、安全なガス溶解性液体廃液と
して排出するようにすることもできる。更には、溶解不
純物ガス成分を除去したガス溶解性液体を再び液体流通
領域に導入して、ガス溶解性液体を循環使用することが
できる。

【００１６】また、本発明方法を適用すれば、半導体装
置の製造工場等で大量に使用されるアルゴン、ヘリウム
等の経済性の高い稀ガスを含む排ガスから不純物ガスを
除去し、アルゴン、ヘリウム等の稀ガスを精製、再利用
することもできる。

【００１７】本発明に係る空気浄化方法は、請求項１に
記載のガス精製法において、粗製ガス及び不純物ガス成
分が、それぞれ、空気構成成分以外のガス成分により汚
染された空気、及び空気構成成分以外の空気汚染ガス成
分であって、ガス透過膜を介してその両側にそれぞれ設
けられた空気流通領域及び液体流通領域に、空気構成成
分以外のガス成分により汚染された空気及びガス溶解性
液体をそれぞれガス透過膜に沿って流通させつつ、汚染
空気中の汚染ガス成分をガス透過膜に透過させてガス溶
解性液体に溶解し、空気を浄化するようにしたことを特
徴としている。

【００１８】本発明で空気構成成分とは、空気を構成す
る、酸素、窒素、不活性ガス、炭酸ガス、水蒸気を言
い、空気構成成分以外のガス成分とは、空気に混じっ
た、それ以外のガス成分を言う。空気構成成分以外のガ
ス成分とは、例えば、実験例で例示した塩酸、酢酸、イ
ソプロピルアルコール、アンモニアの他に、アミン、炭
化水素、ＮＯ_x、ＳＯ_x、フタル酸ジブチル、フタル酸
ジオクチル等の可塑剤を例として挙げることができる。
本発明方法で使用するガス溶解性液体は、汚染ガス成分
を溶解できる液体であれば、制約は無く、ガス溶解性液
体として、例えば汚染ガス成分が塩素ガス又は塩酸ガス
等の酸性ガスの場合には水を、汚染ガス成分の濃度が低
い場合には、好ましくは純水、又はアルカリ性溶液を使
用する。また、アンモニアガス等のアルカリ性ガスの場
合には水を、汚染ガス成分の濃度が低い場合には、好ま
しくは純水、又は酸性溶液を使用する。汚染ガス成分が
イソプロピルアルコール蒸気等の有機化合物系ガスの場
合には水を、汚染ガス成分の濃度が低い場合には、好ま
しくは純水を使用する。ガス溶解性液体の温度は、使用
するガス透過膜の使用限界温度以下であれば良いが、好
適には、ガス溶解度が高くなる温度にする。通常、液体
の温度が低いほうが、ガス溶解度は高く、少なくとも４
０℃以下にする。汚染ガス成分が反応性を有する場合、
汚染ガス成分と反応し易いガス溶解性液体を選択するの
が好ましい。

【００１９】本空気浄化方法では、空気構成成分以外の
ガス成分として、空気中に過剰に含まれた二酸化炭素を
対象とし、空気中から過剰に含まれた二酸化炭素を除去
し、正常なガス組成の空気に浄化することもできる。空
気中に過剰に含まれた二酸化炭素とは、通常の空気に含
まれる二酸化炭素濃度以上の濃度で空気中に含まれる二
酸化炭素を言う。本方法は、密室状態で作業しているた
めに空気中の二酸化炭素が増大した場合、例えば宇宙船
内で宇宙士が作業していて、宇宙船内の空気中の二酸化
炭素が増大した場合等に、好適に適用できる。

【００２０】本発明方法は、汚染ガス成分の種類を問わ
ず、また濃度を問わず、汚染ガス成分により汚染された
空気の浄化に適用できる。好適には、ガス溶解性液体を
ガス透過膜に沿って空気の流れ方向に対し向流方向で流
通させる。これにより、汚染ガス成分の透過により低濃
度の汚染状態になった空気は、ガス透過膜を介して、更
に、ガス成分の溶解濃度の低い、すなわち溶解能の高い
導入直後のガス溶解性液体に接触し、空気中の残存の汚
染ガス成分をガス溶解性液体に移行させることができる
ので、清浄度の高い空気に浄化される。また、好適に
は、空気流通領域を流通した空気の湿度を調整する。こ
れにより、空気中の水蒸気がガス透過膜を介してガス溶
解性液体に移行したために湿度が低くなった空気、逆に
ガス溶解性液体から水蒸気が空気に移行したために湿度
が高くなった空気を所定湿度に調湿することができる。
なお、湿度が低くなった空気を加湿する場合は、当該空
気に純水を霧状にしてスプレーする方法等が、また、湿
度が高くなりすぎた空気から水分を除去する場合は、水
分を吸着する吸着剤や水分を透過させるガス分離膜で処
理する方法等を採用することができる。また、液体流通
領域を流通したガス溶解性液体のｐＨが酸性やアルカリ
性となる場合は、これを中和して放流し、また、当該ガ
ス溶解性液体に有機性炭素が含まれる場合は、これを生
物処理して放流するようにする。また、液体流通領域を
流通したガス溶解性液体中の溶解ガス成分を活性炭、イ
オン交換樹脂、逆浸透膜等で除去し、次いで再び液体流
通領域に導入することもできる。これにより、ガス溶解
性液体を循環使用することができる。さらに、空気流通
領域を流通した空気を従来から空気の浄化に用いられて
いる種々のフィルタで処理することもできる。このよう
に本発明の方法で予め空気を浄化した後に、フィルター
でさらに浄化することにより、フィルターの交換期間を
大幅に延長することができる。

【００２１】本発明に係るガス精製方法を実施するのに
最適なガス精製装置は、粗製ガス中の不純物ガス成分を
透過させるガス透過膜と、ガス透過膜を介してその両側
にそれぞれ設けられたガス流通領域及び液体流通領域と
を有し、ガス透過膜に沿ってガス流通領域を流通する粗
製ガス中の不純物ガス成分をガス透過膜に透過させ、ガ
ス透過膜に沿って液体流通領域を流通するガス溶解性液
体中に溶解させるようにしたガス透過膜装置と、粗製ガ
スをガス透過膜装置に導入する粗製ガス導入装置と、及
びガス溶解性液体をガス透過膜装置に供給する液体供給
装置とを備えていることを特徴としている。本発明に係
るガス精製装置は、精製ガスの純度を高めるために、若
しくは不純物ガス成分が複数種ある場合に、各不純物ガ
ス成分毎に除去するために、同種もしくは異種のガス溶
解性液体を使用した複数個のガス精製装置を直列に接続
しても良く、また精製ガスの流出量を増大させるために
複数個のガス精製装置を並列に接続しても良く、更には
直列に接続した装置列を複数列に並列配置しても良い。

【００２２】本発明の好適な実施態様では、ガス透過膜
装置が、ガス透過膜と、ガス透過膜を介して接続して、
それぞれ空気流通領域及び液体流通領域として構成され
たガス室及び液体室とを一体的構造にしたガス透過膜モ
ジュールとして構成することにより、小型化及びコンパ
クト化を実現できる。また、更に好適な実施態様では、
ガス透過膜モジュールが、ガス透過膜からなる中空糸膜
と、中空糸膜を長手方向に延在させて収容するハウジン
グとを備え、中空糸膜の内側中空部が液体室として、中
空糸膜とハウジングとの間の空間がガス室として、それ
ぞれ構成されているような中空糸膜をガス透過膜として
使用することにより、ガス透過膜を介した単位体積当た
りの気液接触面積が大きくなり、一層の小型化及びコン
パクト化を実現できる。

【００２３】本発明に係るガス精製装置は、請求項１０
から１２のうちのいずれか１項において、ガス透過膜
が、空気構成成分以外のガス成分を透過させるガス透過
膜、ガス透過膜装置が、ガス透過膜に沿って空気流通領
域を流通する空気中の空気構成成分以外のガス成分をガ
ス透過膜に透過させ、ガス透過膜に沿って液体流通領域
を流通するガス溶解性液体中に溶解させる装置、及びガ
ス導入装置が、空気をガス透過膜装置に導入する装置に
することにより、本発明に係る空気浄化方法を実施する
のに最適な空気浄化装置を実現している。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施例１本実施例は、ガス透過膜として中空糸膜モジュールを使
用した本発明に係るガス精製装置を空気浄化装置に適用
した例である。従って、汚染空気を粗製ガス、清浄な空
気を精製ガス、塩酸ガス成分を不純物ガス成分等にそれ
ぞれ読み代えることにより、空気浄化装置をガス精製装
置にすることができる。図１は本実施例の空気浄化装置
の構成を示すフローシート及び図２は中空糸膜モジュー
ルの部分破断斜視図である。

【００２５】本実施例の空気浄化装置１０は、図１に示
すように、ガス透過膜として中空糸膜を使用したガス透
過膜モジュール１２（以下、簡単に膜モジュール１２と
言う）と、液体供給装置として、膜モジュール１２の液
体入口及び出口にそれぞれ接続されて、ガス溶解性液体
（以下、簡単に液体と言う）を膜モジュール１２に流入
させ、次いで流出させる液体流入管１４及び液体流出管
１６と、液体流入管１４に設けられた、液体を送入する
液体ポンプ１５と、空気導入装置として、膜モジュール
１２の空気入口及び出口にそれぞれ接続されて、汚染空
気を流入させ、次いで清浄な空気として流出させる空気
流入管１８及び空気流出管２０と、空気流出管２０に接
続され、空気を吸引する吸引ブロア２２とを備えてい
る。

【００２６】膜モジュール１２は、図２に示すように、
円筒形のハウジング２４と、ハウジング２４のほぼ長手
方向中間点でハウジング２４を仕切り板３０により仕切
ってそれぞれ区画された第１室２６及び第２室２８と、
ハウジング２４の一方の端部３２（以下、第１端部３２
と言う）と他方の端部３４（以下、第２端部３４と言
う）との間でハウジング２４の中央部を長手方向に延在
し、仕切り板３０により仕切られた配気管３６及び集気
管３８と、配気管３６と集気管３８の周りに配置され、
仕切り板３０を貫通して第１端部３２と第２端部３４と
の間に延在する多数本の中空糸膜４０とを備えている。

【００２７】配気管３６及び集気管３８は、それぞれ、
多数の貫通孔４２を管壁に備え、貫通孔４２を介して空
気を第１室２６内に配気し、また第２室２８内から空気
を集気する。仕切り板３０は、ハウジング２４の内径よ
り僅かに小さな直径を有する円板状の板であって、配気
管３６から第１室２６に流出した空気は、多数本の中空
糸膜４０の間を縫うようにして流れ、次いで、ハウジン
グ２４と仕切り板３０との間の間隙４４を介して第１室
２６から第２室２８に流入し、再び多数本の中空糸膜４
０の間を縫うようにして流れた後に集気管３８に流入す
る。中空糸膜４０は、多孔質ポリプロピレン・フィルム
製で、膜厚が３０μm 、有効孔径が０．０５μm 、空孔
率が３０％の中空糸膜であって、第１端部３２及び第２
端部３４のいずれか一方に設けられた液体分配室（図示
せず）と、他方の端部に設けられた液体集水室（図示せ
ず）との間に延在している。空気と液体とが向流で流れ
る方式では、空気は、第１端部３２に設けられ、空気流
入管１８に接続された空気入口ノズル４６から配気管３
６に流入し、集気管３８を経て第２端部３４に設けられ
た空気出口ノズル４８及びそれに接続された空気流出管
２０から外部に流出する。一方、液体は、第２端部３４
に設けられ、液体流入管１４に接続された液体入口ノズ
ル５０から液体分配室を経て中空糸膜４０内に流入し、
次いで第１端部３２に設けられた液体集水室を経て液体
出口ノズル５２及びそれに接続された液体流出管１６か
ら外部に流出する。なお、本実施例では、中空糸内部を
液体流通領域とし、中空糸の外側を空気流通領域として
いるが、この逆であってもよい。また上述した空気と液
体とが向流で流れる方式にかえて、空気と液体とが並流
で流れる方式としてもさしつかえない。

【００２８】以上の構成の膜モジュール１２として市販
品を使用してもよく、例えば、ヘキスト・インターナシ
ョナル東京株式会社から販売されている商品名リキ・セ
ル（商標登録）エクストラフローの中空糸膜モジュール
を好適に使用できる。

【００２９】以下に、本空気浄化装置１０の使用方法を
説明する。例えば、塩酸ガスで汚染された空気を浄化す
る場合には、液体として、水を、汚染濃度が低い場合に
は、純水、又は弱アルカリ性水溶液を選択し、液体ポン
プ１５を起動して、液体を液体流入管１４から空気浄化
装置１０に流入させて液体流出管１６から流出させる。
それと共に、吸引ブロア２２を起動して、塩酸ガスで汚
染された空気を空気流入管１８により空気浄化装置１０
に吸引、導入し、塩酸ガス成分を中空糸膜に透過させて
液体に溶解して汚染空気を浄化する。浄化された空気
は、空気流出管２０を介して所定の場所に移送される。

【００３０】実験例１本発明方法を評価するために、空気浄化装置１０の構成
と基本的に同じ構成の図３に示すような実験装置６０を
作製して実験を行った。図３に示す機器、機器の部品等
のうち、図１及び図２と同じ機能を有するものには同じ
符号を付して、その説明を省略する。実験装置６０は、
膜モジュール１２としてヘキスト社製の中空糸膜モジュ
ール（モデル名リキ・セル２．５インチ）を使用し、
汚染空気源として、図３に示すように、汚染空気を発生
させ、膜モジュール１２に送入する汚染空気発生室６２
を有する。汚染空気発生室６２は、空気汚染用のガス成
分を蒸発させる薬品蒸発槽６４と、蒸発したガス成分と
汚染空気発生室６２に導入した空気とを攪拌、混合する
攪拌用ファン６６とを備えている。液体流入管１４及び
空気流入管１８には、それぞれ、液体及び空気の流量を
計測する流量計６８、７０が設けてある。また、液体流
出管１６には、流出した液体の電気伝導率及び全有機炭
素（ＴＯＣ）をそれぞれ計測する導電率計７２及びＴＯ
Ｃ計７４が設けてある。

【００３１】実験例１では、液体として超純水を選択
し、塩酸ガスにより汚染された空気を超純水により浄化
した。超純水を２０リットル／ｈｒの流量で膜モジュー
ル１２に導入し、導電率計７２によって電気伝導率を測
定したところ、０．２７μＳ／cm（ブランク値）であっ
た。次いで、薬品蒸発槽６４に３５％濃度の塩酸を入れ
て蒸発させ、塩酸ガスを汚染ガス成分とする空気を吸引
ブロア２２により吸引して、９０リットル／ｈｒの流量
で膜モジュール１２に導入し、定常状態になった時点
で、電気伝導率を測定したところ、１２．５μＳ／cmで
あった。

【００３２】実験例１では、空気中の塩酸ガスが膜モジ
ュール１２の中空糸膜を介して超純水に移行して溶解、
拡散した結果、超純水ので電気伝導率が０．２７μＳ／
cm（ブランク値）から１２．５μＳ／cmに上昇したと結
論できる。

【００３３】実験例２実験例２では、塩酸に代えてイソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）を使用したことを除いて、実験例１と同じ流
量条件でＩＰＡで汚染された空気を超純水により浄化し
た。超純水のＴＯＣ値のブランク値は、５．０ppb であ
り、定常状態になった時点で測定したＴＯＣ値は、８０
００ppb より大きかった。実験例２では、空気中のＩＰ
Ａガスが膜モジュール１２の中空糸膜を介して超純水に
移行して溶解、拡散した結果、超純水のでＴＯＣ値が
５．０ppb （ブランク値）から８０００ppb 以上に上昇
したと結論できる。

【００３４】実験例３実験例３では、塩酸に代えて酢酸を使用したことを除い
て、実験例１と同じ流量条件で酢酸で汚染された空気を
超純水により浄化した。定常状態になった時点で電気伝
導率及びＴＯＣ値を測定したところ、それぞれ、１２．
１μＳ／cm及び２４８０ppb であった。実験例３では、
空気中の酢酸ガスが膜モジュール１２の中空糸膜を介し
て超純水に移行して溶解、拡散した結果、超純水の電気
伝導率が０．２７μＳ／cm（ブランク値）から１２．１
μＳ／cmに上昇し、ＴＯＣ値が５．０Cppb（ブランク
値）から２４８０Cppbに上昇したと結論できる。

【００３５】実験例４実験例４では、塩酸に代えてアンモニアを使用したこと
を除いて、実験例１と同じ流量条件で酢酸で汚染された
空気を超純水により浄化した。定常状態になった時点で
電気伝導率を測定したところ、８１．８μＳ／cmであっ
た。実験例４では、空気中のアンモニアガスが膜モジュ
ール１２の中空糸膜を介して超純水に移行して溶解、拡
散した結果、超純水の電気伝導率が０．２７μＳ／cm
（ブランク値）から８１．８μＳ／cmに上昇したと結論
できる。

【００３６】実験例５実験例５では、図３に示す汚染空気発生室６２に代え
て、図６に示すように、分析用のクリーンルームから実
際の汚染空気を導入したことを除いて実験装置６０と同
じ構成の実験装置１２０により、超純水をガス溶解性液
体とし、以下のように実験例１と同様に、空気の浄化実
験を行った。常温の汚染空気を１５リットル／分の流入
流量でガス透過膜モジュール１２に流入させ、一方、ガ
ス溶解性液体として温度２５℃の超純水を２０リットル
／ｈｒの流量でガス透過膜モジュール１２に供給して、
汚染空気を浄化する処理を連続的に行った。実験装置１
２０の運転状態が定常状態になった時点で、３００ｍリ
ットルの超純水を収容した吸収瓶に、空気流出管２０か
ら３リットル／分の流量で浄化空気を６時間通気して超
純水中に浄化空気中の残存汚染ガス成分を吸収させた。
続いて、吸収瓶の超純水を分析して残存汚染ガス成分の
気体中濃度を求めた。その分析結果は、表３の浄化空気
の欄に示す通りである。また、同時に、浄化空気と同様
の条件で、空気流入管１８から汚染空気を抽出して汚染
空気中の汚染ガス成分の気体中濃度を求めたところ、表
３の汚染空気の欄に示す通りであった。有機性ガスはガ
スクロマト質量分析計により、アンモニアガスはイオン
クロマトグラフィにより、それぞれ、分析した。

【表３】

【００３７】実験例６実験例６では、図３に示す実験装置６０と基本的な構成
が同じ図７に示す実験装置１２２により、ＣＯ₂を含む
Ｎ₂ガスからＣＯ₂をＮａＯＨ水溶液により除去して高
純度のＮ₂ガスを得る実験を行った。Ｎ₂ガスボンベか
ら導入した純度９９．９９９９％のＮ₂ガスにＣＯ₂ガ
スボンベからＣＯ₂ガスを注入して、ＣＯ₂濃度が４２
９ppb のＣＯ₂含有Ｎ₂ガスを調製し、調製したＣＯ₂
含有Ｎ₂ガスを圧力１kg/cm²、５リットル／分の流入流
量でガス透過膜モジュール１２に流入させた。一方、液
体として２５℃の０．１モル／リットルのＮａＯＨ水溶
液を２０リットル／ｈｒの流量でガス透過膜モジュール
１２に供給して、ＣＯ₂含有Ｎ₂ガスからＣＯ₂を除去
して、高純度Ｎ ₂ガスを連続的に得る実験を行った。図
７中、７１はＣＯ₂ガスの流量を測定する流量計であ
る。実験装置１２２の運転状態が定常状態になった時点
で、３００ミリリットルの超純水を収容した吸収瓶に、
空気流出管２０から０．５リットル／分の流量で精製Ｎ
₂ガスを０．５時間通気して超純水中に精製Ｎ₂ガス中
の残存ＣＯ₂ガスを吸収させた。続いて、吸収瓶の超純
水をＴＯＣ計により分析してＩＣ（無機炭素）濃度を測
定し、気体中濃度を求めたところ、ＣＯ₂ガスの気体中
濃度は、２３．７ppb であった。従って、ＣＯ₂ガスの
除去率は、９４％であった。

【００３８】実験例７実験例７では、図７に示す実験装置１２２と基本的な構
成が同じ図８に示す実験装置１２４により、実験例６の
ＣＯ₂含有Ｎ₂ガスに代えて、ＣＯ₂を含む高純度空気
からＣＯ₂をＮａＯＨ水溶液により除去して高純度空気
を得る実験を行った。本実験で使用した高純度空気は、
次のような組成である。酸素／窒素の組成大気組成ＣＯ＜０．１ppm ＣＯ₂ ＜０．１ppm ＣＨ₄ ＜０．１ppm ＮＯ_X ＜０．０１ppm ＳＯ₂ ＜０．０１ppm Ｈ₂Ｏ（露点）＜−８０℃

【００３９】高純度空気ボンベから導入した高純度空気
にＣＯ₂ガスボンベからＣＯ₂ガスを流入させ、ＣＯ₂
濃度が４６２ppb のＣＯ₂含有空気を調製し、調製した
ＣＯ ₂含有空気を５リットル／分の導入流量でガス透過
膜モジュール１２に流入させた。一方、液体として２５
℃の０．１モル／リットルのＮａＯＨ水溶液を２０リッ
トル／ｈｒの流量でガス透過膜モジュール１２に供給し
て、ＣＯ₂含有空気からＣＯ₂を除去して、高純度空気
を連続的に得る実験を行った。実験装置１２４の運転状
態が定常状態になった時点で、３００ミリリットルの超
純水を収容した吸収瓶に、空気流出管２０から０．５リ
ットル／分の流量で精製Ｎ₂ガスを０．５時間通気して
超純水中に精製空気中の残存ＣＯ₂ガスを吸収させた。
続いて、吸収瓶の超純水をＴＯＣ計により分析してＩＣ
（無機炭素）濃度を測定し、気体中濃度を求めたとこ
ろ、ＣＯ₂ガスの気体中濃度は、１３９ppb であった。
従って、ＣＯ₂ガスの除去率は、７０％であった。

【００４０】実験例１から４は、汚染空気中の汚染ガス
成分が確実に液体に移行していることを実証している。
実験例１から４の結果に基づき、本発明に係る空気浄化
装置１０及びそれを使用した本発明に係る空気浄化方法
は、汚染ガス成分をガス透過膜に透過させてガス溶解性
液体に溶解、拡散させ、空気を浄化することができると
評価できる。

【００４１】実験例５は、分析用のクリーンルームから
導入した実際の汚染空気の浄化実験であって、各汚染ガ
スの除去率が７０％以上になっていることから判る通
り、本発明方法は、極めて有効な浄化方法であると評価
できる。また、実験例６及び７では、実験装置１２２、
１２４を使ってＣＯ₂含有Ｎ₂ガス及びＣＯ₂含有空気
からそれぞれ９４％及び７０％の高除去率でＣＯ₂を除
去して高純度Ｎ₂ガス及び高純度空気を得ることができ
ることを示している。

【００４２】実施例２本実施例の空気浄化装置８０は、図４（ａ）に示すよう
に、膜モジュール１２の目詰まりを防止するために、実
施例１の空気流入管１８にフィルタ８２と、フィルタ８
２での空気の圧力損失を考慮して、吸引ブロア２２に代
えて押し込みブロア８４とを備えている。

【００４３】実施例３本実施例の空気浄化装置９０は、膜モジュール１２によ
って浄化された空気を調湿するために、実施例２の構成
に加えて、図４（ｂ）に示すように、水分の吸着、膜分
離又は空気冷却により空気の湿度を調湿する調湿装置９
２を空気流出管２０に備えている。

【００４４】実施例４本実施例の空気浄化装置１００は、超純水を循環使用す
る例であって、実施例１の構成に加えて、図４（ｃ）に
示すように、液体流入管１４と液体流出管１６とを接続
した循環経路に、超純水補給設備１０２と、循環ポンプ
１０４と、溶存したガス成分を液体から除去する除去装
置１０６と、ガス溶解度を高めるために超純水を冷却す
る冷却器１０８とを有する。尚、空気側は、実施例２又
は３と同じ構成にしても良い。除去装置１０６として、
活性炭吸着装置、イオン交換装置、電気再生式イオン交
換装置、分離膜装置、電気透析装置等を使用できる。ま
た、好適には、超純水を補給する設備１０２として、循
環ポンプの上流に超純水タンク１０２を設け、超純水タ
ンク１０２に超純水を補給する。

【００４５】適用例本発明に係る空気浄化装置、例えば空気浄化装置１０を
使用して汚染空気を浄化するやり方は種々あるが、例え
ば、図５（ａ）に示すように、汚染源を有する部屋１１
０の外に空気浄化装置１０を設置し、汚染空気を空気浄
化装置１０により浄化して得た清浄な空気を再び部屋１
１０に戻す外部循環方式でも、また、図５（ｂ）に示す
ように、部屋１１０の外に空気浄化装置１０を設置し、
外部の汚染した空気を取り入れて浄化した後に部屋１１
０に導入しても良い。また、図５（ｃ）に示すように、
汚染源を有する部屋１１０の中に空気浄化装置１０を設
置し、汚染空気を空気浄化装置１０により浄化して得た
清浄な空気を再び部屋１１０に戻すような内部循環方式
でも良い。更には、図５（ｄ）に示すように、空気浄化
装置１０を汚染源を有する部屋の中に設置し、汚染空気
を空気浄化装置１０により浄化した得た清浄な空気を別
の集中空調設備１１２に送風して空調処理し、集中空調
設備１１２から部屋１１０に戻すようにしても良い。

【００４６】

【発明の効果】本発明方法の構成によれば、ガス透過膜
を介してその両側にそれぞれ設けられたガス流通領域及
び液体流通領域に、不純物ガス成分を含む粗製ガス及び
ガス溶解性液体をそれぞれガス透過膜に沿って流通させ
つつ、不純物ガス成分をガス透過膜に透過させてガス溶
解性液体に溶解することにより、粗製ガスを高純度のガ
スに精製する。本発明方法は、気液非接触方式であるか
ら、従来の気液接触式吸着法、気液接触式吸収法に比べ
て、プロセスの構成が簡単で、操作も平易であり、装置
コストも低い。従って、小規模の高純度ガスの製造方法
として最適であり、本発明に係るガス精製装置は小型化
が容易であるから、高純度ガスの小型ガス製造装置とし
て最適である。

【００４７】本発明方法を空気浄化に適用して、ガス透
過膜を介してその両側にそれぞれ設けられた空気流通領
域及び液体流通領域に、汚染空気及びガス溶解性液体を
それぞれガス透過膜に沿って流通させつつ、汚染ガス成
分をガス透過膜に透過させてガス溶解性液体に溶解する
ことにより、空気を浄化する。これにより、本発明には
次のような利点がある。（１）単位体積当たりのガス透
過膜の面積を大きくすることにより、例えば充填密度の
高い中空糸膜モジュールを使用することにより、空気と
ガス溶解性液体との気液接触面積を自在に大きくできる
ので、空気浄化装置を小型化できる。（２）小型化でき
るので、局所的な汚染空気の処理に最適である。（３）
従来方法では浄化の難しかった低濃度汚染の空気であっ
ても、ガス溶解性液体を適切に選択することにより、高
い清浄度の空気に浄化することができる。（４）ガス透
過膜を介して空気とガス溶解性液体とを非混合状態で気
液接触させるので、空気への飛沫同伴等の問題が無い。
（５）密閉状態で汚染空気を浄化するので、ガス溶解性
液体の液滴飛散等の問題がない。（６）吸着法のよう
に、再生操作を必要としないので、操作が簡単である。
（７）膜を用いるので浄化された空気中に微粒子を含む
ことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１、２、３、４の空気浄化装置の構成を
示すフローシートである。

【図２】中空糸膜モジュールの構成を示す部分破断斜視
図である。

【図３】実験例１、２、３、４の実験装置の構成を示す
フローシートである。

【図４】実施例２から４の構成を示すフローシートであ
る。

【図５】実施例１の空気浄化装置の適用例を示す概略フ
ローシートである。

【図６】実験例５の実験装置の構成を示すフローシート
である。

【図７】実験例６の実験装置の構成を示すフローシート
である。

【図８】実験例７の実験装置の構成を示すフローシート
である。

【符号の説明】

１０実施例１の空気浄化装置１２ガス透過膜モジュール１４液体流入管１５液体ポンプ１６液体流出管１８空気流入管２０空気流出管２２吸引ブロア２４ハウジング２６第１室２８第２室３０仕切り板３２第１端部３４第２端部３６配気管３８集気管４０中空糸膜４２貫通孔４４間隙４６空気入口ノズル４８空気出口ノズル５０液体入口ノズル５２液体出口ノズル６０実験装置６２汚染空気発生室６４薬品蒸発槽６６ファン６８、７０流量計７１ＣＯ₂ガス流量計７２導電率計７４ＴＯＣ計８０実施例２の空気浄化装置８２フィルタ８４押し込みブロア９０実施例３の空気浄化装置９２調湿装置１００実施例４の空気浄化装置１０２超純水補給設備、超純水タンク１０４循環ポンプ１０６除去装置１０８冷却器１１０部屋１１２集中空調装置１２０実験例５の実験装置１２２実験例６の実験装置１２４実験例７の実験装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅香明子埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号オルガノ株式会社総合研究所内 (72)発明者矢野大作埼玉県戸田市川岸１丁目４番９号オルガノ株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス透過膜を介してその両側にそれぞれ
設けられたガス流通領域及び液体流通領域に、不純物ガ
ス成分を含む粗製ガス及びガス溶解性液体をそれぞれガ
ス透過膜に沿って流通させつつ、粗製ガス中の不純物ガ
ス成分をガス透過膜に透過させてガス溶解性液体に溶解
し、粗製ガスを精製するようにしたことを特徴とするガ
ス精製方法。
【請求項２】ガス溶解性液体をガス透過膜に沿って粗
製ガスの流れ方向に対し向流方向で流通させるようにし
たことを特徴とする請求項１に記載のガス精製方法。
【請求項３】ガス流通領域を流通して得た精製ガスの
湿度を調整するようにしたことを特徴とする請求項１又
は２に記載のガス精製方法。
【請求項４】液体流通領域を流通したガス溶解性液体
から不純物ガス成分を除去することを特徴とする請求項
１から３のうちのいずれか１項に記載のガス精製方法。
【請求項５】不純物ガス成分を除去したガス溶解性液
体を、再び液体流通領域に導入することを特徴とする請
求項４に記載のガス精製方法。
【請求項６】請求項１に記載のガス精製法において、
粗製ガス及び不純物ガス成分が、それぞれ、空気構成成
分以外のガス成分により汚染された空気、及び空気構成
成分以外の空気汚染ガス成分であって、ガス透過膜を介してその両側にそれぞれ設けられた空気
流通領域及び液体流通領域に、空気構成成分以外のガス
成分により汚染された空気及びガス溶解性液体をそれぞ
れガス透過膜に沿って流通させつつ、汚染空気中の汚染
ガス成分をガス透過膜に透過させてガス溶解性液体に溶
解し、空気を浄化するようにしたことを特徴とする空気
浄化方法。
【請求項７】ガス流通領域を流通した空気の湿度を調
整するようにしたことを特徴とする請求項６に記載のガ
ス精製方法。
【請求項８】請求項２、４及び５のうちのいずれか１
項に記載のガス精製方法において、粗製ガス及び不純物ガス成分が、それぞれ、空気構成成
分以外のガス成分により汚染された空気、及び空気構成
成分以外の空気汚染ガス成分であることを特徴とする空
気の浄化方法。
【請求項９】空気中に過剰に含まれた二酸化炭素が、
空気構成成分以外のガス成分であることを特徴とする請
求項６から８のうちのいずれか１項に記載の空気の浄化
方法。
【請求項１０】粗製ガス中の不純物ガス成分を透過さ
せるガス透過膜と、ガス透過膜を介してその両側にそれ
ぞれ設けられたガス流通領域及び液体流通領域とを有
し、ガス透過膜に沿ってガス流通領域を流通する粗製ガス中
の不純物ガス成分をガス透過膜に透過させ、ガス透過膜
に沿って液体流通領域を流通するガス溶解性液体中に溶
解させるようにしたガス透過膜装置と、粗製ガスをガス透過膜装置に導入する粗製ガス導入装置
と、及びガス溶解性液体をガス透過膜装置に供給する液
体供給装置とを備えていることを特徴とするガス精製装
置。
【請求項１１】ガス透過膜装置が、ガス透過膜と、ガ
ス透過膜を介して接続して、それぞれ空気流通領域及び
液体流通領域として構成されたガス室及び液体室とを一
体的構造にしたガス透過膜モジュールとして構成されて
いることを特徴とする請求項１０に記載のガス精製装
置。
【請求項１２】ガス透過膜モジュールが、ガス透過膜
からなる中空糸膜と、中空糸膜を長手方向に延在させて
収容するハウジングとを備え、中空糸膜の内側中空部が液体室として、中空糸膜とハウ
ジングとの間の空間がガス室として、それぞれ構成され
ていることを特徴とする請求項１１に記載のガス精製装
置。
【請求項１３】請求項１０から１２のうちのいずれか
１項に記載のガス精製装置において、ガス透過膜が、空気構成成分以外のガス成分を透過させ
るガス透過膜、ガス透過膜装置が、ガス透過膜に沿って空気流通領域を
流通する空気中の空気構成成分以外のガス成分をガス透
過膜に透過させ、ガス透過膜に沿って液体流通領域を流
通するガス溶解性液体中に溶解させる装置、及びガス導
入装置が、空気をガス透過膜装置に導入する装置である
ことを特徴とする空気浄化装置。