JPS6261655A - ガス分離方法および装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 大発明は、？！気等の混合ガスから常磁性ガスと非常磁
性ガスとを分離するに好適なガス分離方法、および！Ｉ
ＩＩに関する。

〔発明の背景〕

透過膜を利用して酸素富化空気を製造する方法は、既に
医療用等に実用化されているが、膜の性質（透過率１選
択分離性）や圧力に対する愉度更に電力原単位によりそ
の濃縮度は酸素濃度にしてせいぜい３〜３０ｓであった
。又、透過量も大ｈ＜なくその利用範囲はごく限らｎて
いた。現在、膜の開５１により酸素濃度アップ並びに大
量化が図られているようであるが、ｔだ時間を要すのが
現状である。これに対し、他の濃縮（分離）法と組合わ
せることにより酸素濃度アップ並びに大容量化を図ろう
とする方法は今の所殆んど為されていないようである。

透過膜を利用して酸素富化空気を製造する方法としては
、特開昭５８−５５３０９〜５５３１１．５８−２０５
５２３、５９−１６５２３．５９−８２９０３．５９−
８７０１９〜８７０２１、５９−１１５７２８．５９−
１１５７２７．５９−２０３７０５等がある。

また、被処理流体中に含有する常磁性粒子を捕獲１分離
する磁界を利用した分離！１ｌｔｌｊ、特公昭５９−４
９０４４号公報に公知である。二の磁界を用いた分離！
１１は、相対する継鉄の対向する端面間の１間部に被処
理流体の通路を構成し、前記端面間の通路部分に強磁性
細線で織った金網を複数重畳・して構成した磁気フィル
タを介挿し、この磁気フィルタをその全ての強磁性ｌｌ
ｌ１ｍが「紀継鉄に装着した励磁コイルにより被処理流
体の通路に昨月する磁界と直交するように配置し、かつ
磁界と被処理流体の流通方向が直交するように配置した
ものである。

しかし、この磁界を用いた分離！１１は、混合ガスから
常磁性ガスと非常磁性ガスとを連続的に分離することは
できず、時に電磁性ガスを取出すことはできない、なぜ
なら、常磁性ガスは、上下に設けた磁気フィルタによ、
て捕獲されるので、これを取出すことは困聾であるから
である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、混合ガスから常磁性ガスと非常磁性ガ
スとを効率的に、しかも大量に分離する二とのできるガ
ス分離方法およびａｍを提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、ｆＡ混合ガス分離用セル内に導入し、このセ
ル内に設けたガス透過膜によってガスの分離を行なうと
共に、セル内のガス流に対してほぼ直角方向に印加した
磁界によつてガスの分離を行なうことを特徴とする。

さて、混合ガスとして代表的なものは、空気であり、常
磁性ガスとして代表的なものは酸素（０宜）であり、非
常磁性ガスとして代表的なものは窒素（Ｎ、）である、
空気（偽濃度ｎチ）に磁界を印加した場合、その磁界の
強さとＯａ縮崖との関係は。

次のようになる。すなわち、ｌｌ１１図のような磁石（
電磁石）により得られる磁界Ｈ内では、下式に従い０！
が濃縮される。

Ｃ１；　Ｏ，初期濃度ｃ−＞　、　ｐ　；圧力（ｄｙｎ
ｅ／ｉ　）Ｈ；磁界の強さく０゜）、Ｔ；絶対温度（１
）ここで、［磁石（超電導磁石）の最強磁界は今の所約
１５０（ＫＯｅ）、圧力は膜分離との併用を考えると１
　ａｔｍ（１，０１３ＸｌＯｄｙｎｅ／ｃＩｉ）、　＊
ＦｔＺ　’Ｃ（２７３’Ｋ）でＯ１１濃縮を計算すると
、０客員度２１．０２　＊となり０、１　％の０１秦纏
度となる。１１１１２図および第８図に計算結果を示す
。

このことから、ｇＵ図に示す方法に招けるＯ！濃度は、
せいぜい０．１＃０．２−である、したがつで。

この方法では実現できない。

次に、ＩＩＩ勾配磁気分離を和用した場合１次の如ＣＯ
Ｉが濃縮される。すなわち、第１４囮に示す如く半径蟲
の属性細線ＣＨｏ　ｏ　ＩＩ界を印加すると、球半径す
の磁性微粒子に働く力？は次式となるΦＸ；磁性粒子の
磁化率（ｃｅｓ、。） 従って、磁性微粒子であるＯ寥は、この高磁場勾配中に
引き寄せられ飛躍的に濃縮される。なお５この高磁場勾
配域は一線１本では微小ＩＩＬｍｌとなるが１例えばス
チール・クールヤ金網のようならのｃＩｌ界を印加する
と、ＩＩ東はＩに集中し、その領域は拡大する。二二で
０．０１／１ａａのスチール・クー６ヲ使用１．ｔ、　
１　ｓｔｏｍ、　ｍｃ　テＸ５００ＣＯ＠）　（Ｄ磁界
を印加する時の偽濃縮度を（１）、（２）より計算する
と０８濃度３６５惨となり、７４嘩の０２濃縮度となる
。この場合の計算結果を１１１５図、第１６図に示す、
このように、高磁場勾配領域を作ってやることにより空
気中へ濃度を（９）〜４ｏｓｔでアブブすることが可能
となる。しかし、高磁場勾配領域を作っても。

せいぜいその程度であり、そｎ以上の高濃度とすること
は、生産コスト、設備費等を考慮すると現実的でない。

そこで、本発明では、膜分離と、この高勾配磁気分離を
併用する二とによって、画期的なガス分ＳＣ例えばＷｉ
業と窒素の分離）を実現している。

なお１強磁界発生のためには、超電導磁石の使用が好ま
しい。

〔発明のｇＡ篇例〕

以下１本発明を異体的な実施例に基づき詳細に説明する
。

第１因は、未発明の一実施例におけるフローシートを示
している。空気１をフィルタ及び除湿器２で清浄乾燥Ｉ
ｌ５分離用セル３へ供給する。なお。

空気１の供給は吸引ファン１０で行ない、そのセル３内
の平均流速を３ｃｌｌｌ／富以下１こする。供給された
空気１はセル３内の透過！Ｉ４と接触する。この透過！
Ｉ４は高分子材料、ｍわくばシリコン系樹脂で製造され
可能な限り薄膜化さｎている。シリコン系樹脂、特にシ
ロキサン系樹脂では０．０５μ迄薄膜化が可能である。

透過１１４と使触した空気１は。

空気１のｉｔｎる高圧側６と真空ポンプ（又は吸引ブロ
ア）９で減圧されている低圧側７との圧力差により、酸
素が濃縮された酸素富化空気１１の状態でその一部が透
過５Ｉ４を透過し低圧側７へ移動する。ここで、透過Ｉ
Ｉ４は、高圧＠６と低圧倒７との圧力差に耐え得るよう
、又、取扱いが容易となるよう支持体５上に接着又は接
触している。なお。

透過！１４は、支持体５の高圧１ＩＩ６に位置するもの
とする。ここで、支持体５は磁性体、特に細い鉄線製の
金網又は織物等から成る。そして、この支持体５に磁界
発生装置Ｂ、特に超電導磁石で垂直方向に磁界を印加す
ることにより、二の支持体５付近を高勾配磁場領域とし
ている。なお、この４と５で構成されたものは５以下、
磁場体支持付透過！Ｉ４５という、これ１こより、特に
流速の遅い高圧側６の空気１中の酸素は、その磁化の性
質により。

高勾配磁場領域の透過！Ｉ４Ｉ４打面付近縮さｎるため
、酸素分圧が透過膜付近で上昇し、その透過量は膜分離
のみに比べ酸素濃ＦｆＬ−シて５０−アープ。

酸素量にして１８倍アップした酸素富化空気■として低
圧側で得られる。但し、この時の支持体５は０．０１μ
ｍのスチール・ウール製とし、磁界は１５０（ＫＯｅ）
　　Ｘ圧側６圧力ｌａｉｍ、低圧側Ｑ、２ａｉｔｍ。

温度り℃とする。

１！２図〜１１４図にＩＪ１図における分離用セル３の
一例を示す、１ｇ４図に示す如（透過膜セル３中には、
鉄製の金網又は織物製の支持体５上に接着した透過膜４
から成る円筒１３が何本も出来る限り空気１の滞留が住
じない配列で設置されている。

そして、この円筒Ｂによりこのセル３は、高圧側６と低
圧側７に仕切られている。高圧側６は、吸引ファンｌＯ
で、圧力が大気圧、ｙ！気気流流速３ｃｍ／禦以下にな
るよう調節さｎている。一方、低圧側７は、真空ポンプ
又は吸引フロア９で、圧力が０．２ａｔｍ近辺になるよ
うｓｕｎされている０次に、磁界発生装置８は１円筒口
に磁界が垂直に印加されるよう設置されており、その磁
界の強さは５０（ＫＯｅ）　　以上が望まれる。

次にｌＩ５図から第８！Ｉを便用して大発明の他の実施
例を説明する。

第５図は未実施例の基本を示したものである。

分離用セル３は、支持体５上の透過膜４で高圧倒６と低
圧側７に仕切らｎている。こ二で透過膜４は、１！７図
の如く、支持体５の高圧側ａＬ、ｔかれるものとする。

一方、支持体５は磁性体、ＩＩ＃に細い鉄線製の金網又
は織物から成る。特に鉄線の径は１μ以下とし１ｗｉ界
発生！１１８より発生する磁界の方向と直角となるよう
に設置する。又、高圧側６並びに低圧側７０間隔（厚さ
）は可能な限り小さく（薄く）する、実際には数閤以内
とする。

そして、この透過膜セル３の高圧側６並びに低圧側に磁
界発生！［１６を設置し磁界が透過膜セル３を通過する
ようにする。未実施例の場合、Ｉｉ界発生ｗｉ！はラン
ニングフストの面からも考慮して超ＩＥ導磁石を使用す
ることが好ましく、磁界の強さは５０ＫＯｅ　以上が好
ましい。

フィルタ２でｔ浄化された空気１は、透過膜セル３の高
圧倒６を３儂／ｗ以下で流れ吸引）１ン１２にてセル３
外へ放出される。この間、高圧側６における空気１中の
酸素は、ｉａ界発生装置１８により発生する磁界によっ
て磁化した支持体５の高勾配置ｎＪＩＩに吸引さｎ、更
に透過ＩＩ４によって選択的に低圧側フへ移動する。低
圧側７の酸素富化空気は真空ポンプ又は吸引プロ１ｕに
よって次ステツプへ供給される。

このユニブトを大規模化したものが！ｇ６図であり、ａ
ＳＳで示したユニットを多層化したものである。又、Ｉ
Ｊｓ図はこの多層ユニットの断面を示している。

次に１１９図、！１０１５］５を使用して更に他の大発
明の実施例を説明する。

磁石より発生する磁界は、一般に極と極の間隔が離れる
引１なる（距離の２乗に反葡例）が。

この磁界中に磁性体が存在する場合、Ｆ！１束はほとん
どこの磁性体中を通過するため、ｍ界は殆んど弱まらな
い。又、極間の磁性体密度が高い程、磁界は弱まらない
、この原理を応用した実施例が第９・図である。

第１０図のように、支持体５上に直かｎた透過膜４が磁
界発生＊ｔｓより印加さｎている磁界中に数１以下の間
隔で多＠−二設置さｎている。この透過ＷＩｉ、、４は
連続（上の透過Ｉ！４と下の透過膜４は別個）で透過膜
セル３を高圧側６と低圧側７に仕切つている。又、空気
並びに酸素富化空気の流れる方向は紙面に直角となりそ
れぞれ向流又は並流に流れるものとする。

第９５ｉｏは、男１０図を具体化したものである。第９
図において、８０はコイルであり、このコイルｌ：電流
を流すことによって、磁界が発生される。

なお１以上の実施例はそれぞれ１段で考えているが、こ
れを多段とすることにより酸素の濃縮度は更に向上する
。つまり２多段にカスケード接続すれば、所望の濃度ま
で高めることができる。

なお、上述した実施例では、空気から酸素と窒素を分離
する例を説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、混合ガスからｔ磁性ガスと非常磁性ガスとを分
離するものに利用できる。

また、混合ガスという言葉は、ガス化さｎたものに限ら
ず、液化されたものも含む、むしろ、低温で液化された
混合ガスを分離する方が効率が良く。

実用的である。

〔発明の効果〕

以上説明したよう１こ本発明によれば、混合ガスから常
磁性ガスと非常磁性ガスとを効率的に、しかも大量に分
離することができ、この分野における効果は極めて大な
るものがある。

【図面の簡単な説明】

男１図は本発明の一実施例におけるフローを示す図、第
２図〜ＩＪ４図は本発明の一実施例１こおける要部を示
す図、！１５図〜！Ｊ８図は本発明の他の実施例を示す
図、第９因と′＠１０１ｍは未発明の他の実施例を示す
図、９０１０〜５１６図は本発明を説明するための因で
ある。 ｌ・・・・・・空気、２・・・・・・フィルターおよび
除湿器、３・・・・・・分離用セル、４・・・・・・透
過膜、５・・・・・・支持体、８・・・・・・磁界発生
装置、９・・・・・・真空ポンプ、ｌＯ・・・・・・吸
引ファン、Ｕ・・・・・・酸素富化空気、セ・・・・・
・酸素貧化空気、１３・・・・・・円筒、４５・・・・
・・磁性体支持付透過膜。 牙１図 才２図 Ｉ ブ。ｒ８ Ｈ 才１２図　　　　　　才１３圀 才１４図 １１５図 議場の５ＩＫさくにαリ オｌろ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、混合ガスを分離用セルに導入し、該セル内でガス透
   過膜を介してガス分離すると共に、該ガス流に対してほ
   ぼ直角方向に印加した磁界によってガス分離することを
   特徴とするガス分離方法。 ２、磁性体支持付ガス透過膜を分離用セル内に配置する
   と共に、該セル内の該磁性体支持付ガス透過膜を通過す
   るガス流に対しほぼ直角方向に磁界を印加する磁界発生
   装置を設けたことを特徴とするガス分離装置。