知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024180120
(43)【公開日】2024-12-26
(54)【発明の名称】膜分離システム、及び膜分離方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/22 20060101AFI20241219BHJP
B01D 61/58 20060101ALI20241219BHJP
B01D 71/02 20060101ALI20241219BHJP
B01D 71/06 20060101ALI20241219BHJP
B01D 53/26 20060101ALI20241219BHJP
【ＦＩ】
B01D53/22
B01D61/58
B01D71/02 500
B01D71/06
B01D53/26 100
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023099584
(22)【出願日】2023-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】春山 晃寿
【テーマコード（参考）】
4D006
4D052
【Ｆターム（参考）】
4D006GA41
4D006HA41
4D006JA51Z
4D006JA53Z
4D006JA66Z
4D006KA16
4D006KA52
4D006KA53
4D006KA54
4D006KA55
4D006KA56
4D006KA57
4D006KA82
4D006KB30
4D006KE16P
4D006KE22Q
4D006KE24Q
4D006KE30Q
4D006MA03
4D006MC01
4D006MC03
4D006MC09
4D006PA01
4D006PB19
4D006PB64
4D052AA02
4D052BA01
4D052BA03
4D052BB04
4D052GA01
4D052GA03
4D052GB02
4D052GB08
(57)【要約】
【課題】分離膜の性能低下を防止し、処理性能を安定的に維持できる膜分離システムを提供する。
【解決手段】分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離システムであって、互いに並列に配設され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であり、前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスが、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流れるよう構成されている、膜分離システム。
【選択図】図１
【解決手段】分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離システムであって、互いに並列に配設され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であり、前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスが、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流れるよう構成されている、膜分離システム。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離システムであって、
互いに並列に配設され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、
前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であり、
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスが、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流れるよう構成されている、膜分離システム。
互いに並列に配設され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、
前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であり、
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスが、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流れるよう構成されている、膜分離システム。
【請求項2】
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側からのガスが、前記休止状態の分離膜の少なくとも１つへ流れるよう構成されている、請求項１に記載の膜分離システム。
【請求項3】
前記分離装置の未透過側が互いに接続され、
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側からのガスが、前記休止状態の分離膜の少なくとも１つの未透過側へ流れるよう構成されている、請求項２に記載の膜分離システム。
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側からのガスが、前記休止状態の分離膜の少なくとも１つの未透過側へ流れるよう構成されている、請求項２に記載の膜分離システム。
【請求項4】
前記分離装置の透過側からのガス中の水分を冷却により凝縮する凝縮器をさらに備え、
前記冷却機構が前記凝縮器を含む、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
前記冷却機構が前記凝縮器を含む、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項5】
前記分離装置の少なくとも１つの未透過側からのガスが前記凝縮器を経由することによって、前記凝縮器に含まれる冷却要素により冷却される、請求項４に記載の膜分離システム。
【請求項6】
前記冷却機構が、前記凝縮器と別体の熱交換器をさらに備え、
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側のガスが、前記凝縮器を経由せず、前記熱交換器において、前記分離装置の透過側からの前記凝縮器を経由した後のガスと熱交換される、請求項４に記載の膜分離システム。
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側のガスが、前記凝縮器を経由せず、前記熱交換器において、前記分離装置の透過側からの前記凝縮器を経由した後のガスと熱交換される、請求項４に記載の膜分離システム。
【請求項7】
前記分離装置がそれぞれ、前記分離膜の温度を検知する温度検知器を備えており、
前記分離運転状態と前記休止状態との切り替えを、前記温度検知器により検知された温度に基づき行う、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
前記分離運転状態と前記休止状態との切り替えを、前記温度検知器により検知された温度に基づき行う、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項8】
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つから前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへと流れる経路の途中に、当該経路を中断可能な切替弁を備え、
前記休止状態の前記分離装置の少なくとも１つにおける前記分離膜の温度が所定下限以下となった場合に、前記切替弁が、前記経路を中断して、前記分離運転状態の分離装置から前記休止状態の分離装置へとガスが流れないように切り替えられる、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
前記休止状態の前記分離装置の少なくとも１つにおける前記分離膜の温度が所定下限以下となった場合に、前記切替弁が、前記経路を中断して、前記分離運転状態の分離装置から前記休止状態の分離装置へとガスが流れないように切り替えられる、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項9】
前記分離装置の上流で前記分離対象ガスを予め加圧する加圧ポンプを備えるか、又は
前記分離装置の下流で前記分離装置の透過側からのガスを減圧する減圧ポンプを備える、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
前記分離装置の下流で前記分離装置の透過側からのガスを減圧する減圧ポンプを備える、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項10】
前記冷却機構を、前記分離運転状態の前記分離装置の少なくとも１つにおける前記分離膜の昇温速度が、前記休止状態の前記分離装置の少なくとも１つにおける前記分離膜の降温速度以下となるように構成する、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項11】
前記分離運転状態の分離装置の数と前記休止状態の分離装置の数とが等しくなるように、前記分離装置の切り替えが行われる、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項12】
前記分離膜が有機膜又は無機膜である、請求項１又は２に記載の膜分離システム。
【請求項13】
請求項１又は２に記載の膜分離システムと、当該膜分離システムに後置された、分離膜を有する分離装置を少なくとも１つ備えた後置システムとを含む、多段膜分離システム。
【請求項14】
前記後置システムにおける前記分離装置の少なくとも１つの未透過側のガスが、前記膜分離システムに流入する、請求項１３に記載の多段膜分離システム。
【請求項15】
分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離方法であって、
互いに並列に接続され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であるシステムを用いて、
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスを、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流すことを含む、膜分離方法。
互いに並列に接続され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であるシステムを用いて、
前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスを、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流すことを含む、膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、膜分離システム、及び膜分離方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、分離膜を利用して、分離処理対象であるガス混合物から特定ガス成分を分離する膜分離システムが知られている。このような膜分離システムにおいて安定した運転を継続するためには、分離運転中の分離膜を適切な状態（温度、湿度等）に維持することが重要であり、そのために様々な構成が検討されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、分離膜が多孔質の支持体上に形成されてなる分離膜複合体に混合ガスを供給して二酸化炭素を分離するガス分離装置において、支持体を冷却部によって冷却して、支持体の透過側表面の少なくとも一部における温度が混合ガスの温度よりも１０℃以上低い状態で分離を行うようにする技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２３－２６６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の技術では、分離膜複合体の支持体の冷却は、冷却部（冷却ジャケット）によって分離膜複合体の分離運転中にも行われる。そのため、凝縮した水分が分離膜に付着してしまうことがあり、これによって膜の性能が低下して、ガス分離装置（膜分離システム）としての処理性能が低下する可能性がある。
【0006】
上記に鑑み、本発明の一態様は、分離膜の性能低下を防止し、膜分離システムの処理性能を安定的に維持することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様は、分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離システムであって、互いに並列に配設され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であり、前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスが、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流れるよう構成されている、膜分離システムである。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様によれば、分離膜の性能低下を防止し、膜分離システムの処理性能を安定的に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態による膜分離システムの構成例を示す図である。
【図2A】第１実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図2B】第１実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図2C】第１実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図2D】第１実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図3】第１実施形態による膜分離システムの動作例を示すフローチャートである。
【図4】第１実施形態による膜分離システムの別の動作例を示すフローチャートである。
【図5】第２実施形態による膜分離システムの構成例を示す図である。
【図6A】第３実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図6B】第３実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図6C】第３実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図6D】第３実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図7A】第４実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図7B】第４実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図7C】第４実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図7D】第４実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図7E】第４実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図7F】第４実施形態による膜分離システムの運転モードの一例を示す図である。
【図8】変形例としての多段膜分離システムの例を示す図である。
【図9】変形例としての多段膜分離システムの別の例を示す図である。
【図10】第１実施形態による膜分離システムの変形例を示す図である。
【図11】第５実施形態による膜分離システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図面において、特に説明がない限り、同一の又は対応する構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【0011】
［第１実施形態］
＜膜分離システムの構成の概略＞
図１に、本開示の第１実施形態による膜分離システム１００の構成例を概略的に示す。膜分離システム１００は、分離処理の対象であるガス混合物（分離対象ガス、若しくは分離処理対象ガスともいう）から、特定ガス成分を透過ガスとして分離し、回収するシステムである。
＜膜分離システムの構成の概略＞
図１に、本開示の第１実施形態による膜分離システム１００の構成例を概略的に示す。膜分離システム１００は、分離処理の対象であるガス混合物（分離対象ガス、若しくは分離処理対象ガスともいう）から、特定ガス成分を透過ガスとして分離し、回収するシステムである。
【0012】
本開示の膜分離システムによって処理される分離対象ガスは、燃焼により発生する排ガス（燃焼排ガス）、例えば、発電施設における火力発電、バイオマス発電等の発電により発生する排ガス、自動車、船舶等の移動体のエンジンから発生する排ガス、ごみ焼却設備で発生する排ガスであってよい。近年、カーボンニュートラルという観点から、各国でカーボンプライシングや炭素税等が検討・導入されており、日本でも２０５０年までにカーボンニュートラルを達成する目標が掲げられ、各業界で二酸化炭素排出削減のための規制が年々強化されている。このため、排ガス中の二酸化炭素を削減する技術に対するニーズが増しており、排ガスから二酸化炭素を効率良く分離及び回収するシステムが求められている。本開示による膜分離システムは、二酸化炭素の分離・回収システムとして好適に利用できる。
【0013】
図１に示すように、膜分離システム１００は、第１分離装置１１及び第２分離装置１２を有し、これらは並列に配設されている。本明細書において、２以上の分離装置が「並列に配設されている」とは、２以上の分離装置にガスが並列に流れ得る配置となっていること、或いは２以上の分離装置が装置として並列に接続されていることを指す。すなわち、膜分離システム１００の流入口から分離装置１１、１２のそれぞれへと流路が枝分かれしており、いずれの分離装置１１、１２にも分離対象ガスが直接的に流入可能となっている。なお、分離対象ガスの処理中（膜分離システムの稼働中）、ガスは、２以上の分離装置に必ずしも並列に流れていなくてもよく、２以上の分離装置の一部のみに流れるようになっている、例えば第１分離装置１１及び第２分離装置１２のいずれかに流れるようになっていてよい。或いは、第１分離装置１１と第２分離装置１２とが直列に接続される経路が形成されていて、ガスが第１分離装置１１及び第２分離装置１２に直列に流れるようになっていてもよい（図６Ａ等）。
【0014】
ガスが第１分離装置１１及び第２分離装置１２のいずれかに流れるようになっているということは、すなわち、第１分離装置１１及び第２分離装置１２のうち、一方が分離運転状態となり且つ他方が休止状態となるように切替え可能に構成されているということである。より具体的には、切替弁ｖ０の切替えによって、第１分離装置１１が分離運転状態にある時には第２分離装置１２が休止状態となり、第２分離装置１２が分離運転状態にある時には第１分離装置１１が休止状態となるようにできる。切替弁ｖ０は、分離対象ガスが膜分離システム内に流入する流入路と、第１分離装置１１への流路と、第２分離装置１２への流路とにそれぞれ接続する３つのポートを備えた三方弁であってよい。
【0015】
第１分離装置１１及び第２分離装置１２（合わせて単に分離装置ともいう）はそれぞれ、第１分離膜１１ａ及び第２分離膜１２ａ（合わせて単に分離膜ともいう）備えている。分離膜はいずれも、導入された分離対象ガスから１以上の特定ガス成分を選択的に分離できる膜である。分離装置の内部は、分離膜を介して、分離膜を透過していないガスの側である未透過側と、分離膜を透過した後のガスの側である透過側とに分けられている。本明細書では、分離装置から出て行くガスのうち、未透過側からのガスを未透過ガス、透過側からのガスを透過ガスともいう。すなわち、分離装置において、導入された分離対象ガスは、分離膜を透過していない未透過ガスと分離膜を透過した透過ガスとに分離され、それぞれ分離装置から分離装置の外部に流出する。
【0016】
本形態による膜分離システムは、上述のような燃焼排ガスの処理のためのシステムとして好適である。燃焼排ガスは高温であり、その温度は１００℃以上、場合によっては３００℃以上になることもある。本形態による膜分離システム１００で処理される分離対象ガスは、このような燃焼排ガス、或いは燃焼排ガスに前処理（除塵、除熱、脱硫、脱水等の処理）が施されたガスであってよい。膜分離システム１００に導入されるガスの温度は、前処理の段階で、分離膜の耐熱温度等、膜分離システム全体の構成等に応じて調整でき、例えば６０～８０℃に調整される。分離対象ガスは、温度調整によって温度が低下されていても常温より高温であれば、分離膜はある程度の期間にわたって使用することで昇温し得る。ここで、分離膜の温度が高くなり過ぎると、特に回収目的の特定ガス成分が二酸化炭素である場合には、分離膜の選択性能（他のガス成分に対する相対的な透過性能）が低下し、特定ガス成分の回収率が低下し得る。一方、分離膜の温度は低すぎても、透過性能自体が低下し得るため、特定ガス成分の回収量が低くなってしまう。よって、膜分離システムの安定した運転を継続するためには、分離運転中の分離膜を適切な状態、特に適切な温度領域に維持することが重要である。本形態では、第１分離装置１１と第２分離装置１２とを交互に使用できることで、連続的な使用によって適切な温度領域外の温度となってしまった一方の分離膜を一旦休ませて冷却しつつ、その間に他方の適切な温度の分離膜を利用できる。そのため、システム全体として膜分離動作を中断せずに、しかも適正な温度領域内で継続できるので、膜分離システムの処理性能が安定的に維持される。
【0017】
第１分離装置１１の未透過側には第１未透過側流路２１Ａが接続されており、第１分離装置１１の透過側には第１透過側流路２１Ｂが接続されている。第１分離装置１１が分離運転状態にある場合、第１分離装置１１からの未透過ガスは第１未透過側流路２１Ａを通って流出し、透過ガスは第１透過側流路２１Ｂを通って流出する。但し、第１分離装置１１が休止状態（分離運転をしていない状態）である場合、ガスが第１未透過側流路２１Ａ内を流れる方向は、第１分離装置１１へと向かう方向になり得るし（図２Ｃを参照して後述）、ガスが第１透過側流路２１Ｂ内を流れる方向も、第１分離装置１１へと向かう方向になる場合がある。
【0018】
また、第２分離装置１２の未透過側には第２未透過側流路２２Ａが接続されており、第２分離装置１２の透過側には第２透過側流路２２Ｂが接続されている。第２分離装置１２が分離運転状態にある場合、第２分離装置１２からの未透過ガスは第２未透過側流路２２Ａを通って流出し、透過ガスは第２透過側流路２２Ｂを通って流出する。但し、第２分離装置１２が休止状態（分離運転をしていない状態）である場合には、ガスが第２未透過側流路２２Ａ内を流れる方向は、第２分離装置１２へと向かう方向になり得る（図２Ａを参照して後述）、ガスが第２透過側流路２２Ｂ内を流れる方向も、第１分離装置１１へと向かう方向となる場合がある。
【0019】
なお、透過側流路２１Ｂの途中には、三方弁である切替弁ｖ１が配置されていて、当該切替弁ｖ１を介して、第１透過側流路２１Ｂは第１排気路２５にも接続可能となっている。すなわち、切替弁ｖ１の切替によって、第１透過側流路２１Ｂの開放及び閉鎖の切替えと共に、第１透過側流路２１Ｂから外部へのガスの排気及び非排気を切り替えることができる。同様に、第２透過側流路２２Ｂの途中には三方弁である切替弁ｖ２が配置され、当該切替弁ｖ２を介して、第２透過側流路２２Ｂは第２排気路２６にも接続可能となっている。すなわち、切替弁ｖ２の切替によって、第２透過側流路２２Ｂの開放及び閉鎖の切替えと共に、第２透過側流路２２Ｂから外部へのガスの排気及び非排気を切り替えることができる。
【0020】
図１に示すように、第１分離装置１１の未透過側に接続された第１未透過側流路２１Ａと、第２分離装置１２の未透過側に接続された第２未透過側流路２２Ａとは、切替弁ｖ４を介して接続されていてよい。別の言い方をすると、切替弁ｖ４は、第１未透過側流路２１Ａと第２未透過側流路２２Ａとの連通経路の途中に形成されている、当該経路を中断可能な切替弁である。切替弁ｖ４は三方弁であってよく、当該切替弁ｖ４を介して、第１未透過側流路２１Ａと、第２未透過側流路２２Ａと、未透過ガス合流路２４とが任意の組合せで連通可能に接続されていてよい。よって、切替弁ｖ４の切替えによって、未透過ガス合流路２４からは、未透過ガスを膜分離システム１００の外部へと排出させることができる。
【0021】
また、第１分離装置１１からの透過ガスが流れる第１透過側流路２１Ｂと、第２分離装置１２からの透過ガスが流れる第２透過側流路２２Ｂとは、切替弁ｖ３を介して接続されていてよい。切替弁ｖ３は、切替弁ｖ４と同様に三方弁であってよく、当該切替弁ｖ３を介して、第１透過側流路２１Ｂと、第２透過側流路２２Ｂと、透過ガス合流路２３とが任意の組合せで連通可能に接続されている。切替弁ｖ３の切替えによって、透過ガスを、透過ガス合流路２３を通じて流し、回収できる。
【0022】
第１分離装置１１及び第２分離装置１２の構成は、分離膜によって特定ガス成分を選択的に分離できるものであれば、特に限定されず、公知の形式による装置を利用できる。第１分離装置１１及び第２分離装置１２の構成は互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、分離膜の形態は特に限定されず、分子篩、溶解拡散、促進輸送等を利用するものであってよい。また、分離膜を構成する材料は、ゼオライト等の無機材料であっても、高分子等の有機材料であってもよい。
【0023】
さらに、膜分離システム１００は、透過ガス中の水蒸気を凝縮して水分を除去可能な凝縮器３０を備えている。図１に示すように、第１分離装置１１の透過側及び第２分離装置１２の透過側はいずれも、凝縮器３０に接続されている。凝縮器３０の形態は特に限定されず、当分野における公知の凝縮器を使用できる。凝縮器３０は、熱媒体（冷却媒体）との熱交換による冷却によってガス中の水蒸気を凝縮可能な装置とすることが好ましい。具体的な構成としては、例えば、ガス中の水蒸気を凝縮させることで生じた凝縮水を排出するように構成された凝縮器本体（ガス中の水蒸気を凝縮して回収・排出する構成要素）と、管内を流れる熱媒体が凝縮器本体の内外を循環するように構成された循環ユニットを備えた熱交換装置とを備えていてよい。或いは、凝縮器３０は、熱媒体が流れる管を含む循環ユニットを、凝縮器本体内に配置させずに凝縮器本体と熱的に接触させた構成としてもよい。
【0024】
第１分離装置１１の透過側からのガス（第１透過側流路２１Ｂを流れてきたガス）、及び第２分離装置１２の透過側からのガス（第２透過側流路２２Ｂを流れてきたガス）はいずれも、凝縮器３０を経由する。本明細書において「凝縮器を経由する」との語には、ガスが凝縮器本体を通って水蒸気凝縮作用を享受することのみならず、ガスが凝縮器本体を通過しないが、凝縮器３０で利用されている熱媒体と熱交換することが含まれる。図１に示す形態では、第１分離装置１１の透過側からのガス及び第２分離装置１２の透過側からのガスは、前者の意味で凝縮器３０を経由する、すなわち、凝縮器３０を経由することで、凝縮器３０の水蒸気凝縮作用を享受する。
【0025】
分離膜透過後の透過ガス中の水蒸気の割合は通常高くなっているが、上記のように透過ガスを凝縮器３０に通して水蒸気凝縮作用を享受することで、ガス中の水蒸気量（水分量）を減らし、回収ガス中の特定ガス成分の割合を高めることができ、特定ガス成分の回収率を向上できる。また、後続の工程において水蒸気が凝縮して装置内の要素に付着してシステムの分離性能の妨げとなることを防止する。また、凝縮器３０では透過ガス（第１分離装置１１からの透過ガス又は第２分離装置１２からの透過ガス）は、水分除去されると共に冷却されるため、凝縮器３０を通った後のガス（凝縮処理後のガス）は、通過前（処理前）よりも低温となっている。
【0026】
さらに、図１に示すように、第１分離装置１１の未透過側からのガス及び第２分離装置１２の未透過側からのガスも、凝縮器３０を経由するようになっている。図１に示す例では、これらの第１分離装置１１の未透過側からのガス及び第２分離装置１２の未透過側からのガスは、凝縮器３０内を通って凝縮器３０の水蒸気凝縮作用を享受するのではなく、凝縮器３０で利用されている熱媒体と熱交換するという意味で凝縮器３０を経由する。例えば、第１未透過側流路２１Ａ及び第２未透過側流路２２Ａがそれぞれ凝縮器３０内へと延びていて、凝縮器３０で利用される熱媒体と熱交換可能に配置されていてよい。より具体的には、第１未透過側流路２１Ａである管及び第２未透過側流路２２Ａである管がそれぞれ、凝縮器本体内を通過するように構成されていてよい。或いは、第１未透過側流路２１Ａである管及び第２未透過側流路２２Ａである管がそれぞれ凝縮器本体内は通過せずに、透過ガスと熱交換するための熱媒体が流れる管を備えた循環ユニットに隣接して、熱媒体と熱的に接触されていてもよい。但し、上記の未透過側からのガスは、水蒸気凝縮作用を享受する目的で凝縮器３０を経由してもよい。
【0027】
このように、第１分離装置１１の未透過側からのガス及び第２分離装置１２の未透過側からのガスは、凝縮器３０を経由する（具体的には、凝縮器３０で利用されている熱媒体と熱交換する）ことで冷却され得る。また、上述のように、第１分離装置１１の透過側からのガス及び第２分離装置１２の透過側からのガスも、凝縮器３０を経由する（具体的には、凝縮器３０による水蒸気凝縮の作用を享受する）ことで冷却され得る。すなわち、膜分離システム１００において、凝縮器３０は、当該凝縮器３０を経由するガスを冷却できる冷却機構ＣＬとなっている。
【0028】
このような冷却機構ＣＬがあることで、膜分離システム１００内で、運転状態にある分離装置の未透過側からのガス及び／又は透過側からのガスを冷却できる。そして、本形態では、その冷却されたガスを、休止状態にある分離装置における分離膜を冷却するための熱媒体（冷却媒体）として利用する。上述のように第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とは連通可能になっているので、例えば、第１分離装置１１の未透過側から流出して冷却機構ＣＬにより冷却されたガスを、第２分離装置１２の未透過側へと送り込むことができる。また、逆に、第２分離装置１２の未透過側から流出して冷却機構ＣＬにより冷却されたガスを、第１分離装置１１の未透過側へと送り込むことができる。さらに、休止状態の分離装置の冷却のために、運転状態の分離装置の未透過側のガスは、休止状態の分離装置の透過側へと送り込むような経路を形成してもよい。
【0029】
運転状態にある分離装置の未透過側からのガスは、通常は膜分離システム１００外に放出されていたものであるが、本形態では、そのようなガスを分離膜の冷却のために利用できるので、分離膜の冷却のために専用の要素（冷却器等）を別途設ける必要がなく、設備をコンパクトに構成でき且つ設備コストも抑えることができる。
【0030】
さらに、本開示による膜分離システム１００では、運転状態にある分離装置の透過側からのガスも、休止状態の分離装置の冷却のために利用してもよい。その場合、運転状態の分離装置の透過側からのガスを、休止状態の分離装置の未透過側に送り込む流路を形成してもよいし、休止状態の分離装置の透過側に送り込む流路を形成してもよい。
【0031】
膜分離システム１００内には複数箇所に温度検知器が設けられている。例えば、膜分離システム１００には、第１分離装置１１の透過側に温度検知器ｔｓ１、及び第２分離装置１２の透過側に温度検知器ｔｓ２が設けられている。図１に示す形態では、温度検知器ｔｓ１は、第１分離装置１１の透過側のガスの温度を、第１分離膜１１ａの温度として測定する。また、温度検知器ｔｓ２は、第２分離装置１２の透過側のガス温度を、第２分離膜１２ａの温度として測定する。但し、分離膜の温度は、接触式の温度検知器により分離膜に直接接触させて測定してもよい。さらに、膜分離システム００には、分離装置からの未透過ガスが冷却機構ＣＬによって熱交換された後（冷却された後）のガスの温度を測定する温度検知器ｔｓ４、及び回収される透過ガスの温度を測定する温度検知器ｔｓ３が設けられていてよい。図１に示すように温度検知器を分離膜から離して設置する形式は、分離膜の分離性能への影響を低減できるという観点で好ましい。
【0032】
膜分離システム１００の動作は、制御部５０によって制御されている。制御部５０は、図１に示す形態では、少なくとも温度検知器ｔｓ１～ｔｓ４、切替弁ｖ０～ｖ４、及びポンプｐ３と電気的に接続されている。そして、例えば、温度検知器からの信号を取得し、動作指令を生成して、例えば切替弁に動作指令を送信することができる。制御部５０は、信号を入力する入力部、信号を出力する出力部、演算処理部、記憶部等（図示せず）を備えた構成とすることができる。
【0033】
＜膜分離システムの動作＞
以下、図２Ａ～図２Ｄ及び図３を参照して、第１実施形態による膜分離システム１００の動作について説明する。図２Ａ～図２Ｄにはそれぞれ、図１に示した膜分離システム１００の異なる運転モードの例を示す。このような膜分離システム１００の異なる運転モードは、制御部５０による制御によって得ることができる。また、図３には、膜分離システム１００の動作の一例をフローチャートで示す。
以下、図２Ａ～図２Ｄ及び図３を参照して、第１実施形態による膜分離システム１００の動作について説明する。図２Ａ～図２Ｄにはそれぞれ、図１に示した膜分離システム１００の異なる運転モードの例を示す。このような膜分離システム１００の異なる運転モードは、制御部５０による制御によって得ることができる。また、図３には、膜分離システム１００の動作の一例をフローチャートで示す。
【0034】
上述のように、膜分離システム１００は、第１分離装置１１と第２分離装置１２とを交互に運転できるように構成されている。図２Ａ～図２Ｄに示すモードのうち、図２Ａに示すモードＩ及び図２Ｂに示すモードＩＩは、第１分離装置１１が運転状態にある運転モードであり、図２Ｃに示すモードＩＩＩ及び図２Ｄに示すモードＩＶは、第２分離装置１２が運転状態にある運転モードである。より具体的には、モードＩ（図２Ａ）は、第１分離装置１１を運転状態、第２分離装置１２を休止状態とし、且つ第２分離装置１２が冷却されているモードであり、モードＩＩ（図２Ｂ）は、第１分離装置１１を運転状態、第２分離装置１２を休止状態としているが、第２分離装置１２の冷却が停止されているモードであり、モードＩＩＩ（図２Ｃ）は、第１分離装置１１を休止状態、第２分離装置１２を運転状態とし、且つ第１分離装置１１が冷却されているモードであり、モードＩＶ（図２Ｄ）は、第１分離装置１１を休止状態、第２分離装置１２を運転状態としているが、第１分離装置１１の冷却が停止されているモードである。なお、膜分離システム１００の稼働中の運転モードは図示のものに限られず、システム内の構成要素の特性、状況に応じた様々な運転モードがあってよい。
【0035】
膜分離システム１００の稼働は、制御部５０が、例えばシステム稼働開始の指令を受け付け（図示せず）、モードの選択及びモードに応じた要素（弁、ポンプ等）を制御することで開示される。膜分離システム１００の稼働は、例えば、図３に示すようにモードＩから開始できる（Ｓ１０）。モードＩ（図２Ａ）では、制御部５０は、分離対象ガスが第１分離装置１１に流入し且つ第２分離装置１２には流入しないよう切替弁ｖ０を切り替える。具体的には、切替弁ｖ０の、第２分離装置１２に向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放される。そして、第１分離装置１１に流入した分離対象ガスは、当該第１分離装置１１内の第１分離膜１１ａを通った透過ガスと、第１分離膜１１ａを通らなかった未透過ガスとに分離され、第１分離装置１１から流出する。
【0036】
モードＩでは、切替弁ｖ０の上記切替えと共に又は切替弁ｖ０の切替えの信号を受信して、制御部５０が、切替弁ｖ１を、排気路に接続されたポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替える。これにより、第１分離装置１１からの透過ガスが、第１透過側流路２１Ｂを通って、凝縮器３０へと流入できる。さらに、切替弁ｖ３も、第２透過側流路２２Ｂへ向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるよう切り替えられる。このため、第１分離装置１１の透過側からのガスは、第２透過側流路２２Ｂには流入することなく、透過ガス合流路２３へ流入する経路が形成される。これにより、第１分離装置１１からの透過ガスが透過ガス合流路２３を経由して回収される。
【0037】
また、制御部５０は、切替弁ｖ０の上記切替えと共に又は切替弁ｖ０の切替えの信号を受信して、切替弁ｖ４を、未透過ガス合流路２４へのポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替える。これにより、第１未透過側流路２１Ａと第２未透過側流路２２Ａとが連通する、すなわち第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とが接続する。これにより、第１分離装置１１の未透過側からのガスは、第１未透過側流路２１Ａを通り、凝縮器３０を経由して（凝縮器３０における熱媒体と熱交換されて）冷却された後、第２未透過側流路２２Ａに流入して、第２分離装置１２の未透過側に向かうことができる。なお、図示の構成では、第１未透過側流路２１Ａ及び第２未透過側流路２２Ａはそれぞれが凝縮器３０を経由するようになっているので、第１分離装置１１の未透過側からのガスが第２分離装置１２に達するまでに凝縮器３０を２回経由可能になっている。しかしながら、第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とを繋ぐ経路の途中で凝縮器３０への経由が１回になるように構成してもよい。
【0038】
また、第２透過側流路２２Ｂに設置されている切替弁ｖ２は、切替弁ｖ２から凝縮器３０に向かう流路に接続されたポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替えられる。この際、切替弁ｖ２は、切替弁ｖ０の上記切替えと共に又は切替弁ｖ０の切替えの信号を受信して、制御部５０によって切り替えられる。これにより、第２分離装置１２の透過側からのガスは、第２排気路２６へと流れ、排気される。
【0039】
このように、モードＩでは、運転状態にある第１分離装置１１の未透過側からのガスを、凝縮器３０へ経由させて冷却させた後に、休止状態にある第２分離装置１２の未透過側へと送ることができるので、休止状態の第２分離装置１２の第２分離膜１２ａを冷却できる。運転状態の分離装置の未透過側からのガスは、従来の構成では、膜分離システムの外部へと排気させていたガスであるが、本形態では、このようなガスを膜分離システム内で冷却して、休止状態にある分離装置のための冷却媒体として利用している。
【0040】
モードＩ（図２Ａ、Ｓ１０）を継続していくと、第２分離膜１２ａの温度Ｔ２は冷却の作用により徐々に低下していくが、温度が過度に低くなった場合、特定ガス成分の透過性能が低下する場合がある。そのため、制御部５０は、温度検知器ｔｓ２により測定された第２分離膜１２ａの温度Ｔ２が所定下限温度ＴＬ以下であるかどうかを判定し（Ｓ２０）、Ｔ２≦ＴＬと判定した場合には、運転モードをモードＩＩへ切り替える（Ｓ３０）。
【0041】
モードＩＩ（図２Ｂ）では、第２分離膜１２ａの冷却が停止される。このために、制御部５０は、切替弁ｖ４を、第２未透過側流路２２Ａへのポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替える。すなわち、第１未透過側流路２１Ａと第２未透過側流路２２Ａとの接続は中断され、第１分離装置１１の未透過側からのガスは、凝縮器３０を経由した（凝縮器３０における熱媒体と熱交換された）後、未透過ガス合流路２４へと流れるので、第２分離装置１２には向かわない。
【0042】
モードＩＩ（図２Ｂ、Ｓ３０）の継続中、制御部５０は、運転状態にある第１分離膜１１ａの温度Ｔ１が所定温度上限ＴＨ未満であるかどうかを判定する（Ｓ４０ａ）。この判定において、Ｔ１＜ＴＨであると判定された場合には、第１分離膜１１ａの適切な温度が維持されているので、引き続きモードＩＩ（図２Ｂ）を続ける。そして、判定Ｓ４０ａにおいて、Ｔ１＜ＴＨと判定されなかった場合、すなわち第１分離膜１１ａの温度Ｔ１が所望温度上限以上になった場合には、制御部５０は、運転モードをモードＩＩＩに切り替える（Ｓ５０）。
【0043】
一方、温度検知器ｔｓ２により測定された第２分離膜１２ａの温度Ｔ２が所定下限温度ＴＬ以下であるかどうかの判定（Ｓ２０）において、Ｔ２≦ＴＬでなかった場合には、制御部５０は、モードＩＩへの切替えはせずに、運転状態にある第１分離膜１１ａの温度Ｔ１が所定上限温度ＴＨ未満であるかどうかを判定する（Ｓ４０ｂ）。当該判定（Ｓ４０ｂ）においてＴ１＜ＴＨと判定された場合には、第１分離膜１１ａの適切な温度が維持されているので、引き続きモードＩ（図２Ａ、Ｓ１０）で第１分離装置１１の運転が継続される。そして、その後、再び、冷却中の第２分離膜１２ａの温度Ｔ２が所定下限ＴＬ以下であるかが判定される（Ｓ２０）。一方、上記温度判定（Ｓ４０ｂ）で、Ｔ１＜ＴＨと判定されなかった場合、すなわち第１分離膜１１ａの温度Ｔ１が所望温度上限以上となった場合には、制御部５０は、運転モードをモードＩＩＩへ切り替える（Ｓ５０）。
【0044】
モードＩＩＩ（図２Ｃ）では、モードＩ（図２Ａ）とは逆の分離装置を利用する、すなわち、分離対象ガスが第２分離装置１２に流入し且つ第１分離装置１１には流入しないよう切替弁ｖ０が切り替えられる。具体的には、切替弁ｖ０の、第１分離装置１１に向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放される。第２分離装置１２に流入した分離対象ガスは、当該第２分離装置１２内の第２分離膜１２ａを通った透過ガスと、第２分離膜１２ａを通らなかった未透過ガスとに分離され、第２分離装置１２から流出する。
【0045】
モードＩＩＩ（図２Ｃ）では、制御部５０が、切替弁ｖ０の上記切替えと共に又は切替弁ｖ０の切替えの信号を受信して、切替弁ｖ２を、第２排気路２６に接続されたポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替える。これにより、第２分離装置１２からの透過ガスが、第２透過側流路２２Ｂを通って、凝縮器３０へと流入できる。さらに、凝縮器３０通過後に配置されている切替弁ｖ３が、第１透過側流路２１Ｂへ向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるよう切り替えられる。このため、第２分離装置１２の透過側からのガスは、第１透過側流路２１Ｂに流入することなく、透過ガス合流路２３へと流入する経路が形成される。これにより、第２分離装置１２からの透過ガスが、透過ガス合流路２３を経由して回収される。
【0046】
また、切替弁ｖ４も、切替弁ｖ０の上記切替えと共に又は切替弁ｖ０の切替えの信号を受信した制御部５０によって、未透過ガス合流路２４に接続されるポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替えられる。これにより、第１未透過側流路２１Ａと第２未透過側流路２２Ａとが連通する、すなわち第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とが接続する。モードＩＩＩでの切替弁ｖ４の状態はモードＩ（図２Ａ）での状態と同じである。但し、第２分離装置１２の未透過側からのガスは、第２未透過側流路２２Ａを通り、凝縮器３０を経由して（凝縮器３０における熱媒体と熱交換されて）冷却された後、第１未透過側流路２１Ａに流入して、第１分離装置１１の未透過側に向かう。
【0047】
また、第１透過側流路２１Ｂに設置されている切替弁ｖ１は、切替弁ｖ１から凝縮器３０に向かう流路に接続されたポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替えられる。これにより、第１分離装置１１の透過側からのガスは、第１排気路２５へと流れ、排気される。
【0048】
さらに、モードＩＩＩ（図２Ｃ）での稼働（Ｓ５０）が継続されていくと、第１分離膜１１ａの温度Ｔ１は冷却の作用により徐々に低下していく。膜温度が過度に低くなった場合、特定ガス成分の透過性能が低下する場合があるため、制御部５０は、温度検知器ｔｓ１により測定された第１分離膜１１ａの温度Ｔ１が所定下限温度ＴＬ以下であるかどうかを判定する（Ｓ６０）。Ｔ１≦ＴＬと判定した場合には、運転モードをモードＩＶへ切り替える（Ｓ７０）。
【0049】
モードＩＶ（図２Ｄ）では、これまで冷却されていた第１分離膜１１ａの冷却が停止される。このために、制御部５０は、切替弁ｖ４を、第１未透過側流路２１Ａへのポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるように切り替える。これにより、第１未透過側流路２１Ａと第２未透過側流路２２Ａとの接続は中断され、第２分離装置１２の未透過側からのガスは、凝縮器３０を経由した（凝縮器３０における熱媒体と熱交換された）後、未透過ガス合流路２４へと流れるので、第１分離装置１１には向かわない。
【0050】
モードＩＶ（図２Ｄ、Ｓ７０）の継続中、制御部５０は、運転状態にある第２分離膜１２ａの温度Ｔ２が所定温度上限ＴＨ未満であるかどうかを判定する（Ｓ８０ａ）。この判定において、Ｔ２＜ＴＨであると判定された場合には、第２分離膜１２ａの適切な温度が維持されているので、引き続きモードＩＶ（Ｓ７０）を続ける。そして、判定Ｓ８０ａにて、Ｔ２＜ＴＨと判定されなかった場合、すなわち第２分離膜１２ａの温度Ｔ２が所望温度上限以上となった場合には、制御部５０は、システム停止の指示があったか否かを確認する（Ｓ９０）。
【0051】
一方、温度検知器ｔｓ１により測定された第１分離膜１１ａの温度Ｔ１が所定下限温度ＴＬ以下であるかどうかの判定（Ｓ６０）において、Ｔ１≦ＴＬと判定されなかった場合には、制御部５０は、制御部５０は、モードＩＶへの切替え（Ｓ７０）はせずに、運転状態にある第２分離膜１２ａの温度Ｔ２が所定上限温度ＴＨ未満であるかどうかを判定する（Ｓ８０ｂ）。当該判定（Ｓ８０ｂ）においてＴ２＜ＴＨと判定された場合、第２分離膜１２ａの適切な温度が維持されているので、引き続きモードＩＩＩ（図２Ｃ）にて第２分離膜１２の運転が継続される。一方、上記温度判定（Ｓ８０ｂ）で、Ｔ２＜ＴＨと判定されなかった場合には、制御部５０は、システム停止の指示があったか否かを確認する（Ｓ９０）。
【0052】
システム停止の指示（Ｓ９０）がある場合、制御部５０は、膜分離システム１００全体の稼働を停止するための信号を各要素に送信し、稼働を停止させる。一方、システム停止の指示がなければ（Ｓ９０）、膜分離システム１００の稼働は継続され、所定上限温度ＴＨを超えた第２分離膜１２ａを休止・冷却するために、モードＩに切り替えられる（Ｓ１０）。
【0053】
なお、上記の所定下限温度ＴＬ及び所定上限温度ＴＨは、分離・回収される特定ガス成分、使用される分離膜の特性に応じて決められる。特定ガス成分が二酸化炭素である場合、使用される分離膜の適切な温度領域は４０～８０℃となり得るので、このような適切な温度領域に基づき、例えば、所定下限温度ＴＬを４０℃、所定上限温度ＴＨを８０℃と設定できる。
【0054】
図３を参照して説明した上記の動作フローは一例であって、膜分離システム１００の構成要素の特性、条件によっては別のフローも可能である。例えば、休止状態の冷却中の分離装置における分離膜の温度が所定下限ＴＬ以下となる前に、運転状態の分離装置における分離膜の温度が所定上限ＴＨを超えないように調整しておくことで、図３に示すモードＩＩ及びモードＩＶは省略できる。図４に、モードＩＩ及びモードＩＶが省かれた一連動作のフローチャートを示す。
【0055】
なお、休止状態の冷却中の分離装置における分離膜の温度が所定下限ＴＬ以下となる前に運転状態の分離装置における分離膜の温度が所定上限ＴＨを超えないようにするという上記調整は、冷却機構ＣＬの冷却能、分離膜の構成、その他の構成要素（分離装置の壁部、管等）の材質等を調整し、休止状態の分離装置の分離膜の降温速度（冷却速度、ＶＥＬＣＬ）を、分離運転状態の分離装置における分離膜の昇温速度（ＶＥＬＨＴ）以上となるようにする（ＶＥＬＣＬ≧ＶＥＬＨＴ）ことで可能となる。このような調整は、調整が容易であることから、特に冷却機構ＣＬにおける熱媒体の選定により行うことが好ましい。また、休止状態の冷却中の分離装置における分離膜の温度が所定下限ＴＬに達するタイミングと、運転状態の分離装置における分離膜の温度が所定上限ＴＨに達するタイミングとが同時になるように、調整することが好ましい。
【0056】
［第２実施形態］
図５に、第２実施形態による膜分離システム２００を示す。膜分離システム２００の基本的な構成は、第１実施形態の膜分離システム１００と同様（図１）であり、基本的な動作も、第１実施形態の膜分離システム１００と同様（図２Ａ～図４）に可能である。しかしながら、膜分離システム２００においては、膜分離システム１００においては冷却機構ＣＬとして凝縮器３０のみを利用していたのに対し、膜分離システム２００においては冷却機構ＣＬとして、凝縮器３０、及び凝縮器３０と別体の熱交換器４０が利用されている。
図５に、第２実施形態による膜分離システム２００を示す。膜分離システム２００の基本的な構成は、第１実施形態の膜分離システム１００と同様（図１）であり、基本的な動作も、第１実施形態の膜分離システム１００と同様（図２Ａ～図４）に可能である。しかしながら、膜分離システム２００においては、膜分離システム１００においては冷却機構ＣＬとして凝縮器３０のみを利用していたのに対し、膜分離システム２００においては冷却機構ＣＬとして、凝縮器３０、及び凝縮器３０と別体の熱交換器４０が利用されている。
【0057】
図５に示すように、第１分離装置１１の透過側からのガス、及び第２分離装置１２の透過側からのガスは、凝縮器３０を経由して、水蒸気凝縮作用を享受するように構成されている点は第１実施形態（図１）と同様である。しかしながら、第２実施形態では、第１分離装置１１の未透過側からのガス、及び第２分離装置１２の未透過側からのガスが、凝縮器３０を経由しておらず、その代わりに、別体の熱交換器４０を経由して、熱交換によって冷却されている。熱交換器４０には、凝縮器３０を経由することで冷却された第１分離装置１１の透過側からのガス、及び第２分離装置１２の透過側からのガスが、熱媒体（冷却媒体）として流れるようになっている。そして、第１分離装置１１の未透過側からのガス、及び第２分離装置１２の未透過側からのガスが、第１分離装置１１の未透過側からのガス及び第２分離装置１２の未透過側からのガスと熱交換するように構成されている。本形態の場合、凝縮器３０及び熱交換器４０を冷却機構ＣＬと呼ぶ。
【0058】
膜分離システム２００では、凝縮器３０に、分離装置の未透過側からのガスを経由させず、未透過側からのガスを冷却するための専用の熱交換器４０が設けられている。そのため、凝縮器３０が冷却するガスは透過ガスのみとなるので、透過ガスと未透過ガスの両方を冷却する第１実施形態による分離膜システム１００等と比較して、動力コストを削減でき、省エネルギーが可能となる。また、凝縮器３０の構成が複雑化しないという利点もある。
【0059】
［第３実施形態］
第３実施形態による膜分離システム３００について、図６Ａ～図６Ｄを参照して説明する。膜分離システム３００も、第１実施形態の膜分離システム１００（図１）等と同様、第１分離膜１１ａを備えた第１分離装置１１と、第２分離膜１２ａを備えた第２分離装置１２とを備えている。また、これらの分離装置は並列に配設されていて、一方の分離装置に分離対象ガスを流入させ且つ他方の分離装置には流入させないように、切替弁ｖ０によって切り替え可能に構成されている。しかしながら、膜分離システム３００では、一方の分離装置から他方の分離装置へと直列的なガスの流れが形成可能となっている。このために、第１分離装置１１の透過側と第２分離装置１２の未透過側とが接続可能であり、且つ第２分離装置１２の透過側と第１分離装置１１の未透過側とが接続可能になっている。より具体的には、第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとが連通可能になっており、且つ第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとが連通可能になっている。そして、第１実施形態の膜分離システム１００（図１）とは異なり、第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とは接続されていない。さらに、第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとの合流路２７と、第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとの合流路２８と、回収路２３'とが、三方弁である切替弁ｖ３によって任意に切替可能に接続されており、合流路２７には切替弁ｖ３１が、合流路２８においては切替弁ｖ３２が設けられている。
第３実施形態による膜分離システム３００について、図６Ａ～図６Ｄを参照して説明する。膜分離システム３００も、第１実施形態の膜分離システム１００（図１）等と同様、第１分離膜１１ａを備えた第１分離装置１１と、第２分離膜１２ａを備えた第２分離装置１２とを備えている。また、これらの分離装置は並列に配設されていて、一方の分離装置に分離対象ガスを流入させ且つ他方の分離装置には流入させないように、切替弁ｖ０によって切り替え可能に構成されている。しかしながら、膜分離システム３００では、一方の分離装置から他方の分離装置へと直列的なガスの流れが形成可能となっている。このために、第１分離装置１１の透過側と第２分離装置１２の未透過側とが接続可能であり、且つ第２分離装置１２の透過側と第１分離装置１１の未透過側とが接続可能になっている。より具体的には、第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとが連通可能になっており、且つ第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとが連通可能になっている。そして、第１実施形態の膜分離システム１００（図１）とは異なり、第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とは接続されていない。さらに、第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとの合流路２７と、第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとの合流路２８と、回収路２３'とが、三方弁である切替弁ｖ３によって任意に切替可能に接続されており、合流路２７には切替弁ｖ３１が、合流路２８においては切替弁ｖ３２が設けられている。
【0060】
図６Ａ～図６Ｄには、第３実施形態の膜分離システム３００の運転モードの例（運転モードＩ～ＩＶ）をそれぞれ示す。当該運転モードＩ～ＩＶは、第１実施形態の膜分離システム１００の運転モードＩ～ＩＶに対応している。すなわち、モードＩ（図６Ａ）は、第１分離装置１１を運転状態、第２分離装置１２を休止状態とし、且つ第２分離装置１２が冷却されているモードであり、モードＩＩ（図６Ｂ）は、第１分離装置１１を運転状態、第２分離装置１２を休止状態としているが、第２分離装置１２の冷却が停止されているモードであり、モードＩＩＩ（図６Ｃ）は、第１分離装置１１を休止状態、第２分離装置１２を運転状態とし、且つ第１分離装置１１が冷却されているモードであり、モードＩＶ（図６Ｄ）は、第１分離装置１１を休止状態、第２分離装置１２を運転状態としているが、第１分離装置１１の冷却が停止されているモードである。第３実施形態の膜分離システム３００においても、第１実施形態の膜分離システム１００と同様の制御を行うことができる。また、膜分離システム１００の稼働中の運転モードは図示のものに限られず、システム内の構成要素の特性、状況に応じた様々な運転モードがあってよい。
【0061】
モードＩ（図６Ａ）では、分離対象ガスが第１分離装置１１に流入するよう切替弁ｖ０が切り替えられている。そして、第１分離装置１１からの透過ガスは第１透過側流路２１Ｂを通って、凝縮器３０を経由した後、さらに第２未透過側流路２２Ａを通って第２分離装置１２の未透過側に到達して、第２分離膜１２ａを通る。よって、第１分離装置１１及び第２分離装置１２の順に二段で分離を行うことができると共に、凝縮器３０を経由して冷却されたガスが、第２分離装置１２の第２分離膜１２ａを冷却できる。
【0062】
第３実施形態の膜分離システム３００においては、第１分離装置１１の未透過側の第１未透過側流路２１Ａ上に切替弁ｖ１２が、第１未透過側流路２１Ａからの枝分かれ位置には切替弁ｖ１１が設けられている。第２分離装置１２の未透過側の第２未透過側流路２２Ａ上には切替弁ｖ２２が、第２未透過側流路２２Ａからの枝分かれ位置には切替弁ｖ２１が設けられている。モードＩ（図６Ａ）では、切替弁ｖ１１が開放、切替弁ｖ１２が閉鎖されていることで、第１分離装置１１の未透過側のガスが、第２分離装置１２に向かうことなく排気される。また、切替弁ｖ２１が閉鎖、切替弁ｖ２２が開放されていることで、第１分離装置１１の透過側のガスが凝縮器３０を経由して、第２未透過側流路２２Ａを通って第２分離装置１２の未透過側に流入できる。
【0063】
例えば、モードＩ（図６Ａ）からモードＩＩ（図６Ｂ）に切り替えた場合、第２分離膜１２ａの冷却が停止される。このために、制御部５０は、切替弁ｖ２２を第２未透過側流路２２Ａへのポートが閉鎖されるように切り替え、切替弁ｖ３２を合流路２８へのポートが開放されるように切り替える。さらに、切替弁ｖ３も、第１未透過側流路２１Ａ（または合流路２７）へ向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるよう切り替えられる。すなわち、第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとの接続は中断され、第１分離装置１１の透過側からのガスは、凝縮器３０を経由した後、第２未透過側流路２２Ａには流入することなく、合流路２８へ流入する経路が形成される。これにより、第１分離装置１１からの透過ガスが、回収路２３'を経由して回収される。
【0064】
モードＩＩＩ（図６Ｃ）では、分離対象ガスが第２分離装置１２に流入するよう切替弁ｖ０が切り替えられる。そして、第２分離装置１２からの透過ガスが第２透過側流路２２Ｂを通って、凝縮器３０を経由した後、さらに第１未透過側流路２１Ａを通って第１分離装置１１の未透過側に到達して、第１分離膜１１ａを通る。よって、この運転モードでは、第２分離装置１２及び第１分離装置１１の順に二段で分離を行うことができると共に、凝縮器３０を経由して冷却されたガスが、第１分離装置１１の第１分離膜１１ａを冷却できる。
【0065】
なお、モードＩＩＩ（図６Ｃ）では、切替弁ｖ１１が閉鎖、切替弁ｖ１２が開放されていることで、第２分離装置１２の透過側のガスが凝縮器３０を経由して、第１未透過側流路２１Ａを通って第１分離装置１１の未透過側に流入できる。また、切替弁ｖ２１が開放、切替弁ｖ２２が閉鎖されていることで、また、第２分離装置１２の未透過側のガスが、第１分離装置１１に向かうことなく排気される。
【0066】
例えば、モードＩＩＩ（図６Ｃ）からモードＩＶ（図６Ｄ）に切り替えた場合、これまで冷却されていた第１分離膜１１ａの冷却が停止される。このために、制御部５０は、切替弁ｖ１２を第１未透過側流路２１Ａへのポートが閉鎖されるように切り替え、切替弁ｖ３１を合流路２７へのポートが開放されるように切り替える。さらに、切替弁ｖ３も、第２未透過側流路２２Ａ（または合流路２８）へ向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるよう切り替えられる。すなわち、第２透過側流路２２Ｂと第１未透過側流路２１Ａとの接続は中断され、第２分離装置１２の透過側からのガスは、第１未透過側流路２１Ａには流入することなく、合流路２７へ流入する経路が形成される。これにより、第２分離装置１２からの透過ガスが、回収路２３'を経由して回収される。なお、第２分離装置１２の透過側からのガスが、回収される前に通る凝縮器が設けられていてもよい。
【0067】
このように、少なくとも１つの分離装置から他の分離装置へと直列的なガスの流れが形成されている膜分離システム３００によれば、分離が多段式に行われることになるので、回収される特定ガス成分の濃度を高くできる。また、通常の多段式の直列構成と比較した場合、複数の分離装置からのガスの水蒸気凝縮を１つの凝縮器３０によって行うことができるので、省エネルギー、省スペース等の利点が得られる。
【0068】
なお、膜分離システム３００の場合には、運転モードによってガスが凝縮器３０を経由する回数が異なる。例えば、図６Ｂに示すモードでは、第１分離装置１１の透過側のガスが１回凝縮器３０を経由して、第２分離装置１２を通った後、凝縮器３０を経由することなく回収路２３'へと流れる。すなわち、膜分離システム３００に導入された分離対象ガスが凝縮器３０を経由する回数は１回である。一方、図６Ｃに示すモードでは、第２分離装置１２の透過側のガスが凝縮器３０を経由し、第２分離装置１２を通った後、再び凝縮器３０を経由するようになっている。
【0069】
［第４実施形態］
第４実施形態による膜分離システム４００を、図７Ａ～図７Ｄを参照して説明する。膜分離システム４００も、第１分離膜１１ａを備えた第１分離装置１１と、第２分離膜１２ａを備えた第２分離装置１２とを備えている。また、２つの分離装置が並列に配設されていて、一方の分離装置に分離対象ガスを流入させ且つ他方の分離装置には流入させないように、切替弁ｖ０によって切り替え可能に構成されている。また、第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とは接続されておらず、第１分離装置１１に接続する第１未透過側流路２１Ａと第２分離装置１２に接続する第２透過側流路２２Ｂとが連通可能に、且つ第１分離装置１１に接続する第１透過側流路２１Ｂと第２分離装置１２に接続する第２未透過側流路２２Ａとが連通可能になっている点でも、第３実施形態の膜分離システム３００（図６Ａ）と同様であり、切替弁の基本的な機能も同様である。しかしながら、第４実施形態による膜分離システム４００では、少なくとも第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとの合流位置が、第３実施形態の膜分離システム３００（図６Ａ）とは異なっていることで、第３実施形態の膜分離システム３００（図６Ａ）と比べて、より多くの異なる運転モードが可能となっている。
第４実施形態による膜分離システム４００を、図７Ａ～図７Ｄを参照して説明する。膜分離システム４００も、第１分離膜１１ａを備えた第１分離装置１１と、第２分離膜１２ａを備えた第２分離装置１２とを備えている。また、２つの分離装置が並列に配設されていて、一方の分離装置に分離対象ガスを流入させ且つ他方の分離装置には流入させないように、切替弁ｖ０によって切り替え可能に構成されている。また、第１分離装置１１の未透過側と第２分離装置１２の未透過側とは接続されておらず、第１分離装置１１に接続する第１未透過側流路２１Ａと第２分離装置１２に接続する第２透過側流路２２Ｂとが連通可能に、且つ第１分離装置１１に接続する第１透過側流路２１Ｂと第２分離装置１２に接続する第２未透過側流路２２Ａとが連通可能になっている点でも、第３実施形態の膜分離システム３００（図６Ａ）と同様であり、切替弁の基本的な機能も同様である。しかしながら、第４実施形態による膜分離システム４００では、少なくとも第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとの合流位置が、第３実施形態の膜分離システム３００（図６Ａ）とは異なっていることで、第３実施形態の膜分離システム３００（図６Ａ）と比べて、より多くの異なる運転モードが可能となっている。
【0070】
図７Ａ～図７Ｄには、第３実施形態の膜分離システム４００の運転モードの例がそれぞれ示されている。図７Ａ～図７Ｄには、運転モードＩ～ＩＶがそれぞれ示されていて、当該運転モードＩ～ＩＶは、第１実施形態の膜分離システム１００の運転モードＩ～ＩＶに対応している。すなわち、モードＩ（図７Ａ）は、第１分離装置１１を運転状態、第２分離装置１２を休止状態とし、且つ第２分離装置１２が冷却されているモードであり、モードＩＩ（図７Ｂ）は、第１分離装置１１を運転状態、第２分離装置１２を休止状態としているが、第２分離装置１２の冷却が停止されているモードであり、モードＩＩＩ（図７Ｃ）は、第１分離装置１１を休止状態、第２分離装置１２を運転状態とし、且つ第１分離装置１１が冷却されているモードであり、モードＩＶ（図７Ｄ）は、第１分離装置１１を休止状態、第２分離装置１２を運転状態としているが、第１分離装置１１の冷却が停止されているモードである。第３実施形態の膜分離システム３００においても、第１実施形態の膜分離システム１００と同様の制御を行うことができる。また、膜分離システム１００の稼働中の運転モードは図示のものに限られず、システム内の構成要素の特性、状況に応じた様々な運転モードがあってよい。
【0071】
モードＩ（図７Ａ）では、分離対象ガスが第１分離装置１１に流入するよう切替弁ｖ０が切り替えられている。そして、第１分離装置１１の透過ガスは第１透過側流路２１Ｂを通って、凝縮器３０を経由して冷却された後、第２分離装置１２の未透過側の第２未透過側流路２２Ａを通って、第２分離装置１２に達する。第２分離装置１２に達したガスは、第２分離装置１２が備えている第２分離膜１２ａを通る。第２分離膜１２ａを通るガスは、凝縮器３０を経由した後の冷却されたガスであるため、これにより、第２分離膜１２ａが冷却される。その後、第２分離装置１２の透過側から出たガスは、凝縮器３０を経由して、第１未透過側流路２１Ａと第２透過側流路２２Ｂとの合流路２７を通って、回収路２３'へと向かう。
【0072】
例えば、モードＩ（図７Ａ）からモードＩＩ（図７Ｂ）に切り替えた場合、第２分離膜１２ａの冷却が停止される。このために、制御部５０は、切替弁ｖ２２を第２未透過側流路２２Ａへのポートが閉鎖されるように切り替え、切替弁ｖ３２を合流路２８へのポートが開放されるように切り替える。さらに、切替弁ｖ３も、合流路２７へ向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるよう切り替えられる。すなわち、第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとの接続は中断され、第１分離装置１１の透過側からのガスは、凝縮器３０を経由した後、第２未透過側流路２２Ａには流入することなく、合流路２８へ流入する経路が形成される。これにより、第１分離装置１１からの透過ガスが、回収路２３'を経由して回収される。
【0073】
モードＩＩＩ（図７Ｃ）では、分離対象ガスが第２分離装置１２に流入するよう切替弁ｖ０が切り替えられている。そして、第２分離装置１２を通った透過ガスは、第２透過側流路２２Ｂを通って、凝縮器３０を経由して冷却された後、第１分離装置１１の未透過側の第１未透過側流路２１Ａを通って、第１分離装置１１に入る。第１分離装置１１に達したガスは、第１分離装置１１が備えている第１分離膜１１ａを通り、この際、第１分離膜１１ａが冷却される。その後、第１分離装置１１の透過側から出たガスは、凝縮器３０を経由して、第１透過側流路２１Ｂと第２未透過側流路２２Ａとの合流路２８を通って、回収路２３'へと向かう。
【0074】
例えば、モードＩＩＩ（図７Ｃ）からモードＩＶ（図７Ｄ）に切り替えた場合、これまで冷却されていた第１分離膜１１ａの冷却が停止される。このために、制御部５０は、切替弁ｖ１２を第１未透過側流路２１Ａへのポートが閉鎖されるように切り替え、切替弁ｖ３１を合流路２７へのポートが開放されるように切り替える。さらに、切替弁ｖ３も、合流路２８へ向かうポートが閉鎖され且つそれ以外の２つのポートが開放されるよう切り替えられる。すなわち、第２透過側流路２２Ｂと第１未透過側流路２１Ａとの接続は中断され、第２分離装置１２の透過側からのガスは、凝縮器３０を経由した後、第１未透過側流路２１Ａには流入することなく、合流路２７へ流入する経路が形成される。これにより、第２分離装置１２からの透過ガスが、回収路２３'を経由して回収される。
【0075】
【0076】
さらに、膜分離システム４００では、さらに別の運転モードも可能である。上述の図７Ｂ及び図７Ｃの運転モードは、運転状態の分離装置の透過側からのガスが、休止状態の分離装置の未透過側に供給されるようになっていた。これに対し、例えば、図７Ｅ及び図７Ｆに示すように、運転状態の分離装置の透過側からのガスが、休止状態の分離装置の透過側に供給される経路も可能である。
【0077】
図７Ｅに示す運転モードでは、第１分離装置１１の透過側のガスが、第１透過側流路２１Ｂを通って、凝縮器３０を経由し、合流路２８及び回収路２３'を通って回収される。一方、第１分離装置１１の未透過側のガスは凝縮器３０を経由して冷却された後、第２分離装置１２へと流れるが、この際、第２透過側流路２２Ｂを通って第２分離装置１２の透過側に到達するようになっている。そして、ガスは第２分離装置１２における第２分離膜１２ａを通って未透過側へと流れ、この際、第２分離膜１２ａが冷却される。なお、図７Ｅの運転モードでは、第２分離装置１２の未透過側からのガスは、切替弁ｖ２１を介して排出される。
【0078】
図７Ｆに示す運転モードでは、第２分離装置１２の透過側のガスが、第２透過側流路２２Ｂを通って、凝縮器３０を経由し、合流路２７及び回収路２３'を通って回収される。第２分離装置１２の未透過側のガスは凝縮器３０を経由して冷却された後、第１分離装置１１へと流れるが、この際、第１透過側流路２１Ｂを通って第１分離装置１１の透過側に到達するようになっている。そして、ガスは第１分離装置１１における第１分離膜１１ａを通って未透過側へと流れ、この際、第１分離膜１１ａが冷却される。図７Ｅの運転モードでは、第１分離装置１１の未透過側からのガスは、切替弁ｖ１１を介して排出される。
【0079】
このように、第４実施形態によれば、同じ膜分離システム４００を用いて、一方の分離装置の透過側から他方の分離装置の未透過側へガスを供給して、当該他方の分離装置の分離膜を冷却する運転モード（図７Ａ～図７Ｄ）が可能であるし、一方の分離装置の未透過側から他方の分離装置の透過側へガスを供給して、当該他方の分離装置の分離膜を冷却する運転モード（図７Ｅ及び図７Ｆ）も可能である。
【0080】
［変形例］
さらに、図８及び図９に、本開示の構成の変形例を示す。図８及び図９に示す構成は、図１に示す膜分離システム１００に、第３分離膜１３ａを備えた第３分離装置１３が後置されてなる多段膜分離システム１１０として示されている。より具体的には、膜分離システム１００の透過ガスの放出口に、さらに第３分離装置１３が配設されている。図８及び図９には、膜分離システム１００に後置されている要素は、第３分離装置１３単独であるが、第３分離装置１３とその他の膜分離システムとしての他の構成要素とを含む後置システムを構成して、膜分離システム１００に後置してもよい。
さらに、図８及び図９に、本開示の構成の変形例を示す。図８及び図９に示す構成は、図１に示す膜分離システム１００に、第３分離膜１３ａを備えた第３分離装置１３が後置されてなる多段膜分離システム１１０として示されている。より具体的には、膜分離システム１００の透過ガスの放出口に、さらに第３分離装置１３が配設されている。図８及び図９には、膜分離システム１００に後置されている要素は、第３分離装置１３単独であるが、第３分離装置１３とその他の膜分離システムとしての他の構成要素とを含む後置システムを構成して、膜分離システム１００に後置してもよい。
【0081】
図８に示す例では、膜分離システム１００から放出された透過ガスが、第３分離装置１３の未透過側に流入し、第３分離膜１３ａによってさらに分離される。このような多段の分離を行うことで、特定ガス成分の回収率をさらに上げることが可能となる。なお、第３分離膜１３ａは、第１分離膜１１ａ及び第２分離膜１２ａよりも性能（透過性能及び／又は選択性能）の高い分離膜であると好ましい。
【0082】
図８に示す例では、第３分離装置１３の未透過側からのガスは、膜分離システム１００の未透過側からのガスと同様に、排気される。一方、図９に示す例では、第３分離装置１３の未透過側からのガスを、リサイクル流路２９を介して、システムの流入口へと戻す。これにより、第３分離装置１３の未透過側からのガスがリサイクルされる。このようなリサイクル形式の膜分離システムは、目的の特定ガス成分の回収量を増加できるという点で好ましい。
【0083】
なお、多段膜分離システム１１０、１２０の場合、多段膜分離システム１１０、１２０に後置されてなる分離装置の数は１に限られない。膜分離システム１００の下流には、２～５の分離装置が多段に（直列に）配設されていてもよい。
【0084】
さらに、図１０に、本開示の構成のさらに別の変形例を示す。図１０に示す膜分離システム１００では、図１に示す膜分離システム１００における透過ガスの放出位置に配置されていたポンプｐ３がなく、それに代えて、膜分離システム１００の流入口にポンプｐ０が配置されている。ポンプｐ３は減圧ポンプであったが、ｐ０は加圧ポンプである。このように、図１に示す膜分離システム１００は減圧方式であったが、図１０に示す膜分離システム１００は加圧方式のシステムとなっている。このように、本開示による膜分離システムは加圧方式及び減圧方式のいずれであってもよいが、分離された透過ガスを減圧することによる減圧方式（図１）の方が、消費電力を抑えることができる。
【0085】
以上、本開示の技術の説明を、主として、２つの分離装置を備えた膜分離システムを例として行った。よって、本開示の一形態は、分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離システムであって、互いに並列に配設された第１分離装置及び第２分離装置を備え、前記第１分離装置が分離運転状態であり且つ前記第２分離装置が休止状態となるモードと、前記第１分離装置が休止状態であり且つ前記第２分離装置が分離運転状態となるモードとで切替え可能であり、前記第１分離装置及び前記第２分離装置のうち分離運転状態の分離装置からのガスが、冷却機構を経由して、休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流れるよう構成されているものであってよい。
【0086】
但し、膜分離システムにおける分離装置の数は２つに限られず、膜分離システム１００には複数の分離装置、例えば３～６の分離装置が並列に配設されていてもよい。その場合であっても、複数の分離装置のうち、少なくとも１つの分離装置を運転状態とし、少なくとも１つの分離装置を休止状態とすることができる。そして、運転状態の分離装置からのガスを一旦冷却機構ＣＬにより冷却して、その冷却されたガスを、休止状態の分離装置における分離膜の冷却のために利用する。膜分離システム１００に含まれる分離装置の数が２以上である場合、運転状態となる分離装置の数と、休止状態の分離装置の数とが同じように切替えを行うことが好ましい。これにより、膜分離システム１００の稼働中の分離性能が大きく変動することを防止でき、特定ガス成分の回収量をできるだけ一定に維持できる。
【0087】
［第５実施形態］
図１１に、２以上の分離装置を備えた膜分離システムの構成例を示す。図１１に示す膜分離システム５００は、分離膜１１１ａを備えた分離装置１１１、分離膜１１２ａを備えた分離装置１１２、分離膜１２１ａを備えた分離装置１２１、分離膜１２２ａを備えた分離装置１２２の計４つの分離装置を備えている。図１１に示すように、これらの分離装置１１１、１１２、１２１、１２２は互いに並列に配設されている、すなわち、１つの流入口からの流路が枝分かれし、分離装置１１１、１１２、１２１、１２２のそれぞれに達するようになっている。各分離装置には、弁ｖ０１、ｖ０２、ｖ０３、ｖ０４が設けられており、分離対象ガスの流入の有無を制御できる。すなわち、分離装置１１１、１１２、１２１、１２２はそれぞれ独立して、運転状態と休止状態との間で切替え可能となっている。これにより、膜分離システム５００の稼働中、分離装置１１１、１１２、１２１、１２２のうち少なくとも１つを運転状態とし、少なくとも別の１つを休止状態とすることができる。
図１１に、２以上の分離装置を備えた膜分離システムの構成例を示す。図１１に示す膜分離システム５００は、分離膜１１１ａを備えた分離装置１１１、分離膜１１２ａを備えた分離装置１１２、分離膜１２１ａを備えた分離装置１２１、分離膜１２２ａを備えた分離装置１２２の計４つの分離装置を備えている。図１１に示すように、これらの分離装置１１１、１１２、１２１、１２２は互いに並列に配設されている、すなわち、１つの流入口からの流路が枝分かれし、分離装置１１１、１１２、１２１、１２２のそれぞれに達するようになっている。各分離装置には、弁ｖ０１、ｖ０２、ｖ０３、ｖ０４が設けられており、分離対象ガスの流入の有無を制御できる。すなわち、分離装置１１１、１１２、１２１、１２２はそれぞれ独立して、運転状態と休止状態との間で切替え可能となっている。これにより、膜分離システム５００の稼働中、分離装置１１１、１１２、１２１、１２２のうち少なくとも１つを運転状態とし、少なくとも別の１つを休止状態とすることができる。
【0088】
図１１に示す形態では、分離装置１１１、１１２を合わせて第１組Ｕ１と呼ぶ。第１組Ｕ１からの未透過側のガス及び透過側のガスはそれぞれ一旦集められている。すなわち、分離装置１１１の未透過側からのガスと分離装置１１２の未透過側からのガスとが合流して１つの流路２１Ａ内を流れるようになっており、分離装置１１１の透過側からのガスと分離装置１１２の透過側からのガスとが合流して１つの流路２１Ｂ内を流れるようになっている。また、分離装置１２１、１２２を合わせて第２組Ｕ２と呼ぶ。第２組Ｕ２からの未透過側のガス及び透過側のガスもそれぞれ一旦集められている。すなわち、分離装置１２１の未透過側からのガスと分離装置１２２の未透過側からのガスとが合流して１つの流路２２Ａ内を流れるようになっており、分離装置１２１の透過側からのガスと分離装置１２２の透過側からのガスとが合流して１つの流路２２Ｂ内を流れるようになっている。
【0089】
第１組Ｕ１及び第２組Ｕ２よりも下流の構成は、図１に示す膜分離システム１００の構成と同様となっている。膜分離システム５００においても、運転状態の分離装置からのガスを、凝縮器３０（冷却機構ＣＬ）を経由させて冷却し、休止状態の分離装置へと送り込み、休止状態の分離装置の冷却に使用できる。
【0090】
膜分離システム５００では、第１組Ｕ１の分離装置１１１、１１２を同時に運転状態とした場合、第２組Ｕ２の分離装置１２１、１２２を同時に休止状態とすることが好ましい。その場合、分離性能の同じ分離装置を使用することで、膜分離システム５００の稼働中通して、特定ガス成分の安定した回収量及び回収率を得ることができる。
【0091】
膜分離システム５００は、分離膜１１１ａの温度を測定する温度検知器ｔｓ１ａ、分離膜１１２ａの温度を測定する温度検知器ｔｓ１ｂ、分離膜１２１ａの温度を測定する温度検知器ｔｓ２ａ、及び分離膜１２２ａの温度を測定する温度検知器ｔｓ２ｂを備えている。よって、各分離膜の温度を個別に測定して、その温度に基づいた制御が可能となっている。また、膜分離システム５００においても、上記温度検知器ｔｓ１ａ、ｔｓ１ｂ、ｔｓ２ａ、ｔｓ２ｂ、弁ｖ０１、ｖ０２、ｖ０３、ｖ０４、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４、温度検知器ｔｓ１ａ、ｔｓ１ｂ、ｔｓ２ａ、ｔｓ２ｂ、及びポンプｐ３は、制御部（図示は省略）によって制御されている。
【0092】
なお、膜分離システムが３以上の分離装置を備えている場合、任意の数の分離装置を運転状態とし且つ残りの数の分離装置を休止状態とすることができる。例えば、１つの分離装置を運転状態とし且つそれ以外の分離装置を休止状態とするよう動作させてもよいし、１つの分離装置を休止状態とし且つそれ以外の分離装置を運転状態とするように動作させてもよい。
【0093】
［膜分離方法］
さらに、本開示の一形態は、分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離方法であって、互いに並列に接続され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であるシステムを用いて、前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスを、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流すことを含むものであってよい。
さらに、本開示の一形態は、分離対象ガスから特定ガス成分を分離する膜分離方法であって、互いに並列に接続され且つそれぞれ分離膜を有する分離装置を２以上備え、前記分離装置がそれぞれ、分離運転状態と休止状態とで切り替え可能であるシステムを用いて、前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つからのガスを、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ流すことを含むものであってよい。
【0094】
また、別の一形態は、上記膜分離方法であって、前記分離運転状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側からのガスを、冷却機構を経由して、前記休止状態の分離装置の少なくとも１つへ、好ましくは休止状態の分離装置の少なくとも１つの未透過側へ、流すものであってよい。
【0095】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。また、上記実施形態は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、様々な変更、修正、置換、付加、削除、及び組合せ等が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。本明細書で説明された実施形態の技術は任意に組み合わせ可能であり、例えば、第２実施形態及び第３実施形態において図８、図９、又は図１０の構成を適用すること、第５実施形態において図５～図１０の構成を組み合わせること等が可能である。
【符号の説明】
【0096】
１１ 第１分離装置
１１ａ 第１分離膜
１２ 第２分離装置
１２ａ 第２分離膜
１３ 第３分離装置
１３ａ 第３分離膜
２１Ａ 第１未透過側流路
２１Ｂ 第１透過側流路
２２Ａ 第２未透過側流路
２２Ｂ 第２透過側流路
２３ 透過ガス合流路
２３' 回収路
２４ 未透過ガス合流路
２５ 第１排気路
２６ 第２排気路
２７、２８ 合流路
２９ リサイクル流路
３０ 凝縮器
４０ 熱交換器
５０ 制御部
１００、２００、３００、４００、５００ 膜分離システム
１１０、１２０ 多段膜分離システム
ＣＬ 冷却機構
ｐ０、ｐ３ ポンプ
ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｓ４ 温度検知器
ｖ０、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４ 切替弁
１１ａ 第１分離膜
１２ 第２分離装置
１２ａ 第２分離膜
１３ 第３分離装置
１３ａ 第３分離膜
２１Ａ 第１未透過側流路
２１Ｂ 第１透過側流路
２２Ａ 第２未透過側流路
２２Ｂ 第２透過側流路
２３ 透過ガス合流路
２３' 回収路
２４ 未透過ガス合流路
２５ 第１排気路
２６ 第２排気路
２７、２８ 合流路
２９ リサイクル流路
３０ 凝縮器
４０ 熱交換器
５０ 制御部
１００、２００、３００、４００、５００ 膜分離システム
１１０、１２０ 多段膜分離システム
ＣＬ 冷却機構
ｐ０、ｐ３ ポンプ
ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｓ４ 温度検知器
ｖ０、ｖ１、ｖ２、ｖ３、ｖ４ 切替弁
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】