JP2006224096A - 中空糸膜モジュール製造方法及び中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングへの収納、ヘッド等の取付が不要な中空糸膜モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複数本の中空糸膜の端部を結束して、結束部端面において中空内部が開口する中空糸膜束を形成し、前記中空内部を通る経路用の第１開口部と、前記中空糸膜の膜外部を通る経路用の第２開口部とを備えるケース内に、前記中空糸膜束を収容し、前記中空糸膜束の結束部よりも内側に液状接着剤を注入して、前記液状接着剤の硬化により前記中空糸膜束を前記ケース内に封止固定し、前記結束部が、前記液状接着剤の前記中空糸膜の開口端面側への流出を防止する。
【選択図】図７

Description

本発明は、中空糸膜の膜分離作用を利用して、気体の加湿、除湿、分離、ならびに液体の分離等を行う中空糸膜モジュール製造方法及び中空糸膜モジュールに関するものである。

固体高分子型燃料電池は、イオン交換膜の保湿のため、反応ガス（水素等の燃料ガス、酸素等の酸化剤ガスなど）を加湿して運転する必要がある。この加湿手段としては、加湿用の中空糸膜モジュールを使用して燃料電池から排出される湿潤反応排ガスにより燃料電池に供給する反応ガスを加湿する方法がある（特許文献１参照）。

一般に、この種の中空糸膜モジュールは、円筒ケース内に詰めた中空糸膜の両端部をポッティング剤により封止した中空糸膜カートリッジを作成し、このカートリッジをハウジングケースに収納するか、あるいは、カートリッジの両端に流体集束用のヘッド（特許文献２参照）を取り付けて使用される。

この種の中空糸膜モジュールの製造工程について図１１を参照して説明する。図１１は、従来技術に係る中空糸膜モジュールの製造工程図である。ただし、図１１では、各工程における中空糸膜モジュールの状態のみを模式的断面図で示している。

まず始めに、図１１（ａ）に示すように、複数の中空糸膜４０２をケース４０３内に充填する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、エポキシ樹脂等の封止剤（ポッティング剤）を充填して封止部４０４を作成する。なお、図中４０５は封止剤が漏れないようにケース４０３の端部に固定した蓋である。

そして、図１１（ｃ）に示すように、封止部４０４の硬化後、ケース４０３の両端部において、封止部４０４の一部を含む位置で、蓋４０５ごと、ケース４０３の両端を切り落とす。

これにより、中空糸膜４０２の中空内部のみが開口されるようにして、開口部４０６が形成される。

特開２００３−１１２０１６号公報 特開２００４−１５４７７２号公報

上述のように、従来の中空糸膜モジュールで使用される中空糸膜カートリッジは、中空糸膜束の両端部をケースごと切断して開口端面を形成しているため、中空糸膜カートリッジを更にハウジングに収納したり、両端にヘッドを取付けて、流体の流通口を設ける必要があった。

このような中空糸膜モジュールは、開口端面の精度やヘッド部の取付精度によって、組立時の流通口の位置のズレ等が大きくなるため、モジュールの流通口と燃料電池の流通口とを直接連結させることができなかった。すなわち、中空糸膜モジュールの流通口と燃料
電池側の流通口とは、途中に設けられたガス配管等を介して連結する必要があった。

一方、固体高分子型燃料電池の用途として、最近では、例えば、モバイル用途向けの小出力タイプの燃料電池が提案されている。この種の燃料電池は、発電量が総じて小さいことから、供給される反応ガス流量も少なくなる。したがって、この種の燃料電池においては、燃料電池自体の小型化が最大の課題であり、これに使用される加湿用の中空糸膜モジュールも極力小型のものが要求されている。

本発明は、上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ハウジングへの収納、ヘッド等の取付が不要な中空糸膜モジュール及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における中空糸膜モジュール製造方法は、複数本の中空糸膜の端部を結束し、結束部端面で中空糸膜の中空内部が開口する中空糸膜束を形成する工程と、前記中空内部を通る経路用の第１開口部と前記中空糸膜の膜外部を通る経路用の第２開口部とを備えるケース内に前記中空糸膜束を収容する工程と、前記中空糸膜束の前記結束部よりも内側に液状接着剤を注入し、該液状接着剤の硬化により前記中空糸膜束を前記ケース内に封止固定する工程と、を有し、前記結束部が、前記液状接着剤の前記中空糸膜束の前記結束部端面側への流出を防止することを特徴とする。

このように、中空糸膜モジュールの製造において、中空糸膜束を予め作成しておき、これをモジュールケース内に収容して液状接着剤で固定するときに、結束部が液状接着剤の結束部端面側への流出を防止するので、従来のように、液状接着剤（ポッティング剤）が硬化した後に、中空糸膜の中空内部を開口させるために、硬化した部分を切断する必要がない。

本発明の好ましい態様によれば、前記ケースが、前記液状接着剤の注入口及び排出口を備え、硬化した前記液状接着剤により該注入口及び該排出口が塞がれることを特徴とする。

このように、ケース自体に接着剤用の注入口が設けられるので、別途注入専用の冶具等を用いたり、液状接着剤の注入のために流体用の入口や出口を工夫して利用する必要もない。また、注入口及び排出口は、硬化した液状接着剤が塞ぐので、これらからの流体の漏れを防ぐことができ、製品としての支障は生じない。

本発明の好ましい態様によれば、前記ケース内の中空糸膜充填領域において、液状接着剤を充填する領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間が、液状接着剤を充填する領域以外の領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間よりも大きいことを特徴とする。

このように、液状接着剤を充填する領域のケース内壁と膜束外周との隙間が大きいので、接着剤の回り込みがスムーズに生じ、また、膜分離を行う領域のケース内壁と膜束外周との隙間が小さいので、膜分離に関与せずに流出してしまう流体量を減らすことができる。

したがって、液状接着剤の充填不足による不具合の低減及び加湿効率の向上を図ることができる。

前記ケースは金属材料からなるものであってもよい。

また、前記金属材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、もしくはそれらの合金であってもよい。

燃料電池の一般的な構成としては、概ね、燃料電池スタック、集電板、締結板等が挙げられる。燃料電池スタックは、セパレータを介して積層される複数の燃料電池セルから構成されており、集電板は、燃料電池スタックの積層方向の両側に重ねられ、燃料電池スタックの内部で発生した電流を捕集して外部への電力の供給を可能にする。締結板は、集電板のさらに外側に重ねられ、ボルト等によって燃焼スタックと集電板とを積層方向の両側から締め付ける。

そこで、中空糸膜モジュールを燃料電池スタックと一体化して燃料電池の反応ガスの加湿用に用いる場合において、ケースを金属材料からなるものとすれば、その電気伝導性により、ケースに適宜な配線を施して集電板としての機能をもたせることが可能となる。また、ケースの剛性が高められるので、締結板によらずに中空糸膜モジュールによって直接締め付けを行うことが可能となる。さらに、その熱伝導性により、発電によって発生する熱を中空糸膜モジュールを介して放熱することも可能となる。

したがって、集電板、締結板等が不要となり、部材点数の削減、燃料電池システムの小型化、単純化を図ることができる。

上記目的を達成するために、本発明における中空糸膜モジュールは、
複数本の中空糸膜によって形成される中空糸膜束と、該中空糸膜束を収容するケースとを備える中空糸膜モジュールであって、
ケース内壁と前記中空糸膜間との間に充填された液状接着剤が硬化することによって形成される、前記中空糸膜束を前記ケース内に封止固定する中空糸膜束固定部と、
前記複数本の中空糸膜を結束する結束部であって、結束部端面において前記中空糸膜の中空内部を開口し、かつ、前記液状接着剤が前記結束部端面側に流出するのを防止する結束部と、
を備えることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記中空糸膜束と前記ケースの内壁との間に前記液状接着剤を案内する溝が、前記ケース内壁の前記液状接着剤が充填される領域に設けられていることを特徴とする。

このように、液状接着剤が充填される領域において、例えば、ケースの内壁面上に溝を設けることにより、液状接着剤の該ケース内壁面上への回り込みがスムーズとなる。

したがって、液状接着剤の充填不足による不具合を低減することができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記ケース内の中空糸膜充填領域において、液状接着剤を充填する領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間が、液状接着剤を充填する領域以外の領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間よりも大きいことを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記ケースが、取付相手に対する中空糸膜モジュールの取付位置を決めるための位置決め手段と、ケース外部と前記中空糸膜の中空内部とを流通させる第１開口部と、ケース外部と前記中空糸膜の膜外部とを流通させる第２開口部とを一体的に備えることを特徴とする。

このように、燃料電池等の取付相手に対する位置決め手段と、流路を形成する開口部とがケース上に一体的に設けられているので、位置決め手段に対する開口部の位置精度を高くすることができる。

また、位置決め手段と開口部との位置精度が高くなるので、取付相手の開口部とモジュールの開口部とを、従来のように途中に別途設けられたガス配管等を介することなく、直接、精度良く連結することができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記ケースが、厚み方向で２分割される構成であることを特徴とする。

例えば、モジュールケースを厚み方向で２分割されたケース本体とケース蓋とを貼り合わせる構成とすることにより、１枚のケース蓋上に取付相手への位置決め手段と流路を形成する開口部とを形成して、位置決め手段と開口部との位置精度を高くすることができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記複数本の中空糸膜の両端が、まとめて結束され、前記ケースが、前記中空糸膜束の前記結束部の端面側に、ケース外部とケース内部とを連通する入口及び出口を備えており、該ケース内には、該入口が前記中空糸膜の一端とのみ流通し、該出口が前記中空糸膜の他端とのみ流通するように前記ケース内部を仕切る仕切り部材が備えられていることを特徴とする。

このように、仕切り部材により入口と出口とを仕切ることにより、中空糸膜の中空内部を通る流路を形成することができる。

本発明の好ましい態様によれば、前記ケースが、前記仕切り部材と前記結束部との間に接着剤を注入するための手段を有することを特徴とする。

このように、仕切り部材と結束部との間に接着剤を注入することにより、中空糸膜の中空内部を通る経路の密封性を高めることができる。

前記ケースは金属材料からなるものであってもよい。

また、前記金属材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、もしくはそれらの合金であってもよい。

以上説明したように、本発明の中空糸膜モジュール及び製造方法は、従来のようにポッティング部を切断する等の工程が不要であり、また、モジュールをハウジングへ更に収納したり、ヘッド等を取付ける必要がないので、部材点数の削減を図ることができ、したがって、省スペース、モジュールの小型化にも寄与することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールにつ
いて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）において矢印Ａの方向から見た本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的平面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）において矢印Ｂの方向から見た本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的正面図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの図１（ｃ）のＣ−Ｃ断面の模式図である。図２（ｂ）は本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの図１（ｂ）のＤ−Ｄ断面の模式図である。

本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュール１は、中空糸膜束２と、ケース３と、を備える。

中空糸膜束２は、複数の中空糸膜４を束ね、各中空糸膜４の両端面を開口した状態で、その両端部を例えばシリコン、ウレタン等の柔軟性のある弾性材料で結束（結束部５）している。

略六面体形状のケース３には、流体を中空糸膜４の膜内部に流通させるための一対の第１開口部６１、６２と、流体を中空糸膜の膜外部に流通させるための一対の第２開口部７１、７２とが設けられている。

ケース３には中空糸膜モジュール１を燃料電池等の取付相手（図示せず）に取付けるためのピン穴８が設けられており、該ピン穴８に通したネジ等により、中空糸膜モジュール１と取付相手とを積層して一体に組付け締結することができる。

本実施例においては、取付相手への取付手段としてピン穴を用いているが、例えば、モジュールケースに設けた凸部と取付相手に設けた凹部とを嵌合させることにより取付ける等の、他の位置決め手段を用いることも可能である。

さらに、開口部と取付用ピン穴とが、モジュールケース３に一体的に設けられているので、これらの位置精度を高くすることができ、また、位置精度が高いことにより中空糸膜モジュール１の開口部と取付相手側のガス導入・排出口とを、ガス配管等を介さずに直接連結することができる。したがって、部材点数の削減、ガス流路の密封性の向上を図ることができ、更には、省スペース、モジュールの小型化にも寄与する。

弾性材料からなる結束部５は、第１開口部６１と第２開口部７１との間、及び第１開口部６２と第２開口部７２との間に配置されている。

結束部５と第２開口部７１、７２との間には、例えば、エポキシ、ウレタン等の液状接着剤が充填され、液状接着剤の硬化により中空糸膜束２はケース内に封止固定される（固定部９）。

ケース３の内部空間は、結束部５及び固定部９により、ケース内壁面と中空糸膜の中空内部が開口した結束部５の端面とにより形成される空間と、ケース内壁面と中空糸膜４の膜外壁面と固定部９とにより形成される空間とに分割される。

こうして、第１開口部６１、６２と、ケース内壁面及び結束部端面により形成される空間と、中空糸膜４の中空内部とにより、第１の経路が形成され、第２開口部７１、７２と、ケース内壁面、中空糸膜膜外壁面及び固定部９とにより形成される空間とにより、第２の経路が形成される。

ケース３としては、一般的な材料である樹脂材製のものも採用することができるが、中
空糸膜モジュール１を燃料電池の反応ガスの加湿用として燃料電池スタックに積層して使用する場合には、ケース３として金属材料、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、もしくはこれらの合金からなるものを採用することにより、中空糸膜モジュール１を燃料電池スタックの集電板および締結板としても機能させることができる。

すなわち、中空糸膜モジュールのケースとして一般的な材料である樹脂材製のものを用いた場合、燃料電池スタックの内部で発生した電流を捕集して外部に供給するためには別途集電板を用いる必要があり、また樹脂製ケースの強度の関係上締結板が必要となる。そのため、燃料電池システムとして大きくなってしまうとともに、構成が複雑となってしまうおそれがある。

そこで、ケース３を金属材料からなるものとすれば、ケース３に適宜な配線を施すことで、その電気伝導性により中空糸膜モジュール１を集電板として機能させることが可能となる。

また、剛性が高められるので、複数の燃料電池セルが積層されて構成される燃料電池スタックの締め付けを、締結板によらずに中空糸膜モジュールによって直接行うことができる。締め付けは、例えば、ピン穴８にボルト等の締結用部材を通すことで行うことができる。

さらに、その熱伝導性により、発電によって発生する熱の放熱を中空糸膜モジュールを介して行うことが可能となる。

したがって、集電板、締結板等が不要となり、部材点数の削減、燃料電池システムの小型化、単純化を図ることができる。

また、金属製のケース表面には金メッキ処理等を施すことにより、中空糸膜モジュールの耐食性を向上させることができる。

次に、以上のように構成された中空糸膜モジュールの使用方法について説明する。

まず、水蒸気を含む空気等の気体や水（以下「気体等」という）を、一方の第１開口部６１からケース３内部に送り込む（矢印Ｅ）。ケース３内部に送り込まれた気体等は、中空糸膜４の中空内部を通って、他方の第１開口部６２から排出される。

一方、加湿対象気体を、一方の第２開口部７１からケース３内部に送り込む（矢印Ｆ）。ケース３内部に送り込まれた気体等は、中空糸膜４の膜外部を通って、他方の第２開口部７２から排出され、燃料電池等の取付相手内へ送り込まれる。

このようにすることによって、水蒸気を含んだ気体等が中空糸膜４の中空内部を通過する過程で、気体等に含まれる水分が膜を透過して中空糸膜４の膜外部に排出される。従って、加湿対象気体は、中空糸膜４の膜外部を通る過程で加湿されて、取付相手内へ送り込まれることになる。

なお、これまでの説明では、中空糸膜４の中空内部側に水蒸気を含む気体等を流し、中空糸膜４の外部側に加湿対象気体を流す場合を説明したが、これとは逆に、中空糸膜４の外部側に水蒸気を含む気体等を流し、中空糸膜４の中空内部側に加湿対象気体を流すようにしても、加湿対象気体を加湿できることは言うまでもない。

また、本実施例においては、中空糸膜の膜分離作用を利用した気体の加湿を行う場合に
ついて説明したが、該膜分離作用を利用した気体の除湿、流体中の異物の除去、分離等を行うことも可能である。

また、燃料電池の反応ガスの加湿用に使用する場合には、上述したように、ケース３を金属材料からなるものとすることにより、燃料電池スタックで発生する電流の捕集、燃料電池スタックの締め付け、発電によって発生する熱の放熱等が可能となり、燃料電池スタックの集電板および締結板としても機能させることができる。

次に、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜束の製造方法について図３〜図５を参照して説明する。図３は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜束の製造に使用する治具の模式図である。図４は、中空糸膜束の結束部の中空糸膜開口端面の模式的斜視図である。図５は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜束の模式的製造工程図である。

図３に示すように、中空糸膜製造用冶具は、冶具本体１２と冶具蓋１３とからなる。当該冶具は、例えば、アクリル樹脂系の材料からなる。

冶具本体１２及び冶具蓋１３にフッ素系離型剤を塗布し、中空糸膜４を複数束ねて封入する（図５（ａ））。治具蓋１３はタッピングネジ１４等で治具本体１２に固定する。

中空糸膜４を治具の端面で切断する。中空糸膜４を揃えて、その両端をエポキシ等の接着剤で封止する（封止部１５）。

接着剤の硬化後、シリコン挿入用のノズル１６を一方のポッティング箇所に固定し、治具を回転式のポッティング装置（図示せず）に固定する。

ポッティング装置を起動し、シリコンを冶具本体１２と冶具蓋１３との間に流し込み、シリコンの充填を行う（図５（ｂ））。余分なシリコンは脇に流れ出る（矢印Ｇ）。

３０分間室温で回転させた後、６０℃の恒温槽内にて３時間保持する。

反対側も同様にシリコンポッティングを行う。

冶具蓋１３を取り外し、封止部１５端面付近をカッターで切断する。短冊を冶具本体１２から取り出し、ポッティング部（結束部５）が２〜３ｍｍとなるようにカッターで切断する（図５（ｃ））。治具はアクリル製のケースであり、また、離型剤の効果により、ポッティング部が冶具にくっつくことなく中空糸膜束２を取外すことができる。

このようにして製造された中空糸膜束２の結束部５の端面を図４に示す。図に示すように、中空糸膜４の膜外壁間はポッティング剤により封止されており、端面において中空糸膜４の中空内部のみが開口している。

次に、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの製造方法について図６及び図７を参照して説明する。図６は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの概略構成を説明する模式的斜視図である。図７は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的製造工程図である。なお、図７（ａ）は、中空糸膜束を収容する前のケース本体を示す模式的平面図であり、図７（ｂ）は、ケース本体に中空糸膜束を収容した状態を示す模式的平面図であり、図７（ｃ）は、ケース本体にケース蓋を接着した状態を示す模式的透視平面図である。

略六面体のケース３は、ケース蓋３１と、ケース本体３２とからなる。ケース本体３２は、中空糸膜束２を収容するための膜収容部２２を有する。

膜収容部２２は、ケース蓋３１との合わせ面方向に開口しており、ケース蓋３１とケース本体３２との接着により、中空糸膜束２を収容する空間をケース３内部に形成する。

上述の如く製造した中空糸膜束２をケース本体３２の膜収容部２２に収容し、ケース蓋３１をケース本体３２に接着する。

中空糸膜束２の結束部５は、その外周面全体がケース３の内壁に密着して収容される。

ケース３には、第２開口部７１，７２、液状接着剤の注入口１０、液状接着剤の排出口１１が、中空糸膜束２の結束部５の収容箇所よりも内側に設けられており、中空糸膜４の充填領域とケース３の外部とを連通している。

第２開口部７１は、中空糸膜束２の一方の結束部５の側に、第２開口部７２は、中空糸膜束２の他方の結束部５の側に、それぞれ設けられる。注入口１０は、一方の結束部５と第２開口部７１との間、及び他方の結束部５と第２開口部７２との間にそれぞれ１つずつ設けられる。排出口１１は、各注入口１０と第２開口部７１、７２との間にそれぞれ一対ずつ設けられる。膜収容部２２の底面には、注入口１０と排出口１１との間に、液状接着剤の膜収容部２２上への回り込みを助けるための溝９２が設けられる。

液状接着剤を注入口１０からケース３内部に流し込む（矢印Ｈ）。流し込まれた液状接着剤は、中空糸膜４の開口端面側が結束部５により密封されているため、排出口１１からオーバーフローすることになる（矢印Ｉ）。液状接着剤が排出口１１からオーバーフローして排出口１１が液状接着剤で満たされるまで、液状接着剤を流し込み、硬化させる。注入口１０及び排出口１１は硬化した接着剤により塞がれる（固定部９）。

このように、本実施例に係る中空糸膜モジュール１は、中空糸膜束２を予め作成しておき、これをモジュールケース３内に収容して液状接着剤で固定するときに、結束部５が液状接着剤の結束部端面側への流出を防止することにより製造されるため、従来のように、液状接着剤（ポッティング剤）が硬化した後に、中空糸膜の中空内部を開口させるために、硬化した部分を切断する必要がない。

従来は、中空糸膜の開口部を形成するためにポッティング部で切断する等していたため、取付相手の流入出口に適合する開口部を形成することが困難であった。そのため、取付相手の流入出口に適した開口部を備えたハウジングにモジュールを収納したり、該開口部を備えたヘッド等をモジュールの開口部に別途取付けたりする必要があった。しかし、本発明に係る中空糸膜モジュールは、取付相手の適した開口部をモジュールケース自体に予め設けることができるので、従来のように、モジュールを更にハウジングに収納したり、ヘッド等を取り付ける必要がなく、部材点数の削減、省スペース、モジュールの小型化を図ることができる。

中空糸膜束２の結束部５は、その幅や高さが中空糸膜収容部２２よりも小さいと、注入された液状接着剤が結束部５の端面側に漏れ出したり、逆に、収容部２２よりも大き過ぎると、充填した中空糸膜４が潰れたり、収容部２２に収まらない等の問題が生じる。このため、結束部５の幅や高さの寸法は、収容部２２のそれよりも３〜１５％、好ましくは５〜７％大きく設定される。

結束部５の端面とケース３の内壁とによって形成される空間２４は、ケース蓋３１に設
けられた第１開口部６１、６２を介してケース３の外部と連通している。したがって、中空糸膜４の中空内部は、空間２４及び第１開口部６１、６２を介してケース３の外部と連通している。

本実施例は、厚み方向で２分割されたケース蓋３１とケース本体３２とを貼り合わせる構成とし、ケース蓋３１上に取付相手への取付用ピン穴８と開口部６１、６２とを形成しているため、取付位置に対する開口部の位置精度を高くすることができる。したがって、位置決め手段と気体流通の開口部とが別々の部材で構成されている従来タイプのモジュールにおいて生じていた、組付け時のズレ等による誤差の影響を受けることがない。

更に、図８を参照して、本発明の第２の実施例に係る中空糸膜モジュールを説明する。図８（ａ）は、本発明の第２の実施例に係る中空糸膜モジュールに使用するＵ字形中空糸膜束の模式的平面図である。図８（ｂ）は、本発明の第２の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的透視平面図である。

本発明の第２の実施例に係る中空糸膜モジュール１０１においては、中空糸膜束としてＵ字形中空糸膜束１０２が使用される。

図８（ａ）に示すように、Ｕ字形中空糸膜束１０２は、複数の中空糸膜１０４がＵ字形に束ねられ、その端部が例えばシリコン、ウレタン等の柔軟性のある弾性材料で結束（結束部１０５）されている。中空糸膜１０４の中空内部は、結束部１０５の端面で開口している。

図８（ｂ）に示すように、第１開口部１６１、１６２はいずれも、モジュールケース１０３の、Ｕ字形中空糸膜束１０２の結束部１０５の中空糸膜開口端面側に設けられており、流体をケース１０３内部の中空糸膜１０４の中空内部が開口している側に流通させる。

また、一方の開口部１６１から流入された流体が、中空糸膜１０４の中空内部を流通することなく、他方の開口部１６２から排出されることがないように、仕切り板１５１がケース内部に設けられている。

仕切り板１５２は、Ｕ字形中空糸膜束１０２の最も内側の中空糸膜と結束部１０５とにより囲まれる位置で、ケース１０３内部の空間を仕切っている。流体を中空糸膜外部に流通させる第２開口部１７１、１７２は、流体が仕切り板１５２を迂回して膜外部全体に流れるように（矢印Ｊ）、いずれも結束部１０５側に設けられている。

液状接着剤の注入口１１０及び排出口１１１は、結束部１０５と第２開口部１７１、１７２との間に、仕切り板１５２を挟んで、ケース１０３の両側に一対ずつ設けられている。

本実施例に係る中空糸膜モジュールにおいては、液状接着剤の充填領域が結束部５と仕切り板１５２とによって仕切られているため、仕切り板１５２を挟んで一方の側に設けられた注入口１１０により注入された液状接着剤は、仕切り板１５２を挟んで一方の側に設けられた排出口１１１からオーバーフローし、仕切り板１５２を挟んで他方の側に設けられた注入口１１０により注入された液状接着剤は、仕切り板１５２を挟んで他方の側に設けられた排出口１１１からオーバーフローすることになる。

上記以外の本実施例に係る中空糸膜モジュールの製造方法、及び、その使用方法は、第１の実施例と同様なので、その説明は省略する。

更に、図９を参照して、本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュールを説明する。図９（ａ）は、本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュールのケース蓋の模式的平面図である。図９（ｂ）は、本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的透視平面図である。図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュールの接着剤注入用孔近傍の模式的一部拡大透視平面図である。

図９（ｃ）に示すように、例えば、結束部２０５の製造時の誤差等により、仕切り板２５１と結束部２０５との間に隙間が生じた場合、一方の開口部２６１から流入した流体の一部が、中空糸膜の中空内部を通過することなく、該隙間から他方の開口部２６２側へ流出してしまうことがある（図９（ｃ）中の矢印）。そうすると、一部の流体は膜処理がなされないまま排出されることとなり、モジュールの膜処理効率の低下をもたらす。

本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュール２０１は、図９（ａ）に示すように、ケース蓋２３１に接着剤注入用孔２９１が設けられている。

接着剤注入用孔２９１は、図９（ｂ）に示すように、中空糸膜束の結束部２０５と仕切り板２５１とが隣接する箇所をケース外部に開放する位置及び形状で設けられている。なお、本実施例のその他の構成については、上記第２の実施例と同様なので、その説明を省略する。

本実施例に係る中空糸膜モジュールは、まず、第２の実施例と同様に中空糸膜束を液状接着剤によりケース内に封止固定する。この際、液状接着剤が接着剤注入用孔２９１から流出しないようにするために、孔２９１は結束部２０５の一部のみを開放するものとし、孔２９１と中空糸膜固定部との間は結束部２０５により封止された状態とする。

その後、接着剤注入用孔２９１から結束部２０５と仕切り板２５１との間の隙間に接着剤を注入して、該隙間を塞ぐ（２９９）。

このように、仕切り板２５１と結束部２０５との間の隙間を塞ぐことにより、流入された流体が中空糸膜の中空内部を通過せずに排出されるのを防ぐことができる。したがって、モジュールの膜処理効率の低下を防ぐことができる。

更に、図１０を参照して、本発明の第４の実施例に係る中空糸膜モジュールを説明する。図１０（ａ）は、比較例としての、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的透視平面図である。図１０（ｂ）は、本発明の第４の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的透視平面図である。

膜充填容量の少ない小型加湿膜モジュールの設計は、一層のコンパクト化の要請から、モジュールケースの内壁の幅寸法と中空糸膜束の幅寸法との差を小さくする様に行うのが一般的である。

しかしながら、例えば、モジュールケース３の内壁の幅寸法と中空糸膜束２の幅寸法との差が小さい場合（モジュールケース３の内壁と中空糸膜束２の最外周との隙間が小さい場合）には、液状接着剤を充填する際、ケース内で接着剤がスムーズに回り込まず、例えば注入口１０側の接着剤排出口１１ａからの接着剤のオーバーフローが主となり、注入口と反対側の充填領域（隙間Ｋ）で接着剤の充填不足による不具合が起こり易い問題がある。

一方、モジュールケース３内の幅寸法と中空糸膜束２の幅寸法との差が大きい場合（モジュールケース３の内壁と中空糸膜束２の最外周との隙間が大きい場合）には、接着剤の回り込みはスムーズに生じるものの、中空糸膜束２の最外周とケース内壁との隙間（隙間Ｌ）を流体が流れ易くなる（バイパス作用）。すなわち、この隙間Ｌを流れる流体は中空糸膜による水蒸気の透過に関与しないので、膜束内を流れる流体流量の減少による加湿量の低減（モジュール全体の加湿効率の低下）をもたらす。

すなわち、中空糸膜モジュールの寸法形状において、接着剤を充填する領域に適した寸法形状と、膜分離を行う領域に適した寸法形状とは、相反すると言える。

そこで、本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュール３０１においては、ケース内の幅寸法について、接着剤の充填領域では幅を大きく（ケース内壁と中空糸膜束外周との隙間Ｍを大きく）し、この領域より内側の膜分離を行う領域では幅を小さく（ケース内壁と中空糸膜束外周との隙間Ｎを小さく）設定している。

したがって、接着剤充填領域においては、隙間Ｍが広いので接着剤の回り込みがスムーズとなり、接着剤充填不良が低減され、膜分離を行う領域においては、隙間Ｎが狭いので流体が中空糸膜間に入り込みやすくなり、水蒸気透過に関与しないバイパス流体量が低減され、水蒸気の加湿効率が向上される。

本実施例に係る中空糸膜モジュールの製造方法及び使用方法は、第１の実施例と同様なので、その説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的説明図である。 図２は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的一部拡大断面図である。 図３は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜束の製造に使用する治具の模式図である。 図４は、中空糸膜束の結束部の中空糸膜開口端面の模式的斜視図である。 図５は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜束の模式的製造工程図である。 図６は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの概略構成を説明する模式的斜視図である。 図７は、本発明の第１の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的製造工程図である。 図８は、本発明の第２の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的説明図である。 図９は、本発明の第３の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的説明図である。 図１０は、本発明の第４の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的説明図である。 図１１は、従来技術に係る中空糸膜モジュールの製造工程図である。

符号の説明

１ 中空糸膜モジュール
２ 中空糸膜束
３ ケース
３１ ケース蓋
３２ ケース本体
４ 中空糸膜
５ 結束部
６１、６２ 第１開口部
７１、７２ 第２開口部
８ ピン穴
９ 固定部
１０ 注入口
１１ 排出口
１１ａ、ｂ 排出口
１２ 冶具蓋
１３ 冶具本体
１４ タッピングネジ
１５ 封止部
１６ ノズル
９２ 溝
２２ 膜収容部
２４ 空間
１０１ 中空糸膜モジュール
１０２ Ｕ字形中空糸膜束
１０３ ケース
１０５ 結束部
１１０ 注入口
１１１ 排出口
１５１、１５２ 仕切り板
１６１、１６２ 第１開口部
１７１、１７２ 第２開口部
２０１ 中空糸膜モジュール
２０５ 結束部
２３１ ケース蓋
２５１ 仕切り板
２６１、２６２ 第１開口部
２９１ 接着剤注入用孔
２９９ 接着剤
３０１ 中空糸膜モジュール
４０２ 中空糸膜
４０３ ケース
４０４ 封止部
４０５ 蓋
４０６ 開口部

Claims (14)

1. 複数本の中空糸膜の端部を結束し、結束部端面で中空糸膜の中空内部が開口する中空糸膜束を形成する工程と、
   前記中空内部を通る経路用の第１開口部と前記中空糸膜の膜外部を通る経路用の第２開口部とを備えるケース内に前記中空糸膜束を収容する工程と、
   前記中空糸膜束の前記結束部よりも内側に液状接着剤を注入し、該液状接着剤の硬化により前記中空糸膜束を前記ケース内に封止固定する工程と、を有し、
   前記結束部が、前記液状接着剤の前記中空糸膜束の前記結束部端面側への流出を防止することを特徴とする中空糸膜モジュール製造方法。
2. 前記ケースが、前記液状接着剤の注入口及び排出口を備え、硬化した前記液状接着剤により該注入口及び該排出口が塞がれることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
3. 前記ケース内の中空糸膜充填領域において、液状接着剤を充填する領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間が、液状接着剤を充填する領域以外の領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
4. 前記ケースが金属材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール製造方法。
5. 前記金属材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、もしくはそれらの合金であることを特徴とする請求項４に記載の中空糸膜モジュール製造方法。
6. 複数本の中空糸膜によって形成される中空糸膜束と、該中空糸膜束を収容するケースとを備える中空糸膜モジュールであって、
   ケース内壁と前記中空糸膜間との間に充填された液状接着剤が硬化することによって形成される、前記中空糸膜束を前記ケース内に封止固定する中空糸膜束固定部と、
   前記複数本の中空糸膜を結束する結束部であって、結束部端面において前記中空糸膜の中空内部を開口し、かつ、前記液状接着剤が前記結束部端面側に流出するのを防止する結束部と、
   を備えることを特徴とする中空糸膜モジュール。
7. 前記中空糸膜束と前記ケースの内壁との間に前記液状接着剤を案内する溝が、前記ケース内壁の前記液状接着剤が充填される領域に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の中空糸膜モジュール。
8. 前記ケース内の中空糸膜充填領域において、液状接着剤を充填する領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間が、液状接着剤を充填する領域以外の領域における前記ケースの内壁と前記中空糸膜束の最外周との隙間よりも大きいことを特徴とする請求項６又は７に記載の中空糸膜モジュール。
9. 前記ケースが、取付相手に対する中空糸膜モジュールの取付位置を決めるための位置決め手段と、ケース外部と前記中空糸膜の中空内部とを流通させる第１開口部と、ケース外部と前記中空糸膜の膜外部とを流通させる第２開口部とを一体的に備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
10. 前記ケースが、厚み方向で２分割される構成であることを特徴とする請求項６〜９のい
    ずれかに記載の中空糸膜モジュール。
11. 前記複数本の中空糸膜の両端が、まとめて結束され、
    前記ケースが、前記中空糸膜束の前記結束部の端面側に、ケース外部とケース内部とを連通する入口及び出口を備えており、
    該ケース内には、該入口が前記中空糸膜の一端とのみ流通し、該出口が前記中空糸膜の他端とのみ流通するように前記ケース内部を仕切る仕切り部材が備えられていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
12. 前記ケースが、前記仕切り部材と前記結束部との間に接着剤を注入するための手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の中空糸膜モジュール。
13. 前記ケースが金属材料からなることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
14. 前記金属材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、マグネシウム、もしくはそれらの合金であることを特徴とする請求項１３に記載の中空糸膜モジュール。

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