JP2006314890A - Hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空糸膜の膜分離作用を利用して、例えば、気体の加湿、除湿、分離や、液体の分離等を行う中空糸膜モジュールに関するものである。 The present invention relates to a hollow fiber membrane module that utilizes the membrane separation action of a hollow fiber membrane to perform, for example, gas humidification, dehumidification, separation, liquid separation, and the like.
従来、この種の中空糸膜モジュールとしては、図6に示すようなものがある。中空糸膜モジュール100は、モジュールケース101と、モジュールケース101内に収容される複数本の中空糸膜102を束ねた中空糸膜束と、を備える。中空糸膜束は、その両端部において、中空糸膜102の中空内部のみが開放されるように、中空糸膜102の外壁面間とモジュールケース101の内壁面との隙間がポッティング剤等の封止剤によって封止されている。
Conventionally, this type of hollow fiber membrane module is shown in FIG. The hollow
この中空糸膜モジュール100の使用方法としては、例えば、水蒸気を含む気体を、第1流入口104から中空糸膜102の中空内部を通る経路に流して第1流出口105から流出させ、加湿対象気体を、第2流入口106から中空糸膜102の膜外部を通る経路に流して第2流出口107から流出させることにより、中空糸膜102の中空内部を通過する気体から膜外部に透過排出される水分によって、膜外部を通る加湿対象気体を加湿することができる。
As a method of using this hollow
しかし、このような中空糸膜モジュールでは、モジュールの大型化に伴って流体の移動距離が長くなることにより発生する圧力損失や、流体分配の不均一化により収容されている中空糸膜全体を有効に使用すること(例えば、モジュール中央部付近まで流体を導入すること)ができず加湿等の処理効率の低下が生じていた。特に、直方体形状の中空糸膜モジュールを採用する場合、中空糸膜の膜外壁を通る経路において、ケース入口と中空糸膜との間およびケース出口と中空糸膜との間に、それぞれ空間を設けることにより、モジュール内での流体の回り込みのムラを軽減し、処理効率の向上を図っているが、このような空間を設けても、流体の圧力損失や中空糸膜間の流れのムラは生じてしまう。 However, in such a hollow fiber membrane module, the entire hollow fiber membrane accommodated due to pressure loss caused by the fluid moving distance becoming longer with the increase in module size and non-uniform fluid distribution is effective. (E.g., introduction of a fluid to the vicinity of the center of the module) is not possible, and processing efficiency such as humidification is reduced. In particular, when a rectangular parallelepiped hollow fiber membrane module is employed, spaces are provided between the case inlet and the hollow fiber membrane and between the case outlet and the hollow fiber membrane in the path passing through the outer membrane wall of the hollow fiber membrane. This reduces the unevenness of the flow of the fluid in the module and improves the processing efficiency. However, even if such a space is provided, the pressure loss of the fluid and the unevenness of the flow between the hollow fiber membranes occur. End up.
そこで、本発明は、流体をスムーズに流通させて圧力損失を低下し、かつ、加湿等の処理に寄与する中空糸膜の数を増やして処理効率を向上させることができる中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a hollow fiber membrane module that can smoothly flow a fluid to reduce pressure loss and increase the number of hollow fiber membranes that contribute to processing such as humidification to improve processing efficiency. The purpose is to do.
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、略直方形の内部空間を有するケースと、該ケース内に収容される複数本の中空糸膜と、前記中空糸膜の中空内部を通る第1経路と、前記中空糸膜の膜外壁を通る第2経路と、を備える中空糸膜モジュールであって、前記ケースは、前記第2経路用の入口および出口を備え、前記入口と前記入口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体を前記入口側の前記中空糸膜全体に導くための入口空間と、前記出口と前記出口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体を前記出口に集めるための出口空間と、を備える中空糸膜モジュールにおいて、前記複数本の中空糸膜を仕切って複数の中空糸膜束を形成する仕切り板を備え、該仕切り板には、該仕切り板と前記中空糸膜との間に隙間を形成して流体を導くための溝が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a hollow fiber membrane module according to the present invention includes a case having a substantially rectangular internal space, a plurality of hollow fiber membranes accommodated in the case, and a hollow interior of the hollow fiber membrane. A hollow fiber membrane module including a first path passing through the outer wall of the hollow fiber membrane, wherein the case includes an inlet and an outlet for the second path, and An inlet space for guiding fluid to the entire hollow fiber membrane on the inlet side, between the outer membrane wall of the hollow fiber membrane on the inlet side, and a membrane outer wall of the hollow fiber membrane on the outlet side A hollow fiber membrane module including an outlet space for collecting fluid at the outlet, and a partition plate that partitions the plurality of hollow fiber membranes to form a plurality of hollow fiber membrane bundles, The plate has a gap between the partition plate and the hollow fiber membrane. The formed and wherein the groove for guiding the fluid is formed.
このように、仕切り板に設けられた溝によって形成される隙間により、仕切り板と中空
糸膜束との間に流体を導くことができ、加湿等の処理に寄与する中空糸膜の数を増やすことができる。また、溝によって形成される隙間により流体がスムーズに流れることができるので、流体の移動時の抵抗を低減させることができる。
As described above, the gap formed by the groove provided in the partition plate can guide the fluid between the partition plate and the hollow fiber membrane bundle, thereby increasing the number of hollow fiber membranes that contribute to processing such as humidification. be able to. Moreover, since the fluid can smoothly flow through the gap formed by the groove, it is possible to reduce the resistance when the fluid moves.
直方体形状のモジュールの場合、入口空間および出口空間を設けただけでは、中空糸膜間の抵抗による圧力損失や、流体の流れ方にムラは防ぐことはできず、また、中空糸膜を単に仕切っただけでは、仕切られた各中空糸膜束の中空糸膜間においても流れのムラは生じ、各中空糸膜束間で流体流量のムラが生じてしまう。しかしながら、溝を設けた仕切り板によって中空糸膜束を仕切ることにより、各中空糸膜束における流れのムラを低減することができ、各中空糸膜束間での流体流量の均一化を図ることができる。 In the case of a rectangular parallelepiped module, it is not possible to prevent pressure loss due to resistance between the hollow fiber membranes and uneven flow of the fluid simply by providing the inlet space and the outlet space, and the hollow fiber membrane is simply partitioned. However, uneven flow occurs between the hollow fiber membranes of each of the partitioned hollow fiber membrane bundles, and uneven fluid flow occurs between the hollow fiber membrane bundles. However, by partitioning the hollow fiber membrane bundle with a partition plate provided with a groove, uneven flow in each hollow fiber membrane bundle can be reduced, and the fluid flow rate between the hollow fiber membrane bundles can be made uniform. Can do.
前記仕切り板に形成される前記溝は、前記第2経路の入口側の端部から出口側の端部まで連通していることも好適である。 It is also preferable that the groove formed in the partition plate communicates from an end portion on the inlet side to an end portion on the outlet side of the second path.
以上説明したように、本発明の中空糸膜モジュールは、加湿等の処理に寄与する中空糸膜の数を増やすことができるため、モジュールの処理効率を向上させることができる。また、流体の移動時の抵抗が低減されるので、圧力損失を低減させることができる。 As described above, since the hollow fiber membrane module of the present invention can increase the number of hollow fiber membranes that contribute to the treatment such as humidification, the processing efficiency of the module can be improved. Moreover, since the resistance at the time of movement of the fluid is reduced, pressure loss can be reduced.
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。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. .
図1〜図5を参照して、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〜図3は、本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的断面図である。なお、図2は図1のAA断面に相当する図面である。ただし、図1のAA断面図そのものではなく、図1における断面前のAA断面に相当する。また、図3は図1のBB断面に相当する図面であるが、図2と同様、図1のBB断面図そのものではなく、図1における断面前のBB断面に相当する。図4は、図2のC部分を拡大して示した模式的拡大斜視断面図である。図5は、本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの仕切り部材の模式的斜視図である。 With reference to FIGS. 1-5, the hollow fiber membrane module which concerns on an Example is demonstrated. 1 to 3 are schematic cross-sectional views of a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention. 2 is a drawing corresponding to the AA cross section of FIG. However, it corresponds to the AA cross section before the cross section in FIG. 1, not the AA cross section of FIG. 3 is a drawing corresponding to the BB cross section of FIG. 1. Like FIG. 2, FIG. 3 corresponds to the BB cross section before the cross section in FIG. FIG. 4 is a schematic enlarged perspective cross-sectional view showing the portion C of FIG. 2 in an enlarged manner. FIG. 5 is a schematic perspective view of a partition member of the hollow fiber membrane module according to the embodiment of the present invention.
本発明の実施例に係る中空糸膜モジュール1は、モジュールケース2と、モジュールケース2に収容される複数本の中空糸膜3と、を備える。中空糸膜3は束ねられて、その両端部において、中空糸膜3の中空内部のみが開放されるように、中空糸膜3の外壁面間とモジュールケース2の内壁面との隙間がポッティング剤等の封止剤によって封止されている(封止固定部4)。
A hollow
本実施例に係る中空糸膜モジュール1は、例えば、水蒸気を含む気体を、第1流入口5から中空糸膜3の中空内部を通る経路に流して第1流出口6から流出させ、加湿対象気体を、第2流入口7から中空糸膜3の膜外部を通る経路に流して第2流出口8から流出させることにより、中空糸膜3の中空内部を通過する気体から膜外部に透過排出される水分によって、膜外部を通る加湿対象気体を加湿することができる。
The hollow
モジュールケース2は、略直方体形状を有しており、中空糸膜3を収容する内部空間も略直方形の空間である。そして、第2流入口7と第2流入口7側の中空糸膜3との間、及び、第2流出口8と第2流出口8側の中空糸膜3との間に、それぞれ、流体の流れを入口側の中空糸膜全体に導くための入口空間70、及び、流体を第2流出口8に集めるための
出口空間80が形成される。これらの空間により、流入した流体が中空糸膜全体を流れるようにしてモジュール内での回り込みのムラの軽減を図っている。
The
図2及び図3に示すように、本実施例に係る中空糸膜モジュール1は、さらに、仕切り部材9を備える。仕切り部材9は、第2流入口7から第2流出口8の方向に延びる複数枚の仕切り板10から構成されている。中空糸膜3は複数枚の仕切り板10によって仕切られており、複数の中空糸膜3の束が形成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the hollow
また、各仕切り板10上には、図4及び図5に示すように、中空糸膜3の延びる方向に対して直角方向に延びる溝11が複数設けられている。この溝11により、各中空糸膜3の束と、仕切り板10との間に複数の隙間12が形成される。この隙間12は、第2流入口7からモジュール内に流入した流体を、仕切り板10と各中空糸膜3の束との間に導く流路として機能する。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of
このような隙間12が形成されることにより、従来流体を導入することが困難であったモジュール中央部付近にも流体を導くことができ、流体を中空糸膜全体に流すことができる。したがって、中空糸膜全体を加湿等の処理に寄与させてモジュールの処理効率を向上させることができる。また、隙間12により流体がスムーズに流れることができるので、流体の移動時の抵抗が低減され、圧力損失を効果的に低減させることができる。
By forming such a
特に、直方体形状のモジュールを採用する場合、中空糸膜束とケース入口およびケース出口の間に空間を設けても、中空糸膜間の抵抗による圧力損失や、流体の流れ方にムラは生じてしまう。また、中空糸膜を単に仕切っただけでは、仕切られた各中空糸膜束の中空糸膜間においても流れのムラは生じ、各中空糸膜束間で流体流量のムラが生じてしまう。しかしながら、本実施例のように、溝を設けた仕切り板によって中空糸膜束を仕切ることにより、各中空糸膜束における流れのムラが低減され、各中空糸膜束間での流体流量の均一化を図ることができる。 In particular, when a rectangular parallelepiped module is adopted, even if a space is provided between the hollow fiber membrane bundle and the case inlet and the case outlet, pressure loss due to resistance between the hollow fiber membranes and unevenness in the flow of fluid occur. End up. Further, if the hollow fiber membranes are simply partitioned, uneven flow occurs between the hollow fiber membranes of each of the partitioned hollow fiber membrane bundles, and fluid flow unevenness occurs between the hollow fiber membrane bundles. However, by partitioning the hollow fiber membrane bundle with a partition plate provided with a groove as in this example, uneven flow in each hollow fiber membrane bundle is reduced, and the fluid flow rate between the hollow fiber membrane bundles is uniform. Can be achieved.
本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールと、仕切り部材を備えていない従来技術に係る中空糸膜モジュールとの加湿性能の比較評価を行ったところ、本実施例に係る中空糸膜モジュールは、従来の中空糸膜モジュールと比べて、性能は維持されつつ、圧力損失は80%低減されることが確認された。 When the comparative evaluation of the humidifying performance of the hollow fiber membrane module according to the example of the present invention and the hollow fiber membrane module according to the prior art that does not include a partition member, the hollow fiber membrane module according to the present example, As compared with the conventional hollow fiber membrane module, it was confirmed that the pressure loss was reduced by 80% while maintaining the performance.
本発明の実施例に係る中空糸膜モジュール1の製造においては、中空糸膜3の両端をケース2内に封止する前に、束ねられた複数本の中空糸膜3を仕切り部材9により予め仕切った状態にしておき、その後、その両端をケース2内に封止固定することにより製造される。
In the manufacture of the hollow
なお、図1〜図3に示すように、本実施例のモジュールケース2の主要部分の形状(中空糸膜が収容される部分を含む基本形状(流入口及び流出口を除く部分の形状))は、六面体(直方体)であるが、例えば、ケース形状が円筒形状のタイプのモジュールにおいても、流体が流れ難い箇所へ流体を導く流路が形成されるように仕切り板及び溝を設けることにより、本発明の効果が得られることはいうまでもない。
In addition, as shown in FIGS. 1-3, the shape of the main part of the
また、本実施例においては、仕切り板に溝を設けることにより中空糸膜と仕切り板との間に流体を案内するための隙間を形成しているが、例えば、断面が波形状の板を用いて中空糸膜と板との間に隙間を形成することもできる。 In this embodiment, a groove for guiding the fluid is formed between the hollow fiber membrane and the partition plate by providing a groove in the partition plate. For example, a plate having a corrugated cross section is used. Thus, a gap can be formed between the hollow fiber membrane and the plate.
さらに、仕切り板に設けられる溝の形状、方向および/または個数については、モジュールケースの形状や種類等に合わせて適宜変更することもできる。 Furthermore, the shape, direction, and / or number of grooves provided in the partition plate can be appropriately changed according to the shape and type of the module case.
1 中空糸膜モジュール
2 モジュールケース
3 中空糸膜
4 封止固定部
5 第1流入口
6 第1流出口
7 第2流入口
70 入口空間
8 第2流出口
80 出口空間
9 仕切り部材
10 仕切り板
11 溝
12 隙間
100 中空糸膜モジュール
101 モジュールケース
102 中空糸膜
103 封止固定部
104 第1流入口
105 第1流出口
106 第2流入口
107 第2流出口
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該ケース内に収容される複数本の中空糸膜と、
前記中空糸膜の中空内部を通る第1経路と、
前記中空糸膜の膜外壁を通る第2経路と、
を備える中空糸膜モジュールであって、
前記ケースは、前記第2経路用の入口および出口を備え、
前記入口と前記入口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体の流れを前記入口側の前記中空糸膜全体に導くための入口空間と、
前記出口と前記出口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体を前記出口に集めるための出口空間と、
を備える中空糸膜モジュールにおいて、
前記複数本の中空糸膜を仕切って複数の中空糸膜束を形成する仕切り板を備え、
該仕切り板には、該仕切り板と前記中空糸膜との間に隙間を形成して流体を導くための溝が形成されている
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。 A case having a substantially rectangular internal space;
A plurality of hollow fiber membranes housed in the case;
A first path through the hollow interior of the hollow fiber membrane;
A second path through the membrane outer wall of the hollow fiber membrane;
A hollow fiber membrane module comprising:
The case includes an inlet and an outlet for the second path,
Between the inlet and the membrane outer wall of the hollow fiber membrane on the inlet side, an inlet space for guiding a fluid flow to the entire hollow fiber membrane on the inlet side;
An outlet space for collecting fluid at the outlet between the outlet and the membrane outer wall of the hollow fiber membrane on the outlet side;
In a hollow fiber membrane module comprising:
A partition plate that partitions the plurality of hollow fiber membranes to form a plurality of hollow fiber membrane bundles,
A hollow fiber membrane module, wherein the partition plate is formed with a groove for guiding a fluid by forming a gap between the partition plate and the hollow fiber membrane.
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