JP2006314919A

JP2006314919A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP2006314919A
Application number: JP2005139905A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Hayashi; 隆浩林
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】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。
【解決手段】モジュールケース２と、モジュールケース２内に収容される複数本の中空糸膜３と、中空糸膜３の中空内部を通る第１経路と、中空糸膜３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１において、複数本の中空糸膜３を複数の中空糸膜束に束ねて、中空糸膜束間に隙間を形成する結束部材９を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

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。

従来、この種の中空糸膜モジュールとしては、図４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。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。

図４に示す中空糸膜モジュール１００では、第２流入口６から流入した加湿対象気体は、中空糸膜１０２に対して交差するように流れて第２流出口から流出するが、加湿対象気体は抵抗の少ない中空糸膜束外周とモジュールケース１０１内壁との間に迂回して流れ易く、中空糸膜束の内部、すなわち、中空糸膜間には流れにくくなってしまう。したがって、このような中空糸膜モジュールでは、流体分配の不均一化によって収容されている中空糸膜全体を有効に使用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。また、モジュールの大型化の要請から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束との間およびケース出口と中空糸膜束との間に、モジュール内での流体の回り込みのムラを軽減するための空間をそれぞれ設けているが、このような空間を設けても、中空糸膜間の抵抗によって中空糸膜束外周への流体の迂回は発生してしまう。

そこで、本発明は、流体を中空糸膜束全体に均一に流通させ、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。

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複数の中空糸膜束に束ねて、該中空糸膜束間に隙間を形成する結束部材を備えることを特徴とする。

このように、結束部材によって中空糸膜束間に形成される隙間により、流体を複数の中空糸膜束間に導く流路が形成されるので、加湿等の処理に寄与する中空糸膜を増やすことができる。また、中空糸膜束間の隙間によって形成される流路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。

直方体形状のモジュールの場合、流体の回り込みのムラを軽減するための入口空間および出口空間が設けられているが、流体は抵抗の少ない中空糸膜束外周とケース内壁との間に迂回して流れ易い。しかし、このように、結束部材により中空糸膜束間に隙間を形成することにより、流体を中空糸膜束内部へ導くことができる。

前記結束部材は、複数の貫通孔を備え、前記複数本の中空糸膜は、前記複数の貫通孔に通されることにより、複数の中空糸膜束に束ねられるのも好適である。

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。

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。

図１〜図３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。

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）。

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。本実施例の用途としては、例えば、燃料電池用の加湿膜モジュールとして使用することができる。

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流入出口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において中空糸膜束全体に導くための入口空間７０、及び、処理された流体を第２流入出口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。

図１〜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、結束部材９を備える。結束部材９は、中空糸膜３が延びる方向と直角方向に設けられる板状の部材であり、中空糸膜３が延びる方向に貫通した貫通孔が複数設けられている。収容された複数本の中空糸膜３は、この複数の貫通孔にそれぞれ複数本ずつ通されて複数の束に分割されている。結束部材９に設けられた各貫通孔は、所定の間隔で設けられており、中空糸膜３の各束の間には隙間が形成される。この隙間により、第２流入口７からモジュール内に流入した流体を、中空糸膜３の各束の間に導く流路が形成される。

このようにして形成された流路により、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、この流路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。

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、流体は抵抗の少ない中空糸膜束外周とケース内壁との間に迂回して流れ易く、中空糸膜間の抵抗による圧力損失や、処理効率の低下は生じてしまう。しかしながら、本実施例のように、結束部材によって中空糸膜束間に隙間を形成することにより、流体を中空糸膜束内部へ導くことができる。

本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールと、結束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。

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、予め複数本の中空糸膜３を結束部材９の貫通孔に通して複数の束に分割した状態にしておき、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。

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、本発明の効果が得られることはいうまでもない。

図１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。図２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。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。図４は、従来技術に係る中空糸膜モジュールの模式的断面図である。

符号の説明

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結束部材
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

Claims

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複数の中空糸膜束に束ねて、該中空糸膜束間に隙間を形成する結束部材を備える
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。
前記結束部材は、複数の貫通孔を備え、
前記複数本の中空糸膜は、前記複数の貫通孔に通されることにより、複数の中空糸膜束に束ねられる
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。