JP2006314890A

JP2006314890A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP2006314890A
Application number: JP2005138763A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Hayashi; 隆浩林
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
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を仕切って複数の中空糸膜束を形成する仕切り板１０を備え、仕切り板１０には、仕切り板１０と中空糸膜３との間に隙間を形成して流体を導くための溝１１が形成されてい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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、図３のＣ部分の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。図６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

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。
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を特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。