JP6069891B2

JP6069891B2 - Gas separation membrane module

Info

Publication number: JP6069891B2
Application number: JP2012124980A
Authority: JP
Inventors: 智英中村; 豊金築; 叙彦福田; 谷原　望; 望谷原
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013010098A

Description

本発明は、選択的透過性を有する多数の中空糸膜を利用してガス分離を行うガス分離膜モジュールに関する。特には、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利な分離膜モジュールに関する。 The present invention relates to a gas separation membrane module that performs gas separation using a number of hollow fiber membranes having selective permeability. In particular, the present invention relates to a separation membrane module that can reduce the cost at the time of replacement and is also advantageous in simplifying the structure.

従来、選択的透過性を有する分離膜を用いてガス分離（例えば、酸素分離、窒素分離、水素分離、水蒸気分離、二酸化炭素分離、有機蒸気分離等）を行うガス分離膜モジュールとしては、プレートおよびフレーム型、チューブラー型、中空糸型などがある。そのなかでも、中空糸型のガス分離膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積がもっとも大きいという利点を有するだけでなく、耐圧性、自己支持性の点においても優れているので、工業的に有利であり、広範囲に利用されている。 Conventionally, as a gas separation membrane module for performing gas separation (for example, oxygen separation, nitrogen separation, hydrogen separation, water vapor separation, carbon dioxide separation, organic vapor separation, etc.) using a separation membrane having selective permeability, plates and There are frame type, tubular type and hollow fiber type. Among them, the hollow fiber type gas separation membrane module not only has the advantage that the membrane area per unit volume is the largest, but also is excellent in terms of pressure resistance and self-supporting properties, so it is industrially advantageous. It is widely used.

中空糸型のガス分離膜モジュールは、一般に、選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束を有する中空糸エレメントと、それを収容する筒状容器とを備えている。中空糸エレメントの中空糸束は、その一端または両端が、樹脂の硬化板（管板）によって、容器の端部に固定される。筒状容器の端部にはキャップ部材が取り付けられ、これにより容器内が密閉される。 A hollow fiber type gas separation membrane module generally includes a hollow fiber element having a yarn bundle made up of a number of hollow fiber membranes having selective permeability and a cylindrical container for housing the hollow fiber element. One end or both ends of the hollow fiber bundle of the hollow fiber element is fixed to the end of the container by a resin curing plate (tube plate). A cap member is attached to the end of the cylindrical container, whereby the inside of the container is sealed.

従来のガス分離膜モジュールにおいては、上記の通り、筒状容器の端部にキャップ部材が取り付けられ、これらが全体として１つのケースを形成するものであったため、分離膜モジュールを交換する際に、モジュール全体を交換する必要があった。そのため、本来交換する必要のないキャップ部材なども一緒に交換されることとなり、交換部品のコストが高くなるという問題があった。 In the conventional gas separation membrane module, as described above, the cap member is attached to the end of the cylindrical container, and these form a single case as a whole, so when replacing the separation membrane module, The entire module had to be replaced. For this reason, cap members that do not need to be replaced are also replaced together, and there is a problem that the cost of replacement parts increases.

一方、ケース内の中空糸エレメントのみを交換可能とすることも考えられうるが、この場合、例えば、ケース内に中空糸エレメントを脱着させる構造などを作り込む必要があり、モジュール構造の複雑化を招き、軽量化にも不利となりうる。 On the other hand, it may be possible to replace only the hollow fiber element in the case, but in this case, for example, it is necessary to create a structure for detaching the hollow fiber element in the case, which complicates the module structure. Inviting, it can also be disadvantageous for weight reduction.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利であり、小型軽量化が容易な分離膜モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to reduce the cost at the time of replacement, and is advantageous for simplification of the structure, and can be easily reduced in size and weight. Is to provide.

上記目的を達成するための本発明の一形態に係る分離膜モジュールは、下記の通りである。
１．多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、
前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、
前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュール。 A separation membrane module according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is as follows.
1. A cartridge in which a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes is housed in a cylindrical container;
Cap members attached to both ends of the cartridge;
A sealing member that seals between each cap member and the cartridge;
A fixing tool for fixing the cap members to each other,
A gas separation membrane module, wherein the cartridge is configured to be replaceably mounted between the cap members.

２．前記固定具として、前記キャップ部材どうしを連結する少なくとも１本の固定ロッドを有し、
各キャップ部材には、前記固定ロッドが挿通される通し孔が形成されている、
上記１に記載のガス分離膜モジュール。 2. As the fixture, at least one fixing rod for connecting the cap members to each other,
Each cap member has a through hole through which the fixing rod is inserted.
2. The gas separation membrane module according to 1 above.

３．前記キャップ部材は、前記筒状容器の端部に被せるように取り付けられるものであって、
前記シーリング部材は、前記カートリッジの外周と前記キャップ部材の内周との間に配置される弾性リング部材である、上記１または２に記載のガス分離膜モジュール。 3. The cap member is attached so as to cover the end of the cylindrical container,
The gas separation membrane module according to 1 or 2, wherein the sealing member is an elastic ring member disposed between an outer periphery of the cartridge and an inner periphery of the cap member.

４．前記弾性リング部材は、前記キャップ部材の内周に保持されており、交換時に前記カートリッジを前記キャップ部材から外した際にも前記キャップ部材側に残るように構成されている、上記３記載のガス分離膜モジュール。 4). 4. The gas according to claim 3, wherein the elastic ring member is held on the inner periphery of the cap member, and is configured to remain on the cap member side even when the cartridge is removed from the cap member during replacement. Separation membrane module.

５．前記カートリッジは、前記中空糸束の端部を保持するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶するための管板を有し、
前記筒状容器の内部であって前記管板に面する領域に、内周溝が形成され、
前記管板の一部が該内周溝に係合している、上記１〜４のいずれかに記載のガス分離膜モジュール。 5. The cartridge has a tube plate for holding the end of the hollow fiber bundle and isolating the inside and the outside of the cylindrical container,
An inner circumferential groove is formed in a region facing the tube plate inside the cylindrical container,
5. The gas separation membrane module according to any one of 1 to 4, wherein a part of the tube sheet is engaged with the inner circumferential groove.

本発明によれば、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利であり、小型軽量化が容易な分離膜モジュールが提供される。 According to the present invention, it is possible to provide a separation membrane module which can suppress the cost at the time of replacement, is advantageous for simplification of the structure, and can be easily reduced in size and weight.

本発明の一形態に係るガス分離膜モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the gas separation membrane module which concerns on one form of this invention. 図１のモジュールの筒状部材の断面図である。It is sectional drawing of the cylindrical member of the module of FIG. 図１のモジュールのキャップ部材の正面図および側面断面図であり、図３（Ａ）は図３（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。It is the front view and side sectional drawing of the cap member of the module of FIG. 1, and FIG. 3 (A) is sectional drawing which follows the XX line of FIG. 3 (B). 固定ロッドの本数を変更した例を示すためのキャップ部材の模式図である。It is a schematic diagram of the cap member for showing the example which changed the number of fixed rods. 本発明の他の形態に係るガス分離膜モジュールを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the gas separation membrane module which concerns on the other form of this invention. 図５のモジュールを側面側から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the module of Drawing 5 from the side.

以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。なお、本発明は以下の形態に示される構成に限定されるものではなく、必要に応じて、部品の追加または省略、形状の変更等がなされてもよい。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the structure shown by the following forms, The addition or omission of parts, the change of a shape, etc. may be made as needed.

（第１の実施形態）
図１に示すように、このガス分離膜モジュール２０１（以下、単に分離膜モジュールともいう）は、内部に中空糸束２１５を収容した筒状のカートリッジ２１０と、その両端部に取り付けられたキャップ部材２２０、２２１と、これらのキャップ部材２２０、２２１を固定する固定ロッド２４５等を備えている。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, this gas separation membrane module 201 (hereinafter, also simply referred to as a separation membrane module) includes a cylindrical cartridge 210 containing a hollow fiber bundle 215 therein, and cap members attached to both ends thereof. 220, 221 and a fixing rod 245 for fixing these cap members 220, 221 and the like.

カートリッジ２１０は、両端が開口した筒状容器２１１と、その内部に収められた中空糸束２１５と、中空糸束２１５の端部を保持するとともに筒状容器２１１の内部と外部とを隔絶するための管板２３０、２３１とを有している。 The cartridge 210 holds the cylindrical container 211 having both ends opened, the hollow fiber bundle 215 accommodated therein, the end of the hollow fiber bundle 215, and isolates the inside and the outside of the cylindrical container 211 from each other. Tube plates 230 and 231.

中空糸束２１５は、従来公知のものを利用可能である。中空糸束２１５は、例えば、１００〜１，０００，０００本程度の中空糸膜２１４を集束したものであってもよい。中空糸膜２１４は、ガス分離性能を有するものであればどのような素材のものでも構わない。例えば高分子材料特にポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネートなどの常温（２３℃）でガラス状の高分子材料からなるものは、ガス分離性能が良好であるので好適である。集束された中空糸束の形状は特に制限はないが、製造の容易さおよび容器の耐圧性の観点からは、円柱状に集束された中空糸束であってもよい。なお、図１では中空糸膜２１４が実質的に平行に配列されている形態を例示しているが、各中空糸膜が交叉配列されている形態であってもよい。 A conventionally known hollow fiber bundle 215 can be used. The hollow fiber bundle 215 may be a bundle of about 100 to 1,000,000 hollow fiber membranes 214, for example. The hollow fiber membrane 214 may be made of any material as long as it has gas separation performance. For example, polymer materials such as polyimide, polysulfone, polyetherimide, polyphenylene oxide, polycarbonate, and the like made of a glassy polymer material at normal temperature (23 ° C.) are preferable because of good gas separation performance. The shape of the bundled hollow fiber bundles is not particularly limited, but may be a hollow fiber bundle bundled in a cylindrical shape from the viewpoint of ease of production and pressure resistance of the container. Although FIG. 1 illustrates a form in which the hollow fiber membranes 214 are arranged substantially in parallel, a form in which the hollow fiber membranes are arranged in a crossing manner may be used.

筒状容器２１１の断面形状は、円形、楕円形、または多角形などどのような形状であってもよい。以下の説明では円形の例を説明する。筒状容器２１１は、一例として、１本の金属製のパイプを加工することにより作製されたものであってもよい。本実施形態では、一例として、キャップ部材２２０、２２１を筒状容器２１１に固定するための手段がカートリッジ側である筒状容器２１１に設けられていないこと（すなわち、キャップ部材を筒状容器に固定しない構造であること）が好ましい。これによれば、筒状容器２１１に対する加工、例えば、フランジの作製、ネジ孔の形成、固定ピンの配置などが不要となる。 The cross-sectional shape of the cylindrical container 211 may be any shape such as a circle, an ellipse, or a polygon. In the following description, a circular example will be described. As an example, the cylindrical container 211 may be produced by processing one metal pipe. In this embodiment, as an example, the means for fixing the cap members 220 and 221 to the cylindrical container 211 is not provided in the cylindrical container 211 on the cartridge side (that is, the cap member is fixed to the cylindrical container). A structure that does not). According to this, processing on the cylindrical container 211, for example, production of a flange, formation of a screw hole, arrangement of a fixing pin, and the like become unnecessary.

図２に示すように、筒状容器２１１の内部のうち端部付近には、内周溝２１７が形成されており、内径が部分的に大きくなっている。後述するように、内周溝２１７には管板２３０、２３１の一部が嵌り込む。この内周溝２１７から所定の間隔をあけてさらに内側（端部から離れる方向）には、もう１つの内周溝２１８が形成されている。各内周溝２１７、２１８に関し、掘り込まれた溝の断面形状は、例えば、矩形型、略矩形型、台形型、または略台形型であってもよい。 As shown in FIG. 2, an inner peripheral groove 217 is formed near the end portion of the inside of the cylindrical container 211, and the inner diameter is partially increased. As will be described later, part of the tube plates 230 and 231 are fitted into the inner circumferential groove 217. Another inner circumferential groove 218 is formed further inside (in a direction away from the end portion) with a predetermined interval from the inner circumferential groove 217. Regarding each inner circumferential groove 217, 218, the cross-sectional shape of the dug groove may be, for example, a rectangular shape, a substantially rectangular shape, a trapezoidal shape, or a substantially trapezoidal shape.

内周溝２１８が形成された部分には、容器内のガスを外部へと排出するための開口部２１２が複数形成されている。開口部２１２の数や位置は特に限定されるものではない。一例として、複数の開口２１２が筒状容器２１１の周囲に等間隔で形成されていてもよい。図２に示すように、筒状部材２１１の外周であって内周溝２１８よりもやや内側（筒端部から離れる方向）には、後述する弾性リング部材Ｒ２を嵌めるための外周溝２１９が形成されている。 A plurality of openings 212 for discharging the gas in the container to the outside are formed in the portion where the inner peripheral groove 218 is formed. The number and position of the openings 212 are not particularly limited. As an example, a plurality of openings 212 may be formed around the cylindrical container 211 at equal intervals. As shown in FIG. 2, an outer peripheral groove 219 for fitting an elastic ring member R2 to be described later is formed on the outer periphery of the tubular member 211 and slightly inside the inner peripheral groove 218 (in the direction away from the end of the tube). Has been.

カートリッジ２１０の管板２３０および２３１（図１参照）は、一例としてエポキシ樹脂であり、容器２１１の端部に嵌め込まれるような略円盤状に形成されている。管板２３０と管板２３１とは、基本的に同様の構造となっているので、以下では一方の管板２３０についてのみ説明する。各中空糸膜２１４はこの管板２３０をその厚み方向に貫通しており、各中空糸膜２１４の端部は管板２３０の外側に開口している。管板２３０は、多数の中空糸膜２１４を一体に固着し、また、筒状容器２１１の内部と外部とを隔絶する。管板を形成する硬化樹脂は、十分な耐久性を備え、中空糸モジュール内の気密を保持出来る物であれば特に制限はない。脱水用途や、加湿用途に用いる場合には、水蒸気に対する耐久性を併せて備えていることが好ましい。通常、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に用いられる。耐久性の面、および、強度の面からエポキシ樹脂が特に好適に用いられる。エポキシ樹脂は、例えば、窒素膜モジュールの場合には特公平２−３６２８７等に記載されたようなものを利用可能であり、また、有機蒸気分離モジュールの場合にはＷＯ２００９／０４４７１１等に記載されたようなものを利用可能である。管板は、遠心成型、静置成型等の公知の手法によって好適に形成される。 Tube plates 230 and 231 (see FIG. 1) of the cartridge 210 are made of epoxy resin as an example, and are formed in a substantially disk shape that is fitted into the end of the container 211. Since the tube plate 230 and the tube plate 231 have basically the same structure, only one tube plate 230 will be described below. Each hollow fiber membrane 214 penetrates the tube plate 230 in the thickness direction, and an end of each hollow fiber membrane 214 opens to the outside of the tube plate 230. The tube sheet 230 integrally fixes a large number of hollow fiber membranes 214 and isolates the inside and the outside of the cylindrical container 211 from each other. The cured resin forming the tube sheet is not particularly limited as long as it has sufficient durability and can maintain airtightness in the hollow fiber module. When used for dehydration or humidification, it is preferable to have durability against water vapor. Usually, thermosetting resins such as polyurethane and epoxy resins are preferably used. An epoxy resin is particularly preferably used from the viewpoint of durability and strength. For example, in the case of a nitrogen membrane module, an epoxy resin such as that described in JP-B-2-36287 can be used, and in the case of an organic vapor separation module, it is described in WO2009 / 044711, etc. Something like that is available. The tube sheet is preferably formed by a known method such as centrifugal molding or stationary molding.

なお、上記において、管板が筒状容器の内部と外部とを「隔絶する」とは、管板によって実質的な隔絶が行われていればよいことを意味し、管板の外周部が必ずしも筒状容器の内面に接着されている必要はない。 In the above description, the phrase “the tube plate isolates” the inside and the outside of the cylindrical container means that the tube plate only needs to be substantially isolated, and the outer periphery of the tube plate is not necessarily provided. It is not necessary to adhere to the inner surface of the cylindrical container.

図１に示すように、管板２３０の一部は筒状容器２１１の端部からやや突出しており、管板２３０の端部の外周に沿ってチャンファー面（テーパー面）が形成されている。管板２３０を作製する工程としては、一例として、まず、筒状容器２１１内に中空糸束２１５を配置し、この状態で筒状容器２１１の端部に不図示の金型（一例）を取り付ける。次いで、この金型内および筒状容器２１１内に向けて樹脂を注入し硬化させる。樹脂の硬化後、金型を取り外し、硬化した樹脂の端部を切断することにより、管板２３０の端面を形成するとともに中空糸膜２１４端部を開口させる。管板２３０のチャンファー面は、金型によって形成されてもよいし、樹脂硬化後の二次加工で形成されてもよい。 As shown in FIG. 1, a part of the tube plate 230 slightly protrudes from the end of the cylindrical container 211, and a chamfer surface (taper surface) is formed along the outer periphery of the end of the tube plate 230. . As an example of the process of manufacturing the tube plate 230, first, the hollow fiber bundle 215 is disposed in the cylindrical container 211, and a die (not shown) is attached to the end of the cylindrical container 211 in this state. . Next, a resin is injected into the mold and the cylindrical container 211 and cured. After the resin is cured, the mold is removed and the end of the cured resin is cut to form the end face of the tube plate 230 and open the end of the hollow fiber membrane 214. The chamfer surface of the tube plate 230 may be formed by a mold, or may be formed by secondary processing after resin curing.

筒状容器２１１内には内周溝２１７が形成されているので、管板２３０の樹脂はこの溝２１７内にも充填される。その結果、管板２３０の一部が内周溝２１７に係合することとなり、管板２３０の筒状容器２１１に対する軸方向の位置決めがなされる。通常、分離膜モジュール２０１の使用時には管板２３０に対してそれを筒状容器２１１内へと押し込む方向の圧力が作用するが、本実施形態の構成によれば、管板２３０の一部が内周溝２１７に係合しているので、使用時の圧力によって管板２３０が筒状容器２１１内へと押し込まれることはない。 Since the inner peripheral groove 217 is formed in the cylindrical container 211, the resin of the tube plate 230 is also filled in the groove 217. As a result, a part of the tube plate 230 is engaged with the inner circumferential groove 217, and the tube plate 230 is positioned in the axial direction with respect to the cylindrical container 211. Usually, when the separation membrane module 201 is used, a pressure is applied to the tube plate 230 in a direction in which the tube plate 230 is pushed into the cylindrical container 211. Since it is engaged with the circumferential groove 217, the tube sheet 230 is not pushed into the cylindrical container 211 due to pressure during use.

次いで、図１、図３を参照してキャップ部材２２０、２２１の構造について説明する。この例では、キャップ部材２２０、２２１は基本的に同様の構造となっているので、以下では一方のキャップ部材２２０についてのみ説明し、キャップ部材２２１については異なる部分のみを説明する。キャップ部材２２０、２２１の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属製であってもよい。なお、当然ながら、それぞれのキャップ部材２２０、２２１が異なる形状を有していてもよく、各キャップ部材２２０、２２１の形状は分離膜モジュールの用途や仕様に応じて適宜変更可能である。 Next, the structure of the cap members 220 and 221 will be described with reference to FIGS. In this example, since the cap members 220 and 221 basically have the same structure, only one cap member 220 will be described below, and only a different part of the cap member 221 will be described. The material of the cap members 220 and 221 is not particularly limited, but may be made of metal, for example. Needless to say, the cap members 220 and 221 may have different shapes, and the shapes of the cap members 220 and 221 can be appropriately changed according to the use and specification of the separation membrane module.

図１、図３に示すように、キャップ部材２２０は有底円筒状の形を有しており、具体的には、図３（Ａ）に示されているように、筒状容器２１１の開口部を覆う端面２２０Ａと、その周縁部から延びる円筒部２２０Ｂとを有している。 As shown in FIGS. 1 and 3, the cap member 220 has a bottomed cylindrical shape. Specifically, as shown in FIG. 3A, the opening of the cylindrical container 211. 220A which covers a part, and cylindrical part 220B extended from the peripheral part.

端面２２０Ａには、混合ガスを導入するためのガス導入口Ｐ１が形成されている。円筒部２２０Ｂの内側には、内周溝２２７ａ、２２７ｂが形成されている。図１に示すように、内周溝２２７ａには、シールのための弾性リング部材Ｒ１（詳細下記）が嵌め込まれる。もう１つの内周溝２２７ｂは、キャップ部材２２０を筒状容器２１１に嵌めたときに、筒状容器２１１を一周するガス流路Ｐ３を形成するためのものである。なお、他方のキャップ部材２２１には、非透過ガス排出口Ｐ２が形成されている。 A gas inlet P1 for introducing a mixed gas is formed in the end face 220A. Inner circumferential grooves 227a and 227b are formed inside the cylindrical portion 220B. As shown in FIG. 1, an elastic ring member R1 (detailed below) for sealing is fitted in the inner circumferential groove 227a. Another inner peripheral groove 227b is for forming a gas flow path P3 that goes around the cylindrical container 211 when the cap member 220 is fitted into the cylindrical container 211. The other cap member 221 has a non-permeate gas discharge port P2.

ガス流路Ｐ３（図１）は、筒状容器２１１の複数の開口部２１２と連通しており、容器内部のガスが各開口部２１２を通じてガス流路Ｐ３に流入するようになっている。このガスは、キャップの円筒部２２０Ｂに形成された１つの排出口２２３から外部へと排出される。なお、図１の形態においては、キャップ部材２２１に排出口２２３に相当するもの（開口部）は形成されていないが、モジュールの用途等によっては、キャップ部材２２１に開口部を設けるともに、それに対応して筒状容器２１１に１つまたは複数の開口部２１２を設けてもよい。 The gas flow path P3 (FIG. 1) communicates with the plurality of openings 212 of the cylindrical container 211, and the gas inside the container flows into the gas flow path P3 through the openings 212. This gas is discharged to the outside through one discharge port 223 formed in the cylindrical portion 220B of the cap. In the form of FIG. 1, the cap member 221 is not formed with an opening corresponding to the discharge port 223 (opening). However, depending on the use of the module, the cap member 221 may be provided with an opening. One or a plurality of openings 212 may be provided in the cylindrical container 211.

再び図３を参照すると、円筒部２２０Ｂには、固定ロッド２４５（図１、詳細下記）を挿通させるための複数の通し孔２２０ｈが形成されている。この例では、６つの通し孔２２０ｈが周方向に等間隔で配置されている。このように、円筒部２２０Ｂに通し孔２２０ｈが形成されそこに固定ロッド２４５が通される構成の場合、次のような点で有利である。すなわち、このような構成によれば、キャップ２２０の一部である円筒部２２０Ｂが固定ロッド２４５を保持することとなるため、固定ロッドを保持するための特別な構造をキャップ部材２２０に別途設ける必要がない。そのため、キャップ部材２２０ひいては分離膜モジュール２０１の小型化を図ることができ、モジュールの軽量化にも寄与する。 Referring to FIG. 3 again, the cylindrical portion 220B is formed with a plurality of through holes 220h through which the fixing rod 245 (FIG. 1, details below) is inserted. In this example, six through holes 220h are arranged at equal intervals in the circumferential direction. As described above, the configuration in which the through hole 220h is formed in the cylindrical portion 220B and the fixing rod 245 is passed therethrough is advantageous in the following points. That is, according to such a configuration, since the cylindrical portion 220 </ b> B that is a part of the cap 220 holds the fixed rod 245, it is necessary to separately provide a special structure for holding the fixed rod in the cap member 220. There is no. Therefore, the cap member 220 and thus the separation membrane module 201 can be reduced in size, which contributes to the weight reduction of the module.

なお、固定ロッド２４５の本数は６本に限らず、１〜５本または７本以上であってもよく、一例として図４に示すように、３本、４本、または８本等であってもよい。固定ロッド２４５の材質は特に限定されるものではないが、一例として金属製であってもよい。 The number of the fixing rods 245 is not limited to 6, but may be 1 to 5 or 7 or more. As an example, as shown in FIG. Also good. The material of the fixing rod 245 is not particularly limited, but may be made of metal as an example.

図３（Ｂ）に示すように、円筒部２２０Ｂのうち、排出口２２３が開口する部分においては円筒部２２０Ｂの一部が切削され、平坦部２２０ｆが形成されている。また、円筒部２２０Ｂの底部には、一例として、分離膜モジュールの転がり防止のための平坦部２２０ｇが形成されている。 As shown in FIG. 3B, a part of the cylindrical part 220B is cut at a part of the cylindrical part 220B where the discharge port 223 is opened to form a flat part 220f. Further, as an example, a flat portion 220g for preventing the separation membrane module from rolling is formed at the bottom of the cylindrical portion 220B.

図１に示すように、キャップ部材の内周溝２２７ａには、管板２３０とキャップ部材２２０との間をシールする弾性シール部材Ｒ１が嵌め込まれている。弾性リング部材Ｒ１は、交換時に前記カートリッジ２１０をキャップ部材２２０から外した際にもキャップ部材２２０側に残るように構成されている。弾性リング部材Ｒ１としては、例えば、Ｏリング（断面形状が略円形）であってもよいし、または、それぞれ断面形状が略Ｖ型のＶパッキン、断面形状が略Ｕ字型のＵパッキン等であってもよい。さらに、断面形状が楕円形、矩形、多角形、Ｘ形などであってもよい。 As shown in FIG. 1, an elastic seal member R1 that seals between the tube plate 230 and the cap member 220 is fitted in the inner circumferential groove 227a of the cap member. The elastic ring member R1 is configured to remain on the cap member 220 side even when the cartridge 210 is removed from the cap member 220 during replacement. The elastic ring member R1 may be, for example, an O-ring (the cross-sectional shape is substantially circular), or a V-packing having a substantially V-shaped cross-section, a U-packing having a substantially U-shaped cross-section, or the like. There may be. Furthermore, the cross-sectional shape may be an ellipse, a rectangle, a polygon, an X shape, or the like.

筒状容器２１１と円筒部２２０Ｂとの間には、別の弾性リング部材Ｒ２が筒状容器２１１の外周溝２１９内に嵌め込まれるようにして配置されており、これにより両部材間がシールされる。この弾性リング部材Ｒ２も、上記同様、Ｏリング、ＶパッキンまたはＵパッキンなど種々のものを利用できる。 Between the cylindrical container 211 and the cylindrical portion 220B, another elastic ring member R2 is disposed so as to be fitted into the outer peripheral groove 219 of the cylindrical container 211, thereby sealing between the two members. . As the elastic ring member R2, various members such as an O-ring, V packing, or U packing can be used as described above.

図１、図３に示すように、キャップ部材２２０、２２１どうしは、６本（一例）の固定ロッド２４５およびその両端に取り付けられるナット２４６によって、互いに固定される。本実施形態では、このように、カートリッジ２１０とは別部品として用意された固定具によってキャップ部材２２０、２２１を互いに固定する構造であるので、カートリッジ２１０側（特には、筒状部材２１１）に固定のためのフランジなどを設ける必要がなく、カートリッジ２１０の構造を簡素化できる。 As shown in FIGS. 1 and 3, the cap members 220 and 221 are fixed to each other by six (one example) fixing rods 245 and nuts 246 attached to both ends thereof. In this embodiment, since the cap members 220 and 221 are fixed to each other by a fixture prepared as a separate part from the cartridge 210 as described above, the cap members 220 and 221 are fixed to the cartridge 210 side (in particular, the cylindrical member 211). Therefore, the structure of the cartridge 210 can be simplified.

なお、キャップ部材２２０、２２１を固定するための固定具は、これに限定されるものではなく、種々のものを利用可能である。例えば、固定ロッドの一端が大径のヘッド部となっており、他端にナットが取り付けられるものであってもよい。あるいは、キャップ部材２２０の通し孔２２０ｈの内周にネジが切られるとともに、これに対応してロッド端部にもネジが切られており、ロッド端部が通し孔２２０ｈ内にねじ込まれるものであってもよい。あるいは、キャップ部材どうしを機械的に連結固定するその他の機構、例えば、クランプを用いてモジュールの両端（キャップ部材２２０、２２１）を挟み込むように固定する機構を利用してもよい。 In addition, the fixing tool for fixing the cap members 220 and 221 is not limited to this, and various types can be used. For example, one end of the fixed rod may be a large-diameter head portion, and a nut may be attached to the other end. Alternatively, a screw is cut in the inner periphery of the through hole 220h of the cap member 220, and a corresponding screw is also cut in the rod end, and the rod end is screwed into the through hole 220h. May be. Alternatively, other mechanisms for mechanically connecting and fixing the cap members, for example, a mechanism for fixing the both ends (cap members 220 and 221) of the module by using clamps may be used.

さらには、キャップ部材２２０、２２１どうしに固定するものに限らず、各キャップ部材２２０、２２１を所定の固定位置に固定する機構であって、キャップ部材２２０、２２１間にカートリッジ２１０が脱着可能に設けられたものを利用することも可能である。例えば、分離膜モジュールが搭載される装置または設備の一部がベース部材（不図示）として機能し、各キャップ部材２２０、２２１がそのベース部材に対して固定されるような構成を利用してもよい。 Further, the mechanism is not limited to fixing the cap members 220 and 221 to each other, and is a mechanism for fixing the cap members 220 and 221 to a predetermined fixing position, and the cartridge 210 is detachably provided between the cap members 220 and 221. It is also possible to use what is provided. For example, a configuration in which a part of an apparatus or facility on which a separation membrane module is mounted functions as a base member (not shown) and each cap member 220, 221 is fixed to the base member may be used. Good.

本実施形態の分離膜モジュール２０１では例えば次のようなガス分離が行われる：加圧状態の空気が、ガス導入口Ｐ１を通じて容器内部へと導入され、この空気は中空糸膜２１４の開口端部からその内部に送り込まれる。加圧空気が中空糸膜２１４内を流れる間に、酸素富化空気が選択的に膜外へと透過し、透過した酸素富化空気は管板間の中空糸束が収納されている空間内（透過側空間）に移動する。この透過ガスは、透過ガス排出口である開口部２１２および開口部２２３から外部へと排出される。一方、透過しなかった窒素富化空気は、中空糸膜２１４のもう一方の開口を経て非透過ガス排出口である非透過ガス排出口Ｐ２から外部に排出される。 In the separation membrane module 201 of the present embodiment, for example, the following gas separation is performed: Pressurized air is introduced into the container through the gas inlet P1, and this air is the open end of the hollow fiber membrane 214. Is sent to the inside. While the pressurized air flows through the hollow fiber membrane 214, the oxygen-enriched air selectively permeates out of the membrane, and the permeated oxygen-enriched air is in the space in which the hollow fiber bundles between the tube plates are stored. Move to (transmission side space). This permeated gas is discharged to the outside through the opening 212 and the opening 223 which are permeated gas discharge ports. On the other hand, the nitrogen-enriched air that has not permeated is discharged to the outside through the other opening of the hollow fiber membrane 214 from the non-permeate gas discharge port P2, which is a non-permeate gas discharge port.

以上に説明した本実施形態の分離膜モジュール２０１によれば、中空糸束２１５を収容したカートリッジ２１０が、キャップ部材２２０、２２１の間に交換可能に取り付けられるように構成されているため、交換時にはカートリッジを替えるだけで済み、モジュール全体を交換する必要がないため交換部品のコストを抑えることが可能となる。 According to the separation membrane module 201 of the present embodiment described above, the cartridge 210 containing the hollow fiber bundle 215 is configured to be replaceably attached between the cap members 220 and 221. It is only necessary to change the cartridge, and it is not necessary to replace the entire module, so that the cost of replacement parts can be reduced.

一方、内部の中空糸エレメント２１５に相当するもののみを交換するような構造も考えられうるが、この場合、筒状容器２１１内にその交換部品を脱着させる構造などを作り込む必要がある。これに対して本実施形態では、カートリッジ２１０の一部である筒状容器２１１が、そのままモジュール２０１のケースとして機能するようになっているので、複雑な構造が不要となる。これは、分離膜モジュール２０１全体の軽量化に有利であり、特に、例えば航空分野など、モジュールの軽量化が望まれる分野において特に好適に応用することができる。 On the other hand, a structure in which only the element corresponding to the hollow fiber element 215 inside is replaced can be considered. In this case, however, it is necessary to make a structure for detaching the replacement part in the cylindrical container 211. On the other hand, in the present embodiment, the cylindrical container 211 that is a part of the cartridge 210 functions as it is as the case of the module 201, so that a complicated structure is not required. This is advantageous for reducing the weight of the separation membrane module 201 as a whole, and can be particularly suitably applied in fields where it is desired to reduce the weight of the module, such as the aviation field.

さらに、本実施形態の構成によれば、カートリッジ２１０とは別部品の固定手段（２４５、２４６）でキャップ部材２２０、２２１を連結するものであるので、筒状容器２１１にキャップ部材を連結するための構造部（例えばフランジ部など）を形成する必要がない。そのため、カートリッジ２１０の構造を簡素化でき、また、製造コストも抑えることができる。 Further, according to the configuration of the present embodiment, the cap members 220 and 221 are connected by fixing means (245 and 246) which are separate parts from the cartridge 210, so that the cap member is connected to the cylindrical container 211. It is not necessary to form a structure portion (for example, a flange portion). Therefore, the structure of the cartridge 210 can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態では、弾性リング部材Ｒ１が、キャップ部材２２０、２２１の内周に保持されていて、交換時にカートリッジ２１０を外した際にもリング部材Ｒ１がキャップ部材側に残るようになっている。このようは構成によれば、カートリッジ２１０側にリング部材Ｒ１を設けるのに比べて、カートリッジ２１０の製造コストを抑えるのに有利である。 In this embodiment, the elastic ring member R1 is held on the inner periphery of the cap members 220 and 221 so that the ring member R1 remains on the cap member side even when the cartridge 210 is removed during replacement. Yes. Such a configuration is advantageous in reducing the manufacturing cost of the cartridge 210 as compared to providing the ring member R1 on the cartridge 210 side.

図１に示すように、本実施形態の構成では管板２３０の端部の外周に沿ってチャンファー面（テーパー面）が形成されているので、管板２３０の端部を弾性リング部材Ｒ１内にスムーズに挿入することができる。 As shown in FIG. 1, in the configuration of the present embodiment, a chamfer surface (tapered surface) is formed along the outer periphery of the end portion of the tube plate 230. Therefore, the end portion of the tube plate 230 is placed inside the elastic ring member R1. Can be inserted smoothly.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明は図示した形態に限らず種々変更可能である。例えば、各部材間をシールするためのシーリング部材に関し、その形状および配置位置は適宜変更してもよい。弾性リング部材Ｒ１、Ｒ２の他に、追加のシーリング部材が設けられてもよい。 While the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the present invention is not limited to the illustrated embodiments and can be variously modified. For example, regarding the sealing member for sealing between each member, the shape and arrangement position may be appropriately changed. In addition to the elastic ring members R1 and R2, additional sealing members may be provided.

図１に示すように、上記実施形態では筒状容器２１１の外周に弾性リング部材Ｒ２が嵌められる構成を例示したが、本発明はこれに限らず、キャップ部材２２０、２２１の内周に弾性リング部材Ｒ２が設けられ、カートリッジの交換時にその弾性リング部材Ｒ２がキャップ部材２２０、２２１側に残る構成としてもよい。この場合、カートリッジ２１０の筒状容器２１１に外周溝２１９を形成する必要がなくなるので、カートリッジ２１１の製造コストをより抑えることができる。 As shown in FIG. 1, the above embodiment exemplifies a configuration in which the elastic ring member R <b> 2 is fitted to the outer periphery of the cylindrical container 211. A member R2 may be provided, and the elastic ring member R2 may remain on the cap members 220 and 221 side when the cartridge is replaced. In this case, since it is not necessary to form the outer peripheral groove 219 in the cylindrical container 211 of the cartridge 210, the manufacturing cost of the cartridge 211 can be further suppressed.

上記実施形態では、いわゆるボアフィード型を構成する分離膜モジュールの例を示したが、本発明は、シェルフィード型を構成する分離膜モジュールにも応用可能である。この場合、シェルフィード型に対応したカートリッジが、上記に説明したようなキャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられる構成とすればよい。 In the above embodiment, an example of a separation membrane module constituting a so-called bore feed type has been shown, but the present invention can also be applied to a separation membrane module constituting a shell feed type. In this case, the cartridge corresponding to the shell feed type may be configured to be replaceably mounted between the cap members as described above.

（他の実施形態）
図５は、本発明の他の形態に係るガス分離膜モジュールを模式的に示す斜視図である（固定具は図示を省略）。このガス分離膜モジュールＡ２０１では、一対の保持部材Ａ２２０、Ａ２２１によって複数のカートリッジＡ２１０が保持されている。なお、図５ではカートリッジＡ２１０が３本であるが、当然ながら２本または４本以上のカートリッジＡ２１０を保持する構成としてもよい。カートリッジＡ２１０の配置に関し、図５のようにカートリッジＡ２１０が一列に並べられた配置であってもよいし、複数のカートリッジＡ２１０が立体的に並べられた配置であってもよい。 (Other embodiments)
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a gas separation membrane module according to another embodiment of the present invention (the fixture is not shown). In the gas separation membrane module A201, a plurality of cartridges A210 are held by a pair of holding members A220 and A221. In FIG. 5, the number of cartridges A210 is three, but it is needless to say that two or four or more cartridges A210 may be held. With respect to the arrangement of the cartridges A210, the arrangement may be such that the cartridges A210 are arranged in a line as shown in FIG. 5, or may be an arrangement in which a plurality of cartridges A210 are arranged three-dimensionally.

保持部材Ａ２２０は、図１におけるキャップ部材２２０に対応する部材であり、他方、保持部材Ａ２２１は、図１におけるキャップ部材２２１に対応する部材である。保持部材Ａ２２０は、各カートリッジＡ２１０にガスを供給するための共通のガス導入口Ｐ１を有していてもよい。この構成の場合、保持部材Ａ２２０の内部に、ガス導入口Ｐ１とそれぞれのカートリッジＡ２１０とを接続する流路（不図示）が形成され、ガス導入口Ｐ１からガスが各カートリッジＡ２１０に供給されるようになっていてもよい。 The holding member A220 is a member corresponding to the cap member 220 in FIG. 1, and the holding member A221 is a member corresponding to the cap member 221 in FIG. The holding member A220 may have a common gas inlet P1 for supplying gas to each cartridge A210. In the case of this configuration, a flow path (not shown) connecting the gas introduction port P1 and each cartridge A210 is formed inside the holding member A220, and gas is supplied to each cartridge A210 from the gas introduction port P1. It may be.

保持部材Ａ２２０は、各カートリッジＡ２１０からの透過ガスを外部に取り出すための共通の透過ガス出口Ｐ４を有していてもよい。この場合、保持部材Ａ２２０の内部に、各カートリッジＡ２２０に設けられた透過ガスの排出口（不図示）と透過ガス出口Ｐ４とを接続する流路（不図示）が形成されていてもよい。 The holding member A220 may have a common permeable gas outlet P4 for taking out the permeable gas from each cartridge A210 to the outside. In this case, a flow path (not shown) for connecting a permeate gas discharge port (not shown) and a permeate gas outlet P4 provided in each cartridge A220 may be formed inside the holding member A220.

同様に、他方の保持部材Ａ２２１が、各カートリッジＡ２１０からの非透過ガスを外部に取り出すための共通の非透過ガス出口Ｐ２を有していてもよい。保持部材Ａ２２１の内部に、各カートリッジＡ２１０に設けられた非透過ガスの排出口（不図示）とこの出口Ｐ２とを接続する流路（不図示）が形成されていてもよい。 Similarly, the other holding member A221 may have a common non-permeate gas outlet P2 for taking out the non-permeate gas from each cartridge A210 to the outside. A flow path (not shown) for connecting a non-permeate gas discharge port (not shown) provided in each cartridge A210 and the outlet P2 may be formed inside the holding member A221.

図５のような構成によれば、保持部材Ａ２２０、Ａ２２１によって複数のカートリッジＡ２１０をまとめて保持するものであるので、カートリッジＡ２１０を１本ずつ保持するものに比べて構成の簡素化を図ることができる。また、ガス導入口Ｐ１、透過ガス出口Ｐ４および非透過ガス出口Ｐ２も共通化されているので、この点でも構成の簡素化が図られている。 According to the configuration shown in FIG. 5, since the plurality of cartridges A210 are held together by the holding members A220 and A221, the configuration can be simplified compared to the case where the cartridges A210 are held one by one. it can. Further, since the gas inlet P1, the permeate gas outlet P4, and the non-permeate gas outlet P2 are also used in common, the configuration is simplified in this respect.

なお、ガス導入口Ｐ１、透過ガス出口Ｐ４および非透過ガス出口Ｐ２のうち、いずれかもしくは２つのみが共通化され、残りが各カートリッジＡ２１０に対応して１つずつ設けられていてもよい。図５では図示されていないが、各カートリッジＡ２１０にパージガスを供給するための共通のパージガス導入口を保持部材Ａ２２１に設けてもよい。 Note that one or only two of the gas inlet P1, the permeate gas outlet P4, and the non-permeate gas outlet P2 may be shared, and the rest may be provided one by one corresponding to each cartridge A210. Although not shown in FIG. 5, a common purge gas introduction port for supplying purge gas to each cartridge A210 may be provided in the holding member A221.

一対の保持部材Ａ２２０、Ａ２２１を固定するための固定具としては種々のものが利用可能であるが、例えば図６に示すような固定ロッドＡ２４５等を用いてもよいし、固定ロッドではなく板材等を用いて両部材Ａ２２０、Ａ２２１を固定してもよい。一例として、板材（例えば所定の壁面や床面でもよい）に保持部材Ａ２２０、Ａ２２１が取り付けられており、その保持部材Ａ２２０、Ａ２２１の間にカートリッジが取外し可能にセットされるような構成としてもよい。 Various fixing tools for fixing the pair of holding members A220 and A221 can be used. For example, a fixing rod A245 as shown in FIG. 6 may be used. Both members A220 and A221 may be fixed using. As an example, the holding members A220 and A221 may be attached to a plate material (for example, a predetermined wall surface or floor surface), and the cartridge may be detachably set between the holding members A220 and A221. .

本明細書において、固定具が「キャップ部材（ここでは保持部材）を互いに固定する」とは、固定ロッド等を用いて両保持部材を連結するものに限らず、例えば板材、壁面、もしくは床面といった所定のベース部材に各保持部材を取り付けて位置固定を行うものも含む。 In this specification, the phrase “fixing the cap member (here, the holding member)” means that the fixing member is not limited to connecting both the holding members using a fixing rod or the like, and for example, a plate material, a wall surface, or a floor surface In this case, the position is fixed by attaching each holding member to a predetermined base member.

なお、上記で特に言及しなかった構成については、第１の実施形態と同様のものを利用することができる。 In addition, about the structure which was not mentioned especially in the above, the thing similar to 1st Embodiment can be utilized.

上述した実施形態に係る発明は次のとおりである：
（Ａ１）
多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられる保持部材と、
前記各保持部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
を備え、
前記カートリッジが、前記保持部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュールであって、
保持部材（Ａ２２０、Ａ２２１）が、前記複数のカートリッジ（Ａ２１０）の少なくとも２本を保持し所定位置に固定されるように構成されている、ガス分離膜モジュール。 The invention according to the above-described embodiment is as follows:
(A1)
A cartridge in which a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes is housed in a cylindrical container;
Holding members attached to both ends of the cartridge;
A sealing member that seals between each holding member and the cartridge;
With
A gas separation membrane module, wherein the cartridge is configured to be replaceably mounted between the holding members;
A gas separation membrane module configured such that holding members (A220, A221) hold at least two of the plurality of cartridges (A210) and are fixed at predetermined positions.

２０１、Ａ２０１ガス分離膜モジュール
２１０、Ａ２１０カートリッジ
２１１筒状容器
２１２開口部
２１４中空糸膜
２１５中空糸束
２１７、２１８内周溝
２１９外周溝
２２０、２２１、Ａ２２０、Ａ２２１キャップ部材（保持部材）
２２０Ａ端面
２２０Ｂ円筒部
２２０ｆ平坦部
２２０ｇ平坦部
２２０ｈ通し孔
２２３排出口
２２７ａ、２２７ｂ内周溝
２３０、２３１管板
Ｒ１、Ｒ２弾性リング部材
２４５、Ａ２４５固定ロッド
２４６ナット
Ｐ１ガス導入口
Ｐ２非透過ガス排出口
Ｐ３ガス流路
Ｐ４透過ガス出口 201, A201 Gas separation membrane module 210, A210 Cartridge 211 Cylindrical container 212 Opening 214 Hollow fiber membrane 215 Hollow fiber bundle 217, 218 Inner circumferential groove 219 Outer circumferential groove 220, 221, A220, A221 Cap member (holding member)
220A End face 220B Cylindrical part 220f Flat part 220g Flat part 220h Through hole 223 Discharge port 227a, 227b Inner peripheral groove 230, 231 Tube sheet R1, R2 Elastic ring member 245, A245 Fixed rod 246 Nut P1 Gas inlet P2 Non-permeate gas exhaust Outlet P3 Gas flow path P4 Permeated gas outlet

Claims

A cartridge in which a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes is housed in a cylindrical container;
A cap member attached to cover both ends of the cylindrical container of the cartridge;
A sealing member that seals between each cap member and the cartridge;
A fixture for fixing the cap members to each other;
With
The cartridge is configured to be replaceably mounted between the cap members,
A tube plate for fixing the hollow fiber membrane is provided at the end of the hollow fiber bundle, and the tube plate is formed so as to protrude from the end of the cylindrical container,
The gas separation membrane module, wherein the sealing member is disposed between an outer periphery of the tube plate and an inner periphery of the cap member.

As the fixture, at least one fixing rod for connecting the cap members to each other,
The gas separation membrane module according to claim 1, wherein each cap member has a through hole through which the fixing rod is inserted.

Before Symbol sealing member is elastic ring member, a gas separation membrane module according to claim 1 or 2.

The said elastic ring member is hold | maintained at the inner periphery of the said cap member, and is comprised so that it may remain in the said cap member side also when the said cartridge is removed from the said cap member at the time of replacement | exchange. Gas separation membrane module.

In a region facing the tube plate an internal pre Symbol cylindrical container, the inner circumferential groove is formed,
The gas separation membrane module according to any one of claims 1 to 4, wherein a part of the tube sheet is engaged with the inner circumferential groove.

Furthermore, the gas separation membrane module as described in any one of Claims 1-5 provided with the other sealing member which seals between the said cap member and the said cylindrical container separately from the said sealing member.