JP2004202478A

JP2004202478A - Membrane module

Info

Publication number: JP2004202478A
Application number: JP2003079264A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kawabata; 將河端; Kazuhiko Namigata; 和彦波形; Yuichi Kuroki; 雄一黒木
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP4100209B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane module capable of suppressing the cutting of a hollow fiber membrane and enhancing humidification or dehumidification efficiency. <P>SOLUTION: A case body 21 has a first opening part 21a on the side of one end of a hollow fiber membrane bundle in the surface opposite to a first partition plate 31 and has a second opening part 21b on the side of the other end of the hollow fiber membrane bundle in the surface opposite to a second partition plate 32. Further, the first partition plate 31 has through-holes 31a, 31b constituting a third opening part on the side of the other end of the hollow fiber membrane bundle and the second partition plate 32 has through-holes 32a, 32b constituting a fourth opening part on the side of the one end of the hollow fiber membrane bundle. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜の膜分離作用を利用して、加湿あるいは除湿を行う膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空糸膜の膜分離作用を利用して加湿あるいは除湿を行う膜モジュールが知られている。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池においては、水素などの燃焼ガス及び酸素などの酸化剤ガス（以下、両者を反応ガスと称する）を加湿して供給する装置が必要であり、この加湿装置に上述した膜モジュールを利用したものが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
このような従来技術に係る膜モジュールについて図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は従来技術に係る膜モジュールの一部破断斜視図である。図１６は従来技術に係る膜モジュールの模式的断面図である。
【０００５】
図示のように、従来技術に係る膜モジュール１００は、概略、ケース１０１と、このケース１０１内に充填される中空糸膜束１０２とから構成される。
【０００６】
ケース１０１は、略円筒形状であり、その一端に第１開口部１０１ａを備え、他端に第２開口部１０１ｂを備え、更に、側面側に第３開口部１０１ｃ及び第４開口部１０１ｄを備えている。
【０００７】
このケース１０１内に充填された中空糸膜束１０２は、その両端において、中空糸膜内部のみが開放されるように、中空糸膜の外壁面及びケース１０１の内壁面間が封止固定されている。つまり、第１開口部１０１ａ側には、第１封止固定部１０４ａが設けられ、第２開口部１０１ｂ側には、第２封止固定部１０４ｂが設けられている。
【０００８】
このように構成される膜モジュール１００によって、第１開口部１０１ａ側からケース１０１内に入り（矢印Ｓ０）、中空糸膜の中空内部を通って、第２開口部１０１ｂからケース１０１の外部へと抜けていく（矢印Ｓ１）第１経路と、第３開口部１０１ｃ側からケース１０１内に入り（矢印Ｔ０）、中空糸膜の外壁面側を通って第４開口部１０１ｄからケース１０１の外部へと抜けていく（矢印Ｔ１）第２経路を形成する。
【０００９】
そして、第１経路と第２経路のうちの一方に反応ガスを流し、他方に水あるいは水蒸気を流す。これにより、他方に流された水あるいは水蒸気は、中空糸膜の膜分離作用によって、反応ガスの側へと透過され、反応ガス内で拡散される。
【００１０】
このようにして、反応ガスを加湿することが可能となる。
【００１１】
【特許文献１】
特公平８−２７３６８７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した膜モジュールにおいては、加湿あるいは除湿効率向上の観点から、中空糸膜束を構成する中空糸膜全体が効率良く膜分離に寄与することが要求される。
【００１３】
また、中空糸膜束内に流れ込んだ流体による衝撃によって、中空糸膜が切れてしまわないようにすることも要求される。これは、中空糸膜が切れて損傷すると、その中空糸膜は膜分離に寄与できなくなるからである。
【００１４】
本発明の目的は、中空糸膜の切れの発生を抑制すると共に、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図った膜モジュールを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００１６】
すなわち、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、
中空糸膜の中空内部を通る第１経路と、
中空糸膜の外壁面側を通る第２経路と、を形成して、中空糸膜の膜分離によって水分の分離を行う膜モジュールであって、
前記ケース内の空間部を仕切る一対の第１仕切り板及び第２仕切り板を設け、これら第１仕切り板と第２仕切り板との間に前記中空糸膜束を配設する構成とすると共に、
前記ケースにおける前記第１仕切り板に対向する面のうち前記中空糸膜束の一端側に設けられ、前記第２経路の一部を構成する第１開口部と、
前記ケースにおける前記第２仕切り板に対向する面のうち前記中空糸膜束の他端側に設けられ、前記第２経路の一部を構成する第２開口部と、
前記第１仕切り板における前記他端側に設けられ、前記第２経路の一部を構成する第３開口部と、
前記第２仕切り板における前記一端側に設けられ、前記第２経路の一部を構成する第４開口部と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
以上のような構成により、第２経路は、第１開口部からケース内に入り、ケースと第１仕切り板との間を通り、第３開口部から中空糸膜束内に入り、第４開口部から中空糸膜束から出て、ケースと第２仕切り板との間を通り、第２開口部からケース外へと出て行く経路、あるいは、この逆の経路となる。
【００１８】
従って、ケース内に入り込んだ流体が直接中空糸膜束に入り込むことはなく、中空糸膜が受ける衝撃を抑制できる。また、中空糸膜束内に入り込んだ流体は、中空糸膜束の他端側から一端側あるいはその逆を流れた後に中空糸膜束を出て行くので、中空糸膜のほぼ全長分が水分の膜分離に寄与する。
【００１９】
前記ケースにおける前記中空糸膜束の収容部を含む主要部分の形状が略六面体であるとよい。
【００２０】
このような構成とすれば、円筒形状のケースを用いる場合と比較して、搭載効率を上げることができる（同体積に対する投影面積を小さくできる）。
【００２１】
前記第３開口部及び第４開口部は複数の孔より構成されると共に、これらの孔の個数，形状及び大きさは、第３開口部の場合には前記他端側に向かうほど流量が大きく、第４開口部の場合には前記一端側に向かうほど流量が大きくなるように設定されているとよい。
【００２２】
このような構成とすれば、中空糸膜の端から端まで効率良く膜分離に寄与させることができる。
【００２３】
複数本の中空糸膜が並べてすだれ織りとされ、すだれ織りとされたのが幾重にも折り畳まれて前記中空糸膜束が構成されているとよい。
【００２４】
このような構成とすれば、中空糸膜同士が整列し、充填しやすく、また、中空糸膜強度を向上させることができる。
【００２５】
数本の中空糸膜の束を単位として編み込まれ、前記すだれ織りとされるとよい。
【００２６】
また、前記ケースと第１仕切り板との間に形成される流路と第１開口部との間，前記ケースと第２仕切り板との間に形成される流路と第２開口部との間，前記ケースと第１仕切り板との間に形成される流路と第３開口部との間、及び前記ケースと第２仕切り板との間に形成される流路と第４開口部との間のうち少なくともいずれか一つに、流体の流れを整える整流部材を設けるとよい。
【００２７】
従って、整流部材を設けた部分では、流体の流れがスムーズになり、圧力損失を抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールについて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。図２は本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールにおけるケース内部を模式的に示す斜視図である。なお、図２においては、ケース及び仕切り板に設けた開口部の配置関係が分かりやすくするために、配管，中空糸膜束及びケースの上面などは無くして簡略的に示している。
【００３０】
図３は本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールの模式的横断面図である。なお、図３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。
【００３１】
図示のように、膜モジュール１は、複数本の中空糸膜４によって形成される中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するケース２と、ケース２内の空間部を仕切る一対の第１仕切り板３１及び第２仕切り板３２とを備えている。
【００３２】
ケース２の主要部分の形状（中空糸膜束を収容する部分を含む基本形状（流体の入口あるいは出口となる開口部を有する配管部分を除く部分の形状））は、各図から分かるように、六面体（直方体）である。
【００３３】
そして、このケース２の主要部分における内部の空間部分を仕切るように、第１仕切り板３１及び第２仕切り板３２が配設されている。これら第１仕切り板３１及び第２仕切り板３２は、平板形状の部材であり、六面体形状のケース２における一対の面（図３では上面と下面）にそれぞれ固定される。
【００３４】
このように、第１仕切り板３１及び第２仕切り板３２を配設することにより空間部分を仕切り、断面が四角形状の中空糸膜束を収容する部分と、その両側の隙間部分を形成している。
【００３５】
中空糸膜束は、上記の通り、第１仕切り板３１と第２仕切り板３２との間に配設される。そして、中空糸膜束の両端部においては、それぞれ中空糸膜４の中空内部のみが開放されるように、中空糸膜４の外壁面及び第１仕切り板３１，第２仕切り板３２，ケース内壁面間がポッティング剤などの封止剤によって封止されている。
【００３６】
本実施の形態では、一端側の封止部（ポッティング部）は、外側のエポキシポッティング層５１と内側のシリコンポッティング層５２の２層から構成されている。また、他端側の封止部も同様に、外側のエポキシポッティング層５３と内側のシリコンポッティング層５４の２層から構成されている。
【００３７】
このように封止部を２層構造としたのは、比較的硬度の高いエポキシポッティング層５１，５３によって複数の中空糸膜４を強固に固定する一方で、柔軟なシリコンポッティング層５２，５４を設けることで、中空糸膜４の揺れに対する追随性を高くして、中空糸膜４と封止部との境界面付近における中空糸膜４の切れを抑制するためである。
【００３８】
ここで、第１仕切り板３１とケース２との間にできた隙間の両端部、及び第２仕切り板３２とケース２との間にできた隙間の両端部は、後述する第１経路を流れる流体と第２経路を流れる流体が相互に漏れないように封止する必要がある。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、上述したエポキシポッティング層とシリコンポッティング層で構成される封止部によって封止する構成とした。ただし、これらの隙間の両端は、他の方法（部材）によって封止する構成としても良い。
【００４０】
ケース２は、本実施の形態では、内部中空のケース本体２１と、その両端にそれぞれ設けられる第１カバー２２及び第２カバー２３と、から構成される。これらケース本体２１と第１カバー２２、及びケース本体２１と第２カバー２３は、適宜の方法により流体が接合部から漏れないように固着される。
【００４１】
第１カバー２２には、中空糸膜束の一端と対向する位置に開口部２２ａが設けられ、第２カバー２３には、中空糸膜束の他端と対向する位置に開口部２３ａが設けられる。
【００４２】
これにより、第１カバー２２に設けられた開口部２２ａからケース２内に入り（矢印Ｓ０）、中空糸膜４の中空内部を通り、第２カバー２３に設けられた開口部２３ａからケース２の外部へと出て行く（矢印Ｓ１）、あるいはその逆の第１経路が形成される。
【００４３】
また、ケース本体２１には、第１仕切り板３１に対向する面のうち中空糸膜束の一端側に、第１開口部２１ａが設けられ、また、第２仕切り板３２に対向する面のうち中空糸膜束の他端側に、第２開口部２１ｂが設けられている。
【００４４】
そして、第１仕切り板３１には、中空糸膜束の他端側に、第３開口部を構成する貫通孔３１ａ，３１ｂが設けられ、第２仕切り板３２には、中空糸膜束の一端側に、第４開口部を構成する貫通孔３２ａ，３２ｂが設けられている。なお、第３開口部を構成する貫通孔及び第４開口部を構成する貫通孔の個数，形状及び大きさについては、使用条件等によって適宜設定できる。
【００４５】
これらによって、ケース本体２１に設けられた第１開口部２１ａからケース２内に入り（矢印Ｔ０）、第１仕切り板３１とケース２との間の隙間を通り（矢印Ｔ１）、第１仕切り板３１に設けられた第３開口部（貫通孔３１ａ，３１ｂ）から中空糸膜束内に入り、中空糸膜束内部であって、かつ各中空糸膜４の外壁面側を通り、第２仕切り板３２に設けられた第４開口部（貫通孔３２ａ，３２ｂ）から中空糸膜束の外部に出て、第２仕切り板３２とケース２との間の隙間を通り（矢印Ｔ２）、ケース本体２１に設けられた第２開口部２１ｂからケース２の外部へと出て行く（矢印Ｔ３）、あるいはその逆の第２経路が形成される。
【００４６】
以上のような構成により、加湿膜モジュールとして利用する場合には、第１経路あるいは第２経路のうちの一方に、加湿対象流体（例えば乾燥気体）を流し、他方に水分を含む流体（例えば、水蒸気や水）を流す。これにより、膜分離作用によって水分を含む流体中の水分が加湿対象気体側に透過され分散されることで、加湿対象流体の湿度を高めることができる。例えば、上述した膜モジュール１を、固体高分子型燃料電池において、水素などの燃焼ガス及び酸素などの酸化剤ガスを加湿して供給するための加湿装置に好適に利用することができる。
【００４７】
これに対して、除湿膜モジュールとして利用する場合には、第１経路あるいは第２経路のうちの一方に、除湿対象流体（例えば湿潤気体）を流し、他方に乾燥気体（例えば乾燥空気）を流す。これにより、膜分離作用によって除湿対象流体中の水分が乾燥気体側に透過されるため、除湿対象気体の湿度を下げることができる。
【００４８】
そして、本実施の形態においては、ケース２内に流れ込んできた流体は、直接中空糸膜束内に入り込むことはなく、第１仕切り板３１とケース２との間の隙間、あるいは、第２仕切り板３２とケース２との間の隙間を流れた後に、第１仕切り板３１に設けられた第３開口部、あるいは、第２仕切り板３２に設けられた第４開口部から中空糸膜束内に入り込む。
【００４９】
従って、中空糸膜束内に入り込んでくる流体の衝撃を緩和することができるため、中空糸膜４の揺れを緩和でき、中空糸膜４の切れなどを抑制することができる。これにより、中空糸膜４の損傷による加湿効率あるいは除湿効率の低下を防止できる。
【００５０】
また、第２経路においては、一方の仕切り板側から他方の仕切り板側へと経由し、かつ、中空糸膜束の端から端へと経由するため、略全ての中空糸膜について、中空糸膜の全長分を膜分離に寄与させることができる。
【００５１】
従って、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図ることができる。
【００５２】
また、本実施の形態においては、ケース２の主要部分の形状が六面体であるので、ケースを従来知られている円筒形状とした場合と比べて搭載効率を上げることができる（同体積に対して投影面積を下げることができる）。
【００５３】
（第２の実施の形態）
図４及び図５には、第２の実施の形態が示されている。本実施の形態では、仕切り板に設ける開口部を構成する孔について工夫した構成が示されている。
【００５４】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５５】
図４は本発明の第２の実施の形態に係る膜モジュールに用いられる仕切り板の正面図である。
【００５６】
図示のように、本実施の形態においては、仕切り板３３に、第１貫通孔３３ａ，第２貫通孔３３ｂ，第３貫通孔３３ｃを設けている。なお、仕切り板３３は、上述の第１の実施の形態における第１仕切り板と第２仕切り板のうちのいずれか一方、あるいは両方に相当する。従って、第１貫通孔３３ａ，第２貫通孔３３ｂ及び第３貫通孔３３ｃは第３開口部と第４開口部のうちのいずれか一方、あるいは両方に相当する。
【００５７】
そして、本実施の形態では、図から明らかなように、第１貫通孔３３ａの孔面積が一番大きく、その次に、第２貫通孔３３ｂの孔面積が大きく、第３貫通孔３３ｃの孔面積が一番小さくなるように設定されている。つまり、端部に近付くほど、孔面積が大きくなるように設定されている。
【００５８】
このように設定した理由を説明する。
【００５９】
第３開口部あるいは第４開口部から中空糸膜束内に入り込む流体の流量は使用条件等により定まり、これにより開口部の開口面積はおおよそ設定される。このように設定された開口面積を満足させるために、単に円形の一つの貫通孔のみで対応したり、上記第１の実施の形態で説明した図１及び図２に示すように、同じ大きさの２つの貫通孔を単に並べて対応したりした場合には、第２流路の下流側である中空糸膜束の端部側から中空糸膜束内に入り込む流量が少なくなる傾向が出る。
【００６０】
つまり、上記第１の実施の形態の場合で説明すると、上流側となる貫通孔３１ｂあるいは貫通孔３２ｂから中空糸膜束内に入り込む流体の流量が多く、下流側となる貫通孔３１ａあるいは貫通孔３１ｂから中空糸膜束内に入り込む流体の流用が少なくなる傾向が出る。
【００６１】
従って、中空糸膜束の端部付近があまり膜分離に寄与されなくなってしまうおそれがある。
【００６２】
そこで、本実施の形態では、端部側の貫通孔ほど孔面積を大きくすることで、端部側からの流れを積極的にして、流体の流れを均一にするようにした。これにより、より一層効率良く、中空糸膜４の全長分を膜分離に寄与させることができる。
【００６３】
なお、上記の説明では、中空糸膜束に流れ込む場合を例にして説明したが、中空糸膜束の外へ出て行く流体の流れについても同様のことが言える。つまり、端部側からの流れを積極的にすることで、中空糸膜束外へ流出する流体の流れを均一にできる。従って、より一層効率良く、中空糸膜４の全長分を膜分離に寄与させることができる。
【００６４】
以上のように、仕切り板に設ける開口部においては、下流側となる端部側からの流れを積極的に行わせるように工夫することで、中空糸膜の全長分を効率良く膜分離に寄与させることができる。図４においては、貫通孔の面積を変化させることで、これを実現する例を示したがこれに限られることはなく、開口部を構成する貫通孔の個数，面積及び形状を適宜設定すれば良い。例えば、図５に示すように、仕切り板３４に設ける貫通孔３４ａの形状及び大きさは同じものでも、端部に近付くほど配置個数を増やすようにすれば、同様の効果が得られる。また、特に図示はしないが、貫通孔の形状を三角形として、底辺が端部側を向くようにしても同様の効果が得られる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
図６〜図１０には、第３の実施の形態が示されている。本実施の形態では、中空糸膜束の形成方法について工夫したものが示されている。
【００６６】
その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６７】
図６は本発明の第３の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。また、図１０は本発明の第３の実施の形態に係る中空糸膜束の斜視図である。
【００６８】
図６に示すように、本実施の形態においては、中空糸膜束は、簾織りの形態となっている。すなわち、複数本の中空糸膜が並べられて、簾織り編み糸４１によって簾状に編み込まれている。そして、簾状に編み込まれたものは、図１０に示すように、幾重にも折り畳まれた状態で、ケース２内に収容される。
【００６９】
このように、中空糸膜束は簾織りの状態でケース２内に収容されることから、１本１本ばらばらに収容される場合と比較すると、強度を高めることができ、中空糸膜４の揺れを抑制することができる。これにより、中空糸膜４の切れ等の損傷をより低減することが可能となる。
【００７０】
また、図１０に示すように、中空糸膜束は、簾織りされたものを折り畳んで収容すれば良いため、１本１本ばらばらに収容する場合と比較して、中空糸膜４の充填作業の作業効率を高めることができる。
【００７１】
また、簾編みされたものを折り畳んで収容することで、中空糸膜を整列配置させることができ、中空糸膜束における中空糸膜本数の密度を、中空糸膜をばらばらに収容する場合と比較して、より均一化することができる。
【００７２】
これにより安定した加湿効率あるいは除湿効率を維持できる。
【００７３】
また、簾状に編み込む際に、中空糸膜と中空糸膜との間に適度な隙間（例えば中空糸膜１本分程度の隙間）を設けることで、流体の流れを良くすることができ、水蒸気透過速度を向上させることができる。これにより、加湿効率をより一層向上させることができる。
【００７４】
また、図７に示すように、２本の中空糸膜４を１単位として簾織り編み糸４２によって簾状に編み込むことで、中空糸膜強度を更に高めることができる。また、図８に示すように、２本の中空糸膜４を１単位とする場合に、２本の中空糸膜４を編み糸４３によって束ねた後に、簾織り編み糸４２によって簾状に編み込むことで形状を安定化させることができる。従って、中空糸膜４の外壁面の露出表面積を安定させることができ、安定した加湿効率あるいは除湿効率を確保できる。
【００７５】
なお、このように２本の中空糸膜４を１単位として簾状に編み込んだものを幾重にも折り畳んだ場合でも、これを中空糸膜束の端部側から見た図９に示すように、中空糸膜１本分程度の隙間を確保できる。従って、中空糸膜４の外壁面側を流れる流体を効率良く流すことができる。
【００７６】
また、簾状に編み込む場合の１単位は、上記のように２本に限らず、３本以上としても良いことは言うまでもない。ただし、本数を増やせば、強度向上には寄与するが、中空糸膜４の外壁面側を流れる流体の流れの効率は低下するため、これらのバランスによって設定すれば良い。
【００７７】
ここで、上述した図７に示したように、２本の中空糸膜４を１単位として簾織り編み糸４２によって簾状に編み込んで、図１０に示すように折り畳んだ中空糸膜束を、図１〜図３に示すケース２に収容した膜モジュールを作製した。
【００７８】
なお、中空糸膜４の本数は５０００本使用し、中空糸膜４を収容する部分の断面積（図３に示す一対の第１仕切り板３１及び第２仕切り板３２とケース２によって区画された４角形の断面積（ポッティング剤の封入部面積））を約４５００ｍｍ^２とした。
【００７９】
このように作製された膜モジュール１において、中空糸膜４の中空内部を通る第１経路に湿度０％の乾燥ガスを流し、中空糸膜４の外壁面側を通る第２経路に湿度１００％の湿潤ガスを流した。
【００８０】
その結果、中空糸膜４の膜分離作用によって、水蒸気が膜を通過する速度（水蒸気透過速度）は、約１．４ｇ／ｓであった。
【００８１】
一方、上記従来技術の中で説明した図１１に示す円筒状のケース１０１における中空糸膜の収容部分の断面積（ポッティング剤封入断面積）を上記と同じく約４５００ｍｍ^２としたものを作製した。これに、上記と同一の中空糸膜（５０００本の中空糸膜を、２本の中空糸膜４を１単位として簾織り編み糸４２によって簾状に編み込んだもの（ただし、円柱形状に巻いたもの））を用い、これをケース１０１に収容して膜モジュール１００を作製した。なお、中空糸膜の有効長さも等しくしたものを用いた。
【００８２】
このように作製された膜モジュール１００において、中空糸膜の中空内部を通る第１経路に湿度０％の乾燥ガスを流し、中空糸膜の外壁面側を通る第２経路に湿度１００％の湿潤ガスを流した。その結果、中空糸膜の膜分離作用によって、水蒸気が膜を通過する速度（水蒸気透過速度）は、約１．０ｇ／ｓであった。
【００８３】
このように、ケース形状（ケースの主要部形状）が円筒のものに比べて、六面体形状のものの方が、水蒸気透過速度が優れていることが分かる。
【００８４】
（第４の実施の形態）
図１１〜図１４には、第４の実施の形態が示されている。本実施の形態では、ケースあるいは仕切り板に設けられた開口部付近に整流部材を設ける構成を示す。その他の構成および作用については第１の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。図１１〜図１４は本発明の第４の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【００８５】
図１１に示す膜モジュール１は、第１開口部２１ａと、ケース本体２１と第１仕切り板３１との間に形成される流路との間に、整流部材６１を設ける構成とした。
【００８６】
また、図１２に示す膜モジュール１は、図１１に示す膜モジュールの場合と同様に、整流部材６１を設けると共に、第２開口部２１ｂと、ケース本体２１と第２仕切り板３２との間に形成される流路との間に、整流部材６２を設ける構成とした。
【００８７】
これらの整流部材６１，６２は、第１開口部２１ａあるいは第２開口部２１ｂからポッティング剤などの樹脂接着剤を流し込んで硬化させることなどにより得ることができる。勿論、別途成形した樹脂部品などを組み込むようにしても良い。
【００８８】
また、図１３に示す膜モジュール１は、第１開口部２１ａと、ケース本体２１と第１仕切り板３１との間に形成される流路との間，第２開口部２１ｂと、ケース本体２１と第２仕切り板３２との間に形成される流路との間，第３開口部（貫通孔３１ａ，３１ｂ）と、ケース本体２１と第１仕切り板３１との間に形成される流路との間、及び第４開口部（貫通孔３２ａ，３２ｂ）と、ケース本体２１と第２仕切り板３２との間に形成される流路との間にそれぞれ整流部材７１，７２，７３，７４を設ける構成とした。
【００８９】
ここでは、整流部材７１，７２，７３，７４として板状の部材を組み込む構成を採用した。
【００９０】
また、図１４に示す膜モジュール１は、第１開口部２１ａと、ケース本体２１と第１仕切り板３１との間に形成される流路との間，第２開口部２１ｂと、ケース本体２１と第２仕切り板３２との間に形成される流路との間，第３開口部（貫通孔３１ａ，３１ｂ）と、ケース本体２１と第１仕切り板３１との間に形成される流路との間、及び第４開口部（貫通孔３２ａ，３２ｂ）と、ケース本体２１と第２仕切り板３２との間に形成される流路との間にそれぞれ整流部材８１，８２，８３，８４を設ける構成とした。
【００９１】
ここでは、整流部材８１，８２，８３，８４として、樹脂接着剤を硬化させる構成を採用した。
【００９２】
そして、上記各図に示す整流部材は、いずれも所定の傾斜角度を有する傾斜面を備えている。この傾斜面は、図１１〜図１３に示すように、平面状の傾斜面で構成することもできるし、図１４に示すように、曲面状の傾斜面で構成することもできる。これらの傾斜面の傾斜角度は、開口部からケースと仕切り板により形成される流路に向かって流体がスムーズに流れていくように、あるいは、ケースと仕切り板により形成される流路から開口部に向かって流体がスムーズに流れていくように適宜設定すれば良い。
【００９３】
このように、各開口部と、ケースと仕切り板により形成される流路との間の流体の流れを、この傾斜面によって整流させている。従って、整流部材を設けることによって、ガス溜まりなどがなくなり、流体の流れがスムーズになるため、圧力損失の低減を図ることが可能となる。
【００９４】
以下、これら整流部材による効果を実証した試験結果について説明する。ここでは、図１に示す整流部材を備えていないものと、図１１に示す第１開口部側のみ整流部材を備えたものと、図１２に示す第１開口部側と第２開口部側に整流部材を備えたものそれぞれの試験結果を説明する。
【００９５】
膜モジュールの基本的な構成（整流部材以外の構成）に関しては、いずれも同一構成とした。そして、中空糸膜４の本数は４３００本とした。そして、図１１に示す構成における整流部材６１、及び図１２に示す構成における整流部材６１，６２については、エポキシ樹脂を第１開口部２１ａあるいは第２開口部２１ｂから流し込んで硬化させることによって作製した。
【００９６】
そして、中空糸膜４の中空内部を通る第１経路には湿度０％の乾燥ガスを１０００ＮＬ／ｍｉｎの速度で流し込み、中空糸膜４の外壁面側を通る第２経路には湿度１００％の湿潤ガスを１０００ＮＬ／ｍｉｎの速度で流し込んだ。その結果、中空糸膜４の膜分離作用によって、水蒸気が膜を透過する速度（水蒸気透過速度）は約１．３ｇ／ｓｅｃであった。
【００９７】
そして、図１に示す構成の場合には、中空糸膜４の内側の圧力損失は１４ｋＰａ，中空糸膜４の外壁面側の圧力損失は１９ｋＰａであり、図１１に示す構成の場合には、中空糸膜４の内側の圧力損失は１４ｋＰａ，中空糸膜４の外壁面側の圧力損失は１５ｋＰａであり、図１２に示す構成の場合には、中空糸膜４の内側の圧力損失は１４ｋＰａ，中空糸膜４の外壁面側の圧力損失は１２ｋＰａであった。
【００９８】
以上のように、整流部材を設けることによって、圧力損失の低減を図れることが分かる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、中空糸膜の切れの発生を抑制すると共に、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールにおけるケース内部を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る膜モジュールの模式的横断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る膜モジュールに用いられる仕切り板の正面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る膜モジュールに用いられる仕切り板の正面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における中空糸膜束を端部側から見た一部拡大図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る中空糸膜束の斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図１５】従来技術に係る膜モジュールの一部破断斜視図である。
【図１６】従来技術に係る膜モジュールの模式的断面図である。
【符号の説明】
１膜モジュール
２ケース
２１ケース本体
２１ａ第１開口部
２１ｂ第２開口部
２２第１カバー
２２ａ開口部
２３第２カバー
２３ａ開口部
３１第１仕切り板
３１ａ，３１ｂ貫通孔
３２第２仕切り板
３２ａ，３２ｂ貫通孔
３３仕切り板
３３ａ第１貫通孔
３３ｂ第２貫通孔
３３ｃ第３貫通孔
３４仕切り板
３４ａ貫通孔
４中空糸膜
４１，４２簾織り編み糸
４３編み糸
５１，５３エポキシポッティング層
５２，５４シリコンポッティング層
６１，６２，７１，７２，７３，７４，８１，８２，８３，８４整流部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a membrane module that performs humidification or dehumidification by utilizing the membrane separation action of a hollow fiber membrane.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a membrane module that performs humidification or dehumidification by utilizing the membrane separation action of a hollow fiber membrane has been known.
[0003]
For example, a polymer electrolyte fuel cell requires a device for humidifying and supplying a combustion gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as oxygen (hereinafter, both are referred to as reaction gases). A device using a membrane module is known (see Patent Document 1).
[0004]
Such a conventional membrane module will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a partially cutaway perspective view of a membrane module according to the related art. FIG. 16 is a schematic sectional view of a membrane module according to the related art.
[0005]
As shown in the figure, a membrane module 100 according to the related art generally includes a case 101 and a hollow fiber membrane bundle 102 filled in the case 101.
[0006]
The case 101 has a substantially cylindrical shape, and has a first opening 101a at one end, a second opening 101b at the other end, and a third opening 101c and a fourth opening 101d on the side surface. ing.
[0007]
The hollow fiber membrane bundle 102 filled in the case 101 is sealed at both ends between the outer wall surface of the hollow fiber membrane and the inner wall surface of the case 101 so that only the inside of the hollow fiber membrane is opened. I have. That is, the first sealing and fixing part 104a is provided on the first opening 101a side, and the second sealing and fixing part 104b is provided on the second opening 101b side.
[0008]
The membrane module 100 configured as described above enters the case 101 from the first opening 101a side (arrow S0), passes through the hollow interior of the hollow fiber membrane, and passes from the second opening 101b to the outside of the case 101. The case 101 passes through the first path (arrow S1), enters the case 101 from the third opening 101c side (arrow T0), and passes through the outer wall surface side of the hollow fiber membrane to the outside of the case 101 from the fourth opening 101d. (Arrow T1) to form a second path.
[0009]
Then, the reaction gas flows through one of the first path and the second path, and water or steam flows through the other. As a result, the water or steam flowing to the other side is permeated toward the reaction gas by the membrane separation action of the hollow fiber membrane, and is diffused in the reaction gas.
[0010]
Thus, the reaction gas can be humidified.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 8-273687
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned membrane module, from the viewpoint of humidification or dehumidification efficiency improvement, the entire hollow fiber membrane constituting the hollow fiber membrane bundle is required to efficiently contribute to membrane separation.
[0013]
It is also required that the hollow fiber membrane is not cut by the impact of the fluid flowing into the hollow fiber membrane bundle. This is because if the hollow fiber membrane is cut and damaged, the hollow fiber membrane cannot contribute to membrane separation.
[0014]
An object of the present invention is to provide a membrane module that suppresses the occurrence of breakage of a hollow fiber membrane and improves humidification efficiency or dehumidification efficiency.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0016]
That is, a hollow fiber membrane bundle formed by a plurality of hollow fiber membranes,
A case accommodating the hollow fiber membrane bundle,
A first path through the hollow interior of the hollow fiber membrane;
A second path passing through the outer wall surface side of the hollow fiber membrane, and separating the moisture by membrane separation of the hollow fiber membrane,
A pair of first partition plate and second partition plate for partitioning the space in the case are provided, and the hollow fiber membrane bundle is arranged between the first partition plate and the second partition plate.
A first opening provided on one end side of the hollow fiber membrane bundle on a surface of the case facing the first partition plate, the first opening constituting a part of the second path;
A second opening that is provided on the other end side of the hollow fiber membrane bundle on a surface of the case that faces the second partition plate, and that configures a part of the second path;
A third opening provided on the other end side of the first partition plate and constituting a part of the second path;
A fourth opening provided on the one end side of the second partition plate and constituting a part of the second path;
It is characterized by having.
[0017]
With the above configuration, the second path enters the case from the first opening, passes between the case and the first partition plate, enters the hollow fiber membrane bundle from the third opening, and enters the fourth opening. The path exits from the hollow fiber membrane bundle through the section, passes between the case and the second partition plate, and exits from the second opening to the outside of the case, or the reverse path.
[0018]
Therefore, the fluid that has entered the case does not directly enter the hollow fiber membrane bundle, and the impact that the hollow fiber membrane receives can be suppressed. Further, the fluid that has entered the hollow fiber membrane bundle exits the hollow fiber membrane bundle after flowing from one end to the other end of the hollow fiber membrane bundle or vice versa. Contributes to membrane separation.
[0019]
It is preferable that the shape of the main part of the case including the housing portion of the hollow fiber membrane bundle is substantially hexahedral.
[0020]
With such a configuration, the mounting efficiency can be increased (the projected area for the same volume can be reduced) as compared with the case where a cylindrical case is used.
[0021]
The third opening and the fourth opening are formed of a plurality of holes, and the number, shape and size of these holes are such that the flow rate increases toward the other end in the case of the third opening. In the case of the fourth opening, the flow rate may be set to increase toward the one end.
[0022]
With such a configuration, it is possible to efficiently contribute to membrane separation from end to end of the hollow fiber membrane.
[0023]
It is preferable that the hollow fiber membrane bundle is formed by arranging a plurality of hollow fiber membranes side by side to form a blind weave, and folding the hollow weave into multiple layers.
[0024]
With such a configuration, the hollow fiber membranes can be aligned and easily filled, and the hollow fiber membrane strength can be improved.
[0025]
It is preferable to knit a bundle of several hollow fiber membranes as a unit, and to make the above-mentioned blind weave.
[0026]
In addition, a flow path formed between the case and the first partition plate and the first opening, and a flow path formed between the case and the second partition plate and the second opening are formed. And a flow path formed between the case and the first partition plate and the third opening, and a flow path formed between the case and the second partition plate and the fourth opening. A rectifying member for adjusting the flow of the fluid may be provided in at least one of the positions.
[0027]
Therefore, in the portion where the flow regulating member is provided, the flow of the fluid becomes smooth, and the pressure loss can be suppressed.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be illustratively 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 thereto unless otherwise specified. Absent.
[0029]
(First Embodiment)
A membrane module according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of the membrane module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the inside of the case in the membrane module according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the piping, the hollow fiber membrane bundle, the upper surface of the case, and the like are omitted for easy understanding of the arrangement relationship of the openings provided in the case and the partition plate.
[0030]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the membrane module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a drawing corresponding to the AA cross section of FIG. However, it does not correspond to the AA cross section in FIG. 1 itself, but corresponds to the AA cross section before the cross section in FIG.
[0031]
As shown in the drawing, the membrane module 1 includes a hollow fiber membrane bundle formed by a plurality of hollow fiber membranes 4, a case 2 accommodating the hollow fiber membrane bundle, and a pair of first fibers partitioning a space in the case 2. A partition plate 31 and a second partition plate 32 are provided.
[0032]
The shape of the main portion of the case 2 (the basic shape including the portion for accommodating the hollow fiber membrane bundle (the shape of the portion excluding the pipe portion having an opening serving as an inlet or outlet for a fluid)) can be seen from each of the drawings. It is a hexahedron (cuboid).
[0033]
A first partition plate 31 and a second partition plate 32 are arranged so as to partition an internal space in a main portion of the case 2. The first partition plate 31 and the second partition plate 32 are plate-shaped members, and are respectively fixed to a pair of surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 3) of the hexahedral case 2.
[0034]
In this manner, the first partition plate 31 and the second partition plate 32 are arranged to partition the space, and to form a portion for accommodating a hollow fiber membrane bundle having a rectangular cross section and gap portions on both sides thereof. I have.
[0035]
The hollow fiber membrane bundle is provided between the first partition plate 31 and the second partition plate 32 as described above. Then, at both ends of the hollow fiber membrane bundle, the outer wall surface of the hollow fiber membrane 4, the first partition plate 31, the second partition plate 32, and the inside of the case are opened such that only the hollow interior of the hollow fiber membrane 4 is opened. The wall surfaces are sealed with a sealing agent such as a potting agent.
[0036]
In the present embodiment, the sealing portion (potting portion) on one end side is composed of two layers: an outer epoxy potting layer 51 and an inner silicon potting layer 52. Similarly, the sealing portion at the other end is also composed of two layers, an outer epoxy potting layer 53 and an inner silicon potting layer 54.
[0037]
The reason why the sealing portion has the two-layer structure is that the plurality of hollow fiber membranes 4 are firmly fixed by the relatively hard epoxy potting layers 51 and 53, while the flexible silicon potting layers 52 and 54 are fixed. This is because the provision of the hollow fiber membrane 4 increases the followability of the hollow fiber membrane 4 against shaking and suppresses the breakage of the hollow fiber membrane 4 near the boundary surface between the hollow fiber membrane 4 and the sealing portion.
[0038]
Here, both ends of the gap formed between the first partition plate 31 and the case 2 and both ends of the gap formed between the second partition plate 32 and the case 2 flow through a first path described later. It is necessary to seal the fluid and the fluid flowing through the second path so that they do not leak from each other.
[0039]
Therefore, in the present embodiment, the configuration is such that the sealing is performed by the sealing portion including the epoxy potting layer and the silicon potting layer described above. However, both ends of these gaps may be sealed by another method (member).
[0040]
In the present embodiment, the case 2 includes a case main body 21 having a hollow interior, and a first cover 22 and a second cover 23 provided at both ends thereof. The case body 21 and the first cover 22 and the case body 21 and the second cover 23 are fixed by an appropriate method so that fluid does not leak from the joint.
[0041]
The first cover 22 has an opening 22a at a position facing one end of the hollow fiber membrane bundle, and the second cover 23 has an opening 23a at a position facing the other end of the hollow fiber membrane bundle. .
[0042]
As a result, the case 2 enters into the case 2 through the opening 22 a provided in the first cover 22 (arrow S <b> 0), passes through the hollow interior of the hollow fiber membrane 4, and passes through the opening 23 a provided in the second cover 23. A first path that goes out (arrow S1) or vice versa is formed.
[0043]
In the case body 21, a first opening 21a is provided at one end side of the hollow fiber membrane bundle among the surfaces facing the first partition plate 31, and the surface facing the second partition plate 32 is provided. A second opening 21b is provided on the other end side of the hollow fiber membrane bundle.
[0044]
The first partition plate 31 is provided with through holes 31a and 31b constituting a third opening on the other end side of the hollow fiber membrane bundle, and the second partition plate 32 is provided with one end of the hollow fiber membrane bundle. On the side, through holes 32a and 32b constituting a fourth opening are provided. Note that the number, shape, and size of the through-holes forming the third opening and the through-holes forming the fourth opening can be appropriately set depending on use conditions and the like.
[0045]
As a result, the first partition 21 enters the case 2 from the first opening 21a provided in the case main body 21 (arrow T0), passes through the gap between the first partition plate 31 and the case 2 (arrow T1), and passes through the first partition plate. The third partition (through holes 31a, 31b) provided in the hollow fiber membrane bundle enters the hollow fiber membrane bundle through the third opening (through-holes 31a, 31b), and passes through the outer wall surface side of each hollow fiber membrane 4 inside the hollow fiber membrane bundle. The case exits from the hollow fiber membrane bundle through the fourth opening (through holes 32a, 32b) provided in the plate 32, passes through the gap between the second partition plate 32 and the case 2 (arrow T2), and is a case body. A second path is formed that goes out of the case 2 through the second opening 21b provided in the case 21 (arrow T3) or vice versa.
[0046]
With the above configuration, when used as a humidifying membrane module, a fluid to be humidified (eg, a dry gas) flows through one of the first path and the second path, and a fluid containing moisture (eg, Steam or water). Thereby, the moisture in the fluid containing moisture is transmitted to the humidification target gas side and dispersed by the membrane separation action, so that the humidity of the humidification target fluid can be increased. For example, the above-described membrane module 1 can be suitably used for a humidifier for humidifying and supplying a combustion gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as oxygen in a polymer electrolyte fuel cell.
[0047]
On the other hand, when used as a dehumidifying membrane module, a fluid to be dehumidified (for example, a wet gas) flows through one of the first path and the second path, and a dry gas (for example, dry air) flows into the other. . This allows the moisture in the fluid to be dehumidified to permeate to the dry gas side due to the membrane separation action, so that the humidity of the gas to be dehumidified can be reduced.
[0048]
In the present embodiment, the fluid that has flowed into the case 2 does not directly enter the hollow fiber membrane bundle, and the gap between the first partition plate 31 and the case 2 or the second partition After flowing through the gap between the plate 32 and the case 2, the inside of the hollow fiber membrane bundle passes through the third opening provided in the first partition plate 31 or the fourth opening provided in the second partition plate 32. Get into it.
[0049]
Therefore, since the impact of the fluid entering the bundle of hollow fiber membranes can be reduced, the swinging of the hollow fiber membrane 4 can be reduced, and the breakage of the hollow fiber membrane 4 can be suppressed. Thereby, it is possible to prevent the humidification efficiency or the dehumidification efficiency from being lowered due to the damage of the hollow fiber membrane 4.
[0050]
Further, in the second path, the hollow fiber membrane passes from one partition plate side to the other partition plate side and from one end of the hollow fiber membrane bundle to the other end. The entire length of the membrane can contribute to membrane separation.
[0051]
Therefore, humidification efficiency or dehumidification efficiency can be improved.
[0052]
Further, in the present embodiment, since the shape of the main part of the case 2 is hexahedral, the mounting efficiency can be increased as compared with the case where the case is formed in a conventionally known cylindrical shape (for the same volume). The projected area can be reduced).
[0053]
(Second embodiment)
4 and 5 show a second embodiment. In the present embodiment, a configuration in which a hole constituting an opening provided in a partition plate is devised is shown.
[0054]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, the same components will be denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted.
[0055]
FIG. 4 is a front view of a partition plate used for the membrane module according to the second embodiment of the present invention.
[0056]
As shown, in the present embodiment, the partition plate 33 is provided with a first through hole 33a, a second through hole 33b, and a third through hole 33c. Note that the partition plate 33 corresponds to one or both of the first partition plate and the second partition plate in the above-described first embodiment. Therefore, the first through hole 33a, the second through hole 33b, and the third through hole 33c correspond to one or both of the third opening and the fourth opening.
[0057]
In the present embodiment, as is apparent from the figure, the hole area of the first through hole 33a is the largest, the hole area of the second through hole 33b is the second largest, and the hole of the third through hole 33c is the largest. The area is set to be the smallest. That is, the hole area is set to be larger as approaching the end.
[0058]
The reason for this setting will be described.
[0059]
The flow rate of the fluid that enters the hollow fiber membrane bundle from the third opening or the fourth opening is determined by the use conditions and the like, whereby the opening area of the opening is roughly set. In order to satisfy the opening area set in this way, only one circular through hole is used, or the same size as shown in FIGS. 1 and 2 described in the first embodiment. When the two through-holes are simply arranged to correspond to each other, the flow rate that enters the hollow fiber membrane bundle from the end side of the hollow fiber membrane bundle downstream of the second flow path tends to decrease.
[0060]
In other words, in the case of the first embodiment, the flow rate of the fluid that enters the hollow fiber membrane bundle from the upstream through-hole 31b or through-hole 32b is large, and the downstream through-hole 31a or through-hole 31b. There is a tendency that diversion of the fluid entering the hollow fiber membrane bundle from 31b is reduced.
[0061]
Therefore, there is a possibility that the vicinity of the end of the hollow fiber membrane bundle does not contribute much to the membrane separation.
[0062]
Therefore, in the present embodiment, the flow from the end side is made positive and the flow of the fluid is made uniform by increasing the through-hole area toward the end side. Thereby, the entire length of the hollow fiber membrane 4 can be more efficiently contributed to membrane separation.
[0063]
In the above description, the case of flowing into the hollow fiber membrane bundle has been described as an example, but the same can be said for the flow of the fluid that goes out of the hollow fiber membrane bundle. That is, by making the flow from the end portion positive, the flow of the fluid flowing out of the hollow fiber membrane bundle can be made uniform. Therefore, the entire length of the hollow fiber membrane 4 can be more efficiently contributed to membrane separation.
[0064]
As described above, in the opening provided in the partition plate, by contriving the flow from the downstream end, the entire length of the hollow fiber membrane contributes to the membrane separation efficiently. Can be done. FIG. 4 shows an example in which this is realized by changing the area of the through-hole. However, the present invention is not limited to this, and the number, area, and shape of the through-holes constituting the opening may be appropriately set. good. For example, as shown in FIG. 5, even if the shape and the size of the through holes 34a provided in the partition plate 34 are the same, the same effect can be obtained by increasing the number of the through holes 34a closer to the end. Although not particularly shown, the same effect can be obtained even if the shape of the through hole is triangular and the bottom side faces the end.
[0065]
(Third embodiment)
6 to 10 show a third embodiment. In this embodiment, a method for forming a hollow fiber membrane bundle is devised.
[0066]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, the same components will be denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted.
[0067]
FIG. 6 is a partially enlarged view of the hollow fiber membrane bundle according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a perspective view of a hollow fiber membrane bundle according to the third embodiment of the present invention.
[0068]
As shown in FIG. 6, in this embodiment, the hollow fiber membrane bundle is in the form of a weave. That is, a plurality of hollow fiber membranes are arranged and knitted in a cord shape by a cord weaving yarn 41. As shown in FIG. 10, the braided cord is stored in the case 2 in a state of being folded many times.
[0069]
As described above, since the hollow fiber membrane bundle is housed in the case 2 in a weave state, the strength can be increased as compared with the case where the hollow fiber membrane bundle is housed individually, and the hollow fiber membrane 4 Shaking can be suppressed. This makes it possible to further reduce damage such as breakage of the hollow fiber membrane 4.
[0070]
Further, as shown in FIG. 10, the hollow fiber membrane bundle may be folded and accommodated in a hollow fiber membrane bundle. Work efficiency can be improved.
[0071]
In addition, by folding and accommodating the knitted fabric, the hollow fiber membranes can be arranged and arranged, and the density of the hollow fiber membranes in the hollow fiber membrane bundle is compared with the case where the hollow fiber membranes are separately housed. As a result, it can be made more uniform.
[0072]
Thereby, stable humidification efficiency or dehumidification efficiency can be maintained.
[0073]
In addition, when knitting in a blind shape, by providing an appropriate gap (for example, a gap of about one hollow fiber membrane) between the hollow fiber membranes, the flow of the fluid can be improved, The water vapor transmission rate can be improved. Thereby, the humidification efficiency can be further improved.
[0074]
In addition, as shown in FIG. 7, the strength of the hollow fiber membrane can be further increased by knitting the two hollow fiber membranes 4 into one unit using the cord weaving yarn 42 in a cord form. As shown in FIG. 8, when the two hollow fiber membranes 4 are defined as one unit, the two hollow fiber membranes 4 are bundled by a knitting yarn 43 and then knitted in a cord shape by a cord weaving yarn 42. This can stabilize the shape. Therefore, the exposed surface area of the outer wall surface of the hollow fiber membrane 4 can be stabilized, and stable humidification efficiency or dehumidification efficiency can be secured.
[0075]
Even in the case where the two hollow fiber membranes 4 are knitted in a blind shape in a unit as one unit and folded in multiple layers, as shown in FIG. 9 viewed from the end side of the hollow fiber membrane bundle. A gap of about one hollow fiber membrane can be secured. Therefore, the fluid flowing on the outer wall surface side of the hollow fiber membrane 4 can flow efficiently.
[0076]
Further, it is needless to say that one unit in the case of knitting in a blind shape is not limited to two as described above, and may be three or more. However, increasing the number contributes to the improvement of the strength, but the efficiency of the flow of the fluid flowing on the outer wall surface side of the hollow fiber membrane 4 is reduced.
[0077]
Here, as shown in FIG. 7 described above, the hollow fiber membrane bundle which is woven in a cord shape by the cord weaving yarn 42 with the two hollow fiber membranes 4 as one unit and folded as shown in FIG. A membrane module housed in the case 2 shown in FIGS. 1 to 3 was produced.
[0078]
The number of hollow fiber membranes 4 is 5,000, and the cross-sectional area of a portion that accommodates the hollow fiber membranes 4 (partitioned by a pair of the first partition plate 31 and the second partition plate 32 shown in FIG. The cross-sectional area of the square (the area of the potting agent enclosure) is about 4500 mm ² And
[0079]
In the membrane module 1 thus manufactured, a dry gas having a humidity of 0% flows through the first path passing through the hollow interior of the hollow fiber membrane 4, and a humidity of 100% flows through the second path passing the outer wall surface side of the hollow fiber membrane 4. Was passed through.
[0080]
As a result, the speed at which water vapor passed through the membrane (water vapor transmission speed) due to the membrane separation action of the hollow fiber membrane 4 was about 1.4 g / s.
[0081]
On the other hand, the cross-sectional area (the potting agent-enclosed cross-sectional area) of the hollow fiber membrane accommodating portion in the cylindrical case 101 shown in FIG. ² Was prepared. The same hollow fiber membrane as described above (5,000 hollow fiber membranes are woven in a cord shape by a cord weaving yarn 42 with two hollow fiber membranes 4 as one unit (however, wound into a cylindrical shape). )) And housed in a case 101 to produce a membrane module 100. A hollow fiber membrane having the same effective length was used.
[0082]
In the membrane module 100 thus manufactured, a dry gas having a humidity of 0% is passed through the first path passing through the hollow inside of the hollow fiber membrane, and a 100% humidity is passed through the second path passing through the outer wall surface side of the hollow fiber membrane. The gas was flushed. As a result, the speed at which water vapor passed through the membrane (water vapor transmission speed) due to the membrane separation effect of the hollow fiber membrane was about 1.0 g / s.
[0083]
Thus, it can be seen that the hexahedral shape has a better water vapor transmission rate than the cylindrical shape of the case (the shape of the main part of the case).
[0084]
(Fourth embodiment)
11 to 14 show a fourth embodiment. In the present embodiment, a configuration is described in which a rectifying member is provided near an opening provided in a case or a partition plate. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, the same components will be denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted. 11 to 14 are schematic longitudinal sectional views of a membrane module according to a fourth embodiment of the present invention.
[0085]
The membrane module 1 shown in FIG. 11 has a configuration in which a rectifying member 61 is provided between the first opening 21a and a flow path formed between the case main body 21 and the first partition plate 31.
[0086]
Further, the membrane module 1 shown in FIG. 12 is provided with the rectifying member 61 and the gap between the second opening 21b, the case body 21 and the second partition plate 32 as in the case of the membrane module shown in FIG. The rectifying member 62 is provided between the formed flow path.
[0087]
These rectifying members 61 and 62 can be obtained by pouring a resin adhesive such as a potting agent from the first opening 21a or the second opening 21b and curing the resin. Of course, a separately molded resin part or the like may be incorporated.
[0088]
Further, the membrane module 1 shown in FIG. 13 includes a first opening 21a, a flow path formed between the case main body 21 and the first partition plate 31, a second opening 21b, and a case main body 21. Between the flow path formed between the second partition plate 32 and the third opening portion (through holes 31a and 31b), and between the case body 21 and the first partition plate 31. Rectifying members 71, 72, 73, 74 between the fourth opening (through holes 32a, 32b) and the flow path formed between the case body 21 and the second partition plate 32, respectively. Is provided.
[0089]
Here, a configuration in which a plate-shaped member is incorporated as the rectifying members 71, 72, 73, 74 is employed.
[0090]
Further, the membrane module 1 shown in FIG. 14 includes a first opening 21a, a flow path formed between the case main body 21 and the first partition plate 31, a second opening 21b, and a case main body 21. Between the flow path formed between the second partition plate 32 and the third opening portion (through holes 31a and 31b), and between the case body 21 and the first partition plate 31. Rectifying members 81, 82, 83, 84 between the fourth opening (through holes 32 a, 32 b) and the flow path formed between the case body 21 and the second partition plate 32, respectively. Is provided.
[0091]
Here, the rectifying members 81, 82, 83 and 84 adopt a configuration in which a resin adhesive is cured.
[0092]
Each of the rectifying members shown in each of the drawings has an inclined surface having a predetermined inclination angle. This inclined surface can be constituted by a planar inclined surface as shown in FIGS. 11 to 13, or can be constituted by a curved inclined surface as shown in FIG. The inclination angles of these inclined surfaces are set so that the fluid smoothly flows from the opening toward the flow path formed by the case and the partition plate, or from the flow path formed by the case and the partition plate to the opening portion. May be set as appropriate so that the fluid flows smoothly toward.
[0093]
Thus, the flow of the fluid between each opening and the flow path formed by the case and the partition plate is rectified by the inclined surface. Accordingly, the provision of the rectifying member eliminates gas accumulation and the like, and makes the flow of the fluid smooth, so that it is possible to reduce the pressure loss.
[0094]
Hereinafter, test results that demonstrate the effects of these rectifying members will be described. Here, the one without the rectification member shown in FIG. 1, the one with the rectification member only on the first opening side shown in FIG. 11, and the one with the first opening side and the second opening side shown in FIG. The test results of each of those having the rectifying member will be described.
[0095]
Regarding the basic configuration of the membrane module (the configuration other than the rectifying member), all the configurations were the same. The number of the hollow fiber membranes 4 was 4,300. The rectifying member 61 in the configuration shown in FIG. 11 and the rectifying members 61 and 62 in the configuration shown in FIG. 12 were manufactured by pouring and curing epoxy resin from the first opening 21a or the second opening 21b. .
[0096]
Then, a dry gas having a humidity of 0% is introduced at a rate of 1000 NL / min into a first path passing through the hollow interior of the hollow fiber membrane 4 and a second path passing through the outer wall surface side of the hollow fiber membrane 4 has a humidity of 100%. The wet gas was flowed at a rate of 1000 NL / min. As a result, the speed at which water vapor permeated through the membrane (water vapor transmission speed) due to the membrane separation action of the hollow fiber membrane 4 was about 1.3 g / sec.
[0097]
In the case of the configuration shown in FIG. 1, the pressure loss inside the hollow fiber membrane 4 is 14 kPa, and the pressure loss on the outer wall surface side of the hollow fiber membrane 4 is 19 kPa. In the case of the configuration shown in FIG. The pressure loss inside the hollow fiber membrane 4 is 14 kPa, the pressure loss inside the hollow fiber membrane 4 is 15 kPa, and the pressure loss inside the hollow fiber membrane 4 is 14 kPa in the configuration shown in FIG. The pressure loss on the outer wall surface side of the hollow fiber membrane 4 was 12 kPa.
[0098]
As described above, it can be understood that the pressure loss can be reduced by providing the rectifying member.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the occurrence of breakage of the hollow fiber membrane can be suppressed, and the humidification efficiency or the dehumidification efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a membrane module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the inside of a case in the membrane module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the membrane module according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front view of a partition plate used for a membrane module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view of a partition plate used for a membrane module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partially enlarged view of a hollow fiber membrane bundle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partially enlarged view of a hollow fiber membrane bundle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partially enlarged view of a hollow fiber membrane bundle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partially enlarged view of a hollow fiber membrane bundle according to a third embodiment of the present invention as viewed from an end.
FIG. 10 is a perspective view of a hollow fiber membrane bundle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view of a membrane module according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic longitudinal sectional view of a membrane module according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view of a membrane module according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic longitudinal sectional view of a membrane module according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a partially cutaway perspective view of a membrane module according to the related art.
FIG. 16 is a schematic sectional view of a membrane module according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1 Membrane module
2 cases
21 Case body
21a first opening
21b 2nd opening
22 First cover
22a opening
23 Second cover
23a opening
31 1st partition
31a, 31b Through-hole
32 Second partition plate
32a, 32b through hole
33 Partition plate
33a first through hole
33b 2nd through hole
33c third through hole
34 Partition plate
34a Through hole
4 Hollow fiber membrane
41,42 woven knitting yarn
43 knitting yarn
51,53 Epoxy potting layer
52,54 Silicon potting layer
61, 62, 71, 72, 73, 74, 81, 82, 83, 84 Rectifying member

Claims

A hollow fiber membrane bundle formed by a plurality of hollow fiber membranes,
A case accommodating the hollow fiber membrane bundle,
A first path through the hollow interior of the hollow fiber membrane;
A second path passing through the outer wall surface side of the hollow fiber membrane, and separating the moisture by membrane separation of the hollow fiber membrane,
A pair of first partition plate and second partition plate for partitioning the space in the case are provided, and the hollow fiber membrane bundle is arranged between the first partition plate and the second partition plate.
A first opening provided on one end side of the hollow fiber membrane bundle on a surface of the case facing the first partition plate, the first opening constituting a part of the second path;
A second opening that is provided on the other end side of the hollow fiber membrane bundle on a surface of the case that faces the second partition plate, and that configures a part of the second path;
A third opening provided on the other end side of the first partition plate and constituting a part of the second path;
A fourth opening provided on the one end side of the second partition plate and constituting a part of the second path;
A membrane module comprising:

The membrane module according to claim 1, wherein a shape of a main portion of the case including a housing portion of the hollow fiber membrane bundle is substantially hexahedral.

The third opening and the fourth opening are composed of a plurality of holes, and the number, shape and size of these holes are such that in the case of the third opening, the flow rate increases toward the other end. 3. The membrane module according to claim 1, wherein in the case of the fourth opening, the flow rate is set to increase toward the one end.

4. The hollow fiber membrane bundle according to claim 1, wherein a plurality of hollow fiber membranes are arranged side by side to form a blind weave, and the hollow weave is folded several times to form the hollow fiber membrane bundle. 5. Membrane module.

The membrane module according to claim 4, wherein the membrane module is woven in bundles of a bundle of several hollow fiber membranes to form the blind weave.

Between the flow path formed between the case and the first partition plate and the first opening, between the flow path formed between the case and the second partition plate and the second opening, Between the flow path formed between the case and the first partition and the third opening, and between the flow path formed between the case and the second partition and the fourth opening. The membrane module according to any one of claims 1 to 5, wherein a rectifying member that regulates a flow of a fluid is provided in at least one of them.