JP2005046689A - Hollow fiber membrane module - Google Patents

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Masaharu Saito
昌晴 齋藤
Tamio Inamura
民雄 稲村
Takahiro Hayashi
隆浩 林
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Nok Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hollow fiber membrane module in which the volume of water content exchange by individual hollow fiber membranes is uniformed. <P>SOLUTION: The hollow fiber membrane module comprises first passages formed to penetrate through the interior hollows of the hollow fiber membranes 40, and second passages formed to penetrate along the outer wall side of the hollow fiber membranes 40. The module is also provided with a connection header 13, which joins the first and second passages together while preventing both passages from crossing each other and connects a first hollow fiber membrane cartridge 11 to a second hollow fiber membrane cartridge 12. The connection header 13 is provided with a mixing space M, which mixes fluids coming out of the interior hollow of each hollow fiber membrane of the first hollow fiber membrane cartridge 11. <P>COPYRIGHT: (C)2005,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中空糸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中空糸膜モジュールが知られている。例えば、固体高分子型燃料電池においては、水素と酸素の反応により電気と水蒸気が発生する。そして、この反応時に発生した電気は水分子を伴って移動するため、隔壁(イオン交換膜)を常に保湿しておく必要がある。従って、この隔壁を保湿するための加湿装置が必要となる。そこで、この加湿装置に上述した中空糸膜モジュールを利用したものが知られている。ここで、図3を参照して、中空糸膜の膜分離作用について簡単に説明する。図3は中空糸膜の模式的断面図であり、(A)はその縦断面図を示し、(B)はその横断面図を示している。図示のように、中空糸膜200の中空内部に流体Xを流し、中空糸膜の外壁面側にも流体Yを流す。すると、流体Xは、通常、層流を形成する。一方、流体Yは矢印Zに示すように、中空糸膜200の表面に衝突しながら流れていく。そして、流体Xと流体Yとの間に湿度差があると、中空糸膜の膜分離作用によって、湿度の高い流体側の水分(通常、水蒸気)が湿度の低い流体側に移動する。従って、一方の流体は加湿され、他方の流体は除湿される。
【0003】
ところで、中空糸膜の膜分離作用を利用した中空糸膜モジュールにおいては、加湿あるいは除湿に寄与する中空糸膜の膜表面積を如何に広くするかで、性能が決まる。すなわち、ケース内に充填された複数の中空糸膜に対して、如何に均等に流体を流せるかによって、加湿性能あるいは除湿性能は決まる。特に、中空糸膜の外壁面側を通る流体の流量にはバラツキが生じやすい。従って、加湿装置や除湿装置に適用される中空糸膜モジュールの分野においては、複数の中空糸膜に対する流量(特に、中空糸膜の外壁面側を通る流量)を如何に均等にするかということは、重要な課題の一つである。従来、この課題を解決することを目的とする技術がいくつか開示されている(例えば、特許文献1,2参照)。
【0004】
しかし、大型の中空糸膜モジュールや、流される流体の流量が大きな中空糸膜モジュールでは、複数の中空糸膜に対する流量の均等化を図るのは難しく、公知技術を用いても、十分に均等化を図ることはできなかった。
【0005】
ここで、複数の中空糸膜に対する流量が不均等な場合に、加湿性能あるいは除湿性能が悪くなる理由を簡単に説明する。当該流量が不均等な場合には、水分の交換量について、各中空糸膜間でバラツキが生じる。従って、十分に水分交換を行っていない中空糸膜が存在する。また、1本の中空糸膜の水分交換量には限度がある。すなわち、膜の内部と外部の湿度が等しくなると、それ以上の水分交換は行われなくなる。以上のことから、複数の中空糸膜に対する流量が不均等な場合には、中空糸膜モジュール全体における水分の交換効率が低くなってしまう。
【0006】
また、通常、中空糸膜モジュールの水分交換容量は、上記流量が均一に流れるものと仮定して設計される。しかし、実際には、上記流量は不均等であるため、中空糸膜内部の水分濃度について、各中空糸膜間でバラツキが生じる。従って、上記のように水分の交換容量を設計しても、個々の中空糸膜により水分の交換量が不足したり、水分の交換が過剰に行われたりすることになる。そして、水分の交換が過剰に行われている中空糸膜については、水分の交換が平衡に達してしまい、それ以上の水分の交換は行われなくなる。その結果、中空糸膜モジュール全体の水分の交換量が設計値に達しないことになってしまう。
【0007】
なお、特許文献2に開示された技術については、中空糸膜を織り込む必要があること、及び軸線側にシールを設ける必要があることから、構造が複雑になり、製作が困難になるなどの問題もある。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−298883号公報
【特許文献2】
特開平5−245347号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的の一つとして、個々の中空糸膜における水分の交換量の均等化を図ることが挙げられる。
【0010】
また、本発明の目的の一つとして、中空糸膜モジュール全体で、水分の交換効率の向上を図ることが挙げられる。
【0011】
また、本発明の目的の一つとして、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図ることが挙げられる。
【0012】
【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。
【0013】
すなわち、本発明は、複数の中空糸膜カートリッジを直列に接続して、上流側の中空糸膜カートリッジにおける複数の中空糸膜の中空内部から排出された流体を混合させた後に、下流側の中空糸膜カートリッジに送り込む構成を採用した。
【0014】
本発明の構成により、中空糸膜カートリッジ間で各中空糸膜の中空内部から排出された流体は混合される。これにより、下流側の中空糸膜カートリッジにおける各中空糸膜の中空内部には、水分濃度が均等になった流体が流される。従って、下流側の中空糸膜カートリッジにおける個々の中空糸膜における水分の交換量は均等化される。
【0015】
より具体的な、本発明の中空糸膜モジュールとしては、
ケース内に複数本の中空糸膜が収容されており、中空糸膜の中空内部を通る第1経路、及び中空糸膜の外壁面側を通る第2経路が形成されて、中空糸膜の膜分離により、これらの経路を流れる流体相互間で、水分の分離が行われる中空糸膜カートリッジを複数備えた中空糸膜モジュールであって、
第1経路と第2経路が相互に交錯しないように、第1経路どうし、及び第2経路どうしを繋ぎつつ、中空糸膜カートリッジどうしを接続する接続部材を備えると共に、
該接続部材には、流体が上流側の中空糸膜カートリッジの第1経路から下流側の中空糸膜カートリッジの第1経路へ流れていく過程で、上流側の中空糸膜カートリッジにおける各中空糸膜から出てきた流体を混合させる混合領域が設けられていることを特徴とするものが挙げられる。
【0016】
本発明の構成によれば、上流側の中空糸膜カートリッジの第1経路から排出された流体は、混合領域によって流体が混合された後に、下流側の中空糸膜カートリッジの第1経路へと流れていく。これにより、混合領域において、流体中の水分濃度の均等化を図ることができる。
【0017】
【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。
【0018】
(第1の実施の形態)
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る中空糸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中空糸膜モジュールの一部破断断面図である。
【0019】
図示のように、中空糸膜モジュール10は、第1中空糸膜カートリッジ11及び第2中空糸膜カートリッジ12と、これらの中空糸膜カートリッジを接続する接続部材としての接続ヘッダ13と、第1中空糸膜カートリッジ11の端部に取り付けられる第1ヘッダ14と、第2中空糸膜カートリッジ12の端部に取り付けられる第2ヘッダ15とを備える。
【0020】
第1中空糸膜カートリッジ11は、円筒部を有する外ケース20と、外ケース20の中に設けられ、円筒部を有する内ケース(インナーパイプ)30と、外ケース20と内ケース30との間の環状隙間に充填される複数本の中空糸膜40と、これらのケース両端で、各中空糸膜40の中空内部のみが開放されるように、複数の中空糸膜40を封止固定する第1封止固定部51及び第2封止固定部52とを備える。そして、外ケース20には、複数の貫通孔21が設けられている。また、内ケース30にも複数の貫通孔31が設けられている。
【0021】
このように構成される第1中空糸膜カートリッジ11には、ケースの一端側から中空糸膜40の中空内部を通って、ケースの他端側へと抜けていく第1経路が形成される。また、この第1中空糸膜カートリッジ11には、貫通孔21,31のうち一方の貫通孔から中空糸膜40の束内に入り、中空糸膜40の外壁面側を通って他方の貫通孔へと抜けていく第2経路が形成される。従って、第1経路と第2経路に、それぞれ湿度の異なる流体を流すことで、中空糸膜40の膜分離作用によって、一方を加湿し、他方を除湿することが可能となる。
【0022】
第2中空糸膜カートリッジ12は、第1中空糸膜カートリッジ11と同一の構成であるので、その説明は省略する。
【0023】
接続ヘッダ13は、内管部13aと外管部13bとを備える。内管部13aの内部によって、第1中空糸膜カートリッジ11における第1経路と第2中空糸膜カートリッジ12における第1経路どうしは繋がれている。内管部13aは、各カートリッジの外ケースの端部に嵌合されている。そして、この内管部13aの内周面と、各外ケースの外周面との間はシールされている。従って、内管部13aの内側の流体が内管部13aの外側に漏れることはなく、かつ、外側の流体が内管部13aの内側に侵入することはない。そして、内管部13aの内部においては、第1中空糸膜カートリッジ11における第1経路から排出された流体が混合される混合領域としてのミキシングスペースMが形成されている。このミキシングスペースMは、第1中空糸膜カートリッジ11の端面と第2中空糸膜カートリッジ12の端面との間隔を所定以上設けることにより形成している。このミキシングスペースMは、第1中空糸膜カートリッジ11における各中空糸膜40から排出された流体が十分混合される程度の領域を有している。
【0024】
また、外管部13bと内管部13aとの間の環状隙間によって、第1中空糸膜カートリッジ11における第2経路と第2中空糸膜カートリッジ12における第2経路どうしは繋がれている。外管部13bは、各カートリッジの外ケースに設けられた大径部(第1中空糸膜カートリッジ11においては、符号22で示した部分)に嵌合されている。そして、この外管部13bの内周面と、各外ケースに設けられた大径部の外周面との間はシールされている。従って、外管部13bの内側の流体が外管部13bの外側に漏れることはなく、かつ、外側の流体が外管部13bの内側に侵入することはない。
【0025】
第1ヘッダ14は、第1経路専用の通路を形成する第1管部14aと、第2経路専用の通路を形成する第2管部14bとを備える。この第1ヘッダ14本体は、第1中空糸膜カートリッジ11の外ケース20の端部に嵌合されている。そして、第1ヘッダ14本体の内周面と外ケース20の外周面との間はシールされている。また、第2管部14bは、内ケース30の端部に嵌合されている。そして、第2管部14bの内周面と内ケース30の外周面との間はシールされている。従って、いずれの管部についても、管の内側の流体が管の外側に漏れることはなく、管の外側から管の内側に流体が侵入することはない。
【0026】
第2ヘッダ15についても、第1管部15aと第2管部15bとを備えている。第2ヘッダ15は、第1ヘッダ14と同一の構成であるので、その詳細説明は省略する。
【0027】
以上の構成により、第1経路側に乾燥ガスを流し、第2経路側に湿潤ガスを流す場合について説明する。第1ヘッダ14の第1管部14aから入った乾燥ガスは(矢印X1)、第1中空糸膜カートリッジ11の一端側から各中空糸膜40の中空内部を通り、他端側へと出て行く。そして、この乾燥ガスは、接続ヘッダ13のミキシングスペースMの中で混合される(矢印X2)。混合された乾燥ガスは、その後、第2中空糸膜カートリッジ12の一端側から、第2中空糸膜カートリッジ12における各中空糸膜の中空内部を通り、他端側へと出て行く。そして、この乾燥ガスは、第2ヘッダ15の第1管部15aから出て行く(矢印X3)。なお、第1経路に流された乾燥ガスは、第1経路を流れる過程で加湿される。従って、途中からは乾燥ガスと呼ぶのは適当ではないが、説明の便宜上、乾燥ガスに統一して称することにした。以下の説明でも同様である。
【0028】
一方、第2ヘッダ15の第2管部15bから入った湿潤ガスは(矢印Y1)、第2中空糸膜カートリッジ12の内ケースの内部を通り、この内ケースに設けられた貫通孔から中空糸膜束内に向かって出て行く(矢印Y2)。そして、この湿潤ガスは各中空糸膜の外壁面側を通って、外ケースに設けられた貫通孔から、接続ヘッダ13における外管部13bと内管部13aとの間の環状隙間に入って行く(矢印Y3)。その後、この湿潤ガスは、第1中空糸膜カートリッジ11の外ケース20の貫通孔21から中空糸膜40の束内に向かって出て行く。そして、この湿潤ガスは、各中空糸膜の外壁面側を通って(矢印Y4)、内ケース30に設けられた貫通孔31から内ケース30の内部に入って行く。その後、この湿潤ガスは、内ケース30の内部を通って、第1ヘッダ14の第2管部14bから出て行く(矢印Y5)。なお、第2経路に流された湿潤ガスは、第2経路を流れる過程で除湿される。従って、途中からは湿潤ガスと呼ぶのは適当ではないが、説明の便宜上、湿潤ガスに統一して称することにした。以下の説明でも同様である。
【0029】
以上により、第1経路を流れる乾燥ガスは、第1中空糸膜カートリッジ11及び第2中空糸膜カートリッジ12のそれぞれで、中空糸膜の膜分離作用によって加湿される。また、第2経路を流れる湿潤ガスは、第1中空糸膜カートリッジ11及び第2中空糸膜カートリッジ12のそれぞれで、中空糸膜の膜分離作用によって除湿される。
【0030】
ここで、第2経路を流れる湿潤ガスの流量は、中空糸膜束の断面に対して、通常、不均等になる。これは、第2経路の入口と出口の位置関係や、中空糸膜の充填のされ方などに起因するものである。一般的に、中空糸膜束の束内部ほど流量が少なく、束の外部ほど流量が多くなる。特に、中空糸膜束とケースの壁面との間に隙間が生じて、この隙間付近の流量が多くなる。従って、中空糸膜の外壁面側を通る湿潤ガスの流量は、個々の中空糸膜に対して不均等になる。
【0031】
以上により、特に、第1経路について上流側となる第1中空糸膜カートリッジ11においては、個々の中空糸膜40によって、水分の交換量は不均等になる。特に、第1経路の下流側に向かうにつれて、この交換量の不均等の程度は段々大きくなっていく。従って、第1中空糸膜カートリッジ11の各中空糸膜40から排出される乾燥ガス中の水分濃度は、ばらついている。しかし、第1中空糸膜カートリッジ11の各中空糸膜40から排出された乾燥ガスは、ミキシングスペースMの中で混合される。そのため、第2中空糸膜カートリッジ12の各中空糸膜の中空内部に入って行く乾燥ガス中の水分濃度は均等になっている。
【0032】
従って、第2中空糸膜カートリッジ12においても、中空糸膜の外壁面側を通る湿潤ガスの流量は、個々の中空糸膜に対して不均等であるものの、個々の中空糸膜における水分の交換量の不均等を低減して、その均等化を図ることが可能となる。これは、第2中空糸膜カートリッジ12に入ってくる乾燥ガス中の水分濃度が均等になっていることの他、乾燥ガスの湿度が高くなっているため、膜の内外の湿度差が、第1中空糸膜カートリッジ11の場合と比較して小さくなっていることにも起因する。
【0033】
以上のように、第1経路に関して下流側となる第2中空糸膜カートリッジ12において、個々の中空糸膜における水分の交換量の均等化を図ることができる。これにより、中空糸膜モジュール10全体について、従来技術と比較すると、個々の中空糸膜における水分の交換量の均等化を図ることができる。従って、中空糸膜モジュール10全体における水分の交換効率が向上する。また、これに伴い、加湿効率あるいは除湿効率が向上する。
【0034】
なお、これまでの説明では、第1経路側に乾燥ガスを流し、第2経路側に湿潤ガスを流す場合について説明した。しかし、第1経路側に湿潤ガスを流し、第2経路側に乾燥ガスを流す場合でも同様の効果を発揮する。すなわち、第1経路における上流側となる第1中空糸膜カートリッジ11においては、個々の中空糸膜における水分交換量は不均等になる。従って、第1中空糸膜カートリッジ11の各中空糸膜における中空内部から排出される湿潤ガスの水分濃度は不均等になる。しかし、この排出された湿潤ガスは、ミキシングスペースMの中で混合される。従って、第2中空糸膜カートリッジ12における各中空糸膜に対して送られる湿潤ガスの水分濃度は均一になっている。従って、上記の場合と同様の効果を得ることができる。
【0035】
また、これまでの説明では、中空糸膜カートリッジを2つ接続する場合を説明したが、中空糸膜カートリッジを3つ以上接続しても良い。接続する中空糸膜カートリッジの個数を増加するほど、個々の中空糸膜における水分交換量の不均等を低減できる。
【0036】
(第2の実施の形態)
図2には、本発明の第2の実施の形態が示されている。上記第1の実施の形態では、中空糸膜カートリッジのケースが2重管で構成される場合を説明したが、本実施の形態では、当該ケースが単一の管で構成される場合を説明する。図2は本発明の第2の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの一部破断断面図である。
【0037】
図示のように、中空糸膜モジュール110は、第1中空糸膜カートリッジ111及び第2中空糸膜カートリッジ112と、これらの中空糸膜カートリッジを接続する接続部材としての接続ヘッダ113と、第1中空糸膜カートリッジ111の端部に取り付けられる第1ヘッダ114と、第2中空糸膜カートリッジ112の端部に取り付けられる第2ヘッダ115とを備える。
【0038】
第1中空糸膜カートリッジ111は、円筒部を有するケース120と、ケース120の中に充填される複数本の中空糸膜140と、このケース120の両端で、各中空糸膜140の中空内部のみが開放されるように、複数の中空糸膜140を封止固定する第1封止固定部151及び第2封止固定部152とを備える。そして、ケース120の両端付近の側面には、それぞれ複数の貫通孔121,122が設けられている。
【0039】
このように構成される第1中空糸膜カートリッジ111には、ケース120の一端側から中空糸膜140の中空内部を通って、ケース120の他端側へと抜けていく第1経路が形成される。また、この第1中空糸膜カートリッジ111には、貫通孔121,122のうち一方の貫通孔から中空糸膜140の束内に入り、中空糸膜140の外壁面側を通って他方の貫通孔へと抜けていく第2経路が形成される。従って、第1経路と第2経路に、それぞれ湿度の異なる流体を流すことで、中空糸膜140の膜分離作用によって、一方を加湿し、他方を除湿することが可能となる。
【0040】
第2中空糸膜カートリッジ112は、第1中空糸膜カートリッジ111と同一の構成であるので、その説明は省略する。
【0041】
接続ヘッダ113は、内管部113aと外管部113bとを備える。内管部113aの内部によって、第1中空糸膜カートリッジ111における第1経路と第2中空糸膜カートリッジ112における第1経路どうしは繋がれている。内管部113aは、各カートリッジのケースの端部に嵌合されている。そして、この内管部113aの内周面と、各ケースの外周面との間はシールされている。従って、内管部113aの内側の流体が内管部113aの外側に漏れることはなく、かつ、外側の流体が内管部113aの内側に侵入することはない。そして、内管部113aの内部においては、第1中空糸膜カートリッジ111における第1経路から排出された流体が混合される混合領域としてのミキシングスペースMが形成されている。このミキシングスペースMは、第1中空糸膜カートリッジ111の端面と第2中空糸膜カートリッジ112の端面との間隔を所定以上設けることにより形成している。このミキシングスペースMは、第1中空糸膜カートリッジ111における各中空糸膜140から排出された流体が十分混合される程度の領域を有している。
【0042】
また、外管部113bと内管部113aとの間の環状隙間によって、第1中空糸膜カートリッジ111における第2経路と第2中空糸膜カートリッジ112における第2経路どうしは繋がれている。外管部113bは、各カートリッジのケースに設けられた第1大径部(第1中空糸膜カートリッジ111においては、符号123で示した部分)に嵌合されている。そして、この外管部113bの内周面と、各ケースに設けられた大径部の外周面との間はシールされている。従って、外管部113bの内側の流体が外管部113bの外側に漏れることはなく、かつ、外側の流体が外管部113bの内側に侵入することはない。
【0043】
第1ヘッダ114は、第1経路専用の通路を形成する第1管部114aと、第2経路専用の通路を形成する第2管部114bとを備える。この第1ヘッダ114本体は、第1中空糸膜カートリッジ111のケース120の端部に嵌合されている。そして、第1ヘッダ14本体の内周面とケース120の端部の外周面と、第1ヘッダ14本体の内周面とケース120に設けられた第2大径部124の外周面との間はシールされている。従って、いずれの管部についても、管の内側の流体が管の外側に漏れることはなく、管の外側から管の内側に流体が侵入することはない。
【0044】
第2ヘッダ115についても、第1管部115aと第2管部115bとを備えている。第2ヘッダ115は、第1ヘッダ114と同一の構成であるので、その詳細説明は省略する。
【0045】
以上の構成により、第1経路側に乾燥ガスを流し、第2経路側に湿潤ガスを流す場合について説明する。第1ヘッダ114の第1管部114aから入った乾燥ガスは(矢印X1)、第1中空糸膜カートリッジ111の一端側から各中空糸膜140の中空内部を通り、他端側へと出て行く。そして、この乾燥ガスは、接続ヘッダ113のミキシングスペースMの中で混合される(矢印X2)。混合された乾燥ガスは、その後、第2中空糸膜カートリッジ112の一端側から、第2中空糸膜カートリッジ112における各中空糸膜の中空内部を通り、他端側へと出て行く。そして、この乾燥ガスは、第2ヘッダ115の第1管部115aから出て行く(矢印X3)。なお、第1経路に流された乾燥ガスは、第1経路を流れる過程で加湿される。従って、途中からは乾燥ガスと呼ぶのは適当ではないが、説明の便宜上、乾燥ガスに統一して称することにした。以下の説明でも同様である。
【0046】
一方、第2ヘッダ115の第2管部115bから入った湿潤ガスは(矢印Y1)、第2中空糸膜カートリッジ112のケースに設けられた貫通孔から中空糸膜束内に入って行く。そして、この湿潤ガスは各中空糸膜の外壁面側を通って(矢印Y2)、ケースに設けられた貫通孔から、接続ヘッダ113における外管部113bと内管部113aとの間の環状隙間に出て行く(矢印Y3)。その後、この湿潤ガスは、第1中空糸膜カートリッジ111のケース120の貫通孔121から中空糸膜140の束内に入って行く。そして、この湿潤ガスは、各中空糸膜の外壁面側を通って(矢印Y4)、ケース120に設けられた貫通孔122からケース120の外に出て行く。その後、この湿潤ガスは、第1ヘッダ114の第2管部114bから出て行く(矢印Y5)。なお、第2経路に流された湿潤ガスは、第2経路を流れる過程で除湿される。従って、途中からは湿潤ガスと呼ぶのは適当ではないが、説明の便宜上、湿潤ガスに統一して称することにした。以下の説明でも同様である。
【0047】
以上により、第1経路を流れる乾燥ガスは、第1中空糸膜カートリッジ111及び第2中空糸膜カートリッジ112のそれぞれで、中空糸膜の膜分離作用によって加湿される。また、第2経路を流れる湿潤ガスは、第1中空糸膜カートリッジ111及び第2中空糸膜カートリッジ112のそれぞれで、中空糸膜の膜分離作用によって除湿される。
【0048】
以上のように、本実施の形態においても、第1中空糸膜カートリッジ111の各中空糸膜140から排出された乾燥ガスは、ミキシングスペースMの中で混合される。そのため、第2中空糸膜カートリッジ112の各中空糸膜の中空内部に入って行く乾燥ガス中の水分濃度は均等になる。
【0049】
従って、上記第1の実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。また、第1経路側に湿潤ガスを流し、第2経路側に乾燥ガスを流す場合でも同様の効果を発揮することも、上記第1の実施の形態で説明した通りである。また、中空糸膜カートリッジを3つ以上接続しても良いことも、上記第1の実施の形態で説明した通りである。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、個々の中空糸膜における水分の交換量の均等化を図ることができる。従って、中空糸膜モジュール全体で、水分の交換効率の向上を図ることができる。また、これに伴い、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中空糸膜モジュールの一部破断断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの一部破断断面図である。
【図3】中空糸膜の模式的断面図である。
【符号の説明】
10 中空糸膜モジュール
11 第1中空糸膜カートリッジ
12 第2中空糸膜カートリッジ
13 接続ヘッダ
13a 内管部
13b 外管部
14 第1ヘッダ
14a 第1管部
14b 第2管部
15 第2ヘッダ
15a 第1管部
15b 第2管部
20 外ケース
21,31 貫通孔
22 大径部
30 内ケース
40 中空糸膜
51 第1封止固定部
52 第2封止固定部
110 中空糸膜モジュール
111 第1中空糸膜カートリッジ
112 第2中空糸膜カートリッジ
113 接続ヘッダ
113a 内管部
113b 外管部
114 第1ヘッダ
114a 第1管部
114b 第2管部
115 第2ヘッダ
115a 第1管部
115b 第2管部
120 ケース
121,122 貫通孔
123 第1大径部
124 第2大径部
140 中空糸膜
151 第1封止固定部
152 第2封止固定部
M ミキシングスペース
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hollow fiber membrane module that performs humidification or dehumidification utilizing the membrane separation action of a hollow fiber membrane.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a hollow fiber membrane module that performs humidification or dehumidification utilizing the membrane separation action of a hollow fiber membrane is known. For example, in a polymer electrolyte fuel cell, electricity and water vapor are generated by the reaction of hydrogen and oxygen. Since electricity generated during this reaction moves with water molecules, it is necessary to keep the partition wall (ion exchange membrane) moisturized. Therefore, a humidifier for keeping the partition moist is required. Then, what utilized the hollow fiber membrane module mentioned above for this humidifier is known. Here, the membrane separation action of the hollow fiber membrane will be briefly described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a hollow fiber membrane, wherein (A) shows a longitudinal cross-sectional view thereof, and (B) shows a cross-sectional view thereof. As shown in the figure, the fluid X is caused to flow inside the hollow fiber membrane 200, and the fluid Y is also caused to flow toward the outer wall surface of the hollow fiber membrane. Then, the fluid X usually forms a laminar flow. On the other hand, as indicated by an arrow Z, the fluid Y flows while colliding with the surface of the hollow fiber membrane 200. If there is a humidity difference between the fluid X and the fluid Y, the moisture on the fluid side with high humidity (usually water vapor) moves to the fluid side with low humidity due to the membrane separation action of the hollow fiber membrane. Accordingly, one fluid is humidified and the other fluid is dehumidified.
[0003]
By the way, in the hollow fiber membrane module using the membrane separation action of the hollow fiber membrane, the performance is determined by how wide the membrane surface area of the hollow fiber membrane contributing to humidification or dehumidification is increased. That is, the humidification performance or the dehumidification performance is determined depending on how evenly the fluid can flow through the plurality of hollow fiber membranes filled in the case. In particular, the flow rate of the fluid passing through the outer wall surface of the hollow fiber membrane tends to vary. Therefore, in the field of hollow fiber membrane modules applied to humidifiers and dehumidifiers, how to equalize the flow rate for multiple hollow fiber membranes (particularly, the flow rate through the outer wall surface of the hollow fiber membrane). Is one of the important issues. Conventionally, several techniques aimed at solving this problem have been disclosed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
[0004]
However, it is difficult to equalize the flow rate for multiple hollow fiber membranes in a large hollow fiber membrane module or a hollow fiber membrane module with a large flow rate of flowing fluid. It was not possible to plan.
[0005]
Here, the reason why the humidification performance or the dehumidification performance deteriorates when the flow rates for the plurality of hollow fiber membranes are uneven will be briefly described. When the flow rate is not uniform, the hollow fiber membranes vary with respect to the water exchange amount. Accordingly, there are hollow fiber membranes that do not sufficiently exchange moisture. In addition, there is a limit to the amount of water exchange of one hollow fiber membrane. That is, if the humidity inside and outside the membrane is equal, no further water exchange is performed. From the above, when the flow rates for the plurality of hollow fiber membranes are uneven, the water exchange efficiency in the entire hollow fiber membrane module is lowered.
[0006]
Moreover, normally, the water exchange capacity of the hollow fiber membrane module is designed on the assumption that the above flow rate flows uniformly. However, in practice, since the flow rate is uneven, the moisture concentration inside the hollow fiber membrane varies among the hollow fiber membranes. Therefore, even if the moisture exchange capacity is designed as described above, the amount of moisture exchange is insufficient or the moisture exchange is excessively performed by each hollow fiber membrane. And about the hollow fiber membrane in which the exchange of moisture is performed excessively, the exchange of moisture reaches equilibrium, and no further exchange of moisture is performed. As a result, the water exchange amount of the entire hollow fiber membrane module will not reach the design value.
[0007]
In addition, about the technique disclosed by patent document 2, since it is necessary to weave a hollow fiber membrane and it is necessary to provide a seal on the axis line side, the structure becomes complicated and the production becomes difficult. There is also.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-29883A [Patent Document 2]
JP-A-5-245347
[Problems to be solved by the invention]
One of the objects of the present invention is to equalize the water exchange amount in each hollow fiber membrane.
[0010]
One of the objects of the present invention is to improve the water exchange efficiency in the entire hollow fiber membrane module.
[0011]
One of the objects of the present invention is to improve the humidification efficiency or the dehumidification efficiency.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0013]
That is, the present invention connects a plurality of hollow fiber membrane cartridges in series, mixes the fluid discharged from the hollow interiors of the plurality of hollow fiber membranes in the upstream hollow fiber membrane cartridge, and then creates a hollow on the downstream side. Adopted a configuration to feed into the yarn membrane cartridge.
[0014]
By the structure of this invention, the fluid discharged | emitted from the hollow inside of each hollow fiber membrane is mixed between hollow fiber membrane cartridges. As a result, a fluid having a uniform moisture concentration flows into the hollow interior of each hollow fiber membrane in the downstream hollow fiber membrane cartridge. Therefore, the water exchange amount in each hollow fiber membrane in the downstream hollow fiber membrane cartridge is equalized.
[0015]
As a more specific hollow fiber membrane module of the present invention,
A plurality of hollow fiber membranes are accommodated in the case, and a first path passing through the hollow interior of the hollow fiber membrane and a second path passing through the outer wall surface of the hollow fiber membrane are formed, and the hollow fiber membrane membrane A hollow fiber membrane module including a plurality of hollow fiber membrane cartridges that separate moisture between fluids flowing through these paths by separation,
The first path and the second path are provided with a connecting member that connects the hollow fiber membrane cartridges while connecting the first path and the second path so that the first path and the second path do not cross each other.
In the connection member, each hollow fiber membrane in the upstream hollow fiber membrane cartridge in the course of fluid flowing from the first route of the upstream hollow fiber membrane cartridge to the first route of the downstream hollow fiber membrane cartridge. What is characterized by being provided with the mixing area | region which mixes the fluid which came out from was mentioned.
[0016]
According to the configuration of the present invention, the fluid discharged from the first path of the upstream hollow fiber membrane cartridge flows into the first path of the downstream hollow fiber membrane cartridge after the fluid is mixed by the mixing region. To go. Thereby, equalization of the moisture concentration in the fluid can be achieved in the mixing region.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent.
[0018]
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the hollow fiber membrane module which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a partially broken cross-sectional view of a hollow fiber membrane module according to a first embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in the drawing, the hollow fiber membrane module 10 includes a first hollow fiber membrane cartridge 11 and a second hollow fiber membrane cartridge 12, a connection header 13 as a connection member for connecting these hollow fiber membrane cartridges, and a first hollow fiber membrane module. A first header 14 attached to the end of the thread membrane cartridge 11 and a second header 15 attached to the end of the second hollow fiber membrane cartridge 12 are provided.
[0020]
The first hollow fiber membrane cartridge 11 includes an outer case 20 having a cylindrical portion, an inner case (inner pipe) 30 having a cylindrical portion, and between the outer case 20 and the inner case 30. A plurality of hollow fiber membranes 40 filled in the annular gap and a plurality of hollow fiber membranes 40 are sealed and fixed so that only the hollow interior of each hollow fiber membrane 40 is opened at both ends of the case. 1 sealing fixing part 51 and 2nd sealing fixing part 52 are provided. The outer case 20 is provided with a plurality of through holes 21. The inner case 30 is also provided with a plurality of through holes 31.
[0021]
The first hollow fiber membrane cartridge 11 configured as described above is formed with a first path from the one end side of the case through the hollow interior of the hollow fiber membrane 40 to the other end side of the case. In addition, the first hollow fiber membrane cartridge 11 enters the bundle of hollow fiber membranes 40 from one of the through holes 21 and 31 and passes through the outer wall surface of the hollow fiber membrane 40 to the other through hole. A second path is formed to escape. Therefore, it is possible to humidify one and dehumidify the other by flowing the fluid having different humidity through the first path and the second path by the membrane separation action of the hollow fiber membrane 40.
[0022]
Since the second hollow fiber membrane cartridge 12 has the same configuration as the first hollow fiber membrane cartridge 11, the description thereof is omitted.
[0023]
The connection header 13 includes an inner tube portion 13a and an outer tube portion 13b. The first path in the first hollow fiber membrane cartridge 11 and the first path in the second hollow fiber membrane cartridge 12 are connected by the inside of the inner tube portion 13a. The inner tube portion 13a is fitted to the end portion of the outer case of each cartridge. And the space | interval between the inner peripheral surface of this inner pipe part 13a and the outer peripheral surface of each outer case is sealed. Accordingly, the fluid inside the inner tube portion 13a does not leak to the outside of the inner tube portion 13a, and the outside fluid does not enter the inside of the inner tube portion 13a. And in the inside of the inner pipe part 13a, the mixing space M as a mixing area | region where the fluid discharged | emitted from the 1st path | route in the 1st hollow fiber membrane cartridge 11 is mixed is formed. The mixing space M is formed by providing a predetermined distance or more between the end surface of the first hollow fiber membrane cartridge 11 and the end surface of the second hollow fiber membrane cartridge 12. The mixing space M has a region where the fluid discharged from each hollow fiber membrane 40 in the first hollow fiber membrane cartridge 11 is sufficiently mixed.
[0024]
Further, the second path in the first hollow fiber membrane cartridge 11 and the second path in the second hollow fiber membrane cartridge 12 are connected by an annular gap between the outer tube portion 13b and the inner tube portion 13a. The outer tube portion 13b is fitted into a large-diameter portion (a portion indicated by reference numeral 22 in the first hollow fiber membrane cartridge 11) provided in the outer case of each cartridge. The space between the inner peripheral surface of the outer tube portion 13b and the outer peripheral surface of the large-diameter portion provided in each outer case is sealed. Therefore, the fluid inside the outer tube portion 13b does not leak to the outside of the outer tube portion 13b, and the outside fluid does not enter the inside of the outer tube portion 13b.
[0025]
The 1st header 14 is provided with the 1st pipe part 14a which forms the passage only for the 1st course, and the 2nd pipe part 14b which forms the passage only for the 2nd course. The main body of the first header 14 is fitted to the end of the outer case 20 of the first hollow fiber membrane cartridge 11. The space between the inner peripheral surface of the main body of the first header 14 and the outer peripheral surface of the outer case 20 is sealed. The second pipe portion 14 b is fitted to the end portion of the inner case 30. The space between the inner peripheral surface of the second pipe portion 14b and the outer peripheral surface of the inner case 30 is sealed. Therefore, in any pipe portion, the fluid inside the pipe does not leak to the outside of the pipe, and the fluid does not enter the inside of the pipe from the outside of the pipe.
[0026]
The second header 15 also includes a first tube portion 15a and a second tube portion 15b. Since the second header 15 has the same configuration as the first header 14, a detailed description thereof is omitted.
[0027]
A case will be described in which the above configuration causes a dry gas to flow on the first path side and a wet gas to flow on the second path side. The dry gas entering from the first pipe portion 14a of the first header 14 (arrow X1) passes from one end side of the first hollow fiber membrane cartridge 11 through the hollow interior of each hollow fiber membrane 40 to the other end side. go. And this dry gas is mixed in the mixing space M of the connection header 13 (arrow X2). Thereafter, the mixed dry gas passes from the one end side of the second hollow fiber membrane cartridge 12 to the other end side through the hollow interior of each hollow fiber membrane in the second hollow fiber membrane cartridge 12. And this dry gas goes out from the 1st pipe part 15a of the 2nd header 15 (arrow X3). The dry gas that has flowed through the first path is humidified in the course of flowing through the first path. Therefore, it is not appropriate to call it dry gas from the middle, but for the sake of convenience of description, it has been referred to as dry gas. The same applies to the following description.
[0028]
On the other hand, the wet gas entered from the second pipe portion 15b of the second header 15 (arrow Y1) passes through the inside of the inner case of the second hollow fiber membrane cartridge 12, and passes through the through hole provided in the inner case to the hollow fiber. Go out into the membrane bundle (arrow Y2). Then, the wet gas passes through the outer wall surface side of each hollow fiber membrane and enters an annular gap between the outer tube portion 13b and the inner tube portion 13a in the connection header 13 from a through hole provided in the outer case. Go (arrow Y3). Thereafter, the wet gas goes out from the through hole 21 of the outer case 20 of the first hollow fiber membrane cartridge 11 into the bundle of hollow fiber membranes 40. The wet gas passes through the outer wall surface side of each hollow fiber membrane (arrow Y4) and enters the inner case 30 from the through hole 31 provided in the inner case 30. Thereafter, the wet gas passes through the inside of the inner case 30 and exits from the second pipe portion 14b of the first header 14 (arrow Y5). The wet gas that has flowed through the second path is dehumidified in the process of flowing through the second path. Therefore, it is not appropriate to call it a wet gas from the middle, but for the sake of convenience of description, it has been referred to as a wet gas. The same applies to the following description.
[0029]
As described above, the dry gas flowing through the first path is humidified by the membrane separation action of the hollow fiber membrane in each of the first hollow fiber membrane cartridge 11 and the second hollow fiber membrane cartridge 12. Further, the wet gas flowing through the second path is dehumidified by the membrane separation action of the hollow fiber membrane in each of the first hollow fiber membrane cartridge 11 and the second hollow fiber membrane cartridge 12.
[0030]
Here, the flow rate of the wet gas flowing through the second path is usually uneven with respect to the cross section of the hollow fiber membrane bundle. This is due to the positional relationship between the inlet and the outlet of the second path, how the hollow fiber membrane is filled, and the like. In general, the flow rate is lower as the inside of the bundle of hollow fiber membrane bundles, and the flow rate increases as the outside of the bundle. In particular, a gap is formed between the hollow fiber membrane bundle and the wall surface of the case, and the flow rate in the vicinity of the gap increases. Therefore, the flow rate of the wet gas passing through the outer wall surface side of the hollow fiber membrane becomes uneven for each hollow fiber membrane.
[0031]
As described above, in particular, in the first hollow fiber membrane cartridge 11 on the upstream side with respect to the first path, the water exchange amount becomes uneven due to the individual hollow fiber membranes 40. In particular, the degree of non-uniformity of the exchange amount gradually increases toward the downstream side of the first path. Therefore, the moisture concentration in the dry gas discharged from each hollow fiber membrane 40 of the first hollow fiber membrane cartridge 11 varies. However, the dry gas discharged from each hollow fiber membrane 40 of the first hollow fiber membrane cartridge 11 is mixed in the mixing space M. Therefore, the moisture concentration in the dry gas entering the hollow inside of each hollow fiber membrane of the second hollow fiber membrane cartridge 12 is uniform.
[0032]
Accordingly, in the second hollow fiber membrane cartridge 12 as well, although the flow rate of the wet gas passing through the outer wall surface of the hollow fiber membrane is not uniform for each hollow fiber membrane, the exchange of moisture in each hollow fiber membrane It is possible to reduce the amount of unevenness and achieve equalization. This is because the moisture concentration in the dry gas entering the second hollow fiber membrane cartridge 12 is uniform and the humidity of the dry gas is high. This is also due to the fact that it is smaller than the case of the 1 hollow fiber membrane cartridge 11.
[0033]
As described above, in the second hollow fiber membrane cartridge 12 on the downstream side with respect to the first path, it is possible to equalize the water exchange amount in each hollow fiber membrane. Thereby, compared with the prior art about the whole hollow fiber membrane module 10, the exchange amount of the water | moisture content in each hollow fiber membrane can be equalized. Therefore, the water exchange efficiency in the entire hollow fiber membrane module 10 is improved. Further, along with this, the humidification efficiency or the dehumidification efficiency is improved.
[0034]
In the above description, the case where the dry gas is flowed to the first path side and the wet gas is flowed to the second path side has been described. However, the same effect is exhibited even when the wet gas is flowed to the first path side and the dry gas is flowed to the second path side. That is, in the first hollow fiber membrane cartridge 11 on the upstream side in the first path, the water exchange amount in each hollow fiber membrane becomes uneven. Therefore, the moisture concentration of the wet gas discharged from the hollow inside of each hollow fiber membrane of the first hollow fiber membrane cartridge 11 becomes uneven. However, the exhausted wet gas is mixed in the mixing space M. Therefore, the moisture concentration of the wet gas sent to each hollow fiber membrane in the second hollow fiber membrane cartridge 12 is uniform. Therefore, the same effect as the above case can be obtained.
[0035]
In the above description, the case where two hollow fiber membrane cartridges are connected has been described. However, three or more hollow fiber membrane cartridges may be connected. As the number of hollow fiber membrane cartridges to be connected is increased, the unevenness in the amount of water exchange in each hollow fiber membrane can be reduced.
[0036]
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the case where the case of the hollow fiber membrane cartridge is configured with a double tube has been described. In the present embodiment, the case where the case is configured with a single tube will be described. . FIG. 2 is a partially broken cross-sectional view of a hollow fiber membrane module according to a second embodiment of the present invention.
[0037]
As shown in the figure, the hollow fiber membrane module 110 includes a first hollow fiber membrane cartridge 111 and a second hollow fiber membrane cartridge 112, a connection header 113 as a connecting member for connecting these hollow fiber membrane cartridges, and a first hollow fiber membrane module 110. A first header 114 attached to the end of the yarn membrane cartridge 111 and a second header 115 attached to the end of the second hollow fiber membrane cartridge 112 are provided.
[0038]
The first hollow fiber membrane cartridge 111 includes a case 120 having a cylindrical portion, a plurality of hollow fiber membranes 140 filled in the case 120, and only the hollow interior of each hollow fiber membrane 140 at both ends of the case 120. Are provided with a first sealing and fixing part 151 and a second sealing and fixing part 152 for sealing and fixing a plurality of hollow fiber membranes 140. A plurality of through holes 121 and 122 are provided on the side surfaces near both ends of the case 120, respectively.
[0039]
The first hollow fiber membrane cartridge 111 configured in this way is formed with a first path from one end side of the case 120 to the other end side of the case 120 through the hollow interior of the hollow fiber membrane 140. The Further, the first hollow fiber membrane cartridge 111 enters the bundle of hollow fiber membranes 140 from one of the through holes 121 and 122 and passes through the outer wall surface of the hollow fiber membrane 140 to the other through hole. A second path is formed to escape. Therefore, it is possible to humidify one and dehumidify the other by flowing the fluid having different humidity through the first path and the second path by the membrane separation action of the hollow fiber membrane 140.
[0040]
Since the second hollow fiber membrane cartridge 112 has the same configuration as the first hollow fiber membrane cartridge 111, the description thereof is omitted.
[0041]
The connection header 113 includes an inner tube portion 113a and an outer tube portion 113b. The first path in the first hollow fiber membrane cartridge 111 and the first path in the second hollow fiber membrane cartridge 112 are connected by the inside of the inner tube portion 113a. The inner tube portion 113a is fitted to the end portion of the case of each cartridge. The space between the inner peripheral surface of the inner pipe portion 113a and the outer peripheral surface of each case is sealed. Accordingly, the fluid inside the inner tube portion 113a does not leak to the outside of the inner tube portion 113a, and the outside fluid does not enter the inside of the inner tube portion 113a. And in the inside of the inner pipe part 113a, the mixing space M as a mixing area | region where the fluid discharged | emitted from the 1st path | route in the 1st hollow fiber membrane cartridge 111 is mixed is formed. The mixing space M is formed by providing a predetermined distance or more between the end surface of the first hollow fiber membrane cartridge 111 and the end surface of the second hollow fiber membrane cartridge 112. The mixing space M has a region where the fluid discharged from each hollow fiber membrane 140 in the first hollow fiber membrane cartridge 111 is sufficiently mixed.
[0042]
Further, the second path in the first hollow fiber membrane cartridge 111 and the second path in the second hollow fiber membrane cartridge 112 are connected by an annular gap between the outer pipe portion 113b and the inner tube portion 113a. The outer tube portion 113b is fitted into a first large-diameter portion (a portion indicated by reference numeral 123 in the first hollow fiber membrane cartridge 111) provided in the case of each cartridge. The space between the inner peripheral surface of the outer tube portion 113b and the outer peripheral surface of the large-diameter portion provided in each case is sealed. Therefore, the fluid inside the outer tube portion 113b does not leak to the outside of the outer tube portion 113b, and the outside fluid does not enter the inside of the outer tube portion 113b.
[0043]
The 1st header 114 is provided with the 1st pipe part 114a which forms the passage only for the 1st course, and the 2nd pipe part 114b which forms the passage only for the 2nd course. The main body of the first header 114 is fitted to the end of the case 120 of the first hollow fiber membrane cartridge 111. And between the inner peripheral surface of the main body of the first header 14 and the outer peripheral surface of the end portion of the case 120, the inner peripheral surface of the main body of the first header 14 and the outer peripheral surface of the second large diameter portion 124 provided in the case 120. Is sealed. Therefore, in any pipe portion, the fluid inside the pipe does not leak to the outside of the pipe, and the fluid does not enter the inside of the pipe from the outside of the pipe.
[0044]
The second header 115 also includes a first pipe portion 115a and a second pipe portion 115b. Since the second header 115 has the same configuration as the first header 114, detailed description thereof is omitted.
[0045]
A case will be described in which the above configuration causes a dry gas to flow on the first path side and a wet gas to flow on the second path side. The dry gas entering from the first pipe portion 114a of the first header 114 (arrow X1) passes from one end side of the first hollow fiber membrane cartridge 111 through the hollow interior of each hollow fiber membrane 140 to the other end side. go. This dry gas is mixed in the mixing space M of the connection header 113 (arrow X2). Thereafter, the mixed dry gas passes from the one end side of the second hollow fiber membrane cartridge 112 to the other end side through the hollow interior of each hollow fiber membrane in the second hollow fiber membrane cartridge 112. Then, this dry gas goes out from the first pipe portion 115a of the second header 115 (arrow X3). The dry gas that has flowed through the first path is humidified in the course of flowing through the first path. Therefore, it is not appropriate to call it dry gas from the middle, but for the sake of convenience of description, it has been referred to as dry gas. The same applies to the following description.
[0046]
On the other hand, the wet gas entered from the second pipe portion 115b of the second header 115 (arrow Y1) enters the hollow fiber membrane bundle from the through hole provided in the case of the second hollow fiber membrane cartridge 112. This wet gas passes through the outer wall surface side of each hollow fiber membrane (arrow Y2), and from the through hole provided in the case, an annular gap between the outer tube portion 113b and the inner tube portion 113a in the connection header 113. (Arrow Y3). Thereafter, the wet gas enters the bundle of hollow fiber membranes 140 from the through holes 121 of the case 120 of the first hollow fiber membrane cartridge 111. Then, the wet gas passes through the outer wall surface side of each hollow fiber membrane (arrow Y4), and goes out of the case 120 from the through hole 122 provided in the case 120. Thereafter, the wet gas leaves the second pipe portion 114b of the first header 114 (arrow Y5). The wet gas that has flowed through the second path is dehumidified in the process of flowing through the second path. Therefore, it is not appropriate to call it a wet gas from the middle, but for the sake of convenience of description, it has been referred to as a wet gas. The same applies to the following description.
[0047]
As described above, the dry gas flowing through the first path is humidified by the membrane separation action of the hollow fiber membrane in each of the first hollow fiber membrane cartridge 111 and the second hollow fiber membrane cartridge 112. Further, the wet gas flowing in the second path is dehumidified by the membrane separation action of the hollow fiber membrane in each of the first hollow fiber membrane cartridge 111 and the second hollow fiber membrane cartridge 112.
[0048]
As described above, also in the present embodiment, the dry gas discharged from each hollow fiber membrane 140 of the first hollow fiber membrane cartridge 111 is mixed in the mixing space M. Therefore, the moisture concentration in the dry gas entering the hollow interior of each hollow fiber membrane of the second hollow fiber membrane cartridge 112 is uniform.
[0049]
Therefore, the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained. In addition, as described in the first embodiment, the same effect can be exhibited even when the wet gas is flowed to the first path side and the dry gas is flowed to the second path side. In addition, as described in the first embodiment, three or more hollow fiber membrane cartridges may be connected.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to equalize the amount of water exchange in each hollow fiber membrane. Therefore, the moisture exchange efficiency can be improved in the entire hollow fiber membrane module. Further, along with this, it is possible to improve humidification efficiency or dehumidification efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken sectional view of a hollow fiber membrane module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially broken cross-sectional view of a hollow fiber membrane module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a hollow fiber membrane.
[Explanation of symbols]
10 hollow fiber membrane module 11 first hollow fiber membrane cartridge 12 second hollow fiber membrane cartridge 13 connection header 13a inner tube portion 13b outer tube portion 14 first header 14a first tube portion 14b second tube portion 15 second header 15a first 1 tube portion 15b second tube portion 20 outer case 21, 31 through hole 22 large diameter portion 30 inner case 40 hollow fiber membrane 51 first sealing fixing portion 52 second sealing fixing portion 110 hollow fiber membrane module 111 first hollow Yarn membrane cartridge 112 Second hollow fiber membrane cartridge 113 Connection header 113a Inner tube portion 113b Outer tube portion 114 First header 114a First tube portion 114b Second tube portion 115 Second header 115a First tube portion 115b Second tube portion 120 Cases 121, 122 Through-hole 123 First large diameter portion 124 Second large diameter portion 140 Hollow fiber membrane 151 First sealing fixing portion 152 Second sealing fixing portion Mixing space

Claims (1)

ケース内に複数本の中空糸膜が収容されており、中空糸膜の中空内部を通る第1経路、及び中空糸膜の外壁面側を通る第2経路が形成されて、中空糸膜の膜分離により、これらの経路を流れる流体相互間で、水分の分離が行われる中空糸膜カートリッジを複数備えた中空糸膜モジュールであって、
第1経路と第2経路が相互に交錯しないように、第1経路どうし、及び第2経路どうしを繋ぎつつ、中空糸膜カートリッジどうしを接続する接続部材を備えると共に、
該接続部材には、流体が上流側の中空糸膜カートリッジの第1経路から下流側の中空糸膜カートリッジの第1経路へ流れていく過程で、上流側の中空糸膜カートリッジにおける各中空糸膜から出てきた流体を混合させる混合領域が設けられていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
A plurality of hollow fiber membranes are accommodated in the case, and a first path passing through the hollow interior of the hollow fiber membrane and a second path passing through the outer wall surface of the hollow fiber membrane are formed, and the hollow fiber membrane membrane A hollow fiber membrane module including a plurality of hollow fiber membrane cartridges that separate moisture between fluids flowing through these paths by separation,
The first path and the second path are provided with a connecting member that connects the hollow fiber membrane cartridges while connecting the first path and the second path so that the first path and the second path do not cross each other.
In the connection member, each hollow fiber membrane in the upstream hollow fiber membrane cartridge in the course of fluid flowing from the first route of the upstream hollow fiber membrane cartridge to the first route of the downstream hollow fiber membrane cartridge. A hollow fiber membrane module, characterized in that a mixing region is provided for mixing the fluid coming out of the air.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101031673B1 (en) 2008-02-28 2011-04-29 주식회사 파라 Stacked membrane filtration system and stacking method thereof
JP2016035895A (en) * 2014-07-31 2016-03-17 現代自動車株式会社Hyundaimotor Company Device for distributing degree of congestion of hollow fiber membrane of membrane humidifier for fuel cell
JP2021154193A (en) * 2020-03-25 2021-10-07 東京瓦斯株式会社 Dehumidifier and fuel cell unit

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