JP2006314919A - Hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空糸膜の膜分離作用を利用して、例えば、気体の加湿、除湿、分離や、液体の分離等を行う中空糸膜モジュールに関するものである。 The present invention relates to a hollow fiber membrane module that utilizes the membrane separation action of a hollow fiber membrane to perform, for example, gas humidification, dehumidification, separation, liquid separation, and the like.
従来、この種の中空糸膜モジュールとしては、図4に示すようなものがある。中空糸膜モジュール100は、モジュールケース101と、モジュールケース101内に収容される複数本の中空糸膜102を束ねた中空糸膜束と、を備える。中空糸膜束は、その両端部において、中空糸膜102の中空内部のみが開放されるように、中空糸膜102の外壁面間とモジュールケース101の内壁面との隙間がポッティング剤等の封止剤によって封止されている。この中空糸膜モジュール100の使用方法としては、例えば、水蒸気を含む気体を、第1流入口104から中空糸膜102の中空内部を通る経路に流して第1流出口105から流出させ、加湿対象気体を、第2流入口106から中空糸膜102の膜外部を通る経路に流して第2流出口107から流出させることにより、中空糸膜102の中空内部を通過する気体から膜外部に透過排出される水分によって、膜外部を通る加湿対象気体を加湿することができる。
Conventionally, this type of hollow fiber membrane module is shown in FIG. The hollow
図4に示す中空糸膜モジュール100では、第2流入口6から流入した加湿対象気体は、中空糸膜102に対して交差するように流れて第2流出口から流出するが、加湿対象気体は抵抗の少ない中空糸膜束外周とモジュールケース101内壁との間に迂回して流れ易く、中空糸膜束の内部、すなわち、中空糸膜間には流れにくくなってしまう。したがって、このような中空糸膜モジュールでは、流体分配の不均一化によって収容されている中空糸膜全体を有効に使用することができず加湿等の処理効率の低下が生じていた。また、モジュールの大型化の要請から直方体形状の中空糸膜モジュールを採用する場合、中空糸膜の膜外壁を通る経路において、ケース入口と中空糸膜束との間およびケース出口と中空糸膜束との間に、モジュール内での流体の回り込みのムラを軽減するための空間をそれぞれ設けているが、このような空間を設けても、中空糸膜間の抵抗によって中空糸膜束外周への流体の迂回は発生してしまう。
In the hollow
そこで、本発明は、流体を中空糸膜束全体に均一に流通させ、加湿等の処理に寄与する中空糸膜の数を増やして処理効率を向上させることができる中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a hollow fiber membrane module that can distribute the fluid uniformly throughout the hollow fiber membrane bundle and increase the number of hollow fiber membranes that contribute to the treatment such as humidification, thereby improving the treatment efficiency. With the goal.
上記目的を達成するために、本発明における中空糸膜モジュールは、略直方形の内部空間を有するケースと、該ケース内に収容される複数本の中空糸膜と、前記中空糸膜の中空内部を通る第1経路と、前記中空糸膜の膜外壁を通る第2経路と、を備える中空糸膜モジュールであって、前記ケースは、前記第2経路用の入口および出口を備え、前記入口と前記入口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体の流れを前記入口側の前記中空糸膜全体に導くための入口空間と、前記出口と前記出口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体を前記出口に集めるための出口空間と、を備える中空糸膜モジュールにおいて、前記複数本の中空糸膜を複数の中空糸膜束に束ねて、該中空糸膜束間に隙間を形成する結束部材を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a hollow fiber membrane module according to the present invention includes a case having a substantially rectangular internal space, a plurality of hollow fiber membranes accommodated in the case, and a hollow interior of the hollow fiber membrane. A hollow fiber membrane module including a first path passing through the outer wall of the hollow fiber membrane, wherein the case includes an inlet and an outlet for the second path, and Between the outer membrane wall of the hollow fiber membrane on the inlet side, an inlet space for guiding a fluid flow to the entire hollow fiber membrane on the inlet side, and the membrane of the hollow fiber membrane on the outlet side and the outlet side In a hollow fiber membrane module comprising an outlet space for collecting fluid at the outlet between the outer wall and the hollow fiber membrane bundle, the plurality of hollow fiber membranes are bundled into a plurality of hollow fiber membrane bundles. And a bundling member for forming a gap.
このように、結束部材によって中空糸膜束間に形成される隙間により、流体を複数の中空糸膜束間に導く流路が形成されるので、加湿等の処理に寄与する中空糸膜を増やすことができる。また、中空糸膜束間の隙間によって形成される流路により流体がスムーズに流れることができるので、流体の移動時の抵抗を低減させることができる。 As described above, the gap formed between the hollow fiber membrane bundles by the bundling member forms a flow path that guides the fluid between the plurality of hollow fiber membrane bundles, so that the number of hollow fiber membranes that contribute to processing such as humidification is increased. be able to. Further, since the fluid can smoothly flow through the flow path formed by the gap between the hollow fiber membrane bundles, the resistance during the movement of the fluid can be reduced.
直方体形状のモジュールの場合、流体の回り込みのムラを軽減するための入口空間および出口空間が設けられているが、流体は抵抗の少ない中空糸膜束外周とケース内壁との間に迂回して流れ易い。しかし、このように、結束部材により中空糸膜束間に隙間を形成することにより、流体を中空糸膜束内部へ導くことができる。 In the case of a rectangular parallelepiped module, an inlet space and an outlet space are provided to reduce unevenness in the flow of fluid, but the fluid flows in a detour between the outer periphery of the hollow fiber membrane bundle and the inner wall of the case with low resistance. easy. However, the fluid can be guided into the hollow fiber membrane bundle by forming a gap between the hollow fiber membrane bundles by the binding member in this way.
前記結束部材は、複数の貫通孔を備え、前記複数本の中空糸膜は、前記複数の貫通孔に通されることにより、複数の中空糸膜束に束ねられるのも好適である。 The binding member preferably includes a plurality of through holes, and the plurality of hollow fiber membranes are preferably bundled into a plurality of hollow fiber membrane bundles by being passed through the plurality of through holes.
以上説明したように、本発明の中空糸膜モジュールは、加湿等の処理に寄与する中空糸膜の数を増やすことができるため、モジュールの処理効率を向上させることができる。また、流体の移動時の抵抗が低減されるので、圧力損失を低減させることができる。 As described above, since the hollow fiber membrane module of the present invention can increase the number of hollow fiber membranes that contribute to the treatment such as humidification, the processing efficiency of the module can be improved. Moreover, since the resistance at the time of movement of the fluid is reduced, pressure loss can be reduced.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily 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. .
図1〜図3を参照して、実施例に係る中空糸膜モジュールについて説明する。図1〜図3は、本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的断面図である。なお、図2は図1のAA断面に相当する図面である。ただし、図1のAA断面図そのものではなく、図1における断面前のAA断面に相当する。また、図3は図1のBB断面に相当する図面であるが、図2と同様、図1のBB断面図そのものではなく、図1における断面前のBB断面に相当する。 With reference to FIGS. 1-3, the hollow fiber membrane module which concerns on an Example is demonstrated. 1 to 3 are schematic cross-sectional views of a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention. 2 is a drawing corresponding to the AA cross section of FIG. However, it corresponds to the AA cross section before the cross section in FIG. 1, not the AA cross section of FIG. 3 is a drawing corresponding to the BB cross section of FIG. 1. Like FIG. 2, FIG. 3 corresponds to the BB cross section before the cross section in FIG.
本発明の実施例に係る中空糸膜モジュール1は、モジュールケース2と、モジュールケース2に収容される複数本の中空糸膜3と、を備える。中空糸膜3は束ねられて、その両端部において、中空糸膜3の中空内部のみが開放されるように、中空糸膜3の外壁面間とモジュールケース2の内壁面との隙間がポッティング剤等の封止剤によって封止されている(封止固定部4)。
A hollow
本実施例に係る中空糸膜モジュール1は、例えば、水蒸気を含む気体を、第1流入口5から中空糸膜3の中空内部を通る経路に流して第1流出口6から流出させ、加湿対象気体を、第2流入口7から中空糸膜3の膜外部を通る経路に流して第2流出口8から流出させることにより、中空糸膜3の中空内部を通過する気体から膜外部に透過排出される水分によって、膜外部を通る加湿対象気体を加湿することができる。本実施例の用途としては、例えば、燃料電池用の加湿膜モジュールとして使用することができる。
The hollow
モジュールケース2は、略直方体形状を有しており、中空糸膜3を収容する内部空間も略直方形の空間である。そして、第2流入口7と第2流入口7側の中空糸膜3との間、及び、第2流出口8と第2流入出口8側の中空糸膜3との間に、それぞれ、流体の流れを入口側において中空糸膜束全体に導くための入口空間70、及び、処理された流体を第2流入出口に集めるための出口空間80が形成される。これらの空間により、流体が中空糸膜全体を流れるようにしてモジュール内での回り込みのムラの軽減を図っている。
The
図1〜図3に示すように、本実施例に係る中空糸膜モジュール1は、さらに、結束部材9を備える。結束部材9は、中空糸膜3が延びる方向と直角方向に設けられる板状の部材であり、中空糸膜3が延びる方向に貫通した貫通孔が複数設けられている。収容された複数本の中空糸膜3は、この複数の貫通孔にそれぞれ複数本ずつ通されて複数の束に分割されている。結束部材9に設けられた各貫通孔は、所定の間隔で設けられており、中空糸膜3の各束の間には隙間が形成される。この隙間により、第2流入口7からモジュール内に流入した流体を、中空糸膜3の各束の間に導く流路が形成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the hollow
このようにして形成された流路により、従来流体を導入することが困難であったモジュール中央部付近にも流体を導くことができ、流体を中空糸膜全体に流すことができる。したがって、中空糸膜全体を加湿等の処理に寄与させてモジュールの処理効率を向上させることができる。また、この流路により流体がスムーズに流れることができるので、流体の移動時の抵抗が低減され、圧力損失を効果的に低減させることができる。 With the flow path formed in this way, the fluid can be guided to the vicinity of the center of the module where it has been difficult to introduce the fluid in the related art, and the fluid can flow through the entire hollow fiber membrane. Therefore, it is possible to improve the processing efficiency of the module by contributing the entire hollow fiber membrane to processing such as humidification. Further, since the fluid can flow smoothly through this flow path, the resistance during movement of the fluid is reduced, and the pressure loss can be effectively reduced.
特に、直方体形状のモジュールを採用する場合、中空糸膜束とケース入口およびケース出口の間に空間を設けても、流体は抵抗の少ない中空糸膜束外周とケース内壁との間に迂回して流れ易く、中空糸膜間の抵抗による圧力損失や、処理効率の低下は生じてしまう。しかしながら、本実施例のように、結束部材によって中空糸膜束間に隙間を形成することにより、流体を中空糸膜束内部へ導くことができる。 In particular, when a rectangular parallelepiped module is used, even if a space is provided between the hollow fiber membrane bundle and the case inlet and case outlet, the fluid is bypassed between the outer periphery of the hollow fiber membrane bundle and the inner wall of the case with low resistance. It tends to flow, and pressure loss due to resistance between the hollow fiber membranes and reduction in processing efficiency occur. However, as in this embodiment, the fluid can be guided into the hollow fiber membrane bundle by forming a gap between the hollow fiber membrane bundles by the binding member.
本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールと、結束部材を備えていない従来技術に係る中空糸膜モジュールとの加湿性能の比較評価を行ったところ、本実施例に係る中空糸膜モジュールは、従来の中空糸膜モジュールと比べて、性能は維持されつつ、圧力損失は80%低減されることが確認された。 When the comparative evaluation of the humidifying performance of the hollow fiber membrane module according to the example of the present invention and the hollow fiber membrane module according to the prior art that does not include a binding member, the hollow fiber membrane module according to the present example, As compared with the conventional hollow fiber membrane module, it was confirmed that the pressure loss was reduced by 80% while maintaining the performance.
本発明の実施例に係る中空糸膜モジュール1の製造においては、中空糸膜3の両端をケース2内に封止する前に、予め複数本の中空糸膜3を結束部材9の貫通孔に通して複数の束に分割した状態にしておき、その後、その両端をケース2内に封止固定することにより製造される。
In the manufacture of the hollow
なお、図1〜図3に示すように、本実施例のモジュールケース2の主要部分の形状(中空糸膜が収容される部分を含む基本形状(流入口及び流出口を除く部分の形状))は、六面体(直方体)であるが、例えば、ケース形状が円筒形状のタイプのモジュールにおいても、本発明の効果が得られることはいうまでもない。
In addition, as shown in FIGS. 1-3, the shape of the main part of the
1 中空糸膜モジュール
2 モジュールケース
3 中空糸膜
4 封止固定部
5 第1流入口
6 第1流出口
7 第2流入口
70 入口空間
8 第2流出口
80 出口空間
9 結束部材
100 中空糸膜モジュール
101 モジュールケース
102 中空糸膜
103 封止固定部
104 第1流入口
105 第1流出口
106 第2流入口
107 第2流出口
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該ケース内に収容される複数本の中空糸膜と、
前記中空糸膜の中空内部を通る第1経路と、
前記中空糸膜の膜外壁を通る第2経路と、
を備える中空糸膜モジュールであって、
前記ケースは、前記第2経路用の入口および出口を備え、
前記入口と前記入口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体の流れを前記入口側の前記中空糸膜全体に導くための入口空間と、
前記出口と前記出口側の前記中空糸膜の膜外壁との間に、流体を前記出口に集めるための出口空間と、
を備える中空糸膜モジュールにおいて、
前記複数本の中空糸膜を複数の中空糸膜束に束ねて、該中空糸膜束間に隙間を形成する結束部材を備える
ことを特徴とする中空糸膜モジュール。 A case having a substantially rectangular internal space;
A plurality of hollow fiber membranes housed in the case;
A first path through the hollow interior of the hollow fiber membrane;
A second path through the membrane outer wall of the hollow fiber membrane;
A hollow fiber membrane module comprising:
The case includes an inlet and an outlet for the second path,
Between the inlet and the membrane outer wall of the hollow fiber membrane on the inlet side, an inlet space for guiding a fluid flow to the entire hollow fiber membrane on the inlet side;
An outlet space for collecting fluid at the outlet between the outlet and the membrane outer wall of the hollow fiber membrane on the outlet side;
In a hollow fiber membrane module comprising:
A hollow fiber membrane module comprising a binding member that bundles the plurality of hollow fiber membranes into a plurality of hollow fiber membrane bundles and forms a gap between the hollow fiber membrane bundles.
前記複数本の中空糸膜は、前記複数の貫通孔に通されることにより、複数の中空糸膜束に束ねられる
ことを特徴とする請求項1に記載の中空糸膜モジュール。 The binding member includes a plurality of through holes,
The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein the plurality of hollow fiber membranes are bundled into a plurality of hollow fiber membrane bundles by passing through the plurality of through holes.
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