JP2007216176A - Hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容して構成した中空糸膜モジュールに関する。 The present invention relates to a hollow fiber membrane module configured by housing a hollow fiber membrane bundle composed of a plurality of hollow fiber membranes in a container.
従来、中空糸膜モジュールとして、例えば下記特許文献1には、燃料電池への供給ガスを加湿するための加湿装置に適用したものが記載されている。この中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容し、各中空糸膜の両端部を、樹脂からなる管板で固着し、その際各中空糸膜の両端を開口した状態とする。
Conventionally, as a hollow fiber membrane module, for example, the following
そして、容器内の中空糸膜の外部に第1のガスを、中空糸膜の内部に第2のガスをそれぞれ供給し、この際、それぞれのガスは中空糸膜の内外の表面に接触して流れるので、水蒸気分圧の高いガス側の水蒸気が、水蒸気分圧の低いガス側へ中空糸膜を選択して通過ことによって加湿が行われる。 Then, the first gas is supplied to the outside of the hollow fiber membrane in the container, and the second gas is supplied to the inside of the hollow fiber membrane. At this time, each gas contacts the inner and outer surfaces of the hollow fiber membrane. Since it flows, the water vapor on the gas side having a high water vapor partial pressure is humidified by selecting and passing the hollow fiber membrane to the gas side having a low water vapor partial pressure.
このとき、中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の有効長をL、容器の内径をDとすると、L/Dが1.8以上、特に2〜6となるように設定することで、ガスの圧力損失を抑制しながら加湿効率を高めようとしている。
ところで、燃料電池を、各種部品のレイアウト制約の多い車両に搭載する場合、燃料電池とともに車両に搭載することになる加湿装置については、上記したような中空糸膜モジュールの必要な寸法設定を確保できないケースが発生し、また、中空糸膜モジュールは、通常全体の形状が円筒形であるが、矩形とする場合には、前述の寸法設定の要求を満たせない場合もあり、加湿効率が充分得られないことになる。 By the way, when a fuel cell is mounted on a vehicle with many layout restrictions on various components, the required dimension setting of the hollow fiber membrane module as described above cannot be secured for a humidifier that is mounted on the vehicle together with the fuel cell. Cases occur, and hollow fiber membrane modules are generally cylindrical in shape. However, when they are rectangular, the above-mentioned dimension setting requirements may not be satisfied, and sufficient humidification efficiency is obtained. There will be no.
そこで、本発明は、中空糸膜モジュールの形状などに対する制約が多い場合であっても、中空糸膜モジュールを効率よく機能させることを目的としている。 Then, even if it is a case where there are many restrictions with respect to the shape etc. of a hollow fiber membrane module, this invention aims at making a hollow fiber membrane module function efficiently.
本発明は、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容し、この容器内の前記中空糸膜の外部に第1のガスを流通させるとともに、前記中空糸膜の内部に第2のガスを流通させる中空糸膜モジュールにおいて、前記中空糸膜束は、前記中空糸膜の充填密度が異なる領域を備えていることを特徴とする。 The present invention accommodates a hollow fiber membrane bundle composed of a plurality of hollow fiber membranes in a container, distributes a first gas outside the hollow fiber membrane in the container, and places the first gas inside the hollow fiber membrane. In the hollow fiber membrane module in which two gases are circulated, the hollow fiber membrane bundle is provided with regions having different filling densities of the hollow fiber membranes.
本発明によれば、中空糸膜モジュール内で、中空糸膜束における中空糸膜の充填密度が異なる領域を設けたので、モジュール形状やガス流通条件によりモジュール内でのガス流れに不均一性が生じる場合でも、それを打ち消してモジュール内のガス流れを極力均一化することができ、中空糸膜モジュールとして効率よく機能させることができる。 According to the present invention, the hollow fiber membrane module is provided with regions having different filling densities of the hollow fiber membranes in the hollow fiber membrane bundle, so that the gas flow in the module is not uniform depending on the module shape and gas flow conditions. Even if it occurs, the gas flow in the module can be made uniform as much as possible, and it can function efficiently as a hollow fiber membrane module.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態を示す中空糸膜モジュール1を備える加湿装置の平面図である図2のA−A断面図である。この加湿装置は、図示しない燃料電池に供給するガスを加湿するもので、加湿により、燃料電池に使用するパーフルオロカーボンスルホン酸のような固体高分子電解質膜を適度な湿潤状態に保ち、これによりプロトン導電性の低下を防ぐとともに、固体高分子電解質膜と電極との接触不良を防止して、出力向上を図っている。
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2, which is a plan view of a humidifying device including a hollow
このような加湿装置は、全体が円筒形状を呈しており、円筒形のハウジング3の内部に前記した中空糸膜モジュール1を収容している。中空糸膜モジュール1は、図1中で上下両端が開口する円筒形の容器としてのモジュールケース5内に、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束7を収容している。
Such a humidifier has a cylindrical shape as a whole, and houses the hollow
中空糸膜束7の図1中で上下両端部は、モジュールケース5の上下の開口部を閉塞するようにして設けてある固着部としての端板9,11によって固着してある。この端板9,11は、溶融状態の樹脂からなる固着剤を固化した、いわゆるポッティング部で構成してあり、その内部を各中空糸膜が図1中で上下に貫通し、端板9の上面および端板11の下面のそれぞれに、各中空糸膜の上端および下端の各開口部が露出している。
The upper and lower ends of the hollow
すなわち、上記した各中空糸膜の図1中で上端のガス供給口となる開口部から第2のガスとしての乾燥した被加湿ガスが流入し、中空糸膜内を流通することで、中空糸膜の外部に供給される第1のガスとしての湿潤状態の加湿ガスにより加湿された後、下端のガス放出口となる開口部からモジュール外部へ流出する。 That is, the dry humidified gas as the second gas flows from the opening serving as the gas supply port at the upper end in FIG. 1 of each hollow fiber membrane described above and flows through the hollow fiber membrane, so that the hollow fiber After being humidified by the humidified humidified gas as the first gas supplied to the outside of the membrane, it flows out of the module through an opening serving as a gas discharge port at the lower end.
上記したモジュールケース5の上部および下部にそれぞれ対応する位置には、第1のガスがモジュールケース5内に流入する第1ガス供給部としての第1ガス流入口5aおよび第1のガスがモジュールケース5外へ流出する第1ガス流出部としての第1ガス流出口5bを、円周方向に沿って複数設けている。そして、図1中で左側に位置する第1ガス流入口5aに対応する位置のハウジング3には、第1ガス導入管13を接続する。また、図1中で右側に位置する第1ガス流出口5bに対応する位置のハウジング3には、第1ガス流出管15を接続する。
The first gas inlet 5a as the first gas supply section through which the first gas flows into the
第1ガス導入管13と第1ガス流出管15との間における、ハウジング3とモジュールケース5との間には、円筒形状のシール材17を嵌入する一方、ハウジング3とモジュールケース5との間の図1中で上下両端には、環状の端部シール材19,21をそれぞれ嵌入する。
A
これにより、シール材17と端部シール材19との間に環状の第1ガス導入空間23が形成されるとともに、シール材17と端部シール材21との間に環状の第1ガス流出空間25がそれぞれ形成される。
Thereby, an annular first
すなわち、第1のガスとしての加湿ガスが、第1ガス導入管13から第1ガス導入空間23および第1ガス流入口5aを経て、モジュールケース5内の中空糸膜の外部に流入して流通し、中空糸膜の内部に供給される前記した第2のガスとしての被加湿ガスを加湿した後、第1ガス流出口5bおよび第1ガス流出空間25を経て第1ガス流出管15からモジュール外部へ流出する。
That is, the humidified gas as the first gas flows from the first
そして、モジュールケース5は、図1中で上下両端の第1ガス流入口5aおよび第1ガス流出口5bにそれぞれ対応する部位を除く中空糸膜の延長方向中央部位の内面に、凸部としての円筒部材27を設けている。これにより、モジュールケース5内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積を、中空糸膜の延長方向に沿って不均一としている。
The
特に、ここでは、モジュールケース5の図1中で上下方向中央部に円筒部材27を設けることで、第1ガス流入口5a近傍および第1ガス流出口5b近傍のモジュールケース5内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積を、第1ガス流入口5a近傍と第1ガス流出口5b近傍との間のモジュールケース5内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積より大きくしている。
In particular, here, the hollow fiber in the
ここで、モジュールケース5内に収容している中空糸膜束7は、円筒部材27を設けている中空糸膜の延長方向中央部位と、円筒部材27を設けていない上下両端部とで、同一本数の中空糸膜が存在している。このため、両端部での中空糸膜束は、全体的に中央部位に比べて直径方向外側に広がった状態となり、モジュールケース5内での中空糸膜の充填密度としては、第1ガス流入口5a,第1ガス流出口5bを備える上下両端部に対応する領域が、円筒部材27を設けている中央部の領域に比較して低くなっている。
Here, the hollow
次に作用を説明する。図1に示すように、図1中で上部における端板9の表面に開口している各中空糸膜の端部開口から、第2のガスである被加湿ガスを供給する一方、同上部における第1ガス導入管13から第1のガスである加湿ガスを導入する。
Next, the operation will be described. As shown in FIG. 1, the humidified gas that is the second gas is supplied from the end opening of each hollow fiber membrane that opens to the surface of the
中空糸膜の上端開口から供給する被加湿ガスは、中空糸膜内を下方に向けて流れ、下端開口からモジュール外部に流出する。 The humidified gas supplied from the upper end opening of the hollow fiber membrane flows downward in the hollow fiber membrane and flows out of the module from the lower end opening.
一方、第1ガス導入管13から導入する加湿ガスは、環状の第1ガス導入空間23に流入した後、第1ガス流入口5aから中空糸膜の外部、すなわち中空糸膜束7における各中空糸膜相互間を下方に向けて流れ、第1ガス流出口5bから環状の第1ガス流出空間25に流出しつつ、第1ガス流出管15からモジュール外部へ流出する。
On the other hand, after the humidified gas introduced from the first
このようなガス流れの過程において、中空糸膜の外部を流れる加湿ガス中の水蒸気が中空糸膜を透過し、中空糸膜内を流れる被加湿ガスを加湿する。 In such a gas flow process, water vapor in the humidified gas flowing outside the hollow fiber membrane permeates the hollow fiber membrane and humidifies the humidified gas flowing in the hollow fiber membrane.
ここで、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスの多くは、図1中の曲線状の矢印Bで示すように、中空糸膜束におけるガスの流れやすい部位を、大きな円弧を描くように、中空糸膜内を流れる被加湿ガスの流れと並行した状態で流れる。 Here, most of the humidified gas that flows outside the hollow fiber membrane is hollow, as shown by a curved arrow B in FIG. It flows in a state parallel to the flow of the humidified gas flowing in the thread membrane.
このとき、本実施形態では、第1ガス流入口5a付近の中空糸膜束7は、充填密度を低くしているため、第1ガス流入口5aから流入した加湿ガスの一部は、矢印Cのように、直径方向中心の、従来ではガスが流れにくい部位となっている内部まで入り込む。
At this time, in this embodiment, since the hollow
その後、この内部まで入り込んだ加湿ガスは、円筒部材27を設けた中空糸膜の延長方向中央部位においても中心部を下方に向けて流れ、下端部において、矢印Dのように外側に向かう流れとなり、前記矢印Bで示した加湿ガスの主流とともに、第1ガス流出口5bおよび第1ガス流出空間25を経て第1ガス流出管15からモジュール外部へ流出する。
Thereafter, the humidified gas that has entered the interior flows downward at the central portion in the extending direction of the hollow fiber membrane provided with the
図3および図4は、上記した本実施形態の円筒部材27を設けていない中空糸膜モジュール10での中空糸膜の外部を流れるガスの流速分布を、中空糸膜モジュール10の正面断面図および平面図としてそれぞれ示している。
3 and 4 are front sectional views of the hollow
すなわち、この中空糸膜モジュール10は、円筒部材27を設けないことで、モジュールケース5内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積が、中空糸膜の延長方向に沿って均一化しており、このためモジュールケース5内に収容している中空糸膜束7の充填密度は、その全域にわたって均一化している。
That is, the hollow
このような中空糸膜モジュール10において、中空糸膜の外部を流れるガスの流速は、図4の平面図では、中心部が最も遅く、その外側が中速で、さらにその外側が最も速くなっている。一方、図3の正面断面図をみると、上下両端の直径方向中央が最も遅く、上下方向の中央でかつ直径方向中央部が中速で、直径方向外側付近が最も速くなっている。
In such a hollow
上記した図3および図4を総合してみると、ガス流速が最も遅い部分は、図3中で第1ガス流入口5a付近および第1ガス流出口5b付近における直径方向中心部であり、この部分は、前記図1,図2に示した本実施形態において、中空糸膜束7の充填密度を低くした領域に相当する。
3 and FIG. 4 described above, the slowest part of the gas flow velocity is the diametrical center in the vicinity of the
図3,図4のように、中空糸膜の外部を流れるガスの流速が遅い部位は、ガスが行き届きにくく、中空糸膜が有効に利用されていないことになり、中空糸膜モジュール10として効率よく機能していないことになる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the portion where the flow velocity of the gas flowing outside the hollow fiber membrane is slow is difficult for the gas to reach and the hollow fiber membrane is not effectively used. Will not work well.
一方、本実施形態においては、図1に示すように、上記したガスの行き届きにくい上下両端の中空糸膜束7の充填密度を、中空糸膜の延長方向中央部に比較して低くすることで、第1ガス流入口5aからモジュールケース5内に流入した加湿ガスの一部が、矢印Cで示すように、中空糸膜束7の中心部にまで大きな流通抵抗を受けることなく入り込み、この中心部を下方に向けて流れていく。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the packing density of the hollow
また、図1中の下部においても、上記中心部を下方に向けて流れた加湿ガスが、中空糸膜の充填密度の低い下部にて矢印Dに示すように、大きな流通抵抗を受けることなく外側の第1ガス流出口5bに向けて容易に流れるものとなる。
Further, in the lower part in FIG. 1, the humidified gas that has flowed downward in the central part is outside without receiving a large flow resistance as indicated by an arrow D in the lower part of the hollow fiber membrane with a low packing density. It flows easily toward the
このように、本実施形態では、中空糸膜束7における中空糸膜の充填密度を、第1ガス流入口5a付近および第1ガス流出口5b付近で、中空糸膜の延長方向中央部に比較して低くするようにしたので、中空糸膜束7内の中心部にまで加湿ガスが効率よく流れ込み、中心部の中空糸膜も有効活用して加湿性能を高めることができ、中空糸膜モジュール1として効率よく機能させることができる。
Thus, in this embodiment, the packing density of the hollow fiber membranes in the hollow
図5は、本発明の第2の実施形態を示す中空糸膜モジュール1Aを備える加湿装置の、前記図1に相当する断面図である。この中空糸膜モジュール1Aは、モジュールケース5Aの内径が、図5中で上下両端部から中央部に向けて徐々に小さくなるように、モジュールケース5Aの内面に凸部29を設けている。
FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1 of a humidifier equipped with a hollow
すなわち、このモジュールケース5Aは、図5中で中空糸膜の延長方向中央部の内径が最も小さく、上下両端部の内径が最も大きくなっている。
That is, the
これにより、第2の実施形態においては、前記図1に示した第1の実施形態と同様に、中空糸膜束7における中空糸膜の充填密度が、第1ガス流入口5aおよび第1ガス流出口5b付近で、中空糸膜の延長方向中央部に比較して低くなるので、中空糸膜束7内の中心部にまで加湿ガスが効率よく流れ込み、中心部の中空糸膜も有効活用して加湿性能を高めることができ、中空糸膜モジュール1Aとして効率よく機能させることができる。
Thereby, in the second embodiment, as in the first embodiment shown in FIG. 1, the filling density of the hollow fiber membranes in the hollow
また、第2の実施形態では、中空糸膜束7全体を、円筒形のモジュールケース5Aの中心軸線を中心として捻った状態としている。つまり、後述する中空糸膜モジュール1Aの製造方法で明らかになるが、中空糸膜束7の図5中で例えば上端部を固定した状態で、同下端部全体を、モジュールケース5Aの上下方向に延びる中心軸線を中心として所定角度回転させ、捻る作業を行う。すなわち、中空糸膜の上下両端部を、中空糸膜の延長方向に直交する断面内で周方向に互いにずらすことで、ずらさない中空糸膜に比較して全長を長く形成している。
In the second embodiment, the entire hollow
このように中空糸膜束7全体を捻った状態としても、各中空糸膜の両端は、上下の端板9,11を貫通してその表面にそれぞれ開口した状態にある。したがって、中空糸膜束7の特に外周側付近にある中空糸膜は、捻る作業によってその全長が、捻る作用を受けにくい中心部のものに比較して長くなる。その結果、中空糸膜全体の膜面積が、捻らない場合に比較して広くなり、同一形状(大きさ)のモジュールケースを使用した場合に、加湿性能をより高めることができる。
Even when the entire hollow
次に、上記した中空糸膜モジュール1Aの製造方法について、図6〜図16を用いて説明する。まず、図6に示すように、多数の中空糸膜からなる中空糸膜束7をモジュールケース5内に収容するが、この際中空糸膜束7の両端部をモジュールケース5Aから上下にそれぞれ突出させた状態とする。なお、このとき中空糸膜束7の図6中で下部については、特に突出させなくても構わない。
Next, a manufacturing method of the above-described hollow
そして、これら中空糸膜束7およびモジュールケース5Aの下端を、上部が開放している円形の固着剤収容キャップ31内に挿入する。このとき、各中空糸膜の端部開口は、加熱したり、あるいは樹脂を接着するなどして閉塞した状態とし、また中空糸膜束7およびモジュールケース5の下端は、固着剤収容キャップ31の底部に対して離間させる。
Then, the lower ends of the hollow
上記した固着剤収容キャップ31の外周縁に設けた側壁31aの一部には、固着剤注入口31bを設けてあり、この固着剤注入口31bから、図7に示すように、溶融状態のポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなるポッティング樹脂33を、固着剤収容キャップ31内に注入する。
A part of the
この際、注入するポッティング樹脂33は、中空糸膜相互間に入り込んで行くが、中空糸膜の端部開口は閉塞しているので、中空糸膜の内部に入り込むことはなく、また注入量は、ポッティング樹脂33の上面が、側壁31aの上端と第1ガス流入口5aとの間の適宜位置となるようにする。
At this time, the potting
なお、ポッティング樹脂33を注入する際には、モジュールケース5Aの外周面と固着剤収容キャップ31の側壁31aの内周面との間は、ほぼ密着状態としており、これら両者間からのポッティング樹脂33の漏れを防止している。
When pouring the potting
その後、上記注入したポッティング樹脂33が固化することで、複数の中空糸膜を固着させるとともに、モジュールケース5Aに対してもポッティング樹脂33が固着し、これらが一体化する。
Thereafter, the injected
そして、これら固化したポッティング樹脂33によって一体化したものを、図8に示すように、固着剤収容キャップ31の側壁31a上端位置とほぼ同位置にて水平方向に切断する。これにより、図9に示すように、モジュールケース5Aの図9中で下端開口は、上記したポッティング樹脂33からなる端板9によって閉塞した状態となる。この切断作業での中空糸膜については、下端開口を閉塞した部分を切断することになるので、各中空糸膜の図9中で下端部が、端板9の表面にて開口した状態となる。
And what was integrated by these solidified
次に、上記図9の状態のモジュールケース5Aを中空糸膜束7とともに、図10のように上下反転させ、この状態で図11に示すメッシュ部材35を、モジュールケース5Aの下端部に嵌め込む。
Next, the
メッシュ部材35は、円筒部35aと、円筒部35aの図11中で下部の開口を覆うメッシュ35bとからなり、円筒部35aの内径をモジュールケース5Aの外径より僅かに大きくしている。また、メッシュ35bは、中空糸膜が1本ないしは数本が挿入可能な孔を多数設けた、例えば網状の部材である。
The
このように構成したメッシュ部材35のメッシュ35bの各孔に、モジュールケース5Aから突出している中空糸膜を適宜本数挿入しつつ、モジュールケース5Aの下部が円筒部35aの内側に入り込むように、メッシュ部材35をモジュールケース5Aの下端に嵌め込む。
The
その後、図12に示すように、メッシュ部材35を、モジュールケース5Aの上下に延びる中心軸線を中心としてモジュールケース5Aに対して矢印Eのように、例えば45度〜60度程度回転させる。これにより、中空糸膜束7は、前述したように、その全体が捻られた状態となり、その結果中空糸膜束7の特に外周側付近にある中空糸膜は、モジュールケース5Aの上下方向長さの範囲において、図12中で上下鉛直方向に対しより傾斜するものとなって全長が中心部のものに比較して長くなる。
Thereafter, as shown in FIG. 12, the
次に、図13に示すように、上記図12の状態のモジュールケース5Aの下端を、中空糸膜束7およびメッシュ部材35とともに、上部が開放している円形の固着剤収容キャップ37内に挿入する。このとき、各中空糸膜の端部開口は、前記と同様にして加熱したり、あるいは樹脂を接着するなどして閉塞した状態とし、また中空糸膜束7およびモジュールケース5の下端は、固着剤収容キャップ37の底部に対して離間させる。
Next, as shown in FIG. 13, the lower end of the
上記した固着剤収容キャップ37の外周縁に設けた側壁37aの一部には、固着剤注入口37bを設けてあり、この固着剤注入口37bから、図14に示すように、溶融状態のポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなるポッティング樹脂39を、固着剤収容キャップ37内に注入する。
A part of the
この際、注入するポッティング樹脂39は、中空糸膜相互間に入り込んで行くが、中空糸膜の端部開口は閉塞しているので、中空糸膜の内部に入り込むことはなく、また注入量は、ポッティング樹脂39の上面が、互いに同一面となっている側壁37aおよび円筒部35aの各上端面と、第1ガス流出口5bとの間の適宜位置となるようにする。
At this time, the potting
なお、ポッティング樹脂39を注入する際には、モジュールケース5Aの外周面とメッシュ部材35の円筒部35aの内周面との間および、円筒部35aの外周面と固着剤収容キャップ37の側壁37aの内周面との間は、いずれもほぼ密着状態としており、これら各間からのポッティング樹脂39の漏れを防止している。
When the potting
その後、上記注入したポッティング樹脂39が固化することで、複数の中空糸膜を固着させるとともに、モジュールケース5Aに対してもポッティング樹脂39が固着し、これらが一体化する。
Thereafter, the injected
そして、これら固化したポッティング樹脂39によって一体化したものを、図15に示すように、固着剤収容キャップ37の側壁37a上端位置とほぼ同位置にて水平方向に切断する。完成した中空糸膜モジュール1Aを図16に示す。これにより、モジュールケース5Aの図16中で下端開口は、上記したポッティング樹脂39からなる端板11によって閉塞した状態となる。この切断作業での中空糸膜については、下端開口の閉塞した部分を切断することになるので、各中空糸膜の図16中で下端部が、端板11の表面にて開口した状態となる。
And what was integrated by these solidified
図17は、本発明の第3の実施形態に係わる中空糸膜モジュール1Bを備える加湿装置の、前記図1に相当する断面図、図18は、前記図2に相当する平面図である。この中空糸膜モジュール1Bは、前記図1に示した中空糸膜モジュール1における円筒部材27を排除した上で、中空糸膜束7における中空糸膜の充填密度を、中心部とそれより外周側のモジュールケース5の内壁側との間で互いに異ならせている。
FIG. 17 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1 and FIG. 18 is a plan view corresponding to FIG. 2 of a humidifying device including a hollow
具体的には、上記した中空糸膜の充填密度を、中空糸膜束7おける直径方向中心部で最も低くし、中心部から外周側に向かうに従って、徐々に高くしている。すなわち、中空糸膜の充填密度は、中心部Pで最も低く、最外周部Rで最も高く、これら相互の中間部Qで中程度とし、充填密度分布を同心円状に変化させている。
Specifically, the packing density of the hollow fiber membrane described above is lowest at the central portion in the diameter direction of the hollow
上記図17,図18に示した第3の実施形態によれば、中空糸膜束7おける直径方向中心部の中空糸膜の充填密度を低くすることにより、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスが到達しにくい中心部でのガス流通抵抗を小さくすることができる。これにより、第1ガス流入口5aから流入した加湿ガスがモジュール中心部まで到達しやすくなりかつ、中心部にて下方に向けてスムーズに流れるので、加湿に活用できる中空糸膜面積を大きくとることができ、加湿性能を向上させることができる。
According to the third embodiment shown in FIGS. 17 and 18, the humidified gas flowing outside the hollow fiber membrane by lowering the packing density of the hollow fiber membrane at the central portion in the diameter direction of the hollow
ここで、第3の実施形態では、最外周部Rの中空糸膜の充填密度は低くせず一般的な充填密度としているので、中空糸膜束7の全域について中空糸膜の充填密度を低くしてガス流通抵抗を抑える場合に対し、中空糸膜面積を大きくとることができ、加湿性能維持に寄与することができる。
Here, in the third embodiment, the filling density of the hollow fiber membranes in the outermost peripheral portion R is set to a general filling density without lowering, so the filling density of the hollow fiber membranes is reduced in the entire area of the hollow
また、最外周部Rの中空糸膜の充填密度を高く維持したままであるので、加湿ガスがモジュールケース5内に流入する際の中空糸膜の強度を維持でき、中空糸膜の信頼性を確保することができる。
Moreover, since the filling density of the hollow fiber membrane in the outermost peripheral portion R remains high, the strength of the hollow fiber membrane when the humidified gas flows into the
図19は、本発明の第4の実施形態に係わる中空糸膜モジュール1Cを備える加湿装置の、前記図1に相当する断面図、図20は、前記図2に相当する平面図である。この中空糸膜モジュール1Cは、前記図17,図18に示した第3の実施形態における中空糸膜モジュール1Bの同心円状に変化させた中空糸膜の充填密度分布に対し、中空糸膜の充填密度が最も低い中心部Pの領域を、図19,図20中で右側、すなわち第1ガス流出部となる第1ガス流出管15側に偏心させている。
FIG. 19 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1 and FIG. 20 is a plan view corresponding to FIG. 2 of a humidifying device including a hollow fiber membrane module 1C according to the fourth embodiment of the present invention. This hollow fiber membrane module 1C has a hollow fiber membrane filling with respect to the filling density distribution of the hollow fiber membranes changed concentrically in the hollow
また、中空糸膜の充填密度が中程度の中間部Qについても、中心部Pと同方向に偏心させているが、その偏心量は、中心部Pより小さくしている。つまり、中心部Pは中間部Qに対しても同方向に偏心していることになる。 Further, the intermediate portion Q having a medium filling density of the hollow fiber membrane is also eccentric in the same direction as the central portion P, but the eccentric amount is smaller than that of the central portion P. That is, the center portion P is also eccentric in the same direction with respect to the intermediate portion Q.
したがって、この例では、中空糸膜モジュール1Cの中心軸線を境にして、第1ガス供給部となる第1ガス導入管13を備える図19,図20中で左側と、第1ガス流出管15を備える図19,図20中で右側とでは、前者の方が後者に比較して、最外周部Rおよび中間部Qの中空糸膜束7の厚さが厚く、また中心部Pについては逆に、後者の方が前者に比較して、中空糸膜束7の厚さが厚くなっている。
Therefore, in this example, the first
このように構成した第4の実施形態によれば、中空糸膜束7おける直径方向中心部の中空糸膜の充填密度を低くすることで、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスの流通抵抗が小さくなって、第1ガス流入口5aから流入した加湿ガスがモジュール中心部まで到達しやすくなり、加湿に活用できる中空糸膜面積を大きくとれて加湿性能が向上するなど、前記した第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the fourth embodiment configured as described above, the flow resistance of the humidified gas flowing outside the hollow fiber membrane is reduced by lowering the packing density of the hollow fiber membrane at the central portion in the diameter direction of the hollow
また、第4の実施形態によれば、第1ガス導入管13から第1ガス導入空間23に流入した加湿ガスは、中空糸膜モジュール1Cの全周に設けてある第1ガス供給口5aのうち、第1ガス導入管13近傍でガス流速が比較的大きいので、第1ガス導入管13を設けてある側について、中空糸膜の充填密度の高い領域を多くすることで、加湿ガスが流入する際の中空糸膜の強度をより確実に維持でき、中空糸膜の信頼性確保が充分なものとなる。
In addition, according to the fourth embodiment, the humidified gas that has flowed into the first
さらに、第4の実施形態では、第1ガス導入管13を図19,図20中で左側に、第1ガス流出管15を同右側に、それぞれ設定位置することで、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスの流れの中心部が、図19に示すように、中空糸膜モジュール1Cの中心軸線に対し、第1ガス流出管15を設定してある図19中で右側に寄っており、これに対応して中空糸膜の充填密度が低い中心部Pを、同右側に偏心させている。
Further, in the fourth embodiment, the first
これにより、中空糸膜束7内における加湿ガスの流れが、中空糸膜の充填密度分布に対応したものとなり、加湿ガスの流通抵抗が小さくなって、各第1ガス流入口5aから流入した加湿ガスがモジュール中心部まで効率よく到達するものとなり、加湿に活用できる中空糸膜面積を大きくとれて加湿性能が向上する。
As a result, the flow of the humidified gas in the hollow
なお、上記した各実施形態では、中空糸膜の内部に被加湿ガスを、同外部に加湿ガスを流す例を示したが、これとは逆に中空糸膜の内部に加湿ガスを、同外部に被加湿ガスを流すようにしてもよい。また、中空糸膜モジュール1,1A,1B,1Cを、加湿装置としてだけでなく、濾過器として利用することもできる。
In each of the above-described embodiments, an example in which a humidified gas is allowed to flow inside the hollow fiber membrane and a humidified gas is allowed to flow outside the hollow fiber membrane is shown. A humidified gas may be allowed to flow. Further, the hollow
また、上記した各実施形態においては、中空糸膜モジュール1,1A,1B,1Cとして、全体が円筒形状を呈したものを示したが、円筒形状に限らず、角柱形状であっても構わない。
In the above-described embodiments, the hollow
1,1A,1B,1C 中空糸膜モジュール
5 モジュールケース(容器)
5a 第1ガス流入口(第1ガス供給部)
5b 第1ガス流出口(第1ガス流出部)
7 中空糸膜束
13 第1ガス導入管(第1ガス供給部)
15 第1ガス流出管(第1ガス流出部)
27 円筒部材(凸部)
29 凸部
1, 1A, 1B, 1C Hollow
5a 1st gas inflow port (1st gas supply part)
5b First gas outlet (first gas outlet)
7 Hollow
15 1st gas outflow pipe (1st gas outflow part)
27 Cylindrical member (convex part)
29 Convex
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