JP2014240076A - Separation membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる中空糸束が、特定のエポキシ樹脂組成物が硬化した管板で一体に固着されている中空糸エレメントを備えた分離膜モジュールに関する。特には、管板の熱膨張による影響を抑え、高温下でも良好に動作可能な分離膜モジュール等に関する。 The present invention relates to a separation membrane module provided with a hollow fiber element in which a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes having selective permeability is fixed integrally with a tube plate in which a specific epoxy resin composition is cured. . In particular, the present invention relates to a separation membrane module and the like that can suppress the influence of thermal expansion of a tube sheet and can operate well even at high temperatures.
従来、選択的透過性を有する分離膜を用いてガス分離(例えば、酸素分離、窒素分離、水素分離、水蒸気分離、二酸化炭素分離、有機蒸気分離等)を行う分離膜モジュールとしては、プレートおよびフレーム型、チューブラー型、中空糸型などがある。そのなかでも、中空糸型のガス分離膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積がもっとも大きいという利点を有するだけでなく、耐圧性、自己支持性の点においても優れているので、工業的に有利であり、広範囲に利用されている。 Conventionally, as a separation membrane module for performing gas separation (for example, oxygen separation, nitrogen separation, hydrogen separation, water vapor separation, carbon dioxide separation, organic vapor separation, etc.) using a separation membrane having selective permeability, plates and frames are used. Types, tubular types, hollow fiber types, and the like. Among them, the hollow fiber type gas separation membrane module not only has the advantage that the membrane area per unit volume is the largest, but also is excellent in terms of pressure resistance and self-supporting properties, so it is industrially advantageous. It is widely used.
中空糸型のガス分離膜モジュールは、一般に、選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束を有する中空糸エレメントと、それを収容する中空の容器とを備えている。中空糸エレメントの中空糸束は、その一端または両端が、樹脂の硬化板(管板)によって、容器の端部に固定される。また、容器には、少なくとも、原料ガス導入口、透過ガス排出口、および非透過ガス排出口が設けられている。 A hollow fiber type gas separation membrane module generally includes a hollow fiber element having a yarn bundle made up of a number of hollow fiber membranes having selective permeability, and a hollow container for accommodating the hollow fiber element. One end or both ends of the hollow fiber bundle of the hollow fiber element is fixed to the end of the container by a resin curing plate (tube plate). In addition, the container is provided with at least a raw material gas inlet, a permeate gas outlet, and a non-permeate gas outlet.
ガス分離膜は、一般的に、供給されるガスが高温高圧であるほど、ガスの透過速度が大きくなる。したがって、ガス分離膜モジュールを用いる場合には、原料ガスをコンプレッサ等で圧縮してからモジュールに供給することが検討される場合がある。この圧縮されたガスは、場合によっては、149℃〜260℃という非常に高温で供給される場合がある。 In general, the gas separation membrane has a higher gas permeation rate as the supplied gas is at a higher temperature and pressure. Therefore, when a gas separation membrane module is used, it may be considered that the raw material gas is compressed by a compressor or the like before being supplied to the module. This compressed gas may be supplied at a very high temperature of 149 ° C. to 260 ° C. in some cases.
ところで、上述のような高温条件下で分離膜モジュールを使用するにあたっては、例えば、管板が熱膨張することによって管板部材内に応力集中が発生したり、また、それに起因した管板の亀裂により分離膜モジュールの気密性が失われるなどの問題が生じるおそれがあった。したがって、一般的には、コンプレッサ等で圧縮した高温のガスを、わざわざ冷却してガス分離膜モジュールに供給している。高温での使用に関して従来の分離膜モジュールは未だ改善の余地(例えば、高温という特殊条件をふまえた、より効果的な部品設計など)が残されている。さらに、高温用の分離膜モジュールか否かを問わず、分離膜モジュールの構造をより簡素化し、小型化に寄与できるような構造の開発が求められている。 By the way, when using the separation membrane module under the high temperature conditions as described above, for example, stress concentration occurs in the tube plate member due to thermal expansion of the tube plate, and cracks in the tube plate due to the stress concentration occur. This may cause problems such as loss of airtightness of the separation membrane module. Therefore, generally, the high-temperature gas compressed by a compressor or the like is purposely cooled and supplied to the gas separation membrane module. There is still room for improvement of conventional separation membrane modules (for example, more effective component design based on special conditions of high temperatures) with respect to use at high temperatures. Furthermore, regardless of whether the separation membrane module is for high temperature, development of a structure that can further simplify the structure of the separation membrane module and contribute to downsizing is demanded.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、管板の熱膨張による影響を抑え、高温下でも良好に動作可能な分離膜モジュールを提供することにある。また、他の目的は、分離膜モジュールの構造の簡素化を図り、小型化・軽量化に有利な構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a separation membrane module capable of suppressing the influence of thermal expansion of a tube sheet and operating well even at high temperatures. Another object is to simplify the structure of the separation membrane module and provide a structure advantageous for miniaturization and weight reduction.
上記目的を達成するための本発明に分離膜モジュールの要旨は下記の通りである。
1.選択的透過性を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
その中空糸束が収容される筒状容器と、
上記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を上記筒状容器の端部に固定するとともに上記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
上記管板の外周面と上記筒状容器の内周面との間をシールする環状シール部材と、
を備え、高温条件下で使用される分離膜モジュールであって、
上記環状シール部材が取り付けられる周辺において、上記管板に段差部が設けられていない、
分離膜モジュール。
In order to achieve the above object, the gist of the separation membrane module of the present invention is as follows.
1. A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate which is provided at an end of the hollow fiber bundle and has a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
An annular seal member that seals between the outer peripheral surface of the tube sheet and the inner peripheral surface of the cylindrical container;
A separation membrane module used under high temperature conditions,
In the periphery where the annular seal member is attached, no step portion is provided on the tube sheet.
Separation membrane module.
本発明によれば、環状シール部材(詳細下記)が取り付けられる周辺において管板に段差部が設けられていないため、管板の段差部にOリングを配置していた従来構造と比較して、高温下で使用した場合における応力集中による影響が抑えられる。 According to the present invention, since the tube plate is not provided with a step in the periphery where the annular seal member (detailed below) is attached, compared with the conventional structure in which the O-ring is arranged in the step of the tube plate, The effect of stress concentration when used at high temperatures is suppressed.
本明細書における「環状シール部材」とは、管板外周面と筒状容器内周面との間をシールする環状のシール部材を意味し、その断面形状は特に限定されるものではない。環状シール部材としては、例えば、Oリング(断面形状が略円形)であってもよいし、または、それぞれ断面形状が略V型、略U型のVパッキン、Uパッキン等であってもよい。さらに、楕円形、矩形、多角形、X型等の断面形状のものをも含む。
「高温条件下」とは、80℃〜300℃の範囲内を意図している。
「筒状容器」とは、両端が開口したものに限定されるものではなく、一端のみが開口したものも含む。
本発明の分離膜モジュールは、例えば酸素分離、窒素分離、水素分離、水蒸気分離、二酸化炭素分離、有機蒸気分離の用途に利用可能である。
The “annular seal member” in the present specification means an annular seal member that seals between the outer peripheral surface of the tube sheet and the inner peripheral surface of the cylindrical container, and the cross-sectional shape thereof is not particularly limited. The annular seal member may be, for example, an O-ring (the cross-sectional shape is substantially circular), or may be a V-packing, U-packing, or the like whose cross-sectional shape is substantially V-shaped or substantially U-shaped. Furthermore, the thing of cross-sectional shapes, such as an ellipse, a rectangle, a polygon, X type | mold, is also included.
“High temperature condition” is intended to be within the range of 80 ° C. to 300 ° C.
The “cylindrical container” is not limited to one opened at both ends, but includes one opened only at one end.
The separation membrane module of the present invention can be used for applications such as oxygen separation, nitrogen separation, hydrogen separation, water vapor separation, carbon dioxide separation, and organic vapor separation.
2.選択的透過性を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
その中空糸束が収容される筒状容器と、
上記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を上記筒状容器の端部に固定するとともに上記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
を備え、高温条件下で使用される分離膜モジュールであって、
上記管板は、上記筒状容器の材質より大きい熱膨張係数の材質で形成され、かつ、
常温では、上記管板の外周面と上記筒状容器の内周面との間に隙間が生じており、所定温度まで昇温すると上記管板が膨張してその外周面が上記筒状容器の内周面に密着してシール効果が発揮される、分離膜モジュール。
2. A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate which is provided at an end of the hollow fiber bundle and has a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A separation membrane module used under high temperature conditions,
The tube sheet is formed of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the cylindrical container, and
At normal temperature, there is a gap between the outer peripheral surface of the tube plate and the inner peripheral surface of the cylindrical container. When the temperature is raised to a predetermined temperature, the tube plate expands and the outer peripheral surface of the cylindrical container is Separation membrane module that seals against the inner peripheral surface and exhibits a sealing effect.
3.選択的透過性を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
その中空糸束が収容される筒状容器と、
上記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を上記筒状容器の端部に固定するとともに上記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
上記筒状容器の端部に取り付けられるキャップと、
を備えた分離膜モジュールであって、
前記筒状容器の内部と外部とを連通する流路を形成する管状部材が、上記筒状容器の一部と上記キャップの一部を(径方向に)貫通して設けられている、分離膜モジュール。
3. A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate which is provided at an end of the hollow fiber bundle and has a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A cap attached to the end of the cylindrical container;
A separation membrane module comprising:
A separation membrane in which a tubular member that forms a flow path that communicates the inside and the outside of the cylindrical container is provided so as to penetrate a part of the cylindrical container and a part of the cap (in the radial direction). module.
4.さらに、
上記キャップの周壁の一部に通され、当該キャップと上記筒状容器とを固定する役割を果たす固定部材を備える、上記3に記載の分離膜モジュール。
4). further,
4. The separation membrane module according to 3 above, comprising a fixing member that is passed through a part of the peripheral wall of the cap and serves to fix the cap and the cylindrical container.
5.選択的透過性を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
その中空糸束が収容される筒状容器と、
前記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を前記筒状容器の端部に固定するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
前記筒状容器の端部に取り付けられるキャップと、
を備えた分離膜モジュールであって、
前記キャップの周壁の一部に通され、当該キャップと前記筒状容器とを固定する役割を果たす固定部材を備える、分離膜モジュール。
5. A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate provided at an end of the hollow fiber bundle, having a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A cap attached to an end of the cylindrical container;
A separation membrane module comprising:
A separation membrane module comprising a fixing member that passes through a part of the peripheral wall of the cap and plays a role of fixing the cap and the cylindrical container.
6.選択的透過性を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
その中空糸束が収容される筒状容器と、
上記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を上記筒状容器の端部に固定するとともに上記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
上記筒状容器の端部に取り付けられるキャップと、
上記管板の外周面と上記筒状容器の内周面との間をシールする環状シール部材と、
を備えた分離膜モジュールであって、
上記キャップを上記筒状容器に固定する方式が、
(i)上記キャップの内周面の一部に形成されたネジ部、および、それに対向する上記筒状容器の外周面の一部に形成されたネジ部を利用して固定する方式、または、
(ii)上記キャップのフランジ部と、それに対向する上記筒状容器のフランジ部とを、固定具で連結して固定する方式である、分離膜モジュール。
6). A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate which is provided at an end of the hollow fiber bundle and has a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A cap attached to the end of the cylindrical container;
An annular seal member that seals between the outer peripheral surface of the tube sheet and the inner peripheral surface of the cylindrical container;
A separation membrane module comprising:
The method of fixing the cap to the cylindrical container is:
(I) a screw part formed on a part of the inner peripheral surface of the cap and a method of fixing using a screw part formed on a part of the outer peripheral surface of the cylindrical container facing the cap, or
(Ii) A separation membrane module in which the flange portion of the cap and the flange portion of the cylindrical container facing the cap are connected and fixed by a fixture.
7.上記環状シール部材が、さらに、前記キャップと前記筒状容器との間をシールしている、上記3〜6のいずれかに記載の分離膜モジュール。 7). 7. The separation membrane module according to any one of 3 to 6, wherein the annular seal member further seals between the cap and the cylindrical container.
本発明によれば、上述したように、管板の熱膨張による影響を抑え、高温下でも良好に動作可能な分離膜モジュール等が提供される。また、本発明の他の形態によれば、分離膜モジュールの簡素化を図り、小型化・軽量化に有利な構造が提供される。 According to the present invention, as described above, there is provided a separation membrane module or the like that can suppress the influence of thermal expansion of the tube sheet and can operate well even at high temperatures. In addition, according to another aspect of the present invention, the structure of the separation membrane module can be simplified, and a structure advantageous for miniaturization and weight reduction can be provided.
〔第1の実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。図1は、本実施形態の分離膜モジュールの基本的な構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、幾つの実施形態を例示して本発明について説明するが、各実施形態はそれぞれ独立したものではなく、各実施形態の内容は適宜組み合わされてもよい。
[First Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of the separation membrane module of the present embodiment. In the following description, the present invention will be described by exemplifying several embodiments. However, the embodiments are not independent, and the contents of the embodiments may be combined as appropriate.
図1に示すように、この分離膜モジュール1は、選択的透過性を有する多数の中空糸膜14の束である中空糸束15と、その中空糸束15を収容する略筒型の容器10とを備えている。筒状容器10は、一例として金属製であり、その両端部が開口している。筒状容器10は、円形断面であってもよいし楕円形断面であってもよいし多角形断面であってもよいが、以下の説明では、円形断面(すなわち容器10が円筒状)の場合を例として説明する。
As shown in FIG. 1, the
中空糸膜14は従来公知のものを利用可能であり、ガス分離性能を有するものであればどのような素材のものでも構わないが、例えば高分子材料特にポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネートなどの常温(23℃)でガラス状の高分子材料からなるものが、ガス分離性能が良好であるので好適である。
As the
中空糸束15は、例えば100〜1,000,000本程度の中空糸膜を集束したものである。集束された中空糸束の形状には特に制限はないが、製造の容易さおよび容器の耐圧性の観点から、円柱状に集束された中空糸束が好ましい。また、図1では中空糸膜が実質的に平行に配列されている形態を例示しているが、各中空糸膜が交叉配列されている形態であってもよい。
The
再び図1を参照し、容器10の各端部においては、中空糸束15の端部に管板30が設けられ、その外周部に環状シール部材17が配置されている。環状シール部材17としては、例えば、Oリング(断面形状が略円形)であってもよいし、または、それぞれ断面形状が略V型、略U型のVパッキン、Uパッキン等であってもよいが、以下の説明では、Oリングの場合を例として説明する。
Referring again to FIG. 1, at each end of the
管板30は、一例としてエポキシ樹脂組成物の硬化物(詳細下記)により形成されており、容器10の端部に嵌め込まれるような略円盤状に形成されている。複数の中空糸膜14はこの管板30をその厚み方向に貫通しており、各中空糸膜14の端部は管板30の外側面に開口している。
管板は、多数の中空糸膜を一体に固着する役割のほか、環状シール部材と協働して、中空糸膜どうしの間、および、中空糸膜と容器内周面の間を密封することにより、中空糸膜の内部空間と外部空間を隔絶し、気密性を保持する役割を持っている。
The
In addition to the role of integrally fixing a large number of hollow fiber membranes, the tube plate cooperates with the annular seal member to seal between the hollow fiber membranes and between the hollow fiber membranes and the inner peripheral surface of the container. Thus, the internal space and the external space of the hollow fiber membrane are isolated from each other and have a role of maintaining airtightness.
管板30を形成する硬化樹脂としては、高温耐性を備え、中空糸モジュール内の気密を保持できる物であれば、特に制限はない。有機蒸気の脱水用途や、加湿用途に用いる場合には、水蒸気に対する耐久性を併せて備えていることが好ましい。通常、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に用いられる。高温耐性および強度の面からエポキシ樹脂が特に好適に用いられる。エポキシ樹脂は、例えば、窒素膜モジュールの場合には特公平2−36287等に記載されたようなものを利用可能であり、また、有機蒸気分離モジュールの場合にはWO2009/044711等に記載されたようなものを利用可能である。
The cured resin forming the
図1に示すように、この分離膜モジュール1では、筒状容器10の両端にそれぞれキャップ20、21が設けられている。キャップ20には混合ガス導入口22Aが形成され、キャップ21には非透過ガス排出口22Bが形成されている。容器10の周壁の一部には透過ガスの排出口12が形成されている。
なお、本発明の主たる特徴部は、後述するように管板30の周辺構造にあり、そのような構造を採用しうるものであれば分離膜モジュールのタイプは何ら限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, in this
The main feature of the present invention is the peripheral structure of the
次に、図2を参照して管板の周辺構造について説明する。図2(a)は本発明に係るモジュール端部の構造の一例を示しており、図2(b)は従来型の構造を示している。
図2(b)に示すように、従来、この種の分離膜モジュールでは、筒状容器10の内周面と管板530の外周面との間にはOリング18が設けられており、これにより両部材間の気密性が確保されるようになっている。具体的には、管板530の外周部の一部に段差部530sが形成され、この段差部530sにOリング18が嵌められる構造が採用されていた。このような構造の場合、分離膜モジュール101を高温下で使用した場合、管板530のこの段差部530s付近に応力集中が起こり、管板が破損したりまたはそれに伴なって気密性が損なわれたりするといった不具合が発生するおそれがあった。
Next, the peripheral structure of the tube sheet will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows an example of the structure of the module end according to the present invention, and FIG. 2B shows a conventional structure.
As shown in FIG. 2B, conventionally, in this type of separation membrane module, an O-
これに対応するため、本実施形態の構造では、図2(a)に示すように、外周面に段差部が設けられていない管板30が使用されている。管板30の直径は、この例では、その全長にわたって一定である(別の態様については、図3を参照して後述する)。
筒状容器10の端部には段部10sが設けられており、これによりこの段差部分に、Oリング18を嵌めるための溝が形成されている。溝の断面形状は一例として矩形である。Oリング18は、この溝内に嵌められ、管板の外周面と筒状容器の内周面との間の気密性を確保する。
In order to cope with this, as shown in FIG. 2A, the structure of the present embodiment uses a
A
Oリング18は、また、キャップ20の内面にも密着しており、これにより、容器端部とキャップ内面との気密性も確保されるようになっている。このような構成によれば、1つのOリング18で、管板−筒状容器間とキャップ−筒状容器間との両方のシールが行われるので、追加のOリングが不要となる。
The O-
なお、キャップ20を筒状容器10に固定する手段は特に限定されるものではなく、従来公知の種々の方式(例えば、接着による固定、固定具を用いた固定など)を採用することができる。
The means for fixing the
上記のように構成された本実施形態の分離膜モジュール1によれば、Oリング18が取り付けられる周辺において管板30に段差部が設けられていないため、図2(b)のような従来構造と比較して、高温下で使用した場合における応力集中による影響を受けにくくなる。その結果、分離膜モジュール1全体としての高温耐性および信頼性を向上させることができる。
According to the
このような本発明による利点は、図2(a)に限らず図3のような構造の場合でも同様に得ることができる。すなわち、図2(a)の形態では説明を簡単にするために、管板30の軸方向の移動を規制する手段については特に説明しなかったが、図3の構成ではその手段が設けられている。
Such advantages according to the present invention can be obtained not only in the case of FIG. 2A but also in the case of the structure as shown in FIG. That is, in the form of FIG. 2 (a), in order to simplify the explanation, the means for restricting the axial movement of the
図3に示すように、この分離膜モジュール1′では、容器10の端部から所定距離だけ内側に入った箇所に段差10tが形成されている。これに対応するように、管板30′の端部にも段差30′tが設けられている。その他の構造については、図2(a)と同様である。このような構成によれば、管板30′の端部(図示右側)がこの段差10tに当接し軸方向の移動が規制されるので、管板がそれ以上奥に入り込むことはない。
As shown in FIG. 3, in this
なお、以上、図1の分離膜モジュールを例に挙げて説明したが、当然ながら、本発明は他の構成の分離膜モジュールにも応用可能であり、例えば、シェルフィード型のモジュールや、筒状容器にさらにパージガス導入口が設けられた、パージを行うタイプのモジュールにも好適に応用できる。 In the above description, the separation membrane module of FIG. 1 has been described as an example. However, it should be understood that the present invention can also be applied to separation membrane modules having other configurations, for example, a shell-feed type module or a cylindrical shape. The present invention can also be suitably applied to a purge type module in which a purge gas introduction port is further provided in the container.
〔第2の実施形態〕
本発明に係る分離膜モジュールは図4に示すようなものであってもよい。図4は第2の実施形態に係るモジュール端部の構造の一例を示しており、図4(a)は常温時の状態を示し、図4(b)は使用時すなわち高温時の状態を示している。
[Second Embodiment]
The separation membrane module according to the present invention may be as shown in FIG. FIG. 4 shows an example of the structure of the module end according to the second embodiment. FIG. 4 (a) shows a state at normal temperature, and FIG. 4 (b) shows a state at the time of use, that is, at a high temperature. ing.
図4の分離膜モジュールは、上記実施形態同様、選択的透過性を有する多数の中空糸膜を束ねた中空糸束15と、その中空糸束が収容される筒状容器10を備えている。また、中空糸束15の端部に設けられた管板38と、筒状容器10の端部に取り付けられるキャップ20を備えている。上記実施形態と同様の構造部には、前述した図面と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
The separation membrane module in FIG. 4 includes a
図4(a)に示すように、この分離膜モジュールでは、常温時の管板38の直径が、筒状容器10の内周面10aの内径より僅かに小さくなるように形成されており、管板38の外周面と筒状容器の内周面10aとの間に隙間が生じている。なお、管板38の材質は、上記実施形態同様、エポキシ樹脂等の樹脂材料であり、筒状容器10の材質(一例として金属)より熱膨張係数の大きい材質である。
As shown in FIG. 4A, in this separation membrane module, the diameter of the
この分離膜モジュールは、例えば80℃〜300℃の範囲で使用されるものであって、図4(b)に示すように、使用時に、管板38が所定温度まで加熱され、熱膨張によって拡径することでその外周面が筒状容器の内周面10aに密着するように構成されている。この密着により、両部材間の気密性が確保される。
This separation membrane module is used in the range of 80 ° C. to 300 ° C., for example, and as shown in FIG. 4 (b), the
上記のように構成された本実施形態の分離膜モジュールの使用に際しては、モジュールを十分に昇温させ、管板38と筒状容器10との気密性が確保された後、混合ガスの供給が行われる。
When using the separation membrane module of the present embodiment configured as described above, the temperature of the module is sufficiently raised, and after the gas tightness between the
以上説明した本実施形態の構成によれば、管板38が熱膨張することで管板と筒状容器との間にシール効果が発揮されるようになっているため、両部材間をシールするために別途Oリングを設けたり、管板の外周面を筒状容器の内周面に接着したりする必要がない。また、管板38が熱膨張した際に筒状容器10に加わる応力も小さくなるので、筒状容器10の破損等を防止できる点でも有利である。
According to the configuration of the present embodiment described above, since the
なお、以上の説明では、管板がエポキシ樹脂で筒状容器が金属である場合を想定して説明したが、筒状容器の材質は、管板よりも熱膨張係数の小さいものであれば金属に限定されるものではない。また、図4では図示されていないが、キャップ20と筒状容器10との間をシールするためのシール手段が設けられていてもよい。例えば、キャップ20の内周面と筒状容器10の外周面との間に配置された環状シール部材、または、キャップ20の内面と筒状容器10の端面との間に配置された環状シール部材を利用可能である。
In the above description, it is assumed that the tube plate is an epoxy resin and the cylindrical container is a metal. However, the material of the cylindrical container is a metal if it has a smaller coefficient of thermal expansion than the tube plate. It is not limited to. Although not shown in FIG. 4, a sealing means for sealing between the
〔第3の実施形態〕
本発明に係る分離膜モジュールは図5に示すようなものであってもよい。図5は第3の実施形態に係るモジュール端部の構造の一例を示している。なお、第1および第2の実施形態の分離膜モジュールは高温下での使用が意図されたものであったが、本実施形態の分離膜モジュールは使用される温度が特に限定されるものではない。
[Third Embodiment]
The separation membrane module according to the present invention may be as shown in FIG. FIG. 5 shows an example of the structure of the module end according to the third embodiment. In addition, although the separation membrane module of 1st and 2nd embodiment was intended for the use under high temperature, the temperature in which the separation membrane module of this embodiment is used is not particularly limited. .
図5の分離膜モジュールは、上記2つの実施形態同様、選択的透過性を有する多数の中空糸膜を束ねた中空糸束15と、それが収容される筒状容器10と、中空糸束15の端部に設けられた管板30と、筒状容器10の端部に取り付けられるキャップ20と、を備えている。また、管板と筒状容器との間をシールするOリング18も設けられている。上記実施形態と同様の構造部には、前述した図面と同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
The separation membrane module in FIG. 5 is similar to the above two embodiments in that the
図5の構成では、筒状容器10の周壁の一部に、中空糸膜を透過した透過ガスを当該筒状容器の外へと排出するための開口部10hが形成されている。また、キャップ20の周壁の一部にもそれに対応する位置に開口部20hが形成されている。そして、両開口部10h、20hを通るように、中空の排出パイプ41が取り付けられている。図5の分離膜モジュールでは、この排出パイプ41が図1の透過ガス排出口12としての役割を果たすので、図1のような透過ガス排出口12は設けられていない。
In the configuration of FIG. 5, an
この排出パイプ41は、また、キャップ20と筒状容器10とを固定する手段としての機能も有している。すなわち、排出パイプ41を両開口部10h、20hに通すことにより、キャップ20と筒状容器10との間の軸方向の移動および回転方向の移動が規制されるようになっている。
The
両部材10、20の固定をよりしっかりさせるために、図5に示すような、追加の固定ネジ42を利用してもよい。この固定ネジ42はキャップ20の周壁に形成されたネジ孔に通され、その先端が筒状容器10の周壁の一部に入り込んでいる。固定ネジ42を固定する雌ネジは、キャップ20に形成されても、筒状容器に形成されてもよい。なお、固定ネジに変えて、固定ピンを利用してもよい。
In order to more firmly fix both
なお、キャップ20の周壁の内周面と筒状容器10の外周面との間をシールするための環状シール部材(不図示)が設けられていてもよい。これにより、キャップ20と筒状容器10との間の気密性がより十分に確保される。もっとも、1つのOリング18で、管板−筒状容器間とキャップ−筒状容器間との両方のシールを十分に行える場合には、そのシール部材を省略してもよい。
An annular seal member (not shown) for sealing between the inner peripheral surface of the peripheral wall of the
以上説明したような本実施形態の構成によれば、透過ガスを排出するための流路を形成するための部材41が、キャップ20と筒状容器10とを固定する役割も兼用しているため、モジュールの構造が簡素化し、ひいてはモジュールの軽量化、小型化を図ることができる。
According to the configuration of the present embodiment as described above, the
なお、図5の例では、中空糸膜を透過した透過ガスを筒状容器の外へと排出する排出パイプ41を例に挙げて説明したが、排出パイプ41に代えて、筒状容器の内部と外部とを連通する流路を形成する他の管状部材を用いることができる。
In the example of FIG. 5, the
また、排出パイプ41を容器及びキャップの開口部10h、20hを通すことを省略して、固定ネジ42や固定ピンといった固定部材のみでキャップ20を筒状容器10に固定する構成としてもよい。このような構成の場合、図6(b)を参照して後述するフランジ部どうしを固定する構成と比べると、フランジ部を設ける必要がないため、モジュールの小型化に有利である。
固定部材は、1つのみであってもよいし2つ以上であってもよいが、2つ以上の場合、固定部材が周方向に均等に配置されていることが好ましい。
Further, the
There may be only one fixing member or two or more fixing members, but in the case of two or more fixing members, it is preferable that the fixing members are evenly arranged in the circumferential direction.
〔他の実施形態〕
本発明は、上記実施形態の他にも図6(a)、(b)に示すようなものであってもよい。これらの分離膜モジュールは、上記実施形態と同様、中空糸膜を束ねた中空糸束15と、それが収容される筒状容器10と、中空糸束15の端部に設けられた管板30と、筒状容器の端部に取り付けられるキャップ26、27とを備えている。また、管板の外周面と筒状容器の内周面との間をシールするOリング18も備えている。
Other Embodiment
The present invention may be as shown in FIGS. 6A and 6B in addition to the above embodiment. Similar to the above embodiment, these separation membrane modules include a
図6(a)の構成では、キャップ26の内周面の一部に形成された雌ネジ部と、筒状容器10の外周面の一部に形成された雄ネジ部とが係合し、ねじ込み方式でキャップ26が筒状容器10に固定されるようになっている。
キャップ26が所定の固定位置まで回された状態では(図6(a)参照)、Oリング18の一部がキャップ26の内面に当接し、これにより筒状容器端部とキャップ内面との気密性が確保される。上記した実施形態同様、Oリング18は、管板の外周面と筒状容器の内周面と間の気密性も確保する。
In the configuration of FIG. 6 (a), the female screw portion formed on a part of the inner peripheral surface of the
In a state where the
図6(b)の構成では、キャップ27にフランジ部27fが形成されるとともに、筒状容器10にもそれに対応するフランジ部10fが形成されている。キャップ27と筒状容器10の固定は、これらのフランジ27f、10fを固定具43で固定することにより行われる。固定具43としては、例えば、ボルトおよびナットを使用することができる。また、フランジ10fに形成したネジ孔とボルトを使用することもできる。
なお、固定具43でフランジ部どうしを締め付ける箇所は特に限定されるものではないが、締付け箇所は、フランジ部の周方向に関して等間隔に設けられていることが好ましい。
In the configuration of FIG. 6B, a
In addition, although the location which clamp | tightens the flange parts with the fixing
〔さらに他の実施形態〕
本発明の分離膜モジュールは、図7に示すような構成であってもよい。図7(a)は分離膜モジュールの一例を示す断面図であり、図7(b)は図7(a)の一部を拡大した図である。
[Still another embodiment]
The separation membrane module of the present invention may be configured as shown in FIG. FIG. 7A is a cross-sectional view showing an example of a separation membrane module, and FIG. 7B is an enlarged view of a part of FIG. 7A.
図7の分離膜モジュールは、中空糸膜を束ねた中空糸束115と、それが収容される筒状容器110と、中空糸束115の両端部に設けられた管板130A、130Aと、筒状容器110の端部に取り付けられるキャップ120、121とを備えている。また、各管板130Aの外周面に設けられたOリング118も備えている。
7 includes a
筒状容器110は、この例では、モジュールの長手方向に延びる管材111と、その両端に取り付けられた端部部材112、112とを有している。図示左側(ガス導入側)の端部部材112の周壁には透過ガス(一例)の排出口112hが形成されている。
In this example, the
各端部部材112には、フランジ部112fが形成されている。一方、各キャップ120、121にもフランジ部120f、121fが形成されている。端部部材のフランジ部112fとキャップのフランジ部120fとを突き合わせ、図6の形態と同様、例えばボルトおよびナット等(図7では図示を省略)を使用することにより、キャップ120を端部部材112に固定することができる(キャップ121についても同様)。
Each
図7(b)に示すように、この例では、管板130Aはキャップ120の内周面の一部と筒状容器110の内周面の一部とに密着するように配置されている。各管板130Aは、図3の管板30′と同様、その外周面が段状に形成されたものであり、管板外周面の段部が筒状容器内周面の段部に当接することで、管板130Aの軸線方向(図示横方向)の位置規制が行われる。
As shown in FIG. 7B, in this example, the tube sheet 130 </ b> A is disposed so as to be in close contact with a part of the inner peripheral surface of the
キャップ120のフランジ部120fの径方向内側には、段差部120sが環状に形成されている。この段差部120sと、端部部材112のフランジ部112fの一部とによって形成される、環状の溝(断面形状は矩形)内にOリング118が配置されている。Oリング118は、管板130Aとキャップ120との間の気密性を確保するとともに、キャップ120と端部部材112との間の気密性を確保する。
A
キャップ120の構造を例としてOリング118の周辺構造を説明したが、キャップ121側についても同様の構造となっている。フランジ部を固定する手段としては、ボルトとナットを利用するものに限られるものではなく、例えば、フランジ部112f、120fのいずれかに形成したネジ孔に対してボルト先端がねじ込まれる構成であってもよい。
Although the peripheral structure of the O-
上述した図7のような構成によれば、第1の実施形態同様、Oリング118が取り付けられる周辺において管板130Aに段差部が設けられていないため、図2(b)に示したような従来構造と比較して、高温下で使用した場合における応力集中による影響を受けにくくなる。その結果、分離膜モジュール全体としての高温耐性および信頼性を向上させることができる。
According to the configuration shown in FIG. 7 described above, as in the first embodiment, the stepped portion is not provided in the
また、図7の構成では、筒状容器110が管材111と端部部材112、112とで構成されているが、このような構成によれば、各部材の性状に応じてそれぞれの部材の材質を適宜選択できる点で有利である。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、管材と保持部材とが一体化したような、単一部材の筒状容器を利用してもよい。
Further, in the configuration of FIG. 7, the
本発明の分離膜モジュールは、さらに、図8に示すようなものであってもよい。
このモジュールは、基本的には図6(b)の構成と同様、キャップ127のフランジ部127fと筒状容器110′のフランジ部110fとを突き合わせる方式でキャップ127が筒状容器110′に固定されるものであるが、Oリングの数および配置位置などが変更されている。管板130Bは、図7のものと同様、キャップ127の内周面の一部と筒状容器110′の内周面の一部とに密着するタイプのものである。
The separation membrane module of the present invention may further be as shown in FIG.
In this module, basically, the
第1のOリング118は、キャップ127の内周面に形成された環状の溝127g内に配置されており、管板130Bとキャップ127との間の気密性を確保する役割を果たす。環状の溝127gは、限定されるものではないが、キャップ127の内周面のうち、フランジ部127f側の端面からやや内側(図示左側)に入った位置に形成されている。
The first O-
第2のOリング119は、フランジ部110fとフランジ部127fとの間に配置されている。この例では、筒状容器110のフランジ部110fに形成された環状の溝110gにOリング119が配置されている。このようなOリング119は、必ずしも必須の構成ではないが、このOリング119により、フランジ部110f、127f間を通ってガスが外部に漏れることが防止される。
The second O-
なお、当然ながら、このようなOリング118、119の構成は、図8に描かれている形態だけでなく、上述した実施形態と適宜組み合せて利用することが可能である。また、第2のOリング119を配置する溝は、キャップ127のフランジ部127fに形成されていてもよい。
Of course, such a configuration of the O-
本発明の分離膜モジュールは、高温の条件下(例えば、航空機の搭載型不活性ガス発生システム)に好適に利用可能である。 The separation membrane module of the present invention can be suitably used under high-temperature conditions (for example, an on-board inert gas generation system for an aircraft).
1、1′、101 分離膜モジュール
10、110、110′ 筒状容器
10a 容器内周面
10f フランジ部
10h 開口部
10s 段差部
10t 段差部
110g 溝
111 管材
112 端部部材
12、112h 透過ガス排出口
112f フランジ部
14 中空糸膜
15、115 中空糸束
17 環状シール部材
18、118、119 Oリング
20、21、26、27、120、121、127 キャップ
20h 開口部
120f フランジ部
120s 段差部
22A 混合ガス導入口
22B 非透過ガス排出口
27f フランジ部
127f フランジ部
127g 溝
30、30′、38、130A、130B、530 管板
30s、530s 段差部
30′t 段差部
41 排出パイプ
42 固定ネジ
43 固定具
1, 1 ', 101
Claims (7)
その中空糸束が収容される筒状容器と、
前記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を前記筒状容器の端部に固定するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
前記管板の外周面と前記筒状容器の内周面との間をシールする環状シール部材と、
を備え、高温条件下で使用される分離膜モジュールであって、
前記環状シール部材が取り付けられる周辺において、前記管板に段差部が設けられていない、分離膜モジュール。 A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate provided at an end of the hollow fiber bundle, having a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
An annular seal member that seals between the outer peripheral surface of the tube sheet and the inner peripheral surface of the cylindrical container;
A separation membrane module used under high temperature conditions,
A separation membrane module in which a step portion is not provided on the tube plate in the periphery where the annular seal member is attached.
その中空糸束が収容される筒状容器と、
前記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を前記筒状容器の端部に固定するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
を備え、高温条件下で使用される分離膜モジュールであって、
前記管板は、前記筒状容器の材質より大きい熱膨張係数の材質で形成され、かつ、
常温では、前記管板の外周面と前記筒状容器の内周面との間に隙間が生じており、所定温度まで昇温すると前記管板が膨張してその外周面が前記筒状容器の内周面に密着してシール効果が発揮される、分離膜モジュール。 A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate provided at an end of the hollow fiber bundle, having a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A separation membrane module used under high temperature conditions,
The tube plate is formed of a material having a thermal expansion coefficient larger than that of the cylindrical container, and
At normal temperature, there is a gap between the outer peripheral surface of the tube plate and the inner peripheral surface of the cylindrical container. When the temperature is raised to a predetermined temperature, the tube plate expands and the outer peripheral surface of the cylindrical container is Separation membrane module that seals against the inner peripheral surface and exhibits a sealing effect.
その中空糸束が収容される筒状容器と、
前記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を前記筒状容器の端部に固定するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
前記筒状容器の端部に取り付けられるキャップと、
を備えた分離膜モジュールであって、
前記筒状容器の内部と外部とを連通する流路を形成する管状部材が、前記筒状容器の一部と前記キャップの一部を貫通して設けられている、分離膜モジュール。 A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate provided at an end of the hollow fiber bundle, having a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A cap attached to an end of the cylindrical container;
A separation membrane module comprising:
A separation membrane module, wherein a tubular member that forms a flow path that connects the inside and the outside of the cylindrical container is provided so as to penetrate a part of the cylindrical container and a part of the cap.
前記キャップの周壁の一部に通され、当該キャップと前記筒状容器とを固定する役割を果たす固定部材を備える、請求項3に記載の分離膜モジュール。 further,
The separation membrane module according to claim 3, further comprising a fixing member that passes through a part of the peripheral wall of the cap and plays a role of fixing the cap and the cylindrical container.
その中空糸束が収容される筒状容器と、
前記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を前記筒状容器の端部に固定するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
前記筒状容器の端部に取り付けられるキャップと、
を備えた分離膜モジュールであって、
前記キャップの周壁の一部に通され、当該キャップと前記筒状容器とを固定する役割を果たす固定部材を備える、分離膜モジュール。 A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate provided at an end of the hollow fiber bundle, having a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A cap attached to an end of the cylindrical container;
A separation membrane module comprising:
A separation membrane module comprising a fixing member that passes through a part of the peripheral wall of the cap and plays a role of fixing the cap and the cylindrical container.
その中空糸束が収容される筒状容器と、
前記中空糸束の端部に設けられ、当該束の端部を前記筒状容器の端部に固定するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶する機能を有する管板と、
前記筒状容器の端部に取り付けられるキャップと、
前記管板の外周面と前記筒状容器の内周面との間をシールする環状シール部材と、
を備えた分離膜モジュールであって、
前記キャップを前記筒状容器に固定する方式が、
(i)前記キャップの内周面の一部に形成されたネジ部、および、それに対向する前記筒状容器の外周面の一部に形成されたネジ部を利用して固定する方式、または、
(ii)前記キャップのフランジ部と、それに対向する前記筒状容器のフランジ部とを、固定具で連結して固定する方式である、分離膜モジュール。 A hollow fiber bundle in which a number of hollow fiber membranes having selective permeability are converged;
A cylindrical container that accommodates the hollow fiber bundle;
A tube plate provided at an end of the hollow fiber bundle, having a function of fixing the end of the bundle to the end of the cylindrical container and isolating the inside and the outside of the cylindrical container;
A cap attached to an end of the cylindrical container;
An annular seal member that seals between the outer peripheral surface of the tube sheet and the inner peripheral surface of the cylindrical container;
A separation membrane module comprising:
The method of fixing the cap to the cylindrical container is:
(I) a screw part formed on a part of the inner peripheral surface of the cap and a method of fixing using a screw part formed on a part of the outer peripheral surface of the cylindrical container facing the cap, or
(Ii) A separation membrane module in which the flange portion of the cap and the flange portion of the cylindrical container facing the cap are connected and fixed by a fixture.
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