JP4100209B2 - 膜モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜の膜分離作用を利用して、加湿あるいは除湿を行う膜モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、中空糸膜の膜分離作用を利用して加湿あるいは除湿を行う膜モジュールが知られている。
【0003】
例えば、固体高分子型燃料電池においては、水素などの燃焼ガス及び酸素などの酸化剤ガス(以下、両者を反応ガスと称する)を加湿して供給する装置が必要であり、この加湿装置に上述した膜モジュールを利用したものが知られている(特許文献1参照)。
【0004】
このような従来技術に係る膜モジュールについて図15及び図16を参照して説明する。図15は従来技術に係る膜モジュールの一部破断斜視図である。図16は従来技術に係る膜モジュールの模式的断面図である。
【0005】
図示のように、従来技術に係る膜モジュール100は、概略、ケース101と、このケース101内に充填される中空糸膜束102とから構成される。
【0006】
ケース101は、略円筒形状であり、その一端に第1開口部101aを備え、他端に第2開口部101bを備え、更に、側面側に第3開口部101c及び第4開口部101dを備えている。
【0007】
このケース101内に充填された中空糸膜束102は、その両端において、中空糸膜内部のみが開放されるように、中空糸膜の外壁面及びケース101の内壁面間が封止固定されている。つまり、第1開口部101a側には、第1封止固定部104aが設けられ、第2開口部101b側には、第2封止固定部104bが設けられている。
【0008】
このように構成される膜モジュール100によって、第1開口部101a側からケース101内に入り(矢印S0)、中空糸膜の中空内部を通って、第2開口部101bからケース101の外部へと抜けていく(矢印S1)第1経路と、第3開口部101c側からケース101内に入り(矢印T0)、中空糸膜の外壁面側を通って第4開口部101dからケース101の外部へと抜けていく(矢印T1)第2経路を形成する。
【0009】
そして、第1経路と第2経路のうちの一方に反応ガスを流し、他方に水あるいは水蒸気を流す。これにより、他方に流された水あるいは水蒸気は、中空糸膜の膜分離作用によって、反応ガスの側へと透過され、反応ガス内で拡散される。
【0010】
このようにして、反応ガスを加湿することが可能となる。
【0011】
【特許文献1】
特開平8−273687号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述した膜モジュールにおいては、加湿あるいは除湿効率向上の観点から、中空糸膜束を構成する中空糸膜全体が効率良く膜分離に寄与することが要求される。
【0013】
また、中空糸膜束内に流れ込んだ流体による衝撃によって、中空糸膜が切れてしまわないようにすることも要求される。これは、中空糸膜が切れて損傷すると、その中空糸膜は膜分離に寄与できなくなるからである。
【0014】
本発明の目的は、中空糸膜の切れの発生を抑制すると共に、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図った膜モジュールを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【0016】
すなわち、複数本の中空糸膜によって形成される中空糸膜束と、
該中空糸膜束を収容するケースと、を備え、
中空糸膜の中空内部を通る第1経路と、
中空糸膜の外壁面側を通る第2経路と、を形成して、中空糸膜の膜分離によって水分の分離を行う膜モジュールであって、
前記ケース内の空間部を仕切る一対の第1仕切り板及び第2仕切り板を設け、これら第1仕切り板と第2仕切り板との間に前記中空糸膜束を配設する構成とすると共に、
前記ケースにおける前記第1仕切り板に対向する面のうち前記中空糸膜束の一端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第1開口部と、
前記ケースにおける前記第2仕切り板に対向する面のうち前記中空糸膜束の他端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第2開口部と、
前記第1仕切り板における前記他端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第3開口部と、
前記第2仕切り板における前記一端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第4開口部と、
を備えることを特徴とする。
【0017】
以上のような構成により、第2経路は、第1開口部からケース内に入り、ケースと第1仕切り板との間を通り、第3開口部から中空糸膜束内に入り、第4開口部から中空糸膜束から出て、ケースと第2仕切り板との間を通り、第2開口部からケース外へと出て行く経路、あるいは、この逆の経路となる。
【0018】
従って、ケース内に入り込んだ流体が直接中空糸膜束に入り込むことはなく、中空糸膜が受ける衝撃を抑制できる。また、中空糸膜束内に入り込んだ流体は、中空糸膜束の他端側から一端側あるいはその逆を流れた後に中空糸膜束を出て行くので、中空糸膜のほぼ全長分が水分の膜分離に寄与する。
【0019】
前記ケースにおいて、前記中空糸膜束の収容部を含み、流体の入口あるいは出口となる開口部を有する配管部分を除く部分の形状が略六面体であるとよい。
【0020】
このような構成とすれば、円筒形状のケースを用いる場合と比較して、搭載効率を上げることができる(同体積に対する投影面積を小さくできる)。
【0021】
前記第3開口部及び第4開口部は複数の孔より構成されると共に、これらの孔の個数,形状及び大きさは、第3開口部の場合には前記他端側に向かうほど流量が大きく、第4開口部の場合には前記一端側に向かうほど流量が大きくなるように設定されているとよい。
【0022】
このような構成とすれば、中空糸膜の端から端まで効率良く膜分離に寄与させることができる。
【0023】
複数本の中空糸膜が並べてすだれ織りとされ、すだれ織りとされたのが幾重にも折り畳まれて前記中空糸膜束が構成されているとよい。
【0024】
このような構成とすれば、中空糸膜同士が整列し、充填しやすく、また、中空糸膜強度を向上させることができる。
【0025】
数本の中空糸膜の束を単位として編み込まれ、前記すだれ織りとされるとよい。
【0026】
また、前記ケースと第1仕切り板との間に形成される流路と第1開口部との間,前記ケースと第2仕切り板との間に形成される流路と第2開口部との間,前記ケースと第1仕切り板との間に形成される流路と第3開口部との間、及び前記ケースと第2仕切り板との間に形成される流路と第4開口部との間のうち少なくともいずれか一つに、流体の流れを整える整流部材を設けるとよい。
【0027】
従って、整流部材を設けた部分では、流体の流れがスムーズになり、圧力損失を抑制できる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【0029】
(第1の実施の形態)
図1〜図3を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールについて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。図2は本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールにおけるケース内部を模式的に示す斜視図である。なお、図2においては、ケース及び仕切り板に設けた開口部の配置関係が分かりやすくするために、配管,中空糸膜束及びケースの上面などは無くして簡略的に示している。
【0030】
図3は本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールの模式的横断面図である。なお、図3は図1のAA断面に相当する図面である。ただし、図1のAA断面図そのものではなく、図1における断面前のAA断面に相当する。
【0031】
図示のように、膜モジュール1は、複数本の中空糸膜4によって形成される中空糸膜束と、中空糸膜束を収容するケース2と、ケース2内の空間部を仕切る一対の第1仕切り板31及び第2仕切り板32とを備えている。
【0032】
ケース2の主要部分の形状(中空糸膜束を収容する部分を含む基本形状(流体の入口あるいは出口となる開口部を有する配管部分を除く部分の形状))は、各図から分かるように、六面体(直方体)である。
【0033】
そして、このケース2の主要部分における内部の空間部分を仕切るように、第1仕切り板31及び第2仕切り板32が配設されている。これら第1仕切り板31及び第2仕切り板32は、平板形状の部材であり、六面体形状のケース2における一対の面(図3では上面と下面)にそれぞれ固定される。
【0034】
このように、第1仕切り板31及び第2仕切り板32を配設することにより空間部分を仕切り、断面が四角形状の中空糸膜束を収容する部分と、その両側の隙間部分を形成している。
【0035】
中空糸膜束は、上記の通り、第1仕切り板31と第2仕切り板32との間に配設される。そして、中空糸膜束の両端部においては、それぞれ中空糸膜4の中空内部のみが開放されるように、中空糸膜4の外壁面及び第1仕切り板31,第2仕切り板32,ケース内壁面間がポッティング剤などの封止剤によって封止されている。
【0036】
本実施の形態では、一端側の封止部(ポッティング部)は、外側のエポキシポッティング層51と内側のシリコンポッティング層52の2層から構成されている。また、他端側の封止部も同様に、外側のエポキシポッティング層53と内側のシリコンポッティング層54の2層から構成されている。
【0037】
このように封止部を2層構造としたのは、比較的硬度の高いエポキシポッティング層51,53によって複数の中空糸膜4を強固に固定する一方で、柔軟なシリコンポッティング層52,54を設けることで、中空糸膜4の揺れに対する追随性を高くして、中空糸膜4と封止部との境界面付近における中空糸膜4の切れを抑制するためである。
【0038】
ここで、第1仕切り板31とケース2との間にできた隙間の両端部、及び第2仕切り板32とケース2との間にできた隙間の両端部は、後述する第1経路を流れる流体と第2経路を流れる流体が相互に漏れないように封止する必要がある。
【0039】
そこで、本実施の形態では、上述したエポキシポッティング層とシリコンポッティング層で構成される封止部によって封止する構成とした。ただし、これらの隙間の両端は、他の方法(部材)によって封止する構成としても良い。
【0040】
ケース2は、本実施の形態では、内部中空のケース本体21と、その両端にそれぞれ設けられる第1カバー22及び第2カバー23と、から構成される。これらケース本体21と第1カバー22、及びケース本体21と第2カバー23は、適宜の方法により流体が接合部から漏れないように固着される。
【0041】
第1カバー22には、中空糸膜束の一端と対向する位置に開口部22aが設けられ、第2カバー23には、中空糸膜束の他端と対向する位置に開口部23aが設けられる。
【0042】
これにより、第1カバー22に設けられた開口部22aからケース2内に入り(矢印S0)、中空糸膜4の中空内部を通り、第2カバー23に設けられた開口部23aからケース2の外部へと出て行く(矢印S1)、あるいはその逆の第1経路が形成される。
【0043】
また、ケース本体21には、第1仕切り板31に対向する面のうち中空糸膜束の一端側に、第1開口部21aが設けられ、また、第2仕切り板32に対向する面のうち中空糸膜束の他端側に、第2開口部21bが設けられている。
【0044】
そして、第1仕切り板31には、中空糸膜束の他端側に、第3開口部を構成する貫通孔31a,31bが設けられ、第2仕切り板32には、中空糸膜束の一端側に、第4開口部を構成する貫通孔32a,32bが設けられている。なお、第3開口部を構成する貫通孔及び第4開口部を構成する貫通孔の個数,形状及び大きさについては、使用条件等によって適宜設定できる。
【0045】
これらによって、ケース本体21に設けられた第1開口部21aからケース2内に入り(矢印T0)、第1仕切り板31とケース2との間の隙間を通り(矢印T1)、第1仕切り板31に設けられた第3開口部(貫通孔31a,31b)から中空糸膜束内に入り、中空糸膜束内部であって、かつ各中空糸膜4の外壁面側を通り、第2仕切り板32に設けられた第4開口部(貫通孔32a,32b)から中空糸膜束の外部に出て、第2仕切り板32とケース2との間の隙間を通り(矢印T2)、ケース本体21に設けられた第2開口部21bからケース2の外部へと出て行く(矢印T3)、あるいはその逆の第2経路が形成される。
【0046】
以上のような構成により、加湿膜モジュールとして利用する場合には、第1経路あるいは第2経路のうちの一方に、加湿対象流体(例えば乾燥気体)を流し、他方に水分を含む流体(例えば、水蒸気や水)を流す。これにより、膜分離作用によって水分を含む流体中の水分が加湿対象気体側に透過され分散されることで、加湿対象流体の湿度を高めることができる。例えば、上述した膜モジュール1を、固体高分子型燃料電池において、水素などの燃焼ガス及び酸素などの酸化剤ガスを加湿して供給するための加湿装置に好適に利用することができる。
【0047】
これに対して、除湿膜モジュールとして利用する場合には、第1経路あるいは第2経路のうちの一方に、除湿対象流体(例えば湿潤気体)を流し、他方に乾燥気体(例えば乾燥空気)を流す。これにより、膜分離作用によって除湿対象流体中の水分が乾燥気体側に透過されるため、除湿対象気体の湿度を下げることができる。
【0048】
そして、本実施の形態においては、ケース2内に流れ込んできた流体は、直接中空糸膜束内に入り込むことはなく、第1仕切り板31とケース2との間の隙間、あるいは、第2仕切り板32とケース2との間の隙間を流れた後に、第1仕切り板31に設けられた第3開口部、あるいは、第2仕切り板32に設けられた第4開口部から中空糸膜束内に入り込む。
【0049】
従って、中空糸膜束内に入り込んでくる流体の衝撃を緩和することができるため、中空糸膜4の揺れを緩和でき、中空糸膜4の切れなどを抑制することができる。これにより、中空糸膜4の損傷による加湿効率あるいは除湿効率の低下を防止できる。
【0050】
また、第2経路においては、一方の仕切り板側から他方の仕切り板側へと経由し、かつ、中空糸膜束の端から端へと経由するため、略全ての中空糸膜について、中空糸膜の全長分を膜分離に寄与させることができる。
【0051】
従って、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図ることができる。
【0052】
また、本実施の形態においては、ケース2の主要部分の形状が六面体であるので、ケースを従来知られている円筒形状とした場合と比べて搭載効率を上げることができる(同体積に対して投影面積を下げることができる)。
【0053】
(第2の実施の形態)
図4及び図5には、第2の実施の形態が示されている。本実施の形態では、仕切り板に設ける開口部を構成する孔について工夫した構成が示されている。
【0054】
その他の構成および作用については第1の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0055】
図4は本発明の第2の実施の形態に係る膜モジュールに用いられる仕切り板の正面図である。
【0056】
図示のように、本実施の形態においては、仕切り板33に、第1貫通孔33a,第2貫通孔33b,第3貫通孔33cを設けている。なお、仕切り板33は、上述の第1の実施の形態における第1仕切り板と第2仕切り板のうちのいずれか一方、あるいは両方に相当する。従って、第1貫通孔33a,第2貫通孔33b及び第3貫通孔33cは第3開口部と第4開口部のうちのいずれか一方、あるいは両方に相当する。
【0057】
そして、本実施の形態では、図から明らかなように、第1貫通孔33aの孔面積が一番大きく、その次に、第2貫通孔33bの孔面積が大きく、第3貫通孔33cの孔面積が一番小さくなるように設定されている。つまり、端部に近付くほど、孔面積が大きくなるように設定されている。
【0058】
このように設定した理由を説明する。
【0059】
第3開口部あるいは第4開口部から中空糸膜束内に入り込む流体の流量は使用条件等により定まり、これにより開口部の開口面積はおおよそ設定される。このように設定された開口面積を満足させるために、単に円形の一つの貫通孔のみで対応したり、上記第1の実施の形態で説明した図1及び図2に示すように、同じ大きさの2つの貫通孔を単に並べて対応したりした場合には、第2流路の下流側である中空糸膜束の端部側から中空糸膜束内に入り込む流量が少なくなる傾向が出る。
【0060】
つまり、上記第1の実施の形態の場合で説明すると、上流側となる貫通孔31bあるいは貫通孔32bから中空糸膜束内に入り込む流体の流量が多く、下流側となる貫通孔31aあるいは貫通孔31bから中空糸膜束内に入り込む流体の流用が少なくなる傾向が出る。
【0061】
従って、中空糸膜束の端部付近があまり膜分離に寄与されなくなってしまうおそれがある。
【0062】
そこで、本実施の形態では、端部側の貫通孔ほど孔面積を大きくすることで、端部側からの流れを積極的にして、流体の流れを均一にするようにした。これにより、より一層効率良く、中空糸膜4の全長分を膜分離に寄与させることができる。
【0063】
なお、上記の説明では、中空糸膜束に流れ込む場合を例にして説明したが、中空糸膜束の外へ出て行く流体の流れについても同様のことが言える。つまり、端部側からの流れを積極的にすることで、中空糸膜束外へ流出する流体の流れを均一にできる。従って、より一層効率良く、中空糸膜4の全長分を膜分離に寄与させることができる。
【0064】
以上のように、仕切り板に設ける開口部においては、下流側となる端部側からの流れを積極的に行わせるように工夫することで、中空糸膜の全長分を効率良く膜分離に寄与させることができる。図4においては、貫通孔の面積を変化させることで、これを実現する例を示したがこれに限られることはなく、開口部を構成する貫通孔の個数,面積及び形状を適宜設定すれば良い。例えば、図5に示すように、仕切り板34に設ける貫通孔34aの形状及び大きさは同じものでも、端部に近付くほど配置個数を増やすようにすれば、同様の効果が得られる。また、特に図示はしないが、貫通孔の形状を三角形として、底辺が端部側を向くようにしても同様の効果が得られる。
【0065】
(第3の実施の形態)
図6〜図10には、第3の実施の形態が示されている。本実施の形態では、中空糸膜束の形成方法について工夫したものが示されている。
【0066】
その他の構成および作用については第1の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。
【0067】
図6は本発明の第3の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。また、図10は本発明の第3の実施の形態に係る中空糸膜束の斜視図である。
【0068】
図6に示すように、本実施の形態においては、中空糸膜束は、簾織りの形態となっている。すなわち、複数本の中空糸膜が並べられて、簾織り編み糸41によって簾状に編み込まれている。そして、簾状に編み込まれたものは、図10に示すように、幾重にも折り畳まれた状態で、ケース2内に収容される。
【0069】
このように、中空糸膜束は簾織りの状態でケース2内に収容されることから、1本1本ばらばらに収容される場合と比較すると、強度を高めることができ、中空糸膜4の揺れを抑制することができる。これにより、中空糸膜4の切れ等の損傷をより低減することが可能となる。
【0070】
また、図10に示すように、中空糸膜束は、簾織りされたものを折り畳んで収容すれば良いため、1本1本ばらばらに収容する場合と比較して、中空糸膜4の充填作業の作業効率を高めることができる。
【0071】
また、簾編みされたものを折り畳んで収容することで、中空糸膜を整列配置させることができ、中空糸膜束における中空糸膜本数の密度を、中空糸膜をばらばらに収容する場合と比較して、より均一化することができる。
【0072】
これにより安定した加湿効率あるいは除湿効率を維持できる。
【0073】
また、簾状に編み込む際に、中空糸膜と中空糸膜との間に適度な隙間(例えば中空糸膜1本分程度の隙間)を設けることで、流体の流れを良くすることができ、水蒸気透過速度を向上させることができる。これにより、加湿効率をより一層向上させることができる。
【0074】
また、図7に示すように、2本の中空糸膜4を1単位として簾織り編み糸42によって簾状に編み込むことで、中空糸膜強度を更に高めることができる。また、図8に示すように、2本の中空糸膜4を1単位とする場合に、2本の中空糸膜4を編み糸43によって束ねた後に、簾織り編み糸42によって簾状に編み込むことで形状を安定化させることができる。従って、中空糸膜4の外壁面の露出表面積を安定させることができ、安定した加湿効率あるいは除湿効率を確保できる。
【0075】
なお、このように2本の中空糸膜4を1単位として簾状に編み込んだものを幾重にも折り畳んだ場合でも、これを中空糸膜束の端部側から見た図9に示すように、中空糸膜1本分程度の隙間を確保できる。従って、中空糸膜4の外壁面側を流れる流体を効率良く流すことができる。
【0076】
また、簾状に編み込む場合の1単位は、上記のように2本に限らず、3本以上としても良いことは言うまでもない。ただし、本数を増やせば、強度向上には寄与するが、中空糸膜4の外壁面側を流れる流体の流れの効率は低下するため、これらのバランスによって設定すれば良い。
【0077】
ここで、上述した図7に示したように、2本の中空糸膜4を1単位として簾織り編み糸42によって簾状に編み込んで、図10に示すように折り畳んだ中空糸膜束を、図1〜図3に示すケース2に収容した膜モジュールを作製した。
【0078】
なお、中空糸膜4の本数は5000本使用し、中空糸膜4を収容する部分の断面積(図3に示す一対の第1仕切り板31及び第2仕切り板32とケース2によって区画された4角形の断面積(ポッティング剤の封入部面積))を約4500mm2とした。
【0079】
このように作製された膜モジュール1において、中空糸膜4の中空内部を通る第1経路に湿度0%の乾燥ガスを流し、中空糸膜4の外壁面側を通る第2経路に湿度100%の湿潤ガスを流した。
【0080】
その結果、中空糸膜4の膜分離作用によって、水蒸気が膜を通過する速度(水蒸気透過速度)は、約1.4g/sであった。
【0081】
一方、上記従来技術の中で説明した図11に示す円筒状のケース101における中空糸膜の収容部分の断面積(ポッティング剤封入断面積)を上記と同じく約4500mm2としたものを作製した。これに、上記と同一の中空糸膜(5000本の中空糸膜を、2本の中空糸膜4を1単位として簾織り編み糸42によって簾状に編み込んだもの(ただし、円柱形状に巻いたもの))を用い、これをケース101に収容して膜モジュール100を作製した。なお、中空糸膜の有効長さも等しくしたものを用いた。
【0082】
このように作製された膜モジュール100において、中空糸膜の中空内部を通る第1経路に湿度0%の乾燥ガスを流し、中空糸膜の外壁面側を通る第2経路に湿度100%の湿潤ガスを流した。その結果、中空糸膜の膜分離作用によって、水蒸気が膜を通過する速度(水蒸気透過速度)は、約1.0g/sであった。
【0083】
このように、ケース形状(ケースの主要部形状)が円筒のものに比べて、六面体形状のものの方が、水蒸気透過速度が優れていることが分かる。
【0084】
(第4の実施の形態)
図11〜図14には、第4の実施の形態が示されている。本実施の形態では、ケースあるいは仕切り板に設けられた開口部付近に整流部材を設ける構成を示す。その他の構成および作用については第1の実施の形態と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。図11〜図14は本発明の第4の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【0085】
図11に示す膜モジュール1は、第1開口部21aと、ケース本体21と第1仕切り板31との間に形成される流路との間に、整流部材61を設ける構成とした。
【0086】
また、図12に示す膜モジュール1は、図11に示す膜モジュールの場合と同様に、整流部材61を設けると共に、第2開口部21bと、ケース本体21と第2仕切り板32との間に形成される流路との間に、整流部材62を設ける構成とした。
【0087】
これらの整流部材61,62は、第1開口部21aあるいは第2開口部21bからポッティング剤などの樹脂接着剤を流し込んで硬化させることなどにより得ることができる。勿論、別途成形した樹脂部品などを組み込むようにしても良い。
【0088】
また、図13に示す膜モジュール1は、第1開口部21aと、ケース本体21と第1仕切り板31との間に形成される流路との間,第2開口部21bと、ケース本体21と第2仕切り板32との間に形成される流路との間,第3開口部(貫通孔31a,31b)と、ケース本体21と第1仕切り板31との間に形成される流路との間、及び第4開口部(貫通孔32a,32b)と、ケース本体21と第2仕切り板32との間に形成される流路との間にそれぞれ整流部材71,72,73,74を設ける構成とした。
【0089】
ここでは、整流部材71,72,73,74として板状の部材を組み込む構成を採用した。
【0090】
また、図14に示す膜モジュール1は、第1開口部21aと、ケース本体21と第1仕切り板31との間に形成される流路との間,第2開口部21bと、ケース本体21と第2仕切り板32との間に形成される流路との間,第3開口部(貫通孔31a,31b)と、ケース本体21と第1仕切り板31との間に形成される流路との間、及び第4開口部(貫通孔32a,32b)と、ケース本体21と第2仕切り板32との間に形成される流路との間にそれぞれ整流部材81,82,83,84を設ける構成とした。
【0091】
ここでは、整流部材81,82,83,84として、樹脂接着剤を硬化させる構成を採用した。
【0092】
そして、上記各図に示す整流部材は、いずれも所定の傾斜角度を有する傾斜面を備えている。この傾斜面は、図11〜図13に示すように、平面状の傾斜面で構成することもできるし、図14に示すように、曲面状の傾斜面で構成することもできる。これらの傾斜面の傾斜角度は、開口部からケースと仕切り板により形成される流路に向かって流体がスムーズに流れていくように、あるいは、ケースと仕切り板により形成される流路から開口部に向かって流体がスムーズに流れていくように適宜設定すれば良い。
【0093】
このように、各開口部と、ケースと仕切り板により形成される流路との間の流体の流れを、この傾斜面によって整流させている。従って、整流部材を設けることによって、ガス溜まりなどがなくなり、流体の流れがスムーズになるため、圧力損失の低減を図ることが可能となる。
【0094】
以下、これら整流部材による効果を実証した試験結果について説明する。ここでは、図1に示す整流部材を備えていないものと、図11に示す第1開口部側のみ整流部材を備えたものと、図12に示す第1開口部側と第2開口部側に整流部材を備えたものそれぞれの試験結果を説明する。
【0095】
膜モジュールの基本的な構成(整流部材以外の構成)に関しては、いずれも同一構成とした。そして、中空糸膜4の本数は4300本とした。そして、図11に示す構成における整流部材61、及び図12に示す構成における整流部材61,62については、エポキシ樹脂を第1開口部21aあるいは第2開口部21bから流し込んで硬化させることによって作製した。
【0096】
そして、中空糸膜4の中空内部を通る第1経路には湿度0%の乾燥ガスを1000NL/minの速度で流し込み、中空糸膜4の外壁面側を通る第2経路には湿度100%の湿潤ガスを1000NL/minの速度で流し込んだ。その結果、中空糸膜4の膜分離作用によって、水蒸気が膜を透過する速度(水蒸気透過速度)は約1.3g/secであった。
【0097】
そして、図1に示す構成の場合には、中空糸膜4の内側の圧力損失は14kPa,中空糸膜4の外壁面側の圧力損失は19kPaであり、図11に示す構成の場合には、中空糸膜4の内側の圧力損失は14kPa,中空糸膜4の外壁面側の圧力損失は15kPaであり、図12に示す構成の場合には、中空糸膜4の内側の圧力損失は14kPa,中空糸膜4の外壁面側の圧力損失は12kPaであった。
【0098】
以上のように、整流部材を設けることによって、圧力損失の低減を図れることが分かる。
【0099】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、中空糸膜の切れの発生を抑制すると共に、加湿効率あるいは除湿効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールにおけるケース内部を模式的に示す斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る膜モジュールの模式的横断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る膜モジュールに用いられる仕切り板の正面図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る膜モジュールに用いられる仕切り板の正面図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。
【図8】本発明の第3の実施の形態における中空糸膜束の一部拡大図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態における中空糸膜束を端部側から見た一部拡大図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態に係る中空糸膜束の斜視図である。
【図11】本発明の第4の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図12】本発明の第4の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図13】本発明の第4の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図14】本発明の第4の実施の形態に係る膜モジュールの模式的縦断面図である。
【図15】従来技術に係る膜モジュールの一部破断斜視図である。
【図16】従来技術に係る膜モジュールの模式的断面図である。
【符号の説明】
1 膜モジュール
2 ケース
21 ケース本体
21a 第1開口部
21b 第2開口部
22 第1カバー
22a 開口部
23 第2カバー
23a 開口部
31 第1仕切り板
31a,31b 貫通孔
32 第2仕切り板
32a,32b 貫通孔
33 仕切り板
33a 第1貫通孔
33b 第2貫通孔
33c 第3貫通孔
34 仕切り板
34a 貫通孔
4 中空糸膜
41,42 簾織り編み糸
43 編み糸
51,53 エポキシポッティング層
52,54 シリコンポッティング層
61,62,71,72,73,74,81,82,83,84 整流部材
Claims (6)
- 複数本の中空糸膜によって形成される中空糸膜束と、
該中空糸膜束を収容するケースと、を備え、
中空糸膜の中空内部を通る第1経路と、
中空糸膜の外壁面側を通る第2経路と、を形成して、中空糸膜の膜分離によって水分の分離を行う膜モジュールであって、
前記ケース内の空間部を仕切る一対の第1仕切り板及び第2仕切り板を設け、これら第1仕切り板と第2仕切り板との間に前記中空糸膜束を配設する構成とすると共に、
前記ケースにおける前記第1仕切り板に対向する面のうち前記中空糸膜束の一端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第1開口部と、
前記ケースにおける前記第2仕切り板に対向する面のうち前記中空糸膜束の他端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第2開口部と、
前記第1仕切り板における前記他端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第3開口部と、
前記第2仕切り板における前記一端側に設けられ、前記第2経路の一部を構成する第4開口部と、
を備えることを特徴とする膜モジュール。 - 前記ケースにおいて、前記中空糸膜束の収容部を含み、流体の入口あるいは出口となる開口部を有する配管部分を除く部分の形状が略六面体であることを特徴とする請求項1に記載の膜モジュール。
- 前記第3開口部及び第4開口部は複数の孔より構成されると共に、これらの孔の個数,形状及び大きさは、第3開口部の場合には前記他端側に向かうほど流量が大きく、第4開口部の場合には前記一端側に向かうほど流量が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の膜モジュール。
- 複数本の中空糸膜が並べてすだれ織りとされ、すだれ織りとされたのが幾重にも折り畳まれて前記中空糸膜束が構成されていることを特徴とする請求項1,2または3に記載の膜モジュール。
- 数本の中空糸膜の束を単位として編み込まれ、前記すだれ織りとされることを特徴とする請求項4に記載の膜モジュール。
- 前記ケースと第1仕切り板との間に形成される流路と第1開口部との間,前記ケースと第2仕切り板との間に形成される流路と第2開口部との間,前記ケースと第1仕切り板との間に形成される流路と第3開口部との間、及び前記ケースと第2仕切り板との間に形成される流路と第4開口部との間のうち少なくともいずれか一つに、流体の流れを整える整流部材を設けることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の膜モジュール。
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