JP5740952B2 - 分離膜モジュール - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１の実施形態の分離膜モジュールの基本的な構成を模式的に示す断面図である。 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。 管板周辺の他の構造を示す図である。 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）は高温時の状態を示している。 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。 本発明の更に他の実施形態の例を示す図である。 図７（ａ）は分離膜モジュールの更に別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。 Ｏリングの配置の一例を示す図である。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

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、
   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。
2. 前記管板の端部に段差部が形成されるとともに、前記筒状容器内にその段差部が当接する他の段差部が形成されており、これにより、前記管板が前記筒状容器の内部に入り込むことが防止されている、請求項１に記載の分離膜モジュール。
3. さらに、
   前記筒状容器の端部に取り付けられるキャップを備えている、請求項１または２に記載の分離膜モジュール。
4. さらに、
   前記キャップと前記筒状容器との間をシールするためのシール手段が設けられている、請求項３に記載の分離膜モジュール。
5. 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、
   請求項３または４に記載の分離膜モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の分離膜モジュールと、
   当該分離膜モジュールに原料ガスを供給するガス供給手段と、
   を備えた、ガス分離システム。
7. 前記ガス供給手段がコンプレッサである、請求項６に記載のガス分離システム。

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