JP5966757B2 - Gas separation membrane module and hollow fiber element replacement method - Google Patents
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Description
本発明は、中空糸膜を利用してガス分離を行うガス分離膜モジュール等に関し、特には、交換可能に設けられた中空糸エレメントの取付け等を容易にかつ正確に行うことが可能なガス分離膜モジュールおよび中空糸エレメントの交換方法に関する。 The present invention relates to a gas separation membrane module or the like that performs gas separation using a hollow fiber membrane, and in particular, a gas separation that can easily and accurately perform mounting or the like of a replaceable hollow fiber element. The present invention relates to a method for replacing a membrane module and a hollow fiber element.
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、中空糸膜型などがある。そのなかでも、中空糸膜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. Type, tubular type, and hollow fiber membrane type. Among them, the hollow fiber membrane type gas separation membrane module not only has the advantage that the membrane area per unit volume is the largest, but also has excellent pressure resistance and self-supporting properties. It is advantageous and widely used.
中空糸膜型のガス分離膜モジュールとしては、中空糸エレメント(詳細下記)が容器に対して交換可能に設けられているものが従来種々提案されている。中空糸エレメントは、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と、その中空糸束の一端または両端に形成された樹脂製の硬化板(管板)等を有し、容器に対して着脱される交換部品である。 Various types of hollow fiber membrane type gas separation membrane modules have been proposed in which hollow fiber elements (details below) are provided so as to be replaceable with respect to the container. The hollow fiber element has a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes having selective permeability, a resin-made cured plate (tube plate) formed at one or both ends of the hollow fiber bundle, and the like. It is a replacement part to be attached to and detached from.
特許文献1には、中空糸エレメントとそれを収容する容器とを備え、比較的高圧の混合ガスを中空糸エレメントに供給してガス分離を行うガス分離膜モジュールが開示されている。具体的には、中空糸エレメントは、多数の中空糸膜からなる中空糸束と、その中心部に配置された芯管とを有しており、芯管の一部が中空糸束から突出してノズル部を構成している。中空糸エレメントの装着時には、このノズル部が容器内の所定の芯管固定部に挿入されるように、中空糸エレメントを容器内へと挿入する。 Patent Document 1 discloses a gas separation membrane module that includes a hollow fiber element and a container that accommodates the hollow fiber element, and performs gas separation by supplying a relatively high pressure mixed gas to the hollow fiber element. Specifically, the hollow fiber element has a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes and a core tube disposed at the center thereof, and a part of the core tube protrudes from the hollow fiber bundle. The nozzle part is configured. When the hollow fiber element is mounted, the hollow fiber element is inserted into the container so that the nozzle portion is inserted into a predetermined core tube fixing portion in the container.
特許文献1のような構成の場合、中空糸エレメントのノズル部を容器内の芯管固定部に対して正確に位置決めする必要があるが、例えば、中空糸エレメントの全長が比較的長い場合にはノズル部の位置の制御が難しく、ノズル部を芯管固定部に挿入するのに手間がかかるという問題点があった。また、その場合、ノズル部と芯管固定部との接続が正しく行われず、両部材間のシール性が不十分となり、ガス分離膜モジュールの機能性が低下するおそれもある。また、無理に挿入しようとすると、ノズル部を破損するおそれもある。 In the case of the configuration as in Patent Document 1, it is necessary to accurately position the nozzle portion of the hollow fiber element with respect to the core tube fixing portion in the container. For example, when the total length of the hollow fiber element is relatively long There is a problem that it is difficult to control the position of the nozzle portion, and it takes time to insert the nozzle portion into the core tube fixing portion. Further, in that case, the nozzle part and the core tube fixing part are not correctly connected, the sealing performance between the two members becomes insufficient, and the functionality of the gas separation membrane module may be lowered. In addition, if the insertion is forced, the nozzle part may be damaged.
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、交換可能に設けられた中空糸エレメントの取付け等を容易にかつ正確に行うことが可能なガス分離膜モジュールおよび中空糸エレメントの交換方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a gas separation membrane module and a hollow fiber element that can easily and accurately mount a replaceable hollow fiber element. It is to provide an exchange method.
上記目的を達成するための本発明の形態は次の通りである:
1.混合ガスを中空糸膜に供給してガス分離を行うガス分離膜モジュールであって、
(a)多数の中空糸膜からなる中空糸束と、前記中空糸束の略中心に配置され一部がノズル部として突出する芯管とを有する、交換可能な中空糸エレメント、
(b)該中空糸エレメントを出し入れする開口部と、前記ノズル部を固定するとともに該ノズル部内のガス流路に連通する流路が形成された芯管固定部とを少なくとも有する筒状容器、および、
(c)前記開口部に取り付けられる蓋部材、を備え、
さらに、
前記中空糸エレメントを前記筒状容器内に挿入する際または同エレメントを引き抜く際に、前記ノズル部の位置を所定位置に保ちながら前記中空糸エレメントを案内するガイド部材を備える
ことを特徴とする、ガス分離膜モジュール。
The mode of the present invention for achieving the above object is as follows:
1. A gas separation membrane module that performs gas separation by supplying a mixed gas to a hollow fiber membrane,
(A) A replaceable hollow fiber element having a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes, and a core tube that is disposed substantially at the center of the hollow fiber bundle and partially protrudes as a nozzle portion,
(B) a cylindrical container having at least an opening through which the hollow fiber element is taken in and out, and a core tube fixing part in which a channel that fixes the nozzle unit and communicates with a gas channel in the nozzle unit is formed; ,
(C) a lid member attached to the opening,
further,
When the hollow fiber element is inserted into the cylindrical container or when the element is pulled out, the hollow fiber element is provided with a guide member that guides the hollow fiber element while keeping the position of the nozzle portion at a predetermined position. Gas separation membrane module.
2.前記ガイド部材が、
前記ノズル部または前記中空糸エレメントの一部を支持する支持部が形成された本体部と、
該本体部に設けられ、前記筒状容器の内周面に略当接する脚部と、
を有するものである、上記1に記載のガス分離膜モジュール。
2. The guide member is
A main body portion formed with a support portion for supporting a part of the nozzle portion or the hollow fiber element;
A leg portion provided on the main body portion and substantially in contact with an inner peripheral surface of the cylindrical container;
2. The gas separation membrane module according to 1 above, comprising:
3.前記ガイド部材は前記脚部を2つ有する、上記記載のガス分離膜モジュール。 3. The gas separation membrane module according to the above, wherein the guide member has two legs.
4.前記脚部が、丸棒状の部材である、上記記載のガス分離膜モジュール。 4). The gas separation membrane module according to the above, wherein the leg is a round bar-shaped member.
5.前記丸棒状の脚部は前記本体部に略垂直に設けられており、かつ、前記本体部から第1の方向に延びる部分が、前記第1の方向とは反対の第2の方向に延びる部分よりも長くなっている、上記記載のガス分離膜モジュール。 5. The round bar-shaped leg portion is provided substantially perpendicularly to the main body portion, and a portion extending from the main body portion in the first direction extends in a second direction opposite to the first direction. The gas separation membrane module as described above, which is longer than the above.
6.前記筒状容器内に、2本の前記中空糸エレメントが同軸上に並んで配置されるように構成されている、上記記載のガス分離膜モジュール。 6). The gas separation membrane module according to the above, wherein the two hollow fiber elements are coaxially arranged in the cylindrical container.
7.ガス分離膜モジュールの筒状容器に中空糸エレメントを交換する方法であって、
少なくとも、
(a)中空糸エレメントの先端側を前記筒状容器の開口部からその内部に挿入するステップと、
(b)前記中空糸エレメントを、筒状容器の軸方向に沿ってさらに奥へと移動させるステップと、
(c)前記中空糸エレメントの先端のノズル部を、前記筒状容器内の芯管固定部に挿入接続するステップと、
を含み、
少なくとも前記(b)および(c)のステップでは、前記ノズル部の位置を所定位置に保つガイド部材を用いながら、前記中空糸エレメントを移動させ前記ノズル部を前記芯管固定部に挿入接続する、中空糸エレメントの交換方法。
7). A method of replacing a hollow fiber element in a cylindrical container of a gas separation membrane module,
at least,
(A) inserting the distal end side of the hollow fiber element into the inside thereof from the opening of the cylindrical container;
(B) moving the hollow fiber element further back along the axial direction of the cylindrical container;
(C) inserting and connecting the nozzle portion at the tip of the hollow fiber element to the core tube fixing portion in the cylindrical container;
Including
At least in the steps (b) and (c), while using a guide member that keeps the position of the nozzle part at a predetermined position, the hollow fiber element is moved and the nozzle part is inserted and connected to the core tube fixing part. How to replace the hollow fiber element.
本出願において、「略垂直」には、垂直および実質的に垂直の両方が含まれる。「略中心」には、中心および実質的な中心の両方が含まれる。「略当接」には、当接することおよび実質的に当接することの両方が含まれる。
「蓋部材」は、開口部等を覆うように取り付けられるものを意図しており、必ずしも当該箇所を塞ぐための部材に限定されるものではない。
In this application, “substantially vertical” includes both vertical and substantially vertical. “Substantially center” includes both center and substantial center. “Substantially abutting” includes both abutting and substantially abutting.
The “lid member” is intended to be attached so as to cover the opening or the like, and is not necessarily limited to a member for closing the portion.
本発明によれば、交換可能に設けられた中空糸エレメントの取付け等を容易にかつ正確に行うことが可能なガス分離膜モジュールおよび中空糸エレメントの交換方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas separation membrane module and the replacement | exchange method of a hollow fiber element which can perform the attachment of the hollow fiber element provided so that replacement | exchange etc. easily and correctly are provided.
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。なお、以下の説明では右、左、上、下などの方向を示す用語を使用することがあるが、これらの用語は本発明を何ら限定するものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, terms indicating directions such as right, left, top, and bottom may be used, but these terms do not limit the present invention.
[ガス分離膜モジュールの構成]
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態のガス分離膜モジュールの断面図である。このガス分離膜モジュール100は一例としてシェルフィード型であって、基本的には、本出願人によって先に出願された特開2008−178872号と同様の方式でガスを分離するものである。ガス分離膜モジュール100の構成に関し、同文献に開示されたものと同一または実質的同一の構成については一部説明を省略する。
[Configuration of gas separation membrane module]
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the gas separation membrane module of the present embodiment. This gas
なお、図1〜図5では基本的に中空糸エレメント(下記)を横向きに挿入する例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。中空糸エレメントが縦向きに挿入される構成については、第4の実施形態で説明する。 In addition, although FIGS. 1-5 demonstrates the example which inserts a hollow fiber element (following) sideways fundamentally, this invention is not limited to this. A configuration in which the hollow fiber element is inserted vertically will be described in a fourth embodiment.
ガス分離膜モジュール100は、図1に示すように、交換可能な1本の中空糸エレメント140と、その中空糸エレメント140を収容する筒状容器110と、その筒状容器110の両端に取り付けられた蓋部材125、127とを備えている。
As shown in FIG. 1, the gas
中空糸エレメント140は、図2に示すように、多数の中空糸膜を束ねてなる中空糸束149を有している。中空糸束149の断面形状は一例として円形であってもよい。中空糸束149の一端または両端には、中空糸膜を固定する管板(不図示)が形成されている。管板の材質は特に限定されるものではなく従来公知の熱硬化性樹脂などを利用可能である。
As shown in FIG. 2, the
中空糸エレメント140は、中空糸束149の略中心に配置された芯管142を有している。芯管142の一方の端部(図の右側)は、ノズル部143として中空糸束149の端部の先端キャップ148(詳細下記)から突出している。このノズル部143は、後述する芯管固定部121に挿入される部分であり、ノズル部143の先端にはテーパ部143aが形成されている。また、ノズル部143の外周には、Oリングを嵌めるための環状溝143bが形成されている。限定されるものではないが、芯管142およびノズル部143は一例として金属製である。以下の説明では、このノズル部143側を中空糸エレメントの「先端(側)」、その反対側を「基端(側)」と表現することもある。
The
中空糸エレメント140は、中空糸束149の基端側に設けられた基端キャップ146と、先端側に設けられた先端キャップ148と有している。基端キャップ146内には、中空糸膜を固着する管板(不図示)が配置されている。基端キャップ146の外周には、Oリングを嵌めるための環状溝146aが2つ形成されている。基端キャップ146に隣接して取り付けられているのは多孔板147(詳細下記)である。
The
先端キャップ148は、一例としてループさせた中空糸膜の端部を押さえる役割を果たすものであってもよい。先端キャップ148は一例として円盤状であり、その前面148aは芯管142の軸方向に直行する平坦な面となっている。なお、中空糸膜がループされていることは本発明を何ら限定するものではない。
For example, the
なお、中空糸膜は、ガス分離性能を有せ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、容易にループさせることができ、しかもガス分離性能が良好であるので好適である。 The hollow fiber membrane may be made of any material as long as it has gas separation performance. For example, it is a polymer material, particularly polyimide, polysulfone, polyetherimide, polyphenylene oxide, polycarbonate, etc. at room temperature (23 ° C.). A glassy polymer material is preferable because it can be easily looped and has good gas separation performance.
管板は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、或いはエポキシ樹脂やウレタン樹脂などからなる熱硬化性樹脂によって好適に形成される。また、管板は、容器内の空間を管板によって分離し、中空糸膜の外側空間と、中空糸膜の内側から蓋部材の間に形成されたガス流路に連通する空間とを隔絶する役割を有する。 The tube sheet is preferably formed of a thermoplastic resin such as polyethylene or polypropylene, or a thermosetting resin made of epoxy resin or urethane resin. The tube plate separates the space in the container by the tube plate, and isolates the outer space of the hollow fiber membrane from the space communicating with the gas flow path formed between the inside of the hollow fiber membrane and the lid member. Have a role.
多孔板147は、中空糸エレメント140の管板と蓋部材125の間に介在し、管板から受ける圧力を蓋部材125と共に受け止めることにより、管板の変形を防ぐ役割を有する。多孔板147としては従来公知のもの(例えば特開2008−178872号のもの)を利用することができる。一例として、多孔板147はその厚み方向に多数の貫通した孔(不図示)を有しており、構造体としての機能とガスを流す流路としての機能とを併せ有する。材質は、金属、樹脂、またはセラミックスなどとすることができる。
The
多孔板は、その少なくとも一部が管板に接しそれによって管板を支持するように装着されてもよい。多孔板は、中心部および外周部において管板に接して管板を支持するように構成されていてもよい。多孔板の他の役割は、管板の表面に位置する中空糸膜の開口から排出される透過ガスの流路を確保して蓋部材のガス流路へ導くことである。 The perforated plate may be mounted such that at least a portion thereof touches the tube plate and thereby supports the tube plate. The perforated plate may be configured to support the tube plate in contact with the tube plate at the center portion and the outer peripheral portion. Another role of the porous plate is to secure a flow path for the permeated gas discharged from the opening of the hollow fiber membrane located on the surface of the tube sheet and guide it to the gas flow path of the lid member.
中空糸束149には、図2に示すとおり、実質的にガスを透過しないフィルム145が巻き付けられていてもよい。フィルム145は、中空糸束149の管板近傍(露出部A140)を除いたほとんどの外側表面(具体的には、側面の面積の60%以上、特には80%以上)を覆うものであってもよい。フィルム145は、実質的にガスを透過しないフィルム状物であれば特に限定されるものではなく、高分子材料からなるフィルムや金属箔などを好適に用いることができる。フィルム145は、容器内のガス混合物の流れを制御する役割と、芯管を中心に中空糸束全体を一つのまとまった構造体として、その形状を保持する役割を有するものであってもよい。あるいは、先端キャップ148の一部を伸ばしたものであってもよい。
As shown in FIG. 2, a
フィルム145で覆われていない露出部A140を網状物で覆ってもよい。網状物としては、ガスを透過するシート状物、特に空隙率が30体積%以上好ましくは50体積%以上のシート状物が好適である。網状物は、必ずしも網である必要はない。繊維材料や高分子材料や紙材料や金属材料などからなる織物、編物、布状或いは網状のシート状物が好適である。特に好ましくは弾性を有する網状のものである。この網状物は、ガスの透過を阻害しないで、芯管を中心に中空糸束全体を一つのまとまった構造体としてその形状を保持し、特にガス流の変動によって中空糸膜が変動するのを抑制する役割を有する。このために、網状物の端部は中空糸膜と共に管板に包埋されて固定されることが好適である。
The exposed portion A140 that is not covered with the
芯管142は、中空糸エレメント140の変形を防ぎ形状を保持する役割を有する。芯管142の基端部(図示左側の端部、不図示)は管板に固着されていてもよい。固着は、芯管142それ自体が管板に包埋されることで行われるものであってもよい。他にも、例えばネジを形成した樹脂製の部材を利用するなどして、ネジ止めによって接続しても構わない。芯管142は内部にガス流路が形成されている。芯管142の外周面には複数の孔が形成されている。これにより、中空糸膜を透過しなかった非透過ガスが、それら複数の孔を介して芯管内部に送り込まれ、非透過ガスが芯管142のノズル部143から排出されるようになっている。
The
次に、筒状容器110および蓋部材125、127について説明する。
筒状容器110は、円筒部111とその両端に形成されたフランジ部112、113とを有している。図1の例では、筒状容器110は横向きに配置されており、したがって、中空糸エレメント140も横向きに挿入されるようになっている。筒状容器110内には、中空糸エレメント140のノズル部143が差し込まれる芯管固定部121が設けられている。芯管固定部121は、その中央孔121aで芯管142を保持し、また、芯管142からのガスを容器外へ導く機能を有している。芯菅固定部121は、その中央孔入口部分に、ノズル部143を挿入し易くするためのテーパ部(不図示)を有していてもよい。テーパ部の形状は特に限定されるものではなく、種々のテーパ形状とすることができる。
Next, the
The
筒状容器110の円筒部111には、混合ガス導入部115が形成されている。外部からの混合ガスは、この混合ガス導入部115のガス流路115aを経由して、筒状容器110内へと導入される。
A mixed
以上のように構成されたガス分離膜モジュール100は次のように使用される:
まず、混合ガスが、混合ガス導入部115のガス流路115aから筒状容器110内に導入される。次いで、導入された混合ガスは、フィルム145の外側を中空糸エレメント140の基端側に向かって流れていき、露出部A140のところで中空糸膜と接する。混合ガスの一部は、フィルム内側を、今度は混合ガスの供給方向とは逆向きに流れていく。このようにして、混合ガスが各中空糸膜に接しながら流れることにより、混合ガス中の特定の成分ガスが中空糸膜を選択的に透過し、透過したガス(透過ガス)は、中空糸膜内を通り、管板端部から外部へと送出される。この透過ガスは、筒状容器110の開口部110aを経由し、蓋部材125のガス流路125aを通じて外部に排出される。
The gas
First, the mixed gas is introduced into the
一方、中空糸膜を透過しなかった非透過ガスは、芯管142の外周の複数の孔から内部へと流れていき、芯管内を通ってノズル部143から送出される。ノズル部143からの非透過ガスは、次いで芯管固定部121の中央孔121aを経由し、蓋部材127のガス流路127aを通じて外部に排出される。
On the other hand, the non-permeating gas that has not permeated the hollow fiber membrane flows into the inside through a plurality of holes on the outer periphery of the
なお、本実施形態のガス分離膜モジュール100は、ゲージ圧で概ね0.1〜30MPa、好ましくは0.2〜25MPa、特に1〜25MPa程度の混合ガスから特定のガス成分を分離及び回収するために好適に用いることができる。
The gas
特に限定されるものではないが、例えば空気から酸素富化空気や窒素富化空気を分離回収したり、水素やヘリウムを含む混合ガスから水素やヘリウムを分離回収したりする用途や、メタンガスと炭酸ガスとを含む混合ガスからメタンガスと炭酸ガスとを選択的に分離回収したりする用途で好適に使用できる。 Although not particularly limited, for example, the use of separating and recovering oxygen-enriched air and nitrogen-enriched air from air, separating and recovering hydrogen and helium from a mixed gas containing hydrogen and helium, and methane gas and carbonic acid. It can be suitably used in applications where methane gas and carbon dioxide gas are selectively separated and recovered from a mixed gas containing gas.
(中空糸エレメントの取付け等について)
上述の通り、本実施形態では中空糸エレメント140が筒状容器110内に横向きに挿入されて同容器内に取り付けられる構成となっている。このような構成においては、中空糸エレメント140の先端のノズル部143を芯管固定部121の中央孔121aに対して正確に位置決めすることが必要となる。しかしながら、中空糸エレメント140は仕様によっては1mを超える長さになることもあり、この場合、中空糸エレメント140のノズル部143を芯管固定部121の中央孔121aに挿入する作業はより困難となる。
(Installation of hollow fiber element)
As described above, in the present embodiment, the
そこで本実施形態では、図3に示すようなガイド部材160が利用される。ガイド部材160は、図3(A)に示すように、芯管142の下部を支える凹状の支持部161sが形成された本体部161と、その本体部161の下部に設けられた2つの脚部163とを有している。限定されるものではないが、本体部161および脚部163は金属製であってもよい。
Therefore, in this embodiment, a
なお、ガイド部材160としては、(i)ノズル部143を所定の高さに保つ機能と、(ii)中空糸エレメント140を挿入する際に該エレメントと一緒に筒状容器110内を移動できる機能を備えたものであればどのようなものであってもよく、当然ながら、図3以外の構成も採用しうる。
As the
本体部161はこの例では平板部材であり、図3(A)に示すとおり、正面視略台形の輪郭形状を有している。支持部161sは、本体部161の上辺部分に形成され、ノズル部143の下部を支える。この支持部161sは、ノズル部143の外形に対応する円弧状の凹部として形成されていてもよい。これにより、ノズル部143を安定的に保持することができる。または、支持部161sを円弧状の凹部ではなくV字状の溝としてもよい。
The
各脚部163は、平板状の本体部161に対して垂直または実質的に垂直に取り付けられている。脚部163は、中実または中空の丸棒であってもよい。この場合、図3(A)に示すように、脚部163の外周面と筒状容器110の内周面との接触面積が小さくなり、しかも曲線同士で接触することとなるので、ガイド部材160を筒状容器110内で摺動させ易くなる。
Each
本体部161を脚部163に固定する位置に関し(図3(C)を参照)、脚部163の長さ方向中央部に本体部161を設けてもよい。本実施形態では、そうではなく、脚部163の中央部からずれた位置に本体部161が取り付けられている。図3(C)では、脚部163のうち、相対的に長い部分が長部163a、相対的に短い部分が短部163bとして示されている。
With respect to the position at which the
以下、ガイド部材160を利用した中空糸エレメント140の取付けについて説明する。
Hereinafter, attachment of the
先ず、図4(A)に示すように、蓋部材125が取り付けられていない状態の筒状容器110内の入口付近にガイド部材160を配置する。ガイド部材160は、脚部163の長部163a側が挿入方向前側となるような向きで配置される。そして、中空糸エレメント140のノズル部143がガイド部材160の支持部161s上に支持されるように、中空糸エレメント140を開口部100aから筒状容器110内に挿入する。
First, as shown in FIG. 4A, a
次いで、図4(B)に示すように、中空糸エレメント140を筒状容器110内へとさらに挿入する。この段階では、ガイド部材160は、その支持部161sでノズル部163aを支持するとともに、本体部161の一方の面が中空糸エレメント140の先端キャップ前面148aに当接した状態となっている。したがって、中空糸エレメント140を挿入すると、ガイド部材160も中空糸エレメント140によって押されてスライド移動することとなる。
Next, as shown in FIG. 4B, the
ガイド部材160はこのようにスライド移動するものであるが、本実施形態においては図3に示したように脚部163が丸棒状であるので、脚部163は筒状容器110内で良好に摺動する。また、ガイド部材160は、2つの脚部163が筒状容器110の内周に当接する構成となっているので、筒状容器110内においてノズル部143を安定的に支持することができる。さらに、ガイド部材160は、脚部163の長部163aが挿入方向前側となるような向きで配置されているので、ガイド部材160をスライド移動させていく際に、ガイド部材160が挿入方向に倒れることも防止される。
The
その後、図4(C)に示すような位置まで中空糸エレメント140を進め、ノズル部143を芯管固定部121の中央孔121aに挿入する。ここで、ノズル部143の高さはガイド部材160によって所定の位置(すなわち、ノズル部143の軸線と芯管固定部121の中央孔121aの軸線とが揃うような位置)に保たれているので、ノズル部143をスムーズに中央孔121aに挿入することができる。
Thereafter, the
図4(C)の状態では、ノズル部143の外周のOリング(不図示)によって、ノズル部143と芯管固定部121内周との間のシール性が確保される。また、中空糸エレメント140の基端キャップ146の外周のOリング(不図示)によって、基端キャップ146と筒状容器110内周との間のシール性が確保される。
In the state of FIG. 4C, a sealing property between the
最終的に、従来同様、例えば複数のボルトおよびナット等によって蓋部材125を筒状容器110のフランジ部112に固定する。これにより、図1に示すようなシェルフィード型ガス分離膜モジュール100が完成する。
Finally, the
以上のように構成された本実施形態のガス分離膜モジュール100によれば、ガイド部材160によって中空糸エレメント140のノズル部143の高さを所定位置に保ちながら中空糸エレメント140を筒状容器110内に挿入できるので、ノズル部143の高さが正確に位置決めされ、芯管固定部121の中央孔121aへのノズル部143の挿入をスムーズに行うことができる。
According to the gas
(第2の実施形態)
本発明に係るガス分離膜モジュールは、図5に示すように2本の中空糸エレメント140が装着されるものであってもよい。このガス分離膜モジュール100′は、第1の実施形態のものよりも長く形成された1つの筒状容器110′と、その両端に取り付けられる蓋部材125−1、125−2とを備え、筒状容器110′内に2本の中空糸エレメント140が同軸上に並んで配置されている。
(Second Embodiment)
The gas separation membrane module according to the present invention may be one in which two
筒状容器110′内の略中央部には芯管固定部121′が設けられており、この芯管固定部121′は両端が開口しており、一方の開口部に1つの中空糸エレメント140のノズル部143が挿入され、他方の開口部にもう1つの中空糸エレメント140のノズル部143が挿入される。芯管固定部121′には、非透過ガス排出部117が接続されており、非透過ガスはここを通じて外部に排出される。
A core tube fixing portion 121 'is provided at a substantially central portion in the cylindrical container 110'. Both ends of the core tube fixing portion 121 'are open, and one
このように、筒状容器110′に2本の中空糸エレメント140を装着する構成であっても、上記実施形態同様、中空糸エレメント140ごとにガイド部材160を1つずつ用意し、当該ガイド部材160を用いて中空糸エレメント140を挿入することで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Thus, even in the configuration in which the two
(第3の実施形態)
本発明の他の形態においては、ガイド部材160が中空糸エレメント140に固定されていてもよい。これにより、中空糸エレメント140を装着する際だけでなく、取り外す際にも、同エレメント140を位置精度良く引き抜くことができる。
(Third embodiment)
In another embodiment of the present invention, the
ガイド部材160と中空糸エレメント140とを固定する手段は、特に限定されるものではないが、例えば、ボルトなどの固定具を用いた固定や、溶接などによる固定、嵌合による固定などを採用しうる。ガイド部材160は、取外し可能に固定されてもよいし、取外し不能に固定されてもよい。また、ガイド部材160が、中空糸エレメント140を構成する部材のいずれかと一体構造となっていてもよい。この場合、ガイド部材160は、単独の部材としてではなく、他の部材の一部として存在することとなる。
The means for fixing the
(第4の実施形態)
本発明のガス分離膜モジュールは、1本または複数本の中空糸エレメントが容器内に縦向きに配置されるものであってもよい。この場合、ガイド部材としては、中空糸エレメントのノズル部を所定の位置(一例で、筒状容器内の径方向略中心)に保つ機能を有していればよい。したがって、ガイド部材は、筒状容器の内周に略当接する3本、4本、または5本以上の脚部を有するものであってもよい。この場合、脚部は、周方向に均等に配置されていてもよい。
「脚部」の代わりに、例えば、筒状容器内に略接して転がるローラもしくはタイヤなどの回転要素を利用することもできる。
(Fourth embodiment)
The gas separation membrane module of the present invention may be one in which one or a plurality of hollow fiber elements are arranged vertically in a container. In this case, the guide member only needs to have a function of maintaining the nozzle portion of the hollow fiber element at a predetermined position (for example, approximately the radial center in the cylindrical container). Therefore, the guide member may have three, four, or five or more legs that substantially contact the inner periphery of the cylindrical container. In this case, the leg portions may be evenly arranged in the circumferential direction.
Instead of the “leg portion”, for example, a rotating element such as a roller or a tire that rolls in contact with the cylindrical container may be used.
(各部構成についての付記事項)
以上、本発明の一形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記に開示した具体的な構成に限定されるものではない。また、ガス分離膜モジュールの各部の構成に関しては、より詳細には次のようなものであってもよい。
(Additional notes on the configuration of each part)
Although one embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the specific configuration disclosed above. Further, the configuration of each part of the gas separation membrane module may be more specifically as follows.
ガス分離膜モジュールとしては、交換可能な中空糸エレメントを備え、かつ、中空糸エレメントを横向き/縦向きに挿入してそのノズル部を所定の固定部に接続する必要があるものであれば、本発明を適用することができる。上記実施形態では、シェルフィード型のモジュールを中心に説明したが、当然ながらボアフィード型のモジュールに本発明を適用することもできる。 As the gas separation membrane module, if a replaceable hollow fiber element is provided and it is necessary to insert the hollow fiber element horizontally / vertically and connect the nozzle part to a predetermined fixed part, this The invention can be applied. In the above embodiment, the shell feed type module has been mainly described. However, the present invention can naturally be applied to a bore feed type module.
ガイド部材に関し、脚部163(図3参照)は2つに限らず、3つ以上であってもよい。また、脚部163のスライド移動をよりスムーズにするために、脚部163の先端側が先細り形状(テーパ状や半球状など)、または、下部を部分的に面取りしたような形状としてもよい。図3では、ガイド部材160がノズル部143を支持するものであったが、ガイド部材160が支持する位置はこれに限られるものではない。中空糸エレメント140の一部を支持することで、ノズル部143を所定位置に保つものであってもよい。
Regarding the guide member, the number of leg portions 163 (see FIG. 3) is not limited to two, and may be three or more. Further, in order to make the slide movement of the
混合ガス導入口は、装着時に中空糸エレメントの管板が位置する側とは反対側(すなわち、中空糸エレメントの先端側)に位置することが好ましい。特に、混合ガス導入口から導入される混合ガスは、中空糸膜に直接吹き付けることがないように構成されることが好ましい。この理由は、中空糸膜の破損の可能性を低下させ、かつ、混合ガスの流れが均一になりやすいためである。 The mixed gas introduction port is preferably located on the side opposite to the side where the tube sheet of the hollow fiber element is located (that is, the front end side of the hollow fiber element). In particular, the mixed gas introduced from the mixed gas introduction port is preferably configured so as not to be blown directly onto the hollow fiber membrane. This is because the possibility of breakage of the hollow fiber membrane is reduced and the flow of the mixed gas tends to be uniform.
なお、芯管のノズル部と芯管固定部との接続は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、芯管固定部の形状に合わせた接続部材を介して接続されても構わない。さらに、芯管固定部は容器と別部材ではなく、容器と一体の構造でもよい。すなわち、容器の一部が芯管固定部の機能を有するような構造であってもよい。 In addition, the connection of the nozzle part of a core pipe and a core pipe fixing | fixed part is not limited to the method mentioned above. For example, you may connect via the connection member matched with the shape of the core pipe fixing | fixed part. Furthermore, the core tube fixing part may be a structure integrated with the container, not a separate member from the container. That is, a structure in which a part of the container has the function of the core tube fixing part may be used.
100、100′ ガス分離膜モジュール
110、110′ 筒状容器
110a 開口部
111 円筒部
112、113 フランジ部
115 混合ガス導入部
115a ガス流路
117 非透過ガス排出部
121、121′ 芯管固定部
121a 中央孔
125、127 蓋部材
125a、127a ガス流路
140 中空糸エレメント
142 芯管
143 ノズル部
145 フィルム
146 基端キャップ
147 多孔板
148 先端キャップ
148a 前面
149 中空糸束
160 ガイド部材
161 本体部
161s 支持部
163 脚部
163a 長部
163b 短部
A140 露出部
100, 100 'Gas
Claims (7)
(a)多数の中空糸膜からなる中空糸束と、前記中空糸束の略中心に配置され一部がノズル部として突出する芯管とを有する、交換可能な中空糸エレメント、
(b)該中空糸エレメントを出し入れする開口部と、前記ノズル部を固定するとともに該ノズル部内のガス流路に連通する流路が形成された芯管固定部とを少なくとも有する筒状容器、および、
(c)前記開口部に取り付けられる蓋部材、を備え、
さらに、
前記中空糸エレメントを前記筒状容器内に挿入する際に前記中空糸エレメントと一緒に前記筒状容器内を移動するように構成され、かつ、前記ノズル部の位置を所定位置に保ちながら前記中空糸エレメントを案内するガイド部材を備え、
前記ガイド部材は前記筒状容器の内周面に略当接する複数の脚部、または、ローラもしくはタイヤを有することを特徴とする、ガス分離膜モジュール。 A gas separation membrane module that performs gas separation by supplying a mixed gas to a hollow fiber membrane,
(A) A replaceable hollow fiber element having a hollow fiber bundle composed of a number of hollow fiber membranes, and a core tube that is disposed substantially at the center of the hollow fiber bundle and partially protrudes as a nozzle portion,
(B) a cylindrical container having at least an opening through which the hollow fiber element is taken in and out, and a core tube fixing part in which a channel that fixes the nozzle unit and communicates with a gas channel in the nozzle unit is formed; ,
(C) a lid member attached to the opening,
further,
The hollow fiber element is configured to move in the cylindrical container together with the hollow fiber element when the hollow fiber element is inserted into the cylindrical container, and the hollow portion is maintained while keeping the position of the nozzle portion at a predetermined position. A guide member for guiding the yarn element ;
The gas separation membrane module according to claim 1, wherein the guide member has a plurality of legs, rollers, or tires that substantially contact the inner peripheral surface of the cylindrical container .
前記ノズル部または前記中空糸エレメントの一部を支持する支持部が形成された本体部と、
該本体部に設けられ、前記筒状容器の内周面に略当接する前記脚部または、ローラもしくはタイヤと、
を有するものである、請求項1に記載のガス分離膜モジュール。 The guide member is
A main body portion formed with a support portion for supporting a part of the nozzle portion or the hollow fiber element;
Provided to the body portion, the leg portion substantially abuts the inner peripheral surface of the cylindrical container or, a roller or the tire,
The gas separation membrane module according to claim 1, comprising:
少なくとも、
(a)中空糸エレメントの先端側を前記筒状容器の開口部からその内部に挿入するステップと、
(b)前記中空糸エレメントを、筒状容器の軸方向に沿ってさらに奥へと移動させるステップと、
(c)前記中空糸エレメントの先端のノズル部を、前記筒状容器内の芯管固定部に接続するステップと、
を含み、
少なくとも前記(b)および(c)のステップでは、前記ノズル部の位置を所定位置に保つガイド部材を用いながら、前記中空糸エレメントを移動させ前記ノズル部を前記芯管固定部に接続し、
前記ガイド部材は、前記中空糸エレメントを前記筒状容器内に挿入する際に前記中空糸エレメントと一緒に前記筒状容器内を移動するように構成され、かつ、前記筒状容器の内周面に略当接する複数の脚部、または、ローラもしくはタイヤを有するものである、
中空糸エレメントの交換方法。
A method of replacing a hollow fiber element in a cylindrical container of a gas separation membrane module,
at least,
(A) inserting the distal end side of the hollow fiber element into the inside thereof from the opening of the cylindrical container;
(B) moving the hollow fiber element further back along the axial direction of the cylindrical container;
(C) connecting the nozzle part at the tip of the hollow fiber element to the core tube fixing part in the cylindrical container;
Including
At least in the steps (b) and (c), while using a guide member that keeps the position of the nozzle part at a predetermined position, the hollow fiber element is moved to connect the nozzle part to the core tube fixing part ,
The guide member is configured to move in the cylindrical container together with the hollow fiber element when the hollow fiber element is inserted into the cylindrical container, and an inner peripheral surface of the cylindrical container Having a plurality of legs substantially in contact with the roller, or rollers or tires,
How to replace the hollow fiber element.
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