JP6634771B2 - 中空糸膜モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、中空糸膜モジュールに関する。さらに詳しくは、燃料電池の加湿膜モジュール等として有効に用いられる中空糸膜モジュールに関する。
中空糸膜は、その構造上膜中にポーラス構造を多く保持しているため、温度等の外部環境の変化による膨脹や収縮が大きくなる。また、その機能上溶剤のろ過、濃縮、脱気等の処理をすることもあり、その場合には溶剤によっては中空糸膜の素材自体が膨潤することもある。
中空糸膜モジュールは、このような中空糸膜を例えば数百本から数千本といった単位で束着管に収容しているので、収容しているすべての中空糸膜が伸び縮みすることにより、１本当りの伸縮力は小さいものであっても、束着管に対しては収容本数分の力が働くこととなる。
本出願人は先に、ハウジング機能を兼ねた束着管であるモジュールケースのポッティング部材が施される内周面に、ポッティング部材の一部が入り込む溝を設けるとともに、この溝とは不連続な部位である、モジュールケースの内周面両端部に一段階の段差部を設け、かかる段差部を用いてポッティング部材とモジュールケース内周面との間にシール材となる封止部材を介在させることにより、かかる封止部材がモジュールケースの両端開口部とモジュールケース両端に設けられる蓋部材との間隙も同時にシールしている中空糸膜モジュールを提案している(特許文献１)
かかる中空糸膜モジュールは、モジュールケースとポッティング部材との分離を確実に阻止できることから、例えば熱的影響を受けてもポッティング部材とモジュールケース内周面との間を液密に維持できるといった効果を奏する。
また、封止部材により、モジュールケースの両端開口部とモジュールケース両端に設けられる蓋部材との間隙を同時にシール可能となることから、それまで必要とされていたモジュールを収容するハウジングを必ずしも必要とはせず、モジュール全体の重量を軽くし、製作費用も安価で、小型化が可能であるといった効果も奏する。
しかるに、かかる中空糸膜モジュールは、モジュールケースのポッティング部材が施される内周面に、ポッティング部材を抜け止めるためのアンダーカット、すなわちポッティング部材の一部が入り込む溝を必要とし、樹脂成形により製作したハウジングにおいては、成型後の切削加工を行うこととなり、切削後加工のコストもかかることとなる。
本発明の目的は、樹脂成形品等を切削加工等することなく得られるモジュールケースを用いることにより、製造工程の簡略化およびコストの低減を図りつつ、温度等の外部環境の変化によってもポッティング部材とモジュールケース内周面との間を液密に維持せしめることを可能とする中空糸膜モジュールを提供することにある。
かかる本発明の目的は、モジュールケースが中空糸膜を収容するモジュールケース本体、モジュールケース本体の両端開口部を塞いで流路を構成する蓋部材およびモジュールケース本体の両側面の開口部を塞いで流路を構成する蓋部材によって構成され、中空糸膜を収容したモジュールケース両端部において、中空糸膜とモジュールケースとの間隙をポッティング剤によって封止して、中空糸膜とモジュールケースとを一体化するとともに、ポッティング部材とモジュールケース内周面両端部との間に、それぞれシール材を介在させることにより、シール材がモジュールケース本体の両端開口部とそれに対応する各蓋部材との間隙も同時にシールしている中空糸膜モジュールにおいて、モジュールケース本体のポッティング剤が施される内周面両端部に第１段差部および第２段差部からなる連続した２段階の段差部を設け、第１段差部にポッティング剤を配し、該ポッティング剤の一部と隣接する第２段差部にシール材を配した中空糸膜モジュールによって達成される。
本発明に係る中空糸膜モジュールは、モジュールケース本体のポッティング剤が施される内周面両端部に第１段差部および第２段差部からなる連続した２段階の段差部を設け、第１段差部にポッティング剤を配し、該ポッティング剤の一部と隣接する第２段差部にシール材を配する構成とすることで、例えば樹脂成形品を切削加工することなく得られる簡素な構成のモジュールケースを用いることが可能となり、製造工程の簡略化およびコストの低減を図ることができる。さらに、温度等の外部環境の変化によってもポッティング部材とモジュールケース内周面との間を液密に維持せしめることを可能とするといったすぐれた効果を奏する。
本発明の中空糸膜モジュールは、モジュールケースが中空糸膜を収容するモジュールケース本体、モジュールケース本体の両端開口部を塞いで流路を構成する蓋部材およびモジュールケース本体の両側面の開口部を塞いで流路を構成する蓋部材によって構成され、中空糸膜を収容したモジュールケース両端部において、中空糸膜とモジュールケースとの間隙をポッティング剤によって封止して、中空糸膜とモジュールケースとを一体化するとともに、ポッティング部材とモジュールケース内周面両端部との間に、それぞれシール材を介在させることにより、シール材がモジュールケース本体の両端開口部とそれに対応する各蓋部材との間隙も同時にシールしている中空糸膜モジュールにおいて、モジュールケース本体のポッティング剤が施される内周面両端部に第１段差部および第２段差部からなる連続した２段階の段差部を設け、第１段差部にポッティング剤を配し、該ポッティング剤の一部と隣接する第２段差部にシール材を配した構成よりなる。以下、図１〜２に示される一態様を用いて本発明を説明する。
図１に示されるように、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリオレフィン等からなる中空糸膜１群はモジュールケース２内に収容され、モジュールケース本体２１両端部において、中空糸膜１とモジュールケース本体２１との間隙がポッティング剤５，５’によって封止され、中空糸膜１とモジュールケース本体２１とが一体化されている。封止は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂等のポッティング剤を用いて行われる。
中空糸膜１を収容しているモジュールケース本体２１には、その両端開口部を塞ぎ、流路３，３’を構成するための流入口３１および流出口３２を備えた蓋部材２２，２２’とモジュールケース本体の両側面の開口部を塞いで流路を構成する蓋部材２３とが取り付けられて中空糸膜モジュールが構成される。ここで、ポッティング剤５，５’とモジュールケース本体２１の内周面両端部との間にそれぞれシール材４を介在させ、これがさらにモジュールケース本体２１の両端開口部とそれに対応する蓋部材２２，２２’との間隙をもシールしている。かかる構成によって中空糸膜モジュールの構造を簡素化できるといった効果を奏する。シール材としては、液状シール材やゴム状弾性材などが用いられ、好ましくはゴム状弾性体が用いられる。
本発明においては、図２に示されるように、モジュールケース本体２１のポッティング材５が施される内周面両端部には、第１段差部２６および第２段差部２７からなる連続した２段階の段差部が設けられており、第１段差部２６にはポッティング材５が、第２段差部２７にはポッティング剤の一部と隣接してシール材４が配される。モジュールケースの材質は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属やポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリスルホン樹脂、アクリル樹脂等の樹脂のいずれも選択することができるが、モジュールケースが樹脂製の場合には、連続した２段階の段差部は一般には金型成形などによって形成することができる。
ポッティング剤およびシール材は、注入等といった手段により、第１段差部および第２段差部にそれぞれ形成される。ポッティング剤とシール材は、例えばシール材形成部分を仕切り板などを用いてポッティング剤が入り込まないように隔離して、ポッティング剤を注入して硬化させた後仕切り板を外し、シール材形成部位に液状シール材を注入し硬化させる方法、あるいはゴム状弾性体を嵌挿することによって形成される。
第１段差部２６にポッティング材５が配されることにより、中空糸膜モジュール内部側から外部方向へ向かう圧力によるポッティング部材の抜け止めが可能となり、耐圧性を維持することができる。先に述べた特許文献１にあっても、モジュールケース本体に設けられた切削部において、中空糸膜モジュール内部側から外部方向へ向かう圧力によるポッティング部材の抜け止めが可能であり、耐圧性を維持することができるものの、モジュールケース本体に切削部を設けることが必要であり、さらに切削後加工のコストが必要となるが、本発明ではモジュールケースの切削工程が不要であり、より簡素化された構成によって先行発明と同等の効果を得ることができる。
また、第２段差部２７にシール材４が配されることによって、モジュールケース本体２１とポッティング材５，５’との間隙のシールはもちろん、モジュールケース本体２１の両端開口部と、モジュールケースの両端開口部を塞いで流路を構成する蓋部材２２，２２’との間隙をも同時にシールすることが可能となる。これにより、中空糸膜モジュールを収容するハウジングを必ずしも必要とはせず、モジュール全体の重量を軽くし、製作費用も安価で、さらに小型化を達成することができる。
以上の構成よりなる中空糸膜モジュールは、従来中空糸膜モジュールを使用する際にさらに必要とされていたハウジングを必要とすることなく、中空糸膜モジュールのままの状態で、使用に供すことができる。
本発明に係る中空糸膜モジュールは、製造工程の簡略化およびコストの低減を図りつつ、温度等の外部環境の変化によってもポッティング部材とモジュールケース内周面両端部との間を液密に維持せしめることを可能とするので、加湿膜モジュール、特に燃料電池用加湿膜モジュールとして有効に用いられる。
１ 中空糸膜
２ モジュールケース
３，３’ 流路
４ シール材
５，５’ ポッティング剤
２１ モジュールケース本体
２２，２２’ 蓋部材
２６ 第１段差部
２７ 第２段差部
２ モジュールケース
３，３’ 流路
４ シール材
５，５’ ポッティング剤
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Claims (4)
- モジュールケースが中空糸膜を収容するモジュールケース本体、モジュールケース本体の両端開口部を塞いで流路を構成する蓋部材およびモジュールケース本体の両側面の開口部を塞いで流路を構成する蓋部材によって構成され、中空糸膜を収容したモジュールケース両端部において、中空糸膜とモジュールケースとの間隙をポッティング剤によって封止して、中空糸膜とモジュールケースとを一体化するとともに、ポッティング部材とモジュールケース内周面両端部との間に、それぞれシール材を介在させることにより、シール材がモジュールケース本体の両端開口部とそれに対応する各蓋部材との間隙も同時にシールしている中空糸膜モジュールにおいて、
モジュールケース本体のポッティング剤が施される内周面両端部に第１段差部および第２段差部からなる連続した２段階の段差部を設け、第１段差部にポッティング剤を配し、該ポッティング剤の一部と隣接する第２段差部にシール材を配してなる中空糸膜モジュール。 - モジュールケースが樹脂製である請求項１記載の中空糸膜モジュール。
- 加湿膜モジュールとして用いられる請求項１記載の中空糸膜モジュール。
- 加湿膜モジュールが燃料電池用である請求項３記載の中空糸膜モジュール。
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