JPH0671533B2 - 分離膜モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分離膜モジュール、特に気体、液体等の流体
の混合成分の分離に適用して有効な分離膜モジュールに
関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

気体分離装置、限外濾過装置又は逆浸透装置等の分離膜
モジュールは、その中に、例えば中空糸状分離膜等の分
離膜を内蔵している。

上記分離膜モジュールでは、その処理量、処理効率等の
向上を目的として、内蔵されている分離膜の長さを大き
く延長することが必要な場合がある。このように、分離
膜の長さを延長する場合であっても、装置全体としては
できるだけコンパクトにすることが求められる。

しかし、連続状態にある分離膜を直線状態で使用する場
合、その長さを２倍、３倍・・・に延長することは、必
然的にその分離膜モジュール自体の長さも２倍、３倍・
・・になるため、全体をコンパクトにするという要請に
反することになる。そこで上記分離膜を折り曲げた構造
にすることが考えられるが、このように分離膜を折り曲
げる場合には、その折曲部における空間が押し潰された
り、膜に歪が生じたり、又は膜表面が破れたりして膜本
来の性能が損なわれる事態が生じるという問題がある。

一方、上記問題を回避するために、所定長さの分離膜を
内蔵した一定の長さを有する分離膜モジュールを複数個
用意し、該分離膜モジュールを並列に配し、且つその所
定箇所を配管で接続し、上記装置を直列に連結すること
により、結果として分離膜の長さを２倍、３倍、・・・
とすることが考えられるが、この場合は、上記のように
分離膜モジュールの間を配管で接続するため、装置全体
としては横方向に広がることが避けられず、コンパクト
にできないという別な問題がある。

従って、本発明の目的は、分離膜の長さを任意に延ばす
ことができ、且つその際に膜の性能を損なうことがな
く、しかも装置全体として極めてコンパクトに組み立て
ることができる分離膜モジュールを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、両端がそれぞれ第一ヘッド部及び第二ヘッド
部で封止された筒状容器に分離膜が収容されている分離
膜モジュールにおいて、上記第一ヘッド部及び第二ヘッ
ド部のそれぞれの側面に少なくとも一つの平坦面が存在
し、かつ上記第一ヘッド部の該平坦面と上記第二ヘッド
部の該平坦面とは互いに異なる向きに位置し、上記第一
ヘッド部の平坦面及び上記第二ヘッド部の平坦面にはそ
れぞれ同間隔で一対の通気口が設けられ、各一対の通気
口のうち一方は上記分離膜の一方の膜面が接する空間に
連通し、他方は該分離膜の他方の膜面が接する空間に連
通していることを特徴とする分離膜モジュールを提供す
ることによって上記目的を達成したものである。

〔作用〕

上記のように、本発明の分離膜モジュールは、その各ヘ
ッド部に同間隔の一対の通気口が設けられている向きの
異なる平坦面をそれぞれ有しているので、複数の分離膜
モジュールを用意し、第一分離膜モジュールにおける何
れか一方のヘッド部の上記平坦面に、第二分離膜モジュ
ールにおける上記平坦面を接合することにより、上記第
一及び第二の両分離膜モジュールを、分離膜の一方の膜
面が接触する空間同士及びその他方の膜面が接触する空
間同士がそれぞれ互いに連通する直列状態で、且つ両ヘ
ッド部が密着した状態で連結することができるので、同
様にして第三、第四・・・と連結して組み立てることに
より、分離膜の性能を損なうことなく分離膜を任意の長
さにすることができ、しかも組立後の装置全体を極めて
コンパクトにすることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の分離膜モジュールの好ましい実施例を図
面に基づいて説明する。

第１図は本発明の分離膜モジュールの概略を示す裏面
図、第２図（ａ）は上記分離膜モジュールの要部を拡大
して示す、第２図（ｂ）のIIA−IIAにおける縦断面図、
第２図（ｂ）は上記第２図（ａ）のIIB−IIBにおける横
断面図である。また、第３図（ａ）は上記第１図に示し
た分離膜モジュールの二つを直列状態に連結した状態を
示す正面図、第３図（ｂ）はその側面図である。

上記分離膜モジュールは、円筒状容器１を有し、該円筒
状容器１の両端がそれぞれ、これも略円筒状の第一ヘッ
ド部２及び第二ヘッド部３で封止されてその外殻が構成
されている。第２図（ａ）に示すように、上記円筒状容
器１には上記第一ヘッド部２が螺合されて気密状態に取
付けられており、また該第一ヘッド部２はその本体2aと
該本体2aに気密状態で取付けられているキャップ2bとで
構成されている。（図示はしないが第二ヘッド部３も、
後に説明する通気口の位置が異なるだけで同様の構成に
なっている。以下、主に第一ヘッド部２を代表させて説
明する。） 上記筒状容器１には、第２図（ａ）に示すように中空糸
分離膜４が収容されている。この中空糸状分離膜４は、
その多数本を束ねた中空糸束５として収容されている。
上記中空糸束５はその両端部が樹脂製の管板６（図では
一端部のみを示す）で気密状態に固着され、該管板６で
上記中空糸状分離膜４を支持・固定すると同時に、上記
管板６の周囲を上記第一ヘッド部２の内周面に気密状態
に接触させ、上記中空糸束５全体をモジュール内に支持
・固定して構成になっている。

上記管板６で固着されている各中空糸状分離膜４の両末
端は開放されており、該中空糸状分離膜４の内側（分離
膜の一方の膜面が接触する空間）は上記キャップ2bの内
側に位置する空間７に連通している。また、上記中空糸
状分離膜４の外側に位置する空間（分離膜の他方の膜面
が接触する空間）８は、上述の如く上記管板６を介して
確実に上記空間７から隔絶されている。

上記第一ヘッド部２及び第二ヘッド部３それぞれの側面
には、丁度反対の位置に二つの平坦面が形成されてい
る。上記第一ヘッド部２の一平坦面2cには一対の通気口
９及び10が設けられ、一方の通気口９は上記空間７を介
して上記中空糸状分離膜４の内側（分離膜の一方の膜面
が接触する空間）に連通し、他方の通気口10は該中空糸
状分離膜４の外側の空間（分離膜の他方の膜面が接触す
る空間）に連通している。

一方、第二ヘッド部３には、同じく中空糸状分離膜４の
内側に連通する通気口11及びその外側の空間に連通する
通気口12が、上記通気口９及び10の間隔と同間隔で、し
かも上記第一ヘッド部２の平坦面2cとは反対側の平坦面
に設けられている。従って、上記分離膜モジュールで
は、通気口９と通気口11とが互いに連通し、且つ通気口
10と通気口12とが互いに連通している。尚、上記一対の
通気口９及び10と、上記一対の通気口11及び12とは、実
質的に同一のものである。

次に、上記実施例の分離膜モジュールの作用を、第３図
に基づいて説明する。

第３図（ａ）は上記第１図に示した分離膜モジュールの
二つを直列状態に連結した状態が正面図で示してあり、
第３図（ｂ）はその側面図である。

上記分離膜モジュールでは、第一ヘッド部２及び第二ヘ
ッド部３の何れにも、第２図（ｂ）に示したように、他
の分離膜モジュールと連結するためのボルト用の孔13が
４箇所設けられている。上記孔13に４本のボルト14を挿
通し、図示したように、二つの分離膜モジュールを、そ
れらの平坦面2cを互いに接合させ、各モジュールの通気
口９同士及び通気口10同士がそれぞれ互いに接続するよ
うに連結する。その際、第２図（ａ）に示したように、
各モジュールの通気口に適切な径と長さからなる管15を
挿通させ、且つ該管15のモジュール側末端にＯリング16
を介在させ、上記ボルト14を締め付けることにより、各
モジュールの通気口９同士及び10同士を互いに気密状態
で接続する。

上記のように、二つの分離膜モジュールを連結すること
により、各モジュールの中空糸状分離膜４の内側同士及
びその外側の空間同士を互いに連通する直列状態に連結
することができ、その結果分離膜を隔てた二つのガスの
流路が形成される。従って、空気の脱湿を、それも原料
空気を上記中空糸状分離膜４の外側の空間に供給して行
う場合を具体例として、第３図（ａ）に基づいて説明す
ると、図中下方に位置するモジュールの通気口12から原
料空気を供給し、該空気をこれらモジュール内に通過さ
せ、水蒸気を中空糸状分離膜４の内側に透過させること
により、図中上方に位置するモジュールの通気口12から
乾燥空気を取り出すことができる（ガスの流れ方向を矢
印で示した）。また、同時に上方に位置するモジュール
の通気口11からパージ用ガスを矢印方向に導入すること
により、中空糸状分離膜４の内側に透過した上記水蒸気
をパージ用ガスと共に下方に位置するモジュールの通気
口11から排出することにより、連結された上記両モジュ
ール全体の継続的な脱湿性能を維持することが可能とな
る。

以上説明したように、上記実施例の分離膜モジュール
は、その二つのヘッド部を互いに接合するだけで直列状
態に連結することができるので、容易に中空糸状分離膜
４の長さを２倍にすることができ、しかも装置全体をも
極めてコンパクトにすることができる。また、図示はし
ないが、上記分離膜モジュールでは、その二つを連結す
る場合に限るものでなく、第二ヘッド部３に第三のモジ
ュールの第二ヘッド部３を、該第三のモジュールの第一
ヘッド部２に第四のモジュールの第一ヘッド部２を、更
には第五、第六・・・のモジュールを同様に順次接合す
ることにより、一方向に任意の数のモジュールが連設さ
れた組立体としての装置を形成することもできる。

以上、本発明について具体的に説明してきたが、本発明
の分離膜モジュールは前記実施例に示したものに限るも
のでなく、種々変更できることはいうまでもない。

例えば、ヘッド部の形状は、第２図（ｂ）に示したよう
な断面からなる、略円筒状のものに限るものでなく、断
面を第４図に拡大して示すようなその周囲が四角柱形状
のものであってもよい。このように、ヘッド部の周囲が
四角柱形状の場合は、通気口11及び12を設けるための第
二ヘッド部３の平坦面としては、第一ヘッド部２の通気
口９及び10が設けられている平坦面に対して、第５図
（ａ）に示すように反対側に位置する平坦面であって
も、また、同図（ｂ）に示すように隣接する平坦面、即
ち互いに直交する平坦面であってもよい（図中、矢印は
ガスの流れ方向を示し、Ａ及びＢはそれぞれガスの種類
を示している）。特に後者の場合は、複数の分離膜モジ
ュールを、一方向にではなく、平面方向に連設すること
により、該モジュールを直列状態に連結することが可能
である。四つのモジュールを使用する場合を例にする
と、各モジュールの隣接する二つの平坦面が他の二つの
モジュールの一つの平坦面と接合する状態で、全てのモ
ジュールを直列状態に連結でき、この場合は連結状態に
おいても四つのヘッド部全体が一つの四角柱形状を成す
ように、極めてコンパクトにすることもできる。また、
ヘッド部の周囲が、第５図（ｃ）に示すような正六角柱
形状からなるものであってもよい。この場合もモジュー
ルを平面方向に連設することにより該モジュールを直列
に連結することが可能である。更に、図示はしないが、
ヘッド部の周囲を、他の正多角柱形状で形成してもよ
く、また、少なくとも一つの平坦面を有しているもので
あれば、その形状には特に制限はない。尚、第６図で
は、ガスの流れをより明確に示すために、上記第５図
（ａ）に示したモジュールの二つの連結した場合につい
て、その概略断面図で示した。

また、分離膜モジュールを連結する場合は、その各ヘッ
ド部に一対ずつの通気口が存在することが必要である
が、必ずしも単位の分離膜モジュールに始めから一対ず
つ設けられたものに限るものでなく、例えば、全ての平
坦面に各一対ずつの通気口が設けられ、連結前に不要の
通気口を、例えば螺子等で塞いで使用する構成からなる
ものであってもよい。

また、分離膜モジュールの連結の方法は、とくに制限さ
れるものでなく種々変更可能である。例えば、連結状態
のヘッド部の概略を第７図に断面図で示すように、第２
図（ａ）に示したような接続用の管15を使用せずに、単
にＯリング16を介して通気口を接続する構造であって
も、また、モジュールの連結をボルトで締め付けずに、
弾性締付部材17で外側から挟持し、内側に押圧して行っ
てもよい。

また、本発明の分離膜モジュールの用途は、前述の空気
の脱湿に限るものでなく、クロスフロータイプのもので
あれば、気体分離装置、限外濾過装置又は逆浸透装置等
の流体からの成分の分離を目的とする装置として特に制
限なく利用できる。従って、内蔵する分離膜としても中
空糸状分離膜に限らず種々使用可能であり、また、その
形成材料としても用途に応じて適切な材料を選択するこ
とができることはいうまでもない。

また、分離膜モジュールの外殻を構成する筒状容器やヘ
ッド部の形成材料としてもプラスチック、金属等の通常
用いられる材料を特に制限なく利用できることはいうま
でもないが、第１図等に示したヘッド部の周囲が略円柱
形状の分離膜モジュールは、切削加工で形成することが
容易であるためアルミニウム等の金属で形成することが
加工上好ましく、第５図等に示したヘッド部が多角柱形
状のモジュールは、射出成形でも容易に形成できるため
塩化ビニル樹脂等のプラスチックで形成することが好ま
しく、また、この場合は量産が容易であるという利点も
ある。

〔発明の効果〕

本発明の分離膜モジュールは、互いに連結することがで
き、その結果分離膜の長さを任意に延ばすことができ、
且つその際に分離膜を折り曲げる必要がないので該膜の
性能を損なうことがなく、しかも装置全体として極めて
コンパクトに組み立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分離膜モジュールの概略を示す裏面
図、第２図（ａ）は上記分離膜モジュールの要部を拡大
して示す。第２図（ｂ）のIIA−IIAにおける縦断面図、
第２図（ｂ）は上記第２図（ａ）のIIB−IIBにおける横
断面図、第３図（ａ）は上記第１図に示した分離膜モジ
ュールの二つを直列状態に連結した状態を示す正面図、
第３図（ｂ）はその側面図、第４図は他の実施例のヘッ
ド部の概略断面図、第５図（ａ）、第５図（ｂ）及び第
５図（ｃ）は、それぞれ他の実施例の分離膜モジュール
の概略を示す斜視図、第６図は連結状態の分離膜モジュ
ールにおけるガスの流れを示す概略断面図、第７図は分
離膜モジュールの他の連結方法を示す要部の概略断面図
である。 １……筒状容器 ２……第一ヘッド部、３……第一ヘッド部 ４……中空糸状分離膜 ９、10、11、12……通気口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端がそれぞれ第一ヘッド部及び第二ヘッ
   ド部で封止された筒状容器に分離膜が収容されている分
   離膜モジュールにおいて、 上記第一ヘッド部及び第二ヘッド部のそれぞれの側面に
   少なくとも一つの平坦面が存在し、かつ上記第一ヘッド
   部の該平坦面と上記第二ヘッド部の該平坦面とは互いに
   異なる向きに位置し、 上記第一ヘッド部の平坦面及び上記第二ヘッド部の平坦
   面にはそれぞれ同間隔で一対の通気口が設けられ、 各一対の通気口のうち一方は上記分離膜の一方の膜面が
   接する空間に連通し、他方は該分離膜の他方の膜面が接
   する空間に連通していることを特徴とする分離膜モジュ
   ール。
2. 【請求項２】上記第一ヘッド部及び上記第二ヘッド部そ
   れぞれの側面に形成されている平坦面が、正多角柱の側
   面で構成されている請求項（１）記載の分離膜モジュー
   ル。
3. 【請求項３】上記分離膜が中空糸である請求項（１）記
   載の分離膜モジュール。