ガス分離膜モジュール
【課題】ガス分離をより効率的に実施することができるボアフィードタイプのガス分離膜モジュール提供する。
【解決手段】このガス分離膜モジュールは、中空糸束８１５と、それを収容するケーシング８１０と、中空糸束８１５を固定する２つの管板８２１、８２２と、中空糸束８１５に巻き付けられたガス不透過性のフィルム部材８３１とを備えている。ガス分離膜モジュールはさらに、フィルム部材の一方の端部８３１ａと管板８２２との間の間隙部Ａ３１を封止するシーリング構造８５０を備えている。
【解決手段】このガス分離膜モジュールは、中空糸束８１５と、それを収容するケーシング８１０と、中空糸束８１５を固定する２つの管板８２１、８２２と、中空糸束８１５に巻き付けられたガス不透過性のフィルム部材８３１とを備えている。ガス分離膜モジュールはさらに、フィルム部材の一方の端部８３１ａと管板８２２との間の間隙部Ａ３１を封止するシーリング構造８５０を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関し、特には、ボアフィードタイプのモジュールにおいて、フィルム端部と管板との間の間隙部からのガスの漏出を防止してガス分離をより効率的に実施できるガス分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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中空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ケーシングとを備えている。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）によって固定されている。また、ケーシングには、混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口等が設けられている。
【０００４】
効率的なガス分離を目的として、例えば特許文献１には、混合ガスが中空糸膜内に供給されるいわゆるボアフィード型のモジュールにおいて、中空糸束の一部をフィルム部材で被覆し、キャリアガスの流れと混合ガスの流れが中空糸膜を挟んで向流となるように構成されたガス分離膜モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６２８３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１のガス分離膜モジュールではキャリアガスの流れ方向を規制することでガス分離の効率化を図ることが可能であるが、キャリアガス（パージガス）を利用しないものにおいてもガス分離の効率を改善することは重要である。一方で、パージガスの利用の有無を問わず、ガス分離のより一層の効率化を図るためには、フィルム端部と管板との間の間隙部（詳細後述）からガスが漏出するのを防止することが有効である。
【０００７】
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、ボアフィードタイプのモジュールにおいて、フィルム端部と管板との間の間隙部からのガスの漏出を防止してガス分離をより効率的に実施できるガス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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明のガス分離膜モジュールは下記の通りである：
１．ガス分離性能を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口を有し、前記中空糸束が内部に配置されるケーシングと、
前記中空糸束の両端部を固定する２つの管板と、
前記中空糸束の外周面に巻かれたガス不透過性（実質的にガス不透過性のものも含む）のフィルム部材であって、その一方の端部が混合ガス供給方向下流側の前記管板に近接し他方の端部が混合ガス供給方向上流側の前記管板から離れるように配置されているフィルム部材と、
フィルム部材の前記一方の端部と前記管板との間の間隙部を封止するシーリング構造と、
を備える、ガス分離膜モジュール。
【０００９】
２．前記シーリング構造は、
フィルム部材の前記一方の端部において前記フィルム部材の径方向内側または外側に巻かれた封止帯であって、その端部から前記管板側に向かって延出し、延出した一部が前記管板内に埋設されている封止帯を有する、上記１．に記載のガス分離膜モジュール。
【００１０】
３．前記封止帯として、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向外側に巻かれた第１の封止帯と、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向内側に巻かれた第２の封止帯と、
を有する、上記２．に記載のガス分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボアフィードタイプのモジュールにおいて、フィルム端部と管板との間の間隙部からのガスの漏出を防止してガス分離をより効率的に実施できるガス分離膜モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のガス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）は図１の部分拡大図であり、（Ｂ）はさらにその一部を示す拡大図である。
【図３】（Ａ）他の実施形態のガス分離膜モジュールを示す断面図であり、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図４】さらに他の実施形態のガス分離膜モジュールを示す断面図である。
【図５】別の実施形態のガス分離膜モジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、図２では、一例としてケーシング（詳細下記）の形状がより具体的に示されている。
【００１４】
図１、図２に示すガス分離膜モジュール（以下、単にモジュールともいう）８０１は、多数の中空糸膜８１４が集束された中空糸束８１５と、それを収容するケーシング８１０と、中空糸束８１５の両端部に設けられた管板８２１、８２２とを備えている。このモジュール８０１は、いわゆるボアフィードタイプのものであり、混合ガス（原料ガス）が中空糸膜８１４の内側に供給される。
【００１５】
中空糸膜８１４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。一例として、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は、ガス分離性能が良好であるので、好適である。
【００１６】
中空糸束８１５は、例えば１００〜１，０００，０００本程度の中空糸膜８１４を集束したものである。集束された中空糸束８１５の形状には特に制限はないが、製造の容易さおよびケーシングの耐圧性の観点から一例として円柱状が好ましい。図１では中空糸膜８１４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。
【００１７】
中空糸膜８１４によって分離される混合ガスは、特に限定されるものではないが、例えば、分離膜に対する透過速度の比が２以上である透過性の大きいガスと透過性の小さいガスとを含むガス混合物であってもよい。本実施形態のガス分離膜モジュール８０１は、様々な態様で、混合ガスから特定ガス成分を分離するのに用いることができる。例えば、各種ガスの除湿、各種ガスの加湿、窒素富化または酸素富化などを行うものであってもよい。
【００１８】
管板８２１、８２２は、ケーシング８１０の形状に対応して略円盤状に設けられており、各中空糸膜８１４の開口が保持された状態で中空糸束８１５の端部を固着するものである。管板８２１、８２２は、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、あるいは、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であってもよい。管板８２１、８２２は、多数の中空糸膜８１４を一体に固着する役割を果たす。また、中空糸膜８１４どうしの間、および、中空糸束８１５とケーシング８１０の内面の間を密封する役割を果たす。図１に示すように、ケーシング８１０と２つの管板８２１、８２２とによって１つの密閉空間８１８（後述するように透過ガス排出口８１０ｃを有する）が形成され、この密閉空間８１８内には中空糸膜８１４を透過した透過ガスが導入される。さらに、ケーシング８１０および管板８２１とによって混合ガス空間８１９ａが形成され、ケーシング８１０および管板８２２によって未透過ガス空間８１９ｂが形成される。なお、管板８２１、８２２とケーシング８１０の内面との間の密封のために、他のシーリング手段が設けられていてもよい。
【００１９】
なお、管板８２１、８２２のためのエポキシ樹脂としては、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。
【００２０】
ケーシング８１０は、図１に示すように、全体として略円筒状に設けられている。ケーシング８１０は、混合ガスをケーシング８１０内に導入するための混合ガス入口８１０ａを上流側（図の左側）に有し、下流側（図の右側）に未透過ガス出口８１０ｂを有し、側壁部に透過ガス出口８１０ｃを有している。透過ガス出口８１０ｃの数は、１つであってもよいし複数であってもよい。複数の透過ガス出口８１０ｃがケーシング８１０の側壁に沿って等間隔で配置されていてもよい。透過ガス出口８１０ｃは、この例では、上流側の管板８２１に近い位置（具体的には、後述するフィルム部材８３１が存在しない中空糸束８１５の露出部分Ａ１の位置）に形成されている。
【００２１】
混合ガス入口８１０ａから導入された混合ガスは、管板８２１の端面から各中空糸膜８１４内に入り込み、その内部を下流側に向かって流れる。この際、混合ガスのうち一部が中空糸膜８１４外へと透過した透過ガスとなり、その透過ガスは密閉空間８１８内に送り込まれ、次いで、透過ガス出口８１０ｃを介してケーシング外へと排出される。一方、中空糸膜を透過しなかった未透過ガスはそのまま中空糸膜８１４内を下流側に向かって流れ、下流側の端面から膜外へと送り出され、次いで、未透過ガス出口８１０ｂを介してケーシング外へと排出される。
【００２２】
なお、混合ガス入口８１０ａおよび／または未透過ガス出口８１０ｂは、その中心軸がケーシング８１０の中心軸（すなわち、中空糸束８１５の中心軸）と揃うように配置されていてもよい。また、ケーシング８１０は、図２（Ａ）の例のように、円筒状部材８１１と、その両端部に取り付けられた管板保持部材８１３（一方は不図示）を有するものであってもよい。筒状部材８１１と管板保持部材８１３との接続部は溶接されていてもよい。管板保持部材８１３の内周面は、一例として、径寸法が一定のストレート部８１３ａと、そのストレート部８１３ａより径寸法が大きい大径部８１３ｂと、径寸法が徐々に小さくなるテーパ部８１３ｃとを含んでいる。なお、管板８２２は、図２（Ａ）に示すように、中空糸膜８１４が存在する中空糸膜埋設部８２２ａと、その周辺の、中空糸膜８１４が存在しない無垢部８２２ｂとを有している。
【００２３】
図１、図２に示すように、本実施形態のガス分離膜モジュール８０１においては中空糸束８１５の外周面にフィルム部材８３１が巻かれている。フィルム部材８３１は、その一方の端部８３１ａ（単に、フィルム端部８３１ａともいう）が管板８２２に近接し、他方の端部８３１ｂが管板８２１から所定の距離だけ離れるように配置されている。図１において、フィルム部材８３１によって覆われていない中空糸束８１５の領域は符号Ａ１（露出部分）で示されている。フィルム部材８３１は、中空糸束の外表面の５０％〜９５％、好ましくは７０％〜９２％を覆うように構成されていてもよい。また、フィルム部材８３１は、両端部がそれぞれの管板に近接して中空糸束の外表面全体を覆い、管板８２１の近傍においてフィルム部材８３１に１つまたは複数の穴を開けるように構成されていてもよい。
【００２４】
フィルム部材８３１は、実質的にガス不透過性の材質であればいかなるものであってもよい。なお、「実質的にガス不透過性」とは、フィルム部材のガス透過が充分に小さく、ガスの流路を規制できる事を意味する。例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル等のプラスチックフィルムであってもよい。中でもポリイミドは、耐熱性、耐溶剤性、加工性の点で好ましい。プラスチックフィルムの他にも、アルミニウムやステンレス等の金属箔であってもよい。フィルムの厚みは、数十μｍ〜数ｍｍの範囲内であってもよい。
【００２５】
フィルム部材８３１は、一枚のフィルムの側縁どうしを固着することで筒状に形成されたものであってもよいし、または、継ぎ目のない筒状部材を使用してもよい。フィルムの側縁どうしを固着する手段としては、例えば接着剤、テープ等を利用することができる。
【００２６】
なお、例えば管板がエポキシ樹脂の場合、フィルム端部が管板内に入り込んでいると（例えば、フィルム端部を管板材料に埋設させて硬化させた場合など）、その部分を起点として管板が割れたり損傷が生じたりするおそれがある。そのため、本実施形態ではフィルム端部は管板内に埋設されないように構成されている。一方、そのような構成とした場合、図２のように、フィルム端部８３１ａと管板８２２との間に間隙部Ａ３１が生じる可能性がある（説明のために、間隙部Ａ３１はその大きさを誇張して描かれている）。
【００２７】
図１、図２に示すように、本実施形態では、フィルム端部８３１ａと管板８２２との間の間隙部Ａ３１を封止するシーリング構造８５０が設けられている。シーリング構造８５０は、この例では、フィルム８３１ａを挟み込むようにフィルム両面に配置され、かつ、中空糸束８１５を包囲するように筒状に形成された２つの封止帯８５１、８５３（図２参照）を有している。
【００２８】
封止帯８５１、８５３はいずれも、液状の樹脂材料（一例としてエポキシ）が浸透可能な材料、換言すれば、所定の毛管力を備えた材料で構成されている。封止帯８５１、８５３は、そのような機能を有する材料であればどのようなものであってもよく、例えば、繊維を編み込んで作られたメッシュ材料（例えば布状や網状のもの）であってもよい。繊維は、例えば、化学繊維または天然繊維であってもよく、ガラス繊維もしくは炭素繊維等を利用してもよい。
【００２９】
図２に示すように第１の封止帯８５１はフィルム部材８３１の外周面に配置され、第２の封止帯８５３はフィルム部材８３１の内周面に配置されている。各封止帯８５１、８５３は、フィルム端部８３１ａから管板８２２側に延出するように配置されている。各封止帯８５１、８５３の延出した一部は、管板８２２内の無垢部８２２ｂに埋設されている。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、第１の封止帯８５１には、その封止帯８５１をフィルム部材８３１に固定する固定テープ８５５が貼り付けられている。固定テープ８５５は、一例として、中空糸束８１５の外周部を一周するように貼り付けられていてもよい。固定テープ８５５を二周以上にわたって巻いてもよいし、または、外周部の一部分のみに固定テープ８５５を貼り付けてもよい。
【００３１】
図２（Ｂ）に示すように、２つの封止帯８５１、８５３の重なり部は固定具８５７によって固定されていてもよい。固定具８５７としては、一例として、機械的に両部材を固定する手段であってもよく例えばステープラーの針であってもよい。他にも、例えば、糸やワイヤなどを利用してもよい。
【００３２】
封止帯８５１、８５３は、後述するように間隙部Ａ３１からの透過ガスの漏出を防止する機能を有する。漏出をより効果的に防止するために、封止帯８５１、８５３のうち少なくとも間隙部Ａ３１に面する領域は、樹脂材料が浸透し硬化した状態となっている。これにより、封止帯８５１、８５３にガス不透過性がもたらされ、その結果、ガスの漏出がより防止されることとなる。なお、上記のような処理は、２枚の封止帯８５１、８５３のうち一方のみに対して実施されてもよい。
【００３３】
フィルム部材８３１およびシーリング構造８５０は例えば次のようにして作製することができる。なお、下記の工程は単なる一例であって、その工程順序等によって本発明が何ら限定されるものではない。
【００３４】
まず、中空糸束８１５およびケーシング（例えば図２のもの）を準備する。また、所定のサイズに形成した１枚のフィルム部材８３１を準備するとともに、その端部８３１ａ付近を挟み込むように封止帯８５１、８５３をフィルム両面に重ね、封止帯８５１、８５３の重なり部をステープラー（一例）で固定する。
【００３５】
次いで、その状態のフィルム部材８３１を中空糸束８１５に巻き付け例えばテープ（不図示）で固定する。その後、中空糸束８１５をケーシング８１０内の所定位置に配置し、中空糸束８１５の両端部に管板８２１、８２２を形成する。管板８２１、８２２は、エポキシ材料を中空糸束８１５の端部に充填し硬化させることによって形成可能である。
【００３６】
図２の例で具体的に説明する。エポキシ材料の充填は、一例として中空糸束８１５が入ったケーシング８１０を鉛直方向に保持しケーシング下端部に金型（不図示）を取り付けた状態で行われる。この際、充填されるエポキシ材料の液面は、図２（Ａ）に示すように、封止帯８５１、８５３の先端は管板８２２内に埋設されるが端部８３１ａは埋設されないような位置に設定する。封止帯８５１、８５３の端部がエポキシ材料に浸されると、毛管力により、封止帯８５１、８５３（間隙部Ａ３１に面する部分を少なくとも含む領域）にエポキシ材料が浸透する。
【００３７】
その後、管板材料を硬化させる、硬化した管板８２２を所定位置で切断することにより、中空糸膜８１４を開口させる。続いて、必要に応じて、従来同様の組立工程（例えば、ケーシング８１０を完成させるための工程など）を行いモジュールを完成させる。
【００３８】
なお、フィルム部材８３１および封止帯８５１、８５３を次のような順番で配置してもよい：まず、第２の封止帯８５３を中空糸束８１５に巻き付け、次いで、フィルム部材８３１を巻き付け、その後、第１の封止帯８５１を巻き付ける。
【００３９】
上述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方法の一例を以下に説明する。なお、本実施形態のモジュールの使用方法は下記に限定されるものではない。
【００４０】
まず、混合ガスを混合ガス入口８１０ａからケーシング８１０内の混合ガス空間８１９ａに導入する。導入されたその混合ガスは、管板８２１の端面から各中空糸膜８１４内に入り込み、その内部を下流側に向かって移動する。このときに、中空糸膜８１４内の圧力が密閉空間８１８の圧力より高いことが好ましく、例えば、混合ガスを０．０１ＭＰａＧ〜１０ＭＰａＧの圧力で供給すること、密閉空間８１８を減圧状態にすることなどが好適である。この際、混合ガスの一部が中空糸膜８１４を選択的に透過し、中空糸膜８１４外の密閉空間８１８へと送り出される。一方、未透過のガスはそのまま中空糸膜８１４内を下流側に向かって流れ、下流側の端面から中空糸膜８１４外の未透過ガス空間８１９ｂに放出される。
【００４１】
仮にフィルム部材８３１が配置されていない場合、図２（Ｂ）の矢印ｆ３に示すように中空糸膜８１４からの透過ガスの進行方向は十字流方向（すなわち、中空糸膜８１４と交差する方向）となる。あるいは、ｆ４に示すように、透過ガスの進行方向はｆ２とは逆の流れとなるような並流方向となって、そしてｆ３となるような流れとなる。一方、本実施形態のように中空糸束８１５にフィルム部材８３１が巻かれている場合、透過ガスの散逸が防止され、透過ガスが混合ガスの供給方向ｆ１に対して向流となる矢印ｆ２の方向に流れることとなり、その結果、ガス分離の効率を向上させることができる。特に、本実施形態では、間隙部Ａ３１を封止するシーリング構造８５０が設けられており、透過ガスがこの間隙部Ａ３１を通って外部に漏出することが防止される。したがって透過ガスの散逸がより確実に防止され、ガス分離の効率化をより良好に行うことができる。
【００４２】
透過ガスの漏出の防止は、フィルム端部８３１ａが直接に管板８２２内に埋設される構造とすることによっても実現しうるが、この場合、上述したようにフィルム端部８３１ａ付近を起点とした管板８２２の割れや損傷が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態では、フィルム部材８３１とは別部材の封止帯８５１、８５３が埋設される構成であるので、封止帯の材料を適宜選択することで、そうした管板８２２の割れや損傷の発生を防止できる。
【００４３】
上述のように封止帯８５１、８５３がメッシュ材料であったとしても、封止帯を何ら設けない場合と比較すれば透過ガスの漏出は抑えられる。しかしながら、本実施形態ではさらに、封止帯８５１、８５３に樹脂材料が浸透してそこで硬化しているので、透過ガスの漏出をより確実に防止することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
以上、本発明の一形態について説明したが、本発明は上記の内容に限定されるものではなく種々変更可能である。
【００４５】
例えば、第１および第２の封止帯８５１、８５３のうちいずれか一方のみを備えるものであってもよい。また、第１の封止帯８５１をフィルム部材８３１に固定する固定テープ８５５が省略されてもよい。また、２枚の封止帯８５１、８５３の重なり部を固定する固定具８５７（図２（Ｂ）参照）が省略されてもよい。
【００４６】
図３は他のシールリング構造を示しており、図３（Ａ）がモジュール全体の模式的な断面図であり、図３（Ｂ）がその部分拡大図である。この例ではシーリング構造は、フィルム部材８３１と管板８２２との間の間隙部Ａ３１を埋めるように配置された充填材８９１が例示されている。充填材８９１は、一例としてフィルム部材８３１を囲むように注入された樹脂材料（一例として耐熱シリコーン）であってもよい。このような充填材８９１によっても、間隙部Ａ３１からの透過ガスの漏出を防止可能であり、その結果、効率的なガス分離を実施できるモジュールが得られることとなる。充填材８９１は、例えば、ケーシング内に管板８２２が形成された後に、ケーシング側壁に１つまたは複数の孔を形成し、そこから充填材８９１を注入し硬化させることで形成されてもよい。
【００４７】
このような充填材８９１を設ける箇所は、図３に示すような位置に限定されるものではない。例えば図４に示すように、フィルム部材８３１とケーシング８１０との間であって間隙部Ａ３１から所定距離だけ離れた位置に、充填材８９３が配置されていてもよい。充填材８９３は、図４のようにフィルム部材８３１の長手方向における１箇所に配置されてもよい。このような充填材８９３は、気体の流れを遮ることができるように、フィルム部材８３１の外周を一周するように配置され、その幅は一例として３ｍｍ〜５ｍｍ程度（例えば、フィルムの外表面の０．５％）以上であってもよい。
【００４８】
あるいは、フィルム部材８３１の外周を一周する充填材が、フィルム部材８３１とケーシング８１０の間の隙間を埋めるようにより広い（長い）範囲にわたって充填されていてもよく、例えば、フィルム部材の外表面の１０％以上を覆う範囲を占めるものであってもよい。
【００４９】
また、本発明のガス分離膜モジュールは、図５に示すようにパージガスを流すための構造を備えたものであってもよい。このガス分離膜モジュールは、中空糸束９１５と、ケーシング９１０と、中空糸束９１５の両端部を固定する２つの管板９２１、９２２と、中空糸束の外周面に巻かれたガス不透過性のフィルム部材９３１と、フィルム部材９３１の端部と管板９２２との間の間隙部を封止するシーリング構造９５０とを備えている。このガス分離膜モジュールは、さらに、パージガスを送るための芯管９７１を備えている。
【００５０】
ケーシング９１０は、図１のモジュールと同様、上流側（図の左側）に混合ガス入口９１０ａを有しており、側壁部に透過ガス出口９１０ｃを有している。管板９２２より下流側の構造は図１のモジュールとやや異なっており、未透過ガス出口９１０ｂがケーシング９１０の側壁部に形成され、ケーシング９１０の中心部には芯管９７１が通されている。
【００５１】
芯管９７１は、両端のうち一方が閉塞し他方が開口した部材であり、開口部が下流側（管板９２２側）となる向きで配置されている。芯管９７１は、管板９２２を貫通して延在し、その先端部分が上流側の管板９２１に埋設されている。芯管９７１は、２つの管板９２１、９２２の間となる領域に孔９７１ａを有している。
【００５２】
このように構成されたモジュールは、基本的なガス分離の原理は図１のものと同様である。芯管９７１の開口部（パージガス入口９１０ｄ）からパージガスが供給され、そのパージガスは、孔９７１ａを通じてケーシング９１０内の密閉空間９１８内へと放出される。このパージガスは、中空糸膜９１４の間をｆ２方向（混合ガス供給方向に対して向流となる方向）に流れ、同空間内に放出された透過ガスを透過ガス出口９１０ｃ側に押し、これにより透過ガスの排出が促進される。
【００５３】
このようなパージガスを利用するモジュールにおいても、フィルム部材９３１と管板９２２との間の間隙部を封止するシーリング構造９５０を設けることが好ましい。シーリング構造９５０は上述した種々の構造のうちいずれを使用してもよい。これにより、間隙部から透過ガスおよびパージガスの漏出が防止され、透過ガスおよびパージガスがｆ２方向に良好に流れるようになり、その結果、ガス分離の一層の効率化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
８０１ ガス分離膜モジュール
８１０、９１０ ケーシング
８１０ａ、９１０ａ 混合ガス入口
８１０ｂ、９１０ｂ 未透過ガス出口
８１０ｃ、９１０ｃ 透過ガス出口
９１０ｄ パージガス入口
８１１ 筒状部材
８１３ 管板保持部材
８１３ａ ストレート部
８１３ｂ 大径部
８１３ｃ テーパ部
８１４、９１４ 中空糸膜
８１５、９１５ 中空糸束
８１８、９１８ 密封空間
８１９ａ 混合ガス空間
８１９ｂ 未透過ガス空間
８２１、８２２、９２１、９２２ 管板
８２２ａ 中空糸膜埋設部
８２２ｂ 管板無垢部
８３１ フィルム部材
８３１ａ、８３１ｂ 端部
８５０、９５０ シーリング構造
８５１、８５３ 封止帯
８５５ 固定テープ
８５７ 固定具
８９１、８９３ 充填材
９７１ 芯管
９７１ａ 孔
Ａ１ 露出部分
Ａ３１ 間隙部
【技術分野】
【０００１】
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に関し、特には、ボアフィードタイプのモジュールにおいて、フィルム端部と管板との間の間隙部からのガスの漏出を防止してガス分離をより効率的に実施できるガス分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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中空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ケーシングとを備えている。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）によって固定されている。また、ケーシングには、混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口等が設けられている。
【０００４】
効率的なガス分離を目的として、例えば特許文献１には、混合ガスが中空糸膜内に供給されるいわゆるボアフィード型のモジュールにおいて、中空糸束の一部をフィルム部材で被覆し、キャリアガスの流れと混合ガスの流れが中空糸膜を挟んで向流となるように構成されたガス分離膜モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２６２８３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１のガス分離膜モジュールではキャリアガスの流れ方向を規制することでガス分離の効率化を図ることが可能であるが、キャリアガス（パージガス）を利用しないものにおいてもガス分離の効率を改善することは重要である。一方で、パージガスの利用の有無を問わず、ガス分離のより一層の効率化を図るためには、フィルム端部と管板との間の間隙部（詳細後述）からガスが漏出するのを防止することが有効である。
【０００７】
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、ボアフィードタイプのモジュールにおいて、フィルム端部と管板との間の間隙部からのガスの漏出を防止してガス分離をより効率的に実施できるガス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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明のガス分離膜モジュールは下記の通りである：
１．ガス分離性能を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口を有し、前記中空糸束が内部に配置されるケーシングと、
前記中空糸束の両端部を固定する２つの管板と、
前記中空糸束の外周面に巻かれたガス不透過性（実質的にガス不透過性のものも含む）のフィルム部材であって、その一方の端部が混合ガス供給方向下流側の前記管板に近接し他方の端部が混合ガス供給方向上流側の前記管板から離れるように配置されているフィルム部材と、
フィルム部材の前記一方の端部と前記管板との間の間隙部を封止するシーリング構造と、
を備える、ガス分離膜モジュール。
【０００９】
２．前記シーリング構造は、
フィルム部材の前記一方の端部において前記フィルム部材の径方向内側または外側に巻かれた封止帯であって、その端部から前記管板側に向かって延出し、延出した一部が前記管板内に埋設されている封止帯を有する、上記１．に記載のガス分離膜モジュール。
【００１０】
３．前記封止帯として、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向外側に巻かれた第１の封止帯と、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向内側に巻かれた第２の封止帯と、
を有する、上記２．に記載のガス分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ボアフィードタイプのモジュールにおいて、フィルム端部と管板との間の間隙部からのガスの漏出を防止してガス分離をより効率的に実施できるガス分離膜モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のガス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）は図１の部分拡大図であり、（Ｂ）はさらにその一部を示す拡大図である。
【図３】（Ａ）他の実施形態のガス分離膜モジュールを示す断面図であり、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図４】さらに他の実施形態のガス分離膜モジュールを示す断面図である。
【図５】別の実施形態のガス分離膜モジュールを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、図２では、一例としてケーシング（詳細下記）の形状がより具体的に示されている。
【００１４】
図１、図２に示すガス分離膜モジュール（以下、単にモジュールともいう）８０１は、多数の中空糸膜８１４が集束された中空糸束８１５と、それを収容するケーシング８１０と、中空糸束８１５の両端部に設けられた管板８２１、８２２とを備えている。このモジュール８０１は、いわゆるボアフィードタイプのものであり、混合ガス（原料ガス）が中空糸膜８１４の内側に供給される。
【００１５】
中空糸膜８１４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。一例として、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は、ガス分離性能が良好であるので、好適である。
【００１６】
中空糸束８１５は、例えば１００〜１，０００，０００本程度の中空糸膜８１４を集束したものである。集束された中空糸束８１５の形状には特に制限はないが、製造の容易さおよびケーシングの耐圧性の観点から一例として円柱状が好ましい。図１では中空糸膜８１４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。
【００１７】
中空糸膜８１４によって分離される混合ガスは、特に限定されるものではないが、例えば、分離膜に対する透過速度の比が２以上である透過性の大きいガスと透過性の小さいガスとを含むガス混合物であってもよい。本実施形態のガス分離膜モジュール８０１は、様々な態様で、混合ガスから特定ガス成分を分離するのに用いることができる。例えば、各種ガスの除湿、各種ガスの加湿、窒素富化または酸素富化などを行うものであってもよい。
【００１８】
管板８２１、８２２は、ケーシング８１０の形状に対応して略円盤状に設けられており、各中空糸膜８１４の開口が保持された状態で中空糸束８１５の端部を固着するものである。管板８２１、８２２は、ポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、あるいは、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であってもよい。管板８２１、８２２は、多数の中空糸膜８１４を一体に固着する役割を果たす。また、中空糸膜８１４どうしの間、および、中空糸束８１５とケーシング８１０の内面の間を密封する役割を果たす。図１に示すように、ケーシング８１０と２つの管板８２１、８２２とによって１つの密閉空間８１８（後述するように透過ガス排出口８１０ｃを有する）が形成され、この密閉空間８１８内には中空糸膜８１４を透過した透過ガスが導入される。さらに、ケーシング８１０および管板８２１とによって混合ガス空間８１９ａが形成され、ケーシング８１０および管板８２２によって未透過ガス空間８１９ｂが形成される。なお、管板８２１、８２２とケーシング８１０の内面との間の密封のために、他のシーリング手段が設けられていてもよい。
【００１９】
なお、管板８２１、８２２のためのエポキシ樹脂としては、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。
【００２０】
ケーシング８１０は、図１に示すように、全体として略円筒状に設けられている。ケーシング８１０は、混合ガスをケーシング８１０内に導入するための混合ガス入口８１０ａを上流側（図の左側）に有し、下流側（図の右側）に未透過ガス出口８１０ｂを有し、側壁部に透過ガス出口８１０ｃを有している。透過ガス出口８１０ｃの数は、１つであってもよいし複数であってもよい。複数の透過ガス出口８１０ｃがケーシング８１０の側壁に沿って等間隔で配置されていてもよい。透過ガス出口８１０ｃは、この例では、上流側の管板８２１に近い位置（具体的には、後述するフィルム部材８３１が存在しない中空糸束８１５の露出部分Ａ１の位置）に形成されている。
【００２１】
混合ガス入口８１０ａから導入された混合ガスは、管板８２１の端面から各中空糸膜８１４内に入り込み、その内部を下流側に向かって流れる。この際、混合ガスのうち一部が中空糸膜８１４外へと透過した透過ガスとなり、その透過ガスは密閉空間８１８内に送り込まれ、次いで、透過ガス出口８１０ｃを介してケーシング外へと排出される。一方、中空糸膜を透過しなかった未透過ガスはそのまま中空糸膜８１４内を下流側に向かって流れ、下流側の端面から膜外へと送り出され、次いで、未透過ガス出口８１０ｂを介してケーシング外へと排出される。
【００２２】
なお、混合ガス入口８１０ａおよび／または未透過ガス出口８１０ｂは、その中心軸がケーシング８１０の中心軸（すなわち、中空糸束８１５の中心軸）と揃うように配置されていてもよい。また、ケーシング８１０は、図２（Ａ）の例のように、円筒状部材８１１と、その両端部に取り付けられた管板保持部材８１３（一方は不図示）を有するものであってもよい。筒状部材８１１と管板保持部材８１３との接続部は溶接されていてもよい。管板保持部材８１３の内周面は、一例として、径寸法が一定のストレート部８１３ａと、そのストレート部８１３ａより径寸法が大きい大径部８１３ｂと、径寸法が徐々に小さくなるテーパ部８１３ｃとを含んでいる。なお、管板８２２は、図２（Ａ）に示すように、中空糸膜８１４が存在する中空糸膜埋設部８２２ａと、その周辺の、中空糸膜８１４が存在しない無垢部８２２ｂとを有している。
【００２３】
図１、図２に示すように、本実施形態のガス分離膜モジュール８０１においては中空糸束８１５の外周面にフィルム部材８３１が巻かれている。フィルム部材８３１は、その一方の端部８３１ａ（単に、フィルム端部８３１ａともいう）が管板８２２に近接し、他方の端部８３１ｂが管板８２１から所定の距離だけ離れるように配置されている。図１において、フィルム部材８３１によって覆われていない中空糸束８１５の領域は符号Ａ１（露出部分）で示されている。フィルム部材８３１は、中空糸束の外表面の５０％〜９５％、好ましくは７０％〜９２％を覆うように構成されていてもよい。また、フィルム部材８３１は、両端部がそれぞれの管板に近接して中空糸束の外表面全体を覆い、管板８２１の近傍においてフィルム部材８３１に１つまたは複数の穴を開けるように構成されていてもよい。
【００２４】
フィルム部材８３１は、実質的にガス不透過性の材質であればいかなるものであってもよい。なお、「実質的にガス不透過性」とは、フィルム部材のガス透過が充分に小さく、ガスの流路を規制できる事を意味する。例えば、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル等のプラスチックフィルムであってもよい。中でもポリイミドは、耐熱性、耐溶剤性、加工性の点で好ましい。プラスチックフィルムの他にも、アルミニウムやステンレス等の金属箔であってもよい。フィルムの厚みは、数十μｍ〜数ｍｍの範囲内であってもよい。
【００２５】
フィルム部材８３１は、一枚のフィルムの側縁どうしを固着することで筒状に形成されたものであってもよいし、または、継ぎ目のない筒状部材を使用してもよい。フィルムの側縁どうしを固着する手段としては、例えば接着剤、テープ等を利用することができる。
【００２６】
なお、例えば管板がエポキシ樹脂の場合、フィルム端部が管板内に入り込んでいると（例えば、フィルム端部を管板材料に埋設させて硬化させた場合など）、その部分を起点として管板が割れたり損傷が生じたりするおそれがある。そのため、本実施形態ではフィルム端部は管板内に埋設されないように構成されている。一方、そのような構成とした場合、図２のように、フィルム端部８３１ａと管板８２２との間に間隙部Ａ３１が生じる可能性がある（説明のために、間隙部Ａ３１はその大きさを誇張して描かれている）。
【００２７】
図１、図２に示すように、本実施形態では、フィルム端部８３１ａと管板８２２との間の間隙部Ａ３１を封止するシーリング構造８５０が設けられている。シーリング構造８５０は、この例では、フィルム８３１ａを挟み込むようにフィルム両面に配置され、かつ、中空糸束８１５を包囲するように筒状に形成された２つの封止帯８５１、８５３（図２参照）を有している。
【００２８】
封止帯８５１、８５３はいずれも、液状の樹脂材料（一例としてエポキシ）が浸透可能な材料、換言すれば、所定の毛管力を備えた材料で構成されている。封止帯８５１、８５３は、そのような機能を有する材料であればどのようなものであってもよく、例えば、繊維を編み込んで作られたメッシュ材料（例えば布状や網状のもの）であってもよい。繊維は、例えば、化学繊維または天然繊維であってもよく、ガラス繊維もしくは炭素繊維等を利用してもよい。
【００２９】
図２に示すように第１の封止帯８５１はフィルム部材８３１の外周面に配置され、第２の封止帯８５３はフィルム部材８３１の内周面に配置されている。各封止帯８５１、８５３は、フィルム端部８３１ａから管板８２２側に延出するように配置されている。各封止帯８５１、８５３の延出した一部は、管板８２２内の無垢部８２２ｂに埋設されている。
【００３０】
図２（Ａ）に示すように、第１の封止帯８５１には、その封止帯８５１をフィルム部材８３１に固定する固定テープ８５５が貼り付けられている。固定テープ８５５は、一例として、中空糸束８１５の外周部を一周するように貼り付けられていてもよい。固定テープ８５５を二周以上にわたって巻いてもよいし、または、外周部の一部分のみに固定テープ８５５を貼り付けてもよい。
【００３１】
図２（Ｂ）に示すように、２つの封止帯８５１、８５３の重なり部は固定具８５７によって固定されていてもよい。固定具８５７としては、一例として、機械的に両部材を固定する手段であってもよく例えばステープラーの針であってもよい。他にも、例えば、糸やワイヤなどを利用してもよい。
【００３２】
封止帯８５１、８５３は、後述するように間隙部Ａ３１からの透過ガスの漏出を防止する機能を有する。漏出をより効果的に防止するために、封止帯８５１、８５３のうち少なくとも間隙部Ａ３１に面する領域は、樹脂材料が浸透し硬化した状態となっている。これにより、封止帯８５１、８５３にガス不透過性がもたらされ、その結果、ガスの漏出がより防止されることとなる。なお、上記のような処理は、２枚の封止帯８５１、８５３のうち一方のみに対して実施されてもよい。
【００３３】
フィルム部材８３１およびシーリング構造８５０は例えば次のようにして作製することができる。なお、下記の工程は単なる一例であって、その工程順序等によって本発明が何ら限定されるものではない。
【００３４】
まず、中空糸束８１５およびケーシング（例えば図２のもの）を準備する。また、所定のサイズに形成した１枚のフィルム部材８３１を準備するとともに、その端部８３１ａ付近を挟み込むように封止帯８５１、８５３をフィルム両面に重ね、封止帯８５１、８５３の重なり部をステープラー（一例）で固定する。
【００３５】
次いで、その状態のフィルム部材８３１を中空糸束８１５に巻き付け例えばテープ（不図示）で固定する。その後、中空糸束８１５をケーシング８１０内の所定位置に配置し、中空糸束８１５の両端部に管板８２１、８２２を形成する。管板８２１、８２２は、エポキシ材料を中空糸束８１５の端部に充填し硬化させることによって形成可能である。
【００３６】
図２の例で具体的に説明する。エポキシ材料の充填は、一例として中空糸束８１５が入ったケーシング８１０を鉛直方向に保持しケーシング下端部に金型（不図示）を取り付けた状態で行われる。この際、充填されるエポキシ材料の液面は、図２（Ａ）に示すように、封止帯８５１、８５３の先端は管板８２２内に埋設されるが端部８３１ａは埋設されないような位置に設定する。封止帯８５１、８５３の端部がエポキシ材料に浸されると、毛管力により、封止帯８５１、８５３（間隙部Ａ３１に面する部分を少なくとも含む領域）にエポキシ材料が浸透する。
【００３７】
その後、管板材料を硬化させる、硬化した管板８２２を所定位置で切断することにより、中空糸膜８１４を開口させる。続いて、必要に応じて、従来同様の組立工程（例えば、ケーシング８１０を完成させるための工程など）を行いモジュールを完成させる。
【００３８】
なお、フィルム部材８３１および封止帯８５１、８５３を次のような順番で配置してもよい：まず、第２の封止帯８５３を中空糸束８１５に巻き付け、次いで、フィルム部材８３１を巻き付け、その後、第１の封止帯８５１を巻き付ける。
【００３９】
上述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方法の一例を以下に説明する。なお、本実施形態のモジュールの使用方法は下記に限定されるものではない。
【００４０】
まず、混合ガスを混合ガス入口８１０ａからケーシング８１０内の混合ガス空間８１９ａに導入する。導入されたその混合ガスは、管板８２１の端面から各中空糸膜８１４内に入り込み、その内部を下流側に向かって移動する。このときに、中空糸膜８１４内の圧力が密閉空間８１８の圧力より高いことが好ましく、例えば、混合ガスを０．０１ＭＰａＧ〜１０ＭＰａＧの圧力で供給すること、密閉空間８１８を減圧状態にすることなどが好適である。この際、混合ガスの一部が中空糸膜８１４を選択的に透過し、中空糸膜８１４外の密閉空間８１８へと送り出される。一方、未透過のガスはそのまま中空糸膜８１４内を下流側に向かって流れ、下流側の端面から中空糸膜８１４外の未透過ガス空間８１９ｂに放出される。
【００４１】
仮にフィルム部材８３１が配置されていない場合、図２（Ｂ）の矢印ｆ３に示すように中空糸膜８１４からの透過ガスの進行方向は十字流方向（すなわち、中空糸膜８１４と交差する方向）となる。あるいは、ｆ４に示すように、透過ガスの進行方向はｆ２とは逆の流れとなるような並流方向となって、そしてｆ３となるような流れとなる。一方、本実施形態のように中空糸束８１５にフィルム部材８３１が巻かれている場合、透過ガスの散逸が防止され、透過ガスが混合ガスの供給方向ｆ１に対して向流となる矢印ｆ２の方向に流れることとなり、その結果、ガス分離の効率を向上させることができる。特に、本実施形態では、間隙部Ａ３１を封止するシーリング構造８５０が設けられており、透過ガスがこの間隙部Ａ３１を通って外部に漏出することが防止される。したがって透過ガスの散逸がより確実に防止され、ガス分離の効率化をより良好に行うことができる。
【００４２】
透過ガスの漏出の防止は、フィルム端部８３１ａが直接に管板８２２内に埋設される構造とすることによっても実現しうるが、この場合、上述したようにフィルム端部８３１ａ付近を起点とした管板８２２の割れや損傷が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態では、フィルム部材８３１とは別部材の封止帯８５１、８５３が埋設される構成であるので、封止帯の材料を適宜選択することで、そうした管板８２２の割れや損傷の発生を防止できる。
【００４３】
上述のように封止帯８５１、８５３がメッシュ材料であったとしても、封止帯を何ら設けない場合と比較すれば透過ガスの漏出は抑えられる。しかしながら、本実施形態ではさらに、封止帯８５１、８５３に樹脂材料が浸透してそこで硬化しているので、透過ガスの漏出をより確実に防止することができる。
【００４４】
（他の実施形態）
以上、本発明の一形態について説明したが、本発明は上記の内容に限定されるものではなく種々変更可能である。
【００４５】
例えば、第１および第２の封止帯８５１、８５３のうちいずれか一方のみを備えるものであってもよい。また、第１の封止帯８５１をフィルム部材８３１に固定する固定テープ８５５が省略されてもよい。また、２枚の封止帯８５１、８５３の重なり部を固定する固定具８５７（図２（Ｂ）参照）が省略されてもよい。
【００４６】
図３は他のシールリング構造を示しており、図３（Ａ）がモジュール全体の模式的な断面図であり、図３（Ｂ）がその部分拡大図である。この例ではシーリング構造は、フィルム部材８３１と管板８２２との間の間隙部Ａ３１を埋めるように配置された充填材８９１が例示されている。充填材８９１は、一例としてフィルム部材８３１を囲むように注入された樹脂材料（一例として耐熱シリコーン）であってもよい。このような充填材８９１によっても、間隙部Ａ３１からの透過ガスの漏出を防止可能であり、その結果、効率的なガス分離を実施できるモジュールが得られることとなる。充填材８９１は、例えば、ケーシング内に管板８２２が形成された後に、ケーシング側壁に１つまたは複数の孔を形成し、そこから充填材８９１を注入し硬化させることで形成されてもよい。
【００４７】
このような充填材８９１を設ける箇所は、図３に示すような位置に限定されるものではない。例えば図４に示すように、フィルム部材８３１とケーシング８１０との間であって間隙部Ａ３１から所定距離だけ離れた位置に、充填材８９３が配置されていてもよい。充填材８９３は、図４のようにフィルム部材８３１の長手方向における１箇所に配置されてもよい。このような充填材８９３は、気体の流れを遮ることができるように、フィルム部材８３１の外周を一周するように配置され、その幅は一例として３ｍｍ〜５ｍｍ程度（例えば、フィルムの外表面の０．５％）以上であってもよい。
【００４８】
あるいは、フィルム部材８３１の外周を一周する充填材が、フィルム部材８３１とケーシング８１０の間の隙間を埋めるようにより広い（長い）範囲にわたって充填されていてもよく、例えば、フィルム部材の外表面の１０％以上を覆う範囲を占めるものであってもよい。
【００４９】
また、本発明のガス分離膜モジュールは、図５に示すようにパージガスを流すための構造を備えたものであってもよい。このガス分離膜モジュールは、中空糸束９１５と、ケーシング９１０と、中空糸束９１５の両端部を固定する２つの管板９２１、９２２と、中空糸束の外周面に巻かれたガス不透過性のフィルム部材９３１と、フィルム部材９３１の端部と管板９２２との間の間隙部を封止するシーリング構造９５０とを備えている。このガス分離膜モジュールは、さらに、パージガスを送るための芯管９７１を備えている。
【００５０】
ケーシング９１０は、図１のモジュールと同様、上流側（図の左側）に混合ガス入口９１０ａを有しており、側壁部に透過ガス出口９１０ｃを有している。管板９２２より下流側の構造は図１のモジュールとやや異なっており、未透過ガス出口９１０ｂがケーシング９１０の側壁部に形成され、ケーシング９１０の中心部には芯管９７１が通されている。
【００５１】
芯管９７１は、両端のうち一方が閉塞し他方が開口した部材であり、開口部が下流側（管板９２２側）となる向きで配置されている。芯管９７１は、管板９２２を貫通して延在し、その先端部分が上流側の管板９２１に埋設されている。芯管９７１は、２つの管板９２１、９２２の間となる領域に孔９７１ａを有している。
【００５２】
このように構成されたモジュールは、基本的なガス分離の原理は図１のものと同様である。芯管９７１の開口部（パージガス入口９１０ｄ）からパージガスが供給され、そのパージガスは、孔９７１ａを通じてケーシング９１０内の密閉空間９１８内へと放出される。このパージガスは、中空糸膜９１４の間をｆ２方向（混合ガス供給方向に対して向流となる方向）に流れ、同空間内に放出された透過ガスを透過ガス出口９１０ｃ側に押し、これにより透過ガスの排出が促進される。
【００５３】
このようなパージガスを利用するモジュールにおいても、フィルム部材９３１と管板９２２との間の間隙部を封止するシーリング構造９５０を設けることが好ましい。シーリング構造９５０は上述した種々の構造のうちいずれを使用してもよい。これにより、間隙部から透過ガスおよびパージガスの漏出が防止され、透過ガスおよびパージガスがｆ２方向に良好に流れるようになり、その結果、ガス分離の一層の効率化を図ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
８０１ ガス分離膜モジュール
８１０、９１０ ケーシング
８１０ａ、９１０ａ 混合ガス入口
８１０ｂ、９１０ｂ 未透過ガス出口
８１０ｃ、９１０ｃ 透過ガス出口
９１０ｄ パージガス入口
８１１ 筒状部材
８１３ 管板保持部材
８１３ａ ストレート部
８１３ｂ 大径部
８１３ｃ テーパ部
８１４、９１４ 中空糸膜
８１５、９１５ 中空糸束
８１８、９１８ 密封空間
８１９ａ 混合ガス空間
８１９ｂ 未透過ガス空間
８２１、８２２、９２１、９２２ 管板
８２２ａ 中空糸膜埋設部
８２２ｂ 管板無垢部
８３１ フィルム部材
８３１ａ、８３１ｂ 端部
８５０、９５０ シーリング構造
８５１、８５３ 封止帯
８５５ 固定テープ
８５７ 固定具
８９１、８９３ 充填材
９７１ 芯管
９７１ａ 孔
Ａ１ 露出部分
Ａ３１ 間隙部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離性能を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口を有し、前記中空糸束が内部に配置されるケーシングと、
前記中空糸束の両端部を固定する２つの管板と、
前記中空糸束の外周面に巻かれたガス不透過性のフィルム部材であって、その一方の端部が混合ガス供給方向下流側の前記管板に近接し他方の端部が混合ガス供給方向上流側の前記管板から離れるように配置されているフィルム部材と、
フィルム部材の前記一方の端部と前記管板との間の間隙部を封止するシーリング構造と、
を備える、ガス分離膜モジュール。
【請求項２】
前記シーリング構造は、
フィルム部材の前記一方の端部において前記フィルム部材の径方向内側または外側に巻かれた封止帯であって、その端部から前記管板側に向かって延出し、延出した一部が前記管板内に埋設されている封止帯を有する、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項３】
前記封止帯として、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向外側に巻かれた第１の封止帯と、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向内側に巻かれた第２の封止帯と、
を有する、請求項２に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項４】
前記封止帯がメッシュ材料である、請求項２または３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項５】
前記封止帯のうち少なくとも前記間隙部に面する領域において、樹脂材料が浸透して硬化しており、これにより前記間隙部が封止されている、請求項３または４に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項６】
前記シーリング構造が、さらに、
前記第１の封止帯を前記フィルム部材に固定する固定テープを有する、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項７】
前記シーリング構造が、さらに、
フィルム部材の前記一方の端部から延出した前記第１の封止帯の延出部と、
フィルム部材の前記一方の端部から延出した前記第２の封止帯の延出部とを固定するための固定具を有している、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項８】
前記シーリング構造は、
フィルム部材の前記一方の端部と前記管板との間の前記間隙部を埋めるように配置された充填材を有する、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項９】
フィルム部材の前記一方の端部が前記管板の内部に入り込まないように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記フィルム部材の材料がポリイミドである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１】
ガス分離性能を有する多数の中空糸膜が集束された中空糸束と、
混合ガス入口、透過ガス出口、および未透過ガス出口を有し、前記中空糸束が内部に配置されるケーシングと、
前記中空糸束の両端部を固定する２つの管板と、
前記中空糸束の外周面に巻かれたガス不透過性のフィルム部材であって、その一方の端部が混合ガス供給方向下流側の前記管板に近接し他方の端部が混合ガス供給方向上流側の前記管板から離れるように配置されているフィルム部材と、
フィルム部材の前記一方の端部と前記管板との間の間隙部を封止するシーリング構造と、
を備える、ガス分離膜モジュール。
【請求項２】
前記シーリング構造は、
フィルム部材の前記一方の端部において前記フィルム部材の径方向内側または外側に巻かれた封止帯であって、その端部から前記管板側に向かって延出し、延出した一部が前記管板内に埋設されている封止帯を有する、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項３】
前記封止帯として、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向外側に巻かれた第１の封止帯と、
液状の樹脂材料が浸透可能な材料で構成され、前記フィルム部材の径方向内側に巻かれた第２の封止帯と、
を有する、請求項２に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項４】
前記封止帯がメッシュ材料である、請求項２または３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項５】
前記封止帯のうち少なくとも前記間隙部に面する領域において、樹脂材料が浸透して硬化しており、これにより前記間隙部が封止されている、請求項３または４に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項６】
前記シーリング構造が、さらに、
前記第１の封止帯を前記フィルム部材に固定する固定テープを有する、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項７】
前記シーリング構造が、さらに、
フィルム部材の前記一方の端部から延出した前記第１の封止帯の延出部と、
フィルム部材の前記一方の端部から延出した前記第２の封止帯の延出部とを固定するための固定具を有している、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項８】
前記シーリング構造は、
フィルム部材の前記一方の端部と前記管板との間の前記間隙部を埋めるように配置された充填材を有する、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項９】
フィルム部材の前記一方の端部が前記管板の内部に入り込まないように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記フィルム部材の材料がポリイミドである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−６６８５２（Ｐ２０１３−６６８５２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７６４７（Ｐ２０１１−２０７６４７）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]