特許 5966757 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966757

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/22 20060101AFI20160728BHJP

   B01D 63/02 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/22

   B01D63/02

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-181036(P2012-181036)

(22)【出願日】2012年8月17日

(65)【公開番号】特開2014-36932(P2014-36932A)

(43)【公開日】2014年2月27日

【審査請求日】2015年6月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000206

【氏名又は名称】宇部興産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106297

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 克博

(74)【代理人】

【識別番号】100129610

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 暁子

(72)【発明者】

【氏名】林 学

(72)【発明者】

【氏名】金築 豊

(72)【発明者】

【氏名】谷原 望

(72)【発明者】

【氏名】福田 叙彦

(72)【発明者】

【氏名】中村 智英

【審査官】 岡田 三恵

(56)【参考文献】

【文献】 実公昭５２−０２１３２９（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 実開昭５５−１７４９０１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−０５５７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０５１４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９７９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２３９７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６３／０２

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。

【請求項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。

【請求項3】

前記ガイド部材は前記脚部を２つ有する、請求項２に記載のガス分離膜モジュール。

【請求項4】

前記脚部が、丸棒状の部材である、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るように構成されている、請求項４に記載のガス分離膜モジュール。

【請求項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、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス分離膜モジュール。

【請求項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。

【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。

【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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１７８８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【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、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。

【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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【発明の効果】

【0016】

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。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態のガス分離膜モジュールの構成を示す断面図である。

【図2】図１のモジュールに取外し可能に装着される中空糸エレメントの側面図である。

【図3】中空糸エレメントを取り付ける際に用いられるガイド部材を示す図である。

【図4】中空糸エレメントの取付けを示す図である。

【図5】第２の実施形態のガス分離膜モジュールの構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

［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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

（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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

（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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

（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。

【0057】

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。

【0058】

（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。

【0059】

（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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【符号の説明】

【0064】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】