特許 7607122 中空糸膜モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(54)【発明の名称】中空糸膜モジュール

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/02 20060101AFI20241219BHJP

【ＦＩ】

B01D63/02

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023525708

(86)(22)【出願日】2022-05-17

(86)【国際出願番号】 JP2022020494

(87)【国際公開番号】W WO2022255086

(87)【国際公開日】2022-12-08

【審査請求日】2023-10-26

(31)【優先権主張番号】P 2021092809

(32)【優先日】2021-06-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊東 陽祐

【審査官】相田 元

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０４０６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０５９０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３０３４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０２６８７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２２６８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／１１２１４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｆ ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の中空糸膜と、
前記複数の中空糸膜を収容し、かつ両端に開口部を有する樹脂製のケース本体を有するケースと、
前記ケースの両端側において、各中空糸膜の中空内部を開放させた状態で中空糸膜同士の隙間を封止し、かつ前記複数の中空糸膜を前記ケースに固定する一対の封止固定部と、
を備える中空糸膜モジュールであって、
前記ケース本体は、前記複数の中空糸膜を収容する内壁面のうち対向する一対の壁面同士を連結する補強部がこれら一対の壁面に一体に設けられていることを特徴とする中空糸膜モジュール。

【請求項2】

前記補強部は前記ケース本体における一端側と他端側との間の中央に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。

【請求項3】

前記ケース本体は、それぞれ流体が通る少なくとも一つの貫通孔が設けられた一対の略平板部と、これら一対の略平板部の両側をそれぞれ繋ぐ一対の湾曲部とを備え、前記ケース本体の一端側から他端側に向かう方向に対して垂直な断面形状がオーバル形状の部材により構成されており、
前記補強部は前記一対の湾曲部の内壁面同士を連結するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。

【請求項4】

前記補強部は前記ケース本体における前記一対の略平板部の間の中央に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の中空糸膜モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加湿装置などに適用可能な中空糸膜モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、燃料電池用の加湿装置に備えられる中空糸膜モジュールにおいては、高出力システム向けの需要が高まっており、大型化する傾向にある。大型の中空糸膜モジュールにおいては、ケース内を流れる流体の圧力が高くなる。そのため、大型のケースの場合には、金属などの剛性材料を切削加工することにより製造するのが一般的である。特に、ボックス形状のケースの場合には、流体の圧力により変形し易いため、金属などの剛性材料により構成される。

【0003】

しかしながら、金属などの剛性材料を切削加工してケースを製造する場合にはコストが高くなる。そこで、金型を用いた樹脂成形によりケースを製造することが望まれるが、大型の中空糸膜モジュールの場合には、上記の通り、流体の圧力が高くなるため、使用中にケースが変形するおそれがある。ケースが変形すると、シール性が低下して、流体漏れが発生してしまい、加湿性能が低下するなど、品質が低下してしまうことが懸念される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１８／１９０１４７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、樹脂製のケース本体を採用した場合でも、ケース本体の変形を抑制することのできる中空糸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】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

【0007】

すなわち、本発明の中空糸膜モジュールは、
複数の中空糸膜と、
前記複数の中空糸膜を収容し、かつ両端に開口部を有する樹脂製のケース本体を有するケースと、
前記ケースの両端側において、各中空糸膜の中空内部を開放させた状態で中空糸膜同士の隙間を封止し、かつ前記複数の中空糸膜を前記ケースに固定する一対の封止固定部と、
を備える中空糸膜モジュールであって、
前記ケース本体は、前記複数の中空糸膜を収容する内壁面のうち対向する一対の壁面同士を連結する補強部がこれら一対の壁面に一体に設けられていることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、ケース本体に補強部が設けられているため、ケース本体内の流体圧力が高くなっても、ケース本体が変形してしまうことを抑制することができる。

【0009】

前記補強部は前記ケース本体における一端側と他端側との間の中央に設けられているとよい。

【0010】

このような構成を採用することで、例えば、補強部を一端側から他端側に至るように設ける場合と比べて、ケース本体内に収容する中空糸膜の充填本数の低下を抑制し、かつ、中空糸膜の膜外を流れる流体の流れが阻害されてしまうことを抑制しつつ、ケース本体の変形を効果的に抑制することができる。

【0011】

前記ケース本体は、それぞれ流体が通る少なくとも一つの貫通孔が設けられた一対の略平板部と、これら一対の略平板部の両側をそれぞれ繋ぐ一対の湾曲部とを備え、前記ケース本体の一端側から他端側に向かう方向に対して垂直な断面形状がオーバル形状の部材により構成されており、
前記補強部は前記一対の湾曲部の内壁面同士を連結するように設けられているとよい。

【0012】

一般的には、このような形状、かつ樹脂製のケース本体は流体圧力によって変形し易いものの、上記の通り、補強部が設けられることで、変形が抑制される。

【0013】

前記補強部は前記ケース本体における前記一対の略平板部の間の中央に設けられているとよい。

【0014】

このような構成を採用することで、例えば、補強部を一対の略平板部に近い付近まで設ける場合と比べて、ケース本体内に収容する中空糸膜の充填本数の低下を抑制し、かつ、中空糸膜の膜外を流れる流体の流れが阻害されてしまうことを抑制しつつ、ケース本体の変形を効果的に抑制することができる。

【0015】

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

【発明の効果】

【0016】

以上説明したように、本発明によれば、樹脂製のケース本体を採用した場合でも、ケース本体の変形を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの側面図である。

【図2】図２は本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの正面図である。

【図3】図３は本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的断面図である。

【図4】図４は本発明の実施例に係るケース本体の正面図である。

【図5】図５は本発明の実施例に係るケース本体の平面図である。

【図6】図６は本発明の実施例に係るケース本体の模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【0019】

（実施例）
図１～図６を参照して、本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールについて説明する。図１は本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの側面図である。図２は本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの正面図である。図３は本発明の実施例に係る中空糸膜モジュールの模式的断面図であり、図２中のＡＡ断面図である。図４は本発明の実施例に係るケース本体の正面図である。図５は本発明の実施例に係るケース本体の平面図である。図６は本発明の実施例に係るケース本体の模式的断面図であり、図４中のＢＢ断面図である。

【0020】

＜中空糸膜モジュールの適用例＞
本実施例に係る中空糸膜モジュール１０の適用例について説明する。本実施例に係る中空糸膜モジュール１０は、加湿装置や除湿装置として適用することができる。この点について簡単に説明する。中空糸膜モジュール１０は、ケース１００の内部に複数の中空糸膜２００が設けられている。そして、中空糸膜モジュール１０は、複数の中空糸膜２００の膜外を通る流路と、膜内を通る流路が形成されるように構成されている。このような構成により、例えば、中空糸膜２００の膜外に湿潤気体を供給し、複数の中空糸膜２００の各中空内部に乾燥気体を供給することで、中空糸膜２００による膜分離作用によって、湿潤気体中の水分が乾燥気体側に移動する。従って、乾燥気体については加湿され、湿潤気体については除湿されるため、加湿装置としても除湿装置としても利用することができる。

【0021】

なお、本実施例に係る中空糸膜モジュール１０は、燃料電池に備えられる電解質膜を加湿するための加湿装置として好適に用いることができる。この場合、燃料電池において発生した湿潤空気が、上記の湿潤気体として利用される。そして、加湿された気体（空気）が、燃料電池に備えられる電解質膜に供給されることで、電解質膜については、湿った状態が維持される。ここで、中空糸膜２００の素材としては、例えば、孔径制御による毛管凝縮機構により水分を透過する特性を有するＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）などを好適に用いることができる。なお、製膜溶液（中空糸膜の原料）を調整する際、溶媒中にＰＰＳＵと親水性高分子（ポリビニルポロリドン）を添加した製膜溶液を用いて紡糸を行うことで親水性を有する中空糸膜を得ることができる。また、溶解拡散により水分を透過する特性を有する親水性の材料であるナフィオン（登録商標）を用いることもできる。以上のような材料は、低溶出性であり、かつ強度も高いため、加湿装置や除湿装置に好適に用いることができる。

【0022】

＜中空糸膜モジュール＞
本実施例に係る中空糸膜モジュール１０について、より詳細に説明する。中空糸膜モジュール１０は、ケース１００と、ケース１００の内部に配される複数の中空糸膜２００と、一対の封止固定部３１０，３２０とを備えている。そして、ケース１００は、複数の中空糸膜２００を収容し、かつ両端に開口部を有する樹脂製のケース本体１１０を備えている。

【0023】

ケース本体１１０は、一対の略平板部１１１，１１２と、これら一対の略平板部１１１，１１２の両側をそれぞれ繋ぐ一対の湾曲部１１３，１１４とを備えている。また、ケース本体１１０は、ケース本体１１０の一端側から他端側に向かう方向に対して垂直な断面形状がオーバル形状の部材により構成されている。上記の一対の略平板部１１１，１１２には、それぞれ流体が通る少なくとも一つ（本実施例では複数）の貫通孔１１１ａ，１１２ａが設けられている。更に、ケース本体１１０は、複数の中空糸膜２００を収容する内壁面のうち対向する一対の壁面同士を連結する補強部１１５が、これら一対の壁面に一体に設けられている。より具体的には、この補強部１１５は一対の湾曲部１１３，１１４の内壁面同士を連結するように設けられている。そして、この補強部１１５はケース本体１１０における一端側と他端側との間の中央（中心を含む一部の領域）であって、ケース本体１１０における一対の略平板部１１１，１１２の間の中央（中心を含む一部の領域）に設けられている。以上のように構成されるケース本体１１０は、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、及びＰＰＡ（ポリフタルアミド）などの樹脂材料を用いて、金型により成形することができる。従って、一対の略平板部１１１，１１２と、一対の湾曲部１１３，１１４と、補強部１１５は一体となっている。

【0024】

また、ケース１００は、ケース本体１１０の両端にそれぞれ固定される第１固定部材１２０及び第２固定部材１３０と、一対の略平板部１１１，１１２をそれぞれ覆うに設けられる一対の第３固定部材１４０及び第４固定部材１５０とを備えている。これら第１固定部材１２０、第２固定部材１３０、第３固定部材１４０及び第４固定部材１５０のケース本体１１０への固定方法は特に限定されるものではなく、ネジ締結などの各種公知の固定方法を採用することができる。また、これら第１固定部材１２０、第２固定部材１３０、第３固定部材１４０及び第４固定部材１５０についても、樹脂材料（樹脂成形品）により構成することができる。

【0025】

第１固定部材１２０と第２固定部材１３０には、中空糸膜２００の膜内（中空内部）を流れる流体の入口又は出口となる管部１２１，１３１がそれぞれ設けられている。また、第３固定部材１４０及び第４固定部材１５０には、中空糸膜２００の膜外を流れる流体の入口又は出口となる管部１４１，１５１がそれぞれ設けられている。なお、これらの管部１４１，１５１のうちの一方がケース本体１１０の一端側に配されて、他方がケース本体１１０の他端側に配されるように、第３固定部材１４０及び第４固定部材１５０はケース本体１１０に固定される。

【0026】

そして、一対の封止固定部３１０，３２０は、ケース１００の両端側において、各中空糸膜２００の中空内部を開放させた状態で中空糸膜同士の隙間を封止し、かつ複数の中空糸膜２００をケース１００に固定するように構成されている。これら一対の封止固定部３１０，３２０は、エポキシ樹脂などのポッティング材料が硬化することにより得られる。

【0027】

以上のように構成される中空糸膜モジュール１０を、加湿装置又は除湿装置として適用する場合の一例を図３を参照して説明する。例えば、湿潤気体が第３固定部材１４０の管部１４１からケース１００の内部に供給されると（矢印Ｔ０）、湿潤気体は、中空糸膜２００の膜外を通って、第４固定部材１５０の管部１５１からケース１００の外側に流れていく（矢印Ｔ１）。また、乾燥気体が第１固定部材１２０の管部１２１からケース１００の内部に供給されると（点線矢印Ｓ０）、乾燥気体は、一端側の封止固定部３１０から複数の中空糸膜２００の各中空内部に供給されて、それぞれの中空糸膜２００の膜内を流れていく。その後、乾燥気体は、他端側の封止固定部３２０から排出されて、第２固定部材１３０の管部１３１からケース１００の外側に流れていく（矢印Ｓ１）。以上の過程で、中空糸膜２００による膜分離作用によって、湿潤気体中の水分が乾燥気体側に移動して、乾燥気体は加湿され、湿潤気体は除湿される。

【0028】

＜本実施例に係る中空糸膜モジュールの優れた点＞
本実施例に係る中空糸膜モジュール１０によれば、ケース本体１１０に補強部１１５が設けられているため、ケース本体内の流体圧力が高くなっても、ケース本体１１０が変形してしまうことを抑制することができる。従って、シール性の低下を抑制でき、流体の漏れを抑制することができる。これにより、加湿性能や除湿性能の低下を抑制することもできる。また、ケース１００の大型化が要求されるような場合でも、ケース本体１１０を樹脂による金型成形により製造できるため、金属材料の切削加工により製造する場合に比べて、コストを削減することができる。

【0029】

また、本実施例に係る補強部１１５はケース本体１１０における一端側と他端側との間の中央であって、ケース本体１１０における一対の略平板部１１１，１１２の間の中央に設けられている。このような構成を採用することで、ケース本体内に収容する中空糸膜２００の充填本数の低下を抑制し、かつ、中空糸膜２００の膜外を流れる流体の流れが阻害されてしまうことを抑制しつつ、ケース本体１１０の変形を効果的に抑制することができる。

【符号の説明】

【0030】

１０ 中空糸膜モジュール
１００ ケース
１１０ ケース本体
１１１，１１２ 平板部
１１１ａ，１１２ａ 貫通孔
１１３，１１４ 湾曲部
１１５ 補強部
１２０ 第１固定部材
１２１ 管部
１３０ 第２固定部材
１３１ 管部
１４０ 第３固定部材
１４１ 管部
１５０ 第４固定部材
１５１ 管部
２００ 中空糸膜
３１０，３２０ 封止固定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】