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公開番号2023079187
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-06-07
出願番号2022185455
出願日2022-11-21
発明の名称中空糸膜モジュール
出願人東レ株式会社
代理人
主分類B01D 63/02 20060101AFI20230531BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】流量増加時の圧力損失が低く、加湿効率に優れた中空糸膜モジュールを提供する。
【解決手段】筒状のモジュールケース9内に中空糸膜束10を有する中空糸膜モジュールであって、領域Aには、直径が5mm以上10mm未満の流入口のみを有し、領域Bには、直径が10mm以上30mm以下の流入口を有し、領域Cには、直径が5mm以上10mm未満の流出口のみを有し、領域Dには、直径が10mm以上30mm以下の流出口を有し、中心(出/大)は、中心(入/大)から前記モジュールケースの周方向に180±30°の位置に配置されており、中心(入/小)は、中心(入/大)から前記モジュールケースの周方向に180±30°の位置に配置されており中心(出/小)は、中心(出/大)から前記モジュールケースの周方向に180±30°の位置に配置されている、中空糸膜モジュール。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
筒状のモジュールケース内に中空糸膜束を有する中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜モジュールの両端において、前記中空糸膜が開口し、前記中空糸膜間並びに前記中空糸膜と前記モジュールケースとの隙間がポッティング材で封止され、
前記モジュールケースは、前記モジュールケースの一方の端面からモジュールケース長さの半分、かつ前記モジュールケースの周方向に150°以内の領域A、および前記領域Aの周方向の相対する位置に210°以内の領域Bを有し、
前記モジュールケースの他方の端面からモジュールケース長さの半分、かつ前記モジュールケースの周方向に150°以内の領域C、および前記領域Cの周方向の相対する位置に210°以内の領域Dを有し、
領域Aには、直径が10mm未満の流入口(以下、流入口小)のみを有し、領域A内の全ての流入口小をあわせて群(入/小)、前記群(入/小)の中心を中心(入/小)とし、
領域Bには、直径が10mm以上30mm以下の流入口(以下、流入口大)を有し、領域B内の全ての流入口大を合わせて群(入/大)、前記群(入/大)の中心を中心(入/大)とし、
領域Cには、直径が10mm未満の流出口(以下、流出口小)のみを有し、領域C内の全ての流出口小をあわせて群(出/小)、前記群(出/小)の中心を中心(出/小)とし、
領域Dには、直径が10mm以上30mm以下の流出口(以下、流出口大)を有し、領域D内の全ての流出口大を合わせて群(出/大)、前記群(出/大)の中心を中心(出/大)とした時に、
前記中心(出/大)は、前記中心(入/大)から前記モジュールケースの周方向に180±30°の位置に配置されており、
前記中心(入/小)は、前記中心(入/大)から前記モジュールケースの周方向に180±30°の位置に配置されており、
前記中心(出/小)は、前記中心(出/大)から前記モジュールケースの周方向に180±30°の位置に配置されている、
中空糸膜モジュール。
続きを表示(約 960 文字)【請求項2】
前記群(入/大)のモジュールケース内側からみた面積及び前記群(出/大)のモジュールケース内側からみた面積は、それぞれモジュールケース全体の長さの半分の内表面積の5.0~30.0%であり、
前記群(入/小)のモジュールケース内側からみた面積及び前記群(出/小)のモジュールケース内側からみた面積は、それぞれモジュールケース全体の長さの半分の内表面積の1.0~3.0%である、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項3】
前記流入口大は、前記モジュールケースの一方の端面から15mm以上、前記モジュールケースの一方の端面からモジュールケース長さの半分の75%以下の領域に位置し、前記流出口大は、前記モジュールケースの他方の端面から15mm以上、前記モジュールケースの他方の端面からモジュールケース長さの半分の75%以下の領域に位置し、
前記流入口小は、前記モジュールケースの一方の端面から15mm以上、前記モジュールケースの一方の端面からモジュールケース長さの半分の35%以下の領域に位置し、前記流出口小は、前記モジュールケースの他方の端面から15mm以上、前記モジュールケースの他方の端面からモジュールケース長さの半分の35%以下の領域に位置す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4】
前記モジュールケースと前記中空糸膜束の間に、保護ネットを配置し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5】
前記モジュールケースの内部の容積100%に対する、前記中空糸膜の外径を基準にした容積の和の割合が、50%以上65%以下であ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6】
請求項1~5のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの中心(入/大)を、ポート部を有する筐体の流体流入口に対して、円周上の180±30°反対側に配置した燃料電池用加湿器。
【請求項7】
請求項1~5のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを含む、定置用燃料電池。
【請求項8】
請求項1~5のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを含む、燃料電池車

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、効率的な水分の交換を行う中空糸膜モジュールに関するものである。
続きを表示(約 1,600 文字)【背景技術】
【0002】
中空糸膜モジュールは、膜面積が大きく装置を小型化できるため、種々の用途に利用されている。この中空糸膜モジュールは、図4に示されるような構成のものが例示される。図4において、複数の中空糸膜1からなる中空糸膜束10と、前記中空糸膜束10を収容する図4に示したようなモジュールケース9と、中空糸膜束10の両端部を接着封止したポッティング材3からなる封止固定部と、中空糸膜1の両端面が前記隔壁樹脂に対して開口した中空糸膜開口部2と、前記モジュールケース9の側面に流体導通用の流出入口5、6を有している。
【0003】
ここでモジュールケースの側面とは、収容された中空糸膜の外側部分と相対する面である。モジュールケースとはその両端にポッティング材による中空糸開口部を形成し、Oリングなどのシール材により処理流体と被処理流体とを分離できる構成物をいう。
【0004】
また、この例では処理流体および被処理流体それぞれの中空糸膜内側への第1流体入口13,中空糸膜外側第2流体入口15と中空糸膜内側第1流体出口14,中空糸膜外側第2流体出口16を備えた中空糸膜外側部分のポート部12、及び中空糸膜内側部分のヘッダー部11からなる筐体と、処理/被処理それぞれの流体を分離・封止する弾性のOリング21などを備えて、構成される。また、モジュールケース自体に流出入流体のポート部および接合用のノズルを備えた筐体22を使用することも可能である。
【0005】
このような中空糸膜モジュールにおいて、加湿器の処理能力を向上させるため、膜面積を増加したり、処理器の配置スペースを抑制してコンパクト化するなどの対応が行われることになる。こうした場合、中空糸膜内側の被処理流体は、単位中空糸膜あたりの処理流量が減少するため、中空糸膜の外側に多量に気体を導通させるような、加湿膜モジュールでは加湿効率を増加させるために、種々の工夫が提案されている。
【0006】
例えば、特許文献1では、空気流路の切り替えによって、流量変化に対応した例があり、特許文献2では、円形モジュールのケース両端に円形孔を配置し、流速が均一になるようにし交換効率を高めた例がある。また、特許文献3や特許文献4では、流入口から開口面積漸減し、流れ均一化を測った例がみられる。さらに特許文献5には、導通ガスの流路を切り替えて流速変更使用とした例もある。
【0007】
しかしながら、これらのモジュール形状では、中空糸外側に大流量の処理または被処理気体を流した場合、開口面積が十分でなく、モジュールでの圧力損失上昇が激しくなったり、逆に、開口径が過大で、導通する流体の衝撃による中空糸膜の破損が生じる恐れがあった。
【0008】
その他、両端の反対側の位置に配置した円形の出口を設け、湿度交換効率を高めようとした例もある(特許文献6)が、高風量時には、中空糸束の圧密化が発生し、圧力損失が大きくなるのを避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
特開2008-041335号公報
特開2005-224719号公報
特開2007-147139号公報
特開2005-156039号公報
特開2008-027674号公報
特開2012-130864号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
上記のとおり、交換効率を高めるため、中空糸外側に大流量の処理または被処理気体を流した場合、導通気体の衝撃による中空糸束の損傷や、モジュールでの圧力損失上昇により、処理のための設備負荷の上昇や、装置全体の効率低下を招く恐れがあった。そこで、交換効率を維持しつつ、導通圧力損失上昇を低減させる中空糸膜モジュール設計が求められた。
(【0011】以降は省略されています)

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