(57)【要約】【課題】燃料電池の加湿器や電車のコンプレッサー用除湿器などとして用いられる中空糸膜モジュールであって、リークの発生が抑えられた中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】中空糸膜として、外表面にSEM 5000倍で孔が確認されない多孔質膜の中空糸膜外周部に２本のポリフェニレンスルフィド糸を巻きつけたものを用い、これを複数本束着管に収容し、多孔質中空糸膜両端部において、接着剤を用いて中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内周面との接着を行うことにより中空糸膜群を格納せしめて中空糸膜モジュールを製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜として、外表面にSEM 5000倍で孔が確認されない多孔質膜の中空糸膜外周部に２本のポリフェニレンスルフィド糸を巻きつけたものを用い、これを複数本束着管に収容し、多孔質中空糸膜両端部において、接着剤を用いて中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内周面との接着を行うことにより中空糸膜群を束着管に格納せしめる中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項２】
中空糸膜１本ごとに２本のポリフェニレンスルフィド糸が巻き付けられている請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項３】
複数本の中空糸膜に対して、各々の中空糸膜間にポリフェニレンスルフィド糸が介在し、各々の中空糸膜が密接しない態様で２本のポリフェニレンスルフィド糸が巻き付けられている請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項４】
中空糸膜として外表面および内表面にSEM 5000倍で孔が確認されない多孔質膜の中空糸膜外周部に２本のポリフェニレンスルフィド糸を巻きつけたものが用いられる請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュールの製造方法に関する。さらに詳しくは、燃料電池の加湿器や電車のコンプレッサー用除湿器などとして有効に用いられる中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば燃料電池の加湿器や電車のコンプレッサー用除湿器などとして、中空糸膜を用いて除加湿を行う方法が注目されている。中空糸膜方式は、メンテナンスフリーであるばかりでなく、駆動に電源を必要としないなど多くの利点を有している。
【０００３】
本出願人は先に、燃料電池の加湿装置を提案している(特許文献１〜３)。これらの加湿装置は、いずれも樹脂製や金属製のケース(束着管)に多数本の中空糸膜が充填され、中空糸膜両端部が束着部となっており、中空糸膜同士および中空糸膜とケースとが接着された構造を有している。
【０００４】
かかる加湿装置に用いられる中空糸膜モジュールには、水蒸気透過性が高く、空気あるいは水の透過性が低い多孔質中空糸膜が充填されている。このような多孔質中空糸膜としては、中空糸膜内表面には数nm程度の孔は存在するもののSEM 5000倍では孔が確認されないような緻密な層を有するものが用いられる。
【０００５】
さらに膜面積を大きくするために、中空糸膜外表面が緻密な層を有する多孔質中空糸膜とする場合や、水素やヘリウム等の低分子ガスの透過速度を小さくするために、中空糸膜の内表面のみならず外表面にも緻密な層を有する多孔質中空糸膜としたり、あるいは中空糸膜には、従来中空糸膜の内表面に設けられている緻密層と同じ数nm程度の孔は存在するものの、外表面にSEM 5000倍では孔が確認されないような緻密な層を設けることが考えられる。
【０００６】
しかるに、外表面に緻密な層を有する中空糸膜は、これを束ねて外表面同士が密接した状態になると、中空糸膜同士で固着が生じるようになる。中空糸膜同士で固着が生じてしまうと、中空糸膜群を束着管に収容し、中空糸膜両端部分を接着剤を用いて接着する際に、中空糸膜同士が固着している箇所には接着剤を充填することができない。
【０００７】
その結果、接着剤が固化した後は、中空糸膜同士が固着している箇所において接着剤による接着が行われておらず、鬆が発生することとなってしまう。鬆が存在すると、除加湿の際に中空糸膜の中空部分に圧力を加えて気体等を導入しようとしても、鬆のある中空糸膜外部に気体等が流れ込んでしまい、リーク量が大きくなるといった問題を生じることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６１０号公報
【特許文献２】特開２００４−６０９９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、燃料電池の加湿器や電車のコンプレッサー用除湿器などとして用いられる中空糸膜モジュールであって、リークの発生が抑えられた中空糸膜モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる本発明の目的は、中空糸膜として、外表面にSEM 5000倍で孔が確認されない多孔質膜の中空糸膜外周部に２本のポリフェニレンスルフィド糸を巻きつけたものを用い、これを複数本束着管に収容し、多孔質中空糸膜両端部において、接着剤を用いて中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内周面との接着を行うことにより中空糸膜群を格納せしめて中空糸膜モジュールを製造することによって達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明方法を用いて製造された中空糸膜モジュールは、中空糸膜として外表面にSEM 5000倍で孔が確認されない多孔質膜を用いているにもかかわらず、中空糸膜外周面に２本のポリフェニレンスルフィド糸が巻き付けられていることにより、中空糸膜同士の固着が起こらない。このことにより、接着工程時に接着剤が中空糸膜間すべてに充填され、鬆の発生が抑えられることから、気体等のリーク量が低減されるといったすぐれた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法に用いられる、ポリフェニレンスルフィド糸をらせん状に巻きつけた中空糸膜の一例を示す図である
【図２】本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法に用いられる、ポリフェニレンスルフィド糸をらせん状に巻きつけた中空糸膜の他の例を示す図である
【図３】実施例で用いられた中空糸膜のSEM 5000倍での外表面を示す図である
【図４】比較例１で用いられた中空糸膜のSEM 5000倍での外表面を示す図である
【図５】比較例２で用いられた中空糸膜のSEM 5000倍での外表面を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明においては、中空糸膜として外表面にSEM 5000倍で孔が確認されず、中空糸膜の外周部に２本のポリフェニレンスルフィド〔PPS〕糸を巻きつけた多孔質中空糸膜を用い、これを複数本束着管に収容した後、多孔質中空糸膜両端部において、接着剤を用いて中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内周面との接着を行い、中空糸膜群を格納することにより中空糸膜モジュールが製造される。
【００１４】
外表面にSEM 5000倍で孔が確認されない多孔質中空糸膜の材料としては、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリフッ化ビニリデンなどが用いられ、これは一般に乾湿式紡糸法、湿式紡糸法などの方法によって得ることができる。得られた多孔質中空糸膜は、外表面(および内表面)に孔径300nm以下の孔を有し、その表面はSEM 5000倍で孔が確認されない。
【００１５】
各々の中空糸膜には、束着管への収容に先立ち、外周面に沿って２本のPPS糸が巻き付けられる。かかる糸としては、耐薬品性、耐加水分解性、耐熱性に優れているPPS糸が用いられる。PPS糸は、直径が100〜350μmのものが用いられ、これより直径の大きいものが用いられるとその嵩の大きさから結果的にモジュールへの膜充填率が低くなってしまうようになり、これより直径の小さいものが用いられると、中空糸膜間のスペーサーとしての役割を果たすことができなくなってしまう。
【００１６】
PPS糸２本は、図１に示されるように１本の中空糸膜ごとに例えばらせん状に巻き付けられるほか、図２に示されるように２本またはそれ以上の中空糸膜をまとめた状態で巻き付けられてもよいが、複数の中空糸膜をまとめてPPS糸を巻きつける場合には、中空糸膜同士の固着防止といった観点より、各中空糸膜が密着することがないような各中空糸間にPPS糸が介在するような編み方で巻きつけることが必要とされる。
【００１７】
PPS糸の編み方としては、好ましくは編みピッチが3〜15mm、すなわちらせん状に巻かれているPPS糸の間隔が3〜15mmとなるような編み方が挙げられる。ここで、PPS糸が１本しか用いられないと、中空糸膜同士の密着箇所をすべてなくすことが難しなってしまい、一方３本以上用いられると、中空糸膜間の距離が不必要に開いてしまう箇所が生じ、中空糸膜モジュール内に格納できる中空糸膜数が少なくなってしまうようになる。
【００１８】
PPS糸が巻き付けられた多孔質中空糸膜は、複数本、一般的には数百〜数千本程度束ねた中空糸膜群として束着管に収容され、収容された中空糸膜群は、中空糸膜両端部においてエポキシ樹脂系などの接着剤を用いて、中空糸膜同士および中空糸膜と束着管とが固定され、中空糸膜モジュールを構成する。
【実施例】
【００１９】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００２０】
実施例
中空糸膜として、図３に示されるようなSEM 5000倍で膜の外表面および内表面に孔が確認されないポリフェニルスルホン製多孔質中空糸膜を500本用い、各々に直径約0.25mmのPPS糸２本をらせん状に巻きつけた中空糸膜を束着管に収容し、膜両端部でエポキシ樹脂系接着剤を用いて中空糸膜同士および中空糸膜と束着管内周面との接着を行い、中空糸膜群を格納した加湿膜モジュール(径1200〜900μm、内表面積2,492cm2)を作製した。得られた加湿膜モジュールは、PPS糸がすべての中空糸膜間に存在していることから、中空糸膜同士の固着が生じず、接着時において接着剤が入り込まないことによる鬆の発生は認められなかった。
【００２１】
この加湿膜モジュールに収容された中空糸膜の一端側を封止処理したうえで、封止処理していない中空糸膜中空部へ100kPagの供給圧のHeガスおよび100kPagの水蒸気分圧のH2Oを導入し、中空糸膜内側から外側へのHe透過係数およびH2O透過係数を求めたところ、それぞれ1.5×10-11、7.9×10-7であり、分離係数(H2O／He)は52667であった。
【００２２】
比較例１
実施例において、中空糸膜３本をまとめて、中空糸膜相互間にはPPS糸を介在させることなくPPS糸２本巻きつけたものを用いて加湿膜モジュールを作製したところ、PPS糸が中空糸膜間に存在しないことにより中空糸膜同士が密接している箇所において固着が生じ、接着時においてこの部位は接着剤が入り込まない鬆となった。実施例と同様にHe透過係数およびH2O透過係数を求めたところ、それぞれ3.0×10-8、3.0×10-8あり、分離係数(H2O／He)は1であった。
【００２３】
比較例２
実施例において、図５に示されるようなSEM 5000倍で膜の外表面にサブミクロン〜1μmの孔が確認されるポリフェニルスルホン製中空糸膜３本をまとめて、中空糸膜相互間にはPPS糸を介在させることなくPPS糸２本巻きつけたものを用いて加湿膜モジュールを作製したところ、PPS糸が中空糸膜間に存在せず、中空糸膜同士が密接している箇所においても、中空糸膜の外表面が緻密ではないため固着が生じず、接着時においてこの部位に接着剤が入り込まないことによる鬆にはならなかった。実施例と同様にHeガス透過係数およびH2O透過係数を求めたところ、それぞれ6.7×10-11、8.0×10-7であり、分離係数(H2O／He)は11940であった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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