(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びるように配置された複数の中空糸膜の集合体からなる中空糸膜束と、該中空糸膜束の長手方向の両端部を固定する一対の管板と、該中空糸膜束及び該管板を収容する容器とを備えた中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜束は、前記中空糸膜に囲まれた空洞部を有し、該空洞部は、該中空糸膜束の横断面方向の中心域に位置し、且つ前記中空糸膜の延びる方向と同方向に延びる形状をしており、
一対の前記管板のうち、
第一の管板に、前記空洞部と連通する第一貫通孔が設けられており、
第二の管板に、前記空洞部と連通する第二貫通孔又は前記第一の管板側に開口した凹部が設けられており、
前記容器は、前記中空糸膜束の長手方向における端部に開口部を有して前記中空糸膜束及び前記管板を収容するケーシングと、該ケーシングの該開口部を着脱可能に閉塞する蓋体とを有し、前記ケーシングの前記開口部において、前記第一の管板の前記第一貫通孔が開口しており、
前記蓋体は、前記第一貫通孔を通じて前記空洞部に着脱可能に挿入される芯管を一体的に有し、該芯管は、前記蓋体における前記ケーシングの前記開口部と対向する内面側から突出して、前記第一貫通孔に挿入可能に形成されており、
前記芯管が前記第一貫通孔に挿入されて前記蓋体が前記ケーシングを閉塞した状態において、該芯管の先端部が、前記第二貫通孔又は前記凹部に挿入されている、中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記芯管を通じて、前記中空糸膜束の前記空洞部に原料混合物が供給されるか、又は、前記中空糸膜を透過した成分若しくは未透過の成分が該空洞部から該芯管に排出される、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記芯管は、該芯管内部と前記容器内部とを連通する孔部を有しており、
前記孔部は、前記容器内における前記中空糸膜外部の流体の流れる方向と、該中空糸膜内部における流体の流れる方向とが逆向き又は交差する向きとなる位置に設けられている、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
中空糸膜束を構成する中空糸膜と芯管との間に、中空糸膜束の支持体となる管状物を有しない、請求項１〜３の何れか1項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、混合流体中の特定の物質の分離に好適に用いられる中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜モジュールは、選択的透過性を有する多数本の中空糸膜を束ねた中空糸束を容器内に収納して形成されている。通常、この容器は、少なくとも混合流体導入口、透過流体排出口、非透過流体排出口を備えている。容器内における中空糸膜束の配置は、容器外部と中空糸膜の内部空間との間の流通経路と、容器外部と中空糸膜の外部空間との流通経路とが隔絶するようになされている。
このような中空糸膜モジュールは、小型で有効膜面積を大きくできるため、混合流体から特定成分を高効率で分離・濃縮する有用な技術であり、ガスや液体などの分離（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）等の種々の用途に利用されている。このため中空糸膜モジュールは分離膜モジュールと呼ばれることもある。中空糸膜モジュールに関する従来の技術として、中空糸膜束の略中央部に芯管と呼ばれる中空の管を配置した構造のものも知られている。芯管は、周面に多数の貫通孔を有している。例えば、特許文献１及び２には芯管を原料ガス導入口又は非透過ガス排出口として用いることが記載され、特許文献３及び４には、芯管を除湿用のパージガスの導入口として用いることが記載されている。
【０００３】
従来の芯管を有する中空糸膜モジュールの組み立て方法としては、まず芯管に中空糸膜束をロール状に巻回する等して芯管付きの中空糸膜束を形成した後、これを容器内に収納することで中空糸膜モジュールが組みあげられていた。容器には芯管と連結するための孔や管等の部材が設けられ、芯管付きの中空糸膜束を容器内に収納する際に、容器における上記の管や孔を芯管と連結させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−５９０１６号公報
【特許文献２】特開平５−２１２２５３号公報
【特許文献３】特開平３−１１０号公報
【特許文献４】特開２０００−５１６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術のように、芯管付き中空糸膜束を容器に収容する方法では、中空糸膜モジュールの組み立て時に芯管を容器の孔や管と安定且つ気密に連結するために、製造精度（例えば、中空糸膜束、管板、芯管、容器等の部品の中心性、垂直性、表面粗さなどの寸法精度、金型の寸法精度、部品の組み込み精度などを考慮した設計精度等）として高いものが要求とされていた。このため、従来の中空糸膜モジュールは製造コストが大きいという問題があった。また従来、芯管付き中空糸膜束は交換可能な部品、すなわちカートリッジとして廃棄され、容器のみが再利用されていたところ、中空糸膜束に比べて耐久時間が長い芯管を中空糸膜束と共に廃棄することは、省資源の観点から好ましいものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一方向に延びるように配置された複数の中空糸膜の集合体からなる中空糸膜束と、該中空糸膜束の長手方向の両端部を固定する一対の管板と、該中空糸膜束及び該管板を収容する容器とを備えた中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜束は、前記中空糸膜に囲まれた空洞部を有し、該空洞部は、該中空糸膜束の横断面方向の中心域に位置し、且つ前記中空糸膜の延びる方向と同方向に延びる形状をしており、
少なくとも１つの前記管板に、前記空洞部と連通する貫通孔が設けられており、前記容器は、前記貫通孔を通じて前記空洞部に着脱可能に挿入される芯管を一体的に有する、中空糸膜モジュールを提供することにより、前記の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、気密性や安定性等の性能を維持しつつ製造時の設計精度や組み立て精度の緩和が可能であるとともに、芯管をカートリッジである中空糸膜束と一体的に設けないため中空糸膜束と共に芯管を廃棄する必要がなく、製造時間及び製造コストの削減や省資源化を図ることができる中空糸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】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の中空糸膜モジュールの第１の実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す中空糸膜モジュールの分解図である。
【図３】図３は、本発明の中空糸膜モジュールの第２の実施形態の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の中空糸膜モジュールの第１実施形態が示されている。同図に示す中空糸膜モジュール１０は、２種以上のガスや液体などからなる混合流体の分離に用いられるものである。中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束３０と、該中空糸膜束３０における両端部を固定する管板５０，５１と、中空糸膜束３０及び管板５０，５１を収容する容器１１とを備えている。
【００１０】
中空糸膜束３０は、複数本の中空糸膜２０の集合体から構成されている。本実施形態では中空糸膜２０は、一方向に向けて配列するように束ねられている。尤も場合によっては中空糸膜２０を互いに交差するように配置してもよい。あるいは中空糸膜２０を織物状にしてシート状エレメントを構成し、このシート状エレメントを複数枚積層して用いたり、又はシート状エレメントをロール状に捲回して用いたりすることもできる。シート状エレメントは、緯糸及び経糸の少なくとも２種類の糸を織って形成されており、緯糸及び経糸の少なくとも一方に中空糸膜２０を用いればよい。中空糸膜束３０は、数百本ないし数万本の中空糸膜２０から構成されている。中空糸膜束３０は、略円柱状や略角柱状を始めとする柱状の外形をしており、本実施形態では略円柱状の外形をしている。
【００１１】
中空糸膜束３０は、中空糸膜２０の延びる方向に沿って長手方向Ｙを有し、かつ長手方向Ｙと直交する方向である幅方向Ｘを有する。本実施形態では中空糸膜２０の長手方向は中空糸膜束３０の長手方向と同方向である。本実施形態では、幅方向Ｘに沿う中空糸膜束３０の断面の外形は例えば略円形である。場合によっては、中空糸膜束３０の断面の外形を他の形状、例えば略矩形状とすることもできる。
【００１２】
図２に示すように、中空糸膜束３０は、内部に中空糸膜２０に囲まれた空洞部３１を有する。空洞部３１は中空糸膜束３０中の中空糸膜２０が配されていない部分であり、中空糸膜束３０の長手方向Ｙに沿って延びる形状をしている。すなわち空洞部３１は、中空糸膜の延びる方向と同方向に延びた形状をしている。空洞部３１は、中空糸膜束３０における長手方向Ｙの両端部の少なくとも一方に開口している。図１及び図２に示す例では空洞部３１は中空糸膜束３０をＹ方向に貫通する形状をしており、空洞部３１は、長手方向Ｙの両端部に開口して開口部３２、３３を形成している。後述するように、一方の開口部３２は、管板５０に閉塞されている。しかしながら空洞部３１は、開口部３２及び３３のうち、芯管７０が挿入する側の開口部３３のみを有し他方の開口部３２を有していなくてもよい。本実施形態において、空洞部３１は、略円柱状や略角柱状等の柱状に形成されている。
【００１３】
本実施形態において、空洞部３１のＸ方向に沿う断面の形状は、後述する芯管７０における、その長手方向に直交する断面の形状と略同形状に形成されている。しかし空洞部３１のＸ方向に沿う断面の形状は、これに限定されず芯管７０が挿入可能な形状であればよい。空洞部３１は、中空糸膜束３０の横断面、すなわち本実施形態でいう幅方向Ｘに沿う断面の中心域に位置する。本実施形態では、空洞部３１の柱状の中心軸が、中空糸膜束３０の外形の柱状の中心軸と略一致している。また空洞部３１における長手方向Ｙの長さは、芯管７０の長さに対応して適宜定められる。本実施形態では空洞部３１のＹ方向長さは中空糸膜束３０のＹ方向長さのほぼ全体に亘って形成されている。
【００１４】
上述した管板５０，５１は、中空糸膜２０の延びる方向であるＹ方向の両端部の位置において、中空糸膜束３０を固定している。この管板５０，５１は、中空糸膜束３０を、容器１１における後述するケーシング４０の内壁に固定するものである。管板５０，５１の外形は、ケーシング４０のＸ方向の断面形状に対応した形状に形成され、本実施形態では略円形状に形成されている。管板５０，５１はポッティング剤から構成されている。ポッティング剤としては、当該技術分野においてこれまで用いられてきたものと同様のものを用いることができる。例えばポッティング剤として各種熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエステル、及びポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やウレタン樹脂などが挙げられる。管板５０，５１は、中空糸膜束３０を構成する複数本の中空糸膜２０どうしを一体に固着する役割を果たす。本実施形態において管板５０，５１と、ケーシング４０の内面との間は固着されておらず、Ｏリング８５により密封されている。このため本実施形態では、モジュール１０の分解時に、カートリッジである管板５０，５１及び中空糸膜束３０を、ケーシング４０と分離できる。Ｏリング８５の材質としては、後述するＯリング８０の材質と同様のものを用いることができる。ケーシング４０の内面と管板５０，５１との間は、Ｏリング以外のシーリング手段を用いて密封されていてもよく、後述する他の実施形態のように、固着されていてもよい。
【００１５】
図２に示すように、管板５０，５１のうちの一つの管板５１に貫通孔５３が形成されている。貫通孔５３は、管板５１を長手方向Ｙに沿って貫通して形成した孔である。貫通孔５３は中空糸膜束３０の空洞部３１と連通する。具体的には、貫通孔５３が中空糸膜束３０の空洞部３１の開口部３３と略一致する位置に設けられている。貫通孔５３は、その長手方向Ｙに沿う中心軸が、空洞部３１の中心軸及び／又は中空糸膜束３１の中心軸と略一致することが好ましい。貫通孔５３をＹ方向から側面視したときの形状は芯管７０のＸ方向に沿う断面の外形と略同じであることが好ましい。図２に示すとおり、空洞部３１と同様、貫通孔５３は、中空糸膜２０に囲まれ、且つ、中空糸膜２０が配されていない中空の部分である。
【００１６】
本実施形態においては、他方の管板５０において貫通孔５３と同様の貫通孔は設けられていない。貫通孔５３と反対側に位置する空洞部３１の開口部３２は、管板５０により閉塞されている。しかしながら、貫通孔５３は、管板５０，５１の両方に形成されていてもよい。図１及び図２に示す例では、管板５０は、管板５１側に開口した凹部５５を有している。この凹部５５は空洞部３１に挿入される芯管７０の先端部７３と嵌合可能に設けられている。
【００１７】
中空糸膜束３０及び管板５０，５１を収容する容器１１はケーシング４０と、蓋体６０，６１とを有する。ケーシング４０は一方向に長い中空部４５を有する。ケーシング４０の中空部４５は、中空糸膜束３０の外形の形状と略相補形状となっている。ケーシング４０の中空部４５は、該中空部４５の長手方向に沿うケーシング４０の前後端部において開口して開口部４１を形成している。ケーシング４０の外形、及びケーシング４０における中空部４５の数や配置は限定されない。例えば本実施形態では、ケーシング４０は中空部４５を一つのみ有し、またケーシング４０の外形は、中空部４５の長手方向と一致する長手方向を有する筒状、具体的には略円筒状等に形成されている。しかしながら、ケーシング４０の外形は立方体状等任意の形状であってよく、また中空部４５を複数有することができる。なおケーシング４０が中空部４５を複数有する場合、複数存在する中空部４５の長手方向は通常一致している。
先に述べた中空糸膜束３０及び管板５０，５１は、開口部４１を通じてケーシング４０の中空部４５に収容される。中空糸膜束３０は、その収容状態において、該中空糸膜束３０を構成する各中空糸膜２０の各端部が、各開口部４１において開口するように、ケーシング４０内に収容される。また中空糸膜束３０は、その長手方向Ｙにケーシング４０の中空部４５の長手方向が一致するように、ケーシングに収容される。また、中空糸膜束３０は管板５１の貫通孔５３がケーシング４０の開口部４１において開口するように該ケーシング４０に収容される。
【００１８】
蓋体６０，６１はケーシング４０の各開口部４１を着脱可能に閉塞するものである。本実施形態では、貫通孔５３が開口した開口部４１を閉塞する蓋体６１に、芯管７０を設けている。芯管７０は、蓋体６１の内面側から突出して、蓋体６１がケーシング４０の開口部４１を閉塞した状態において貫通孔５３に挿入可能に形成されている。容器１１、具体的には蓋体６１は、芯管７０を一体的に有している。「一体的に有している」とは、芯管７０と蓋体６１とが、連結及び接合加工を伴わずに一つの部品で構成されている場合が含まれる。しかしながら、「一体的に有している」とはそのような一部品として形成されている形態のみならず、芯管７０と蓋体６１とが互いに位置関係が固定した形で連結又は接合され、一方を移動させることにより、他方も共に移動する関係であることを含む。
【００１９】
図１に示すように、芯管７０は、蓋体６１がケーシング４０の開口部４１を閉塞した状態において、蓋体６１におけるケーシング４０の開口部４１と対向する板面６５から、ケーシング４０の長手方向Ｙに延びるように突出している。芯管７０は、中空糸膜モジュール１０を長手方向Ｙに沿って側面視したときに、貫通孔５３と重なる位置に設けられている。図２に示すように中空糸膜モジュール１０を組み立てる際には、中空糸膜束３０を収容したケーシング４０の開口部４１，４１を蓋体６０，６１で閉塞する。この際には、開口部４１に近接するようにＹ方向に沿って蓋体６０，６１を移動させる（あるいは、蓋体６０，６１にそれぞれ近接するようにＹ方向に沿ってケーシング４０を移動させる）。この移動により、芯管７０は、その長手方向が、ケーシング４０及び中空糸膜束３０の長手方向であるＹ方向に一致した状態で、開口部４１における管板５１の貫通孔５３に挿入され、貫通孔５３を通じて空洞部３１に着脱可能に挿入される。芯管７０は、Ｙ方向における挿入方向の先端側とは反対側の端部７４側において、蓋体６１の板面６５を貫通している。この端部７４は中空糸膜モジュール１０の外部に露出している。
【００２０】
以上のようにして、芯管７０を容器１１、具体的には蓋体６１に設けたことにより、芯管を中空糸膜束と一体に設けた場合に比べて、中空糸膜モジュールの組み立て時に、中空糸膜束に固定された芯管を、容器、具体的には蓋体と連結させる必要がない。中空糸膜モジュール１０における、容器１１（蓋体６１）に固定された芯管７０が貫通孔５３へ挿入した状態における芯管７０と管板５１との間の気密性の調整は、通常、中空糸膜束に固定された芯管を、蓋体と連結させる際の気密性の調整よりも容易である。従って、中空糸膜モジュール１０によれば、製造精度、具体的には中空糸膜束、管板、芯管、容器等の部品の中心性、垂直性、表面粗さなどの寸法精度、金型の寸法精度、部品の組み込み精度等を緩和しても、高い気密性や安定性等の性能の高い中空糸膜モジュール１０を製造しやすい。このため中空糸膜モジュール１０によれば、製造時間や製造コストを低減することができる。また芯管７０を中空糸膜束３０と共に廃棄する必要がなく、省資源化を図ることもできる。図１に示すように、芯管７０は、容器１１、具体的には蓋体６１と、連結及び接合加工を伴わない一つの部品として形成されていることが、中空糸膜モジュール１０の製造精度の緩和がより一層容易であるため好ましい。
【００２１】
貫通孔５３の内周面には、少なくともそのＹ方向の一部に、Ｏリング８０が設けられていることが好ましい。これにより、芯管７０と貫通孔５３との間の気密性をより保持しやすいものとする。芯管７０と貫通孔５３との摺動性及び気密性の保持を高いものとする観点から、Ｏリング８０の材質としては、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）、フッ素ゴム（例えば、デュポン社製の“バイトン”（登録商標））、ポリテトラフルオロエチレン（例えば、デュポン社製の“テフロン”（登録商標））等をあげることができる。Ｏリング８０を貫通孔５３に取り付ける代わりに、芯管７０における貫通孔５３との接続部位に設けているのでもよい。Ｏリング８０が貫通孔５３又は芯管７０に取り付けられている場合、貫通孔５３又は芯管７０に対して着脱可能に設けられていてもよく、着脱不能に固定されていてもよい。例えばＯリング８０が、貫通孔５３の内周面に着脱不能に固定されている形態の例としては、Ｏリング８０の外周面側の一部が貫通孔５３の内周面を構成する管板５１内に埋設されている形態が挙げられる。また図１に示す例では、Ｏリング８０は、貫通孔５３における、管板５１の外面側端部に設けられている。しかし、これに限られず、管板５１の内面側の端部に設けられていてもよく、これら外面側端部と内面側端部との間のＹ方向の略中央の位置に設けられていてもよい。
【００２２】
図１及び図２に示す例では、芯管７０は例えば有底中空の筒状体（例えば略円筒状体）からなるが、底部を有しない筒状体からなるものであってもよい。芯管７０が有底中空の筒状体からなる場合、該芯管７０の２つの端部のうち、有底の端部７３が芯管７０における貫通孔５３に挿入する側に位置している。
【００２３】
図１及び図２に示す例では、芯管７０は、空洞部３１のＹ方向の略全長に亘って挿入されているが、これに限定されない。芯管７０は、管板５０に当接する長さを有していても有していなくても良い。図に示す例では、芯管７０が管板５０に当接する長さを有しており、芯管７０の端部７３は管板５０の凹部５５に挿入されている。
【００２４】
中空糸膜束３０に芯管７０を固定させずに、中空糸膜束３０に芯管７０と対応する形状の貫通孔５３及び空洞部３１を設ける方法は、特に制限されず、従来公知の方法が用いられる。
【００２５】
中空糸膜モジュール１０において、芯管７０と中空糸膜束３０との間は密接した状態であってもなくてもよく、芯管７０と中空糸膜束３０との間は、流体の流通が確保されることを前提に、介在物が存在していてもよく、存在していなくても良い。そのような介在物としては、例えばメッシュや多孔フィルムを挙げることができる。
【００２６】
なお、本発明の効果を確実に得るために、中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束に固定された芯管、具体的にはポッティング剤等で接着されることにより中空糸膜束と着脱不能となった芯管を有していないことが好ましい。また同様の観点から、本発明の中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束３０を構成する中空糸膜２０と芯管７０との間に、中空糸膜束３０の支持体となる管状物を有しないことが好ましい。特に、金属、プラスチック又はガラス繊維複合材料等からなる管状物を有しないことが好ましい。
【００２７】
芯管７０における空洞部３１に挿入される部分の周面には、周面を貫通する複数の孔部７１が設けられている。本実施形態では、芯管７０の孔部７１は容器１１内における中空糸膜２０外部の流体の流れる方向と、該中空糸膜２０内部における流体の流れる方向とが向流となる位置に設けられている。具体的には芯管７０における孔部７１は、モジュール１０内部の管板５０側に位置する。またモジュール内における中空糸膜外の空間と連通する排出口４２はケーシング４０における管板５１側に位置する。そしてモジュール１０では流体Ａ（図１における灰色の矢印）が芯管７０における孔部７１から中空糸膜モジュール１０内に導入され、長手方向Ｙにおける管板５０側から、管板５１側に設けられた排出口４２に向かって流れる。一方、モジュール１０における管板５１側における蓋体６１には中空糸膜内部と連通する導入口６３が設けられていると共に、管板５０側における蓋体６０には、中空糸膜内部と連通する排出口６２が設けられている。そして、流体Ｂ（図１における黒色の矢印）が、この導入口６３から導入されて中空糸膜内を、長手方向Ｙにおいて管板５１側から管板５０側の排出口６２に向かって流れる。このため本実施形態では中空糸膜内の流れに対して、中空糸膜外の流れが向流となる。流体Ａ及びＢの具体的な組みあわせの例としては、加湿用ガス及び被加湿ガス（又は被加湿ガス及び加湿用ガス）、除湿用ガス及び被除湿ガス（又は被除湿ガス及び除湿用ガス）等を挙げることができる。例えば、流体Ａ及びＢが加湿用ガス及び被加湿ガス（又は被加湿ガス及び加湿用ガス）であった場合、中空糸膜モジュールを加湿モジュールとして使用できる。
【００２８】
以上のように、孔部７１を、容器１１内における中空糸膜２０外部の流体の流れる方向と、該中空糸膜２０内部における流体の流れる方向とが逆向きとなる位置に設けることで、中空糸膜２０内外における選択的透過が効率良く行われるため好ましい。なお、中空糸膜２０内外における流体の向きを逆向き（向流）とするための孔の位置や各導入口及び排出口の位置といった構成が本実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００２９】
本実施形態において、流体Ａは分離対象となる原料混合物である。従って、芯管７０は、分離対象となる原料混合物を空洞部３１に導入する機能を持っている。これにより、中空糸膜モジュール１０の外部から芯管７０を通じて原料混合物を、容器１１内における、中空糸膜２０が収納されている空間へ導くことができる。また、蓋体６０における排出口６２は透過流体排出口６２となり、ケーシング４０における排出口は非透過流体排出口４２となる。分離対象となる原料混合物は、芯管７０の孔部７１から中空糸膜モジュール１０内に導入される。導入された原料混合物のうち、中空糸膜２０を透過した流体は、透過流体排出口６２からモジュール外に排出される。一方、中空糸膜２０を透過しなかった未透過流体は、非透過流体排出口４２からモジュール外に排出される。このように、芯管７０に、分離対象となる原料混合物を導入する機能を持たせることは、本発明において、原料混合物の漏れを防止しながら、製造精度を緩和できる観点から好ましい。なお、芯管７０に、分離対象となる原料混合物を導入する機能を持たせる代わりに、分離された成分（未透過流体又は透過済みの流体）を空洞部３１から排出する機能を持たせる場合も同様に、分離された成分の漏れを防止しながら、製造精度を緩和できる観点から好ましい。
【００３０】
中空糸膜２０としては、従来公知のものを特に制限なく用いることができ、ガスや液体などの流体の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よい。例えば高分子材料を用いることができる。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中空糸膜は、ガス分離性能が良好であるので好適に用いられる。中空糸膜２０として無機材料を用いることもできる。そのような無機材料としては、例えば炭素、セラミックス及びガラスなどが挙げられる。中空糸膜２０は、均質性のものでもよく、あるいは複合膜や非対称膜などの不均質性のものでもよい。更に中空糸膜２０は、多孔性のものでもよく、あるいは非多孔性のものでもよい。中空糸膜２０の膜厚は例えば１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、外径は例えば５０μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
ケーシング４０は、中空糸膜モジュール１０の使用時に高温流体あるいは低温流体や高圧流体あるいは減圧条件にさらされるものであるから、十分な強度と使用条件下での安定性が必要である。この観点から、ケーシング４０及び蓋体６０，６１の材質は、金属、プラスチックやガラス繊維複合材料であることが好ましい。同様に、芯管７０は、例えば金属、プラスチック又はガラス繊維複合材料などから構成される。
【００３２】
以上の構成を有する本実施形態の中空糸膜モジュール１０を用いた分離対象となる混合流体としては、例えば酸素、窒素、水素、二酸化炭素、水、水蒸気、アルコール類、アルコール類の蒸気、エステル類、ケトン類、アミン類、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、ハロゲン化合物などの少なくとも２種以上からなる気体又は液体が挙げられる。混合流体がガスである場合には、いわゆるガス分離法が適用でき、液体である場合には、膜に液体が接触するが膜を透過した成分は蒸気状態で分離される、いわゆるパーベーパレーション法が適用できる。
【００３３】
次に、図３に基づき本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、先に述べた第１実施形態と異なる点のみを説明し、同じ点は説明を省略する。第２実施形態中、第１実施形態と対応する又は同じ構成には第１実施形態と同じ符号を付している。
本実施形態の中空糸膜モジュール１０’においては、管板５０，５１が、容器１１（ケーシング４０）と中空糸膜束３０との間を密封しており、管板５０，５１と容器１１（ケーシング４０）との間は固着されている。また、ケーシング４０と中空糸膜束３０との間には保護カバー９０が設けられている。この保護カバー９０は通気性を有する素材で形成されているか、網・多孔等の通気性を有する構造を有している。なお、保護カバー９０が網・多孔等の通気性を有する構造を有する場合、プラスチックや金属等の通気性をほとんど有しない素材からなるものであってもよい。保護カバー９０を設けることは、着脱可能なカートリッジとして、取扱い時の中空糸膜の保護の点から好ましい。保護カバー９０は、例えば、中空糸膜束３０の外周を覆った状態で中空糸膜束３０と共に管板５０，５１に固定されている。保護カバーの厚みは例えば１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００３４】
本実施形態では、芯管７０は、蓋体６１の連結部７５において、蓋体６１と着脱可能に連結されていることにより、蓋体６１の内面側から突出している。ここでいう「着脱可能に連結」とは、蓋体６１を開口部４１から取り外した時に、蓋体６１との連結から芯管７０が外れてしまうものは除く。従って第１実施形態と同様、本実施形態でも、蓋体６１を開口部４１から取り外した時に、芯管７０は中空糸膜束３０から分離される。このように蓋体６１と芯管７０とを「着脱可能に連結」する手段としては、蓋体６１と共に芯管７０とを気密に連結するものであることが好ましく、例えば、フランジ、オネジ・メネジ、ハメアイ等が挙げられる。図３に示す例では、連結部７５は、蓋体６１の内面側に位置しているが、外面側に位置していてもよい。
【００３５】
本実施形態では、芯管７０の孔部７１は容器１１内における中空糸膜２０外部の流体の流れる方向と、該中空糸膜２０内部における流体の流れる方向とが交差する、好ましくは略十字となる位置に設けられている。具体的にはモジュール１０’では流体Ａ（図３における灰色の矢印）が芯管７０の孔部７１から中空糸膜モジュール１０内に導入されて、ケーシング４０に設けられモジュール内の中空糸膜外部の空間と連通する排出口４８に向かって流れる。一方、蓋体６１に設けられた中空糸膜内と連通する導入口６３からは、流体Ｂ（図３における黒色の矢印）が導入されて中空糸膜内に通り、中空糸膜内と連通する排出口６４に向かって流れる。そして孔部７１は、孔部７１と排出口４８との対向方向が、Ｙ方向と交差する、好ましくは、略十字となる位置に多数設けられている。このため本実施形態では中空糸膜内の流れに対して、中空糸膜外の流れが交差する。流体Ａ及びＢの具体的な組みあわせの例としては、加湿用ガス及び被加湿ガス（又は被加湿ガス及び加湿用ガス）、除湿用ガス及び被除湿ガス（又は被除湿ガス及び除湿用ガス）等を挙げることができる。例えば、流体Ａ及びＢが加湿用ガス及び被加湿ガス（又は被加湿ガス及び加湿用ガス）であった場合、中空糸膜モジュールを加湿モジュールとして使用できる。
【００３６】
以上、本発明をその好ましい各実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば、前記の第１実施形態における構成と、第２実施形態における構成とを適宜組み合わせたものが本発明に含まれることはいうまでもない。
また例えば前記第１実施形態においては、芯管７０は中空糸膜束３０の空洞部３１に原料混合物を供給するものであったが、それに代えて、分離後の成分が空洞部３１から芯管７０に排出されるのでもよい。
【００３７】
また、或は、芯管は、キャリアガスやパージ用ガスを空洞部に導入するために用いるのであってもかまわないし、中空糸膜を透過した成分を排出するために用いるのであってもかまわない。
【００３８】
また、中空糸膜内及び中空糸膜外における流体の向きや芯管７０における孔部の位置は、本実施形態に限定されず、任意のものが採用される。孔部７１は、容器１１内における中空糸膜外部の流体の流れる方向と、該中空糸膜内部における流体の流れる方向とが同じ向きとなる位置に設けられていてもよい。
【００３９】
或は、芯管７０の孔部７１は、長手方向Ｙにおける、貫通孔５３側に設けたり、管板５０，５１に挟まれる中心部位に設けたりしても良い。芯管７０の孔部７１は、空洞部３１に挿入される部分における芯管７０の周面の一部に集中して形成されていなくてもよく、例えば、空洞部３１に挿入される部分における周面の全体に多数形成されていてもよい。各流体の導入口及び排出口の位置や構成は、芯管の機能の変更や求める中空糸膜外の流体の向き及び／又は中空糸膜内の流体の向きの変更に応じて、適宜変更される。従って当然、上記の実施形態以外にも、空洞部３１への原料混合物、加湿ガス、除湿ガス、キャリアガス又はパージガス等の供給、或いは分離後の成分の空洞部３１からの排出といった各種の目的で芯管７０を用いる場合に、中空糸膜内の流れに対して、中空糸膜外の流れが逆向き又は交差する向きとする任意の構成を採用できる。
【００４０】
また、芯管７０は空洞部３１における貫通孔５３側の一部にのみ挿入される程度の長さを有するものであってもよく、両端が開口していてもよい。
【００４１】
また芯管７０は、容器の蓋体以外の部位に接続されるのであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  中空糸膜モジュール
１１  容器
２０  中空糸膜
３０  中空糸膜束
４０  ケーシング
４１  開口部
５０，５１  管板
６０，６１  蓋体
７０  芯管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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