(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部にフィードガスが流通し且つ並設された複数の中空糸膜と、前記複数の中空糸膜の長手方向に延びて前記複数の中空糸膜を収容する筒体と、を有する、少なくとも１つの中空糸膜エレメントと、
前記筒体の少なくとも一部を気密に覆うケーシングと、を備え、
前記中空糸膜エレメントは、
前記筒体の長手方向一端側の外周部に前記筒体の周方向に分散して配置され、前記筒体の内部空間で前記複数の中空糸膜と接触するように、前記フィードガスよりも二酸化炭素濃度が低く且つ酸素濃度が高いスイープガスを導入する複数のスイープガス導入口と、
前記筒体の長手方向他端側の外周部に前記筒体の周方向に分散して配置され、前記内部空間で前記スイープガスが前記複数の中空糸膜を介して前記フィードガスと接触することにより生じた混合ガスを排出する複数の混合ガス排出口と、を有し、
前記ケーシングと前記中空糸膜エレメントの間には、
前記複数の中空糸膜の各々と連通し、外部から供給される前記フィードガスが満たされる第１供給室と、
前記複数の中空糸膜の各々と連通し、前記中空糸膜の中空部で前記フィードガスが前記複数の中空糸膜を介して前記スイープガスと接触することにより生じた清浄空気が満たされる第１排出室と、
前記筒体の周方向に連続して前記複数のスイープガス導入口の各々と連通し、外部から供給される前記スイープガスが満たされる第２供給室と、
前記筒体の周方向に連続して前記複数の混合ガス排出口の各々と連通し、前記内部空間を通過した前記混合ガスが満たされる第２排出室と、が形成され、
前記第１供給室、前記第１排出室、前記第２供給室、及び前記第２排出室が、互いに隔てられ、
前記第２供給室の気圧と前記複数のスイープガス導入口の気圧との駆動時における気圧差が、前記複数のスイープガス導入口の気圧と前記複数の混合ガス排出口の気圧との駆動時における気圧差よりも小さい、ガス分離膜モジュール。
【請求項２】
前記中空糸膜エレメントは、
前記筒体の前記長手方向他端に形成され、前記複数の中空糸膜の中空部にフィードガスを導入する複数のフィードガス導入口と、
前記筒体の前記長手方向一端に形成され、前記複数の中空糸膜の中空部を通過した前記清浄空気を排出する複数の清浄空気排出口と、を更に有する、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項３】
前記第１供給室の気圧と前記複数のフィードガス導入口の気圧との駆動時における気圧差が、前記複数のフィードガス導入口の気圧と前記複数の清浄空気排出口の気圧との駆動時における気圧差よりも小さい、請求項２に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項４】
前記筒体の長手方向に垂直な内部断面積Ａ１と、前記複数の中空糸膜の長手方向に垂直な断面積の総面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１が、０．４以上の範囲の値に設定されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項５】
前記複数のスイープガス導入口と前記複数の混合ガス排出口とは、前記筒体の周方向にそれぞれ等間隔に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項６】
前記ケーシングは、
前記第１供給室と前記第２排出室とを前記筒体の長手方向に区画し且つ前記中空糸膜エレメントを支持する第１内壁と、
前記第２排出室と前記第２供給室とを前記筒体の長手方向に区画し且つ前記中空糸膜エレメントを支持する第２内壁と、
前記第２供給室と前記第１排出室とを前記筒体の長手方向に区画し且つ前記中空糸膜エレメントを支持する第３内壁と、を有し、
前記中空糸膜エレメントの全体を収容している、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項７】
前記第２供給室又は前記第２排出室の少なくともいずれかの容積が、前記中空糸膜エレメントの容積の１．０倍以上の値に設定されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項８】
前記中空糸膜は、内径が５００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の値に設定され且つ外径が７００μｍ以上５２００μｍ以下の範囲の値に設定されると共に、膜厚が３０μｍ以上５００μｍ以下の範囲の値に設定されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項９】
複数の前記中空糸膜エレメントが、併設された状態で共通の前記ケーシングに取り付けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記中空糸膜エレメントは、前記ケーシングに脱着自在に取り付けられている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガス分離膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜を用いてガス分離を行うガス分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスから特定成分を除去する場合、例えば中空糸膜を利用したガス分離膜モジュールが用いられる。特許文献１には、複数の中空糸膜と、これらの中空糸膜を並設した状態で収容する筒体とを有するガス分離膜モジュールが開示されている。
【０００３】
ガス分離膜モジュールの使用時には、フィードガスが中空糸膜の中空部に導入される。また、筒体の長手方向一端側の外周部に設けられた単一の導入孔から、筒体の内部空間にスイープガスが導入される。スイープガスは、筒体の内部空間を流通しながら、中空糸膜を介してフィードガス中の特定成分を除去する。これにより生じた混合ガスは、筒体の内部空間から、筒体の長手方向他端側の外周部に設けられた単一の排出孔を通じて外部に排出される。特定成分を除去されたフィードガスは、中空糸膜の中空部を通過した後に利用される。このようなガス分離膜モジュールは、例えば、室内の空気から二酸化炭素を除去して当該空気を浄化する場合にも用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４３５５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記構造を有するガス分離膜モジュールでは、スイープガスが筒体の内部空間を流通する際、スイープガスの分布に偏りが生じることがある。これにより、例えば、導入口近傍の中空糸膜に比べて、導入口から離れた位置の中空糸膜にスイープガスが接触しにくくなり、ガス分離効率が低下する。このような問題は、上記したようにガス分離膜モジュールを用いて空気浄化を行う場合でも同様に生じる。
【０００６】
そこで本発明は、複数の中空糸膜が内部に収容されたガス分離膜モジュールを用いて空気浄化を行う場合において、ガス分離膜モジュールのガス分離効率が低下するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るガス分離膜モジュールは、中空部にフィードガスが流通し且つ並設された複数の中空糸膜と、前記複数の中空糸膜の長手方向に延びて前記複数の中空糸膜を収容する筒体と、を有する、少なくとも１つの中空糸膜エレメントと、前記筒体の少なくとも一部を気密に覆うケーシングと、を備え、前記中空糸膜エレメントは、前記筒体の長手方向一端側の外周部に前記筒体の周方向に分散して配置され、前記筒体の内部空間で前記複数の中空糸膜と接触するように、前記フィードガスよりも二酸化炭素濃度が低く且つ酸素濃度が高いスイープガスを導入する複数のスイープガス導入口と、前記筒体の長手方向他端側の外周部に前記筒体の周方向に分散して配置され、前記内部空間で前記スイープガスが前記複数の中空糸膜を介して前記フィードガスと接触することにより生じた混合ガスを排出する複数の混合ガス排出口と、を有し、前記ケーシングと前記中空糸膜エレメントの間には、前記複数の中空糸膜の各々と連通し、外部から供給される前記フィードガスが満たされる第１供給室と、前記複数の中空糸膜の各々と連通し、前記中空糸膜の中空部で前記フィードガスが前記複数の中空糸膜を介して前記スイープガスと接触することにより生じた清浄空気が満たされる第１排出室と、前記筒体の周方向に連続して前記複数のスイープガス導入口の各々と連通し、外部から供給される前記スイープガスが満たされる第２供給室と、前記筒体の周方向に連続して前記複数の混合ガス排出口の各々と連通し、前記内部空間を通過した前記混合ガスが満たされる第２排出室と、が形成され、前記第１供給室、前記第１排出室、前記第２供給室、及び前記第２排出室が、互いに隔てられている。
【０００８】
上記構成によれば、第２供給室に満たされたスイープガスは、中空糸膜エレメントの筒体の長手方向一端側の外周部に周方向に分散して配置された複数のスイープガス導入口から筒体の内部空間に導入され、混合ガスが、中空糸膜エレメントの筒体の長手方向他端側の外周部に周方向に分散して配置された複数の混合ガス排出口から排出される。これにより、筒体の内部空間にスイープガスを分散して流通させることができ、スイープガスが筒体の内部空間を流通する際にガスの分布が偏るのを防止できる。よって、筒体の内部空間に配置された複数の中空糸膜に均一にスイープガスを接触させ、フィードガスから二酸化炭素を分離して、清浄空気を効率よく生じさせることができる。
【０００９】
また、第１供給室、第２排出室、第２供給室、及び第２排出室が、互いに隔てられているため、例えば、清浄空気が他のガスと混合するのが防止される。よって、ガス分離膜モジュールのガス分離効率を良好に向上できる。
【００１０】
前記中空糸膜エレメントは、前記筒体の前記長手方向他端に形成され、前記複数の中空糸膜の中空部にフィードガスを導入する複数のフィードガス導入口と、前記筒体の前記長手方向一端に形成され、前記複数の中空糸膜の中空部を通過した前記清浄空気を排出する複数の清浄空気排出口と、を更に有していてもよい。上記構成によれば、中空糸膜エレメントの各中空糸膜の中空部にフィードガスを均一に導入できるため、効率よく清浄空気を得ることができる。
【００１１】
前記第１供給室の気圧と前記複数のフィードガス導入口の気圧との駆動時における気圧差が、前記複数のフィードガス導入口の気圧と前記複数の清浄空気排出口の気圧との駆動時における気圧差よりも小さくてもよい。
【００１２】
上記構成によれば、フィードガス導入口から清浄空気排出口に向けて、各中空糸膜の内部にフィードガス及び清浄空気を均一に流通させることができ、ガス分離膜モジュールのガス分離効率を向上できる。
【００１３】
前記第２供給室の気圧と前記複数のスイープガス導入口の気圧との駆動時における気圧差が、前記複数のスイープガス導入口の気圧と前記複数の混合ガス排出口の気圧との駆動時における気圧差よりも小さくてもよい。
【００１４】
この構成によれば、各スイープガス導入口から各混合ガス排出口に向けて、筒体の内部空間にスイープガス及び混合ガスを分布の偏りを防止しながら良好に流通させることができ、ガス分離膜モジュールのガス分離効率を向上できる。
【００１５】
前記複数のスイープガス導入口と前記複数の混合ガス排出口とは、前記筒体の周方向にそれぞれ等間隔に配置されていてもよい。これにより、筒体の内部空間を流通するスイープガスの分布を更に均一化でき、ガス分離膜モジュールのガス分離効率を向上できる。
【００１６】
前記ケーシングは、前記第１供給室と前記第２排出室とを前記筒体の長手方向に区画し且つ前記中空糸膜エレメントを支持する第１内壁と、前記第２排出室と前記第２供給室とを前記筒体の長手方向に区画し且つ前記中空糸膜エレメントを支持する第２内壁と、前記第２供給室と前記第１排出室とを前記筒体の長手方向に区画し且つ前記中空糸膜エレメントを支持する第３内壁と、を有し、前記中空糸膜エレメントの全体を収容していてもよい。
【００１７】
上記構成によれば、単一のケーシングの内部に中空糸膜エレメントの全体を収容できると共に、比較的簡素な構成で、第１供給室、混合ガス排出口、第２供給室、及び第２排出室を互いに隔てながら単一のケーシングの内部に適切に配置できる。
【００１８】
前記第２供給室又は前記第２排出室の少なくともいずれかの容積が、前記中空糸膜エレメントの容積の１．０倍以上の値に設定されていてもよい。これにより、筒体の内部空間にスイープガスを均一に供給し、当該内部空間のスイープガスの分布を更に均一化して、ガス分離効率を一層良好に向上できる。
【００１９】
前記中空糸膜は、内径が５００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の値に設定され且つ外径が７００μｍ以上５２００μｍ以下の範囲の値に設定されると共に、膜厚が３０μｍ以上５００μｍ以下の範囲の値に設定されていてもよい。このような構成によれば、フィードガスとスイープガスとに含まれるガス成分の分圧差により、当該ガス成分を中空糸膜に透過させることで、ガス分離を良好に行える。
【００２０】
複数の前記中空糸膜エレメントが、併設された状態で共通の前記ケーシングに取り付けられていてもよい。このような構成によれば、簡素な構成でありながら、複数の中空糸膜エレメントを用いることでガス分離膜モジュールの優れたガス分離効率が得られる。また、中空糸膜エレメントの数を変化させることで、ガス分離膜モジュールのガス分離効率を容易に調整できる。
【００２１】
前記中空糸膜エレメントは、前記ケーシングに脱着自在に取り付けられていてもよい。これにより、ケーシング内の中空糸膜エレメントを比較的容易にメンテナンスでき、長期間にわたってガス分離膜モジュールの高いガス分離効率を維持できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の各態様によれば、複数の中空糸膜が内部に収容されたガス分離膜モジュールを用いて空気浄化を行う場合において、ガス分離膜モジュールのガス分離効率が低下するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係るガス分離膜モジュールの断面図である。
【図２】第２実施形態に係るガス分離膜モジュールの断面図である。
【図３】第３実施形態に係るガス分離膜モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、各実施形態について図を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るガス分離膜モジュール１の断面図である。ガス分離膜モジュール１は、部屋内の空気を浄化する。ここで言う部屋は、人の居住空間及びこれに準ずる空間であって、空調が求められる空間を指す。
【００２５】
部屋は、例えば、オフィスビルのような建物の部屋であってもよいし、鉄道車両や航空機のような輸送システムに設けられた部屋（いわゆるキャビン）であってもよい。また部屋は、例えば、宇宙ステーション、潜水船、災害時避難設備等に設けられた部屋であってもよい。また部屋は、例えば、人が立ち入らないものの、動植物が管理される部屋等であって、二酸化炭素の濃度が一定以下に保たれるように調節される部屋であってもよい。
【００２６】
図１に示すように、ガス分離膜モジュール１は、少なくとも１つの中空糸膜エレメント２と、ケーシング３とを備える。中空糸膜エレメント２は、中空部４０にフィードガスが流通し且つ並設された複数の中空糸膜４と、複数の中空糸膜４を収容する内部空間５０が形成された筒体５とを有する。中空糸膜４は、フィードガスとスイープガスとの二酸化炭素の分圧差により、フィードガスから二酸化炭素を除去し且つフィードガスに酸素を供給することで、フィードガスを清浄化する。
【００２７】
筒体５は、複数の中空糸膜４の長手方向に延びている。筒体５は、一例として円筒形状に形成されている。筒体５の内部空間５０には、一例として数十本乃至数百本の中空糸膜４が収容されている。筒体５の長手方向両端は、各中空糸膜４の端部を露出した状態で、例えばエポキシ樹脂等からなる樹脂壁６，７により内部封止されている。筒体５は、例えば角筒形状や多角筒形状等に形成されていてもよい。
【００２８】
具体的に中空糸膜エレメント２は、複数のフィードガス導入口２ａと、複数の清浄空気排出口２ｂと、複数のスイープガス導入口２ｃと、複数の混合ガス排出口２ｄとを有する。フィードガス導入口２ａと清浄空気排出口２ｂとは、中空糸膜４の端部の開口である。清浄空気排出口２ｂは、筒体５の長手方向一端に形成され、複数の中空糸膜４の中空部４０でフィードガスが複数の中空糸膜４を介してスイープガスと接触することにより生じた清浄空気を排出する。清浄空気は、フィードガスよりも二酸化炭素濃度が低く且つ酸素濃度が高い空気である。フィードガス導入口２ａは、筒体５の長手方向他端に形成され、複数の中空糸膜４の中空部４０にフィードガスを導入する。
【００２９】
スイープガス導入口２ｃは、筒体５の長手方向一端側の外周部に筒体５の周方向に分散して配置され、内部空間５０で複数の中空糸膜４と接触するように、フィードガスよりも二酸化炭素濃度が低く且つ酸素濃度が高いスイープガスを導入する。混合ガス排出口２ｄは、筒体５の長手方向他端側の外周部に筒体５の周方向に分散して配置され、内部空間５０でスイープガスが複数の中空糸膜４を介してフィードガスと接触することにより生じた混合ガスを排出する。
【００３０】
複数のスイープガス導入口２ｃと複数の混合ガス排出口２ｄとは、一例として、筒体５の周方向に等間隔に配置されている。筒体５のスイープガス導入口２ｃと混合ガス排出口２ｄとが設けられた領域以外の外周部の外表面は、平坦に形成されている。本実施形態の中空糸膜エレメント２は、複数のスイープガス導入口２ｃと複数の混合ガス排出口２ｄとの各々の開口総面積が、複数の中空糸膜４の内径基準の断面積の総面積と同等になるように設定されている。中空糸膜エレメント２は、ここでは８個のスイープガス導入口２ｃと８個の混合ガス排出口２ｄとを有する。また中空糸膜エレメント２では、中空糸膜４の中空部４０内のガスと、筒体５の内部空間５０内のガスとが、筒体５の長手方向に逆向きに流通する。
【００３１】
一例として、中空糸膜４は、内径が５００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の値に設定されている。中空糸膜４の内径の値は、５００μｍ以上３０００μｍ以下の範囲の値であることがより好ましく、１０００μｍ以上３０００μｍ以下の範囲の値であることが最も好ましい。
【００３２】
また一例として、中空糸膜４は、外径が７００μｍ以上５２００μｍ以下の範囲の値に設定されている。中空糸膜４の外径の値は、７００μｍ以上３２００μｍ以下の範囲の値であることがより好ましく、１２００μｍ以上３２００μｍ以下の範囲の値であることが最も好ましい。
【００３３】
また一例として、中空糸膜４は、膜厚が３０μｍ以上５００μｍ以下の範囲の値に設定されている。中空糸膜４の膜厚の値は、３０μｍ以上３００μｍ以下の範囲の値であることがより好ましく、５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲の値であることが最も好ましい。また各中空糸膜４のガス分離性能を良好に発揮させるため、複数の中空糸膜４は、中空糸膜エレメント２の内部で等間隔に配置されていることが望ましい。このように各中空糸膜４を配置するため、中空糸膜４は、例えば捲縮されていてもよい。
【００３４】
中空糸膜４の素材は、中空糸膜４を構成できる素材であれば、特に限定されない。中空糸膜４の素材に含まれる成分としては、例えば、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリクロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリケトン、結晶性セルロース、ポリサルホン、ポリフェニルサルホン、ポリエーテルサルホン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、及びアクリロニトリルスチレン（ＡＳ）樹脂等のうち１種以上が挙げられる。この中でも、例えばポリサルホンは、加工性と耐圧性能に優れる観点から好ましい。
【００３５】
また一例として、中空糸膜エレメント２は、筒体５の長手方向に垂直な内部断面積Ａ１と、複数の中空糸膜４の長手方向に垂直な断面積の総面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１が、０．４以上の範囲の値に設定されている。比Ａ２／Ａ１は、言い換えると筒体５に対する中空糸膜４の充填率である。比Ａ２／Ａ１をこのように設定することで、例えば、複数の中空糸膜４のガス透過性能を維持しつつ、良好なガス分離性能が得られ易くなる。なお、比Ａ２／Ａ１は、この値に限定されない。
【００３６】
ケーシング３は、筒体５の少なくとも一部を気密に覆っている。ケーシング３は、第１導入口３ａ、第１排出口３ｂ、第２導入口３ｃ、及び第２排出口３ｄを有する。また、ケーシング３と中空糸膜エレメント２との間には、第１供給室Ｓ１、第１排出室Ｅ１、第２供給室Ｓ２、第２排出室Ｅ２が形成されている。
【００３７】
第１供給室Ｓ１は、複数のフィードガス導入口２ａを介して、複数の中空糸膜４の各々と連通している。第１供給室Ｓ１には、外部から供給されるフィードガスが満たされる。第１供給室Ｓ１の容積は、ある程度大きい方が、第１供給室Ｓ１内に供給されるフィードガスの乱流を抑制し、フィードガスを各フィードガス導入口２ａに導入させ易くなるため望ましい。第１排出室Ｅ１は、複数の清浄空気排出口２ｂを介して、複数の中空糸膜４の各々と連通している。第１排出室Ｅ１には、複数の中空糸膜４の中空部４０を通過した清浄空気が満たされる。
【００３８】
第２供給室Ｓ２は、複数のスイープガス導入口２ｃの各々と連通し、外部から供給されるスイープガスが満たされる。第２供給室Ｓ２は、筒体５の周方向に連続している。第２排出室Ｅ２は、複数の混合ガス排出口２ｄの各々と連通し、内部空間５０を通過した混合ガスが満たされる。第２排出室Ｅ２は、筒体５の周方向に連続している。本実施形態では、第２供給室Ｓ２又は第２排出室Ｅ２の少なくともいずれか（ここでは両方）の容積が、中空糸膜エレメント２の容積の１．０倍以上の値に設定されている。
【００３９】
第１導入口３ａは、第１供給室Ｓ１に外部からフィードガスを導入する。第１排出口３ｂは、第１排出室Ｅ１の清浄空気を外部に排出する。第２導入口３ｃは、第２供給室Ｓ２に外部から浄化ガスを導入する。第２排出口３ｄは、第２排出室Ｅ２の清浄空気を外部に排出する。
【００４０】
また本実施形態のケーシング３は、第１内壁１０と、第２内壁１１と、第３内壁１２とを有する。第１内壁１０は、第１供給室Ｓ１と第２排出室Ｅ２とを筒体５の長手方向に区画し且つ中空糸膜エレメント２を支持する。第２内壁１１は、第２排出室Ｅ２と第２供給室Ｓ２とを筒体５の長手方向に区画し且つ中空糸膜エレメント２を支持する。第３内壁１２は、第２供給室Ｓ２と第１排出室Ｅ１とを筒体５の長手方向に区画し且つ中空糸膜エレメント２を支持する。またケーシング３は、中空糸膜エレメント２の全体を収容している。第１内壁１０、第２内壁１１、及び第３内壁１２は、一例として仕切板である。
【００４１】
ここで本実施形態のケーシング３は、第１部材３０、第２部材３１、第３部材３２、及び第４部材３３を有する。これらの第１部材３０，第２部材３１，第３部材３２、及び第４部材３３は、ケーシング３の長手方向に順に配置されている。第１部材３０の第２部材３１側には、フランジ部３０ａが形成されている。第２部材３１の第１部材３０側には、フランジ部３１ａが形成され、第３部材３２側には、フランジ部３１ｂが形成されている。第３部材３２の第２部材３１側には、フランジ部３２ａが形成され、第４部材３３側には、フランジ部３２ｂが形成されている。第４部材３３の第３部材３２側には、フランジ部３３ａが形成されている。
【００４２】
フランジ部３０ａ，３１ａは、第１内壁１０を挟んだ状態で締結部材により脱着自在に締結されている。フランジ部３１ｂ，３２ａは、第２内壁１１を挟んだ状態で締結部材により脱着自在に締結されている。フランジ部３２ｂ，３３ａは、第３内壁１２を挟んだ状態で締結部材により脱着自在に締結されている。これらの各フランジ部と各内壁との間には、ガスケット等のシール部材が配置されていてもよい。
【００４３】
各内壁１０，１１、１２には、中空糸膜エレメント２を挿通可能な挿通孔１０ａ，１１ａ，１２ａが設けられている。この挿通孔１０ａ，１１ａ，１２ａに中空糸膜エレメント２が脱着自在に挿通されることで、各内壁１０，１１、１２は、ケーシング３の長手方向に離隔して配置されながら中空糸膜エレメント２を支持している。挿通孔１０ａ，１１ａ，１２ａの内周縁と中空糸膜エレメント２との間は、不図示のシール部材により気密に封止されている。
【００４４】
ガス分離膜モジュール１では、各フランジ部３０ａ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａを締結する締結部材を取り外し、挿通孔１０ａ，１１ａ，１２ａから中空糸膜エレメント２を抜き取ることで、ケーシング３から中空糸膜エレメント２を取り外せる。このようにガス分離膜モジュール１では、中空糸膜エレメント２は、ケーシング３に脱着自在に取り付けられている。
【００４５】
本実施形態のガス分離膜モジュール１は、第１供給室Ｓ１の気圧Ｐ１と複数のフィードガス導入口２ａの気圧Ｐ２との駆動時における気圧差（Ｐ１−Ｐ２）が、複数のフィードガス導入口２ａの気圧Ｐ２と複数の清浄空気排出口２ｂの気圧Ｐ３との駆動時における気圧差（Ｐ２−Ｐ３）よりも小さくなるように設定されている。これによりガス分離膜モジュール１では、第１供給室Ｓ１に供給されたフィードガスは、フィードガス導入口２ａに導入される前に第１供給室Ｓ１の全体に拡散して充満し、気圧が高められる。その後、フィードガスは、各フィードガス導入口２ａに均一に導入される。
【００４６】
またガス分離膜モジュール１は、第２供給室Ｓ２の気圧Ｐ１１と複数のスイープガス導入口２ｃの気圧Ｐ１２との駆動時における気圧差（Ｐ１１−Ｐ１２）が、複数のスイープガス導入口２ｃの気圧Ｐ１２と複数の混合ガス排出口２ｄの気圧Ｐ１３との駆動時における気圧差（Ｐ１２−Ｐ１３）よりも小さくなるように設定されている。これによりガス分離膜モジュール１では、筒体５の内部空間５０から各混合ガス排出口２ｄを介して第２排出室Ｅ２にフィードガスが排出される際、フィードガスが各混合ガス排出口２ｄから第２排出室Ｅ２に勢いよく排出される。これにより、筒体５の内部空間５０におけるフィードガスの分布の偏りが防止される。このような気圧差（Ｐ１−Ｐ２），（Ｐ１１−Ｐ１２）の調整は、例えば、各口２ｃ、２ｄの開口径及び数、複数の中空糸膜４の内径や長さ、複数の中空糸膜４の充填率等を調整することで実現される。
【００４７】
ガス分離膜モジュール１の駆動時には、スイープガスが、外部から第２導入口３ｃを介してガス分離膜モジュール１に導入される。このときスイープガスは、筒体５の周方向に分散されるように第２供給室Ｓ２に充満する。その後、スイープガスは、複数のスイープガス導入口２ｃを介して筒体５の内部空間５０に導入される。
【００４８】
このとき、第２供給室Ｓ２内に分散したスイープガスが、筒体５の周方向に分散して配置された複数のスイープガス導入口２ｃから内部空間５０に導入されるので、当該内部空間５０でスイープガスの分布が偏るのが防止される。これによりスイープガスは、筒体５の内部空間５０に配置された各中空糸膜４と均一に接触する。スイープガスは、筒体５の長手方向に沿って内部空間５０を流通しながら、各中空糸膜４内のフィードガスから二酸化炭素を移される。これにより生じた混合ガスは、複数の混合ガス排出口２ｄを介して第２排出室Ｅ２に排出される。この混合ガスの排出の際においても、筒体５の周方向に分散して配置された複数の混合ガス排出口２ｄから第２排出室Ｅ２に混合ガスが分散して排出されることで、筒体５の内部空間５０を流通する混合ガスの分布が偏るのが防止される。第２排出室Ｅ２に排出された混合ガスは、第２排出口３ｄを介して外部に排出される。
【００４９】
また、フィードガスが、部屋内から第１導入口３aを介してガス分離膜モジュール１に導入される。フィードガスは、まず第１供給室Ｓ１に充満する。その後、フィードガスは、複数のフィードガス導入口２ａを介して中空糸膜エレメント２の各中空糸膜４の中空部４０に導入される。フィードガスは、各中空糸膜４の長手方向に沿って中空部４０を流通しながら各中空糸膜４と接触することにより、中空糸膜４の外側を流通するスイープガスに二酸化炭素を除去され且つ酸素が供給された状態となる。
【００５０】
このとき、各中空糸膜４が筒体５の内部空間５０でスイープガスと均一に接触することにより、各中空糸膜４において清浄空気が均一に生じる。この清浄空気は、複数の清浄空気排出口２ｂを介して第１排出室Ｅ１に排出される。清浄空気は、第１排出室Ｅ１に充満した後、第１排出口３ｂを介して部屋内に戻される。これにより、部屋内の二酸化炭素濃度は、室内環境基準である１，０００ｐｐｍ以下となる。
【００５１】
以上説明したように、ガス分離膜モジュール１によれば、第２供給室Ｓ２に満たされたスイープガスは、中空糸膜エレメント２の筒体５の長手方向一端側の外周部に周方向に分散して配置された複数のスイープガス導入口２ｃから筒体５の内部空間５０に導入され、混合ガスが、中空糸膜エレメント２の筒体５の長手方向他端側の外周部に周方向に分散して配置された複数の混合ガス排出口２ｄから排出される。これにより、筒体５の内部空間５０にスイープガスを分散して流通させることができ、スイープガスが筒体５の内部空間５０を流通する際にガスの分布が偏るのを防止できる。よって、筒体５の内部空間５０に配置された複数の中空糸膜４に均一にスイープガスを接触させ、フィードガスから二酸化炭素を分離して、清浄空気を効率よく生じさせることができる。
【００５２】
また、第１供給室Ｓ１、第１排出室Ｅ１、第２供給室Ｓ２、及び第２排出室Ｅ２が、互いに隔てられているため、例えば、清浄空気が他のガスと混合するのが防止される。よって、ガス分離膜モジュール１のガス分離効率を良好に向上できる。
【００５３】
また中空糸膜エレメント２は、筒体５の長手方向他端に形成され、複数の中空糸膜４にフィードガスを導入する複数のフィードガス導入口２ａと、筒体５の長手方向一端に形成され、複数の中空糸膜４の中空部４０を通過した清浄空気を排出する複数の清浄空気排出口２ｂとを更に有する。この構成によれば、中空糸膜エレメント２の各中空糸膜４の中空部４０にフィードガスを均一に導入できるため、効率よく清浄空気を得ることができる。
【００５４】
またガス分離膜モジュール１では、第１供給室Ｓ１の気圧Ｐ１と複数のフィードガス導入口２ａの気圧Ｐ２との駆動時における気圧差（Ｐ１−Ｐ２）が、複数のフィードガス導入口２ａの気圧Ｐ２と複数の清浄空気排出口２ｂの気圧Ｐ３との駆動時における気圧差（Ｐ２−Ｐ３）よりも小さくなるように設定されている。この構成によれば、フィードガス導入口２ａから清浄空気排出口２ｂに向けて、各中空糸膜４の内部にフィードガス及び清浄空気を均一に流通させることができ、ガス分離膜モジュール１のガス分離効率を向上できる。
【００５５】
またガス分離膜モジュール１では、第２供給室Ｓ２の気圧Ｐ１１と複数のスイープガス導入口２ｃの気圧Ｐ１２との駆動時における気圧差（Ｐ１１−Ｐ１２）が、複数のスイープガス導入口２ｃの気圧Ｐ１２と複数の混合ガス排出口２ｄの気圧Ｐ１３との駆動時における気圧差（Ｐ１２−Ｐ１３）よりも小さくなるように設定されている。この構成によれば、各スイープガス導入口２ｃから各混合ガス排出口２ｄに向けて、筒体５の内部空間５０にスイープガス及び混合ガスを分布の偏りを防止しながら良好に流通させることができ、ガス分離膜モジュール１のガス分離効率を向上できる。
【００５６】
またガス分離膜モジュール１では、複数のスイープガス導入口２ｃと複数の混合ガス排出口２ｄとは、筒体５の周方向にそれぞれ等間隔に配置されている。これにより、筒体５の内部空間５０を流通するスイープガスの分布を更に均一化でき、ガス分離膜モジュール１のガス分離効率を向上できる。
【００５７】
またケーシング３は、内壁１０〜１２を有し、中空糸膜エレメント２の全体を収容している。この構成によれば、単一のケーシング３の内部に中空糸膜エレメント２の全体を収容できると共に、比較的簡素な構成で、第１供給室Ｓ１、第２排出室Ｅ２、第２供給室Ｓ２、及び第２排出室Ｅ２を互いに隔てながら単一のケーシング３の内部に適切に配置できる。
【００５８】
またガス分離膜モジュール１では、第２供給室Ｓ２又は第２排出室Ｅ２の少なくともいずれかの容積が、中空糸膜エレメント２の容積の１．０倍以上の値に設定されている。これにより、筒体５の内部空間５０にスイープガスを均一に供給し、当該内部空間５０のスイープガスの分布を更に均一化して、ガス分離膜モジュール１のガス分離効率を一層良好に向上できる。
【００５９】
また中空糸膜４は、内径が５００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の値に設定され且つ外径が７００μｍ以上５２００μｍ以下の範囲の値に設定されると共に、膜厚が３０μｍ以上５００μｍ以下の範囲の値に設定されている。この構成によれば、フィードガスとスイープガスとに含まれるガス成分（本実施形態では二酸化炭素）の分圧差により、当該ガス成分を中空糸膜４に透過させることで、ガス分離を良好に行える。
【００６０】
またガス分離膜モジュール１では、中空糸膜エレメント２は、ケーシング３に脱着自在に取り付けられている。これにより、ケーシング３内の中空糸膜エレメント２を比較的容易にメンテナンスでき、長期間にわたってガス分離膜モジュール１の高いガス分離効率を維持できる。以下、その他の実施形態について、第１実施形態との差異を中心に説明する。
【００６１】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態に係るガス分離膜モジュール８の断面図である。図２に示すように、ガス分離膜モジュール８では、複数の中空糸膜エレメント２が併設された状態で、共通のケーシング１３に取り付けられている。各中空糸膜エレメント２は、一例として、等間隔に配置されているが、これに限定されない。本実施形態の中空糸膜エレメント２の数は、２以上であればよい。このような構成によれば、簡素な構成でありながら、複数の中空糸膜エレメント２を用いることでガス分離膜モジュール８の優れたガス分離効率が得られる。また、中空糸膜エレメント２の数を変化させることで、ガス分離膜モジュール８のガス分離効率を容易に調整できる。
【００６２】
（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係るガス分離膜モジュール９の断面図である。図３に示すように、ガス分離膜モジュール９は、互いに離隔して配置された複数のユニット（一例として第１ユニットＵ１，第２ユニットＵ２，第３ユニットＵ３，及び第４ユニットＵ４）からなるケーシング２３を備える。
【００６３】
第１ユニットＵ１は、内部に第１供給室Ｓ１が形成され且つ第１導入口３ａを有する。第１ユニットＵ１は、筒体５の長手方向他端を覆うように配置される。第２ユニットＵ２は、内部に第２排出室Ｅ２が形成され且つ第２排出口３ｄを有する。第３ユニットＵ３は、内部に第２供給室Ｓ２が形成され且つ第２導入口３ｃを有する。第２，３ユニットＵ２，Ｕ３は、筒体５の外周面を筒体５の全周から覆うように配置される。第４ユニットＵ４は、内部に第１排出室Ｅ１が形成され且つ第１排出口３ｂを有する。第４ユニットＵ４は、筒体５の長手方向一端を覆うように配置される。
【００６４】
ユニットＵ１〜Ｕ４は、単一の中空糸膜エレメント２の筒体５の外表面に気密に取り付けられている。ケーシング２３は、ユニットＵ１〜Ｕ４により、筒体５の少なくとも一部を気密に覆っている。
【００６５】
このような構成を有するガス分離膜モジュール９も、第１実施形態のガス分離膜モジュール１と同様の効果を奏する。また、ケーシング２３が個別のユニットＵ１〜Ｕ４を有しているので、各ユニットＵ１〜Ｕ４を個別且つ容易にメンテナンスできる。
【００６６】
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除できる。上記各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。また、スイープガス導入口２ｃ及び混合ガス排出口２ｄは、それぞれ複数であればよく、例えば、それぞれ２個であってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
Ｓ１    第１供給室
Ｓ２    第２供給室
Ｅ１    第１排出室
Ｅ２    第２排出室
１，８，９    ガス分離膜モジュール
６    中空糸膜エレメント
２ａ    フィードガス導入口
２ｂ    清浄空気排出口
２ｃ    スイープガス導入口
２ｄ    混合ガス排出口
３，１３，２３    ケーシング
４    中空糸膜
５    筒体
１０    第１内壁
１１    第２内壁
１２    第３内壁
５０    筒体の内部空間
【要約】      （修正有）【課題】空気浄化を行う場合において、ガス分離効率が低下するのを防止する、複数の中空糸膜が内部に収容されたガス分離膜モジュールの提供。【解決手段】中空部にフィードガスが流通し且つ並設された複数の中空糸膜４と、中空糸膜４の長手方向に延びて中空糸膜４を収容する筒体５と、を有する、中空糸膜エレメント６と、筒体５を気密に覆うケーシング３と、を備え、中空糸膜エレメント６は、筒体５の長手方向一端側の外周部に筒体５の周方向に分散して配置されるスイープガス導入口２ｃと、筒体５の長手方向他端側の外周部に筒体５の周方向に分散して配置される混合ガス排出口２ｄと、を有し、ケーシング３と中空糸膜エレメント６の間には、フィードガスが満たされる第１供給室Ｓ１と、清浄空気が満たされる第１排出室Ｅ１と、外部から供給されるスイープガスが満たされる第２供給室Ｓ２と、混合ガスが満たされる第２排出室Ｅ２とが形成されている。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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