(57)【要約】【課題】封止剤の吸い上げを抑制することで中空糸膜の膜切れによる不具合の発生を防止した信頼性の高い中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】中空糸膜モジュール１は、内部中空の円筒形状のケース２と、このケース２内に装填された複数の中空糸膜３と、ケース２の両端部を封止するとともに中空糸膜３の両端部を固定する封止固定部４とを有して構成される。そして、ケース内壁面６が、封止固定部４とケース２の内部空間との境界４ａに位置する部分においてやや拡大した構造を有している。具体的には、ケース内壁面６の両端部に周方向溝８が設けられており、その周方向溝８の部分（拡大部）の内径が、他の部分（非拡大部６ａ）の内径に比べて大きくなっている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部中空のケース内に複数の中空糸膜を装填し、該ケース内の端部に液状の封止剤を充填し硬化させることで、前記複数の中空糸膜間の隙間および前記中空糸膜と前記ケースの内壁面の間の隙間を封止してなる中空糸膜モジュールであって、
前記ケースの内壁面は、前記充填された封止剤と該ケースの内部空間の境界に位置する部分において拡大していることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用加湿膜モジュールや限外濾過膜等の工業用膜モジュールなどに用いられて好適な中空糸膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の中空糸膜モジュールとしては、たとえば、図４に示すようなものが知られている。この中空糸膜モジュール１０１は、円筒形状のケース１０２と、このケース１０２内に装填された複数の中空糸膜１０３と、ケース１０２の両端部を封止するとともに中空糸膜１０３の両端部を固定する封止固定部１０４（図中右側端部の封止固定部は不図示）とを有して構成される。
【０００３】
かかる構成の中空糸膜モジュール１０１は次のように作製される。すなわち、まずケース１０２内に複数の中空糸膜１０３を装填する。次に、そのケース１０２を図中のＡ−Ａ軸を中心に回転させながら、ケース両端部の連通孔１０５より封止剤を注入する。すると遠心力が作用して封止剤がケース両端部に集中し、封止剤が中空糸膜１０３間の隙間および中空糸膜１０３とケース内壁面１０６の間の隙間に充填される（遠心法）。そして、封止剤が硬化した後にその端部を切断し、中空糸膜１０３の両開口端１０７を露出させるのである。
【０００４】
これにより、中空糸膜モジュール１０１の内部空間（ケース１０２の内部空間）は、中空糸膜１０３の外周側膜面が晒される第１空間と、内周側膜面が晒される第２空間とに区画されることになる。第１空間は、連通孔１０５を介してケース１０２外部に通じ、第２空間は中空糸膜１０３の両開口端１０７を介してケース１０２外部に通じている。
【０００５】
このような中空糸膜モジュール１０１を燃料電池用加湿膜モジュールに用いる場合は、第１空間と第２空間のそれぞれに湿度の異なるガスを通過させる。すると、湿度の高いガスに含まれる水分が中空糸膜１０３を透過して他方のガスに移り、加湿が行われる。また、工業用膜モジュールに用いる場合は、いずれか一方の空間に原液を導入することで、他方の空間に中空糸膜１０３を透過した濾過液が得られることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構造の中空糸膜モジュール１０１にあっては、封止剤を充填する際に中空糸膜１０３とケース内壁面１０６との間で表面張力による封止剤の吸い上げが生じ（毛管現象）、封止固定部１０４の表面（ケース１０２の内部空間側に晒される面）に段差が形成されてしまうという現象が発生する。この様子を図５に示す。同図（ａ）は図４のＢ部分を拡大して示した図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ部分をさらに拡大して示した図である。同図に例示したように、吸い上げによる段差は約１０ｍｍ程度に達する。
【０００７】
したがって、ケース内壁面１０６に接している中空糸膜１０３ａのみ、他の中空糸膜１０３に比べて固定端の位置が大きく異なることになる。その場合、連通孔１０５から流体圧力が作用して中空糸膜１０３が揺動すると、ケース内壁面１０６に接している中空糸膜１０３ａの屈曲ポイントＤに局所的に応力が集中するため、膜切れを誘発しやすいという問題が生ずる。
【０００８】
特に、中空糸膜モジュール１０１を燃料電池用加湿膜モジュールに用いる場合には、中空糸膜１０３に比較的高いガス圧が加わるため、上記問題が深刻となる。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、封止剤の吸い上げを抑制することで中空糸膜の膜切れによる不具合の発生を防止した信頼性の高い中空糸膜モジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、内部中空のケース内に複数の中空糸膜を装填し、該ケース内の端部に液状の封止剤を充填し硬化させることで、前記複数の中空糸膜間の隙間および前記中空糸膜と前記ケースの内壁面の間の隙間を封止してなる中空糸膜モジュールであって、前記ケースの内壁面は、前記充填された封止剤と該ケースの内部空間の境界に位置する部分において拡大していることを特徴とする。
【００１１】
この構成では、ケース内壁面は、少なくとも拡大している部分（拡大部）と拡大していない部分（非拡大部）とを備える。このようなケース内に中空糸膜を装填すると、中空糸膜の束はケース内壁面の非拡大部に接することで保持・位置決めされる。一方、拡大部においては中空糸膜とケース内壁面との間に所定の隙間が形成される。
【００１２】
そして、ケース内に封止剤を充填すると、封止剤の液面（ケースの内部空間側に晒される面）、すなわち封止剤とケース内部空間との境界は、ちょうど上記所定の隙間が形成された拡大部の部分に位置することになる。
【００１３】
したがって、封止剤の液面において、中空糸膜とケース内壁面との間に適度な隙間を設けることができ、封止剤の吸い上げ（毛管現象）の発生を抑えることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。本実施形態に係る中空糸膜モジュールは、燃料電池用加湿膜モジュールや限外濾過膜等の工業用膜モジュールなどに用いられて好適なものである。
【００１５】
なお、この実施の形態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。
【００１６】
図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールについて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る中空糸膜モジュール１の概略構成図である。図中左側の部分はケース外郭を除いた断面を示し、図中左下の部分は中空糸膜および封止固定部を除いたケース内壁面の様子を示している。また、図２（ａ）は図１のＥ部分を拡大して示した図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ部分をさらに拡大して示した図である。
【００１８】
中空糸膜モジュール１は、内部中空の円筒形状のケース２と、このケース２内に装填された複数の中空糸膜３と、ケース２の両端部を封止するとともに中空糸膜３の両端部を固定する封止固定部４とを有して構成される。
【００１９】
そして、本実施形態では、ケース内壁面６が、封止固定部４とケース２の内部空間との境界４ａに位置する部分においてやや拡大した構造を有している。
【００２０】
具体的には、ケース内壁面６の両端部に周方向溝８が設けられており、その周方向溝８の部分（拡大部）の内径が、他の部分（非拡大部６ａ）の内径に比べて大きくなっているのである。なお、非拡大部６ａと周方向溝８の溝底部との間は、テーパ面８ａによって緩やかに接続されている。
【００２１】
このような構成の中空糸膜モジュール１は次のように作製される。
【００２２】
まず、ケース２の一方の開口端からケース２内に中空糸膜３の束を挿入する。ケース内壁面６には段差（周方向溝８）が存在するが、非拡大部６ａと溝底部の間はテーパ面８ａによって緩やかに接続されているので、中空糸膜３の挿入方向先端が周方向溝８の段差に引っ掛かることはなく、スムーズに装填することができる。
【００２３】
装填された中空糸膜３の束はケース内壁面６のうち非拡大部６ａの部分に接することでケース２内に保持・位置決めされる。一方、ケース内壁面６のうち周方向溝８の部分においては、中空糸膜３とケース内壁面６との間に所定の隙間が形成される。
【００２４】
次に、そのケース２を回転させながら、ケース両端部の連通孔５よりエポキシ，ポリウレタン等の液状の封止剤を注入する。すると遠心力が作用して封止剤がケース両端部に集中し、封止剤が中空糸膜３間の隙間および中空糸膜３とケース内壁面６の間の隙間に充填される（遠心法）。
【００２５】
このとき封止剤の液面（ケース２の内部空間側に晒される面）、すなわち封止剤とケース２の内部空間との境界は、ちょうど周方向溝８の部分に位置することになる。本実施形態では、封止剤の液面において、中空糸膜３とケース内壁面６との間に適度な隙間があるため、封止剤の吸い上げ（毛管現象）の発生を抑えることができる。
【００２６】
そして、封止剤が硬化した後にその端部を切断し、中空糸膜３の両開口端７を露出させる。これにより、中空糸膜３間の隙間および中空糸膜３とケース内壁面６の間の隙間が封止されるとともに、中空糸膜３の固定が図られる。
【００２７】
以上のようにして作製された中空糸膜モジュール１にあっては、図２に示すように、封止固定部４の境界４ａに段差が形成されず、それぞれの中空糸膜３の固定端の位置が揃うことになる。それゆえ、連通孔５から流体圧力が作用して中空糸膜３が揺動しても、すべての中空糸膜３の屈曲ポイントが同じであるため、特定の中空糸膜３に応力集中が起こることはない。したがって、膜切れによる不具合の発生を抑えることが可能となり、中空糸膜モジュール１の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
実際に上記方法で得られた中空糸膜モジュール１を軸方向にカットしたものを観察したところ、吸い上がりは皆無であることが確認された。
【００２９】
また、従来の中空糸膜モジュールと本実施形態の中空糸膜モジュール１について、図３に示すように、（ａ）非加圧状態（０ＭＰａ）５秒間−（ｂ）加圧状態（０．３ＭＰａ）５秒間のサイクルを繰り返す耐久試験を行ったところ、従来品では３０００サイクルでエアリークが確認されたのに対し、本実施形態のものは３００００サイクル終了時においてもエアリークは確認されなかった。
【００３０】
なお、本実施形態では、ケース内壁面６のうち境界４ａに位置する部分に周方向溝８を設ける構成としたが、逆に、ケース内壁面６のうち境界４ａ以外に位置する部分に周方向の突条を設ける構成としてもよい。この場合には、突条によって中空糸膜の束が保持・位置決めされ、封止剤の境界部分には上記と同様に所定の隙間が形成されるので、上記実施形態に準じた作用効果を得ることができる。換言すれば、ケース内壁面が、中空糸膜の束を保持・位置決めする相対的に断面の小さい非拡大部と、境界４ａにおいて所定の隙間を形成する相対的に断面の大きい拡大部とを有していれば足りるのである。
【００３１】
また、周方向溝の形状も種々の変形が可能であり、溝断面が矩形のものや三角形のもの、半円のものなど、中空糸膜とケース内壁面との間に隙間を形成できさえすればいかなる形状のものでも好適に用いることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、両端が開口している円筒形状のケース２を用いているが、一端が閉じた形状のケースや、断面形状が楕円形や多角形のケースなどにも本発明を適用することができることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、封止剤の吸い上げを抑制することで中空糸膜の膜切れによる不具合の発生を防止することが可能となり、中空糸膜モジュールの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る中空糸膜モジュールの概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１のＥ部分を拡大して示した図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ部分をさらに拡大して示した図である。
【図３】耐久試験の様子を示した説明図である。
【図４】従来の中空糸膜モジュールの概略構成図である。
【図５】（ａ）は図４のＢ部分を拡大して示した図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ部分をさらに拡大して示した図である。
【符号の説明】
１　中空糸膜モジュール
２　ケース
３　中空糸膜
４　封止固定部
４ａ　境界
５　連通孔
６　ケース内壁面
６ａ　非拡大部
７　開口端
８　周方向溝
８ａ　テーパ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004024932.tif 000006
【図５】
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