(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のモジュールケースと、
該モジュールケース内に充填される多数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、
該中空糸膜の中空内部を通る第１経路と、
該第１経路とは逆に前記中空糸膜の外側を通る第２経路と、
を備えた中空糸膜モジュールであって、
前記モジュールケースは、充填された前記中空糸膜の長さ方向に外側表面を内側へ凹ませた凹部を設け、該凹部に前記第２経路に至る第１開口部を形成し、かつ前記凹部となっていない外側表面に前記第２経路に至る第２開口部を形成したことを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記モジュールケースは、前記凹部の設けられた周上の位置についての内側の形状を充填された前記中空糸膜の長さ方向の両端まで延長して内側へ突出させた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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば固体高分子型燃料電池に供給する燃料ガスを加湿するための加湿器等に利用される中空糸膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば固体高分子型燃料電池の加湿器等に利用される従来の中空糸膜モジュールとしては、図１１に示すように、筒状のモジュールケース１０１と、モジュールケース１０１の軸中心に配置されるインナーパイプ１０２と、モジュールケース１０１内のインナーパイプ１０２との環状隙間に充填される多数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束１０３と、を備えている。
【０００３】
この様な中空糸膜モジュール１００では、中空糸膜の中空内部を通る図示左右の両側面に通じる第１経路とインナーパイプ１０２の開口部１０２ａから中空糸膜の外側を通りモジュールケース１０１の開口部１０１ａへ通じる第２経路とに、それぞれ燃料ガスと燃料電池における反応により発生する排ガスとを流し、排ガスに含まれる水分が中空糸膜の膜を透過して分離され、燃料ガスが加湿される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の中空糸膜モジュールの場合には、下記のような問題が生じていた。
【０００５】
モジュールケースには、中空糸膜束を充填するが、その充填作業は非常に困難で問題が生じていた。例えば、インナーパイプの両端外周部にインナーパイプ軸方向に直交する突起を４等配で設置し、両端の突起間に中空糸膜を巻き付け、そのまま巻き付けた中空糸膜をモジュールケースに挿入し、ポッティングを行った後に突起とその突起に巻き付けた中空糸膜部分を切断し、モジュールケース内にインナーパイプの配置された中空糸膜モジュールを生産する方法を採用する場合には、中空糸膜の巻き付けに工数がかかり充填作業が非常に困難となると共に、モジュールケースへの挿入作業中に中空糸膜が傷つき易いという問題があった。
【０００６】
また、大処理タイプの中空糸膜モジュールでは、径を大きくし、その際のスイープ効率確保のためにインナーパイプを用いて見かけ上の径を小さくするが、配置されるインナーパイプの位置決めが困難であると共に、インナーパイプをモジュールケースとは個別に製造する必要が生じていた。
【０００７】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、工程数が少なく製造容易な中空糸膜モジュールを提供することにある。
【０００８】
【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、
筒状のモジュールケースと、
該モジュールケース内に充填される多数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束と、
該中空糸膜の中空内部を通る第１経路と、
該第１経路とは逆に前記中空糸膜の外側を通る第２経路と、
を備えた中空糸膜モジュールであって、
前記モジュールケースは、充填された前記中空糸膜の長さ方向に外側表面を内側へ凹ませた凹部を設け、該凹部に前記第２経路に至る第１開口部を形成し、かつ前記凹部となっていない外側表面に前記第２経路に至る第２開口部を形成したことを特徴とする。
【００１３】
したがって、凹部でスイープ効率確保のために見かけ上の径を小さくすることができ、モジュールケース内にインナーパイプが必要なくなり、インナーパイプの位置決めが必要ないことから工程数が削減できると共に、インナーパイプを用いておらずモジュールケースだけの製造で良く部品点数が削減でき、工程数が少なく製造容易となる。
【００１４】
前記モジュールケースは、前記凹部の設けられた周上の位置についての内側の形状を充填された前記中空糸膜の長さ方向の両端まで延長して内側へ突出させたことが好適である。
【００１５】
これにより、凹部のあるモジュールケースの内側の形状が充填された中空糸膜の長さ方向の途中から内側に突出することがなく両端まで延長して突出しているので、モジュールケース内で中空糸膜が曲がることなく略まっすぐ並ぶことができる。また、モジュールケースの一端からの挿入時の中空糸膜束の形状が保てるので挿入がスムーズに行える。
【００１６】
【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。ただし、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。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１〜図５を参照して、第１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。図１は第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。図２は図１Ａ−Ａ’線での第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの縦断面を示す断面図である。図３は図２Ｂ−Ｂ’（Ｆ−Ｆ’）線，Ｃ−Ｃ’線，Ｄ−Ｄ’線，Ｅ−Ｅ’線での第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの横断面を示す断面図である。図４は第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの中空糸膜束の充填方法を説明する図である。図５は他の中空糸膜モジュールに図４の中空糸膜束の充填方法を適用する場合を示す図である。
【００１８】
本実施の形態に係る中空糸膜モジュール１は、図１、図２に示すように、概略、図示左右の両端部が開口した筒形状のモジュールケース２と、モジュールケース２内に充填される多数本の中空糸膜を束ねた中空糸膜束３と、中空糸膜束３を包み込んだ筒状部材としての不織布４と、中空糸膜束３の両端末部をモジュールケース２の図示左右の両端部で中空糸膜束３の各中空糸膜間及び中空糸膜束３とモジュールケース２内周壁との隙間を充填接着剤によって封止固定したポッティング部５と、を備えている。
【００１９】
この中空糸膜モジュール１では、図１、図２に示す左右の両側面から中空糸膜束３の中空糸膜の中空内部を通る第１経路が形成され、第１経路とは逆に中空糸膜の外側を通る第２経路が形成されている。
【００２０】
このため、この中空糸膜モジュール１を例えば固体高分子型燃料電池の加湿器に利用する場合には、第１経路に燃料ガスを流し、第２経路に燃料電池における反応により発生する排ガスを流し、排ガスに含まれる水分が中空糸膜の膜を透過して分離され、燃料ガスが加湿される。また、燃料ガスと排ガスとを流す経路を反対にしても同機能を発揮する。
【００２１】
もちろん、中空糸膜モジュール１は上記の加湿器以外にも除湿機やろ過器等にも利用することができる。
【００２２】
モジュールケース２は、図１、図２に示すように、充填された中空糸膜の長さ方向（図示左右方向）に外側表面を内側へ凹ませた凹部６を設けている。凹部６は、図３（ｃ）に示すようにモジュールケース２の内側へ突出している。
【００２３】
また、凹部６に第２経路に至る第１開口部としての開口部６ａを形成し、かつモジュールケース２の凹部６となっていない外側表面に第２経路に至る第２開口部としての開口部２ａを形成してある。
【００２４】
開口部６ａは、図３（ｂ）に示すように凹部６の底に設けられている。この開口部６ａは、充填された中空糸膜の長さ方向にいくつか複数設けられる。
【００２５】
また、モジュールケース２の開口部２ａは、図３（ｄ）に示すように周上に内側に突出する部位を除いて略等配されて複数形成されている。
【００２６】
このように、中空糸膜の外側を通る第２経路は、凹部６の開口部２ａから離れた部位に形成された開口部６ａと開口部２ａとの間を通過する経路となっており、なるべく開口部２ａ，６ａを離すことで、中空糸膜束３の中空糸膜全体を用いて機能（ここでは加湿機能）を発揮することができる。
【００２７】
ここで、モジュールケース２の凹部６の設けられた周上の位置についての内側の形状を充填された中空糸膜の長さ方向（図示左右方向）の両端まで延長して内側へ突出させてある。このため、図３（ａ）や図３（ｄ）の断面に示すようにモジュールケース２の両端部においては凹部６が形成されていなくてもモジュールケース２が内側へ突出した形状となっている。
【００２８】
以上のようなモジュールケース２を用いていることから、凹部６でスイープ効率確保のために見かけ上の径を小さくすることができ、モジュールケース２内に従来のようなインナーパイプが必要なくなり、インナーパイプの位置決めが必要ないことから工程数が削減できると共に、インナーパイプを用いておらずモジュールケース２だけの製造で良く部品点数が削減でき、工程数が少なく製造容易となる。
【００２９】
また、凹部６のあるモジュールケース２の内側の形状が充填された中空糸膜の長さ方向の途中から内側に突出することがなく両端まで延長して突出しているので、図２に示すようにモジュールケース２内で中空糸膜が曲がることなく略まっすぐ並ぶことができる。
【００３０】
中空糸膜束３は、内部中空の中空糸膜が多数本束ねられて作られている。
【００３１】
なお、中空糸膜束３としては、本実施の形態の物以外にも、すだれ状の織物となっているものが使用できる。このようなすだれ状の織物の中空糸膜束は特開平９−１０３６５７号公報に開示されている。具体的には、一本（複数本）の中空糸膜を並列した状態で、複数本の横糸で織り込んだ状態である。
【００３２】
不織布４は、図４（ａ）に示す中空糸膜束３を包み込む柔らかく変形可能な筒状のものであり、ガスを透過する部材である。中空糸膜束３は、不織布４に包まれた状態で容易にモジュールケース２内へ充填されるので、従来のように中空糸膜の巻き付けに工数がかかり充填作業が非常に困難となることやモジュールケース２への挿入作業中に中空糸膜が傷つき易いという問題がなくなり、工程数が少なく製造容易となる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、中空糸膜束３を包む状態とする部材として不織布４を用いているが、これに限られず、ガスを透過するメッシュ等の柔らかく変形可能な筒状部材でも代用することができる。
【００３４】
この不織布４に包まれた状態で中空糸膜束３がモジュールケース２内に充填されるが、具体的には図４に示すような順序で充填作業が行われる。
【００３５】
すなわち、図４（ａ）のような筒状の不織布４を用意する。次に、図４（ｂ）に示すように一端側から筒状の不織布４内に中空糸膜束３を図示矢印のように挿入する。
【００３６】
そして、図４（ｃ）に示すように中空糸膜束３が挿入された不織布４をモジュールケース２の内側形状に合わせて丸め、その状態でモジュールケース２内へ挿入する。すなわち、図４（ｃ）では、不織布４をモジュールケース２の内側形状の一部内側が突出した形状、具体的には断面Ｕ字状に丸めてモジュールケース２内へ挿入する。
【００３７】
このように、不織布４を丸めると、中空糸膜束３のモジュールケース２への充填作業がスムーズに行え、製造容易となる。
【００３８】
また、この時、モジュールケース２の両端部においては凹部６が形成されていなくてもモジュールケース２が内側へ突出した形状となっているので、一度丸めた不織布４の形状を保持するように、モジュールケース２の一端からの挿入時の中空糸膜束３の形状が保てるので挿入がスムーズに行える。
【００３９】
なお、本実施の形態の図４（ｃ）で示した中空糸膜束の充填方法は、従来のインナーパイプを用いた中空糸膜モジュールであっても使用することができる。その説明を図５に示す。図５では、不織布４を図４（ｃ）と同様に丸めることで、インナーパイプの周りの環状隙間に中空糸膜束を充填することが容易に行えることとなる。
【００４０】
（その他の実施の形態）
図６〜図１０を参照して、その他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。図６〜図１０はいずれもその他の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。以下、それぞれ説明する。
【００４１】
図６に示す中空糸膜モジュール１は、凹部６の開口部６ａをモジュールケース２の開口部２ａに近づくに従い開口の大きさを小さくしているものである。このようにしても、中空糸膜束３の中空糸膜全体を用いて機能を発揮することができ、また、開口の大きさを変えることでガス等の流入出量を調節することができる。
【００４２】
図７に示す中空糸膜モジュール１は、凹部６を充填された中空糸膜の長さ方向の中央部に配置し、その凹部６に均等に開口部６ａを設けており、モジュールケース２の開口部２ａを筒状のモジュールケースの両端側に設けたものである。
【００４３】
図８に示す中空糸膜モジュール１は、凹部６を中空糸膜の長さ方向の両端がすぼむようにしたもので、加えてモジュールケース２の内側の形状も凹部６の形状に合わせてその部分だけが内側に突出している。このため、切り欠いた領域Ａに示すように、凹部６の形状に合わせて充填される中空糸膜が若干滑らかに曲がって充填されている。なお、不図示であるが凹部６の内側の突出した部位と中空糸膜との間には不織布４が介在し、凹部６の突出形状が滑らかに変化しているので、中空糸膜束３のモジュールケース２への充填時の傷の発生も防止される。
【００４４】
図９に示す中空糸膜モジュール１は、凹部６と共に開口部２ａも中空糸膜の長さ方向に並べて配置したものである。開口部２ａの列は、凹部６を挟んで図示のように２列設けられている。なお、開口部２ａの列は１列でももっと多数であっても良い。
【００４５】
図１０に示す中空糸膜モジュール１は、凹部６の開口部６ａを凹部６の底だけでなく側壁にも形成したものである。このため、図１０では、開口部６ａが３つ並んで凹部６の底及び両側壁に形成されている。このように、開口部６ａの形状配置は適宜変更可能なものである。
【００４６】
以上の構成の中空糸膜モジュール１でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、中空糸膜束は、筒状部材に包まれた状態で、モジュールケース内に充填されたことで、中空糸膜束は筒状部材に包まれた状態で容易にモジュールケース内へ充填されるので、従来のように中空糸膜の巻き付けに工数がかかり充填作業が非常に困難となることやモジュールケースへの挿入作業中に中空糸膜が傷つき易いという問題がなくなり、工程数が少なく製造容易となる。
【００４８】
中空糸膜束を包んだ状態の筒状部材は、モジュールケースの内側形状に合わせて丸められたことで、中空糸膜束のモジュールケースへの充填作業がスムーズに行え、製造容易となる。
【００４９】
モジュールケースは、充填された中空糸膜の長さ方向に外側表面を内側へ凹ませた凹部を設け、凹部に第２経路に至る第１開口部を形成し、かつ凹部となっていない外側表面に第２経路に至る第２開口部を形成したことで、凹部でスイープ効率確保のために見かけ上の径を小さくすることができ、モジュールケース内にインナーパイプが必要なくなり、インナーパイプの位置決めが必要ないことから工程数が削減できると共に、インナーパイプを用いておらずモジュールケースだけの製造で良く部品点数が削減でき、工程数が少なく製造容易となる。
【００５０】
モジュールケースは、凹部の設けられた周上の位置についての内側の形状を充填された中空糸膜の長さ方向の両端まで延長して内側へ突出させたことで、凹部のあるモジュールケースの内側の形状が充填された中空糸膜の長さ方向の途中から内側に突出することがなく両端まで延長して突出しているので、モジュールケース内で中空糸膜が曲がることなく略まっすぐ並ぶことができる。また、モジュールケースの一端からの挿入時の中空糸膜束の形状が保てるので挿入がスムーズに行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの図１Ａ−Ａ’断面を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの図２の断面を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの中空糸膜束の充填方法を説明する図である。他の変形例を示す説明図である。
【図５】他の中空糸膜モジュールに図４の中空糸膜束の充填方法を適用する場合を示す図である。
【図６】その他の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【図７】その他の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【図８】その他の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【図９】その他の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【図１０】その他の実施の形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【図１１】従来技術の中空糸膜モジュールを示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  中空糸膜モジュール
２  モジュールケース
２ａ  開口部
３  中空糸膜束
４  不織布
５  ポッティング部
６  凹部
６ａ  開口部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004810773.tif 000010
【図１０】
0004810773.tif 000011
【図１１】
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