(57)【要約】【課題】中空糸膜モジュールの形状などに対する制約が多い場合であっても、中空糸膜モジュールとして効率よく機能させる。【解決手段】モジュールケース５内に収容している中空糸膜束７は、各中空糸膜の上下両端が端板９，１１の表面に開口しており、上部の端板９の開口部から被加湿ガスを供給する。一方、第１ガス導入管１３から導入する加湿ガスは、モジュールケース５の上端側部の第１ガス流入口５ａから中空糸膜の外部に供給する。モジュールケース５の中空糸膜の延長方向中央部には、モジュールケース５の内径を小さくするための円筒部材２７を設け、中空糸膜モジュール１の上下両端部付近の中空糸膜の充填密度を、中央部よりも低くする。【選択図】図１
2007216176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容し、この容器内の前記中空糸膜の外部に第１のガスを流通させるとともに、前記中空糸膜の内部に第２のガスを流通させる中空糸膜モジュールにおいて、前記中空糸膜束は、前記中空糸膜の充填密度が異なる領域を備えていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記第１のガスを前記中空糸膜の外部に供給する第１ガス供給部を、前記中空糸膜束の一方の端部近傍に設けるとともに、前記第１のガスを前記容器の外部に流出させる第１ガス流出部を、前記中空糸膜束の他方の端部近傍に設け、前記第１ガス供給部近傍および第１ガス流出部近傍の前記中空糸膜の充填密度と、前記第１ガス供給部近傍と第１ガス流出部近傍との間の前記中空糸膜の充填密度とを、互いに異なら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。
【請求項３】
前記第１ガス供給部近傍および第１ガス流出部近傍の前記中空糸膜の充填密度を、前記第１ガス供給部近傍と第１ガス流出部近傍との間の前記中空糸膜の充填密度より低くしたことを特徴とする請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記容器内における前記中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積を、前記中空糸膜の延長方向に沿って不均一としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記容器の内面に凸部を設けることで、前記断面の面積を、前記中空糸膜の延長方向に沿って不均一としたことを特徴とする請求項４に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記第１ガス供給部近傍および第１ガス流出部近傍の前記断面の面積を、前記第１ガス供給部近傍と第１ガス流出部近傍との間の前記断面の面積より大きくしたことを特徴とする請求項４または５に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記中空糸膜は、両端部を、前記中空糸膜の延長方向に直交する断面内で周方向に互いにずらすことで、ずらさない前記中空糸膜に比較して全長を長く形成したことを特徴とする請求項３または６に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
前記中空糸膜束は、中心部とそれより外周側の前記容器内壁側とで、前記中空糸膜の充填密度が互いに異なっている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。
【請求項９】
前記中空糸膜束は、中心部における前記中空糸膜の充填密度を、それより外周側の前記容器内壁側における前記中空糸膜の充填密度より低くしていることを特徴とする請求項８に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１０】
前記中空糸膜の充填密度が低い領域の中心を、前記中空糸膜束の中心に対して偏心させたことを特徴とする請求項９に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１１】
前記第１ガス供給部と、前記第１ガス流出部とを、前記中空糸膜束を間に挟んで互いに反対方向に設け、前記中空糸膜の充填密度が低い領域の中心を、前記第１ガス流出部側に偏心させたことを特徴とする請求項１０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、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容して構成した中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空糸膜モジュールとして、例えば下記特許文献１には、燃料電池への供給ガスを加湿するための加湿装置に適用したものが記載されている。この中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容し、各中空糸膜の両端部を、樹脂からなる管板で固着し、その際各中空糸膜の両端を開口した状態とする。
【０００３】
そして、容器内の中空糸膜の外部に第１のガスを、中空糸膜の内部に第２のガスをそれぞれ供給し、この際、それぞれのガスは中空糸膜の内外の表面に接触して流れるので、水蒸気分圧の高いガス側の水蒸気が、水蒸気分圧の低いガス側へ中空糸膜を選択して通過ことによって加湿が行われる。
【０００４】
このとき、中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の有効長をＬ、容器の内径をＤとすると、Ｌ／Ｄが１．８以上、特に２〜６となるように設定することで、ガスの圧力損失を抑制しながら加湿効率を高めようとしている。
【特許文献１】特開２００４−５５５３４号公報（段落００１８，図３参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池を、各種部品のレイアウト制約の多い車両に搭載する場合、燃料電池とともに車両に搭載することになる加湿装置については、上記したような中空糸膜モジュールの必要な寸法設定を確保できないケースが発生し、また、中空糸膜モジュールは、通常全体の形状が円筒形であるが、矩形とする場合には、前述の寸法設定の要求を満たせない場合もあり、加湿効率が充分得られないことになる。
【０００６】
そこで、本発明は、中空糸膜モジュールの形状などに対する制約が多い場合であっても、中空糸膜モジュールを効率よく機能させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束を容器内に収容し、この容器内の前記中空糸膜の外部に第１のガスを流通させるとともに、前記中空糸膜の内部に第２のガスを流通させる中空糸膜モジュールにおいて、前記中空糸膜束は、前記中空糸膜の充填密度が異なる領域を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、中空糸膜モジュール内で、中空糸膜束における中空糸膜の充填密度が異なる領域を設けたので、モジュール形状やガス流通条件によりモジュール内でのガス流れに不均一性が生じる場合でも、それを打ち消してモジュール内のガス流れを極力均一化することができ、中空糸膜モジュールとして効率よく機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す中空糸膜モジュール１を備える加湿装置の平面図である図２のＡ−Ａ断面図である。この加湿装置は、図示しない燃料電池に供給するガスを加湿するもので、加湿により、燃料電池に使用するパーフルオロカーボンスルホン酸のような固体高分子電解質膜を適度な湿潤状態に保ち、これによりプロトン導電性の低下を防ぐとともに、固体高分子電解質膜と電極との接触不良を防止して、出力向上を図っている。
【００１１】
このような加湿装置は、全体が円筒形状を呈しており、円筒形のハウジング３の内部に前記した中空糸膜モジュール１を収容している。中空糸膜モジュール１は、図１中で上下両端が開口する円筒形の容器としてのモジュールケース５内に、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束７を収容している。
【００１２】
中空糸膜束７の図１中で上下両端部は、モジュールケース５の上下の開口部を閉塞するようにして設けてある固着部としての端板９，１１によって固着してある。この端板９，１１は、溶融状態の樹脂からなる固着剤を固化した、いわゆるポッティング部で構成してあり、その内部を各中空糸膜が図１中で上下に貫通し、端板９の上面および端板１１の下面のそれぞれに、各中空糸膜の上端および下端の各開口部が露出している。
【００１３】
すなわち、上記した各中空糸膜の図１中で上端のガス供給口となる開口部から第２のガスとしての乾燥した被加湿ガスが流入し、中空糸膜内を流通することで、中空糸膜の外部に供給される第１のガスとしての湿潤状態の加湿ガスにより加湿された後、下端のガス放出口となる開口部からモジュール外部へ流出する。
【００１４】
上記したモジュールケース５の上部および下部にそれぞれ対応する位置には、第１のガスがモジュールケース５内に流入する第１ガス供給部としての第１ガス流入口５ａおよび第１のガスがモジュールケース５外へ流出する第１ガス流出部としての第１ガス流出口５ｂを、円周方向に沿って複数設けている。そして、図１中で左側に位置する第１ガス流入口５ａに対応する位置のハウジング３には、第１ガス導入管１３を接続する。また、図１中で右側に位置する第１ガス流出口５ｂに対応する位置のハウジング３には、第１ガス流出管１５を接続する。
【００１５】
第１ガス導入管１３と第１ガス流出管１５との間における、ハウジング３とモジュールケース５との間には、円筒形状のシール材１７を嵌入する一方、ハウジング３とモジュールケース５との間の図１中で上下両端には、環状の端部シール材１９，２１をそれぞれ嵌入する。
【００１６】
これにより、シール材１７と端部シール材１９との間に環状の第１ガス導入空間２３が形成されるとともに、シール材１７と端部シール材２１との間に環状の第１ガス流出空間２５がそれぞれ形成される。
【００１７】
すなわち、第１のガスとしての加湿ガスが、第１ガス導入管１３から第１ガス導入空間２３および第１ガス流入口５ａを経て、モジュールケース５内の中空糸膜の外部に流入して流通し、中空糸膜の内部に供給される前記した第２のガスとしての被加湿ガスを加湿した後、第１ガス流出口５ｂおよび第１ガス流出空間２５を経て第１ガス流出管１５からモジュール外部へ流出する。
【００１８】
そして、モジュールケース５は、図１中で上下両端の第１ガス流入口５ａおよび第１ガス流出口５ｂにそれぞれ対応する部位を除く中空糸膜の延長方向中央部位の内面に、凸部としての円筒部材２７を設けている。これにより、モジュールケース５内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積を、中空糸膜の延長方向に沿って不均一としている。
【００１９】
特に、ここでは、モジュールケース５の図１中で上下方向中央部に円筒部材２７を設けることで、第１ガス流入口５ａ近傍および第１ガス流出口５ｂ近傍のモジュールケース５内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積を、第１ガス流入口５ａ近傍と第１ガス流出口５ｂ近傍との間のモジュールケース５内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積より大きくしている。
【００２０】
ここで、モジュールケース５内に収容している中空糸膜束７は、円筒部材２７を設けている中空糸膜の延長方向中央部位と、円筒部材２７を設けていない上下両端部とで、同一本数の中空糸膜が存在している。このため、両端部での中空糸膜束は、全体的に中央部位に比べて直径方向外側に広がった状態となり、モジュールケース５内での中空糸膜の充填密度としては、第１ガス流入口５ａ，第１ガス流出口５ｂを備える上下両端部に対応する領域が、円筒部材２７を設けている中央部の領域に比較して低くなっている。
【００２１】
次に作用を説明する。図１に示すように、図１中で上部における端板９の表面に開口している各中空糸膜の端部開口から、第２のガスである被加湿ガスを供給する一方、同上部における第１ガス導入管１３から第１のガスである加湿ガスを導入する。
【００２２】
中空糸膜の上端開口から供給する被加湿ガスは、中空糸膜内を下方に向けて流れ、下端開口からモジュール外部に流出する。
【００２３】
一方、第１ガス導入管１３から導入する加湿ガスは、環状の第１ガス導入空間２３に流入した後、第１ガス流入口５ａから中空糸膜の外部、すなわち中空糸膜束７における各中空糸膜相互間を下方に向けて流れ、第１ガス流出口５ｂから環状の第１ガス流出空間２５に流出しつつ、第１ガス流出管１５からモジュール外部へ流出する。
【００２４】
このようなガス流れの過程において、中空糸膜の外部を流れる加湿ガス中の水蒸気が中空糸膜を透過し、中空糸膜内を流れる被加湿ガスを加湿する。
【００２５】
ここで、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスの多くは、図１中の曲線状の矢印Ｂで示すように、中空糸膜束におけるガスの流れやすい部位を、大きな円弧を描くように、中空糸膜内を流れる被加湿ガスの流れと並行した状態で流れる。
【００２６】
このとき、本実施形態では、第１ガス流入口５ａ付近の中空糸膜束７は、充填密度を低くしているため、第１ガス流入口５ａから流入した加湿ガスの一部は、矢印Ｃのように、直径方向中心の、従来ではガスが流れにくい部位となっている内部まで入り込む。
【００２７】
その後、この内部まで入り込んだ加湿ガスは、円筒部材２７を設けた中空糸膜の延長方向中央部位においても中心部を下方に向けて流れ、下端部において、矢印Ｄのように外側に向かう流れとなり、前記矢印Ｂで示した加湿ガスの主流とともに、第１ガス流出口５ｂおよび第１ガス流出空間２５を経て第１ガス流出管１５からモジュール外部へ流出する。
【００２８】
図３および図４は、上記した本実施形態の円筒部材２７を設けていない中空糸膜モジュール１０での中空糸膜の外部を流れるガスの流速分布を、中空糸膜モジュール１０の正面断面図および平面図としてそれぞれ示している。
【００２９】
すなわち、この中空糸膜モジュール１０は、円筒部材２７を設けないことで、モジュールケース５内における、中空糸膜の延長方向に直交する断面の面積が、中空糸膜の延長方向に沿って均一化しており、このためモジュールケース５内に収容している中空糸膜束７の充填密度は、その全域にわたって均一化している。
【００３０】
このような中空糸膜モジュール１０において、中空糸膜の外部を流れるガスの流速は、図４の平面図では、中心部が最も遅く、その外側が中速で、さらにその外側が最も速くなっている。一方、図３の正面断面図をみると、上下両端の直径方向中央が最も遅く、上下方向の中央でかつ直径方向中央部が中速で、直径方向外側付近が最も速くなっている。
【００３１】
上記した図３および図４を総合してみると、ガス流速が最も遅い部分は、図３中で第１ガス流入口５ａ付近および第１ガス流出口５ｂ付近における直径方向中心部であり、この部分は、前記図１，図２に示した本実施形態において、中空糸膜束７の充填密度を低くした領域に相当する。
【００３２】
図３，図４のように、中空糸膜の外部を流れるガスの流速が遅い部位は、ガスが行き届きにくく、中空糸膜が有効に利用されていないことになり、中空糸膜モジュール１０として効率よく機能していないことになる。
【００３３】
一方、本実施形態においては、図１に示すように、上記したガスの行き届きにくい上下両端の中空糸膜束７の充填密度を、中空糸膜の延長方向中央部に比較して低くすることで、第１ガス流入口５ａからモジュールケース５内に流入した加湿ガスの一部が、矢印Ｃで示すように、中空糸膜束７の中心部にまで大きな流通抵抗を受けることなく入り込み、この中心部を下方に向けて流れていく。
【００３４】
また、図１中の下部においても、上記中心部を下方に向けて流れた加湿ガスが、中空糸膜の充填密度の低い下部にて矢印Ｄに示すように、大きな流通抵抗を受けることなく外側の第１ガス流出口５ｂに向けて容易に流れるものとなる。
【００３５】
このように、本実施形態では、中空糸膜束７における中空糸膜の充填密度を、第１ガス流入口５ａ付近および第１ガス流出口５ｂ付近で、中空糸膜の延長方向中央部に比較して低くするようにしたので、中空糸膜束７内の中心部にまで加湿ガスが効率よく流れ込み、中心部の中空糸膜も有効活用して加湿性能を高めることができ、中空糸膜モジュール１として効率よく機能させることができる。
【００３６】
図５は、本発明の第２の実施形態を示す中空糸膜モジュール１Ａを備える加湿装置の、前記図１に相当する断面図である。この中空糸膜モジュール１Ａは、モジュールケース５Ａの内径が、図５中で上下両端部から中央部に向けて徐々に小さくなるように、モジュールケース５Ａの内面に凸部２９を設けている。
【００３７】
すなわち、このモジュールケース５Ａは、図５中で中空糸膜の延長方向中央部の内径が最も小さく、上下両端部の内径が最も大きくなっている。
【００３８】
これにより、第２の実施形態においては、前記図１に示した第１の実施形態と同様に、中空糸膜束７における中空糸膜の充填密度が、第１ガス流入口５ａおよび第１ガス流出口５ｂ付近で、中空糸膜の延長方向中央部に比較して低くなるので、中空糸膜束７内の中心部にまで加湿ガスが効率よく流れ込み、中心部の中空糸膜も有効活用して加湿性能を高めることができ、中空糸膜モジュール１Ａとして効率よく機能させることができる。
【００３９】
また、第２の実施形態では、中空糸膜束７全体を、円筒形のモジュールケース５Ａの中心軸線を中心として捻った状態としている。つまり、後述する中空糸膜モジュール１Ａの製造方法で明らかになるが、中空糸膜束７の図５中で例えば上端部を固定した状態で、同下端部全体を、モジュールケース５Ａの上下方向に延びる中心軸線を中心として所定角度回転させ、捻る作業を行う。すなわち、中空糸膜の上下両端部を、中空糸膜の延長方向に直交する断面内で周方向に互いにずらすことで、ずらさない中空糸膜に比較して全長を長く形成している。
【００４０】
このように中空糸膜束７全体を捻った状態としても、各中空糸膜の両端は、上下の端板９，１１を貫通してその表面にそれぞれ開口した状態にある。したがって、中空糸膜束７の特に外周側付近にある中空糸膜は、捻る作業によってその全長が、捻る作用を受けにくい中心部のものに比較して長くなる。その結果、中空糸膜全体の膜面積が、捻らない場合に比較して広くなり、同一形状（大きさ）のモジュールケースを使用した場合に、加湿性能をより高めることができる。
【００４１】
次に、上記した中空糸膜モジュール１Ａの製造方法について、図６〜図１６を用いて説明する。まず、図６に示すように、多数の中空糸膜からなる中空糸膜束７をモジュールケース５内に収容するが、この際中空糸膜束７の両端部をモジュールケース５Ａから上下にそれぞれ突出させた状態とする。なお、このとき中空糸膜束７の図６中で下部については、特に突出させなくても構わない。
【００４２】
そして、これら中空糸膜束７およびモジュールケース５Ａの下端を、上部が開放している円形の固着剤収容キャップ３１内に挿入する。このとき、各中空糸膜の端部開口は、加熱したり、あるいは樹脂を接着するなどして閉塞した状態とし、また中空糸膜束７およびモジュールケース５の下端は、固着剤収容キャップ３１の底部に対して離間させる。
【００４３】
上記した固着剤収容キャップ３１の外周縁に設けた側壁３１ａの一部には、固着剤注入口３１ｂを設けてあり、この固着剤注入口３１ｂから、図７に示すように、溶融状態のポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなるポッティング樹脂３３を、固着剤収容キャップ３１内に注入する。
【００４４】
この際、注入するポッティング樹脂３３は、中空糸膜相互間に入り込んで行くが、中空糸膜の端部開口は閉塞しているので、中空糸膜の内部に入り込むことはなく、また注入量は、ポッティング樹脂３３の上面が、側壁３１ａの上端と第１ガス流入口５ａとの間の適宜位置となるようにする。
【００４５】
なお、ポッティング樹脂３３を注入する際には、モジュールケース５Ａの外周面と固着剤収容キャップ３１の側壁３１ａの内周面との間は、ほぼ密着状態としており、これら両者間からのポッティング樹脂３３の漏れを防止している。
【００４６】
その後、上記注入したポッティング樹脂３３が固化することで、複数の中空糸膜を固着させるとともに、モジュールケース５Ａに対してもポッティング樹脂３３が固着し、これらが一体化する。
【００４７】
そして、これら固化したポッティング樹脂３３によって一体化したものを、図８に示すように、固着剤収容キャップ３１の側壁３１ａ上端位置とほぼ同位置にて水平方向に切断する。これにより、図９に示すように、モジュールケース５Ａの図９中で下端開口は、上記したポッティング樹脂３３からなる端板９によって閉塞した状態となる。この切断作業での中空糸膜については、下端開口を閉塞した部分を切断することになるので、各中空糸膜の図９中で下端部が、端板９の表面にて開口した状態となる。
【００４８】
次に、上記図９の状態のモジュールケース５Ａを中空糸膜束７とともに、図１０のように上下反転させ、この状態で図１１に示すメッシュ部材３５を、モジュールケース５Ａの下端部に嵌め込む。
【００４９】
メッシュ部材３５は、円筒部３５ａと、円筒部３５ａの図１１中で下部の開口を覆うメッシュ３５ｂとからなり、円筒部３５ａの内径をモジュールケース５Ａの外径より僅かに大きくしている。また、メッシュ３５ｂは、中空糸膜が１本ないしは数本が挿入可能な孔を多数設けた、例えば網状の部材である。
【００５０】
このように構成したメッシュ部材３５のメッシュ３５ｂの各孔に、モジュールケース５Ａから突出している中空糸膜を適宜本数挿入しつつ、モジュールケース５Ａの下部が円筒部３５ａの内側に入り込むように、メッシュ部材３５をモジュールケース５Ａの下端に嵌め込む。
【００５１】
その後、図１２に示すように、メッシュ部材３５を、モジュールケース５Ａの上下に延びる中心軸線を中心としてモジュールケース５Ａに対して矢印Ｅのように、例えば４５度〜６０度程度回転させる。これにより、中空糸膜束７は、前述したように、その全体が捻られた状態となり、その結果中空糸膜束７の特に外周側付近にある中空糸膜は、モジュールケース５Ａの上下方向長さの範囲において、図１２中で上下鉛直方向に対しより傾斜するものとなって全長が中心部のものに比較して長くなる。
【００５２】
次に、図１３に示すように、上記図１２の状態のモジュールケース５Ａの下端を、中空糸膜束７およびメッシュ部材３５とともに、上部が開放している円形の固着剤収容キャップ３７内に挿入する。このとき、各中空糸膜の端部開口は、前記と同様にして加熱したり、あるいは樹脂を接着するなどして閉塞した状態とし、また中空糸膜束７およびモジュールケース５の下端は、固着剤収容キャップ３７の底部に対して離間させる。
【００５３】
上記した固着剤収容キャップ３７の外周縁に設けた側壁３７ａの一部には、固着剤注入口３７ｂを設けてあり、この固着剤注入口３７ｂから、図１４に示すように、溶融状態のポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなるポッティング樹脂３９を、固着剤収容キャップ３７内に注入する。
【００５４】
この際、注入するポッティング樹脂３９は、中空糸膜相互間に入り込んで行くが、中空糸膜の端部開口は閉塞しているので、中空糸膜の内部に入り込むことはなく、また注入量は、ポッティング樹脂３９の上面が、互いに同一面となっている側壁３７ａおよび円筒部３５ａの各上端面と、第１ガス流出口５ｂとの間の適宜位置となるようにする。
【００５５】
なお、ポッティング樹脂３９を注入する際には、モジュールケース５Ａの外周面とメッシュ部材３５の円筒部３５ａの内周面との間および、円筒部３５ａの外周面と固着剤収容キャップ３７の側壁３７ａの内周面との間は、いずれもほぼ密着状態としており、これら各間からのポッティング樹脂３９の漏れを防止している。
【００５６】
その後、上記注入したポッティング樹脂３９が固化することで、複数の中空糸膜を固着させるとともに、モジュールケース５Ａに対してもポッティング樹脂３９が固着し、これらが一体化する。
【００５７】
そして、これら固化したポッティング樹脂３９によって一体化したものを、図１５に示すように、固着剤収容キャップ３７の側壁３７ａ上端位置とほぼ同位置にて水平方向に切断する。完成した中空糸膜モジュール１Ａを図１６に示す。これにより、モジュールケース５Ａの図１６中で下端開口は、上記したポッティング樹脂３９からなる端板１１によって閉塞した状態となる。この切断作業での中空糸膜については、下端開口の閉塞した部分を切断することになるので、各中空糸膜の図１６中で下端部が、端板１１の表面にて開口した状態となる。
【００５８】
図１７は、本発明の第３の実施形態に係わる中空糸膜モジュール１Ｂを備える加湿装置の、前記図１に相当する断面図、図１８は、前記図２に相当する平面図である。この中空糸膜モジュール１Ｂは、前記図１に示した中空糸膜モジュール１における円筒部材２７を排除した上で、中空糸膜束７における中空糸膜の充填密度を、中心部とそれより外周側のモジュールケース５の内壁側との間で互いに異ならせている。
【００５９】
具体的には、上記した中空糸膜の充填密度を、中空糸膜束７おける直径方向中心部で最も低くし、中心部から外周側に向かうに従って、徐々に高くしている。すなわち、中空糸膜の充填密度は、中心部Ｐで最も低く、最外周部Ｒで最も高く、これら相互の中間部Ｑで中程度とし、充填密度分布を同心円状に変化させている。
【００６０】
上記図１７，図１８に示した第３の実施形態によれば、中空糸膜束７おける直径方向中心部の中空糸膜の充填密度を低くすることにより、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスが到達しにくい中心部でのガス流通抵抗を小さくすることができる。これにより、第１ガス流入口５ａから流入した加湿ガスがモジュール中心部まで到達しやすくなりかつ、中心部にて下方に向けてスムーズに流れるので、加湿に活用できる中空糸膜面積を大きくとることができ、加湿性能を向上させることができる。
【００６１】
ここで、第３の実施形態では、最外周部Ｒの中空糸膜の充填密度は低くせず一般的な充填密度としているので、中空糸膜束７の全域について中空糸膜の充填密度を低くしてガス流通抵抗を抑える場合に対し、中空糸膜面積を大きくとることができ、加湿性能維持に寄与することができる。
【００６２】
また、最外周部Ｒの中空糸膜の充填密度を高く維持したままであるので、加湿ガスがモジュールケース５内に流入する際の中空糸膜の強度を維持でき、中空糸膜の信頼性を確保することができる。
【００６３】
図１９は、本発明の第４の実施形態に係わる中空糸膜モジュール１Ｃを備える加湿装置の、前記図１に相当する断面図、図２０は、前記図２に相当する平面図である。この中空糸膜モジュール１Ｃは、前記図１７，図１８に示した第３の実施形態における中空糸膜モジュール１Ｂの同心円状に変化させた中空糸膜の充填密度分布に対し、中空糸膜の充填密度が最も低い中心部Ｐの領域を、図１９，図２０中で右側、すなわち第１ガス流出部となる第１ガス流出管１５側に偏心させている。
【００６４】
また、中空糸膜の充填密度が中程度の中間部Ｑについても、中心部Ｐと同方向に偏心させているが、その偏心量は、中心部Ｐより小さくしている。つまり、中心部Ｐは中間部Ｑに対しても同方向に偏心していることになる。
【００６５】
したがって、この例では、中空糸膜モジュール１Ｃの中心軸線を境にして、第１ガス供給部となる第１ガス導入管１３を備える図１９，図２０中で左側と、第１ガス流出管１５を備える図１９，図２０中で右側とでは、前者の方が後者に比較して、最外周部Ｒおよび中間部Ｑの中空糸膜束７の厚さが厚く、また中心部Ｐについては逆に、後者の方が前者に比較して、中空糸膜束７の厚さが厚くなっている。
【００６６】
このように構成した第４の実施形態によれば、中空糸膜束７おける直径方向中心部の中空糸膜の充填密度を低くすることで、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスの流通抵抗が小さくなって、第１ガス流入口５ａから流入した加湿ガスがモジュール中心部まで到達しやすくなり、加湿に活用できる中空糸膜面積を大きくとれて加湿性能が向上するなど、前記した第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、第４の実施形態によれば、第１ガス導入管１３から第１ガス導入空間２３に流入した加湿ガスは、中空糸膜モジュール１Ｃの全周に設けてある第１ガス供給口５ａのうち、第１ガス導入管１３近傍でガス流速が比較的大きいので、第１ガス導入管１３を設けてある側について、中空糸膜の充填密度の高い領域を多くすることで、加湿ガスが流入する際の中空糸膜の強度をより確実に維持でき、中空糸膜の信頼性確保が充分なものとなる。
【００６８】
さらに、第４の実施形態では、第１ガス導入管１３を図１９，図２０中で左側に、第１ガス流出管１５を同右側に、それぞれ設定位置することで、中空糸膜の外部を流れる加湿ガスの流れの中心部が、図１９に示すように、中空糸膜モジュール１Ｃの中心軸線に対し、第１ガス流出管１５を設定してある図１９中で右側に寄っており、これに対応して中空糸膜の充填密度が低い中心部Ｐを、同右側に偏心させている。
【００６９】
これにより、中空糸膜束７内における加湿ガスの流れが、中空糸膜の充填密度分布に対応したものとなり、加湿ガスの流通抵抗が小さくなって、各第１ガス流入口５ａから流入した加湿ガスがモジュール中心部まで効率よく到達するものとなり、加湿に活用できる中空糸膜面積を大きくとれて加湿性能が向上する。
【００７０】
なお、上記した各実施形態では、中空糸膜の内部に被加湿ガスを、同外部に加湿ガスを流す例を示したが、これとは逆に中空糸膜の内部に加湿ガスを、同外部に被加湿ガスを流すようにしてもよい。また、中空糸膜モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃを、加湿装置としてだけでなく、濾過器として利用することもできる。
【００７１】
また、上記した各実施形態においては、中空糸膜モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃとして、全体が円筒形状を呈したものを示したが、円筒形状に限らず、角柱形状であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる中空糸膜モジュールを備える加湿装置の平面図である。
【図３】第１の実施形態における円筒部材を設けない場合の中空糸膜の外部を流れるガスの流速分布を示す中空糸膜モジュールの正面断面図である。
【図４】第１の実施形態における円筒部材を設けない場合の中空糸膜の外部を流れるガスの流速分布を示す中空糸膜モジュールの平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係わる中空糸膜モジュールを備える加湿装置の、図１に相当する断面図である。
【図６】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、中空糸膜束およびモジュールケースの下端を固着剤収容キャップに挿入した状態を示す。
【図７】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、溶融状態の樹脂を固着剤収容キャップ内に注入した状態を示す。
【図８】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、樹脂が固化した状態で不要部位を切断する状態を示す。
【図９】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、固化した樹脂の不要部位を切断した後の状態を示す。
【図１０】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、図９の状態のモジュールケースを中空糸膜束とともに上下反転させて、メッシュ部材をモジュールケースの下端部に嵌め込んだ状態を示す。
【図１１】メッシュ部材の斜視図である。
【図１２】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、メッシュ部材をモジュールケースに対して回転させて中空糸膜束を捻る状態を示す。
【図１３】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、図１２のモジュールケースの下端を、中空糸膜束およびメッシュ部材とともに固着剤収容キャップに挿入した状態を示す。
【図１４】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、溶融状態の樹脂を固着剤収容キャップ内に注入した状態を示す。
【図１５】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、樹脂が固化した状態で不要部位を切断する状態を示す。
【図１６】図５の中空糸膜モジュールの製造工程図で、切断後の完成した状態を示す。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係わる中空糸膜モジュールを備える加湿装置の、図１に相当する断面図である。
【図１８】図１７の中空糸膜モジュールの平面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係わる中空糸膜モジュールを備える加湿装置の、図１に相当する断面図である。
【図２０】図１９の中空糸膜モジュールの平面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  中空糸膜モジュール
５  モジュールケース（容器）
５ａ  第１ガス流入口（第１ガス供給部）
５ｂ  第１ガス流出口（第１ガス流出部）
７  中空糸膜束
１３  第１ガス導入管（第１ガス供給部）
１５  第１ガス流出管（第１ガス流出部）
２７  円筒部材（凸部）
２９  凸部  
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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