ガス分離膜モジュール
【課題】交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利なガス分離膜モジュールを提供する。
【解決手段】このガス分離膜モジュールは、多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている。
【解決手段】このガス分離膜モジュールは、多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的透過性を有する多数の中空糸膜を利用してガス分離を行うガス分離膜モジュールに関する。特には、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利な分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、選択的透過性を有する分離膜を用いてガス分離（例えば、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）を行うガス分離膜モジュールとしては、プレートおよびフレーム型、チューブラー型、中空糸型などがある。そのなかでも、中空糸型のガス分離膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積がもっとも大きいという利点を有するだけでなく、耐圧性、自己支持性の点においても優れているので、工業的に有利であり、広範囲に利用されている。
【０００３】
中空糸型のガス分離膜モジュールは、一般に、選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束を有する中空糸エレメントと、それを収容する筒状容器とを備えている。中空糸エレメントの中空糸束は、その一端または両端が、樹脂の硬化板（管板）によって、容器の端部に固定される。筒状容器の端部にはキャップ部材が取り付けられ、これにより容器内が密閉される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガス分離膜モジュールにおいては、上記の通り、筒状容器の端部にキャップ部材が取り付けられ、これらが全体として１つのケースを形成するものであったため、分離膜モジュールを交換する際に、モジュール全体を交換する必要があった。そのため、本来交換する必要のないキャップ部材なども一緒に交換されることとなり、交換部品のコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
一方、ケース内の中空糸エレメントのみを交換可能とすることも考えられうるが、この場合、例えば、ケース内に中空糸エレメントを脱着させる構造などを作り込む必要があり、モジュール構造の複雑化を招き、軽量化にも不利となりうる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利であり、小型軽量化が容易な分離膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一形態に係る分離膜モジュールは、下記の通りである。
１． 多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、
前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、
前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュール。
【０００８】
２．前記固定具として、前記キャップ部材どうしを連結する少なくとも１本の固定ロッドを有し、
各キャップ部材には、前記固定ロッドが挿通される通し孔が形成されている、
上記１に記載のガス分離膜モジュール。
【０００９】
３．前記キャップ部材は、前記筒状容器の端部に被せるように取り付けられるものであって、
前記シーリング部材は、前記カートリッジの外周と前記キャップ部材の内周との間に配置される弾性リング部材である、上記１または２に記載のガス分離膜モジュール。
【００１０】
４．前記弾性リング部材は、前記キャップ部材の内周に保持されており、交換時に前記カートリッジを前記キャップ部材から外した際にも前記キャップ部材側に残るように構成されている、上記３記載のガス分離膜モジュール。
【００１１】
５．前記カートリッジは、前記中空糸束の端部を保持するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶するための管板を有し、
前記筒状容器の内部であって前記管板に面する領域に、内周溝が形成され、
前記管板の一部が該内周溝に係合している、上記１〜４のいずれかに記載のガス分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利であり、小型軽量化が容易な分離膜モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係るガス分離膜モジュールの断面図である。
【図２】図１のモジュールの筒状部材の断面図である。
【図３】図１のモジュールのキャップ部材の正面図および側面断面図であり、図３（Ａ）は図３（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図４】固定ロッドの本数を変更した例を示すためのキャップ部材の模式図である。
【図５】本発明の他の形態に係るガス分離膜モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図６】図５のモジュールを側面側から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。なお、本発明は以下の形態に示される構成に限定されるものではなく、必要に応じて、部品の追加または省略、形状の変更等がなされてもよい。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１に示すように、このガス分離膜モジュール２０１（以下、単に分離膜モジュールともいう）は、内部に中空糸束２１５を収容した筒状のカートリッジ２１０と、その両端部に取り付けられたキャップ部材２２０、２２１と、これらのキャップ部材２２０、２２１を固定する固定ロッド２４５等を備えている。
【００１６】
カートリッジ２１０は、両端が開口した筒状容器２１１と、その内部に収められた中空糸束２１５と、中空糸束２１５の端部を保持するとともに筒状容器２１１の内部と外部とを隔絶するための管板２３０、２３１とを有している。
【００１７】
中空糸束２１５は、従来公知のものを利用可能である。中空糸束２１５は、例えば、１００〜１，０００，０００本程度の中空糸膜２１４を集束したものであってもよい。中空糸膜２１４は、ガス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構わない。例えば高分子材料特にポリイミド、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ものは、ガス分離性能が良好であるので好適である。集束された中空糸束の形状は特に制限はないが、製造の容易さおよび容器の耐圧性の観点からは、円柱状に集束された中空糸束であってもよい。なお、図１では中空糸膜２１４が実質的に平行に配列されている形態を例示しているが、各中空糸膜が交叉配列されている形態であってもよい。
【００１８】
筒状容器２１１の断面形状は、円形、楕円形、または多角形などどのような形状であってもよい。以下の説明では円形の例を説明する。筒状容器２１１は、一例として、１本の金属製のパイプを加工することにより作製されたものであってもよい。本実施形態では、一例として、キャップ部材２２０、２２１を筒状容器２１１に固定するための手段がカートリッジ側である筒状容器２１１に設けられていないこと（すなわち、キャップ部材を筒状容器に固定しない構造であること）が好ましい。これによれば、筒状容器２１１に対する加工、例えば、フランジの作製、ネジ孔の形成、固定ピンの配置などが不要となる。
【００１９】
図２に示すように、筒状容器２１１の内部のうち端部付近には、内周溝２１７が形成されており、内径が部分的に大きくなっている。後述するように、内周溝２１７には管板２３０、２３１の一部が嵌り込む。この内周溝２１７から所定の間隔をあけてさらに内側（端部から離れる方向）には、もう１つの内周溝２１８が形成されている。各内周溝２１７、２１８に関し、掘り込まれた溝の断面形状は、例えば、矩形型、略矩形型、台形型、または略台形型であってもよい。
【００２０】
内周溝２１８が形成された部分には、容器内のガスを外部へと排出するための開口部２１２が複数形成されている。開口部２１２の数や位置は特に限定されるものではない。一例として、複数の開口２１２が筒状容器２１１の周囲に等間隔で形成されていてもよい。図２に示すように、筒状部材２１１の外周であって内周溝２１８よりもやや内側（筒端部から離れる方向）には、後述する弾性リング部材Ｒ２を嵌めるための外周溝２１９が形成されている。
【００２１】
カートリッジ２１０の管板２３０および２３１（図１参照）は、一例としてエポキシ樹脂であり、容器２１１の端部に嵌め込まれるような略円盤状に形成されている。管板２３０と管板２３１とは、基本的に同様の構造となっているので、以下では一方の管板２３０についてのみ説明する。各中空糸膜２１４はこの管板２３０をその厚み方向に貫通しており、各中空糸膜２１４の端部は管板２３０の外側に開口している。管板２３０は、多数の中空糸膜２１４を一体に固着し、また、筒状容器２１１の内部と外部とを隔絶する。管板を形成する硬化樹脂は、十分な耐久性を備え、中空糸モジュール内の気密を保持出来る物であれば特に制限はない。脱水用途や、加湿用途に用いる場合には、水蒸気に対する耐久性を併せて備えていることが好ましい。通常、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に用いられる。耐久性の面、および、強度の面からエポキシ樹脂が特に好適に用いられる。エポキシ樹脂は、例えば、窒素膜モジュールの場合には特公平２−３６２８７等に記載されたようなものを利用可能であり、また、有機蒸気分離モジュールの場合にはＷＯ２００９／０４４７１１等に記載されたようなものを利用可能である。管板は、遠心成型、静置成型等の公知の手法によって好適に形成される。
【００２２】
なお、上記において、管板が筒状容器の内部と外部とを「隔絶する」とは、管板によって実質的な隔絶が行われていればよいことを意味し、管板の外周部が必ずしも筒状容器の内面に接着されている必要はない。
【００２３】
図１に示すように、管板２３０の一部は筒状容器２１１の端部からやや突出しており、管板２３０の端部の外周に沿ってチャンファー面（テーパー面）が形成されている。管板２３０を作製する工程としては、一例として、まず、筒状容器２１１内に中空糸束２１５を配置し、この状態で筒状容器２１１の端部に不図示の金型（一例）を取り付ける。次いで、この金型内および筒状容器２１１内に向けて樹脂を注入し硬化させる。樹脂の硬化後、金型を取り外し、硬化した樹脂の端部を切断することにより、管板２３０の端面を形成するとともに中空糸膜２１４端部を開口させる。管板２３０のチャンファー面は、金型によって形成されてもよいし、樹脂硬化後の二次加工で形成されてもよい。
【００２４】
筒状容器２１１内には内周溝２１７が形成されているので、管板２３０の樹脂はこの溝２１７内にも充填される。その結果、管板２３０の一部が内周溝２１７に係合することとなり、管板２３０の筒状容器２１１に対する軸方向の位置決めがなされる。通常、分離膜モジュール２０１の使用時には管板２３０に対してそれを筒状容器２１１内へと押し込む方向の圧力が作用するが、本実施形態の構成によれば、管板２３０の一部が内周溝２１７に係合しているので、使用時の圧力によって管板２３０が筒状容器２１１内へと押し込まれることはない。
【００２５】
次いで、図１、図３を参照してキャップ部材２２０、２２１の構造について説明する。この例では、キャップ部材２２０、２２１は基本的に同様の構造となっているので、以下では一方のキャップ部材２２０についてのみ説明し、キャップ部材２２１については異なる部分のみを説明する。キャップ部材２２０、２２１の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属製であってもよい。なお、当然ながら、それぞれのキャップ部材２２０、２２１が異なる形状を有していてもよく、各キャップ部材２２０、２２１の形状は分離膜モジュールの用途や仕様に応じて適宜変更可能である。
【００２６】
図１、図３に示すように、キャップ部材２２０は有底円筒状の形を有しており、具体的には、図３（Ａ）に示されているように、筒状容器２１１の開口部を覆う端面２２０Ａと、その周縁部から延びる円筒部２２０Ｂとを有している。
【００２７】
端面２２０Ａには、混合ガスを導入するためのガス導入口Ｐ１が形成されている。円筒部２２０Ｂの内側には、内周溝２２７ａ、２２７ｂが形成されている。図１に示すように、内周溝２２７ａには、シールのための弾性リング部材Ｒ１（詳細下記）が嵌め込まれる。もう１つの内周溝２２７ｂは、キャップ部材２２０を筒状容器２１１に嵌めたときに、筒状容器２１１を一周するガス流路Ｐ３を形成するためのものである。なお、他方のキャップ部材２２１には、非透過ガス排出口Ｐ２が形成されている。
【００２８】
ガス流路Ｐ３（図１）は、筒状容器２１１の複数の開口部２１２と連通しており、容器内部のガスが各開口部２１２を通じてガス流路Ｐ３に流入するようになっている。このガスは、キャップの円筒部２２０Ｂに形成された１つの排出口２２３から外部へと排出される。なお、図１の形態においては、キャップ部材２２１に排出口２２３に相当するもの（開口部）は形成されていないが、モジュールの用途等によっては、キャップ部材２２１に開口部を設けるともに、それに対応して筒状容器２１１に１つまたは複数の開口部２１２を設けてもよい。
【００２９】
再び図３を参照すると、円筒部２２０Ｂには、固定ロッド２４５（図１、詳細下記）を挿通させるための複数の通し孔２２０ｈが形成されている。この例では、６つの通し孔２２０ｈが周方向に等間隔で配置されている。このように、円筒部２２０Ｂに通し孔２２０ｈが形成されそこに固定ロッド２４５が通される構成の場合、次のような点で有利である。すなわち、このような構成によれば、キャップ２２０の一部である円筒部２２０Ｂが固定ロッド２４５を保持することとなるため、固定ロッドを保持するための特別な構造をキャップ部材２２０に別途設ける必要がない。そのため、キャップ部材２２０ひいては分離膜モジュール２０１の小型化を図ることができ、モジュールの軽量化にも寄与する。
【００３０】
なお、固定ロッド２４５の本数は６本に限らず、１〜５本または７本以上であってもよく、一例として図４に示すように、３本、４本、または８本等であってもよい。固定ロッド２４５の材質は特に限定されるものではないが、一例として金属製であってもよい。
【００３１】
図３（Ｂ）に示すように、円筒部２２０Ｂのうち、排出口２２３が開口する部分においては円筒部２２０Ｂの一部が切削され、平坦部２２０ｆが形成されている。また、円筒部２２０Ｂの底部には、一例として、分離膜モジュールの転がり防止のための平坦部２２０ｇが形成されている。
【００３２】
図１に示すように、キャップ部材の内周溝２２７ａには、管板２３０とキャップ部材２２０との間をシールする弾性シール部材Ｒ１が嵌め込まれている。弾性リング部材Ｒ１は、交換時に前記カートリッジ２１０をキャップ部材２２０から外した際にもキャップ部材２２０側に残るように構成されている。弾性リング部材Ｒ１としては、例えば、Ｏリング（断面形状が略円形）であってもよいし、または、それぞれ断面形状が略Ｖ型のＶパッキン、断面形状が略Ｕ字型のＵパッキン等であってもよい。さらに、断面形状が楕円形、矩形、多角形、Ｘ形などであってもよい。
【００３３】
筒状容器２１１と円筒部２２０Ｂとの間には、別の弾性リング部材Ｒ２が筒状容器２１１の外周溝２１９内に嵌め込まれるようにして配置されており、これにより両部材間がシールされる。この弾性リング部材Ｒ２も、上記同様、Ｏリング、ＶパッキンまたはＵパッキンなど種々のものを利用できる。
【００３４】
図１、図３に示すように、キャップ部材２２０、２２１どうしは、６本（一例）の固定ロッド２４５およびその両端に取り付けられるナット２４６によって、互いに固定される。本実施形態では、このように、カートリッジ２１０とは別部品として用意された固定具によってキャップ部材２２０、２２１を互いに固定する構造であるので、カートリッジ２１０側（特には、筒状部材２１１）に固定のためのフランジなどを設ける必要がなく、カートリッジ２１０の構造を簡素化できる。
【００３５】
なお、キャップ部材２２０、２２１を固定するための固定具は、これに限定されるものではなく、種々のものを利用可能である。例えば、固定ロッドの一端が大径のヘッド部となっており、他端にナットが取り付けられるものであってもよい。あるいは、キャップ部材２２０の通し孔２２０ｈの内周にネジが切られるとともに、これに対応してロッド端部にもネジが切られており、ロッド端部が通し孔２２０ｈ内にねじ込まれるものであってもよい。あるいは、キャップ部材どうしを機械的に連結固定するその他の機構、例えば、クランプを用いてモジュールの両端（キャップ部材２２０、２２１）を挟み込むように固定する機構を利用してもよい。
【００３６】
さらには、キャップ部材２２０、２２１どうしに固定するものに限らず、各キャップ部材２２０、２２１を所定の固定位置に固定する機構であって、キャップ部材２２０、２２１間にカートリッジ２１０が脱着可能に設けられたものを利用することも可能である。例えば、分離膜モジュールが搭載される装置または設備の一部がベース部材（不図示）として機能し、各キャップ部材２２０、２２１がそのベース部材に対して固定されるような構成を利用してもよい。
【００３７】
本実施形態の分離膜モジュール２０１では例えば次のようなガス分離が行われる：加圧状態の空気が、ガス導入口Ｐ１を通じて容器内部へと導入され、この空気は中空糸膜２１４の開口端部からその内部に送り込まれる。加圧空気が中空糸膜２１４内を流れる間に、酸素富化空気が選択的に膜外へと透過し、透過した酸素富化空気は管板間の中空糸束が収納されている空間内（透過側空間）に移動する。この透過ガスは、透過ガス排出口である開口部２１２および開口部２２３から外部へと排出される。一方、透過しなかった窒素富化空気は、中空糸膜２１４のもう一方の開口を経て非透過ガス排出口である非透過ガス排出口Ｐ２から外部に排出される。
【００３８】
以上に説明した本実施形態の分離膜モジュール２０１によれば、中空糸束２１５を収容したカートリッジ２１０が、キャップ部材２２０、２２１の間に交換可能に取り付けられるように構成されているため、交換時にはカートリッジを替えるだけで済み、モジュール全体を交換する必要がないため交換部品のコストを抑えることが可能となる。
【００３９】
一方、内部の中空糸エレメント２１５に相当するもののみを交換するような構造も考えられうるが、この場合、筒状容器２１１内にその交換部品を脱着させる構造などを作り込む必要がある。これに対して本実施形態では、カートリッジ２１０の一部である筒状容器２１１が、そのままモジュール２０１のケースとして機能するようになっているので、複雑な構造が不要となる。これは、分離膜モジュール２０１全体の軽量化に有利であり、特に、例えば航空分野など、モジュールの軽量化が望まれる分野において特に好適に応用することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態の構成によれば、カートリッジ２１０とは別部品の固定手段（２４５、２４６）でキャップ部材２２０、２２１を連結するものであるので、筒状容器２１１にキャップ部材を連結するための構造部（例えばフランジ部など）を形成する必要がない。そのため、カートリッジ２１０の構造を簡素化でき、また、製造コストも抑えることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、弾性リング部材Ｒ１が、キャップ部材２２０、２２１の内周に保持されていて、交換時にカートリッジ２１０を外した際にもリング部材Ｒ１がキャップ部材側に残るようになっている。このようは構成によれば、カートリッジ２１０側にリング部材Ｒ１を設けるのに比べて、カートリッジ２１０の製造コストを抑えるのに有利である。
【００４２】
図１に示すように、本実施形態の構成では管板２３０の端部の外周に沿ってチャンファー面（テーパー面）が形成されているので、管板２３０の端部を弾性リング部材Ｒ１内にスムーズに挿入することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明は図示した形態に限らず種々変更可能である。例えば、各部材間をシールするためのシーリング部材に関し、その形状および配置位置は適宜変更してもよい。弾性リング部材Ｒ１、Ｒ２の他に、追加のシーリング部材が設けられてもよい。
【００４４】
図１に示すように、上記実施形態では筒状容器２１１の外周に弾性リング部材Ｒ２が嵌められる構成を例示したが、本発明はこれに限らず、キャップ部材２２０、２２１の内周に弾性リング部材Ｒ２が設けられ、カートリッジの交換時にその弾性リング部材Ｒ２がキャップ部材２２０、２２１側に残る構成としてもよい。この場合、カートリッジ２１０の筒状容器２１１に外周溝２１９を形成する必要がなくなるので、カートリッジ２１１の製造コストをより抑えることができる。
【００４５】
上記実施形態では、いわゆるボアフィード型を構成する分離膜モジュールの例を示したが、本発明は、シェルフィード型を構成する分離膜モジュールにも応用可能である。この場合、シェルフィード型に対応したカートリッジが、上記に説明したようなキャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられる構成とすればよい。
【００４６】
（他の実施形態）
図５は、本発明の他の形態に係るガス分離膜モジュールを模式的に示す斜視図である（固定具は図示を省略）。このガス分離膜モジュールＡ２０１では、一対の保持部材Ａ２２０、Ａ２２１によって複数のカートリッジＡ２１０が保持されている。なお、図５ではカートリッジＡ２１０が３本であるが、当然ながら２本または４本以上のカートリッジＡ２１０を保持する構成としてもよい。カートリッジＡ２１０の配置に関し、図５のようにカートリッジＡ２１０が一列に並べられた配置であってもよいし、複数のカートリッジＡ２１０が立体的に並べられた配置であってもよい。
【００４７】
保持部材Ａ２２０は、図１におけるキャップ部材２２０に対応する部材であり、他方、保持部材Ａ２２１は、図１におけるキャップ部材２２１に対応する部材である。保持部材Ａ２２０は、各カートリッジＡ２１０にガスを供給するための共通のガス導入口Ｐ１を有していてもよい。この構成の場合、保持部材Ａ２２０の内部に、ガス導入口Ｐ１とそれぞれのカートリッジＡ２１０とを接続する流路（不図示）が形成され、ガス導入口Ｐ１からガスが各カートリッジＡ２１０に供給されるようになっていてもよい。
【００４８】
保持部材Ａ２２０は、各カートリッジＡ２１０からの透過ガスを外部に取り出すための共通の透過ガス出口Ｐ４を有していてもよい。この場合、保持部材Ａ２２０の内部に、各カートリッジＡ２２０に設けられた透過ガスの排出口（不図示）と透過ガス出口Ｐ４とを接続する流路（不図示）が形成されていてもよい。
【００４９】
同様に、他方の保持部材Ａ２２１が、各カートリッジＡ２１０からの非透過ガスを外部に取り出すための共通の非透過ガス出口Ｐ２を有していてもよい。保持部材Ａ２２１の内部に、各カートリッジＡ２１０に設けられた非透過ガスの排出口（不図示）とこの出口Ｐ２とを接続する流路（不図示）が形成されていてもよい。
【００５０】
図５のような構成によれば、保持部材Ａ２２０、Ａ２２１によって複数のカートリッジＡ２１０をまとめて保持するものであるので、カートリッジＡ２１０を１本ずつ保持するものに比べて構成の簡素化を図ることができる。また、ガス導入口Ｐ１、透過ガス出口Ｐ４および非透過ガス出口Ｐ２も共通化されているので、この点でも構成の簡素化が図られている。
【００５１】
なお、ガス導入口Ｐ１、透過ガス出口Ｐ４および非透過ガス出口Ｐ２のうち、いずれかもしくは２つのみが共通化され、残りが各カートリッジＡ２１０に対応して１つずつ設けられていてもよい。図５では図示されていないが、各カートリッジＡ２１０にパージガスを供給するための共通のパージガス導入口を保持部材Ａ２２１に設けてもよい。
【００５２】
一対の保持部材Ａ２２０、Ａ２２１を固定するための固定具としては種々のものが利用可能であるが、例えば図６に示すような固定ロッドＡ２４５等を用いてもよいし、固定ロッドではなく板材等を用いて両部材Ａ２２０、Ａ２２１を固定してもよい。一例として、板材（例えば所定の壁面や床面でもよい）に保持部材Ａ２２０、Ａ２２１が取り付けられており、その保持部材Ａ２２０、Ａ２２１の間にカートリッジが取外し可能にセットされるような構成としてもよい。
【００５３】
本明細書において、固定具が「キャップ部材（ここでは保持部材）を互いに固定する」とは、固定ロッド等を用いて両保持部材を連結するものに限らず、例えば板材、壁面、もしくは床面といった所定のベース部材に各保持部材を取り付けて位置固定を行うものも含む。
【００５４】
なお、上記で特に言及しなかった構成については、第１の実施形態と同様のものを利用することができる。
【００５５】
上述した実施形態に係る発明は次のとおりである：
（Ａ１）
多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられる保持部材と、
前記各保持部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
を備え、
前記カートリッジが、前記保持部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュールであって、
保持部材（Ａ２２０、Ａ２２１）が、前記複数のカートリッジ（Ａ２１０）の少なくとも２本を保持し所定位置に固定されるように構成されている、ガス分離膜モジュール。
【符号の説明】
【００５６】
２０１、Ａ２０１ ガス分離膜モジュール
２１０、Ａ２１０ カートリッジ
２１１ 筒状容器
２１２ 開口部
２１４ 中空糸膜
２１５ 中空糸束
２１７、２１８ 内周溝
２１９ 外周溝
２２０、２２１、Ａ２２０、Ａ２２１ キャップ部材（保持部材）
２２０Ａ 端面
２２０Ｂ 円筒部
２２０ｆ 平坦部
２２０ｇ 平坦部
２２０ｈ 通し孔
２２３ 排出口
２２７ａ、２２７ｂ 内周溝
２３０、２３１ 管板
Ｒ１、Ｒ２ 弾性リング部材
２４５、Ａ２４５ 固定ロッド
２４６ ナット
Ｐ１ ガス導入口
Ｐ２ 非透過ガス排出口
Ｐ３ ガス流路
Ｐ４ 透過ガス出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、選択的透過性を有する多数の中空糸膜を利用してガス分離を行うガス分離膜モジュールに関する。特には、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利な分離膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、選択的透過性を有する分離膜を用いてガス分離（例えば、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）を行うガス分離膜モジュールとしては、プレートおよびフレーム型、チューブラー型、中空糸型などがある。そのなかでも、中空糸型のガス分離膜モジュールは、単位体積当たりの膜面積がもっとも大きいという利点を有するだけでなく、耐圧性、自己支持性の点においても優れているので、工業的に有利であり、広範囲に利用されている。
【０００３】
中空糸型のガス分離膜モジュールは、一般に、選択的透過性を有する多数の中空糸膜からなる糸束を有する中空糸エレメントと、それを収容する筒状容器とを備えている。中空糸エレメントの中空糸束は、その一端または両端が、樹脂の硬化板（管板）によって、容器の端部に固定される。筒状容器の端部にはキャップ部材が取り付けられ、これにより容器内が密閉される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガス分離膜モジュールにおいては、上記の通り、筒状容器の端部にキャップ部材が取り付けられ、これらが全体として１つのケースを形成するものであったため、分離膜モジュールを交換する際に、モジュール全体を交換する必要があった。そのため、本来交換する必要のないキャップ部材なども一緒に交換されることとなり、交換部品のコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
一方、ケース内の中空糸エレメントのみを交換可能とすることも考えられうるが、この場合、例えば、ケース内に中空糸エレメントを脱着させる構造などを作り込む必要があり、モジュール構造の複雑化を招き、軽量化にも不利となりうる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利であり、小型軽量化が容易な分離膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一形態に係る分離膜モジュールは、下記の通りである。
１． 多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、
前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、
前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュール。
【０００８】
２．前記固定具として、前記キャップ部材どうしを連結する少なくとも１本の固定ロッドを有し、
各キャップ部材には、前記固定ロッドが挿通される通し孔が形成されている、
上記１に記載のガス分離膜モジュール。
【０００９】
３．前記キャップ部材は、前記筒状容器の端部に被せるように取り付けられるものであって、
前記シーリング部材は、前記カートリッジの外周と前記キャップ部材の内周との間に配置される弾性リング部材である、上記１または２に記載のガス分離膜モジュール。
【００１０】
４．前記弾性リング部材は、前記キャップ部材の内周に保持されており、交換時に前記カートリッジを前記キャップ部材から外した際にも前記キャップ部材側に残るように構成されている、上記３記載のガス分離膜モジュール。
【００１１】
５．前記カートリッジは、前記中空糸束の端部を保持するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶するための管板を有し、
前記筒状容器の内部であって前記管板に面する領域に、内周溝が形成され、
前記管板の一部が該内周溝に係合している、上記１〜４のいずれかに記載のガス分離膜モジュール。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、交換時のコストを抑えることができ、しかも、構造の簡素化にも有利であり、小型軽量化が容易な分離膜モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係るガス分離膜モジュールの断面図である。
【図２】図１のモジュールの筒状部材の断面図である。
【図３】図１のモジュールのキャップ部材の正面図および側面断面図であり、図３（Ａ）は図３（Ｂ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図４】固定ロッドの本数を変更した例を示すためのキャップ部材の模式図である。
【図５】本発明の他の形態に係るガス分離膜モジュールを模式的に示す斜視図である。
【図６】図５のモジュールを側面側から見た模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。なお、本発明は以下の形態に示される構成に限定されるものではなく、必要に応じて、部品の追加または省略、形状の変更等がなされてもよい。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１に示すように、このガス分離膜モジュール２０１（以下、単に分離膜モジュールともいう）は、内部に中空糸束２１５を収容した筒状のカートリッジ２１０と、その両端部に取り付けられたキャップ部材２２０、２２１と、これらのキャップ部材２２０、２２１を固定する固定ロッド２４５等を備えている。
【００１６】
カートリッジ２１０は、両端が開口した筒状容器２１１と、その内部に収められた中空糸束２１５と、中空糸束２１５の端部を保持するとともに筒状容器２１１の内部と外部とを隔絶するための管板２３０、２３１とを有している。
【００１７】
中空糸束２１５は、従来公知のものを利用可能である。中空糸束２１５は、例えば、１００〜１，０００，０００本程度の中空糸膜２１４を集束したものであってもよい。中空糸膜２１４は、ガス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構わない。例えば高分子材料特にポリイミド、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ものは、ガス分離性能が良好であるので好適である。集束された中空糸束の形状は特に制限はないが、製造の容易さおよび容器の耐圧性の観点からは、円柱状に集束された中空糸束であってもよい。なお、図１では中空糸膜２１４が実質的に平行に配列されている形態を例示しているが、各中空糸膜が交叉配列されている形態であってもよい。
【００１８】
筒状容器２１１の断面形状は、円形、楕円形、または多角形などどのような形状であってもよい。以下の説明では円形の例を説明する。筒状容器２１１は、一例として、１本の金属製のパイプを加工することにより作製されたものであってもよい。本実施形態では、一例として、キャップ部材２２０、２２１を筒状容器２１１に固定するための手段がカートリッジ側である筒状容器２１１に設けられていないこと（すなわち、キャップ部材を筒状容器に固定しない構造であること）が好ましい。これによれば、筒状容器２１１に対する加工、例えば、フランジの作製、ネジ孔の形成、固定ピンの配置などが不要となる。
【００１９】
図２に示すように、筒状容器２１１の内部のうち端部付近には、内周溝２１７が形成されており、内径が部分的に大きくなっている。後述するように、内周溝２１７には管板２３０、２３１の一部が嵌り込む。この内周溝２１７から所定の間隔をあけてさらに内側（端部から離れる方向）には、もう１つの内周溝２１８が形成されている。各内周溝２１７、２１８に関し、掘り込まれた溝の断面形状は、例えば、矩形型、略矩形型、台形型、または略台形型であってもよい。
【００２０】
内周溝２１８が形成された部分には、容器内のガスを外部へと排出するための開口部２１２が複数形成されている。開口部２１２の数や位置は特に限定されるものではない。一例として、複数の開口２１２が筒状容器２１１の周囲に等間隔で形成されていてもよい。図２に示すように、筒状部材２１１の外周であって内周溝２１８よりもやや内側（筒端部から離れる方向）には、後述する弾性リング部材Ｒ２を嵌めるための外周溝２１９が形成されている。
【００２１】
カートリッジ２１０の管板２３０および２３１（図１参照）は、一例としてエポキシ樹脂であり、容器２１１の端部に嵌め込まれるような略円盤状に形成されている。管板２３０と管板２３１とは、基本的に同様の構造となっているので、以下では一方の管板２３０についてのみ説明する。各中空糸膜２１４はこの管板２３０をその厚み方向に貫通しており、各中空糸膜２１４の端部は管板２３０の外側に開口している。管板２３０は、多数の中空糸膜２１４を一体に固着し、また、筒状容器２１１の内部と外部とを隔絶する。管板を形成する硬化樹脂は、十分な耐久性を備え、中空糸モジュール内の気密を保持出来る物であれば特に制限はない。脱水用途や、加湿用途に用いる場合には、水蒸気に対する耐久性を併せて備えていることが好ましい。通常、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に用いられる。耐久性の面、および、強度の面からエポキシ樹脂が特に好適に用いられる。エポキシ樹脂は、例えば、窒素膜モジュールの場合には特公平２−３６２８７等に記載されたようなものを利用可能であり、また、有機蒸気分離モジュールの場合にはＷＯ２００９／０４４７１１等に記載されたようなものを利用可能である。管板は、遠心成型、静置成型等の公知の手法によって好適に形成される。
【００２２】
なお、上記において、管板が筒状容器の内部と外部とを「隔絶する」とは、管板によって実質的な隔絶が行われていればよいことを意味し、管板の外周部が必ずしも筒状容器の内面に接着されている必要はない。
【００２３】
図１に示すように、管板２３０の一部は筒状容器２１１の端部からやや突出しており、管板２３０の端部の外周に沿ってチャンファー面（テーパー面）が形成されている。管板２３０を作製する工程としては、一例として、まず、筒状容器２１１内に中空糸束２１５を配置し、この状態で筒状容器２１１の端部に不図示の金型（一例）を取り付ける。次いで、この金型内および筒状容器２１１内に向けて樹脂を注入し硬化させる。樹脂の硬化後、金型を取り外し、硬化した樹脂の端部を切断することにより、管板２３０の端面を形成するとともに中空糸膜２１４端部を開口させる。管板２３０のチャンファー面は、金型によって形成されてもよいし、樹脂硬化後の二次加工で形成されてもよい。
【００２４】
筒状容器２１１内には内周溝２１７が形成されているので、管板２３０の樹脂はこの溝２１７内にも充填される。その結果、管板２３０の一部が内周溝２１７に係合することとなり、管板２３０の筒状容器２１１に対する軸方向の位置決めがなされる。通常、分離膜モジュール２０１の使用時には管板２３０に対してそれを筒状容器２１１内へと押し込む方向の圧力が作用するが、本実施形態の構成によれば、管板２３０の一部が内周溝２１７に係合しているので、使用時の圧力によって管板２３０が筒状容器２１１内へと押し込まれることはない。
【００２５】
次いで、図１、図３を参照してキャップ部材２２０、２２１の構造について説明する。この例では、キャップ部材２２０、２２１は基本的に同様の構造となっているので、以下では一方のキャップ部材２２０についてのみ説明し、キャップ部材２２１については異なる部分のみを説明する。キャップ部材２２０、２２１の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属製であってもよい。なお、当然ながら、それぞれのキャップ部材２２０、２２１が異なる形状を有していてもよく、各キャップ部材２２０、２２１の形状は分離膜モジュールの用途や仕様に応じて適宜変更可能である。
【００２６】
図１、図３に示すように、キャップ部材２２０は有底円筒状の形を有しており、具体的には、図３（Ａ）に示されているように、筒状容器２１１の開口部を覆う端面２２０Ａと、その周縁部から延びる円筒部２２０Ｂとを有している。
【００２７】
端面２２０Ａには、混合ガスを導入するためのガス導入口Ｐ１が形成されている。円筒部２２０Ｂの内側には、内周溝２２７ａ、２２７ｂが形成されている。図１に示すように、内周溝２２７ａには、シールのための弾性リング部材Ｒ１（詳細下記）が嵌め込まれる。もう１つの内周溝２２７ｂは、キャップ部材２２０を筒状容器２１１に嵌めたときに、筒状容器２１１を一周するガス流路Ｐ３を形成するためのものである。なお、他方のキャップ部材２２１には、非透過ガス排出口Ｐ２が形成されている。
【００２８】
ガス流路Ｐ３（図１）は、筒状容器２１１の複数の開口部２１２と連通しており、容器内部のガスが各開口部２１２を通じてガス流路Ｐ３に流入するようになっている。このガスは、キャップの円筒部２２０Ｂに形成された１つの排出口２２３から外部へと排出される。なお、図１の形態においては、キャップ部材２２１に排出口２２３に相当するもの（開口部）は形成されていないが、モジュールの用途等によっては、キャップ部材２２１に開口部を設けるともに、それに対応して筒状容器２１１に１つまたは複数の開口部２１２を設けてもよい。
【００２９】
再び図３を参照すると、円筒部２２０Ｂには、固定ロッド２４５（図１、詳細下記）を挿通させるための複数の通し孔２２０ｈが形成されている。この例では、６つの通し孔２２０ｈが周方向に等間隔で配置されている。このように、円筒部２２０Ｂに通し孔２２０ｈが形成されそこに固定ロッド２４５が通される構成の場合、次のような点で有利である。すなわち、このような構成によれば、キャップ２２０の一部である円筒部２２０Ｂが固定ロッド２４５を保持することとなるため、固定ロッドを保持するための特別な構造をキャップ部材２２０に別途設ける必要がない。そのため、キャップ部材２２０ひいては分離膜モジュール２０１の小型化を図ることができ、モジュールの軽量化にも寄与する。
【００３０】
なお、固定ロッド２４５の本数は６本に限らず、１〜５本または７本以上であってもよく、一例として図４に示すように、３本、４本、または８本等であってもよい。固定ロッド２４５の材質は特に限定されるものではないが、一例として金属製であってもよい。
【００３１】
図３（Ｂ）に示すように、円筒部２２０Ｂのうち、排出口２２３が開口する部分においては円筒部２２０Ｂの一部が切削され、平坦部２２０ｆが形成されている。また、円筒部２２０Ｂの底部には、一例として、分離膜モジュールの転がり防止のための平坦部２２０ｇが形成されている。
【００３２】
図１に示すように、キャップ部材の内周溝２２７ａには、管板２３０とキャップ部材２２０との間をシールする弾性シール部材Ｒ１が嵌め込まれている。弾性リング部材Ｒ１は、交換時に前記カートリッジ２１０をキャップ部材２２０から外した際にもキャップ部材２２０側に残るように構成されている。弾性リング部材Ｒ１としては、例えば、Ｏリング（断面形状が略円形）であってもよいし、または、それぞれ断面形状が略Ｖ型のＶパッキン、断面形状が略Ｕ字型のＵパッキン等であってもよい。さらに、断面形状が楕円形、矩形、多角形、Ｘ形などであってもよい。
【００３３】
筒状容器２１１と円筒部２２０Ｂとの間には、別の弾性リング部材Ｒ２が筒状容器２１１の外周溝２１９内に嵌め込まれるようにして配置されており、これにより両部材間がシールされる。この弾性リング部材Ｒ２も、上記同様、Ｏリング、ＶパッキンまたはＵパッキンなど種々のものを利用できる。
【００３４】
図１、図３に示すように、キャップ部材２２０、２２１どうしは、６本（一例）の固定ロッド２４５およびその両端に取り付けられるナット２４６によって、互いに固定される。本実施形態では、このように、カートリッジ２１０とは別部品として用意された固定具によってキャップ部材２２０、２２１を互いに固定する構造であるので、カートリッジ２１０側（特には、筒状部材２１１）に固定のためのフランジなどを設ける必要がなく、カートリッジ２１０の構造を簡素化できる。
【００３５】
なお、キャップ部材２２０、２２１を固定するための固定具は、これに限定されるものではなく、種々のものを利用可能である。例えば、固定ロッドの一端が大径のヘッド部となっており、他端にナットが取り付けられるものであってもよい。あるいは、キャップ部材２２０の通し孔２２０ｈの内周にネジが切られるとともに、これに対応してロッド端部にもネジが切られており、ロッド端部が通し孔２２０ｈ内にねじ込まれるものであってもよい。あるいは、キャップ部材どうしを機械的に連結固定するその他の機構、例えば、クランプを用いてモジュールの両端（キャップ部材２２０、２２１）を挟み込むように固定する機構を利用してもよい。
【００３６】
さらには、キャップ部材２２０、２２１どうしに固定するものに限らず、各キャップ部材２２０、２２１を所定の固定位置に固定する機構であって、キャップ部材２２０、２２１間にカートリッジ２１０が脱着可能に設けられたものを利用することも可能である。例えば、分離膜モジュールが搭載される装置または設備の一部がベース部材（不図示）として機能し、各キャップ部材２２０、２２１がそのベース部材に対して固定されるような構成を利用してもよい。
【００３７】
本実施形態の分離膜モジュール２０１では例えば次のようなガス分離が行われる：加圧状態の空気が、ガス導入口Ｐ１を通じて容器内部へと導入され、この空気は中空糸膜２１４の開口端部からその内部に送り込まれる。加圧空気が中空糸膜２１４内を流れる間に、酸素富化空気が選択的に膜外へと透過し、透過した酸素富化空気は管板間の中空糸束が収納されている空間内（透過側空間）に移動する。この透過ガスは、透過ガス排出口である開口部２１２および開口部２２３から外部へと排出される。一方、透過しなかった窒素富化空気は、中空糸膜２１４のもう一方の開口を経て非透過ガス排出口である非透過ガス排出口Ｐ２から外部に排出される。
【００３８】
以上に説明した本実施形態の分離膜モジュール２０１によれば、中空糸束２１５を収容したカートリッジ２１０が、キャップ部材２２０、２２１の間に交換可能に取り付けられるように構成されているため、交換時にはカートリッジを替えるだけで済み、モジュール全体を交換する必要がないため交換部品のコストを抑えることが可能となる。
【００３９】
一方、内部の中空糸エレメント２１５に相当するもののみを交換するような構造も考えられうるが、この場合、筒状容器２１１内にその交換部品を脱着させる構造などを作り込む必要がある。これに対して本実施形態では、カートリッジ２１０の一部である筒状容器２１１が、そのままモジュール２０１のケースとして機能するようになっているので、複雑な構造が不要となる。これは、分離膜モジュール２０１全体の軽量化に有利であり、特に、例えば航空分野など、モジュールの軽量化が望まれる分野において特に好適に応用することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態の構成によれば、カートリッジ２１０とは別部品の固定手段（２４５、２４６）でキャップ部材２２０、２２１を連結するものであるので、筒状容器２１１にキャップ部材を連結するための構造部（例えばフランジ部など）を形成する必要がない。そのため、カートリッジ２１０の構造を簡素化でき、また、製造コストも抑えることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、弾性リング部材Ｒ１が、キャップ部材２２０、２２１の内周に保持されていて、交換時にカートリッジ２１０を外した際にもリング部材Ｒ１がキャップ部材側に残るようになっている。このようは構成によれば、カートリッジ２１０側にリング部材Ｒ１を設けるのに比べて、カートリッジ２１０の製造コストを抑えるのに有利である。
【００４２】
図１に示すように、本実施形態の構成では管板２３０の端部の外周に沿ってチャンファー面（テーパー面）が形成されているので、管板２３０の端部を弾性リング部材Ｒ１内にスムーズに挿入することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明は図示した形態に限らず種々変更可能である。例えば、各部材間をシールするためのシーリング部材に関し、その形状および配置位置は適宜変更してもよい。弾性リング部材Ｒ１、Ｒ２の他に、追加のシーリング部材が設けられてもよい。
【００４４】
図１に示すように、上記実施形態では筒状容器２１１の外周に弾性リング部材Ｒ２が嵌められる構成を例示したが、本発明はこれに限らず、キャップ部材２２０、２２１の内周に弾性リング部材Ｒ２が設けられ、カートリッジの交換時にその弾性リング部材Ｒ２がキャップ部材２２０、２２１側に残る構成としてもよい。この場合、カートリッジ２１０の筒状容器２１１に外周溝２１９を形成する必要がなくなるので、カートリッジ２１１の製造コストをより抑えることができる。
【００４５】
上記実施形態では、いわゆるボアフィード型を構成する分離膜モジュールの例を示したが、本発明は、シェルフィード型を構成する分離膜モジュールにも応用可能である。この場合、シェルフィード型に対応したカートリッジが、上記に説明したようなキャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられる構成とすればよい。
【００４６】
（他の実施形態）
図５は、本発明の他の形態に係るガス分離膜モジュールを模式的に示す斜視図である（固定具は図示を省略）。このガス分離膜モジュールＡ２０１では、一対の保持部材Ａ２２０、Ａ２２１によって複数のカートリッジＡ２１０が保持されている。なお、図５ではカートリッジＡ２１０が３本であるが、当然ながら２本または４本以上のカートリッジＡ２１０を保持する構成としてもよい。カートリッジＡ２１０の配置に関し、図５のようにカートリッジＡ２１０が一列に並べられた配置であってもよいし、複数のカートリッジＡ２１０が立体的に並べられた配置であってもよい。
【００４７】
保持部材Ａ２２０は、図１におけるキャップ部材２２０に対応する部材であり、他方、保持部材Ａ２２１は、図１におけるキャップ部材２２１に対応する部材である。保持部材Ａ２２０は、各カートリッジＡ２１０にガスを供給するための共通のガス導入口Ｐ１を有していてもよい。この構成の場合、保持部材Ａ２２０の内部に、ガス導入口Ｐ１とそれぞれのカートリッジＡ２１０とを接続する流路（不図示）が形成され、ガス導入口Ｐ１からガスが各カートリッジＡ２１０に供給されるようになっていてもよい。
【００４８】
保持部材Ａ２２０は、各カートリッジＡ２１０からの透過ガスを外部に取り出すための共通の透過ガス出口Ｐ４を有していてもよい。この場合、保持部材Ａ２２０の内部に、各カートリッジＡ２２０に設けられた透過ガスの排出口（不図示）と透過ガス出口Ｐ４とを接続する流路（不図示）が形成されていてもよい。
【００４９】
同様に、他方の保持部材Ａ２２１が、各カートリッジＡ２１０からの非透過ガスを外部に取り出すための共通の非透過ガス出口Ｐ２を有していてもよい。保持部材Ａ２２１の内部に、各カートリッジＡ２１０に設けられた非透過ガスの排出口（不図示）とこの出口Ｐ２とを接続する流路（不図示）が形成されていてもよい。
【００５０】
図５のような構成によれば、保持部材Ａ２２０、Ａ２２１によって複数のカートリッジＡ２１０をまとめて保持するものであるので、カートリッジＡ２１０を１本ずつ保持するものに比べて構成の簡素化を図ることができる。また、ガス導入口Ｐ１、透過ガス出口Ｐ４および非透過ガス出口Ｐ２も共通化されているので、この点でも構成の簡素化が図られている。
【００５１】
なお、ガス導入口Ｐ１、透過ガス出口Ｐ４および非透過ガス出口Ｐ２のうち、いずれかもしくは２つのみが共通化され、残りが各カートリッジＡ２１０に対応して１つずつ設けられていてもよい。図５では図示されていないが、各カートリッジＡ２１０にパージガスを供給するための共通のパージガス導入口を保持部材Ａ２２１に設けてもよい。
【００５２】
一対の保持部材Ａ２２０、Ａ２２１を固定するための固定具としては種々のものが利用可能であるが、例えば図６に示すような固定ロッドＡ２４５等を用いてもよいし、固定ロッドではなく板材等を用いて両部材Ａ２２０、Ａ２２１を固定してもよい。一例として、板材（例えば所定の壁面や床面でもよい）に保持部材Ａ２２０、Ａ２２１が取り付けられており、その保持部材Ａ２２０、Ａ２２１の間にカートリッジが取外し可能にセットされるような構成としてもよい。
【００５３】
本明細書において、固定具が「キャップ部材（ここでは保持部材）を互いに固定する」とは、固定ロッド等を用いて両保持部材を連結するものに限らず、例えば板材、壁面、もしくは床面といった所定のベース部材に各保持部材を取り付けて位置固定を行うものも含む。
【００５４】
なお、上記で特に言及しなかった構成については、第１の実施形態と同様のものを利用することができる。
【００５５】
上述した実施形態に係る発明は次のとおりである：
（Ａ１）
多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられる保持部材と、
前記各保持部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
を備え、
前記カートリッジが、前記保持部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュールであって、
保持部材（Ａ２２０、Ａ２２１）が、前記複数のカートリッジ（Ａ２１０）の少なくとも２本を保持し所定位置に固定されるように構成されている、ガス分離膜モジュール。
【符号の説明】
【００５６】
２０１、Ａ２０１ ガス分離膜モジュール
２１０、Ａ２１０ カートリッジ
２１１ 筒状容器
２１２ 開口部
２１４ 中空糸膜
２１５ 中空糸束
２１７、２１８ 内周溝
２１９ 外周溝
２２０、２２１、Ａ２２０、Ａ２２１ キャップ部材（保持部材）
２２０Ａ 端面
２２０Ｂ 円筒部
２２０ｆ 平坦部
２２０ｇ 平坦部
２２０ｈ 通し孔
２２３ 排出口
２２７ａ、２２７ｂ 内周溝
２３０、２３１ 管板
Ｒ１、Ｒ２ 弾性リング部材
２４５、Ａ２４５ 固定ロッド
２４６ ナット
Ｐ１ ガス導入口
Ｐ２ 非透過ガス排出口
Ｐ３ ガス流路
Ｐ４ 透過ガス出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、
前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、
前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュール。
【請求項２】
前記固定具として、前記キャップ部材どうしを連結する少なくとも１本の固定ロッドを有し、
各キャップ部材には、前記固定ロッドが挿通される通し孔が形成されている、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項３】
前記キャップ部材は、前記筒状容器の端部に被せるように取り付けられるものであって、
前記シーリング部材は、前記カートリッジの外周と前記キャップ部材の内周との間に配置される弾性リング部材である、請求項１または２に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項４】
前記弾性リング部材は、前記キャップ部材の内周に保持されており、交換時に前記カートリッジを前記キャップ部材から外した際にも前記キャップ部材側に残るように構成されている、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項５】
前記カートリッジは、前記中空糸束の端部を保持するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶するための管板を有し、
前記筒状容器の内部であって前記管板に面する領域に、内周溝が形成され、
前記管板の一部が該内周溝に係合している、請求項１〜４のいずれかに記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１】
多数の中空糸膜からなる中空糸束が筒状容器内に収容されたカートリッジと、
該カートリッジの両端部に取り付けられるキャップ部材と、
前記各キャップ部材と前記カートリッジとの間をシールするシーリング部材と、
前記キャップ部材を互いに固定する固定具と、を備え、
前記カートリッジが、前記キャップ部材どうしの間に交換可能に取り付けられるように構成されている、ガス分離膜モジュール。
【請求項２】
前記固定具として、前記キャップ部材どうしを連結する少なくとも１本の固定ロッドを有し、
各キャップ部材には、前記固定ロッドが挿通される通し孔が形成されている、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項３】
前記キャップ部材は、前記筒状容器の端部に被せるように取り付けられるものであって、
前記シーリング部材は、前記カートリッジの外周と前記キャップ部材の内周との間に配置される弾性リング部材である、請求項１または２に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項４】
前記弾性リング部材は、前記キャップ部材の内周に保持されており、交換時に前記カートリッジを前記キャップ部材から外した際にも前記キャップ部材側に残るように構成されている、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項５】
前記カートリッジは、前記中空糸束の端部を保持するとともに前記筒状容器の内部と外部とを隔絶するための管板を有し、
前記筒状容器の内部であって前記管板に面する領域に、内周溝が形成され、
前記管板の一部が該内周溝に係合している、請求項１〜４のいずれかに記載のガス分離膜モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１００９８（Ｐ２０１３−１００９８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２４９８０（Ｐ２０１２−１２４９８０）
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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