气体分离膜组件及中空丝元件的更换方法

气体分离膜组件及中空丝元件的更换方法
【专利摘要】本发明提供气体分离膜组件及中空丝膜的更换方法。气体分离膜组件(100)具备：具有多个中空丝膜与固定该中空丝膜的管板(10)的中空丝元件(140)；容器(110)；安装于该容器(110)的盖构件(125)；多孔板(170)，其形成有作为气体流路的多个贯通孔(175)，安装在管板(10)与盖构件(125)之间。多孔板(170)(a)在盖侧的面上具有安装时与盖构件(125)大致接触的平坦部(171a)，(b)在盖侧的面的其它部分形成有作为气体流路的流路形成凹部(171b)，且(c)贯通孔(175)以与流路形成凹部(171b)连通的方式，在多孔板的俯视方向观察下形成在平坦部(171a)与流路形成凹部(171b)上。
【专利说明】气体分离膜组件及中空丝元件的更换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用中空丝膜进行气体分离的气体分离膜组件，特别是涉及能够通过抑制多孔板的变形来防止管板的变形、降低管板等破损的危险性的气体分离膜组件。
【背景技术】
[0002]以往，作为使用具有选择透过性的分离膜进行气体分离(例如氧分离、氮分离、氢分离、水蒸气分离、二氧化碳分离、有机蒸气分离等)的分离膜组件，存在板框型、管型、中空丝膜型等。其中，中空丝膜型的气体分离膜组件不仅具有每单位体积的膜面积最大这样的优点，并且在耐压性、自支承性方面也优异，因此在工业上是有利的，被应用在较广范围内。
[0003]作为中空丝膜型的气体分离膜组件，以往提出了各种将中空丝元件(详细内容见下述)以能够更换的方式设置于容器的方案。中空丝元件是具有由具有选择透过性的多个中空丝膜构成的中空丝束以及形成在该中空丝束的一端或两端的树脂制的固化板(管板)等、能相对于容器装卸的更换零件。
[0004]在日本特开2008-178872号公报中，公开有一种外壳供给(shell feed)型的气体分离膜组件，其具备中空丝元件、具有供该中空丝元件进出的开口部的容器和以覆盖开口部的方式安装的盖，将高压的混合气体向中空丝元件供给而进行气体分离。具体来说，为这样的结构:在中空丝元件的管板与盖之间配置形成有多个贯通孔、被称作多孔板的构件，利用该多孔板与盖来承受来自管板的压力，从而防止管板的变形。
[0005]专利文献:日本特开2008-178872号公报
[0006]发明要解决的课题
[0007]在日本特开2008-178872号公报那样的结构中，基本上能够良好地进行高压的混合气体的分离。然而，在该结构的多孔板中，在盖侧的面的一部分设置凹部且在不与盖接触的薄壁部分形成有贯通孔，因此，存在多孔板的该部分发生变形的可能性，为了更可靠地防止管板的变形，还有改善的余地。

【发明内容】

[0008]因此，本发明的目的在于提供能够通过抑制多孔板的变形来防止管板的变形、降低管板等破损的危险性的气体分离膜组件。
[0009]用于解决课题的手段
[0010]用于实现上述目的的本发明的方案如下所述:
[0011]1.一种气体分离膜组件，其将混合气体向中空丝膜供给而进行气体分离，该气体分离膜组件包括:
[0012]中空丝元件，其具有由多个中空丝膜构成的中空丝束以及设置在该中空丝束的端部、用于固定上述中空丝膜的管板；
[0013]容器，其具有供中空丝元件进出的开口部；[0014]盖构件，其形成有气体排出孔，并且以覆盖上述容器的开口部的方式进行安装；以及
[0015]多孔板，其形成有作为气体流路的多个贯通孔，安装在上述管板与盖构件之间，
[0016]上述多孔板
[0017](a)在盖侧的面上具有安装时与上述盖构件大致接触的平坦部，
[0018](b)在盖侧的面的其它部分形成有作为气体流路的流路形成凹部，并且
[0019](C)上述贯通孔以与上述流路形成凹部连通的方式，在多孔板的俯视方向观察下形成在上述平坦部与上述流路形成凹部上。
[0020]2.根据上述记载的气体分离膜组件，上述贯通孔的至少一个形成为长孔。
[0021]3.根据上述记载的气体分离膜组件，所有的上述贯通孔都是长孔，这些长孔在多孔板的俯视方向观察下形成为放射状。
[0022]4.根据上述记载的气体分离膜组件，上述流路形成凹部形成在与上述盖构件的气体排出孔对置的区域。
[0023]5.根据上述记载的气体分离膜组件，上述多孔板(d)还具有凹部，该凹部形成在管板侧的面上，形成用于将来自管板端部的气体向上述贯通孔引导的气体流路。
[0024]6.根据上述记载的气体分离膜组件，中空丝元件在上述中空丝束以及上述管板的基础上还具有芯管，该芯管配置在中空丝束的大致中心部，一方的端部固定于上述管板，另一方的端部固定于容器内的一部分。
[0025]在本申请中，“大致中心”包含中心以及大体上的中心这两者。“大致接触”包含接触的情况与大体上接触的情况这两者。“盖构件”是指以覆盖开口部等的方式进行安装的构件，但并不限定于用于堵塞该位置的构件。
[0026]根据本发明，能够提供能够通过抑制多孔板的变形来防止管板的变形、降低管板等破损的危险性的气体分离组件。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是表示气体分离膜组件的结构例的剖视图。
[0028]图2是表示以能够拆卸的方式安装于图1的组件的中空丝元件的侧视图。
[0029]图3是表不多孔板的图，图3A是俯视图，图3B是A-A线的首I]视图。
[0030]图4是切断多孔板的一部分而示意性表示的立体图(省略一部分贯通孔的图示)。
[0031]图5是表示安装时的、多孔板、管板与盖构件的关系的剖视图。
[0032]图6A、图6B是分别表示部分I的发明的其他方式的结构例的剖视图。
[0033]图7是表示安装中空丝元件时所使用的引导构件的图。图7A是主视图，图7B是右侧视图，图7C是俯视图。
[0034]图8A?图8C是分别表示中空丝元件的安装的图。
[0035]图9是表示部分II中的第二实施方式的气体分离膜组件的结构的剖视图。
[0036]附图标记说明:
[0037]10管板；100，100'气体分离膜组件；110筒状容器；IlOa开口部；111圆筒部；112、113凸缘部；115混合气体导入部；115a混合气体导入流路；117非透过气体排出部；121、12广芯管固定部；121a中央孔；125、125-1、125-2盖构件；125a、125a' 气体排出孔；125b流路形成凹部；127盖构件；127a气体流路；140中空丝元件；142芯管；143喷嘴部；143a锥部；143b环状槽；145薄膜；146基端罩；146a环状槽；147多孔板；148顶端罩；148a前表面；149中空丝束；160引导构件；161主体部；161s支承部；163腿部；163a长部；163b短部；170、170_1多孔板；171a平坦面；171b流路形成凹部；171c台阶部；172a平坦面；172b凹部；172c中央部；172e底面；175贯通孔；177气体流路；179孔；A140露出部；S1贯通孔形成区域；
【具体实施方式】
[0038]以下，将气体分离膜组件的几个实施方式设为部分1、II进行说明。对于与部分II所公开的发明相关的【背景技术】以及课题等，在部分II内进行说明。需要说明的是，根据需要，也能将一方的部分所记载的技术事项与另一方的部分所记载的技术事项进行适当组合。在以下的说明中，有时使用右、左、上、下等表示方向的用语，但这些用语并没有对本发明进行任何限定。需要说明的是，在本说明书中，例如有时也将图3A与图3B合在一起而仅称为“图3”。
[0039]〔部分1:能够通过抑制多孔板的变形来防止管板的变形、降低管板等破损的危险性的气体分离膜组件〕
[0040][气体分离膜组件的结构]
[0041]图1是本实施方式的气体分离膜组件的剖视图。该气体分离膜组件100是外壳供给型，基本上是利用与本 申请人:在先申请的日本特开2008-178872号相同的方式来分离气体的。对于气体分离膜组件100的结构，对于与该文献所公开的结构相同或者实际相同的结构而省略一部分说明。
[0042]如图1所示，气体分离膜组件100具备能够更换的一根中空丝元件140、容纳该中空丝元件140的筒状容器110以及安装在该筒状容器110的两端的盖构件125、127。
[0043]如图2所示，中空丝元件140具有捆束多个中空丝膜而成的中空丝束149。对于中空丝束149的剖面形状，作为一个例子可以是圆形。在中空丝束149的一端或者两端，形成有对中空丝膜进行固定的管板(未图示)。
[0044]作为中空丝膜，只要具有气体分离性能即可，可以是任意材料，但例如由高分子材料特别是聚酰亚胺、聚砜、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚碳酸酯等在常温(23°C )下呈玻璃状的高分子材料构成的中空丝膜的气体分离性能优良，因此合适。这样的中空丝膜也能容易地成环。
[0045]中空丝元件140具有配置在中空丝束149的大致中心的芯管142。芯管142是中空的构件，在内部形成有气体流路。芯管142的一方的端部(图的右侧)作为喷嘴部143而从中空丝束149的端部的顶端罩148 (详见下述)突出。该喷嘴部143是插入到容器内的芯管固定部121的部分，在该喷嘴部内形成有气体流路，气体流路在喷嘴部端部处进行开口。在喷嘴部143的前端形成有锥部143a。此外，在喷嘴部143的外周形成有用于供O型密封圈嵌入的环状槽143b。芯管142以及喷嘴部143作为一个例子是金属制，但并不限定于此。
[0046]中空丝元件140具有设于中空丝束149的基端侧的基端罩146与设于顶端侧的顶端罩148。在基端罩146内，配置有用于发挥对中空丝膜进行固定的作用的管板(参照图5的附图标记10)。中空丝膜以其端部在管板10的外侧端面开口那样的形态进行固定，由此，能够将在中空丝膜内流动的透过气体从管板端面排出。需要说明的是，基端罩146并非本发明所必需的构成要素，也能够将其省略。
[0047]顶端罩148作为一个例子也可以发挥对成环的中空丝膜的端部进行按压的作用。顶端罩148作为一个例子可以是圆盘状，其前表面148a成为与芯管142的轴向正交的平坦面。需要说明的是，中空丝膜成环的情况并没有对本发明进行任何限定。
[0048]管板具有将容器内的空间分离、且隔绝中空丝膜的外侧空间与从中空丝膜的内侧连通到形成于盖构件的气体流路的空间的作用。在本实施方式中，作为一个例子，管板具有圆形的轮廓形状，并且外侧端面也形成为平面状。管板例如通过聚乙烯、聚丙烯等热塑性树脂或者由环氧树脂、聚氨酯树脂等构成的热固化性树脂来适当地形成。
[0049]如图2所示，也可以在基端罩146的外周形成有两个用于供O型密封圈嵌入的环状槽146a。利用这些O型密封圈，对基端罩146的外周与容器110的内周之间进行密封。也可以与基端罩146邻接地安装多孔板170 (147)。需要说明的是，环状槽可以是一个，但在形成两个或者两个以上的情况下，能够进一步提高气密性，因此是优选的。
[0050]如图5所示，多孔板170夹在中空丝元件140的管板10与盖构件125之间，通过与盖构件125 —起承受从管板10受到的压力，具有防止管板10的变形的作用。此外，多孔板的其他作用在于，确保来自中空丝膜的端部开口(未图示)的透过气体的流路而将气体向盖构件125的气体排出孔125a引导。材质可以为金属、树脂或者陶瓷等。
[0051]对于多孔板170的更详细的结构，参照图3?图5见后述，首先，对气体分离膜组件100的其他构造部以及利用该气体分离膜组件100进行的气体分离进行说明。
[0052]如图2所示，在中空丝束149上也可以卷绕实际上不透过气体的薄膜145。薄膜145也可以覆盖中空丝束149的除了管板附近(露出部A140)的大部分的外侧表面(具体来说，侧表面的面积的60%以上，特别是80%以上)。薄膜145只要是实际上不透过气体的薄膜状物即可，并不进行特别限定，能够适当地使用由高分子材料构成的薄膜、金属箔等。薄膜145也可以具有对容器内的气体混合物的流动进行控制的作用和以芯管为中心而将中空丝束整体作为一个综合的构造体并对其形状进行保持的作用。需要说明的是，也可以将顶端罩148的一部分延长而形成相当于薄膜145的部分。
[0053]没有被薄膜145覆盖的露出部A140也可以被网状物覆盖。作为网状物，供气体透过的片状物、特别是空隙率为30体积％以上、优选50体积％以上的片状物合适。网状物不一定需要是网。由纤维材料、高分子材料、纸材料、金属材料等构成的织物、编物、布状或者网状的片状物合适。特别优选是具有弹性的网状物。该网状物具有如下作用:不阻碍气体的透过，以芯管为中心而将中空丝束整体作为一个综合的构造体并对其形状进行保持，特别是抑制中空丝膜因气体流的变动而发生变动。因此，网状物的端部与中空丝膜一起包埋于管板中并进行固定的结构是理想的。
[0054]芯管142具有防止中空丝元件140的变形且保持形状的作用。芯管142的基端部(图示左侧的端部，未图示)也可以固定于管板10。固定也可以通过将芯管142自身包埋于管板10中而进行。除此之外，例如也可以利用形成有螺纹的树脂制的构件等，通过螺纹紧固进行连接。在芯管142的内部形成有气体流路。在芯管142的外周面形成有多个孔。由此，未透过中空丝膜的非透过气体经由上述多个孔而被送入到芯管内部，将非透过气体从芯管142的喷嘴部143排出。
[0055]筒状容器110具有圆筒部111和形成于其两端的凸缘部112、113。在图1的例中，筒状容器Iio横向配置。在筒状容器110内，设有供中空丝元件140的喷嘴部143插入的芯管固定部121。芯管固定部121在其中央孔121a处保持芯管142，并且具有将来自芯管142的气体向容器外引导的功能。芯管固定部121也可以在其中央孔入口部分，具有用于使喷嘴部143易于插入的锥部(未图示)。锥部的形状并不特别限定，能够设为各种锥形状。需要说明的是，当然并不限于将本发明的气体分离膜组件横向配置的情况，也可以纵向或者以其他朝向进行配置。
[0056]在筒状容器110的圆筒部111上形成有混合气体导入部115。来自外部的混合气体经由该混合气体导入部115的气体流路115a，向筒状容器110内导入。
[0057]通过以上方式构成的气体分离膜组件100以如下方式进行使用:
[0058]首先，混合气体从混合气体导入部115的气体流路115a导入到筒状容器110内。接下来，被导入的混合气体在薄膜145的外侧朝向中空丝元件140的基端侧流动，在露出部A140处与中空丝膜接触。混合气体的一部分在薄膜内侧这次向与混合气体的供给方向相反的方向流动。这样的话，混合气体一边与各中空丝膜接触一边流动，从而混合气体中的特定成分气体选择性地透过中空丝膜，透过的气体(透过气体)通过中空丝膜内，从管板端部排出。该透过气体接着如后所述经由多孔板170的气体流路以及盖构件125的气体排出孔125a而向外部排出。
[0059]另一方面，没有透过中空丝膜的非透过气体从芯管142的多个孔向内部流动，通过芯管内而从喷嘴部143输送出。来自喷嘴部143的非透过气体接着经由芯管固定部121的中央孔121a，通过盖构件127的气体流路127a向外部排出。
[0060]需要说明的是，本实施方式的气体分离膜组件100能适当地用于从表压大体为
0.1?30MPa、优选0.2?25MPa、特别优选I?25MPa左右的混合气体分离以及回收特定气体成分。并不进行限定，但在例如用于从空气分离回收富氧空气、富氮空气或从含有氢、氦的混合气体分离回收氢、氦、用于从包含甲烷气体与二氧化碳气体的混合气体选择性地分离回收甲烷气体与二氧化碳气体方面能够适当地使用。
[0061][多孔板的结构]
[0062]以下，参照图3?图5而对本实施方式的气体分离膜组件100所具备的多孔板170的结构等进行说明。图3表示多孔板，图3A是俯视图，图3B是A-A线的剖视图。图4是切断多孔板的一部分进行表示的立体图(需要说明的是，贯通孔仅表示一个，省略其他图示)。图5是表示安装时的、多孔板、管板与盖构件的关系的剖视图。
[0063]多孔板170作为整体是平坦圆板状，如图3、图4所示，具有沿其厚度方向贯通构件的多个贯通孔175。作为贯通孔175，只要能够形成使透过气体从管板侧向盖侧流动的气体流路，可以是任意形状。在该例中，贯通孔175皆形成为长孔。各个长孔形成为将长方形的两端部做成半圆状或规定的曲率半径的圆弧状那样的形状，当然也可以形成为其他形状。
[0064]关于贯通孔175的数量、配置位置也能够适当地变更，在图3的例中，形成为八个贯通孔175从多孔板170的大致中心呈放射状延伸。当然，贯通孔175的数量也可以是七个以下或九个以上，也可以是偶数个或奇数个中的任一种。为了能够更均匀地接受来自管板端部的透过气体，优选将多个贯通孔175彼此等间隔(等角度)地配置。[0065]如图3、图4所示，多孔板170的盖侧的面大部分成为平坦面171a，在安装时使该平坦面171a与盖构件125大致接触。另一方面，在大致中心部形成有用于形成气体流路的规定深度的流路形成凹部171b (参照图4)。流路形成凹部171b为了使由该凹部形成的气体流路内的气体不滞留而向盖构件125的气体排出孔125a内流动，优选形成在与气体排出孔125a的开口部对置的位置，并且优选其尺寸与该开口部大致相同或大于该开口部的尺寸。
[0066]流路形成凹部171b的内径以及深度能够根据透过气体的流量来适当确定。流路形成凹部171b的深度例如也可以在Imm?15mm、优选3mm?8mm的范围内。流路形成凹部171b的轮廓形状也可以是圆形，在这种情况下，该凹部171b的内径也可以为多孔板170的直径的I %?60%、优选为1%?40%。优选至少大于气体排出孔125a以及中央部172c
的直径。
[0067]多孔板170的管板侧的面以与盖侧的面相同的方式成为平坦面172a，并且，形成有用于形成从管板端部排出的透过气体的流路的凹部172b。凹部172b以轮廓形状保留圆形的中央部172c的状态形成为圆环状。与管板面对的该凹部172b的深度(即，多孔板170的从管板侧的面到凹部的底面172e的尺寸)也可以例如在Imm?15mm、优选5mm?IOmm的范围内。中央部172c是与管板端面的中心附近接触而直接支承管板10的部分。因而，为了能够良好地支承管板10，优选中央部172c也是平坦面。
[0068]由多孔板的凹部构成的气体流路与管板的中空丝膜的开口所处的区域对应地配置是理想的。此外，多孔板(多孔板的管板侧的面)在管板的不具有中空丝膜的开口的区域与管板相接是理想的。多孔板的与管板相对的表面作为一个例子以(i)在中心部为总表面积的0%?15%、(ii)在外周部为总表面积的35%?60%的方式与管板相接、(iii)凹部成为总表面积的40 %?70 %是理想的。
[0069]如图3所示，在多孔板170的外周部形成有台阶部171c，在该台阶部171c形成有供螺栓等固定器具穿过的多个孔179。使用穿过这些孔179的螺栓等固定器具，将多孔板170固定于基端罩146。
[0070]在本实施方式中，如图3、图4所示，作为长孔的贯通孔175形成在平坦面171a与凹部171b上，换言之从平坦面171a形成到凹部171b。由此，贯通孔175成为在盖侧的面与凹部171b连通、并且在管板侧的面在凹部172b内开口的状态。
[0071]通过如上述那样构成，如图5所示，多孔板170具有由环状的凹部172b、贯通孔175以及凹部171b构成的气体流路177，通过该气体流路177能够使来自中空丝膜的透过气体向盖构件125的气体排出孔125a流动。
[0072]根据具备以上说明那样的多孔板170的气体分离膜组件100，即便将高压的混合气体向容器110内供给且对管板10施加使管板在厚度方向上变形那样的较高压力，也可以如下所述地成为多孔板170自身难以变形的结构，因此能够防止管板10的变形。
[0073]S卩，在该多孔板170中，盖侧的面的凹部171b以外的平坦面171a以较大面积与盖构件125接触。具体来说，如图3A所示，在形成有多个贯通孔175的贯通孔形成区域SI (平坦面171a中的用双点划线围起来的区域)平坦面171a也与盖构件125接触，因此与将贯通孔设置在不与盖构件接触的薄壁部分上的现有结构比较，能抑制多孔板170的变形，其结果，也能够防止与多孔板170邻接的管板10的变形。[0074]此外，在如本实施方式这样将贯通孔175形成为长孔的情况下，一个贯通孔175相对于管板端部开口的面积增加，能将气体流路确保得较宽。
[0075](变形例)
[0076]以上，对本发明的一个方式进行了说明，但本发明并不限定于上述方式。例如，多个贯通孔175不一定需要呈放射状形成，多个贯通孔175的至少一部分也可以例如彼此平行地形成。关于长孔的形状，并不限于图3所例示那样的直线状的长孔，也可以是弯曲的长孔。此外，关于多个贯通孔175，也可以不是所有的贯通孔175都为相同的形状，也可以形成形状(若是长孔，则宽度和/或长度)不同的两种或者三种以上的贯通孔。
[0077]多孔板170的流路形成凹部171b除了圆形以外也可以具有矩形、椭圆形、多边形的轮廓形状。或者，也可以形成将各个贯通孔175与气体排出孔125a连接的多个流路形成凹部171b。
[0078]此外，贯通孔175并不限于截面积恒定的结构，也可以是截面积从管板侧朝向盖侧连续地或者阶段性减少那样的形状。作为一个例子，也可以设置内周面呈锥形状的贯通孔。
[0079]图6是表示本发明的其他结构例的剖视图。需要说明的是，在图6中，多孔板“170-1”、盖构件“125-1”、“125-2”等使用标注有分支标号的附图标记，这些是考虑到流路形成凹部的有无、气体排出孔的大小的不同而做出的，对于其他部分，与上述的多孔板170、盖构件125相同。
[0080]在上述的实施方式中，在多孔板170上设有流路形成凹部171b，但如图6A所示，也可以在盖构件125-1上设置流路形成凹部125b。该流路形成凹部125b形成将贯通孔175与气体排出孔125a连接起来的气体流路。流路形成凹部125b的形状没有特别限定，也可以是具有圆形、矩形、椭圆形或者多边形的轮廓形状的形状，并且凹部的深度也可以形成为例如Imm?15mm、优选5mm?10mnin
[0081]图6A的气体分离膜组件包含在下述的本申请发明中:
[0082](其他方式的气体分离膜组件)
[0083]一种气体分离膜组件，其将混合气体向中空丝膜供给而进行气体分离，该气体分离膜组件具备:
[0084]中空丝元件，其具有由多个中空丝膜构成的中空丝束以及设置在该中空丝束的端部、用于固定上述中空丝膜的管板；
[0085]容器，其具有供中空丝元件进出的开口部；
[0086]盖构件，其形成有气体排出孔，并且以覆盖上述容器的开口部的方式安装；以及
[0087]多孔板，其形成有作为气体流路的多个贯通孔，安装在上述管板与盖构件之间，其中，
[0088](a)上述多孔板在盖侧的面上具有安装时与上述盖构件大致接触的平坦部，在其平坦部形成有至少一个上述贯通孔，
[0089](b)在上述盖构件上形成有作为与气体排出孔连通的气体流路的流路形成凹部，并且
[0090](C)上述贯通孔形成为与上述流路形成凹部连通。
[0091]如图6B所示，也能够设为在盖构件125-2与多孔板170_1上均未设置流路形成凹部的结构。S卩，在图6B的结构中，将盖构件125-2的气体排出孔125a'的内径形成得较大，即便不存在流路形成凹部(171b、125b)也可以将气体排出孔125a'与贯通孔175直接连通。
[0092]即便是图6A、图6B那样的结构，与贯通孔设置在不与盖构件接触的薄壁部分上的现有结构比较，气体分离时多孔板170-1也更难以变形，其结果，也能够防止与多孔板170-1邻接的管板的变形。
[0093]〔部分I1:能够容易并且正确地进行以能够更换的方式设置的中空丝元件的安装等的气体分离膜组件以及中空丝元件的更换方法〕
[0094](【技术领域】)
[0095]以下说明的本部分的发明中，涉及利用中空丝膜进行气体分离的气体分离膜组件等，特别是，涉及能够容易并且正确地进行以能够更换的方式设置的中空丝元件的安装等的气体分离膜组件以及中空丝元件的更换方法。
[0096](【背景技术】)
[0097]在日本特开2008-178872号公报中，公开有具备中空丝元件与容纳该中空丝元件的容器、且将相对高压的混合气体向中空丝元件供给而进行气体分离的气体分离膜组件。具体来说，中空丝元件具有由多个中空丝膜构成的中空丝束与配置在其中心部的芯管，芯管的一部分从中空丝束突出而构成喷嘴部。在安装中空丝元件时，以使该喷嘴部插入到容器内的规定的芯管固定部的方式，将中空丝元件向容器内插入。
[0098](本部分的发明要解决的课题)
[0099]在日本特开2008-178872号公报那样构成的情况下，需要将中空丝元件的喷嘴部相对于容器内的芯管固定部正确定位，例如在中空丝元件的全长比较长的情况下，存在难以控制喷嘴部的位置(具体来说，径向的位置或者与长度方向的轴正交的轴向的位置)、为了将喷嘴部插入到芯管固定部而花费工时这样的问题。此外，在该情况下，有可能无法正确地进行喷嘴部与芯管固定部的连接，使两构件间的密封性变得不充分，降低气体分离膜组件的功能性。此外，当欲勉强插入时，有可能使喷嘴部破损。
[0100]本部分的本发明是鉴于上述课题而做成的，其目的在于，提供能够容易并且正确地进行以能够更换的方式设置的中空丝元件的安装等的气体分离膜组件以及中空丝元件的更换方法。
[0101](用于解决课题的手段)
[0102]用于实现上述目的的本部分的发明如下所述:
[0103]1.一种气体分离膜组件，其将混合气体向中空丝膜供给而进行气体分离，该气体分离膜组件具备:
[0104](a)能够更换的中空丝元件，其具有由多个中空丝膜构成的中空丝束与配置在上述中空丝束的大致中心、一部分作为喷嘴部突出的芯管，
[0105](b)筒状容器，其至少具有供该中空丝元件进出的开口部以及固定上述喷嘴部并且形成有与该喷嘴部内的气体流路连通的流路的芯管固定部，以及
[0106](C)安装于上述开口部的盖构件，
[0107]该气体分离膜组件还具备引导构件，在将上述中空丝元件插入到上述筒状容器内时或者从上述筒状容器内拔出上述中空丝元件时，该引导构件在将上述喷嘴部的位置保持于规定位置的状态下对上述中空丝元件进行引导。
[0108]2.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0109]上述引导构件具有:
[0110]主体部，其形成有对上述喷嘴部或者上述中空丝元件的一部分进行支承的支承部，
[0111]腿部，其设于该主体部，与上述筒状容器的内周面大致抵接。
[0112]3.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0113]上述引导构件具有两个上述腿部。
[0114]4.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0115]上述腿部是圆棒状的构件。
[0116]5.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0117]上述圆棒状的腿部以与上述主体部大致垂直的方式设置，并且从上述主体部向第一方向延伸的部分长于从上述主体部向与上述第一方向相反的第二方向延伸的部分。
[0118]6.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0119]在上述筒状容器内，两个上述中空丝元件在同轴上排列配置。
[0120]7.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0121]上述引导构件固定于上述中空丝元件的一部分。
[0122]8.根据上述记载的气体分离膜组件，
[0123]上述引导构件固定于上述中空丝元件的上述喷嘴部或者固定于在上述中空丝束的端部配置的端部构件(顶端罩)。
[0124]9.一种中空丝元件的更换方法，其用于在气体分离膜组件的筒状容器中更换中空丝元件，
[0125]该中空丝元件的更换方法至少包含:
[0126](a)将中空丝元件的顶端侧从上述筒状容器的开口部向其内部插入的步骤，
[0127](b)使上述中空丝元件沿着筒状容器的轴向进一步向筒状容器内部移动的步骤，
[0128](C)将上述中空丝元件的顶端的喷嘴部与上述筒状容器内的芯管固定部插入连接的步骤，
[0129]至少在上述(b)以及(C)的步骤中，在使用引导构件将上述喷嘴部的位置保持于规定位置的状态下使上述中空丝元件移动而将上述喷嘴部与上述芯管固定部插入连接。
[0130]在本部分中，“大致垂直”包含垂直以及大体上垂直这两者。“大致中心”包含中心以及大体上的中心这两者。“大致抵接”包含抵接接触以及大体上抵接这两者。
[0131]“盖构件”是以覆盖开口部等的方式安装的构件，并非限定于用于堵塞该位置的构件。
[0132]根据本部分的发明，提供能够容易并且正确地进行以能够更换的方式设置的中空丝元件的安装等的气体分离膜组件以及中空丝元件的更换方法。
[0133][气体分离膜组件的结构]
[0134]在以下的说明中，对与部分I中说明的事项重复的部分进行省略。
[0135](部分II的发明的第一实施方式)
[0136]需要说明的是，以下，基本上对将中空丝元件(下述)横向插入的例子进行说明，但本发明并不限定于此。对于将中空丝元件纵向插入的结构，在第四实施方式中进行说明。
[0137]作为多孔板147能够利用以往公知的多孔板(例如日本特开2008-178872号中的构件)。作为一个例子，多孔板147在其厚度方向上具有多个贯通的孔(未图示)，兼具作为构造体的功能与作为供气体流动的流路的功能。材质可以为金属、树脂或者陶瓷等。或者也可以利用部分I所公开那样的多孔板。
[0138]多孔板也可以安装为通过其至少一部分与管板相接由此来对管板进行支承。多孔板也可以构成为在中心部以及外周部与管板相接而支承管板。多孔板的其他作用是确保从位于管板的表面的中空丝膜的开口排出的透过气体的流路而将该透过气体向盖构件的气体流路引导。
[0139](关于中空丝元件的安装等)
[0140]如上所述，在本实施方式中为将中空丝元件140向筒状容器110内横向插入而安装于该容器内的结构。在这样的结构中，需要将中空丝元件140的顶端的喷嘴部143相对于芯管固定部121的中央孔121a正确地定位。然而，中空丝元件140根据规格不同有时也形成超过Im的长度，在这种情况下，将中空丝元件140的喷嘴部143插入到芯管固定部121的中央孔121a的操作变得更加困难。
[0141]因此，在本实施方式中，利用图7A?图7C所示那样的引导构件160。如图7A所示，引导构件160具有形成有对喷嘴部143的下部进行支承的凹状的支承部161s的主体部161以及设置于该主体部161的下部的两个腿部163。主体部161以及腿部163也可以是金属制，但并不限定于此。
[0142]需要说明的是，作为引导构件160，只要具备(i)将喷嘴部143保持于规定的高度的功能以及(ii)在插入中空丝元件140时能够与该元件一起在筒状容器110内移动的功能即可，可以是任意结构，当然也能够采用图7以外的结构。
[0143]主体部161在该例中为平板构件，如图7A所示，具有主视大致梯形的轮廓形状。支承部161s形成在主体部161的上边部分，支承喷嘴部143的下部。该支承部161s也可以形成为与喷嘴部143的外形对应的圆弧状的凹部。由此，能够稳定地保持喷嘴部143。或者，也可以使支承部161s不是圆弧状的凹部而成为V字状的槽。
[0144]各腿部163以相对于平板状的主体部161垂直或者大体上垂直的方式进行安装。腿部163也可以是实心或者中空的圆棒。在这种情况下，如图7A所示，腿部163的外周面与筒状容器110的内周面的接触面积变小，而且彼此间以曲线接触，因此使引导构件160容易在筒状容器110内滑动。
[0145]关于将主体部161固定于腿部163的位置(参照图7C)，也可以在腿部163的长度方向中央部设置主体部161。在本实施方式中，并非如此，而在从腿部163的中央部偏离的位置安装有主体部161。在图7C中，将腿部163中的、相对较长的部分表示为长部163a，将相对较短的部分表示为短部163b。
[0146]以下，对利用引导构件160的中空丝元件140的安装进行说明。
[0147]首先，如图8A所示，将引导构件160配置于未安装盖构件125的状态的筒状容器110内的入口附近。引导构件160以腿部163的长部163a侧成为插入方向前侧那样的朝向进行配置。然后，以使中空丝元件140的喷嘴部143支承在引导构件160的支承部161s上的方式，将中空丝元件140从开口部IlOa插入到筒状容器110内。[0148]接下来，如图8B所示，将中空丝元件140进一步向筒状容器110内插入。在该阶段中，引导构件160成为在其支承部161s处支承喷嘴部143a并且主体部161的一方的面与中空丝元件140的顶端罩前表面148a抵接的状态。因而，当插入中空丝元件140时，弓丨导构件160也被中空丝元件140按压而滑动移动。
[0149]引导构件160以上述方式滑动移动，在本实施方式中，如图7所示，腿部163是圆棒状，因此腿部163在筒状容器110内良好地滑动。此外，引导构件160成为两个腿部163与筒状容器110的内周抵接的结构，因此在筒状容器110内能够稳定地支承喷嘴部143。另外，引导构件160以腿部163的长部163a成为插入方向前侧这样的朝向进行配置，因此在使引导构件160滑动移动时，也可以防止引导构件160沿插入方向倒下的情况。
[0150]之后，将中空丝元件140推进到图SC所示那样的位置，将喷嘴部143插入到芯管固定部121的中央孔121a中。在此，喷嘴部143的高度被引导构件160保持在规定的位置(即，喷嘴部143的轴线与芯管固定部121的中央孔121a的轴线对齐那样的位置)，因此能够将喷嘴部143顺畅地插入到中央孔121a中。
[0151]在图8C的状态下，利用喷嘴部143 的外周的O型密封圈(未图示)来确保喷嘴部143与芯管固定部121内周之间的密封性。此外，利用中空丝元件140的基端罩146的外周的O型密封圈(未图示)来确保基端罩146与筒状容器110内周之间的密封性。
[0152]最终，与以往相同，例如利用多个螺栓以及螺母等将盖构件125固定于筒状容器110的凸缘部112。由此，完成图1所示那样的外壳供给型气体分离膜组件100。
[0153]根据以上述方式构成的本实施方式的气体分离膜组件100，能够在利用引导构件160将中空丝元件140的喷嘴部143的高度保持于规定位置的状态下将中空丝元件140插入到筒状容器110内，因此能够将喷嘴部143的高度正确地定位，顺畅地进行喷嘴部143向芯管固定部121的中央孔121a的插入。
[0154](第二实施方式)
[0155]本发明的气体分离膜组件如图9所示也可以安装有两个中空丝元件140。该气体分离膜组件100'具有比第一实施方式的筒状容器形成得长的一个筒状容器110'和安装在该筒状容器11(V的两端的盖构件125-1、125-2，在筒状容器11(V内，两个中空丝元件140在同轴上排列配置。
[0156]在筒状容器110'内的大致中央部设有芯管固定部121`，该芯管固定部121`的两端开口，在一方的开口部插入一个中空丝元件140的喷嘴部143，在另一方的开口部插入另一个中空丝元件140的喷嘴部143。在芯管固定部121连接有非透过气体排出部117，非透过气体通过该处而向外部排出。
[0157]这样，即使为在筒状容器110'中安装两个中空丝元件140的结构，与上述实施方式相同，针对每个中空丝元件140准备一个引导构件160，使用该引导构件160插入中空丝元件140，从而能够获得与上述实施方式相同的作用效果。
[0158](第三实施方式)
[0159]在本发明的其他方式中，也可以将引导构件160固定于中空丝元件140。由此，不仅在安装中空丝元件140时，在拆卸时也能够在良好地保持高度方向上的位置精度的状态下拨出中空丝元件140。
[0160]对于固定引导构件160与中空丝元件140的结构，并不特别限定，例如能够采用使用螺栓等固定器具的固定、通过焊接等进行的固定、通过嵌合进行的固定等。引导构件160可以能够拆卸地固定，也可以不能拆卸地进行固定。此外，引导构件160也可以与构成中空丝元件140的构件中的任一者成为一体结构。在这种情况下，引导构件160并非作为单独的构件，而是作为其他构件的一部分存在。
[0161](第四实施方式)
[0162]本发明的气体分离膜组件也可以将一个或者多个中空丝元件纵向配置在容器内。在这种情况下，作为引导构件，只要具有将中空丝元件的喷嘴部保持于规定的位置(在一个例子中为筒状容器内的径向大致中心)的功能即可。因而，引导构件也可以具有与筒状容器的内周大致抵接的三条、四条或者五条以上的腿部。在这种情况下，腿部也可以在周向上均匀配置。
[0163]替代“腿部”，也能够利用例如与筒状容器内大致接触地滚动的滚子或轮胎等的旋转构件。
[0164](对于各部分结构的附注事项)
[0165]以上，参照附图对本发明的一方式进行了说明，但本发明并不限定于上述公开的具体结构。此外，关于气体分离膜组件的各部分的结构，更详细来说，也可以是下述结构。
[0166]作为气体分离膜组件，只要是具备能够更换的中空丝元件、并且需要将中空丝元件横向/纵向插入而将其喷嘴部与规定的固定部连接的结构，则能够应用本发明。在上述实施方式中，以外壳供给型的组件为中心进行了说明，当然也能够将本发明用于内径供给(bore feed)型的组件。
[0167]关于引导构件，腿部163(参照图7)并不限于两个，也可以是三个以上。此外，为了使腿部163的滑动移动更顺畅，也可以将腿部163的顶端侧做成前端逐渐变细的形状(锥状或半球状等)，或者对下部进行局部倒角那样的形状。在图7中，引导构件160支承喷嘴部143，但引导构件160进行支承的位置并不限于此。通过支承中空丝元件140的一部分，也可以将喷嘴部143保持于规定位置。
[0168]混合气体导入口优选位于安装时与中空丝元件的管板所处一侧相反的一侧(即，中空丝元件的顶端侧)。特别优选构成为从混合气体导入口导入的混合气体不直接吹送到中空丝膜。其理由在于，这样能使中空丝膜的破损可能性降低，并且容易使混合气体的流动均匀。
[0169]需要说明的是，芯管的喷嘴部与芯管固定部的连接并不限定于上述方法。例如，也可以经由与芯管固定部的形状配合的连接构件进行连接。另外，芯管固定部也可以不是与容器独立的构件，而成为与容器一体的结构。即，也可以是容器的一部分具有芯管固定部的功能那样的结构。
【权利要求】
1.一种气体分离膜组件，其将混合气体向中空丝膜供给而进行气体分离，该气体分离膜组件包括: 中空丝元件，其具有由多个中空丝膜构成的中空丝束以及设置在该中空丝束的端部、用于固定所述中空丝膜的管板； 容器，其具有供中空丝元件出入的开口部； 盖构件，其形成有气体排出孔，并且以覆盖所述容器的开口部的方式进行安装；以及 多孔板，其形成有作为气体流路的多个贯通孔，安装在所述管板与盖构件之间， 所述多孔板 (a)在盖侧的面上具有安装时与所述盖构件大致接触的平坦部， (b)在盖侧的面的其它部分形成有作为气体流路的流路形成凹部，并且 (c)所述贯通孔以与所述流路形成凹部连通的方式，在多孔板的俯视方向观察下形成在所述平坦部与所述流路形成凹部上。
2.根据权利要求1所述的气体分离膜组件，其中， 所述贯通孔的至少一个形成为长孔。
3.根据权利要求2所述的气体分离膜组件，其中， 所有的所述贯通孔都为长孔，这些长孔在多孔板的俯视方向观察下形成为放射状。
4.根据权利 要求1~3中任一项所述的气体分离膜组件，其中， 所述流路形成凹部形成在与所述盖构件的气体排出孔对置的区域。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的气体分离膜组件，其中， 所述多孔板(d)还具有凹部，该凹部形成在管板侧的面上，形成用于将来自管板端部的气体向所述贯通孔引导的气体流路。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的气体分离膜组件，其中， 所述中空丝元件在所述中空丝束以及所述管板的基础上还具有芯管，该芯管配置在中空丝束的大致中心部，一方的端部固定于所述管板，另一方的端部固定于容器内的一部分。
7.一种气体分离膜组件，其将混合气体向中空丝膜供给而进行气体分离，该气体分离膜组件包括: 中空丝元件，其具有由多个中空丝膜构成的中空丝束以及设置在该中空丝束的端部、用于固定所述中空丝膜的管板； 容器，其具有供中空丝元件进出的开口部； 盖构件，其形成有气体排出孔，并且以覆盖所述容器的开口部的方式进行安装；以及 多孔板，其形成有作为气体流路的多个贯通孔，安装在所述管板与盖构件之间，其中， (a)所述多孔板在盖侧的面上具有安装时与所述盖构件大致接触的平坦部，在该平坦部上形成有所述贯通孔中的至少一个， (b)在所述盖构件上形成有作为与气体排出孔连通的气体流路的流路形成凹部，并且 (C)所述贯通孔形成为与所述流路形成凹部连通。
8.一种气体分离膜组件，其将混合气体向中空丝膜供给而进行气体分离，该气体分离膜组件的特征在于， 该气体分离膜组件包括: (a)能够更换的中空丝元件，其具有由多个中空丝膜构成的中空丝束与配置在所述中空丝束的大致中心、一部分作为喷嘴部突出的芯管； (b)筒状容器，其至少具有供该中空丝元件进出的开口部以及固定所述喷嘴部并且形成有与该喷嘴部内的气体流路连通的流路的芯管固定部，以及 (c)盖构件，其安装于所述开口部， 该气体分离膜组件还包括引导构件，在将所述中空丝元件向所述筒状容器内插入时或者从所述筒状容器内拔出所述中空丝元件时，该引导构件在将所述喷嘴部的位置保持于规定位置的状态下对所述中空丝元件进行引导。
9.根据权利要求8所述的气体分离膜组件，其中， 所述引导构件具有: 主体部，其形成有对所述喷嘴部或者所述中空丝元件的一部分进行支承的支承部；以及 腿部，其设于该主体部，且与所述筒状容器的内周面大致抵接。
10.根据权利要求9所述的气体分离膜组件，其中， 所述引导构件具有两个所述腿部。
11.根据权利要求9或10所述的气体分离膜组件，其中， 所述腿部是圆棒状的构件。·
12.根据权利要求11所述的气体分离膜组件，其中， 所述圆棒状的腿部与所述主体部大致垂直地设置于所述主体部，并且从所述主体部向第一方向延伸的部分长于从所述主体部向与所述第一方向相反的第二方向延伸的部分。
13.根据权利要求8~10中任一项所述的气体分离膜组件，其中， 在所述筒状容器内，两个所述中空丝元件在同轴上排列配置。
14.根据权利要求8~10中任一项所述的气体分离膜组件，其中， 所述引导构件固定于所述中空丝元件的一部分。
15.根据权利要求14所述的气体分离膜组件，其中， 所述引导构件固定于所述中空丝元件的所述喷嘴部或者固定于与所述中空丝束的端部接近配置的端部构件。
16.—种中空丝元件的更换方法，其用于在气体分离膜组件的筒状容器中更换中空丝， 该中空丝元件的更换方法至少包含如下步骤: (a)将中空丝元件的顶端侧从所述筒状容器的开口部插入到其内部的步骤； (b)使所述中空丝元件沿着筒状容器的轴向进一步向筒状容器内部移动的步骤； (c)将所述中空丝元件的顶端的喷嘴部与所述筒状容器内的芯管固定部连接的步骤， 至少在所述(b)以及(C)的步骤中，在使用引导构件将所述喷嘴部的高度方向的位置保持于规定位置的状态下使所述中空丝元件移动而将所述喷嘴部与所述芯管固定部连接。
【文档编号】B01D63/02GK103585889SQ201310357687
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年8月17日
【发明者】福田叙彦, 中村智英, 谷原望, 金筑丰, 林学 申请人:宇部兴产株式会社