螺旋型气体分离膜元件、气体分离膜模块以及气体分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种螺旋型气体分离膜元件，是具有中心管和卷绕于所述中心管的层叠体(7)的螺旋型气体分离膜元件，层叠体(7)具有1个以上依次重叠供给侧流路构件(3)、气体分离膜(2)和透过侧流路构件(4)而得的结构，透过侧流路构件(4)的厚度为400μm～1300μm，气体分离膜(2)是依次重叠亲水性树脂组合物层(20)、多孔层(21)和透过侧表面层(22)而得的膜，透过侧表面层(22)面向透过侧流路构件(4)，并且杨氏模量为20MPa～400MPa。

Spiral gas separation membrane element, gas separation membrane module and gas separation device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】螺旋型气体分离膜元件、气体分离膜模块以及气体分离装置
本专利技术涉及螺旋型气体分离膜元件、气体分离膜模块、以及气体分离装置。
技术介绍
燃料电池是通过使氢与氧发生电化学反应而将化学能转变为电能的电池，由于能量的利用效率高，因此可以在各种领域中期待其有效利用。作为燃料电池的燃气，以往使用的是通过如下操作得到的含氢气体，即，以甲烷气、天然气(城市燃气)、丙烷气、LPG、GTL合成液体燃料、轻油、重油、煤油、石脑油等各种烃类作为原料，在催化剂的存在下，对其利用水蒸气重整法(SR法)、自热重整法(ATR法)、或将它们组合而成的复合重整法等进行重整而得到。例如在以甲烷作为原料的情况下，此种含氢气体是利用下述式(3)所示的水蒸气重整反应作为氢与一氧化碳的混合气体得到，或者根据需要通过接受下述式(4)所示的CO转化反应而得到。CH4+H2O→CO+3H2(3)CO+H2O→CO2+H2(4)燃气被提供给燃料电池的阳极，在此处与氧反应，由此将氢转换为水蒸气，将一氧化碳转换为二氧化碳，作为阳极废气排出。在阳极废气中，还包含未反应的氢和一氧化碳。近年来，研究了面向燃料电池系统的高效化的各种方法。在日本特表2009－503789号公报(专利文献1)中，记载有如下的方法，即，从阳极废气中除去水蒸气、二氧化碳，将其作为燃料电池的燃气再利用，由此提高燃气利用率，实现燃料电池系统的高效化。在专利文献1中，作为从阳极废气中除去水蒸气、二氧化碳的装置，可以举出部分变压吸附单元(日文原文：分压スイング吸着ユニット)、变温吸附单元(日文原文：温度スイング吸着ユニット)、电化学泵。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特表2009－503789号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的在于，提供对于用于从燃料电池的阳极废气中除去水蒸气、二氧化碳的气体分离装置而言有用的、构成简单的螺旋型气体分离膜元件及气体分离膜模块、以及具备这些螺旋型气体分离膜元件或气体分离膜模块的气体分离装置。用于解决问题的方法本专利技术提供以下的螺旋型气体分离膜元件、气体分离膜模块、以及气体分离装置。〔1〕一种螺旋型气体分离膜元件，其是具有中心管、和卷绕于所述中心管的层叠体的螺旋型气体分离膜元件，所述层叠体具有1个以上的依次重叠供给侧流路构件、气体分离膜、和透过侧流路构件而得的结构，所述透过侧流路构件的厚度为400μm～1300μm，所述气体分离膜是依次重叠亲水性树脂组合物层、多孔层、和透过侧表面层而得的膜，所述透过侧表面层面向所述透过侧流路构件，并且杨氏模量为20MPa～400MPa。〔2〕根据〔1〕中记载的螺旋型气体分离膜元件，其中，所述气体分离膜在所述透过侧表面层的相反的一侧还具有供给侧表面层，所述供给侧表面层的杨氏模量为20MPa～1200MPa。〔3〕根据〔1〕或〔2〕中记载的螺旋型气体分离膜元件，其中，所述中心管具有吹扫气供给口，与所述透过侧流路构件所形成的透过侧流路连通。〔4〕根据〔1〕～〔3〕中任一项记载的螺旋型气体分离膜元件，其中，所述亲水性树脂组合物层包含亲水性树脂、和能够与特定气体可逆地反应的载体。〔5〕一种气体分离膜模块，其在壳体内具备〔1〕～〔4〕中任一项记载的螺旋型气体分离膜元件的至少一者。〔6〕一种气体分离装置，其具备至少一个〔5〕中记载的气体分离膜模块。〔7〕根据〔6〕中记载的气体分离装置，其中，所述螺旋型气体分离膜元件的所述中心管具有吹扫气供给口，所述气体分离装置包含对从所述吹扫气供给口向所述中心管供给的吹扫气的流量进行调节的吹扫气供给流量调节器。〔8〕根据〔7〕中记载的气体分离装置，其中，所述吹扫气供给口与选自燃料电池装置的阴极废气排出口、空气供给机、水蒸气供给机、燃气供给机、以及燃烧废气排出口中的至少一者连接。〔9〕根据〔6〕～〔8〕中任一项记载的气体分离装置，其具有与所述供给侧流路构件所形成的供给侧流路连通的原料气体供给口、和与所述透过侧流路构件所形成的透过侧流路连通的透过气体排出口。〔10〕根据〔9〕中记载的气体分离装置，其中，所述原料气体供给口与燃料电池装置的阳极废气排出口连接。〔11〕根据〔8〕或〔10〕中记载的气体分离装置，其中，所述燃料电池装置为固体氧化物型燃料电池装置。专利技术效果根据本专利技术，可以提供对于从燃料电池装置的阳极废气中除去水蒸气、二氧化碳的气体分离装置而言有用的、构成简单的螺旋型气体分离膜元件。附图说明图1是将本专利技术的螺旋型气体分离膜元件的一例展开表示的、设有局部缺口部分的示意性立体图。图2是表示本专利技术的气体分离膜元件的一例的、设有局部展开部分的示意性立体图。图3是示例性地表示构成本专利技术的螺旋型气体分离膜元件的卷绕体(层叠体)的一部分的示意性剖视图。图4将本专利技术的螺旋型气体分离膜元件的一例展开表示，(a)为示意性剖视图，(b)为示意性俯视图。图5是将被供给吹扫气时的本专利技术的螺旋型气体分离膜元件的一例的一部分展开表示的示意性立体图。图6是表示具备本专利技术的气体分离装置的燃料电池系统的一例的示意性模式图。图7是表示用于测定CO2透过通量的测定装置中所用的、安放有气体分离膜的平膜壳体的示意性剖视图。图8是表示用于测定CO2透过通量的测定装置的示意性模式图。具体实施方式以下，对本专利技术的实施方式进行详细说明。但是，本专利技术并不限定于此，可以在记述的范围内进行各种变更，在不同的实施方式中分别组合所公开的技术手段而得的实施方式也包含于本专利技术的技术范围中。(1)螺旋型气体分离膜元件本专利技术的螺旋型气体分离膜元件(以下有时简称为“气体分离膜元件”。)包含中心管、和卷绕于中心管而成的卷绕体(层叠体)。卷绕体具有1个以上的依次重叠供给侧流路构件、气体分离膜、和透过侧流路构件而得的结构。气体分离膜使流过供给侧流路构件的原料气体中的特定气体透过并导向透过侧流路构件。透过侧流路构件将透过了气体分离膜的透过气体导向中心管。本专利技术的气体分离膜元件中层叠体优选包含分离膜－供给侧流路构件复合体(膜叶)。以下，在参照附图的同时，对气体分离膜元件的实施方式进行详细说明。图1是将作为气体分离膜元件的一例的气体分离膜元件1展开、并设有局部缺口部分的示意性立体图。图2是表示作为气体分离膜元件的一例的气体分离膜元件1的、设有局部展开部分的示意性立体图。图3是示例性地表示构成作为气体分离膜元件的一例的气体分离膜元件1的卷绕体(层叠体)的一部分的示意性剖视图。需要说明的是，图1～3所示的气体分离膜元件及卷绕体(层叠体)的层构成为示例，本专利技术并不受这些示例限定。气体分离膜元件1如图1及图2所示，可以具备如下得到的卷绕体，即，分别具有1个以上的气体分离膜2、供给侧流路构件3及透过侧流路构件4，并且将层叠它们而得的层叠体7卷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋型气体分离膜元件，其具有中心管和卷绕于所述中心管的层叠体，/n所述层叠体具有1个以上的依次重叠供给侧流路构件、气体分离膜和透过侧流路构件而得的结构，/n所述透过侧流路构件的厚度为400μm～1300μm，/n所述气体分离膜是依次重叠亲水性树脂组合物层、多孔层和透过侧表面层而得的膜，/n所述透过侧表面层面向所述透过侧流路构件，并且杨氏模量为20MPa～400MPa。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 JP 2017-1910591.一种螺旋型气体分离膜元件，其具有中心管和卷绕于所述中心管的层叠体，
所述层叠体具有1个以上的依次重叠供给侧流路构件、气体分离膜和透过侧流路构件而得的结构，
所述透过侧流路构件的厚度为400μm～1300μm，
所述气体分离膜是依次重叠亲水性树脂组合物层、多孔层和透过侧表面层而得的膜，
所述透过侧表面层面向所述透过侧流路构件，并且杨氏模量为20MPa～400MPa。


2.根据权利要求1所述的螺旋型气体分离膜元件，其中，
所述气体分离膜在所述透过侧表面层的相反的一侧还具有供给侧表面层，所述供给侧表面层的杨氏模量为20MPa～1200MPa。


3.根据权利要求1或2所述的螺旋型气体分离膜元件，其中，
所述中心管具有吹扫气供给口，并与所述透过侧流路构件所形成的透过侧流路连通。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的螺旋型气体分离膜元件，其中，
所述亲水性树脂组合物层包含亲水性树脂、和能够与特定气体可逆地反应的载体。


5.一种气体分离膜模块，其在壳体内具备权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：北浦武明，太田雄大，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP