CA1052708A - Appareil a membranes tubulaires sur supports pour le traitement des fluides - Google Patents
Appareil a membranes tubulaires sur supports pour le traitement des fluidesInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
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- B01D63/062—Tubular membrane modules with membranes on a surface of a support tube
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Abstract
L'invention a trait aux appareils pour traitement de fluides. Dans un appareil à membrane tubulaire semi-perméable reposant sur un support interne poreux et flexible, un élément filiforme est enroulé en hélice autour de la membrane afin de maintenir cette dernière écartée des éléments adjacents. Ceci convient notamment pour des ultrafiltres.
Description
; ~ ~ S ~ 8 ~a présente invention concerne un perfectionnement aux appareils de traitement de fluides qui comportent au moins une membrane tubulaire semi-perméable reposant sur un support interne poreux flexible. De tels appareils sont utilisés, soit comme échangeurs entre deux fluides, soit comme séparateurs de fluides~ .
liquides ou gazeux, dans diverses applications telles que l'osmose inverse, l'ultra-~iltration, la perméation gazeuse, la dialyse On connaît des appareils de traitement de fluides équipé~ : -de membranes tubulaires ~emi-perméables reposant sur un support ~ .
inte~ne poreux flexible. Ces membranes sont assemblées par exemple en faisceaux ou en bobines. On constate qu'elles ont alors tendan~e à se placer les unes contre les autres. Ceci d'une part neutralise les parties de leur surface en contact avec les membranes voi~3.nes ou les parois de l'appareil et d'autre part nuit ~ une circulatio~
réguli~re du fluide autour des membranes, de 9 zones mortes pouvant même se former selon leur disposition relative9 ce. qui entraine une;: -baisse sensible de l'efficacit~ de l'appareil et rend celui-ci plus sensible au colmatage, plu9 délicat à nettoyer et éventuellement stériliser.
On a essayé de maintenir écartée~ les membranes tubulaire~
en leur faisant traverser des plaque~ intercalaires ou en introdui-sant autour un ma-tériau de garnissage tel qu'une mousse souple à
cellules ouvertes, mai~ on diminue ainsi la compacité des appareils :~ (c'est ~ dire le rapport : surface utile de membrane/volume de l'appareil).
~'objet de la présente invention est un appareil de traite~
:` ment de fluides ~-membranes tubulaires semi-perméables flexibles qui .: ~.
présente simultanément une compacité et une efficacité (notamment un débit de perméat) élevées et offre en revanche de faibles.pertes de ~o charge. D'autres avantages de l'appareil selon l'invention appara~-tront dans la suite de la description.
- Il a maintenant été trouvé un appareil de traitement de .:
;:` '' ' ' ' ' : ' ' ' .
~o5~t7~
fluides comportant au moins une membrane tubulaire semi-permé-able reposant sur un support interne poreux flexible, caractéri-sé en ce que la membrane est maintenue écartée des éléments adjacents par au moins un élément filiforme enroulé hélicoidale-ment autour de ladite membrane.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure unique ci-jointe qui illustre schématiquement, avec un fort grossissement, mais sans échelle déterminée, un mode de réalisa-tion particulier donné à titre d'exemple.
Sur la figure sont représentés en vue partielle et en perspective deux cordons supports de membrane contigus dontl'un est à proximité d'une paroi de l'appareil.
Les cordons (1) et (2) sont constitues chacun par une gaine textile (3) et (4) poreuse, sensiblement cylindrique, ~lexibl.e et recouverte extérieurement d'une membrane semi-perméable (5) et (6). Chaque gaine textile est creuse et est constituée par une ou plusieurs couches concentriques de fils ~;
tressés, délimitant des canaux axiaux (7) et (8). Le cordon
liquides ou gazeux, dans diverses applications telles que l'osmose inverse, l'ultra-~iltration, la perméation gazeuse, la dialyse On connaît des appareils de traitement de fluides équipé~ : -de membranes tubulaires ~emi-perméables reposant sur un support ~ .
inte~ne poreux flexible. Ces membranes sont assemblées par exemple en faisceaux ou en bobines. On constate qu'elles ont alors tendan~e à se placer les unes contre les autres. Ceci d'une part neutralise les parties de leur surface en contact avec les membranes voi~3.nes ou les parois de l'appareil et d'autre part nuit ~ une circulatio~
réguli~re du fluide autour des membranes, de 9 zones mortes pouvant même se former selon leur disposition relative9 ce. qui entraine une;: -baisse sensible de l'efficacit~ de l'appareil et rend celui-ci plus sensible au colmatage, plu9 délicat à nettoyer et éventuellement stériliser.
On a essayé de maintenir écartée~ les membranes tubulaire~
en leur faisant traverser des plaque~ intercalaires ou en introdui-sant autour un ma-tériau de garnissage tel qu'une mousse souple à
cellules ouvertes, mai~ on diminue ainsi la compacité des appareils :~ (c'est ~ dire le rapport : surface utile de membrane/volume de l'appareil).
~'objet de la présente invention est un appareil de traite~
:` ment de fluides ~-membranes tubulaires semi-perméables flexibles qui .: ~.
présente simultanément une compacité et une efficacité (notamment un débit de perméat) élevées et offre en revanche de faibles.pertes de ~o charge. D'autres avantages de l'appareil selon l'invention appara~-tront dans la suite de la description.
- Il a maintenant été trouvé un appareil de traitement de .:
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~o5~t7~
fluides comportant au moins une membrane tubulaire semi-permé-able reposant sur un support interne poreux flexible, caractéri-sé en ce que la membrane est maintenue écartée des éléments adjacents par au moins un élément filiforme enroulé hélicoidale-ment autour de ladite membrane.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure unique ci-jointe qui illustre schématiquement, avec un fort grossissement, mais sans échelle déterminée, un mode de réalisa-tion particulier donné à titre d'exemple.
Sur la figure sont représentés en vue partielle et en perspective deux cordons supports de membrane contigus dontl'un est à proximité d'une paroi de l'appareil.
Les cordons (1) et (2) sont constitues chacun par une gaine textile (3) et (4) poreuse, sensiblement cylindrique, ~lexibl.e et recouverte extérieurement d'une membrane semi-perméable (5) et (6). Chaque gaine textile est creuse et est constituée par une ou plusieurs couches concentriques de fils ~;
tressés, délimitant des canaux axiaux (7) et (8). Le cordon
(2) repose à proximité de la paroi (9) de l'appareil de traite-ment de fluides contenant l'ensemble des cordons. Pour le ;;~ cordon (2), le cordon (1) et la paroi (9) de l'appareil consti-tuent l'un et l'autre des éléments adjacents. L'appareil est de type connu, par exemple du type décrit dans le brevet francais N 2.234.912. ~
Selon l'invention, chaque membrane est entourée généra- ~ : :
lement sur toute sa longueur par au moins un élément filiforme ~;
hélicoïdal tel que (10). Le sens d'enroulement de cet élément ~ n'est pas critique. Ainsi la membrane (6) est entourée par : deux fils hélico'ldaux (11) et (12) décalés d'un demi pas.
Chaque élément filiforme est enroulé de manière hélicoidale selon des procédés connus autour d'une membrane tubulaire et .~;
il est fixé sur celle-ci à ses deux extrémités, par tous moyens connus tels que noeud, fusion de brins contigus d'une boucle, . . . : . . : . . .
1(~5'~7C1 8 collage ou scellement par une résine polymérisable sur la membra-ne et/ou sur un embout. Le reste de l'élément filiforme repose librement sur la membrane et il est de préférence rendu solidai-re de celle-ci, soit en différents points réguli~rement espacés, soit de manière continue, par exemple par collage afin de conser-ver un pas sensiblement constant quelle que soit la configura-tion du cordon.
Pour éviter le frottement éventuel du fll sur la mem-brane, lors de déforrnations ultérieures des cordons flexibles, on utilise avantageusement des procédés de fabrication connus en soi qui consistent à enrouler hélicoidalement autour de la membrane des fils qui restent pratiquement dépourvus de torsion sur eux-mêmes, la torsion du fil étant la déformation subie par ce fil sous l'action de deux couples opposés agissant dans des plans perpendiculaires au fil. Ainsi, on peut ~aire tourner les ~ils d'un tour sur eux-mêmes à chaque tour du fil autour du - cordon, les rotations étant effectuées en sens inverses.
On peut également chauffer le fil lors de l'enroulement autour du cordon, à une température suffisante pour le stabiliser et supprimer son couple de torsion. Avec un fil thermorétrac-table que l'on soumet à un traitement thermique approprié après l'avoir disposé hélicoidalement sur le cordon flexible, on peut obtenir sur la mernbrane une action de frettage.
~ Comme on le constate sur la figure, les fils((10, 11, ; 12) maintiennent un espace libre systématique (13) entre les - cordons (1) et (2). De même les fils (11 et 12) maintiennent également un espace libre systématique (14) entre le cordon (2) et la paroi (9) de l'appareil. La hauteur minimum de cet espace libre est en général sensiblement constante et égale au diamètre de l'élément filiforme,quelle que soit la configuration des ' cordons.
On peut alors, en choisissant pour les fils hélicoidaux :;
1()5;~'70~
des dimensions transversales déterminées, maintenir entre les diverses membranes tubulaires l'écartement minimum nécessaire ~our ~ernlet~Le ~; ~
..
.
~Lo5,~71~
un écoulement satisfai~ant du fluide à l'ex-térieur des membranes, conférant ainsi ~ l~appareil une ~rande efficac~-te pour une faible perte de charge. Cet écartement minimum corre~pond en outre ~ la compacité optimum de l'appareil. Par ailleur~, cet écar-tement subsiste sur toute la longueur utile des membranes tubulaires, quelles que soient leurs configuration~ (parallèles7 bobinéei3, torsadées, . . ~ ).
Comme elément filiforme, on utilise généralement un fil ~ouple dont la section droite peut ~tre polygonale ou elliptiqueg mais est de préférence sensiblement circulaire. En e~fet, un fil rond ne porte g~néralement que par une seule génératrice et, lors d~une pres~ion m~canique extérieure, il ~'appuie sur la membrane san~ la trancher. Cet ~lément peut etre constitué par un ~il tex-tile, généralement en matériau synthétique. Ce fil peut eAtre mono-brin ou multibrin.
~e~ dimensions transversales de l'élément filiforme, qui ~ ~e réduisent le plus souvent à son diamètre, sont genéralement com-: prises entre le cinquanti~me et la moitié, et de préférence entre le vingtième et le huitiame du diamètre de la membrane tubulaire.
~'élément ~ orme est enroulé selon un pas compris gén~ralement entre le quart et 8 fois, et de pré~érence entre la moitié et le double du diamètre de la membrane tubulaire. Avanta~
geusement le pas de l'enroulement de l'élément fili~orme sera d'autant plu~ faible que le cordon support sera plus flexible et susceptible de présenter de plu9 faible 9 rayons de courbure. On peut enrouler hélico~dalement plusieurs éléments filiformes tels que 11 et 12 et les répartir réguliarement sur la sur~ace de la mem~rane tubulaire.
c ~e diamètre de la membrane tubulaire est habituellement compris entre un et ving.t millimètres et de pré~érence entre deux et dix millimètres, son diamatre est de préférence assez petit pour permettre de cons-ti-tuer des appareils pré~entant une compacité
-4- ;
. , .
~''' ' ' ''' , "' ~ ' ' 105'~'7~8 suffisante. Le support poreux de la membrane tubulaire peut être de tout type connu, il est de pré~érence constitué par une gaine textile offrant une flexibilité lui permettant d'être plié
selon des rayons inférieurs à quelques centimètres ou à quelques dizaines de centimètres. On peut utiliser des cordons flexibles supports de membrane de tous types connus. Les éléments décrits dans les brevets francJais publiés sous les N 2 179 6~0 et 2 194 461 conviennent particulièrement bien pour la mise en oeuvre de la présente invention.
;; 10 Naturellement plusieurs membranes tubulaires, de préférence équipées individuellement d'éléments filiformes selon ~- l'invention, peuvent former un faisceau ou un écheveau qui peut lui-même être entouré d'un ou de plusieurs éléments filiformes disposés selon des spires hélicoidales. Cette disposition peut faciliter notamment les manipulations des membranes tubulaires lors de la construction de l'appareil.
L'emploi d'éléments filiformes enroulés hélicoidalement autour de membranes tubulaires flexibles présente encore bien ;~ d'autres avantages. D'une part; il permet de construire des appareils dans lesquels on peut serrer les membranes tubulaires les unes contre les autres; celles-ci peuvent alors être envelop-pées par exemple dans une gaine thermorétractable, étanche ou non.
D'autre part, l'écartement systématique des membranes ~, tubulaires ainsi obtenu facilite la réalisation de dispositifs d'étanchéité obtenus par coulée d'une résine autour des membranes tubulaires vers leurs extrémités. Par ailleurs, l'élément fili-forme constitue une protectlon de la membrane, notamment lors des manipulations pendant la fabrication de l'appareil, ou contre le `
frottement au contact des parois de l'appareil. Il peut en outre ~ 30 exercer dans certains cas un effet de frettage sur la membrane ;~ tubulaire. De plus, on observe que les éléments filiformes répar-tissent et régularisent l'écoulement des fluides autour des ~ -membranes :, ~L05;~7~3 et permet-tellt d'~viter les écoulements préférentiels.
Le~ apparei.ls selon l'inven-tion permet-tent d'effectuer des opératlons d'échange (dialyse, osmose directe, échanges liquide-gaz, échanges gaz-gaæ); des opération~ de séparation de fluides (ultrafiltration, o~mo~e inverse, perméation gazeu~e) et meme des opération~ de mélange. Ce~ opérations peuvent bien entendu constituerdes opérations d'enrichi~gement Ce~ appareils convie-nnent naturellement pour de~ applications d'échange (telle~ que l'échange thermiqUe entre deux fluides, l'humidification et/ou le condition-nement d'air) ou de mélange (par exemple la dis~olution de certainsgaz dsn~ les liquide~
Ces appareils peuven-t faire l'objet de diverses variante~
~; de réali~ation ~ans ~ortir du cadre de la pré~ente invention.
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Selon l'invention, chaque membrane est entourée généra- ~ : :
lement sur toute sa longueur par au moins un élément filiforme ~;
hélicoïdal tel que (10). Le sens d'enroulement de cet élément ~ n'est pas critique. Ainsi la membrane (6) est entourée par : deux fils hélico'ldaux (11) et (12) décalés d'un demi pas.
Chaque élément filiforme est enroulé de manière hélicoidale selon des procédés connus autour d'une membrane tubulaire et .~;
il est fixé sur celle-ci à ses deux extrémités, par tous moyens connus tels que noeud, fusion de brins contigus d'une boucle, . . . : . . : . . .
1(~5'~7C1 8 collage ou scellement par une résine polymérisable sur la membra-ne et/ou sur un embout. Le reste de l'élément filiforme repose librement sur la membrane et il est de préférence rendu solidai-re de celle-ci, soit en différents points réguli~rement espacés, soit de manière continue, par exemple par collage afin de conser-ver un pas sensiblement constant quelle que soit la configura-tion du cordon.
Pour éviter le frottement éventuel du fll sur la mem-brane, lors de déforrnations ultérieures des cordons flexibles, on utilise avantageusement des procédés de fabrication connus en soi qui consistent à enrouler hélicoidalement autour de la membrane des fils qui restent pratiquement dépourvus de torsion sur eux-mêmes, la torsion du fil étant la déformation subie par ce fil sous l'action de deux couples opposés agissant dans des plans perpendiculaires au fil. Ainsi, on peut ~aire tourner les ~ils d'un tour sur eux-mêmes à chaque tour du fil autour du - cordon, les rotations étant effectuées en sens inverses.
On peut également chauffer le fil lors de l'enroulement autour du cordon, à une température suffisante pour le stabiliser et supprimer son couple de torsion. Avec un fil thermorétrac-table que l'on soumet à un traitement thermique approprié après l'avoir disposé hélicoidalement sur le cordon flexible, on peut obtenir sur la mernbrane une action de frettage.
~ Comme on le constate sur la figure, les fils((10, 11, ; 12) maintiennent un espace libre systématique (13) entre les - cordons (1) et (2). De même les fils (11 et 12) maintiennent également un espace libre systématique (14) entre le cordon (2) et la paroi (9) de l'appareil. La hauteur minimum de cet espace libre est en général sensiblement constante et égale au diamètre de l'élément filiforme,quelle que soit la configuration des ' cordons.
On peut alors, en choisissant pour les fils hélicoidaux :;
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des dimensions transversales déterminées, maintenir entre les diverses membranes tubulaires l'écartement minimum nécessaire ~our ~ernlet~Le ~; ~
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un écoulement satisfai~ant du fluide à l'ex-térieur des membranes, conférant ainsi ~ l~appareil une ~rande efficac~-te pour une faible perte de charge. Cet écartement minimum corre~pond en outre ~ la compacité optimum de l'appareil. Par ailleur~, cet écar-tement subsiste sur toute la longueur utile des membranes tubulaires, quelles que soient leurs configuration~ (parallèles7 bobinéei3, torsadées, . . ~ ).
Comme elément filiforme, on utilise généralement un fil ~ouple dont la section droite peut ~tre polygonale ou elliptiqueg mais est de préférence sensiblement circulaire. En e~fet, un fil rond ne porte g~néralement que par une seule génératrice et, lors d~une pres~ion m~canique extérieure, il ~'appuie sur la membrane san~ la trancher. Cet ~lément peut etre constitué par un ~il tex-tile, généralement en matériau synthétique. Ce fil peut eAtre mono-brin ou multibrin.
~e~ dimensions transversales de l'élément filiforme, qui ~ ~e réduisent le plus souvent à son diamètre, sont genéralement com-: prises entre le cinquanti~me et la moitié, et de préférence entre le vingtième et le huitiame du diamètre de la membrane tubulaire.
~'élément ~ orme est enroulé selon un pas compris gén~ralement entre le quart et 8 fois, et de pré~érence entre la moitié et le double du diamètre de la membrane tubulaire. Avanta~
geusement le pas de l'enroulement de l'élément fili~orme sera d'autant plu~ faible que le cordon support sera plus flexible et susceptible de présenter de plu9 faible 9 rayons de courbure. On peut enrouler hélico~dalement plusieurs éléments filiformes tels que 11 et 12 et les répartir réguliarement sur la sur~ace de la mem~rane tubulaire.
c ~e diamètre de la membrane tubulaire est habituellement compris entre un et ving.t millimètres et de pré~érence entre deux et dix millimètres, son diamatre est de préférence assez petit pour permettre de cons-ti-tuer des appareils pré~entant une compacité
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selon des rayons inférieurs à quelques centimètres ou à quelques dizaines de centimètres. On peut utiliser des cordons flexibles supports de membrane de tous types connus. Les éléments décrits dans les brevets francJais publiés sous les N 2 179 6~0 et 2 194 461 conviennent particulièrement bien pour la mise en oeuvre de la présente invention.
;; 10 Naturellement plusieurs membranes tubulaires, de préférence équipées individuellement d'éléments filiformes selon ~- l'invention, peuvent former un faisceau ou un écheveau qui peut lui-même être entouré d'un ou de plusieurs éléments filiformes disposés selon des spires hélicoidales. Cette disposition peut faciliter notamment les manipulations des membranes tubulaires lors de la construction de l'appareil.
L'emploi d'éléments filiformes enroulés hélicoidalement autour de membranes tubulaires flexibles présente encore bien ;~ d'autres avantages. D'une part; il permet de construire des appareils dans lesquels on peut serrer les membranes tubulaires les unes contre les autres; celles-ci peuvent alors être envelop-pées par exemple dans une gaine thermorétractable, étanche ou non.
D'autre part, l'écartement systématique des membranes ~, tubulaires ainsi obtenu facilite la réalisation de dispositifs d'étanchéité obtenus par coulée d'une résine autour des membranes tubulaires vers leurs extrémités. Par ailleurs, l'élément fili-forme constitue une protectlon de la membrane, notamment lors des manipulations pendant la fabrication de l'appareil, ou contre le `
frottement au contact des parois de l'appareil. Il peut en outre ~ 30 exercer dans certains cas un effet de frettage sur la membrane ;~ tubulaire. De plus, on observe que les éléments filiformes répar-tissent et régularisent l'écoulement des fluides autour des ~ -membranes :, ~L05;~7~3 et permet-tellt d'~viter les écoulements préférentiels.
Le~ apparei.ls selon l'inven-tion permet-tent d'effectuer des opératlons d'échange (dialyse, osmose directe, échanges liquide-gaz, échanges gaz-gaæ); des opération~ de séparation de fluides (ultrafiltration, o~mo~e inverse, perméation gazeu~e) et meme des opération~ de mélange. Ce~ opérations peuvent bien entendu constituerdes opérations d'enrichi~gement Ce~ appareils convie-nnent naturellement pour de~ applications d'échange (telle~ que l'échange thermiqUe entre deux fluides, l'humidification et/ou le condition-nement d'air) ou de mélange (par exemple la dis~olution de certainsgaz dsn~ les liquide~
Ces appareils peuven-t faire l'objet de diverses variante~
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Claims (6)
1. Appareil de traitement de fluides comportant au moins une membrane tubulaire semi-perméable reposant sur un support in-terne poreux flexible, caractérisé en ce que la membrane est maintenue écartée des éléments adjacents par au moins un élément filiforme enroulé hélicoïdalement autour de ladite membrane.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément filiforme est rendu solidaire de la membrane, au moins en des points régulièrement espacés.
3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément filiforme est thermorétracté après enroulement autour de la membrane.
4, Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que l'élément filiforme est constitué par un fil qui, après enroulement autour de la membrane, est pratiquement dépourvu de torsion sur lui-même.
en ce que l'élément filiforme est constitué par un fil qui, après enroulement autour de la membrane, est pratiquement dépourvu de torsion sur lui-même.
5, Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que le pas de l'enroulement hélicoïdal de l'élément filiforme est compris entre le quart et huit fois le diamètre de la membrane tubulaire.
en ce que le pas de l'enroulement hélicoïdal de l'élément filiforme est compris entre le quart et huit fois le diamètre de la membrane tubulaire.
6. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que l'élément filiforme est cylindrique, sa section droite est circulaire et son diamètre est compris entre le cinquantième et la moitié du diamètre de la membrane tubulaire.
en ce que l'élément filiforme est cylindrique, sa section droite est circulaire et son diamètre est compris entre le cinquantième et la moitié du diamètre de la membrane tubulaire.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7434611A FR2287934A1 (fr) | 1974-10-15 | 1974-10-15 | Appareil a membranes tubulaires sur supports pour le traitement des fluides |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1052708A true CA1052708A (fr) | 1979-04-17 |
Family
ID=9144109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA237,600A Expired CA1052708A (fr) | 1974-10-15 | 1975-10-10 | Appareil a membranes tubulaires sur supports pour le traitement des fluides |
Country Status (15)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4066553A (fr) |
| JP (1) | JPS5164481A (fr) |
| BE (1) | BE834504A (fr) |
| CA (1) | CA1052708A (fr) |
| CH (1) | CH587070A5 (fr) |
| DE (1) | DE2546010C3 (fr) |
| DK (1) | DK461575A (fr) |
| FR (1) | FR2287934A1 (fr) |
| GB (1) | GB1514577A (fr) |
| IE (1) | IE43442B1 (fr) |
| IL (1) | IL48302A0 (fr) |
| IT (1) | IT1043390B (fr) |
| LU (1) | LU73582A1 (fr) |
| NL (1) | NL7511762A (fr) |
| SE (1) | SE397771B (fr) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE3048559C2 (de) * | 1980-12-22 | 1985-08-01 | Akzo Gmbh, 5600 Wuppertal | Kreuz-Gegenstrommodul |
| US4705543A (en) * | 1986-09-19 | 1987-11-10 | Perma Pure Products, Inc. | Fluid drying tube |
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