DE2441333B2 - Vorrichtung zur Trennung von in einer Fluidmischung oder -lösung enthaltenen Komponenten sowie Verfahren zur Herstellung einer Anordnung aus Hohlfasern zur Verwendung bei einer solchen Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von in einer Fluidmischung oder -lösung enthaltenen Komponenten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung aus Hohlfasern zur Verwendung bei einer solchen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Herstellungsverfahren ist aus der DE-OS 23 00 312 bekannt Hierbei werden die Hohlfasern auf einem hohlzylindrischen, porösen Kern in mehreren Lagen so aufgewikkelt, daß die Wickelebene einer Hohlfaser mit der Drehbzw. Kernlängsachse jeweils einen Winkel zwischen 10 und 50° bildet und der Kern beim Bewickeln pro Wicklung der Hohlfaser um seine Längsachse mit einem Winkel zwischen 2 und 10° gedreht wird.

Das Bewickeln einer weiteren, darüberliegenden Lage erfolgt in der Weise, daß die Hohlfasern den angegebenen Winkel zur Drehachse einnehmen, jedoch entgegengesetzt zu dem der darunterliegenden Lage, so daß sich die Hohlfasern übereinanderliegenden Lagen in einem Winkel von 20 bis 100° schneiden. Die Stirnseiten dieser Hohlfaseranordnung werden in einer Ebene senkrecht zur Drehachse unter Fixierung der sich bildenden Hohlfaserenden abgeschnitten. Diese Hohlfaseranordnung wird zusammen mit dem porösen Wicklungskern in der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Weise in den Behälter eingesetzt, wobei Ein- und Auslaß des die Hohlfasern umströmenden Fluids in der Mitte der Behälterwandung liegen. Dadurch wird eine Querströmung zwischen dem durch die Hoiilfasern und dem sie umströmenden Fluid erzwungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sich ein kompakter Aufbau und zugleich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Außerdem soll noch ein einfaches Herstellungsverfahren für eine bei der Vorrichtung verwendbare Hohlfaseranordnung angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung bzw. durch das im Anspruch 5 angegebene Herstellungsverfahren gelöst.

Durch die Befreiung der Hohlfaseranordnung vom Spulenkörper wird es möglich, daß die Hohlfaseranordnung die gesamte Behandlungskammer ausfüllen kann, so daß sich ein kompakter Aufbau mit großer Austauschfläche ergibt. Durch die angegebene Anordnung der Ein- und Auslässe sowie dem angegebenen Kreuzungswinkel zwischen den Hohlfasern benachbarter Faserschichten wird eine Strömung ermöglicht, die weitgehend dem Gegenstromprinzip entspricht. Hierdurch wird ein guter Wirkungsgrad erreicht. Durch den angegebenen Kreuzungswinkel der Hohlfasern ist außerdem eine gute Stabilität der Hohlfaseranordnung gewährleistet.

Aus der US-PS 37 46 175 ist zwar eine Hohlfaseranordnung mit sich kreuzenden Faserschichten bekannt, die auch teilweise das Gegenstromprinzip verwendet,

jedoch müssen hierbei die Hohlfaserenden der in Ebenen liegenden Hohlfasern an behälterfesten Teilen eingespannt werden. Dementsprechend muß auch diese Hohlfaseranordnung in anderer Art und Weise als im Anspruch 5 angegeben hergestellt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung, wozu teilweise die Zeichnungen herangezogen werden.

F i g. 1 und 2 zeigen eine Seitenansicht einer Fluidtrennvorrichtung;

Fig.3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bei der Herstellung der Hohlfaseranordnung verwendeten Spulenkörpers;

F i g. 4 zeigt Hohlfaserschichten, welche vom Spulenkörper nach dem Zerschneiden abgenommen sind;

Fig.5 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Kreuzungswinkels der Hohlfasern;

Fig.6 und 7 zeigen eine Ansicht von weiteren Ausführungsformen einer Hohlfaseranordnung.

Der in F i g. 1 dargestellte Behälter 1 enthält eine Einlaßöffnung 2 und eine Auslaßöffnung 3 für ein außerhalb der Hohlfasern strömendes Fluid B. Der Behälter enthält ferner eine Einlaßöffnung 7 und eine Auslaßöffnung 8 für ein im Inneren der Hohlfasern fließendes Fluid A. Bei der in F i g. 1 darge> teilten Ausführungsform ist der Behälter 1 in eine Behandlungskammer 11 sowie in Kammern 9 und 10 durch Trennwände 4 und 5 abgeteilt. Die Trennwände habon eine solche Dicke, daß sie einem bestimmten Druck standhalten können. Eine Hohlfaseranordnung 6 ist an beiden Enden in die Trennwände 4 und 5 eingelassen und eingebettet. Die Wände bestehen beispielsweise aus « einem Epoxydharz. Die öffnung von jeder Hohlfaser, welche die Anordnung 6 bildet, ist in den abgetrennten Kammern 9 und 10 angebracht Das Fluid A strömt von der Einlaßöffnung 7 zu der Hohlfaseranordnung in die Behandlungskammer 11 durch die Kammer 9. Andererseits tritt das Fluid B in die Behandlungskammer 11 von der Einlaßöffnung 2 ein In der Behandlungskammer 11 werden die Komponenten der Fluide A und B durch die Membranwandung der Hohlfasern getrennt. Das behandelte Fluid A strömt durch die Hohlfasern, tritt durch die Kammer 10 hindurch und wird von der Auslaßöffnung 8 abgezogen. Andererseits wird das behandelte Fluid ß von der Auslaßöffnung 3 abgezogen.

Die Querschnittsgestalt des Behälters wird der erwünschten Querschnittsgestalt der Hohlfaseranordnung angepaßt. Wenn beispielsweise die Querschnittsgestali der Anordnung rechteckförmig ist, wird auch der Querschnitt des Behälters rechteckförmig gewählt. Wenn umgekehrt der Querschnitt der Anordnung kreisförmig ist, wird auch der Querschnitt des Behälters « kreisförmig ausgebildet.

Die in Fig.2 dargestellte Fluidtrennvorrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung mit der Ausnahme, daß ein offenes Ende der Anordnung 6 vollständig in die Trennwand 4 eingebettet ist und daß die Vorrichtung die Zuführöffnung 7 für das Fluid A und die Kammer 9 nicht enthält. Diese Bauart der Vorrichtung eignet sich besonders für eine Gastrennung.

Die Hohlfaseranordnung wird dadurch hergestellt, &"> daß man wenigstens eine Hohlfaser auf einer Spule beispielsweise mittels eines eine Querverschiebung durchführenden Mechanismus aufwickelt, um Schichten der Hohlfasern einander zu überlagern. Die Zahl der verwendeten Hohlfasern liegt zwischen 2 und 50, wenn der Durchmesser jeder Hohlfaser wenigstens 100 μ beträgt und 2 bis 200, wenn er kleiner ist als 100 μ. Die Aufwicklung der Hohlfasern auf die Spule wird derart durchgeführt, daß die Orientierungsrichtung in einer gegebenen Schicht sich mit derjenigen in der benachbarten Schicht um einen Winkel von 10 bis 25° schneidet.

Wenn eine Mehrzahl von in obiger Weise auf einem Spulenkern aufgewickelten Hohlfaserschichten an wenigstens einer Stelle in Richtung des in F i g. 3 gezeigten Pfeiles zerschnitten und von dem Spulenkern entfernt wird, läßt sich eine bogen- oder blattförmige vielschichtige Struktur erhalten, bei der die öffnungen der einzelnen Hohlfasern in dem durch den Schnitt erzeugten Querschnitt liegen.

Fig.5 zeigt, wie sich die Hohlfaserschichten schneiden, wobei in dem dargestellten Falle jede eine relativ geringe Anzahl von Hohlfasern enthält. An der mit Pfeilen hervorgehobenen Stelle erkennt man, daß sich die Hohlfasern in einer gegebenen Schicht mit denen einer benachbarten Schicht unter einem Kreuzungswinkel von ungefähr 10° schneiden. Wenn die Anzahl der Hohlfasern in jeder Schicht zunimmt und diese gleichförmig in der Schicht angeordnet sind, bilden die aneinander angrenzenden beiden Schichten ein dichtes Köper-Muster über die gesamte Oberfläche der Schichten. Dieses Köper-Muster wird kontinuierlich in der Überlagerungsrichtung gebildet, wobei sich beispielsweise Hohlfasern in einer gegebenen Schicht /mit denjenigen einer Schicht (/+1) und einer Schicht (/— 1) mit dem angegebenen Winkel schneiden (wobei / eine positive ganze Zahl ist).

F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Hohlfaserancrdnung. Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Hohlfasem derart, daß sie, sobald sie an beiden Enden ankommen, umgebogen werden und eine neue Schicht bilden. Da die Hohlfasern an ihren Kant5nbereichen umkehren, lassen sich größere Mengen derselben in ein vorbestimmtes Volumen packen.

Die Anordnung kann aus lediglich einer einzigen bogenartigen vielschichtigen Struktur bestehen, wie sie in Fig.4 dargestellt ist. Die Anordnung kann jedoch auch dadurch gebildet werden, daß eine Mehrzahl der bogenartigen vielschichtigen Strukturen gestapelt wird. Die runde, stabartige Anordnung nach F i g. 7 stellt eine weitere Ausführungsform dar, welche durch Aufwickeln von einer bogenartigen mehrschichtigen Struktur oder zwei oder mehreren derselben, die nebeneinander in gleicher Richtung angeordnet sind, gebildet werden. Diese runde, stabförmige Anordnung erhält eine mit öffnungen versehene Fläche an beiden Enden.

Jede Hohlfaser weist üblicherweise einen Außendurchmesser von 30 bis 3000 μ und einen Innendurchmesser von 20 bis 2400 μ auf. Sie können aus Polyestern, Polyamiden, Polykarbonaten, regenerierter Cellulose oder Celluloseestern hergestellt werden.

Eine besonders nützliche Anwendung der Hohlfaseranordnung mit Hohlfasern aus regenerierter Cellulose ist eine künstliche Niere.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Trennung von in einer Fluidmischung oder -lösung enthaltenen Komponenten mit einem Behälter, der wenigstens einen am Umfang der Behälterwandung angeordneten Einlaß für das zu behandelnde Fluid und zwei Auslässe für die bei der Trennung entstehenden Fluide aufweist, von denen der eine auf dem Umfang der Behälterwandung gegenüber dem Einlaß um 180° versetzt ist und der andere an einem Behälterende angeordnet ist, der weiterhin eine Behandlungskammer sowie mindestens eine davon durch eine Trennwand abgetrennte Kammer aufweist, bei der sich in der Behandlungskammer eine auf einem Spulenkörper hergestellte Anordnung aus Hohlfasern mit selektiver Durchlässigkeit befindet, die in mehreren Faserschichten übereinander gelagert sind und dabei in den einzelnen Faserschichten parallel zueinander und zu den Hohlfasern in jeweils benachbarten Faserschichten in einem bestimmten Winkel verlaufen und die ferner mit ihren wenigstens einen offenen Enden in der abgetrennten Kammer münden, dadurch gekennzeich- 2% net, daß

a) in der Behandlungskammer (11) die von ihrem Spulenkörper befreite und den gesamten Rauminhalt der Behandlungskammer (11) ausfüllende Hohlfaseranordnung (6) angeordnet ist, jo

b) der Einlaß (2) an dem dem genannten Behälterende zugewandten Endbereich der Behälterwandung und der eine Auslaß (3) am entgegengesetzten Endbereich der Behälterwandung angeordnet ist und

c) der Winkel zwischen den Hohlfasern jeweils benachbarter Faserschichten zwischen 10° und 25° liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Einiaß (7) am anderen Behälterende angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Hohlfasern aus einer gebogenen mehrschichtigen Lage oder aus mehreren gebogenen mehrschichtigen Lagen be- <c> steht, die übereinander gelagert sind (F i g. 4 bis 6).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Hohlfasern in Form eines Rundstabes ausgebildet ist, deren beiden Enden eine Öffnung aufweist und durch Rollen von wenigstens einer mehrschichtigen Lage gebildet ist (F ig. 7).

5. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung aus Hohlfasern zur Verwendung bei einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 5¹) selektiv durchlässige Hohlfasern auf einem Spulenkörper einer Wicklungsvorrichtung mit einem Querschubmechanismus aufgewickelt werden, eine mehrschichtige Lage aus einer Anzahl von übereinander gelagerten Faserschichten gebildet wird, in denen die Fasern jeweils einer Faserschicht untereinander parallel und zu den Fasern der benachbarten Faserschichten unter einem bestimmten Winkel verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Lage auf dem Spulenkörper an wenigstens b5 einer Stelle in einer durch die Drehachse der Spule verlaufenden Ebene zerschnitten wird,

b) die aufgeschnittene mehrschichtige Lage vom

Spulenkörper abgenommen wird und etwa quaderförmig ausgebildet wird und c) anschließend mehrere Lagen übereinander gestapelt werden oder eine oder mehrere Lagen zur Bildung eines Rundstabes aufgerollt werden.