DE3105192A1

DE3105192A1 - Hohlfasermodul sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3105192A1
Application number: DE19813105192
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. Dr. 8765 Erlangenbach Ostertag
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1981-02-13
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE3105192C2; FR2499902A1; GB2092913B; GB2092913A; JPH0125602B2; US4440641A; JPS57177304A; FR2499902B1

Description

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Hohlfasermodul sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung.

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Die Erfindung betrifft einen Hohlfasermodul bestehend aus einem Hohlfaserpaket mit ringförmigem Querschnitt und einem axial verlaufenden aus einer erhärteten Vergußmasse gebildeten Strömungskanal, wobei die im wesentlichen gleich langen in gekrümmter Form vorliegenden Hohlfasern in im wesentlichen radialer Richtung verlaufen und in Ebenen angeordnet sind, die mit der Modullängsachse einen annähernd rechten Winkel bilden, und sich die Hohlfasern benachbarter Ebenen kreuzen und an ihren Kreuzungspunkten gegenseitig berühren, bei welchem beide Enden jeder Hohlfaser in einer erhärteten Vergußmasse derart eingebettet und freigelegt sind, daß ein Durchfluß durch die Hohlfasern gewährleistet ist, und bei welchem Hohlfasern in den axialen Strömungskanal münden.

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Vorrichtungen, bei denen die Stoff- oder Wärmeenergieübertragung durch die gegebenenfalls als Membran wirkende Wand von Hohlfasern erfolgt, sind an sich bekannt. Es ist auch bekannt, die verwendeten Hohlfasern in Form von Hohlfasermoduln anzuordnen., die - ähnlich den bekannten Filterpatronen - nach Erschöpfung auf schnelle und einfache Weise gegen neue oder regenerierte Hohlfasermoduln ausgetauscht werden können. Derartige Hohlfasermoduln finden sowohl in technischen als auch in medizinischen und anderen Bereichen eine immer breiter werdende Anwendung, wobei je nach Beschaffenheit der Hohlfasern reine Wärmeübertragung, reiner Stoffaustausch, reine Stofftrennung oder eine Kombination von diesen stattfindet.

Für all diejenigen Fälle, in denen.eine Reinigung oder Regenerierung der verunreinigten oder erschöpften Hohlfasermoduln nicht möglich ist und diese daher nach Gebrauch verworfen · werden müssen, bestand ein Bedarf an Hohlfasermoduln, die . einerseits universell einsetzbar sind und zudem eine hohe Austauschleistung aufweisen, die andererseits aber auch auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar sind.

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Aus der US-PS 3 198 -335 ist ein gattungsgemäßer Hohlfasermodul bekannt« Dieser Hohlfasermodul besitzt aufgrund der aus dieser Druckschrift bekannten Anordnung der Hohlfasern den Nachteil, daß bei ihm nur zwei Fluide zur Wärme- bzw. "StoffÜbertragung verwendet werden können, wobei das eine Fluid die Hohlfasern durchströmt, während das andere die Hohlfasern umströmt. Da dort weiterhin die Länge der Hohlfasern mehr als doppelt so lang ist wie die in radialer

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Richtung gemessene Stärke des Hohlfaserpaketes, sind die Druckverluste in den Hohlfasern entsprechend hoch, die Durchflußmengen entsprechend gering und damit die Austauschleistung unbefriedigend. Bei der Verwendung dieses bekannten Moduls als Wärmeaustauscher findet zudem durch die Rückführung des die Hohlfasern durchströmenden Fluids zur Mitte ein Rückaustausch statt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hohlfasermodul zur Verfügung zu stellen, bei dem in den Hohlfasern erheblich geringere Druckverluste auftreten/ wodurch höhere Austauschleistungen erreicht werden, und mit dem auch mehr als zwei Fluide an einer Wärme- und/oder Stoffübertragung teilnehmen können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gattungsgemäßer Hohlfasermodul zur Verfügung gestellt, bei welchem erfindungsgemäß auch auf der äußeren Mantelfläche des Hohlfasermoduls Hohlfasern münden, wobei die Enden dieser Hohlfasern ebenfalls in einer den Modulmantel bildenden erhärteten Vergußmasse eingebettet sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform mündet jede der Hohlfasern mit ihrem einen offenen Ende in den axialen . Strömungskanal und mit ihrem anderen offenen Ende auf der äußeren Mantelfläche des Moduls. Bei einer solchen Anordnung haben die Hohlfasern eine relativ geringe Länge, so daß die Druckverluste in den Hohlfasern bei dieser Ausführungsform am geringsten sind. In Verbindung mit einer im wesentlichen kreisbogenförmigen Verlegung der Hohlfasern erhält man einen

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erfindungsgemäßen Hohlfasermodul, der hinsichtlich seiner Austauschleistung sowie seiner Wirtschaftlichkeit kaum noch zu überbieten sein dürfte.

Wird bei einer solchen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls erfindungsgemäß der axiale Strömungskanal durch parallel und/oder senkrecht zur Längsachse des Hohlfasermoduls angeordnete Trennwände in mehrere Kammern unterteilt, so können der Anzahl der durch die Unterteilung gebildeten Kammern entsprechend viele Fluide an der Wärmebzw. Stoffübertragung mit dem die Hohlfasern umströmenden Fluid teilnehmen. Zum selben Zweck kann auf dem Mantel des erfindungsgemäßem Hohlfasermoduls eine entsprechende Anzahl ring~ und/oder stegförmiger rippenähnlicher Trennwände angeordnet sein, und zwar in einer der Unterteilung des axialen Strömungskanals in Kammern entsprechenden Zuordnung. Es ist jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Hohlfasermodul in ein entsprechend, d.h. ebenfalls in Kammern unterteiltes Gehäuse einzusetzen, welches darüber hinaus mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlüssen für die Zufuhr und Abfuhr der an der übertragung beteiligten Fluide zu bzw. von den einzelnen Kammern ausgestattet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls können zwei Hauptgruppen von Hohlfasern derart angeordnet sein, daß alle öffnungen der einen Hohlfasergruppe in den axial verlaufenden Strömungskanal münden, während alle öffnungen der anderen Hohlfasergruppe auf der äußeren Mantelfläche des Hohlfasermoduls münden. Eine solche Ausführungsform gestattet es, auch ohne Unterteilung des

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; axial verlaufenden Strömungskanals in Kammern insgesamt

drei Fluide miteinander in Austausch treten zu lassen. Durch eine Unterteilung des axialen Strömungskanals in Kammern sowie eine entsprechende Unterteilung der äußeren Mantelfläche des Hohlfasermoduls in entsprechende Bereich, wie bereits oben beschrieben, läßt.sich auch hierbei die Anzahl der zu behandelnden Fluide wieder beliebig erhöhen.

' Werden bei dieser Ausführungsform für die beiden Hohlfasergruppen unterschiedliche Hohlfasern mit entsprechenden Eigenschaften verwendet, so können mit einem solcher Art ausgebildeten erfindungsgemäßen Hohlfasermodul in ganz beson- ' ders vorteilhafter Weise solche Fluide behandelt werden, die

auf verschiedenartige Membranen unterschiedlich ansprechen, ι Auf diese Weise können aus einem solchen zu behandelnden

Fluid beispielsweise zwei unterschiedliche Substanzen gleich-

^; zeitig jedoch gesondert abgetrennt werden, wobei die eine

■_■ der beiden abgetrennten Substanzen in den axialen Strömungskanal und die andere zur äußeren Mantelfläche des Hohlfasermoduls abgeleitet wird.

Der erfindungsgemäße Hohlfasermodul kann - wie es allgemein üblich ist - einen in Längsrichtung in seiner Form und/oder Größe gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Es ist jedoch auch möglich und in speziellen Anwendungsfällen besonders vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Hohlfasermodul derart auszubilden, daß er einen in Längsrichtung in seiner Größe und/oder Form sich ändernden Querschnitt aufweist. So kann der Hohlfasermodul beispielsweise die Form eines Kegel- oder Pyramidenstumpfes haben, aber.

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beispielsweise auch tonnen- oder diabolof/örmig ausgebildet sein. Der axiale Strömungskanal braucht zudem nicht unbedingt dem äußeren Umriß des ringförmigen Querschnitts des Hohlfaserpakets angepaßt zu sein.

Zur Verringerung der Verweilzeit des Fluids bzw. der Fluide in dem axialen Strömungskanal kann in diesem ein der. Form desselben angepaßter Verdrängungskörper angeordnet sein, so daß der axiale Strömungskanal einen ringförmigen Querschnitt erhält. Dieser Verdrängerkörper kann dabei auch so ausgebildet sein, daß.sich der ringförmige axiale Strömungskanal in Strömungsrichtung vergrößert oder verkleinert, d.h. bei einem kreisringförmigen axialen Strömungskanal hätte der Verdrängerkörper zu diesem Zweck beispielsweise die Form eines Kegels Oder Kegelstumpfes.

Unter ringförmigem Querschnitt wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur ein kreisringförmiger verstanden, obwohl diesem aus fertigungstechnischen Gründen im allgemeinen der Vorzug gegeben werden wird, sondern beispielsweise auch ein ovaler oder elliptischer ringförmiger Querschnitt oder aber auch ein solcher, wie er entsteht, wenn man bei einem Drei-, Vier- oder Vieleck die Ecken abrundet.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls können alle bekannten zur Wärmeübertragung, zur Stoffübertragung, zur Stofftrennung und zum Stoffaustausch - beispielsweise zur Osmose, umgekehrten Osmose, Dialyse, Blutwäsche u.dgl. ~ geeigneten Hohlfasern verwendet werden, wobei diese nach

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einem Trocken- oder Naßspinn- oder einem Extrusionsverfahren hergestellt worden sein können. Die Querschnittsform der verwendeten Hohlfasern kann beliebig sein, wobei auch die Größe·des Querschnitts der Hohlfasern sowie deren Wandstärke nach oben und unten keinerlei Beschränkungen unterliegt. Hohlfasern mit einem kreisförmigen Querschnitt können beispielsweise einen Außendurchmesser von einigen um aber auch von 5 mm und darüber aufweisen. Die Wandstärke der Hohlfasern kann beispielsweise 5 Hm betragen. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls, der zur Wärmeübertragung vorgesehen ist, haben sich insbesondere solche Hohlfasern als besonders vorteilhaft erwiesen, die einen Wärmedurchgangskoeffizienten aufweisen, der im Bereich von 1.500 bis 4.500 W/m² K und darüber liegt. Zur Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls kann es hierbei vorteilhaft sein, solche Hohlfasern zu verwenden, die gut wärmeleitende Stoffe wie Metalle, Graphit u.dgl. in Staub- oder Pulverform enthalten. Auch können die Hohlfasern alternativ oder zusätzlich Füllmittel, Additive, Stabilisatoren, Ruß, Farbstoffe u.dgl. enthalten. Durch die Verwendung poröser Hohlfasern kann das AnwendungsSpektrum des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls in vorteilhafter Weise noch erweitert werden.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls zur Blutwäsche oder Alkoholabtrennung aus Getränken haben sich beispielsweise solche Hohlfasern hervorragend bewährt, die für Moleküle mit einem Molekulargewicht von mehr als 100 eine geringere Permeabilität aufweisen, wobei hierbei solche Hohlfasern zu bevorzugen sind, die eine möglichst

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hohe Selektivität, also eine möglichst scharfe Trenngrenze aufweisen. Derartige Hohlfasern lassen sich beispielsweise durch Regeneration von Cellulose aus Kupferammonium-Cellulose-Lösungen herstellen.

Die Größe des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls unterliegt im Rahmen der hierfür üblichen Abmessungen keinerlei Beschränkungen, das gilt sowohl hinsichtlich seiner Länge als auch- seines Querschnitts.

Zum Einbetten der Hohlfaserenden können übliche Kleber, aushärtbare Vergußmassen. Gießharze, Spezialelemente u.dgl. verwendet werden.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls zur Wärmeübertragung oder als Wärmespeicher können die Hohlfasern über ihre gesamte Länge in einer die Wärme gut leitenden Vergußmasse eingebettet sein.

Je nach Beschaffenheit der für den erfindungsgemäßen Hohlfasermodul verwendeten Hohlfasern können sowohl flüssige als auch gasförmige Fluide zur Wärme- bzw. Stoffübertragung verwendet werden.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls ist insbesondere ein Verfahren geeignet, bei welchem wenigstens eine endlose Hohlfaser beliebiger Länge in Schlaufenform auf eine bewegte Ablagefläche abgelegt wird, die derart bewegt wird, daß jeder Punkt der Ablagefläche eine in sich geschlossene Bewegungsbahn beschreibt, wobei der Abstand der senkrecht zu den in sich geschlossenen Bewegungsbahnen und

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durch den Schwerpunkt derselben verlaufenden Achse zu der senkrecht durch die Hohlfaserschlaufen und durch den Schwerpunkt derselben verlaufenden Achse größer ist als der Abstand zwischen der zuletzt genannten Achse und jedem Punkt der Hohlfaserschlaufen, so daß ein Hohlfaserpaket beliebiger Höhe (= Länge) mit ringförmigem Querschnitt entsteht, bei welchem die innen- und die außenliegenden Bereiche der Hohlfasern anschließend in eine aushärtbare Vergußmasse eingebettet werden und bei welchem nach dem Erhärten der Vergußmasse ein Teil derselben, und zwar bis in den Bereich des Hohlfaserpaketes hinein, wieder entfernt wird, wodurch die zu dem obenbeschriebenen Hohlfaserpaket aufgeschichtete endlose Hohlfaser (bzw. endlosen Hohlfasern) in eine Vielzahl gleich langer Hohlfaserabschnitte zerteilt wird, deren Enden in der erhärteten Vergußmasse eingebettet sind und deren öffnungen auf diese Weise freigelegt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens führt die Ablagefläche eine Rotationsbewegung um eine vertikale Achse aus.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens eine endlose Hohlfaser durch eine Fadenführungseinrichtung geführt, die sich auf einer Kreisbahn um eine vertikale Achse bewegt, und wird jede Hohlfaser auf eine um eine vertikale Achse rotierende.horizontale Ablagefläche abgelegt, wobei der Radius der von der Fadenführungseinrichtung beschriebenen Kreisbahn kleiner ist als der Abstand der Achse der Kreisbahn der Fadenführungseinrichtung von der Rotationsachse der Ablagefläche.

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Ein erfindungsgemäßer Hohlfasermodul kann natürlich auch in der Weise hergestellt werden, daß die Hohlfaserschlaufen auf eine Ablagefläche abgelegt werden, die eine elliptische Bahn beschreibt oder die reine Translationsbewegungen und .zwar nacheinander in unterschiedliche Richtungen, ausführt, so daß jeder Punkt der Ablagefläche beispielsweise ein Dreieck, ein Quadrat od.dgl. beschreibt. Auch ist es möglich, der Rotationsbewegung eine Translationsbewegung zu überlagern ■ und umgekehrt, um auf diese Weise zur erfindungsgemäßen Hohlfasermoduln mit beliebig geformten Querschnitten zu gelangen.

Zur Herstellung eines zum Erstellen eines erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls geeigneten Hohlfaserpaketes hat sich beispielsweise eine Vorrichtung bewährt, wie sie aus der DE-OS 28 09 661 bekannt ist. . ·

Als noch vorteilhafter hat sich eine Vorrichtung erwiesen, bei der erfindungsgemäß eine Fadenführungseinrichtung auf einer horizontalen Kreisbahn bewegbar angeordnet ist, unterhalb welcher eine bewegbare Ablagefläche angeordnet ist, wobei der Radius der von der Fadenfübungseinrichtung zu beschreibenden Kreisbahn kleiner ist als der Abstand zwischen dem Mittelpunkt dieser Kreisbahn und der durch den Schwerpunkt der Bewegungsbahn der Ablagefläche und senkrecht zu dieser verlaufenden Achse.

In besonderer Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Fadenführungseinrichtung aus einer antreibbaren Rolle oder einem antreibbaren Rollenpaar, .wobei jede Rolle mit einer umlaufenden der Größe und der Form der je-

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weils verwendeten Hohlfasern angepaßten Oberfläche, insbesondere einer nutenförmigen in sich geschlossenen Rille versehen ist, so daß die Hohlfasern gegebenenfalls unter geringer Spannung beispielsweise von einer Lieferspule abgezogen werden können, ohne dabei nennenswert verformt, also beispielsweise plattgedrückt, zu werden. Die Rollenoberfläche, zumindest aber die in sich geschlossenen nutenförmigen Rillen, werden vorteilhafterweise mit einem Belag aus Weich- oder Schaumgummi, Schaumstoff oder dergleichen versehen.

Eine solche das gleichzeitige Abziehen und Führen der Hohlfasern bewirkende Einrichtung kann beispielsweise mit großem Vorteil unmittelbar unterhalb einer.die Hohlfasern herstellenden Spinnmaschine installiert werden, so daß auf diese Weise die Herstellung des für den erf ind'ungs gemäß en Hohlfasermodul geeigneten Hohlfaserbündels direkt an der Spinnmaschine, ohne den Umweg über eine übliche Aufspuleinrichtung gehen zu müssen, hergestellt werden kann. Eine solche Verfahrensweise bewährt sich beispielsweise ganz besonders bei der Herstellung von Hohlfasern aus Polycarbonat, da bei diesen die Gefahr besteht, daß sie aufgrund ihrer geringen Steifigkeit beim Aufwickeln auf Spulen zusammengedrückt werden. Der Abzug der Fäden von den Spinnorganen kann hierbei aber auch beispielsweise mit Hilfe eines Injektors oder einer anderen zwischengeschalteten Abzugseinrichtung bewirkt werden.

Der Herstellung eines Hohlfaserpaketes in der oben beschriebenen Weise steht auch eine gegebenenfalls notwendige chemische oder physikalische Nachbehandlung der Hohlfasern im Anschluß an ihre Herstellung nicht entgegen, da eine solche

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Nachbehandlung entweder am Hohlfaserpaket selbst oder aber auch erst ganz am Schluß, d.h. am fertigen Hohlfasermodul selbst, durchgeführt werden kann.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auf alle Fälle in der äußerst schonenden Behandlung und dem spannungslosen Ablegen der Hohlfasern. Zum Verhindern des seitlichen Verrutschens der einzelnen Hohlfaserlagen während der Herstellung oder bei der gegebenenfalls nachgeschalteten Nachbehandlung des Hohlfaserpaketes kann es vorteilhaft sein, die bewegte Ablagefläche mit der Form und der Größe des Hohlfaserpaketes angepaßten Seitenwänden zu versehen, also beispielsweise eine topfförmige, kastenförmige oder doppelrohrförmige Ablageeinrichtung zu verwenden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß auch möglich, mehrere erfindungsgemäße Hohlfasermoduln in einem gemeinsamen Gehäuse in Reihen- oder Parallelschaltung anzuordnen.

Die Erfindung wird nun mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine in einer· bevorzugten Form abgelegte Hohlfaser,

Fig. 2 und .

Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise einen Querschnitt durch bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls,

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Fig. 4 in vereinfachter schematischer und teilweise perspektivischer Darstellungsweise einen erfindungsgeinäßen Hohlfasermodul mit parallel zu seiner Längsachse angeordneten Trennwänden,

Fig. 5 in vereinfachter Darstellungsweise einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen -Hohlfasermodul mit senkrecht zu seiner Längsachse angeordneten Trennwänden,

Fig. 6 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise einen erfindungsgemäßen Hohlfasermodul mit einem in Längsrichtung in seiner Größe sich ändernden Querschnitt sowie einem in seinem axialen Strömungskanal angeordneten Verdrängungskörper/

Fig. 7 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hohlfasermodul mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt,

Fig. .8 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hohlfasermodul mit einem im wesentlichen dreieckigen Querschnitt, einem in seinem axialen Strömungskanal angeordneten Verdrängungskörper sowie einem kreisringförmigen axialen Strömungskanal,

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Fig. 9 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise eine Vorrichtung zur Herstellung .eines für die Erstellung des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls • besonders bevorzugten Hohlfaserpakets.

In Fig. 1 ist ein Teil einer endlosen in Schlaufenform abgelegten Hohlfaser 1 dargestellt. Diese in Fig. 1 dargestellte Anordnung der Hohlfaser 1 ergibt sich beispielsweise beim Ablegen einer endlosen Hohlfaser mit der in Fig. 9 beschriebenen Vorrichtung. Zur Herstellung eines Hohlfaserbündels, wie es sich zur Erstellung eines erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls eignet, können beliebig viele solcher Schichten aus dachziegelförmig sich überdeckenden Hohlfaserschlaufen übereinander und um beliebige Winkelgrade gegeneinander versetzt angeordnet werden, so daß sich ein in Längsrichtung scheinbar lückenloses Hohlfaserpaket beliebiger Höhe mit einem ringförmigen Querschnitt erzeugen läßt.

Werden bei einem in der oben beschriebenen Weise hergestellten Hohlfaserpaket die innen- und außenliegenden Bereiche der Hohlfasern in eine aushärtbare Vergußmasse eingebettet und wird nach dem Erhärten der Vergußmasse ein Teil derselben bis in den Bereich des Hohlfaserpaketes hinein wieder entfernt und auf diese Weise die das Hohlfaserpaket bildende endlose Hohlfaser in eine Vielzahl gleich langer Hohlfaserabschnitte zerteilt, deren Enden in der erhärteten Vergußmasse eingebettet sind und deren öffnungen, auf diese Weise freigelegt worden sind, so entsteht eine Ausführungs-

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form des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls mit einem Querschnitt, wie er in Fig. 2 vereinfacht und schematisch dargestellt ist. Diese Ausführungsform besitzt einen aus der erhärteten Vergußmasse 3 gebildeten axialen Strömungskanal 2 mit einem runden Querschnitt und den ebenfalls aus einer erhärteten Vergußmasse gebildeten Modulmantel 4. Bei dieser Ausführungsform mündet jede der Hohlfasern 1 mit ihrem einen offenen Ende in den axialen Strömungskanal 2 und mit ihrem anderen offenen Ende auf der Umfangsflache 5 des Modulmantels 4. ·

In Fig. 3 ist vereinfacht und schematisch ein Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls dargestellt, bei welcher alle öffnungen eines Teils der Hohlfasern in den axialen Strömungskanal 2 und alle öffnungen des anderen Teils der Hohlfasern auf der umfangsflache 5 des Modulmantels 4 münden; und zwar münden alle Hohlfasern la der einen Gruppe in den axialen Strömungskanal 2, während alle Hohlfasern Ib der anderen Gruppe auf der umfangsflache 5 des Modulmantels 4 münden. Ein für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls geeignetes Hohlfaserpaket läßt sich beispielsweise durch gleichzeitiges Ablegen von zwei endlosen Hohlfasern herstellen, wobei die die erste Hohlfasergruppe la bildenden Hohlfaserschlaufen auf einer kleineren Ringfläche abgelegt werden als die die zweite Hohlfasergruppe Ib bildenden Hohlfaserschlaufen. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind bei der ersten Hohlfasergruppe la nur die innenliegenden Bereiche der Hohlfasern, bei den die zweite Hohlfasergruppe Ib bildenden Hohlfasern nur die außenliegenden Bereiche der Hohl-

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fasern in einer erhärtbaren Vergußmasse eingebettet. Zur Stabilisierung des Hohlfaserpaketes ist es jedoch auch möglich, die außenliegenden Bereiche der ersten Hohlfasergruppe la bzw. die innenliegenden Bereiche der zweiten Hohlfasergruppe Ib in eine aushärtbare Vergußmasse einzubetten. Es ist hierbei dann jedoch darauf zu achten, daß diese Bereiche der Hohlfasern nicht' versehentlich beschädigt und damit geöffnet werden. Diese Ausführungsform eignet . sich beispielsweise zum gleichzeitigen aber gesonderten Abtrennen zweier unterschiedlicher auf unterschiedliche Membranen ansprechender Fluide.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls entsprechend Fig. 2 dargestellt, bei welcher jedoch der axiale Strömungskanal 2 durch parallel zur Längsachse des Hohlfasermoduls angeordnete Trennwände 6 in vier Strömungskanäle 2a bis 2d unterteilt ist. Weiterhin sind auf der Umfangsfläche 5 des Modulmantels 4 vier parallel zur Längsachse des Hohlfasermoduls verlaufende stegförmige Trennwände 7 angeordnet» und zwar derart, daß der. erfindungsgemäße Hohlfasermodul in vier tortenstückähnliche Segmente unterteilt ist. Wird ein solcher Modul in ein Gehäuse mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlüssen für die Zu- und Abfuhr von Fluiden eingesetzt, so können beispielsweise vier unterschiedliche von innen nach außen strömende Fluide zur Wärme oder Stoffübertragung auf ein oder von· einem fünften, die Hohlfasern umströmenden, Fluid verwendet werden. Die Durchströmung der Hohlfasern kann jedoch auch von außen

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nach innen erfolgen, so wie es ebenfalls möglich ist, daß die unterschiedlichen Fluide teilweise eine entgegengesetzte Strömungsrichtung haben.

Wie die Figuren 1 bis 4 weiterhin zeigen, sind bei diesen . Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls die Hohlfasern kreisbogenförmig ausgebildet.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls im Längsschnitt dargestellt, bei welcher der axiale Strömungskanal 2 durch eine senkrecht zur Längsachse des Hohlfasermoduls angeordnete Trennwand 8 in zwei Kammern 2e und 2f unterteilt ist. Auf der Umfangsflache 5 des Modulmantels 4 ist eine senkrecht zur Längsachse des Hohlfasermoduls verlaufende ringförmige Trennwand 9 angeordnet, und zwar auf gleicher Höhe,wie die Trennwand 8 im Innern des axialen Strömungskanals 2. Diese Ausführungsform kann zur Wärme- bzw. Stoffübertragung von zwei unterschiedlichen Fluiden auf ein drittes oder umgekehrt verwendet werden. Wird der axiale Strömungskanal 2 durch mehr als eine Trennwand 8 in mehr als zwei Kammern unterteilt, so sind die innenliegenden Kammern mit einer nach außen geführten Rohrleitung für das Zu- und Abführen der Fluide zu versehen.

In Fig. 6 ist im Längsschnitt eine Ausführungsform des er-· findungsgemaßen Hohlfasermoduls mit einem in Längsrichtung in seiner Größe sich ändernden Querschnitt dargestellt. Die übrigen Teile dieser Ausführungsform entsprechen ihren

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Positionszahlen gemäß denjenigen der bereits in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen. Darüber hinaus ist bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform in dem axialen Strömungskanal 2 ein Verdrängungskörper 10 mit einem in Längsrichtung in seiner Größe sich ändernden Querschnitt angeordnet, wodurch der axiale Strömungskanal einen ringförmigen Querschnitt erhält, der sich ebenfalls in Längsrichtung ändert.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlfasermoduls dargestellt, die eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform aufweist. Ansonsten entsprechen alle Teile dieser Ausführungsform ihren Positionszahlen gemäß den in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Teilen.

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen · Hohlfasermoduls mit einem im wesentlichen dreieckigen Querschnitt dargestellt, bei welcher durch Anordnung eines Verdrängungskörpers 10 mit rundem Querschnitt der axiale Strömungskanal 2 einen ringförmigen Querschnitt erhält. Für die übrigen Teile dieser in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform gilt das bei der Beschreibung der Fig. 7 Gesagte.

In Fig. 9 ist in Draufsicht vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Hohlfaserpaketes entsprechend Fig. 1 dargestellt.

Die Darstellung beschränkt sich auf die zum Verständnis ihrer Funktion unbedingt erforderlichen Teile, während Teile

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•wie der Antrieb des Rollenpaares oder der Ablagefläche u.dgl. aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt sind. Die in Fig. 9. dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein antreibbares Rollenpaar 11, 12, wobei die Rolle 12 im Längsschnitt dargestellt ist. Beide Rollen 11, 12 besitzen eine umlaufende Rille 13, die einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Rillen 13 beider Rollen 11, 12 bilden auf diese Weise einen runden Kanal 18, der sich zum Transport runder Hohlfasern mit einem entsprechenden Durchmesser eignet.'Beide Rollen 11,12 sind drehbar gelagert und werden durch eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung' in Drehung um ihre Längsachsen versetzt. Gleichzeitig ist das Rollenpaar 11, 12 auf einer horizontalen Kreisbahn 14 bewegbar angeordnet. Unterhalb des Rollenpaares 11, 12 ist in einem Abstand eine runde um ihre vertikale Mittelachse rotierbare •horizontale Ablagefläche 15 angeordnet. Wie die Fig. 9 weiterhin zeigt, ist der Radius der von dem Rollenpaar 11, 12 beschriebenen Kreisbahn 14 kleiner als der Abstand der durch den Mittelpunkt 16 der Kreisbahn 14 verlaufenden Achse von der durch den Drehpunkt 17 der Ablagefläche 15 verlaufenden Rotationsachse. Der Radius der von dem Rollenpaar 11, 12 beschriebenen Kreisbahn kann beispielsweise 25 mm'betragen, der Abstand der beiden Achsen voneinander beispielsweise 36 mm. Der Radius der von dem Rollenpaar 11, 12 beschriebenen Kreisbahn ist in jedem Falle so zu wählen, daß ein Einknicken der in Schlaufenform abzulegenden Hohlfasern mit Sicherheit vermieden wird. Falls gewünscht, kann die in Fig. 9 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung auch noch mit einer Einrichtung versehen werden, die es gestattet, den Abstand zwischen dem Rollenpaar'11, 12 und der Ablage-

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. fläche 15 mit dickerwerdendem Hohlfaserpaket entsprechend zu vergrößern. Auch können die Drehrichtungen des Rollenpaars 11, 12 und der Ablagefläche 15 gegenläufig sein.

Claims

4 · Γ Π A3GW31974 DE Patentansprüche

1. Hohlfasermodul bestehend aus einem Hohlfaserpaket mit ringförmigem Querschnitt und einem axial verlaufenden aus einer erhärteten Vergußmasse gebildeten Strömungskanal/ wobei die im wesentlichen gleich langen in gekrümmter Form vorliegenden Hohlfasern in im wesentlichen radialer Richtung verlaufen und in Ebenen angeordnet sind, die mit der Modullängsachse einen annähernd rechten Winkel bilden, und sich die Hohlfasern benachbarter Ebenen kreuzen und an ihren Kreuzungspunkten gegenseitig berühren, bei welchem beide Enden jeder Hohlfaser in einer erhärteten Vergußmasse derart eingebettet und freigelegt sind, daß ein Durchfluß durch die Hohlfasern gewährleistet ist, und bei welchem Hohlfasern in den axialen Strömungskanal münden, dadurch gekennzeichnet, daß auch auf der äußeren Mantelfläche des Hohlfasermoduls Hohlfasern münden, wobei die Enden dieser Hohlfasern ebenfalls in einer den Modulmantel bildenden erhärteten Vergußmasse eingebettet sind.

2. Hohlfasermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern im wesentlichen eine Kreisbogenform aufweisen.

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3. Hohlfasermodul, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Hohlfasern mit ihrem einen offenen Ende in den axialen Strömungskanal und mit ihrem anderen offenen Ende auf der äußeren Mantelfläche des Moduls mündet.

4. Hohlfasermodul, nach Anspruch 1 und 2, .dadurch gekennzeichnet, daß alle öffnungen eines Teils der Hohlfasern in den axialen Strömungskanal und alle öffnungen eines anderen Teils der Hohlfasern auf der äußeren Mantelfläche des Hohlfasermoduls münden.

5. Hohlfasermodul nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Strömungskanal durch parallel zur Längsachse des Hohlfasermoduls angeordnete Trennwändein zwei oder mehr Strömungskanäle unterteilt ist.

6. Hohlfasermodul nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Strömungskanal durch senkrecht zur Längsachse des Hohlfasermoduls angeordnete Trennwände in zwei oder mehr Kammern unterteilt ist und jede Kammer wenigstens eine Fluideintritts- oder Austrittsöffnung aufweist.

7. Hohlfasermodul nach Anspruch 5_# dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Mantel des Hohlfasermoduls parallel zur Längsachse des Hohlfasermoduls verlaufende stegförmige Trennwände angeordnet sind, wobei die Anzahl und Anordnung dieser Trennwände derjenigen der den axialen Strömungskanal in zwei oder mehr Strömungskanäle unterteilenden Trennwände nach Anspruch 5 entspricht.

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8. Hohlfasermodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Mantel des Hohlfasermoduls senkrecht zur Längsachse des Hohlfasermoduls verlaufende ringförmige Trennwände angeordnet sind, wobei die Anzahl und Anordnung dieser Trennwände derjenigen der den axialen Strömungskanal in zwei oder mehr Kammern unterteilenden Trennwände nach Anspruch 6 entspricht.

9. Hohlfasermodul nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlfasermodul einen in JLängsrichtung desselben in seiner Größe und/oder Form sich ändernden Querschnitt aufweist.

10. Hohlfasermodul nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem axialen Strömungskanal ein Verdrängungskörper angeordnet ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Hohlfasermoduls nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine endlose Hohlfaser beliebiger Länge in Schlaufenform auf eine bewegte Ablagefläche abgelegt wird, die derart bewegt wird, daß jeder Punkt der Ablagefläche . eine in sich geschlossene Bewegungsbahn beschreibt, wobei der Abstand der senkrecht zu den in sich geschlossenen Bewegungsbahnen und durch den Schwerpunkt derselben verlaufenden Achse zu der senkrecht durch die Hohlfaserschlaufen und durch den Schwerpunkt derselben verlaufenden Achse größer ist als der Abstand zwischen der zuletzt genannten Achse und jedem Punkt der Hohlfaserschlaufen, so daß ein Hohlfaserpaket beliebiger Höhe

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(= Länge) mit ringförmigem Querschnitt entsteht, daß die innen- und die außenliegenden Bereiche der Hohlfasern anschließend in eine aushärtbare. Vergußmasse eingebettet werden und daß nach dem Erhärten der Vergußmasse ein Teil derselben, und zwar bis in den Bereich des Hohlfaserpaketes hinein, wieder entfernt wird, wodurch die zu dem obenbeschriebenen Hohlfaserpaket aufgeschichtete endlose Hohlfaser (bzw. endlosen Hohlfasern) in eine Vielzahl gleich langer Hohlfaserabschnitte zerteilt wird, deren Enden in der erhärteten Vergußmasse eingebettet sind und deren öffnungen auf diese Weise freigelegt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagefläche eine Rotationsbewegung um eine vertikale Achse ausführt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine endlose Hohlfaser durch eine Fadenführungseinrichtung geführt wird, die sich auf einer Kreisbahn um eine vertikale Achse bewegt, und daß jede Hohlfaser auf eine um eine vertikale Achse rotierende horizontale Ablagefläche abgelegt wird, wobei der Radius der von der Fadenführungseinrichtung beschriebenen Kreisbahn kleiner ist als der Abstand der Achse der .Kreisbahn der Fadenführungseinrichtung von der Rotationsachse der Ab lagefläche.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fadenführungs-

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einrichtung auf einer horizontalen Kreisbahn bewegbar angeordnet ist, unterhalb welcher eine bewegbare Ablagefläche angeordnet ist, wobei der Radius der von der Fadenführungseinrichtung zu beschreibenden Kreisbahn kleiner ist als der Abstand zwischen dem Mittelpunkt dieser Kreisbahn und der durch den Schwerpunkt der Bewegungsbahn der Ablagefläche und senkrecht zu dieser verlaufenden Achse.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenführungseinrichtung aus einer antreibbaren Rolle oder einem antreibbaren Rollenpaar besteht, wobei jede Rolle mit einer umlaufenden der Größe und der Form der jeweils verwendeten Hohlfasern angepaßten Oberfläche, insbesondere einer nutenförmigen in sich geschlossenen Rille versehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenoberfläche ganz oder teilweise, zumindest aber ihre Rillen mit einem Belag aus einem elastischen weichen Material wie Gummi, Kunststoff, Schaumgummi, Schaumstoff od.dgl. versehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Ablagefläche um eine vertikale Achse drehbar angeordnet ist.