JP2002543959A - 中空糸膜装置および組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内腔側供給のために適合された中空糸膜装置は、管シート支持体として、分割型の環状ディスクを含む。この装置は、管シート支持手段を、中空糸束および管シートの組合せ体に一体化することなく、またその場での管シート形成を伴わずに組み立てることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】

本発明は、流体処理のための中空糸膜装置に関する。更に特定すれば、本発明
は両端開放の中空糸束装置および該装置を組立てる方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】

流体処理のための中空糸膜装置は、一般に、シェル／管型の熱交換器に類似し
た様式で組立てられる。複数の中空糸が細長い束に配列され、シェル型の封じ込
めハウジング内に収容される。これらの中空糸は、通常は樹脂材料で製造された
両端の管シートに埋設される。この中空糸膜を用いた流体処理装置は、シェル側
供給型または内腔側供給型の装置として構成することができる。

【０００３】 シェル側供給型の構成においては、処理すべき流体が中空糸の外側に導入され
、該流体の一部は、中空糸壁を通して中空糸ルーメンの中に浸透する。浸透した
流体は、中空糸ルーメンの一端または両端から除去される。浸透しなかった流体
は、流体入口から長手方向に離間したシェル側の領域から放出され、望ましい並
流または向流の構成を達成する。明かに、シェル側供給の構成では、少なくとも
一つの管シートは、中空糸の内腔が管シートを介して連絡し、且つ中空糸束に対
面する管シートの外面に対して開いているように製造されるべきである。このよ
うな管シートは活性管シートと称され、中空糸ルーメンに対する流体の導入また
は取出しを可能にする。一方または両方の管シートが活性であるかどうかによっ
て、中空糸束は一開放端または二開放端とみなされる。流体分離のための殆どの
中空糸膜装置では、シェル側供給構成が採用される。

【０００４】 或いは、内腔側供給の分離器においては、処理すべき流体は中空糸装置の一端
で中空糸ルーメンの中に導入され、浸透しなかった流体は、装置の他端において
中空糸内腔から出される。これは、二つの活性管シート、即ち、中空糸束の各端
部に夫々一つの活性管シートを必要とする。後者の構成は、空気からの窒素の製
造のような一定の応用に使用されている。

【０００５】 膜による流体処理においては、膜の一方の側から膜の他方の側への質量輸送の
ための駆動力を提供するために、膜を横切る有意な圧力差が必要とされることが
多い。シェル側供給に比較すると、内腔側供給の中空糸装置では、膜表面上によ
り均一な供給流分布が達成され、これは効率的な操作のために有益である。更に
、内腔側供給の構成では、ファイバー壁および末端キャップのみが加圧され、膜
装置のシェル側での圧力は実質的に低く、これは装置のケーシングシェルの機械
的強度要件を低減する。しかし、加圧流体がファイバー内腔へ流入し、またはフ
ァイバー内腔から流出するときに、管シートに対して有意な圧力が作用する。管
シートの内面にはバランス力が存在しないから、この圧力は管シートの間で中空
糸束を崩壊させる。

【０００６】 種々の従来技術装置は、中空糸束および管シートのための支持手段を有してい
る。Caskey et al.に付与された米国特許第4,961,760号は、中空糸束を収容し且
つ該束の両端を管シートに埋設する円筒形の管シート支持手段をもった、内腔側
供給タイプの中空糸膜流体分離装置を教示している。この管シート支持手段は、
製造時に中空糸束と一体化させなければならず、中空糸束に追加のコストおよび
複雑さを加える。

【０００７】 或いは、管シートの直径よりも小さい横断面直径を有することにより、ケーシ
ング自体が管シート支持手段として作用する装置が存在する。しかし、これらの
装置では、中空糸束をケーシングの中に挿入した後に、少なくとも一つの管シー
トをその位置で形成しなければならず、これは煩雑な方法である。米国特許第4,
929,259号には、ケーシングシェルと共に組立てた後に、管シートを増強するた
めに樹脂プラグの形成を必要とする装置が開示されている。

【０００８】

【発明の概要】

本発明は、内腔側供給タイプの流体処理のための、両端開放中空糸束を含む流
体処理装置に関する。

【０００９】 本発明は、内腔側供給に適し、且つ二つの管シートと共に予成形された中空糸
束のスリップイン装着を可能にする、内腔側供給による中空糸膜装置の設計を提
供する。少なくとも一つの管シートを分割型ディスクで支持することにより、管
シートを長手方向に横切って作用する圧力差から生じる力をバランスさせる。有
利なことに、ケーシングシェルまたはハウジング内に挿入する前に、中空糸束は
両方の管シートと共に成形することができる。本発明は、管シートがハウジング
内に挿入された後、該管シートに対するその後の加工を必要としない。更に、本
発明の中空糸膜装置は分解が容易である。膜装置における中空糸膜束の取換えが
簡単であり、膜収容容器は機械加工を何等必要とせずに再使用可能である。これ
らの特徴は、膜装置の現場でのサービスのために特に望ましいものである。

【００１０】 本発明の装置の基本的な部品には、流体不透過性びシェルハウジング内に収納
された、細長い束に配置された複数の中空糸膜が含まれる。これらの中空糸は、
中空糸束の各端部において、エポキシまたは他の樹脂材料で製造された管シート
に埋設される。中空糸束は、中空糸が、中空糸束と対面する管シートの外表面上
で開いている中空糸の内腔と、管シートを通して流通連絡するように配置される
。少なくとも一方の管シートは、中空糸束に面した管シートの内表面上の環状領
域に隣接した領域において管シートに当接して配置された、分割型ディスクから
なる支持手段によって支持される。第一および第二の末端キャップが配置され、
第一および第二の管シートの近くにあるハウジングの第一および第二の端部にお
いて、それぞれシェルケーシングをシールするために適合される。少なくとも一
つの末端キャップは、管シートを収容するように適合される。この装置は、以下
で述べる特定の適用に応じて、流体を導入および放出するための多くのポートを
有することができる。流体を中空糸束の一端で中空糸膜の内腔の中に向けるため
に、少なくとも一つの流体入口ポートが使用され、また中空糸の内腔から流体を
放出するために、中空糸束の他端に流体出口ポートが配置される。中空糸の外表
面とハウジングとの間に空間が形成される。四ポート装置では、中空糸束の二つ
の端部の近くに配置されたハウジング内の流体入口および流体出口が、この空間
と流通する。ハウジングに流体入口が存在し、流体出口が存在しなければ、この
装置は三流体ポート装置になる。ハウジングの流体入口および流体出口の両方が
存在しないか、または塞がれていれば、この装置は二ポート装置になる。勿論、
他の多ポート構成も可能である。

【００１１】 装置内の中空糸は、特定の用途に応じて、多孔質または非多孔質、ポリマー製
または非ポリマー製の如何なる中空糸膜であってもよい。好ましい実施例におい
て、中空糸は円筒形状の中心コアの回りに配置される。該中心コアは、プラスチ
ック材料または金属材料で製造された管でも棒でもよく、中空糸束の両側の管シ
ートにまで伸びている。

【００１２】 従って、本発明の一つの側面において、本発明は、内腔側供給の中空糸膜流体
分離装置であって： （ａ）内径ならびに第一および第二の端部を有し、該第一の端部は支持フラン
ジを含む円筒形ハウジングと； （ｂ）第一および第二の端部ならびに外径を有する、長手方向の束に配置され
た複数の中空糸膜と； （ｃ）外面および内面を有し、前記ハウジングの内径よりも小さい直径を有す
る第一の管シートであって、前記中空糸膜が連絡し且つ前記外面上で開くように
、前記中空糸膜束の第一の端部を収容する管シートと； （ｄ）外面および内面を有し、前記中空糸膜が連絡し且つ前記外面上で開くよ
うに、前記中空糸膜束の第二の端部を収容する第二の管シートであって、前記ハ
ウジングの第二の端部で支持される第二の管シートと； （ｅ）前記ハウジングと液密または気密に係合して前記第一の管シートの外面
を閉鎖する第一の末端キャップ、および前記ハウジングと液密に係合して前記第
二の管シートの外面を閉鎖する第二の末端キャップと； （ｆ）第一の管シートの内面に隣接した中空糸膜束を一緒になって取囲む、二
以上の部分に分割された環状ディスクを含んだ管シート支持体であって、該支持
体フランジによって前記環状ディスクが支持されるように、前記ハウジングの内
径よりも大きい外径を有する管シート支持体とを具備する装置を包含する。

【００１３】 好ましい実施例では、前記ハウジングの第二の端部もまた支持体フランジを含
み、第二の管シートもまた、前記ハウジングの内径よりも小さい内径を有する。
当該装置は更に、第二の管シートの内面に隣接して、中空糸膜束を一緒に取囲む
二つの部分に分割された環状ディスクを含んだ第二の管シート支持体を具備する
。

【００１４】 更に好ましい実施例において、このハウジングは、ネジ付き連結部材によって
結合される二つの円筒形部分からなり、前記連結部材を一方向に回転させるとハ
ウジングの長さが長くなり、また前記連結部材を他方項に回転させるとハウジン
グの長さが短くなる。

【００１５】 本発明のもう一つの側面において、本発明は、中空糸膜装置を組立てる方法で
あって： ａ）その夫々の端部に第一および第二の管シートを有する中空糸膜束を準備す
ることと； ｂ）支持フランジを有する第一の末端、支持肩部を有する第二の末端、および
前記第一の管シートの直径よりも大きい内径を有し、また前記第一および第二の
管シートの間の前記中空糸膜束の長さに略等しい、前記支持肩部と前記支持フラ
ンジとの間の長さを有する円筒形のハウジングを準備することと ｃ）前記第一の管シートおよび前記中空糸膜束を、前記第二の管シートが前記
支持肩部に当接して静止し、かつ該肩部によって支持されるまで、前記ハウジン
グの第二の末端の中に挿入することと； ｄ）環状ディスクの第一の部分を支持フランジと第一の管シートの間に挿入し
、次いで前記環状ディスクの第二の部分を挿入して、前記第一および第二の部分
が一緒になって前記中空糸束を取囲むようにすることにより、前記第一の管シー
トを支持することと； ｅ）前記ハウジングの前記第一および第二の末端を、液密または水密にキャッ
ピングすることとを含む方法が包含される。

【００１６】 本発明のもう一つの側面において、本発明は、中空糸膜装置を組立てる方法で
あって： ａ）その夫々の端部に第一および第二の管シートを有する中空糸膜束を準備す
ることと； ｂ）支持フランジを有する第一の末端、支持フランジを有する第二の末端、お
よび前記第一の管シートの直径よりも大きい内径を有し、また前記第一および第
二の管シートの間の前記中空糸膜束の長さに略等しい、前記第一の支持フランジ
と前記第二の支持フランジとの間の長さを有する円筒形のハウジングを準備する
ことと ｃ）前記第一の管シートおよび前記中空糸膜束を、前記ハウジングの第二の末
端の中に挿入することと； ｄ）前記第二の管シートを、一方の側が前記第二の支持フランジに接触し、他
方の側が前記管シートに接触する環状ディスクで支持することと； ｅ）分割型環状ディスクの第一の部分を支持フランジと第一の管シートの間に
挿入し、次いで前記環状ディスクの第二の部分を挿入して、前記第一および第二
の部分が一緒になって前記中空糸束を取囲み、前記環状ディスクが一方の側で前
記第一の支持フランジに接触し、他方の側で前記第一の管シートに接触するよう
にすることにより、前記第一の管シートを支持することと； ｅ）前記ハウジングの前記第一および第二の末端を、液密または水密にキャッ
ピングすることとを含む方法が包含される。

【００１７】

【発明の詳細な記述】

次に、単純化された縮尺通りでない概略的な添付図面を参照して、四つの実施
例により本発明を説明する。

【００１８】 本発明は、分離器の便利な組立てを可能にする管シート支持体を含んだ、新規
な中空糸膜装置に向けられており、中空糸束をハウジング内に挿入したときには
最早管シートを加工する必要性をなくすことを目的とするものである。 ここで使用するとき、下記の用語は次の意味を有する。 （ａ）「流体」の用語は、気体状態、液体状態または蒸気状態にある如何なる
物質をも意味する。 （ｂ）「中空糸」の用語は、中心内腔および各末端の開口部を有する細長いフ
ァイバーを意味し、該ファイバーは非多孔質流体混合物中の一以上の成分の選択
的浸透を可能にするような非多孔質であってもよく、またはファイバー壁中の孔
を通して流体流通を可能にする微孔質であってもよい。 （ｃ）ファイバー壁における「孔」の用語は、この孔を通して、流体が粘性ま
たはKnudson流れ機構により、ファイバー壁を横切って流通できる通路を意味す
る。このような孔がファイバー壁に存在するとき、該ファイバーは微孔性である
とみなされる。

【００１９】 複数の中空糸膜は細長い束に配置される。好ましくは、このような束は円筒形
状を取り、中空糸の二つの末端は該円筒形の束の各末端に位置している。該中空
糸束の各末端の回りには管シートが存在する。この管シートは、夫々の中空糸が
該管シートに埋設され、中空糸の内腔が該管シートの両側を通して流通するよう
に配置される。管シートは、何れかの適切なポッティング材料で製造することが
できる。好ましくは、管シートは、中空糸に結合するが、これに悪影響を及ぼさ
ない熱硬化性または熱可塑性の樹脂材料で構成される。この樹脂材料は、完全に
硬化したときには、流体への露出に際して充分な化学的安定性および機械的強度
を維持するべきである。管シートは、中空糸を組立てて束を形成している間に、
ポッティング材料を中空糸束の端部回りにキャスティングし、またはその端部に
含浸させるような、何れかの適切な方法で形成することができる。これら管シー
トの形成技術は当業者に周知である。この管シートは如何なる形状を取ることも
できる。しかし、適切な幅を持った円形の管シートが好ましい。

【００２０】 幾つかの実施例では、中心コアの回りに中空糸が配列されて束が形成されるが
、このようなコアは、両方の管シートを貫通して伸び且つこれに結合されて、中
空糸束および管シートの支持体を提供するように配置される。該コアは、プラス
チック、金属または複合材を含む何れかの剛性材料からなる棒、または固体管、
穿孔管、または穿孔を有する固体管であってもよい。

【００２１】 中空糸束は、両端が開いた収容ケーシングまたはハウジングの中に収納される
。ハウジングの各端部には末端キャップが設けられる。管シートを収容するため
に、少なくとも一つの末端キャップが用いられる。少なくとも一つのシート支持
体が、二つの半円形部分に分割された環状ディスクで構成され、これは中空糸束
に対面する管シート面に働く力をバランスさせるために、管シートに当接して配
置される。この分割型ディスクは、管シートに対して充分な支持を与えることが
できる如何なる材料で作製してもよい。このような材料には、高強度プラスチッ
ク、複合材および金属が含まれる。便利さのため、また強度、耐久性および製造
の容易さのために、スチールのような金属が好ましく用いられる。末端キャップ
および分割型環状ディスクは、それぞれ適切な取付け手段によってハウジングに
取付けられる。ハウジングおよび末端キャップの液密性または気密性を維持する
必要がある箇所には、適切なシールが用いられる。

【００２２】 更に、本発明の膜装置は、流体の導入および放出のために、一以上の流体入口
手段および一以上の出口手段を有する。少なくとも一つの流体入口手段が当該装
置の一端に配置され、少なくとも一つの流体出口手段が当該装置の他端に配置さ
れる。一般に、液体の入口手段および出口手段は、流体を流通させるポート、ノ
ズル、付属品、または開口部であればよい。

【００２３】 図１は、本発明の組立てられた中空糸膜装置の好ましい実施例を示しており、
ここでは一つの管シートが分割型環状ディスクに支持されている。この装置は、
中空糸（10）の束を含んでいる。この束の各端部において、中空糸は、第一の管
シート（11）および第二の管シート（12）に埋設されている。第二の管シート（
12）はシェル型ケーシングの内径よりも小さい直径を有しているのに対して、第
一の管シート（11）は、第二の管シートの直径およびシェル型ケーシング（13）
の内径よりも大きい直径を有している。

【００２４】 任意に、当該装置は中心コア（14）を有しており、その回りに中空糸が配置さ
れる。この中心コアおよび中空糸は、単純化のために部分的にのみ描かれている
。中心コア（14）は、第一の管シート（11）および第二の管シート（12）を通っ
て伸び、且つこれらの中に埋設される。

【００２５】 この実施例を組立てるために、中空糸束（10）および第二の管シート（12）が
ケーシングシェル（13）の中に挿入される。第一の管シート（11）は、ケーシン
グの内部に形成された肩部（15）によって支持され、第一の管シート（11）がケ
ーシングシェル（13）の反対端の方に移動するのを防止する。ガスケット（16）
を第一の管シート（11）と肩部（15）の間に配置して、輸送および動作の際に、
第一の管シート（11）が受ける可能性のある何等かの衝撃を吸収してもよい。第
一の管シート（11）内の溝にはＯ-リング（17）が置かれ、これは第一の管シー
ト（11）とケーシングシェル（13）の間に、液密性または気密性のシールを形成
するために適合される。流体出口（19）を有する末端プレート（18）が、フラン
ジ（20）にボルト止めされている。第二のＯ-リング（22）は、末端プレート（1
8）とフランジ（20）の間に液密性または気密性のシールを提供する。

【００２６】 第二の管シート（12）は、分割型ディスク（24）上に配置された分割型ガスケ
ット（23）に当接して配置される。分割型ディスク（24）は、クランプまたはボ
ルトのような適切な手段（25）を用いて一緒に保持される。図１Ａに示すように
、液密性または気密性のシール（26）が、分割型ディスク（24）の二つの半型の
間に配置される。第二の管シート（12）の溝の中にはＯ-リング（27）が配置さ
れ、これは、末端キャップ（28）と第二の管シート（12）の間に液密性または気
密性のシールを提供する。末端キャップ（28）には、流体または流体混合物を中
空糸の内腔に導入するための、流体入口（29）が設けられる。末端キャップの内
表面（28a）は、適正なサイズおよび表面平滑度にまで機械加工する必要がある
かもしれない。フランジ（30）が末端キャップ（28）に溶接され、また支持体フ
ランジ（31）がケーシング（13）に溶接される。末端キャップ（28）、分割型デ
ィスク（24）および支持体フランジ（31）は、ケーシング（13）に溶接される。
末端キャップ（28）、分割型ディスク（24）およびケーシング（13）は、ボルト
およびナット（32）によって一緒に固定される。追加のＯ-リング（33および34
）が、フランジ（30および31）に形成された溝の中に配置される。図示の実施例
において、ケーシングシェル（13）は、結合部材（36）によって一緒に結合され
た、ネジつき末端を備えた二つの区画（13a，13b）を含んでいてもよい。該結合
部材は、中空糸束を捻ることなく二つの区画を動かして、近接または離間させる
ための回転止め具として作用する。装置が組立てられたら、結合部材を使用して
ハウジング（13）の長さを調節し、ガスケット（16および23）が適正にシールさ
れることを保証する。

【００２７】 図１に示した本発明の実施例は、好ましくは、流体中の一以上の成分の選択的
浸透による流体分離のために用いられる。分離すべき流体は、流体入口手段（29
）を介して膜装置に導入され、非浸透物は流体出口手段（19）を介して膜装置か
ら取り出される一方、浸透物の流れは流体出口手段（35）から放出され、これに
よって非浸透流に対する浸透流に関する向流構成が達成される。或いは、処理す
べき流体の入り口（19）および出口（29）を逆転させて、非浸透流に対する浸透
流の並流を達成してもよい。

【００２８】 図２は、本発明の中空糸膜装置の別の構成を示しており、ここでは両方の管シ
ートが分割型ディスクによって支持される。製造の便宜のために、この実施例の
両方の管シート（11，12）は同じサイズであり、両方の分割型ディスク（24）は
同じ設計および同じサイズを有していてもよい。

【００２９】 動作において、装置の中に導入される流体はガス混合物であってもよく、浸透
物および非浸透物の両者がガス流であってもよい。ガス分離のためには、一般に
非多孔質膜が適している。もう一つの好ましい実施例において、分離すべき流体
は液体混合物であり、非浸透物は液体流であり、また分離が逆浸透法、浸透気化
法、膜蒸留法、または膜ストリッピング法の何れで行われるかに応じて、浸透物
は液体、気体、または蒸気の流れである可能性がある。逆浸透法においては、供
給された液体が加圧され、液体中の一定の成分は選択的に膜を通して浸透し、液
体として取出される。浸透気化法においては、膜の浸透側に真空が印加され、選
択的に浸透可能な成分が膜を通して浸透され、蒸気として取出され、次いでこれ
を液体として濃縮することができる。膜蒸留法においては、供給側と浸透側との
間の温度勾配が維持され、分離は膜の孔を通して熱的に駆動された蒸発によるも
のである。この浸透物の流れは蒸気状態であり、液体として濃縮することができ
る。膜ストリッピング法においては、液体中に溶解されたガスが膜の孔を通して
ストリップされ、浸透物は気相で取出される。膜蒸留および膜ストリッピング法
のためには多孔性膜が使用されるが、逆浸透法および浸透気化法の適用について
は非多孔性膜が好ましいと思われる。

【００３０】 図３は、本発明のもう一つの実施例、即ち、掃引流体の使用に適合されている
点で図２に示した実施例からの変形を示している。第一の管シート（211）およ
び第二の管シート（212）を通って伸び、且つこれに結合された中心コア管（214
）の回りに、中空糸束（210）が配置される。コア管（214）は、二つの管シート
（211および212）の間に配置されたプラグ（240）によって塞がれており、また
掃引流体のための入口ポート（241）および出口ポート（242）を有している。主
要な流体の圧力よりも低い圧力の掃引流体は、第一の管シート（211）近くの穿
孔（243）を介して、中空糸束（210）のシェル側に導入される。この掃引流体は
、ファイバーのシェル側を第二の管シート（212）に向かって流下し、第二の管
シート（212）近くに配置された穿孔（244）を介して中心コア管（214）に導入
され、最終的には掃引流体出口ポート（242）を通って中空糸装置から出て行く
。末端キャップは、主要な流体をファイバーの内腔に導入し、またはファイバー
の内腔から排出するための入口手段（229）または出口手段（219）を有している
。この末端キャップ（228）は、更に、中心コア管（214）が末端キャップを通っ
て延出するように構成され、またＯ-リング（254）および密着したネジシール（
246）のようなシールを用いて、末端キャップ（228）とコア管（214）との間に
液密または気密なシールが提供される。管シート（211および212）は末端キャッ
プ手段（228）に収容され、また分割型ディスク（224）によって支持される。フ
ランジ（230および231）が末端キャップ（228）およびシェルケーシング（213）
に取付けられ、図示のように末端キャップ（228）、分割型ディスク（224）およ
びケーシング（213）がボルトおよびナット（232）によって一緒に固定されるよ
うになっている。

【００３１】 中空糸膜装置のシェル側で掃引流体を導入および排出するための別のアプロー
チが、図４に示されている。掃引流体は入口ポート（336）を介して導入され、
また出口ポート（335）を介して放出されるが、これらポートは、ケーシングシ
ェル（313）に形成され、且つ第一および第二の管シート（311，312）付近でケ
ーシングシェル（313）の反対端に位置している。しかし、中空糸束（310）を取
囲む空のスペースのために、膜装置の特性は、該空スペースにおける流れのチャ
ンネリングによって悪影響を受けるであろう。膜装置のシェル側に対して掃引流
体を流すために中心コア管（314）を使用する図３に示した装置は、流れのチャ
ンネリングを最小化でき、またシェル側における掃引流体の良好な分布を維持す
ることができる。

【００３２】 図３に示した本発明のましい実施例において、この中空糸膜装置は、気体また
は蒸気の掃引ガス流を用いて浸透側がパージされる不活性パージ浸透気化法、ガ
ス分離、膜ストリッピング、および膜蒸留のために使用される。本発明のもう一
つの好ましい実施例において、当該装置は、ファイバー膜のシェル側に液体を掃
引し、これにより液状吸収体の中でのガス吸収を行うことにより、中空糸膜の内
腔側ガス流中の一以上の成分を吸収するために使用される。本発明のもう一つの
好ましい実施例において、当該装置は、中空糸膜のシェル側に第二の液体を掃引
することにり液／液抽出を行うことによって、中空糸膜の内腔側液流中の一以上
の成分を抽出するために使用される。通常、ガス吸収および液体抽出のためには
微孔質膜を使用するのが好ましい。

【００３３】 本発明のもう一つの実施例が図５に示されている。この実施例は、流体中の一
以上の成分を微小固体粒子に接触させるために適合された中空糸膜を例示してい
る。微小固体粒子を充填した中空糸素子の例は、1992年8月18日にPanおよびMcMi
nisに対して発行された米国特許第5,139,668号に記載されている。この用途には
、微孔質中空糸膜が好ましい。ファイバー装置のケーシングシェル（413）は、
中空糸束（414）のシェル側に微小固体粒子をパッキングするために適合された
、一以上のポート（450）を含んでいる。フランジ（430および431）が、末端キ
ャップ（428）およびシェルケーシング手段（413）に取付けられる。管シート（
411および412）は末端キャップ（428）に収容され、また管シート（411および41
2）の溝の中に着座されたOリング（427）によって、管シートとケーシング（428
）の間には液密または気密な関係が与えられる。管シート（411および412）は、
管シート（411および412）に対して長手方向に作用する圧力差から生じる負荷に
耐えるために、分割型ディスク（414）によって支持される。末端キャップ（428
）、分割型ディスク（424）およびケーシング（413）をボルトおよびナットで固
定するために、フランジ（430および431）が末端キャップ（428）およびケーシ
ングシェル（413）に夫々溶接される。ファイバー装置のシェル側にパックされ
た微小固体粒子は、プラグ（451）を用いてポート（450）を塞ぐことにより不動
化される。処理すべき流体は、流体入口（452）を通って中空糸の内腔に侵入し
、流体出口（453）を介してファイバー装置を出る。

【００３４】 図５に示した本発明の一つの好ましい実施例において、微小粒子は、流体から
一以上の成分を吸着する能力を有している。流体は液体、気体または蒸気であっ
てよい。更に、吸着粒子に吸着された成分は、圧力を低下させることによって、
例えばファイバー内腔を真空または大気に通気することによって、または適切な
掃引流体を中空糸の内腔にパージすることによって、脱着させることができる。
脱着温度を増大することによって、脱着は向上させてもよい。本発明のもう一つ
の好ましい実施例では、微小粒子は、流体中の二以上の成分間における反応の触
媒として機能する。反応が大量の熱を生じる実施例において、中空糸膜を製造す
るためには、熱的に安定なポリマー材料、金属材料または他の無機材料が好まし
い。ファイバー壁を横切る流体の透過に対する抵抗を減少させるために、中空糸
膜は、好ましくは高度に多孔質であり、孔サイズは微小固体粒子を保持するため
に充分に小さい。

【００３５】 これら実施例の何れかに使用される典型的な中空糸束は、当該技術において周
知である。本発明に従って構築された一つの例は、セルロースベースの材料から
製造された略400,000本のファイバーから形成され、穿孔コア管上で組立てられ
、各末端に管シートが装着された。夫々の中空糸は、165μmの公称外径および65
μmの公称内径を有している。管シートは、ファイバー内腔が両端で開放するよ
うに切断される。両方の管シートは円筒形であり、約24 cmの直径および約4 cm
の厚さを有している。中空糸膜束は、図２に概略的に表されているように、浸透
器シェルの中に配置される。浸透器シェルは、約96cmの長さおよび25cmの公称直
径を有している。各管シートは末端キャップに収容され、内径約20cmのスチール
製の分割型ディスクによって支持される。従って、分割型ディスクは各管シート
の外側2cmの放射状部分を支持する。分割型ディスクは、管シートを長さ方向に
横切って印加される圧力差から生じる力に耐える。このような実施例において、
分割型ディスクは、2170 kPaを優に越える入口圧の管シートを充分に支持できる
ことが見出された。

【００３６】 分割型ディスクによって与えられる支持量は、その内径と、それが支持する管
シートとの重なり量との関数である。より高圧を扱うために更に大きな支持が必
要であるときは、分割型ディスクの内径を減少させることによって重なりの量を
増大させればよいであろう。勿論、そのためには管シートの寸法を維持しながら
、中空糸膜束の寸法を減少させることが必要であろう。

【００３７】 好ましい実施例は、分割型ディスクを形成する二つの半円形部分を具備してい
るが、当業者は、このディスクを三つ以上の部分に分割して、これらを併せて円
を形成してもよいことを理解するであろう。このような実質的でない変形は、本
願の特許請求の範囲に包含されるものである。

【００３８】 当業者には明らかなように、本発明の教示を逸脱することなく、上記の詳細な
開示は種々に修飾、適合、および変形され得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の中空糸膜装置を示す縦断面図である。

【図１Ａ】 図１Ａは、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。

【図２】 図２は、本発明による別の実施例を示す縦断面図である。

【図３】 図３は、本発明によるもう一つの別の実施例を示す立て断面図である。

【図４】 図４は、本発明によるもう一つの別の実施例を示す縦断面図である。

【図５】 図５は、本発明によるもう一つの別の実施例を示す縦断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 アイヴォリー ジョン カナダ ティー６エヌ １イー４ アルバ ータ エドモントン ストリート 9316− 86 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA13 GA25 GA27 GA32 HA02 HA03 HA05 HA18 HA19 JA12A JA22A JA24A JA30Z JB04 MA01 MC01 MC02 MC09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内腔側供給型の中空糸膜流体分離装置であって： （ａ）内径ならびに第一および第二の端部を有し、該第一の端部は支持フラン
   ジを含む円筒形ハウジングと； （ｂ）第一および第二の端部ならびに外径を有する、長手方向の束に配置され
   た複数の中空糸膜と； （ｃ）外面および内面を有し、前記ハウジングの内径よりも小さい直径を有す
   る第一の管シートであって、前記中空糸膜が連絡し且つ前記外面上で開くように
   、前記中空糸膜束の第一の端部を収容する管シートと； （ｄ）外面および内面を有し、前記中空糸膜が連絡し且つ前記外面上で開くよ
   うに、前記中空糸膜束の第二の端部を収容する第二の管シートであって、前記ハ
   ウジングの第二の端部で支持される第二の管シートと； （ｅ）前記ハウジングと液密または気密に係合して前記第一の管シートの外面
   を閉鎖する第一の末端キャップ、および前記ハウジングと液密に係合して前記第
   二の管シートの外面を閉鎖する第二の末端キャップと； （ｆ）第一の管シートの内面に隣接した中空糸膜束を一緒になって取囲む、二
   以上の部分に分割された環状ディスクを含んだ管シート支持体であって、該支持
   体フランジによって前記環状ディスクが支持されるように、前記ハウジングの内
   径よりも大きい外径を有する管シート支持体とを具備する装置を含む装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置であって、前記ハウジングの第二の末
   端もまた支持フランジを含み、前記第二の管シートもまた前記ハウジングの内径
   より小さい直径を有し、更に、第二の管シートの内面に隣接して、中空糸膜束を
   一緒に取囲む二つの部分に分割された環状ディスクを含む第二の管シート支持体
   を具備する装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の層位置であって、更に、前記中空糸膜束の
   中心軸に沿って配置された中心コアを具備し、該コアの二つの端部は前記第一お
   よび第二の管シートに埋設される装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置であって、前記環状ディスクは、それ
   らが一緒になって円を形成する二つの半円形部分を含む装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置であって、前記ハウジングは、前記ハ
   ウジングの長さを調節するために回転することができる連結部材で結合された二
   つの部分からなる装置。
6. 【請求項６】 中空糸膜装置を組立てる方法であって： ａ）その夫々の端部に第一および第二の管シートを有する中空糸膜束を準備す
   ることと； ｂ）支持フランジを有する第一の末端、支持肩部を有する第二の末端、および
   前記第一の管シートの直径よりも大きい内径を有し、また前記第一および第二の
   管シートの間の前記中空糸膜束の長さに略等しい、前記支持肩部と前記支持フラ
   ンジとの間の長さを有する円筒形のハウジングを準備することと ｃ）前記第一の管シートおよび前記中空糸膜束を、前記第二の管シートが前記
   支持肩部に当接して静止し、かつ該肩部によって支持されるまで、前記ハウジン
   グの第二の末端の中に挿入することと； ｄ）環状ディスクの第一の部分を支持フランジと第一の管シートの間に挿入し
   、次いで前記環状ディスクの第二の部分を挿入して、前記第一および第二の部分
   が一緒になって前記中空糸束を取囲むようにすることにより、前記第一の管シー
   トを支持することと； ｅ）前記ハウジングの前記第一および第二の末端を、液密または水密にキャッ
   ピングすることとを含む方法。
7. 【請求項７】 中空糸膜装置を組立てる方法であって： ａ）その夫々の端部に第一および第二の管シートを有する中空糸膜束を準備す
   ることと； ｂ）支持フランジを有する第一の末端、支持フランジを有する第二の末端、お
   よび前記第一の管シートの直径よりも大きい内径を有し、また前記第一および第
   二の管シートの間の前記中空糸膜束の長さに略等しい、前記第一の支持フランジ
   と前記第二の支持フランジとの間の長さを有する円筒形のハウジングを準備する
   ことと ｃ）前記第一の管シートおよび前記中空糸膜束を、前記ハウジングの第二の末
   端の中に挿入することと； ｄ）前記第二の管シートを、一方の側が前記第二の支持フランジに接触し、他
   方の側が前記管シートに接触する環状ディスクで支持することと； ｅ）分割型環状ディスクの第一の部分を支持フランジと第一の管シートの間に
   挿入し、次いで前記環状ディスクの第二の部分を挿入して、前記第一および第二
   の部分が一緒になって前記中空糸束を取囲み、前記環状ディスクが一方の側で前
   記第一の支持フランジに接触し、他方の側で前記第一の管シートに接触するよう
   にすることにより、前記第一の管シートを支持することと； ｅ）前記ハウジングの前記第一および第二の末端を、液密または水密にキャッ
   ピングすることとを含む方法。