JP2006346635A - ガスドライヤー構造 - Google Patents

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眞人 鎌田
Takahiro Saito
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Abstract

【課題】 凝縮水を混入させたり、乾燥状態にしても破壊されずシール性を保持できる、接着剤等を使用しないガスドライヤー構造を提供する。
【解決手段】 1本の中空糸膜1の端部はフレアー状に拡開されている。この端部にはバックアップスリーブ101が挿入されている。バックアップスリーブ101は中空円板状の底面101aから筒状に筒状突設部101bが立設されている。筒状突設部101bの外周壁は、底面101aよりの所定長部分がテーパ状に形成されている。一方、中空糸膜1を挟んでバックアップスリーブ101の外側にはシールリング107が配設されている。シールリング107の内周面107dは、鍔状突設端部107bよりの所定長部分がフレアー状に拡開された中空糸膜1の端部と形状を合わせるように外方に向けて拡開されている。
【選択図】 図1

Description

本発明はガスドライヤー構造に係わり、特に凝縮水を混入させたり、乾燥状態にしても破壊されずシール性を保持できる、接着剤等を使用しないガスドライヤー構造に関する。
従来、自動車等の排ガスの成分を分析する等が行われている。そして、この際には、抽出されたガス中に水蒸気が混入されていると測定誤差となるおそれがあるため、管路の途中において水蒸気が除去される必要があった。従って、例えば図5及び図6の断面図に示すような中空糸膜式のエアドライヤーが管路に取り付けられる等の処理が多く行われている。図5は従来のガスドライヤー構造の全体構成図兼一部断面図であり、図5中には、丸枠で囲んだ範囲の部分拡大図を併記する。
この中空糸膜式のエアドライヤー10は、高分子浸透膜からなる中空糸膜1の内側に変形され難いバックアップチューブ3が挿入されている。また、この中空糸膜1を挟んでバックアップチューブ3の外側には熱収縮チューブ5が配設されている。そして、この中空糸膜1の外周には部分的に環状部材8が突設されている。図6には、この環状部材8回りの部分拡大図を示す。熱収縮チューブ5は、加熱されることで径が収縮されるが、この性質を利用して中空糸膜1を外周面側から収縮するようになっている。
この熱収縮チューブ5、中空糸膜1及びバックアップチューブ3は、シールリング7の内側を貫通され、シールリング7の端部より所定長分引き出された状態になっている。そして、この所定長分引き出された部分20はその断面が「ハ」の字状に拡開されている。この拡開状態の生成は、引き出し部分の端部より先端が円錐状の図示しない治具をバックアップチューブ3内に挿入することで行っている。
熱収縮チューブ5の外周面とシールリング7の内周面との間は加熱調整されたことで隙間なくシールされ、かつ熱収縮チューブ5の弾力性により適度の膨張圧力にて嵌合され中空糸膜1がシールリング7から容易に抜けないようになっている。
また、熱収縮チューブ5の環状部材8周囲が部分的に隆起され、かつこの隆起部分以外の先端部側には隆起が無いことからシールリング7に対して中空糸膜1の挿入がされ易く、かつ挿入された後はこの環状部材8の隆起に伴う径方向に向けた押し付け弾性力により一層抜けにくいようになっている。シールリング7の外周には先細りとなるようにテーパ面7aが形成されており、端部は鍔状に突設された鍔状突設端部7bを有している。
中空糸膜1は外筒チューブ9内を通され、シールリング7がチューブ継手11を構成するチューブ継手本体部11aの端部にテーパ面7aが挿入されつつ止められている。中空糸膜1と外筒チューブ9の間には通路15が形成されている。そして、この外筒チューブ9は、チューブ継手11のチューブ継手本体部11a内に貫通形成された通孔12に挿入された後、その端部9aが通孔12の内壁に設けられた段差11dにより当接されている。
チューブ継手本体部11aとシールリング7との間にはOリング14が配設されている。チューブ継手本体部11aの上部には分岐穴13が設けられている。そして、チューブ継手本体部11aの側部外周に刻設された雄ネジ16に対し、チューブ継手連結部11bの内周に刻設された雌ネジ45が螺入可能なようになっている。
シールリング7の鍔状突設端部7bとチューブ継手連結部11bの内壁間には平板状シール部材47が介在されており、シールリング7とチューブ継手連結部11bの内壁間から外部にガスが漏れないようになっている。なお、中空糸膜1がシールリング7から所定長分引き出され、かつ拡開されたことで、この拡開部分20により中空糸膜1はチューブ継手連結部11bの通孔12内に形成された内壁突設部11cから一層抜け難いようになっている。
なお、外筒チューブ9の図中右端部にはチューブ継手11Aが外筒チューブ9の左端部に配設されたチューブ継手11と対称的に取り付けられている。チューブ継手11Aの断面図はチューブ継手11と左右対称なだけで構造は同一なので省略する。
また、この外筒チューブ9には分岐穴13が設けられており、この分岐穴13を介して外部から乾燥したガスが流入し、通路15内を中空糸膜1内を流れるガスと逆方向に通されるようになっている。なお、図中省略されているが、中空糸膜1内で乾燥されたガスは一端中空糸膜1を出た後、再びチューブ継手11Aの分岐穴13から通路15内に戻されるようになっている。
かかる構成において、中空糸膜1の内側には除湿対象となるガスが矢印方向に流入する。このガスは、中空糸膜1を通過するに連れてその水蒸気選択透過性により、次第に中空糸膜1の外周を流れる乾燥した空気により乾燥される。
ところで、中空糸膜1は乾燥すると長さが縮み、含水状態になると膨潤する。その乾燥時と含水時の伸縮の程度は自然環境状態に対しそれぞれ10パーセント以上にも及ぶことがある。このため、使用環境や熱収縮チューブ5の外周面とシールリング7の内周面との間の嵌合の程度如何によっては、熱収縮チューブ5がシールリング7から脱離してしまい、シールが不完全となるトラブルを生ずる場合があった。
また、管路の途上において水蒸気を除去する別構成例として、図7の外観図及び図8の断面図に示すような中空糸膜式のエアドライヤーが従来存在する。この中空糸膜式のエアドライヤー30は、図5のエアドライヤー10と同様に、中空糸膜1の内側に変形され難いバックアップチューブ3が挿入されている。また、この中空糸膜1を挟んでバックアップチューブ3の反対側には熱収縮チューブ5が配設されている。
そして、この熱収縮チューブ5の外周には、チューブ継手31が配設されている。このチューブ継手31は、チューブ継手本体部31aとチューブ継手連結部31bとからなっている。チューブ継手本体部31aの上部には分岐穴13が設けられている。そして、チューブ継手本体部31aの側部内側に刻設された雌ネジ33に対し、チューブ継手連結部31bの外周に刻設された雄ネジ35が螺入可能なようになっている。
チューブ継手本体部31aとチューブ継手連結部31b間の隙間37にはOリング39が挿入されている。チューブ継手本体部31aの図中右端部には、外筒チューブ41が連設され、この外筒チューブ41の内側に中空糸膜1が通されるようになっている。なお、この外筒チューブ41の図中右端部にはチューブ継手31Aが外筒チューブ41の左端部に配設されたチューブ継手31と対称的に取り付けられている。チューブ継手31Aの断面図はチューブ継手31と左右対称なだけで構造は同一なので省略する。
かかる構成において、チューブ継手31A側の分岐穴13から乾燥したガスが送り込まれ、このガスは外筒チューブ41と中空糸膜1の間に形成された隙間を通り、反対側に配設されたチューブ継手31の分岐穴13を通じて吐出される。このことにより、中空糸膜1内部を通過するガスは次第に水蒸気が除去される。
ところで、このエアドライヤー30を組み立てる際には、チューブ継手連結部31bがチューブ継手本体部31aに螺入されるが、このときOリング39は側方からの押圧により変形され、Oリング39は熱収縮チューブ5の外周を押圧するようになる。このため、熱収縮チューブ5は長さ方向に位置固定されると共にOリング39と熱収縮チューブ5間はシールされガスが漏れることはなくなる。
しかしながら、このエアドライヤー30においても、Oリング39により熱収縮チューブ5が位置固定されているだけなので、中空糸膜1が乾燥されたり、含水状態にされたりする等の使用環境如何によっては、中空糸膜1が収縮したり膨潤し、中空糸膜1がOリング39のシール部分から脱離してしまい、シールが不完全となるおそれがあった。
また、中空糸膜1が膨潤した場合には、中空糸膜1が坐屈し流路が閉塞されドライヤーとしての機能が維持できないおそれがあった。そのため、ドライヤー10、30の利用に際しては、凝縮水を混入させないように、あるいは中空糸膜1が乾燥状態にならないように注意を要していた。
更に、従来中空糸膜の固定には、エポキシ樹脂等の接着剤等が用いられる方法が知られているが、この方法は、接着剤成分が溶出するおそれがあるため、ガス分析用途のように厳密な測定を行う分野には適切ではなかった。
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、凝縮水を混入させたり、乾燥状態にしても破壊されずシール性を保持できる、接着剤等を使用しないガスドライヤー構造を提供することを目的とする。
このため本発明(請求項1)のガスドライヤー構造は、外筒と、該外筒内に収納され、所定のガスが通される少なくとも一本の中空糸膜と、該中空糸膜の周囲に乾燥されたガスを供給するガス供給手段と、前記中空糸膜の端部より所定長内挿され、該内挿部分の全長又はその一部に渡り該先端に行くに連れて絞られたテーパ若しくは湾曲面が形成されたバックアップスリーブと、該バックアップスリーブが内挿された前記中空糸膜の外側に密接され、開口径が先端までの全長又はその一部に渡り該先端に行くに連れて絞られたテーパ若しくは湾曲面が形成されたシールリングと、該シールリング及び/又は前記バックアップスリーブを保持する継手とを備えて構成した。
中空糸膜は、バックアップスリーブとシールリングとで挟まれ嵌合された状態になる。そして、このバックアップスリーブとシールリングとの嵌合は、先端に行くに連れて絞られたテーパ若しくは湾曲面同士が間に中空糸膜を追い込み合わせられるように働く。このため、バックアップスリーブとシールリングとの嵌合状態は、中空糸膜の径方向及び長手方向とに対し均等に締め付け力が及ぶ。このため、このバックアップスリーブやシールリングを継手で保持することで中空糸膜は抜けなくなる。
中空糸膜内部を通過するガスは、中空糸膜の周囲に供給された乾燥したガスの水蒸気選択透過性により次第に水蒸気が除去される。ガス供給手段で供給されるガスは中空糸膜を通されたガスが戻されるようにされてもよいし、別途独立したガスとして供給されるようにしてもよい。中空糸膜の端部は予め治具等によりフレアー状にされておくとバックアップスリーブが挿入され易い。
なお、中空糸膜は、最大テンションにて継手同士の間に張られることが望ましい。この最大テンションの状態は、中空糸膜を固定する前に例えば飽和含水状態に置き、目一杯膨潤させた状態とし、継手に取り付け後には中空糸膜を乾燥させることで中空糸膜のテンションを最大にした状態で維持したり、あるいは同程度のテンションとなるように中空糸膜の両端部を牽引した状態で継手に取り付けたりすることで可能である。なお、バックアップスリーブとシールリング間やバックアップスリーブと継手間には、ガス漏れを防ぐためのシール部材が配設されることが望ましい。
以上により、中空糸膜の坐屈はなくなり、かつガス流路も閉塞されずに保持される。また、中空糸膜の乾燥によるシール部分からの脱離もなく安定する。
また、本発明(請求項2)のガスドライヤー構造は、前記バックアップスリーブのテーパ若しくは湾曲面には凹凸の外周面が形成されたことを特徴とする。
バックアップスリーブは、先端に行くに連れて絞られたテーパ若しくは湾曲面が形成された上に、更に凹凸の外周面が形成される。以上により、中空糸膜はバックアップスリーブより一層抜け難くなる。
更に、本発明(請求項3)のガスドライヤー構造は、外筒と、該外筒内に収納され、所定のガスが通される少なくとも一本の中空糸膜と、該中空糸膜の周囲に乾燥されたガスを供給するガス供給手段と、前記中空糸膜の端部より所定長内挿され、該内挿部分の全長又はその一部に渡り凹凸の外周面が形成されたバックアップスリーブと、該バックアップスリーブが内挿された前記中空糸膜の外側に密接されたシールリングと、該シールリング及び/又は前記バックアップスリーブを保持する継手とを備えて構成した。
バックアップスリーブには、凹凸の外周面が形成される。このため、中空糸膜はバックアップスリーブより抜け難くなる。
更に、本発明(請求項4)のガスドライヤー構造は、前記中空糸膜の25℃純水中における線膨張(収縮)率が1.5以下であることを特徴とする。
乾燥時と含水時の伸縮の差が大きくても本願は適用可能であり、線膨張(収縮)率が1.5以下であれば中空糸膜がバックアップスリーブより抜けることはない。
以上説明したように本発明(請求項1)によれば、中空糸膜の端部より所定長内挿されたバックアップスリーブとシールリングとで中空糸膜を挟んで構成したので、中空糸膜を継手に対し強固に固定できる。このため、中空糸膜の乾燥によるシール部分からの脱離が無くなり安定する。接着剤等を使用していないので接着剤成分が溶出したりすることもない。また、各部材に溶質性の部材を使用しないことが可能なので、耐薬品性が維持される。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態であるガスドライヤー構造の全体構成図兼一部断面図を図1に示す。そして、図1中には、丸枠で囲んだ範囲の部分拡大図を併記する。なお、図5〜図8と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
図1のガスドライヤー100において、1本の中空糸膜1の端部はフレアー状に拡開されている。この中空糸膜1の材質は水蒸気選択透過性を有するフッ素系イオン交換樹脂からなっている。そして、この端部にはポリプロピレン製のバックアップスリーブ101が挿入されている。
バックアップスリーブ101は中空円板状の底面101aから筒状に筒状突設部101bが立設されている。筒状突設部101bの外周壁は、底面101aよりの所定長部分がフレアー状に拡開された中空糸膜1の端部と形状を合わせるようにテーパ状に形成されている。そして、中空糸膜1に挿入される奥側はテーパ面から連設される一方で完全な円筒形状にて伸びている。中空糸膜1の端部はバックアップスリーブ101の底面101aに当接されている。
一方、中空糸膜1を挟んでバックアップスリーブ101の外側にはポリプロピレン製のシールリング107が配設されている。このシールリング107の外周にはテーパ面107aが形成されており、端部は鍔状に突設された鍔状突設端部107bを有している。鍔状突設端部107bの外周縁には更に周状かつ側方に突設した外周壁107cが形成されている。
なお、シールリング107の内周面107dは、鍔状突設端部107bよりの所定長部分がフレアー状に拡開された中空糸膜1の端部と形状を合わせるように外方に向けて拡開されている。一方、中空糸膜1を覆う奥側は完全な円筒形状にて伸びている。
シールリング107の鍔状突設端部107b、外周壁107c及びバックアップスリーブ101の底面101a間に形成された空間にはOリング109が配設されている。中空糸膜1は、チューブ継手131のチューブ継手本体部131aの内側、及びこのチューブ継手本体部131aに連設された外筒チューブ41の内側に形成された通路141に貫通されている。
そして、シールリング107は、チューブ継手本体部131aの内壁端部に対しOリング133を介して圧接されている。チューブ継手本体部131aの上部には分岐穴13が設けられている。そして、チューブ継手本体部131aの側部外周に刻設された雄ネジ143に対し、チューブ継手連結部131bの内周に刻設された雌ネジ145が螺入可能なようになっている。
バックアップスリーブ101の底面101aとチューブ継手連結部131bの内壁間には平板状シール部材147が介在されており、バックアップスリーブ101の底面101aとチューブ継手連結部131bの内壁間から外部にガスが漏れないようになっている。
なお、外筒チューブ41の図中右端部にはチューブ継手131Aが外筒チューブ41の左端部に配設されたチューブ継手131と対称的に取り付けられている。チューブ継手131Aの断面図はチューブ継手131と左右対称なだけで構造は同一なので省略する。
かかる構成において、チューブ継手131A側の分岐穴13から乾燥したガスが送り込まれ、このガスは外筒チューブ41の内側に形成された通路141と中空糸膜1の間に形成された隙間を通り、反対側に配設されたチューブ継手131の分岐穴13を通じて吐出される。このことにより、中空糸膜1内部を通過するガスは次第に水蒸気が除去される。
なお、チューブ継手131A側の分岐穴13から送り込まれるガスは中空糸膜1内部を通過することにより乾燥されたガスを戻して再利用してもよいし、別途配設された窒素ガス等の乾燥ガス供給設備により供給されてもよい。
次に、本発明の実施形態であるガスドライヤーの製造方法について説明する。まず、水蒸気選択透過性を有するフッ素系イオン交換樹脂(スルホン酸基を有するテトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルの共重合体)を1本の中空糸状に加工して切断し、中空糸膜1を作成した。
この中空糸膜1の外径及び内径は、それぞれ3.0mm及び2.5mmである。しかしながら、本発明は外径が0.5〜10mm程度の中空糸膜に適用可能である。
また、このときの中空糸膜1の線膨張(収縮)率は、25℃純水中において1.10、90℃純水中において1.13である。しかしながら、中空糸膜1の線膨張(収縮)率は、25℃純水中において1.5以下であれば本実施形態は適用可能である。この線膨張(収縮)率の測定方法は、65℃の恒温槽に一晩乾燥させた中空糸膜を400mmの長さに切断し、25℃の純水中に一晩浸析したものを測定した。
なお、中空糸膜1の材質としては、他にポリプロピレン又はポリエチレン親水化膜、ポリアクリロニトリル、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、シリコン系親水化膜、ポリスルホン親水化膜、その他、同様に膨張/収縮を示す高分子材料等が適用可能である。
次に、外筒チューブ41も同様に切断し、その外筒チューブ41の内側に形成された通路141内に中空糸膜1を挿入する。その後、中空糸膜1の片端部を治具によりフレアー状に加工する。そして、その内側にバックアップスリーブ101を挿入する。一方、中空糸膜1の外側にはシールリング107を嵌め込み中空糸膜1を内側からバックアップスリーブ101、外側からシールリング107で挟み込む。
その後、チューブ継手本体部131aが中空糸膜1の周囲に通され、このチューブ継手本体部131aの雄ネジ143に沿ってチューブ継手連結部131bが螺入されることで固定した構造とした。一方、他方の中空糸端部を固定する際、中空糸内側に純水を注入し、含水状態にした後、任意の長さに切断し、フレアー状に加工する。そして、その内側にバックアップスリーブ101を挿入する。一方、中空糸膜1の外側にはシールリング107を嵌め込み中空糸膜1を内側からバックアップスリーブ101、外側からシールリング107で挟み込む。
その後、チューブ継手本体部131aが中空糸膜1の周囲に通され、このチューブ継手本体部131aの雄ネジ143に沿ってチューブ継手連結部131bが螺入されることで固定した構造とした。そして、このように固定した後、乾燥空気を中空糸膜1の内側と外側に流通させ中空糸膜1を乾燥させた。
以上のように、中空糸膜1の両端部を固定する前に一旦含水状態に置き、チューブ継手131に固定後には中空糸膜1を乾燥させるため、中空糸膜1の製造上のバラツキがあった場合でも中空糸膜1が坐屈したり流路が閉塞されたりすることはない。一方、乾燥した場合においても、中空糸膜1のシールリング107とバックアップスリーブ101による挟み込みが強固であるため中空糸膜1が抜けることはなくなる。
次に、図2に本発明の実施形態であるガスドライヤー構造の別例を示す。なお、図1と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。図2において、バックアップスリーブ201は中空円板状の底面201aから筒状に筒状突設部201bが立設されている。筒状突設部201bの外周壁は、底面201aより先端に至るまでテーパ状に形成されている。このため、バックアップスリーブ201の製作がし易い。但し、筒状突設部201bの外周壁はテーパ面とせずに湾曲面とされてもよい。
また、図3に本発明の実施形態であるガスドライヤー構造の更に別例を示す。なお、図1と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。図3において、バックアップスリーブ301は中空円板状の底面301aから筒状に筒状突設部301bが立設されている。筒状突設部301bの外周壁は、底面301aより先端に至るまでテーパ状の傾斜を有しつつ断面が鋸歯状に刻設されている。歯301bは底面301aよりが先端側よりも三角形状に隆起されている。このため、シールリング107とバックアップスリーブ301による挟み込み後は、バックアップスリーブ301の歯301bが中空糸膜1に引っ掛かりより一層抜け難くなる。
更に、図4に本発明の実施形態であるガスドライヤー構造の別例を示す。なお、図1と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。図4において、バックアップスリーブ401は中空円板状の底面401aから筒状に筒状突設部401bが立設されている。筒状突設部401bの外周壁は、底面401aより先端に至るまでテーパ状の傾斜を有しつつ断面が台形歯状に刻設されている。このため、シールリング107とバックアップスリーブ401による挟み込み後は、バックアップスリーブ401の台形歯が中空糸膜1に引っ掛かりより一層抜け難くなる。
以上をもとに作製したガスドライヤー100へ純水を注入し7日間保持した結果、中空糸膜1の坐屈はなくサンプルガス流路も保持された。また、大気圧下、露点−40℃の乾燥空気を本実施形態のガスドライヤー100に対し7日間供給したが、中空糸膜1の乾燥によるシール部からの脱離もなく安定していた。
本発明の実施形態であるガスドライヤー構造の構成図 同上別構成例 同上別構成例 同上別構成例 従来の中空糸膜式のエアドライヤーの全体構成図兼一部断面図 環状部材回りの部分拡大図 従来の中空糸膜式のエアドライヤーの別構成例 同上断面図
符号の説明
1 中空糸膜
13 分岐穴
41 外筒チューブ
100 ガスドライヤー
101 バックアップスリーブ
107 シールリング
109、133 Oリング
131、131A チューブ継手
131a チューブ継手本体部
131b チューブ継手連結部
141 通路
147 平板状シール部材

Claims (4)

  1. 外筒と、
    該外筒内に収納され、所定のガスが通される少なくとも一本の中空糸膜と、
    該中空糸膜の周囲に乾燥されたガスを供給するガス供給手段と、
    前記中空糸膜の端部より所定長内挿され、該内挿部分の全長又はその一部に渡り該先端に行くに連れて絞られたテーパ若しくは湾曲面が形成されたバックアップスリーブと、
    該バックアップスリーブが内挿された前記中空糸膜の外側に密接され、開口径が先端までの全長又はその一部に渡り該先端に行くに連れて絞られたテーパ若しくは湾曲面が形成されたシールリングと、
    該シールリング及び/又は前記バックアップスリーブを保持する継手とを備えたことを特徴とするガスドライヤー構造。
  2. 前記バックアップスリーブのテーパ若しくは湾曲面には凹凸の外周面が形成された請求項1記載のガスドライヤー構造。
  3. 外筒と、
    該外筒内に収納され、所定のガスが通される少なくとも一本の中空糸膜と、
    該中空糸膜の周囲に乾燥されたガスを供給するガス供給手段と、
    前記中空糸膜の端部より所定長内挿され、該内挿部分の全長又はその一部に渡り凹凸の外周面が形成されたバックアップスリーブと、
    該バックアップスリーブが内挿された前記中空糸膜の外側に密接されたシールリングと、
    該シールリング及び/又は前記バックアップスリーブを保持する継手とを備えたことを特徴とするガスドライヤー構造。
  4. 前記中空糸膜の25℃純水中における線膨張(収縮)率が1.5以下である請求項1、2又は3記載のガスドライヤー構造。
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