JP2008505760A - 物質またはエネルギー移動カートリッジおよびモジュール - Google Patents

Abstract

マニホルドと、カートリッジと、カートリッジを収納するボウルとを含む、物質移動またはエネルギー移動モジュールが提供される。カートリッジおよびボウルは、ボウルのスロットに嵌合する少なくとも２つのフランジに互いに連結されて、単体構造を形成する。

Description

本出願は、２００２年３月２８日に出願された仮出願第６０／３６８２７９号から次に導き出された２００２年１２月２０日に出願された仮出願第６０／４３５６５０号から次に導き出された２００３年２月１１日に出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＵＳ０３／０４１６５号から導き出される。

本発明は、衛生的で交換および設置が簡単な物質またはエネルギー移動モジュールに関する。より詳細には、本発明は、物質移動またはエネルギー移動カートリッジと、再使用可能なボウルと、再使用可能なマニホルドと、物質移動またはエネルギー移動カートリッジと再使用可能なボウルとマニホルドとを一緒に連結する再使用可能な連結装置とから形成される、物質移動またはエネルギー移動モジュールに関する。

様々なモジュールが２つの流体の間で物質移動またはエネルギー移動をもたらすために使用される。代表的なモジュールは、一方の流体が気体を含む液体からなり他方の流体が準大気圧の気体である２つの流体が気体透過膜によって分離されている脱ガス装置を含む。別のそのようなモジュールは、１つの流体が超大気圧の気体であり第２の流体が気体がその中に溶解できる液体であり、その２つの流体が気体透過膜によって分離されているガス化装置である。第３のモジュールは、熱い流体および冷たい流体が非透過性の熱伝導材料によって分離されている熱交換器である。物質移動またはエネルギー移動モジュールはマニホルドと、１つの流体を収納するボウルと、第２流体を収納するカートリッジとを含んでもよい。したがって、物質移動またはエネルギー移動モジュールを構成するとき、カートリッジおよびボウルはマニホルドヘッドに別々に固定されかつそれに密封される。さらに、物質移動またはエネルギー移動が完了すると、ボウルおよびカートリッジはヘッドから別々に取り外される。この別々の取外しは、ボウルがカートリッジの全長よりも実質的に大きな距離移動され、それによって、カートリッジを露出させてその取外しを可能にすることを必要とする。その後で、露出されたカートリッジが手によってまたは手工具によって取り外される。ボウルはカートリッジの長さ移動されなければならないので、ボウルおよびカートリッジが内部に配置されるスペースはこの取外しのステップに対応しなければならない。

マニホルドから単一ユニットとして分解され得るフィルター式カートリッジボウル構造を作り出すためにボウルと協働するフィルター式アセンブリを提供することが米国特許第５１１４５７２号明細書で提案された。このフィルター式アセンブリは、２つの流体間の物質移動またはエネルギー移動用には使用されない。それは流体をフィルタリングするために使用される。フィルター式カートリッジは、ボウルの内部面内の溝に嵌合するカートリッジ上のバヨネット連結によってボウルに連結される。バヨネット連結は、単一ユニットとして成形されることなどによってカートリッジと一体型で形成される。カートリッジがそのように構成されるとき、それは、バヨネットを受けるように構成されたボウルとだけ使用されることができる。そのように構成されたカートリッジが、このカートリッジを受け入れないように構成された現在作られているボウルと共に使用されることを妨げるので、これは望ましくない。したがって、そのように構成されたカートリッジ用の市場を大幅に狭くする。さらに、バヨネット連結はカートリッジの上面の下に配置され、したがってそれらは、これもまたカートリッジの上面の下に配置されたボウル内の溝に嵌合する。バヨネットがそのように配置されるとき、視界が限られるので、溝の中での位置決めがより難しくなる。

したがって、様々な構成の複数のボウルでその使用を可能にする物質移動またはエネルギー移動媒体あるいはカートリッジを提供することが望ましいであろう。さらに、２つの流体を使用した物質移動またはエネルギー移動の間、カートリッジに対して移動ができない手段を備えた、カートリッジとボウルとの間の連結手段を含むそのようなカートリッジを提供することが望ましいであろう。さらに、はっきりと見ることができ、したがってボウルへのカートリッジの連結がたやすくされる連結手段をもつそのようなカートリッジを提供することが望ましいであろう。そのようなカートリッジは、ボウル内へのフィルター式カートリッジの挿入をさらに容易にし、物質移動またはエネルギー移動モジュールを設置するのに必要なスペースを低減させるであろう。

本発明によれば、マニホルドと、物質移動またはエネルギー移動カートリッジとボウルの組合せとを含み、カートリッジおよびボウルが共にロック固定されて設置され、かつマニホルドから１つの部品として取り外される物質移動またはエネルギー移動モジュールが提供される。カートリッジは、両端をエンドキャップで密封された物質移動またはエネルギー移動媒体を含む。エンドキャップの１つは、少なくとも２つのフランジと、マニホルドとカートリッジの内部との間の流体連通用の流体通路とを含む。フランジはエンドキャップから、物質移動またはエネルギー移動媒体の外側の垂直面を越えて外向きに延びる。フランジはボウル内のスロットに嵌合し、それによってカートリッジのボウルへの連結をもたらすように設計される。カートリッジをボウルに固定する、エンドキャップ上のフランジは、カートリッジおよびボウルをマニホルドから１つの部品として取り外されることを可能にする。エンドキャップは任意の構造のカートリッジの端部に結合されることができ、したがってカートリッジはボウルに固定されることができる。本発明の別の態様では、エンドキャップのフランジを収容する少なくとも２つのスロットを備えるカラーをもつボウルが提供される。ボウルおよびカラーは単体構造でよく、または、ねじ山などで結合されることができる２つの別々の部品から形成されてもよい。

本発明は、物質移動またはエネルギー移動カートリッジ、ならびにマニホルドと物質移動またはエネルギー移動カートリッジとボウルとから形成される物質移動またはエネルギー移動モジュールを提供する。マニホルドは、カートリッジへの第１流体の供給、カートリッジからの任意選択の第１流体の除去、ならびに第２流体の供給およびボウルからの第２流体の除去のための流体通路を提供する。カートリッジまたはボウルからの流体の除去は、マニホルドを通して行われる。カートリッジの外側からあるいはカートリッジの内部から、流体の供給はマニホルドを通してカートリッジの中に導入されることができる。とにかく、カートリッジを通した物質またはエネルギーの通過なしに、第１流体および第２流体の混合を妨げるために密封が提供される。

物質移動またはエネルギー移動カートリッジおよびボウルは、それらがマニホルドで密封されまたはマニホルドとの接触面から１つの部品として取り外されるように構成される。カートリッジは２つのエンドキャップで密封され、少なくともそのうちの１つは流体通路を備えている。エンドキャップの１つは、流体通路と、そのエンドキャップと一体に形成された少なくとも２つのフランジとをもつ。流体通路はカートリッジの入口または出口として機能し得る。フランジはボウルの上部部分にカートリッジをロック固定するように構成される。フランジは物質移動またはエネルギー移動媒体の上に配置されるので、カートリッジを、ボウルの本体より大きい直径をもつボウルの上部部分に固定することができ、フランジによる流体の遮蔽は、フランジがカートリッジとボウルの本体の間に配置されるときよりも小さい。カートリッジの使用に続いて、ボウルおよびカートリッジは、２つの部品ではなく、単体の部品としてマニホルドから取り外される。ボウルおよびカートリッジが一緒に取り外されるので、カートリッジをマニホルドから別のステップで取り外す必要はない。したがって、マニホルドから物質移動またはエネルギー移動カートリッジを取り外すために、カートリッジの長さとボウルの長さの和に実質的に等しいスペースを提供する必要はない。実質的にボウルの長さと同じだけの長さのスペースのみを提供する必要はない。これは、現在の物質移動またはエネルギー移動モジュールで必要なスペースと比べて、本発明の物質移動またはエネルギー移動を、より小さいスペースの内部に設置することを可能にする。さらに、カートリッジがボウルと共に取り外されるので、それは作業者によって、手または手工具で取り扱われる必要がない。これはボウルの内部で作業者と流体が接触する可能性を大幅に少なくする。ボウルは、取外しの前に流体を除去するためのドレインを任意選択で含んでもよい。

図１を参照すると、物質移動モジュール１０はマニホルド１２と、入口９を有するボウル１４と、物質移動カートリッジ１６とを備える。物質移動カートリッジ１６は気体透過性のプリーツ膜などの膜でよい。そのような物質移動カートリッジは、液体用の脱ガス装置または液体中に気体の溶解をもたらす気体接触器として使用されることができる。適切な膜が、本明細書に参照により組み込まれている米国特許第４９９０２９４号明細書に開示されているように（四フッ化エチレンパーフルオロ（アルキルビニルエーテル））共重合体（ＰＦＡ）または（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン）共重合体（ＦＥＰ）から形成される。そのような膜は、液体から溶解した気体を取り除く、「脱ガス」、または液体に気体物質を加えるのに有用である。例えば、オゾンが半導体ウェーハの洗浄に使用される非常に純度の高い水に加えられる。ねじ山を切ったリング１８がボウル１４の外面２０上に配置され、ボウル１４およびリップ２４の円周の周りに延びるビード２２によってその上に維持される。ビード２２の大きさおよび柔軟性を調整することによって、リング１８は、リング１８を配置するためにビード１８の上に滑り込ませることができ、またはリング１８が、図示したように配置された後で、ビード２２はボウル１４上に形成されることができる。

リング１８は、ボウル１４に対して所定位置に実質的に固定され、すなわち、それは、ボウル１４の長さに沿って任意の実質的な距離を移動することができない。そのねじ山２６および２８が引きつけられるとき、リング１８はマニホルド１２との積極的な接触へとカートリッジ１６を導き、またはそれを駆動し、Ｏリング１１および１３によって密封をもたらす。反対に、リング１８が、ねじ２６および２８が離れて駆動するように回転されるとき、カートリッジ１６は、マニホルド１２から離れるように積極的に導かれまたは駆動される。当接するマニホルド１２へのボウル１４の密封は、Ｏリング１１および１３によってもたらされる。ボウルは、ボウル１４を回転させることなく、マニホルド１２と垂直に接触させられる。

カートリッジ１６は、カラー３４内のスロット３２と噛み合う、エンドキャップ３０上のフランジ１５によってボウル１４に連結される。カラー３４は、ねじ３６によってボウル１４にねじ込まれる。カラー３４は、ボウル１４の内側円周全体の周りに延びる。あるいは、ボウルおよびカラーは、成形などによってボウル１４およびカラー３４の形状で１つの部品で形成してもよい。流体通路４２を含むエンドキャップ３０は、Ｏリング１１および１３によってマニホルド１２に差し込まれる。フランジ１５はエンドキャップ３０の円周全体の周りに延びていないので、流体はエンドキャップ３０をバイパスして、マニホルド１２へまたはそれから流れることができる。モジュール１０が脱ガス装置として使用されるとき、真空が入口４４のところで引かれ、脱ガスされるべき液体は入口９を通って導入され通路８および出口４６を通って取り出される。モジュール１０が液体に気体を導入するために使用されるとき、超大気圧の気体が入口４４を入り、液体が入口９を入り出口４６を通って取り出される。カラー３４の構造は、図３に関連して、より完全に説明されるであろう。

図２を参照すると、モジュール１７はマニホルド１９と、カートリッジ２１と、ボウル２５とを含む。カートリッジ２１は、フランジ２７によって、ボウル２５上のカラー３２で、ボウル２５に連結される。通路３３は入口３５に連結される。通路３３は、ステンレス鋼などの非多孔性の熱伝導材料または化学的に融和性の重合体から作られた複数の中空繊維３７の管腔に連結される。第１流体は、入口３５を通って中空繊維３７中に、それからカートリッジ２１から出て、出口３９を通って導かれることができる。第２流体は、入口４１を通って中空繊維３７の外面の上に、それから出口４３を通って導かれることができる。図２のモジュール１７は２つの流体の間の熱交換をもたらすために使用されることができる。ねじ２６およびリップ２４は、上で図１のために説明したのと同じ方法で回転可能リング（図１）と相互作用するために機能する。任意選択の気体通気孔４４が設けられてもよい。

図３を参照すると、カラー３４は２つのカットアウト４１と２つの垂直な延長部４３とを含む。各垂直な延長部４３は、スロット３２（１つは図示せず）を含む。スロット３２はフランジ１５（図１）と嵌合しそれを収納する。スロット３２によって定められる角度は、エンドキャップ３０およびカラー３４を作るために使用された材料の柔軟性によって決まる。スロット３２は、エンドキャップ３０およびカラー３４が、パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）（ＰＦＡ）などの比較的軟質の重合体から作られる場合、少なくとも約１５度、好ましくは約３０度と約４５度の間の角度を定める。エンドキャップ３０およびカラー３４が、ポリプロピレンなどの比較的硬質の重合体材料から作られる場合、これらの角度はＰＦＡに対する角度の約半分でよい。これらの例示的材料に関するこの角度の大きさは、モジュール１０の使用の間、エンドキャップ３０がカラー３４から分離しないように、フランジ１５とスロット３２の間に望ましい接触面を提供する。カラー３４は、フランジ１５の外面上の任意選択の垂直な延長部と嵌合しそれを収納する移動止め４５を場合によって含む。カラー３４は、カラー３４とマニホルド１２との間の流体の排流を可能にする任意選択の垂直なスロット１７も含む。

図２の実施形態は、フランジ１５をカットアウト４１に位置合わせすることによって図３のカラー内に挿入される。それからエンドキャップ３０およびフィルター式カートリッジ１６は回転させられ、したがってフランジ１５がスロット３２に嵌合し、それによってカートリッジ１６をカラー３４に固定する。

図４を参照すると、本発明のボウルおよびカラーの構造が示される。カラー３４はボウル１４にねじ込まれる。あるいは、カラー３４およびボウル１４は１つの部品として成形されてもよい。ボウル１４は締付リング１８（図１）を支持する複数のストップ５０を含む。ボウル１４は開閉可能な入口１７を含む。

本発明で使用されるエンドキャップは２つの対向するフランジに関して説明されてきたが、エンドキャップは２つより多いフランジを備えてもよいことが理解されるべきである。少なくとも２つのフランジが、ボウルに対するカートリッジの軸の位置合わせを維持するために必要である。フランジ１５によって定められる方向付けおよび角度は、カラー３４のスロット３２中にフランジを挿入することを可能にするようなものである。

本発明の１つの態様では、フランジをもつエンドキャップは、ボウルの内部でそれが取り付けられるフィルター式カートリッジを中心に置くために、ボウルに取り付けられたカラーの内面構造と噛み合う外面構造を備えている。ボウルの内部でカートリッジを中心に置くことは、フランジがカラーに回転挿入されるとき、フランジとカラーとの滑らかな噛合せを可能にする。フランジの外面構造は小さな溝を含んでもよい。フランジの外面構造は本発明に必須ではないが、それがない場合、フランジがカラーの内部で横から横へ滑り、それによってフランジおよびカラーを係合する困難が増加する。

図５および６を参照すると、エンドキャップ７０は、カラー８０の面７８と噛み合う、レッグ７４および７６上に溝７２を含む。図８および９はボス８２を含むが、それらは溝７２の機能に必要ではない。ボス８２の目的は、以下に説明される。

図７、８および９を参照すると、カラー８４は、エンドキャップ９０がカラー８４内の所定位置に回転挿入されるとき、ボス８２がそれに嵌合する２つの対向するスロット８６および８８を含む。互いから離れるようなスロットの拡大が、カラー８４の内面とボス８２を接触させることによってもたらされる。ボス８２の外面間の距離は、カラー８４の対向する内面間の距離より幾分大きい。スロット８６および８８はカラー８８の厚さによって延びる。スロット８６および８８はエンドキャップ９０上のボス８２と噛み合い、したがってカラー８４とエンドキャップ９０との間の改良された嵌合を提供する。ボス８２が開いたスロット８６および８８に嵌合するまで、エンドキャップ９０が所定位置に回転挿入されるとき、ボスは、カラー８４上の噛合いスロット８６および８８を外向きに拡大させるように構成される。嵌合の時点で、スロット８６および８８は互いに向かって収縮し、したがってボス８２と重なり合い、それによってエンドキャップ９０が、使用中にカラー８４から外れることをより困難にする。

図１０を参照すると、本発明のエンドキャップ９２は、Ｏリング９６と９８とを備える流体通路９４を含む。エンドキャップ９２はフランジ１０２と１０４とを備えるプレート１００を含む。フランジ１０２および１０４は、図２に示されるように、エンドキャップが、結合などによって、フィルター式カートリッジの端部に確実に固定されることを促進するボス１０６および１０８も備えている。

図１１を参照すると、本発明の代替エンドキャップ１５０が示されている。エンドキャップ１１０は図１０のエンドキャップのボスを含まない。エンドキャップ１１０はプレート１００と、フランジ１０２および１０４と、流体通路９４と、Ｏリング９６および９８とを含む。フランジ１０２および１０４は、図９によって示されるようにボウルのカラーのスロットに嵌合する。

本発明の物質移動またはエネルギー移動モジュールの断面図である。 本発明のカートリッジトップを含む本発明の代替モジュールの断面図である。 図２のカートリッジと共に使用されるカラーの等角図である。 本発明のボウルおよびカラーを示す等角図である。 本発明の代替エンドキャップの下面斜視図である。 図７に示されたカラー上における図５のエンドキャップの位置の部分断面図である。 図５のエンドキャップを収納するスロットをもつカラーの斜視図である。 本発明の代替エンドキャップの上面斜視図である。 図７のカラーに嵌合する図８のエンドキャップの斜視図である。 本発明の１つのエンドキャップの斜視図である。 本発明の代替エンドキャップの斜視図である。

Claims (9)

1. 中を通って物質移動を可能にする、または第１流体から第２流体にエネルギー移動をもたらすための細長い媒体であって、第１端および第２端をもつ細長い媒体と、
   前記第１端に密封された第１密封プレートと、
   前記第２端に密封された、流体パッセージを備える流体通路をもつ第２密封プレートと、
   前記媒体の開いた内部に流体連通をもたらすために前記第１密封プレートに密封された流体通路とを含み、
   前記第１密封プレートが前記媒体の外部面を越えて延びる少なくとも２つのフランジをもつ、物質移動またはエネルギー移動カートリッジ。
2. 前記媒体がプリーツ膜である、請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記媒体が複数の多孔性の中空繊維膜を含む、請求項１に記載のカートリッジ。
4. 前記媒体が熱伝導材料から形成される複数の非多孔性の中空繊維を含む、請求項１に記載のカートリッジ。
5. マニホルドと、請求項１に記載の細長い媒体と、媒体を収納するボウルと、前記ボウルを前記マニホルドにロック固定するための手段とを含み、
   前記少なくとも２つのフランジが、前記フランジと前記ボウルの連結をもたらすために前記ボウル内のスロットに嵌合される、モジュール。
6. 前記ボウルおよびカラーが単体構造を含む、請求項５に記載のモジュール。
7. 第１エンドキャップが少なくとも１つの垂直な延長部を含み、前記少なくとも１つの垂直な延長部の各々が前記カラー内の垂直なスロットに嵌合される、請求項５または６のいずれか一項に記載のモジュール。
8. 前記フランジの各々が、前記フランジの各々の外面上にボスをもつ、請求項５または６のいずれか一項に記載のモジュール。
9. 少なくとも２つのフランジであって、前記フランジの各々が、前記フランジの各々の下面に溝を含み、前記溝が前記ボウルに取り付けられたカラーの内側面に噛み合うように形成される、請求項５または６のいずれか一項に記載のモジュール。

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