JP4378287B2 - 中空糸モジュール - Google Patents

Description

本発明は、気体や液体の流体を分離するための中空糸流体分離モジュールであって、吸気流のための吸気口と、排気流のための排気口と、透過流のための取入れ口と、透過流のための排出口と、モジュール軸と、複数の中空糸とを有し、それぞれの中空糸は前記吸気口から前記排気口まで伸ばされ、その内部が、各中空糸の一端において前記吸気口及び他端において前記排気口と連通する構成のモジュールに関する。本発明は、より具体的には、乾燥されるべきガスを吸気流として供給し、乾燥されたガスが排気流であり、透過流が循環ガスにて形成される中空糸乾燥モジュールに関する。また、前記中空糸流体分離モジュールは、透過流が前記中空糸の内部に流され、吸気口及び排気口が前記中空糸の外表面と連通するというように、逆に作動されても良い。

多孔質管の表面に中空糸が配置された中空糸乾燥モジュールであって、中空糸が直線状に、モジュール軸に対して傾けて配置されたものは知られている（例えば、特許文献１参照。）。ラジアル面では、それぞれの層における中空糸が、互いに２°から１０°だけオフセットしている。１つの層における全ての中空糸は、平行であり、隣接される層の中空糸とは交差している。それらの中空糸は、巻き体（ｗｉｎｄｉｎｇ ｂｏｄｙ）に１巻きも巻き付けられておらず、該巻き体の端面から端面へ伸ばされているだけである。

乾燥モジュールとしても利用される中空糸流体分離モジュールが知られている（例えば、特許文献２参照）。中空糸の巻き角は、その軸長に沿って変化している。

中空糸乾燥モジュールであって、中空糸がコイル・キャリアに螺旋状に間隙を開けないで巻かれたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。補強用の糸状体であって、前記コイル・キャリアに巻かれたものが利用されている。
米国特許第３，７９４，４６８号明細書 米国特許第５，８３７，０３３号明細書 米国特許第５，７０２，６０１号明細書

中空糸流体分離モジュール、より具体的には、現在 大いに商品化されている中空糸乾燥モジュールは、吸気口と排気口との間に 複数の平行な中空糸を有しており、それらの中空糸は、おおよそ均一に、かつ真っ直ぐに延設されている。そのようなタイプの乾燥モジュールにおいては、中空糸の局所密度は一定とはならず、実際には 密集が局所的に生じる。乾燥されるべきガス（軸方向に沿って流入及び流出し、前記吸気口から前記排気口へ大体真っ直ぐに流れるガス）にとって都合の良い状態が得られるけれども、中空糸の全ての外面に均一に循環ガスを流すことは難しい。さらに、循環ガスは、そのモジュールの中で半径方向に均一に広がることが難しいことが見い出されている。

上述した各文献の中空糸流体分離モジュールは、規則正しく配置された中空糸により構成されている。；このことは、配列密度が局所的に多くなったり少なくなったりすることを回避して、循環ガスが中空糸の外壁の回りにより均一に流れることを可能にする。しかしながら、中空糸モジュール、より具体的には、乾燥モジュールに特有の有利な構成は得られていない。従来のモジュールでは、中空糸は大体軸方向に伸ばされている。中空糸の長さは、モジュールの軸長の少なくとも１．５倍、より好ましくは３倍のモジュールが望まれる。しかし、これらのモジュールは、中空糸の位置が互いにずれてしまわないように十分に強い巻きを有すべきである。上述の従来のモジュールにおいては、中空糸は大抵は巻き体の端面と端面との間に伸ばされているだけで、巻き付けられてはいないので、上述のような中空糸の“位置ずれ”は実際のところ あり得ない。

本発明の目的は、上述のような公知の中空糸モジュール、より具体的には中空糸乾燥モジュールに鑑み、強い巻きを有し、端から端までのモジュール軸長が短いにもかかわらずかなり長い中空糸を収容し、全ての中空糸の内部と該中空糸の周りの外部の体積の好適な比を得ることを可能にするモジュールを提供することである。

この目的は、次のような中空糸流体分離モジュールによって達成される。すなわち、吸気流のための吸気口と、排気流のための排気口と、透過流のための取入れ口と、透過流のための排出口と、モジュール軸と、複数の中空糸と、を有するモジュールであって、
それぞれの中空糸は前記吸気口から前記排気口まで伸ばされ、
その内部が、各中空糸の一端において前記吸気口及び他端において前記排気口と連通され、
前記中空糸は、中空糸円筒コイルを形成するように多層に巻き付けられ、
各層は、内面が仮想円筒により規定されると共に、該円筒に螺旋状に螺旋角αで巻き付けられた多くの中空糸を有し、
前記中空糸は、互いに間隙ａで前記円筒上に等しい間隔で配置され、１つの層を為す全ての中空糸が＋αの巻き角に傾斜し、隣り合う層を為す全ての中空糸が−αの巻き角で傾斜するという点において、該１つの層が該隣り合う層と異なり、
各中空糸は、前記円筒の周りを少なくとも１周りの３６０°巻かれ、
各中空糸は、交差するように下層に横たえられた中空糸に対して摩擦で保持される反面、前記吸気流の流れを阻害しない程度の内部断面が確保される大きさの引っ張り歪みを有した状態で巻かれた、
ことを特徴とするモジュールである。

本発明によれば、中空糸膜束の周りの流れは、循環空気（浸透流を意味する）の側において最適化される。本発明によれば、中空糸の内壁の膜表面の水蒸気浸透性を利用し、さらには、循環ガスが水蒸気を吸収する能力から最大の効率をモジュールが得られるように、前記個々の中空糸膜を互いに配置することが出来る。最大の効率は、浸透流が膜糸の外壁の周りに案内されてきたときに成し遂げられる。この目的のため、前記循環ガスの流れは最適化されるべきである。これは、溝の形状やスピードとの関係で得られる。本発明では、これら全てが可能である。それは、循環ガスをどのようなラジアル（半径方向）面内においても半径方向に均一に流し、軸方向の流れを得ることで可能となる。前記ガスは、膜糸の外面の周りに循環される。前記モジュールは、利用のそれぞれの目的のため、距離ａを変化させ、そして前記巻き角αを変化させることによって最適化されるかも知れない。最終的には、前記中空糸の寸法（外径及び内径の両方を意味する）もまた、変化させることができる。これらの外径や内径の変化は、分離される各層毎にすることができる。しかしながら、１つのモジュールにおいては、好ましくは、同じ設計方針（ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）に従って製作された中空糸が使用される。

本発明は、より具体的には、特に強い膜糸の巻きを得る。その膜糸は少なくとも１回は仮想円筒の回りに巻かれているので、膜糸は、例えば、機械的作用により移動させられるおそれがある。その移動により、巻きの状態が乱され、中空糸の周りの流体の流れが、最初とは異なったものになってしまう。ここで本発明が提案する解決方法は、十分な引っ張り歪みを有する状態に中空糸を巻くことである。中空糸が巻かれている間の引っ張り歪みは、該中空糸が、真下に配置された中空糸に摩擦で保持される程度に十分大きなものである。

機械的荷重は中空糸を大きく移動させることはできない。反面、前記引っ張り歪みは、中空糸が、新しく巻かれた中空糸と下になる中空糸との交差部で、中空の内部断面が著しく小さくならない程度に小さいものである。それらの交差部では、中空糸は僅かに押圧されている。その結果が、強い巻きに繋がる。また、僅かな位置合わせ精度も得られる。

前記巻きの張力の兆候（ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）は、一般的には、前記第２層から先の前記中空糸に見られる。前記第１層とは異なり、第２層より外の中空糸は、もはや円筒には連続的には接触しておらず、それら（第２層から先の中空糸）は、単に、下層の中空糸にクロスするようにしっかりと置かれているに過ぎない。したがって、該第２層から、中空糸は実質的に点接触となっている。交差するように配置された下層の中空糸と接触する点では、僅かな圧痕が形成される。該第２層から、中空糸は実質的に点接触となっている。中空糸の張力の全体の効果は、下層の中空糸と接触する点によりサポートされる。該接触する点では中空糸は僅かに変形している。これらの変形は、内部断面に著しく影響するほどのもの（通路が狭くなるという意味）であってはならない。

強い巻きは、正の巻き角（“ｓ”−方向）の層と負の巻き角（“ｚ”−方向）の層とを交互に配置するという公知の方法を使って得られる（米国特許第５，２９９，７４９号明細書参照）。隣接される層との接触点における中空糸への荷重が適正な範囲内に維持されるように、前記中空糸の歪みが調整される。１つの層において隣り合う中空糸間の間隙により、螺旋状に方向付けられた溝が透過流、より具体的には循環ガスのために形成される。それら（１つの層に複数形成された溝）は、隣接される層に形成された溝（螺旋状に方向付けられた溝）であって対応するものと連通される。このことは、軸方向の、例えばうねるような流れを起こさせる。この流れは、螺旋状の流れに加えて起こる。また、これら２つの流れは、１つの層における中空糸間の間隙ａや、巻き角や形状（例えば、中空糸の形状）を変更することにより、互いに影響され、調節される。半径方向の浸透性（ｒａｄｉａｌ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）が一様に浸透側（ｐｅｒｍｅａｔｅ ｓｉｄｅ）で得られることは、特別に重要である。；この浸透性は調整可能である。また、各モジュールの端部で封入部（ｐｏｔｔｉｎｇ）が形成されることは重要である。巻き付けられている中空糸１つ１つへ自由にアクセス出来ることから、全ての中空糸を覆った形で選択的に封入部を形成することが出来る。

本発明は、長い巻きチューブ（予備成形物と呼ばれるもの）の周りに中空糸を巻くことを可能にする。その予備成形物は、後で（封入した後で）、該封入部分の所定の位置にて、複数の短いモジュールに分割されるかも知れない。非常に好適な加工がこのようにしてなされ、非常に好適な製品がこのようにして得られる。巻き工程において反転ポイント等に形成される、巻きの軸端部の余剰部分は、個々のモジュールを（前記予備成形物から）形成する際、及び直接分離するタイプのモジュールを形成する際には、もはや重要ではない。

好ましくは、下の層はチューブ（該層の仮想円筒を形成するもの）に巻き付けられる。このようにして、巻きは、より一層の機械的安定性を得る。その特別に有利な点は、前記透過流、より具体的には前記循環ガスの出口通路及び入り口通路を形成する、放射状の通路をこのチューブが有していることである。その出口や入り口は、好ましくは軸端に近接する部分に形成される。好ましくは、出口（或いは入り口）は、入り口（或いは出口）が配置されていない方の軸端部分に配置され、また、最も外側の層に配置される。１つの層において隣接される中空糸間の間隙、及び１つの層から他の層への巻き角の符号の入れ替わりは、前記透過流の軸方向への浸透及び流れをもたらす。全体的には、好適な流路、より具体的には、中空糸内の流体流路に対して透過体積流の逆向きの流れを得る。前記中空糸の外面の周りの循環は、大体均一となる。

好適な実施の形態においては、巻き角は１５°と７５°との間、好ましくは、２０°と７０°との間の値であり、より具体的には、約４５°である。該巻き角は、中空糸が仮想円筒に巻き付けられたときにモジュール軸に対して傾斜する角度により定義される。言い換えれば、巻き角は、螺旋状に巻かれた中空糸膜の、モジュール軸に対するタンジェント角である。９０°の角度では、巻き（ｗｉｎｄｉｎｇ）はリングとなるし、０°の角度では、中空糸は、仮想円筒の表面において、モジュール軸に平行となるように方向付けられるだろう。巻き角が大きければ大きい程、個々の中空糸は長くなり、１つの層に収容される中空糸の数は少なくなる。巻き角が小さい場合には逆のことが言える。大きな巻き角では、各層の中空糸の本数が少ないため、中空糸の離間距離が所望の範囲になるように維持しなければならないという問題に直面することとなる。好適には、隣り合う中空糸の距離は０．２から２ｍｍの範囲、より具体的には０．３から１．２ｍｍの範囲である。この場合、中空糸は、外径が約０．６ｍｍで、内径が約０．３ｍｍである。中空糸の内径や外径は限定されるものではない。例えば、外径は０．１から５ｍｍの範囲であれば良い。

本発明によれば、例えば、半透膜のような中空糸複合膜が利用される。前記巻き技術（ｗｉｎｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）により、内部の断面への影響は、中空糸の全体にわたって、できるだけ少なく止められる。中空糸どうしの接触点は、隣り合う層どうしの間でのみ存在する。；１つの層における中空糸どうしは接触はしない。しかし、それらの接触点は、循環ガスの取入れが唯一不可能な部分（中空糸膜の全外面に対しほんの僅かの部分）をほんの僅かだけ発生させる。

好ましい発展的な実施例においては、最も外側の層は、該層をきつく巻くと共に前記循環ガスのための取入れ手段と排出手段とを有する殻により覆われている。；前記取入れ手段と排出手段は、好ましくは、モジュールの軸端部分に近接している。前記殻としては、収縮チューブと称されるものを使用されるのが好ましいとされている。オーバーサイズのチューブが、作製されたモジュールに被せられると共に、きつく、しかし圧縮しない程度に最も上側の層に置かれるように熱収縮される。最も上側の層の中空糸は圧縮されてはいない。その殻は、循環ガスが最も外側の層からそのまま抜け出るのを阻む。最も内側の層が巻かれているチューブは、循環ガスの該層の内側からの直接的な流入に関して同様の作用（該チューブに被覆されていない部分からの流入が可能となるという作用）を有する。

好ましくは、特許文献３に知られているように、複数（例えば、３本、５本、又はそれ以上）の複数の中空糸が互いに平行となるように配置される。１つの層は、収容できる中空糸の総本数ｎを超えることはできない。

なお、特許請求の範囲や下記の本発明の実施例の記述（図面を参照する形で単なる例として記載したもので、限定的でない記述）を検討することにより、本発明の他の特徴や利点がより明らかになる。

以下には、中空糸モジュールの一例として中空糸乾燥モジュールが説明されているけれども、ここでなされる説明は、一般的にどのような中空糸モジュールにも適用される。

中空糸乾燥モジュールは、乾燥されるべきガスのための吸気口２０と、乾燥されたガスのための排気口２２とを有している。両者は、軸端部位に配置されている。これらの軸端部位においては、中空糸の内部のみに自由に入れる状態になっていて、中空糸の外殻は、プラスチック材料にて封入されている。したがって、中空糸と中空糸との間には、流体が軸方向に入り込めるような隙間は無い。該プラスチック材料に相当するものとしてプラスチック・リング２４が示されている。

循環ガスはモジュールに放射状に供給される。この目的のために、そのモジュールは、循環ガスのための取入れ口（ａｃｃｅｓｓ ｐｏｒｔ）２６と排出口２８とを有している。そのモジュールはモジュール軸３０を有している。図１に示されるモジュールは、また、チューブ３２の形をした巻き芯と、熱収縮チューブにて構成された外殻３４とを有している。図１に示されるように、この外殻３４とプラスチック・リング２４との間が該外殻３４によって被覆されず、前記排出口２８が開口される（ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ）ように、外殻３４は短く形成されている。取入れ口２６は次のように形成されている。：モジュールの内殻に面するように、チューブ３２には溝２７が形成されている。該溝２７は、チューブ３２の外面に、プラスチック・リング２４に近接した所に形成される。また、該チューブ３２の端面から軸方向には少なくとも１つの穴２９が形成されており、該穴２９と前記溝２７とは連通されている。このような穴２９は複数設けても良い。穴２９の個数や内径寸法は、循環空気が所望量流れるようなものにすれば良い。また、その穴２９の上流に調節バルブを設けることもできる。上述した溝２７と少なくとも１つの穴２９とが取入れ口２６を構成する。

図２は、フィルターの中に嵌め込まれたモジュールを示すが、簡易化した図であって、前記中空糸は直線状に配置されている。フィルターハウジングそれ自体は、公知であり、ここで詳細を述べる必要は無い。読者は、例えば、ＰＣＴ／ＤＥ０１／０２１６８に開示されているようなフィルターハウジングを参照すれば良い。図２の矢印に示すように、空気は入り口からフィルターハウジングに入り、フィルター・モジュールの吸気口２０に達する。乾燥されるべき空気は、中空糸膜の中を流れて湿気が取り除かれる。その空気は、排気口２２にてフィルター・モジュールを抜け、チューブ３２の内部をフィルターハウジングの出口に向けて流れる。取入れ口２６の部分に配置される流路はチューブ３２の内部に形成される。乾燥された空気の内のごく少量が、乾燥されるべき空気に対抗する方向にその流路を流れ、排出口２８の部分から排出される。

以下では、特別な巻き方法について説明する。その巻き方法の目的は、多層の円筒の巻き（ｃｏｉｌ）を得ることにある。図３は、チューブ３２に３層に巻かれたものを示している。その巻線の積層状態のより良い理解のため、各層の一部が段階的に切り取られている。完全に３層が巻かれた部分は、その図の左にのみ示されている。第１層（多層の糸束の最初の層）４０はｎ１本の中空糸により形成されていることが分る。それらの中空糸は、間隙を開けた状態で配置されており、その距離は、図８にａで示されている。その距離ａは、１つの層の全ての中空糸については等しく設定されている。他の層との間ではこのａの値は異なるかも知れないが、この層の全ての間隙に関しては等しく設定されている。

さらに、中空糸の数ｎは、各層毎に異なる。通常、その数（各層における中空糸の数）は、第１層から第２層へのように、層が外側になるほど増加する。１つの層における中空糸どうしは互いに接触してはいない。しかしながら、（ある層の）中空糸は、該層に隣接される層の中空糸（ある層の中空糸に対して交差するように配置されている中空糸）と接触している。全ての層の巻き角は絶対値が等しい。ある層から他の層へは、巻き角αは符号が変わる。例えば、図３の第１層４０と第３層４４は＋αの巻き角であるのに対し、第２層４２は−αの巻き角である。従って、チューブ３２の円筒形の外殻によってその内側が規定される第１層４０は、中空糸間の間隙がａ１で螺旋角度が＋αであるｎ１本の中空糸を有する。第２層４２は、間隙がａ２で螺旋角度が−αであるｎ２本の中空糸を有する。第３層では、ｎ３本の中空糸はａ３の間隙と＋αの螺旋角度とを有する。このことは、さらに外側に敷設された層に対しても同様の関係で（ｉｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆａｓｈｉｏｎ）適用される。中空糸の直径がｄであるので、前記第２層４２は、チューブ３２の直径よりも２ｄだけ大きい直径である仮想円筒により規定される。前記第３層に関しては、仮想円筒の外径はチューブ３２の直径に４ｄを加えたものである。

螺旋状の溝（ｈｅｌｉｃａｌｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ）３８が中空糸の間に残る（ｒｅｍａｉｎ ｆｒｅｅ）ことは、図４より分る。そのような螺旋状の溝は、例えば第２層４２においても、下層の第１層４０の螺旋溝３８の上に交差する形で、見ることができる。従って、隣接される層の螺旋溝３８は連通される。１つの層における螺旋状流路に加えて、例えば、軸方向に大体沿ったうねるような流れが、隣接される層の交差する螺旋状溝３８を利用して行われる。

巻き芯（ｗｉｎｄｉｎｇ ｃｏｒｅ）であるチューブ３２に中空糸を巻く手順は、図４−６より明らかである。巻き装置（ｗｉｎｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）は、現に知られていて、ここで説明する必要は無いが、該巻き装置においては、前記チューブ３２は、クランプされ、その軸の回り（“モジュール軸３０の回り”を意味する）に回転される。回転方向を示す矢印を参照のこと。同時に、エンドレスの中空糸（ｅｎｄｌｅｓｓ ｈｏｌｌｏｗ ｆｉｂｅｒ）が巻き角αで供給されて巻き付かれる。；このような方法で、第１の中空糸５４が巻き芯に巻かれ、その結果、図４に示されるようになる。

前記巻き芯の２つの軸端には、該巻き芯と一緒に回転するピン４８や同様の保持装置が配置されている。第２の中空糸５６の巻き付けが開始される前に、前記第１の中空糸は、これらのピン４８の１つに巻き付けられて固定される。

以上に述べたことから明らかなように、巻きはエンドレスの（切れ目の無い）中空糸で行われるが、モジュールは、完成された段階では図１に示す状態となる。この状態における、多くの離間した中空糸は、１本のエンドレスの中空糸を巻き付け、巻き芯の軸端で中空糸の余剰部位を切り取ることによって得られる。この切り取りにより、軸端に吸気口２０と排気口２２とが形成されて、各中空糸の内部がアクセスできる（ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ）ようになる。このことは、後で より詳細に述べられる。

図５は、第１層４０の第２の中空糸５６が巻かれる状態を示す。；この目的のため、巻き装置の回転方向は変えられ、第２の中空糸５６は、既に巻かれてある第１の中空糸５４の側に、ａの間隙を置いた位置に配置される。

第３の中空糸５８の敷設のため、図６に示すように、まず、中空糸が再び固定ポイント（より具体的にはピン４８であるが、今回は他方の軸端にあるピンである）の周りに巻き付けられてグリップが形成される。次に、第３の中空糸５８が（チューブ３２に）敷設される。この手順は、第１層４０が完全に満たされる（ｆｉｌｌｅｄ）まで繰り返される。次に、第２層４２が敷設される。このようにして形成された巻きは、それぞれの層で安定している。より具体的に言うと、上述した巻きは、軸端に取り付けられたプラスチック・リング２４により更なる機械的強さを得る。

図７に示すように、２本のエンドレス中空糸を同時に巻くことは可能である。また、それ以上の中空糸を同時に平行に供給することも可能である。図７では、２本の別々の中空糸が、２つの異なる側（すなわち、１８０°オフセットした側）から巻き芯に供給される。１８０°としたのは、２本のエンドレス中空糸の引っ張り歪みの半径方向成分を調整し、巻き芯に曲げが発生しないようにするためである。

以下では、１つの層における中空糸の配置について述べる。図６に大体一致する図８では、隣り合う中空糸の間の間隙ａと、中空糸の外径ｄとが示されている。図９は、チューブ３２によって形成される巻き芯の外周に３本の中空糸が配置されている状態を示す。チューブ３２は外径Ｄｋを有する。従って、外周の長さはπ・Ｄｋとなり、ｎ１本の中空糸がこの長さに沿って、巻き角がαで収容（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｅ）されなければならない。図９の切断面や軸端では（つまり、排気口２２や吸気口２２の部分を意味する）、前記巻き角のため、中空糸（の切断面）は楕円となる。図１１では、距離ｌ（つまり、隣接する中空糸の位置に到達するため、中空糸５８が半径方向断面において周方向にずれなければならない距離ｌ）が示されている。ここで検討される第１層では、合計がｎ１本の中空糸が互いにａ１の間隙を開けて配置されている。従って、次の式が得られる。

ｎ２本の中空糸を収容する第２層では、隣接する中空糸の間隔はａ２である。
この第２層の仮想の円筒はＤｋ＋２ｄの直径を有する。次の関係が得られる。

同じことは、他の巻きに対しても同様の関係で（ｉｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆａｓｈｉｏｎ）適用される。１つの層における中空糸の間隙と、他の層における中空糸の間隙は、可能な限りは一定であるべきで、好ましくは３０％よりも小さな変化で、より具体的には２０％よりも小さな、好ましくは１０％よりも小さな変化であるべきである。もし、次の関係を満足するなら、全ての層の間隙ａを一定にすることができる。

上式(3) は、式(1) 及び(2) におけるａ１とａ２をそれぞれａに置き換え、式(2)
から式(1) を引くことにより得られた。当然のことながら、ｎ１、ｎ２等は自然数なので、第２層の中空糸数から第１層の中空糸数を引いて得た差もまた、例えば１や２のような自然数となる。巻き角αや、間隙ａや、中空糸の外径ｄを選択することにより、全ての層の間隙ａが同じとなる。

もし、ｎ（１つの層における中空糸の数を意味する）やＤ（その層の仮想円筒の直径を意味する）が十分に大きければ、設計者は、適切な間隙ａを決定することは自由であることが、以上で示された式(1) から(3) から理解できる。

図９は、図８においてチューブ上に配列された３本の中空糸のみを示す。該チューブは、第１層を規定するための仮想円筒３５の外殻を形成している。また、図９には、直径Ｄｋ＋ｄの破線が示されており、この破線上には、多くの中空糸の中心点が配置されている。さらに、第１層の最外（ｅｎｄ）を形成し、第２層（ここでは示されていない）の巻き径（ｗｉｎｄｉｎｇ ｄｉａｍｅｔｅｒ）を規定する仮想円筒３６が示されている。

これらの配列は、３つの層４０，４２，４４を有するモジュールの断面図である図１０に、さらに詳細に示されている。全ての層は中空糸により完全に満たされている（ｏｃｃｕｐｉｅｄ）。第２層４２は第１層４０の上に直接に配置されており、第２層の仮想円筒により内側境界が規定されている（ｂｏｕｎｄｅｄ ｏｎ ｉｔｓ ｉｎｎｅｒ ｓｉｄｅ）。同様に、第３層４４は、仮想円筒３７によりその内側境界が規定される。その上の仮想円筒３９が示されており、該仮想円筒は、第４層が配置される場合にはその内側を規定する。該第４層が配置されなければ、円筒３９は、外殻３４の理想的な形状（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）、つまり、螺旋溝３８による凹みが無い形状を示す。

さらに、本発明によれば、乾燥されるべきガスの流路や循環ガスの流路に使用される横断面部分は、状況に応じて互いに調整される。このことは、図１２を参照して説明される。図１２に示されるように、それぞれの中空糸は、内半径の二乗にπを掛けて求められる内断面（ｉｎｎｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）Ａｉと、（ｄ＋ａ）・ｄの矩形断面から中空糸の全断面（例えば、（ｄ／２）^２・π）を引いて求められる外断面（ｏｕｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）Ａａと、を有する。ａの賢明な選択は、他のパラメータの場合と同様、内側流路と外側流路との間において望ましい関係を得ることとなる。また、流速も考慮されるべきである。内側の流速の外側の流速に対する比を１−５の範囲にすることは、乾燥を所望の程度にしたり、露点を低下させる上で、実用的見地から重要である。それぞれの体積流量は、有効断面領域と流速の積により求まる。通常は、乾燥しようとする空気の数％程度（例えば、１２％程度）の体積流量の循環ガスが使用される。上記考察に基づき、ａ、ｄ及び巻き角α、さらにはＤを設定することにより、ＡａとＡｉの好適な断面比を計算することができる。

層４０，４２等からなる巻きが完成すると、その巻きは、（従来技術と同様に後工程にて）それらの端部に配置されるプラスチック・リング２４（後工程で、従来技術に従って形成されたもの）によって固定される。中空糸間の間隙にプラスチック材料を配置することにより得られる有利な事実は、半径方向の浸透性が存在すること、該浸透性が周知のように変化するものであること、そして、それに加えて、該浸透性が均一であることである。

以下では、製造工程の詳細、より具体的には中空糸の巻き方について図１３乃至図１５を参照して説明する。

図１３及び図１４は、第１層４０の中空糸５４をチューブ３２（仮想円筒３５）に巻き付ける方法を示す。その方法は、他の層４２，４４等の巻き付けにもまた使用される。ここで概略的にのみ示されている巻き装置において、チューブ３２は、矢印の方向にモジュール軸３０の回りに回転される。中空糸５４は、チューブ３２の方へ接線方向に、巻き角αで供給される。その中空糸５４は、精密にガイドし、空間における２方向へ中空糸５４を正確にポジショニングするために設けられた開口部６０を通される。該開口部６０は、チューブ３２のモジュール軸３０の方向や、既に巻きが構築された方向に移動される。その移動は、矢印６２の方向に、巻きのために選択された形状（より具体的には、巻き角αや、チューブ３２の径）に由来する速度で行われる。

前記中空糸５４は、ここには開示されていないストック（ｓｔｏｃｋ）から開口部６０に、矢印６４に示すように供給される。該中空糸５４は、開口部６０に到達する前に、第１デフレクタ・ローラー６６へ案内され、下方のダンサー・ローラー６８の方へ逸らされ、該ダンサー・ローラー６８から上方の第２デフレクタ・ローラー７０（より具体的には、前記第１デフレクター・ローラーと同じ設計原理で作製され、後述のように、大体等しい垂直荷重が作用するもの）に導かれる。

ダンサーローラー６８は所定の重さを有している。その結果、ダンサーローラー６８に送り込まれる中空糸の部分（図１３のダンサーローラー６８の右側の部分）と、ダンサーローラー６８から送り出される中空糸の部分（図１３のダンサーローラー６８の左側の部分）とには、機械的な張力が発生する。さらに、ダンサーローラー６８は、ストックから送り出されてくる中空糸の振れを公知の方法で低減する。その方法により、中空糸の張力は一定に保証される。

一般的に、ダンサーローラーは１０ｇから２００ｇの間の重さである。ダンサーローラーの重さが１００ｇの場合、ダンサーローラー６８とチューブ３２との間の張力は約５０ｇとなる。

中空糸５４中の機械歪みは該中空糸を僅かに伸ばすが、その伸びは、中空糸５４をチューブ３２に巻き付けるのに役立つ。何故なら、チューブ３２の表面や、第１層４０の表面の第２層４２や、第２層の表面の第３層４４において、中空糸５４が 摩擦力を持った状態で配置されるからである。

強い巻きはその歪み（それぞれの中空糸にストレッチを掛けること）によって得ることができる。上述した個々の中空糸５４，５６，５８は、モジュール軸３０の方向へのみ移動可能である。つまり、巻きの間に一定の力を作用させることによって理想的な螺旋形状を生成することができる。上述のように中空糸にストレッチを掛けている場合には、意識して中空糸を変形させても、或いは不注意により中空糸を変形させても、変形させている力が取り除かれれば、中空糸は初期状態（初期の螺旋形状）に戻されることとなる。

中空糸中の歪み（ｓｔｒａｉｎ）は、強い巻きが得られるように選択されるべきである。予想できるように、巻き角は吸気口２０と排気口２２との間で少なくとも１回巻かれる（チューブ３２の回りに少なくとも３６０°巻かれることを意味する）ような範囲である。このような条件の下、チューブ３２や中空糸層（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｌａｙｅｒ）の上に配置される中空糸が十分な摩擦による保持を実現するには、強い巻きを得ることが重要である。このような強い巻きは、中空糸に変形を生じさせる。

しかし、中空糸の歪みは、中空糸の断面形状が著しく変化するほどに高くされるべきではない。中空糸の変形が許容範囲内に納まるように、ダンサー・ローラー６８の重量は、中空糸５４の物理的性質に応じて選択される。

図１５は、３つの層４０，４２，４４の詳細を示す。巻き角は４５°なので、中空糸５４，５６，５８は９０°の角度で交差する。第２層４２の中空糸５６が、第１層４０の中空糸５４や第３層４４の中空糸５８との接触点では、符号７２を付した変形領域にて僅かに変形しているように見える。その変形領域７２においては、断面形状は、理想的な円形とは異なる。

変形は、一面では、強い巻き（ｓｔｒｏｎｇ ｗｉｎｄｉｎｇ）を得るために必要であるが、他面では、変形領域外の断面よりも僅かながらも小さな断面を呈する結果となる点で不都合となる。前記変形領域７２は、互いの中空糸の位置決めを可能にする程度に大きく選択される反面、断面の変化を小さく維持できるように、より具体的には１０％より小さく、好ましくは５％より小さく、さらに具体的には２％より小さくなるように選択されるべきである。

本発明に関し、特に好適な実施例を、図１６に沿って説明する。一つの巻き芯３２に巻く替わりに、１つのモジュールのための巻きがなされる。それは比較的長い巻きを有しており、その軸長は、複数の分割モジュールを形成するに十分な長さを有する。各モジュールは例えば１０−４０ｃｍの長さであるが、簡単に、かなり長い巻き（例えば、４ｍの巻き）を作製することが可能である。これらの巻きは、全く同じように、上述した単体のモジュールの巻きで実行される。完成した予備成形物５０には、所望距離毎にシーリング材が注入されるか、図１６に示されるようにプラスチック・リング２４が封入される。それらのプラスチック・リング２４は、中央部の切断面５２で切断され、吸気口２０と排気口２２とが同時に形成されて、個々のモジュールが形成される。プラスチック・リング２４の替わりに、メカニカル・クランプや同様のものを使用することができる。

図１６に示される実施例では、巻きの形成方法は重要ではなく、如何なる巻きを形成しても良い。請求項１に説明された通りに実装される必要はない。本発明による提言に従って、かなり長い予備成形物５０（後で個々のモジュール・パーツに分割されるもの）である、最初の製品における中空糸の配置形態はどのようなものでも良い。前記プラスチック・リングは、プラスチック材料や他の適した材料を注入することにより得られる。

図１は、乾燥モジュールの斜視図である。 図２は、本発明に係るモジュール（概略的にしか示さない）を有する、完成されたフィルターの断面図である。 図３は、巻き芯と３つの層とを有する乾燥モジュールの側面図である。それらの層の構造（ｂｕｉｌｄｕｐ）をより良く示すため、各層の一部は切り取られている。 図４は、巻きの工程を示すための概略側面図であって、第１層の第１の中空糸が巻き付けられている巻き芯を示すものである。 図５は、図４と同様の図であって、第２の中空糸が巻き付けられた状態を示すものである。 図６は、図４と同様の図であって、第３の中空糸が巻き付けられた後の状態を示すものである。 図７は、図４と同様の図であって、２本の中空糸が同時に１つの作業工程で巻かれている状態を示すものである。 図８は、図６の一部を示す図であって、完全に巻かれたものを製造する工程中、中間の状態を示す図である。 図９は、図８の中間状態を示す部分正面図である。 図１０は、図９と同様の部分図であって、完成した第１〜第３層を有するものを示す。 図１１は、図８において○で囲んだ部分を拡大したものである。 図１２は、図８のXII−XII切断線の部分の断面図である。 図１３は、巻き工程を示すための図であって、製造中のモジュールと巻き装置の一部を示す正面図である。 図１４は、図１３の装置を示す平面図である。 図１５は、巻きを示す部分断面図であって、図３のＸＶ−ＸＶ切断線に沿って大体得られた断面図である。但し、図１５の巻き角は、図３とは異なり約４５°である。 図１６は、複数のモジュールを形成するための予備成形物を示す部分側面図である。

Claims (9)

1. 吸気流のための吸気口（２０）と、
   排気流のための排気口（２２）と、
   透過流のための取入れ口（２６）と、
   透過流のための排出口（２８）と、
   モジュール軸（３０）と、
   複数の中空糸と、
   を備え、
   それぞれの中空糸は、前記吸気口（２０）から前記排気口（２２）まで伸ばされると共に、その内部が各中空糸の一端において前記吸気口（２０）及び各中空糸の他端において前記排気口（２２）に連通され、
   前記中空糸は、中空糸円筒コイルを形成するように多層（４０，４２，４４）に巻き付けられ、
   各層（４０，４２，４４）は、内面が仮想円筒（３５，３６，３７）により規定されると共に、該円筒（３５，３６，３７）に螺旋状に螺旋角αで巻き付けられた多くの中空糸を有し、
   前記中空糸は、互いに間隙ａで前記円筒上に等しい間隔で配置され、
   １つの層を為す全ての中空糸が＋αの巻き角に傾斜し、隣り合う層を為す全ての中空糸が−αの巻き角で傾斜するという点において、該１つの層（例えば、４０）が該隣り合う層（例えば、４２）と異なり、
   各中空糸は、前記円筒の周りを少なくとも１周りの３６０°巻かれ、
   各中空糸は、交差するように下層に横たえられた中空糸に対して摩擦で保持される反面、前記吸気流の流れを阻害しない程度の内部断面が確保される大きさの引っ張り歪みを有した状態で巻かれた、
   ことを特徴とする中空糸流体分離モジュール。
2. 回転自在で、かつ１０ｇから２００ｇの間の重さのダンサーローラーを前記中空糸に支持させた状態で配置し、
   該中空糸には、該ダンサーローラーの自重により引っ張り力が作用するようにする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸流体分離モジュール。
3. 最下層の層である第１層（４０）は、該層（４０）の仮想円筒を形成するチューブ（３２）上に配置された、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸流体分離モジュール。
4. 前記取入れ口（２６）が、前記チューブ（３２）に形成された軸方向穴（２９）を少なくとも１つ有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の中空糸流体分離モジュール。
5. 前記巻き角αは、１５°と７５°との間の範囲である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸流体分離モジュール。
6. １つの層における２つの中空糸の間の距離ａは、中空糸の内径の１倍から１０倍の範囲である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸流体分離モジュール。
7. 前記全ての中空糸は同じ長さである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸流体分離モジュール。
8. 交差部における中空糸の自由内部断面が、該交差部外における中空糸の内部断面の９０％より大きいように、前記引っ張り歪みが選択される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸流体分離モジュール。
9. 最も外側の巻き層は、他の層よりもきつく巻くと共に、循環ガスのための取入れ口（２６）或いは排出口（２８）を有する殻（３４）により囲まれている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の中空糸流体分離モジュール。

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