JPH02115026A - 物質及び／又は熱を交換するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多数の毛細管を保有する、物質及び（又は）熱
を交換するための装置に関する。

毛細管は一般に、小さな径（内径）と薄い肉厚とを有す
る中空繊維又は管と理解されておりその際物質及び（又
は）熱を交換する装置の効率の尺度として；肉厚と内径
との比が与えられている。毛細管にあっては、肉厚Ｓと
内径りとの比が ｌ：５≦Ｓ／Ｌ≦ｌ：４０ の範囲内に在り、好ましくは １：ｌＯ≦Ｓ／Ｌ≦１：３０ である。

毛細管が熱交換だけに使用される場合には、毛細管の壁
部には気孔が全く存在しないか又は僅かしか存在しない
。しかし物質交換のだめの毛細管の場合には、交換さる
べき物質に適合した夫々の大きさの気孔が、その壁部に
設けられている。

従来の技術 多数の毛細管を保有する、物質及び（又は）熱を交換す
るための装置は、一般的に、毛細管の端部が注型内に埋
め込まれるように構成されている。注型を備えた毛細管
がケーシング内に配置されており、注型は毛細管内室と
毛細管外室との間を封止する分離体を形成している。

物質及び（又は）熱を交換するための装置にあっては、
毛細管端部は通常、反応性樹脂又は熱可塑性ポリマによ
り封止性と耐圧性とを保って、該端部を取り囲むケーシ
ング管内に埋め込まれている。この物質及び（又は）熱
を交換するための装置は、モジュールとも呼ばれている
特に（約５０ｍｍ−より）大きなケーシング直径を備え
たモジュールにあっては、ケーシングに不動にグラウト
された毛細管束が、引裂き現象や封止性能の破壊現象を
惹き起すことがしばしばある。

極端な使用条件（蒸気滅菌、温度サイクル、毛細管内外
室間の圧力差違）並びにダイヤフラムの特性値（収縮、
湿度による伸縮）によっては、毛細管のグラウト部とケ
ーシングとの間に高い周辺張力が構築され、その結果、
グラウト部の付着力に基く確実な結合が保障されなくな
る。

半弾性的なグラウト材料（例えばポリウレタン）が、２
つの金属７ランジの間で挟着されるような７ランジの締
付は結合を以ってしても、この問題を解決することはで
きない。

弾性的なグラウト材料が冷間注型形式で形成されている
ため、この種の結合は、特に熱負荷のある場合には、容
易に漏洩が発生するようになる。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、このような欠点を除去することにある
。そのためにはモジュールの考え方を採るのが希ましい
。その場合、毛細管の埋込み作業は別個に行われ、かつ
グラウトされた毛細管束が、Ｗ１械的な封止部材°（７
ランジねじ結合、０リング）によりケーシング内に組み
込まれるようになっていなければならない。特に物質及
び（又は）熱を交換するための装置には、特に良好な効
率を有するものが自由に使えるようになっていなければ
ならない。

課題を解決するための手段 請求項１の上位概念に記載の物質及び（又は）熱を交換
するための装置に関する上記の課題は、本発明にあって
は請求項１の特徴により、有利には請求項２の特徴によ
り、これを解決することができた。

発明の効果 毛細管束の長さの変化の補償は、弾性的なダイヤフラム
リングがこれを引き受け、毛細管の内外室間の圧力の相
違に基いて発生する力の差異も、該リングを介してこれ
を逸らせることができる。ダイヤプラムリングの柔軟性
乃至弾性値は、ダイヤ７ラムリングのゴムの品質及び幾
何学的形状によって広範囲に調節可能である。

ダイヤプラムは多数の弾性材料から一〇リングの場合と
同様に一選択することができる。材料は弾性を長期間保
有しており、有利には、２つのフランジリング部分内で
加硫される。しかしダイヤフラムリングは、例えば金属
のような他の材料から成っていても宣い。

更にこの構造体は、毛細管束のダイヤプラムが欠落した
場合、又はダイヤプラム挿入体に別の分離特性が所望さ
れ乃至は必要である場合には、問題なくこれらを他のも
のと交換することができる。モジュールの考え方は物質
交換と熱交換の両方に適用可能である。

毛細管の埋込み体用には、注型として、反応性の流込み
樹脂、有利にはポリウレタン又はエポキシ樹脂、並びに
熱可塑性の樹脂さえもその対象となる。

前述の本発明の弾性部材に基く構造的な対策により、物
質交換及び（又は）熱交換が、特に熱交換が、より集中
的に行われるようになった。その理由は、熱交換の強度
の上昇に伴い毛細管とケーシングとの間の長さが、より
強く変化して揺動しても、前記弾性部材がこれを有効に
補償することができるからである。

更に本発明にあっては、ダイヤフラム束の中心部に、注
型を突出する押除は体を配置することが提案されており
、該押除は体はモジュールの外室内で、毛細管の間を貫
通して中心部からケーシングに向う（及び（又は）この
反対側に向う）、強制的な流れを発生せしめている。そ
の際中心部には、押除は体のために毛細管は全く存在し
ない。

押除は体は、有利には管状に形成された貫通孔を有して
おり、その結果、モジュールの毛細管の外室には押除は
体を介して液体または気体を負荷せしめることができる
。この負荷は有利には、先づ軸方向で外方から中心部に
向って行われ、押除は体を離れた後は半径方向に向って
行われる。

注型を製作する際に、弾性部材と注型との間に良好な結
合が保障されるようにするために、注型内に前置って直
接的な処置を講じて置くと好都合である。例えば製作の
際、注型内に金属又はプラスチック部材を埋め込むこと
によってこのことは達成される。

同様に、弾性部材を注をに固定するのに必要なねじ又は
これに類似のものを、注型内で機械的に加工するか、又
は成形部材として注型成形するかの策を採ることができ
る。

又毛細管束の埋め込み領域内で、毛細管の外室に対する
モジュールの充填率を押除は体によって高めることも可
能である。

若し総ての構成部材がある材料から製作されていて、該
材料から製作されたモジュールを蒸気滅菌することがで
きるような場合は特に有利である。

同様に、毛細管を孔の空いた保護カバーで取り囲むと機
能的である。

実施例 本発明の実施例を図面に示し、次にこれを詳しく説明す
る。

モジュールの幾何学的な外形は、ケーシング管及び両接
続７ランジによって決定される。

モジュールケーシング内には、毛細管束又はダイヤフラ
ム束が取り付けられている。

第２図及び第３図の実施例には、中心部に配置された押
除は体を備えた取換え可能な毛細管束が示されており、
該押除は体を貫通して、モジュールの毛細管の外室を流
体で負荷せしめることができる。

押除は体の孔開口部２．７の反対側に位置して、ケーシ
ング管には、同じ様に開口部２．８が存在しており、該
開口部２．８−はリング状の集合通路に開口している。

この配置により、毛細管の外室には強力な流れが保証さ
れるようになる。

ダイヤフラム端部又は毛細管端部は、液体状の反応性樹
脂で埋め込まれる。毛細管を埋め込むことにより同時に
、反応性樹脂が押除は体と気密及び液密な結合を行うよ
うになる。

押除は体の形状を注型領域内で適応した形態にすること
により、押除は体には反応性樹脂の必要な付着力が達成
されることになる。

埋め込まれた毛細管端部の注型内には、弾性的なリング
７ランジを固定するためのねじ孔が装着されている。該
リング７ランジは、特殊鋼ねじ及び０リングにより注型
に気密状かつ液密状に螺着される。

外部に対する封止は、０リング３．８及び３゜９が受は
持っており、該Ｏリングは７ランジねじ３．ｌＯを介し
て、ケーシング管のフランジと接続フランジとの間で圧
力不動に挟着される。接続フランジには中心管部材３．
１１が設けられており、該背部材３．１１は中心部に配
置された押除は体内に突出しており、２個の０リングで
封止されて毛細管の内室と外室とを分離している。

毛細管束を保護するために、孔の空いた保護カバー３．
１３が注型の間に装着されている。

温度と圧力との負荷が高く、かつ特殊な反応性樹脂が使
用されている場合には、弾性的なリング７ランジを固定
するためのねじ孔が予め仕上げられたねじ部材４．１の
鋳型内に、毛細管注型と同時に埋め込まれるようにする
と有利である（第４図） 第５図は弾性的なリング７ランジの実施例を示している
。

この実施例にあっては、特殊鋼から成る外方保持リング
５．１と内方保持リング５．２との間に、成形部材５．
３が加硫接続されている。成形部材の幾何学的な形状と
その材質とは、夫々の使用例に適合せしめることができ
る。

第１図ではケーシング管が対称的に構成されており、両
端部には流入兼流出ポケット１．８が設けられている。

ダイヤフラムユニット１．２には押除は体が全く存在し
ていない。弾性的な支持並びに長さ変化の補償は、弾性
的なリング７ランジを通じて前述の形式と同様に行われ
るある実施例では物質交換用に、４３０００番のセルロ
ーズの毛細管ダイヤフラムがモジュールに加工された。

内方の交換面積は８．９カ外方の交換面積は９．９　ｍ
″である。毛細管の埋込み体はエポキシ樹脂の混合体か
ら成っている。

ダイヤフラム挿入体をモジュールケーシング内に組み込
んでから、先づこれに、毛細管及び埋込み体の封止性の
テストを行った（組立てテスト）。その際毛細管は、そ
の内側と外側とが共に１０分間、１バールのガス圧力に
曝された。

その時の圧力降下は２６５ミリバールであり、モジュー
ルは封止されているものと認められた（マストレックＭ
ａｓｔｒｅｃｋのフィルタテスト）。続いてモジュール
は５回の蒸気滅菌サイクルに曝され、その際各サイクル
は毛細管の内外室共３０分間、ｌ　２１　’Ｃの飽和蒸
気で負荷された続いて行われた封止テストの際には、１
０分間の圧力保持の後で測定器には、２７２ミリバール
の圧力降下が記録された。（この大きさのモジュールに
あっては、圧力降下は封止されたモジュールの場合（拡
散）２５０ミリバールと３００ミリバールとの間にある
。） モジュールの能力の評価のために、１モルのＫＣＬ溶液
の物質輸送係数が、このモジュール用に使用されたダイ
ヤプラムを通じて測定された。その値は Ｋ　ｏ−８，２５Ｘ　ｌ　Ｏ−３ｃｍ／　ｍｉｎであっ
た。

１３２４番の毛細管を備えた実験室用のモジュールでは
、比較可能な試験条件の元でＫｏ−９，２Ｘ　１０−３
ｃｍ　／　ｍｉｎが達成された。

実験室モジュールのＫＱを１００と考えると、３２．５
倍だけ拡大された実施例にあっては、（８，２５Ｘ１０
０）：　９．２−８９．７％の効率が達成されたことに
なる。

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は物質及び
（又は）熱を交換するための装置の部分断面図、第２図
は有利な実施態様の軸方向の概略断面図、第３図は第２
図の詳細部分図、第４図は別の変化態様の図、第５図は
弾性的なリングフランジの１実施例の図である。

１．１，２．１，３．１３・・・ケーシング管、ｌ。

３．２．２，２．３，３．１４・・・接続７ランジ、１
．２，２．４．３．１５・・・毛細管束、２．５．３　
。

２・・・押除は体、１．４．２．６・・・毛細管外室、
１゜５’、２．１０．３．１・・・注型、１．６．２．
１１゜３．４・・・ねじ孔、１．７．２．１２．３．５
．４゜２・・・弾性リング７ランジ、３．７．３．８．
３゜９．３゜１２・・・封止紐、１．８・・・流入兼流
出ポケット、２．７・・・孔開口部、２．８・・・開口
部、３゜６・・・特殊鋼ねじ、３．ｌＯ・・・７ランジ
ねじ、３゜１１・・・中心管部材、４．１・・・ねじ部
材、５．１・・・外方保持リング、５．２・・・内方保
持リング、５゜

【図面の簡単な説明】

第 図 第３図 第２図 惰４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物質及び／又は熱を交換するための装置であって、
   多数の毛細管とケーシングとから成り、毛細管の端部は
   注型内に埋め込まれており、ケーシング内には注型を備
   えた毛細管が配置されており、注型は毛細管の内室と外
   室とを封止する分離体を形成している形式のものにおい
   て、毛細管束とケーシングとの間の長さの変化の相違を
   補償する弾性的な部材が注型とケーシングとの間に配置
   されていることを特徴とする、物質及び／又は熱を交換
   するための装置。 ２、前記の弾性的な部材が、リングフランジであること
   を特徴とする、請求項１記載の物質及び／又は熱を交換
   するための装置。 ３、ダイヤフラム束の中心部に、注型から突き出た押除
   け体が配置されており、該押除け体が、毛細管の間を貫
   流して中心部からケーシングに向う強制的な流れを外室
   内に発生せしめていることを特徴とする、請求項１又は
   ２記載の物質及び／又は熱を交換するための装置。