JPH0229372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中空繊維製分離モジユール、および
明確には環状繊維束が繊維列の中心軸に対し平行
な流体流を容易にする不透質被覆によつて部分的
に被覆される分離モジユールに関する。

ガス／ガス、液体／液体、液体／固体混合物の
分離を行なうため多数の隔膜の使用は、各種の方
法によつて一般工業応用性を達成し、それらの方
法のうちに超過、極超過、逆浸透および透析
が含まれる。一般に、これら方法と組み合わされ
る多数の隔膜部材は、モジユールと称される多数
の容器に入れられ、それらの容器が各種の入口と
出口とをもつシエルおよび上記シエル内の多数隔
膜の組立体から成る。その内部構成は、それらの
隔膜の上流面で加圧あるいは無圧の供給材料流
（処理流体）、それらの隔膜を通過従つて下流面で
出る透過流体を捕集する手段および透過材料の混
合を防止する手段の導入を可能にさせるように設
けられている。

普通に譲渡された米国特許第4207192号は、本
明細書で開示される発明にほぼ関連する中空フイ
ラメント分離モジユールおよび製造方法を開示し
ている。

ガス混合物の多数の成分、あるいは溶液に溶解
される多数の溶質を分離するため多数の中空繊維
隔膜を使用する場合、それらの隔膜を介して分離
される混合物を流す多数の方法がある。使用され
る流動方法は、圧力シエル内で多数の個々の中空
繊維隔膜ユニツトを構成すべき方法を決定する。
極めてありふれた繊維配列方法の１つは、軸方向
に平行な中心中子管のまわりに配列される数千あ
るいは数百万のこの種繊維から成るほぼ円筒横断
面へ多数の平行かつ直線状繊維を配列することか
ら成る。中子管は、穿孔あるいはスロツトづけさ
れかつ加圧供給流体に対する入口導管として働ら
く。供給流体は、それらの繊維の間で繊維の軸に
直交して外方へポンプ送りされかつ流体が繊維列
の外側範囲に達するにつれて、流体は、圧力シエ
ル（耐圧シエル；圧力封じ込めシエル）内壁面に
隣接する環状空間へ補集される。圧力シエル内壁
面に対して隣接する環状空間へ供給材料を導入お
よび繊維列の中心にある穿孔管に向つて半径方向
内側へ横断させることによつて反対方向に流すた
め繊維の同じ一般物理的配置を使用することがで
きる。この一般的手段に対する別の変形例とし
て、逆転らせん状に中心の中子管（マンドレル；
心軸；中心支持部材）のまわりに繊維を巻回しか
つ上述のように中子管へあるいは繊維束の周囲へ
供給材料を導入してもよい。これらの選択は、す
べて異なる交さ流供給に対応する。換言すれば、
繊維の孔の透過孔の流動方向は、繊維の外面を介
する供給材料の流動方向に対しほぼ直交してい
る。

好ましい形態の供給方向流は、それらの中空繊
維の透過体の流れに対して平行な同方向あるいは
対向流である。これらのうちいづれかを達成する
ため、供給材料は、繊維列の中心軸に対し直交で
よりもむしろほぼ平行に流さねばならない。それ
らの繊維は、繊維列の中心軸に対して平行な直線
状組立体であるいは、これと異なり、交さ流状態
でのように、上記中心軸のまわりにらせん状に巻
回して構成してもよい。

しかしながら、それらの繊維の間で供給材料の
平行流を発生させることは、加圧供給ガスあるい
は液体が繊維束の外側で多数のバイパス流路を見
出す機会をつくる。この種バイパス経路は、例え
ば、シエル壁の内面と繊維束の最外繊維との間に
あるかも知れない。繊維の間に多数のバイパス管
路ができるのは、比較的弛るく詰め込まれる平行
列の繊維であつても可能である。繊維間のバイパ
ス問題を解決する可能な手段は、中心支持部材の
まわりにＳおよびＺ方向に交番するらせん巻回に
よつて比較的堅くまとめて繊維を巻くことがで
き、それによつてほぼ環状束をつくる。このよう
な束配置は、それから圧力封じ込めシエルへ挿入
することができるが、しかし上述の第１バイパス
経路を回避するため繊維束の外側範囲と圧力シエ
ルの内側面との間の如何なる空間をも埋める手段
を見出さねばならない。きつちりと編組物を取り
囲むリツプシール、収縮スリーブ等のような装置
を含んでこのため多数の設計が試みられた。これ
らは、或程度の利点があるが、しかしなおしばし
ば流れをバイパスさせかつ他の固有問題がある。
（米国特許第4400276号参照）。

本発明の主な目的は、繊維束圧力シエル界面に
沿つてバイパス流が発生しない軸方向供給流体材
料流を使用する中空繊維分離モジユールを提供す
ることにある。

本発明によると代表的中空繊維束は、繊維の代
表的対向らせん配置で巻回される。中空繊維束
は、中心支持棒あるいは中空心金のまわりに巻回
させてもよい。繊維束が所望直径まで巻回された
場合、束の外側面は、繊維束の片方の端に近い周
辺範囲を除いてその全長に亘つて不透過性バリヤ
ー材料で包まれる。包被されるバリヤー材料は、
不透質フイルムの包装材料にしてもよく、あるい
は隔膜に対して無害の溶媒から塗布される不透質
塗布材料であつてもよい。不透質バリヤーは、繊
維束上へ取りつけられる収縮スリーブの形状にし
てもよくまた繊維束へ収縮させてもよい。いづれ
にせよ、不透質バリヤー材料は、繊維束の外側円
筒面へ密接に付着する。それから包まれる繊維束
の最外側面は、圧力封じ込めシエルの内径よりも
若干小さい直径にする。

繊維束の大部分の円筒面を包む被覆に加えて、
注封（注入封止）すべきおよび繊維孔の開口が見
えるところの端に対し遠位の繊維束の端の上へ不
透質キヤツプが被せられる。被覆およびキヤツプ
がお互いに対し漏洩防止となるように密封され、
従つて繊維束は、上述の周辺出入範囲を除いてケ
ーシングへ完全に密封される。

繊維束に対する適当な注封および適当な準備工
程の後、包まれる繊維束は、加圧供給流体材料に
対する通路を設けるため上記繊維束の最外側面と
シエルの内側との間に十分に〓間をもたせて圧力
シエルで取りつけられる。本明細書で使用される
ような用語“供給流体材料”は、供給液体材料あ
るいは供給気体材料に当てはまる。繊維束の一方
の端あるいは他方の端で、あるいはそれらの間の
どこかで供給流体材料を通してもよいが、しかし
とにかく包まれずあるいは塗布されず残つている
周辺範囲でしか繊維束の繊維の間から加圧流体を
除去しないしあるいは繊維の間へ供給材料を流入
させない。繊維束の繊維自身に対する他の出入だ
けは、包まれない範囲に対して遠位の繊維束端で
設けられる支持棒あるいは心金の入口あるいは出
口特性の手段によつてである。この手段によつて
供給材料が繊維束の繊維をバイパスしないしまた
繊維軸の配向に対しほぼ平行方向にかつ繊維の間
で事実上均一に流れるように強制させることが保
証される。

以下本発明の好ましい実施例を示す添付図面を
参照して本発明を詳細に説明する。

唯一つの添付図面は、供給流体材料を分離する
中空繊維分離モジユール１０を示す。環状形成中
空繊維束１２は、中空支持隔膜１４のまわりに個
個の繊維をらせん状に巻くことによつて形成さ
れ、支持隔膜が出口通路を構成し、束出入口１６
を備える中空支持棒にするのが好ましい。上記出
入口は、加圧供給材料源に対する接続部として、
あるいは中空フイラメントの壁を透過しないラフ
イネート流体（精製流体）に対する出口としても
使用される。

繊維束１２は、不透質フイルム（例えば、ポリ
ビニリデン等）の包装材料にしてもよくあるいは
無毒の溶媒（例えば、ポリシロキサン）から塗布
される不透性塗布材料にしてもよい不透質バリヤ
ー１８によつて包まれる。これと異なり、不透質
バリヤー１８は、束の上で設けられる収縮スリー
ブにしてもよくまた繊維束へ直接収縮させてもよ
い。いずれにせよバリヤー材料１８は、繊維束の
外側円筒面および端末キヤツプ２８に密接に付着
する。バリヤー材料１８は、端末キヤツプ２８と
共に封入されない周辺面範囲１９を除いて繊維束
１２の表面全体を封入する。

不透質バリヤー１８および端末キヤツプ２８が
繊維束へ塗布された後に、注封材料２０は、図示
されるように繊維束１２の反対側の端に対して塗
布される。注封材料は、繊維端を終端させまた供
給材料と透過材料との混合を防止させる樹脂性シ
ーラントである。繊維孔の開口は、２１で示され
る注封材料の傾斜平面でつくられる。透過体は、
２９でこの装置から出る。

包まれかつ注封される繊維束は、それから耐圧
円筒シエル２２によつて封入される。シエル２２
は、分離モジユールへの加圧供給流体材料によつ
て発生される内部流体圧に耐えるように設計され
る。シエル２２はその片方の端で２つの口１５お
よび１６をもつている。

両頭矢印は、口１６が加圧供給材料用入口であ
る場合、１５がラフイネート用出口であり、また
その逆であるような可能な交互の流れ方向を示し
ている。前者の状態では繊維表面の上流側での供
給ガスは、繊維孔の透過ガス流に対しほぼ平行か
つ同じ方向に、通常同方向流形態で流れる。これ
と異なる後者の状態では、すなわち、供給材料を
１５で流入させる場合、繊維束を介する流路は、
繊維孔の透過流に対しほぼ平行であるがしかし反
対方向である。

“Ｏ”リング３０は、注封材料２０と耐圧シエ
ルの内側面との間で不透性密封を行なう。他の
“Ｏ”リング３１，３２は、端板２４と管１６と
の間および端板２４と圧力シエル２２の内側面の
間で密封する。

加圧供給流体材料が出入口１５へ供給される場
合、この材料は、空洞範囲３３に入り、それから
耐圧シエルの内側面と不透質バリヤー１８との間
の管路３４を通過する。本発明では供給流体材料
通路の必要部分としての密封管路３４の使用は、
耐圧シエルと繊維束との間で発生する繊維バイパ
ス流の先行技術分離装置の問題を解決する。供給
流体は、管路３４から周辺で包まれない範囲１９
を介して繊維束１２へ通過する。この点において
加圧供給材料は、繊維束を介して環状束１２の軸
に対しほぼ平行な方向に移動する。透過質材料
は、中空繊維の壁の隔膜内側面を通りかつ透過体
出口２９に対して注封材料を介して中空繊維内で
流れる。ラフイネート材料は、中空支持隔膜１４
へ入りかつ出口１６を介してモジユール１０から
流出する。この流路は、対向流形態を構成する。
指示されるように、出入口１６および１５の機能
を逆にすることは、同方向流形態をとる結果とな
る。

本発明の詳細な説明を行なつたけれども、それ
によつて本発明の範囲を限定すべきものでなく
て、添付の特許請求の範囲によつて限定すべきも
のであることも理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は、本発明による分離モジユールの
縦断面図である。 １０……モジユール、１２……環状中空繊維
束、１４……中空支持体隔膜、１５，１６……出
入口、１８……バリヤー材料、２０……注封材
料、２２……耐圧シエル、密封、３４……管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記の構成要件(a)〜(f)から構成されることを
   特徴とする、処理流体を透過流体び精製流体に分
   離する為の中空繊維製分離モジユール： (a) 環状の中空繊維束； (b) 中空繊維束の一端における円周上の無包被部
   を除きその束の外周面全域を包被する不透過性
   バリヤー； (c) 該中空繊維束を収容し、不透過性バリヤーと
   自体との間に流通路を画定する耐圧シエルであ
   つて、該流通路は該束の一端でしかも該束が包
   被されていない区域であつて流入する精製流体
   と流体流通関係にある区域で終る耐圧シエル； (d) 該束の一端から透過流体を取り出す手段； (e) 該束の他端に位置する精製流体取り出し手
   段；及び (f) 該束の端部であつて透過流体の取り出し口の
   位置とは反対側の端部に位置し、繊維束と耐圧
   シエルとの境界面におけるすり抜け流を防止し
   ながら分離モジユールへ装入流体を取り入れる
   手段。 ２ 下記の構成要件(a)〜(g)から構成され、初端と
   終端とを有することを特徴とする、処理流体成分
   を透過流体及び精製流体に分離する為の中空繊維
   製分離モジユール： (a) 初端及び終端を有する環状の中空繊維束であ
   つて、該繊維束の外周面が装入流体に対して実
   質的に不透過性の材料からなる薄い密着性のバ
   リヤー層で包被された中空繊維束； (b) 中空繊維束の初端及び終端における無包被部
   並びに該束の初端に隣接した区域を除きその束
   の外周面全域を包被する不透過性バリヤー層； (c) 該束の終端において不透過性バリヤーへ封止
   された末端キヤツプ； (d) 該中空繊維束を収容し、不透過性バリヤーと
   自体との間に流通路を画定する耐圧シエルであ
   つて、該流通路は最初の流体流通ポートと流体
   流通関係にあり、該ポートの隣接域から該束が
   包被されていない区域に亙り、精製流体又は供
   給流体の為の流通区分を画定する区域で終る耐
   圧シエル； (e) 該分離モジユールの初端で該繊維束の外側に
   位置する第一取出し口であつて、繊維束と流体
   流通関係にあり、透過流体を取り出す手段； (f) 該分離モジユールの終端で、該繊維束の外側
   に位置する流体流通ポートであつて、末端キヤ
   ツプを貫通した精製流体取り出し又は供給流体
   取り入れ手段；及び (g) 該束の端部であつて透過流体の取り出し口の
   位置とは反対側の端部に位置し、繊維束と耐圧
   シエルとの境界面におけるすり抜け流を防止し
   ながら分離モジユールへ装入流体を取入れる手
   段。 ３ 該繊維束の初端を封止する為の注入封止組成
   物から形成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の中空繊維。 ４ 該注入封止組成物と耐圧シエルとの間に設け
   られたＯリングを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第３項に記載の中空繊維製分離モジユー
   ル。 ５ 該不透過性バリヤーが収縮によつて中空繊維
   束に密着した収縮性スリーブであることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の中空繊維製分
   離モジユール。 ６ 該不透過性バリヤーが不透過性フイルムであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の中空繊維製分離モジユール。 ７ 該不透過性バリヤーがポリ塩化ビニリデンで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記
   載の中空繊維製分離モジユール。 ８ 該不透過性バリヤーがポリシロキサンから形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載の中空繊維製分離モジユール。 ９ 該中空繊維束が螺旋形に巻かれていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の中空繊
   維製分離モジユール。 １０ 該中空繊維束を周囲に巻き付けたマンドレ
   ルであつて、その一端から始まり、少なくともそ
   の全長に亙る中空部分を備え、該中空部分は末端
   キヤツプを貫いて第二流通ポートを形成すると共
   に、少なくとも１個の開口をその壁に有し、該開
   口は末端キヤツプの内側に位置ししかも該繊維束
   との流体流通を提供しているマンドレルを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
   中空繊維製分離モジユール。