JPH06190248A - 透過分離用装置のための包装 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、軽量で耐衝撃性を示す輸送用容器
であると共に分離用膜のための再閉可能容器であるとい
った２つの役割を果すハウジングが備わっている膜分離
装置である。このハウジングは、膜の取り扱いを少なく
し、透過システムの組み立てを容易にすると共に、膜の
修復、交換および検査を改良するものである。このハウ
ジングは、好適には膨張させたポリスチレンで作られて
いる。代替具体例において、このハウジングの内部表面
の構造を変えることで、不均一か或は非筒状の環状空間
を与えることができる。 【効果】 この分離システムは特に気体分離で有効性を
示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、束になった中空繊維膜と流体
混合物を接触させることで、これらの膜に高い透過性を
示す成分を通過させることにより、この混合物の成分を
分離する装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】種々の方法で膜を用い気体／気体、液体
／液体、および液体／固体混合物、並びに溶液の分離を
行うことにより、一般的な産業上の適用性が達成されて
おり、とりわけ限外濾過法、逆浸透および透析が用いら
れている。一般に、これらの方法に関連した膜要素は、
種々の入り口および出口と共に容器内に入っている膜ア
センブリが備わっている容器またはハウジングから成
る、パーミエーター（permeator）と呼ばれている容器
の中に入っている。この内部構造は、圧力をかけるか否
かに拘らず、これらの膜の上流表面、これらの膜を通過
しそしてそれらの下流表面から出て来る透過物を集める
ための手段、および供給材料と透過材料とが混ざらない
ようにしておくための手段、に供給流れを導入すること
を可能にするように配置されている。

【０００３】この主題発明は、モジュール形態に組み立
てられている中空繊維を用いて所望の分離を行うことに
関する。気体状混合物の成分を分離するには、中空繊維
の選択透過分離装置が特に有効である。本発明は、いわ
ゆるシェル側がおおよそ大気圧下にあるパーミエーター
で特に有効性を示す。

【０００４】流体の混合物または溶液から少なくとも１
種の流体成分を選択的に分離する目的で、中空繊維膜装
置が用いられている。上記装置には、一般に、中空繊維
膜が多数備わっており、これらの膜は、該流体混合物の
少なくとも１つの成分に対して選択的透過性を示す。こ
れらの中空繊維膜は、シェル、ハウジングまたは容器の
内部に配置されている。このハウジングには、これらの
中空繊維膜が有する１つの表面に流体供給物を接触させ
るための入り口が少なくとも１つ備わっている。この流
体供給物が均一に分配されるのを促進する手段が望まれ
ている。また、この膜を透過しない流体を排出させるた
めの少なくとも１つの出口と、この膜を透過する流体の
ための少なくとも１つの出口が必要とされている。これ
らの中空繊維は、少なくとも１つのチューブシートの中
に埋め込まれている。この繊維の穴は、該透過物用出口
か或は流体用入り口のどちらかにつながっている。この
チューブシートは該ハウジングの内部表面に密封様式で
かみ合っている。この容器は、その流体流れの１つが有
する圧力を支持すると共にその流体流れを単離する働き
をしている。この容器とその付属ハードウエアもまた、
運転している間この分離装置の位置を維持する補助を与
える。直列または並列に並べて多数の分離用装置を積み
重ねるか或は連結させてもよい。

【０００５】用いられる膜材料および形態は、所望の分
離を行い得る如何なる適切な材料であってもよい。例え
ば、セルロース誘導体、ポリアミド類、ポリイミド類、
ポリスルホン類およびポリスチレン類か或はそれらのブ
レンド物が有効であることが確認された。また、中空繊
維膜は複合体、非対称または密なフィルムであってもよ
い。

【０００６】種々の分離を行うための種々の膜材料が豊
富に存在しているが、しかしながら、多くの膜が示す有
効性は狭い用途に限定されている。例えば、１つの膜は
酸素／窒素ガス混合物の分離に適切であり得るが、二酸
化炭素／窒素ガス混合物の分離には不適切である可能性
がある。同様に、１つの膜は黒みをおびた水の脱塩には
適切であり得るが、海水の脱塩には不適切であり得る。
分離すべき流体の中の成分濃度および所望の流量もまた
考慮すべき因子である。

【０００７】数多くの膜が限定された利用性を示すこと
から、膜の束を容易に交換もしくは置換することが可能
な分離用装置が望まれている。

【０００８】大部分の膜が示す運転特性は時間が経つと
悪化することも知られている。運転特性の悪化は、膜材
料の劣化、膜の損傷または汚染の結果であり得る。この
膜の汚染は、即座の注意が必要な問題であり、しばしば
この分離用装置を交換することが必要とされている。

【０００９】通常の分離用装置では、懸濁粒子が保持さ
れることが原因となる膜汚染の問題が特に顕著である。
供給流れは、不可避的に、種々の量の懸濁粒子物質また
は生物相を含んでいる。一般に、この供給流れを前濾過
するか或はこの供給物をパーミエーターに通すに先立っ
てその懸濁粒子および生物相を除去する多大な注意が払
われてはいるが、通常の中空繊維分離装置は、最終的に
このような材料の多くを集めるものになってしまう。
束、特に密に詰め込まれている中空繊維束は、遮断され
た領域を生じることで、有効膜面積が失われる。

【００１０】透過物の流れ調節が不足しておりそして／
またはこの分離用装置の性能を増強するためのこの分離
用装置のシェル側の掃除用流体が不足していると、中空
繊維膜分離装置の運転に関する別の問題が生じる。

【００１１】透過膜はまた、特に運転温度および圧力が
高いと、壊れるか或は破裂することも知られている。気
体の分離は、圧力が高い方がより有効である、と言うの
は、ポリマー膜を通過する気体透過速度は一般にこれら
の膜の両側の気体圧力差に比例しているからであり、そ
して上記分離はまた、より高い温度の方が速くなる。従
って、上記分離用装置を商業的に用いる場合、実用圧力
および温度を最大限に高くすることが重要である。膜の
破壊は、特に運転圧力が高いとき、該チューブシートに
隣接した領域で特に生じる問題である。破壊された繊維
が０．１％と少なくても、この分離用装置が示す流体分
離特性に与える悪影響は多大であり得る。

【００１２】高温（しばしば８０℃）でパーミエーター
を運転するためには、そのパーミエーターの回りに絶縁
を用いることがしばしば必要とされる。これらのパーミ
エーターは、通常、絶縁材料、例えばファイバーグラ
ス、フォーム、ブランケットなどで巻かれている。二者
択一的に、この分離用装置は、絶縁材料が入っている容
器の内側に位置しているか、或は絶縁材料の中に入れら
れている可能性がある。如何なる場合でも、この分離用
装置に絶縁体を加えて熱損失を低くすると共に安定した
状態の運転を維持する必要がある。

【００１３】輸送するためには膜の束を注意深く包装す
る必要がある。典型的には、この束を「バブルラップ
（bubble wrap）」、厚紙、フォームまたは他の材料で
包むことでこれらの膜を保護する。次に、この包み込ん
だ束を、厚紙製の容器、通常筒状容器の中に入れる必要
がある。次に、１個以上の厚紙製容器を、輸送用木箱の
中に入れてもよい。この包装材料は高価でありそしてか
さ高い傾向を示す。加うるに、この包装および輸送過程
で、これらの膜は過剰な取り扱いを受け、その結果とし
てしばしば、壊れ易い膜に損傷または歪みが生じ、最終
的にこの分離用装置の性能が低下する。更に、これらの
束を最終的に包装から取り出し、包装をほどいた後、操
作に先立ってこの分離用装置のハウジングの中に挿入す
る必要がある。その時点で、これらの膜は、環境に暴露
されることで損傷を受け得る。

【００１４】二者択一的に、膜の束は、鋼製もしくはフ
ァイバーグラス製容器、即ち運転中に用いられるシェル
の中に入れられたまま輸送され得る。これらの容器（通
常筒状のシェル）を木製パレットに紐で縛ってもよい。
加圧容器の中に直接これらの束を包装する方がより便利
であり、取り扱いが少なくなるが、輸送がかさ高くて重
くなり、最終的に輸送コストの上昇がもたらされる。

【００１５】従来技術の分離用装置は豊富にある。例え
ば、米国特許番号3,339,341には、中空繊維膜の壁を通
して成分を選択的に透過させることによって流体混合物
の成分を分離する標準的装置が記述されている。この装
置は、本質的に、少なくとも１つの長く伸びた軟質多孔
性スリーブ部材で縦方向が巻かれている適切な中空繊維
膜の束、この束の各々の端に在る鋳込み樹脂チューブシ
ート、このチューブシートの中に埋め込まれておりそし
てそれを貫通して伸びている中空繊維膜、この束を取り
巻いておりそして各々の端がそこに密封されているシェ
ル、その束の１つの末端でこれらの中空繊維膜の内部に
流体混合物を導入するための手段（即ち繊維側または穴
側の供給）、その束のもう一方の末端でこれらの中空繊
維膜の内部から流体混合物の一部（これはその中空繊維
の壁に透過性を示さない）を取り出すための手段（即ち
繊維側または穴側の回収）、およびこの流体混合物の一
部（これは該中空繊維壁を透過する）を該シェルから取
り出すための手段（即ちシェル側の回収）、から成って
いる。同様な分離用装置が米国特許番号3,228,876;3,22
8,877; 3,422,008; 3,455,460; 3,475,331; 3,526,00
1；および3,536,611に開示されている。

【００１６】しかしながら、これらの従来技術の分離用
装置は、分離用膜の束を修復、洗浄または交換する目的
で容易に開けて再閉することが可能なパーミエーターを
与えるものではない。更に、これらの従来技術の分離用
装置は、これらの膜のための再閉可能（recloseable）
ハウジングまたはシェルとして同時に使用することが可
能であり便利でコスト効果を示す膜の束を軽量移送する
ための装置を提供するものではない。更に、従来技術の
分離用装置は、従来技術の装置が示す利点が維持されな
がらそのハウジングが絶縁材料で加工されている装置を
提供するものではない。また、従来技術の分離用装置
は、これらの束の回りの環状空間が有する大きさおよび
構造を容易に変更して透過物流れの調節および／または
この装置のシェル側への掃除用流体流れの調節を行うこ
とを可能にするものではない。

【００１７】

【発明の要約】本発明は、多くの機能を果す分離装置用
ハウジングである。このハウジングは、分離用膜の束を
輸送するための輸送用包装として用いられ得る。このハ
ウジングは、分離用装置のためのシェルまたは容器とし
て用いるに容易に適合し得る。上記ハウジングは、これ
らの分離用膜を修復、洗浄または交換するか或は該環状
空間の大きさおよび構造を変化させる目的で開けた後再
び閉じるのが容易であり、そしてまた高温透過のための
絶縁材料、例えば膨張させたポリスチレンなどから加工
され得る。

【００１８】この分離用装置には、 １．チューブシートの中に各々の末端が埋め込まれてお
りそしてそれを貫通して伸びている、膜の１つ以上の
束；および ２．この束または束類を取り巻いていると共にこの束ま
たは束類の回りに流体用環状空間を与えており、そして
チューブシートが備わっている各々の末端が流体締め
（fluid-tight）関係でそこに密封されている、ハウジ
ング、が備わっており、ここで、上記ハウジングは該束
または束類の回りに再閉可能様式で取り付けられてい
る。

【００１９】この装置にはまた、 ３．透過部分が該膜を通過しそして非透過部分がその膜
を通過しないように、流体混合物を該装置に導入するた
めの手段； ４．該流体混合物の非透過部分を該装置から取り出すた
めの手段； ５．該流体混合物の透過部分を該装置から取り出すため
の手段；および ６．該束を取り巻いている非筒状もしくは不均一な環状
空間；が備わっている。

【００２０】

【実施例】簡潔さの目的で、この分離用装置のための包
装／容器を本文中および請求の範囲の中で「ハウジン
グ」として示すが、しかしながら、このハウジングは、
分離用膜の束のための軽量で安価な保護用包装を同時に
与えながらこの分離用装置のための強くて軽量であり安
価な断熱シェルまたは容器を与える多数の役割を有して
いる。

【００２１】本発明は、中空繊維膜の分離用装置が有す
る如何なる特別な構造にも限定されるものではない。し
かしながら、上に記述した標準的構造が好適である。分
離すべき供給流体は、繊維束の内側からこれらの繊維の
外側に向かって流れる。このパーミエーターのシェル側
は、好適には大気圧下か或はそれに近い圧力で運転され
る。膜分野の知識者は、このパーミエーターのための他
の構造が可能であることを認識するであろう。例えば、
この繊維の両末端が単一のチューブシートを貫通して突
き出ているか或は単一の中心チューブシートが用いられ
ていてもよいように、中空繊維を配置することができ
る。また、この膜の束は、不均一な膜充填密度を有する
非円形断面図を有していてもよい。

【００２２】数多くの分離用装置を並列または直列に積
み上げるか或は連結させることで能力を上昇させそして
／または分離を改良することができることを特記する。
加うるに、各々のパーミエーターには、分離用膜の２個
以上の束が入っていてもよい。技術者は、ここに示した
上記構造に対する教示を容易に改作することができるで
あろう。

【００２３】図１は、中空繊維膜の分離用装置を示すも
のである。分離すべき流体混合物を入り口１に導入した
後、流体供給物分配手段（示されていない）でこれを分
配する。この供給物分配手段は、最初のチューブシート
を貫通して２番目のチューブシートの中に末端を有す
る。多数の中空繊維膜、即ち束６を、一般に該供給物分
配手段と平行に、そして好適には同心円で組み立てる。
この具体例において、この束６の端とそれに伴うチュー
ブシートを、エンドキャップ３および４で覆う。該供給
流体のいくらかは、中空繊維の束６を軸方向であるが主
に半径方向に通過して、この束を封じているハウジング
の中の出口７に向かう。これらの膜を選択的に透過しな
い供給流体の残りは、直線的にこれらの中空繊維を通っ
て、口８のところで排出される。

【００２４】このハウジングは再閉可能包装またはシェ
ルである。このハウジングが示す重要な特徴を図１に例
示する。最初に、このハウジングは密封可能で容器を生
じる必要がある。このハウジングは再閉可能である必要
がある。図１に示す具体例において、このハウジングに
は、２つの片、即ち上部片１０と底部片１１が備わって
いる。これらの片は、この分離用装置を閉じたとき膜の
束をしっかりと保持するように加工されている。加うる
に、このハウジングは、入り口１および排出口７および
８、並びにエンドキャップ３および４を収容するように
機械加工または成形されている。このハウジングのこれ
らの２つの片は、バスケット１５で閉じられ得る。これ
らのバスケットは、ボルトとナット（示されていない）
の如き通常手段で締め付けられていてもよい。これらの
バスケットはまた、このハウジングを開閉する目的で容
易に締め付けを外して取り外され得る。このハウジング
を該束の回りにしっかりと密封する目的で、数多くの異
なる閉鎖手段、例えば弾性バンド、プラスチックまたは
金属製トラップ、機械的クランプなどを用いることがで
きることは、本分野の技術者に明らかである。

【００２５】分離装置用ハウジングは、通常の閉鎖手段
をいくら有していてもよい。上記閉鎖手段は、このハウ
ジングを密封することを可能にし、シールを生じた後、
再び開けるのが容易である必要がある。図１に示す閉鎖
手段は、単に便利さの目的で示すものである。このハウ
ジングの開閉を増強する目的で、通常の装置、例えばハ
ウジングの片１０および１１が有する２つの端をしっか
りと保持するちょうつがいなどを多数用いることも可能
である。このハウジングの形状および大きさは、その束
の形状および大きさによって決定される。このハウジン
グの厚さは、主に、この装置の運転圧力およびこのハウ
ジングの構成材料によって決定される。このハウジング
は、膨張させたポリスチレン、膨張させたポリウレタ
ン、膨張させたポリエチレン、ファイバーグラス、アス
ベスト、グラファイト、木、例えばバルサ木などを含む
幅広い種類の材料から加工され得る。この構成材料は、
軽量であり、これらの膜の損傷を防止する目的で強く、
そして良好な絶縁特性を有するのが好適である。好適に
は、このハウジング材料は、所望サイズおよび構造に容
易に機械加工もしくは成形され得るものであり、そして
入り口および排出口の如きハードウエアを収容すること
ができるものである。膨張させたポリスチレンは、低い
密度を有し、耐衝撃性を示すと共に良好な絶縁特性を示
すことから、好適な構成材料である。２種以上の構成材
料、例えば金属製ジャケットまたはカバーの中に入れら
れている膨張させたポリスチレン製のハウジングなどを
用いることも可能である。好適には、この構成材料は、
上昇させた透過物側圧力に耐えるに充分な程強いもので
ある。

【００２６】簡潔さの目的で、本技術分野で知られてい
る小さいか或は任意の特徴、例えば該チューブシートと
ハウジングの間のＯ−リングシール、チューブシートの
支持体、およびハウジング上のハードウエアなどは、上
記図の中には示していない。図２は、包装／ハウジング
の中に密封されている膜分離用装置の断面図である。こ
れらのハウジングの片１０および１１は、エンドキャッ
プ４で、膜の束６の回りにしっかりと取り付けられてい
る。入り口１は、エンドキャップ４からこのハウジング
を貫通して伸びており、この束と入って来る流体との間
の流体伝達を可能にしている。

【００２７】高い温度の運転では、これらの膜の加熱を
容易にする目的で、加熱用コイルまたは他の加熱手段を
該ハウジングの回りに巻き付けるか、その中に埋め込む
か或はその中に入れてもよい。

【００２８】任意に、掃除用流体を１つのヘッダー空間
の中に導入しそしてもう１つのヘッダー空間内の出口か
ら取り出すことにより、この透過物を集める補助を行っ
てもよい。エンドキャップ４は、これらの膜を通過して
来た流体を集めるためのヘッダー空間（示されていな
い）を限定している。このハウジングの片１０および１
１は膜の束６を取り巻いており、そして環状空間１８を
限定している。

【００２９】透過分離用装置は加圧下で運転されること
はよく知られている。例えば、トランスメンブラン圧、
即ち運転中の該中空繊維膜の供給側の圧力とこの膜の透
過物側の圧力との圧力差は、許容される速度であるがこ
の中空繊維の損傷をもたらすか或はそれを崩壊させる程
高くない速度で、この膜の透過を助長するに充分である
必要がある。トランスメンブラン圧の運転可能範囲は、
この膜の材料、膜の厚さ、分離すべき流体および運転中
の温度を含む数多くの因子に依存している。典型的に
は、少なくとも約１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）、好適には
少なくとも約４０ｐｓｉ（２７６ｋＰａ）のトランスメ
ンブラン圧が用いられる。このトランスメンブラン圧の
上限は、この中空繊維膜が示す強度ばかりでなくまた関
連したラインおよび装置が圧力に耐える能力によって決
定される。一般に、特定の薄壁中空繊維を用いた場合、
約１５００ｐｓｉ（１０３４０ｋＰａ）以上のトランス
メンブラン圧は、運転可能であるが望ましくない。最良
の性能に関しては、運転中、透過物側の圧力をできるだ
け低く維持するのが一般的に望ましい。好適には、この
透過物側（またはシェル側）は、透過物側の圧力が大気
圧になるか或はそれ近くになるように運転される。軽量
材料、例えば膨張させたポリスチレンなどで作られてい
るハウジングは、透過物側の圧力が上昇するとそれに耐
えることができない可能性がある。

【００３０】本発明のハウジングは、従来技術の分離用
装置が有する利点を失うことなく、従来技術で知られて
いる問題を解決するものである。特に、このハウジング
は、これらの膜のための容器としても機能し得る簡単で
有効な包装を有利に提供するものである。このハウジン
グは、取り扱いまたは環境が原因となる損傷からこれら
の膜を保護し、種々の流体流れを単離する働きをし、こ
れらの流体流れの１つが有する圧力を支持し、そして運
転中の分離用装置の位置を維持する補助を与えるもので
ある。このハウジングは、軽量であると共にこれらの膜
に対する損傷を防止する耐衝撃性を示す輸送用包装であ
る。加うるに、これらの束を輸送用包装から異なる容器
に移すことがないことからこれらの膜の取り扱いが大き
く低下し、それによって、この分離用装置の組み立てが
簡単になると共に更にこれらの膜の取り扱いが少なくな
ることで更にこれらの膜の損傷が低くなる。

【００３１】このハウジングには、有利に、入り口およ
び排出口の如きハードウエアを取り付けられ得る。本発
明のハウジングは、この膜束に関する如何なる取り扱い
も行うことなく、所望の流体分離システムに直接その分
離用装置を連結することを可能にするものであることは
容易に明らかである。この装置の連結が容易なことでま
た、種々の異なる膜を試験および評価するのが容易にな
る。

【００３２】このハウジングを開けて再閉することがで
き、このことにより有利に、その膜束を（ｉ）輸送の目
的でそのハウジングの中に入れることができ、（ｉｉ）
検査、修復または交換の目的で取り出すことができ、そ
して（ｉｉｉ）特に汚染された場合洗浄することができ
る。

【００３３】更に、このハウジングは、良好な絶縁特性
を有する材料から加工され得る。その結果として、高温
透過において、追加的絶縁材料を用いる必要性が低くな
るか或はなくなる。

【００３４】このハウジングの大きさ、形状および構造
を容易に所望の分離用装置構造および該チューブシート
に適合させることができる。これらの分離用装置を並列
または直列に容易に積み上げるか或は連結させることが
できる。望まれるならば、多数の束を１つの分離用装置
の中に容易に組み込むことができる。膨張させたポリス
チレン、膨張させたポリウレタン、膨張させたポリエチ
レン、木などから作られているハウジングが備わってい
る分離用装置は、この分離用装置が不均一か或は非伝統
的な大きさまたは構造を有する用途で特に有効性を示
す。上記材料で作られているハウジングは、この分離用
装置を設置する時点で切断するか或は機械加工され得
る。これはまた、分離用装置の在庫品管理、特に今まで
は注文製造される必要があった装置の管理を助けるもの
である。

【００３５】このハウジングの大きさ、形状および構造
はまた、これらの束を取り巻いている環状空間を変更し
て適合させるのも容易であり、その結果として、該環状
空間内の如何なる不利な濃度勾配も軽減することを含む
分離装置の性能増強を行う目的で透過物および／または
掃除用流体の流量調節を行うことができる。このような
濃度勾配は、この分離用装置の性能、特にこの装置が示
す選択性に悪影響を与え得る。この環状空間の構造を変
更することで、透過物流体および／または掃除用流体の
調節を増強することも可能である。この環状空間は、こ
の環状空間内で透過物が示す通常の流れを変更する目的
で、不規則または不均一な形状を有することができる。
例えば、この環状空間は、溝または突起物を有している
か、或は筒状ではなく先が細くなっているか或は先が切
り取られた形状を有していてもよい。本明細および請求
の範囲の目的で、この修飾された環状空間を「不均一」
と呼ぶ。この「不均一」な空間は、制限するものではな
く、この流体流れを変更するか或は改良し得る如何なる
構造も包含することを意図したものである。

【００３６】本発明のハウジングは、特に、不均一な環
状空間を与えることで流れを調節するに適合している。
最初に、本発明の分離用装置は、それの環状空間を容易
に配置することを可能にするものである。２番目とし
て、この分離用装置は再密封可能であり、その結果とし
て、それの取り扱い者は、それを開けて該環状空間の大
きさ、形状および構造を調節した後、再びこの装置を閉
じることによって、この配置を変更することができる。
従来技術の分離用装置は、通常、筒状（内部および外側
表面の両方）であると共に、再閉可能でなく、これらの
束は開放末端を通して挿入されており、そしてこの開放
末端は後で閉じられている。このような装置では、該環
状空間の大きさ、形状および構造を調節することは不可
能である。更に、不規則な内部表面を有するハウジング
の開放末端の中にその束を挿入するのは不可能である。
２番目として、シムまたはハウジング挿入物（例えばく
さび形片、または水平もしくは垂直な溝が備わっている
片）などを用いて、該不均一な環の大きさ、形状および
構造を調節することができる。

【００３７】この不均一な環状空間は、特に、向流流れ
を示す装置内流れを調節するに有効性を示す。

【００３８】図３は、該環状空間の先が細くなっている
分離用装置が有する１つの末端の断面を示している。こ
のハウジングの片１０および１１は、エンドキャップ４
が備わっている膜の束６の回りにしっかりと固定されて
いる。入り口１は、該エンドキャップ４から該ハウジン
グを貫通して伸びており、その結果として、該束と入っ
て来る流体との伝達を可能にしている。

【００３９】任意に、掃除用流体を１つのヘッダー空間
の中に導入した後、もう１つのヘッダー空間内の出口を
通って取り出すことにより、この透過物を集める補助を
与えることができる。このハウジングの片１０および１
１は、膜の束６を取り巻いており、その先が細くなった
環状空間２８を限定している。このハウジング片１１内
の出口１７は、この流体がこの装置から排出されるのを
可能にしている。リング２５は、取り外し可能様式で、
ハウジングの内部表面８に固定されている。このリング
は、Ｏ−リングであるか或は同様な装置であってもよ
い。好適には、このリングは１つの連続した片である
が、２個以上の片であってもよい。例えば、このハウジ
ングを閉じて密封するに先立って、１つの半リングをハ
ウジング片１０の中に入れそしてもう１つの半リングを
ハウジング片１１の中に入れるのが便利であり得るか或
は望ましい。このリングは「シム」として機能し、その
結果としてこの不均一環状空間を限定している。該環状
空間１８を限定するように、該ハウジングの内壁８に挿
入物を取り外し可能様式で固定してもよい。このシムま
たは挿入物の大きさ、形状、構造および構成材料は決定
的でない。望まれるならば多数のシムを用いて、高度に
不規則な環状空間を限定してもよい。これらのシムまた
は挿入物は、好適には、このハウジングの内壁および該
束チューブシートの外側表面と流体締め接触状態にあ
る。

【００４０】この分離用装置およびそこに入っているチ
ューブシートの構造はよく知られている。前に示したよ
うに、チューブシートの断面構造は通常一般に円形であ
る。この断面構造は如何なる他の形態、例えば三角形、
トリロバル（trilobal）、正方形、長方形、台形、五角
形、六角形、自由形態などであってもよい。このチュー
ブシートの最大断面寸法もまた本質的に変化させ得る。
例えば、このチューブシートの最大断面寸法は、実験室
規模の実験のための小さい５ｃｍから、流体流れを多量
に処理するための５０ｃｍまたはそれ以上、好適には１
０から３０ｃｍであってもよい。このチューブシートの
表面は如何なる適切な構造を有していてもよく、一般
に、該チューブシートの断面構造と本質的に同じ構造を
有している。この表面の輪郭は本質的に平らであるか或
は湾曲しているか或は不規則であってもよい。このチュ
ーブシートは、分離用膜の１つ以上の束を含んでいても
よい。

【００４１】この膜の束の断面は如何なる便利な構造、
例えば円形、六角形、トリロバルなどであってもよく、
そしてこれらの膜の壁から内側または外側に伸びている
山または溝などを有していてもよい。中空繊維の分離用
膜の場合、一般に、この中空繊維膜が有する最大外側断
面寸法は少なくとも約５０ミクロンであり、しばしば約
５００ミクロンもしくはそれ以上に及んでいる。多くの
場合、この中空繊維膜の最大内部寸法（最大穴寸法）
は、少なくとも約３０から約３００ミクロンであるのが
好適である。これらの中空繊維膜が有する最大外側寸法
に対する壁厚の比率は、しばしば約０．０５から０．５
０であり、好適には約０．２から０．４である。これら
の中空繊維膜は等方性を示してもよいか、即ちこの壁の
厚さ全体に渡って本質的に同じ構造を有しいてもよい
か、或は異方性を示してもよい、即ちこの壁厚の中によ
り高い密度を有する構造が備わっている領域を１つ以上
有していてもよい。これらの中空繊維膜は流体の分離で
有効性を示す、即ちこれらは、選択的な分離を与えるコ
ーティング物のための支持体として働くか、或はこの分
離を行う媒体として働き得る。

【００４２】有利に、本発明は、これらの膜の製造で幅
広い範囲の材料を用いることを可能にするものである。
好適には、これらの膜の製造で用いられる材料は、弾性
を示すと共に、機械加工または切断したとき傷付かない
ものである。これらの膜のための材料は、合成もしくは
天然のものであってもよく、無機物であるか、有機物で
あるか、或は無機物と混合された有機物であってもよ
い。これらの膜に典型的な無機材料は、ガラス、セラミ
ック、サーメット、金属などであってもよい。これらの
有機材料は現実に一般にポリマー状である。これらの膜
に適切な典型的ポリマー類は、置換もしくは未置換のポ
リマー類であってもよく、ポリスルホン類；スチレン含
有コポリマー類、例えばアクリロニトリル−スチレンの
コポリマー類、スチレン−ブタジエンのコポリマー類お
よびスチレン−ハロゲン化ビニルベンジルのコポリマー
類を含むポリ（スチレン）類；ポリカーボネート類；セ
ルロース系ポリマー類、例えば酢酸−酪酸セルロース、
プロピオン酸セルロース、エチルセルロース、メチルセ
ルロース、ニトロセルロースなど；アリールポリアミド
類およびアリールポリイミド類を含むポリアミド類およ
びポリイミド類；ポリエーテル類；ポリ（アリーレンオ
キサイド類）、例えばポリ（フェニレンオキサイド）お
よびポリ（キシレンオキサイド）など；ポリ（エステル
アミド−ジイソシアネート）；ポリウレタン類；ポリエ
ステル類（ポリアリレート類を含む）、例えばポリ（エ
チレンテレフタレート）、ポリ（メタアクリル酸アルキ
ル類）、ポリ（アクリル酸アルキル類）、ポリ（フェニ
レンテレフタレート）など；ポリスルフィド類；ポリ
（シロキサン類）；上述した以外のアルファ−オレフィ
ン系不飽和を有するモノマー類から得られるポリマー
類、例えばポリ（エチレン）、ポリ（プロピレン）、ポ
リ（ブテン−１）、ポリ（４−メチルペンテン−１）、
ポリビニル類、例えばポリ（塩化ビニル）、ポリ（フッ
化ビニル）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビ
ニリデン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニル
エステル類）、例えばポリ（酢酸ビニル）およびポリ
（プロピオン酸ビニル）など、ポリ（ビニルピリジン
類）、ポリ（ビニルピロリドン類）、ポリ（ビニルエー
テル類）、ポリ（ビニルケトン類）、ポリ（ビニルアル
デヒド類）、例えばポリ（ビニルホルマール）およびポ
リ（ビニルブチラール）など、ポリ（ビニルアミド
類）、ポリ（ビニルアミン類）、ポリ（ビニルホスフェ
ート類）、並びにポリ（ビニルスルフェート類）、ポリ
アリル類；ポリ（ベンゾベンズイミダゾール）；ポリヒ
ドラジド類；ポリオキサジアゾン類；ポリトリアゾール
類；ポリ（ベンズイミダゾール）；ポリカルボジイミド
類；ポリホスファジン類など、そして上記からの繰り返
し単位を含んでいるブロックインターポリマー類を含む
インターポリマー類、並びに上記のいずれかを含んでい
るグラフト物およびブレンド物などから選択され得る。
置換ポリマー類を与える典型的な置換基には、ハロゲン
類、例えばフッ素、塩素および臭素など；ヒドロキシ
基、低級アルキル基；低級アルコキシ基、単環状アリー
ル；低級アシル基などが含まれる。このポリマーは改質
剤、可塑剤、充填材などを含んでいてもよい。

【００４３】通常は、該膜束の少なくとも１つの末端近
くにチューブシートを生じさせる一方、チューブシート
もしくはエンドシートを、有利に、これらの繊維の反対
側末端近く存在させる。運転中、このチューブシートと
エンドシートまたはこれらのチューブシート類は、密封
様式で該ハウジングとかみ合っている。このチューブシ
ートとエンドシートは該ハウジングと一緒になって、膜
の外側の空間、典型的には環状空間を限定しており、こ
れは直接には該膜とはつながっていない。

【００４４】このチューブシートを生じさせる目的で用
いられる埋め込み用材料は、如何なる適切な材料で作ら
れていてもよい。有利に、本発明は、この埋め込み用材
料として幅広い範囲の材料を用いることを可能にするも
のである。好適には、この埋め込み用材料は、該チュー
ブシートを製造している間は本質的に液状形態でありそ
してその後例えば冷却、硬化などを行うと固化し得るも
のであってもよい。この固化した埋め込み用材料は、流
体の分離操作を行っている間にそれが暴露される部分に
対して比較的不活性である必要がある。

【００４５】この埋め込み用材料は、有機物であるか、
無機物であるか、或は無機材料が入っている有機物であ
ってもよく、そしてこの埋め込み用材料は天然物または
合成物であってもよい。典型的な無機材料にはガラス、
セラミック、サーメット、金属などが含まれる。便利
に、この埋め込み用材料は固化し得る樹脂で出来てい
る。典型的な樹脂には、フェノールアルデヒド樹脂、メ
ラミン−アルデヒド樹脂、熱硬化性人工ゴム、アクリル
系樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリスルフィド
類、アセタール類、セルロース系、フルオロカーボン
類、ビニル類、スチレン類、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、並びに他のオレフィン系不飽和モノマー類などが
含まれる。特に魅力的な埋め込み用材料は、エポキシ樹
脂、好適には例えばレゾルシノール、カテコール、ヒド
ロキノン、フロログルイシン、４，４’−ジヒドロキシ
ベンゾフェノン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニ
ル）エタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）
プロパン（ビスフェノールＡ）、ビス（２−ヒドロキシ
ナフチル）メタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェ
ニル）ブタン、４，４’−ジヒドロキシフェニルフェニ
ルスルホン、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ブタンジオール、ペンタンジオール、イソペンタン
ジオール、オレイン酸の二量体酸、ポリ（オキシプロピ
レン）グリコール、２，４，４’−トリヒドロキシビス
フェニル、２，２’−４，４’−テトラヒドロキシビス
フェニル、ビス−レゾルシノールＦ、２，２’−４，
４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、１，１−ビス
（ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、ビスフェノー
ルヘキサフルオロアセトン、アニリン、パラアミノフェ
ノール、イソシアヌレート、シアヌール酸クロライド、
ヒダントイン、テトラフェニレンエテン、フェノール−
ホルムアルデヒドノボラック、ｏ−クレソン−ホルムア
ルデヒドノボラック、脂環式エポキシ樹脂などから誘導
される１種以上のジグリシジルエーテルを含んでいるポ
リグリシジル樹脂から得られるエポキシ樹脂である。こ
れらの樹脂は、ヒドロキシルまたはハロゲン部分、例え
ばフッ素、塩素および臭素などで置換されていてもよい
（例えば四臭素化ビスフェノールＡ）。

【００４６】通常、硬化剤を用いてこのエポキシを硬化
させる。硬化剤は本技術分野でよく知られている。該埋
め込み用材料は、他の成分、例えば可塑剤、接着促進
剤、硬化促進剤、増粘剤、染料および顔料などを含んで
いてもよい。

【００４７】本発明の分離用装置は、有利に、気体混合
物からの酸素、窒素、メタンまたは水素の分離を含む気
体／気体、液体／液体または液体／固体分離を包含する
流体分離で用いられ得る。加うるに、本発明の分離用装
置は、中空繊維膜に関連させて記述してきたが、しかし
ながら、他の膜装置、例えば螺旋状に巻かれている膜な
どでも有効性を示す。

【００４８】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。

【００４９】１． １．膜の１つ以上の束；および ２．この束または束類を取り巻いていると共にこの束ま
たは束類の回りに流体用環状空間を与えており、そして
チューブシートが備わっているこの束の各々の末端にお
いて流体が漏らない関係でそこに密封されている、ハウ
ジング、を具備し、ここで、上記ハウジングが該束また
は束類の回りに再閉可能様式で取り付けられている、分
離用装置。

【００５０】２． 該ハウジング材料が、膨張させたポ
リスチレン、膨張させたポリウレタン、膨張させたポリ
エチレン、ファイバーグラス、アスベスト類、グラファ
イト、木またはそれらの混合物から成る群から選択され
る第１項の分離用装置。

【００５１】３． 該膜が中空繊維膜である第１項の分
離用装置。

【００５２】４． 該装置を気体分離方法で用いる第１
項の分離用装置。

【００５３】５． 更に、 １．透過部分が該膜を通過しそして非透過部分がその膜
を通過しないように、流体混合物を該装置に導入するた
めの手段； ２．該流体混合物の非透過部分を該装置から取り出すた
めの手段；および ３．該流体混合物の透過部分を該装置から取り出すため
の手段；が備わっている第１項の分離用装置。

【００５４】６． 該環状空間が不均一である第１項の
分離用装置。

【００５５】７． 該環状空間が非筒状である第１項の
分離用装置。

【００５６】８． 該不均一な環状空間が、該ハウジン
グ片の内部表面に取り外し可能様式で固定されている挿
入物で限定されている、第６項の分離用装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】再閉可能包装／ハウジングが備わっている分離
用装置の分解図である。

【図２】分離用装置の１つの末端の断面図である。

【図３】膜の束の回りの不均一な環状空間を作り出すシ
ムを示す、本分離用装置の代替具体例が有する１つの末
端の断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジエイムズ・ベイヤード・ウオーカー アメリカ合衆国デラウエア州19803ウイル ミントン・バーウイツクロード615

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １．膜の１つ以上の束；および ２．この束または束類を取り巻いていると共にこの束ま
   たは束類の回りに流体用環状空間を与えており、そして
   チューブシートが備わっているこの束の各々の末端にお
   いて流体が漏らない関係でそこに密封されている、ハウ
   ジング、を具備し、ここで、上記ハウジングが該束また
   は束類の回りに再閉可能様式で取り付けられている、分
   離用装置。