JPH06262064A - 気体若しくは液体の濾過、分離、精製用又は接触変換用モジュール - Google Patents

気体若しくは液体の濾過、分離、精製用又は接触変換用モジュール

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JPH06262064A
JPH06262064A JP5262424A JP26242493A JPH06262064A JP H06262064 A JPH06262064 A JP H06262064A JP 5262424 A JP5262424 A JP 5262424A JP 26242493 A JP26242493 A JP 26242493A JP H06262064 A JPH06262064 A JP H06262064A
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ダニエル・ガルスラ
Edouard Toujas
エドウアール・トウジヤ
Jacques Gillot
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SERAMIKU TECHNIC SOC
Societe des Ceramiques Techniques SA
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 汚染を発生させずに高温での使用が可能であ
り且つモジュールにかかる熱応力、機械応力及び化学応
力に耐えることのできる気体若しくは液体の濾過、分
離、精製用又は接触変換用モジュールを提供する。 【構成】 本発明のモジュールは、 −実質的に円筒形のハウジング１３と、 −少なくとも一方の端部５が実質的に円筒形であり、且
つその軸がハウジング１３の軸と平行である少なくとも
１つの硬質の要素４と、 −弾性変形性リングの形状であり且つ一方がハウジング
１３に固定され、他方が前記要素４の前記端部５に結合
された少なくとも１つの金属部品６とを備え、前記リン
グ６と前記要素４の前記端部５との結合がフープ嵌合で
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、精製用の又は分離、濾
過若しくは接触変換膜を有する少なくとも１つの硬質処
理要素をハウジング内に含んでいる気体若しくは液体の
濾過、分離、精製用又は接触変換用モジュールに関す
る。このようなモジュールは、液体を濾過、分離又は精
製するために使用され得るが、特に、例えば半導体の製
造に使用する気体の濾過又は精製に適用される。
【０００２】
【従来の技術】この型のモジュールは、 −一般に円筒形であり且つ溶接によって結合された１つ
以上の部品を含む金属エンベロープ、即ちハウジング
と、 −管状であるか、米国特許第４，０６９，１５７号に記
載の如き多管型であるか又は米国特許第４，７８１，８
３１号に記載の如きハネカム型である１つ以上の硬質処
理要素 とを含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特に半導体の製造に使
用する気体の濾過又は精製用途では、モジュールアセン
ブリは、 −使用（例えば熱サイクル及び脱ガス（ｄｅｇａｚａｇ
ｅ））に関係する熱応力、 −例えば数百バールになり得る気体の処理における耐圧
機械応力、 −処理流体（例えば集積回路の生産で、特にエッチング
で使用するＨＣｌ、塩化物、臭化物又は他の腐食性ガ
ス）による腐食 に耐えることができねばならない。
【０００４】更には、電子工業では極度の清浄性を必要
とするために、特にモジュールによる汚染粒子拡散の危
険性があってはならない。
【０００５】このようなモジュールは、流体処理のため
に、又は１つ以上の処理要素の洗浄若しくは再生のため
に、室温から数百℃の温度で作動できねばならない。温
度変動の作用下では、要素とハウジングとの間に膨張差
が生じる。この膨張差は、処理要素の長さが約１メート
ルのときで数ｍｍに達し得る。要素−ハウジングの結合
は、このような膨張差を補正するために変形できるよう
十分にフレキシブルでなければならない。
【０００６】公知のある組立てでは、要素−ハウジング
は、ポリマーガスケット又は弾性ガスケット、例えばＰ
ＴＦＥ、ＥＰＤＭ、シリコーン等のガスケットを介して
結合され得る。この場合、要素とハウジングとの膨張差
を補正するためにガスケットの弾性を用いる。
【０００７】この方法は高温での使用には適さない。何
故ならば、ポリマー又はエラストマーは明らかに物理化
学的崩壊及び機械的崩壊を生じるからである。更には、
これらの化合物は経時的に老化し且つクリープを起こ
す。
【０００８】更には、要素の端部に置かれた１つ以上の
金属部品、即ちリングを介して１つ以上の要素がハウジ
ングと結合されるモジュールが知られている。これらの
部品の各々は、ろう付け又はガラス（若しくはエナメ
ル）によって、一方が金属エンベロープに、他方が処理
要素の端部にしっかりと固定される。これらの方法には
重大な欠点がある。
【０００９】一方では、ろう付けは一般に、通常集積回
路のエッチングに使用されているＨＣｌ、塩化物、臭化
物等のような気体に対して良好な耐蝕性を示さない。
【００１０】他方では、良好な耐蝕性を示すガラスは一
般に、低温で融解し得る成分を組成物中に含まないガラ
スである。従って、これらのガラスは高温で融解する。
従って、このようなガラスを用いてモジュールを組み立
てるには、モジュールのアセンブリを高温にせねばなら
ない。処理要素（濾過層、触媒等）又はリングの金属を
損なう危険性があるために、これは常に可能というわけ
ではない。更には、ハウジング又はリングのガラスと金
属とをうまく結合するには一般に、金属面を予め酸化す
る必要がある。これは、例えば半導体製造の用途に課さ
れる超清浄性の要件に適合しない。最後に、このガラス
による方法はコストがかかる。何故ならば、この方法
は、大型の加熱手段と複雑な方法とを必要とするからで
ある。
【００１１】本発明の目的は、汚染を発生させずに高温
での使用が可能であり且つモジュールにかかる熱応力、
機械応力及び化学応力に耐えることのできる濾過モジュ
ールを製造することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、 −実質的に円筒形の金属製エンベロープ、即ちハウジン
グと、 −セラミック、炭素、焼結ガラス及び焼結金属の中から
選択された稠密材料又は多孔質材料からなり、少なくと
も一方の端部が実質的に円筒形であり、且つその軸がエ
ンベロープの軸と平行である少なくとも１つの硬質の処
理要素と、 −弾性変形性リングの形状であり且つ一方がハウジング
に固定され、他方が前記要素の前記端部に結合された少
なくとも１つの金属部品とを備え、 前記リングと前記要素の前記端部との結合が熱フープ嵌
合又は機械フープ嵌合であり、前記リングが前記端部上
にフープ嵌合されるか又はその逆になる（逆フープ嵌
合）ことを特徴とする気体若しくは液体の濾過、分離、
精製用又は接触変換用モジュールに関する。
【００１３】フープ嵌合は、嵌合させるべき部品の外径
よりも縮み代と称する量だけ小さい内径を有するフープ
内に部品をスリーブ継合させることである。フープ嵌合
又は焼嵌めによるこの結合方法には、有機結合剤も無機
結合剤も不要であるという利点がある。
【００１４】熱フープ嵌合は例えば、リングを加熱膨張
させてから、リング内に要素をスリーブ継合させること
である。機械フープ嵌合、即ち圧力嵌めは例えば、プレ
スを用いてリング内に要素を冷間嵌入させることであ
る。
【００１５】リング内への要素の熱フープ嵌合の利点
は、モジュールの使用温度が金属の緩和温度よりも低く
（即ちこの温度以下であれば、金属は弾性状態のままで
ある）、且つ金属と要素端部との熱膨張が縮み代を相殺
する温度よりも低い限り、締め付けが存在することであ
る。
【００１６】リングは、要素の実質的に円筒形の表面に
半径方向の締付け力を加える。この締付け力は非常に大
きいので、要素上でのリングの相対移動は不可能であ
る。締付け力の強さは円筒面の幅に関係している。半径
方向の締付け力は、リングと処理要素との接触面の幅を
変えて調整され得る。即ち接触域が広くなると、締付け
が強くなるが、リングの縦方向のフレキシビリティが変
わることはない。
【００１７】リングと要素とが結合すると、リングは要
素に対して相対移動し得ない。実際には、摩擦運動が粒
子を発生させる。ところで、本発明の目的のひとつは、
特に粒子の発生による不純物の導入を生じることなく、
極めて純粋な流体の処理のためにモジュールを使用でき
ることである。
【００１８】変形例によれば、前記要素と前記リングと
の結合は、機械フープ嵌合、即ちＭｏｒｓｅテーパの圧
力嵌めによって行う。端部の形状が僅かに円錐形（逓減
率≦５％）のＭｏｒｓｅテーパ型能動要素は、同一形状
に加工されたリングに結合される。
【００１９】好ましくは、前記リングは弾性変形し得
る。その結果、リングは金属製ベローズのように挙動し
て、モジュールの縦軸に対して僅かに平行方向に変形し
得る。処理要素が、機械的に脆い材料（セラミック、ガ
ラス、炭素）からなる場合、ベローズ形状のリングを取
付けると、リングの弾性によって、ハウジングが受ける
任意の衝撃から要素が保護される。
【００２０】前記リングは、ステンレス鋼、ＰＥＣＨＩ
ＮＥＹ社製ＴＡ６Ｖ型チタン合金、ニッケル含量の多い
合金（例えばＩＭＰＨＹ社製Ｎ４２若しくはＤｉｌｖｅ
ｒ（Ｐ０若しくはＰ１）又はＷＥＳＴＩＮＧＨＯＵＳＥ
社製Ｋｏｖａｒ）及び“ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ”の登録商
標で知られている合金の中から選択された材料で製造さ
れる。膨張率、高い応力緩和温度及び耐蝕性のために、
これらの合金を選択する。
【００２１】第１の実施態様によれば、前記リングは、
前記ハウジングの壁内に加工された凹部に前記リングの
外側縁部を嵌入させ、前記ハウジングの内面に融解金属
区域を発生させないで、前記ハウジングの壁の厚さの一
部分及び前記リングの外側縁部を融解して行われる溶接
によって、前記ハウジング上に固定される。
【００２２】好ましくは、リングとハウジングの１つ以
上の部品とはＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接に
よって接合される。タングステン電極と溶接すべき部品
のアセンブリとは、接合すべきハウジングの軸の周りの
回転運動によって互いに移動する。それによって、壁の
厚さ（５ｍｍ〜７ｍｍ）に対する融解領域の深さ（約４
ｍｍ）を調整することができる。幅広の（約０．５ｍ
ｍ）の溶接ビードが得られる。
【００２３】第２の実施態様によれば、前記リングは、
前記ハウジングの壁内に加工された凹部内に前記リング
の外側縁部を嵌入させ、前記リングの外側縁部を融解さ
せず、融解区域の収縮で前記縁部を締付け、また前記ハ
ウジングの内面に融解金属区域を発生させないで、前記
ハウジングの壁の厚さの一部分を融解して行われる溶接
によって、前記ハウジング上に固定される。
【００２４】溶接部分を収縮させてリングを締付ける
と、ハウジングとリングとの間で、機械的に非常に堅固
で、完全に密封された結合が実現される。
【００２５】この方法は、モジュールを組立てるのに、
リングが２つあれば２回の溶接で十分であり、リングが
１つしかなければ、１回の溶接で十分であるという利点
を有する。
【００２６】本発明のモジュールの利点は、接続部分が
密閉されるようにアセンブリが設計されていることであ
る。これは、リングとハウジングとの間の結合だけでな
く、部品寸法の狭い許容差及び部品の小さい表面荒さに
よって密封されている要素（又はその接続部品）とリン
グとの結合に関係する。
【００２７】リングとハウジングとは更に、圧延又はリ
ング上へのハウジングのフープ嵌合によって結合され得
る。
【００２８】変形例によれば、前記要素の少なくとも一
方の端部が、前記要素上に固定された接続部品を介して
前記リングに接続される。前記接続部品は実質的に円筒
形であり、且つ前記接続部品の機能に応じて、多孔質材
料及び稠密材料の中から選択された材料からなる。
【００２９】以下の場合、接続部品が存在する必要があ
る： −要素が中実接続部品によって完全に閉鎖されることが
所望されるか、側壁を通じての好ましい流体通路を設け
るために要素が例えば微細孔質接続部品を使用して部分
的に閉鎖されねばならないか、又は管状接続部品を用い
てモジュールの入口オリフィス又は出口オリフィスの一
方と内管とを連通させるように要素の内側形状を適合さ
せるために、処理要素の端部がモジュールの出口オリフ
ィスと直接連通し得ないとき； −要素の機械的特性がフープ嵌合を実施するには不十分
なとき：この場合接続部品は、要素と同種又は異種の稠
密材料又は多孔質材料からなり且つフープ嵌合を実施し
得るのに十分な機械耐性を有する； −要素の外側形状がフープ嵌合作業に適さないとき：こ
の場合、接続部品はリングの形状に対応する円筒形又は
僅かに円錐形の支え面を有さねばならない。
【００３０】接続部品は、結合剤を用いない結合によっ
て（熱フープ嵌合、圧力嵌め、圧延等）によって又は高
温で融解し得るガラス若しくはエナメルを用いて処理要
素上に固定される。この場合、要素に損傷を与えずにガ
ラスを使用することができる。何故ならば、要素と接続
部品との結合は一般に、要素支持体が例えば膜又は触媒
材料によって被覆される前に行われるからである。高温
ガラスのみが、汚染を発生させない高温での使用を可能
とする特性を有する。この特性によって、ガラスは、モ
ジュールにかかる熱応力、機械応力及び化学応力に耐え
ることができる。
【００３１】改良例によれば、前記要素は、処理すべき
流体のある成分（例えば不純物）と化学反応して、これ
らを固定又は変性させ得る化合物を含んでいる。
【００３２】第１の実施態様によれば、前記モジュール
は、滅菌型膜及び疎水性表面を有し、且つ孔の平均直径
が０．８μｍ以下の多重管処理要素を備えている。
【００３３】第２の実施態様によれば、前記モジュール
は、多孔質材料からなり、且つ前記要素と同種の材料か
らなる稠密材料製の接続部品を各端部に有する処理要素
を備えている。前記接続部品は、ニッケル含量の多い合
金の中から選択した合金製のリングにフープ嵌合によっ
て結合される。前記リングは、内部が電解研磨されたス
テンレス鋼製ハウジングに溶接される。
【００３４】第３の実施態様によれば、前記モジュール
は、ハネカム型及び多重管型の中から選択した、壁が触
媒材料で被覆された稠密材料製の処理要素を備えてい
る。
【００３５】本発明のモジュールは、熱サイクルを用い
て又は用いないで、広範囲の温度、特に高温（数百℃）
で使用できるという利点を有する。本モジュールには更
に、経時的に又は使用条件によって生じる熱応力、機械
応力又は化学応力の作用下で崩壊し得る有機結合剤も無
機結合剤も不要であるという利点がある。
【００３６】最後に、本発明のモジュールの他の利点
は、厄介な不純物（例えば有機材料、水蒸気又は処理す
べき気体に任意に含まれ得る微粒子固体）を固定して、
放出し得る材料がモジュールの内面にないことである。
この利点は、モジュールが非常に純粋な気体を処理せね
ばならない用途で特に貴重である。
【００３７】本発明のモジュールは、電子工業、化学工
業、医薬工業及び食品工業の多数の用途に適している。
【００３８】
【実施例】添付図面を参照して、以下の例示的且つ非制
限的な実施例の説明を読めば、本発明の他の特徴及び利
点が明白となろう。
【００３９】本発明の硬質の要素を含む濾過モジュール
を図１に示す。この濾過モジュールは以下の要素を含ん
でいる。
【００４０】−溶接によって結合された複数の部品１，
２，３からなる円筒形ハウジング１３。
【００４１】−多孔質壁１８によって限定された内管１
６を有する管状の処理要素４。この要素の端部１４，１
５は、円筒形支え面９を含む接続部品５，８を備えてい
る。接続部品５は中実であり且つ要素４の内管１６を閉
鎖し、接続部品８は内管１６の軸内にオリフィス１７を
有する。
【００４２】−２つの金属部品６，７、即ちリング。こ
れらの部品の各々は本発明に基づいて一方がフープ嵌合
によって処理要素の接続部品５，８に、他方が溶接によ
ってハウジング１３にしっかりと固定される。２つのリ
ングの一方６は、流体の通過を可能とするオリフィス１
０を含んでいる。
【００４３】処理すべき流体は、モジュールの各端部
で、管１６の軸内に位置するオリフィス１１，１２によ
って出入りする。
【００４４】この型のモジュールでは、処理すべき流体
は、処理要素４の外側側面から管１６の内面に流れる。
流体は以下のように循環する。流体はモジュール端部の
オリフィス１２から貫入し、リング６のオリフィス１０
を通過して、要素４の外側側面に沿って循環し、要素４
の壁１８を貫通して、内管１６内を要素４の端部１４の
方に循環し、オリフィス１７、次にオリフィス１１を通
って、モジュールの他方端部に出る。
【００４５】図２は、図１のハウジング−リング−処理
要素の結合部分の拡大図である。処理要素４は、端部１
５で接続部品５を担持する中央能動部分を含んでいる。
リング６は、接続部品５上に位置する円筒形支え面９を
フープ嵌合によって締め付ける。リング−ハウジング接
合部は、ハウジング１３側面の部品２と部品３との接合
部に位置する。
【００４６】リング６をハウジング１３上に以下のよう
に固定する（図３及び図４参照）。リング６の外側縁部
ＧＥＦＨが、溶接前の部品を示す図３に示すようにハウ
ジング内に正確に嵌入するように、ハウジング１３の部
品２，３内に凹部１９を加工する。
【００４７】図４で分かるように、ハウジング１３の部
品２，３の厚さの一部分のみを融解し且つリング６の外
側縁部ＥＦのみを融解するように外側から溶接する。融
解区域はＪＭＮＫで示す。
【００４８】融解区域が凝固すると、収縮して、リング
６の縁部が強く締付けられる。厚さＭＮ又はＰＱは、リ
ング６の最初の厚さＥＦ又はＧＨよりも顕著に小さくな
る。溶接部分が収縮して、リングを締付けると、ハウジ
ング１３とリング６との間で機械的に非常に堅固で、完
全に密閉された結合が実現される。
【００４９】溶接作業中にハウジング１３内部に融解金
属の自由面２０が生じないように、リング−ハウジング
を結合する。この方法は、この作業中における金属粒子
の放出及び捕集した粒子の拡散を防止すると共に、作業
中に蒸発した金属の凝縮による溶接区域周辺面の状態の
変化を防止するという利点を有する。最後に、この方法
によって、融解区域をハウジング１３の壁の厚さの外側
部分に、即ち５〜７ｍｍの壁の全厚に対して約４ｍｍに
限定することができる。
【００５０】ハウジング１３の内面が特殊な特性を有す
る場合（表面が電解研磨、不動態化、クロムめっきされ
ている等）、これらの処理を溶接前の部品で実施するこ
とができる。溶接後に、ハウジング１３の内面全体は尚
このような特性を示すが、他の方法に従って結合され
る、このリング６を含まない公知のモジュールのハウジ
ングは内面上に、融解した後、再度凝固した金属帯を有
する。処理要素４を除いて、モジュールの他の全ての部
品は、モジュールの全ての内面が研磨されるように、金
属部分が電解研磨されている場合は固体粒子を拡散させ
ないように、不動態化している場合は腐食に耐えるよう
に製造され得る。
【００５１】このモジュールの一実施例によれば、 −ハウジング１３は内部が電解研磨された３１６Ｌステ
ンレス鋼製である。
【００５２】−単管処理要素４は、長さが２〜２０ｃｍ
で、孔の平均直径が０．１μｍのアルミナ層（ＳＣＴの
Ｍｅｍｂｒａｌｏｘ Ｐ１９−４０）で被覆されたセラ
ミック（アルミナＡｌ2Ｏ3）製の気体フィルタ型であ
り、ガラスで接着された稠密アルミナ製接触部品５，８
を各端部に備えている。
【００５３】−ベローズ形状の各リング６，７は、４１
％のニッケルと５９％の鉄とを含む合金（ＩＭＰＨＹ社
製Ｎ４２）からなり、図２に示す変形例に従ってハウジ
ング１３に溶接される。
【００５４】主な特徴は以下の通りである： ＊セラミック製接触部品の円筒形支え面の外径：２２．
０８４ｍｍ±０．００２ｍｍ； ＊アルミナの膨張率：７・１０-6／℃； 円筒形支え面上でのセラミックの表面荒さ：Ｒａ＝１．
１〜１．３μｍ（Ｒａは凹凸の算術平均差（ｅｃａｒｔ
ｍｏｙｅｎ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｑｕｅ ｄｅｓ ａ
ｓｐｅｒｉｔｅｓ）である）； ＊円筒形支え面の幅：３ｍｍ； ＊アルミナ製接触部品の結合温度：２０℃； ＊Ｎ４２製リングの円筒形支え面の結合前の冷間内径：
２２．０５０ｍｍ±０．００３ｍｍ； ＊Ｎ４２製リングの結合時での熱間内径：２２．０９０
ｍｍ； ＊リングの円筒形支え面の表面荒さ：Ｒａ＝１．７５μ
ｍ； ＊Ｎ４２合金の膨張率：５・１０-6／℃； ＊Ｎ４２合金の応力緩和温度：５００℃以上； ＊リングの結合温度：３５０℃； ＊モジュールの作動温度：約４５０℃； ＊ハウジングの円筒形部分の内径：４３ｍｍ； ＊ハウジングの円筒形部分の外径：５３ｍｍ； ＊溶接前のリングの外径：４４．６ｍｍ。
【００５５】ハウジング１３の部品２、３とリング６と
を、図３に示すように溶接のために結合する。ＧＥ＝Ｈ
Ｆ＝０．８ｍｍ、ＥＦ＝ＧＨ＝０．４５ｍｍ。溶接後
（図４）、これらの値はＰＭ＝ＱＮ＝０．６ｍｍ、ＭＮ
＝ＰＱ＝０．３７ｍｍとなる。
【００５６】モジュールの評価試験を実施する。その結
果を以下に示す： ＊リングを接続部品から引き離す力（２０℃）：３７０
０Ｎ； ＊空気漏れ試験：ハウジング内部は真空であり、モジュ
ールを２０℃〜４００℃で５０回の熱サイクルにかける
と以下の結果が得られる： −熱サイクル前：５・１０-6ａｔｍ・ｃｍ3・ｓ-1 −熱サイクル後：６・１０-7ａｔｍ・ｃｍ3・ｓ-1 熱サイクル前と後での漏れ値のこの差は大きくはない。
【００５７】＊粒子残留試験。凝縮領域において粒子カ
ウンタ（ＴＳＩ社製ＣＮＣ型３０２２）で測定する。５
分間の試験中に０．０１μｍを越える粒子は通過せず、
フィルタ内の空気流量は９ｃｍ3／秒であった。
【００５８】図１に示すような本発明のモジュールを使
用して、以下のものを製造することができる： −気体、特に腐食性ガス用フィルタ又は半導体、特に集
積回路の製造に使用する液体用のフィルタ； −気体又は液体用精製器； −長さ約１ｍの複数の要素を含む、より大型寸法の気体
用分離器、精製器又はフィルタ； −発酵器内の液体上に位置する気体と外気とを微生物を
通さないように連絡し得る発酵器の通気口。この場合、
能動要素は多管型であり、膜は滅菌型でなければならな
い（孔の平均直径≦０．８μｍ）。膜は好ましくは、凝
縮する水蒸気が気体の通過を妨げないように疎水性表面
を有さねばならない； −孔内に固定された化学薬剤又は触媒を含み、且つ特に
気体又は液体を精製するために、孔を貫通する気体又は
液体をこれらの化学薬剤又はこれらの触媒と反応させて
処理するための多孔質装置。
【００５９】これらのフィルタ又はこれらの多孔質要素
は膜型であり、即ち孔の粗い支持体と、１つ以上の微細
孔層とからなっている。
【００６０】図５はハウジング−リング結合の他の変形
例を示す。リング６の外側縁部ＥＦを融解させずに、ハ
ウジング１３の部品２，３の厚さの一部分のみを融解す
るように外側から溶接する。融解区域はＪＫＬで示す。
融解区域が収縮すると、リングが押圧された状態で維持
され、凹部１９は締付けられる。
【００６１】図６及び図７には、リング−ハウジングの
接合位置の変形例を示した。
【００６２】第１の変形例によれば、リング６６は、ハ
ウジング６１３の横断面である、モジュール端部の部品
６２と部品６３との接合部分に溶接される（図６）。
【００６３】第２の変形例によれば、リング７６は、ハ
ウジング７１３の横断面と側面との交差部分である部品
７２と部分７３との接合部分に溶接される（図７）。
【００６４】図８は、壁８１８によって限定される内管
８１６を備えた処理要素８４を含むモジュールを示す。
各端部８１４，８１５はそれぞれ、各リング８７，８６
に結合されている。リング８６，８７は、処理要素８４
の円筒形支え面８９に直接フープ嵌合される。リング８
６，８７は、ハウジング８１３の横断面上の、モジュー
ルの軸内の入口オリフィス８１１及び出口オリフィス８
１２のところで溶接される。更には、ハウジング８１３
は、側面に置かれた第２の出口オリフィス８００を有す
る。
【００６５】この型のモジュールは接線濾過の原理に基
づいて作動する。流体は矢印に従って図８に示す経路を
たどる。処理すべき流体は、要素８４の端部８１４と連
通するオリフィス８１１からモジュール内に入り、表面
が分離膜で被覆されているか又は分離膜のしみ込んだ内
管８１６内に貫入する。流体はそこで２つの流れに分か
れる。流体画分は以下の経路をたどる。要素８４の内管
８１６の内面に対して接線方向に循環し、膜との交換
（ｅｃｈａｎｇｅ）後に要素８４の壁８１８を貫通し、
要素８４の外側側面に沿って循環し、ハウジング８１３
の壁内のオリフィス８００から外に出る。他の部分の流
体は、要素８４の他方端部８１５の方に循環し、オリフ
ィス８１２からモジュールの外にでる。
【００６６】処理要素８４は微細孔膜（孔の平均直径：
１ｎｍ）で被覆された多孔質炭素製の円筒型である。処
理要素の端部８１４，８１５はガラス化炭素で被覆され
且つそれぞれリング８７，８６にフープ嵌合によって結
合される。ベローズ形態のリング８６，８７はＰＥＣＨ
ＩＮＥＹ社のＴＡ６Ｖ型チタン合金であり、更にアルミ
ニウム６％及びバナジウム４％を含んでいる。熱機械特
性及びＮａＣｌを含まない媒体での良好な耐蝕性のため
にこの材料を選択する。ハウジング８１３は同一組成で
あり、そのため、腐食の問題が解決され、且つ溶接によ
るリング−ハウジングの結合が容易になる。
【００６７】各リング及び要素の主要特性は以下の通り
である： ＊２０℃での要素のガラス炭素製円筒形支え面の外径：
３２．０００ｍｍ±０．００３ｍｍ； ＊炭素の膨張率：５・１０-6／℃； ＊精留（ｒｅｃｔｉｆｉｅ）ガラス炭素製の円筒形支え
面の表面荒さ：Ｒａ＝０．２μｍ； ＊ガラス炭素製円筒形支え面の幅：４ｍｍ； ＊ガラス炭素製端部の結合温度：２０℃； ＊２０℃でのＴＡ６Ｖリングの円筒形支え面の内径：３
１．９３０ｍｍ±０．００３ｍｍ； ＊結合前のリングの円筒形支え面の表面荒さ：Ｒａ＝
０．５μｍ； ＊ＴＡ６Ｖ合金の膨張率：１０・１０-6／℃； 弾性限界：９００ＭＰａ； ＊応力緩和温度：７３０℃； ＊リングの結合温度：２７０℃； この結合の主要特性は以下の通りである： ＊接続部品−リングの結合を引き離す力（２０℃）：５
０００Ｎ以上； ＊最高使用温度：４００℃；この値を超えると、密封性
及び機械耐性のために必要な機能を果たすには、締め付
け応力が不十分になる。
【００６８】膜の焼結温度に比べて比較的低温で実施さ
れるフープ嵌合によるこの結合方法は、要素を被覆する
層又は膜を変化させないという利点がある。スクープ金
属型又はセラミック型の溶融材料噴付けのような方法を
使用すると、炎によって伝熱が生じるので、このような
変化が生じ得る。
【００６９】この型のモジュールでは、気体又は液体分
離用の膜分離器を製造することができる。このモジュー
ルは、接線濾過の原理に基づけば、超臨界温度条件（約
２３０℃）及び超臨界圧力条件（約２５バール）下で重
油又は残留物中のアスファルテン抽出に特に適してい
る。このモジュールは更に、０．２μｍの膜で被覆され
た要素による同一の接線濾過原理に基づいて、クラッキ
ング用触媒を再生するために使用される。温度及び圧力
の作動条件は前述した場合よりも著しく高い。
【００７０】図９は、リング９６を処理要素９４の端部
９１５の円筒形支え面９９上にフープ嵌合させて実施す
るハウジング−リング−要素の結合の変形例を示す。こ
のリング９６は、部品９２上に溶接されて、モジュール
の軸内に位置するオリフィス９１２でハウジング９１３
の横断面を構成する。
【００７１】リング９６がオリフィス９１２の横断面上
でハウジング９１３に結合される図９に示す結合の他の
変形例によれば、要素の端部によって担持された接続部
品上にリングをフープ嵌合されて、ハウジングと複数の
処理要素とを結合する。これらのリングは、ハウジング
の横断面として機能する穿孔板上に溶接されるか又は圧
延される。この結合は、長さ約１ｍの要素を複数含んで
いる、大型寸法の気体分離器、精製器又はフィルタに適
用される。
【００７２】図１０は多孔質壁１１８を含む管状要素１
０４を備えた気体精製器を示す。管状要素の内管１１６
は、気体のある不純物と化学反応して、これらを固定又
は変性させる成分１００を含んでいる。要素１０４の各
端部１１４，１１５は円筒形支え面１０９を含み、支え
面上には、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ２２ベローズ形状の
リング１０７，１０６がフープ嵌合によって固定され
る。リング１０７は、気体を通過させるためのオリフィ
ス１１９を有する。これらのリング１０６，１０７は、
同じＣ２２材料からなるハウジング１１３に溶接され
る。モジュールの軸内には、気体の入口オリフィス１１
２と出口オリフィス１１１とがある。モジュール内での
気体の循環は矢印で示す。
【００７３】本発明のモジュールのこの変形例では、処
理すべき気体は、オリフィス１１２からモジュール内に
貫入し、要素１０４の内管１１６内に存在する反応媒体
１００を浄化し、要素１０４の多孔質壁１１８を貫通す
る。次に被処理気体は直接又はリング１０７のオリフィ
ス１１９を貫通した後にオリフィス１１１からモジュー
ルの外に出る。
【００７４】各リング及び要素の主要特性は以下の通り
である： ＊要素の孔の平均直径：１２μｍ； ＊要素の円筒形支え面の外径：３２．０００ｍｍ±０．
００３ｍｍ； ＊アルミナの膨張率：７・１０-6／℃； ＊円筒形支え面の表面荒さ：Ｒａ＝０．８μｍ； ＊円筒形支え面の幅：５ｍｍ； ＊セラミック製要素の結合温度：２０℃； ＊２０℃でのＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ２２製リングの内
径：３１．９１０ｍｍ±０．００３ｍｍ； ＊結合前のリングの円筒形支え面の表面荒さ：Ｒａ＝
０．４μｍ； ＊Ｃ２２の膨張率：１４・１０-6／℃； ＊リングの結合温度：２５０℃； ＊最高使用温度：３５０℃；この値を超えると、締付け
応力が不十分になる。
【００７５】設計の異なる気体精製器を図１１に示す。
反応性成分５００は、多孔質要素５０４の外側に含まれ
る。この要素は、多孔質壁５１８と内管５１６とを有す
る中空円筒形状である。要素５０４の各端部５１４，５
１５は接続部品５０８，５０５を備えている。接続部品
５０５は管５１６の栓として機能し、接続部品５０８
は、管５１６を、モジュールの軸内に位置する出口オリ
フィス５１１と連通させるオリフィス５１７を有する。
他方端部で同じモジュールの軸内に位置するオリフィス
５１２からモジュール内に入る。各接続部品５０５，５
０８は円筒形支え面５０９を有し、支え面上にはリング
５０６，５０７がフープ嵌合される。リング５０６は気
体を通過させ得るオリフィス５１０を有する。リング５
０６，５０７は更に、ハウジング５１３の横断面上で、
部品５１と部品５３との接合部及び部品５２と部品５３
との接合部に溶接される。
【００７６】この場合、処理すべき気体は、モジュール
のオリフィス５１２から貫入し、リング５０６のオリフ
ィス５１０を貫通し、処理要素５０４とハウジング５１
３との間の空間５０内に存在する反応性媒体５００を浄
化し、要素５０４の多孔質壁５１８を貫通し、要素５０
４の内管５１６内を循環し、オリフィス５１７を通っ
て、モジュールの出口オリフィス５１１と連通している
接続部品５０８の外にでる。
【００７７】処理要素５０４は多孔質セラミック製であ
り、接続部品５０５，５０８は稠密セラミック製であ
り、リング５０６，５０７はＨａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ２
２製である。ハウジング５１３はリング５０６，５０７
と同一材料からなる。このモジュールは更に、白金で被
覆されたアルミナ粒子からなり且つ要素５０４とハウジ
ング５１３との間の空間５０内に存在する反応性物質５
００を含んでいる。
【００７８】各リング及び要素の主要特徴は以下の通り
である： ＊２０℃での要素の円筒形支え面の外径：２０．０００
ｍｍ±０．００３ｍｍ； ＊アルミナの膨張率：７・１０-6／℃； ＊セラミック製円筒形支え面の表面荒さ：Ｒａ＝０．１
５μｍ； ＊円筒形支え面の幅：５ｍｍ； ＊セラミック製接続部品の結合温度：２０℃； ＊２０℃でのリングの円筒形支え面の内径：１９．９４
０ｍｍ±０．００３ｍｍ； ＊結合前のリングの円筒形支え面の表面荒さ：Ｒａ＝
０．２５μｍ； ＊Ｃ２２の膨張率：１４・１０-6／℃； ＊円筒形支え面の幅：５ｍｍ； ＊リングの結合温度：２７０℃。； この結合の主要特性は以下の通りである： ＊接続部品−リングの結合を引き離す力（２０℃）：５
０００Ｎ以上； ＊最高使用温度：３５０℃；この値を超えると、締付け
応力が不十分になる。
【００７９】触媒台（ｂｅｄ）の保持用多孔質膜を使用
するこのような分離モジュールは、気体の触媒反応（例
えば約１００％の転化率が得られる温度である約２６０
℃で実施されるベンゼンの水素化）の場合に使用可能で
ある。
【００８０】図１２ａ及び図１２ｂは、一方の端部２１
４が接続部品２８を担持している要素２４の場合でのリ
ング−要素結合部の拡大図を示す。
【００８１】図１２ａでは、要素２４は２つのリング２
６，２７に結合される。一方のリング２６は要素２４の
端部２１５に直接フープ嵌合され、他方のリング２７は
要素２４の端部２１４によって担持された接続部品２８
にフープ嵌合される。
【００８２】図１２ｂでは、リング２６のみが要素２４
の端部２１５に直接フープ嵌合される。
【００８３】図１３ａ及び図１３ｂは、２つの変形例に
基づく逆フープ嵌合によるリング−要素の結合の型を示
している。
【００８４】図１３ａでは、要素３４の各端部３１４，
３１５に位置する接続部品３５，３８は、各リング３
６，３７上に位置する円筒形支え面３９上にフープ嵌合
される。いわゆる逆フープ嵌合では、リング３６，３７
を、ここでは接続部品３５，３８で示すフープ内にスリ
ーブ継合する。リング３６，３７は更に、要素の軸に垂
直な方向に固定される。
【００８５】図１３ｂは、円筒形支え面３９を有し且つ
要素３４の端部３１４，３１５に置かれた接続部品３
５，３８内への２つのリング３３６，３３７の逆フープ
嵌合を示す。リング３３６，３３７は更に、要素の軸に
平行な方向に固定される。
【００８６】図１４は、内管４１６及び多孔質壁４１８
を備え、且つ僅かに円錐形状のリング４６，４７に機械
フープ嵌合によって結合される管状処理要素４４を含む
モジュールを示している。リング４６は、流体の通過を
可能とするオリフィス４１０を有する。要素４４の端部
４１４，４１５はそれぞれ接続部品４５，４８を備え、
これらの接続部品の穴はリング４６，４７と同一形状で
ある。接続部品４５は要素４４の内管の栓として機能
し、接続部品４８は、内管４１６をモジュールの出口オ
リフィス４１１に連通させるオリフィス４１７を備えて
いる。Ｍｏｒｓｅテーパ型の、即ち頂点での半角（ｄｅ
ｍｉ−ａｎｇｌｅ ａｕ ｓｏｍｍｅｔ）が約１．５度
の２つのテーパを圧力嵌めして、接続部品４５，４８を
リング４６，４７の円錐形支え面４０９にフープ嵌合さ
せる。リング４５，４８は更に、ハウジング４１３上
で、モジュールの軸内に位置する入口オリフィス４１２
及び出口オリフィス４１１のところに溶接される。
【００８７】循環を矢印で示す流体は、オリフィス４１
２から貫入し、リング４６のオリフィス４１０を貫通
し、要素４４の外側側面に沿って循環し、壁４１８を貫
通し、内管４１６をたどりながら端部４１４に向かい、
最後に接続部品４８のオリフィス４１７を通って、オリ
フィス４１１からモジュールの他方端部に出る。
【００８８】勿論、本発明は図示説明した実施例に限定
されず、本発明の範囲を逸脱することなく当業者により
多数の変形例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモジュールの概略図である。
【図２】図１に示すモジュールのハウジング−リング−
要素接合部の拡大図である。
【図３】図１のモジュールのリングとハウジングの部品
との溶接前の位置を示す図である。
【図４】図３と同一部品の溶接後の状態を示す図であ
る。
【図５】図３のハウジング−リング結合部の溶接の変形
例を示す、図４と同様の溶接後の図である。
【図６】ハウジング−リング−要素接合部の変形例を示
す、図２と同様の図である。
【図７】ハウジング−リング−要素接合部の変形例を示
す、図２と同様の図である。
【図８】接線濾過の原理を使用する本発明の分離モジュ
ールの変形例を示す図である。
【図９】図８のハウジング−リング−要素の結合の変形
例を示す図である。
【図１０】処理要素が反応性化合物を含んでいる場合の
本発明の気体精製モジュールの変形例を示す図である。
【図１１】処理要素が反応性化合物を含んでいる場合の
本発明の気体精製モジュールの変形例を示す図である。
【図１２ａ】２つのリングがある場合でのリング−要素
結合部の拡大図である。
【図１２ｂ】リングが１つしかない場合での同じリング
−要素結合部の拡大図である。
【図１３ａ】逆フープ嵌合によるリング−要素の結合を
示す図である。
【図１３ｂ】逆フープ嵌合によるリング−要素の結合の
他の変形例を示す図である。
【図１４】Ｍｏｒｓｅテーパ圧力嵌めによるリング−要
素の結合を示す概略図である。
【符号の説明】
１，１３，１１３，４１３，５１３，６１３，７１３，
８１３，９１３ ハウジング ４，２４，３４，４４，８４，９４，１０４，５０４
処理要素 ５，８，２８，３５，３８，４５，４８，５０５，５０
８ 接続部品 ６，７，２６，２７，３６，３７，４６，４７，６６，
７６，８６，８７，９６，１０６，１０７，３３６，３
３７，５０６，５０７ リング １６，１１６，４１６，５１６，８１６ 内管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 63/06 8014−4Ｄ (72)発明者 ジヤツク・ジロ フランス国、65310・ラルベール、オドス、 アンパス・ドウ・ラ・ウン・５

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 −実質的に円筒形の金属製エンベロー
    プ、即ちハウジングと、 −セラミック、炭素、焼結ガラス及び焼結金属の中から
    選択された稠密材料又は多孔質材料からなり、少なくと
    も一方の端部が実質的に円筒形であり、且つその軸がエ
    ンベロープの軸と平行である少なくとも１つの硬質の処
    理要素と、 −弾性変形性リングの形状であり且つ一方がハウジング
    に固定され、他方が前記要素の前記端部に結合された少
    なくとも１つの金属部品とを備え、前記リングと前記要
    素の前記端部との結合が熱フープ嵌合又は機械フープ嵌
    合であり、前記リングが前記端部上にフープ嵌合される
    か又はその逆になることを特徴とする気体若しくは液体
    の濾過、分離、精製用又は接触変換用モジュール。
  2. 【請求項２】 前記リングが、前記ハウジングの壁内に
    加工された凹部に前記リングの外側縁部を嵌入させ、前
    記ハウジングの内面に融解金属区域を発生させないで、
    前記ハウジングの壁の厚さの一部分及び前記リングの外
    側縁部を融解して行われる溶接によって、前記ハウジン
    グ上に固定されることを特徴とする請求項１に記載のモ
    ジュール。
  3. 【請求項３】 前記リングが、前記ハウジングの壁内に
    加工された凹部内に前記リングの外側縁部を嵌入させ、
    前記リングの外側縁部を融解させず、融解区域の収縮で
    前記縁部を締付け、また前記ハウジングの内面に融解金
    属区域を発生させないで、前記ハウジングの壁の厚さの
    一部分を融解して行われる溶接によって、前記ハウジン
    グ上に固定されることを特徴とする請求項１に記載のモ
    ジュール。
  4. 【請求項４】 前記リングが、前記要素の実質的に円筒
    形の表面に半径方向の締付け力を加え、前記締付け力の
    強さが前記表面の幅に関係することを特徴とする請求項
    １から３のいずれか一項に記載のモジュール。
  5. 【請求項５】 前記リングと前記要素との結合が、前記
    リングを前記要素に対して移動させないことを特徴とす
    る請求項１から４のいずれか一項に記載のモジュール。
  6. 【請求項６】 前記要素の少なくとも一方の端部が、前
    記要素上に固定された接続部品を介して前記リングに接
    続され、前記接続部品が実質的に円筒形であり且つ多孔
    質材料及び稠密材料の中から選択された材料からなるこ
    とを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の
    モジュール。
  7. 【請求項７】 前記接続部品が、高温で融解し得るガラ
    スによって前記要素上に接続されることを特徴とする請
    求項６に記載のモジュール。
  8. 【請求項８】 前記リングと前記要素との結合がＭｏｒ
    ｓｅテーパの機械フープ嵌合によって行われることを特
    徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のモジュ
    ール。
  9. 【請求項９】 前記リングが、ステンレス鋼、チタン合
    金、ニッケル含量の多い合金及び“ＨＡＳＴＥＬＬＯ
    Ｙ”の登録商標で知られている合金の中から選択された
    材料で製造されることを特徴とする請求項１から８のい
    ずれか一項に記載のモジュール。
  10. 【請求項１０】 前記要素が、処理すべき流体のある成
    分と化学反応し得る化合物を含んでいることを特徴とす
    る請求項１から９のいずれか一項に記載のモジュール。
  11. 【請求項１１】 滅菌型膜及び疎水性表面を有し、且つ
    孔の直径が０．８μｍ以下の多重管処理要素を備えてい
    ることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に
    記載のモジュール。
  12. 【請求項１２】 多孔質材料からなり、且つ前記要素と
    同種の材料からなる稠密材料製の接続部品を各端部に有
    する処理要素を備え、前記接続部品が、ニッケル含量の
    多い合金の中から選択した合金製のリングにフープ嵌合
    によって結合され、内部が電解研磨されたステンレス鋼
    製ハウジングに前記リングが溶接されることを特徴とす
    る請求項１から１０のいずれか一項に記載のモジュー
    ル。
  13. 【請求項１３】 ハネカム型及び多重管型の中から選択
    した、壁が触媒材料で被覆された稠密材料製の処理要素
    を備えていることを特徴とする請求項１から１０のいず
    れか一項に記載のモジュール。
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