JPH0745008B2 - 流体分離装置とその方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、一般的に流体を浸透部分と残留部分とに分
離するための中空繊維膜を使用する分離装置に関する。
更に詳しくは、本発明は、流体を導入するためのポート
と、流体の浸透部分及び残留部分を排出するためのポー
トを有するモジュール内に、同心に配置され圧縮された
複数のウエファーの使用に関する。各モジュールは複数
の中空繊維膜シートを含み、各々のシートの中空繊維
は、平行に整列して配置されており、この繊維は弦状に
ウエファーを横切って走る。各中空繊維の両端は、ウエ
ファーの外面で終わり、この端を通して浸透流体が流れ
る。

モジュールは超濾過の用途に有用であり、以下流体供給
流と称する、ガス、液体及びこれらの混合物の分離のた
めに使用することができる。かくして、種々の膜材料を
周知の組成並びに継続して開発されている新しい膜組成
から選択することができる。以下で一層明らかになるよ
うに、ウエファーは、ウエファーの直径よりも長くな
く、分離モジュールの全長よりも著しく短い、比較的短
い中空繊維を使用する。

［従来の技術］ 流体の所望の部分を得るように流体の分離用の種々の形
態の膜を使用することが、よく知られている。一般的に
供給流体の一成分又は幾つかの成分が膜を浸透し、浸透
部分として集められる。分離される流体の新鮮な部分が
膜に供給されると、膜を通過できない流体部分（残留流
体）は、保持され排出される。

中空繊維すなわち管として形成された膜は特に有用であ
る、なぜなら中空繊維は本質的に強くて濾過圧力に耐
え、高い面積／体積比を有し、かつ中空繊維を種々の機
械的取付で容易に配置することができるからである。従
来の分離モジュールは、軸線方向に配置され注封材料の
プラグで終わる中空繊維をもった長いシリンダとして形
造られた。一方或いは両方のプラグが、開口繊維端を露
出するように薄く切られ、管状繊維の内腔からの浸透流
体の流れを可能にする。

既存の装置では、分離される流体は繊維の外側に供給さ
れ、浸透流体は繊維の内腔から集められる。変形例とし
て、分離すべき流体を繊維の内腔に供給し、浸透流体を
繊維の外側から排出することもある。

中空繊維膜は、連続的周囲及び開口中央部分を有する環
状フレーム又は同様のフレームすなわち保持器に有利に
は取付けられる。繊維はフレームの開口中心部分に亘っ
て張られ、端は保持器に埋め込まれ、これによりウエフ
ァーを構成する。繊維の両端は保持器の外面に露出さ
れ、繊維の内部に出入りができるようにし、一方繊維の
外面には保持器の開口中央部分で近ずくことができる。

比較的高い容積分離速度を得るために、膜ウエファーは
一般に同心に積重ねられ、従って保持器はシール接触状
態で互いに当たる。隣接したウエファーの密シールは残
留流体と浸透流体の混合を避けるために不可欠である。
望ましい高い容積分離速度を達成するために、分離工程
にかけるられる流体の圧力は、できる限り高い。しか
し、圧力差の方向に応じて、繊維をつぶしたり破いたり
しないように、流体の圧力は繊維の機械的強度によって
制限される。運転圧力は、ウエファーを押し隔て、隣接
したウエファー保持器のシール係合をおびやかしがちで
ある流体力によっても制限される。

そのような膜と、その膜を有する対応した分離器は、種
々の特許及び出願に開示される。例えば米国特許第3,99
3,816号は、流体の浸透流体が装置から流出し、或いは
流体を交換する場合に、第２流体が繊維の内部に流入す
るように、中空繊維の内部を容器の外部に連結した装置
を説明する。

米国特許第4,752,305号は、流体を分離するための中空
繊維装置とこれに関連した方法を提供する。この装置
は、ハウジング10の軸線方向に向いた、繊維11の束を使
用する。流体供給流は一端が塞がれている分散管12を経
て束の中心を通して供給される。浸透流体は出口39及び
40を経て各端から流出し、一方残留流体は出口35から抜
き出される。

フランス特許第2,222,134号は、中空繊維の開口が周囲
に位置決めされるように、ウエファーは流れの方向に垂
直な管内に配置された織物からなる。

日本特許第56−28031号は、中空管の両端を固定し一体
にする合成樹脂の使用によって形成された中空繊維管板
と、中空繊維の外側の流体の流れのための流路とからな
る中空繊維膜分離器を開示する。管板は、管の外側の流
体の流れ方向が中空繊維管の長さ方向軸線に垂直である
ように配置される。

最後に、西独特許第2,650,341号には、中空繊維が本質
的に平行でない配列で平面に配列され、分離される物質
の流れ方向に垂直である、分離器に使用するための中空
繊維ウエファーが開示される。

［発明が解決しようとする課題］ 前述した技術は、中空繊維ウエファーを分離装置におい
て使用する幾つかの仕方を開示するが、それでもなお、
積層体の隣接したウエファー間のシールを維持して複数
の中空繊維膜ウエファーを使用する簡単な分離装置を提
供することが望ましい。その上、この装置は、隣接した
ウエファー保持器のシール係合を促進するために、ウエ
ファー積層体に加えられる圧縮力を変更することによっ
て、流体入口圧力の変化に応答するのが望ましい。

従って、本発明の目的は、中空繊維をモジュールの軸線
方向でない層にかつウエファーの弦状に配列した、複数
の中空繊維膜ウエファーを含む分離モジュールを提供す
ることである。

本発明の別の目的は、ウエファーを通過する流体を残留
部分と浸透部分とに分離するように、軸線方向に整列し
て圧縮された複数の中空繊維膜ウエファーを含む分離モ
ジュールを提供することである。

本発明の更に別の目的は、各ウエファーが平行なシート
に配列された中空繊維の複数の層を含み、前記繊維は一
般に既存の中空繊維膜分離装置におけるモジュールの軸
線方向に使用される中空繊維よりも短い、複数の中空繊
維膜ウエファーを含む分離モジュールを提供することで
ある。

本発明の更に別の目的は、小さいウエファーからいろい
ろの寸法に組立てることができる分離モジュールを提供
することである。各ウエファーは組立中、個々に試験す
ることができ、使用中故障するだろうウエファーを容易
に除去することができる。

本発明の更に別の目的は、モジュールの弦状に向けられ
た繊維を有する複数の層を備えた中空繊維膜を使用した
モジュール内で流体を分離する方法を提供することであ
る。

広くは、本発明は、流体を浸透部分と残留部分とに分離
する装置を提供する。この装置は、複数の中空繊維分離
ウエファーを備え、各フエファーは、ウエファーの弦状
に配列された中空繊維のマットと、中空繊維の両端を囲
み、内面及び外面と上面及び下面とを有する周囲支持手
段とからなり、この装置は更に、流体を受け入れる第１
ポート、残留流体を取出す第２ポート、浸透流体を取出
す第３ポートを有する容器と、軸線方向に整列して複数
のウエファーを圧縮する手段と、支持手段を圧縮する手
段によって供給流及び残留流体から隔てられた容器内の
浸透流体チャンバとを備える。

本発明は又、流体供給流を浸透部分と残留部分に分離す
る方法を提供する。この方法は供給流入口、軸線方向に
整列した複数のウエファーによって連結された残留流体
チャンバ、及び浸透流体チャンバ、を有する分離モジュ
ールを準備するステップを含む。各ウエファーは、ウエ
ファーの弦状に配列された中空繊維のマットと、中空繊
維の両端を囲む周囲支持手段とからなる。残りのステッ
プは、供給流をウエファーの上に差し向け、供給流を中
空繊維を浸透し周囲支持手段を通して浸透流体チャンバ
に流れる浸透部分と、中空繊維のまわりを通り残留流体
チャンバに流れる残留部分とに分離し、最後に浸透流体
と残留流体をモジュールから取り除く、ことを含む。

流体供給流を浸透部分と残留部分とに分離する別の方法
は、平行なシートに弦状に配置された複数の中空繊維を
含むモジュールに流体を差し向けるステップを含み、各
シートはモジュールの長さ方向の軸線に垂直に差し向け
られており、この方法は更に、中空繊維の内腔と連通し
ている浸透流体のチャンバと、中空繊維の間の領域と連
通している残留流体用のチャンバとを別々に準備し、浸
透流体と残留流体をモジュールから取り除く、各ステッ
プを含む。

当業者に明らかとなろうこれらの目的及びその他の目的
を、図面及び以下の明細書を参照して一層詳細に説明す
る。

［実施例］ 本発明の分離装置の基本構成部品は、第１図に示すシリ
ンダであり、以下これをウエファー10と呼ぶ。ウエファ
ー10は、上面12及び下面13と、円筒形内面14及び円筒形
外面15とを有する外側環状注封リング11からなる。中空
繊維18の複数の層16が各注封リング11内に積重ねられ、
この中空繊維の両端19は注封リング11内に取付られ、外
面15で終わる。

各層16の構成は、第3A図に示すように、中空繊維18が横
糸方向に互いに平行に走り、縦糸方向にフィラメント20
によって互いに保持された、繊維の織物マットであるの
が好ましい。中空繊維18を、ナイロン、ポリエステル、
等のような細い、中空でない繊維糸である縦糸フィラメ
ント20によって、織るのが好ましい。この目的は各層16
が平らなシートを形成し、かつ中空繊維18が平行であ
り、できるだけまっすぐであることであり、中空繊維を
縦糸フィラメント20に対して曲がりくねったり捻じれた
りすることではない。

又、第3B図に示すように、各層16の中空繊維を各層16の
上側22又は下側23の、或いは両側の、適当な接着剤被覆
フィラメント21で互いに固定しても良い。変形例とし
て、第3C図に示すように、薄い接着剤ビード24を用いて
繊維18を互いに結んでも良い。

図面から明らかなように、軸線方向に流体、すなわちガ
ス又は液体の流れる密なマット25を作るために中空繊維
18を弦状に配列し、層16を第１図に示すように平行な整
列か横切った角度に配列する。作動中、供給流がマット
25に、すなわちウエファー10に軸線方向に流される。流
体が中空繊維18に接触すると、ある成分が中空繊維18を
通して内腔の中に入り、ついでウエファーの周囲まで流
出し、ここで浸透流体は繊維の開口端19から排出され
る。この間、残留流体の流れは、マット及びウエファー
を軸線方向に通過し、その下に集められる。

中空繊維の組成に関しては、現在利用でき、或いは今後
利用できるであろう、あらゆる中空繊維を使用すること
ができる。種々のガス混合物及び液体混合物の分離用の
中空繊維の組成及び準備は当業者に良く知られているの
で、その詳細な説明はここに記載しない。本発明は特定
の中空繊維の組成或いはその準備方法すなわち製造方法
に限定されないことが理解されよう。

ウエファー10は、遠心分離機を利用する注封技術によっ
て製造される。第４図を参照すると、遠心分離機（図示
せず）のスピンドル32に固定された底部分31、側型部分
33、頂型部分34及びスリンガー板35からなる型30が設け
られる。

ウエファーを製造するために、複数の中空繊維層16を型
内部36の寸法に切断し、型内部に置く。次いで、型を閉
じて回転させ、同時に急速固化エポキシ、ワックス等の
ような樹脂層をスリンガー板35の上に注ぐ。回転中、樹
脂は遠心注型され、第４図から明らかなように、樹脂は
中空繊維の層を通して下方に流れ、繊維層16の両端を包
囲する型内壁39に堆積して環状リング38になる。次い
で、注封樹脂がスリンガー板の上に注がれる。その注封
樹脂も遠心注型され、中空繊維の層を通して下方に流れ
ウエファーの環状注封リング11を形成し、その環状注封
リングの外径は環状リング38によって定められ、一方そ
の内径は準備された樹脂の量によって形成される。

注封樹脂が固まり注封リング11が形成された後に、ウエ
ファー10を型30から取り外す。この段階で、第１環状リ
ング38を切断、研磨又は溶解によって注封リング11の周
縁15と面一に取り除く。これは、縁のまわり全体に複数
の中空繊維端を残し、その繊維端のあるものは、縁に垂
直であり、他は縁に傾斜するか平行である。この仕方
で、すべての繊維端19はウエファー10の外部に開口す
る。

図示されないが、注封リング11に対して接線方向である
両側に沿って、層16の先端を切るのが望ましい、なぜな
ら層16はさもなければ供給材料に露出されず、それゆえ
無駄になるからである。もちろん、注封リング11内に露
出された中空繊維は注封リング11を貫通し、外面15に開
口する。

ウエファー10の使用に由来する利点は、ウエファーの比
較的短く、弦状に配置された繊維である。流体混合物を
分離する既存の中空繊維装置は、第５図に全体的に示す
ように、装置すなわちモジュール内に長い、軸線方向に
配置された繊維を使用する。番号40で示すそのようなモ
ジュールは、軸線方向に配置された繊維の長い連続した
束41を使用する。繊維は平らなディスク状の上下のエポ
キシプラグ、すなわち管板42、43でそれぞれ終わり、こ
れらの管板を繊維は貫通し、一端又は両端で終わる。束
は、ベース45、上部ハウジング46及び取外し自在な上蓋
48を有する円筒形ハウジング44内に配置される。代表的
には、上部ハウジング46は内部フランジ49を有し、この
内部フランジ上に上部エポキシプラグ42は支持される。
上蓋48は又、束41をモジュール40内に保持するように上
部管板42と係合可能なフランジ50または同様の構造物を
有する。

上部ハウジングの側部に設けられたポート51が、供給流
の入口として設けられる。浸透流体は繊維を通して軸線
方向に移動し、頂部のポート52を通過し、一方残留流体
は、繊維の間を流れ、ベースのポート53を通過する。

この設計は機能的であるが、中空繊維すべてが、管板42
で軸線方向に終わる。管板は供給流体と浸透流体の間の
圧力差の方向に垂直の平らな両面を持ち、これは圧力に
対して非常に弱い。その結果、管板の直径は制限され、
管板を非常に厚く作らなければならず、或いは圧力差を
制限しなければならない。本発明のウエファー設計につ
いての管板の相当品は、注封リング11であり、この注封
リングは本質的に強く、モジュール内の差圧に対して抵
抗力がある。

中空繊維18は注封リング11を貫通することによって注封
リングを弱くする傾向があるが、隣接した層16を横切っ
た角度に向けることによって、かつ同数の繊維が注封リ
ング11を貫通しない場合に層の先端を切ることによって
この影響を最小にすることができる。

本発明のモジュールは第６図に比較のため示され、一般
的に番号60で示される。このモジュールは、円筒形ハウ
ジング61、ベース62、上部ハウジング63及び取外し自在
な上蓋64からなる容器59を使用する。支持棚65が、ハウ
ジング61の底近くに設けられ、この支持棚の上にウエフ
ァー10が積重ねられる。モジュール60は又、供給流体ポ
ート66、浸透流体ポート68、及び残留流体ポート69、並
びに、供給流チャンバ70、浸透流体チャンバ71及び残留
流体チャンバ72を有し、このモジュールを以下に論じ
る。最後に一般的に番号73で示された、ウエファーの積
層体を圧縮する手段が設けられる。手段73のいくつかの
変形を第７図乃至第11図に示す。

第７図を参照すると、モジュール60は一層詳細に示され
ている。円筒形ハウジング61、ベース62及び上部ハウジ
ング63は、鋼或いはステンレス鋼のような他の金属で作
られるのが好ましい。それらは別々の構成部品として製
造しても良いが、連続した一体のモジュール60を形成す
るように溶接又は他の適当な手段でそれらを互いに結合
し、そこに上蓋64が固定される。適当な厚さの金属の使
用が、１つ以上のウエファーの突発的故障に対する保護
として望ましい。サドル73、74をモジュール60を水平に
取付けるためにハウジング63、61に固定しても良い。

ウエファー10はケージ80内に保持され、このケージは、
ベースの支持棚65に実際に載る第１リング81、浸透流体
チャンバ71及びハウジング63内に嵌まる上部心だしリン
グ82、及びウエファー10の受け入れのためほぼ円筒形で
ありリング８と82を互いに連結する開口網胴体83とから
なる。ケージ80はウエファー10の挿入、取り出しを容易
にするばかりでなく、モジュール60の組立中、ウエファ
ーの軸線方向の整列を維持するのに役立つ。

モジュール60の組立及びその後の使用中、供給流が隣接
した注封リング11の間を通り浸透流体を汚染するのを阻
止するようにウエファー10を互いにシールすることが重
要である。第２図に最も良く示されるように、このシー
ルは、各リング10の上面12の凹部85、並びにもっとも下
のウエファー10Aが載るケージリング81にＯ−リング84
を嵌めることによって達成される。

ウエファー10は、次ぎに説明する圧縮手段73によっても
互いにシールされる。外部フランジ90は上部ハウジング
部材63の一部であり、この外部フランジに上蓋64がフラ
ンジ90、上蓋64、及びナット92の軸線方向に整列した孔
を貫通するスタッド91によって固定される。供給ポート
66は、上蓋64に溶接或いは別の方法で固定され、かつ反
対の端が押し板94に固定されたスロート93を有する。供
給流（図示せず）はスロート93によって構成された入口
通路95を通して供給流体ポート66に供給され、いちばん
上のウエファー10Bと接触する。この実施例では、供給
流チャンバを設けない。押し板は、浸透流体チャンバ71
をシールするように少なくともＯ−リング96と金属ピス
トンリング98を備え、この押し板はもっとも上のウエフ
ァー10Bに載る。ピストンリングの使用により、モジュ
ール60を可燃性供給流について使用するところに安全手
段を設ける。上蓋64とフランジ90を互いに連結すると
き、押し板94がウエファーの積層体を支持体65にしっか
りと押すことは明らかである。

ウエファーのエポキシ注封リング11と金属ハウジングと
の間の熱膨張の差に順応するように、積重ねた皿ワッシ
ャ100が上蓋64といちばん上のナットとの間に設けられ
る。ワッシャ100は、部分的に圧縮されると、ウエファ
ーを一緒に付勢する。

第８図を参照すると、別の実施例がモジュール105によ
って示されている。モジュール105はモジュール60に本
質的に一致するが、圧縮手段104とこれに関連した上部
モジュール構成部品が異なる。第１に、ポート66のスロ
ート93は上蓋64に固定されるが、上蓋64は押し板106に
対して別々に移動できる。次に、積重ねられた大きい皿
ワッシャ108が、押し板106と上蓋64の間に用いられる。
この実施例では、金属ガスケット等109が、上蓋64とフ
ランジ90の間に主シールを作るように使用される。それ
ゆえ、押し板106には、Ｏ−リング96が設けられる。モ
ジュール105では、単独の供給流チャンバ110が入口通路
95とウエファー10の間に設けられる。皿ワッシャが加え
る力に加えて、供給流の圧力も又ウエファー10に軸線方
向の力を加える。

モジュール115とウエファーをシールする別の手段が第
９図に示されている。モジュール115はやはりモジュー
ル60に似ているが、圧縮手段111とこれに関連した上部
モジュール構成部品が相違している。このモジュールは
圧力板でなく圧縮リング116を使用し、この圧縮リング
は浸透流体チャンバ71をシールするＯ−リング96を含
む。圧縮リング116は、ベース119と、首部120を形成す
る円筒側壁と、円筒側壁から半径方向外方に延びたフラ
ンジ121とからなる。供給ポート66は、やはり上蓋64に
結合されるが、圧縮リング116とは当接しない。圧縮ば
ね122が圧縮リング116内に受け入れられ、上蓋64をボル
トを締めて下げると、ベース119をもっとも上のウエフ
ァー10Bに押す。

ベローズシール124が、通路95とウエファー10の間の単
独の供給流チャンバ126を閉じ込めるように上蓋64の下
側125と圧縮リング116のフランジ121とに固定される。
供給流流体は、フランジ121に圧力を加え、このフラン
ジ121は大形ピストンに作用してウエファーに下向きの
圧力を及ぼす。

ここに説明したモジュール60、105及び115をガス状の供
給流の分離中出会う高圧用として設計したが、別の容器
を低圧が通常普通である液体並びにガスの分離用に使用
することができる。２つのかかる設計が第10図と第11図
に準備され、今これらを参照する。

全体的に番号130で示された第10図のモジュールは、円
筒形ハウジング131、半球状端キャップ132、133からな
る容器129を使用する。構成部品131−133は一般に薄肉
であり、金属或いは繊維強化プラスチックで作ることが
できる。ねじ付ボス134、135及び136が、それぞれ供給
ポート、浸透流体ポート、残留流体ポートとして設けら
れる。全体的に番号138で示された圧縮手段が以下に説
明するようにモジュール130内に設けられる。

下部端キャップ133はハウジング131の一部として製作す
るか、上部端キャップ132のように単独に製作しハフジ
ングに固定しても良い。上部端キャップ132には外部フ
ランジ139が設けられ、このフランジはハウジング131の
端に設けられた外部フランジ140と合う。これらの２つ
のフランジは、適当な機械的クランプ装置141で結合さ
れる。

圧縮手段138は溶接、リベット、等のような適当な仕方
で固定された第１の、傾斜した圧縮リング142を含む。
リング142はベースを形成し、その上に積重ねた個々の
ウエファー10が置かれる。第２の、傾斜した圧縮リング
143が、圧縮手段138の構成部品であり、上部端キャップ
132内に同様の仕方で位置決めされる。両リング142、14
3は、休止中、互いの方に傾いている。しかし、ウエフ
ァー10が存在し、モジュール130が組立られると、リン
グ142、143は押し隔てられ、従って、ウエファーに圧縮
力を与えウエファーを互いに保持する。複数の案内ロッ
ド144が、ハウジング部材131内に任意に固定され、組立
中、モジュール130内のウエファー10を心だしするのに
役立つ。Ｏ−リング84は、上述したように、ウエファー
10の間に設けられる。

モジュール130の設計は、航空機内のような重量を考慮
するところに使用することができる。使用の一例とし
て、空気を供給ポート134を通して供給し、ウエファー
によって酸素と窒素に分離する。酸素（浸透流体）を呼
吸用に供給し、窒素（残留流体）を燃料のブランケット
として利用することができる。モジュール130は、複数
のウエファー10を使用した前述のモジュール60と共通で
ある。この構成の利点は、早期に故障することがあるウ
エファーを新しいウエファーで容易に交換することがで
きることである。

図面から明らかなように、供給流チャンバ145は、上部
端キャップ132、圧力リング143及びもっとも上のウエフ
ァー10Bによって構成される。同様に、残留流体チャン
バ146は、下部端キャップ133、圧力リング142及びもっ
とも下のウエファー10Aによって構成される。浸透流体
チャンバ148は、チャンバ145と146の間にあり、ハウジ
ング壁とウエファー10の環状注封リング11とによって構
成される。

この設計は、軸線方向の中空繊維を使用した既存のモジ
ュールよりも相当の節約をもたらすが、使い捨てモジュ
ールを作るのが望ましいことがある。第11図に示すモジ
ュール150は、そのような設計を提供する。この設計
は、円筒形ハウジング151、上部端キャップ152及び下部
端キャップ153、クランプリング154、供給ポート155、
浸透流体ポート156及び残留流体ポート158、圧縮手段16
1を構成する上部圧力リング159及び下部圧力リング160
を含む容器149を使用する。モジュール150は又、モジュ
ール130に関して説明したチャンバに匹敵する供給流チ
ャンバ162、残留流体チャンバ163及び浸透流体チャンバ
164を含む。番号165で示された繊維積層体は、隣接面の
間に付けられた適当な接着剤（図示せず）によって、互
いに固着された複数の個々のウエファー10からなる。

モジュール150の組立中、各ウエファー10を個々に試験
し、次いで積層体165に加える。Ｏ−リングは、ウエフ
ァーが互いに接着されるので、ウエファーの間からなく
すことができる。一旦モジュール150を内部に入れる
と、浸透流体の流れが汚染されるか、非常に少なくなる
までモジュールを運転することができ、ついで全モジュ
ールを捨てるか、変形例では、積層体165を取り外して
新しい積層体で置き換えることができる。

今、明らかなように、本発明のモジュールは弦状に向け
られた中空繊維を含む個々のウエファーの積層体を使用
する。繊維の内腔の浸透流体の流体流れの圧力損失は、
中空繊維モジュールの性能に有害なので、繊維が長けれ
ば長いほど、性能は悪影響を受ける。かくして、軸線方
向の繊維を使用する既存のモジュールに勝る本発明のモ
ジュール設計の性能上の特定の進歩は、短い弦状の繊維
の使用によって達成される。

本発明は又、流体供給流を浸透部分と残留部分に分離す
る方法を提供する。前述したように、分離される流体は
ガス状混合物と液体混合物を含む。説明のために、第７
図のモジュール60を考えるが、この方法を第８図乃至第
11図に示した他のモジュール105、115、130及び150のど
れでも実施することができることは理解されるべきであ
る。

モジュール60への流体供給流（ガス又は液体）は、ポー
ト66を経て入口通路95に供給される。このモジュール
は、一端の供給流通路95を反対の端の残留流体チャンバ
72から隔てる複数のウエファー10を有する。ウエファー
10は、個々の単位がモジュール60等において互いに圧縮
され、或いはモジュール150のように適当な接着剤で互
いに固定されるように、軸線方向に配列される。

流体は、入口通路からウエファーを通し中空繊維の各シ
ートの上に差し向けられる。前述の開示から明らかなよ
うに、繊維の各シートは、モジュールの長さ方向軸線Ａ
に垂直に向けられる。各ウエファー内で、流体の浸透部
分は、中空繊維に入り、内腔を通りウエファーの周囲支
持部を通って流れ浸透流体チャンバ71に入る。この浸透
流体チャンバはモジュールの壁とウエファーの同心に整
列した支持部11の間に形成される。この段階で、流体
は、モジュールから最終的に除去される浸透部分と残留
部分とに分離される。

そのような使用を実証するために、試験モジュールを製
作し、プロパンからプロピレン分離に使用し、ウエファ
ーとモジュールの実施可能性が確立された。

前述の説明と例に基ずき、ここに開示したモジュール及
びウエファーが本発明の目的を満たすことは明らかであ
ろう。個々のウエファーのモジュールの性質により、ほ
とんど任意の長さの弦状モジュールを、単にウエファー
を積層体に追加するだけでウエファーの１つの寸法から
組立てることができる。多くの異なるモジュール構成を
異なるいくつかのウエファー径だけで組み立てることが
できる。その上、ウエファーをモジュールの組立の前に
個別に試験することができ、かくして、軸線方向繊維の
全モジュールを交換しなければならない場合よりも少な
い中空繊維の損失で、欠陥ウエファーをモジュールから
取り除き廃棄することができる。

明らかであろう本発明の別の重要な特徴は、モジュール
内のウエファーの圧縮を行うことが可能な別の手段にあ
る。図示した種々の実施例は各々、圧力変化と温度変化
による寸法変化に順応できるウエファーの一層均一な圧
縮とシールを行う。

かくして、ここに開示した中空繊維分離モジュールを製
作し、組立て、使用する仕方は当業者に明らかであろ
う。前述の開示に基づき、ここに開示したモジュールの
使用が前述した目的をなし遂げることも明らかである。
本発明のモジュールを種々の形式の供給流の分離に容易
に使用することができることも当業者に明らかであろ
う。

あらゆる変更が本発明の特許請求の範囲に明らかに属す
ることが理解されよう。それゆえ、特定の構成要素の選
択は、ここに開示し説明した本発明の精神から逸脱する
ことなく決定することができる。その上、本発明の範囲
は、特許請求の範囲に属するあらゆる変更物及び変形物
を包含しよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、個々の中空繊維層を示すように部分的に切除
した、本発明のウエファー部材の斜視図であり、 第２図は、隣接したウエファーの積重ねを示す、部分断
面側面図であり、 第3A図乃至第3C図は、層を形成するために繊維を互いに
つなぐ別の手段を示す、繊維層から取り出した幾つかの
中空繊維の斜視図であり、 第４図は、ウエファーの構成を示す、本発明のウエファ
ー部材を組み立てるための型の側断面図であり、 第５図は、先行技術の中空繊維分離モジュールの部分断
面側面図であり、 第６図は、本発明による中空繊維分離モジュールの部分
断面側面図であり、 第７図は、本発明による中空繊維分離モジュールを一層
詳細に示す側断面図であり、 第８図は、標準の管シールを用いた、本発明による別の
中空繊維分離モジュールの上部部分の側断面図であり、 第９図は、ベローズシールを用いた、本発明による別の
中空繊維分離モジュールの上部部分の側断面図であり、 第10図は、軽量用を意図した、本発明による別の中空繊
維分離モジュールの側断面図であり、 第11図は、使い捨てエレメント用を意図した、本発明に
よる別の中空繊維分離モジュールの側断面図である。 10……ウエファー、12……上面、 13……下面、14……内面、 15……外面、16……層、 18……中空繊維、20……フィラメント、 25……マット、30……型、 40、60、105、130、150……モジュール、 59……容器、61……ハウジング、 62……ベース、66……供給流体ポート、 68……浸透流体ポート、 69……残留流体ポート、 70、126、145、162……供給流チャンバ、 71、148、164……浸透流体チャンバ、 72、146、163……残留流体チャンバ、 73、104、111、138、161……圧縮手段、 80……ケージ、94……押し板、 100、108……皿ワッシャ。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を浸透部分と残留部分とに分離する装
   置であって、 軸線方向に通過する前記流体の分離用の複数の中空繊維
   分離ウエファーを備え、 前記各ウエファーは、前記ウエファーの弦状に配列され
   かつ複数の平らな連続的な層に配列された中空繊維のマ
   ットを備え、前記各層は間に軸線方向流れ空間をもって
   隣接した平行に整列した複数の真っ直ぐな中空繊維を有
   し、 前記装置は更に、前記中空繊維の両端を囲み、内面及び
   外面と上面及び下面とを有する連続的な周囲支持手段
   と、 前記流体を受け入れる第１ポート、前記浸透流体を取出
   す第２ポート、及び前記残留流体を取出す第３ポートを
   有する容器と、 前記支持手段に作用し、前記複数のウエファーを軸線方
   向に整列して圧縮する手段と、 前記圧縮手段及び前記支持手段によって前記供給流及び
   前記残留流体から隔てられた前記容器の浸透流体チャン
   バと、 を備える流体分離装置。
2. 【請求項２】少なくとも幾つかの層の前記中空繊維が、
   前記中空繊維の隣接した層に対して横切った角度にある
   ように前記層が配列される、請求項第１項に記載の装
   置。
3. 【請求項３】前記支持手段の前記内面内の前記中空繊維
   のマットと連通している、前記第１ポート内の供給流入
   口通路と、 前記第２ポート及び前記支持手段の前記内面内の前記中
   空繊維のマットと連通した、前記供給流通路の下流の残
   留流体チャンバと、を更に備え、 前記浸透流体は前記中空繊維に入り、前記支持手段を通
   して前記浸透流体チャンバに流れる、請求項第２項に記
   載の装置。
4. 【請求項４】前記容器が、 一端が閉鎖された細長い本体と、 前記軸線方向に整列した複数のウエファーを受け入れて
   支持するための内部棚と、 前記細長い本体の反対の端に取外し自在に固定された端
   キャップと、を含み、 前記第１ポートは前記端キャップに固定されている、 請求項第１項に記載の装置。
5. 【請求項５】前記圧縮手段は、 前記第１ポートに固定され、前記軸線方向に整列した複
   数のウエファーの一番目と当接した押し板と、 前記端キャップ及び前記押し板を前記ウエファーの一番
   目に押すばね手段と、を含む請求項第４項に記載の装
   置。
6. 【請求項６】前記容器内に位置決め可能なケージを更に
   備え、該ケージは、前記内部棚によって支持可能な第１
   リングと、前記ケージを前記細長い本体内に心だしする
   第２リングと、前記複数のウエファーを受け入れる、第
   １リングと第２リングの間の開口網胴部材と、を有する
   請求項第５項に記載の装置。
7. 【請求項７】前記第１ポート、及び前記支持手段の前記
   内面内の前記中空繊維のマットと連通した供給流チャン
   バと、 前記第２ポート、及び前記支持手段の前記内面内の前記
   中空繊維のマットと連通した、前記供給流チャバの下流
   の残留部チャンバと、を更に備え、 前記浸透流体が前記中空繊維に入り、前記支持手段を通
   して前記浸透流体チャンバに流れる、請求項第２項に記
   載の装置。
8. 【請求項８】前記第１ポートは前記端キャップによって
   支持され、かつ前記供給流チャンバに延びたスロートを
   有する、請求項第７項に記載の装置。
9. 【請求項９】前記圧縮する手段は、 前記軸線方向に整列した複数のウエファーの一番目と当
   接しうる押し板と、 前記押し板を前記端キャップから押し隔てて、前記ウエ
   ファーの前記一番目に押すばね手段と、を含む請求項第
   ４項に記載の装置。
10. 【請求項１０】前記容器内に位置決め可能なケージを更
    に備え、該ケージは、前記内部棚によって支持可能な第
    １リングと、前記ケージを前記細長い本体内に心だしす
    る第２リングと、前記複数のウエファーをうけいれる、
    第１リングと第２リングの間の開口網胴部材と、を有す
    る請求項第９項に記載の装置。
11. 【請求項１１】前記圧縮する手段は、 前記軸線方向に整列した複数のウエファーの一番目と当
    接しうる圧縮板と、 前記圧縮板を前記端キャップから押し隔てて、前記ウエ
    ファーの前記一番目に押すばね手段と、を含む請求項第
    ４項に記載の装置。
12. 【請求項１２】前記圧縮板は、 前記複数のウエファーの一番目の前記支持手段と係合可
    能なベースと、 前記ベースから前記ウエファーと反対側に延びた首部
    と、 前記首部によって反対の端に支持され、前記ベースに対
    して外向きに延びる外部フランジと、を含む請求項第11
    項に記載の装置。
13. 【請求項１３】前記圧縮板が前記端キャップと無関係に
    移動する、請求項第12項に記載の装置。
14. 【請求項１４】前記外側フランジと前記端キャップとの
    間に膨張可能なシールを形成し、前記供給流チャンバを
    構成するベローズを、更に備える、 請求項第13項に記載の装置。
15. 【請求項１５】前記容器内に位置決め可能なケージを更
    に備え、該ケージは、前記内部棚によって支持可能な第
    １リングと、前記ケージを前記細長い本体内に心だしす
    る第２リングと、前記複数のウエファーを受け入れる、
    第１リングと第２リングの間の開口網胴部材と、を有す
    る請求項第14項に記載の装置。
16. 【請求項１６】前記容器は、 一端が閉鎖された細長い本体と、 前記細長い本体の反対の端に取外し自在に固定された端
    キャップと、を含む請求項第１項に記載の装置。
17. 【請求項１７】前記圧縮する手段は、 前記容器内の周縁に固着され、前記軸線方向に整列した
    複数のウエファーによって、弾性的に互いに隔てられる
    対向した第１圧縮リング及び第３圧縮リングを含む、 請求項第16項に記載の装置。
18. 【請求項１８】流体供給流を浸透部分と残留部分とに分
    離する方法であって、 供給流入口及び軸線方向に整列した複数のウエファーに
    よって連結された残留流体チャンバを有する分離モジュ
    ールを準備し、 前記各ウエファーは、前記ウエファーの弦状に配列され
    かつ複数の平らな層に配列された中空繊維のマットを備
    え、前記各層は、間に軸線方向流れ空間をもって隣接し
    た平行に整列した複数の真っ直ぐな中空繊維を有し、 前記ウエファーは更に、前記中空繊維の両端を囲む連続
    的な周囲支持手段を備え、 前記方法は更に、前記供給流を前記ウエファーの上の前
    記供給流入口を通して前記ウエファーを通る軸線方向に
    向け、 前記供給流を前記中空繊維を浸透し前記周囲支持手段を
    通して半径方向に前記浸透流体チャンバに流れる浸透部
    分と、前記中空繊維のまわりを通り軸線方向に前記残留
    流体チャンバに通る残留部分とに分離し、 前記浸透流体と前記残留流体を前記モジュールから分離
    する、各ステップを含む流体分離方法。