JPH0751217B2 - 最小有効膜厚を有する液体膜モジュール及びその製造法 - Google Patents
最小有効膜厚を有する液体膜モジュール及びその製造法Info
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Description
【０００１】
【関連出願】本出願は同一の日付の、本出願と共に出願
され、本出願と名称が同じである、共通に所有され、継
続している米国特許出願第６８８，１７９号および同第
６８８，１８０号と関連するもので、これら特許出願の
全内容を引用文献として本明細書に特に取り入れるもの
とする。
され、本出願と名称が同じである、共通に所有され、継
続している米国特許出願第６８８，１７９号および同第
６８８，１８０号と関連するもので、これら特許出願の
全内容を引用文献として本明細書に特に取り入れるもの
とする。
【０００２】
【発明の背景と概要】最近、微孔質の中空繊維（ＭＨ
Ｆ）を液体膜分離法に用いて、フィードガス（ｆｅｅｄ
ｇａｓ）とスウィープガス（ｓｗｅｅｐ ｇａｓ）を
疎水性ＭＨＦの２つの異なる組の管腔（ルーメン（ｌｕ
ｍｅｎ））（それぞれをフィード繊維とスウィープ繊維
と呼ぶ）の中に流し、ＭＨＦのシェル側の液体を膜とし
て働かせることができる、ということが提案された。マ
ジャムダー（Ｍａｊｕｍｄａｒ）らの「ガス分離のため
の新しい液体膜法」［アメリカ化学工学協会誌（ＡＩＣ
ＨＥＪｏｕｒｎａｌ）、ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．７、１１
３５−１１４５頁（１９８８）］およびセングプタ（Ｓ
ｅｎｇｕｐｔａ）らの「含有液体膜による水溶液からの
溶質の分離」、［アメリカ化学工学協会誌、ｖｏｌ．３
４、Ｎｏ．１０、１６９８−１７０８頁（１９８８）］
を参照されたい。これら各文献の全内容を引用文献とし
て本明細書に特に取り入れるものとする。この所謂「含
有液体膜（ＣＬＭ）」法には、従来の固定化液体膜（Ｉ
ＬＭ）分離法を超える幾つかの利点があると報告されて
いる。
Ｆ）を液体膜分離法に用いて、フィードガス（ｆｅｅｄ
ｇａｓ）とスウィープガス（ｓｗｅｅｐ ｇａｓ）を
疎水性ＭＨＦの２つの異なる組の管腔（ルーメン（ｌｕ
ｍｅｎ））（それぞれをフィード繊維とスウィープ繊維
と呼ぶ）の中に流し、ＭＨＦのシェル側の液体を膜とし
て働かせることができる、ということが提案された。マ
ジャムダー（Ｍａｊｕｍｄａｒ）らの「ガス分離のため
の新しい液体膜法」［アメリカ化学工学協会誌（ＡＩＣ
ＨＥＪｏｕｒｎａｌ）、ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．７、１１
３５−１１４５頁（１９８８）］およびセングプタ（Ｓ
ｅｎｇｕｐｔａ）らの「含有液体膜による水溶液からの
溶質の分離」、［アメリカ化学工学協会誌、ｖｏｌ．３
４、Ｎｏ．１０、１６９８−１７０８頁（１９８８）］
を参照されたい。これら各文献の全内容を引用文献とし
て本明細書に特に取り入れるものとする。この所謂「含
有液体膜（ＣＬＭ）」法には、従来の固定化液体膜（Ｉ
ＬＭ）分離法を超える幾つかの利点があると報告されて
いる。
【０００３】例えば、一般に、従来のＩＬＭ法では溶質
飽和、消耗および／または汚染（行われている分離のタ
イプにより異なる）が起こるために、固定化膜液体を定
期的に交換する必要がある。その結果として、従来のＩ
ＬＭ法は、一般に、回分式分離処理にのみ限定して用い
られている。しかし、最近提出されたＣＬＭ法による膜
液体は、分離モジュールのシェル側に物理的に存在して
いることから、多かれ少なかれ連続的に補給および／ま
たは交換することが可能になっており、それによって実
質的に連続式での分離処理が達成可能となっている。
飽和、消耗および／または汚染（行われている分離のタ
イプにより異なる）が起こるために、固定化膜液体を定
期的に交換する必要がある。その結果として、従来のＩ
ＬＭ法は、一般に、回分式分離処理にのみ限定して用い
られている。しかし、最近提出されたＣＬＭ法による膜
液体は、分離モジュールのシェル側に物理的に存在して
いることから、多かれ少なかれ連続的に補給および／ま
たは交換することが可能になっており、それによって実
質的に連続式での分離処理が達成可能となっている。
【０００４】ＣＬＭ分離プロセスを行うためのモジュー
ルは、一般に、１組のフィード繊維（供給流体が流れ
る）と１組のストリップ繊維（ストリップ流体が流れ
る）にほぼ等分に分けられた微孔質中空繊維束を含む。
このＭＨＦ束は、フィード繊維とストリップ繊維のルー
メンが、フィード流体の流れとストリップ流体の流れに
それぞれ関連しているモジュールケースの供給口と排出
口と流体連通するように、望ましく配置された、望まし
い大きさのモジュールケースの中に物理的に収容されて
いる。この方法によれば、モジュールケース中のフィー
ド繊維とストリップ繊維の各組の中を流れる並流ガス流
または向流ガス流が確立される。
ルは、一般に、１組のフィード繊維（供給流体が流れ
る）と１組のストリップ繊維（ストリップ流体が流れ
る）にほぼ等分に分けられた微孔質中空繊維束を含む。
このＭＨＦ束は、フィード繊維とストリップ繊維のルー
メンが、フィード流体の流れとストリップ流体の流れに
それぞれ関連しているモジュールケースの供給口と排出
口と流体連通するように、望ましく配置された、望まし
い大きさのモジュールケースの中に物理的に収容されて
いる。この方法によれば、モジュールケース中のフィー
ド繊維とストリップ繊維の各組の中を流れる並流ガス流
または向流ガス流が確立される。
【０００５】ＣＬＭ分離を行う場合、理論的には、フィ
ード繊維のそれぞれを、フィード繊維とストリップ繊維
との間の距離が膜液体で満たされるようにストリップ繊
維の各繊維に直接隣り合ってはいるが、接触はしないよ
うに配置すべきである。この理想的配置によれば、従っ
て、理論最小有効膜厚（ＥＭＴ）が確立されるので、フ
ィード繊維とストリップ繊維の最密充填が達成されて両
繊維間の距離は最小となる。しかし、従来のモジュール
製造技術では、個々のフィード繊維を個々のストリップ
繊維の間に正確かつ確実に挟むことができなかったの
で、理論最小ＥＭＴには遥かに及ばない。その結果、フ
ィード繊維群はモジュールの中でストリップ繊維群に隣
接して存在することになるので、そのモジュールのＥＭ
Ｔは理論最小値を超えて有意に増大することになる。
ード繊維のそれぞれを、フィード繊維とストリップ繊維
との間の距離が膜液体で満たされるようにストリップ繊
維の各繊維に直接隣り合ってはいるが、接触はしないよ
うに配置すべきである。この理想的配置によれば、従っ
て、理論最小有効膜厚（ＥＭＴ）が確立されるので、フ
ィード繊維とストリップ繊維の最密充填が達成されて両
繊維間の距離は最小となる。しかし、従来のモジュール
製造技術では、個々のフィード繊維を個々のストリップ
繊維の間に正確かつ確実に挟むことができなかったの
で、理論最小ＥＭＴには遥かに及ばない。その結果、フ
ィード繊維群はモジュールの中でストリップ繊維群に隣
接して存在することになるので、そのモジュールのＥＭ
Ｔは理論最小値を超えて有意に増大することになる。
【０００６】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにある。しかして、概括的に言えば、本発明は従来の
膜製造技術を用いて得ることができるものに比べて理論
最小値により近い有効膜厚を有する、含有液体膜分離に
用いられるように適合された中空繊維膜を含むモジュー
ルに関する。
とにある。しかして、概括的に言えば、本発明は従来の
膜製造技術を用いて得ることができるものに比べて理論
最小値により近い有効膜厚を有する、含有液体膜分離に
用いられるように適合された中空繊維膜を含むモジュー
ルに関する。
【０００７】更に詳しくは、本発明はファブリックの縦
糸方向に中空繊維膜が配置された、重ね合わされたファ
ブリックシートを有するモジュールに関する。ファブリ
ックシートの一方の中の縦糸方向の中空繊維膜はフィー
ド液体が流通するフィード繊維として用いられ、他方の
ファブリックシートの中の中空繊維膜はストリップ液体
が流通するストリップ繊維として用いられる。
糸方向に中空繊維膜が配置された、重ね合わされたファ
ブリックシートを有するモジュールに関する。ファブリ
ックシートの一方の中の縦糸方向の中空繊維膜はフィー
ド液体が流通するフィード繊維として用いられ、他方の
ファブリックシートの中の中空繊維膜はストリップ液体
が流通するストリップ繊維として用いられる。
【０００８】重ね合わされたファブリックシートは縦糸
方向に互いに一緒にプリーツ状に折り畳まれ、ファブリ
ックシートのそれぞれの折り目は互いに入れ子状とされ
ている。このようにして、それぞれのファブリックシー
トのフィード繊維とストリップ繊維とは交互にモジュー
ル中に配置され、それぞれストリップ繊維とフィード繊
維とに隣り合うようになる。その結果、従来のＣＬＭモ
ジュールに比較して減少したＥＭＴ値を得ることができ
る。
方向に互いに一緒にプリーツ状に折り畳まれ、ファブリ
ックシートのそれぞれの折り目は互いに入れ子状とされ
ている。このようにして、それぞれのファブリックシー
トのフィード繊維とストリップ繊維とは交互にモジュー
ル中に配置され、それぞれストリップ繊維とフィード繊
維とに隣り合うようになる。その結果、従来のＣＬＭモ
ジュールに比較して減少したＥＭＴ値を得ることができ
る。
【０００９】好ましくは、本発明で用いられるファブリ
ックは縦糸方向の中空繊維膜が横糸方向のモノフィラメ
ント繊維と織り合わされている織られたファブリックで
ある。しかし、他のファブリック形態のものも本発明に
使用でき、例えば中空繊維膜が横糸として挿入されてい
るニット構造も使用できる。
ックは縦糸方向の中空繊維膜が横糸方向のモノフィラメ
ント繊維と織り合わされている織られたファブリックで
ある。しかし、他のファブリック形態のものも本発明に
使用でき、例えば中空繊維膜が横糸として挿入されてい
るニット構造も使用できる。
【００１０】横糸繊維は、モジュールの長さ方向に中空
繊維膜間の繊維−繊維の平行性を保持するように、縦糸
方向の中空繊維膜を構造的に支持している。更に、横糸
繊維は、それぞれ多孔質中空のフィード繊維とストリッ
プ繊維との間の接触を本質的には排除できないとして
も、それを最小にする「スペーサー」として働き、同様
に重ね合わされたファブリック層中の中空繊維膜に自己
中心保持機能（ｓｅｌｆ−ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎｓ）を付与する。横糸繊維のこれらの機能上
の特性はモジュールのＥＭＴ値を更に減少させる。即
ち、モジュールのＥＭＴ値は理論値に近ずく。
繊維膜間の繊維−繊維の平行性を保持するように、縦糸
方向の中空繊維膜を構造的に支持している。更に、横糸
繊維は、それぞれ多孔質中空のフィード繊維とストリッ
プ繊維との間の接触を本質的には排除できないとして
も、それを最小にする「スペーサー」として働き、同様
に重ね合わされたファブリック層中の中空繊維膜に自己
中心保持機能（ｓｅｌｆ−ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ ｆｕｎ
ｃｔｉｏｎｓ）を付与する。横糸繊維のこれらの機能上
の特性はモジュールのＥＭＴ値を更に減少させる。即
ち、モジュールのＥＭＴ値は理論値に近ずく。
【００１１】以下に示される好ましい典型的な態様の詳
細な説明を注意深く考察すれば、本発明の更なる面と利
点がより明確になるだろう。
細な説明を注意深く考察すれば、本発明の更なる面と利
点がより明確になるだろう。
【００１２】次に、添付図面を参照して説明する。図１
〜４を通じて同じ参照番号は同じ構造要素を示してい
る。
〜４を通じて同じ参照番号は同じ構造要素を示してい
る。
【００１３】添付の図１は本発明による含有液体膜モジ
ュール１０の好ましい態様を示している。この態様にお
いて、モジュール１０はケースＣとそのケースの内部空
間Ｓ（図２を参照）中に配置された微孔質の中空繊維束
Ｂを含む。
ュール１０の好ましい態様を示している。この態様にお
いて、モジュール１０はケースＣとそのケースの内部空
間Ｓ（図２を参照）中に配置された微孔質の中空繊維束
Ｂを含む。
【００１４】拡大して示されている図２に更に明確に示
されているように、ケースＣの内部の繊維束Ｂは重ね合
わされたファブリックシート（図２では一点鎖線１２と
二点鎖線１４でそれぞれ示されている）を含み、それら
は一緒にプリーツ状に折り畳まれ、互いに入れ子状の関
係とされている。ファブリックシート１２および１４は
長さ方向に共に延在する多孔質、中空のフィード繊維と
ストリップ繊維（各々の２、３の繊維は図２にＦfおよ
びＦsとして示されている）を含む。モジュール１０が
含有液体膜分離に供されるとき、フィード繊維Ｆfのル
ーメンはフィード液体が流れることができる通路とな
り、ストリップ繊維Ｆsのルーメンはストリップ液体が
流れることができる通路となる。
されているように、ケースＣの内部の繊維束Ｂは重ね合
わされたファブリックシート（図２では一点鎖線１２と
二点鎖線１４でそれぞれ示されている）を含み、それら
は一緒にプリーツ状に折り畳まれ、互いに入れ子状の関
係とされている。ファブリックシート１２および１４は
長さ方向に共に延在する多孔質、中空のフィード繊維と
ストリップ繊維（各々の２、３の繊維は図２にＦfおよ
びＦsとして示されている）を含む。モジュール１０が
含有液体膜分離に供されるとき、フィード繊維Ｆfのル
ーメンはフィード液体が流れることができる通路とな
り、ストリップ繊維Ｆsのルーメンはストリップ液体が
流れることができる通路となる。
【００１５】モジュールケースＣは、最も好ましくは、
細長い中央管Ｃcを含み、中央管Ｃcの末端それぞれには
一対のＹ字形になった末端管Ｙ1およびＹ2が取り付けら
れている。ファブリックシート１２の末端はファブリッ
クシート１４の末端から、好ましくは後述の方法によっ
て分離され、そしてそれぞれＹ字形の管のどちらかの枝
管内部に配置されて、多孔質、中空のフィード繊維Ｆf
とストリップ繊維Ｆsのそれぞれのルーメンが液体供給
源に接続できるようになっている。即ち、ファブリック
シート１２中の微孔質中空フィード繊維Ｆfの最終末端
はＹ字形管Ｙ1の枝管Ｙ1f中に配置することができ、ま
たファブリックシート１２中のフィード繊維Ｆfのもう
一方の最終末端はＹ字形管Ｙ2の枝管Ｙ2f中に配置する
ことができる。同様に、ファブリックシート１４中のス
トリップ繊維Ｆsの最終末端はＹ字形管Ｙ1とＹ2のそれ
ぞれの枝管Ｙ1s、Ｙ2sの中に配置することができる。従
って、この方法では、枝管Ｙ1f、Ｙ2f、Ｙ1sおよびＹ2s
は、分離プロセス中に、モジュール１０を通る望ましい
相対流量に従って、流体のための供給口と排出口として
働く。例えば、図１には向流の流体流を記載している
が、並流の流体流も同様に可能である。
細長い中央管Ｃcを含み、中央管Ｃcの末端それぞれには
一対のＹ字形になった末端管Ｙ1およびＹ2が取り付けら
れている。ファブリックシート１２の末端はファブリッ
クシート１４の末端から、好ましくは後述の方法によっ
て分離され、そしてそれぞれＹ字形の管のどちらかの枝
管内部に配置されて、多孔質、中空のフィード繊維Ｆf
とストリップ繊維Ｆsのそれぞれのルーメンが液体供給
源に接続できるようになっている。即ち、ファブリック
シート１２中の微孔質中空フィード繊維Ｆfの最終末端
はＹ字形管Ｙ1の枝管Ｙ1f中に配置することができ、ま
たファブリックシート１２中のフィード繊維Ｆfのもう
一方の最終末端はＹ字形管Ｙ2の枝管Ｙ2f中に配置する
ことができる。同様に、ファブリックシート１４中のス
トリップ繊維Ｆsの最終末端はＹ字形管Ｙ1とＹ2のそれ
ぞれの枝管Ｙ1s、Ｙ2sの中に配置することができる。従
って、この方法では、枝管Ｙ1f、Ｙ2f、Ｙ1sおよびＹ2s
は、分離プロセス中に、モジュール１０を通る望ましい
相対流量に従って、流体のための供給口と排出口として
働く。例えば、図１には向流の流体流を記載している
が、並流の流体流も同様に可能である。
【００１６】ファブリックシート１２と１４のそれぞれ
は、最も好ましくは、フィード繊維Ｆfとストリップ繊
維Ｆsがそれぞれファブリックの縦糸方向に配置されて
いる織られたファブリックである。フィード繊維Ｆfと
ストリップ繊維Ｆsをそれぞれ構成している中空繊維膜
と織り合わされている横糸繊維Ｗは、好ましくは合成モ
ノフィラメント繊維、例えばナイロン、ポリエステルお
よび同様のものの繊維のような繊維である。横糸繊維は
フィード繊維Ｆfおよびストリップ繊維Ｆsと本質的に同
じ繊維から作られているのが特に好ましい。
は、最も好ましくは、フィード繊維Ｆfとストリップ繊
維Ｆsがそれぞれファブリックの縦糸方向に配置されて
いる織られたファブリックである。フィード繊維Ｆfと
ストリップ繊維Ｆsをそれぞれ構成している中空繊維膜
と織り合わされている横糸繊維Ｗは、好ましくは合成モ
ノフィラメント繊維、例えばナイロン、ポリエステルお
よび同様のものの繊維のような繊維である。横糸繊維は
フィード繊維Ｆfおよびストリップ繊維Ｆsと本質的に同
じ繊維から作られているのが特に好ましい。
【００１７】モノフィラメントの横糸繊維Ｗの直径は、
フィード繊維Ｆfとストリップ繊維Ｆsをそれぞれ構成す
る中空繊維膜の直径よりもかなり小さくなるように選ば
れるのが好ましい。横糸繊維Ｗが作られる合成樹脂の強
度特性は、横糸繊維の実質的な最小直径を規定する。モ
ジュール１０の分離能力に悪影響を及ぼさないように、
横糸繊維Ｗは余り大きな直径を有しないことが好まし
い。好ましい例として、横糸繊維Ｗは直径が約１０デニ
ール以上となるように選ばれるのが最も好ましい。
フィード繊維Ｆfとストリップ繊維Ｆsをそれぞれ構成す
る中空繊維膜の直径よりもかなり小さくなるように選ば
れるのが好ましい。横糸繊維Ｗが作られる合成樹脂の強
度特性は、横糸繊維の実質的な最小直径を規定する。モ
ジュール１０の分離能力に悪影響を及ぼさないように、
横糸繊維Ｗは余り大きな直径を有しないことが好まし
い。好ましい例として、横糸繊維Ｗは直径が約１０デニ
ール以上となるように選ばれるのが最も好ましい。
【００１８】横糸繊維Ｗは、ファブリックシート１２中
のフィード繊維Ｆfとファブリックシート１４中の隣接
ストリップ繊維Ｆsとの間の分離距離を本質的に維持す
るためのスペーサーとして働く。即ち、それぞれ隣り合
ったフィード繊維Ｆfとストリップ繊維Ｆsとは、少なく
とも横糸繊維Ｗのデニールに本質的に相当する寸法分だ
け離れている。
のフィード繊維Ｆfとファブリックシート１４中の隣接
ストリップ繊維Ｆsとの間の分離距離を本質的に維持す
るためのスペーサーとして働く。即ち、それぞれ隣り合
ったフィード繊維Ｆfとストリップ繊維Ｆsとは、少なく
とも横糸繊維Ｗのデニールに本質的に相当する寸法分だ
け離れている。
【００１９】横糸繊維Ｗは自己中心保持機能も有する。
言い換えると、横糸繊維Ｗは、ファブリックシート１２
および１４中の隣り合った各々のフィード繊維Ｆfとス
トリップ繊維Ｆsとを互いに千鳥状配置の関係で配向さ
せる助けとなる（即ち、一方のファブリックシートの縦
方向中空繊維膜を結んでいる横方向繊維の“ピーク”
は、隣接する入れ子状になったファブリックシートの中
の隣り合った中空繊維膜の間の横方向繊維のそれぞれの
“谷”の間に位置する）。
言い換えると、横糸繊維Ｗは、ファブリックシート１２
および１４中の隣り合った各々のフィード繊維Ｆfとス
トリップ繊維Ｆsとを互いに千鳥状配置の関係で配向さ
せる助けとなる（即ち、一方のファブリックシートの縦
方向中空繊維膜を結んでいる横方向繊維の“ピーク”
は、隣接する入れ子状になったファブリックシートの中
の隣り合った中空繊維膜の間の横方向繊維のそれぞれの
“谷”の間に位置する）。
【００２０】分離の対照となる選択された化学種に対し
て透過性を示す壁を有する任意の実質的に中空の繊維が
本発明によるモジュール１０において用いることができ
る。従って、本明細書と添付の請求の範囲で用いられて
いる「中空繊維膜」およびそれと同様の用語は、壁が選
択された化学種に対して透過性を有する中空繊維のこと
を指している。しかして、例えば中空繊維の壁に細孔が
存在しているために物理的に透過性である中空繊維およ
び／または、例えば中空繊維の壁を通過する化学種の質
量移動があるために、化学的に透過性である中空繊維が
この定義の中に含まれる。
て透過性を示す壁を有する任意の実質的に中空の繊維が
本発明によるモジュール１０において用いることができ
る。従って、本明細書と添付の請求の範囲で用いられて
いる「中空繊維膜」およびそれと同様の用語は、壁が選
択された化学種に対して透過性を有する中空繊維のこと
を指している。しかして、例えば中空繊維の壁に細孔が
存在しているために物理的に透過性である中空繊維およ
び／または、例えば中空繊維の壁を通過する化学種の質
量移動があるために、化学的に透過性である中空繊維が
この定義の中に含まれる。
【００２１】しかし、好ましくは、本発明のモジュール
に用いられる中空繊維膜は、ジェームス Ｊ．ローワリ
ー（Ｊａｍｅｓ Ｊ．Ｌｏｗｅｒｙ）らの米国特許第
４，４０５，６８８号および同第４，４５１，９８１号
明細書に記載される「アップ−スピニング（ｕｐ−ｓｐ
ｉｎｎｉｎｇ）」法によって製造される微孔質中空繊維
である。これらの米国特許を引用文献として本明細書に
特に取り入れるものとする。前駆物質である非多孔質中
空繊維は、簡単に言えば、これら先行特許に記載されて
いる方法に従って、実質的に垂直上方向に前駆繊維を溶
融紡糸する（アップ−スピニングする）ことによって製
造される。次に、このようにして溶融紡糸される中空前
駆繊維の周囲に配された、その前駆繊維に対して急冷媒
体を実質的に均一に分配させる１つまたはそれ以上の開
口を内面に有する中空環状構造体を使用する対称急冷工
程に、その中空前駆繊維を暴露しながら紡糸、延伸す
る。このようにして形成された中空前駆繊維は、これ
を、例えば、少なくとも数秒間（例えば、数秒から約２
４時間、好ましくは約３０分から２時間）約５〜１００
℃の温度に暴露することによって、その非多孔質中空繊
維をヒートアニールしてもよい。
に用いられる中空繊維膜は、ジェームス Ｊ．ローワリ
ー（Ｊａｍｅｓ Ｊ．Ｌｏｗｅｒｙ）らの米国特許第
４，４０５，６８８号および同第４，４５１，９８１号
明細書に記載される「アップ−スピニング（ｕｐ−ｓｐ
ｉｎｎｉｎｇ）」法によって製造される微孔質中空繊維
である。これらの米国特許を引用文献として本明細書に
特に取り入れるものとする。前駆物質である非多孔質中
空繊維は、簡単に言えば、これら先行特許に記載されて
いる方法に従って、実質的に垂直上方向に前駆繊維を溶
融紡糸する（アップ−スピニングする）ことによって製
造される。次に、このようにして溶融紡糸される中空前
駆繊維の周囲に配された、その前駆繊維に対して急冷媒
体を実質的に均一に分配させる１つまたはそれ以上の開
口を内面に有する中空環状構造体を使用する対称急冷工
程に、その中空前駆繊維を暴露しながら紡糸、延伸す
る。このようにして形成された中空前駆繊維は、これ
を、例えば、少なくとも数秒間（例えば、数秒から約２
４時間、好ましくは約３０分から２時間）約５〜１００
℃の温度に暴露することによって、その非多孔質中空繊
維をヒートアニールしてもよい。
【００２２】完成した微孔質中空繊維は、約５〜約１５
００ミクロン、好ましくは約７０〜約１５００ミクロン
の平均内径を有する。更に、この繊維は内径（Ｉ．
Ｄ．）が実質的に均一である、例えば繊維の軸に対して
直角に切断した横断面の内径の変動係数が約８％未満、
好ましくは約５％未満、更に好ましくは約３％未満であ
ると言う特徴を有する。
００ミクロン、好ましくは約７０〜約１５００ミクロン
の平均内径を有する。更に、この繊維は内径（Ｉ．
Ｄ．）が実質的に均一である、例えば繊維の軸に対して
直角に切断した横断面の内径の変動係数が約８％未満、
好ましくは約５％未満、更に好ましくは約３％未満であ
ると言う特徴を有する。
【００２３】好ましい微孔質中空繊維の細孔は実質的に
１つの外面または外表面領域からもう１つの外面または
外表面領域に達する曲がりくねった経路を通じて相互に
連絡している（即ち、連続気泡）。更に、本発明の好ま
しい微孔質中空繊維の細孔は顕微鏡的である。即ち、細
孔の配置または配列の詳細は顕微鏡的ディメンジョンに
よってのみ記述されるものである。従って、これらの繊
維の連続気泡または細孔は、通常の光学顕微鏡を用いて
測定できるものに比べて更に小さい。何故ならば、可視
光の波長は約５，０００オングストロームで、連続気泡
または細孔の最も長い平面または表面寸法と比べて長い
からである。微孔質中空繊維の細孔サイズは５，０００
オングストローム未満の細孔構造の細部を分解すること
ができる電子顕微鏡法を用いることによって、または水
銀ポロシメトリー法（ｍｅｒｃｕｒｙ ｐｏｒｏｓｉｍ
ｅｔｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）によって確定するこ
とができる。
１つの外面または外表面領域からもう１つの外面または
外表面領域に達する曲がりくねった経路を通じて相互に
連絡している（即ち、連続気泡）。更に、本発明の好ま
しい微孔質中空繊維の細孔は顕微鏡的である。即ち、細
孔の配置または配列の詳細は顕微鏡的ディメンジョンに
よってのみ記述されるものである。従って、これらの繊
維の連続気泡または細孔は、通常の光学顕微鏡を用いて
測定できるものに比べて更に小さい。何故ならば、可視
光の波長は約５，０００オングストロームで、連続気泡
または細孔の最も長い平面または表面寸法と比べて長い
からである。微孔質中空繊維の細孔サイズは５，０００
オングストローム未満の細孔構造の細部を分解すること
ができる電子顕微鏡法を用いることによって、または水
銀ポロシメトリー法（ｍｅｒｃｕｒｙ ｐｏｒｏｓｉｍ
ｅｔｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）によって確定するこ
とができる。
【００２４】本発明の実施に際して用いることができる
微孔質中空繊維の平均有効細孔サイズは、好ましくは５
０〜２０００オングストローム、更に一般的には１００
〜１０００オングストロームである。「平均有効細孔サ
イズ」とは、同じ寸法を有するほぼ球状の粒子を通過さ
せる細孔の最小寸法のことである。細孔は、一般に、幅
５０〜２０００オングストローム、長さ５００〜１０，
０００オングストロームの細長い形状を有する。故に、
好ましい微孔質中空繊維の「平均有効細孔サイズ」は、
通常、細孔の幅寸法によって定められる。更に、これら
の細孔は繊維の円周を取り巻くように極めて均一に存在
している。例えば、好ましい微孔質中空繊維では、繊維
の円周における最大細孔密度対最小細孔密度の平均の比
は約３：１未満、通常は約２：１未満である。
微孔質中空繊維の平均有効細孔サイズは、好ましくは５
０〜２０００オングストローム、更に一般的には１００
〜１０００オングストロームである。「平均有効細孔サ
イズ」とは、同じ寸法を有するほぼ球状の粒子を通過さ
せる細孔の最小寸法のことである。細孔は、一般に、幅
５０〜２０００オングストローム、長さ５００〜１０，
０００オングストロームの細長い形状を有する。故に、
好ましい微孔質中空繊維の「平均有効細孔サイズ」は、
通常、細孔の幅寸法によって定められる。更に、これら
の細孔は繊維の円周を取り巻くように極めて均一に存在
している。例えば、好ましい微孔質中空繊維では、繊維
の円周における最大細孔密度対最小細孔密度の平均の比
は約３：１未満、通常は約２：１未満である。
【００２５】前述のタイプの微孔質中空繊維は、北カリ
フォルニア州、シャーロットにあるヘキスト セラニー
ズ社の分離製品部からセルガード（ＣＥＬＧＡＲＤ：登
録商標）と言う名称で市販されている。
フォルニア州、シャーロットにあるヘキスト セラニー
ズ社の分離製品部からセルガード（ＣＥＬＧＡＲＤ：登
録商標）と言う名称で市販されている。
【００２６】図３は前記のモジュール１０を製造するた
めに用いられる製造工程の原理を示すブロック図であ
る。ファブリックシート１２および１４は、図４に模式
的に示される工程２０において互いに重ね合わされる。
この工程においては、ファブリックシートの末端部分が
相互に確実に分離されるように注意する必要がある（即
ち、重ね合わされたファブリック層の中空多孔質フィー
ド繊維の組と、多孔質中空ストリップ繊維の組とが分離
されるようにする）。好ましくは、ファブリックシート
の末端部分の分離は、図４に示されるように、ファブリ
ックシート１２および１４の重ね合わされた末端部分の
間に分離ストリップＳを挿入することにより達成され
る。
めに用いられる製造工程の原理を示すブロック図であ
る。ファブリックシート１２および１４は、図４に模式
的に示される工程２０において互いに重ね合わされる。
この工程においては、ファブリックシートの末端部分が
相互に確実に分離されるように注意する必要がある（即
ち、重ね合わされたファブリック層の中空多孔質フィー
ド繊維の組と、多孔質中空ストリップ繊維の組とが分離
されるようにする）。好ましくは、ファブリックシート
の末端部分の分離は、図４に示されるように、ファブリ
ックシート１２および１４の重ね合わされた末端部分の
間に分離ストリップＳを挿入することにより達成され
る。
【００２７】隣り合った末端領域の間に分離ストリップ
Ｓが挿入された、重ね合わされたファブリックシート１
２と１４は、次に、工程２２でファブリックシートの長
さ方向２２に沿って一緒にプリーツ状に折り畳まれる
（即ち、アコーディオン状に折り畳まれる）。得られた
アコーディオン状に折り畳まれた構造は図５に模式的に
示されているが、ファブリックシート１２および１４は
互いに入れ子状になっている。
Ｓが挿入された、重ね合わされたファブリックシート１
２と１４は、次に、工程２２でファブリックシートの長
さ方向２２に沿って一緒にプリーツ状に折り畳まれる
（即ち、アコーディオン状に折り畳まれる）。得られた
アコーディオン状に折り畳まれた構造は図５に模式的に
示されているが、ファブリックシート１２および１４は
互いに入れ子状になっている。
【００２８】アコーディオン状に折り畳まれた構造が得
られたら、ファブリックシート１２および１４のそれぞ
れの末端部分は工程２４で各末端部分を集め、適当な包
装部材（例えば、テープおよび／または分離ストリップ
Ｓ）で縛ることによって互いに分離される。工程２４で
はまたアコーディオン状に折り畳まれたファブリックシ
ートが集められ、互いに束にされてモジュールケースＣ
に入れ易いようにされる。束にされた、アコーディオン
状に折り畳まれたファブリックシート１２および１４
は、図６に示されるように、最初に工程２６で中央管Ｃ
cに導入され、そしてファブリックシート１２および１
４の分離された末端部分がＹ字形末端Ｙ1およびＹ2のそ
れぞれの枝管に挿入される。Ｙ字形管Ｙ1とＹ2は次にカ
ップリングＴＣにより中央管に取り付けられる。
られたら、ファブリックシート１２および１４のそれぞ
れの末端部分は工程２４で各末端部分を集め、適当な包
装部材（例えば、テープおよび／または分離ストリップ
Ｓ）で縛ることによって互いに分離される。工程２４で
はまたアコーディオン状に折り畳まれたファブリックシ
ートが集められ、互いに束にされてモジュールケースＣ
に入れ易いようにされる。束にされた、アコーディオン
状に折り畳まれたファブリックシート１２および１４
は、図６に示されるように、最初に工程２６で中央管Ｃ
cに導入され、そしてファブリックシート１２および１
４の分離された末端部分がＹ字形末端Ｙ1およびＹ2のそ
れぞれの枝管に挿入される。Ｙ字形管Ｙ1とＹ2は次にカ
ップリングＴＣにより中央管に取り付けられる。
【００２９】次に、工程２８において、例えば、Ｙ字形
管コネクタＹ1とＹ2のそれぞれの枝管の中に中空繊維膜
の最終末端を入れた後、必要な品質制御検査を行ってモ
ジュール１０を完成させる。最後に、完成モジュール１
０を適当に梱包して顧客に送る。
管コネクタＹ1とＹ2のそれぞれの枝管の中に中空繊維膜
の最終末端を入れた後、必要な品質制御検査を行ってモ
ジュール１０を完成させる。最後に、完成モジュール１
０を適当に梱包して顧客に送る。
【００３０】上記モジュール１０の特有の幾何学的形状
は本発明の特に好ましい態様を表している一例に過ぎな
いことは分かるだろう。当業者は、本発明の二次加工技
術によってＥＭＴが減少するので、中空繊維膜を用いる
他の最終用途に本発明の中空繊維膜を適用することもで
きることを認識するだろう。
は本発明の特に好ましい態様を表している一例に過ぎな
いことは分かるだろう。当業者は、本発明の二次加工技
術によってＥＭＴが減少するので、中空繊維膜を用いる
他の最終用途に本発明の中空繊維膜を適用することもで
きることを認識するだろう。
【００３１】以上、本発明を本発明の原理と好ましい実
施態様に基づいて説明したが、本発明の範囲は開示され
る実施態様に限定されるものではなく、本発明に係る技
術的思想に含まれる種々の改良や等価の変更もその範囲
に含まれるものである。
施態様に基づいて説明したが、本発明の範囲は開示され
る実施態様に限定されるものではなく、本発明に係る技
術的思想に含まれる種々の改良や等価の変更もその範囲
に含まれるものである。
【００３２】本発明は実施態様として以下の態様を包含
する。
する。
【００３３】１．モジュールケースおよび、そのモジュ
ールケースの内部空間内にある中空フィード繊維膜の組
および中空ストリップ繊維膜の組を有するモジュールに
おいて、 中空フィード繊維膜の組と中空ストリップ繊維膜の組は
それぞれの交互に重ね合わされたファブリックシートを
構成し；それらシートは共にモジュールケースの長さ方
向に沿って互いにプリーツ状に折り畳まれて入れ子状に
なっており；その中空フィード繊維膜とストリップ繊維
膜とはそれぞれのファブリックシートの縦糸方向に配置
され、かつそれら繊維膜に横糸繊維が介在しており；そ
の横糸繊維はフィード繊維膜とストリップ繊維膜とをそ
れらそれぞれのファブリックシート内に、かつ隣り合う
繊維シートの中空繊維膜に対して平行関係で保持してお
り；横糸繊維はまた交互に重ね合わされたファブリック
シート間にある分離距離を維持するスペーサーとして働
き、それによってフィード繊維膜とストリップ繊維膜の
隣接するもの同士を分離しているそのモジュールにおい
て、横糸繊維の膜が合成モノフィラメント繊維である上
記モジュール。
ールケースの内部空間内にある中空フィード繊維膜の組
および中空ストリップ繊維膜の組を有するモジュールに
おいて、 中空フィード繊維膜の組と中空ストリップ繊維膜の組は
それぞれの交互に重ね合わされたファブリックシートを
構成し；それらシートは共にモジュールケースの長さ方
向に沿って互いにプリーツ状に折り畳まれて入れ子状に
なっており；その中空フィード繊維膜とストリップ繊維
膜とはそれぞれのファブリックシートの縦糸方向に配置
され、かつそれら繊維膜に横糸繊維が介在しており；そ
の横糸繊維はフィード繊維膜とストリップ繊維膜とをそ
れらそれぞれのファブリックシート内に、かつ隣り合う
繊維シートの中空繊維膜に対して平行関係で保持してお
り；横糸繊維はまた交互に重ね合わされたファブリック
シート間にある分離距離を維持するスペーサーとして働
き、それによってフィード繊維膜とストリップ繊維膜の
隣接するもの同士を分離しているそのモジュールにおい
て、横糸繊維の膜が合成モノフィラメント繊維である上
記モジュール。
【００３４】２．モジュールケースがフィード繊維膜お
よびストリップ繊維膜の各々のための供給部およびディ
スチャージ部を有し、ファブリックシートの末端部分が
互いに分離されて、それぞれのフィード繊維膜およびス
トリップ繊維膜と関連した供給部およびディスチャージ
部の内部に配置されている、前項１に記載のモジュー
ル。
よびストリップ繊維膜の各々のための供給部およびディ
スチャージ部を有し、ファブリックシートの末端部分が
互いに分離されて、それぞれのフィード繊維膜およびス
トリップ繊維膜と関連した供給部およびディスチャージ
部の内部に配置されている、前項１に記載のモジュー
ル。
【００３５】３．膜液体を含有するための内部空間を有
する細長いモジュールケース、およびそのモジュールケ
ースの内部空間内に配置された、重ね合わされ、長さ方
向にプリーツ状に折り畳まれ、入れ子状にされた、フィ
ード液体とストリップ液体のためのファブリックを含む
液体膜モジュールであって、フィード液体用ファブリッ
クとストリップ液体用ファブリックが、モジュールケー
スの長さ方向と同一方向に広がりを持つ中空繊維膜をそ
れぞれ含み、そのモジュールケースがフィード液体が流
通するフィード繊維とストリップ液体が流通するストリ
ップ繊維を含む液体膜モジュール。
する細長いモジュールケース、およびそのモジュールケ
ースの内部空間内に配置された、重ね合わされ、長さ方
向にプリーツ状に折り畳まれ、入れ子状にされた、フィ
ード液体とストリップ液体のためのファブリックを含む
液体膜モジュールであって、フィード液体用ファブリッ
クとストリップ液体用ファブリックが、モジュールケー
スの長さ方向と同一方向に広がりを持つ中空繊維膜をそ
れぞれ含み、そのモジュールケースがフィード液体が流
通するフィード繊維とストリップ液体が流通するストリ
ップ繊維を含む液体膜モジュール。
【００３６】４．モジュールケースおよび、そのモジュ
ールケースの内部空間内にある中空繊維膜の束を含む中
空繊維膜モジュールであって、中空繊維膜の束が少なく
とも一対の重ね合わされ、長さ方向にプリーツ状に折り
畳まれ、入れ子状に織られたファブリックシートから構
成され、その中空繊維膜が各ファブリックシートの縦糸
方向繊維を構成しているモジュール。
ールケースの内部空間内にある中空繊維膜の束を含む中
空繊維膜モジュールであって、中空繊維膜の束が少なく
とも一対の重ね合わされ、長さ方向にプリーツ状に折り
畳まれ、入れ子状に織られたファブリックシートから構
成され、その中空繊維膜が各ファブリックシートの縦糸
方向繊維を構成しているモジュール。
【００３７】５．重ね合わされた各ファブリックシート
の中空繊維膜が、それらに横糸繊維を織り込むことによ
り、互いに平行に保たれ、また隣接するファブリックシ
ートの中空繊維と平行に保たれている、前項４に記載の
中空繊維膜モジュール。
の中空繊維膜が、それらに横糸繊維を織り込むことによ
り、互いに平行に保たれ、また隣接するファブリックシ
ートの中空繊維と平行に保たれている、前項４に記載の
中空繊維膜モジュール。
【００３８】６．横糸繊維が縦糸方向中空繊維膜の直径
より小さいデニールを有する合成モノフィラメント繊維
である、前項５に記載の微孔質中空繊維膜モジュール。
より小さいデニールを有する合成モノフィラメント繊維
である、前項５に記載の微孔質中空繊維膜モジュール。
【００３９】７．それぞれ同一方向に、複数の平行な縦
糸方向中空繊維膜を含む少なくとも一対のファブリック
シートを重ね合わせる工程、 重ね合わされたファブリック層を長さ方向にプリーツ状
に折り畳み、折り畳まれたファブリックシートを互いに
長さ方向において入れ子状にする工程、および重ね合わ
され、長さ方向にプリーツ状に折り畳まれ、入れ子状に
されたファブリックシートを縦糸方向中空繊維膜がモジ
ュールケースの長さ方向に延在するようにモジュールケ
ース内部に配置する工程を含む中空繊維膜を含むモジュ
ールの製造方法。
糸方向中空繊維膜を含む少なくとも一対のファブリック
シートを重ね合わせる工程、 重ね合わされたファブリック層を長さ方向にプリーツ状
に折り畳み、折り畳まれたファブリックシートを互いに
長さ方向において入れ子状にする工程、および重ね合わ
され、長さ方向にプリーツ状に折り畳まれ、入れ子状に
されたファブリックシートを縦糸方向中空繊維膜がモジ
ュールケースの長さ方向に延在するようにモジュールケ
ース内部に配置する工程を含む中空繊維膜を含むモジュ
ールの製造方法。
【００４０】８．ファブリックシートの重ね合わせ工程
が、重ね合わされたファブリックシートの端部を分離す
る工程を含む、前項７に記載の方法。
が、重ね合わされたファブリックシートの端部を分離す
る工程を含む、前項７に記載の方法。
【００４１】９．端部をその分離を助けるために位置的
に拘束する、前項８に記載の方法。
に拘束する、前項８に記載の方法。
【００４２】１０．重ね合わされたファブリックシート
の端部の分離工程が、端部間に分離ストリップを挿入す
ることを含む、前項８に記載の方法。
の端部の分離工程が、端部間に分離ストリップを挿入す
ることを含む、前項８に記載の方法。
【００４３】１１．重ね合わされたファブリックシート
の端部の分離工程が、分離された端部を束にし、挿入さ
れた分離ストリップを除去することを含む、前項１０に
記載の方法。
の端部の分離工程が、分離された端部を束にし、挿入さ
れた分離ストリップを除去することを含む、前項１０に
記載の方法。
【図１】図１は、一部切断して、モジュールケース中に
含まれている重ね合わされたプリーツ状ファブリック層
を露出させた、本発明によるモジュールの側面透視図で
ある。
含まれている重ね合わされたプリーツ状ファブリック層
を露出させた、本発明によるモジュールの側面透視図で
ある。
【図２】図２は、図１に示したモジュールのライン２−
２に沿って取った、見易くするためにかなり拡大された
部分横断面図である。
２に沿って取った、見易くするためにかなり拡大された
部分横断面図である。
【図３】図３は、本発明のモジュールを製造するときに
行う基本的な製造工程を説明する構成図である。
行う基本的な製造工程を説明する構成図である。
【図４】図４はフィード繊維とストリップ繊維を重ね合
わせる工程を示す図である。
わせる工程を示す図である。
【図５】図５はファブリックシートがアコーディオン状
に折り畳まれた状態を示す図である。
に折り畳まれた状態を示す図である。
【図６】図６はアコーディオン状に折り畳まれたファブ
リックシートをＹ字形管に挿入する様子を示す図であ
る。
リックシートをＹ字形管に挿入する様子を示す図であ
る。
１０ モジュール Ｂ 中空繊維束 Ｃ モジュールケース Ｓ モジュールケースの内部空間 １２、１４ ファブリックシート Ｆf フィード繊維 Ｆs ストリップ繊維 Ｃc モジュールケースの中央管 Ｙ1、Ｙ2 Ｙ字形管 Ｙ1f、Ｙ2f、Ｙ1s、Ｙ2s 枝管 Ｓ 分離ストリップ ＴＣ カップリング
Claims (1)
- 【請求項１】 モジュールケースおよび、該モジュール
ケースの内部空間内にある中空フィード繊維膜の組およ
び中空ストリップ繊維膜の組を有するモジュールにおい
て、 該中空フィード繊維膜の組と中空ストリップ繊維膜の組
はそれぞれの交互に重ね合わされたファブリックシート
を構成し；それらシートは一緒にモジュールケースの長
さ方向に沿って互いにプリーツ状に折り畳まれて入れ子
状になっており；該中空フィード繊維膜と該ストリップ
繊維膜とはそれぞれのファブリックシートの縦糸方向に
配置され、かつそれら繊維膜に横糸繊維が介在してお
り；該横糸繊維は該フィード繊維膜と該ストリップ繊維
膜とをそれらそれぞれのファブリックシート内に、かつ
隣り合う繊維シートの中空繊維膜に対して平行関係で保
持しており；該横糸繊維はまた交互に重ね合わされたフ
ァブリックシート間にある分離距離を維持するスペーサ
ーとして働き、それによって該フィード繊維膜と該スト
リップ繊維膜の隣接するもの同士を分離している 前記モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US688178 | 1991-04-22 | ||
| US07/688,178 US5449457A (en) | 1991-04-22 | 1991-04-22 | Liquid membrane modules with minimal effective membrane thickness and methods of making the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH05123541A JPH05123541A (ja) | 1993-05-21 |
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