JPH0810586A - 管集合体ならびに製造および使用方法 - Google Patents
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S264/00—Plastic and nonmetallic article shaping or treating: processes
- Y10S264/48—Processes of making filters
Abstract
ルの組み立てを容易かつ安価に行うことができる管集合
体を提供する。 【構成】 (a)2つの溝付ロール20の間隙に、2つ
の平帯18を一緒に通し;(b)場合によっては加熱下
に、溝付ロールの間隙において2つの平帯18を一緒に
加圧し、このとき(c)溝付ロールの間隙に、間隔をお
いて平行に並べた針金24を、定位置に配置して、この
針金を対応して溝付ロールの表面に切り込んだ溝22に
喰い込ませ、(d)積層し合わせた平帯を、ロールの間
隙から引き離し、かつ焼結浴または加熱空気装置26を
通過させ、(e)積層し合わせた平帯を定位置に配置し
た針金24から引き離し、(f)積層し合わせた平帯か
らなる連続した管集合体10を、巻き上げるか、または
畳み込む工程を特徴とする管集合体の連続的な製造方
法。
Description
び使用方法に関する。周知のように、物質交換系には、
液/液型または液/気型の膜モジュール、特に中空繊
維、すなわち毛細管を作用させるものを使用する。この
とき管は容器の前後の2つの面において、液体および気
体を透過させないように固定、有利には閉止しておく。
物質交換に関与する流体、たとえば気体を管に貫流させ
る。この中空繊維の束を容器のなかに配置し、この容器
に他の流体、たとえば液体を貫流させる。物質交換の効
率は、特に、流速によって影響を受ける。管は軸方向ま
たは半径方向に流すことができる。
および精密濾過、さらにたとえば有機質の液体の脱気、
および最近は排気ガス浄化に使用し、このとき、たとえ
ば管膜には、精製すべき気体を貫通させ、管の外側の周
りには、たとえば吸収性を有し、有害物質を結合し得る
液体を流す。物質交換の効率を改良するために、PTF
Eからなる管膜の使用が有利であることが証明された。
それは、PTFEが化学的にも熱的にも耐性が良好であ
り、特に表面張力が低いので極めて良好な疎水性を有す
るためである。
て成形し製造する。この方法では、達成できる管壁の厚
さが限定される。この材料の引き伸ばしは、長手方向に
おいてのみ可能である。さらに、この方法は費用を要す
るので管が高価である。米国特許第4791966号に
より公知の管の製造方法は、断面において中央部が厚い
延伸された微孔性PTPEの平帯を、針金の周りに螺旋
状に巻いて、焼結し、次に針金を引き抜く。この方法は
最初に述べた方法より、一連の利点を有する。特に管膜
の壁の厚さを広い範囲で変えることができる。また始め
から所定の微孔性を有する材料を使用することができ
る。不利なことに、特にモジュールの組み立てにおい
て、管の取り扱いが煩雑であり、また管を完成するのに
依然として労力と費用を要する。
は、新規な安価な管膜、およびその製造方法を提供し、
特に管の取り扱いを改良して、これに対応するモジュー
ルの組み立てを容易にすることである。上記課題は、本
発明によって、請求項1および9に記載の特徴部分によ
って解決される。実質的にこの発見は、個別の管膜を、
多数の管を有する平帯ケーブルに類似の集合体にまとめ
合わせることである。このとき個別の管を結合する面状
体は、打ち抜いて膜モジュールのなかで管のすべての側
の周りを確実に流れるようにすることが有利である。本
発明の管集合体の、有利なさらなる形態は、従属請求項
2と10の対象である。
8の対象である。この方法の有利なさらなる形態は、請
求項20および21に記載する。
細に説明する。図1によれば、管集合体10は、平面に
配置された複数の隣接する管12が、面状体14によっ
て相互に結合して形成されている。面状体は開放された
打ち抜き孔16を有することができる。このような管集
合体は、単一の管より取り扱いが実質的に容易であり、
容易に巻き上げたり、折り畳んだりすることができる。
膜モジュールを製造するとき、常に複数の管を同時に移
すことができるので、組み立てが簡単である。その上、
面状体14が間隔保持材として作用するので、モジュー
ルを操作するとき、管を押し合わせることがない。
トラフルオロエチレン)膜を積層した2つの層からな
る。このような膜の製法は、米国特許第3953566
号および同第4187390号に記載されている。この
物質は不活性および表面の疎水性によって、一連の物質
交換系に極めて適している。管を製造する前に、この物
質を一軸または二軸方向に延伸し、これによって生成す
る微孔性により液体不透過性を持続するが気体透過性に
することが有利である。膜に欠陥場所があるかも知れな
いので、これを密閉するために、管を積層し合わせた複
数の膜層から形成することができる。1つ、もしくは複
数の膜層は、たとえば、気体選択性被層を積層するか、
または他の材料たとえばガラス繊維のフリースもしくは
織物の形で強化のため1つもしくは複数の層を補充する
か、または、たとえば無機質もしくは有機質の物質たと
えば活性炭を充填する。気体選択性被層は、たとえばF
EP(ポリフルオロエチレンプロピレン)、PFAまた
はNafion(登録商標)
形成することができる。膜層は、大きさの異なる孔構造
を有することもできる。たとえば孔の直径を、外層は大
きな孔、好ましくは0.1〜10μとし、内層は細かい
孔、好ましくは0.01〜0.1μとする。管の内径は
0.1〜2mmが好ましい。図1に示す管集合体は、図2
に示すような装置で製造することができる。2つの平帯
18は延伸された微孔性PTFE膜からなり、2つの溝
付ロール20の間隙に導入される。2つの溝付ロール2
0の表面に(図3に示す)溝22が切り込まれ、これら
の溝はそれぞれ向かい合って、断面が丸い中空空間を形
成し、そのなかに針金または軸24が定位置に配置され
る。針金24の外径は、溝22によって形成される中空
空間の内径より僅かに小さい。
を通して引いて積層し合わせ、溝22の領域において、
ここに配置した針金24の周りで管12を形成する。2
つの帯は溝付ロール20が加える圧力によって結合す
る。このとき圧力モーメント締めによって溝付ロール同
士を引き寄せ、溝付ロールの間に残る空間を膜の壁厚に
対応させる。また付加的に、1つまたは複数の公知の結
合技術、たとえば粘着、加熱またはレーザー照射を応用
することもできる。こうしてたとえば接着剤を付けたロ
ールを溝付ロール20に直列に設けることができる。平
帯18は、溝付ロールの間隙に滞留する間、またはこの
間隙を離れた後に加熱することもできる。これには、溝
付ロール20および/または針金24を加熱するか、ま
たは帯18を焼結浴もしくは加熱空気装置26に通す。
積層し合わせた膜の表面は、この装置のなかで融解して
固着する。このとき焼結浴において、温度350〜40
0℃、滞留時間2〜3秒とすることが好ましい。
すには、焼結部所26の前でも後でも行うことができ
る。後で行うと、加熱処理における管の収縮を確実に回
避できる利点がある。連続した帯の形の管集合体は、螺
旋形に巻き上げるかまたは畳み込むことができ、対応す
る膜モジュールの製造においてさらに加工するために使
用することができるが、しかしまたこの帯は断片に切断
し、モジュールのなかでそれぞれの切断片の管を平行と
し、相互に離して並べることができる。
帯の間に液体または固体物質を導入することができる。
これにより、簡単でかつ安価な方法で、管集合体を製造
することができるが、この場合管の充填を直ちに行な
い、後になってはじめて行なってはならない。自明のよ
うに、本発明は、優れた膜としてここに挙げたPTFE
膜に限定するものではなく、他の微孔性ポリマー物質、
たとえばポリエチレン、ポリプロピレンも使用すること
ができる。このときポリマー物質は必ずしも多孔性であ
ることを必要としない。たとえばポリカーボネートおよ
びポリエチレンは、多孔性でも、非多孔性でもあるが、
FEPは一般に非多孔性である。しかしこれらのすべて
の物質は、本発明に関連して使用することができる。
合体の特定の実施態様に過ぎない。自明のように、管は
使用目的に応じて直径を大きくしたり、小さくしたりす
ることができる。他の目的に使用しようとするときは、
管集合体をさらに個別の膜管に切断することもできる。
前述の連続的な方法とともに、本発明の管集合体を不連
続的に製造することもできる。このとき平帯は実質的に
平らな工具の上に置き、この工具は平行して、相互に離
れた複数の半円形の凹部を有し、これによって平帯上に
生成したくぼみに、針金をおき、最後に、第2の平帯お
よび対応して形成された第2の工具部分をこの配置の上
におく。圧力(5〜500N/cm2 、好ましくは10〜
100N/cm2 )、温度(300〜400℃)を、(物
質および温度に応じて)2〜100秒間加えると、帯は
凹部の間にある面状体において押圧され、こうして相互
に連結される。次に帯を切断して針金を取り除き、平ら
な形の管集合体ができる。この工具は図3に示すものと
原理的に対応している。
は複数の管集合体を使用して、例えば生化学における泥
浄化池、または水泳プール、または醗酵槽のガス処理に
有利に使用することができる。このとき管集合体は、槽
の底におく。気体(たとえば、空気、酸素またはオゾ
ン)を、管を通して、浄化すべき泥のなかに極めて微細
な気体の泡片の形で吹き込まれるような圧力で吹き込
む。槽のなかには、生命の維持に対応して酸素を要求す
る好気性微生物を入れることが多い。そのため、たとえ
ば空気を細分すればする程、酸素の導入が有効になる。
場合によっては、ゴム管を使用するが、これによって発
生する空気の泡は比較的大きい。その上、管は水密性で
なければならず、そうでない場合は逆止弁を必要とす
る。また管の実施態様は、下層をたとえばゴムまたは熱
可塑性材料(たとえばポリプロピレンもしくはPVC)
とし、上層のみを微孔性または他の多孔性物質から形成
することも考えられる。2つの層は接着材で結合する
か、または熱可塑性材料の表面に接してこれを融解する
加熱ロールの上を走らせる。
高い充填密度の管集合体をもったモジュールを設置する
ことができる。次に、気体が管の壁を通して拡散する
(すなわち小泡を形成しない)ような圧力で、管を通し
て気体を導く。これは、液体によってたとえば物理的に
吸収される。この方法によって製造された管集合体は、
更に、化学反応の領域に応用される。たとえば、管のな
かに溶液を導入して、例えば第1のモジュールにおい
て、気体状の物質を吸収し、これに接続した第2のモジ
ュールにおいて、たとえば気体状の反応生成物を流体に
与えることができる。同様にして、接続した第3のモジ
ュールにおいて、他の物質を吸収するなどの操作を行
う。モジュールを順次接続して、連続反応を行うことが
できる。このとき各モジュールは制御できるように分離
しておき、必要な場合にのみ使用する。
プロセスからの洗浄溶液を濃縮するために使用すること
ができる。このとき気体を管膜に接して導入しながら、
濃縮すべき溶液を管に導入する。溶剤は全部または部分
的に気化して、管のなかに残る濃縮された物質を新たに
反応プロセスに導入することができる。終りに、本発明
の管集合体は、単一でまたは層をなして、衣類に有利に
使用することもできる。これは、間隔の保持材として作
用し、衣類の水蒸気透過性を改良する。このとき水蒸気
は、身体の側から管の壁を通して(濃度、圧力または温
度の相違によって生じる分圧の低下によって)管の内部
空間に侵入する。ここから水蒸気を管の壁を通して対流
によって衣類の外側に引き出すことができる。これは水
蒸気を身体から取り除く利点を有する。
図である。
Claims (23)
- 【請求項1】 1つの平面を形成するように相並んで面
状体(14)によって相互に連結した複数の管(12)
からなる管集合体(10)であって、管が積層した複数
の層から形成されていることを特徴とする管集合体。 - 【請求項2】 管(12)が中空繊維である、請求項1
に記載の管集合体。 - 【請求項3】 管(12)は内径が0.1〜2mmであ
る、請求項2に記載の管集合体。 - 【請求項4】 少なくとも1層が、延伸されかつ焼結さ
れた微孔性PTFE膜からなる、請求項1〜3のいずれ
かに記載の管集合体。 - 【請求項5】 管(12)が、液体不透過性で、かつ気
体透過性である、請求項4に記載の管集合体。 - 【請求項6】 面状体(14)が、開放された開口部
(16)を有する、請求項1〜5のいずれかに記載の管
集合体。 - 【請求項7】 1つまたは複数の層が、膜材料とは異な
る層、特にガラス繊維のフリースまたは織物からなる、
請求項1〜6のいずれかに記載の管集合体。 - 【請求項8】 膜層が異なる多孔性を有する、請求項1
〜7のいずれかに記載の管集合体。 - 【請求項9】 外側の膜が孔径0.1〜10μmの大き
な孔を有し、内側の膜が孔径0.01〜0.1μmの細
かい孔を有する、請求項8に記載の管集合体。 - 【請求項10】 管(12)が気体選択性の被層を備え
ている、請求項1〜9のいずれかに記載の管集合体。 - 【請求項11】 管(12)を形成する材料が、無機質
及び有機質の物質、特に活性炭を充填している、請求項
1〜10のいずれかに記載の管集合体。 - 【請求項12】 2つの流体の間で物質交換するための
膜モジュールに使用する、請求項1〜11のいずれかに
記載の管集合体の使用方法。 - 【請求項13】 管集合体(10)を連続した帯の形
で、螺旋状に巻き上げるか、もしくは畳み合わせるか、
または帯の個別の断片を相互に平行させ、かつ間隔をお
いて配置する、請求項1〜11のいずれかに記載の管集
合体の使用方法。 - 【請求項14】 たとえば、特に泥浄化池、水泳プール
および醗酵槽の気体による処理のためにモジュールの形
で使用する、請求項1〜11のいずれかに記載の管集合
体の使用方法。 - 【請求項15】 たとえば、1つの、または連続の反応
装置において、モジュールの形で使用する、請求項1〜
11のいずれかに記載の管集合体の使用方法。 - 【請求項16】 蒸気透過性を改良するために衣類に使
用する、請求項1〜11のいずれかに記載の管集合体の
使用方法。 - 【請求項17】 溶液の濃縮に使用する、請求項1〜1
1のいずれかに記載の管集合体の使用方法。 - 【請求項18】 (a)2つの溝付ロール(20)の間
隙に、2つの平帯(18)を一緒に通し;(b)場合に
よっては、加熱および/または接着剤を供給して、溝付
ロール(20)の間隙において、2つの平帯(18)を
一緒に加圧し、このとき(c)溝付ロール(20)の間
隙に間隔をおいて平行に並べた針金(24)を定位置に
配置し、対応して溝付ロール(20)の表面に切り込ん
だ溝(22)に針金(24)を喰い込ませ、(d)積層
し合わせた平帯を、溝付ロール(20)の間隙から引き
離し、かつ場合によっては焼結浴または加熱空気装置
(26)に通過させ、(e)積層し合わせた平帯を定位
置に配置した針金(24)から引き離し、(f)積層し
合わせた平帯からなる管集合体(10)を、巻き上げる
か、または畳み込む工程を特徴とする、請求項1に記載
の管集合体の連続的な製造方法。 - 【請求項19】 2つの平帯(18)を一緒に導入する
とき、これらの平帯(18)の間に流体または固体物質
を導入する、請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 管集合体(10)を、個別の管(1
2)に細断する、請求項18または19に記載の方法。 - 【請求項21】 平帯(18)が、延伸された微孔性の
PTFE膜からなる、請求項18〜20のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項22】 複数の層を順次積層し合わせる、請求
項18〜21のいずれかに記載の方法。 - 【請求項23】 (a)1つ、または間隔をおいて並べ
た複数の半円形凹部を形成する実質的に平らな第1の工
具に、第1の平帯を嵌め込み、(b)この平帯に形成し
たくぼみに、針金を嵌め込み、(c)この上に、第2の
平帯、および対応する第2の工具をおき、(d)2つの
平帯の凹部の間の領域を融着し合わせるのに十分な圧力
および温度を、所定の時間加え、(e)得られた積層体
から針金を抜き取る工程を特徴とする、請求項1に記載
の管集合体の不連続的な製造方法。
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