JPH10500624A - 中空繊維モジュール用中空繊維セクションの製造法および前記の中空繊維モジュール用中空繊維セクション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 中空繊維モジュール用の中空繊維セクションの製法において、水平穿孔板（３）を含み、この穿孔板の中に複数の孔（２）が特定パタンで配置され、連続中空繊維（１０）がこれらの孔を通して移動させられるように構成された成形型の中に、（ａ）中実管板（４）を形成するように硬化性成形物質を注入する段階と、（ｂ）前記管板（４）を、埋込まれた連続中空繊維と共に穿孔板から所望の距離まで垂直方向に上昇させる段階と、（ｃ）前記管板を水平面において切断して中空繊維末端を露出する段階と、（ｄ）前記段階（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を順次実施して中空繊維セクション（５）を形成する段階とを含む事を特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】 中空繊維モジュール用中空繊維セクションの製造法および 前記の中空繊維モジュール用中空繊維セクション 本発明は中空繊維モジュール用中空繊維セクションの製造法および前記の中空 繊維モジュール用中空繊維セクションに関するものである。 中空繊維モジュールは交換操作、分離操作および混合操作に関連して使用され る。交換操作に際しては、熱交換と物質交換が問題となる。熱交換に際して、相 異なる温度の２つの流体間に熱が交換されて、低温の流体がその出発温度より高 い温度を得る。物質交換とは、特に（人工腎臓の場合の）透析、直接滲透、ガス −ガス交換、およびガス−流体交換（例えば酸素添加装置の場合）などの膜プロ セスを意味する。分離プロセスにおいては、特に限外濾過法、逆滲透およびガス 透過が興味あるものである。混合プロセスとは、例えば水蒸気の混入による空気 の湿潤化および／または空気調和を意味する。 本明細書および請求の範囲において、用語「中空繊維セクション」とは中空繊 維を含む中空繊維モジュール部分を意味し、前記中空繊維はこれらの中空繊維に そって流れる流体が中空繊維モジュールの中にとどまるように、中空繊維の末端 に例えばプラグ状手段を備える。 用語「流体」とは、中空繊維モジュールを通過できるような流れ特性を有する 任意の液状物質またはガス状物質を意味する。「液体」とは、固体の溶液および 懸濁液を意味する。 ＧＢ−Ａ−２ ０９１ １２５に記載の中空繊維セクション製造法においては 、各中空繊維が少なくとも２枚の穿孔された板によって特定パタンに配列され、 各中空繊維がこれらの板の孔を通して案内される。穿孔板がモジュール中にとど ま り、また中空繊維は前記穿孔板に連接される事なく、また中空繊維が切断される までは中空繊維の回りの注入は実施されない。 日本特公昭６２−１６０．１０８は、中空繊維束を樹脂中に埋込み次の中空繊 維束の締付られた部分を切断する技術に関するものである。この日本特許公告は 中空繊維の相互配列の案内に関して記載せず、従って中空繊維の相互配列がラン ダムであり中空繊維が相互に物理的に接触する。 スエーデン公告明細書第３９７，６３８号に記載の分留装置の製法においては 、繊維がコア中の１つまたは複数のダクトを満たすようにこれらのダクトの中に 配列され、これらの繊維がコアの末端に対して接着され、硬化した接着剤がコア の両端の端壁を成し、繊維がコアの末端において切断され、繊維の切断前または 後に、少なくともダクトを包囲するマントルが備えられる。この公告明細書も中 空繊維の相互位置の案内について記載せず、従って中空繊維が相互に物理的に接 触する。 先行技術の中空繊維の問題点は特に、これらの中空繊維を簡単に多量生産する 事が困難であり、すなわちできるだけ小数の工程段階をもって、各段階を簡単に 実施して製造する事が困難な事であり、また中空繊維の相互配列が制御されない 事である。 本発明の目的は、中空繊維モジュール用中空繊維セクションの製造法において 、中空繊維セクションの製造を連続工程とするために簡単に自動化する事のでき る方法を提供するにある。さらに本発明の目的は、中空繊維の相互位置を制御す る事ができ、従って各中空繊維が最寄りの隣接中空繊維に対して特定位置を占め る事のできる方法を提供するにある。 驚くべき事に、中空繊維モジュール用の中空繊維セクションの製法において、 水平穿孔板を含み、この穿孔板の中に複数の孔が特定パタンで配置され、連続中 空繊維がこれらの孔を通して移動させられるようにした成形型の中に、 （ａ）中実管板を形成するように硬化性成形物質を注入する段階と、 （ｂ）前記管板を、埋込まれた連続中空繊維と共に穿孔板から所望の距離まで 垂直方向に上昇させる段階と、 （ｃ）前記管板を水平面において切断して中空繊維末端を露出する段階と、 （ｄ）前記段階（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を順次実施して中空繊維セクショ ン（５）を形成する段階とを含む事を特徴とする方法によって前記の目的が達成 される事が発見された。 さらに本発明は、平行に配向された複数の中空繊維を含み、これらの繊維の末 端が露出するように管板の中に埋込まれた中空繊維モジュール用中空繊維セクシ ョンにおいて、前記中空繊維が特定パタンで配置される事を特徴とする中空繊維 セクションに関するものである。 本発明による方法において使用される穿孔板は特定パタンに配置された穿孔孔 を有するように穿孔されている。このパタンは中空繊維モジュールの所望の用途 および設計に依存する。これらの孔は、好ましくは各孔が最寄りの孔から実質的 に一定距離に離間されるようなパタンに配置される。孔の外周から測定された孔 の間隔は孔直径の０．１−１００倍、好ましくは１／２乃至２倍とする事ができ る。 小数の繊維、例えば各孔あたり１０以下の繊維が各孔の中に挿通されるが、好 ましくは１本の中空繊維が各孔に挿通される。 中空繊維は最終中空繊維モジュールの目的に適用する任意材料とする事ができ る。例えば熱交換の場合（熱交換器）、この材料は例えば金属、ガラスまたはそ の他優れた伝熱特性を有する任意材料とする事ができる。透析、限外ろ過、逆滲 透およびガス分離の場合、これらの繊維はポリマー材料（例えば酢酸セルローズ 、ポリスルホン、ポリアミドなど）およびセラミック材料から成る事ができる。 中空繊維に使用される材料は多孔性構造または非多孔性構造とする事ができるが 、 物質交換のためには使用される材料が多孔性材料を有する事が必要条件である。 使用される成形型は、前記の水平の穿孔板のほかに、この穿孔板の回りに堅く 嵌合するように配置されたショルダを含む。このショルダの目的は、成形型の中 に注入される材料が成形型から流れ出る事を防止するにあり、従ってこのショル ダの高さは、少なくとも成形される管板の厚さと同程度でなければならない。 成形型の形状は中空繊維セクションの用途に適した任意の形状とする事ができ 、この形状は例えば円形、楕円形、多角形またはその他任意の適当な形状とする 事ができる。 使用される硬化性成形物質は成形型の中に任意適当な方法によって供給する事 ができるが、好ましくは穿孔板の導入口を通して成形型の中に供給される。成形 材料を成形マトリックスから剥離しやすくするため、所望ならば剥離剤を例えば 穿孔板の中に配置された適当手段によって供給する事ができる。 成形物質は硬化性の任意適当な型とする事ができる。例えば成形材料は溶融金 属または硬化性ポリマー材料とする事ができる。 繊維を管板の中に埋め込む際にこれらの繊維を損傷しない事が重要である。そ のため、処理中に使用される成形物質が繊維を溶融または溶解して破壊する事を 防止するように注意が必要である。 成形された中実管板を通常半分の厚さとするように水平方向に切断する。この 切断は任意適当手段によって、例えばノコあるいはホットワイヤによって実施す る事ができ、または管板を軸方向工具によって裂開する事ができる。実質的に全 部の中空繊維の末端が露出されて流体を自由に支障なく繊維中を通過させるよう に管板を切断する事が重要である。 中空繊維が弾性材料から成る場合、製造工程中に中空繊維セクションの機械的 強度を増大するためにこの中空繊維セクションに支持手段を備える事が望ましい 。このような支持手段は例えば、管板と連接された通し剛性ロッドとする事がで き る。 本発明による中空繊維セクションの製造に際して、これらの繊維をまっすぐに 保持して、各繊維が実質的に同一長さを有し、また繊維間の物理的接触を防止す る必要がある。これは、繊維が相互に物理的に接触した区域では、繊維の周囲を 流れる流体と繊維内部を流れる流体との間に顕著な物質交換または熱交換が存在 しないからである。中空繊維セクション中の繊維が相互に物理的に接触する事を 防止して、これらの中空繊維セクションを含む最終モジュールを使用する際に繊 維に対して特定方向に実質的に自由な流れを生じる事が本発明の目的である。特 定方向への自由な流れは、物質交換モジュールにおいて使用された膜区域の最適 利用が達成される事を意味する。 従って１つの中空繊維と隣接中空繊維との間隔が実質的に一定となるように中 空繊維セクションを製造する事が本発明の方法の利点を成す。このようにしてす べての繊維に対して特定方向に実質的に均一な流れを生じる事ができ、従ってす べての繊維を通る流体流の均一な処理と、物質交換モジュールの膜区域全体の最 適利用が達成されるからである。熱交換についても同様であって、加熱される流 体と冷却される流体との間の接触区域全体が最適利用される。 所望ならば前に成形された管板の切断と同時に新しい管板の成形を実施する事 ができ、あるいは前に成形された管の切断に先立って新しい管板の成形を実施す る事ができる。 本発明の方法によって製造される中空繊維セクションは、切断された管板の外 周に堅く嵌合されたマントルを備え、このマントルに流体の導入および排出用手 段を備える事ができる。繊維の末端に流体のそれぞれ導入用および排出用手段を 備えた口金を備える。マントルを管板に対して堅く固定するため、マントルを管 板に対してロウ付け、溶接または接着する必要がある。 所望ならば、中空繊維モジュールの製造の連続プロセスの一部としてマントル を管板に対して固着する事ができる。管板の切断後に、管板に対応するスペース と中空繊維の長さに対応する長さを有するシリンダの中に中空繊維セクションを 導入し、次に管板をロウ付け、溶接または接着によってシリンダに対して固着す る事ができる。 所望ならば、所望の流れパタンを生じるように繊維回りの流体流れを制御する ため、中空繊維モジュールに内部流れ変更手段を備える事ができる。 前記の流れ変更手段は任意所望の態様で、例えば次のようにして備える事がで きる。 Ａ）穿孔板が所望の形状をとりまた管板と流れ変更手段の両方が中空繊維回り に成形されるように、穿孔板を垂直方向に相互に移動自在の複数セクションに分 割する。成形型の一部で成形が成される時、残余のセクションに対して下降させ られた穿孔板の一部セクションのショルダ部分と、下降させられた穿孔板セクシ ョンに対する下降させられていない穿孔板セクションの垂直方向画成と、中空繊 維とによって成形型が画成される。成形物質が硬化した時、流れ変更手段が所定 距離上昇させられ、次に穿孔板の各セクションのパタンを変更して新しい成形型 を形成し、この新しい成形型の中で新規成形を実施する事が可能である。所望数 の流れ変更手段の成形後に、完全管板の成形が成される。 Ｂ）制限された複数区域を形成し各区域の中で成形を実施できるように、穿孔 板の中に複数の移動自在または挿入自在のショルダを備える。このようにして作 られた成形型が少なくとも成形高さに対応する距離だけ上昇させられ、移動自在 のショルダが下降させられ他のショルダが上昇させられ、新しい成形が実施され る時、流れ変更手段が管板の一部に対応する延長を備える。 Ｃ）管板がまだ液状である間に、この管板の中に剛性板を埋込む。 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する。付図において、 第１図は管板が成形される成形型の断面図、 第２図は穿孔板から所望距離上昇させられた管板の断面図、 第３図は２部分に分割された管板を示す断面図、 第４図は最終中空繊維セクションの断面図、また 第５図は最終中空繊維セクションの平面図である。 第１図は水平の穿孔された板（３）の複数の孔（２）を通して挿通された無限 中空繊維（１）を示す。穿孔板（３）の回りにショルダ（６）が取付けられ、こ のショルダの縁部分は板（３）に対して上方に延在する。穿孔板（３）とそのシ ョルダ（６）が成形型を成す。硬化性成形物質がこの成形型の中に導入される。 硬化した成形物質が繊維を包囲する管板（４）を成す。成形物質はその導入用の 手段（図示されていない）によって成形型の中に導入されている。 第２図において、管板４は埋込まれた無限中空繊維と共に垂直に第１図の管板 の位置から所望の距離まで図示されていない装置によって上昇させられている。 この装置は繊維または管板を引き上げる事によって必要な上昇運動を成す。 第３図において管板が水平に切断されて２枚の相互に交差した管板（４ａ）を 成し、これにより繊維末端が露出されている。第１図のような成形物質の導入と 、第２図に図示のような上昇運動と、第３図に図示の切断とを繰り返す事により 、第４図と第５図に図示のような繊維セクション（５）が形成される。第４図は 繊維セクションの側面図、第５図は平面図である。 第５図に図示の中空繊維セクション５は、各繊維が最寄り繊維から実質的に一 定距離を有するように配置された７本の繊維を備えている。本発明は、任意数の 繊維および繊維間の任意の相互配置について使用できる事は明かである。 所望ならば、数個の中空繊維セクションを一緒に配置して共通マントルによっ て包囲して、数個の中空繊維セクションを含む最終モジュールを形成する事がで きる。 本発明による方法は簡単に自動化する事ができ、時間のかかる操作を必要とす る事なく簡単な二、三の段階によって迅速に効率的に実施する事ができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年５月１４日 【補正内容】 請求の範囲 １． 中空繊維モジュール用の中空繊維セクションの製法において、ショルダ （６）および水平穿孔板（３）を含み、この穿孔板の中に複数の孔（２）が特定 パタンで配置され、連続中空繊維（１０）がこれらの孔を通して移動させられる ように構成された成形型の中に、 （ａ）中実管板（４）を形成するように硬化性成形物質を注入する段階と、 （ｂ）前記管板（４）を、埋込まれた連続中空繊維と共に穿孔板から所望の距 離まで垂直方向に上昇させる段階と、 （ｃ）前記管板を水平面において切断して中空繊維末端を露出する段階と、 （ｄ）前記段階（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を順次実施して中空繊維セクショ ン（５）を形成する段階とを含む事を特徴とする方法。 ２． 各孔が最寄りの隣接孔から実質的に一定距離に離間されるようなパタン に配置される事を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 各孔の外周から測定された孔の間隔は孔直径の０．１乃至１００倍、好 ましくは１／２乃至２倍とする事を特徴とする請求項１に記載の方法。 ４． 成形型は前記の水平の穿孔された板（３）と前記穿孔板（３）の回りの 前記ショルダ（６）とから成り、前記ショルダが穿孔板から上方に延在する縁を 有する事を特徴とする請求項１に記載の方法。 ５． 穿孔板（３）は剥離剤と成形物質とを供給する手段を備える事を特徴と する請求項１に記載の方法。 ６． 前記管板（４）の中に流れ変更手段が備えられている事を特徴とする請 求項１に記載の方法。 ７． 平行に配向された複数の中空繊維（１）を含み、これらの繊維の末端が 露出するように管板（４）の中に埋込まれ、前記中空繊維が特定パタンで配置さ れるように成された請求項１の方法によって製造された中空繊維モジュール用の 中空繊維セクションにおいて、前記中空繊維セクションはその機械的強度を増大 するため管板（４ａ）に連接された支持手段を備える事を特徴とする中空繊維セ クション。 ８． 前記支持手段が通し剛性ロッドである事を特徴とする請求項７に記載の 中空繊維モジュール用中空繊維セクション。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 中空繊維モジュール用の中空繊維セクションの製法において、水平穿孔 板（３）を含み、この穿孔板の中に複数の孔（２）が特定パタンで配置され、連 続中空繊維（１０）がこれらの孔を通して移動させられるように構成された成形 型の中に、 （ａ）中実管板（４）を形成するように硬化性成形物質を注入する段階と、 （ｂ）前記管板（４）を、埋込まれた連続中空繊維と共に穿孔板から所望の距 離まで垂直方向に上昇させる段階と、 （ｃ）前記管板を水平面において切断して中空繊維末端を露出する段階と、 （ｄ）前記段（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を順次実施して中空繊維セクション （５）を形成する段階とを含む事を特徴とする方法。 ２． 各孔が最寄りの隣接孔から実質的に一定距離に離間されるようなパタン に配置される事を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 各孔の外周から測定された孔の間隔は孔直径の０．１乃至１００倍、好 ましくは１／２乃至２倍とする事を特徴とする請求項１に記載の方法。 ４． 成形型は前記の水平の穿孔された板（３）と前記穿孔板（３）の回りの 前記ショルダ（６）とから成り、前記ショルダが穿孔板から上方に延在する縁を 有する事を特徴とする請求項４に記載の方法。 ５． 穿孔板（３）は剥離剤と成形物質とを供給する手段を備える事を特徴と する請求項１に記載の方法。 ６． 前記管板（４）の中に流れ変更手段が備えられている事を特徴とする請 求項１に記載の方法。 ７． 平行に配向された複数の中空繊維（１）を含み、これらの繊維の末端が 露出するように管板（４）の中に埋込まれた請求項１の方法によって製造された 中空繊維モジュール用の中空繊維セクションにおいて、前記中空繊維が特定パタ ンで配置されている事を特徴とする中空繊維セクション。 ８． 各孔が最寄りの隣接孔から実質的に一定距離に離間されるようなパタン に配置される事を特徴とする請求項７に記載の中空繊維モジュール用中空繊維セ クション。 ９． 中空繊維が多孔性または非多孔性構造の金属、ガラス、セラミックまた はポリマー材料から成る事を特徴とする請求項７に記載の中空繊維モジュール用 中空繊維セクション。 １０． 前記中空繊維セクションがその機械的強度を増大するため、管板（４ ａ）に連接された通し剛性ロッドを備える事を特徴とする請求項７に記載の中空 繊維モジュール用中空繊維セクション。