JPS61262591A - 熱伝達および／または物質移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、有機重合体からなる少なくとも３つの中空糸
を用いて一方の流体物質から他方の流体物質へ熱伝達お
よびまたは物質移動するための、熱伝達ないしは物質移
動が中空糸の周壁を通して行なわれ、中空糸の開放端部
はそれぞれ１つの管板によって支持され、該端部は管板
と流体密に結合されかつ中空糸の開放端部は露呈されて
いるので、中空糸は一端から他端へ貫流可能１ある装置
に関する。

従来の技術 冒頭に挙げた種類の装置は無数の実施例が知られており
、この場合中空糸は真直な形で場合により互いに平行に
巻かれた形で／（たとえばコイル体として）、無秩序な
束の形ｔ、または・任意の他の秩序おるまたは無秩序な
構造の形で存在しうる。

ここに存在する種類の装置の概念では相変らず、一方で
はできるだけ大きい交換面をできるだけ小さい体積に収
納し、他方では良好曳かつ均一に貫流でき、さらに中空
糸の相互の接触による交換面の被覆がさけられるかまた
は少なくとも無条件に必要な程度に減少する中空糸構造
をつくるという問題が生じる。さらに、中空糸の適当な
成形によりおよび／または転向板等のような取付物によ
って中空糸の内部および外部でできるだけ乱流の流れを
生成させて、中空糸内および表面での境界層の形成をさ
け、それとともに熱伝達ないしは物質移動を改良するこ
とがしばしば試みられた。

発明を達成するための手段 本発明の課題は、これらすべての要件を簡単かつ予想外
に高度に満足する前記種類の装置を提供することである
。

この課題は、本発明によれば、中空糸が少なくとも１つ
の最密編み物（Ｖｏｌｌｇｅｆｌｅｃｈｔ　）（７）形
に配置されていることによって解決される。

本発明における最密編み物とは、互いに編み合わされた
任意の長さの中空糸からなり、中空糸により大体におい
て充填された横断面を有する中空糸束を表わす。本発明
によれば、中空糸がホースまたは管状構造に互いに編み
合わされているいわゆる中空編み物（この構造はしばし
ば誤って織られたホースとも呼ばれる）はこれに含まれ
ない。

本発明による装置では、中空糸はとくに、少なくとも３
つの辺を有する均＝な等辺多角形の形の横断面を有する
少なくとも１つの飾りひも状丸形編み物または少なくと
も１つのベルト状平形編み物、従って弁髪または平たい
組みひもの形１配置されている。

本発明による装置では、それぞれ２つの中空糸からなる
少なくとも３つの中空糸部分束が、さきに述べた種類の
１つの最密編み物に編み合わされている。しかし、一般
に良好な伝達効率は、中空糸が個々に互いに編み合わさ
れているときに達成されることが判明している。この理
由から、本発明による装置はとくに、３つ、Φつ、５つ
、それ以上の中空糸が個々に互いに、３つ、Φつ、５つ
ないしはそれ以上の中空糸からなる最密編み物に編み合
わされている少なくとも１つの中空糸束を有する。

幾つかのかかる中空糸最密編み物を結合することによっ
て、任意の大きさ、従って任意の大きい伝達面を有する
本発明による装置が製造できる。

上記種類の装置において普通であるように、中空糸端部
は管板を形成する封止用コンＡウンＰブロック中へ流し
込まれていてもよいが、既製の管板中に接着、溶接する
かまたは他の方法でこれと流体密に結合されていてもよ
い。

本発明による装置の製造のためには、少なくとも編み合
わせる間フレキシブルであって、この場合に折れたり、
屈曲したりしない中空糸が適当である。所望の使用目的
により、本発明による装置の製造のためには、細孔のな
い、従って非多孔性または多孔性の中空糸を使用するこ
とができる。周知の１うに、物質移動は、たとえば医学
用または工業用透析、逆滲透、透析蒸発等の場合に、無
細孔隔膜を用いて実施することもできるー。多孔性中空
糸を用いる物質移動はたとえば、中空糸の細孔を通過し
ない液体から蒸発可能の成分が細孔を通って中空糸の周
壁の一方の側から相対する側へ蒸発する隔膜蒸留（Ｍｅ
ｍｂｒａｎｄｅｓｔ　ｉ　Ｉ　ｆａｔ　ｉｏｎ　）にオ
イて生起する。本発明の範囲内で、物質移動とはろ過、
たとえばマイクロフィルトレージョン、限外ろ過、直交
流マイクロフィルトレージョンを表わす。

この場合、熱伝達は物質移動と同時に、場合によっては
これと反対方向に行なうこともできる。物質移動は、同
時に両方向に行なうこともできる。

本発明においては、流体物質とはガス状、蒸気状および
液状物質を表わす。

編み合わされた中空糸により形成された中空糸束は、本
発明による装置ではとくに約３５％〜約４５％の範囲内
の充填度を有し、この場合充填度はすべての中空糸の横
断面積の相対中空糸束が力を用いずになお押込むことの
できるような管状ケーシングの横断面積の比を％で表わ
したものである。従って、たとえば５０％の充填度は、
すべての中空糸の横断面積の和が、中空糸をきっちりと
取り囲むケーシングの横断面積の丁度半分の大きさであ
ることを表わし、このことは、中空糸の壁厚が非常に小
さい場合、中空糸を流過する流体に対する全流動横断面
が、中空糸のまわりを流れる他の流体が利用しうる流動
横断面とほぼ丁度同じ大きさであることを表わす。

最も簡単な実施例では、本発明による装置の管板はそれ
ぞれ１つの管またはホース中に配置され、これと流体密
に結合されていてもよいので、流体は中空糸を通して誘
導することができ、中空糸の露呈部分は他の流体がその
まわりを流れることができる。この目的のために、中空
糸の露呈部分は少なくとも部分的に１つの流体で充填ま
たは貫流される容器、室等中に配置されていてもよい。

同様に一般に普通であるように、中空糸と管板は、編み
合わされた中空糸をきっちりと取り囲み、熱伝達および
／または物質移動に参加する双方の流体物質を供給およ
び排出するための接続口を有するケーシング中に配置し
、管板はケーシングと流体密に結合されていてもよい。

本発明による装置のこの実施例の場合でも、任意に多数
の中空糸最密編み物が１つの中空糸束にまとめられてい
てもよい。

本発明による装置に適当な最密編み物の製造は手で行な
うことができる。しかし機械で製造するのがより有利で
あり、この場合編み合せは、飾りひもや打ひもの製造の
ために慣用の編機、いわゆるレース編機において普通に
行なわれていると同じ方法原理に従い、たんにレース編
用ぜビンの代りに相当する数の中空糸送出装置（−ビン
、カン等）を使用して行なわれる。こうして、非常に大
きい長さの中空糸最密編み物をつくることができ、次い
でこれを所望の長さの短いユニットに分割することがで
きる。次いで、かかる幾つかの最密編み物ユニットを１
つの大きい中空糸束にまとめることができる。この場合
、中空糸数の異なる個々の編み物を合わせて１つの大き
い中空糸束にすることも可能である。

さらに１本発軒による装置は、中空糸のまわりを流れる
流体を供給および場合により均一に分配するために、そ
のまわりに幾つかの最密編み物の形の中空糸が配置され
ている、少なくとも１つの開口を備えるいわゆる芯管を
有していてもよい。この構造は、その製造の点で、芯管
自体が中空糸により編み包まれており、従って中空糸が
中空編み物を形成する自体公知の装置に比して著しい利
点を提供する。

中空糸の編み合一は非常にルーズであってもよいので、
中空糸最密編み物は中空糸の間に相応に大きい間隙（こ
れは編み目が大きいと呼ぶこともできる）を有するか、
または非常に固くてもよいので、束中の中空糸は非常に
密に充填されており、従って通路を有しない。直接隣接
する中空糸が交叉中空糸を形成する交叉角も、たとえば
第４図と第５図との比較が示すようにＸ程々の大きさで
あってもよい。

実施例 第１図に示された、本発明による装置の１実施例の部分
では、それぞれ３つの中空糸１、従って合計９つの中空
糸１からなる３つの中空糸部分束が、互いに編み合わさ
れて弁髪状平形編み物になっている。中空糸開放端部は
管板２と流体密に結合されている、つまり中空糸１は外
気に接続している。中空糸１の、外気に接続している他
の開放端部は、９つの中空糸１の配置および数を良好に
示すことができるようにするために図示されていない。

第２図に示された、本発明による装置の実施例では、合
計３つの中空糸１が個々に互いに編み合わされて弁髪状
の平形編み物になっている。

この実施例では双方の管板２が示されており、その構成
は上記の記載から明らかである。

第３図に示された、本発明による装置の実施例では合計
９つの中空糸１が認められ、そのうちそれぞれ３つが個
々に互いに編み合わされて弁髪状の平形編み物になって
いる中空系束が示されている。従って、合計３つのかか
る弁髪状中空糸平形編み物が認められ、その開放端部は
それぞれ１つの共通な管板２により支持され、中空糸１
の端部がこの管板と流体密に結合されている。中空糸１
と管板２とは、２つの流体の供給・排出用接続口４：５
：６：７を有するケーシング３中に配置されている。管
板２は・ぞツキンリング８を用いてケーシング３と流体
密に結合されている。接続ロヰにより流入する流体は中
空糸１を通って流れ、接続口５により装置から流出する
。他の流体は接続口６により装置中へ流入し、接続ロア
によって装置から流出する。この作業法の場合、双方の
流体は一部は直交流で、一部は互いに向流で流れる。

第４図に示された、本発明による装置の実施例では、中
空糸１は個々に互いに編み合わされて飾りひも状丸形編
み物になっている。外部へ接続する中空糸１の開放端は
、双方の管板２と流体密に結合している。点線によって
、本発明による装置の管板２は簡単にホース９または管
９中に流体密に配置することができることが説明される
ので、矢印によって指示されるように、流体は中空糸１
を貫通することができるが、他方の流体は、同様に矢印
によって示唆されるように、中空糸１に外方から横に流
れ、従ってその周りを流れることができる。この場合、
双方の流体は互いに直交流で流れる。

第５図に示された本発明による装置の実施例においては
、中空糸１と管板２は同様に、２つの流体物質の供給・
排出用接続口４；５：６：７を有し、管板２が流体密に
結合しているケーシング３中に配置されている。この場
合、接続口４：５：６；７は、熱伝達ないしは物質移動
に参加する双方の流体が一部は直交流で、一部は向流で
流れるように配置されている。この実施例では、それぞ
れ９つの中空糸１は個々に互いに編み合されて平形編み
物になっている。この場合、幾つかのかかる平形編み物
は（互いに軽度にずらして）積重ね、その開放端部が合
計２つの共通の管板２によって保持されていてもよく、
該開放端部は管板２と流体密に結合されている。

第６図には、合計３つの中空糸１が個々に互いに編み合
わされている弁髪状編み物が示されている。この場合、
第２図に示された実施例に比して、中空糸１は鋭角に交
叉している。この種の編み方は、若干高い曲げ剛性、従
って僅かな可撓性を有する中空糸に適当である。

例： 本発明による装置の物質移動効率を、中空糸が互いに平
行にかつ間隔を置いて配置されている装置と比較した。

双方の装置は、７６チの細孔容積、細孔最大直径０．５
３μｍ、２．６１１１の外径および１．８　＊ｔｘの内
径を有する、ポリプロピレンからなる多孔性中空糸２１
６本を有する。本発明による装置においては、それぞれ
３本の中空糸が個々に互いに編み合わされて弁髪状編み
物にされている、つまりこの実施例では中空糸束は７２
のこのような弁髪状中空糸編み物によって形成されてい
た。中空糸の有効長さは、本発明による装置では５３０
ｍ、慣用のものでは６２０　ｘｍであり、中空糸内径に
対する交換面積は本発明による装置では約０．６５　ｍ
’、慣用のものでは約０．７６　ｍ”であった。各中空
糸束は、６０酊の内径を有する管状ケーシング内に配置
されていた。従って、充填度は双方の場合に約４０．６
チであった。

比較のためには、隔膜蒸留の場合異なる実験条件下で蒸
留物側から中空糸の細孔を通って留出物側へ蒸発した水
量を利用する。原料液体（蒸留物）とｌ−ては０．１％
のＮａＣｌ溶液を使用し、これを中空糸を通して誘導し
た。その際１００〜７５０１７ｈの範囲内の流量および
３０〜９゜℃の範囲内の温度を調節した。留出物循環流
には純水を使用し、その際それぞれ温循環流（蒸留物循
環流）におけると同じ流量および１５〜２６℃の範囲内
の温度を調節した。蒸留物の温度は、留出物循環流の温
度よりも４〜７５℃高く調節した。

慣用の装置を用いて得られる留出物量は１〜１０１７ｍ
”−ｈ　の範囲内にあるにすぎないが、本発明による装
置を用いると２〜１５１７ｍ”・ｈの範囲内の留出物量
が得られた。これは、本発明による装置を用いると同じ
条件下で５０〜１００チ高い物質移動効率が得られたこ
とを表わし、この場合比較的高い効率値が温循環流にお
ける低い流量および低い温度でないしは蒸留物側と留出
物、側との間の低い温度差で達成された。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による装置の実施例を示すもので、 第１図は本発明による装置の１実施例の一部の略図であ
り、 第２図は本発明による装置の第２の実施例を示す略図で
あり、 第３図は本発明による装置の第３の実施例を部分的に断
面図で示す略図であり、 第４図は本発明による装置の第４の実施例を示す略図で
あり、 第５図は本発明による装置の第５の実施例を部分的に断
面図で示す略図であり、 第６図は中空糸弁髪状編み物の略図である。 １・・・中空糸、２・・・管板、３・・・ケーシング、
養・・・第１の流体を供給するための接続口、５・・・
第１の流体を排出するための接続口、６・・・第２の流
体を供給するための接続口、７・・・第２の流体を排出
するための接続口、８・・・パツキン、　封止リング、
９・・・導管；ホース 図面の浄書（内容に変更なし） 第３図 第４図 范５図 第６図 手続補正書（方式） 昭和６１年６月１４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機重合体からなる少なくとも３つの中空糸を用い
   て一方の流体物質から他方の流体物質へ熱伝達および／
   または物質移動するための、熱伝達ないしは物質移動が
   中空糸の周壁を通して行なわれ、中空糸の開放端部はそ
   れぞれ１つの管板により支持され、該端部は管板と流体
   密に結合されかつ中空糸の開放端部は露呈されているの
   で、中空糸は一端から他端へ貫流可能である装置におい
   て、中空糸（１）が少なくとも１つの最密編み物の形で
   配置されていることを特徴とする、熱伝達および／また
   は物質移動装置。 ２、中空糸（１）が少なくとも１つの弁髪状丸形編み物
   の形で配置されている、特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ３、中空糸（１）が少なくとも１つのバンド状平形編み
   物の形で配置されている、特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ４、中空糸（１）が個々に互いに編み合わされている、
   特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記
   載の装置。 ５、中空糸（１）が多孔性である、特許請求の範囲第１
   項から第４項までのいずれか１項記載の装置。 ６、中空糸（１）と管板（２）が、双方の流体物質を供
   給および排出するための接続口（４；５；６；７）を有
   するケーシング（３）中に配置され、該ケーシングと管
   板（２）が流体密に結合されている、特許請求の範囲第
   １項から第５項までのいずれか１項記載の装置。 ７、編み合わされた中空糸（１）により形成された中空
   糸束が３５％〜４５％の範囲内の充填度を有する特許請
   求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の装
   置。