JPS62136211A - 被覆繊維束をもつ中空繊維製分離モジュール - 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】 本発明は、中空繊維隔膜モジュール、および明確には環
状繊維束が繊維列の中心軸に対し平行な流体流を容易に
する不透質被覆によって部分的に被覆される分離モジュ
ールに関する。

ガス／がス、液体／液体、液体／固体混合物の分離を行
なうため多数の隔膜の使用は、各種の方法によって一般
工業応用性を達成し、それらの方法のうちに超濾過、極
超Ｐ遍、逆浸透および透析が含まれる。一般に、これら
方法と組み会わされる多数の隔膜部材は、モジュールと
称される多数の容器に入れられ、それらの容器が各種の
入口と出口とをもつシェルおよび上記シェル内の多数隔
膜の組立体から成る。その内部構成は、それらの隔膜の
上流面で加圧あるいは無圧の供給材料流。

それらの隔膜を通過従って下流面で出る透過体を捕集す
る手段および透過材料の混合を防止する手段の導入を可
能にさせるように設けられている。

普通Ｉ／ｃ譲渡された米国特許第４，２０７，１９２号
は、本明細書で開示される発明にほぼ関連する中空フィ
ラメント分離モジュールおよび製造方法を開示している
。

ガス混合物の多数の成分、あるいは溶液に溶解される多
数の溶質を分離するため多数の中空繊維隔膜を使用する
場合、それらの隔膜を介して分離される混合物を流す多
数の方法がある。使用される流動方法は、圧力シェル内
で多数の個々の中空繊維隔膜ユニットを構成すべき方法
を決定する。

極めてあυふれた繊維配列方法の１つは、軸方向に平行
な中心中子管のまわシに配列される数千あるいは数百刃
のこの種繊維から成るほぼ円筒横断面へ多数の平行かつ
直線状繊維を配列することから成る。中子管は、穿孔あ
るいはスロットづけされかつ加圧供給流体に対する入口
導管として働らく。供給流体は、それらの繊維の間で繊
維の軸に直交して外方ヘポンデ送シされかつ流体が繊維
列の外側範囲に達するにつれて、流体は、圧力シェル内
壁面に隣接する環状空間へ捕集される。圧力シェル内壁
面に対して隣接する環状空間へ供給材料を導入および繊
維列の中心にある穿孔管に向りて半径方向内側へ横断さ
せることによって反対方向に流すため繊維の同じ一般物
理的配置を使用することができる。この一般的手段に対
する別の変形例として、逆転らせん状に中心の中子管の
まわシに繊維を巻回しかつ上述のように中子管へあるい
は繊維束の周囲へ供給材料を導入してもよい。

これらの選択は、すべて異なる交さ流供給に対応する。

換言すれば、繊維の孔の透過体の流動方向は、繊維の外
面を介する供給材料の流動方向に対しほぼ直交している
。

好ましい形態の供給方向流は、それらの中空繊維の透過
体の流れに対して平行な同方向あるいは対向流である。

これらのうちいづれかを達成するため、供給材料は、繊
維列の中心軸に対し直交でよシもむしろほぼ平行に流さ
ねばならない。それらの繊維は、繊維列の中心軸に対し
て平行な直線状組立体であるいは、これと異なシ、交さ
流状態でのように、上記中心軸のまわシにらせん状に巻
回して構成してもよい。

しかしながら、それらの繊維の間で供給材料の平行流を
発生させることは、加圧供給ガスあるいは液体が繊維束
の外側で多数の・々イパス流路を見出す機会をつくる。

この種パイΔス経路は１例えば、シェル壁の内面と繊維
束の最外繊維との間にあるかも知れない。繊維の間に多
数のパイノ臂ス管路ができるのは、比較的強ろく詰め込
まれる平行列の繊維であっても可能である。繊維間のパ
イノ４ス問題を解決する可能な手段は、中心支持部材の
まわシにＳおよび２方向て交番するらせん巻回によって
比較的堅くまとめて繊維を巻くことができそれによりて
ほぼ環状束をりくる。このような束装置は、それから圧
力封じ込めシェルへ挿入することができるが、しかし上
述の第１パイノ９ス経路を回避するため繊維束の外側範
囲と圧カシニルの内側面との間の如何なる空間をも埋め
る手段を見出さねばならない。きっちシと編組物を取シ
囲むリップシール、収縮スリーブ等のような装置を含ん
でこのため多数の設計が試みられた。これらは。

或程度の利点があるが、しかしなおしばしば流れをパイ
／４’スさせかつ他の固有問題がある。（米国特許第４
，４００，２７６号参照）。

本発明の主な目的は、Ｒ維東圧カシエル界面に沿ってパ
イ／４’スが発生しない軸方向供給流体材料流を使用す
る中空繊維分離モジュールを提供することにある。

本発明によると代表的中空繊維束は、繊維の代表的対向
らせん配置で巻回される。中空繊維束は、中心支持棒あ
るいは中空心金のまわシに巻回させてもよい。繊維束が
所望直径まで巻回された場合。

束の外側面は、繊維束の片方の端に近い周辺範囲を除い
てその全長に亘って不透質バリヤー材料で包まれる。バ
リヤー材料は、不透質フィルムの包装材料にしてもよく
、あるいは隔膜に対して無害の溶媒から塗布される不透
質塗布材料であってもよい。不透質バリヤーは、繊維東
上へ取シつけられる収縮スリーブの形状にしてもよくま
た繊維束へ収縮させてもよい。いづれにせよ、不透質ツ
クリヤー材料は、Ｒ細束の外側円筒面へ密接に付着する
。それから包まれる繊維束の最外側面は、圧力封じ込め
シェルの内径よシも若干小さい直径にする。

繊維束の大部分の円筒面を包む被覆に加えて、注封すべ
きおよび繊維孔の開口が見えるところの端に対し遠位の
繊維束の端の上へ不透質キャップが被せられる。被覆お
よびキャップがお互いに対し漏洩防止となるように密封
され、従って繊維束は、上述の周辺出入範囲を除いてク
ーシングへ完全Ｉ／ｃ密封される。

繊維束に対する適当な注封および適当な準備工程の後、
包まれる繊維束は、加圧供給流体材料に対する通路を設
けるため上記繊維束の最外側面とシェルの内側との間に
十分に隙間をもたせて圧力シェルで取シつけられる。本
明細書で使用されるような用語１供給流体材料”は、供
給液体材料あるＡは供給気体材料に描てはまる。繊維束
の一方の端あるいは他方の端で、あるいはそれらの間の
どζかで供給流体材料を通してもよいが、しかしとにか
く包まれずあるいは塗布されず残っている周辺範囲でし
か繊維束の繊維の間から加圧流体を除去しないしあるい
は繊維の間へ供給材料を流入させない。繊維束の繊維自
身に対する他の出入だけは、包まれない範囲に対して遠
位の繊維東端で設けられる支持棒あるいは心金の入口あ
るいは出口特性の手段によってである。この手段により
て供給材料が繊維束の繊維をパイ・々スしないしまた繊
維軸の配向に対しはぼ平行方向にかつ繊維の間で事実上
均一に流れるように強制させることが保証される。

以下本発明の好ましい実施例を示す添付図面を参照して
本発明の詳細な説明する。

唯一つの添付図面は、供給流体材料を分離する中空繊維
分離モジュールｌＯを示す。環状形成中空繊維束１２は
、中空支持隔膜１４のまわシに個個の繊維をらせん状に
巻くことによって形成され。

支持隔膜が出口通路を構成し、東出入口１６を備える中
空支持棒にするのが好ましい。上記出入口は、加圧供給
材料源に対する接続部として、あるいは中空フィラメン
トの壁を透過しないラフィネート流体に対する出口とし
ても使用される。

繊維束１２は、不透質フィルム（例えば、ポリビニリゾ
７等）の包装材料にしてもよくあるいは無毒の溶媒（例
えば、ポリシロキサン）から塗布される不透性塗布材料
にしてもよい不透質パリャ−１８によって包まれる。こ
れと異なシ、不透質バリヤー１８は１束の上で設けられ
る収縮スリーブにしてもよくま良識細束へ直接収縮させ
てもよい。Ａづれにせよバリヤー材料１８は、繊維束の
外側円筒面および端末キャップ２８に密接に付着する。

バリヤー材料１８は、端末キャップ２８と共に封入され
ない周辺面範囲１９を除いて繊維束１２の表面全体を封
入する。

不透質バリヤー１８および端末キャップ２８が繊維束へ
塗布された後に、注封材料２ｏは、図示されるように繊
維束１２の反対側の端に対して塗布される。注封材料は
、繊維端を終端させまた供給材料と透過材料との混合を
防止させる樹脂性シーラントである。繊維孔の開口は、
２１で示される注封材料の傾斜平面でつくられる。透過
体は。

２９でこの装置から出る。

包まれかつ注封される繊維束は、それから耐圧円筒シェ
ル２２によって封入される。シェル２２は１分離モジュ
ールへの加圧供給流体材料によって発生される内部流体
圧に耐えるように設計される。シェル２２はその片方の
端で２つの口１５および１６をもりている。

両頭矢印は、０１６が加圧供給材料用入口である場合、
１５がラフィネート用出口であシ、またその逆であるよ
うな可能な交互の流れ方向を示している。前者の状態で
は繊維表面の上流側での供給ガスは、繊維孔の透過ガス
流に対しほぼ平行かつ同じ方向に、通常同方向流形態で
流れる。これと異なる後者の状態では、すなわち、供給
材料を１５で流入させる場合、繊維束を介する流路は。

繊維孔の透過流に対しほぼ平行であるがしかし反対方向
である。

Ｏ”リング３０は、注封材料２０と耐圧シェルの内側面
との間で不透性密封を行なう。他の“Ｏ″リング３１３
２は、端板２４と管１６との間および端板２４と圧カシ
ニル２２の内側面の間で密封する。

加圧供給流体材料が出入口１５へ供給される場合、この
材料は、空洞範囲３３に入シ、それから耐圧シェルの内
側面と不透質バリヤー１８との間の管路３４を通過する
。本発明では供給流体材料通路の必要部分としての密封
管路３４の使用は、耐圧シェルと繊維束との間で発生す
る繊維パイノクス流の先行技術分離装置の問題を解決す
る。供給流体は、管路３４から周辺で包まれない範囲１
９を介して繊維束１２へ通過する。この点において加圧
供給材料は、繊維束を介して環状束１２の軸に対しほぼ
平行な方向に移動する。透過質材料は、中空繊維の壁の
隔膜内側面を通シかっ透過体出口２９に対して注封材料
を介して中空繊維内で流れる。ラフィネート材料は、中
空支持隔膜１４へ入シかつ出口１６を介してモジュール
１ｏから流出する。この流路は、対向流形態を構成する
。指示されるように、出入口１６および１５の機能を逆
にすることは、同方向流形態をとる結果となる。

本発明の詳細な説明を行なったけれども、それによって
本発明の範囲を限定すべきものでなくて、添付の特許請
求の範囲によって限定すべきものであることを理解すべ
きである。

【図面の簡単な説明】

添付の図面は、本発明による分離モジュールの縦断面図
である。 ｌＯ・・・モジュール、１２・・・環状中空繊維束。 １４・・・中空支持体隔膜、１５．１６・・・出入口、
１８・・・ツクリヤー材料、２０・・・注封材料、２２
・・・耐圧シェル、３４・・・管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、環状中空繊維束；上記束の端に隣接する被覆されな
   い周辺範囲を除いて中空繊維束の縦方向外側面全体に亘
   って中空繊維束を被覆する不透質バリヤー；不透質バリ
   ヤーに対して繊維束の端で密封させる端末キャップ；中
   空繊維束を被覆しかつ自体と不透質バリヤーとの間で管
   路を構成する耐圧シェル、上記管路が供給材料入口手段
   に隣接して始まりかつ上記周辺範囲で終っており；管路
   へ加圧流体を供給する供給材料入口手段；ラフイネート
   材料を排出させる繊維束と流体連通関係の第１出口手段
   ；不透質材料を排出させる第２出口手段から成る中空繊
   維分離モジュール。 ２、繊維束の端を封入する注封組成物から成る特許請求
   の範囲第１項記載の中空繊維分離モジュール。 ３、注封コンバウンドと耐圧シェルとの間に設けられる
   “Ｏ”リングから成る特許請求の範囲第２項記載の中空
   繊維分離モジュール。 ４、供給材料入口手段が繊維束と流体連通関係でありま
   た第１出口手段が管路と連通する特許請求の範囲第１項
   記載の中空繊維分離モジュール。 ５、不透質バリヤーが中空繊維束の上へ収縮される収縮
   スリーブである特許請求の範囲第１項記載の中空繊維分
   離モジュール。 ６、環状中空繊維が上で巻かれる心金から成る特許請求
   の範囲第２項記載の中空繊維分離モジュール。 ７、心金が端末キャップを介して延びる端をもつ中空管
   から成り、上記端がモジュールの外側に連通させるため
   開口をもち、中空管がその壁で少なくとも１つの開口を
   備え、上記開口が繊維束と流体連通関係をもたらす端末
   キャップの内部に設けられている特許請求の範囲第６項
   記載の中空繊維分離モジュール。 ８、不透質バリヤーが不透質フィルムの包装材料である
   特許請求の範囲第６項記載の中空繊維分離モジュール。 ９、不透質バリヤーがポリビニリデンから構成される特
   許請求の範囲第９項記載の中空繊維モジュール。 １０、不透質バリヤーがポリシロキサンから構成きれる
   特許請求の範囲第９項記載の中空繊維分離モジュール。 １１、多数の流体を分離する環状形成繊維束；繊維束を
   被覆するバリヤー、上記バリヤーが上記流体に対して不
   透質にされまた繊維束へこの流体を導入する入口開口を
   備えており、従ってこの流体が繊維束の軸に対してほぼ
   平行な方向に流れており；分離手段およびバリヤーを収
   容する耐圧シェル；分離モジュールへ流体を導入する入
   口手段；およびそれぞれラフイネートおよび透過体を排
   出させる第１および第２出口手段から成る中空繊維分離
   モジュール。