KR20200077581A - 스페이서들을 갖는 멤브레인 번들 레이아웃 - Google Patents

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Abstract

종방향 연장부를 갖고 멤브레인 번들 단면을 갖고 그리고 제 1 및 제 2 번들 단부를 갖는 중공 섬유 멤브레인 번들은 상기 번들은 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 연장되는 다수의 중공 섬유 멤브레인들을 포함하고 또한 멤브레인 번들 단면 내에서, 중공 섬유 멤브레인들 사이에 배열되어 있고 중공 섬유 멤브레인들을 이격시키는 스레드들의 비율을 포함한다. 중공 섬유 멤브레인들 사이의 스레드들의 배열은, 상기 제 1 번들 단부에서 및/또는 상기 제 2 번들 단부에서 상기 중공 섬유 멤브레인들이 상기 스레드들의 적어도 일부분을 너머 돌출하도록 하고, 상기 중공 섬유 멤브레인 번들이 상기 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다 상기 제 1 및/또는 제 2 번들 단부로부터 연장되는 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖게 하도록 되고, 상기 제 1 단부 영역의 길이 및/또는 제 2 단부 영역의 길이는 번들 길이의 1 % 내지 45 % 이다.
멤브레인 모듈은 종방향 연장부 및 제 1 및 제 2 하우징 단부를 갖는 원통형 하우징을 갖고, 제 1 및 제 2 하우징 단부 사이에 연장되는 하우징 셀을 갖고 또한 하우징 내부 벽을 가지며, 또한 위의 유형의 중공 섬유 멤브레인 번들은 하우징의 종방향 연장부의 방향을 따라 배향되어 하우징에 배열된다.

Description

스페이서들을 갖는 멤브레인 번들 패키지
본 발명은 종방향 연장부 (extent) 를 갖고 멤브레인 번들 단면을 갖고 그리고 제 1 및 제 2 번들 단부를 갖는 중공 섬유 멤브레인 번들에 관한 것이고, 이 번들은 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 연장되는 다수의 중공 섬유 멤브레인들을 포함하고 또한 멤브레인 번들 단면 내에서, 중공 섬유 멤브레인들 사이에 배열되어 있고 중공 섬유 멤브레인들을 이격시키는 스레드들의 비율을 포함한다. 본 발명은 또한 종방향 연장부를 갖는 원통형 하우징을 갖는 멤브레인 모듈에 관한 것이고, 여기서, 하우징의 종방향 연장부의 방향으로 배향되는 중공 섬유 멤브레인 번들은 하우징에 배열된다.
중공 섬유 멤브레인 번들들 및 이들의 하우징에서 하우징의 종방향 연장부의 방향으로 배향된 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 멤브레인 모듈들은 산업적 및 의료 분야, 예를 들어, 유체 여과에 또는 투과를 위해, 가스 교환을 위해, 또는 가스 분리를 위해, 전기 투석에서 또는 멤브레인 흡착제들로서 널리 사용된다. 여기서, 중공 섬유 멤브레인 번들이 일단부 또는 양단부는 튜브 시트 또는 포팅 조성물, 예를 들어, 열경화성 수지로 이루어진 것에 매립될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 여기서, 번들의 중공 섬유 멤브레인들은 양단부들에서 개방되어 있고, 이들의 루미나가 따라서 유체들에 접근가능한 것이 가능하다. 이 유형의 멤브레인 모듈들은 일반적으로 크로스플로우 모드로서 알려진 것으로 동작된다. 그러나, 또한 중공 섬유 멤브레인들이 이들 단부들 중 하나에만 개방되어 있고 이들의 다른 단부에서는 폐쇄된다. 이 유형의 멤브레인 모듈들은 일반적으로 데드-엔드 (dead-end) 모드로서 알려진 동작에 적합하다.
중공 섬유 멤브레인 단부들을 매립하는 것은 내부 공동, 즉 중공 섬유 멤브레인들의 루미나를 중공 섬유 멤브레인들을 둘러싸는 외부 공간으로부터 분리할 수 있게 하고, 그리고 따라서, 상이한 유체들을 내부 공동 및 외부 공간에 공급하는 것을 가능하게 하며, 이 예에 의해 상이한 열 교환 온도를 가질 수 있거나 또는 상이한 유체 전달 농도 (consistency) 를 가질 수 있다. 이러한 중공 섬유 멤브레인 번들들의 양호한 효과를 위한 사용에서의 중요한 팩터들은 먼저 중공 섬유 멤브레인 단부들의 누출 방지 매립이고 두번째로 중공 섬유 멤브레인들 주위의 균일한 플로우를 위한 양호한 능력이다. 이를 위해, 중공 필라멘트들은 이들의 유효 표면적이 최대로 되도록 이격될 필요가 있다.
이를 위해, 모노필 또는 멀티필 스레드들이 종종 번들의 중공 섬유 멤브레인들 사이에 도입되고, 멤브레인 모듈의 제조 동안에 중공 섬유 멤브레인들과 함께 매립된다. 이들 스페이서 스레드들은, 양호한 플로우가 이들의 외부 주위에서 발생할 수 있도록 그리고 예를 들어 개선된 매스 전달이 따라서 실현될 수 있도록 중공 섬유 멤브레인들을 멤브레인 번들을 따라 이격시킨다.
스레드들이 멤브레인 번들에 존재하는 형태는 각각의 경우 적어도 하나의 스레드가 하나 이상의 중공 필라멘트들 주위에 나선형으로 권취되도록 하는 일 예에 의한 것일 수 있다. 권취된 스레드들은 인접하는 중공 필라멘트들 사이에 스페이서들로서 작용하며, 여기서 권취된 스레드들의 두께는 인접하는 중공 필라멘트들 사이에 플로우 단면을 결정한다. 이 유형의 멤브레인 번들들의 실시형태들은 US-A-4 066 553, US-A-4 293 418, US 2010/0035374 또는 WO 95/34373 에서의 예에 의해 개시된다.
다른 실시형태에서, 모노필 또는 멀티필 스페이서 스레드들은 번들에서 중공 섬유 멤브레인들 사이에 도입되어 본질적으로 중공 섬유 멤브레인들에 평행하게 연장되고, 중공 섬유 멤브레인들과 함께 튜브 시트들 또는 포팅 조성물들 내에 매립된다. 이 유형의 멤브레인 번들들의 실시형태들은 EP-A-0 329 980, EP-A-0 841 086 또는 EP A-0 848 987 에서의 예에 의해 개시된다. 중공 섬유 멤브레인들에 평행하게 배열된 스페이서 스레드들 및 중공 섬유 멤브레인들 주위에 권치된 스레드의 혼합된 실시형태들이 EP-A- 0 464 737 또는 EP-A- 0 732 141 에 개시되어 있다.
다른 실시형태에서, 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은 우븐 또는 니트 매트들로 배열된다. 중공 섬유 멤브레인들은 예를 들어, 텍스타일 형태로 횡방향 스레드들에 의해 이들 매트들 내에 매립된다. 이 유형의 매트들은 니트 매트 또는 우븐 매트의 형태로 또는 우븐 테이프 또는 크로셰 매트의 형태로 공지된 프로세스들에 의해 제조될 수 있다. 위빙 또는 니트의 경우, 횡방향 스레드들은 중공 섬유 멤브레인들에 직교방향으로 뻗어나가는 위빙 또는 각각 와프 스레드들이다. 이들 횡방향 스레드들에 의해, 중공 섬유 멤브레인들은 본질적으로 서로 평행하게 안정적인 배열로 이격되어 유지된다. 이들로부터 제조되는 이 유형의 매트들 및 중공 섬유 멤브레인 번들들은 EP-A-0 442 147, DE-A-43 08 850 또는 US-A-4 940 617 에서의 예에 의해 개시된다.
멤브레인 번들들에서의 중공 섬유 멤브레인들 사이의 스페이서 스레드들의 배열에 의해 중공 섬유 멤브레인들 주변에 외부 플로우의 개선에도 불구하고, 유체가 중공 섬유 멤브레인들의 주위의 외부 공간에 도입되거나 또는 유체가 외부 공간으로부터 회수되는 모듈에서의 중공 섬유 멤브레인 번들을 따르는 영역들에, 즉, 모듈의 유입구 및/또는 유출구에서 플로우 불균질성이 발생한다. 이들 플로우 불균질성은 번들의 단면 상에서의 유체의 불균일한 분배 및/또는 불균일한 회수를 가져온다. 불균질성은 또한 종종 상기 영역들에서 통상의 설계 대책으로, 예를 들어, 유입 영역 및/또는 유출 영역에서 하우징들을 확대하는 것에 의해 완전하게 제거될 수 있는 것은 아니다. 이러한 확대에 관련하여, EP-A-0 329 980 에서의 상세한 설명에 대한 예들에 의해 참조가 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 중공 섬유 멤브레인 모듈에서, 먼저 유체의 균질한 스루-플로우를 허용하고 동시에 중공 섬유 멤브레인 번들 내로 및/또는 외부로의 유입 및/또는 유출을 허용하는 중공 섬유 멤브레인 번들을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 내부에서 모듈의 종방향 연장부로 배열되는 중공 섬유 멤브레인 번들들을 갖는 중공 섬유 멤브레인 모듈을 제공하는 것으로서, 여기서 공지된 멤브레인 모듈들의 단점이 적어도 완화되고, 이들은 모듈에 배열된 중공 섬유 멤브레인들 주위에서 유입 영역들 및 외부 공간으로의 유출 영역들 각각으로의 유체들에 대한 개선된 플로우 분배를 보여준다.
목적은 먼저, 종방향 연장부를 갖고 멤브레인 번들 단면을 갖고 제 1 및 제 2 번들 단부를 갖는 중공 섬유 멤브레인 번들을 통하여 실현되고, 여기서 중공 섬유 멤브레인 번들은 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 연장되는 다수의 중공 섬유 멤브레인들을 포함하고 또한 멤브레인 번들 단면 내에서, 중공 섬유 멤브레인들 사이에 배열되어 있고 중공 섬유 멤브레인들을 이격시키는 스레드들의 비율을 포함한다. 중공 섬유 멤브레인 번들은 제 1 번들 단부에서 및/또는 제 2 번들 단부에서 중공 섬유 멤브레인들이 스레드들의 적어도 일부분을 너머 돌출하도록 하고, 중공 섬유 멤브레인 번들이 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다, 제 1 및/또는 제 2 번들 단부로부터 연장되는 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖게 하도록 중공 섬유 멤브레인들 사이의 스레드들의 배열이 이루어지고, 제 1 단부 영역의 길이 및/또는 제 2 단부 영역의 길이는 번들 길이의 1% 내지 45% 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은 중공 섬유 멤브레인들 사이에 배열된 스레드들에 의해 이격된다. 따라서, 유체가 중공 섬유 멤브레인 번들을 관통하여 플로우할 때, 멤브레인 번들의 단면에 걸쳐 균일한 중공 섬유 멤브레인들의 외부 면 주위의 플로우를 실현하는 것이 가능하다.
본 발명은 제 1 및/또는 제 2 번들 단부에서 중공 섬유 멤브레인들이 스레드들의 적어도 일부분을 너머 돌출하도록 하고, 중공 섬유 멤브레인들에 대한 스레드들의 배열은, 중공 섬유 멤브레인 번들이 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다, 제 1 및/또는 제 2 번들 단부로부터 연장되는 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서 더 적은 비율의 스레드들을 갖게 하도록 중공 섬유 멤브레인들에 대한 스레드들의 배열이 이루어질 것을 요구한다. 이 유형의 멤브레인 번들을 포함하는 멤브레인 모듈에 대해, 이는 중공 섬유 멤브레인 번들의 제 1 및/또는 제 2 단부의 영역에서 중공 섬유 멤브레인들 사이에 더 큰 간극들에 의한 더 낮은 충전 레벨을 가져온다. 이는 상기 영역에서의 번들의 단면에 걸쳐 번들을 통과하는 플로우에 대한 개선된 용량, 이에 따라, 상기 영역 내로 플로우하는 유체의 번들의 단면에 걸친 개선된 분배 및/또는 상기 영역으로부터 외부로 플로우하는 유체의 보다 균일한 유출을 가져온다. 유입하고 각각 유출하는 개선된 분배 및/또는 더욱 균일한 유출은 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에 비해 양쪽 위치들에서 저항을 이겨내는 더 낮은 플로우 저항의 지원을 받는다.
바람직한 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인들은 중공 섬유 멤브레인 번들의 제 1 및 제 2 단부에서 돌출하며 중공 섬유 멤브레인 번들은 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다, 제 1 번들 단부로부터 그리고 제 2 단부 영역에서 연장되고 제 2 단부로부터 연장되는 제 1 단부 영역에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖는다. 이 유형의 일 실시형태에서, 모듈에서의 번들을 관통하여 플로우하기 위한 개선된 용량 및 모듈 내부에서 멤브레인 번들의 양 단부들에서 중공 섬유 멤브레인들 주위의 플로우에 대한 개선된 용량을 실현하는 것 및 예를 들어, 멤브레인 번들의 일 단부에서 유입 영역 및 멤브레인 번들의 다른 단부에서의 유출 영역을 실현하는 것이 가능하다.
제 1 단부 영역의 길이 및/또는 제 2 단부 영역의 길이는 예를 들어, 번들의 단면에 또는 실제 번들 길이에 의존하며, 바람직하게 번들 길이의 1% 내지 30% 의 범위에 있을 수 있고, 특히 바람직하게, 1% 내지 15% 의 범위에 있을 수 있고, 그리고, 더욱 바람직한 이 실시형태에서, 5% 내지 15% 의 범위이다. 따라서, 긴 번들들에 대해, 개별적인 단부 영역의 길이는 오히려 위에 특정된 범위들의 하위 백분율 범위에 존재할 수도 있고, 그리고 더 짧은 번들들에 대해, 오히려 상위 백분율 범위 내에 존재할 수도 있다. 두꺼운 중공 섬유 멤브레인 번들들에서, 마찬가지로, 상위 백분율 범위에서 단부 영역 길이들을 선택하는 것이 유리할 수 있다.
대안의 실시형태에서, 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역의 길이는 번들 길이의 10% 내지 90% 일 수 있고, 여기서의 바람직한 실시형태에서 이는 10% 내지 50% 일 수 있다. 이 유형의 특히 유리한 실시형태에서, 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역의 길이는 번들 길이의 10% 내지 30% 이다. 여기서 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역의 길이는 예를 들어, 중공 섬유 멤브레인들 사이의 스레드들이 번들 전체에서 중공 섬유 멤브레인들의 충분한 안정화와 필라멘트들의 적절한 분리를 제공하는지의 여부에 의존할 수 있다. 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역의 길이는 마찬가지로, 유체가 중공 섬유 멤브레인 번들을 통과하여 흐르는 모듈에서의 번들의 사용 동안에, 충분하게 높은 압력 강하가 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서 발생되어 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 단부 영역(들)을 통과하는 플로우에 대한 용량의 적절한 개선으로 이어질 수 있는지의 여부에 의존할 수 있다.
제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서의 스레드들의 비율은 유리하게, 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서의 스레드들의 비율보다 평균적으로 적어도 50% 만큼 더 작다. 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서의 스레드들의 비율은 특히 유리하게, 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서의 스레드들의 비율보다 평균적으로 적어도 80% 만큼 더 작다. 이는 인접하는 중공 섬유 멤브레인들 사이에 충분하게 미점유된 공간을 제공하고 예를 들어, 단부 영역으로의 유입되는 플로우에 대해 번들의 단면에 걸쳐 균질한 분배의 관점에서 더 큰 범위의 개선된 스루-플로우 용량을 실현시킨다. 본 발명이 또한 단부 영역에서의 스레드들이 중공 섬유 멤브레인 번들을 따르는 상이한 위치에서 종단할 수 있는 중공 섬유 멤브레인 번들의 실시형태들을 포함하기 때문에, 최대 비율의 스레드들을 갖는 영역에서의 스레드들의 비율에 비교되는 개별적인 단부 영역에서의 스레드들의 비율에 대한 값은 평균 값이다. 단부 영역에서의 스레드들이 중공 섬유 멤브레인 번들을 따라 상이한 위치들에서 종단할 수 있는 중공 섬유 멤브레인 번들의 실시형태들이 설계적으로 발생할 수 있고, 여기서 스레드들이 중공 섬유 멤브레인 번들의 연장부를 따라 서로에 대해 변위되었기 때문에, 상이한 길이의 스레드들이 사용되었기 때문에 또는 아래 보다 자세하게 설명될 바와 같이, 중공 섬유 멤브레인 번들의 제조 동안에 스레드들의 상이한 수축 거동이 번들을 따라 스레드들의 단부들의 상이한 위치들로 이어질 수 있기 때문에, 스레드들은 중공 섬유 멤브레인 번들의 종방향 연장부의 방향으로 연장 성분을 갖는다.
특히 바람직한 실시형태에서, 제 1 및/또는 제 2 유입 영역에는 스레드들이 없다. 여기서, 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는, 번들 영역에서의 스레드들은 중공 섬유 멤브레인 번들의 연장부를 따라 단면 평면에서 종단하는 것이 바람직하다. 이는 개별적인 단부 영역의 명확한 경계를 가져온다.
본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들에 사용된 스레드들의 관점에서, 많은 가능한 설계들이 있고 중공 섬유 멤브레인들 사이의 스페이서들로서 사용되는 공지된 스레드들을 활용하는 것이 가능하다. 스레드들은 따라서 모노필라멘트 사들 또는 멀티필라멘트 사들일 수 있고, 여기서 모노필라멘트 사들 또는 멀티필라멘트 사들은 예를 들어, 요철 (undulation) 또는 텍스처링을 나타낼 수 있다. 또한, 모노필라멘트 사들 및 멀티필라멘트 사들의 필라멘트들 각각에 대하여 여러 가능한 단면 기하구조가 존재한다. 필라멘트 사들 및 필라멘트들 각각은 예를 들어, 라운드형, 난형, 별형상, 직사각형 등일 수 있다. 스레드들의 단면 형상들은 스레드들의 범위를 따라 변하는 것이 또한 가능하다. 스레드들의 선형 밀도는 바람직하게 5 내지 2000 dtex 의 범위일 수 있다. 스레드들이 멀티필라멘트 사들이면, 스레드들은 바람직하게 5 내지 2000 개별 필라멘트들로 구성될 수 있다.
중공 섬유 멤브레인 번들에서 스레드들의 배열에 관련하여 여러 가능한 실시형태들이 있다. 중공 섬유 멤브레인 번들의 바람직한 실시형태에서, 스레드들은 제 1 및 제 2 스레드 단부를 갖고, 제 1 및 제 2 스레드 단부는 제 1 및 제 2 번들 단부 각각을 향하게 된다. 여기서, 스레드들은 번들에서의 중공 섬유 멤브레인들 사이에서 직선으로 연장되며 중공 섬유 멤브레인들에 평행하게 되는 것이 가능하다. 그러나, 이들은 또한, 사행 코스를 따를 수 있거나 또는 개별적인 중공 섬유 멤브레인들 주위에 또는 보조 번들들에 결합된 복수의 중공 섬유 멤브레인들 주위에 나선형으로 권취될 수 있다. 또한, 예를 들어, 서로 이격된 거리에서 서로 나란히 배열되고 그리고 중공 섬유 멤브레인 번들의 폭을 따라 변하는 방식으로 평면적으로 배열되는 복수의 스레드들이 있을 수 있다.
본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들의 다른 바람직한 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은 예를 들어, EP-A-0 442 147 또는 DE-A-43 08 850 에 설명된 유형의 매트들 또는 리본들을 제공하기 위해 스레드들에 서로 접속될 수 있다. 이들 경우들에, 중공 섬유 멤브레인들이 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에서 중공 섬유 멤브레인 번들의 종방향 연장부를 따라 연장되는 한편, 스레드들은 중공 섬유 멤브레인 번들의 본질적으로 원주 방향으로 서로 평행하게 뻗어나갈 수 있다. 여기서 중공 섬유 멤브레인 번들을 형성하는 매트들은 본 발명을 따라 중공 섬유 멤브레인들이 적어도 중공 섬유 멤브레인 번들의 제 1 단부에서 돌출하도록 하고, 중공 섬유 멤브레인 번들이 제 1 단부로부터 연장되는 제 1 단부 영역에서, 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 중앙 번들 영역에서보다 더 작은 비율의 스레드들을 갖게 하도록 구성된다.
최대 비율의 스레드들을 갖는 중앙 번들 영역에서, 멤브레인 번들 단면 내에서 전체 중공 섬유 멤브레인들의 단면적에 대한 전체 스레드들의 단면적의 비는 0.1 내지 10% 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이 방식으로, 먼저, 최대 비율의 스레드들을 갖는 영역에서 중공 섬유 멤브레인 번들을 통한 플로우를 위한 양호한 용량을 실현하고 두번째로 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서 번들의 단면에 걸쳐 중공 섬유 멤브레인 번들을 통한 플로우의 양호한 용량을 실현하는 것이 가능하다. 비는 특히 바람직하게, 0.2 내지 5% 의 범위에 있는 것이 가능하며, 훨씬 더 바람직한 실시형태에서 1 내지 5% 의 범위에 있다.
중공 섬유 멤브레인 번들은 모놀리식 번들이거나 또는 그 밖에 예를 들어, 코어 튜브 또는 모놀리식 실린더 주위에 배열된, 예를 들어, 중공 원통형의 형상으로 된 번들일 수 있다. 중공 섬유 멤브레인 번들의 단면은 임의의 원하는 외부 윤곽을 가질 수 있고, 예를 들어, 원형, 난형, 타원형, 트리오벌, 테트라오벌, 삼각형, 직사각형, 또는 정사각형 윤곽을 가질 수 있다. 중공 섬유 멤브레인 번들은 바람직하게, 원형 외부 윤곽을 갖는다.
본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들들에 대한 위에 설명된 설계들에서, 멤브레인 모듈에 배열된 중공 섬유 멤브레인들 주위의 외부 공간으로 유입되거나 또는 유입의 영역 및 유출 영역 각각에서 외부 공간으로 유출하는 유체들에 대한 개선된 플로우 분포를 나타내는 중공 섬유 멤브레인 모듈들을 제공하는 것이 가능하다. 본 발명의 목적은 따라서 또한 종방향 연장부를 갖는 원통형 하우징을 갖고 제 1 및 제 2 하우징 단부를 갖고 제 1 및 제 2 하우징 단부 사이에 연장되는 하우징 셀을 갖고, 그리고 또한 하우징 내부 벽을 갖는 멤브레인 모듈을 통하여 실현되고, 여기서, 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들은 하우징의 종방향 연장부의 방향을 따라 배향되어 하우징에 배열된다.
멤브레인 모듈의 바람직한 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은 제 1 포팅 조성물에 매립되고 이 조성물은 하우징의 제 1 단부에 배열되고, 하우징 내부 벽에 대한 누출 방지 접속부를 갖고 적어도 단부에서 제 1 번들 단부에 할당되며 그리고 하우징은 그 제 2 단부의 영역에서 클로저에 의해 폐쇄되며,
- 중공 섬유 멤브레인들을 둘러싸고 하우징의 제 2 단부의 영역에서 제 1 포팅 조성물과 클로저 사이에 연장되는 외부 공간은 하우징의 제 2 단부의 영역에서의 제 1 포팅 조성물, 하우징 내부 벽 및 클로저에 의해 형성되고,
- 중공 섬유 멤브레인들이 제 1 포팅 조성물을 통하여 연장되고 제 1 번들 단부에서 개방되고 하우징의 제 1 단부에서의 프론트 사이드에 배열된 제 1 챔버와 유체 연통하고 있는 방식으로 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들이 제 1 번들 단부에서 제 1 포팅 조성물 내에 매립되고,
- 제 1 챔버는 하우징의 제 1 단부의 프론트 사이드에 부착된 제 1 단부 캡에 의해 종단되고, 제 1 단부 캡은 유체의 입력 또는 출력을 위한 제 1 접속 어퍼처를 갖고,
- 번들이 외부 공간에서의 그 연장부를 따라, 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치된 중앙 번들 영역에서보다, 제 1 포팅 조성물에 인접한 제 1 외부 공간 섹션에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 방식으로 제 1 번들 단부가 제 1 포팅 조성물에 매립되고, 중앙 번들 영역은 최대 비율의 스레드들을 갖고, 번들이 연장되는 방향으로 제 1 외부 공간 섹션의 길이는 적어도 5 mm 이고, 그리고
- 멤브레인 모듈은 제 1 접속 포트를 갖고, 이 포트는 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서의 외부 공간으로부터 유체를 회수하거나 또는 외부 공간에 유체를 도입하는 것을 허용한다.
본 발명의 멤브레인 모듈의 이 설계는 제 1 외부 공간 섹션에서 중공 섬유 멤브레인 번들의 영역을 제공하며, 여기서, 더 작은 비율의 스레드들이 중공 섬유 멤브레인들 사이에 존재하는 것에 기인하여 중공 섬유 멤브레인들 사이에 더 큰 비율의 간극이 존재한다. 즉, 5 mm 의 제 1 외부 공간 섹션의 요구되는 최소 길이와 조합하여, 예를 들어 유체가 제 1 접속 포트를 통하여 제 1 외부 공간 섹션의 영역 - 이 경우 유입 영역 - 에서의 외부 공간에 도입될 때, 이 영역에서 중공 섬유 멤브레인들 주위의 플로우를 개선하고 번들의 단면에 걸쳐 유체의 보다 균질한 분포가 얻어지는 것이 가능하게 되는 결과를 갖는다. 마찬가지로, 본 발명이 외부 공간으로부터 제 1 외부 공간 섹션의 영역 - 이 경우 유출 영역 - 에서 제 1 접속 포트를 통하여 유체를 회수할 것이면, 외부 공간으로부터 실현되는 방출이 번들의 단면에 걸쳐 균질하게 된다. 따라서, 유입 영역 및/또는 유출 영역에서 본 발명의 멤브레인 모듈의 설계에 의해, 특히 대형 중공 섬유 멤브레인 번들 단면들이 번들의 단면에 걸쳐 개선된 플로우 거동을 실현하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 목적을 위하여, 표현 "접속 어퍼처" 는 중공 섬유 멤브레인들의 개방 단부들에 의해 중공 섬유 멤브레인들의 루미나와 유체 연통하는 어퍼처를 의미한다. 이와 대조적으로, 본 발명의 멤브레인 모듈의 표현 "접속 포트"는 외부 스페이서 또는 멤브레인 모듈의 외부 공간 섹션 각각과 유체 연통하는, 유체를 도입 또는 방출하는 어퍼처를 의미한다.
위에 언급된 바와 같이, 중공 섬유 멤브레인 번들은 모놀리식 번들이거나 또는 그 밖에 코어 튜브 또는 모놀리식 실린더 주위에 배열된 중공 원통형의 형상으로 된 번들일 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 외부 공간에 유체를 도입하거나 또는 외부 공간으로부터 유체를 방출하는 것을 허용하는 제 1 접속 포트는 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서 하우징 쉘 상에 측방향으로 배열될 수 있다.
다른 바람직한 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인 번들은 중공 섬유 멤브레인들과 함께 제 1 포팅 조성물 내에 매립되는 코어 튜브 주위에 배열된다. 코어 튜브는 제 1 포팅 조성물 및 제 1 챔버를 통하여 연장되고, 제 1 챔버로부터 제 1 단부 캡을 지나 연장되고, 그리고 이 경우 제 1 접속 포트인 접속 포트와 유체 연통한다. 코어 튜브는 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서 튜브의 벽에 천공을 갖고, 여기서 중공 섬유 멤브레인 번들은 최대 비율의 스레드들을 갖고 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치된 중앙 번들 영역에서보다 더 작은 비율의 스레드들을 갖는다. 이들 천공에 의해, 유체는 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서 코어 튜브로부터 외부 공간으로 또는 외부 공간으로부터 코어 튜브로 플로우할 수 있다.
본 발명의 멤브레인 모듈의 바람직한 실시형태에서, 하우징의 제 2 단부를 향하는 중공 섬유 멤브레인들의 이들 단부들은, 외부 공간에 위치된 유체가 멤브레인들의 이들 단부들 주위에 자유롭게 플로우할 수 있도록, 외부 공간에서 종단될 수 있다. 중공 섬유 멤브레인들은 제 2 번들 단부에서 폐쇄되는 것이 바람직하다. 중공 섬유 멤브레인 단부들의 클로저는 예를 들어, 접착성 본딩 또는 융용에 의해 실현될 수 있다. 다른 선호되는 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인들은 U-자형상 루프들로서 구성될 수도 있다. 이 경우, 중공 섬유 멤브레인들의 개방 단부들은 하우징의 제 1 단부를 향하고 제 1 포팅 조성물 내에 매립된다. 하우징의 제 2 단부를 향하는 이들의 U-자형상 루프는 외부 공간에 부착되지 않는다.
하우징의 제 2 단부를 향하는 중공 섬유 멤브레인들의 이들 단부들이 외부 공간에서 종단되거나 또는 위에 언급된 바와 같이, 중공 섬유 멤브레인들이 U-자형상 루프들로서 구성되는 경우, 하우징은 예를 들어, 하우징의 클러저를 하우징의 제 2 단부에서 동시에 형성하는 제 2 단부 캡에 의해 하우징의 제 2 단부에서 폐쇄될 수 있다. 제 2 단부 캡은, 유체가 외부 공간의 일 단부로부터 외부 공간의 타단부로 외부 공간을 통과하여 플로우할 수 있도록, 외부 공간 내부에 또는 외부 공간의 외부에 각각 유체의 입력 또는 출력을 위한 제 2 접속 포트를 가질 수 있다. 제 2 접속 포트는 물론, 또한 하우징 셀에서 측방향으로 부착될 수 있고 따라서, 중공 섬유 멤브레인들 주위의 외부 공간으로 이어질 수 있다. 이 경우, 중공 섬유 멤브레인 번들의 제 2 번들 단부가 제 2 단부 캡의 전방에서 소정 거리로 종단하여, 예를 들어, 외부 공간을 통과하여 플로우하는 유체가 번들로부터 그 제 2 단부에서 방출한 후 멤브레인 번들에 의해 점유되지 않는 외부 공간의 영역에서 누적될 수 있게 되고 멤브레인 번들의 전체 단면에 걸쳐 균질하게 회수될 수 있게 된다.
이 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인은 중공 섬유 멤브레인들과 함께 제 1 포팅 조성물 내에 매립되었고 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서 외부 공간 내에 유체를 도입하거나 외부 공간으로부터 유체를 회수하는 천공들을 갖는 코어 튜브 주위에 배열되는 경우에, 코어 튜브는 제 2 하우징 단부를 향하여 자신의 섹션에서 또한, 유체가 외부 공간으로부터 코어 튜브의 내부로 플로우하거나 코어 튜브의 내부로부터 외부 공간 외부로 플로우하게 허용하는 천공들을 가질 수 있다. 코어 튜브는 제 2 하우징 단부를 향하는 자신의 단부에서 제 2 단부 캡에 대한 누출 방지 시일을 갖는 제 2 단부 캡을 통하여 연장될 수 있고 예를 들어 제 2 단부 캡에 부착된 제 2 접속 포트에 접속될 수 있다. 이 유형의 실시형태들에서, 코어 튜브는 하우징의 제 2 단부를 향하는 자신의 섹션과 제 1 외부 공간 섹션 사이의 그 연장부를 따라 유리하게 폐쇄되어, 유체가 중공 섬유 멤브레인 번들을 따라 연장되는 코어 튜브를 향하여 플로우하지 않게 할 수 있다.
하우징의 제 2 단부를 향하는 중공 섬유 멤브레인들의 이들 단부들이 외부 공간에서 종단되는 본 발명의 멤브레인 모듈의 실시형태들에서는 다른 선호되는 대안으로 제 2 하우징 단부에 적용되고 하우징 내부 벽으로의 누출 방지 접속을 갖고 클로저를 형성하는 불투과성 제 2 포팅 조성물에 의해 하우징이 자신의 제 2 단부에서 폐쇄되는 것이 가능하다. 일 실시형태에서, 본 발명의 멤브레인 모듈은 그 다음, 하우징 쉘에서 측방향으로 배열되어 있는, 제 2 접속 포트를 가질 수 있으며, 제 2 접속 포트는 제 2 포팅 조성물의 전방의 영역에서의 외부 공간으로 이어지고 그리고 외부 공간과 유체 연통한다. 유체는 따라서 제 1 접속 포트와 제 2 접속 포트 사이에 외부 공간을 통하여 플로우할 수 있다. 다른 대안에서, 하우징은 제 2 포팅 조성물을 통과하는 적어도 하나의 어퍼처를 갖는 제 2 포팅 조성물에 의해 자신의 단부에서 종단되고 하우징의 제 2 단부의 프론트 사이드에서 제 2 접속 포트와 함께 제 2 단부 캡을 가질 수 있는 것이 가능하다. 그 다음, 제 2 챔버가 제 2 포팅 조성물과 제 2 단부 캡 사이에 형성될 수 있고, 외부 공간 및 제 2 챔버는 제 2 포팅 조성물에서 적어도 하나의 어퍼처에 의해 유체 연통할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제 2 포팅 조성물에서의 적어도 하나의 어퍼처, 제 2 챔버 및 제 2 단부 캡에서의 제 2 접속 포트에 의해 외부 공간 외부로 유체를 전달하는 것이 가능하다. 적어도 하나의 어퍼처는 예를 들어, 제 2 포팅 조성물을 관통하는 하나 이상의 홀들의 형태를 취할 수 있거나 또는 포팅 조성물 내에 매립된 적어도 하나의 소형 튜브의 형태를 취할 수 있다.
물론, 혼합된 형태들도 또한 수용가능하다. 예를 들어, 중공 섬유 멤브레인 번들은 중공 섬유 멤브레인들과 함께 제 1 포팅 조성물에 매립되었고 그리고 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서만, 외부 공간으로 유체를 도입하거나 또는 외부 공간으로부터 유체를 회수하기 위한 천공들을 갖는 코어 튜브 주위에 배열될 수 있다. 그 다음, 하우징은 제 2 하우징 단부에 부착되고, 제 2 포팅 조성물을 향하는 코어 튜브의 단부가 매립될 수 있는 제 2 포팅 조성물에 의해, 자신의 제 2 단부에서 폐쇄될 수 있고, 코어 튜브는 이 단부에서 그리고 제 1 외부 공간 및 이 단부 사이의 그 연장부를 따라 폐쇄된다. 그 다음, 하우징은 하우징 쉘에서 측방향으로 외부 공간으로 이어지는 제 2 접속 포트를 가질 수 있다.
멤브레인 모듈의 다른 유리한 설계에서, 제 2 번들 단부를 향하는 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들의 단부는 또한, 하우징의 제 2 단부에 배열되고 하우징 내부 벽에 대한 누출 방지 접속부를 갖고 자신의 제 2 단부의 영역에서 하우징의 클로저를 동시에 형성하는 제 2 포팅 조성물 내에 또한 매립된다.
일 실시형태에서, 여기서 모듈은 제 1 번들 단부에서만 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 중공 섬유 멤브레인 번들을 포함할 수 있고, 제 2 번들 단부의 영역에서 스레드들은 제 2 번들 단부까지 연장된다, 즉, 번들의 동일한 단면 평면에서 본질적으로 중공 섬유 멤브레인들과 함께 종단한다. 이 경우, 스레드들은 그 다음, 제 2 포팅 조성물에, 중공 섬유 멤브레인들과 함께 매립될 수 있다.
그러나, 멤브레인 모듈은 또한 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다, 제 2 단부로부터 연장되는 제 2 단부 영역에서 더 작은 비율의 스레드들을 또한 갖는 중공 섬유 멤브레인 번들을 포함하는 것이 바람직하며, 여기서, 번들이 외부 공간에서 자신의 연장부를 따라 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다, 제 2 포팅 조성물에 인접하는 제 2 외부 공간 섹션에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 방식으로 제 2 번들 단부가 제 2 포팅 조성물에 매립되며, 그리고 번들이 연장되는 방향으로 제 2 외부 공간 섹션의 길이는 적어도 5 mm 이다. 그 다음, 멤브레인 모듈은 바람직하게, 제 2 포팅 조성물의 영역에서, 자신의 하우징 쉘에, 외부 공간과 유체 연통하고 유체가 외부 공간으로 도입되거나 외부 공간으로부터 회수되는 제 2 접속 포트를 갖는다. 유체는 따라서, 하우징의 일 단부로부터 하우징의 타단부로 중공 섬유 멤브레인들 주위의 외부 공간을 통하여 크로스플로우 모드에서 플로우할 수 있다. 적어도 감소된 비율의 스레드들을 갖는 제 1 및 제 2 외부 공간 섹션의 존재에 기인하여, 멤브레인 모듈은 따라서, 외부 공간과 관련하여, 유입 영역 및 유출 영역을 가지며, 외부 공간 내에, 유체가 번들의 단면에 걸쳐 적어도 실질적으로 균질한 유입을 실현할 수 있고 외부 공간으로부터, 유체가 번들의 단면에 걸쳐 적어도 실질적으로 균질한 유출을 실현할 수 있다.
선호되는 변형예에서, 중공 섬유 멤브레인들의 제 2 단부는 멤브레인들이 그 단부에서 폐쇄되는 방식으로 제 2 포팅 조성물 내에 매립될 수 있다. 이는 중공 섬유 멤브레인들의 제 2 단부가 제 2 포팅 조성물 내에서 종단되고 제 2 포팅 조성물에 의해 폐쇄되는 점에서 실현될 수 있다. 이 유형의 일 실시형태에서,중공 섬유 멤브레인들의 내부 공동들, 즉, 이들의 루미나로의 플로우는 중공 섬유 멤브레인 번들의 제 1 단부로부터 데드-엔드 모드로 발생할 수 있다. 유리한 실시형태에서, 그 다음 하우징은 외부 공간으로 이어지고 외부 공간과 유체 연통하는 제 2 포팅 조성물의 전방의 영역에서의 하우징의 제 2 단부에서 하우징 쉘에 측방향으로 부착된 제 2 접속 포트를 가질 수 있다. 유체는 따라서 제 1 접속 포트와 제 2 접속 포트 사이에 외부 공간을 통하여 크로스플로우 모드에서 플로우할 수 있다. 대안에서, 하우징은 제 2 포팅 조성물을 통과하는 적어도 하나의 어퍼처를 갖는 제 2 포팅 조성물에 의해 자신의 단부에서 종단되고 제 2 하우징 단부의 프론트 사이드에서 제 2 접속 포트와 함께 제 2 단부 캡을 가질 수 있는 것이 가능하다. 그 다음, 제 2 챔버가 제 2 포팅 조성물과 제 2 단부 캡 사이에 형성될 수 있고, 외부 공간 및 제 2 챔버는 제 2 포팅 조성물에서 적어도 하나의 어퍼처를 통하여 유체 연통할 수 있다. 따라서, 예를 들어 제 2 포팅 조성물에서의 적어도 하나의 어퍼처를 통하여, 제 2 챔버 및 제 2 단부 캡에서의 제 2 접속 포트에 의해 외부 공간으로부터 유체를 회수하는 것이 가능하다. 이 실시형태에서, 유체는 또한 제 1 접속 포트와 제 2 접속 포트 사이에 외부 공간을 통하여 크로스플로우 모드에서 플로우할 수 있다. 적어도 하나의 어퍼처는 예를 들어, 제 2 포팅 조성물을 관통하는 하나 이상의 홀들의 형태를 취할 수 있거나 또는 포팅 조성물 내에 매립된 적어도 하나의 소형 튜브의 형태를 취할 수 있다.
마찬가지로 선호되는 변형예에서, 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은, 중공 섬유 멤브레인들이 제 2 포팅 조성물을 통하여 연장되고 중공 섬유 멤브레인들의 루미나가 제 2 번들 단부에 개방되는 방식으로, 제 2 번들 단부에서 제 2 포팅 조성물로 매립될 수 있다. 하우징의 제 2 단부의 전방에, 제 2 단부 캡이 배열되어 있고, 제 2 단부 캡은 여기서, 제 2 포팅 조성물과 제 2 단부 캡 사이에 제 2 챔버를 형성하는 방식으로 구성된다. 이 경우에 중공 섬유 멤브레인들의 루미나는 제 2 챔버로 이어지고, 제 2 챔버와 유체 연통한다. 그 다음, 제 2 단부 캡은 유체 를 제 2 챔버로 도입하거나 제 2 챔버로부터 회수하기 위한 제 2 접속 어퍼처를 갖는다. 이 유형의 일 실시형태에서, 따라서, 유체는 이들의 루미나에서 중공 섬유 멤브레인들을 통하여 크로스 플로우 모드로 플로우할 수 있다.
또한, 예를 들어, 중공 섬유 멤브레인들이 하우징 단부들의 영역에서의 제 1 및 제 2 포팅 조성물에 매립되고 제 1 및 제 2 챔버로 이어지는 이 실시형태에서, 코어 튜브 주위에 배열된 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 본 발명의 멤브레인 모듈의 설계가 가능하다. 여기서 바람직한 일 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인 번들은 중공 섬유 멤브레인들과 함께 제 1 포팅 조성물 및 제 2 포팅 조성물 내에 매립되는 코어 튜브 주위에 배열될 수 있다. 코어 튜브는 제 1 포팅 조성물을 그리고 또한 제 1 챔버를 통과하고, 제 1 단부 캡에 의해 제 1 챔버 밖으로 연장될 수 있고, 그리고 코어 튜브의 제 1 단부에서, 제 1 접속 포트와 유체 연통할 수 있다. 하우징의 제 2 단부에서, 코어 튜브는 제 2 포팅 조성물을 통과할 수 있고, 제 2 챔버를 통하여 뻗어나갈 수 있고, 제 2 단부 캡에 대한 누출 방지 시일을 갖는 제 2 단부 캡을 통과할 수 있고, 그리고 제 2 단부 캡에 부착된 접속 포트와 유체 연통할 수 있다. 중공 섬유 멤브레인 번들이 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 중앙 번들 영역에서보다 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서, 코어 튜브는 자신의 벽에 천공을 가질 수 있고, 천공을 통하여, 유체가 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서 코어 튜브로부터 외부 공간으로 또는 외부 공간으로부터 코어 튜브로 플로우할 수 있다. 코어 튜브는 또한 제 2 포팅 조성물에 인접하는 제 2 외부 공간 섹션의 영역에서 그 벽에 천공들을 또한 가질 수 있고, 이 천공을 통하여 유체는 제 2 외부 공간 섹션의 영역에서 코어 튜브로부터 외부 공간으로 또는 외부 공간으로부터 코어 튜브로 플로우할 수 있다.
이 유형의 일 실시형태에서 예를 들어, 제 1 유체는 제 1 접속 포트를 통하여 코어 튜브로 플로우하고 더 작은 비율의 스레드들이 존재하고 중공 섬유 멤브레인들 주위의 플로우가 따라서 개선되는 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서 코어 튜브 벽에서의 천공을 통하여 제 1 외부 공간 섹션으로 플로우할 수 있다. 그 다음, 유체는 제 1 포팅 조성물과 제 2 포팅 조성물 사이에서 중공 섬유 멤브레인들을 따라 외부 공간을 통과하여 플로우할 수 있다. 이 과정에서, 예를 들어, 중공 섬유 멤브레인들의 벽들을 통하여 중공 섬유 멤브레인들의 루미나로의 제 1 유체의 일 부분의 여과가 발생할 수 있다. 제 1 유체의 나머지 부분은 코어 튜브 벽에서의 천공들을 통하여, 더 작은 비율의 스레드들이 마찬가지로 존재하는 제 2 외부 공간 섹션의 영역에서 제 2 외부 공간 섹션으로부터 코어 튜브로 플로우할 수 있고 코어 튜브로부터 멤브레인 모듈 중에서 제 2 접속 포트를 통하여 플로우할 수 있다.
그 다음, 예를 들어, 제 2 유체는 하우징의 제 2 단부의 전방에서의 단부에 배열된 제 2 단부 캡에서의 제 2 접속 어퍼처를 통하여 제 2 단부 캡과 제 2 포팅 조성물 사이에 형성된 제 2 챔버 내에 도입될 수 있다. 제 2 유체는 여기서부터 중공 섬유 멤브레인들의 개방 루미나로 플로우할 수 있고 중공 섬유 멤브레인들의 루미나를 통과하여 플로우할 수 있고, 여기서 이는 제 1 유체의 여과액을 통합할 수 있다. 따라서 농축된 제 2 유체는 제 1 번들 단부에서 중공 섬유 멤브레인들을 떠나 하우징의 제 1 단부에 배열된 제 1 챔버로 플로우한다. 농축된 제 2 유체는 제 1 캡에서의 제 1 접속 어퍼처를 통하여 멤브레인 모듈 중에서 플로우한다.
물론, 예를 들어, 모듈의 유입 영역 및/또는 유출 영역의 진보된 설계를 갖는 본 멤브레인에서 유입 및/또는 유출 거동에서의 추가적인 개선들을 실현하는 것에 의해 예를 들어, 알려진 바와 같이 추가로 결합하고 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 하우징은 유입 및/또는 유출 영역의 섹션에서 하우징 쉘을 따라 넓혀진 섹션을 가질 수 있고 중공 섬유 멤브레인 번들은 중앙 영역에서의 하우징 쉘에 의해 기밀하게 인클로징될 수 있다. 이를 위해, 하우징 쉘의 직경은 예를 들어, 개별적인 하우징 단부에서의 유입 영역 및/또는 유출 영역에서 절단된 원뿔 형태 또는 단계적으로 지속적으로 증가할 수 있다.
본 발명의 멤브레인 모듈은 유체가 모듈에 배열된 중공 섬유 멤브레인들 주위의 외부 공간으로 도입되거나 외부 공간으로부터 회수되는 다수의 용도에 최적으로 채택될 수 있다. 언급될 수 있는 예들은 여과, 가스 교환 및 가스 분리를 위한 모듈들이다. 본 발명의 모듈들은 또한 멤브레인 흡착제로서 또는 흡착제를 갖는 멤브레인 필터들의 조합으로서 채택될 수 있다. 중공 섬유 멤브레인 번들의 단부들이 포팅 조성물에 매립되고 중공 섬유들이 양단부들에서 개방되고 본 발명의 유입 영역과 본 발명의 유출 영역 양쪽을 갖는 본 발명의 멤브레인 모듈의 설계들은 예를 들어, 혈액 투석을 위한 투석기들로서 양호하게 채택될 수 있다.
본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들 및 또한 본 발명의 멤브레인 모듈은 여러 방식으로 제조될 수 있다. 일 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인 번들로의 스레드들의 도입은 중공 섬유 멤브레인들의 배치 그리고 중공 섬유 멤브레인들보다 더 짧은 스레드들의 동시 배치를 통하여 번들 제조 동안에 발생할 수 있고 여기서 본 발명의 번들의 일 실시형태에 의해 요구되는 바와 같이, 적어도 감소된 비율의 스레드들이 번들 단부(들)의 일단부 또는 양단부에서 얻어지도록 하는 방식으로 스레드들이 중공 섬유 멤브레인들에 대하여 배열된다. 중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들의 이러한 배치는 예를 들어, 여러 선형 배치 프로세스들에 의해 실현될 수 있다. 여기서 멤브레인 번들 제조 동안에, 스레드들은 스레드 어셈블리의 형태로 또는 개별적으로, 직선 라인들로 또는 그 외 변경 방식 또는 사형 형태들로 배치되는 것이 가능하다.
다른 실시형태에서, 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들들의 제조는 중공 섬유 멤브레인들의 텍스타일 형태들, 예를 들어, 위에 이미 언급된 바와 같이, 우븐 매트, 니트된 매트, 느슨한 구조 리본들, 또는 다른 리본들에 기초한다. 이들 제조된 텍스타일 형태들의 설게는 결과적인 번들의 적어도 일 단부에서, 작은 비율의 스레드들이 상기 단부로부터 연장되는 단부 영역에 존재하도록 해야 한다. 예를 들어, 우븐 매트들은 중공 섬유 멤브레인들이 와프 필라멘트을 형성하고, 우븐 매트들의 측방향 영역에는 씨실 스레드들로서 기능을 하는 스레드들이 없고 중공 섬유 멤브레인들과 직교하게 뻗어있다. 스레드들의 연장 방향에서 이 타입의 매트들을 권취하는 것은 중공 섬유 멤브레인들이 번들의 종방향 연장부를 따라 배열되고 스레드들이 종방향 축을 따라 나선형으로 배열되고 그리고 매트의 설계에 의해 번들의 단부 섹션들에는 스레드들이 없는 번들들을 제공한다.
개별적인 중공 섬유 멤브레인들 주위에 또는 보조 번들들로 결합된 복수의 중공 섬유 멤브레인들 주위에 예를 들어, 나선형으로 권취되는 경우에, 컷 투 렝스 중공 섬유 멤브레인들이 그 주위에 권취된 스레드들이 없는 적어도 하나의 단부 영역을 갖도록 하는 범위로만 권취가 수행된다. 그 후, 복수의 컷 투 렝스 중공 섬유 멤브레인들 또는 본 발명의 개별적인 중공 섬유 멤브레인 번들에 요구되는 중공 섬유 멤브레인들의 보조 번들들은 번들을 제공하도록 정렬된다.
특히, 스레드들의 단부들이 제 1 및/또는 제 2 번들 단부를 향하고 스레드들이 예를 들어 번들에서의 중공 섬유 멤브레인들 사이에서 직선 라인으로 또는 사행 형태로 연장되거나 또는 중공 섬유 멤브레인들에 평행한 경우들에, 바람직한 실시형태에서, 중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들의 상이한 수축 거동의 이점을 취하는 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들이 제조될 수 있다. 여기서 스레드들은 중공 섬유 멤브레인들보다 더 높은 수축을 보여준다. 스레드들의 수축은 바람직하게 가열에 의해 개시된다. 요구되는 가열 온도에서 이들의 수축하는 방향에서의 중공 섬유 멤브레인들의 수축률이 스레드들의 수축률 보다 2%-50% 만큼 더 작은 중공 섬유 멤브레인들과 스레드들의 조합이 바람직하다. 요구되는 가열 온도는 물론 중공 섬유 멤브레인들과 스레드들이 구성되는 재료들에 의존한다.
다른 선호되는 변형예들에서, 수축률은 광학적, 자기적 또는 물리화학적 절차들을 통하여 개시되고 제어될 수 있다. 물리화학적 절차들의 예들은 물 또는 용매 또는 팽윤제에 의한 습윤 또는 처리일 수 있고, 이는 중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들의 상이한 종방향 팽창 또는 상이한 수축으로 이어진다. 또한, 금속성 형상 기억 합금으로부터 알려진 것들 및 형상 기억 폴리머들로부터 가장 최신에 알려진 것과 유사한 효과들을 활용하는 것이 가능하다. 위에 설명된 프로세스들은 본 발명에서 정의된 스레드 및/또는 멤브레인의 요철이 길이 변동을 갖고 동시에 발생하도록 하는 방식으로 설계될 수 있고; 이는 중공 섬유 멤브레인 번들을 통과하는 개선된 플로우 및 동시에 번들을 통과하여 플로우하는 유체의 개선된 믹싱으로 이어진다.
중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들의 상이한 수축 거동에서 이점이 취해지는 경우에, 본 발명의 멤브레인 번들의 제조는 모듈 하우징 내의 이들의 도입 전에 발생할 수 있거나 또는 그 밖에 번들이 모듈 하우징 내에 도입되어 모듈 하우징 내에 있을 때까지 지연될 수 있다.
제 1 경우에, 일방 또는 양방의 번들 단부들에서의 스레드들의 감소된 밀도를 갖는 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들은 위에 설명된 바와 같이 제조된 다음, 본 발명의 모듈을 제조하기 위하여 적절한 하우징 내에 도입될 수 있다. 제 2 경우에, 중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들을 갖고 번들 단부들 사이에 연장되고 중공 섬유 멤브레인들과 동일한 길이를 갖는 번들은 초기에 적절한 하우징에 도입될 수 있고 번들에서의 스레드들의 증가된 수축률이 하우징 내에서만 트리거된다. 따라서, 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역보다 더 작은 비율의 스레드들을 갖는, 하우징에 위치된 번들의 단부 영역들이 따라서 얻어진다. 마지막으로, 본 발명의 멤브레인 모듈은 번들 단부들을 포팅 조성물로 캐스팅하는 것에 의해 획득된다.
특히, 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들의 제조를 위하여 또는 본 발명의 멤브레인 모듈의 제조를 위하여 각각 중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들의 상이한 수축 거동에서 이점이 취해지는 경우에, 가능한 결과는 중공 섬유 멤브레인 번들 내의 스레드들이 중공 섬유 멤브레인 번들을 따라 동일한 위치에서 모두 종단되는 것은 아니라는 것이다. 예를 들어, 스레드들의 일부가 상이한 수축률을 나타낼 수 있고, 최종적으로, 번들 내에서 상이한 길이의 스레드들이 존재하며, 스레드들의 단부는 번들의 연장부를 따라 상이한 포지션들에서 종단한다.
다른 경우들에, 스레드들은 중공 섬유 멤브레인 번들의 연장부를 따라 서로에 대하여 관련되어 변위될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들의 제조를 위하여 또는 본 발명의 멤브레인 모듈의 제조를 위하여 각각 중공 섬유 멤브레인들 및 스레드들의 상이한 수축 거동에서 이점이 취해지는 경우에, 중공 섬유 멤브레인들 사이에 스레드들의 재밍의 가능한 결과는 수축 동안에, 스레드들의 단부들이 제 1 번들 단부와 제 2 번들 단부 사이의 번들의 연장부를 따라 상이한 범위로 변위된다는 것일 수 있다. 이러한 경우들에, 일부 섬유들은 결과적인 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에 남아 있을 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서의 스레드들의 비율은 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서의 스레드의 비율에 비해, 유리하게, 적어도 50% 만큼 감소되고, 특히 바람직하게 적어도 80% 만큼 감소된다. 특히 유리한 실시형태에서, 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에는 스레드들이 없다.
본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들을 포함하는 본 발명의 멤브레인 모듈은 다음의 도면들을 참조로 보다 자세하게 설명된다. 도면들은 본 발명의 멤브레인 모듈의 그리고 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들의 예시적인 선호되는 실시형태들을 개략적인 표현으로 도시하며, 제한적인 것으로서 해석하지 않는다.
도면에서:
도 1 은 양쪽 사이드들 상에서 포팅 조성물들에 매립되고 그 단부들의 양방에서 스레드들이 없는 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 본 발명의 크로스플로우 멤브레인 모듈을 도시한다.
도 2 는 양쪽 사이드들 상에서 포팅 조성물들에 매립되고 제 1 단부에서 스레드들이 없는 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 본 발명의 크로스플로우 멤브레인 모듈을 도시한다.
도 3 은 양쪽 사이드들 상에서 포팅 조성물들에 매립되고 그 제 1 단부에서 개방 중공 섬유 멤브레인들을 갖고 그 단부들의 양방에서 스레드들이 없는 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 본 발명의 데드-엔드 멤브레인 모듈을 도시한다.
도 4 는 양쪽 사이드들 상에서 포팅 조성물들에 매립되고 그 단부들의 양방에서 스레드들이 없고 중공 섬유 멤브레인들 주위에 외부 공간과 유체 접속하는 제 2 포팅 조성물에서 어퍼처들을 갖고 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 본 발명의 크로스플로우 멤브레인 모듈을 도시한다.
도 5 는 코어 튜브 주위에 배열되고, 양쪽 사이드들 상에서 포팅 조성물들에 매립되고 그 단부들의 양방에서 스레드들이 없는 중공 원통형 형상의 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 본 발명의 크로스플로우 멤브레인 모듈을 도시한다.
도 1 은 하우징 (2), 및 하우징 (2) 에 배열되어 있고, 멤브레인들의 번들들이 개별적인 포팅 조성물 (5, 7) 을 통하여 연장되고 포팅 조성물 (5, 7) 의 프론트 단부들에서 개방되는 방식으로 제 1 단부 (4) 에서 제 1 포팅 조성물 (5) 내에 그리고 제 2 단부 (6) 에서 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 매립된 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들을 갖는 멤브레인 모듈 (1) 을 도시한다. 따라서, 유체는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나를 통하여 크로스플로우 모드에서 플로우할 수 있다. 하우징 (2) 에 의해 정의되는 외부 공간 (8) 은 제 1 포팅 조성물 (5) 과 제 2 포팅 조성물 (7) 사이에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 주위에 형성된다. 스레드들 (9, 10) 은 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 따라 중앙 번들 영역에서의 포팅 조성물들 (5, 7) 사이에서 그리고 중공 섬유 멤브레인 번들에서의 중공 섬유 멤브레인들 (3) 사이에서 스페이서들로서 배열되고, 직선형 스레드들 (9) 또는 요철형 스레드들 (10) 의 형태를 취할 수 있다. 스레드들 (9, 10) 은 이 중앙 번들 영역에 최대 비율로 존재하는 한편, 제 1 포팅 조성물 (5) 에 인접하는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 에서 그리고 제 2 포팅 조성물 (7) 에 인접하는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 에서, 중공 섬유 멤브레인 번들에는 스레드들 (9, 10) 이 없다.
제 1 단부 캡 (13) 은 제 1 포팅 조성물 (5) 과 제 1 단부 캡 (13) 사이에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 제 1 단부 (4) 에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나와 유체 연통하는 제 1 챔버 (14) 가 형성되어 있는 방식으로 제 1 포팅 조성물 (5) 의 전방에 배열된다. 제 1 단부 캡 (13) 은 제 1 접속 개구부 (15) 를 가지며, 이 개구부를 통하여 유체가 제 1 챔버 (14) 내에 도입될 수 있다. 제 2 단부 캡 (16) 은 제 2 포팅 조성물 (7) 의 전방에 배열된다. 제 2 챔버 (17) 는 제 2 포팅 조성물 (7) 과 제 2 단부 캡 (16) 사이에 형성되며, 이는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 제 2 단부 (6) 에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나와 유체 연통한다. 제 2 단부 캡 (16) 은 제 2 접속 어퍼처 (18) 를 가지며, 이 어퍼처를 통하여 예를 들어, 유체가 제 2 챔버로부터 회수될 수 있다. 따라서, 유체는 중공 섬유 멤브레인들의 루미나를 통하여 크로스플로우 모드에서 플로우할 수 있다.
하우징 (2) 은 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 제 1 포팅 조성물 (5) 을 향하는 자신의 단부에 제 1 접속 포트 (19) 를 갖고 그리고 제 2 외부 공간 섹션 (12) 의 영역에서 제 2 포팅 조성물 (7) 을 향하는 자신의 단부에 제 2 접속 포트 (20) 를 가지며 이는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 따라 외부 공간 (8) 을 통과하는 유체의 플로우를 허용한다. 유체는 따라서, 예를 들어 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 제 1 접속 포트 (19) 를 통하여 하우징 (2) 으로 그리고 외부 공간 (8) 으로 도입될 수 있다. 스레드들 (9, 10) 의 부재에 기인하는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서의 하위 충전 레벨은 상기 영역에서의 번들의 단면에 걸쳐 중공 섬유 멤브레인 번들을 통과하는 플로우에 대한 양호한 용량을 가져오며, 따라서 번들의 단면에 걸쳐 상기 영역으로 플로우하는 양호한 분배를 가져온다. 제 1 접속 포트 (19) 를 통하여 도입되는 유체는 그 다음, 제 2 포팅 조성물 (7) 의 방향으로 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 따라 번들의 단면 상에서 균일하게 분포되어 플로우하고 제 2 외부 공간 섹션 (12) 에 축적된다. 제 1 외부 공간 섹션 (12) 은 하위 충전 레벨을 마찬가지로 가지며, 이는 마찬가지로 상기 영역에서의 번들의 단면에 걸쳐 중공 섬유 멤브레인 번들을 통과하는 플로우에 대한 양호한 용량을 가져오며, 따라서 번들의 단면에 걸쳐 상기 영역으로 플로우하는 양호한 균일한 방출을 가져온다. 유체는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 으로부터 제 2 접속 포트 (20) 를 통하여 모듈 (1) 을 떠난다.
도 2 는 본 발명의 중공 섬유 멤브레인 번들을 포함하는 본 발명의 멤브레인 모듈의 다른 바람직한 실시형태 (21) 를 도시한다. 지금까지 도 2 에 도시된 멤브레인 모듈 (21) 의 엘리먼트들 및 또한 다음 도면들에서 도시된 멤브레인 모듈 실시형태들의 것이 도 1 에 도시된 멤브레인 모듈 (1) 의 것들과 동일하기 때문에, 이들은 동일한 도면 부호들을 가지며, 이들 엘리먼트들의 반복되는 설명은 피한다.
멤브레인 모듈 (21) 은 또한, 하우징 (2) 에 배열되고 제 1 단부 (4) 에서 제 1 포팅 조성물 (5) 내에 그리고 제 2 단부 (6) 에서 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 매립되고 그리고 개별적인 포팅 조성물 (5, 7) 을 통하여 연장되는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들을 포함한다. 중공 섬유 멤브레인들 (3) 은 포팅 조성물 (5, 7) 의 프론트 단부에서 개방되며, 따라서 유체는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나를 통하여 크로스플로우 모드에서 플로우할 수 있다.
도 1 에 도시된 멤브레인 모듈 (1) 과 대조적으로, 도 2 에 도시된 멤브레인 모듈 (21) 은 중공 섬유 멤브레인 번들에는 제 1 포팅 조성물 (5) 에 인접하는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 에서만 스레드들 (9, 10) 이 없는 영역을 갖는다. 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들의 나머지 범위에 걸쳐, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 사이에 배열된 스레드들 (9) 이 존재하며, 이 스레드들은 중공 섬유 멤브레인들 (3) 에 대한 일정 비율로 제 2 포팅 조성물 (7) 로 연장되며, 상기 스레드들의 단부 (22) 는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 단부들 (6) 과 함께 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 매립된다. 따라서 도 2 에 도시된 멤브레인 모듈 (21) 은 제 2 포팅 조성물 (7) 에 인접하는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 을 갖지 않으며, 여기서 중공 섬유 멤브레인 번들은 감소된 비율의 스레드들 (9) 을 갖거나 또는 완전하게 스레드들 (9) 이 없다. 또한, 멤브레인 모듈 (21) 은 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 제 1 포팅 조성물 (5) 을 향하는 단부에서만, 유체를 외부 공간 (8) 으로 도입하거나 또는 외부 공간으로부터 회수하기 위한 제 1 접속 포트 (19) 을 갖는다.
따라서, 외부 공간 (8) 에 대하여, 멤브레인 모듈 (21) 은 또한 데드-엔드 모드로 동작되어야 하는 한편, 크로스플로우 모드에서의 플로우는 이들의 2 개의 단부들 (4, 6) 에서 개방되는 이들의 루미나에 의해 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 통하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 액체는 하우징 (2) 의 제 1 단부의 전방에 배열된 제 1 단부 캡 (13) 에서 제 1 접속 어퍼처 (15) 를 통하여 제 1 챔버 (14) 로 도입될 수 있고 그리고 이것으로부터 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 개방 루미나로 플로우할 수 있고, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나를 통하여 플로우할 수 있다. 여기서, 예를 들어, 액체의 일부분은 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 벽들을 통과하여 외부 공간 (8) 으로 여과액으로서 통과할 수 있고 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 따라 제 1 외부 공간 섹션 (11) 으로 플로우할 수 있고, 이로부터 유체가 제 1 접속 포트 (19) 를 통하여 멤브레인 모듈 (21) 을 떠난다. 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나에 잔류하는 잔존물은 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 제 2 단부 (6) 에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 떠나고 하우징 (2) 의 제 2 단부에 배열된 제 2 챔버 (17) 로 플로우한다. 잔존물은 제 2 단부 캡 (16) 에서 제 2 접속 어퍼처 (18) 를 통과하여 멤브레인 모듈 (21) 을 떠난다.
도 3 은 도 1 과 동일하게, 포팅 조성물들 (5, 7) 로 양 사이드들에서 매립되고 그 단부들의 양단에서 스레드들 (9) 이 없는 중공 섬유 멤브레인 번들을 갖는 멤브레인 모듈 (23) 을 도시한다. 번들을 제공하기 위해 하우징 (2) 에 배열된 중공 섬유 멤브레인들 (3) 은 멤브레인들의 제 1 단부 (4) 에서 제 1 포팅 조성물 (5) 로 그리고 멤브레인들의 제 2 단부 (6) 에서 제 2 포팅 조성물 (7) 로 매립된다. 제 1 단부 (4) 에서 매립하는 방식은 중공 섬유 멤브레인들이 포팅 조성물 (5) 을 통하여 연장되고, 포팅 조성물 (5) 의 프론트 사이드에서 개방되고, 그리고 제 1 포팅 조성물 (5) 과 제 1 단부 캡 (13) 사이에 형성된 제 1 챔버 (14) 로 이어지도록 하는 것이다. 이들의 제 2 단부 (6) 에서, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 은, 멤브레인들이 포팅 조성물 (7) 내에서 종단되고 제 2 포팅 조성물 (7) 에 의해 폐쇄되는 방식으로, 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 매립된다. 중공 섬유 멤브레인들 (3) 은 따라서 데드-엔드 모드로 플로우하도록 처리가능하다. 제 2 포팅 조성물 (7) 은 하우징 (2) 의 클로저를 그 제 2 단부에서 동시에 형성한다. 그 다음, 제 1 챔버 (14) 로부터 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나로 도입되는 유체는 예를 들어 중공 섬유 멤브레인들 (3) 에서 여과에 의해 보유된 부분만 - 예를 들어 특정 사이즈의 입자들의 형태를 제외하고는 - 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 벽을 통과하여 중공 섬유 멤브레인들 (3) 주위의 외부 공간 (8) 으로 완전히 통과한다.
또한, 멤브레인 모듈 (23) 은 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 제 1 포팅 조성물 (5) 을 향하는 단부에서만, 유체가 외부 공간 (8) 으로 도입될 수 있고/있거나 외부 공간 (8) 으로부터 회수될 수 있는 제 1 접속 포트 (19) 를 갖는다. 번들에는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들의 단면에 걸쳐 균일하게 유체를 도입하고 분배하기 위하여 제 1 포팅 조성물 (5) 에 인접하는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 에 스레드들 (9) 이 없다. 도 3 에 묘사된 바와 같이, 멤브레인 모듈 (23) 은 또한 제 2 포팅 조성물 (7) 에 인접하는 그 제 2 단부에서 제 2 외부 공간 섹션 (12) 을 또한 갖는다. 그러나, 또한 여기에 묘사되지 않은 다른 실시형태들에서, 상기 단부에서의 스레드들이 본질적으로 중공 섬유 멤브레인들과 동일한 길이를 갖고 중공 섬유 멤브레인들과 함께 제 2 포팅 조성물에 매립되는 것이 가능하다. 이 경우에, 멤브레인 모듈은 그 제 1 단부에서만 외부 공간 섹션을 갖는다.
도 4 에 도시된 멤브레인 모듈 (24) 의 구조는 도 3 에 도시된 멤브레인 모듈 (23) 의 것과 유사하다. 멤브레인 모듈 (24) 은 마찬가지로, 중공 섬유 멤브레인 번들을 포함하고, 여기서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 은 포팅 조성물 (5, 7) 에서 양쪽 사이드들 상에 매립되고 멤브레인들에는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 및 제 2 외부 공간 섹션 (12) 에서 스레드들 (9) 이 없다. 스레드들 (9) 은 제 1 외부 공간 섹션 (11) 과 제 2 외부 공간 섹션 (12) 사이에 중공 섬유 멤브레인들 (3) 사이에 배열된다. 제 1 단부 (4) 에서 매립하는 것은 중공 섬유 멤브레인들이 포팅 조성물 (5) 을 통하여 연장되고, 포팅 조성물 (5) 의 프론트 단부에서 개방되고, 그리고 제 1 포팅 조성물 (5) 과 제 1 단부 캡 (13) 사이에 형성된 제 1 챔버 (14) 로 이어지도록 한다. 이들의 제 2 단부 (6) 에서, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 은, 멤브레인들이 포팅 조성물 (7) 내에서 종단되고 제 2 포팅 조성물 (7) 에 의해 폐쇄되는 방식으로, 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 매립된다.
하우징의 제 2 단부에서 외부 공간을 차단하는 제 2 포팅 조성물 (7) 은 이를 통과하는 어퍼처 (25) 를 갖고, 이를 통하여 제 2 하우징 단부에서 제 2 단부 캡 (26) 과 포팅 조성물 (7) 사이에 형성된 제 2 챔버 (27) 와 외부 공간 (8) 사이에 유체 연통이 존재한다. 포팅 조성물 (7) 에서의 어퍼처 (25) 는 제 2 포팅 조성물에서의 홀들의 형태를 취할 수 있지만, 이들은 또한, 제 2 포팅 조성물 (7) 을 통과하고 중공 섬유 멤브레인들 (3) 과 함께 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 매립되는 작은 튜브일 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 멤브레인 모듈 (24) 의 이 실시형태에서, 예를 들어 유체는 제 1 접속 포트 (19) 를 통하여 하우징 (2) 내의 제 1 외부 공간 섹션 (11) 으로 플로우될 수 있고, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 사이의 스레드들 (9) 의 결여 부분에 기인하여 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들의 단면에 걸쳐 균일하게 분배될 수 있다. 그 다음, 유체는 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 따라 제 2 포팅 조성물 (7) 을 향하는 방향으로 그리고 제 2 포팅 조성물 (7) 의 전방에 위치된 제 2 외부 공간 섹션 (12) 으로 플로우할 수 있다. 제 2 외부 공간 섹션 (12) 으로부터, 그 다음, 유체는 제 2 포팅 조성물 (7) 에서의 어퍼처들 (25) 을 통하여 외부 공간 (8) 으로 방출될 수 있고 그리고 제 2 단부 캡 (26) 에서 제 2 챔버 (27) 및 제 2 접속 포트 (28) 를 통하여 멤브레인 모듈 (24) 을 떠날 수 있다. 자신의 제 2 단부에서, 유체를 방출 또는 도입하기 위한 어퍼처를 갖는 단부 캡에 의해 정의된 제 2 챔버를 마찬가지로 갖고 있는 도 1 및 도 2 에 도시된 멤브레인 모듈들과 대조적으로, 도 4 의 멤브레인 모듈의 경우에, 제 2 포팅 조성물 (7) 과 제 2 단부 캡 (26) 사이에 형성된 제 2 챔버 (27) 는 포팅 조성물 (7) 에서 어퍼처들 (25) 을 통하여 외부 공간 (8) 과 유체 연통한다. 따라서, 도 4 의 멤브레인 모듈의 제 2 단부 캡에 존재하는 유체를 방출 또는 도입하는 어퍼처는 외부 공간 (8) 과 유체 연통하는 접속 포트이다. 대안적으로, 매립부 (7) 는 또한 도 3 에서와 같을 수 있고, 유체는 외부 공간 (8) 으로 이어지는 다른 접속 포트를 통하여 외부 공간 섹션 (12) 을 떠날 수 있다.
도 5 는 코어 튜브 (30) 주위에 배열된 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들을 포함하는 멤브레인 모듈 (29) 을 나타낸다. 코어 튜브 (30) 는 제 1 포팅 조성물 (5) 내에 그리고 제 2 포팅 조성물 (7) 내에 중공 섬유 멤브레인들 (3) 과 함께 매립되고, 그리고 제 1 포팅 조성물 (5) 을 통하여 그리고 또한 제 1 포팅 조성물 (5) 의 전방에 제 1 챔버 (14) 를 통하여 연장되고, 코어 튜브 (30) 는 제 1 챔버 (14) 에 대한 누출 방지 시일을 갖는다. 코어 튜브 (30) 는 제 1 단부 캡 (13) 에서 제 1 챔버 (14) 로부터 나아가고, 그 제 1 단부에서, 코어 튜브에 접속된 제 1 접속 포트 (31) 와 유체 연통한다. 하우징의 제 2 단부에서, 코어 튜브 (30) 는 제 2 포팅 조성물 (7) 을 통과하고, 제 2 포팅 조성물 (7) 의 전방에 형성된 제 2 챔버 (17) 을 통하여 뻗어나아가되, 여기서, 코어 튜브 (30) 는 제 2 챔버 (14) 에 대한 누출 방지 시일을 가지며, 제 2 단부 캡 (16) 을 통과하고 제 2 단부 캡 (16) 에 부착되고 코어 튜브에 접속되는 제 2 접속 포트 (32) 와 유체 연통한다. 코어 튜브 (30) 는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 자신의 벽에 천공들 (33) 을 갖고, 여기서, 코어 튜브 (30) 의 주위에 배열된 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 번들에는 스레드들 (9) 이 없고, 이 천공들을 통하여 유체가 코어 튜브 (30) 로부터 외부 공간 (8) 또는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 각각으로 또는 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서 이들로부터 코어 튜브 (30) 로 플로우할 수 있다. 코어 튜브 (30) 는 마찬가지로 제 2 포팅 조성물 (7) 에 인접하는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 의 영역에서 그 벽에 천공들 (34) 을 또한 가질 수 있고, 이 천공을 통하여 유체는 코어 튜브 (30) 로부터 외부 공간 (8) 또는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 각각으로, 또는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 의 영역에서 여기서부터 코어 튜브 (30) 로 플로우할 수 있다. 코어 튜브는 일 단부에서 타 단부로 코어 튜브 (30) 를 통한 플로우를 억제하기 위하여, 천공들 (33, 34) 을 갖는 영역들 사이에 클로저들 (35, 36) 을 갖는다. 클로저들 (35, 36) 에 대한 대안으로서,코어 튜브는 또한 천공들 (33, 34) 사이에 영역들에서 고체 재료로 구성될 수 있다.
중공 섬유 멤브레인들 (3) 은 이들이 상기 포팅 조성물들을 통과하고 이들의 단부들이 제 1 챔버 (14) 및 제 2 챔버 (17) 에 대해 개방되고 그리고 유체가 이들을 통하여 플로우할 수 있는 방식으로 이들의 단부들 (4, 6) 에서 포팅 조성물 (5, 7) 에 매립된다. 제 1 및 제 2 단부 캡 (13, 16) 은 측방향 접속 어퍼처들 (15, 18) 을 가지며, 어퍼처를 통하여 유체가 제 1 챔버 (14) 및 제 2 챔버 (17) 로 또는 이들로부터 플로우할 수 있다. 하우징 (3) 은 또한, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 주위에서 외부 공간 (8) 으로부터의 공기를 제거하기 위해 측방향 접속 포트 (37) 를 가질 수 있다. 코어 튜브 (30) 가 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서만 그 벽에 천공들 (33) 을 갖고 제 2 외부 공간 섹션 (12) 의 영역에서는 그 벽에 천공들을 갖지 않는 대안의 실시형태에서, 제 1 유체는 또한 제 2 외부 공간 섹션 (12) 으로부터 그리고 외부 공간 (8) 으로부터 각각 이러한 측방향 접속 포트 (37) 를 통하여 회수될 수 있다.
예를 들어, 도 5 에 도시된 바와 같이 멤브레인 모듈 (29) 의 일 실시형태에서, 제 1 유체는 제 1 접속 포트 (31) 를 통하여 코어 튜브 (30) 로 플로우할 수 있고, 그리고 제 1 외부 공간 섹션 (11) 의 영역에서, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 주위의 플로우가 스레드들 (9) 의 부재에 기인하여 개선되는 경우, 코어 튜브 (30) 의 벽에서 천공들 (33) 을 통하여 제 1 외부 공간 섹션 (11) 으로 플로우할 수 있고 그리고 번들의 단면에 걸쳐 균일하게 분배될 수 있다. 그 다음, 유체는 제 1 포팅 조성물 (5) 과 제 2 포팅 조성물 (7) 사이에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 따라 외부 공간 (8) 을 통과하여 플로우할 수 있다. 여기서, 예를 들어, 제 1 유체의 일부분의 전달은 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 벽들을 통과하여 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나로 또는 제 2 유체에 대하여 반대 방향으로 발생할 수 있다. 마찬가지로 스레드들 (9) 이 존재하지 않는 제 2 외부 공간 섹션 (12) 의 영역에서, 제 1 유체의 나머지 부분은 제 2 외부 공간 섹션 (12) 으로부터 코어 튜브 (30) 의 벽에서의 천공들 (34) 을 통하여 코어 튜브 (30) 로 플로우하고 그리고 이로부터 멤브레인 모듈 (29) 중에서 코어 튜브에 접속된 제 2 접속 포트 (32) 를 통하여 플로우한다.
예를 들어, 제 2 유체는 하우징 (2) 의 제 2 단부의 전방에 배열된 제 2 단부 캡 (16) 에서의 제 2 접속 어퍼처 (18) 를 통하여 제 2 단부 캡 (16) 과 제 2 포팅 조성물 (7) 사이에 형성된 제 2 챔버 (17) 내에 도입될 수 있다. 제 2 유체는 여기서부터 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 개방 루미나로 플로우할 수 있고, 중공 섬유 멤브레인들 (3) 의 루미나를 통과하여 플로우할 수 있고, 여기서 이는 제 1 유체의 성분을 통합할 수 있거나 또는 성분들을 동일하게 배출할 수 있다. 따라서 농축되거나 또는 고갈된 제 2 유체는 이들의 제 1 단부들 (4) 에서 중공 섬유 멤브레인들 (3) 을 떠나 제 1 포팅 조성물 (5) 의 전방에 배열된 제 1 챔버 (14) 로 플로우한다. 여기서부터, 농축된 제 2 유체는 제 1 단부 캡 (13) 에서의 제 1 접속 어퍼처 (15) 를 통하여 멤브레인 모듈 (29) 중에서 플로우한다.

Claims (16)

  1. 종방향 연장부 (extent) 를 갖고 멤브레인 번들 단면을 갖고 그리고 제 1 및 제 2 번들 단부를 갖는 중공 섬유 멤브레인 번들로서,
    상기 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 연장되는 다수의 중공 섬유 멤브레인들을 포함하고,
    또한 상기 멤브레인 번들 단면 내에서, 상기 중공 섬유 멤브레인들 사이에 배열되어 있고 상기 중공 섬유 멤브레인들을 이격시키는 스레드들의 비율을 포함하고,
    상기 중공 섬유 멤브레인들 사이의 스레드들의 배열은, 상기 제 1 번들 단부에서 및/또는 상기 제 2 번들 단부에서 상기 중공 섬유 멤브레인들이 상기 스레드들의 적어도 일부분을 너머 돌출하도록 하고, 상기 중공 섬유 멤브레인 번들이 상기 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다 상기 제 1 및/또는 제 2 번들 단부로부터 연장되는 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖게 하도록 되고, 상기 제 1 단부 영역의 길이 및/또는 제 2 단부 영역의 길이는 번들 길이의 1 % 내지 45 % 인 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단부 영역의 길이 및/또는 상기 제 2 단부 영역의 길이는 상기 번들 길이의 1 % 내지 30 % 인 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에서의 스레드들의 비율은 최대 비율의 스레드들을 갖는 상기 번들 영역에서의 스레드들의 비율보다 적어도 50% 만큼 더 작은 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 단부 영역에는 스레드들이 없는 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 섬유 멤브레인들은 상기 제 1 및 제 2 단부에서 돌출하고, 상기 중공 섬유 멤브레인 번들은 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 제 1 및 제 2 단부 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스레드들은 모노필라멘트 사들 또는 멀티필라멘트 사들인 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스레드들은 제 1 및 제 2 스레드 단부를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 스레드 단부는 상기 제 1 및 제 2 번들 단부 각각을 향하게 되는 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙 번들 영역에서, 상기 멤브레인 번들 단면 내에서 상기 중공 섬유 멤브레인들의 전체의 단면적에 대한 상기 스레드들의 전체의 단면적의 비는 0.1 내지 10 % 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 중공 섬유 멤브레인 번들.
  9. 종방향 연장부 및 제 1 및 제 2 하우징 단부를 갖는 원통형 하우징, 상기 제 1 및 제 2 하우징 단부 사이에 연장되는 하우징 셀, 및 하우징 내부 벽을 포함하는 멤브레인 모듈로서,
    제 1 항에 기재된 중공 섬유 멤브레인 번들은 상기 하우징에 배열되어 상기 하우징의 종방향 연장부의 방향을 따라 배향되는, 멤브레인 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은 제 1 포팅 조성물에 매립되고, 상기 하우징의 제 1 단부에 배열되고, 제 1 번들 단부에 할당된 적어도 단부에서 상기 하우징 내부 벽에 대한 누출 방지 접속부를 갖고 그리고 상기 하우징은 자신의 제 2 단부의 영역에서 클로저에 의해 폐쇄되며,
    - 상기 중공 섬유 멤브레인들을 둘러싸고 상기 하우징의 제 2 단부의 영역에서 상기 제 1 포팅 조성물과 상기 클로저 사이에 연장되는 외부 공간은 상기 하우징의 제 2 단부의 영역에서 상기 제 1 포팅 조성물, 상기 하우징 내부 벽 및 상기 클로저에 의해 형성되고,
    - 상기 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은, 상기 중공 섬유 멤브레인들이 상기 제 1 포팅 조성물을 통하여 연장되고 상기 제 1 번들 단부에서 개방되고 상기 하우징의 제 1 단부에서 프론트 사이드 배열된 제 1 챔버와 유체 연통하고 있는 방식으로 상기 제 1 번들 단부에서 상기 제 1 포팅 조성물에 매립되고,
    - 상기 제 1 챔버는 상기 하우징의 제 1 단부에 프론트 사이드 부착된 제 1 단부 캡에 의해 종단되고, 상기 제 1 단부 캡은 유체의 입력 또는 출력을 위한 제 1 접속 어퍼처를 갖고,
    - 상기 제 1 번들 단부는, 번들이 이 외부 공간에서의 번들의 연장부를 따라, 상기 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 중앙 번들 영역에서보다 상기 제 1 포팅 조성물에 인접한 제 1 외부 공간 섹션에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 방식으로, 제 1 포팅 조성물에 매립되고, 상기 번들이 연장되는 방향으로 제 1 외부 공간 섹션의 길이는 적어도 5 mm 이고, 그리고
    - 상기 멤브레인 모듈은 상기 제 1 외부 공간 섹션의 영역에서의 외부 공간에 유체를 도입하거나 또는 상기 외부 공간으로부터 상기 유체를 회수 (withdraw) 하는 것을 허용하는 제 1 접속 포트를 갖는, 멤브레인 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하우징의 제 2 단부를 향하는 중공 섬유 멤브레인들의 이들 단부들은 폐쇄된 설계를 갖고, 폐쇄된 단부들은 상기 외부 공간에서 종단되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 중공 섬유 멤브레인들은 이들의 개방 단부들이 상기 하우징의 제 1 단부를 향하고 상기 제 1 포팅 조성물에 매립되는 U-자형 루프들로서 구성되고, 상기 하우징의 제 2 단부를 향하는 이들의 U-자형 루프들은 상기 외부 공간에 부착되지 않은 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 번들 단부를 향하는 상기 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들의 단부는 또한, 하우징의 제 2 단부에 배열되고 상기 하우징 내부 벽에 대한 누출방지 접속부를 갖고 자신의 제 2 단부의 영역에서 상기 하우징의 클로저를 동시에 형성하는 제 2 포팅 조성물에 매립되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중공 섬유 멤브레인 번들은 또한 상기 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 번들 영역에서보다, 제 2 단부로부터 연장되는 제 2 단부 영역에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 것이며, 상기 제 2 번들 단부는, 상기 번들이 외부 공간에서 그 연장부를 따라 상기 제 1 및 제 2 번들 단부 사이에 위치되고 최대 비율의 스레드들을 갖는 중앙 번들 영역에서보다, 상기 제 2 포팅 조성물에 인접하는 제 2 외부 공간 섹션에서 더 작은 비율의 스레드들을 갖는 방식으로 상기 제 2 포팅 조성물에 매립되며, 그리고 상기 번들이 연장되는 방향으로 상기 제 2 외부 공간 섹션의 길이는 적어도 5 mm 인 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 중공 섬유 멤브레인 번들의 중공 섬유 멤브레인들은, 이들이 상기 제 2 포팅 조성물을 통하여 연장되고 이들의 루미나가 제 2 번들 단부에서 개방되고 상기 하우징의 제 2 단부의 전방에 배열된 상기 제 2 챔버와 유체 연통하도록 하는 방식으로, 상기 제 2 번들 단부에서 상기 상기 제 2 포팅 조성물에 매립되고, 상기 제 2 챔버는 상기 제 2 챔버의 내부 또는 외부에서의 유체의 입력 또는 출력을 위한 제 2 접속 어퍼처를 갖는 제 2 단부 캡에 의해 폐쇄되고, 상기 하우징은 그 제 2 단부의 영역에서 상기 외부 공간으로 또는 상기 외부 공간으로부터의 상기 유체의 입력 또는 출력을 위한 제 2 접속 포트를 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 중공 섬유 멤브레인들은 이들이 이 단부에서 폐쇄되도록 하는 방식으로 이들의 제 2 단부에서 상기 제 2 포팅 조성물에 매립되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 모듈.
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