PL175546B1

PL175546B1 - Sposób wytwarzania sekcji włókien pustych do modułów włókien pustych

Info

Publication number: PL175546B1
Application number: PL94317353A
Authority: PL
Inventors: Svend A. Geleff; Knud S. Pedersen
Original assignee: Union Engineering As
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1999-01-29
Also published as: SK153496A3; AU683470B2; EP0771233A1; WO1995033548A1; CZ350196A3; BG101037A; FI964768A0; DE69420867D1; HU9603091D0; OA10386A; US5840230A; RU2130333C1; NO965118L; EP0771233B1; PL317353A1; CN1150763A; BG62357B1; NO965118D0; AU6924894A; JPH10500624A

Abstract

1. Sposób wytwarzania sekcji wlókien pustych do modulów wlókien pustych, zna- mienny tym, ze w matrycy do odlewania obe- jmujacej ramie i pozioma perforowana plyte, z umieszczona w niej wedlug okreslonego wzo- ru pewna liczba otworów i przeciagnietymi przez te otwory ciaglymi wlóknami pustymi, a) odlewa sie w matrycy do odlewania utwardzalny material z wytworzeniem stalej sciany sitowej, b) unosi sie sciane sitowa z zalanymi w niej ciaglymi wlóknami pustymi w kierunku pionowym na okreslona odleglosc od perfo- rowanej plyty, c) przecina sie sciane sitowa w plasz- czyznie poziomej dla odsloniecia konców wlókien pustych, d) powtarza sie etapy a, b, i c formowa- nia sekcji wlókien pustych. FIG. 4 F IG . 5 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sekcji włókien pustych do modułów włókien pustych.

Moduły włókien pustych stosuje się w związku z operacjami wymiany, operacjami rozdzielania i operacjami mieszania. W operacjach wymiany jest to problem wymiany zarówno masy, jak i ciepła. Podczas wymiany ciepła ciepło jest wymieniane pomiędzy dwoma płynami o różnej temperaturze, przy czym płyn o temperaturze niższej uzyskuje temperaturę wyższą od początkowej. Wymiana masy oznacza w szczególności procesy przeponowe, jak dializa (np. w sztucznej nerce), bezpośrednia osmoza, wymiana gaz-gaz i wymiana gaz-ciecz (np. w urządzeniach natleniających). Z procesów rozdzielania szczególnie interesujące sąultrafiltracja, odwrotna osmoza i przenikanie gazu. Przez procesy mieszania rozumie się np. nawilżanie i/lub klimatyzowanie powietrza przez mieszanie z nim pary wodnej.

W niniejszym opisie i zastrzeżeniach określenie “sekcja włókien pustych” oznacza część modułu włókien pustych, zawierającąwłókna puste, np. o końcach uszczelnionych przy użyciu elementu zamykającego, dzięki któremu płyn opływający włókna z zewnątrz pozostaje wewnątrz modułu.

175 546

Określenie “płyn” oznacza każdą ciecz lub gaz o dostatecznej charakterystyce płynności, aby mógł się przemieścić przez moduł włókien pustych. Przez ciecz rozumie się także roztwory i zawieśmy ciał stałych.

W GB-A-2091125 ujawniono sposób wytwarzania sekcji włókien pustych, w których pojedyncze włókna puste sąułożone w określony sposób przy użyciu co najmniej dwu perforowanych płyt, przez których otwory przeciąga się włókna puste. Perforowane płyty pozostają w module, a włókna puste nie sąz nimi połączone, ani nie wykonuje się wokół nich żadnego odlewu przed przecięciem.

Japońska publikacja nr 62-160.108 dotyczy umieszczania wiązki włókien pustych w żywicy, a następnie przecięcia zaciśniętej części wiązki. Publikacja me dotyczy ustawiania wzajemnego położenia włókien pustych i ich ułożeniejest przypadkowe, a włókna fizycznie stykaj ą się ze sobą.

W opublikowanym szwedzkim opisie patentowym nr 397638 ujawniono sposób wytwarzania urządzenia do frakcjonowania, zgodnie z którym włókna umieszcza się wj ednym lub większej liczbie przewodów w rdzeniu w taki sposób, że przewód lub przewody są wypełnione, włókna przyklej a się do końców rdzenia, przy czym stwardniały klej tworzy końcową ściankę na każdym końcu rdzenia; włókna przecina się na końcach rdzenia, a przed lub po przecięciu włókien zakłada się płaszcz otaczający co najmniej przewód lub przewody. Publikacja ta nie dotyczy ustawiania wzajemnego położenia włókien pustych, a włókna fizycznie stykająsię ze sobą.

Wadami znanych włókien pustych są między innymi trudność ich wytwarzania na dużą skalę w prosty sposób, to jest w możliwie niewielu etapach, z których każdy prowadzi się w prosty sposób, a także brak możliwości kontroli wzajemnego ułożenia włókien.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania sekcji włókien pustych do modułu włókien pustych, który to sposób może być w prosty sposób zautomatyzowany, w celu umożliwienia wytwarzania sekcji włókien pustych w procesie ciągłym. Ponadto celem wynalazku jest opracowanie sposobu, w którym wzajemne położenie włókien można kontrolować, tak że każde włókno puste zajmie określoną pozycję względem najbliższych sąsiednich włókien.

Nieoczekiwanie okazało się, że te cele można zrealizować dzięki sposobowi wytwarzania sekcji włókien pustych, polegającego na tym, że w matrycy do odlewania obejmującej poziomą perforowaną płytę, z umieszczoną w niej według określonego wzoru pewną liczbą otworów i przeciągniętymi przez te otwory ciągłymi włóknami pustymi,

a) odlewa się utwardzalny materiał z wytworzeniem stałej ściany sitowej,

b) unosi się ścianę sitową z zalanymi w niej ciągłymi włóknami pustymi w kierunku pionowym na określoną odległość od perforowanej płyty,

c) przecina się ścianę sitową w płaszczyźnie poziomej dla odsłonięcia końców włókien pustych,

d) powtarza się etapy a, b i c formowania sekcji włókien pustych.

Sposobem według wynalazku wytwarza się sekcję włókien pustych do modułów włókien pustych, zawierającą równolegle ułożone włókna puste, których końce sązatopione w ścianie sitowej tak, że końce włókien pustych sąodsłonięte, przy czym sekcja ta charakteryzuje się tym, że włókna są umieszczone według określonego wzoru.

W sposobie według wynalazku stosuje się płytę perforowaną tak, że otwory są umieszczone według określonego wzoru. Układ tych otworów może zależeć od zamierzonego zastosowania i sposobu zaprojektowania modułu włókien pustych. Korzystnie otwory są umieszczone według takiego wzoru, że odstępy do najbliższych otworów sązasadniczo jednakowe. Odległość pomiędzy otworami, przy mierzeniu od obrzeża do obrzeża otworu, może stanowić od 0,1 promienia do 100 promieni otworu, korzystnie od 0,5 promienia do 2 promieni otworu.

Niewielką liczbę włókien przeciąga się przez każdy z otworów, np. mniej niż 10 włókien na otwór, lecz korzystnie 1 włókno na otwór.

Włókna puste mogą być wykonane z dowolnego materiału odpowiedniego dla danego modułu włókien pustych. W przypadku wymiany ciepła (w wymiennikach ciepła) materiałem

175 546 może być np. metal, szkło lub jakiś inny materiał dobrze przewodzący ciepło. W przypadku dializy, ultrafiltracji, odwrotnej osmozie i rozdzielania gazów włókna mogąbyć wykonane z polimerów (np. octanu celulozy, polisulfonianu, poliamidu, itp.) i materiałów ceramicznych. Materiały na włókna puste mogą mieć porowatą lub nieporowatą strukturę, jednak dla celów wymiany masy materiał koniecznie powinien być porowaty.

Stosowana matryca do odlewania, oprócz poziomej perforowanej płyty, na ramię zamocowane ściśle wokół perforowanej płyty. Celem stosowania ramieniajest zabezpieczenie masy odlewniczej w matrycy przed wylaniem się z matrycy, a więc wysokość ramienia jest co najmniej taka, jak grubość tworzonej ściany sitowej.

Kształt matrycy do odlewania może być dowolnym kształtem, nadającym się do zamierzonego stosowania w sekcji włókien pustych, może to więc być okrąg, owal, wielokąt lub inny odpowiedni kształt geometryczny.

Utwardzalnąmasę odlewnicząmożna dostarczać do matrycy do odlewania w dowolny dogodny sposób, lecz korzystnie wprowadza się ją do matrycy przez wloty w perforowanej płycie. Aby ułatwić oddzielenie masy odlewniczej od matrycy do odlewania, można w razie potrzeby zastosować środek przeciwprzyczepny, np. podobnie umieszczany w perforowanej płycie.

Masa odlewnicza może być dowolnym, odpowiednim materiałem utwardzalnym. Może to być np. stopiony metal lub utwardzalny polimer.

Ważne jest, aby nie uszkodzić włókien podczas ich umieszczania w ścianie sitowej, a więc należy zachować ostrożność, aby masa odlewnicza stosowana w procesie nie zniszczyła włókien, np. przez ich stopienie lub rozpuszczenie.

Utworzoną stałą ścianę sitową przecina się w poziomie, zwykle w taki sposób, aby zmniejszyć jej grubość do połowy. Cięcia można dokonać w dowolny dogodny sposób, np. za pomocą piły lub gorącego drutu, albo też przeciąć ścianę sitową narzędziem typu siekiery. Ważne jest, aby przeciąć ścianę sitową tak, aby odsłonić zasadniczo wszystkie końce włókien pustych oraz umożliwić swobodny i bez przeszkód przepływ płynu przez włókna.

Gdy włókna puste są wykonane z elastycznego materiału, może być korzystne zaopatrzenie sekcji włókien pustych podczas procesu wytwarzania w elementy podtrzymujące, aby zwiększyć wytrzymałość mechaniczną sekcji. Takim elementem podtrzymującym może być np. sztywny, przechodzący przez sekcję pręt połączony ze ścianami sitowymi.

W procesie wytwarzania sekcji włókien pustych podczas odlewania powinno się utrzymywać włókna w stanie wyprostowanym, aby każde włókno miało zasadniczo tę samą długość, nie dopuszczając zarazem do bliskiego fizycznego kontaktu pomiędzy włóknami. Jest to korzystne, ponieważ w obszarach, gdzie włókna znajdują się w fizycznym kontakcie, nie będzie zachodziła zauważalna wymiana masy lub ciepła pomiędzy płynem opływającym włókna i płynem przepływającym we włóknach. Celem wynalazku jest zapobieganie wzajemnemu fizycznemu kontaktowi włókien w sekcjach włókien pustych w taki sposób, żeby przy stosowaniu gotowego modułu zawierającego sekcję włókien pustych osiągało się zasadniczo nieutrudniony przepływ w określonym względem włókien kierunku. Nieutrudniony przepływ w określonym kierunkowy oznacza, że możliwa będzie optymalna eksploatacji powierzchni membranowej w module wymiany masy.

Tak więc korzystne w sposobie według wynalazku jest to, że włókna puste można wytwarzać tak, że odległość pomiędzy danym włóknem a najbliższymi sąsiednimi włóknami jest zasadniczo stała oraz jest możliwe osiągnięcie zasadniczo równomiernego przepływu w określonym względem wszystkich włókien kierunku, a więc konsekwentnie jednakowego oddziaływania różnych włókien na przepływ płynu i optymalnej eksploatacji całej powierzchni membranowej w module wymiany masy. Te same rozważania odnoszą się do wymiany ciepła, ponieważ cała powierzchnia kontaktu pomiędzy płynem ogrzewanym i płynem chłodzonym jest wykorzystywana optymalnie.

Należy zauważyć, że odlewanie, jeśli to konieczne, można prowadzić równocześnie z przecinaniem uprzednio utworzonej ściany sitowej, lub też odlewanie nowej ściany sitowej można przeprowadzić przed przecięciem poprzedniej utworzonej ściany sitowej.

175 546

Sekcję włókien pustych wytworzoną sposobem według wynalazku zaopatruje się w płaszcz dopasowany szczelnie do obrzeża przeciętych ścian sitowych, z odpowiednimi elementami dla wlotu i wylotu płynu. Końce zaopatruje się w zespoły z elementami dla wlotu i wylotu płynu. Aby dopasować szczelnie płaszcz do ścian sitowych, może być konieczne lutowanie, spawanie lub stosowanie kleju łączącego płaszcz ze ścianami sitowymi.

W razie potrzeby płaszcz można przymocować do ścian sitowych w etapie ciągłego procesu wytwarzania modułów włókien pustych. Po przecięciu ściany sitowej sekcję włókien pustych można wprowadzić do cylindra o przekroju odpowiadającym ścianie sitowej i długości odpowiadającej długości włókien pustych, po czym ściany sitowe można przymocować do cylindra przez lutowanie, spawanie lub klejenie.

Może być korzystne zaopatrzenie modułu włókien pustych w wewnętrzne elementy zmieniające przepływ w celu regulowania przepływu płynu wokół włókien i uzyskania żądanego rodzaju przepływu.

Elementy zmieniające przepływ można utworzyć w dowolny żądany sposób, np. przez

A) podzielenie perforowanej płyty na sekcje, które można przemieszczać pionowo względem siebie, w taki sposób, że odlana płyta uzyskuje żądany kształt, oraz w taki sposób, że ściana sitowa i elementy zmieniające przepływ mogąbyć odlane wokół włókien. Gdy odlewanie prowadzi się w części matrycy do odlewania, jest ono ograniczone przez część ramienia, w którym sekcja lub sekcj e perforowanych płyt są obniżone względem pozostałych, przez pionowe ograniczniki nie obniżonych płyt względem obniżonych perforowanych płyt i włókien pustych. Gdy masa odlewnicza stwardnieje, element zmieniający przepływ unosi się na określoną odległość, po czym możliwa jest zmiana układu sekcji perforowanych płyt i utworzenie nowej matrycy do odlewania, w której można prowadzić nowe odlewanie. Po odlaniu żądanej liczby elementów zmieniających przepływ odlewa się kompletną ścianę sitową;

B) umieszczenie przemieszczalnych lub wstawiałnych ramion w perforowanych płytach w celu utworzenia ograniczonych obszarów, w których można przeprowadzić indywidualne odlewanie. Po odlaniu unosi się odlew na odległość odpowiadającą co najmniej wysokości odlewu, przemieszczalne ramiona obniża się, a inne unosi, dokonuje się nowego odlewu i element zmieniający przepływ zostaje zaopatrzony w przedłużenie odpowiadające części ściany sitowej;

C) wprowadzenie sztywnych płyt do ściany sitowej jeszcze w stanie ciekłym.

Wynalazek objaśniono szczegółowo w odniesieniu do rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój przez matrycę do odlewania, w której odlewa się ścianę sitową, fig. 2 przedstawia ścianę sitową podniesioną na żądaną wysokość od perforowanej płyty, fig. 3 przedstawia ścianę sitową przeciętą na dwie części, fig. 4 przedstawia gotową sekcję włókien pustych w przekroju poprzecznym, a fig. 5 przedstawia gotową sekcję włókien pustych w widoku z góry.

Figura 1 przedstawia włókna puste 1 bez końca, przeciągnięte przez pewną liczbę otworów 2 w poziomej perforowanej płycie 3. Ramię 6 jest umocowane wokół perforowanej płyty i ma krawędzie wystające w górę względem perforowanej płyty. Perforowana płyta 3 i ramię 6 tworzą matrycę do odlewnia. Utwardzalnąmasę odlewniczą wprowadza się do matrycy do odlewania. Utwardzalna masa tworzy ścianę sitową 4 obejmującą włókna. Masę odlewniczą wprowadzono do matrycy do odlewania przez nie pokazany wlot.

Na fig. 2 ścianę sitową z umieszczonymi w niej włóknami pustymi uniesiono pionowo na żądanąodległość od ściany sitowej za pomocą nie pokazanego urządzenia, dzięki czemu uzyskano niezbędną wysokość przez pociągnięcie albo włókien albo ściany sitowej.

Na fig. 3 ścianę sitową przecięto poziomo w celu utworzenia dwu przeciętych ścian sitowych 4a, odsłaniając w ten sposób końce włókien. Powtarzając odlewanie pokazane na fig. 1, podnoszenie z fig. 2 i przecinanie z fig. 3, utworzono sekcję 5 włókien pustych pokazaną na fig. 4 i 5. Fig. 4 przedstawia poprzeczny przekrój sekcji, a fig. 5 sekcję widzianą z góry.

Sekcja włókien pustych z fig. 5 zawiera siedem włókien umieszczonych w taki sposób, że każde pojedyncze włókno znajduje się w zasadniczo jednakowej odległości od najbliższych sąsiednich włókien. Oczywiste jest, że wynalazek dotyczy dowolnej liczby włókien i dowolnego wzajemnego położenia włókien.

175 546

W razie potrzeby kilka sekcji włókien pustych można złożyć ze sobą o otoczyć wspólnym płaszczem dla wytworzenia gotowego modułu zawierającego kilka sekcji włókien pustych.

Sposób według wynalazku można zautomatyzować w prosty sposób. Sekcje włókien pustych można wytwarzać w sposób szybki i wydajny w kilku prostych etapach bez pracochłonnych operacji.

FIG. 7

FIG.I

FIG.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania sekcji włókien pustych do modułów włókien pustych, znamienny tym, że w matrycy do odlewania obejmującej ramię i poziomąperforowanąpłytę, z umieszczoną w niej według określonego wzoru pewną liczbą otworów i przeciągniętymi przez te otwory ciągłymi włóknami pustymi,

a) odlewa się w matrycy do odlewania utwardzalny materiał z wytworzeniem stałej ściany sitowej,

b) unosi się ścianę sitowąz zalanymi w niej ciągłymi włóknami pustymi w kierunku pionowym na określoną odległość od perforowanej płyty,

c) przecina się ścianę sitowąw płaszczyźnie poziomej dla odsłonięcia końców włókien pustych,

d) powtarza się etapy a, b, i c formowania sekcji włókien pustych.
2. Sposób według zastrz. 1,znamienny tym, że stosuje się matrycę do odlewania, w której każdy otwór jest umieszczony według takiego wzoru, że jest on zasadniczo jednakowo oddalony od najbliższych sąsiednich otworów.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się matrycę do odlewania z otworami umieszczonymi w takim odstępie, że odstęp pomiędzy otworami mierzony pomiędzy ich obrzeżami stanowi od 0,1 promienia do 100 promieni otworu, korzystnie od 0,5 promienia do 2 promieni otworu.
4. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosuje się matrycę do odlewania składającą się z poziomej, perforowanej płyty i ramienia wokół tej perforowanej płyty, przy czym to ramię ma krawędzie wystające w górę względem perforowanej płyty.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się perforowaną płytę mającą elementy do dostarczania środka przeciwprzyczepnego i materiału odlewniczego.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianę sitową wyposaża się w elementy zmieniające przepływ.