JPH022835A - 中空フィラメント分離モジュールの製造方法 - 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、中空フィラメント分離モジュールの製造方法
に関する。

膜を用いてガス／ガス、液体／液体および液体／固体混
合物の分離を行うことにより一般的な産業上の応用がな
し遂げられている。一般に、膜要素がモジュールと呼ば
れる容器に含まれ、このモジュールは、種々の入口と出
口ポートを有する容器と、この容器内の膜の組立体とを
備えている。その内部の配置は、膜の上流面に圧力を加
えてまたは圧力を加えないで供給流を導入できるように
、かつ膜を通過して膜の下流面に出現する浸透物を収集
するための手段と、供給材料と浸透材料が混合しないよ
うにしておくための手段とを含むように配設されている
。

膜は、端部の開放した中空繊維の形態に作られていて、
これらの中空繊維が、中空繊維の外面の上の流れを中空
繊維の孔内の流れと分離するようにヘソグー板の中にＭ
ｉ織されかつ密封されている。

本発明の製造方法により作られたモジュールは、従来技
術の中空微細繊維のモジュール設計における重大な欠陥
を克服する。克服されたこれらの欠陥のうちの１つは、
主として、密封管シートまたは端板に繊維を入れ、次い
で個々の繊維の孔から浸透物収集室への出口を形成する
ように繊維を開放する方法を含む。

第１に繊維ポツティング化合物に作用するモジュール内
圧を、切断された繊維端部が出現しない繊維ボッティン
グ化合物の表面により完全に受ける。第２に、内部の液
圧により発達した推力を支持するボッティング化合物の
表面が、モジュールの主軸線に対しほぼ直角（すなわち
、モジュールの加圧領域に内方に面するボッティング化
合物の表面にほぼ平行）である。第３に、浸透流のため
の出口を形成する繊維の切断された端部が、加圧推力を
受は取るのに必要なボッティング化合物表面以外の高さ
または角度で、またはこれらの両方で、ボッティング化
合物内の接近表面に現われる。

この明細書に開示された接近面を設ける技術の第４の特
徴は、ポツティング化合物に作用する加圧力の推力の方
向に対し直角な平面の接近面の突出部の面積の総和が、
ボッティング化合物内のこれに平行な平面の横断面積の
半分より小さいことである。このようにすると、ポツテ
ィング化合物の圧縮強さがほとんど劣下しない。

逆浸透では、中空繊維を孔が一端で開放し他端で密封し
た状態で、または両端で孔が開放した状態で使用できる
ことに注意しなければならない。前者の場合には、開放
した繊維端部がポツティング化合物の質量で密封されか
つその孔が低圧浸透物収集領域または室に排出される。

閉鎖された端部を樹脂質量または同様なものの中に入れ
て、繊維を部材とする束の一端の支持を助けることがで
きる。

各繊維長さで両方の孔の端部が開放している場合には、
孔の排出が低圧浸透物収集領域すなわち室に出るように
、繊維の両端をボッティング化合物で密封しなければな
らない。１つの繊維の両端がポツティング化合物の同じ
質量中に現れても良いし、また答礼の出口が同じ収集領
域へ排出しても良いし、または繊維を、答礼の出口が別
の収ｆｌ　６Ｉ域に排出するように入れることができる
。

一般に、両方の開放端部がポツティング化合物の同じ質
量中に現われかつ孔の出口が同じ収集領域に排出すると
きに、切断された端部の間の繊維の長さがある形状のル
ープを含む。ループは、簡単な、かなり真直な脚のある
ヘアピン形でも良いし、または二次元または三次元でも
っと複雑な空間通路を経て進んでも良い。しかしながら
、各繊維端部を別々の密封質量中に入れれば、切断され
た端部の間の繊維形状が全く真直であるか、または無作
為のまたは幾何学的に組織された無数のいろいろな通路
をとることができると考えられる。

繊維はつる巻線通路に配列され、それらの軸線が加圧供
給の流れの主方向に一致しかつ平行であるようになって
いる。切断された繊維端部をポツティング化合物の同じ
質量の中で密封しかつ共通の室に排出しても良いし、ま
たは切断された繊維端部を２つの別々の質量のポンティ
ング化合物の中で密封しかつほぼ繊維つる巻線の軸心の
対向端部で２つの別々の領域に排出することもできる。

中空繊維をボッティング化合物で密封する場合には、繊
維表面をプレポリマー化された流体状のボッティング化
合物により充分にぬらすのが最も望ましい。ボッティン
グ化合物が硬化される前に繊維の湿潤性がボッティング
化合物により良くなる当然の結果として、早期硬化状態
のポツティング化合物が繊維の間を毛管現象により、硬
化したポツティング化合物が存在すれば有用である位置
を越えて相当な距離の所まで移行する傾向がある。ポツ
ティングの際に、このため繊維のいくつかの膜表面が閉
塞して損失したり、密閉されない領域のポケットができ
たり、またエポキシ化合物を無益に使用するこ七になっ
たりする。

本発明の目的は、繊維の端部を包囲するポツティング作
業中、未硬化のボッティング化合物が繊維の間の毛管現
象により移行する傾向を防止できる、中空フィラメント
分離モジュールの製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するには、本発明により、中空フィラ
メントを巻いて環状体を作る巻き作業後、環状体の一端
をポリマーポツティング化合物で包囲して、包囲するポ
リマーポッティング化合物の繊維端部を切断すると共に
、切断さた繊維端部を露出するために化合物の部分を取
り除いて繊維孔に対する接近面を形成し、また繊維の巻
き作業中、接着剤の連続的な沈積物を環状体のほぼ同じ
軸方向位置に作ることにより、環状体の巻き作業が完了
したときに、環状体内には、結局包囲するポリマーポツ
ティング化合物に埋められる繊維の部分を、それらの長
さの残りから分離する接着剤のバリヤー部材が存在する
ようにすればい。それにより、ボッティング作業中繊維
の間の毛管現象による未硬化の包囲するポリマーポツテ
ィング化合物の望ましくない移行を妨げることができる
。

以下、本発明を実施例について付図により説明する。

本発明に従って構成されたモジュールを、図面に数字２
０により総括的に示しである。完全な形態のモジュール
は第１−５図に見られるもので、巻回された浸透可能な
中空フィラメントで形成された環状体２２と、中実棒２
８が環状芯部３０内に突出してその中を占めている状態
で、フィラメントを大部分、内側と外側スリーブ部分２
６ａと２６ｂの間にはさむように折り返された［１スリ
ーブ２６とを含む。

環状体を巻回する特定の方法を以下に詳細に述べる。比
較的大きな直径を有する繊維を、隣り合う巻回層が反対
方向に巻かれるようにして螺旋状に巻回する。大きな直
径の繊維の比較的−様な分布と、分離のために使用可能
な繊維のチャンネル空間と表面がある。好適な実施例で
は、中空繊維の外径が２５０ミクロンまたはそれ以上あ
る。どんな適当な中空繊維でも使用できるけれども、好
適な実施例では、選択された高度の濾過拒否バリヤーで
被覆された多孔性基体を有する合成中空繊維を計画して
いる。

環状体２２が、端板に形成された孔４２を通るストリン
ガ４０により所定の位置に保持された端板３６と３８の
間で、耐圧胴３２と加圧スリーブ３４内に収納されてい
る。軸方向入口ポート４４が端板３６に設けられていて
、作用を受けつつある液体が前部フィルタ４６と有孔盤
４８を通、過した後フィルタ２２の外側を洗うことがで
きる。ある用途には、前部フィルタ４６と盤４８のいず
れかまたは両方を省略できる。好適な実施例では、前部
フィルタ４６は、液体が通過できるフェルト構造であり
、かつ盤４日が剛性のあるプラスチック部材である。

加圧スリーブ３４には半径方向ポート５０と５２が設け
てあり、これらのポート５０と５２はそれぞれ浸透物と
濃縮物のための出口となる。

ポート５４はしみ出し孔として働く。適当なＯ−リング
５６．５Ｂ、６０，６２．６４を設けである。加圧スリ
ーブ３４内の環状体２２の端部が、以下述べるようなボ
ッティング化合物に包まれている。

環状体２２の巻き方は第６図乃至第１４図に見られる。

縮小可能で伸張可能な編組スリーブ２６が、環状体の内
面を支持するために環状体の軸方向長さより大きい距離
にわたって適当な巻き軸６８の上に取りつけられている
。これは、直接、巻回物２２の最初の巻き付は層が巻か
れる面である。環状体の一端をぐるりと回して環状体の
外面のための連続的な保護面となるのに十分なように伸
張可能なスリーブの長さを増しである。

繊維束を準備する好適な方法では、中空繊維を小さな直
径の軸の上でスタートして連続的に交互のつる巻線に巻
回し、環状の束を造る。

図において、つる′巻線の第１層を例により数字２３で
示し、第２層を数字２４で示し、第３層を数字２５で示
してあり、これらには反対方向に巻かれた隣り合う中間
の指示してない巻線がある。

巻き作業が完了すると、編組体の内端部２６ａを孔３０
に残したまま編組体の外端部２６ｂを環状体２２の上に
重ね、かつ芯棒６８を取り除いて孔３０を露出させる。

巻回後、環状体２２の一端をポリマーポッティング化合
物６６で包囲する。繊維質および他の材料を共通のマト
リックスに投入する技術は周知であり、「ボッティング
」と云われている。

エポキシがごく一例にすぎないポツティング化合物を、
包囲すべく繊維または他の材料との相溶性が繊維または
粒子と包囲媒体との間の界面における緊密な結合に役立
つように選択することも周知である。このように、中空
繊維をポツティング化合物６６で密封する場合には、繊
維表面をプレポリマー化された流体状のポツティング化
合物により十分ぬらすのが最も望ましい。

ボッティング化合物が硬化される前に繊維の湿潤性がボ
ッティング化合物により良くなる当然の結果として、早
期硬化状態のボッティング化合物が繊維の間を毛管現象
により、硬化したボッティング化合物が存在すれば有用
である位置を越えて相当な距離の所まで移行する傾向が
ある。ボッティングにおいて、このため繊維のいくつか
の膜表面が閉塞して損失したり、密閉されない令頁域の
ポケットができたり、またエポキシ化合物を無益に使用
することになったりする。

本発明では、巻き作業中巻き軸６８の上の伸張可能なス
リーブ部材には、スリーブ部材を第１５図に示した型７
４に後で入れたときに結局ボッティング化合物６６の上
部範囲７２に対応する位置に、数字７０により第１５図
に示したゴムのようなセメントのリングが加えられる。

それから、まず、伸張可能なスリーブに、次いで第１０
−１３図に示したように以前の繊維巻回層の上に繊維を
巻く作業中に、環状体のほぼ同じ軸方向位置に同じゴム
のようなセメントを連続的に沈積させる。環状体全部の
巻き作業が完了したときに、結局ポツティング化合物に
埋められてしまう繊維の部分を繊維の長さの残りと分離
する１、第１５図に数字７０で総括的に示した平面には
ゴムのようなセメントの実質的にドーナツまたは　０−
リングバリヤー膜が出来る。同じように、内側の伸張可
能なスリーブ部材２６ａの端部にもバリヤー膜が加えら
れるので、バリヤー膜が早期硬化したポツティング化合
物の毛管現象の移行を引起こす可能性も有する場合には
、前記毛管現象が同じ軸方向点の位置でＭ断されるだろ
う。

巻いた後のポツティング操作の完了を第１５図に示して
あり、型とボッティング化合物をそれぞれ７４と６６で
示す。型７４内の未硬化のポツティング化合物６６を、
加振ハンマーまたは超音波変換器のような適当な衝撃装
置（図示省略）により亜音速から超音速周波数までの振
動にさらす。初期硬化さたボッティング化合物６６を含
む型７４に繊維束２２を浸漬する。初期硬化したポツテ
ィング化合物６６は、型に加えられる振動エネルギーに
附勢されて、重力だけで保証されるよりもはるかに容易
に束のすき量的を移行しかつ充満しようとする。

ポツティング後、環状体の繊維の個々の孔内の浸透物を
、ポート５０により取り出すために、型ポツティング化
合物内に設けられた収集室すなわち環状室７１に受は入
れて収集できるように環状体の繊維を開放させなければ
ならない。

使用中モジュールに発達しかつ繊維ポツティング化合物
６６に平面６７で作用する内圧力が、繊維が終っていな
いボッティング化合物６６の表面により支持される。

ボッティング化合物６６の表面６９は、ボッティング化
合物６６の内方に面する表面６７に作用する内部液圧に
より発達する推力を支持する。

浸透流の出口となるように切断されすなわち露出された
繊維の端部が、加圧推力を受けるのに要するポツティン
グ化合物の表面以外の高さでまたは角度で、またはこれ
らの両方で、ポンティング化合物内の接近表面にある。

これを達成する一つの方法は、いくつかの角度のついた
薄切り部を、繊維を含むポツティング化合物の円筒の端
部に作って、平らな表面６９上の諸点をポツティング化
合物の環状室７１の円筒面７３の諸点と上方および外方
で接続することである。このような薄切り部は、そこに
露出された開放する繊維孔を有する斜めの平面７９を生
じ、それによって繊維孔から室７６へ流路が作られる。

第３図に見られるように、三つのＶ形の切り欠き７６は
、三対の接近表面７９を有し、多対は線７８に沿って会
合し、かつ全ての同一の対はボッティング媒体の基部に
斜めの角度で存在する。切断してできたこれらの接近表
面は組立てられたモジュールの低い圧力領域内の環状室
と連通し、これにより浸透収集系統への出入りが容易と
なる。ボッティング化合物の切断により平面を作る作業
は、好適な実施例では、ポツティングの硬化サイクルに
おいてその最終硬化前に一度に達成する。ボッティング
化合物の選択および型に繊維束を浸透後の時間と温度の
制御により、ボッティング化合物は、鋭い切刃のブレー
ドによりきれいに切取るのに十分な弾性的な完全さをも
った繊維開口をふさぐような好ましくない屑を発生せず
に容易に切断される状態になる。切断後、ポツティング
化合物の硬化を熱および時間の経過またはこれらの一方
により完了する。

ポツティング化合物の接近表面に、切断された繊維端部
を作ることに向けられた本発明の別の実施例を第１６図
に示しである。この例では、一端で、つる巻線の巻回層
が連続的に増加する急勾配の角度をなし、第１６図に括
弧した長さの“８０°“で示した距離にわたって円錐テ
ーパー内面を形成するように、繊維つる巻線束を巻回し
である。環状体の繊維の円錐形テーパ一端部を型に入れ
るときには、ボッティング化合物が繊維束の端部と段付
きプラグ８１を同時に包囲するように、そのテーパ一端
部を段付きプラグ８１と共にすえ付ける。硬化後、狭い
環状の接近面７９を、プラグにより与えられた支持面よ
り上の高さでボッティング化合物の中に機械加工する。

さらに、本発明の別の実施例を第１７図に示す。ここで
は、一端にフィラメントの巻束の主軸に対して直角に延
びたループを有するフイラメン！・の巻束が作られてい
る。これをなし遂げるには、例えば、巻芯棒に、芯捧よ
り数インチ直径の大きい薄い円盤状部材を取りつければ
良い。巻作業中、ヤーンのあや振りが前記円盤を越えて
軸方向に実施されるので、ヤーン方向を逆転する前に円
盤の末端縁を通り越す−巻きの各ループからのヤーンの
部分がある。このような巻き方法の結果、つる巻線状に
巻かれた束の一端に、繊維のフランジ状円形体が形成さ
れ、その点の軸線は環状体軸線に対しほぼ直角に存在す
る。後で、繊維のフランジ状円形体全体に前記円形体の
軸方向内方にある付加的領域を加えたものがポツティン
グ化合物の注入のための場所となる。このような集合体
のための型には、フランジ状束の延長部の繊維がボッテ
ィング化合物のセグメントにあるようにポツティング化
合物にセグメントを作るための手段を設けである。前記
ポツティング化合物が完全に硬化した後、フランジ状体
の繊維が埋め込まれたポンチイング化合物のセグメント
領域を切り取ることにより、環状体の主軸線に対し直角
に存在する繊維長さに、開放した繊維端部を作ることが
できる。かくして、ボッティング化合物のそのようなセ
グメント領域をそれぞれポットの本体から割った所に接
近表面７９が作られる。モジュール作用中ボッティング
化合物の推力が加えられる表面に対しある角度で、はぼ
直角に、存在する平面に繊維の開放端部が見られる。

モジュールの浸透収集領域から離れたモジュールの加圧
濃縮物領域の密封について述べると、浸透収集室７６が
ポツティング化合物の加圧濃縮物領域とは別に、“０″
−リング５６と５８により密封され、しみ出し穴５４が
Ｏ−リング密封体６０によりさらに保護されていて、濃
縮物の漏洩したものが浸透物とうっかり混合しないでモ
ジュール組立体を出ることができる。加圧濃縮物が、Ｏ
−リング６０と６２により密封されたポート５２で取り
出される。“０″　リングがモジュールの作用中おおわ
れているけれども、それらを通って漏洩しても容易に検
出して補正作用をとることができる。

０−リング５８と６０は、収集室７６を含む収集領域と
、耐圧胴３２により囲まれた加圧領域の間の中間領域を
区画する。

従来のモジュールでは、高い静水圧に耐えるという点で
異論がないため圧力胴が円筒状室であった。この圧力胴
には、フープ応力と、端板に連結されていることにより
発達する軸方向負荷の両方を受けるように必要条件が課
せられていた。さらに、端板がしばしば圧力胴に取りつ
けられていてかつスナップリング等により連結されてお
り、このため端板の推力が溝または何か他の連結隆起等
を介して圧力胴表面に伝えられた。このため、圧力胴は
相当の厚さを有しかつ全ての方向に機械的に一体でなけ
ればならなかった。ストリンガボルト４０が圧力シリン
ダの２つの端板３６と３８を互いに固定し、これにより
圧力胴の軸方向応力を除いている。これらの応力−支承
ストリンガ部材を使用することにより、端板を圧力胴に
スナップリング等により連結することに関連した問題も
除去される。

これらの特徴により、圧力胴自体をいっそう節単に製造
でき、かつ系全体の組立と分解ならびにその内部への接
近が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法により構成された中空フィラ
メント分離モジュールの斜視図、第２図は第１図の線２
−２に沿って切断し矢印の方向に見た第１図に示したモ
ジュールの部分縦断面図、第３．４および５図は第２図
の矢印の方向にそれぞれ線３−３．４−４および５−５
に沿って切断して見た横断面図、第６図は円筒状の巻き
支持軸と伸縮可能なスリーブの分解配列斜視図であり、
スリーブの周りには第１図に示したモジュールの繊維束
の製造中に中空フィラメントが巻回される。第７図は巻
回前に、スリーブを所定の位置に有する支持軸の斜視図
、第８図は繊維束を作るためにスリーブの上に繊維つる
巻線が巻回されつつある状態の支持軸とスリーブの斜視
図、第９図は束を巻（作業の完了後に支持軸の除去およ
びスリーブを引張って折り返す作業を示す斜視図、第１
Ｏ１１１および１２図は、最初と、中間と最後のすなわ
ち外側の巻回層をそれぞれ、束の環状体に巻く作業を示
す部分概略図、第１３図はこれらの巻回層のそれぞれの
位置を示す内側、外側および中間環状巻回層の概略図で
、それぞれの巻回層の繊維が完成した束では以前の巻回
層の繊維と交差している。第１４図は完成した束におけ
る東環状体と伸縮可能なスリーブの相対位置を示す斜視
図、第１５図はボッティング作業中型内に位置した完成
束の部分縦断面図で、繊維の環状束の一端が包囲されて
いる。第１６図はボッティング化合物中の繊維接近表面
が異なる方法で得られる本発明の別の実施例の部分断面
図、第１７図は繊維接近表面を得る他の方法を示した部
分断面図である。 ２０・・・モジュール ２２・・・フィラメントの環状体 ６６・・・ポツティング化合物 ７０・・・バリヤー膜 ７９・・・接近表面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　中空フィラメントを巻いて環状体を作り、巻き
   作業後、環状体の一端をポリマーポッティング化合物で
   包囲して、包囲するポリマーポッティング化合物内の繊
   維端部を切断すると共に、切断された繊維端部を露出す
   るために化合物の部分を取り除いて繊維孔に対する接近
   表面を形成し、また繊維の巻き作業中、接着剤の連続的
   な沈積物を環状体のほぼ同じ軸方向位置に作ることによ
   り、環状体の巻き作業が完了したときに、環状体内には
   、結局包囲するポリマーポッティング化合物に埋められ
   る繊維の部分を、それらの長さの残りから分離する接着
   剤のバリヤー部材が存在し、それによりポッティング作
   業中繊維の間の毛管現象による未硬化の包囲するポリマ
   ーポッティング化合物の望ましくない移行を妨げるよう
   にしたことを特徴とする中空フィラメント分離モジュー
   ルの製造方法。
2. （２）包囲するポリマーポッティング化合物内の繊維端
   部を切断する工程は、最後の硬化前におよびきれいな薄
   切りができるように充分なゲル化が起こった後、包囲す
   るポリマーポッティング化合物の硬化サイクルにおいて
   一度に、ポッティング化合物に存在する繊維ループと交
   差するのに充分な深さに、包囲するポリマーポッティン
   グ化合物を薄切りし、その後時間の経過と熱を加えるこ
   とにより包囲するポリマーポッティング化合物の硬化を
   完了することを含む、特許請求の範囲第１項に記載の中
   空フィラメント分離モジュールの製造方法。