JPH0312928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、中空フイラメント分離モジユールの
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
要素がモジユールと呼ばれる容器に含まれ、この
モジユールは、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で出現する浸
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
にヘツダー板の中に組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ユール
は、従来技術の中空微細繊維のモジユール設計に
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に繊維ポツテイング化合物に作用するモジ
ユール内圧を、切断された繊維端部が出現しない
繊維ポツテイ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
持するポツテイング化合物の表面が、モジユール
の主軸線に対しほぼ直角（すなわち、モジユール
の加圧領域に内方に面するポツテイング化合物の
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
推力を受け取るのに必要なポツテイグ化合物表面
以外の高さまたは角度で、またはこれらの両方
で、ポツテイ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、ポツテイ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、ポツテイング化合物内のこ
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、ポツテイング化合物
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。両
者の場合には、開放した繊維端部がポツテング化
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、繊維の両端をポツテング化合物
で密封しなけれならない。１つの繊維の両端がポ
ツテング化合物の同じ質量中に現れても良いし、
また各孔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、各孔の出口の別の収集領域に
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つと複雑な空
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
るようになつている。切断された繊維端部をポツ
テイ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ツテイング化合物の
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。

中空繊維をポツテイ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
ポツテイング化合物により充分にぬらすのが最も
望ましい。ポツテイング化合物が硬化される前に
繊維の浸潤性がポツテイ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イン
グ化合物が繊維の間を毛管現象により、硬化した
ポツテイ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。ポツテイングの際に、このため繊維のいくつ
かの膜表面の閉塞して損失したり、密閉されない
領域のポケツトができたり、またエポキシ化合物
を無益に使用することになつたりする。

本発明の目的は、繊維の端部を包囲するポツテ
イング作業中、未硬化のポツテイング化合物が繊
維の間の毛管現象により移行する傾向を防止でき
る、中空フイラメント分離モジユールの製造方法
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
空フイ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イング化合物
で包囲して、包囲するポリマーポツテイング化合
物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イ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
着剤のバイヤー部材が存在するようにすればい。
それにより、ポツテイ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イン
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、本発明の実施例について付図により説明
する。

本発明に従つて構成されたモジユールを、図面
に数字20により総括的に示してある。完全な形態
のモジユールは第１−５図に見られるもので、巻
回された浸透可能な中空フイラメントで形成され
た環状体２２、中実棒２８が環状芯部３０内に突
出してその中を占めている状態で、フイラメント
を大部分、内側と外側スリーブ部分２６ａと２６
ｂの間にはさむように折り返された編組スリーブ
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一様な分
布と、分離のために使用可能な繊維のチヤンネル
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
る液体が前部フイルタ４６と有孔盤４８を通過し
た後フイルタ２２の外側を洗うことができる。あ
る用途には、前記フイルタ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、
前部フイルタ４６は、液体が通過できるフエルト
構造であり、かつ盤４８が剛性のあるプラスチツ
ク部材である。

加圧スリーブ３４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
５６，５８，６０，６２，６４を設けてある。加
圧スリーブ３４内の環状体２２の端部が、以下述
べるようなポツテイ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。縮小可能で伸長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つて適当な巻き軸６
８の上に取りつけられている。これは、直接、巻
回物２２の最初の巻き付け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
伸長可能なスリーブの長さを増してある。

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ツテイ
ング化合物６６で包囲する。繊維質および他の材
料の共通のマトリツクスに投入する技術は周知で
あり、「ポツテイング」と云われている。エポキ
シがごく一例にすぎないポツテイング化合物を、
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、中空繊維をポツテイング化合物
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イング化合物により十
分ぬらすのが最も望ましい。ポツテイング化合物
が硬化される前に繊維の湿潤性がポツテイング化
合物により良くなる当然の結果として、早期硬化
状態のポツテイング化合物が繊維の間を毛管現象
により、硬化したポツテイ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。ポツテイングにおいて、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、密閉されない領域のポケツトができたり、ま
たエポキシ化合物を無益に使用することになつた
りする。

本発明では、巻き作業中巻き軸６８の上の伸長
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７４に後で入れたときに結局ポツテ
イング化合物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、伸長可能なスリーブに、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
ツテイ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、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
トとの実質的にドーナツまたは、Ｏ−リングバリ
ヤー膜が出来る。同じように、内側の伸長可能な
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イ
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
位置で遮断されるだろう。

巻いた後のポツテイング操作の完了を第１５図
に示してあり、型とポツテイ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
イング化合物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
り亜音速から超音波周波数までの振動にさらす。
初期硬化さたポツテイング化合物６６を含む型７
４に繊維束２２を浸漬する。初期硬化したポツテ
イング化合物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間内を移行しかつ充満し
ようとする。

ポツテイング後、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
ポツテイング化合物内に設けられた収集室すなわ
ち環状室７１に受け入れて収集できるよう環状体
の繊維を開放させなければならない。使用中モジ
ユールに発達しかつ繊維ポツテイング化合物６６
に平面６７で作用する内圧力が、繊維が終つてい
ないポツテイング化合物６６の表面により支持さ
れる。

ポツテイング化合物６６の表面６９は、ポツテ
イング化合物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
するポツテイ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、ポツテイング
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、繊維を含むポツテイング化
合物の円筒の端部に作つて、平らな表面６９上の
諸点をポツテイ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
れによつて繊維孔から室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、各対は線
７８に沿つて会合し、かつ全ての同一の対はポツ
テイング媒体の基板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
ジユ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。
ポツテイ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、ポツテイングの硬化サイ
クルにおいてその最終硬化前に一度に達成する。
ポツテイ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、ポツテイング化
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つた繊維開口を
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、ポツテイング化
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。

ポツテイング化合物の接近方法に、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図に示してある。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つ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てある。環
状体の繊維の円錐形テーパー端部を型に入れると
きには、ポツテイ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
ーパー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ポツテイン
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、一端にフイ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
ト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、芯棒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一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イング化
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
がポツテイング化合物のセグメントにあるように
ポツテイング化合物にセグメントを作るための手
段を設けてある。前記ポツテイング化合物が完全
に硬化した後、フランジ状体の繊維が埋め込まれ
たポツテ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、ポツテイング化合物のそのよ
うなセグメント領域をそれぞれポツトの本体から
割つた所に接近表面７９が作られる。モジユール
作用中ポツテイング化合物の推力が加えられる表
面に対しある角度で、ほぼ直角に、存在する平面
に繊維の開放端部が見られる。

モジユールの浸透収集領域から離れたモジユー
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がポツテイ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ていて、濃縮物の漏洩したも
のが浸透物とうつかり混合しないでモジユール組
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”リングがモジユールの作用中
おおわれているけれども、それらを通つて漏洩し
ても容易に検出して補正作用をとることができ
る。

Ｏ−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。

従来のモジユールでは、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つ
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
かつスナツ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つた。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ツプ
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
つそう簡単に製造でき、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つた。

【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
空フイラメント分離モジユールの斜視図、第２図
は第１図の線２−２に沿つて切断し矢印の方向に
見た第１図に示したモジユ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に沿つて切断
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図に示したモジユールの
繊維束の製造中に中空フイ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
束を巻く作業の完了後に支持軸の除去およびスリ
ーブを引張つて折り返す作業を示す斜視図、第１
０，１１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束環状
体と伸縮可能なスリーブの相対位置を示す斜視
図、第１５図はポツテイ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図はポツテイング化合
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……モジユール、２２……フイラメントの
環状体、６６……ポツテイング化合物、７０……
バリヤー膜、７９……接近表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中空フイ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ツテイング
   化合物で包囲して、包囲するポリマーポツテイン
   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ツテイング化合物に
   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
   によりポツテイ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イング化合
   物の望ましくない移行を妨げるようにしたことを
   特徴とする中空フイラメント分離モジユールの製
   造方法。 ２ 包囲するポリマーポツテイング化合物内の繊
   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
   こつた後、包囲するポリマーポツテイング化合物
   の硬化サイクルにおいて一度に、ポツテイング化
   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ツテイング化合物を
   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ツテイング化合物の硬化
   を完了することを含む、特許請求の範囲第１項に
   記載の中空フイラメント分離モジユールの製造方
   法。