JPS5816185A - 中空糸を通して熱伝達する装置 - 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、第１流体から第２流体に中空糸の壁を通して
熱伝達する装置に関する。

中空糸が２つの面に設けられており、その際各面の中空
糸が相互に同一間隔で設けられかつ相互に平行に延び、
それ放置線状に形成されており、かつ中空糸が共通の分
配管もしくは捕集管中に開口しており、肢管が流体供給
もしくは排出用の接続部を有しかつ支持フレームとして
構成されていてよく、かつ中空糸の、末端区域が該該管
と接合材料により液密に結合している冒Ｉ゛頭に記載し
た種類の熱交換器は公知である。この公知の熱交換器で
は両方の面の中空、糸は相互に直角で設けられておりか
つそれらの交点で接している。更に、この公知の熱交換
器は、間隔をおいて相互に設けられており、支持すべき
中空糸に対して直角に延びておりかつ交点で中空糸と固
定結合されている中空糸用支持棒を有する。その際、支
持棒は中空糸よりも大きな直径を有する。

この公知の熱交換器は、中空糸の周囲を流動するガス状
媒体、例えば空気と、中空糸中を流動する液状媒体、例
えば水との間の熱伝達に全く特別に有効であることが判
明した。その際に１、　　　ガス状媒体が中空糸をその
長袖に対して垂直に、つまり横方向にその周囲を流動す
る場合に所望に応じて最良の結果が達成される。他方、
この公知の熱交器を戸外で使用する際に高い風速ではそ
の際に起る、特に突風により惹起される高い風力による
問題がしばしば発生した。この公知の熱交換器がその都
度の、場合によっては絶えず変化する風向に相応して設
置された場合にだけ最適な熱伝達が達成され得だに過ぎ
なかった。

それ故、本発明は、高い風速にも好適でありかつ風向が
変化する際にもほぼ均一な熱伝達を保障する最初に記載
した種類の装置を開示するという課題に基づく。

この課題は、中空糸が分配管もしくは捕集管中に開口し
ており、肢管が流体供給もしくは流体排出用の接続部を
有しかつ支持フレームとじ−しており、本発明では中−
学系の少なくとも一部が連続的に湾曲しているか、もし
くは屈曲して。

いる形状で設けられている装置により解決される。従っ
て、中空糸は例えば円弧形で構成されているか、１回又
は数回屈曲されているか、ジグずグ状に延びているか又
は同様に構成されていてよい。重要なことけ中空糸の少
な・くとも一部、有利にはすべての中空糸が直線で延び
ているのではなく、少なくとも１回は方向を変えて延び
ているととである。

このように構成した本発明による装置のそれぞれの中空
糸の両端を直線線分（弦）により結合したと仮定しかつ
この結合直線（弦）から中空糸までの最大距離を最大偏
倚距離とする場合、本発明による装置の中空糸の最大偏
倚距離が各中空糸の両端相互の距離つ１り結合直線（弦
）の長さの約ン。〜に、特に約イ。である場合に特に良
好々結果が得られる。

本発明による装置の熱伝達面を形成する糸群の中空糸の
数は任意に選択することができ、その際にそれぞれの糸
群の中空糸は必要に応じて同じか又は類似の形状を有し
ている必要はないが、一般には同じか又は類似の形状を
有してい中空糸群が１つの平面中にではなく、空間的に
アーチ状の血中に設けられている、従って例えば半球キ
ャップの表面、円筒側面、屋根、ドーム、アコーディオ
ン、ピラミッド型台形等の部分の形状を有する場合に特
に良好な結果が得られる。

本発明の実施形において、中空糸は数個の団で上下に設
けられていてよく、その際殊にそれぞれの団は１個又は
２個の中空糸層より成っていてよい。その際に１つの層
の中空糸が同一間隔で相互に配置されていると有利であ
るが、扇形に広がっていてもよい。中空糸数は層ごとに
異なっていてもよい。そのような中空糸層の最も有利な
実施形が常に得られるように、すべての場合にそのよう
な中空糸層の中空糸の配置を、中空糸が広義に並列に設
けられているとも表わし得るようにする。中空糸層１個
当り２個の中空糸層では第１層の中空糸は第２層の中空
糸と交差し、これらは交点で接している。数個の中空糸
層の場合、これらを簡単な実験により決定される十分な
間隔をおいて配置すると有利である。

その際に、有利にそれぞれの中空糸層もしくは中空糸層
はそれぞれ固有の、場合により支持フレームとして構成
されている流体供給もしくは流体排出用の分配管もしく
は捕集管を有し、それらは共通の流入導管もしくは流出
導管に接続している。特に有利に、本発明により構成さ
れたこの種の中空糸層もしくは中空糸層はその分配管及
び捕集管を含めてモジュール単位として構成されていて
よく、任意の数のモジュール単位を上下に又は並列に配
列することができる。

この際に、共通の流入−及び流出導管が分配管もしくは
捕集管に配置した、差込み結合部の形式で相互に共同作
用をする管片もしくは接続部により構成されている場合
に特に有利である。

この差込み結合部は着脱可能で自己シーリング詰に構成
されているか或いはモジュール単位を溶接、接着等によ
り接合した後で着脱不可能に又は外方向に対して液密に
結合することもできる。このように形成された本発明に
よる装置の積み重ね形の実施形は正方形、方形、六角形
、円形又は任意の他の形状の断面を有するかもしくは平
面図でみて底面はまさに前記の形状に一致する。

その際、中空糸層もしくは中空糸層はそれぞれに又は団
ごとに直列に接続されていてよく、混合形も可能であり
、例えば各中空糸層の中空糸層は並列接続しているが中
空糸層は直列接続している。

上下に又は並列に配置した中空糸層もしくは中空糸層は
同一方向に湾曲していてもしかしまだ交互に反対方向に
、例えば鏡像のように湾曲していてもよい。端部が１つ
の血中に位置する２つの反対方向に湾曲した中空糸層も
しくは中空糸層は底面が重なり合う配置では例えばクッ
ション、レンズ、シリンダ、球体等の形状を形成してよ
い。

本発明による装置を構成する中空糸層もしくは中空糸間
についての、簡単な実験により直ちに決められる有利な
形状及び配置により、中空糸の周囲を流動する際に発生
する通風、騒音を低くおさえ、それ故騒音の少ない環境
を損わない本発明による装置が得られる。

中空糸層もしくは中空糸間の形成は、分配管もしくは捕
集管、及び／又は中空糸群に大きな形状安定性をも与え
る支持棒を相応して形成することにより達成される。こ
れらの支持棒は、それが中空糸層の少なくとも１つと交
差してその接触点で溶接、接着等により中空糸と固く結
合するように配置すると有利である。支持棒が中空糸よ
り大きな直径を有しかつ中空糸より相互に大きな間隔で
設けられていると有利である。

支持棒の端部は分配管もしくは捕集管と固定結合されて
いる。支持棒は取付ける前に既に予備成形されているか
或いは例えば２つの分配管もしくは捕集管の間に取付け
る際に相応して長い棒を弓状に張設することができる。

本発明による装置を製造する際に熱伝達に好（１１） れは乾式又は湿式紡糸法又は押出し法により製造されて
いてよい。本発明では中空糸という用語は所謂中空繊維
、細いチューブ、薄壁チューブ、毛細管、小管、プラス
チック管等を包含する。一般に、非金属性中空糸を用い
た本発明による装置の実施形が有利であるが、本発明を
相応する金属性小管を有する装置にも直ちに転用するこ
とができる。

使用される中空糸の断面形は任意であってよく、中空糸
の断面の大きさ並びにその壁厚には上限も下限も々い。

更に、中空糸の断面形、壁厚及び断面の大きさは中空糸
の長さにそって変化してよい。例えば円形断面の中空糸
は外径８００μｍ〜５　ｍｍ及びそれ以上を有してよい
。例えば中空糸の壁厚は３０〜２００μｍであってよい
。

特に、本発明による装置を製造するに当り、範囲１５〜
２００　Ｗ／ｍ２Ｋ及びそれ以上の熱伝達係数を有する
中空糸が特に有利であることが（１２） 明らかとなり、その際場合により、微粉形又は粉末形の
金属、グラファイト等の導入により改良された熱伝達性
を有する中空繊維も使用することができる。中空糸は場
合により或、いは付加的に充填剤、付加物、安定剤、カ
ーボンブラック、色相等を含有してもよい。有利Ｋ、多
孔性又は微孔性の中空糸を使用することにより本発明に
よる装置の使用範囲を更に拡大することができる。

中空糸端部の接合に際し、常用の接着剤、硬化性封止用
コンパウンド、注型用樹脂、特殊セメント等を使用する
ことができ、また中空糸と最初に接触した直後に中空糸
を表面的に軽度にエツチングするか又は溶融する接合材
料も使用することができる。中空糸もしくはその末端区
域の接合は公知であるので詳説する必要はない。

本発明による装置の大きさは常用の寸法範囲において制
限はない。

中空糸を狭い間隔で設ける際に中空糸の周囲を流動する
流体の流動抵抗が上昇して、熱伝達効率が低下すること
が明らかになった。非常に大きな中空糸相互の間隔では
不必要に大きな本発明による装置の寸法がもたらされる
。それ故、本発明による装置の特に有利な実施形のため
に、隣接する２本の中空糸の間の平均間隔がその直径の
１．７〜１０倍、特に２．５〜３．６倍であるように選
択することが提案される。その際、隣接する２本の中空
糸間の内側間隔を０．５〜１５朋、特に１〜１０ｍｍに
すると有利である。

分配管もしくは捕集管の寸法は、その管から突出してい
るもしくはその中に開口している中空糸の数及び寸法に
よシ、また中空糸中を流動する全流体量により決定され
る。それというのも分配管及び捕集管中で不必要に高い
圧力損失が生じるのは望ましくないからである。更に、
分配管及び捕集管の寸法は、それらを同時に支持フレー
ムとして使用しかつそれらが本発明による装置に当然の
要求に相応した安定性を付与するかどうか、又は安定性
が他の構造的手段及び装置により与えられるかどうかに
左右される。

それ故、分配管もしくは捕集管に対する要求に応じて例
えばその長手方向に延びている補強リプ等を設けること
もできる。前記の管に周囲流動技術的に有利な形を施す
か或いは、相応してカバリングすることにより同じ結果
をもたらすこともできる。

更に、本発明範囲では、中空糸をルーズなチューブ形で
分配管と捕集管との間の糸群として懸垂させることもで
き、しかしこの場合にも同じ中空糸間隔を保持するため
に中空糸に対して横方向の棒を設けることもでき、これ
は中空糸と交点で固定結合されている。

単一の中空糸層から形成されている中空糸層と共に、好
適な中空糸層を中空糸織物により形成することもできる
。中空糸相互の間隔が織込まれた糸、接着させた帯材等
により固定されている中空糸マットを使用することもで
きる。

次に、本発明を添付図面により詳説する。

第１ａ図では中空糸１はジグザグ形に形成されているが
、１つの面内に設けられている。中管２中に及び流体排
出用の接続部５を有する捕集管３中に開口している。ジ
グザグ状に構成した中空糸１からの糸群の支持フレーム
を構成するだめに分配管２と捕集管３とが支柱６により
固定結合されている。更に、第１ａ図では中空糸１に対
して横方向に延びている支持棒７が図示されており、支
持棒７は中空糸１及び支柱６と交点で固定結合されてい
る。支持棒７は中空糸１が屈曲している位置、つまり方
向変換して更に延びる位置でその都度中空糸と交差して
いる。本発明範囲では第１ａ図に図示しだ中空糸１は数
回折曲がっていると表わすこともできる。

第１ｂ図に図示しだ本発明による装置の実施形は、中空
糸が波形で構成されている、つまり数回連続的に湾曲し
ている点で第１ａ図と基本的に異なる。

第２図に図示した本発明による装置の実施形では、交差
している中空糸１０層２個から形成された中空糸層が円
筒側面状の切片の形で構成されている。その際、両方の
中空糸層は平行に接続しており、分配管２は捕集管３と
一緒に前記の形状の中空糸層を確保する支持フレームを
形成する。流体供給用もしくは排出用の接続部４．５の
それぞれが上下の方向に向いており、それ数本発明によ
る装置の第２図に図示した実施形数個を上下に積み重ね
ることができ、その際組み立てた後で流体供給用の接続
部４は共通の流入導管を形成しかつ流体排出用の接続部
５は共通の流出導管を形成する。管２及び３は位置１０
及び１１で相互に密閉されている。

第６図には、第２図に略示しだ接続部４もしくは５が拡
大して図示されている。例えば第２図に図示されている
ような本発明による装置の数個の実施形を上下に積み重
ねる際に接続部４もしくは５を相互にどのように継ぎ合
わせるかが明示されている。継ぎ合せた後で接続部４ａ
及び４ｂを接着又は溶接により固定結合することができ
る。同様のことが相応して構成されている流体排出用の
接続部（図示せず）にも該当する。第３図に図示した、
相互に共同作用をする接続部４ａ及び４ｂの実施形の代
りに市販されている着脱可能な又は着脱不可能な簡単な
管片をここに記載の目的に使用することもでき、例えば
所謂迅速ユニオン継手である。

第４図に図示しだ本発明による装置の実施形ではすべて
の部材の番号は第１ａ図〜第３図に記載した部材番号に
相応する。第４図は例えば第２図の本発明による装置の
実施形を上から見る際に得られる。ただし、流体供給用
の接続部４及び流体排出用の接続部５だけは、第４図に
示しだ実施形の場合、若干変更した形式で設けられてい
る。

第５図の本発明による装置の実施形では中空糸１は２回
折曲がっており、この屈曲は相応する位置に設けた支持
棒７により形成されている。

その際上下に配置した中空糸層は同一方向に折曲がって
おり、各中空糸層は多角形断面を有する多面体の套の一
部の形状、つまり本発明の趣旨では空間的に屈曲した面
を有する。この図に示した他の部材は前記の図面におい
て記載した部材と同じである。

第６図では各中空糸層の中空糸はそれぞれ１個の支持棒
７によシ１１回折げられており、隣接する中空糸層とは
鏡像的に折曲がってい・る。

それぞれ２個の中空糸層は共通の分配管２もしくは捕集
管３中に開口している。第６−に図示しだ中空糸層は屋
根形と表わすこともできる。

第７図の中空糸層／中空糸層も１回折曲げられ、つまり
屋根形に構成されており、この実施形では中空糸層／中
空糸層は反対方向に、ただし鏡像的にではなく折曲がっ
ている。例えば、本発明による装置のこの実施形は戸外
で使用するのに非常に好適である。それというのも風向
が変化しても基本的には同じ熱伝達効率が達成されるか
らである。該図の実施形による本発明の装置数個が上下
に配置されていてもよく、この場合にも相応して構成さ
゛れた差込み結合部系を使用することができることは明
らかである。

更に、既に定義したように中空糸の最大偏倚距離を変え
ることによυ屋根形構造の中空糸群の゛′切妻屋根の角
度″を簡単に変えることができかつ要求に応じることが
できることは明らかである。

第８図の実施形では同一方向に連続的に湾曲している数
個の中空糸層／中空糸層１は相互に上下に配置されてい
る。それぞれの中空糸層／中空糸層１０分配管２及び捕
集管３は共通の流入導管８もしくは流出導管９に接続し
ている。

この場合にも第２図及び第６図で既に記載したように差
込み結合部を使用することができる。

以上の図面に関する記載を考慮すると、すべての部材が
前記の図面による部材に相応して同じ位置番号を有する
第９図〜第１５図或いは第１８図に関する詳細な説明は
不要である。ただし、第９図、第１２図、第１４図及び
第１５図の本発明による装置の実施形は風向が変化する
際に特に好適であシ、記載したすべての実施形に該当す
るが、任意に多数個の実施形の装置を上下に積み重ねる
か或いは並列に配置するととができる。

第１６図の実施形では合計３個の交換ユニットが直列に
接続されており、各ユニットの中空糸層は、第４図に図
示されているように並列に接続されていてよい。

第１７図では本発明により構成された交換ユニットは並
列接続されておシ、この場合にもそれぞれの交換ユニッ
トの個々の中空糸層は第４図の場合のように並列に接続
されていてもよく或いは直列であってもよい。

第７図、第１０図、第１１図〜第１５図では簡略化のだ
めに中空糸１もしくは中空糸層もしくは中空糸層だけを
それぞれの実施形で図示し、本発明による装置を実際に
作動させる際に必要な他の部材（２，３，４，５及び場
合により４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６，７，８，９．１
０及び１１；他の図面には示され、既に説明されている
）は省略した。

第１９図の本発明による装置の実施形では、反対方向に
かつ鏡像的に相互に湾曲するように構成されているそれ
ぞれ２個の中空糸層もしくは中空糸層から成る中空糸層
６個が共通の捕集管３の周囲に星形に配置されている。

例えばそのような中空糸層２個は第１６図に図示されて
おり、ただしその場合には上下に配置されている。それ
ぞれの組みごとの中空糸層は共通の分配Ｗ２中に開口し
ている。すべての分配管２は共通の流入導管８により相
互に結合しており、この導管中に流体は接続部４を介し
て流入し得る。この実施形は変化する流動方向／風向に
特に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図はジグザグ状構造の中空糸を備えた本発明によ
る装置の平面図、第１ｂ図は波形構造の中空糸を備えた
本発明による装置の平面図、第２図は円筒側面の切片の
形状である本発明による装置の部分的に切断して示す斜
視図、第６図は第２図の差込み結合部を拡大して示す断
面図、第４図は本発明による装置の１実施形の平面図、
第５図は本発明による装置の１実施形の断面図、第６図
は鏡像的に、つまり反対方向に屈曲し、相互に上下に配
置された中空糸を備えた本発明による装置の１実施形の
断面図、第７図は相互に上下に配置された、鏡像・的で
は々いが反対方向に屈曲している中空糸を備えた本発明
による装置の１実施形の断面図、第８図は同一方向に湾
曲している数個の中空糸層が相互に上下に配置された本
発明による装置の１実施形の断面図、第９図は円筒形の
本発明による装置の１実施形、第１０図はアコーディオ
ン壁形の本発明による装置の１実施形、第１１図は同一
方向に湾曲している数個のシリンダ皿状の中空糸層が相
互に上下に配置されている本発明による装置の１実施形
、第１２図は鏡像的ではないが反対方向に湾曲している
数個の中空糸層が相互に上下に配置されている本発明に
よる装置の１実施形、第１６図は鏡像的に反対方向に湾
曲している数個の中空糸層が相互に上下に配置されてい
る本発明による装置の１実施形、第１４図は同一方向に
湾曲しているボール皿状の数個の中空糸層が相互に上下
に配置されている本発明による装置の１実施形、第１５
図は鏡像的に湾曲している２つのボール皿状の中空糸層
が相互に上下に配置されている本発明による装置の１実
施形、第１６図は直列接続している中空糸団略示図、第
１７図は並列接続している中空糸層の略示図、第１８図
はループ状の中空糸が分配管と捕集管との間で懸垂して
いる本発明による装置の１実施形、第１９図は本発明に
よる装置の他の実施形の平面図である。 １・・・中空糸、２・・分配管、３・・・捕集管、４゜
４ａ、４ｂ、５．５ａ、５ｂ−接続部、６・・・支柱、
７・・・支持棒、８，９・・・流入もしくは流出導管、
１０．１１・・・密閉部 気６区 第ε図 乙１ −４２８＝ 東：１５゛ζ −４２９＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　中空糸の壁を通して第１流体から第２流体に熱伝
   達しかつ中空糸が分配管もしくは捕集管中に開口してお
   り、肢管が支持フレームとして構成されていてよい流体
   供給もしくは流体排出用の接続部を有し、かつ中空糸の
   末端区域が肢管と埋込み材料により外方向に液密に結合
   している、中空糸を通して熱伝達する装置において、中
   空糸（１）の少なくとも一部が少なくとも１回は連続的
   に湾曲しているかもしくは屈曲して構成されていること
   を特徴とする中空糸を通して熱伝達する装置。 ２、　中空糸（１）が１つの平面中にでは々く、空間的
   に湾曲ｌ〜ているか又は屈曲している血中に配置されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ろ　それぞれの湾曲又は屈曲している中空糸（１）の最
   大偏倚距離が中空糸の両端部相互の距離の２〜才である
   特許請求の範囲第１０５ 項又は第２項に記載の装置。 ４　事大偏倚距離がそれぞれの中空糸（１）の両端部の
   間隔の約えである特許請求の範囲第３項記載の装置。 ５　中空糸が数個の団で上下に配置されており、その際
   にそれぞれの中空糸層は１個又は２個の中空糸層より成
   りかつ中空糸層は相互に間隔をもって配置されている特
   許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の装
   置。 ６　各中空糸層が中空糸層２個より成り、その際に各中
   空糸層において第１層の中空糸（１）が第２層の中空糸
   （１）と交差しておりかつ交差しているその中空糸（１
   ）が交点で接している特許請求の範囲第５項記載の装置
   。 ７、　それぞれの中空糸層もしくは中空糸層がそれに固
   有の、流体供給もしくは流体排出用の分配管もしくは捕
   集管を有し、それらの管が共通の流入導管もしくは流出
   導管に接続している特許請求の範囲第５項又は第６項に
   記載の装置。 ８、　中空糸層又は中空糸層が順次に反対方向に湾曲し
   て構成されている特許請求の範囲第５項〜第７項いずれ
   か１項に記載の装置。 ９、　中空糸層もしくは中空糸層が、各中空糸層の少な
   くとも１個の層の中空糸（ト）と交差する相応して成形
   された支持棒（７）により支持されかつ中空糸（１）が
   支持棒（７）とそれらの接触点で固定結合されている特
   許請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の装
   置。 １０．２つの隣接する中空糸（１）の平均間隔がその直
   径の１．７〜１０倍である特許請求の範囲第１項〜第９
   項のいずれか１項に記載の装置。 １１２つの隣接する中空糸（１）の平均間隔がその直径
   の２．５〜ろ、６倍である特許請求の範囲第１０項記載
   の装置。 １２、隣接する２つの中空糸（１）間の内側距離がり。 ５〜１５ｍｍである特許請求の範囲第１項〜第１１項の
   いずれか１項に記載の装置。 １６、隣接する２つの中空糸（１）間の内側距離が１〜
   １０ｍｍである特許請求の範囲第１２項記載の装置。 １４　　中空糸（１）が分配管と捕集管（２，３）との
   間の糸群としてループ状に懸垂しておシ、その際に中空
   糸間隔を同一に保持するために中空糸（１）に対して横
   方向に延びている間隔支持体（７）が配置されている特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 １５　　中空糸（１）が多孔性もしくは微孔性である特
   許請求の範囲第１項〜第１４項のいずれか１項に記載の
   装置。