JPH07251038A

JPH07251038A - 一体式のパージ制御弁を有する流体分離アセンブリー

Info

Publication number: JPH07251038A
Application number: JP7060151A
Authority: JP
Inventors: Jr Patrick S Nicolas; パトリック・サミュエル・ニコラス・ジュニア; Benjamin Bikson; ベンジャミン・ビクソン; Salvatore Giglia; サルバトーレ・ジリア; David Richard Thompson; デイビッド・リチャード・トンプソン
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1995-10-03
Also published as: DE69501909D1; DE69501909T2; US5411662A; BR9500764A; EP0669158A1; CN1050769C; CN1109796A; EP0669158B1

Abstract

(57)【要約】【目的】外部給排管及び弁を設けることなく流体分離
デバイスを運転可能とする手段を提供すること。【構成】シェルの一端に、少なくとも１つの非透過流
れ出口（１１）を画定する一体化されたパージ制御弁
（２０）が設けられる。この一体化されたパージ制御弁
は、掃除用流体を中空繊維膜の内腔中に導入する設計の
ものとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一体化されたパージ制御
弁或は特定パージ流体還流システムを具備しこれら制御
弁或はシステムが流体分離アセンブリー内部に一体化さ
れた流体排出ポートを提供してなる中空繊維膜式の流体
分離アセンブリーに関する。本アセンブリーは、中でも
水蒸気をガス流れから分離するために有益である。

【０００２】

【従来技術】流体混合物を分離するための様々な中空繊
維膜が使用されて来ている。通常、これらの流体分離デ
バイスは、流体混合物を加圧下で内部の中空繊維膜と接
触状態に持ち来たし、その１つ以上の成分を透過させる
ような設計とされている。流体混合物との接触に際し、
この中空繊維膜が、透過し易い流体成分をその透過側に
透過させる一方で、透過しにくい流体成分の有意部分を
その非透過側に残す。これらの透過成分及び非透過成分
が、少なくとも１つの透過物出口及び少なくとも１つの
非透過物出口の夫々を通し除去或は回収される。

【０００３】ある場合には、流体分離デバイスは、中空
繊維膜の透過側にパージ流体或は掃除用流体を提供する
べく設計される。中空繊維膜の透過側にパージ或は掃除
用流体を使用することは、特定のガス分離プロセス、例
えば、透過成分が水蒸気の如く透過係数大のものであっ
て、中空繊維膜の透過側に透過成分の高い部分圧力が蓄
積するようなガス脱水プロセスに於て有益である。透過
成分の部分圧力が高いと流体分離デバイスでの中空繊維
膜の透過及び分離性能が制限されるので、部分圧力の小
さいパージ或は掃除用流体を透過側に導入して透過成分
の部分圧力を低下させる。これにより流体混合物から透
過性成分がずっと容易に、より完全にストリッピングさ
れるようになる。

【０００４】掃除用或は掃除用ガス或はパージガスを提
供するために有益な流体分離デバイスは一般に、流体給
送口、非透過流れ出口、透過流れ出口、掃除用ガス或は
パージガス入口を具備するシェル内に納めた環状の中空
繊維膜束を含んでいる。例えば米国特許第３，４９９，
０６２、第４，７１８，９２１、第５，１０８，４６
４、第５，０２６，４７９の各号にはそうした流体分離
デバイスが記載される。しかしこれらの流体分離デバイ
スでは、外部給排管や弁を使用してパージガス流れを調
整してパージガス入口ポートに送る必要がある。掃除用
ガス或はパージガスを流体分離デバイスの外側で集配す
る必要上、流体分離デバイスは大型化し且つ一層複雑化
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】外部給排管及び弁を設
けることなく流体分離デバイスを運転可能とする手段を
提供することであり、パージ手段を有する流体分離デバ
イスを容易に準備状態としそして運転可能とする手段を
提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１具体例に従え
ば、流体分離アセンブリーであって、（ａ）細長の内側
コア部材と、（ｂ）透過側及び非透過側を有し前記細長
の内側コア部材を取り巻いてなる中空繊維膜束と、
（ｃ）ハウジングを具備する一体化されたパージ制御弁
にして、ハウジングが、中空繊維膜束の非透過側と連通
する少なくとも１つの通路を画定し、該通路が、少なく
とも１つの非透過流れ出口ポートと少なくとも１つの掃
除用流体ポートとに於て終端し、該掃除用流体ポート
が、前記通路内の非透過物流れの少なくとも一部分の、
前記中空繊維膜束の透過側への通過を可能とし、前記通
路からの非透過流体の、前記掃除用流体ポートへの流入
を、流体流れ制御手段或は流体流れ拘束体が調節してな
る一体化されたパージ制御弁と、（ｄ）中空繊維膜束を
取り巻き、少なくとも１つの流体入口ポートと少なくと
も１つの透過流れ出口ポートとを具備するシェルにし
て、少なくとも１端が前記一体化されたパージ制御弁を
収受する状態に於て中空繊維膜束を取り巻いてなるシェ
ルとを含んでなる流体分離アセンブリーが提供される。

【０００７】本発明の別態様に従えば、流体分離アセン
ブリーであって、（ａ）細長の内側コア部材と、（ｂ）
透過側及び非透過側を有し、細長の内側チューブをその
長さ方向に於て少なくとも部分的に取り巻いてなる中空
繊維膜束と、（ｃ）中空繊維膜束の両端部を包入してな
る少なくとも２つのチューブシートにして、細長の内側
コア部材の一端が一方のチューブシートの外側に開口し
それにより、流体の前記細長の内側コア部材の内外への
流れを可能としてなる少なくとも２つのチューブシート
と、（ｄ）該チューブシートの一方に付設された還流シ
ステムにして、該一方のチューブシートを取り巻く胴部
を具備し、該胴部が、中空繊維膜束の非透過側と連通す
る少なくとも１つの通路を画定し、該通路が少なくとも
１つの非透過流れ出口ポートと、少なくとも１つの掃除
用流体ポート或は掃除用流体チャンバーとに於て終端
し、該掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバーが少
なくとも１つのオリフィスを介して前記通路と流体連通
し、前記掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバーが
前記通路内部の非透過物流れの少なくとも一部分を中空
繊維膜束の透過側に通過可能としてなる還流システム
と、（ｅ）中空繊維膜束と還流システムとを取り巻くシ
ェルにして、両端が閉鎖手段によって閉鎖され、該両端
が、透過流れ出口、前記通路と流体連通してなる流体入
口及び或は非透過流れ出口を画定してなるシェルとによ
り構成される流体分離アセンブリーが提供される。

【０００８】チューブシートは、中空繊維膜束の両端を
包入し且つ中空繊維膜束のパージ／透過側から送給／非
パージ側を分割するために設けられる。チューブシート
の、少なくとも１つの掃除用流体ポートと中空繊維膜束
の透過側との間に介装された少なくとも一方を分断し、
それにより掃除用流体ポートを中空繊維膜束の透過側と
流体連通する。更に、本来非透過性のフィルムバリヤー
を使用して、露出された中空繊維を全長手方向に於て包
囲して良い。この場合、この中空繊維膜束の一端を包囲
されない円周部分として残す。ここで“流体分離アセン
ブリー”とは単数或は複数の流体成分を流体混合物から
分離するために有益な任意のデバイス、モジュール或は
システムを意味する。ここで“一体化されたパージ制御
弁”とは、流体分離膜アセンブリーと一体化された、掃
除用のガスの制御流れを流体分離膜アセンブリーの内部
に提供する弁を意味する。ここで“露出された中空繊維
膜束”とはチューブシート間に位置付けた中空繊維膜束
の外側表面の全長部分を意味する。ここで“流体混合
物”とは、液体、ガスの混合物或はガス及び液体の混合
物を意味する。

【０００９】

【実施例】本発明はその１様相に於て、中空繊維膜式の
流体分離アセンブリーと一体化されたパージ制御弁（以
下、単にパージ弁とも称する）を提供する。本発明はそ
の他の様相に於て、中空繊維膜束と一体化された生成物
還流システム（以下、単に還流システムとも称する）を
提供する。これらのパージ弁及び還流システムは、特定
量の掃除用流体或はパージ流体を外部給排管や弁を必要
とすることなく、中空繊維膜束の透過側に送達するよう
な設計とされている。掃除用流体或はパージ流体が流体
分離アセンブリー中を流動することから、この流体分離
アセンブリーに於ける外部連結部分の必要数を減らすこ
とが可能である。言い換えると、外部給排管や弁と関連
する少なくとも１つの掃除用流体或はパージ流体を流体
分離アセンブリーのシェル内に設ける必要がなくなる。
なぜなら、一体化されたパージ弁及び還流システムによ
り掃除用流体或はパージ流体が、流体分離アセンブリー
内部で中空繊維膜束の透過側に送られるからである。一
体化されたパージ弁或は還流システムを具備する好まし
い流体分離アセンブリーを図面を参照して説明するが、
容易に理解されるように、好ましい具体例の説明は、種
々の広範な好ましい流体分離アセンブリー、一体化され
たパージ制御弁及び還流システムを除外するものでは決
して無いことは当業者には明らかであろう。

【００１０】図１を参照するに、流体分離アセンブリー
の好ましい具体例の断面が例示される。この具体例は流
体混合物をシェル側、即ち中空繊維膜の外側表面上に導
入するために使用される。この流体分離アセンブリー
は、少なくとも１つの流体混合物入口（１８）と、少な
くとも１つの透過流れ出口（１７）とを具備するシェル
（１）を含み、このシェルが、内側コア部材（５）に巻
付けた環状の中空繊維膜束（２）（以下、単に中空繊維
膜束（２）とも称する）を取り巻いている。中空繊維膜
束（２）の両端はチューブシート（６、１４）に包囲さ
れ、内側コア部材の少なくとも一端がチューブシート
（６、１４）の一方から外側に開口している。チューブ
シート（６、１４）間に露出された中空繊維膜束は、こ
の中空繊維膜束（２）の各端部付近の未包囲円周部分
（１３）を除き、本来非透過性のフィルムバリヤー（１
５）によって包囲される。シェルの一端には中空繊維膜
束（２）のための機械的支持体（４）が配設され、また
少なくとも１つの透過流れを除去するための少なくとも
１つの開口（１７）がおそらくは設けられる。シェルの
他の一端には、少なくとも１つの非透過流れ出口（１
１）を画定する一体化されたパージ制御弁（２０）が設
けられる。この一体化されたパージ制御弁は、掃除用流
体を中空繊維膜の内腔中に導入する設計のものとされ
る。パージ弁（２０）は例えばＯ−リングシール、ねじ
溝、機械的シール、ガスケット及び或は接着等のシール
手段（７、１６）により、液密態様にてシェル（１）及
び或はチューブシート（６）に付設される。弁胴部（１
０）の外側表面の少なくとも一部分をシェル（１）中に
液密態様にて挿通するよう設計するのが好ましい。一
方、弁胴部（１０）の、少なくとも１つの通路（２１）
（以下、単に通路（２１）とも称する）を画定する少な
くとも一部分は、チューブシート（６）により画定され
る開口中に密着状態で挿通されるような設計とする。

【００１１】通路（２１）が、内側コア部材（５）の内
側表面を介し、中空繊維膜束（２）の非透過側と連通す
る。通路（２１）は、少なくとも１つの非透過流れ出口
ポート（１１）と少なくとも１つの掃除用流体ポート
（１２）とに於て終端する。掃除用流体ポート（１２）
は通路（２１）内の非透過流れの少なくとも一部分を透
過側、即ち中空繊維膜束（２）の内腔へと通過させるこ
とが出来る。中空繊維膜束の透過側はチューブシート
（６）を分断して掃除用流体ポート（１２）に開口す
る。通路（２１）内部に非透過流れ出口ポート（１１）
及び或は掃除用流体ポート（１２）、任意の流体流れ制
御手段（８）をシール手段（９）と共に配設し、通路
（２１）から掃除用流体ポート（１２）内への非透過流
れを調節或は制御可能とする。

【００１２】図２及び３を参照するに、様々の好ましい
流体流れ制御手段（８）が例示され、弁胴部（１０）の
外側から通路（２１）中へと、また掃除用流体ポート
（１２）へと垂直に伸延する弁ステムを含んでいる。こ
の弁ステムの少なくとも端部セクションは掃除用流体ポ
ート（１２）の入口内部に配設される。図２では弁ステ
ムの少なくとも１つの端部セクションが漸次狭幅化、即
ち徐々に傾斜されそれにより、掃除用流体ポートの内壁
表面と弁ステムの外側表面との間に間隙或はチャンネル
を形成する。この間隙或はチャンネルによって、通路
（２１）内の非透過流れが掃除用流体ポート（１２）内
に流動可能となる。間隙或はチャンネルを、弁ステムを
掃除用流体ポート（１２）から上昇させる或は掃除用流
体ポート（１２）の内部に降下させることにより拡大或
は縮小させることが出来る。図３を参照するに、弁ステ
ムが端部セクションを具備し、この端部セクションが掃
除用流体ポート（１２）よりも小さな断面積或は直径を
有している。

【００１３】弁ステムの残余のセクション、特には端部
セクションの直上のセクションの断面積或は直径は掃除
用流体ポート（１２）のそれよりも大きい。弁ステムの
こうした形状が、弁ステムを掃除用流体ポート（１２）
から上昇させ或は掃除用流体ポート（１２）の内部に降
下或は押し込むことによる閉鎖或は開放を可能とする。
図２及び３に示す弁ステムを、この弁ステムの掃除用流
体ポートへの出入り動作調節のために廻動自在或はピボ
ット自在に形成することが出来る。図２及び３に示す弁
ステムに加え、ニードル弁或はボール弁のようなその他
の形式の流体制御用配列構成を使用して良い。

【００１４】例えば流体流れ制御手段に代えて、図４に
示すオリフィスのような流体流れ拘束体（２３）を使用
し、通路（２１）内の非透過流れを掃除用流体ポートに
搬送させても良い。掃除用流体ポート（１２）との連通
を可能としてなるオリフィス或は孔を、掃除用流体ポー
ト（１２）への還流流量、即ち非透過流れを制御出来る
ような特別設計のものとする。オリフィスの寸法或は直
径は、膜の性能、所望の生成物（生成物に要求される乾
燥度）、非透過圧及び透過圧により決定されるような所
望の或は必要な特定流量に基く。例えばゲージ圧での圧
縮機空気排出圧力が１００ｐｓｉ（約７．０３ｋｇ／ｃ
ｍ² ）であり、ガス温度が９０°Ｆ（約３２．２℃）、
そして透過圧力が大気圧である場合、特定の膜式の流体
分離デバイスでは特定量の掃除用ガスを掃除用流体ポー
ト（１２）に通入し、ガス露点である−４０°Ｆ（約−
４０℃）の温度を得る必要がある。生成物圧力は透過圧
力よりもずっと高いので、オリフィスの所望の寸法を臨
界流量の算出値に基いて決定することで所望の掃除用ガ
ス流れを得ることが出来る。

【００１５】図５を参照するに、好ましい流体分離アセ
ンブリーの別態様の断面図が例示され、中空繊維膜束
（２）には生成物還流用の構成体が付設されている。こ
の構成体が、一体化されたパージ制御弁無しでの流体分
離アセンブリーの運転を可能としている。この流体分離
アセンブリーは細長の内側コア部材（５）の外側表面に
中空繊維膜束（２）を含んでいる。本来非透過性のフィ
ルムバリヤー（１５）を使用しこれにより、露出した中
空繊維膜束（２）の長手方向全長部分を包囲することが
出来る。この場合、端部を未包囲円周部分（１３）とし
て残すようにする。中空繊維膜束（２）の両端部がチュ
ーブシート（６、１４）によって包囲され、内側コア部
材の少なくとも一端が一方のチューブシート（６）に開
口される。チューブシート（６、１４）は露出された中
空繊維膜束の内腔が開放するよう分断される。中空繊維
膜束の一端には生成物還流システム（２４）を設ける。
この生成物還流システム（２４）は、チューブシート
（６、１４）の一方にシール手段（３）によって液密態
様で付設され、チューブ（６、１４）の一方を取り巻く
胴部（２２）を有する。

【００１６】胴部（２２）は少なくとも１つの通路（３
８）と、掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバー
（２８）とを画定する。通路（３８）が、内側コア部材
を介し中空繊維膜束の非透過側（シェル側）と流体連通
し、掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバー（２
８）が中空繊維膜束（２）の透過側（内腔）と流体連通
する。掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバー（２
８）は、この掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバ
ー（２８）の入口部分に位置付けたオリフィス（２６）
を通し、通路（３８）と流体連通する。シェル（１）が
中空繊維膜束（２）を還流システム（２４）を含めて包
囲する。中空繊維膜束（２）はシェル（１）内部で機械
的支持体（４）と第１の閉鎖手段（３０）とによって保
持される。この第１の閉鎖手段（３０）が非透過流れ出
口ポート（１１）と流体混合流れ入口（１８）とを画定
する。中空繊維膜束の一端位置に於てチューブシートに
付設した還流システム（２４）を、シール手段（３９）
を使用して液密態様にて第１の閉鎖手段（３０）に付設
し、還流システム（２４）の通路（３８）を非透過流れ
出口（１１）と流体連通させることが出来る。シェル
（１）の反対側の一端には第２の閉鎖手段（３４）が設
けられ、これが透過流れ出口（１７）を画定する。第１
の閉鎖手段及び第２の閉鎖手段は任意の非透過性物質か
ら作製して良い。

【００１７】図６を参照するに、流体混合流れを中空繊
維膜束の内腔に導入するために使用される流体分離アセ
ンブリーの他の好ましい別態様が例示される。この具体
例の流体分離アセンブリーは少なくとも１つの流体混合
流れ入口（１８）と、少なくとも１つの透過流れ出口
（１７）とを具備するシェル（１）を含み、このシェル
（１）が開口（１９）を有する内側コア部材（５）に巻
付けた環状の中空繊維膜束（２）を取り巻いている。中
空繊維膜束（２）の両端はチューブシート（６、１４）
に包囲され、内側コア部材（５）の少なくとも一端がチ
ューブシート（６、１４）の一方に開口している。中空
繊維膜束はチューブシート（６、１４）の間で、中空繊
維膜束（２）の一端付近を未包囲円周部分（１３）とし
て残す状態で、本来非透過性のフィルムバリヤー（１
５）に包囲される。この未包囲円周部分（１３）に隣接
するシェル端部閉鎖手段（４０）が、少なくとも１つの
流体混合流れ入口（１８）を画定する。

【００１８】シェル端部閉鎖手段（４０）の外側表面は
シール手段（４２）例えばＯ−リングシール、ねじ溝、
機械的シール、ガスケットリング及び或は接着等により
シェルに密着される。シェルの他端には、少なくとも１
つの非透過流れ出口（１１）を画定する一体化されたパ
ージ制御弁（２０）が設けられる。この一体化されたパ
ージ制御弁は、掃除用流体をシェル側、即ち中空繊維膜
束の外側表面に導入する設計とされ、液密態様にて、例
えばＯ−リングシール、ねじ溝、機械的シール、ガスケ
ットリング及び或は接着等のシール手段（７及び１６）
によりシェル（１）及び或はチューブシート（６）に付
設される。弁胴部（１０）の少なくとも一部分が液密態
様にてシェルに挿通されるような設計とされ、一方、弁
胴部（１０）の、少なくとも１つの掃除用流体ポート
（１２）を画定する少なくとも一部分が、チューブシー
ト（６）によって画定される開口に液密態様にて挿通さ
れるような設計とされる。チューブシート（６、１４）
は結局、シール手段（３）によりシェル（１）の内側表
面に密着状態で付設される。

【００１９】弁胴部（１０）により画定される少なくと
も１つの通路（２１）が、中空繊維膜束（２）の非透過
側、即ち内腔と連通する。中空繊維膜束の内腔はチュー
ブシート（６及び１４）を分断することにより流体混合
流れ入口（１８）とこの通路（２１）とに開口する。通
路（２１）は少なくとも１つの非透過流れ出口ポート
（１１）と、少なくとも１つの掃除用流体ポート（１
２）とに於て終端する。掃除用流体ポート（１２）は通
路（２１）内の非透過流れの少なくとも一部分を、内側
コア部材（５）を通して中空繊維膜束（２）の透過側、
即ちシェル側に送ることが出来る。通路（２１）内部
に、図４及び５に示すように非透過流れ出口ポート（１
１）及び或は掃除用流体ポート（１２）、任意の流体流
れ制御手段（８）或は任意の流体拘束体（２３）を配設
することにより、通路（２１）から掃除用流体ポート
（１２）への非透過流れを調節或は調整可能である。例
えば、弁ステムのような流体流れ制御手段（８）を弁胴
部の外側から掃除用流体ポート（１２）の内側セクショ
ンへとその長手方向に沿って延長する。この弁ステムは
徐々に傾斜する形状を有しそれにより、掃除用流体ポー
ト（１２）の内壁と弁ステムの外側表面との間に間隙或
はチャンネルを形成する。この間隙或はチャンネルが、
通路（２１）内の非透過流れの掃除用流体ポート（１
２）への流動を可能とする。

【００２０】内側コア部材（５）を包囲する中空繊維膜
束（２）は、内側コア部材の外側にらせん状に巻付けた
中空繊維膜束として良い。この中空繊維膜束を内側コア
部材（５）の周囲に任意の角度で巻付けて良いが、内側
コア部材との平行線からの巻付け角度は約３０度或はそ
れ以上とするのが好ましい。この中空繊維膜束は稠密の
壁の形態、複合材料の或は非対称の膜形態のものとして
良い。稠密の壁、複合材料の或は非対称の膜は、例えば
米国特許第５，１０８，４６４、第４，７１８，９２
１、第４，８４４，７１９、第４，４９７，６４０、第
４，７８３，２０１、第５，２０６，４７９の各号に記
載される。

【００２１】しかしながら、ある場合に於ては中空繊維
膜束は複合材料から成る膜形態のものが好ましい。この
複合材料製の中空繊維膜束を製造するためには、先ず、
透過性の或は多孔質の中空繊維を既知の方法、例えば
Ｉ．Ｃａｂａｓｓｏの“中空繊維膜”、Ｃｈｅｍ．Ｔｅ
ｃｈのＫｉｒｋ−ＯｔｈｍｅｒＥｎｃ．３版（１９８
０）の第４９２−５１７ページ、ＰＯＬ．Ｓｃ．＆Ｅｎ
ｇ．２版（１９８７）の第５０７−５７９ページ、を基
に製造する。透過性の或は多孔質の中空繊維は米国特許
第５，０２６，４７９号に記載されたものを含む任意の
既知の無機材料及び或は有機材料から製造可能である。
製造される中空繊維の所望の壁厚、平均の孔断面直径及
び外径は、通常は中空繊維膜の使用意図に基く。所望の
多孔質の中空繊維を形成した後、説明した薄厚の膜を形
成する材料を中空繊維の表面に提供する。これは、米国
特許第４，４６７，００１号に示されるような既知の手
順、例えば、膜形成材料の溶液を中空繊維の表面に塗布
し、これを乾燥して付着コーティングとすることにより
実現される。

【００２２】使用する内側コア部材（５）は細長形状を
有し、その少なくとも１端が開放され、中空繊維膜の外
側表面と内側コア部材との間での流体の流動を可能とす
る。これら開口の寸法、数及び位置は流体分離アセンブ
リーの寸法、非透過側に於ける流体の流速、流れ形態、
例えば向流、並流、横断流れに基く。例えば向流流れの
場合、開口は一般には２つのチューブシート間の長手方
向距離の約１パーセント或はそれ未満の位置から約２５
パーセントの位置間に位置付けられる。他方、これらの
開口はドリル穴、切断長孔その他の孔形状として良い。
これらの孔の占める断面積は本来、圧力低下条件によっ
て決定され、好ましくは受け入れ可能な、そしてチュー
ブシートに隣り合って位置決めされた孔が最適の流れ動
力学を保証する最小断面積に維持される。チューブシー
トを、任意の非透過性材料、金属、ガラス、木材、プラ
スチック、複合積層体その他から作製可能である。

【００２３】開口に隣り合って、図１、５、６に示すよ
うな少なくとも１つのチューブシートを設け、このチュ
ーブシートに中空繊維膜束（２）の一端を包囲させるこ
とが出来る。更に別のチューブシートを中空繊維膜束
（２）の他端に設け、それにより中空繊維膜束（２）の
両端を各チューブシートによって包囲する。この場合、
内側コア部材、例えばチューブの少なくとも一端をチュ
ーブシートの一方、例えばチューブシート（６）の外側
に開口させ、チューブへの流体の出入りを可能とする。
中空繊維膜束（２）の各端部を包囲するチューブシート
はＯ−リングシール（３）によりシェル（１）に密着状
態で連結される。少なくとも１つのチューブシート、例
えばチューブシート（６）、好ましくは両方のチューブ
シートを分断し、中空繊維の内腔を開口させる。各チュ
ーブシートはエポキシ樹脂のような任意の非透過性材料
から作製可能である。

【００２４】各チューブシート間に露出された中空繊維
膜束の長手方向全長の、一方のチューブシート、例えば
チューブシート（１４）に近接した円周部分を未包囲円
周部分（１３）として除いた部分を、本来非透過性の、
好ましくは可撓性の、１層以上の薄厚フィルムから成る
バリヤー内に密封することが出来る。本来非透過性の、
可撓性のフィルムラップ或はフィルム製のバリヤーは任
意の複合材料組成、例えばポリオレフィン或はポリビニ
リデンクロライドから成る薄厚フィルムとし得る。この
非透過性のフィルムは更に、無害な溶媒を塗布してなる
非透過性コーティングとして良い。別様には非透過性の
バリヤーを、中空繊維膜束の外側表面の周囲にプラスチ
ックシュリンクスリーブをシュリンクさせることにより
配設可能である。所望であればバリヤーを、チューブシ
ート形成前に、このチューブシートにその一端部を埋め
込んだ状態で塗布可能であり、或はチューブシートを形
成した後に中空繊維膜束に塗布して良い。記載したよう
に、この可撓性のフィルムラップ或はフィルムバリヤー
は中空繊維膜束の表面全体を覆うものではない。

【００２５】中央のコアチューブの、孔を設けた端部と
は反対側の端部には、チューブシートに近い中空繊維膜
束の一部分が未包囲状態に残され、この部分がガス入口
或は流体出口を提供する。この未包囲部分の幅は可変と
して良いが、一般的には２つのチューブシート間の長手
方向長さの約１パーセントから約２５パーセント、好ま
しくは約１乃至５パーセントの距離である。流れの動力
学的性能を最適化するためにはこの間隔を最小ディメン
ションに維持するべきである。この最小ディメンション
は、この間隔を過剰に狭幅なものとすると厳しい圧力降
下を生じることから、最小圧力低下条件によって決定さ
れる。

【００２６】内側コア部材に巻付けた中空繊維膜束の長
手方向全長を包囲するシェルは円筒形上或はその他の幾
何学的形状として良く、高圧及び或は高温或は低温に耐
え得るものである。シェルを中空繊維膜束の全長を越え
て伸延させることにより、チューブシートそして恐らく
は一体化されたパージ制御弁（一体化された制御弁がシ
ェルに嵌入するのか或はシェルが一体化された制御弁に
嵌入するのかに依存して）、シェル閉鎖手段（閉鎖手段
がシェルに嵌入するのか或はシェルが閉鎖手段に嵌入す
るのかに依存して）を収受するようにする。

【００２７】図１の流体分離アセンブリーの運転に際
し、流体流れを流体混合物入口（１８）を介し流入させ
る。フィルムバリヤー（１５）により、流体は中空繊維
膜束の長手方向に沿って移動せしめられて未包囲円周部
分（１３）に達する。流体はチューブシート（６）及び
（１４）のＯ−リングシール（３）により中空繊維膜束
の端部からは流出しない。非透過性の流体が未包囲円周
部分（１３）を通して流動し続けて開口（１９）に達
し、一方、流体の透過性成分が中空繊維膜の内孔、即ち
透過側に達する。非透過性の流体は次いで、チューブシ
ート（６）の開口並びに弁胴部（１０）の少なくとも１
つの通路（２１）を介し非透過流れ出口（１１）から流
出する。非透過性の流体は、Ｏ−リングシール（１６）
のために、チューブシート（６）の開放された内腔側に
直接流入することは出来ない。弁ステム（８）を調節す
ることにより、通路（２１）内の非透過性の流体の一部
分が少なくとも１つの掃除用流体ポート（１２）を移動
し、中空繊維膜の内腔に流動する。掃除用流体は中空繊
維膜束の内腔に沿って流動し、透過性成分と共に透過流
れ出口（１７）から流出する。

【００２８】図５に示す流体分離アセンブリーの運転に
際しては、流体流れを流体混合物入口（１８）を介し流
体分離アセンブリーに流入させる。フィルムバリヤー
（１５）が流体を中空繊維膜束の長手方向に沿って移動
させ、未包囲円周部分（１３）に到達させる。流体はチ
ューブシート（６）及び（１４）のＯ−リングシール
（３）により中空繊維膜デバイスの端部からは流出しな
い。流体がこの未包囲円周部分（１３）を通して流動し
続け、開口（１９）から流出するに従い、流体の透過性
成分が内腔、即ち中空繊維膜の透過側に透過する。次い
で非透過性の流体がチューブシート（６）の開口並びに
還流システム（２）の少なくとも１つの（３８）を介
し、非透過流れ出口（１１）を出る。この非透過流れ
は、Ｏ−リングシール（１６）により、チューブシート
（６）の開放された内腔側には直接流入しない。特定寸
法のオリフィス（２６）を通し、通路（３８）内の非透
過性流体の一部分が掃除用流体ポート或は掃除用流体チ
ャンバー（２８）を介し中空繊維膜束の内腔に送達され
る。掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバー（２
８）はチューブシート（６）内の中空繊維膜の開放端と
連通している。Ｏ−リング（３）及び（１６）によりシ
ールされた掃除用ガスが中空繊維膜束の内腔に沿って移
動し、透過性成分と共に透過流れ出口（１７）を出る。

【００２９】図６に示された流体分離アセンブリーの運
転に際しては、流体流れを流体混合物入口（１８）を介
し中空繊維膜束の内腔に流入させる。流体は中空繊維膜
束（２）の長手方向に沿って移動し、パージ制御弁（２
０）の通路（２１）に到達する。非透過性の流体はＯ−
リングシール（３）及び（１６）により、チューブシー
ト（６及び１４）の透過側、即ち開放されたシェル側に
直接流入することは出来ない。次いで、非透過性の流体
はパージ制御弁（２０）の通路（２１）を介し非透過流
れ出口（１１）を出る。弁ステム（８）を調節すること
により、パージ制御弁（２０）の通路（２１）内の非透
過性流れの一部分が、掃除用流体ポート（１２）並びに
内側コア部材（５）の開口を通しシェル側、即ち中空繊
維膜束の透過側に入る。内側コア部材（５）内の開口を
出た掃除用流体は、中空繊維膜束（２）の露出表面を包
囲するフィルムバリヤー（１５）によって中空繊維膜束
（２）の長手方向に沿って移動せしめられる。掃除用流
体並びに流体の透過性成分は、中空繊維膜束（２）の未
包囲円周部分（１３）及び透過流れ出口（１７）から流
出する。以上本発明を具体例を参照して説明したが、本
発明の内で多くの変更を成し得ることを理解されたい。

【００３０】

【発明の効果】外部給排管及び弁を設けることなく流体
分離デバイスを運転可能とする手段が提供され、またパ
ージ手段を有する流体分離デバイスを容易に準備状態と
しそして運転可能とする手段が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１具体例に従う一体化されたパージ制
御弁を具備する流体分離デバイスの断面図である。

【図２】本発明の１具体例に従う、計量タイプの一体化
されたパージ制御弁の断面図である。

【図３】本発明の１具体例に従う、オン／オフタイプの
一体化されたパージ制御弁の断面図である。

【図４】本発明の１具体例に従う、固定オリフィスタイ
プの一体化されたパージ制御弁の断面図である。

【図５】本発明の１具体例に従う、固定オリフィスを具
備する流体分離デバイスの断面図である。

【図６】本発明の１具体例に従う、一体化されたパージ
制御弁を具備し、流体流れを中空繊維膜束の内腔側に流
入させる形式の流体分離デバイスの断面図である。

【符号の説明】

１シェル２環状の中空繊維膜束５内側コア部材６、１４チューブシート７、１６シール手段９シール手段１０弁胴部１１非透過流れ出口１２少なくとも１つの掃除用流体ポート１３未包囲円周部分１７透過流れ出口１８流体混合物入口２０一体化されたパージ制御弁２１少なくとも１つの通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ベンジャミン・ビクソンアメリカ合衆国マサチューセッツ州ブルックライン、ギブズ・ストリート18 ナンバー３ (72)発明者サルバトーレ・ジリアアメリカ合衆国マサチューセッツ州ノーウッド、ネポンセット・ストリート379ビー (72)発明者デイビッド・リチャード・トンプソンアメリカ合衆国ニューヨーク州グランドアイランド、フェアビュー・コート154

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体分離アセンブリーであって、（ａ）細長の内側コア部材と、（ｂ）透過側及び非透過側を有し前記細長の内側コア部
材を取り巻いてなる中空繊維中空繊維膜束と、（ｃ）弁胴部を具備する一体化されたパージ制御弁にし
て、弁胴部が、中空繊維膜束の非透過側と連通する少な
くとも１つの通路を画定し、該通路が、少なくとも１つ
の非透過流れ出口ポートと少なくとも１つの掃除用流体
ポートとに於て終端し、該掃除用流体ポートが、前記通
路内の非透過物流れの少なくとも一部分を前記中空繊維
膜束の透過側へ送通可能であり、流体流れ制御手段が、
前記通路から前記掃除用流体ポートへの非透過流体の流
入を、調節或は特定化してなる一体化されたパージ制御
弁と、（ｄ）中空繊維膜束を取り巻き、少なくとも１つの流体
入口ポートと少なくとも１つの透過流れ出口ポートとを
具備するシェルにして、少なくとも１端が前記一体化さ
れたパージ制御弁を収受する状態に於て中空繊維膜束を
取り巻いてなるシェルとを含んでなる流体分離アセンブ
リー。
【請求項２】流体流れ制御手段が弁ステムを含み、該
弁ステムが弁胴部の外側から少なくとも１つの掃除用流
体ポートの少なくとも一部分の内部に伸延し、弁ステム
が徐々に傾斜する形状を有しそれにより、弁ステムの外
側部分と少なくとも１つの掃除用流体ポートの内側表面
との間の少なくとも１つのチャンネルを形成してなる請
求項１の流体分離アセンブリー。
【請求項３】流体流れ拘束体が、少なくとも１つの掃
除用流体ポートの入口位置に於けるオリフィスである請
求項１の流体分離アセンブリー。
【請求項４】細長の内側コア部材が中央コアチューブ
を含み、該中央コアチューブの壁の内部の、一体化され
たパージ制御弁に接近する位置に穴が形成され、該穴
が、中空繊維膜束の外側表面と中央コアチューブとの間
を流通させてなる請求項１の流体分離アセンブリー。
【請求項５】本来非透過性のフィルムバリヤーを含
み、該フィルムバリヤーが、中空繊維膜束の一端を未包
囲円周部分として残した状態に於て、中空繊維膜束の長
手方向全長部分を包囲してなる請求項４の流体分離アセ
ンブリー。
【請求項６】流体流れを流通させ得る複数のチューブ
シートを含み、該チューブシートの１つが、少なくとも
１つの掃除用流体ポート並びに中空繊維膜束の透過側と
の間に介装されてなる請求項５の流体分離アセンブリ
ー。
【請求項７】一体化されたパージ制御弁のハウジング
手段の外側表面とシェルの内側表面との間に位置付けら
れたシールを含んでなる請求項６の流体分離アセンブリ
ー。
【請求項８】流体分離アセンブリーであって、（ａ）細長の内側コア部材と、（ｂ）透過側及び非透過側を有し、細長の内側コア部材
をその長さ方向に於て少なくとも部分的に取り巻いてな
る中空繊維膜束と、（ｃ）中空繊維膜束の両端部を包入してなる少なくとも
２つのチューブシートにして、細長の内側コア部材の一
端が一方のチューブシートの外側に開口しそれにより、
流体の前記細長の内側チューブの内外への流れを可能と
してなる少なくとも２つのチューブシートと、（ｄ）該チューブシートの一方に付設された還流システ
ムにして、該一方のチューブシートを取り巻く胴部を具
備し、該胴部が、中空繊維膜束の非透過側と連通する少
なくとも１つの通路を画定し、該通路が少なくとも１つ
の非透過流れ出口ポートと、少なくとも１つの掃除用流
体ポート或は掃除用流体チャンバーとに於て終端し、該
掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバーが少なくと
も１つのオリフィスを介して前記通路と流体連通し、前
記掃除用流体ポート或は掃除用流体チャンバーが前記通
路内部の非透過物流れの少なくとも一部分を中空繊維膜
束の透過側に通過可能としてなる還流システムと、（ｅ）中空繊維膜束と還流システムとを取り巻くシェル
にして、両端が閉鎖手段によって閉鎖され、該両端が、
透過流れ出口、前記通路と流体連通してなる流体入口及
び或は非透過流れ出口を画定してなるシェルとにより構
成される流体分離アセンブリー。
【請求項９】流体分離アセンブリーであって、（ａ）細長の内側コア部材と、（ｂ）透過側及び非透過側を有し前記細長の内側コア部
材を取り巻いてなる中空繊維膜束と、（ｃ）弁胴部を具備する一体化されたパージ制御弁にし
て、弁胴部が、中空繊維膜束の非透過側と連通する少な
くとも１つの通路を画定し、該通路が、少なくとも１つ
の非透過流れ出口ポートと少なくとも１つの掃除用流体
ポートとに於て終端し、該掃除用流体ポートが、前記通
路内の非透過物流れの少なくとも一部分を前記中空繊維
膜束の透過側へ送通可能であり、流体流れ拘束体が、前
記通路から特定量の非透過流体を前記掃除用流体ポート
に流入させてなる一体化されたパージ制御弁と、（ｄ）中空繊維膜束を取り巻き、少なくとも１つの流体
入口ポートと少なくとも１つの透過流れ出口ポートとを
具備し、前記一体化されたパージ制御弁を収受してなる
シェルとを含んでなる流体分離アセンブリー。