(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を脱気するための接触器であって、
孔のあいたコアの軸の周りに、
膜の安定化のために２〜８時間、運転温度の１５℃以上に加熱して予備収縮した膜布であって、該膜布がポリメチルペンテン中空繊維の横糸とポリオレフィンの縦糸を有し、横糸打込数が１インチ当り５０本から７０本の間であり、縦糸打込数が１インチ当り３本から１２本の間であり、かつ、縦糸が８０デニール／４０フィラメント糸よりも細い、微小多孔性の膜布が巻き付けられており、
上記膜布を構成する中空繊維の末端が管シートにより上記コアに固定され、
上記管シートおよび上記膜布は殻に取り囲まれており、
上記殻には流体が流れるのを可能にする少なくとも一つの開口を有し、この殻の側面端が末端キャップにより閉じられている、
ことを特徴とする接触器。
【請求項２】
上記ポリオレフィンの糸が４０デニール／２０フィラメントのポリプロピレン糸である請求項１に記載の接触器。
【請求項３】
上記布が予備収縮されている請求項１に記載の接触器。
【請求項４】
上記ポリメチルペンテン中空繊維が、その表面にスキン層を有する繊維である請求項１に記載の接触器。
【請求項５】
上記横糸打込数が１インチ当り６０本から６５本の間である請求項１に記載の接触器。
【請求項６】
上記布の縦横比が０．１０から６．０インチ-1の間である請求項１に記載の接触器。
【請求項７】
上記接触器の殻側を液体が通る請求項１に記載の接触器。
【請求項８】
上記ポリメチルペンテン中空繊維の布が０．０５ｍ2よりも大きい活性膜面積を有する請求項１に記載の接触器。
【請求項９】
巻き付けられた布の充填分率が約３５％から４５％の間である請求項１に記載の接触器。
【請求項１０】
上記縦糸打込数が１インチ当り６本から７本の間である請求項１に記載の接触器。
【請求項１１】
液体を脱ガスするための接触器であって、
上記接触器が０．４ＭＰａよりも大きい圧力と、５０℃よりも高い温度に耐えるように構成されており、
膜の安定化のために２〜８時間、運転温度の１５℃以上に加熱して予備収縮した膜布であって、横糸打込数が１インチ当り５０本から７０本の間であり、縦糸打込数が１インチ当り３本から１２本の間であり、ポリメチルペンテン中空繊維の横糸と縦糸を有する、微小多孔性の膜布が、周りを取り囲む殻の内側に配置されており、
上記殻には流体が流れるのを可能にする少なくとも一つの開口を有する、
ことを特徴とする接触器。
【請求項１２】
上記縦糸が８０デニール／４０フィラメント糸よりも細いポリオレフィン糸である請求項１１に記載の接触器。
【請求項１３】
上記縦糸が４０デニール／２０フィラメントのポリプロピレン糸である請求項１２に記載の接触器。
【請求項１４】
上記ポリメチルペンテン中空繊維が、その表面にスキン層を有する繊維である請求項１１に記載の接触器。
【請求項１５】
上記布が１インチ当り６０本から６５本の間の横糸打込数を有する請求項１１に記載の接触器。
【請求項１６】
上記布の縦横比が０．１０から６．０インチ-1の間である請求項１１に記載の接触器。
【請求項１７】
上記接触器の殻側を液体が通る請求項１１に記載の接触器。
【請求項１８】
上記ポリメチルペンテン中空繊維布が０．０５ｍ2よりも大きい活性膜面積を有する請求項１１に記載の接触器。
【請求項１９】
この巻き付けられた布の充填分率が約３５％から４５％の間である請求項１１に記載の接触器。
【請求項２０】
上記縦糸打込数が１インチ当り６本から７本の間である請求項１１に記載の接触器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中空繊維膜接触器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空繊維膜接触器は既知である。例えば、引用することにより各々を本明細書の一部とする、米国特許第３，２８８，８７７号、第３，７５５，０３４号、第４，２２０，５３５号、第４，６６４，６８１号、第４，９４０，６１７号、第５，１８６，８３２号、第５，２６４，１７１号、第５，２８４，５８４号、及び第５，４４９，４５７号を参照されたい。一般に、このような接触器は薄い壁状の膜を利用して、拡散によって気体、固体あるいは液体の成分を溶液またはコロイド混合物から分離する。中空繊維膜拡散接触器は、Ｃｅｌｇａｒｄ  Ｉｎｃ．（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）からＬＩＱＵＩ−ＣＥＬＲの名称で、また、大日本インキ化学工業株式会社（Ｄａｉｎｉｐｐｏｎ  Ｉｎｋ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ；ＤＩＣ、東京）から「ＳＥＰＡＲＥＬＲ」の名称で市販されている。このような接触器は多数の用途を有し、その用途の一つに液体の脱気（脱ガス）がある。
【０００３】
「ＳＥＰＡＲＥＬＲ」接触器は、孔のあいたコアの周りに巻き付けられた中空繊維布を取り囲む殻を備えている。「ＳＥＰＡＲＥＬＲ」接触器は、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）中空繊維とポリエステル糸からできた布を使用する。ＰＭＰからできた中空繊維は、特開平２−１０２７１４号（１９９０年４月１６日公開）に示すように、特有の拡散性能を呈する。さらに、「ＳＥＰＡＲＥＬＲ」接触器の運転パラメーターは、５０℃の最大温度と０．４Ｍｐａの最大供給水圧力に限定される。これについては、上記大日本インキ化学工業株式会社のホームページ（ドメイン名；ｗｗｗ．ｄｉｃ．ｃｏ．ｊｐ．）内に、中空繊維膜脱ガスモジュール−ＳＥＰＡＲＥＬＲ、が掲載されている。
【０００４】
接触器の製造で使用される市販のＰＭＰ布は、横糸としてＰＭＰ中空繊維と縦糸としてポリエステル糸を利用する。この布は張力下で巻き付けると、破れて破損する傾向にある。このように、強度が小さいのは、この布の製造においてポリエステル縦糸を使用しているためである。ポリエステルは、充分に曲がったり、屈曲しない相対的に剛性のある材料である。ＰＭＰ布をマンドレルの周りに巻き付ける場合、この縦糸は、大部分の印加荷重を吸収して、ポリエステル縦糸を使用した布は破損し、裂ける。特開平２−１０２７１４号公報に記載されている布に類似した布は、巻き付け時に本質的にゼロの張力でも破壊することが示された。接触器の殻内に適切に接触する良好に形成された繊維束を作製するには、ある程度の巻き付け張力を加えることが望ましい。
【０００５】
このようなＰＭＰ布の強度が小さいもう一つの理由は、適切な間隔を持ち、サイジングされた縦糸を使用することができないということである。例えば、日本特開平２−１０２７１４号公報における態様３に記載されている布（巻き付け時に裂ける）に類似した布は、１インチ当りほぼ５本（糸）の最大縦糸打込数を示す。
【０００６】
米国特許第４，９１１，８４６号は、中空繊維コード布で作製された人工肺を開示している。この公報の図１１及び図１２に示すように、上記コード布は、ポリオレフィン中空繊維（ＰＭＰ中空繊維を含む）を横糸及び縦糸（ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリアクリル酸エステル、ポリビニルアルコールなどを含む）として含んでなる。この縦糸は、好ましくは１０から１５０デニールの、更に好ましくは２５から７５デニールの糸繊度を有する、ポリエステルまたはポリアミドのマルチフィラメント糸である。しかし、米国特許第４，９１１，８４６号の第６欄、３行から１４行に示すように、縦糸の間隔または非ポリエステル、非ポリアミドの縦糸の構成に関して情報は提供されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、破損しにくく、そして従来のＰＭＰ中空繊維接触器よりも高い温度と圧力で運転可能な布を使用する接触器が要望されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る接触器は、孔のあいたコアとこのコアの周りに巻き付けられた微小多孔性の膜布を備えてなる液体を脱気（脱ガス）するためのものである。この布は、横糸としてポリメチルペンテン中空繊維とポリオレフィン縦糸を含んでなる。好ましい態様においては、この布は、１インチ当り５０から７０本の間の横糸打込数と１インチ当り３から１２本の間の縦糸打込数とを有する。巻き付けられた布の末端を管シートによって固定し、殻内に管シートと巻き付けられた布とを入れる。この殻は、液体が殻に流れるようにする少なくとも一つの開口と末端キャップを有する。
【０００９】
更なる態様においては、本発明は、液体を脱ガスするための接触器であって、この接触器が０．４ＭＰａよりも大きい圧力と５０℃よりも高い温度に耐えるようになされている。この態様に記載の接触器は、殻、横糸としてのポリメチルペンテン中空繊維、及び縦糸を含んでなり、繊維及び糸の打込数が上述のものに類似している微小多孔性の膜布を更に含んでなる。この布は、好ましくは孔のあいたコアの周りに巻き付けられ、殻の内側に位置する。この殻は、液体が殻を流れるようにする少なくとも一つの開口を有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る中空繊維膜の接触器１０の断面図を示す。接触器１０はコア管１２を含む。コア管１２は複数の孔１４を有する。中空繊維１６はコア管１２を取り囲む。殻１３は繊維とコア管１２を取り囲む。管シート２６は中空繊維１６の側面端をコア管１２に固定する。殻１３の側面端は末端キャップ１５により閉じられる。
【００１１】
図１に示すように、液体１８は、好ましくはコア管１２の液体入口２０を経由して接触器１０に入る。液体１８は、コア管１２の液体入口２０から入り、ブロック２２が液体を方向転換する場合には、孔１４を経由してコア管１２から出る。次に、液体１８は、中空繊維１６の外表面の上を移動する。液体１８は、ブロック２２のもう一方の側で孔１４を経由してコア管１２に再び入り、液体出口２４を経由してコア管１２から出る。中空繊維１６は、コア管１２を取り囲み、管シート２６によりコア管１２の軸に概ね平行に保持される。中空繊維１６は管シート２６から延び、ポート３２及び３４で引いた真空３０がヘッドスペース２８を経由して中空繊維１６の内腔側と連通するように、接触器１０のいずれの末端でもヘッドスペース２８と連通する。例えば、ポート３４を使用して、同伴ガスの除去を促進する掃気ガスを導入してもよい。
【００１２】
膜接触器１０は、好ましくは外部流の、中空繊維膜モジュールである。膜接触器１０は内腔側と殻側を有する。内側としても知られている（ｋｎｏｗｎ  ａｓ  ｔｈｅ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｓｉｄｅ）内腔側は、大部分この中空繊維の内腔により規定（ｄｅｆｉｎｅ）される。外側としても知られている（ｋｎｏｗｎ  ａｓ  ｔｈｅ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｓｉｄｅ）殻側は、部分的に中空繊維の外部表面により規定（ｄｅｆｉｎｅ）される。この液体は、殻側（または外側）を通って移動し、その間に真空（または真空と掃気ガス）が内腔側（または内側）に加えられる。それによって、液体からの同伴ガスは、拡散により殻側から膜を通って内腔側に通過する。
【００１３】
好ましくは、中空繊維１６は、半透過性で、ガス選択性で、不均質で、一体として非対称で、そして液体不透過性の膜である。この膜は、好ましくは、単層膜（例えば、複合膜または多層膜でない）であり、ＰＭＰのホモポリマーからできている。この膜は、好ましくは、その表面にスキン層を有する膜であり、このスキンは殻側にある。この膜は、１００バレール（Ｂａｒｒｅｒ）（１０−８標準ｃｍ３．ｃｍ／秒．ｃｍ２．ｃｍ（Ｈｇ））未満の透過性を有する。これについては、例えば、引用によりこの明細書に入れた米国特許第４，６６４，６８１号公報に記載されている。接触器中の全ての膜は、好ましくは０．０５ｍ２よりも大きく、最も好ましくは０．１ｍ２から３５０ｍ２の間の活性な表面積を有する。
【００１４】
次に、図２に示すように、中空繊維１６は、好ましくは横糸３８と縦糸４０を有する布３６に作製される。好ましくは、この布は、縦糸が編み糸である横糸挿入の編布である。横糸３８は中空繊維１６である。布３６は、好ましくは１インチ当り５０本と７０本の間の、最も好ましくは１インチ当り６０本と６５本の間の横糸打込数を有する。
【００１５】
縦糸４０は、可撓性を有するが、強度があり、そして接触器を流れる液体に対して不活性でなければならない。縦糸４０は、好ましくはマルチフィラメントポリオレフィン糸である。最も好ましくは、この糸は、ポリプロピレンとポリエチレンからなる群から選ばれる。なお、「フィラメント」という用語は、「ステープルファイバー」とも呼ばれる「切断フィラメント」と同じ意味で用いる。また、本明細書においては、「糸」という用語は、「フィラメントとステープルファイバーからできた糸」を含む。好ましくは、この糸は、引き裂きには充分な抵抗性があるが、布層の間に目立つ隙間を生じる程には大きくない繊度を有する。好ましくは、この縦糸は、８０デニール／４０フィラメント（すなわち、８０／４０糸）と２０デニール／１０フィラメント（２０／１０糸）の間、最も好ましくはほぼ４０デニール／２０フィラメント（４０／２０糸）でなければならない。さらに、この縦糸は、表面仕上げ、例えばケイ素油の表面仕上げによって処理されていてもよい。
【００１６】
縦糸の打込数もこの布の設計において重要な要素である。縦糸が少な過ぎると、この布は引き裂きを起こし易い。一方、縦糸が多すぎると、この中空繊維の表面積を封鎖することにより接触器の効率を減少させる。好ましい態様においては、縦糸打込数は、布１インチ当り約３本と１２本の間、最も好ましくは１インチ当りほぼ６本から７本である。
【００１７】
布３６とコア管１２は、巻き付けられて中空膜ユニット４２を形成する。ユニット４２は、好ましくは円筒形である。使用時には、ユニット４２は、約２インチと１６インチの間の範囲の直径と約８インチと７２インチの間の範囲の長さを有するが、これらの直径、長さよりも更に大きいサイズのものを用いることが可能である。ユニット４２の縦横比は、Ｌ／Ｄ２として定義される。この式中、Ｌはユニットの公称の長さであり、Ｄはユニットの公称の直径である。好ましくは、この縦横比は、０．１から６．０インチ−１の間の範囲である。
【００１８】
更には、布３６は、好ましくは張力下で巻き付けられて、約３５％と４５％の間の充填分率を有するユニット４２を形成する。充填分率（ＰＦ）は、繊維数（ｎ）に、各繊維の断面積（Ａｆ）を掛け、繊維束の断面積（Ａｂ）で割った値として定義される。ここで、この繊維束の断面積はコア管１２により占められた面積を除く。式で表すと、
ＰＦ＝ｎ＊Ａｆ／Ａｂ
となる。
【００１９】
また、ＰＭＰ中空繊維は、温度と共に収縮する自然な傾向を有する。従って、本発明の好ましい態様においては、ＰＭＰ布３６は、巻き付けに先立ち予備収縮される。この布を予備収縮し、安定化する好ましい方法は、この布を予期される運転温度の約１５℃以上までほぼ２時間から８時間、好ましくは４時間加熱することである。この布を約５５℃と約６５℃の間で約２から８時間、好ましくは４時間加熱することは、大多数の予期される用途に対して適当な繊維の安定化を提供する。この布を予備収縮し、この布を張力下で巻き付けることは、高運転パラメーター（例えば、温度と圧力）に寄与する、本発明により製造される良好に形成された束を得る助けとなる。
【００２０】
本発明により形成される中空繊維膜ユニット４２を、他の構造要素と組み合わせて、接触器を形成してもよい。このような構造要素は、当該技術でよく知られていて、概ね外部の殻からなり、殻中の少なくとも一つの開口によって流体が殻を通って流れるようになっている。引用によりこの明細書に入れた２００１年３月２２日出願の共同譲渡された米国特許出願番号第０９／８１６，７３０号は、接触器のいくつかの可能な構造を開示する。これらはすべて本発明に適用可能である。
【００２１】
図３に示すように、接触器１０’は、流れを方向転換するバッフル５０を殻側内に位置させ、ポート３４の位置を変更したことを除いて、図１の接触器１０と同じである。バッフル５０を追加して、中空繊維１６のすべての外表面上の液体の分配を促進する。このように、ポート３４の位置は、変更することができる。
【００２２】
図４に示すように、接触器１０”は、液体出口２４をコア管１２の末端から接触器１０”の殻側へと位置を変更させている点において、接触器１０及び１０’と異なる。真空３０は、ヘッドスペース２８と連通し、次に中空繊維１６の内腔と連通する。前出の態様で例示された第２のヘッドスペースは除去されている。液体１８は、コア管１２の液体入口２０に入る。液体１８は、孔１４を経由してコア管１２から出て、中空繊維１６の外表面上を移動し、そして液体出口２４を経由して殻側から出る。液体出口２４を接触器の外側の他の場所に置いて、殻側との連通を維持してもよい。
【００２３】
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の技術思想に基づいて、種々の変更及び変形が可能である。
即ち、当該技術の熟練者に既知の方法のいずれかを使用して、本発明に記載の接触器を形成してもよい。一つのこのような方法は、２００１年５月８日出願の共同譲渡された米国特許出願番号第０９／８５１，２４２号に示される。
【００２４】
本発明は、本発明の精神または本質的な属性を逸脱することなく、他の特定の形で具体化されてもよく、従って発明の範囲を指示するものとして、前出の明細書よりもむしろ添付の請求の範囲が参照されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中空繊維膜接触器の断面図である。
【図２】本発明に用いる中空膜ユニット及び布の斜視図である。
【図３】本発明に係る中空繊維膜接触器における第２の態様を示す断面図である。
【図４】本発明に係る中空繊維膜接触器における第３の態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  接触器
１２  コア管
１６  中空繊維
２０  液体入口
２２  ブロック
２６  管シート
２８  ヘッドスペース
３２，３４  ポート
３６  布
３８  横糸
４０  縦糸
４２  中空膜ユニット
【図１】
0003553052.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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