(57)【要約】  本発明は、中空導管およびまたは中空有孔メンブレンを含むポッティングされた交換装置に関し、筐体は、凹型のチャネルまたは溝を含む。凹型のチャネルまたは溝は、ポッティングプロセスの間にポッティング材で充填され、ポッティング材とともに単体端部構造を形成する。筐体の内側に形成される溝またはチャネルは、幅広い範囲の機械的および熱的条件下で筐体とのポッティングの完全性を維持する。
2007516834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交換装置であって、
一つ以上の中空導管を有する熱可塑性筐体を備え、前記中空導管が、熱可塑性樹脂によって流体密封され且つ前記筐体の端部部分へ接合され、筐体の端部部分が、一つ以上の溝を有し、前記溝および熱可塑性樹脂が、単体端部構造を形成し、熱可塑性樹脂および筐体が、前記単体端部シールを形成するため前記溝の一部で融合する、交換装置。
【請求項２】
前記筐体の内側に焼結された熱可塑性コーティングを有する、請求項１に記載の交換装置。
【請求項３】
前記筐体が、流体継手を含む、請求項１に記載の交換装置。
【請求項４】
二つ以上の溝が、通気チャネルによって相互に接続される、請求項１に記載の交換装置。
【請求項５】
前記中空導管が、ペルフルオロ有孔中空繊維、ペルフルオロ被覆中空繊維、ペルフルオロ導管、ペルフルオロ共押し出し中空導管、またはこれらの組み合わせである、請求項１に記載の交換装置。
【請求項６】
中空導管の端部が開放される、請求項１に記載の交換装置。
【請求項７】
交換装置であって、
一つ以上の熱可塑性中空導管を備え、該熱可塑性中空導管は、熱可塑性中空導管の第１の端部部分で熱可塑性樹脂へ融合され、前記熱可塑性樹脂が、第１のスリーブの内面の一つ以上の構造物、または熱可塑性筐体の第１の端部へ融合され、前記交換装置がさらに、
熱可塑性樹脂と融合された熱可塑性中空導管の第２の端部部分を備え、前記熱可塑性樹脂が、第２のスリーブの内面の一つ以上の構造物、または熱可塑性筐体の第２の端部へ融合される、交換装置。
【請求項８】
構造物が、突起、溝、またはこれらの組み合わせである、請求項７に記載の交換装置。
【請求項９】
構造物が、筐体またはスリーブの表面の溝である、請求項７に記載の交換装置。
【請求項１０】
スリーブまたは筐体の内側に焼結された熱可塑性コーティングを有する、請求項７に記載の交換装置。
【請求項１１】
前記筐体またはスリーブが、流体継手を含む、請求項７に記載の交換装置。
【請求項１２】
通気チャネルによって相互に接続される二つ以上の溝を筐体またはスリーブに有する、請求項９に記載の交換装置。
【請求項１３】
中空導管が、有孔中空繊維、被覆中空繊維、熱可塑性導管、共押し出し中空導管、またはこれらの組み合わせである、請求項７に記載の交換装置。
【請求項１４】
中空導管の端部が、流体流に対して開放される、請求項７に記載の交換装置。
【請求項１５】
熱可塑性導管が、ペルフルオロ熱可塑材を含む、請求項７に記載の交換装置。
【請求項１６】
交換装置であって、
一つ以上の共押し出し熱可塑性中空導管を備え、該共押し出し熱可塑性中空導管が、共押し出し熱可塑性中空導管の第１の端部部分で熱可塑性樹脂に融合され、前記熱可塑性樹脂が、第１のスリーブの表面または熱可塑性筐体の第１の端部の表面へ融合され、前記交換装置がさらに、
熱可塑性樹脂と融合された熱可塑性中空導管の第２の端部部分を備え、前記熱可塑性樹脂が、第２のスリーブの表面または熱可塑性筐体の第２の端部の表面へ融合される、交換装置。
【請求項１７】
中空導管の端部が、流体流に対して開放される、請求項１６に記載の交換装置。
【請求項１８】
前記筐体またはスリーブが、流体継手を含む、請求項１６に記載の交換装置。
【請求項１９】
共押し出し導管の外層が、熱伝導材料を含む、請求項１６に記載の交換装置。
【請求項２０】
共押し出し導管が、内層へ熱で接合された内層を有し、外層が、交換装置の熱可塑性樹脂と融合する、請求項２０に記載の交換装置。
【請求項２１】
流体を処理する方法であって、
処理すべき流体を、一つ以上の熱可塑性中空導管の第１の側に流すことを含み、熱可塑性中空導管が、熱可塑性中空導管の第１の端部部分で熱可塑性樹脂へ融合され、該熱可塑性樹脂が、第１のスリーブの内面の一つ以上の構造物、または熱可塑性筐体の第１の端部へ融合され、熱可塑性中空導管の第２の端部部分が、熱可塑性樹脂と融合され、該熱可塑性樹脂が、第２のスリーブの内面の一つ以上の構造物、または熱可塑性筐体の第２の端部へ融合され、前記流体を処理する方法がさらに、
熱可塑性中空導管の第１の側と第２の側との間の壁を通じて、第１の流体と第２の流体との間で物質、エネルギー、またはこれらの組み合わせを伝達するため、熱可塑性中空導管の第２の側に交換流体を流すことを含む、方法。
【請求項２２】
熱エネルギーが伝達される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記熱可塑性中空導管壁が無孔である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
溝が、通気スロットによって相互に接続される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
機器であって、
熱可塑性中空導管の第１の端部部分で熱可塑性樹脂へ融合された一つ以上の熱可塑性中空導管を有する交換装置を備え、前記熱可塑性樹脂が、第１のスリーブの内面の一つ以上の構造物、または熱可塑性筐体の第１の端部へ融合され、熱可塑性中空導管の第２の端部部分が、熱可塑性樹脂と融合され、前記熱可塑性樹脂が、第２のスリーブの内面の一つ以上の構造物、または熱可塑性筐体の第２の端部へ融合され、前記機器がさらに、
交換機器の第１の流体入口へ接続された交換流体の源と、交換機器の第２の流体入口へ接続された処理流体の源とを備え、第１および第２の流体入口が、中空配管によって分離され、流体コントローラが、第２の流体入口と流体連絡する交換器出口へ流体接続され、流体コントローラが、機器によって処理される一枚以上の基板へ調整済み流体を供給する、機器。
【請求項２６】
第２の流体入口と流体連絡する交換器出口が、一枚以上の基板を収容するタンクへ調整済み流体を供給する、請求項２５に記載の機器。
【請求項２７】
流体コントローラが、ポンプ、分与ポンプ、または液体流コントローラである、請求項２５に記載の機器。
【請求項２８】
交換流体が、温度制御流体の源である、請求項２５に記載の機器。
【請求項２９】
処理される基板がシリコンを含む、請求項２５に記載の機器。
【請求項３０】
交換装置であって、
ポッティングされた中空導管の壁を通じて、第１の流体から第２の流体へ熱を伝達することができる筐体内のポッティングされた中空導管を備え、交換装置が、少なくとも１００℃の温度および少なくとも５０ｐｓｉｇの圧力で完全であり、中空導管が、筐体内の中空導管の容積にして、２０パーセントから７０パーセントの間の充填密度を有する、交換装置。
【請求項３１】
９ｆｔ２（０．８５ｍ２）の交換表面積を有するポッティングされた中空導管を備え、交換装置が、中空導管の第１の側に流れる第１の流体と、中空導管の第２の側に流れる第２の流体との間で、少なくとも約１３，０００ワットのエネルギーを交換することができる、請求項３０に記載の交換装置。
【請求項３２】
第１の流体が、中空導管の第１の側で毎分９．５リットル以下の流量で流れ、且つ第２の流体が、中空導管の第２の側で毎分５．８リットル以下の流量で流れる、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
交換装置が、１６０℃の温度および７０ｐｓｉｇの圧力で完全である、請求項３０に記載の交換装置。
【請求項３４】
交換装置が、２００℃の温度および５０ｐｓｉｇで完全である、請求項３０に記載の交換装置。
【請求項３５】
交換装置が、共押し出しペルフルオロ中空導管を含む、請求項３０に記載の交換装置。
【請求項３６】
中空導管が、ペルフルオロ熱可塑材から作られる、請求項３０に記載の交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、２００３年１２月２２日に提出された米国仮特許出願公開第６０／５３１，６６６号、および２００４年７月７日に提出された米国仮特許出願公開第６０／５８６，３６３号の便益とこれらに対する優先権を請求するものであり、各々の内容は参照によりその全体を本願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
物質伝達、熱交換、およびクロスフロー粒子濾過装置において、中空繊維と薄壁中空管が使われてきた。これらの応用では、中空管または有孔繊維が、高い表面対体積比を提供し、これは、同様の組成のフラットシート材料で作られた装置より小さい体積で、より大きい熱および物質を伝達することを可能にする。
【０００３】
中空繊維または中空管は、外径および表面、内径および表面、ならびに管または繊維の第１および第２の表面または側間に有孔または無孔材料を含む。内径は、繊維または管の空洞部分を画定し、流体の一つを輸送するために使われる。チューブサイド接触と称されるものについて、第１の流体相は、ときにルーメンと呼ばれる空洞部分を通じて流れ、管または繊維を包囲する第２の流体相から分離された状態に保たれる。シェルサイド接触では、第１の流体相が、管または繊維の外径および表面を包囲し、第２の流体相は、ルーメンを通して流れる。交換機器における充填密度は、交換機器で使用できる有用な中空繊維または中空管の数に関係する。
【０００４】
液体の加熱または冷却が使用される半導体製造での応用例は、硫酸および過酸化水素フォトレジスト剥離溶液、窒化珪素およびアルミニウム金属エッチング溶液のための高温燐酸、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素ＳＣ１洗浄溶液、塩化水素酸および過酸化水素ＳＣ２洗浄溶液、高温脱イオン水リンス、および加熱有機アミンベースのフォトレジストストリッパーを含む。例えば、濾過中に流体から粒子が取り除かれる場合、オゾンや水素等のガスが水に加えられる場合、または銅電気メッキ溶液等の流体から酸素等の溶解ガスが取り除かれる場合には、流体による物質交換が重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
交換装置をポッティングするには、シェルまたは筐体を用意し、シェルの内径表面へポッティング材の薄層を焼結させた。次に中空繊維媒体を含む装置アセンブリを、ポッティングするため、装置アセンブリを熱可塑性樹脂で包囲し、制御された環境の中で温度を上昇させて樹脂を溶かし、そうすることで装置の一端にて媒体のまわりの空間を満たす。樹脂は、媒体を封入するためシェルの中へ十分に流れ込み、先行のステップで、ポッティング材により焼結されたシェルの側壁へ付着する。これまでに使われた他のポッティング方法は、シェルの外側で装置に中空管をポッティングし、ポッティングされた部分を機械加工することにより接合表面を作り、ポッティングされた材料を熱で筐体へ接合する方法、シェルの外側で装置に管をポッティングし、ポッティングされた部分を機械加工することにより、Ｏリングまたはその他の接触シーリング法を用いて、シェルへ機械的に結合できるはめ合いフランジおよび密封面を作る方法を含み、これらの部品は、スナップリング、ネジ式ファスナ、およびまたは二次的接合操作によって一体に保持されることができる。さらなる方法は、各繊維にピンを挿入し、アセンブリをポッティングし、ポッティング後にピンを取り除くことを含む。一部の交換装置は、ルーメン内径に結合剤を充填し、かつポッティングおよび機械加工の後に、結合剤を抽出することにより作られる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、一つ以上の熱可塑性のポッティングされた中空導管へ接合された筐体、シェル、またはスリーブを含む交換装置であって、筐体、シェル、またはスリーブは、筐体の表面に溝またはチャネル等の構造物を含むことができる。溝がある場合、熱可塑性ポッティング材は、筐体表面の溝の少なくとも一部を満たし、これらの一部へ接合することにより、ポッティングされた中空導管を備える単体端部構造を形成する。その後、装置の各ポッティングされた端部で導管の空洞を露出するため、単体端部構造は、切開されてよい。構造は、ポッティングされた装置の流体完全性を保ちつつ、より高い温度および圧力でポッティングされた装置を使用することを可能にする。本発明の交換装置と該交換装置を製造する方法は、完全に接合されたメンブレン接触器、ガス接触器、オゾン接触器、脱気器、熱交換器、ヒーター、ガススクラバ、中空繊維フィルタ、およびこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、処理流体の収容に適する筐体の中へ動作媒体をポッティングすることを要するあらゆる装置を含む。装置は、ペルフルオロ熱可塑材を含む、熱可塑材を用いて作ることができる。交換装置は、好ましくは、一つ以上のペルフルオロ熱可塑材から作られる。
【０００７】
本発明は、ポッティング材と、筐体シェルのチャネルまたは溝等の構造物との間に機械的連結およびまたは融合接合をもたらすことによって、そのようなポッティングされた装置の強度を改善する。連結およびまたは接合は、密封面にて機械的強度を持つ成形体として作用し、はめ合い部品の分離を防ぐ。その一部は筐体壁に対し平行でなくともよい溝とそれらの付加的表面積は、ポッティング樹脂の溝表面の少なくとも一部への融合および付着をもたらす。理論により束縛されることを望まず、この接合は、筐体シェルの熱または圧力膨張によって生じる、半径方向力へのせん断成分を加えることができると考えられる。このせん断成分は、装置の強度を改善すると考えられる。
【０００８】
本発明の一実施形態は、一つ以上の熱可塑性中空導管を有する熱可塑性筐体を含む交換装置であって、一つ以上の熱可塑性中空導管は、熱可塑性樹脂によって筐体またはスリーブの少なくとも一端部へ流体密封された、中空管、有孔中空繊維、またはこれらの組み合わせを含むことができる。熱可塑性樹脂は、筐体の端部部分への融合およびまたは機械的接合によって、筐体内の突起、溝、またはこれらの組み合わせ等一つ以上の構造物へ流体密封される。筐体構造物と樹脂は、樹脂、導管、および筐体が筐体の一部で融合する、単体端部構造を形成する。単体端部構造は、導管の空洞を開放するため機械加工されてよく、または切断されてよい。交換装置は、溝の表面を含む筐体の内側に焼結された熱可塑材被覆を有してよい。交換装置筐体は、シェル側と流体連絡する流体継手を、そしてルーメンまたは装置の穴側と流体連絡する流体継手を含んでよい。交換装置は、様々な熱可塑材から作られ、熱可塑材は、好ましくは、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＭＦＡ、またはこれらの組み合わせなどのペルフルオロポリマーであるが、これらに限定されない。交換装置は、中空管、有孔中空繊維、被覆中空繊維、熱可塑性管、共押し出し中空管、またはこれらの組み合わせであってよい、ポッティングされた導管を含むことができるが、これらに限定されない。好ましくは、ポッティングされた中空導管の端部は、ポッティングプロセスに続く切断によって開放される。ポッティング樹脂の筐体溝との機械的連結およびまたは融合は、特に温度または圧力によるストレスを受けるときに、シェルとポッティングされた部分をともに同伴させる働きをする。ポッティングされた材料を上回る筐体の拡張または収縮は、減らされ、アセンブリ（筐体、ポッティング、および中空導管）を完全な状態に保つ。
【０００９】
本発明の別の実施形態は、熱可塑性樹脂にポッティングされた一つ以上の流体密封された中空導管を有する、熱可塑性筐体を含む交換装置であって、熱可塑性樹脂は、筐体の内面の一つ以上の溝の容積を占める。ポッティングのときに、溝と樹脂は、中空導管とともに単体端部構造を形成し、ここで熱可塑性樹脂と筐体は、溝の一部で融合し、樹脂と中空導管が融合することで、単体端部構造を形成する。筐体の内面と溝には、ポッティング樹脂を融合できる焼結された熱可塑材でコーティングされてもよい。導管ルーメンを露出するため、ポッティングされた中空導管は、単体端部構造の一部を切ることによってまたは機械加工することによって、開放されてよい。交換装置は、好ましくは、流体接触面がペルフルオロ化されるよう構成され、交換装置は、より好ましくは、全てペルフルオロ熱可塑材で構成される。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、基板を洗浄するためまたはコーティングするために使われる処理流体とエネルギーまたは物質を交換するための機器である。機器は、一つ以上の熱可塑性中空導管を有する交換装置を含むことができ、一つ以上熱可塑性中空導管は、導管の第１の端部部分で熱可塑性樹脂に融合される。熱可塑性樹脂は、第１のスリーブまたは熱可塑性筐体の第１の端部の内面に融合されることができ、または第１のスリーブの内面の一つ以上の構造物に、または熱可塑性筐体の第１の端部に融合されることができる。熱可塑性中空導管の第２の端部部分は、熱可塑性樹脂と融合される。熱可塑性樹脂は、第２のスリーブまたは熱可塑性筐体の第２の端部の内面に融合させることができ、あるいは樹脂は、第２のスリーブの内面の一つ以上の構造物へ、または熱可塑性筐体の第２の端部の構造物に融合させることができる。動作流体または交換流体の源は、交換機器の第１の流体入口へ接続され、処理流体の源は、交換機器の第２の流体入口へ接続される。第１および第２の流体入口は、中空配管壁によって、かつ筐体またはスリーブへ接合されたポッティング材によって隔てられる。機器によって処理される一つ以上の基板へ制御された量の調整された流体を供給するため、交換装置の第２の流体入口と流体連絡する流体コントローラを使用できる。流体コントローラは、一つ以上の基板を収容するタンクまたは堰へ調整済み流体を供給してよく、あるいはこれは、静止した、回転する、または移動する基板へ直接に調整済み流体を供給してよい。流体コントローラは、流体ポンプ、分与ポンプ、または液流コントローラであることができるが、これらに限定されない。交換流体は、好ましくは、温度制御された流体の源である。処理される基板は、好ましくは、シリコンを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、熱可塑性樹脂にポッティングされた一つ以上の流体密封された中空導管を有する、熱可塑性筐体を含む交換装置である。交換機器は、一つ以上の共押し出し熱可塑性中空導管を含んでよく、好ましくは筐体または一つ以上のスリーブを有し、中空導管は、筐体内の突起、溝、またはこれらの組み合わせ等、一つ以上の構造物によって筐体の一部へ接合される。樹脂は、筐体の内面の一つ以上の溝の容積を占めることができ、その表面へ接合する。溝であってよい構造物と樹脂は、中空導管とともに単体端部構造を形成し、樹脂と筐体が、一つ以上の中空導管とともに単体端部シールを形成するように、溝の一部または筐体上のコーティングに融合する。装置は、熱可塑材の融点または連続使用温度より下の温度で、装置の流体完全性を、例えば筐体とポッティング樹脂との間、または中空導管と樹脂との間の接合を保ちつつ、流体を処理するために使用されてよい。この温度は、中空導管壁のいずれかの側での流体の圧力に応じてもよい。装置は、少なくとも５０℃、好ましくは少なくとも１４０℃、より好ましくは２００℃まで、そして最も好ましくは２００℃以上であるが熱可塑材の融解または連続使用温度より下の温度で、装置の流体完全性を、例えば筐体とポッティング樹脂との間、または中空導管と樹脂との間の接合を保ちつつ、流体を処理するために使用されてよい。交換装置は、好ましくは、これらの温度で、流体の圧力が、少なくとも１０ｐｓｉｇ、好ましくは少なくとも５０ｐｓｉｇ、そしてより好ましくは７０ｐｓｉｇ以上であるときに、その流体完全性を保つ。装置の完全性は、中空導管の充填密度が、容積にして、３パーセント〜９９パーセント、好ましくは容積にして、２０パーセント〜７０パーセント、より好ましくは容積にして、４０パーセント〜６０パーセントを有する交換機器に対して維持されることができる。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、交換装置を製造する方法であって、筐体またはスリーブの端部部分内に熱可塑材を流し込むことを含み、筐体またはスリーブは、突起、溝、またはこれらの組み合わせ等の構造物を筐体またはスリーブの内面に任意に有し、熱可塑材は、筐体またはスリーブ内に位置する一つ以上の中空導管の間を流れる。筐体の溝は、筐体またはスリーブの表面または軸に沿って、他の溝または通気チャネルによって相互に接続されることができる。方法は、さらに、単体端部構造を形成するため、熱可塑材と中空導管との間の流体密封シール、および熱可塑性ポッティング樹脂と筐体との間に流体密封シールを形成することを含む。溝が使われる場合、好ましくは、熱可塑性ポッティング樹脂は、筐体またはスリーブの溝の少なくとも一部を占め、なおさら好ましくは、樹脂は、溝の一部と、または筐体と溝の表面をコーティングする焼結された熱可塑材と融合する。中空導管を通じて流体が流れることを可能にするため、導管の空洞部分は、切開されることができる、または機械加工されることができる。筐体は、好ましくは、１つ以上の筐体表面に、ポッティング樹脂と融合できる熱可塑材のコーティングを有する。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、流体を処理する方法であって、二つの側とこれら側間に挟まれた熱可塑性壁とを有する、少なくとも一つの中空導管の第１の側に、処理されるべき処理流体を流すことを含み、中空導管は、熱可塑材内に流体密封の方法でポッティングされる。熱可塑性ポッティング材は、装置の筐体へ接合され、筐体は、内面の少なくとも一部に、一つ以上の構造物の一部に、またはポッティング樹脂と融合できる筐体の内面のこれらの組み合わせに、焼結された、共押し出しされた、または成形された熱可塑材を有する。筐体に溝が存在する場合、熱可塑材、中空導管、および筐体間に流体密封シールを形成するため、筐体溝の少なくとも一部は、熱可塑材に接合される。方法は、中空導管の第２の側に交換または動作流体を流すことによって、エネルギー、物質、またはこれらの組み合わせを、処理されるべき処理流体と交換することを含む。エネルギー、物質、またはこれらの組み合わせは、処理流体へ、または処理流体から中空導管壁を通じて交換流体へ伝達される。中空導管は、一つ以上の無孔中空管、被覆または無被覆有孔中空繊維、共押し出し無孔中空管、共押し出し有孔中空管、またはこれらの組み合わせでよい。
【００１４】
本発明の実施形態における交換装置は、溝等の構造物が、筐体またはスリーブへ中空導管の接合を可能にし、合体して熱可塑性樹脂溶解物の中に泡を形成する、生成されたまたは溶解されたガスの通気を可能にする点が有利である。熱可塑性樹脂、好ましくは、ペルフルオロ熱可塑性樹脂は、約１００℃より高い温度で溶解する。本交換装置で使われる熱可塑材は、ポッティングプロセス中に、中空導管の一部へ、および筐体または溝へ融合する。本発明の交換装置は、ともに接合された全てペルフルオロ材料から作ることができ、機械的ロッキングピン、シリコン樹脂、および他の非ペルフルオロポリマー接合樹脂の必要性を解消する。本発明の交換器は、さらに、筐体に接合された強化リブの必要性を解消する。強化リブをなくすと、製造コストが減り、より多くの中空導管を装置で使用することも可能となり、その結果、より大きな接触表面積と充填密度がもたらされ、これが伝達性能と効率を向上させる。本発明の交換装置において中空導管が接合される筐体、エンドキャップ、またはスリーブに溝等の構造物を設けることにより、浸漬交換器、溶接可能なゼロクリアランス交換器、および一つ以上の異なるエンドキャップを備える交換器を含む幅広い種類の装置を、容易く入手できまたは容易く機械加工できる部品を用いて作ることができる。有利なことに、高純度応用の場合、流体と汚染物質を捕らえることができるポッティング樹脂内の応力緩和チャネルは、本発明の交換装置において必須でない。これは、製造プロセスを大いに簡素化し、交換装置においてより多くの薄壁中空導管の使用を可能にする。
【００１５】
部分的に、本発明の実施形態の他の態様、特徴、便益、および利点は、以下の説明と請求項と添付の図面とに関して明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本構成および方法が記載される前に、記載される特定の分子、組成、方法論、またはプロトコルが変わることができるので、本発明が、これらに限定されないことを理解されたい。記載で使われる用語が、特定のバージョンまたは実施形態だけを記載することを目的とするものであること、および請求項によってだけ限定される本発明の範囲を限定することを意図しないことも理解されたい。
【００１７】
本明細書と請求項で使われる単数形の「ある」、「１つの」、および「その」が、文脈に別段の明示がある場合を除き、複数の言及を含むことにも留意しなければならない。したがって、例えば、「中空管」への言及は、当業者にとって知られている一つ以上の中空管とその等価物などを言及する。別段の規定がある場合を除き、本明細書で使われる技術的および科学的用語は、どれも当業者によって共通して理解される同じ意味を持つ。本発明の実施形態の実施または試験には、本明細書で記載された方法および材料と同様のまたは等価の任意の方法および材料を使用できるが、好適な方法、装置、および材料をこれより記載する。本明細書で述べる刊行物は、どれも参照により組み込まれる。本明細書における何物も、先行の発明を理由に、本発明にかかる開示に先立つ権利が与えられないことを容認するものと解釈されるべきでない。
【００１８】
本発明の交換装置のバージョンは、ポッティングプロセスで、導管の第１の端部部分で熱可塑性樹脂へ融合または接合される、一つ以上の熱可塑性中空導管を含むことができる。導管へ接合される熱可塑性樹脂は、第１のスリーブの内面に、または熱可塑性筐体の第１の端部の構造物へポッティングすることによって、内面およびまたは一つ以上の構造物へ融合または接合されることができる。熱可塑性中空導管の第２の端部部分は、熱可塑性樹脂と融合または接合され、熱可塑性樹脂は、内面へ、または第２のスリーブの内面の一つ以上の構造物へ、または熱可塑性筐体の第２の端部の構造物へ融合される。融合された導管の空洞は、樹脂を切断し、かつ導管端部を開放することによって、開放されることができる。熱可塑性樹脂が接合する筐体またはスリーブの表面は、突起、溝、またはこれらの組み合わせ等の構造物を含むこともでき、構造物は、好ましくは、筐体またはスリーブの表面の溝である。交換装置の中空導管は、中空管、有孔中空繊維、被覆中空繊維、熱可塑性管、共押し出し中空管、またはこれらの組み合わせであってよい。
【００１９】
本発明の交換装置およびそれら交換装置を作る方法は、動作媒体、例えば薄壁中空管または有孔中空繊維を、熱可塑性樹脂で筐体または一つ以上のスリーブ内にポッティングすることを含む。筐体にポッティングされた中空管または繊維は、それらの壁を通じて、調整される処理流体を、物質、エネルギー、またはこれらの組み合わせを処理流体に対して伝達することができる、交換流体または動作流体から分離する。そのような交換装置は、完全に接合されたメンブレン接触器、ガス接触器、オゾン接触器、脱気器、熱交換器、ガススクラバ、ヒーター、中空繊維フィルタ、またはこれらの組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。これらの装置は、中空熱可塑性管によって隔てられた液体間で熱、物質、またはこれらの組み合わせを、交換または伝達するために使用されてよい。装置は、浸漬式であってよく、または処理流体および交換流体を別々に収容するための筐体を含んでよい。
【００２０】
交換装置のあるバージョンは、導管の第１の端部部分で、熱可塑性樹脂へ融合される一つ以上の共押し出し熱可塑性中空導管を含み、熱可塑性樹脂は、第１のスリーブの内面へ、または熱可塑性筐体の第１の端部へ融合される。熱可塑性中空導管の第２の端部部分は、熱可塑性樹脂で融合され、熱可塑性樹脂は、第２のスリーブの内面へ、または熱可塑性筐体の第２の端部へ融合される。ポッティングされた単体端部構造からの中空導管の端部は、熱可塑性樹脂および導管の一部を切断またはフライス加工することによって、流体の流れに対して開放されてよい。任意に、交換装置筐体またはスリーブは、一つ以上の流体継手を含む。共押し出し中空導管は、中空導管を構成する一つ以上の層と混合または結合される熱伝導材料を含んでよい。交換装置のための熱可塑性筐体またはスリーブは、ポッティングプロセスの間に、これがポッティング樹脂と融合することを許容する組成を有するように選ばれる。これは、熱可塑材、その内面に焼結材料を備える熱可塑材、一つ以上の熱可塑性層を備える共押し出し熱可塑材、一つ以上の熱可塑性部分を備える成形された熱可塑材から作られる、筐体またはスリーブを含んでよい。筐体は、好ましくは、ポッティング材と接触する筐体またはスリーブの壁の一部で、接合プロセスのときにポッティング材と融合できる熱可塑材を有する。筐体またはスリーブは、滑らかな表面を有してよく、あるいはこれはポッティング樹脂と接合するため、これの内面に形成された一つ以上の構造物を有してよい。
【００２１】
本発明の流体−流体相接触器または交換装置は、熱可塑性ポリマー材料から、好ましくはペルフルオロ熱可塑性ポリマーから作られることができる。装置は、調整されるべき流体を動作流体または交換流体に接触させるために使用できる。接触器または交換装置は、例えば図１Ａに示すとおり、複数のペルフルオロ熱可塑材の中空繊維メンブレンまたは中空管１３０の束を含む。これらの中空管は、有孔または無孔であってよく、それぞれ第１の端部１１０と第２の端部１２２とを有する。メンブレンおよび管は、内面１０９と外面１１１とを有する。中空メンブレンおよび中空管の場合、内面は、ルーメンまたは穴を備える。中空導管は、無孔中空管から選ばれてよく、中空繊維メンブレンは、有孔被覆内面と、有孔外面と、これらの間に有孔支持構造とを有し、中空繊維メンブレンは、無孔被覆内面と、有孔外面と、これらの間に有孔支持構造とを有し、中空繊維メンブレンは、有孔被覆外面と、有孔内面と、間に有孔支持構造とを有し、中空繊維メンブレンは、無孔被覆外面と、有孔内面と、間に有孔支持構造を有する。包囲するペルフルオロ熱可塑性筐体とともに単体端部構造を形成するため、導管またはメンブレンの束の各端部は、液体密封ペルフルオロ熱可塑性シールでポッティングされることができ、図１Ａの１１０および１２２により示すとおり、繊維の端部は、流体流に対して開放される。一実施形態において、筐体１２４は、チャネルまたは溝１０４および１１６を備える内壁を有し、内壁の一部は、熱可塑性ポッティング樹脂で満たされ、筐体１２４は、さらに外壁を有する。筐体内壁は、内側筐体壁と、中空管または中空繊維メンブレンの外側１１１との間で流体容積を画定する。筐体は、筐体入口１１２で供給される第２の流体と接触させられるように、第１の流体を束の第１の端部１１０へ供給するために第１の流体入口１０２を有してよい。筐体は、接触した第１の流体を中空管１３０の第２または出口端部１２２から取り除くため、第１の流体出口１１８接続を有してよい。中空繊維または管の壁を通じて第１の流体と接触させられる第２の流体を供給するため、筐体流体入口接続１１２を使用することができる。第２の流体は、筐体１２４の内壁と、中空繊維メンブレンまたは管１３０との間に形成される容積を占める。筐体は、接触した第２の流体を取り除くため、第２の出口１３４接続を含んでよい。
【００２２】
第１の流体を第２の流体に接触させるため、熱可塑性ポリマー、好ましくはペルフルオロ熱可塑性ポリマーから実質的に作られる流体−流体相接触器を作る方法は、第１の端部と第２の端部とを有する、中空繊維メンブレン、中空管、またはこれらの組み合わせ等、複数のペルフルオロ熱可塑性中空導管の束を形成することを含んでよい。中空導管は、外面と内面とを有し、内側メンブレン表面は、ルーメンまたは穴を備える。装置に使用できる中空繊維メンブレンとこれを作る方法は、有孔被覆内面と、有孔外面と、これらの間に有孔支持構造とを有する中空繊維メンブレン、無孔被覆内面と、有孔外面と、これらの間に有孔支持構造とを有する中空繊維メンブレン、有孔被覆外面と、有孔内面と、これらの間に有孔支持構造とを有する中空繊維メンブレン、および無孔被覆外面と、有孔内面と、間に有孔支持構造とを有する中空繊維メンブレンからなるグループから選ばれることができる。図１１に示すとおり、中空導管１１０６は、チャネルまたは溝１１１２を備える内壁と外壁１１０４とを有する、ペルフルオロ熱可塑性筐体またはペルフルオロ熱可塑性スリーブ１１０２の端部によって位置付けられ且つ包囲される。中空導管の端部とともに液体密封ペルフルオロ熱可塑性シールを形成するために、およびチャネルまたは溝１１１２および１１１６の一つ以上の熱可塑性樹脂との接合を含む、包囲するペルフルオロ熱可塑性筐体を有する単体端部構造を形成するために、中空導管１１０６は、筐体内に位置する束の各端部、または別の筐体スリーブ（図１Ｃに示される構造）へポッティングされた束の各端部で、ペルフルオロ熱可塑材１１０８を用いてポッティングされる。中空導管を通じて流体の流れを提供するため、好ましくはポッティングの後に、中空導管の端部は、筐体の両端部または個別スリーブ（図１Ｃに示される構造）の端部で開放される。方法は、さらに、一つ以上の接合されたエンドキャップ、導管、または一つ以上の流体継手を提供するため、装置の筐体または一つ以上のスリーブを修正する動作を含んでよい。代わりに、装置は、流体フロー回路または容器の中へ直接的に接合または溶接されてよい。装置は、浸漬装置として、または流体フロー回路においてインラインで使用されてよい。非限定的例において、図１Ａの筐体１２４は、入口１１２にて供給されてよい第２の流体と接触させられる第１の流体を、束の第１の端部１１０へ供給するため、筐体端部１３２へ接合された流体入口１０２を備える第１のエンドキャップ１３６を有してよい。筐体は、接触した第１の流体を中空導管１３０の第２または出口末端１２２から取り除くため、筐体末端１２１へ接合された流体出口接続１１８を備える第２のエンドキャップ１２０を有してよい。筐体流体入口接続１１２は、筐体１２４へ接合されることができ、中空導管１３０の壁を通じて前記第１の流体と接触させられる第２の流体を供給するために使用することができる。第２の流体は、筐体１２４の内壁と中空導管１３０との間に形成される容積を占める。筐体は、接触した第２の流体を取り除くため、筐体１２４へ接合された第２の出口１３４接続を含んでよい。
【００２３】
中空導管コード、中空繊維、または中空管の筐体へのポッティングおよび接合は、例えばニュージャージー州ソロフェア（Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ，ＮＪ）のＡｕｓｉｍｏｎｔ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から入手できる、Ｈｙｆｌｏｎ（登録商標）ＭＦＡ  ９４０  ＡＸ樹脂などであるが、これに限定されない、熱可塑性樹脂ポッティング材を使用して単一のステップで果たすことができる。装置は、例えばフレーム上で中空管または中空繊維を包み、かつポットの底面から約１／８〜１／４インチ（０．３１８ｃｍから０．６３５ｃｍ）持ち上げられて、ポット内でアニーリングすることによって準備された、少なくとも一つの閉鎖端部を備える束中空管およびまたは中空繊維コードレングスの一部を、垂直に置くことによって作られることができる。ペレット状の熱可塑性樹脂を、装置のシェルの外側のまわりに置くことができ、樹脂を溶かすため、ポットを加熱することができる。温度は、中空繊維の場合には約２７０℃〜２８５℃から、薄壁中空管および共押し出し中空管の場合には約２８０℃〜３０５℃でよい。樹脂は溶け、上部圧力と毛管作用によって、シェル内へかつルーメン間に流れ込む。代替の方法は、容器の中で保持された溶融熱可塑性ポリマーのプールにおいて作られる一時的凹所を作ることにある。中空導管は、定められた垂直位置に保持され、熱可塑性ポリマーを溶融状態に保ち、これは一時的凹所内へ、中空導管のまわりに、そして中空導管から上に垂直に流れ、中空導管と、筐体またはスリーブ壁の溝等一つ以上の構造物との間の介在する隙間を満たす。一時的凹所は、中空導管の束を適所に位置付け且つ固定するに十分な期間にわたり、溶融ポッティング材の中で凹所であり続け、その後溶融熱可塑材で満たされる、凹所である。凹所の一時的性質は、ポッティング材が保持される温度、中空導管束配置の間にポッティング材が保持される温度、およびポッティング材の物理的特性によって制御されることができる。中空導管の端部は、密封することにより、栓をすることにより、あるいは好適な実施形態においてはループ状に形成されることにより、閉ざされることができる。
【００２４】
図１２Ａに例示され図１２Ｃに示すとおり、一つ以上の熱可塑材層を有する共押し出し中空導管、中空管、および中空繊維は、上記の方法を用いてポッティングされてよいが、これらはまた、複数のこれらの中空導管を、筐体またはスリーブにおいてほぼ平行関係に互いに接触させて置くことによって、ともに、およびスリーブまたは筐体に融合されてよい。加熱された流体が、導管のより低い溶解外部熱可塑性層をともに融合するために、これらの共押し出し中空導管の端部の内部へ、およびスリーブにおいて中空導管の一体的に接合された流体密封配置を形成するために、筐体壁へ導入されることができる。表面に溝および突起等の構造物を任意に有する筐体またはスリーブは、中空導管と接合できる、その内面へ融合される、またはその内面へ成形される熱可塑性層を有してよい。代わりに、第一のステップでともに接合された融解管は、筐体において熱可塑性樹脂でポッティングされることができる。
【００２５】
中空管をポッティングする別の方法は、ポッティング樹脂、中空管、および筐体の単体端部構造を形成するため、筐体端部またはスリーブで、複数の熱可塑性中空管または繊維の一部を、熱可塑性ポッティング樹脂に融合することを含む。筐体またはスリーブの内部は、一つ以上の融解できる突起、一つ以上のチャネルまたは溝を、その表面に有することができる。代わりに、共押し出し筐体の内層は、ポッティング樹脂へ融合できる熱可塑性層を有することができる。図１１に示すとおり、プロセスは、加熱カップ１１３６の中にアセンブリ（筐体１１０２、中空管１１０６、および樹脂１１０８）を置くこと、および樹脂１１０８、中空管１１０６、および筐体１１０２が、中空管１１０６の構造を損なうことなくともに融合できるまで、外部加熱ブロックまたは他の熱源により、加熱カップ１１３６内のポッティング樹脂１１０８を加熱することを伴ってよい。ＦＥＰ、ＰＦＡ、およびＭＦＡ等のペルフルオロ熱可塑材の場合、これは、溶解物が澄み、且つ捕捉された泡がなくなるまで、約２６５℃から３０５℃あたりまでの範囲、約２８０℃から３０５℃あたりまでの好適な範囲の温度でよい。加熱中に樹脂溶解物は、高さが、シェルの内側でシェルの外側と等しくなるかまたはほぼ等しくなるまで、繊維の間を上に、そしてシェルの中に流れる。代わりに、凹所または空洞を作るため、溶解物の中へ棒が挿入される。次に、溝またはチャネル１１１２および１１１６を備える筐体１１０６と中空管束１１０６が、空洞内に挿入される。この時点では、中空管束も筐体も、ポッティング樹脂に触れない。溶けた樹脂１１０８は、重力によって流れ、中空管をポッティングする時間にわたって筐体の空隙およびチャネルを満たし、同時に筐体へ接合する。冷却後、筐体の反対側の端部（図示せず）または別のスリープのために、ポッティングプロセスが繰り返されてよい。ポッティングされた端部が冷やされた後、これら端部は切ることができ、中空管のルーメンを露出されることができる。管空洞を開放するため、かつ図７Ｃに示すとおり筐体またはスリーブの末端部分７２７から隔てて窪んでポッティングされた領域７２５を形成するため、ポッティングされた端部は、機械およびビットによってフライス加工されてよい。中空管１３０は、流体密封シール１０８および１２６を、それぞれポッティング樹脂１０６および１１４で形成する。ポッティングされた表面は、汚れたまたは粗いポッティングされた表面を溶かして無くすため、ヒートガンを用いてさらに磨かれてよい。２０００本以上等の多数の中空管を備えるモジュールの場合、モジュールは、ポッティング欠陥を有することがあり、これはクリーンな半田ごてを使って損傷エリアを融合し且つ閉ざす、または半田ごてを使って欠陥部分の中へ新しい樹脂を溶かし込むことによって、直すことができる。
【００２６】
図１Ａは、一つ以上の溝を筐体壁に備える筐体またはスリーブを有する交換装置を示し、ここで筐体は中空管を取り囲む。交換装置は、筐体またはスリーブ１２４へ接合されることができ、ねじ込まれることができ、溶接されることができ、または他の適切な手段によって接続できる、エンドキャップ１３６の部分である流体入口継手１０２を有することができる。筐体１２４は、筐体またはスリーブ内に一つ以上のチャネルまたは溝を、例えば１０４および１１６（わかりやすくするため他の溝は図示せず）を有する。ポッティング、中空管、または両方の組み合わせから、例えば１０６および１１４の熱可塑性樹脂は、一つ以上の中空管１３０を筐体の溝１０４および１１６へ接合する。１０８および１２６で示すとおり、樹脂１０６および１１４は、中空管１３０と接合し、且つ筐体溝１０４および１１６とともに流体密封シールを形成する。各中空管は、筐体またはスリーブ１２４へ接合された入口１１０および出口１２２を含む。筐体は、筐体１２４とともに接合される流体継手、ねじ込まれる流体継手、成形される流体継手、またはこれらの組み合わせであってよいがこれらに限定されない流体継手１１２および１３４を任意に含んでよい。交換装置は、筐体またはスリーブ１２４へ接合されることができ、ねじ込まれることができ、溶接されることができ、または他の適切な方法によって接続できる、エンドキャップ１２０の部分である流体出口継手１１８を有することができる。中空管１３０は、単体端部構造を形成するために熱可塑性樹脂にポッティングされることができ、管端部は、筐体端部１３２と同じ平面の中空管のルーメンを開放するために切られる。代わりに、ポッティング樹脂および中空管は、機械加工されることができ、管を切断して開放し、且つ筐体の端部またはスリーブ端部１３２から位置１２８まで材料を除去し、かつ１２１から位置１１７まで材料を除去する。この除去は、単体端部構造において管を開放し、筐体またはスリーブ１２４へのエンドキャップの熱接合を促進する。中空管１３０は、有孔中空繊維、被覆中空繊維、無孔中空管、共押し出し中空管、またはこれらの任意の組み合わせであることができるがこれらに限定されず、管は、好ましくは熱可塑性であり、または熱可塑材を含む。
【００２７】
図１Ｂは、中空導管１６６の端部部分を取り囲む筐体を有する浸漬型交換装置を示す。装置は、筐体またはスリーブ１４８の壁に一つ以上のチャネルまたは溝１４２を有する、筐体またはスリーブ１４８へ載置されたエンドキャップ１６８を有してよい。エンドキャップは、流体入口継手１４０を有することができ、この流体入口継手１４０は、流体入口を設けるため、エンドキャップへ成形されることができ、融合接合されることができ、ねじ込まれることができ、または別なやり方で載置されることができる。筐体１４８は、好ましくは、一つ以上の中空導管１６６へ接合でき、かつ一つ以上のチャネル１４２において熱可塑性樹脂１６４へ接合できる、熱可塑材であるか、またはこの熱可塑材を含む。中空導管１６６と熱可塑性樹脂は、流体密封接合またはシール１４６を形成する。各中空導管は、筐体またはスリーブ１４８および１５８へ接合された入口１３８および出口１３９を含む。装置は、筐体またはスリーブに一つ以上のチャネルまたは溝１５０を有する、筐体またはスリーブ１５８へ載置されたエンドキャップ１５６を有してよい。エンドキャップ１５６は、流体出口を設けるため、エンドキャップ１５６へ成形されることができ、融合接合されることができ、ねじ込まれることができ、または別なやり方で載置されることができる、流体出口継手１５４を有することができる。筐体１５８は、好ましくは、一つ以上の中空導管１６６へ接合でき、かつ一つ以上のチャネル１５０で熱可塑性樹脂１５２へ接合できる、熱可塑材であるか、またはこの熱可塑材を含む。一つ以上の中空導管１６６と熱可塑性樹脂１５２は、流体密封接合またはシール１６２を形成する。中空導管１６６は、流体密封シールを形成するために樹脂でポッティングされることができる、有孔中空繊維、中空管、共押し出し中空管、またはこれらの組み合わせであってよい。中空管は、好ましくは熱可塑性であって、または熱可塑材を含有する。図１Ｂにおいて中空管１６６は、内層１４４（実線）と外層１６０（破線により示され、図７Ｃおよび図１２Ａから図１２Ｄも参照せよ）とを有するものとして描かれている。例えば、内層１４４は、ＰＦＡ等の熱可塑材に相当してよく、他方、外側熱可塑性層１６０は、ＭＦＡポッティング樹脂と融合できるＭＦＡ、または内側中空管層１４４へ熱で接合されるＦＥＰ等、熱可塑材でよい。共押し出し管の外層は、樹脂（図示せず）にポッティングされる中空管のこれら部分だけを覆ってよく、あるいはこれは図解のとおり中空管の外側を覆ってよい。中空管１６６は、もうひとつの共押し出し熱可塑性管、好ましくはペルフルオロ熱可塑材であってよいが、有孔または被覆熱可塑性中空繊維、または熱可塑材コーティング金属またはセラミック管状材料であってよいが、これらに限定されない。
【００２８】
図１Ｃは、中空導管の一部を取り囲むスリーブまたは筐体１８６を有する交換装置を図解するものであり、中空導管は、中空管または中空繊維でよい。流体は、１７０にて装置に入り、１８４にて装置から出る。流体入口継手または導管は、筐体１８６へ接続されてよく（図１Ａ参照）、あるいは装置は、入口端部１７３および出口端部１８１にて流体処理マニホールドへ溶接されることができる。筐体１８６は、熱可塑性樹脂１７２または１８０へ接合する一つ以上のチャネルまたは溝１７４および１８２を含む。筐体には、筐体１８６へ接合され、成形され、ねじ込まれ、または別なやり方で接続される、一つ以上の流体入口１７８および流体出口１９６コネクタを設けてよい。筐体１８６にてチャネル１７４および１８２へ接合される熱可塑性樹脂１７２および１８０は、また、有孔中空繊維、無孔中空管、共押し出し管またはこれらの任意の込み合わせを含むがこれらに限定されない、一つ以上の中空管１９２へ接合する。各中空管は、筐体またはスリーブ１８６へ接合された入口１９０および出口１９４を含む。例えば１７６および１８８で、樹脂へ接合する中空管が示される。説明の目的だけで示すとおり、配管端部とポッティング樹脂は、筐体の端部の内側で切られてよい。樹脂１７２と中空導管１９２は、機械加工によって１７５まで除去されてよく、導管端部を開放するため、樹脂１８０と中空導管１９２は、１８３まで機械加工されてよい。窪んだ端部は、筐体端部１７３および１８１へのエンドキャップの後での接合または溶接に役立てることができる。
【００２９】
図２Ａは、中空導管との接合に使用される、筐体、エンドキャップ、またはスリーブの一部にあるチャネルまたは溝の非制限的例を断面で図解する。そのような溝は、長方形の溝（Ｂ）、台形の溝（Ａ）、およびこれらの組み合わせ、または他の形状を含むが、これらに限定されない。溝の幅、溝の深さ、溝の互いの間隔、および筐体端部からの溝の間隔は、無制限に変更されてよい。図２Ａは、管の内側部分での台形の溝２０４を備える円筒形スリーブの一部の断面を示す。これらの溝は、筐体２０２の壁に内側筐体表面２１０から深さ２０８、および筐体またはスリーブの外面２１６から距離２１２までフライス加工されることができる、または形成されることができる。図２Ｂは、溝２４２等、長方形の溝またはチャネルを図解する。筐体の溝は、筐体またはスリーブ端部２３０から距離２２４のところに形成されてよい。筐体端部２３０は、エンドキャップへ接合、または流体導管へ溶接できる。溝は、２３２と２３６との間の距離によって示される開口によって特徴づけられることができる。溝は、等しく間隔をおいて、例えば２４４および２４６または２４６および２５０でよく、あるいは溝は、溝２４２と２４４との間のより大きい距離によって示されるとおり、不均等に間隔をおいて離れてよい。溝は、筐体の内面２３８から深さ２２０を有してよい（溝は外面２４０にあってもよい、図示せず）。
【００３０】
図３は、筐体、エンドキャップ、またはスリーブにおいて、一つ以上の成形されたチャネルまたは溝３０４を備える、交換装置筐体、スリーブ、またはエンドキャップの端部部分を断面で図解するものであり、筐体、エンドキャップ、またはスリーブにおいて、種々のタイプの管が接合される、またはポッティングされる。開いた台形として描かれている溝またはチャネル３０４は、筐体またはスリーブ壁３１４に形成できる任意の形状でよい。スリーブ壁は、内面３１６と外面３０８とを有する。内面３１６は、熱可塑性樹脂および一つ以上の中空導管と融合できる、熱可塑性層（図示せず）を含んでよい。一つ以上のチャネル３０４の表面は、熱可塑性樹脂３１０へ、筐体３１４内の一つ以上の中空管３１８および３２０とともに接合される。筐体、スリーブ、またはエンドキャップの厚み、３０８と３１６との間の距離は、交換装置の目的用途での圧力および温度安全定格を満たすように選ぶことができる。図３において、３１８は、流体密封シールを形成するために、樹脂３１０にポティングされる、中空管、有孔または被覆中空繊維、共押し出し中空管、またはこれらの任意の組み合わせであってよい中空導管を図解する。図３において、３２０は、熱可塑性樹脂３１０により筐体３１４へ接合された共押し出し中空管の図解であり、３３０は、隣接する管をともに接合する樹脂を図解する。中空管３２０は、表面３２２を備える内側部分または層と、外側部分または熱可塑性層３２６とを有する。外層と内層は、いずれも熱可塑材であってよく、外層３２６は、好ましくは熱可塑性樹脂と融合できる熱可塑材であり、より好ましくは内層３２２より低い融点温度を持つ。共押し出し中空導管の一つ以上の層のための熱可塑材は、好ましくはペルフルオロ熱可塑材である。
【００３１】
交換装置は、処理流体を受け、処理流体を再循環ループへまたは分与ツールへ送り出すため、筐体へ接続された処理流体入口および出口を有してよい。交換装置は、交換流体の流れのため交換流体または動作流体入口および出口継手を有することができ、交換流体は、中空管の壁の材料と筐体を管へ接合するポッティングとによって、処理済の流体または処理流体から分離される。交換流体は、中空管壁を通じて、処理流体との間で物質およびまたはエネルギーを交換する、または伝達させる。本発明の交換装置は、交換装置の処理流体入口と流体連絡する再循環ポンプを任意に含み、かつ処理流体によって処理される物品を保持するタンクを任意に含む、機器で使用されてよい。交換装置は、分与システムまたは再循環流体フロー回路の一部として使用されてよい。機器は、また、粒子フィルタをさらに含んでよい。機器は、物質およびまたはエネルギーを、ガス、有機含有流体、または超高純度水を含む水性液体と交換してよい。処理流体によって処理される基板または物品は、好ましくは、銅およびアルミニウム等の金属、砒素または珪素を含む半導体、またはアルミニウム、バリウム、およびストロンチウムを含むセラミックスを含むが、これらに限定されない。
【００３２】
図４は、基板を洗浄する、またはコーティングするために使われる流体を調整するための本発明の交換装置を含む機器を図解する。機器は、流体導管、ポンプ、弁、センサ、および粒子フィルタを含んでよい。例えば交換流体４５０は、ポンプ４４６によって本発明の交換装置４１６を通じて方向付けられ、自由選択の調整可能弁４１２と自由選択の粒子フィルタ４０８とを通じて、導管４０４によって保持タンク４４８へ戻されてよい。基板４３４を洗浄またはコーティングするための処理流体４２８、例えば硫酸および過酸化水素溶液は、流体ポンプ４３８によって調整可能弁４４２を通じて交換装置４１６内に送られることができ、交換装置４１６では、交換器の中空管の壁を通じて、流体４５０と処理流体４２８との間でエネルギー交換が起こる。調整された流体は、自由選択の調整可能弁４２０と自由選択の粒子フィルタ４２４とを通じて交換装置４１６から出て、処理タンクまたは堰４４４へ入る。処理タンク４４４は、使用済みの処理流体をタンク４４４から取り除くためドレイン弁４３２を含むことができる。
【００３３】
基板を処理するための機器またはシステムは、図５に図解するとおり、一つ以上の交換装置を利用してよい。交換装置５１６および５４４は、浸漬（図示せず）、並流、または逆流に関して構成されてよい。処理槽または洗浄槽流体５２６は、本発明の交換装置５１６によって、交換装置５１６の中空管を通じてタンク５５６に格納された状態で図示された交換流体５６０との接触によって、処理される。交換流体５６０は、閉ループ冷却器、抵抗浸漬ヒーター、家屋／施設温水または冷水の供給源を用いて温度調整されてよい。代わりに流体は、処理流体への物質伝達のため生成されかつ交換装置に供給される化学物質であってよい。温度調整されたおよびまたは化学的に調整された流体は、タンクに格納されてよく、あるいは交換装置へ直接的に供給されてよい。図５において、５０４は、自由選択の粒子フィルタ５０８と自由選択の調整可能弁５１２とを通じて、交換装置５１６に交換流体を方向付けるために使用できる交換流体ポンプである。交換流体は、交換装置５１６を通じて流れ、弁５６４と導管５５４とを通じてタンク５５６へ戻すことができる。任意に、交換流体は、施設供給源から交換装置５１６へ供給され、導管５５４を通じてドレイン（図示せず）へ直接に処分される。タンク５５０からの処理流体５２６は、ポンプ５４８によって調整可能弁５５２を通じ交換装置５１６を通って向けられることができ、交換装置５１６において、処理流体は、エネルギー、物質、またはこれらの組み合わせを交換流体５６０と交換する。調整された処理流体は、自由選択の弁５１８と自由選択の粒子フィルタ５２２とを通じて交換装置から取り除かれ、基板５２４を処理するために処理タンク５５０へ戻される。廃棄処理流体５２６は、交換装置５４４を通じてエネルギーおよびまたは危険な化学物質を取り除くため、かつ弁５３２を通じて廃棄物処理または処分ドラムへ廃棄処理流体を向けるため、弁５４０を通じて処分されてよい。廃棄処理流体は、弁５２８および５３６を通じて交換装置５４４の中へ供給される第２の動作流体との物質、エネルギー、またはこれらの組み合わせの交換によって処理されることができる。
【００３４】
交換装置は、また、化学的プロセスで使用されてよい、または排出ストリームから取り除かれてよい、ガスの浄化のための方法および機器で使用されることができる。本発明は、とりわけ、発熱スクラビング反応中に、ポッティング樹脂と筐体シールの完全性を保つ装置を提供し、ここでは例えば、排出流体が、排出流体の成分を、溝を有する筐体にポッティングされた有孔中空繊維メンブレンの片側に収容された反応性の液体、ゲル、またはスラリーと反応させることによって浄化され、ポッティングと中空導管は、ポッティングされた中空導管を通る流体の流れのため切開されることができる筐体と単体端部構造を形成する。
【００３５】
本発明の交換装置は、動く基板の洗浄またはコーティングのために使用されてよい。例えば図６は、交換装置６１８による物質、エネルギー、またはこれらの組み合わせの伝達によって、処理または調整された供給源６３２からの流体を用いた回転する基板６３６のコーティングまたは洗浄を図解する。タンク６４６（または図示されていない家屋施設供給源）からの交換または動作流体６５０は、ポンプ６４２を用いて交換装置６１８を通して流すことができる。交換流体６５０は、交換装置６１８の中空管を通じて処理流体６３２と相互に作用し、弁６１４、自由選択の粒子フィルタ６１０および導管６０４を通じてタンクへ戻されることができる。流体６５０の温度調整または化学修飾は、ヒーター、冷却器、ケミカルジェネレータ（水素またはオゾン）、およびコントローラを含む付加的装置（図示せず）によって果たされてよい。供給源６３２からの流体は、圧力源６２８またはポンプ６３８を用いて交換装置６１８へ送られることができる。流体は、交換装置の上流側または下流側に設置された自由選択の粒子フィルタ６２２によって処理されてよい。弁６２２および６４０は、調整可能弁であってよく、流れを制御し且つ交換装置を分離させるために使用されることができる。処理流体６３２は、交換装置に入り、物質、エネルギー、またはこれらの組み合わせを、中空管壁を通じて動作流体６５０に伝達させる。調整された処理流体は、ポンプ６３２を用いて回転するまたは並進する基板へ分与されてよく、ポンプ６３２は、分与ポンプ、分与導管、またはノズル６３０であってよい。
【００３６】
筐体の内または外壁に一つ以上のチャネルを備える筐体、スリーブ、またはエンドキャップの部分の例を、図７Ａに図解する。図７Ａにおいては、溝またはチャネル７２０を相互に接続する通気スロット７１６を有する筐体シェルまたはスリーブが、スリーブ７２６の内面に図示されている。図７Ｂは、溝７２０を相互に接続する通気スロット７１６を断面で図解する。通気スロットは、空気等のガスがポッティング中に樹脂から逃げるのを許容することができる。筐体は、一つ以上の中空管の一部を取り囲む管またはスリーブであってよく、粉末熱可塑性のコーティングを融合することによって、共押し出しすることによって、または熱可塑材を内壁へ成形することによって、予備処理されてよく、熱可塑材は、図９で９３６により図示されるスリーブ上のＭＦＡであってよいが、これに限定されない。筐体は、円筒形の管、六角形、長方形、または三角形の導管を含む、任意の側面数を有する導管であってよいが、これらに限定されない。筐体またはスリーブは、熱可塑材であってよく、あるいは熱可塑材がコーティングされたセラミックまたは金属管であってよい。熱可塑材は、フルオロポリマーであってよい。好適な実施形態において、筐体またはスリーブは、中空管へ接合されることができる内壁または外壁に一つ以上のチャネルを含む。
【００３７】
図７Ｃは、図７Ａおよび図７Ｂに示されるスリーブ７２６の端部部分を断面で図解する。図７Ｃは、一つ以上の中空導管を、特に、一つ以上の溝７３８、７４０、７４２、および７４４を筐体壁に有する、熱可塑材または熱可塑材でコーティングされた筐体またはスリーブ７２６に、熱可塑性樹脂７２２でポッティングされた共押し出し中空管７０８を図解する。共押し出し中空管は、内層７０４と一つ以上の外層７０６とを有する（わかりやすくするため他の層は図示せず）。共押し出し管の外層７０６は、ポッティング時に、中空管を樹脂７２２および筐体７２６へ接合するため、樹脂と融合する、混合する、または結合する。図７Ｃにおいて、７１０は、非融合外側配管層７０６を、中空管７０８および筐体７２６へ接合された融合樹脂から分離する、任意に規定される境界面を形成する、共押し出し管の外層とポッティング樹脂とを図解する。ポッティング時に、溝７４０、７４２、および７４４からガスを排出するため、筐体には内側溝７３８のための一つ以上の通気溝またはスロット７１２、および通気スロット７１６が形成されてよい。これらのスロット７１６の表面は、熱可塑性樹脂７２２と接合されてよい。筐体内の溝７３８、７４０、７４２、または７４４の一つ以上は、ポッティング中にポッティング樹脂と接合する。樹脂で充填される溝の数と範囲は、ポットにおける熱可塑性樹脂の量と、ポットにおける筐体の位置とを変更することによって異なってよい。交換装置の目的用途のため、および中空管７０８を樹脂７２２へかつ筐体７２６へ接合するための強度と完全性を提供するために、十分な数の溝が樹脂へ接合される。これは、図８の試験機器と予期される適用条件を用いて決定することができる。図１Ａから図１Ｃに見られるとおり、各中空管７０８は、流体流のため７３４へ接続された状態で図示された入口と出口７２４とを有する。外層７０６がなお存在する共押し出し管の内層部分は、７２８によって示されている。外層が樹脂７２２へ融合した共押し出し管の内層部分は、７３６によって示されている。中空管のポッティングは、共押し出し管７０８の外層との流体流接触のため、中空管の間にポッティング樹脂７２２上に領域７３２を作る。溝は、好ましくは、それら溝の高さが、スリーブまたは筐体の出口に最も近い溝７４４から、スリーブまたは筐体の内部に最も近い溝７３８にかけて減少するよう配置される。隣接する溝間の壁は、どんな形でもよい。説明の目的だけで図７Ｃに示すとおり、溝は、三つの台形の壁によって隔てられ、溝間の壁の高さは、７４２から７３８に減少する。窪んだ表面７２５を形成するため、ポッティングプロセス中に形成される単体端部構造には、筐体またはスリーブ７２６の端部７２７から窪ませられてよい。筐体またはスリーブの端部表面７２７は、エンドキャップ、流体継手へ接合でき、あるいは流体導管に溶接できる。
【００３８】
図７Ｄは、一つ以上の共押し出し管７５８が、隣接する中空管７５８の熱可塑性樹脂層７５６の一部から融解樹脂７８６によって互いに接合される、交換装置の端部部分を断面で図示する。融解中空管は、熱可塑性中空管での樹脂層７５６との筐体の融合によって、または一つ以上の中空管を筐体７７０および一つ以上の溝７８８、７９０、７９２、または７９４へ接合する、熱可塑性７７６を形成するための樹脂の追加によって、一つ以上の溝７８８、７９０、７９２、または７９４を有する、熱可塑材または熱可塑材でコーティングされた筐体またはスリーブ７７０（７２６に類似）へ接合されてよい。共押し出し中空管は、内層７５４と、一つ以上の外層７５６とを有する（わかりやすくするため他の層は図示せず）。接合時に、共押し出し管の外層７５６は、中空管７８６をまとめて、そして任意に筐体７７６を接合するため、隣接する管からの外層樹脂と融合する、混合する、または結合する。追加の熱可塑性樹脂が、一つ以上の中空管を筐体７７６へ接合するために使われてよい。図７Ｄにおいて、７６０は、接合された共押し出し管の外層が、共押し出し管７５６の本来の状態を保つ外層と、外層が樹脂７８６または７７６と混合する共押し出し配管の部分とを分離する、任意に規定された境界面を形成する領域を図解する。一つ以上の溝または通気スロット７６６が、接合またはポッティングのときに、一つ以上の同心状に形成された溝７８８、７９０、７９２、または７９４からガスを排気するために、筐体の軸に沿って壁に形成されてよい。これらの溝または通気スロット７６６は、溝７８８、７９０、７９２、または７９４と同じかまたは異なる深さ、サイズ、または形状を有してよい。これらのチャネルは、ポッティングの間に、熱可塑性樹脂へ接合されることができる。筐体の一つ以上の溝７８８、７９０、７９２、または７９４は、接合またはポッティングの間に、図示するとおりポッティング樹脂で充填されることができる。樹脂で充填される溝の数と範囲は、ポットにおける熱可塑性樹脂の量と、ポットにおける筐体の配置とを変更することによって異なってよい。交換装置の目的用途のため、および中空管７５８を筐体７７０へ接合するための強度と完全性を提供するために、十分な数の溝７８８、７９０、７９２、または７９４が、樹脂７７６へ接合される。示されるとおり、各中空管７５８は、流体流のため７９８へ接続された状態で描かれた入口と、出口７９６とを有する。外層７５６がなお存在する共押し出し配管の一部は、７７８によって示されており、外層が隣接する中空導管または熱可塑性樹脂へ接合した共押し出し配管の一部は、７８４によって示されている。中空管の融解されない領域は、共押し出し管の外層との流体流接触のために、中空管の間に空間７８２を作る。溝７８８、７９０、７９２、または７９４は、好ましくは、それら溝の高さが、スリーブまたは筐体の出口に最も近い溝７９４から、スリーブまたは筐体の内部に最も近い溝７８８に向かって減少するよう配置される。隣接する溝間の壁は、どんな形でもよい。説明だけの目的で図７Ｄに示すとおり、溝壁は、台形形状である。
【００３９】
交換装置の完全性または性能を測定する試験機器は、交換装置、センサ、一つ以上の試験流体、およびポンプ、導管、弁等の流体処理装置を含んでよい。図８は、一つ以上の溝を有する筐体またはスリーブへ接合された、一つ以上の中空管を有する交換装置８０４を含む、試験マニホールドの非限定的例を図解する。試験対象の中空管交換装置８０４、またはマニホールドの任意の部分は、隔離されてよく、または温度制御エンクロージャ（図示せず）内に置かれてよい。マニホールドは、自由選択のセンサ８０８へ流体接続されるシェル流体出口８０６を含むことができ、センサ８０８は、圧力計、温度プローブ、濃度モニター、質量分析器、流量計、またはこれらの組み合わせであってよいが、これらに限定されない。流体出口とセンサは、交換装置出口８１６へ流体接続される弁、好ましくは調整可能弁８１２へ流体接続されてよい。交換装置出口８１６は、交換装置を構成する管の中空ルーメンで流体と流体連絡する。出口８１６からの流体は、供給源８３４からの流体と、交換装置の中空管を通じて、物質、エネルギー、またはこれらの組み合わせを交換する。交換装置８０４の性能または完全性を特徴づけるため、８５４からセンサ８５０によって測定される入口８４２からの流体の状態と、センサ８０８によって測定される出口８１６における流体の状態（質量、エネルギー、化学組成）における変化を使用してよい。代わりに、例えば圧力、温度、または化学組成の試験条件下で一定期間後に、流体８３４について８４２または８１６のいずれかにて中空管を調べることによって、交換装置の完全性を判断してよい。無孔中空管の場合、管壁を通じての材料の拡散または浸透のため予想を上回る流体８３４の量は、交換装置８０４の完全性の喪失の指標となる。調整可能弁８２０は、中空管の外側またはシェル側と流体連絡に置かれることができる。弁８２０は、圧力計、温度プローブ、濃度モニター、質量分析器、分光光度計、流量計、粒子計数器、またはこれらの組み合わせであってよいが、これらに限定されない、センサ８２２と流体連絡できる。流体調整装置８２６は、交換装置へ流体接続されてよい。流体調整装置は、流体８３４調整用の温度モニターおよび制御（図示せず）または他の装置を備えた、冷却器、ヒーター、ガス発生器であってよい。液体の場合、交換装置の中空管のシェル側へ知られている速度で流体を送るため、化学的に適合するポンプ８２８およびまたは流量計を使用できる。代わりに交換装置は、試験中に装置の流れおよび温度を変えることなく、加圧流体供給源へ接続されることができる。試験流体供給源８３４には自由選択のセンサ８３２を流体接続でき、流体供給源８４３は、オーバーフロータンクであってよい。装置のシェル側を通る流体の流れを制御するため、交換装置８０４のシェル側の出口は、調整可能弁８３８を有してよい。交換装置８０４の中空管ルーメンへの入口８４２は、調整可能入口弁８４６へ接続されてよい。入口弁８４６は、供給源（図示せず）から入口８５４を通じて交換装置８０４への試験流体の状態を測定するセンサ８５０へ接続されてよい。センサ８５０は、流体の入口状態を、センサ８０８によって測定される出口状態によって測定される状態に比較するために使用してよく、交換装置の効率または伝達能力を判断するため、交換装置の流体流速と中空管の充填密度とともに使用することができる。
【００４０】
図７Ｂの溝および通気スロットを備えるスリーブまたは筐体の壁は、図９においてより詳細に示されている。内面９２０と溝の底面９１４との間で決定される深さ９１６を壁内に有する、平行であってよい、一つ以上の溝９０４が、スリーブの内壁に形成されているのが示される。筐体の軸に沿って９２１により図示される溝間の溝または通気スロットは、隣接する溝を相互に接続し、接合面を提供し、融合接合またはポッティングの間に、熱可塑性樹脂からのガスの排出を許容する。筐体、スリーブ、またはエンドキャップの壁９０８は、内壁９２０と外壁９２４との間で規定される厚み９２８を有する。筐体、スリーブ、またはエンドキャップ９３２の端部は、図１Ａの例で示された他の流体処理装置、導管、または容器へ、溶接、融合、または接合されてよい。内壁表面、溝表面、または両方は、熱可塑性樹脂へ接合する、白い破線で示された熱可塑性粉末９３６で予備処理されてよい。
【００４１】
図９に類似する溝および通気スロットを備えるが、テーパ状の内壁部分を備えるスリーブまたは筐体の壁を、図１０に図解する。深さ１０２０を壁１００８内に有する、一つ以上の溝１００４が、スリーブの内壁沿いに形成されて示されている。溝または通気スロット１０１２は、溝１００４を相互に接続する。スロットは、融合接合の間に、熱可塑性樹脂からガスを排出することを許容する。最も内側の溝１００６からの排気のために、自由選択の溝１０１４を設けてよい。筐体、スリーブ、またはエンドキャップの内壁１０１６は、テーパ状にされてよく、長方形として示される溝間の溝壁１０２８、１０３２、および１０３６の高さも、テーパ状にされてよい。隣接する溝間の長方形の壁の高さは、溝の底面１０２０と線１０４０との間の距離として見積もられる。示されたテーパは、溝壁の高さに１０３６＞１０３２＞１０２８を与える。筐体、スリーブ、またはエンドキャップ１０３２の端部は、図１Ａの例に示された他の流体処理装置、導管、または容器へ、溶接、融合、または接合されてよい。内壁表面、溝表面、または両方は、熱可塑性粉末（わかりやすくするため図示せず）で予備処理されてよい。外壁面１０４４は、それの表面におよび壁１００８に形成されたまたは機械加工された一つ以上の溝を有してよい（図示せず）。
【００４２】
一つ以上の溝１１１２および１１１６と、隣接する溝を流体相互接続する溝または通気スロット１１３２とを有する筐体に、一つ以上の中空導管１１０６のポッティングを、図１１に図解する。図１１において、１１０２は、溝１１１２およびスロット１１３２を備える、筐体、スリーブ、またはエンドキャップであることができ、中空導管１１０６は、１１０８により溶解物として描かれている熱可塑性樹脂でポッティングされる。図１１には、樹脂１１２０の気泡が、溝１１１６および１１１２間の通気スロットを通じて上昇する様子が図示されている。単体端部シールを形成するポッティングの間、中空導管を包むフレームによって閉ざされた中空導管１１２６は（１１２２等他の導管もまた、ページの平面に向けられるループで巻かれる）、加熱されたポット１１３６によってポッティング樹脂１１０８、筐体へ、および互いに融合される。単体端部構造を形成するため、溶解物を冷やした後に、ポッティング樹脂と導管の端部を切ることによって、中空導管の端部は開放されてよい。
【００４３】
図１２Ａは、本発明のバージョンで交換装置に使用できる共押し出し中空管である中空導管の断面の図解である。中空管は円形断面であってよいが、これに限定されず、管の形状は、長方形、多角形、または長円形となるよう変更できる。管は、１２０８と１２１２との間に示された厚みと、全体外径寸法または直径１２１６を持つ熱可塑性樹脂外層１２０４を有する。外層１２０４は、これがポッティング樹脂と融合することを許容するが、内側導管層１２２８の変化または崩壊に抵抗する融点を持つことができる。層の厚みと均一性は、管の長さにわたって異なってよいが、変形例は、管の相互の融合、またはポッティング樹脂への融合を許容する。中空管の交換特性を変更するため、この外層は、添加物を含んでよい。例えば、炭素等の熱伝導材料を、外層１２０４へ加えることができる。中空管は、外層に融合または接合された内層１２２８を有し、厚みは、１２２４および１２２０と内径１２１０との間で測定されることができる。図１２Ｂは、図１２Ｃに見られる中空ペルフルオロ熱可塑性管の断面の部分画像である。図１２Ｂにおいて、外層１２３２は、ＰＦＡ等のより高い溶解ペルフルオロ熱可塑材であってよい内層１２３４へ、熱で接合されたより暗い層１２３２として現れているＭＦＡまたはＦＥＰ等のペルフルオロ熱可塑材であってよい。図１２Ｃは、外層の厚みと均一性に現れるかもしれないばらつきを図解する。図１２Ｄには、熱可塑性スリーブまたは筐体１２４０において、熱可塑性樹脂１２３６にポッティングされた共押し出し管１２３８を用いて準備された、交換装置の一部の画像が見られる。
【００４４】
図１３Ａは、熱可塑性管の崩壊と熱可塑性樹脂１３０８との完全な融合を招いた温度にて、溝のないスリーブにポッテッングされた、熱可塑性中空管と壁１３０４とを備える、円筒形熱可塑性筐体の部分断面画像である。接合およびポッティング時の中空導管の崩壊は、管壁の厚みまたは組成のばらつきが、中空導管の溶解温度にばらつきを引き起こすときにも起こる。図１３Ｃは、図１３Ａの完全な断面図である。図１３Ｂは、図１３Ｄの部分断面画像である。図１３Ｄは、一つ以上の開いた熱可塑材共押し出し中空導管１３２２を示し、中空導管は、溝のないスリーブにポッティングされた、ＭＦＡ外層とＰＦＡ内層とを有する。図１３Ｄは、中空導管の外側ＭＦＡ層が、内側ＰＦＡ導管の崩壊なしにＭＦＡ樹脂１３１８と融合した様子を図解する。これらのポッティングされた中空導管１３２２は、図１３Ｃで用いたのと同じポッティング条件のもとで、熱可塑性スリーブまたは筐体１３１４に接合された開放中空管を与えるため、切開された。中空導管の形状を保つため、およびプロセス条件、材料公差、および材料組成におけるばらつきによる崩壊を防ぐため、中空導管の内層のより高い溶解温度が、使用されてよい。
【００４５】
図１４は、筐体壁に一つ以上の溝１４０４および１４１２を備える、熱可塑性樹脂１４４０へ接合された一つ以上の中空導管１４２２を取り囲む筐体１４１６を有する、交換装置の図解である。筐体は、筐体１４１６へ形成される、接合される、ねじ込まれる、または別のやり方で流体接続される、シェル側流体入口１４０８および流体出口１４２６を含むことができる。一つ以上の中空導管は、１４０６および１４１０により示される端部で、電気回路へ接続されてよい抵抗ワイヤまたはフィラメント１４０２を含むことができる。電気回路は、電源とコントローラ（図示せず）を含む。中空導管１４２２内のワイヤ１４０２は、電源とコントローラとによって抵抗加熱されてよく、これにより熱エネルギーが、１４０８にて装置へ入る流体１４３２と交換される。流体１４３２は、中空導管に取り囲まれた抵抗ワイヤ１４０２によって加熱され、加熱された流体１４３６として、筐体流体出口１４２６で交換装置から取り除かれることができる。
【００４６】
交換装置は、熱可塑性筐体またはスリーブへ接合された、有孔中空繊維、被覆中空繊維、熱可塑性管、またはこれらの組み合わせであってよい、一つ以上のポッティングされた中空導管を含んでよいが、これらに限定されない。本発明の交換装置は、中空管、長方形導管、三角形導管を含むがこれらに限定されない、種々の形状を持つ内面および外面を有する、様々な中空導管で作ることができる。中空導管は、一般的に外面を有し、且つ導管の内側に沿って一つ以上のチャネルを有することができる。中空導管壁の有孔率は、無孔から、濾過、液体−液体接触、および液体−気体接触に適した有孔率を有するものまで様々であってよい。中空管および中空繊維のルーメンまたは穴と呼ばれる、ポッティングされた中空導管の空洞部分を通って流れる流体相は、中空導管の外面を包囲する流体へ物質またはエネルギーを伝達することができる。有孔メンブレンである中空導管は、外側形状または寸法と内側形状または寸法、そしてこれらの間の有孔壁の厚みによって記述することができる。中空無孔導管は、外側形状または寸法と内側形状または寸法、そしてこれらの間の無孔壁の厚みによって記述することができる導管である。有孔または無孔壁を有する中空管状フィラメントの場合、内側寸法は、管の空洞部分またはルーメンを規定し、流体または交換媒体の一つを運ぶために使用されることができる。
【００４７】
中空メンブレンまたは中空導管は、編まれてよくまたは撚り合わされてよく、自立する螺旋形または非円周形の単一管を形成するため、任意に第１のステップにて熱アニールされてよく、それから冷却後に個々の管は、互いに分離されてよい。熱アニールは、個々の中空管またはコードを、まっすぐにせずとも分離でき且つ取り扱うことができるように、中空管の頂点または湾曲を設定する。これらの成形中空管は、説明したとおり熱可塑性樹脂にポッティングされてよい。
【００４８】
中空繊維メンブレンの外面または内面は、被覆されまたは被覆されなくてよい。被覆は、メンブレンの基礎構造と一体化された薄い稠密表面層である。被覆メンブレンにおいて、メンブレンを通る流れに対する抵抗の大部分は、薄い被覆にある。表面被覆は、基礎構造の連続有孔構造をもたらす孔を含んでよく、または無孔の一体化膜様表面であってよい。有孔被覆メンブレンにおける浸透は、主に、孔を通じる連結流によって起こる。非対称性は、メンブレンの厚みにわたる孔サイズの均一性を指し、中空繊維導管の場合、これは繊維の有孔壁である。非対称性メンブレンは、構造を有し、ここで孔サイズは、断面を通じる位置に応じ、断面は、一般的に一方の表面から反対側の表面への横断で徐々にサイズを増す。非対称性を規定する別の方法は、一方の表面における孔サイズの反対側の表面における孔サイズに対する比である。
【００４９】
製造業者は、筐体、スリーブ、およびエンドキャップにとって有用なパイプおよび厚壁チャネル等の導管、中空有孔メンブレン導管、および無孔中空導管を、様々な材料から製造し、最も一般的な部類は、合成熱可塑性ポリマーである。これらは、加熱されるときに流動し成形されることができ、冷やされるときに本来の固体特性を回復することができる。中空導管が使用される応用の条件が、より過酷になると、使用できる材料は限定される。例えば、マイクロエレクトロニクス業界でウェハコーティングのために使われる有機溶剤ベースの溶液は、最も一般的なポリマーの中空繊維メンブレンまたは薄壁中空管を、溶解させるかまたは膨張させ、かつ弱体化する。同業界における高温剥離槽は、一般的なポリマーでできたメンブレンおよび薄壁中空管を破壊することがある、腐食性の高い液体を含む。高い温度と圧力は、ポリマーの中空メンブレンおよび薄壁中空管を、変形させ、これらを弱体化させることがある。筐体、スリーブ、および中空導管にとって有用なペルフルオロ熱可塑性ポリマーは、ペルフルオロアルコキシ（デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡ、ダイキン工業（Ｄａｉｋｉｎ）のＮｅｏｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡ、デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＦＡ  Ｐｌｕｓ）、ペルフルオロメチルアルコキシ（オウシモント社（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）のＨｙｆｌｏｎ（登録商標）ＭＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ）、およびこれらのコポリマーを含むことができるが、これらに限定されない。これらのペルフルオロ熱可塑材は、化学的に抵抗性であって熱的に安定しているから、これらのポリマー、コポリマー、およびこれらの共押し出しバージョンから作られた中空メンブレンおよび中空管は、化学的に且つ熱的に安定性に劣るポリマーを凌ぐ決定的な利点を有することができる。使用できる他の有用な熱可塑性フルオロポリマーは、フッ化ビニリデン（ＶＦ２）、ヘキサフルオロプロペン（ＨＥＰ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、フッ化ビニル（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＦＥ）、およびテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）など、フッ素化モノマーから導出されたモノマー単位を備えるホモポリマーおよびコポリマーを含んでよく、とりわけ、任意に一つ以上の他の非フッ素化モノマーが組み合わされる。修飾ＰＴＦＥであるＰＴＦＭは、この材料が、ポッティングされた材料へ接合および付着できるが、溶解処理可能でないから、ルーメンのためのシェル材料または収容材料として適している。より過酷でない使用条件の場合、他の熱可塑材またはそれらの混合物は、本発明の実施に使用されてよく、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、および他のポリオレフィンを含んでよいが、これらに限定されない。本発明は、ポリプロピレンシェルにおけるポリエチレンポッティング材、またはＰＦＡシェルにおけるＭＦＡポッティング材等、類似するが同一ではない材料にも使用できる。これらの材料から作られた筐体またはスリーブに、突起、溝、またはチャネルを作ることができ���。
【００５０】
交換装置は、数個の熱的に安定的で、化学的に親和性で、機械的に強いフルオロポリマーを含む、筐体、中空導管、およびポッティング樹脂から作られてよい。フルオロポリマーは、例えばフッ素を含有するモノマー単位から形成された、ホモポリマーまたはコポリマーを含んでよい。筐体と中空導管は、共押し出しされてよく、一つ以上のフルオロポリマー層、または異なるフルオロポリマー層を内面および外面に含む。
【００５１】
ＰＦＡとＦＥＰは、熱誘導相分離（ＴＩＰＳ）プロセスを用いて、中空有孔メンブレンに作られることができるフルオロポリマーの例である。ＴＩＰＳプロセスの一例において、ポリマーと有機液体が混合され、押し出し成形機の中でポリマーが溶解する温度まで加熱される。メンブレンは、押し出しダイスを通る押し出しによって成形され、押し出し成形されたメンブレンが、冷やされることによりゲルを形成する。冷却中にはポリマー溶液温度が、上臨界溶液温度より下まで減らされる。これは、この温度以下で、均一加熱溶液から二つの相、一方の相は主にポリマー、他方は主に溶剤が形成する温度である。正しく行われた場合、ソルベントリッチ相は、連続相互接続孔を形成する。次にソルベントリッチ相は、抽出され、メンブレンは乾燥される。
【００５２】
交換装置で使われる筐体、エンドキャップ、またはスリーブは、円筒形の管である厚壁導管であってよいが、これに限定されず、導管は、任意の側面数を有し、六角形、長方形、または三角形の導管を含む。筐体、エンドキャップ、またはスリーブは、筐体、エンドキャップ、またはスリーブの内部へ接合された、一つ以上の中空薄壁導管を収容できる内寸法を有する。筐体またはスリーブは、接合プロセスと装置の目的用途のため化学的適合性を呈する溝を備える、熱可塑材、好ましくはペルフルオロ熱可塑材であってよいが、熱可塑材でコーティングされた金属、複合熱可塑材、または熱可塑材でコーティングされたセラミック金属であってもよい。筐体またはスリーブは、ポッティング樹脂または中空導管へ接合できる熱で接着された内層と、筐体のための機械的支持を提供する外層とを備える、共押し出し熱可塑材から形成されてよい。共押し出し熱可塑性筐体の内層は、好ましくは、外層より低い溶解温度を有するであろう。代わりに、筐体またはスリーブは、接合領域に、一つ以上の熱可塑性部分または層を有するように成形されることができる。筐体またはスリーブ材料への付着層を提供するために、突起、溝、これらの組み合わせ等の構造物、または筐体またはスリーブの内面は、熱可塑性内層で、例えばＭＦＡでコーティングまたは成形されてよい。当業者なら、交換装置の特定の用途について、筐体、エンドキャップ、またはスリーブにとって許容される、筐体またはスリーブ導管壁の厚みを探し出すため、ＡＳＴＭ表に注目することを知っているだろう。筐体、エンドキャップ、またはスリーブが、溝である一つ以上の構造物を含む場合、好ましくは溝またはチャネルの深さは、導管壁にあって壁の厚みの約半分に満たない。
【００５３】
熱可塑材、好ましくはペルフルオロ熱可塑材から専らなる単体を形成するために使用される筐体、スリーブ、またはエンドキャップは、ポッティングおよび接合ステップより前に、最初に筐体の両端または一つ以上のスリーブの表面を予備処理することによって準備されることができる。これは、粉末状の熱可塑性ポッティング材を、筐体、一つ以上のスリーブ、およびこれらの内面上の溝または突起へ、溶解接合することによって、または焼結することによって、達成できる。筐体の両端の内面は、これの融点近くかまさに融点で加熱されてよく、そしてニュージャージー州ソロフェア（Ｔｈｏｒｏｆａｒｅ，ＮＪ）のＡｕｓｉｍｏｎｔ  ＵＳＡ  Ｉｎｃ．から入手できる粉末状の「Ｐｏｌｙｔｅｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｎｅ−ｃｏ−ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｖｉｎｙｌｅｔｈｅｒ」、ＭＦＡ、熱可塑性ポッティング樹脂が入ったカップ内に速やかに浸されてよい。筐体の加熱される表面の表面温度は、ポッティング樹脂の融点より高いから、ポッティング樹脂は、ポッティング樹脂を中空導管、またはこれらの組み合わせを筐体へ接合するために、熱可塑性筐体、任意のチャネル、溝、または隆起した特徴、またはこれらの組み合わせへ融合されまたは焼結される。図９に図解され焼結された熱可塑性コーティング９３６は、筐体またはスリーブ表面上の隆起した特徴または突起の非限定的例である。筐体は、余分な溶けていない熱可塑性粉末を溶かすため、第２の加熱ステップで磨かれてよい。筐体の各端部またはスリーブの各々は、この予備処理で少なくとも二回処理されることが好ましい。図９は、一つ以上の溝９０４および９１２を備える熱可塑性筐体の内側に形成された、付着熱可塑性コーティング９３６を図解する。
【００５４】
特に一つ以上の有孔およびまたは無孔中空管、または他の成形導管を含む本発明の中空導管交換装置は、高い流体接触表面積を有して作られることができるから、有利である。高い接触表面積は、これらの装置で中空導管の非常に高い充填密度を得る能力のためである。充填密度は、装置の体積当たりの有用メンブレン表面の量に関係する。それは、完成した接触器にポッティングされることができる管、導管、繊維、またはこれらの組み合わせの数に関係する。シェル管、筐体、またはスリーブ内に、中空繊維、中空管、これらのコード、およびこれらの組み合わせ等の中空導管の充填密度は、容積にして、３パーセント〜９９パーセント、好ましくは容積にして、２０パーセント〜７０パーセント、より好ましくは容積にして、４０パーセント〜６０パーセントの範囲になり得る。
【００５５】
中空繊維微孔メンブレンは、濾過、ガス接触、脱ガス等の物質交換動作に使用されることができる。脱気器または接触器用途では、メンブレンを濡らさない処理されるべき液体とともに、疎水性の微孔中空繊維メンブレンが一般的に使用される。ガス接触の場合、液体は、メンブレンの一方の側に流れ、混合気は、好ましくは溶液より低い圧力にて他方の側に流れる。メンブレンの各側の圧力は、液体圧力が、メンブレンの臨界圧力を越えないよう、およびガスが、液体内で泡立たないよう保たれる。臨界圧力、すなわち液体が孔の中へ導入される圧力は、メンブレンを作るために用いられる材料に直接応じ、メンブレンの孔サイズに反比例で応じ、気相と接触する液体の表面張力に直接応じる。接触メンブレン交換器の典型的用途は、液体から溶けたガスを取り除くこと、すなわち「脱ガス」、または液体へガス状物質を加えることである。例えば、半導体ウェハを洗浄するために、超高純度水へオゾンを加えることができる。
【００５６】
本発明の交換装置は、ポッティングされた中空管または導管の内側表面または外側表面に接触する処理流体により作動させてよく、これは特定の用途においてどちらがより有利か次第で決まる。中空導管および筐体のシェル側での流体分配を果たすため、筐体または流体流継手の内側には、バッフルおよび他の挿入物が載置されてよい。
【００５７】
ポッティングは、筐体の中で各中空導管、例えば中空管または中空繊維のまわりに、液体密封シールを形成するプロセスである。管シートまたはポットは、交換器または接触器のための筐体の内部を周囲から分離する。ポッティング材は、突起、チャネル、溝等の表面構造物を含む筐体へ接合される。この接合は、熱可塑材の溶接または融合時の溶解材料の物理的混合、材料の機械的連結、ならびに材料の化学的接合を含んでよい。好ましくは、筐体と筐体の溝との間の接合が、流体密封シールを提供する。ポッティング材と筐体表面および筐体溝表面との間に、単体端部構造を形成するための接合が形成されてよい。接合は、融合、溶解、または溶接によるポッティングおよび筐体材料の結合の結果であってよい。ポッティングと、筐体の任意のコーティングされた表面を含む筐体とは、好ましくは、これらに限定されず、溶接、誘導加熱、超音波接合、赤外線加熱、およびポッティング等の様々な加熱方法によってともに融合または溶接できる熱可塑材である。筐体とポッティング材は、同じまたは異なる材料であってよく、例えば筐体はＰＦＡであってよく、ポッティングはＭＦＡであってよい。ポッティング材は、単体端部構造を作るため、筐体容器、および本発明における筐体の内側のチャネル、溝、または隆起構造物へ、熱で接合させることができる。ポッティングと筐体との間の接合を促進するため、筐体の内側とチャネルに、一つ以上の筐体内面へ焼結され、成形され、または共押し出しされるポッティング樹脂層がコーティングされてよい。
【００５８】
流体密封は、ともに溶接または融合した、またはともに機械的接合を形成したポッティング樹脂、熱可塑性筐体、中空導管、およびこれらの組み合わせを指し、接合された部分を流体が通過しないことを特徴とする。ポッティングされた部分にある繊維または管等の中空導管について、流体は、管の内側を通って流れ、導管壁およびポッティングによって、中空管または繊維の外側の流体から物理的に隔てられる。
【００５９】
用語、統合された終端ブロックまたは単体端部構造は、中空管、中空繊維、またはこれらのコード等一つ以上の中空導管と、筐体またはスリーブとへ接合された熱可塑性樹脂の塊またはウェルを表す。筐体および導管との樹脂の接合は、樹脂と筐体の構造物および導管との間の機械的接合、化学的接合、溶接、または融合接合、またはこれらの任意の組み合わせを含んでよい。図３は、熱可塑性樹脂３１０へ融合接合された中空導管３１８および３２０の一例と、統合された終端ブロック構造を形成するために使われた、筐体内面３１６における一つ以上のチャネル３０４の一部の充填を図解する。図３は、管の空洞を露出するため切開された、統合された終端ブロック構造を図解する。熱可塑性樹脂３１０は、溝３０４の一部と管３３０間の空間とを占め、樹脂、管、溝、および筐体壁間の機械的および溶接接合の組み合わせである接合構造を形成する。樹脂は、また、筐体および溝表面の焼結された熱可塑材層へ接合されてよい（図示せず）。
【００６０】
単体端部構造は、切断または機械加工されてよく、中空導管のルーメンは露出されてよい。図３または図７Ｄに示す交換装置の単体端部部分について図解されるとおり、ポッティング樹脂および中空導管端部は、樹脂および管端部が、筐体またはスリーブ端部とともに同一平面であるように開放されてよい。代わりに、ポッティング材および配管は、取り除かれてよく、さらに図１Ａ、図１Ｂ、および図７Ｃに図解されるとおり、一つ以上の筐体の端部またはスリーブ端部の下に位置する領域に向けて開放されてよい。例えば図１Ａに見られるとおり、ポッティング樹脂１０６は、筐体端部１３２または１２１から、筐体の端部１２８または１１７の下の領域に取り除かれる。同様に図１Ｂにおいて、ポッティングは、筐体端部１６３または１５３から、１６１または１５５によって示された筐体の端部の下または内側の領域に取り除かれることができる。
【００６１】
有孔または被覆中空繊維の直径は、直径１００μｍ〜１０００μｍ範囲に及ぶことができる。壁の厚みは最小化されるべきであって、好適な厚みは２５μｍ〜３５０μｍである。中空繊維ベッドは、深さ１ｃｍ〜２５ｃｍ範囲に及ぶ厚みと、１０ｃｍ〜１００ｃｍの長さおよび幅とを持つ繊維のマットからなることができる。ベッドは、１ｃｍ〜２５ｃｍの直径と、２０ｃｍ〜３００ｃｍの長さとを持つ円形であってよく、繊維のベッドの全体を通じてガスを分配させるため複数のバッフルを収容できる。接触器内の中空繊維は、真直ぐであってよく、またはゆるく詰められることができる。中空繊維は、極端に長くてよく、装置の長さにほぼ等しい長さまで巻きつかれてよく、ポッティングプロセスの間に、溶融樹脂の流れに対して中空繊維の端部を有効に閉鎖する。
【００６２】
本発明の交換装置には、０．００７インチから０．５インチ（０．０１７ｃｍから１．２７ｃｍ）、より好ましくは０．０２５インチから０．１インチ（０．０６３ｃｍから０．２５ｃｍ）範囲の外径を有する、熱可塑材から作られた無孔中空管である中空導管が使われてよい。無孔中空管を通じての熱交換器または物質交換の場合、好ましくは、中空管は、厚み０．００１インチから０．１インチ（０．００２５ｃｍから０．２５ｃｍ）、好ましくは０．００３インチから０．０５インチ（０．００７５ｃｍから０．０１２５ｃｍ）範囲の壁厚を有してよい。無孔中空管を通じての物質交換、すなわちガス分離の場合、中空管壁の厚みはより薄くできる。中空管は個別に使用でき、あるいは複数の中空管からなるコードを形成するため、管は、これらを編むことによって、メッキすることによって、または撚り合わせることによって結合されることができる。中空繊維は極端に長くてよく、装置の長さにほぼ等しい長さに巻かれてよく、ポッティングプロセスの間に溶融樹脂の流れに対して中空管の端部を有効に閉鎖する。
【００６３】
熱可塑性中空導管は、交換装置を形成するためスリーブまたは筐体にポッティングされることができる、共押し出し熱可塑性管と有孔中空繊維を含んでよい。共押し出し配管または有孔中空繊維は、例えば、共押し出し配管の最も内側の部分または層より低い融点またはメルトフローインデックスを持つ熱可塑材を含む、一つ以上の外層または部分を有することができる。共押し出し配管の層は、互いに熱で接合または融合される。この種の共押し出し配管の一つの非限定的例は、ＭＦＡ外層とＰＦＡ内層とを有する。もうひとつの例は、ＦＥＰ外層とＰＦＡ内側部分とを有する中空管である。共押し出し中空導管の一つ以上の層は、熱伝導材料を含んでよく、好ましくは中空導管の一つ以上の外層は、熱伝導材料を含む。例えば、共押し出し管のＭＦＡ外側部分は、伝導炭素粒子を含んでよい。管のＭＦＡにある伝導性粒子は、ポッティングのときに、隣接する中空管のＭＦＡと、または熱可塑性ポッティング樹脂と混合または結合する。図２Ｃに図解するとおり、共押し出し管のポッティングされない領域は、熱伝導粒子を有するＭＦＡ層を維持する。この熱伝導層は、管の外側の流体と接し、配管のルーメンで流体へエネルギーを移す。
【００６４】
共押し出し配管のための一つ以上の熱可塑材は、それらの化学的およびまたは物理的特性に関して、例えば熱伝導率に関して、ならびに管を、ポッティングプロセスで使われる相互の接合、樹脂への接合、またはこれらの組み合わせにとって適切にする特性に関して選ばれることができる。例えば、ポッティングの間に、配管の外側ＭＦＡ層は、溶けて隣接する中空管のＭＦＡと融合し、ポット内の樹脂と融合し、またはこれらの組み合わせと融合し、他方、管の内側ＰＦＡ層は、ルーメンを開放状態に保つ。ポッティング温度または融合温度は、共押し出し配管の一つ以上の外層が、溶け、隣接する管または熱可塑性ポッティング樹脂と融合または結合するが、内層は開放状態をとどめるよう選ばれることができる。外側ＭＦＡ層と内側ＰＦＡ層を有する配管の場合、好適なポッティング温度は、約２９０℃〜３０５℃の間であり、他の共押し出し熱可塑性中空管のポッティング温度は、従来の実験と図８の試験マニホールドの使用によって決定してよい。
【００６５】
図１Ａから図１Ｃに図解するとおり、交換装置は、一つ以上の共押し出し熱可塑性中空管を含んでよい。各管は、流体流のための入口と出口とを有し、中空管は、他の共押し出し熱可塑性中空管との接合、または熱可塑性樹脂への接合によって流体密封される。中空管の入口は、管の空洞部分へ流体を供給するため、スリーブへの接合によって流体密封されてよく、中空管の出口は、管の空洞部分からの流体除去のため、スリーブの別の部分への接合、または第２のスリーブへの接合によって流体密封されてよい。図７Ｃに詳しく図解するとおり、共押し出し管は、熱可塑性樹脂７２２によってともに接合され、かつ筐体へ接合されてよい。交換機器は、例えば図１Ａの１２４または図１Ｃの１８６である、中空管を取り囲むスリーブまたは筐体を有してよい。中空管、ポッティング樹脂、および筐体は、好ましくは熱可塑材であり、より好ましくはペルフルオロ熱可塑材である。
【００６６】
本発明で使われる中空熱可塑性導管と共押し出し中空熱可塑性導管は、その熱伝導を増すため、熱伝導性粉末または繊維で含浸させることができる。有用な熱伝導材料の例は、ガラス繊維、窒化金属繊維、シリコンおよび炭化金属繊維、またはグラファイトを含むが、これらに限定されない。エネルギー交換のため本発明において有用な、中空熱可塑性管または含浸された熱可塑性中空管の熱伝導率は、好ましくは、ケルビン度当たりメートル当たり約０．０５ワットより大きい。共押し出し中空管は、中空管の層のいずれか、好ましくは外層と混合または結合された熱ヒートコンダクタ材料を含んでよい。外層の熱可塑材は、例えば、カーボンナノチューブ、約５００Ｗ／ｍＫ〜１０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率の値を持ち得る石油ピッチでできたグラファイト繊維、約１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持ち得るポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）に基づく炭素繊維、約６０Ｗ／ｍＫ〜８０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持ち得る窒化ホウ素のような電気絶縁性のセラミック充填材、約３００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つ窒化アルミニウム、またはこれらの混合物を含むことができる。
【００６７】
本発明の様々な実施形態の実施においては、有孔および無孔中空管の組み合わせが、ともにポッティングされてよい。そのような装置は、処理流体と交換流体との間で伝達されるエネルギーの量を最大にしつつ、伝達される物質の量を制限するために使用されてよい。例えば、温度調整された水溶性硫酸が、クリーンルーム内の空気の温度を調整しかつ空気から微量の有機アミンを取り除くため、交換装置のシェル側で再循環されてよい。空気の温度調整は、ポッティングされた無孔中空管の数によって変えられてよく、他方、物質交換のための硫酸洗浄水溶液と接触する空気の量は、装置に存在するポッティングされた有孔繊維の数およびタイプによって制御される。
【００６８】
中空管接触器または交換装置のいずれかの側での流体の混合と分配を向上させるため、本発明の実施において、バッフルは有用であり得る（図１Ａ〜図１Ｃには図示せず）。中空繊維接触器または交換器は、図４から図６に図解するとおり、処理流体およびまたは交換流体の一方または両方に関し、シングルパスモードで、または再循環モードで使用されることができる。好ましくは接触器に、筐体のシェルおよびルーメン側に二つ以上の流体ポートまたは継手が設けられる。普通、一つのポートは流体入口として働き、第二のポートは流体出口として働く。接触器のシェル側のポートまたは流体接続は、メンブレン中空導管の有孔壁または中空管の無孔壁のため、ルーメン側入口および出口ポートとの流体の流れを制限している。好ましくは、管およびまたは繊維内を流れる流体と、管およびまたは繊維の外側を流れるシェル側流体は、図８に図解するとおり、互いに対向に流れ、好ましくは、流体は、互いに対する流体の直交流を最大にするように流れる。
【００６９】
図２Ｂは、異なるタイプの溝、すなわち、ポッティング領域にある溝（２４４、２４６、２５０）、およびポッティング領域の外に位置してよい溝２４２を図解する。ポッティング領域の溝は、ポッティング樹脂または熱可塑材と接合する。図２Ｂに見られるとおり、ポッティング領域の外側には溝２４２を加えることができる。ポッティング領域の外には一つ以上のこれらの溝があってよく、これらの溝またはチャネルは、筐体の内側または外側表面にあってよい。２４４、２４６、２５０を含むがこれらに限定されない溝は、ポッティング樹脂と接合し、ポッティング領域内にあるとみなされ、ポッティング樹脂および中空管とともに単体構造を形成できる。溝の数とその表面積は、無制限に変更されてよい。理論により束縛されることを望まず、溝２４２は、ポットおよびシェル境界面にて、この地点にヒンジングすることによって半径方向の圧力を減らすために使われてよい。シェルは、熱可塑性シェルを拡張する傾向がある処理流体によって加圧されてよい。内径または外径での応力緩和は、シェルがこの特徴のあたりで曲がることを許容し、これによりポットおよびシェル境界面の応力を減らし、その完全性を維持する。
【００７０】
図２に見られるとおり、溝または同等にチャネルは、筐体において溝を機械加工することによって、または成形することによって作られてよい。制限なく、溝は、同心であってよく、図２Ｂに見られるとおり等しいまたは等しくない間隔により隔てられてよく、溝は、管の内側に沿って一つ以上の螺旋の形をとってよく、これらの溝は、筐体の軸に沿って、ハッチパターン、クロスハッチパターン、これらの変形、またはこれらの組み合わせで、一連の溝チャネルからなることができる。溝またはチャネルは、ポッティング材が一つ以上のチャネルを覆い且つ接合できるように、好ましくは筐体の端部から位置づけられる。チャネルおよび筐体壁は、ポッティング材との接合のため本明細書に開示するとおり、溝へ施される焼結された熱可塑材で覆われまたはコーティングされてよい。溝またはチャネルの深さは、好ましくは、筐体がこの用途に適した圧力および温度定格を維持することを許容する。当業者なら、ポッティングされた装置の用途にとって許容される壁の厚みを探し出すため、ＡＳＴＭ表に注目することを知っている。溝またはチャネルの深さは、好ましくは、筐体またはスリーブ壁の厚みの約半分に満たない。
【００７１】
溝、チャネル、またはスロットは、筐体、エンドキャップ、またはスリーブ壁における狭い開口部または窪みを指し、同義的に使われてよい。好適な実施形態において、溝は、図７Ｃまたは図１０にて筐体の一端部部分について図解するとおり、互いに相互に接続される。チャネルまたは通気スロットは、ポッティングプロセスの間に溝に発生するまたは捕われるかもしれないガスが、チャネルから外へ移動することを許容する。チャネルからのガスの除去は、ポッティング溶解物が溝を充填すること、接合すること、そして任意にポッティング材を筐体に連結させることを許容する。溝間の通気チャネルは、溝内のガスが逃げることを許容する容積を持つことができ、通気チャネルは、好ましくは溝と同じ深さを持つ。溝間のチャネルの数および配分は、ポッティングの間に、筐体に存在するガスを排気するにあたって十分であるべきである。数は、例えば筐体のサイズ、筐体の壁厚、およびポッティングプロセス中に排気すべきガスの量に応じて変えることができる。通気チャネルの深さは、溝間で異なってよく、または溝からのガスの除去をさらに促進するため傾斜させてよい。交換機器において、筐体は、一つ以上の端部部分を溝とともに有してよい。
【００７２】
溝および通気エッジ、ならびに溝の底は、正方形、面取り、または丸み付け仕上げを有してよいが、これらに限定されない。筐体で一番上および下の溝のエッジには、スロットまたは通気口を設けてよく、スロットは内壁にかけてテーパ状にされる（図示せず）。交換装置の端部部分の一つ以上の溝は、好ましくは、スロットまたはチャネルによって相互に接続され、交換装置は一つ以上の端部部分を有してよい。
【００７３】
溝またはチャネルは、ポッティング材と筐体溝との間の接触および接合の表面積を最大にする形状を有してよい。溝の側壁の深さと角度は、ポッティング材と溝との間の接合面の量を変えるように構成されてよい。チャネルとポッティングとの間の接合のためのせん断成分の増大が望まれる場合には、深く薄いチャネルが好ましい。いくつかが筐体壁に対し平行でなくともよいチャネルの付加的表面積は、溝の全ての面または表面へのポッティング樹脂の融合および付着をもたらす。使用中に装置の熱または圧力膨張によって生じる半径方向力は、ポッティング樹脂の溝表面との接合を通じてこの力の一部をせん断成分へ移してよく、これは装置の強度を大いに改善する。
【００７４】
溝およびチャネルは、本発明の筐体へ熱可塑性樹脂を接合に好ましいが、筐体管の内面へ永続的に接合または融合された隆起構造物を作り、熱可塑性ポッティング樹脂を筐体へ接合させる目的で、チャネルまたは溝と同じ効果で作られかつ使用することもまた想定される。そのような隆起構造物は、本発明の目的で溝またはチャネルと同等物とみなされてよい。内側筐体壁へ接合された焼結された熱可塑材は、筐体上の隆起表面構造または突起の非限定的例である。構造物は、好ましくは、隆起構造物とポッティング樹脂との間に接合または融合をもたらす。接合は、好ましくは、半径方向力の一部を、ポッティング樹脂と隆起構造物との間の力のせん断成分へ移す。
【００７５】
筐体壁へ接合されたエンドキャップ、スリーブ、またはこれらのいずれかを含むことができる筐体において、チャネルまたは溝が形成されてよい。熱可塑性樹脂と接合するため、および一つ以上の中空管へ接合するために使われる、溝の深さおよび面積、または筐体内壁の突起の高さは、樹脂と接合するため、および中空管の内側と外側で流体間の分離を維持する流体密封シールを形成するために選ばれる。交換装置の特定の用途で、溝、通気チャネルの深さおよび面積、ならびに筐体内壁の突起の高さおよび面積は、図８の試験マニホールドを用いて、かつ交換装置に接する流体の温度、圧力、および化学反応性を含むがこれらに限定されない交換装置の応用パラメータを用いて決定されることができる。装置は、好ましくは１本から４本の溝、より好ましくは２本から３本の溝を含み、各々の溝は、装置の使用の安全限度内の深さ、好ましくは筐体壁厚の約半分以下の深さ、および約０．０５ｃｍから０．５ｃｍ、好ましくは０．１ｃｍから０．３ｃｍの幅開口部または高さを有する。これらが使われる場合、通気チャネルが、筐体またはスリーブの壁に沿って溝間に形成されることができる。好ましくは一溝当たり約４本から８本の通気チャネルがあり、通気チャネルの深さは、溝の深さと同じかこれに満たない。
【００７６】
筐体におけるチャネルまたは溝に加え、筐体とポッティング材との間で応力を減らす付加的手段が使われることも構想される。例えば、ポッティング材とシェルとの間の境界面で圧力を緩和するため、筐体の内側にチャネルを備える筐体は、機械加工によって薄化された筐体の外壁を有してよい。薄化された材料は、材料の動きにより容易く従い、筐体へ融合されたポッティング樹脂の間で接合の完全性を維持するため、温度および圧力効果がたわみ成分によって自己補償することを許容する。
【００７７】
交換装置は、各端部で熱可塑性筐体にポッティングされた一つ以上の中空導管を含んでよい。表１のデータに要約するとおり、熱可塑性筐体にポッティングされた中空管で、約４０％〜５０％の充填密度であるが、筐体に一つ以上の溝を欠く統合交換装置が作られ、熱交換器として使用された。例えば共押し出し管または溝を筐体に備え、同等数の中空導管を有する、本発明の交換装置が、表１に示す交換性能と同等の交換性能を有すると期待して妥当であろう。
【表１】
2007516834.tif 000003
【００７８】
中空管のルーメン側の水と中空管のシェル側の水との間の熱伝達は、表１に示す流体入口温度にて、装置にポッティングされた中空管壁を通じてほぼ同じだった（約１０％未満の実験誤差）。表１の交換装置の異なる管流速にて、直径２．２５インチ、長さ１８インチで、シェル流体によって伝達される算出熱Ｑは、約８，０００ワットから１０，０００ワットに及んだ。異なる管流速にて、直径２．７５インチ、長さ８インチの筐体の場合、Ｑは、約１３，９００ワットから１５，０００ワットにおよび、内径２．２５インチ、長さ２７インチの装置の場合、Ｑは、約１４，７００ワットだった。
【００７９】
本発明の一利点は、小体積装置で装置にポッティングされることができる中空導管の大きい表面積である。例えば、充填密度が約４０％から５０％までの表１の装置は、筐体体積の１立方センチメートル当たり約１１ｃｍ２の伝達表面積を有する。より高い充填密度は、より高い値を与え、より低い充填密度は、より小さい値を与えるだろう。
【００８０】
本発明の一実施形態は、中空導管の壁を通じて第１の流体から第２の流体へ熱を伝達することができる、一つ以上のポッティングされた中空導管を含む交換装置であって、交換装置は、少なくとも１００℃の温度と少なくとも５０ｐｓｉｇの圧力で完全であり、この温度は、中空導管材料の連続使用温度または溶解温度より低く、交換装置は、好ましくは、少なくとも１６０℃の温度と少なくとも７０ｐｓｉｇの圧力で完全であり、この温度は、中空導管材料の連続使用温度または溶解温度より低い。交換器は、好ましくは、中空導管の容積にして、２０％と７０％と間の、好ましくは容積にして、４０％〜６０％の充填密度を有する。約９ｆｔ２（０．８５ｍ２）の交換表面積を持つようにポッティングされた中空導管を有して構成された装置は、中空導管の第１の側を流れる流体と中空導管の第２の側を流れる第２の流体との間で、少なくとも約１３，０００ワットのエネルギーを交換でき、好ましくは、第１の流体は、中空導管の第１の側で９．５ｌｐｍ以下で流れ、第２の流体は、中空導管の第２の側で５．８ｌｐｍ以下で流れる。交換器は、２０パーセントから７０パーセント範囲の充填密度で、表２〜表５に列挙された結果が示すとおり、様々な温度、圧力、期間の試験条件下で、その流体完全性を保つことができる。装置の中空導管が、表１の交換器に使われた中空導管と同様の場合、本発明の交換装置が、作られ同様の交換能力を有すると期待して妥当であろう。
【００８１】
有孔中空繊維を用いて準備される装置の場合、表１に示すのと同様の充填密度を有する装置が作られてよく、同様の伝達表面積が得られてよい（内部メンブレン面積は含まない）。
【００８２】
本発明の様々な態様を、以降の非限定的例を参照しながら説明する。
【００８３】
例１
この例は、種々のポッティングされた交換装置が応力試験に耐える能力を比較する。
【００８４】
表２は、溝が形成された境界面を加えることの利点を示す。原型のＰＦＡ構成には、１２０℃で筐体からポッティング材への完全性の喪失が見られた。温度／圧力試験は、装置に関する長期環境条件を加速する方法である。ＭＦＡだけの装置には、１５０℃で接合完全性の喪失が見られた。改善された境界面を備えるＭＦＡ装置の試験は、いずれも２００℃以上で完全であり、改善された溝またはチャネル境界面を備えるＰＦＡ装置も、１６０℃までの温度で完全である。この装置には、接合の強さを決定するため１６０℃の後に破壊試験を行った。接合の強さは、約０．０８０インチ〜０．１００インチの壁厚を残しながら、装置の外側を切り取って薄化することによって決定される。ポッティングされたエリアの上方で約０．２５インチのシェルに、軸および円周方向の切断を行い、幅約０．５インチ、長さ０．２５インチのタブを残す。タブは、その後、材料を引き上げて、シェル材料をポッティングされた材料から引き離す試みに使用できる。このようにして、接合の強さは、力によって定性的に、またはＩｎｓｔｒｏｎ等の機器によって定量的に試験されることができる。
【００８５】
この例のプロセスは、この境界面にて応力をなくすことによって、かつ溝に捕らえられポッティングされた材料へ応力を移すことによって、装置の全体強度を改善する。理論により束縛されることを望まず、そのいくつかは筐体壁に対し平行でない、溝とそれらの付加的表面積は、少なくとも一部、そして好ましくは溝の全ての表面または面へのポッティング樹脂の付着を加え、筐体シェルの熱または圧力膨張によって生じる半径方向力へせん断成分を加える。このせん断成分は、装置の強度を大いに改善する。
【表２】
2007516834.tif 000004
【００８６】
例２
この予測される例は、濾過、ガス接触、熱交換、ガス洗浄、およびこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、熱およびまたは質量交換に本発明のポッティングされた装置が使用されてよいことを例証する。
【００８７】
ポッティングされた装置は、シングルウェハ洗浄ツール、再循環洗浄槽を含むが、これらに限定されない、基板表面の洗浄または化学的修飾のための機器に置かれてよい。装置は、また、処分に先立つ流体の温度調整に使用されることができる（光ファイバからポリマーコーティングを取り除くため、およびコーティングされたシリコンウェハからフォトレジストを取り除くために使われる、高温硫酸等）。図４に図解するとおり、タンク４４８内の交換流体または動作流体４５０（または冷却器または図示されていない建物供給源からの冷水）は、ポッティングされた熱交換器４１６の一方の側を流れるように方向付けられることができる。必要ならば、交換流体４５０を再循環させるためポンプ４４６を含めてよく、粒子フィルタ４０８と弁４１２もまた使用してよい。溶剤、酸、塩基、酸化剤、およびこれらの有用な組み合わせおよび混合物を含むがこれらに限定されない、洗浄または処理槽からの処理流体４２８は、交換装置内の中空管のシェル側で再循環させてよく、処理流体は、中空管壁を通じた交換流体４５０との接触によって温度調整（加熱または冷却）されてよい。温度調整された流体４２８は、基板４３４で使用するため処理槽またはツールへ戻される。図５に見られるとおり、本発明のポッティングされた交換装置５２８は、出口弁５３２における排出の前に、処理流体または洗浄流体を冷やすために使われてよい。そのような流体の例は、高温の硫酸または燐酸を含むが、これらに限定されない。
【００８８】
例３
この例は、ポッティングされたメンブレン装置と、これを高温での使用に適するように作る方法を例証する。
【００８９】
ポッティングされた濾過装置は、ＩＤ２．２５インチおよび長さ１２．６５インチのＭＦＡ筐体を有し、約３０００本のＭＦＡ有孔中空繊維を収容する。装置は、各々０．２５ｃｍの深さと０．１５ｃｍの高さを有する４つの溝を収容した。溝の間には通気チャネルが形成された。１溝当たり約６つの通気チャネルがあり、通気チャネルの深さは、約０．１５ｃｍだった。ポッティング溶解物は、２７８℃で３日間加熱されたＭＦＡだった。
【００９０】
以下の条件下で流体完全性について装置を試験した。温度が１００℃から２１０℃の加圧下の高温流体が、装置のシェル側に非常に遅い流速で送り込まれ、管側に流体の流れはなかった。エンドキャップは両方ともかぶせられた。装置を毎日目視点検する。ルーメン側での油の蓄積は、装置の故障を示す。この実験の結果は、表３に列挙されている。
【００９１】
これらの装置を試験するために使用できる試験構成は、図８に示されている。試験中、流体は入口８２０にて入り、シェル側の出口８３８にて流れ出る。使用された流体は、Ｌｕｂｅ−ｔｅｃｈ  ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．によって製造された、熱伝達流体ＨＴ３である。これは、Ｃｈｒｏｍａｌｏｘ熱交換器型番ＮＷＨ０−３４５１５で加熱され８２６、圧力は出口流弁８３８によって制御された。流れを制限しかつ流体の圧力を増すため弁８３８は閉ざされ、流体の圧力は、Ｏｍｅｇａ圧力計８２２を用いて測定された。流体は、７０ｐｓｉｇにて１分当たり約０．４６ガロン流れた。流体の劣化のため、試験は２１０℃で停止された。試験の結果は、表３に要約されている。
【表３】
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【００９２】
例４
この例は、熱可塑性スリーブ内に接合された中空管を形成するため、熱可塑性樹脂にポッティングされた共押し出し中空配管を例証する。ポッティングされた装置の準備において、プロセスウィンドウは異なることがあり、ＭＦＡ配管材料の特性（融点、メルトフローインデックス、配管の寸法および幾何形状）に応じる。これらの特性は、バッチからバッチにかけて異なることがあり、温度やポッティング時間等、プロセス変数を変化させかつ調整することにより調節されることができる。ポッティングの間の過熱は、配管の破壊を招くことがあり、過小な加熱が原因となって、ポッティングの間に一部の配管が接合しないことがある。配管の破壊を防ぐため、例えば繊維または管ルーメンの中に金属ワイヤを入れる、またはルーメンを無機塩で充填する等、様々な技術が使われてよい。ただしこれらの方法は、手間がかかり、費用がかさみ、装置へ汚染物質を加えることがある。
【００９３】
交換装置を形成するため、スリーブまたは筐体へ共押し出し配管がポッティングされることができる。本発明の一実施形態は、ペルフルオロ共押し出し配管、またはこれから作られた交換装置等の物品である。共押し出しペルフルオロ配管は、共押し出し配管の最も内側の部分または層より低い融点またはメルトフローインデックスを持つペルフルオロ熱可塑材を含む、一つ以上の外側層または部分を有することができる。共押し出し配管の異なるペルフルオロ層は、熱で互いに接合される。そのような共押し出し配管の一つの非限定的例は、図１２Ａで図解し図１２Ｃに示すとおり、ＭＦＡ外層および内層にＰＦＡを有する。両方のペルフルオロ熱可塑性層は、配管の押し出しの間に熱で互いに接合される。示された配管の全体寸法は、ＩＤ０．００４インチ±０．００２インチ（０．０１±０．００５ｃｍ）であり、ＭＦＡ外壁０．００３インチ±０．００１インチ（０．００７６±０．００２５ｃｍ）、およびＰＦＡ壁０．００３インチ±０．００１インチ（０．００７６±０．００２５ｃｍ）を有する。この配管は、米サウスカロライナ州オレンジバーグ（Ｏｒａｎｇｅｂｕｒｇ，ＳＣ，ＵＳＡ）のＺｅｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．から得られることができる。
【００９４】
交換器サンプルが、３／８インチ（０．９５ｃｍ）×３インチ（７．６ｃｍ）のＰＦＡシェルに挿入された、五つの長さ３インチ（７．６ｃｍ）ＭＦＡ外層／ＰＦＡ内層の共押し出し管の熱可塑性中空導管を用いて作られた。このアセンブルは、３００℃で溶融ＭＦＡのプールに１６時間置かれた。サンプルは、取り出され、冷却され、ルーメンを露出するため切開された。図１３Ｂおよび図１３Ｄに示すとおり、サンプルは、光学顕微鏡のもとで分析された。ＭＦＡポッティング部分は、ポットの中で溶けて融合したが、図示するとおり管は、これらのポッティング条件下で崩壊しなかった。同様の長さ、壁厚、および直径の全ＭＦＡ中空管を用いて作られたサンプルは、３００℃の溶融ＭＦＡのプールにポッティングされたときに、管空洞を完全に崩壊させた。図１３Ａおよび図１３Ｃに示すとおり、このサンプルは、光学顕微鏡のもとで分析された。この例は、共押し出し中空管をより高い融点の内層とともに使用した場合に、ポッティングされた交換装置の製造で得られるより大きい処理許容範囲を例証する。ポッティングの間に管の完全な崩壊を引き起こすかもしれない、中空管熱可塑特性または加熱設備の変化は、共押し出し中空管を使用することによって回避できる。
【００９５】
例５
この例は、筐体に一つ以上の共押し出し中空導管をポッティングして作られる、交換装置の製造と完全性を例証する。
【００９６】
６５０本の撚り合わされたループ状の共押し出し配管の束が、１フィート当たり約１３撚りで作られた。配管は、長さ８．７インチ、内径０．００４２インチ、そして壁厚０．００６インチだった。配管は、熱で互いに接合された二つの材料、ＭＦＡおよびＰＦＡ（デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）４５０ＨＰ）から作られた。外壁はＭＦＡで、内壁はＰＦＡであった。両ＭＦＡおよびＰＦＡ層は、約０．００３インチの厚み、約０．００６インチの全体の壁厚を有していた。束は、ＩＤ２．２５インチ、ＯＤ２．８８インチ、および長さ８．７インチのＭＦＡから作られたシェルに置かれた。シェルは、両端部に３つの内部溝を含んでいた。各溝は、深さ０．２５ｃｍ、幅０．１５ｃｍだった。各端部の内側のシェルまたは筐体壁は、粉末ＭＦＡの層で焼結された。
【００９７】
充填密度は約４０％だった。シェルは、ＩＤ４インチ、深さ４インチの空洞を備えるヒーターブロックに置かれた。空洞には、アルミニウム箔の層で裏打ちされた。シェルは、空洞の中でクランプにより垂直に保持された。３１０グラムのオウシモント社（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）のＭＦＡ９４０ＡＸ樹脂が、シェルと空洞壁との間の空間に注がれた。ヒーターブロックは、次に２９７℃まで加熱され、その温度で２日間保たれた。２日後、ヒーターブロックは１５０℃まで、次に室温までゆっくりと冷やされた。シェルは配管とともに、取り出された。配管の反対側の端部は、説明した同様のポッティング方法を用いて、筐体の反対端部へ密封された。中空導管の空洞を露出するため、束のループ状端部より上の位置で、ポットを通してシェルの直径を横切って切断が行われた。余剰なポッティング材は、取り除かれた。二つの３／４インチＰＦＡ流体継手が、熱でシェルに接合された。
【００９８】
装置が、以下の条件下で、すなわち、温度が１４０℃から２００℃の加圧下の高温流体で、流体の完全性について試験された。加熱された流体は、毎分６リットルで装置のシェル側へ送り込まれ、管側に流れはなかった。装置の両端にキャップはなく、空気へ露出した。装置を毎日目視点検した。管側での油の蓄積は、装置の故障を示す。試験の結果は表４に列挙されている。試験構成は、図８に概括的に示され、例３で説明されている。
【００９９】
試験の結果は、一つ以上の溝を設けた筐体へ接合された一つ以上の中空導管を備えるペルフルオロ交換装置が、これらの試験条件下で完全であり続けることを示している。
【表４】
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【０１００】
例６
この例は、交換装置を作るため、共押し出し熱可塑性中空配管（ＭＦＡ外壁およびＰＦＡ内壁）とＭＦＡから作られた中空配管の混合物のポッティングを例証する。
【０１０１】
共押し出し配管装置の例。６５０本の撚り合わされた（１フィート当たり１３撚り）ループ状の共押し出し配管の束が、作られた。６５０本の管束の約２／３は、ＭＦＡのみから作られた中空管であり、６５０本の管の約１／３は、共押し出しＭＦＡ／ＰＦＡ中空管から作られた。配管は、長さが約８．７インチ、内径０．００４２インチ、壁厚約０．００６インチだった。二つの配管材料は、ＭＦＡのみの中空管、およびＭＦＡ外層とＰＦＡ（デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）  ４５０ＨＰ）内層とを備える共押し出し中空管だった。共押し出し管について、両ＭＦＡおよびＰＦＡ層は、約０．００３インチの厚み、約０．００６インチの全体の壁厚を有していた。束は、ＩＤ２．２５インチ、ＯＤ２．８８インチ、長さ８．７インチのＭＦＡから作られたシェルに置かれた。シェルは、両端部に３つの内部溝を含んでいた。各溝は、深さ０．２５ｃｍ、幅０．１５ｃｍだった。各端部の内側シェル壁は、粉末ＭＦＡの層で焼結された。
【０１０２】
充填密度は、約４０％だった。シェルは、ＩＤ４インチ、深さ４インチの空洞を備えるヒーターブロックに置かれた。空洞には、アルミニウム箔の層で裏打ちされた。シェルは、空洞内にクランプにより垂直に保持された。約３１０グラムのオウシモント社（Ａｕｓｉｍｏｎｔ）のＭＦＡ  ９４０ＡＸ樹脂が、シェルと空洞壁との間の空間に注がれた。ヒーターブロックは、その後２９５℃まで加熱され、その温度で４８時間保たれた。２日後、ヒーターブロックは、１５０℃まで、次に室温までゆっくりと冷やされた。シェルは配管とともに取り出された。配管の反対側の端部は、同様のポッティング手順を用いて、筐体の反対端部へ密封された。束のループ状端部より上の位置で、ポットを通してシェルの直径を横切って切断が行われた。余剰なポッティング材は取り除かれた。二つの３／４インチＰＦＡ流体継手が、熱でシェルに接合された。
【０１０３】
以下の条件下で、流体の完全性について装置が試験され、加圧下の温度１００℃から１４０℃の高温油流体が、毎分６リットルで装置のシェル側へ送り込まれ、管側に流れはなかった。装置の両端部にキャップはなく、空気へ露出した。装置は毎日目視点検された。管側での油の蓄積は、装置の故障を示した。条件と試験の結果は、表５に列挙されている。試験構成は図８に示され、例３で説明されている。
【表５】
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【０１０４】
試験の結果は、中空熱可塑性導管と中空共押し出し熱可塑性導管との混合と、一つ以上の溝を筐体に有する本発明の交換装置が、少なくとも２４時間にわたり１４０℃の温度と５０ｐｓｉｇの圧力まで完全であり続けることを示している。
【０１０５】
本発明が、その特定の好適な実施形態を参照しながらかなり詳細に記載されたが、他のバージョンは可能である。したがって請求項の精神と範囲は、本明細書に含まれる説明と好適なバージョンに限定されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１Ａ】熱伝達、物質伝達、またはこれらの組み合わせのための本発明の交換装置のバージョンを示し、中空管または中空繊維、またはこれらの組み合わせを含む一つ以上の中空導管を有する、エンドキャップを備える筐体を示し、一つ以上の中空導管は、これらを熱可塑性樹脂にポッティングすることによって筐体へ流体密封され、筐体の各端部で単体端部構造を形成するため、樹脂と中空導管は、最初に筐体内に接合される。この単体端部構造は、管を開放するため後で切断されることができる。筐体に形成された溝またはチャネルの少なくとも一部を満たす熱可塑性ポッティング材が見られる。
【図１Ｂ】熱伝達、物質伝達、またはこれらの組み合わせのための本発明の交換装置のバージョンを示し、筐体へ接合された熱可塑性樹脂へ接合された一つ以上の中空導管によって接続される、個別の筐体またはスリーブへ接合されたエンドキャップを有する、交換装置を示す。
【図１Ｃ】熱伝達、物質伝達、またはこれらの組み合わせのための本発明の交換装置のバージョンを示し、流体エンドキャップが無い交換装置を示す。
【図２】筐体またはスリーブ壁における、非限定的な台形（図２Ａ）、および長方形（図２Ｂ）の溝またはチャネルを示し、これらの溝またはチャネルは、機械的利点、接合、およびシェルとポッティングとの間の境界面に対して増大された表面積を加えることができる。チャネルは、接合のため焼結された熱可塑材がコーティングされてよく、様々な形状を有してよい。
【図３】一つ以上の溝またはチャネルを含む、筐体またはスリーブの端部部分を概略的に示し、溝またはチャネルは、チャネルの少なくとも一部を満たす熱可塑性樹脂を有し、熱可塑性樹脂は、好ましくはチャネルおよび筐体表面の一部へ融合する。開いた中空管、有孔中空繊維、またはこれらの組み合わせが、筐体壁および溝との流体密封シールを形成するため、樹脂内にポッティングされて示されている。筐体壁および溝は、それらの表面へ粉末状のまたは成形された熱可塑材を融合してよい。
【図４】好ましくは筐体に溝を備え、かつ熱可塑性樹脂にポッティングされた中空導管を備える、本発明の交換装置を示し、樹脂は、筐体壁および溝と接合し、交換装置は、槽内で、またはシングルウェハ洗浄ツール（図示せず）等の基板ホルダー内で、基板を洗浄する、コーティングする、または化学的に修飾するために使われる、処理流体の温度を調整する機器の一部として示されている。
【図５】好ましくは一つ以上の溝を筐体に備える、本発明の一つ以上の交換装置を示し、筐体壁、溝、および中空導管と融合する熱可塑性樹脂とともに流体密封シールを形成するため、筐体内部の各端部へ中空導管がポッティングされる。交換装置は、処理流体を調整するため、および排出の前に処理流体を調整するための機器の一部として使用される。
【図６】交換装置を示し、交換装置は、好ましくは、一つ以上の溝を筐体に備え、かつ筐体壁および筐体の溝と接合または融合する熱可塑性樹脂に流体密封シールを形成するために、ポッティングされる中空管または中空繊維を備える。装置は、回転、並進、または静止であってよい基板への分与の前に、処理流体を調整するための機器の一部として使用される。この非限定的例示で、基板を洗浄するため、または基板をコーティングするための流体源からの流体は、任意の粒子フィルタで濾過され、交換器によって、好ましくは交換器を通して対向流方式で、処理流体が通過するときに、エネルギー、物質、またはこれらの組み合わせが、処理流体へ加えられる、または処理流体から取り除かれる。交換器は、中空管壁を通じて交換流体と相互に作用する処理流体へ、または処理流体からエネルギーを伝達する。基板へ分与される流体の量を制御するため、温度、圧力、および流量コントローラが使われてよい。調整された処理、被覆、または洗浄流体は、静止、並進、または回転してよい基板へ、ポンプによって送ることができる。機器は、粒子フィルタ、弁、流量コントローラ、およびポンプを含んでよく、または流体は、加圧源からでよい。
【図７Ａ】交換機器に使用できる筐体の端部部分またはスリーブの端部部分を示し、シェルの内側に一つ以上の平行な溝を示し、溝は、平行な溝を相互に接続する通気スロットまたはチャネルを有するものとして示されている。完成した交換装置は、一つ以上の端部部分を含む。
【図７Ｂ】図７Ａの断面を図解する。
【図７Ｃ】筐体またはスリーブの端部部分を断面で示し、一つ以上の中空管が、熱可塑性樹脂でスリーブにポッティングされる。
【図７Ｄ】筐体またはスリーブの端部部分を断面で示し、一つまたは複数の共押し出し中空管は、端部部分でともに融合され、熱可塑性樹脂内でスリーブにポッティングされる。
【図８】交換機器の漏れ、シール完全性、および性能を試験するために使用されてよい、試験マニホールドを示す。
【図９】筐体の壁の一部に一つ以上の溝を示す、交換装置筐体またはスリーブの端部部分の断面を示し、筐体壁における溝の深さは、筐体の内壁から測定され、一つ以上の溝は、筐体壁においてスロットまたはチャネルによって相互に接続され、筐体またはスリーブ壁へ焼結された粉末状の熱可塑材が見られる。
【図１０】筐体の壁の一部に一つ以上の平行な溝を有する、交換装置筐体またはスリーブの端部部分の断面を示し、溝は、それら溝の間に異なる壁高さを有し、筐体の軸に沿った一つ以上の溝またはスロットは、筐体またはスリーブ壁内で平行な溝を相互に接続する。
【図１１】交換装置の筐体またはスリーブの端部の断面を示し、この端部は、一つ以上の平行な溝と、筐体壁の隣接する平行な溝を相互に接続する筐体の軸に沿った一つ以上の溝とを備える。隣接する溝の間の壁高さは、筐体の長さに沿って変化し、加熱された容器にポッティングされた中空管または繊維等の中空導管が見られる。
【図１２】図１２Ａは、共押し出し管の断面を示す。図１２Ｂは、内側ＰＦＡ層と外側ＭＦＡ層とを備える、共押し出しペルフルオロ熱可塑性管の断面の一部の画像である。図１２Ｃは、図１２Ｂの共押し出し管の断面の完全な画像である。図１２Ｄは、熱可塑性樹脂にポッティングされかつ熱可塑性管へ接合された、図１２Ｃの共押し出し管の断面である。
【図１３】図１３Ａは、ポッティング樹脂へ融合された崩壊した中空管の断面の一部の画像である。図１３Ｂは、ペルフルオロ熱可塑性スリーブにポッティングされた、共押し出しペルフルオロ管の断面の一部の画像である。図１３Ｃは、図１３Ａからポッティング樹脂へ融合された崩壊した中空管の断面の完全な画像である。図１３Ｄは、図１３Ｂからペルフルオロ熱可塑性熱可塑性スリーブにポッティングされた、共押し出しペルフルオロ管の断面の完全画像である。
【図１４】熱伝達のための本発明の交換装置のバージョンを断面で示す。筐体は、一つ以上の抵抗性フィラメントを空洞に収容する、一つ以上のポッティングされた中空導管を含み、樹脂および中空導管は、筐体の壁の一つ以上の溝へ接合される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2007516834.tif 000009
【図１Ｃ】
2007516834.tif 000010
【図２】
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【図３】
2007516834.tif 000012
【図４】
2007516834.tif 000013
【図５】
2007516834.tif 000014
【図６】
2007516834.tif 000015
【図７Ａ】
2007516834.tif 000016
【図７Ｂ】
2007516834.tif 000017
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
2007516834.tif 000021
【図１０】
2007516834.tif 000022
【図１１】
2007516834.tif 000023
【図１２】
2007516834.tif 000024
【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2007516834.tif 000028
2007516834.tif 000029
2007516834.tif 000030
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