(57)【要約】多孔性膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法を提供する。少なくとも選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維もしくはフラットシート膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の可能な好ましい実施態様では、コンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣ配管）内への配置に適合され、少なくとも一つの巻回された中空繊維アレイまたは膜束を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。【選択図】図１
2014522307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本明細書に例示または記載されたようなフラットパネル多孔性膜コンタクタ、その製造方法および／または使用方法。
【請求項２】
中空繊維膜コンタクタである、請求項１記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項３】
標準の加熱炉、ＡＣ、ＥＲＶもしくはＨＶＡＣ配管またはシステムを含む、エアハンドリング、換気、またはダクトシステム内への配置に適合されている、請求項１記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項４】
複数の中空繊維膜を含む、少なくとも一つの巻き状、ひだ状、または折り畳み状の中空繊維アレイ、および前記中空繊維の両端に付着する注封を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを備えており、前記中空繊維の開放端と連通している第一の流体、および前記中空繊維のシェルと連通している第二の流体を有するように適合されている、請求項３記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項５】
少なくとも一つの巻き状の中空繊維アレイを備えている、請求項４記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項６】
少なくとも一つのひだ状または折り畳み状の中空繊維アレイを備えている、請求項４記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項７】
前記中空繊維アレイが前記矩形ハウジングの中に挿入されたときに、前記繊維の周辺端部と前記ハウジングとの間にヘッドスペースを生成するように、前記中空繊維アレイが前記ハウジングよりも若干小さい寸法である、請求項４記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項８】
４個のポートを有する、請求項４記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項９】
前記ポートのうちの２個が内腔側ポートであり、残りの２個がシェル側ポートである、請求項８記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項１０】
請求項４記載の前記コンタクタを２個以上備えている、コンタクタ装置。
【請求項１１】
液体乾燥剤、ＨＶＡＣおよび／またはＥＲＶシステム内に、請求項４記載の前記コンタクタを備えている装置。
【請求項１２】
請求項４記載の前記コンタクタを一つ以上備えている、液体乾燥剤、ＨＶＡＣ、および／またはＥＲＶシステムを通過する、またはそれらによって処理される空気を加熱、冷却、加湿および／または除湿するための装置。
【請求項１３】
フラットシート多孔性膜コンタクタである、請求項１記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項１４】
少なくとも一つの巻き状、ひだ状、または折り畳み状の膜束、および前記束の両端に付着する注封を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを備えており、前記束の開放端と連通している第一の流体、および前記束の外側と連通している第二の流体を有するように適合される、請求項１３記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項１５】
４個のポートを有する、請求項１４記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項１６】
前記ポートのうちの２個が内腔側ポートであり、残りの２個がシェル側ポートである、請求項１５記載のフラットパネルコンタクタ。
【請求項１７】
請求項１４記載のコンタクタを２個以上備えている、コンタクタ装置。
【請求項１８】
液体乾燥剤、ＨＶＡＣおよび／またはＥＲＶシステム内に、請求項１４記載の前記コンタクタを備えている装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の前記コンタクタを一以上備えている、液体乾燥剤、ＨＶＡＣ、および／またはＥＲＶシステムを通過する、またはそれらによって処理される空気を加熱、冷却、加湿および／または除湿するための装置。
【請求項２０】
前記多孔性膜が空気中の水蒸気を選択できる、請求項１記載のフラットパネルコンタクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１１年６月３日出願の米国仮特許出願第６１／４９２,８３９号の優先権の利益を主張するものであり、その全体は参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
本願は、フラットパネル多孔性膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル微孔膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットシートおよび／または中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも選択された実施態様では、本発明は、中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくともある選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施態様では、コンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣダクト）内への配置に適合されている。コンタクタは、少なくとも一つの巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシートおよび中空繊維アレイ、巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシートおよび中空繊維アレイの両端に付着する注封を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。コンタクタは、巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシートおよび／または中空繊維の開放端と連通している第一の流体、ならびに巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシート外面および／または中空繊維のシェルと連通している第二の流体を有するように適合される。少なくとも特定の可能な好ましい実施態様では、コンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣダクト）内への配置に適合され、複数の中空繊維膜を含む少なくとも一つの巻き状、ひだ状、または折り畳み状の中空繊維アレイ、中空繊維の両端に付着する注封を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。コンタクタは、中空繊維の開放端と連通している第一の流体、および中空繊維のシェルと連通している第二の流体を有するように適合される。
【０００３】
膜コンタクタは、限定されるものではないが、液体からの脱ガス、液体中の泡の除去、液体の濾過、液体への気体の添加など、多くの用途に用いることができる。膜コンタクタは、多くの異なる用途に用いることが知られており、例として、印刷用のインクからの同伴ガスの除去に用いることができる。
【０００４】
膜コンタクタは、気体／気体、気体／液体、および液体／液体（液体／溶解固形物を包含できる）の分離、移動または添加を行うための手段も提供できる。膜コンタクタは、通常、２つの不混和性液相、例として、第一の液体と第二の液体、または気体と液体を互いに接触させて、一以上の成分の分離および／またはある流体から他の流体への一以上の成分の移動を達成するのに用いられる。
【０００５】
中空繊維膜コンタクタは、通常、微孔中空繊維の円筒状の束またはマット、およびその繊維束を取り囲む堅い円筒状のシェルまたはハウジングを含む。シェルは、複数個のポート、例として、４個の流体ポート、すなわち、第一の流体を導入する注入口、第一の流体を排出する排出口、第二の流体を導入する注入口、および第二の流体を排出する排出口を備えることができる。ハウジング内において中空繊維の両端を注封することによって、シェルの性質が共通する第一および第二のエンドキャップ部の中において両端が開放している、繊維穴を有する重合体のチューブシートを形成することができる。「チューブ側」または「内腔側」コンタクタにおいて繊維の内部内腔を通過する流体であることから「チューブ側」または「内腔側」流体として指定される第一の流体用の注入口を、第一のエンドキャップは含有することができる。第二のエンドキャップは、内腔側流体を排出する排出口を含有する。第二の流体は「シェル側」流体として指定され、通常、チューブシートの間に配置された注入および排出ポートを通じてハウジングに入り、かつそこから出ることによって、繊維の外面に接触する。シェル側流体は繊維束の繊維の隙間を通って流れ、繊維長と平行または垂直に流れるように導くことができる。
【０００６】
「シェル側」コンタクタでは、コンタクタは、エンドキャップを貫通する中心コアを含み、このコアの第一の端部は、中空繊維の外側またはシェルを通り過ぎる流体であることから「シェル側」流体として指定される第一の流体の注入口として機能する。第一のエンドキャップは、繊維の内部内腔を通過する流体であることから「チューブ側」または「内腔側」流体として指定される第二の流体の注入口を含有できる。第二のエンドキャップは、内腔側流体を排出する排出口を含有する。「シェル側」流体として指定される第一の流体は、通常、有孔コアの注入および排出ポート（開放端）を通じてハウジングに入り、かつそこから出る。この流体は、通常、チューブシートの間においてコアに形成された穿孔から出、かつそこから再び入ることによって繊維の外面に接触する。シェル側流体は繊維束の繊維の隙間を通って流れ、繊維長と平行または垂直に流れるように導くことができる。
【０００７】
チューブシートが内腔側流体とシェル側流体とを分離するため、内腔側流体とシェル側流体とは混ざらない。そして、内腔側流体とシェル側流体とは、中空繊維の壁を通じてのみ移動する。繊維壁における細孔は、常態では、２つのうちの１つの流体の固定層で満たされ、表面張力および／または圧力差に起因して、他の流体は細孔から締め出される。物質移動および分離は、通例、２つの相間の移動種の濃度の差異によって促される拡散によって引き起こされる。通常、膜を横切る対流または大きな流れは発生しない。
【０００８】
気体／液体の分離の場合では、膜コンタクタは、通常、疎水性中空繊維の微孔膜から作られる。膜は疎水性であり、非常に小さい細孔を有するため、液体が簡単には細孔を通過しない。膜は、液相および気相を分散せずに直接接触させる不活性支持体として作用する。２つの相の間の物質移動は、通常、移動するガス種類の分圧の差異に左右される。
【０００９】
液体システムにおいて、各細孔における液体／液体界面は、通常、膜および液相圧力を適切に選択することによって固定化される。この場合、膜は、２つの不混和相を混合せずに容易に直接接触させる不活性支持体としても作用する。
【００１０】
そのような公知の大抵の円筒状の膜コンタクタは、流体からの成分の分離、またはある流体から別の流体への成分の移動を含むさまざまな用途に利用することができる。例として、膜コンタクタを用いて、排水河川から汚染物質を除去することができる。多くの工業プロセスでは、副産物として排水河川を汚染する。環境問題、成分を分離する要望、機器保護の要求、および／またはプロセス効率を改善する努力を考慮して、多くの場合に、成分または汚染物質が環境を汚染したり、機器に悪影響を与えたりしないように、または、それらをリサイクルできるように、例として、排水河川から一以上の成分または汚染物質を除去することが必須であるか所望される。既存の工業プロセスでは、しばしば、環境排出物を減少し、かつ／または効率を上げるための性能向上が求められる。それ故に、多くの場合に、排出物の減少、機器の保護、リサイクル、または効率の改善を達成する、既存のプラントに経済的に組み込めるプロセスおよびシステムに対する要求がある。
【００１１】
少なくともある既存の膜コンタクタが、特定の用途、ある条件等においては決して十分には満足できないことがわかっている。例として、ほとんどのシェル型コンタクタは、通常、高圧下での動作が要求される。それゆえに、特定の用途、ある条件等に用いるための、公知の膜コンタクタよりも優れた、改善された設計または特性を有する改善された中空繊維膜コンタクタに対する要求がある。本発明の少なくとも選択された実施態様に関し得る、これらのおよび／または他の要求を満たす多孔性中空繊維膜装置および／または方法の提供が要求されている。
【００１２】
気体の選択的通過および液体閉塞のための多孔性材料の使用が公知である。例として、脱ガスまたは液体中の泡の除去には、ノースカロライナ州シャーロットのＣｅｌｇａｒｄ，ＬＬＣのＭｅｍｂｒａｎａ−Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ  ａ  ｄｉｖｉｓｉｏｎによって販売されているＬＩＱＵＩ−ＣＥＬ（登録商標）中空繊維膜コンタクタを用いることができる。より詳細には、世界中のマイクロ電子、製剤、電力、食品、飲料、工業、写真、インク、および分析的な市場における液体の脱ガスに、ＬＩＱＵＩ−ＣＥＬ（登録商標）膜コンタクタを広く用いることができる。
【００１３】
湿度（水蒸気）の選択的通過および液体水、液体乾燥剤、または他の水溶液の閉塞のための多孔性材料の使用が公知となっている。そのような液体乾燥剤システムでは、温度および湿度を、水蒸気を吸収または放出する食塩水（または、乾燥剤）によって制御することができる。
【００１４】
水蒸気（熱および湿気）の選択的通過、および気体（排出ガスおよび吸気ガス）の閉塞のための多孔性材料の使用は、換気システム内の補給空気と排気との間で熱および湿度を交換するエネルギー回収換気装置（ＥＲＶ）に関連して公知となっている。
【００１５】
選択的な気体／気体および気体／液体交換のための、例えば、ＰＭＰまたはシリコーンのガス透過性分離層を有する膜の使用が公知である。そのような用途では、気流から選択的気体、例えば、水蒸気を分離することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
気体または湿度（水蒸気）の選択的通過、および液体水または塩水の閉塞のための製造可能な、そのような多孔性材料、例えば、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌによって販売されているＲＯ膜、またはＷ．Ｌ．Ｇｏｒｅ，ＢＨＡによって販売されている発砲ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）膜などは商業的成功を収めることができたが、より広範囲の用途に用いることができる、ある条件下で特定の目的等をより良く実行できる改善された多孔性材料が要望されている。また、特定の用途、ある条件等に用いるための、公知の膜コンタクタよりも優れた、改善された設計または特性を有する改善された膜コンタクタに対する要求もある。本発明の少なくともある選択された実施態様に関し得る、これらのおよび／または他の要求を満たす多孔性膜装置および／または方法の提供が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル多孔性膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。そのようなフラットパネル多孔性膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法は、前述の要求または欠点の一以上を解決することができる。少なくとも選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル微孔膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットシートおよび／または中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも選択された実施態様では、本発明は、中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくともある選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施態様では、コンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣダクト）内への配置に適合され、少なくとも一つの巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシートおよび／または中空繊維アレイ、巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシートおよび／または中空繊維アレイの両端に付着する注封を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。コンタクタは、巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシートおよび／または中空繊維の開放端と連通している第一の流体、ならびに巻き状、ひだ状、または折り畳み状のフラットシート外面および／または中空繊維のシェルと連通している第二の流体を有するように適合される。少なくとも特定の可能な好ましい実施態様では、コンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣダクト）内への配置に適合され、複数の中空繊維膜を含む少なくとも一つの巻き状、ひだ状、または折り畳み状の中空繊維アレイ、中空繊維の両端に付着する注封を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。コンタクタは、中空繊維の開放端と連通している第一の流体、および中空繊維のシェルと連通している第二の流体を有するように適合される。
【００１８】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくともある選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。
【００１９】
少なくとも特定の可能な好ましい実施態様では、矩形フラットパネルコンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣダクト）内への配置に適合され、複数の多孔性中空繊維膜を含む、少なくとも一つの巻き状（例として、細長い楕円形または矩形）、あるいはひだ状または折り畳み状の（例として、蛇腹状に折り畳まれた）中空繊維アレイ、中空繊維の両端に付着する注封、中空繊維のシェルと連通している大きなシェル側流体開口、ならびに中空繊維の開放端および内腔と連通している内腔側流体ヘッドスペースを取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。中空繊維アレイまたは繊維の巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する中空繊維アレイとなる。中空繊維アレイは、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封することができる。少なくとも一実施態様では、処理する空気は、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）はコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過させると共に、クロスフローパターンでシェル側（中空繊維の外側）においてコンタクタアレイを通過する。
【００２０】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、液体乾燥剤、ＨＶＡＣ、および／またはＥＲＶシステムを通過する、またはそれらによって処理される空気を加熱、冷却、加湿および／または除湿するための改善された装置に関する。少なくとも一実施態様では、処理する高温多湿空気は、パネルコンタクタアレイの内腔側を通過する液体（冷水および／または吸収性液体、食塩水、または乾燥剤）と共に、クロスフローパターンでシェル側（中空繊維の外側）においてパネルコンタクタアレイを通過する。少なくとも他の一実施態様では、クロスフローパターンで、処理する低温乾燥空気は、パネルコンタクタアレイのシェル側（中空繊維の外側）でパネルコンタクタアレイを通過し、液体（熱水および／または湿潤液体、食塩水、または乾燥剤）は、内腔側を通過する。少なくとも他の一実施態様では、処理する湿潤空気は、クロスフローパターンでシェル側においてパネルコンタクタアレイを通過する。空気（窒素、ＣＯ２および酸素）全体の水蒸気に好ましくは選択的な分離層を有する膜を用いることができる。膜の内腔側を真空にして、膜の内腔側に水蒸気を引き込む駆動力を生成することができる。
【００２１】
少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維アレイコンタクタを生産または製造するための方法に関する。少なくとも一実施態様では、パネルコンタクタは、パドルの周りに中空繊維膜アレイを巻回することによって、正方形または矩形状の繊維束を形成することを含む方法によって生産される。巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さまたは厚さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する繊維アレイとなる。次に、パドルから巻いたアレイを取り外し、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封する。必要に応じて、中空繊維の端部を開放し、内腔側流体ヘッドスペースを両端に形成または追加する。そのようなパネルコンタクタは、クロスフローパターンで空気はコンタクタアレイのシェル側（中空繊維の外側）でアレイを通過させ、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）はコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過させるかそこを真空にするように適合される。
【００２２】
少なくとも他の一実施態様では、パネルコンタクタは、中空繊維膜アレイをひだ状にするか折り畳み（例として、ｚ状に折り畳み、蛇腹状に折り畳むかひだ状にし、その後、任意で巻く）、正方形または矩形状の繊維束を形成することを含む方法によって生産される。折り畳みまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定され得る。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する繊維アレイとなる。次に、折り畳み状またはひだ状のアレイを、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封する。必要に応じて、中空繊維の端部を開放し、内腔側流体ヘッドスペースを両端に形成または追加する。そのようなパネルコンタクタは、クロスフローパターンで空気はコンタクタアレイのシェル側（中空繊維の外側）でアレイを通過させ、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）はコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過させるかそこを真空にするように適合される。
【００２３】
少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維アレイコンタクタの利用または使用方法に関する。少なくとも一実施態様では、パネルコンタクタを使用する方法は、クロスフローパターンで、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）がコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過するのと同時に、処理する空気を、シェル側（中空繊維の外側）でコンタクタアレイを通過させることを含む。そのようなものとして、コンタクタは内腔側液体コンタクタである。
【００２４】
少なくとも他の一実施態様では、パネルコンタクタを使用する方法またはその方法の一部は、クロスフローパターンで、第二の液体または気体がコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過するのと同時に、処理する液体を、シェル側（中空繊維の外側）でコンタクタアレイを通過させることを含む。そのようなものとして、コンタクタはシェル側液体コンタクタである。
【００２５】
少なくとも他の一実施態様では、パネルコンタクタを使用する方法またはその方法の一部は、真空または吹き払うための気体がコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通り抜けているのと同時に、処理する空気を、クロスフローパターンでシェル側（中空繊維の外側）においてコンタクタアレイを通過させることを含む。そのようなものとして、コンタクタはシェル側気体／気体コンタクタである。
【００２６】
本発明のパネルコンタクタの他の使用は以下を含むことができる。
ＣＯ２の洗浄、
温室効果ガスの洗浄、
ＳＯｘの洗浄、
ＮＯｘの洗浄、
ＨＣＬの洗浄、
アンモニアの洗浄、
気体の加湿、
気体の除湿、
ＨＶＡＣシステム内のエネルギー回収のための湿気および潜熱の液体乾燥剤による吸収、
（例えば、養豚場または養ブタ場における有毒ガスによる臭気の）空気放出制御、および／または、
湿度レベルの変更による（例えば、蒸発冷却または浸水冷却器による）気体温度制御。
【００２７】
本発明の少なくとも選択された実施態様に係る、提示する新規のまたは改善された中空繊維膜コンタクタによって、以前のコンタクタの欠点を解決できる。これはまた、一部の用途に効果的であり、ある条件に特に適しており、標準のＨＶＡＣ配管に適合し、直ぐに顧客の慣れおよび信頼を得ることができる。これはまた、金属または他の腐食性材料、ＰＶＣを使用することがなく、モジュール式で、交換可能である。これはまた、標準サイズのエアフィルタを有し、高速の気流速度に順応し、シェル側の圧力降下が低く、商業生産が可能等の利点がある。
【００２８】
本発明の少なくとも特定の実施態様に係る、新規のまたは改善された中空繊維膜フラットパネルコンタクタは、エアハンドリング、液体乾燥剤システム、温度および湿度制御システム、ＥＲＶ、ＨＶＡＣ等に用いることができる矩形の、モジュール式の、流体処理コンタクタを可能にする。それゆえに、本発明の少なくとも特定の実施態様は、新規のもしくは改善された膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に対する要求を解決する新規のまたは改善された中空繊維膜コンタクタを提供する。
【００２９】
少なくとも一実施態様では、内蔵型の中空繊維膜コンタクタ、フィルタまたはカートリッジは、その各々の第一の端部および第二の端部の両方が開放している複数の少なくとも第一の中空繊維膜を含む少なくとも第一の中空繊維アレイ、少なくとも一つの矩形のフレーム、シェル、ケーシングまたはハウジング、ならびに両端における注封を含む。第一および第二の膜の端部は、例として、液体がそこを通過するように開放している。中空繊維がポリオレフィン、フレームがＡＢＳ、注封がエポキシ樹脂から作られており、注封の端部を切断して注封に付随する開放した第一および第二の中空繊維端を形成することが好ましい場合がある。
【００３０】
少なくとも選択された実施態様に係る、フラットパネルコンタクタの組み合わせまたはシステムは、直列または平行に接続された２個以上の中空繊維膜パネルコンタクタを含む。少なくとも特定の可能な好ましい実施態様に係る、フラットパネルコンタクタの組み合わせまたはシステムは、２個以上の中空繊維膜パネルコンタクタを含み、これらは、互いに隣接し、かつ位置を合わせて隣り合ったコンタクタのフレームと直列に接続されている（任意で、隣接するフレームの間および／またはエンドフレームと配管との間にガスケットを設置してそれらの間に気密シールを提供することができる）。
【００３１】
少なくとも特定の実施態様に係る、好ましいフラットパネルコンタクタのフレームまたはハウジングは、標準大気、加熱炉、ＡＣ、ＥＲＶ、ＭＥＲＶ、またはＨＶＡＣフィルタの外寸（例として、２０”×２０”×１”、２０”×２０”×２”、２０”×２０”×４”、２０”×２０”×５”、２０”×２５”×１”、２０”×２５”×２”、２０”×２５”×４”、２０”×２５”×５”等）を有する。
【００３２】
さらに、提示する膜コンタクタは、多くの用途に適したモジュール式オプションを備えることができ、実際上、建造物の任意の区域、任意の配管、任意のＡＣ、ＥＲＶまたはＨＶＡＣシステム等に取り付けることができる。これらは、他の空気処理フィルタまたは装置に迅速に移動させることができる。
【００３３】
提示する膜コンタクタは、好ましくは、市販の材料（例として、ＡＢＳハウジング、ＡＢＳポート、ポリプロピレン中空繊維、エポキシ注封材料、および同類のもの）を使用する。可能な好ましい高性能Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）Ｘ４０およびＸ５０微孔疎水性ポリプロピレン中空繊維は、耐久性があり、非常に費用効率が良い。
【００３４】
そのような好ましい装置は、半導体工場に用いるのに十分に清潔であることができる。それらはまた、ＥＲＶまたはＨＶＡＣの操業費も援助できる。好ましいサイズ、形状、材料、製品設計、使用および／または交換によって、多くの広範な工業用途において好ましい装置をより有益な経済状況にすることが可能になる。最終用途において純度およびＦＤＡコンプライアンスが重要である場合には、それらの最終用途に適した高純度の膜コンタクタの実施態様が考慮される。
【００３５】
少なくとも選択された可能な好ましい実施態様に係る、提示するパネル膜コンタクタ（または、膜カートリッジ）は、好ましくは、何千ものＣｅｌｇａｒｄ（登録商標）微孔ポリオレフィン（ＰＯ）中空繊維を利用する。この中空繊維は、例えば、パドルまたは類似する形態の周りに巻いた状態、ひだ状、折り畳み状、および／またはそれらの組み合わせ等のアレイに編み込まれた、疎水性ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリメチルペンテン（ＰＭＰもしくはポリ（４−メチル−１−ペンテン））中空繊維である。好ましい運転中では、処理する空気が、中空繊維のシェル側またはシェルサイド（外側）を過ぎて流れ、一方、液体乾燥剤が、中空繊維の内腔側または内腔サイド（内側）を通って流れる。膜は、その疎水性のため、気相と液相とを分散せずに直接接触させる不活性支持体として作用する。
【００３６】
本発明のある実施態様に従い、ある流体と別の流体とを処理するための新しい種類のコンタクタ、コンタクタシステム、方法等が提供される。
【００３７】
本発明の少なくとも別の実施態様に従い、コンタクタシステムは、液体源、空気源またはガス源、および少なくとも一つのフラットパネルコンタクタを含む。このフラットパネルコンタクタは、複数の微孔中空繊維、および矩形のフレーム、シェル、ハウジングまたは容器を含む。液体源は、好ましくは、中空繊維の内腔と流体連通している。空気またはガスは、好ましくは、繊維を通り過ぎるか、横切ってコンタクタを通過する。
【００３８】
本発明の少なくとも一つの目的に従い、新規のまたは改善された中空繊維膜繊維含有フラットパネルコンタクタが提供される。
【００３９】
本発明の少なくとも選択された実施態様の別の目的は、そのようなパネルコンタクタの製造および／または使用方法を提供することである。
【００４０】
本発明の少なくとも特定の実施態様の追加的な目的は、改善されたコンタクタおよび／またはコンタクタシステムを構成するための方法を提供することである。
【００４１】
本発明の少なくとも選択された実施態様の少なくとも一つの目的に従い、新規のまたは改善された多孔性フラットシート膜コンタクタが提供される。
【００４２】
本発明の少なくとも選択された実施態様の別の目的は、そのようなフラットシートコンタクタの製造および／または使用方法を提供することである。
【００４３】
本発明の少なくとも一つの目的に従い、新規のまたは改善された多孔性膜フラットパネルコンタクタが提供される。
【００４４】
本発明の少なくとも選択された実施態様の別の目的は、そのようなフラットパネルコンタクタの製造および／または使用方法を提供することである。
【００４５】
本発明の少なくとも特定の実施態様の追加的な目的は、新規のまたは改善されたフラットパネルコンタクタおよび／またはコンタクタシステムを構成する方法を提供することである。
【００４６】
さらなる目的は以下の記載に説明され得る。
【００４７】
さらなる実施態様および／または種々の実施態様は、以下に記載または詳述され、添付の請求項によって定義され得る。
【００４８】
本発明の実施形態または態様を例証する目的のため、本発明を理解するための現在可能な好ましい形態を図面に示す。しかしながら、本発明は、示す正確な実施形態、態様、配置および／または手段には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の少なくとも一実施態様の例示的なフラットパネルコンタクタを例証する斜視正面図である。
【図２】図１の例示的なフラットパネルコンタクタを例証する斜視背面図である。
【図３】本発明の少なくとも一実施態様に係る、エアハンドリングの配管内に挿入される、図１の例示的なフラットパネルコンタクタを例証する概略的な斜視側面図である。
【図４】本発明の少なくとも一実施態様に係る、中空繊維膜アレイの一部の例を示す概略的な大いに拡大した表面図である。
【図５】本発明の少なくとも一実施態様に係る、図４の一つと同様の中空繊維膜を示す概略的な斜視端面図である。
【図６】本発明の少なくとも一実施態様に係る、図５の中空繊維の外側（シェル側）の一部を示す概略的な拡大表面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。
【００５１】
好ましくは、パネルコンタクタは、複数の中空繊維膜を含む少なくとも一つの中空繊維アレイ、および中空繊維の両端に付着する注封または矩形板を取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。好ましくは、中空繊維の内腔（内側または内腔側）は、第一の流体（液体、気体、吹き払うための気体、真空、またはそれらの組み合わせ）と流体連通しており、中空繊維のシェル（外側またはシェル側）は、第二の流体（液体、気体、吹き払うための気体、空気、強制空気、またはそれらの組み合わせ）と流体連通している。一実施態様では、第一の流体は液体乾燥剤であり、第二の流体は処理する空気である。
【００５２】
矩形のフレームが好ましいが、他の形状も考慮される。
【００５３】
膜コンタクタはシェル側および内腔側を有する。シェル側に液体、内腔側に気体を流すことが可能であり、逆も同様に可能である。しかしながら、圧力降下を考慮して、加湿用途では（圧力降下がより小さい）シェル側に気体を流すことが一般的には好ましい。膜コンタクタから出る気体の湿度は、多くの要因に応じて決まる。主要な処理パラメータには、液体および気体温度、液体および気体流量、膜面積、ならびに気体圧力がある。概して、気体流量が増大すると、排ガスの湿度は低下する。膜面積の追加により湿度が増大する。
【００５４】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、中空繊維アレイフラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。
【００５５】
少なくとも特定の可能な好ましい実施態様では、矩形フラットパネルコンタクタは、エアダクト、排気エアダクト、戻り管（還気グリル）、ベント、拡散器、フィルタハウジング、またはエアハンドリングの機器（例えば、ＨＶＡＣ（暖房、換気および空調）、ＨＶＡＣＲもしくはＨＶＡＣ＆Ｒ（暖房、換気、空調および冷却）、ＨＡＣＲ（暖房、空調および冷却）、ＥＲＶ（エネルギー回収換気装置）、ＡＣ（空調設備）、冷却器、エアハンドラ、強制換気装置、または同様の配管）内への配置に適合されている。また、矩形フラットパネルコンタクタは、複数の中空繊維膜を含む、少なくとも一つの巻き状の（例として、細長い楕円形もしくは矩形）あるいはひだ状または折り畳み状の（例として、ｚ状に折り畳まれた、または蛇腹状に折り畳まれた）中空繊維アレイ、中空繊維の両端に付着する注封、中空繊維のシェルと連通している大きなシェル側流体開口、ならびに中空繊維の開放端および内腔と連通している内腔側流体ヘッドスペースを取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。中空繊維アレイまたは繊維の巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さまたは厚さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する中空繊維アレイとなる。中空繊維アレイは、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封することができる。少なくとも一実施態様では、クロスフローパターンで、処理する空気は、コンタクタアレイのシェル側（中空繊維の外側）でコンタクタアレイを通過し、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）は、内腔側を通過する。
【００５６】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、液体乾燥剤、ＨＶＡＣ、および／またはＥＲＶシステムを通過する、またはそれらによって処理される空気を加熱、冷却、加湿および／または除湿するための改善された装置に関する。少なくとも一実施態様では、処理する高温多湿空気は、パネルアレイの内腔側を通過する液体（冷水および／または吸収性液体、食塩水、または乾燥剤）と共に、クロスフローパターンでシェル側（中空繊維の外側）においてパネルコンタクタアレイを通過する。少なくとも他の一実施態様では、クロスフローパターンで、処理する低温乾燥空気は、パネルコンタクタアレイのシェル側（中空繊維の外側）でパネルコンタクタアレイを通過し、液体（熱水および／または湿潤液体、食塩水、または乾燥剤）は、内腔側を通過する。
【００５７】
少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維アレイコンタクタを生産または製造するための方法に関する。少なくとも一実施態様では、パネルコンタクタは、パドルの周りに中空繊維膜アレイを巻回することによって、正方形または矩形状の繊維束を形成することを含む方法によって生産される。巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する繊維アレイとなる。次に、パドルから巻いたアレイを取り外し、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封する。必要に応じて、中空繊維の端部を開放し、内腔側流体ヘッドスペース（およびポート）を両端に形成または追加する。そのようなパネルコンタクタは、好ましくは、クロスフローパターンで、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）はコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過させ、空気はシェル側（中空繊維の外側）でアレイを通過させるように適合される。
【００５８】
少なくとも他の一実施態様では、パネルコンタクタは、中空繊維膜アレイひだ状にするか折り畳み（ｚ状に折り畳む、中空がある細長い楕円形、中空がある矩形、または蛇腹状に折り畳む）、正方形または矩形状の繊維束を形成することを含む方法によって生産される。折り畳みまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定され得る。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する繊維アレイとなる。次に、折り畳み状またはひだ状の折り畳み状またはひだ状のアレイを、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封する。必要に応じて、中空繊維の端部を開放し、内腔側流体ヘッドスペース（およびポート）を両端に形成または追加する。そのようなパネルコンタクタは、クロスフローパターンで、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）はコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過させ、空気はシェル側（中空繊維の外側）でアレイを通過させるように適合される。
【００５９】
少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットパネル中空繊維アレイコンタクタの利用または使用方法に関する。少なくとも一実施態様では、パネルコンタクタを使用する方法は、クロスフローパターンで、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）がコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過するのと同時に、処理する空気を、シェル側（中空繊維の外側）でコンタクタアレイを通過させることを含む。そのようなものとして、コンタクタは内腔側液体コンタクタである。
【００６０】
少なくとも他の一実施態様では、パネルコンタクタを使用する方法は、クロスフローパターンで、第二の液体または気体がコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通過するのと同時に、処理する液体を、シェル側（中空繊維の外側）でコンタクタアレイを通過させる。そのようなものとして、コンタクタはシェル側液体コンタクタである。
【００６１】
パネルコンタクタの他の使用は、以下を含むことができるが、これらに限定されるわけではない。
ＣＯ２の洗浄、
温室効果ガスの洗浄、
ＳＯｘの洗浄、
ＮＯｘの洗浄、
ＨＣＬの洗浄、
アンモニアの洗浄、
気体の加湿、
気体の除湿−例えば、ＨＶＡＣシステム内のエネルギー回収のための湿気および潜熱の液体乾燥剤による吸収、
（例えば、養豚場または養ブタ場における有毒ガスによる臭気の）空気放出制御、および／または、
湿度レベルの変更による（例えば、蒸発または浸水冷却器）気体温度制御。
【００６２】
少なくとも一実施態様では、本発明は、好ましくは、パドルの周りに巻回された、または蛇腹状に折り畳まれた、新しい種類のまたは市販されている中空繊維膜アレイまたは繊維を使用して正方形または矩形形状を形成することを含む。巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する繊維アレイとなる。アレイは、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封される。好ましくは、クロスフローパターンで、空気はシェル側（中空繊維の外側）でアレイを通過し、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）は内腔側を通過する。
【００６３】
本発明の少なくともある実施形態または態様に従う独自の特徴は、以下を含むことができるが、これらに限定されるわけではない。
費用効率が良い生産のための大量生産が可能と思われる設計、
標準のエアハンドリングの配管の中に直接に設置されるであろうフレームの中での（液体と液体、重力、溶媒ベースのポリマ、または遠心力を利用した）一体的な注封、
容易に取り外し、かつ交換可能なカートリッジ型フレーム、
押し出しポリマ素子を使用した上部および下部液体ヘッダ設計、
化学的耐性を有する構成（好ましくは、非金属）、
パドルに巻回された、または蛇腹状に折り畳まれた、連続的な中空繊維アレイ、
縦繊維間隔およびアレイの巻き張力を変更することによって、繊維アレイを通る空気の移動（繊維のＯＤにおける気流）中の中空繊維の運動／振動に起因して可能になる繊維の自己洗浄、
繊維間隔の密度を（約１０ｆｐｉ（インチ当たりの繊維）から約５８ｆｐｉに）変えることによって、繊維アレイを流れる空気の圧力を降下させることができること、
繊維アレイの深さまたは１インチ当たりのアレイ繊維を変えて表面積を調節することによって、コンタクタの効率を調節できること、
液体を、重力に従い流すことができるし、内腔側を通るようにポンプすることもできること、
ダクト区域の１平方フィート当たりの中空繊維表面を大きくすることによって、効率的な洗浄装置または他の物質／エネルギー移動装置を作製可能であること、
ガス流に同伴液体が生じないこと（対照的に、従来の方法では、ガス流に水または化学物質を噴霧してからデミスターに通す）、
選択的除去のために異なる繊維を用いることができること、
より効率的な単位操作のために段階的に運転できること、および／または、
アレイ全域における好ましい気体圧力の降下が、１０００ＳＣＦＭ（標準立方フィート／分）当たり０．５ｐｓｉ未満であること、
【００６４】
少なくとも特定の実施態様に係る、好ましいフラットパネルコンタクタのフレームまたはハウジングは、標準大気、加熱炉、ＡＣ、ＥＲＶ、ＭＥＲＶ、またはＨＶＡＣフィルタの外寸（例として、２０”×２０”×１”、２０”×２０”×２”、２０”×２０”×４”、２０”×２０”×５”、２０”×２５”×１”、２０”×２５”×２”、２０”×２５”×４”、２０”×２５”×５”等）を有する。
【００６５】
少なくとも特定の実施態様に係る、好ましいフラットパネルコンタクタのフレームまたはハウジングは、標準大気、加熱炉、ＡＣ、ＥＲＶ、ＭＥＲＶ、または（例として、以下にインチでリストした）ＨＶＡＣフィルタの外寸を有する。
厚さが１インチ、すなわち、
１０×２０×１，１１  １／２×１１  １／２×１，１２×１２×１，１２×１８×１，１２×２０×１，１２×２４×１，１４×２０×１，１４×２４×１，１４×２５×１，１４×３０×１，１５×２０×１，１６×１６×１，１６×２０×１，１６×２４×１，１６×２５×１，１８×１８×１，１８×２０×１，１８×２４×１，１８×２５×１，２０×２０×１，２０×２４×１，２０×２５×１，２０×３０×１，２４×２４×１，２４×３０×１，２５×２５×１，
厚さが２インチ、すなわち、
１０×２０×２，１２×２０×２，１２×２４×２，１４×２０×２，１４×２４×２，１４×２５×２，１５×２０×２，１６×１６×２，１６×２０×２，１６×２４×２，１６×２５×２，１８×１８×２，１８×２０×２，１８×２４×２，１８×２５×２，２０×２０×２，２０×２４×２，２０×２５×２，２０×３０×２，２４×２４×２，２４×３０×２，２５×２５×２，
厚さが４インチ、すなわち、
１２×２４×４，１６×２０×４，１６×２４×４，１８×２４×４，２０×２０×４，２０×２４×４，２０×２５×４，２４×２４×４，
厚さが５インチ、すなわち、
１６×２５×５，２０×２０×５，２０×２５×５。
【００６６】
本発明の少なくとも選択された実施態様に係る、改善されたフラットパネルコンタクタまたはモジュールは、少なくとも一つの矩形のフレームまたはハウジング、およびその内部の少なくとも一つの中空繊維アレイを含む。ハウジングは、例として、ＡＢＳ、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ステンレス鋼および／または他の耐食材料から作られることが好ましい場合がある。
【００６７】
図１〜図３の中空繊維アレイをフラットシート膜束と置き換え可能なことが考慮される。
【００６８】
少なくとも選択された実施態様に従い、コンタクタは、単一の矩形ハウジング内に２個以上の中空繊維アレイまたは束を含む。
【００６９】
可能な好ましい提示する膜コンタクタは微孔膜を利用するが、その分離原理は、他の膜分離、例えば、濾過および気体分離とは実質的に異なる。そのような好ましい中空繊維膜コンタクタでは、他の膜分離で起こるような細孔を通る際の対流は生じない。むしろ、好ましい膜は、気相と液相とを分散せずに直接接触させる不活性支持体として作用する。２つの相の間の物質移動は、もっぱら気相の圧力に左右される。好ましいＣｅｌｇａｒｄ（登録商標）中空繊維およびコンタクタの形状寸法においては、単位体積当たりの表面積が従来の技術よりも一桁分大きい。このように、体積に対する表面積が高レベルであるため、結果として所与の性能レベルに従うコンタクタ／システムサイズを飛躍的に縮小できる。
【００７０】
提示する可能な好ましい膜コンタクタは、水を吸収／揮散する技術のために２つの主要な繊維型のうちの１つを利用することができる。Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）Ｘ−４０膜は、壁がより厚く、内径がより小さく、酸素の除去を目的としている。Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）Ｘ−５０膜は、壁が若干薄く、内径が大きい（図４および図５参照）。この特徴により、Ｘ−４０膜と比較してより多くの二酸化炭素を除去できる。
【００７１】
以下に、Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）Ｘ−４０とＸ−５０中空繊維との比較を示す。
【表１】
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【００７２】
表面張力が低い流体である気体の移動を目的として、可能な第三の繊維異形、微孔ポリオレフィンが導入された。流体は、常に、これらの装置のシェル側を流れる。また、より大きな工業のコンタクタにはＸＩＮＤ繊維が導入された。これは、ＦＤＡを用いない脱ガス用途に適合する。
【００７３】
可能な第四の繊維異形は、気体を選択的に区別する分離層を有することができた。そのような一例では、シリコーン分離層を利用する。この例では、分離層が空気（窒素、酸素およびＣＯ２）中から水蒸気を選択できた。
【００７４】
例として、パネルコンタクタを使用する方法またはその方法の一部が、真空または吹き払うための気体がコンタクタアレイの内腔側（中空繊維の内側）を通り抜けているのと同時に、処理する空気を、クロスフローパターンでシェル側（中空繊維の外側）においてコンタクタアレイを通過させることを含むときに、そのような第四の異形を用いることができた。そのようなものとして、コンタクタはシェル側気体／気体コンタクタである。
【００７５】
パネルコンタクタを内腔側液体膜コンタクタとして用いる場合には、内腔側に液体を導入し、一方、シェル側に気体を導入する。
【００７６】
膜コンタクタをガス吸収用途、例えば、曝気または炭酸化などに用いる場合には、例として、中空繊維膜の内側（内腔側）に気体を導入し、中空繊維の外側（シェル側）に液相を導入する。ガス分圧および水温によって、液相内の溶解ガスの量を制御する。
【００７７】
膜コンタクタをガス揮散用途、例えば、脱炭酸または脱酸素に用いる場合には、真空もしくは揮散ガスまたはそれらの組み合わせを、中空繊維の内腔側に加える。繊維の外側には液体流を導入する。ガス分圧を低下させて、液相から溶解ガスを除去する。
【００７８】
ここで、同様の数字が同様の要素を指す図面を参照する。図１に示す一実施態様のフラットパネルコンタクタ１００、例えば、矩形中空繊維アレイパネルコンタクタは、主要コンポーネントとして矩形ハウジングまたはフレーム１０２、および中空繊維アレイ１０４を含む。ハウジング１０２は、上部１０６、底部１０８、側面１１０，１１２、エンドキャップ１１４，１１６、およびそれぞれが開口１２４，１２６を有する第一の流体または内腔側ポート（上側および下側側面ポート）１２０，１２２を含む。
【００７９】
中空繊維アレイ１０４は、中空繊維１３０および支持糸または紡糸１３２を含む。繊維１３０の端部は、端部部材１３４，１３６における矩形注封内において支持される。エンドキャップ１１４，１１６および側面ポート１２０，１２２の内側が、それぞれの上側および下側内腔側ヘッドスペースまたはチャンバを画定し、これらは中空繊維１３０の開放端と流体連通している。
【００８０】
図１および図２を参照するように、側面１１０および１１２ならびに端部部材１３４，１３６が、それらの間に第一および第二の流体またはシェル側ポート１４０，１４２を画定する。これらの大きい矩形シェル側流体ポート１４０，１４２は、それぞれ、繊維アレイ１０４の外面１４４および１４６、ならびに中空繊維１３０の外側（または、シェル）と流体連通している。
【００８１】
少なくとも一実施態様に従い、コンタクタ１００は内腔側液体コンタクタであり、第一の流体ポート１２０，１２２は、好ましくは、液体乾燥剤を受け入れるのに適した液体ポートであり、第二の流体ポート１４０，１４２は、好ましくは、気体、例えば、処理する空気を受け入れるのに適した、空気の加熱、冷却、加湿または除湿を容易にする気体ポートである。
【００８２】
前述の実施態様よりは好ましくないかもしれないが、コンタクタがシェル側液体コンタクタであり、第一の流体ポート１２０，１２２が、好ましくは、一以上の気体、吹き払うための気体、真空等を受け入れるのに適した気体ポートであり、第二の流体ポート１４０，１４２が、好ましくは、処理または変化する（例として、二酸化炭素、窒素等を制御、受け入れまたは除去するために脱ガスまたは気化する）液体を受け入れるのに適した液体ポートでもよい。
【００８３】
前述の実施態様よりもさらに好ましくないかもしれないが、第一の流体ポート１２０，１２２が、好ましくは、一以上の気体、吹き払うための気体、真空等を受け入れるのに適した気体ポートであり、第二の流体ポート１４０，１４２も気体ポートでもよい。
【００８４】
前述の実施態様よりもなおさらに好ましくないかもしれないが、第一の流体ポート１２０，１２２が、好ましくは、一以上の液体を受け入れるのに適した液体ポートであり、第二の流体ポート１４０，１４２も液体ポートでもよい。
【００８５】
少なくともある用途では、好ましい配置において、第一の流体ポート１２０と排出ポート１２２との間の液体の連続流または循環、および第二の流体ポート１４０と排出ポート１４２との間の気体の連続流または循環が可能であり、第一の流体ポート１２２と排出ポート１２０との間の液体の連続流または循環、および第二の流体ポート１４２と排出ポート１４０との間の気体の連続流または循環が可能であり、第一の流体ポート１２０と排出ポート１２２との間の液体の連続流または循環、および第二の流体ポート１４２と排出ポート１４０との間の気体の連続流または循環が可能であり、第一の流体ポート１２２と排出ポート１２０との間の液体の連続流または循環、および第二の流体ポート１４０と排出ポート１４２との間の気体の連続流または循環、または同様のものが可能である。
【００８６】
第一の流体が一以上の液体および／または気体でもよく、第二の流体が一以上の液体および／または気体でもよいことが理解される。
【００８７】
示されてはいないが、必要に応じて、交差支柱または支持体を、側面１１０と側面１１２との間に加えて、フレーム１０２を支持するか、それに強度を加えることができる。ことによると、開口１４０，１４２に対するそのような障害物を最小限にすることによって、流体の流れを最大限にし、移送に利用できる中空繊維の表面積を最大限にし、物質、費用などを減少することが好ましい。
【００８８】
多くの技術または工業では、気体内のまたは気体から出た熱、冷気または湿度、液体内のまたは液体から出た溶解ガス、気体内のまたは気体から出た気体または物質、液体内のまたは液体から出た液体または溶媒、気体内のまたは気体から出た液体または溶媒等を除去、添加または制御する必要がある。パネルコンタクタ１００ならびに本明細書に示すおよび記載するような（単独の、または直列および／または平行に配置された複数個のコンタクタとして）類似する膜コンタクタを、そのような流体、成分または物質を除去、制御または添加する必要があるそのような技術または工業に用いることができる。換言すると、多くの膜処理、移動または他の用途に、提示する装置を用いることができる。
【００８９】
図１に、２個の側面ポート１２０，１２２ならびに２個の前面および背面ポート１４０，１４２を有する４ポートコンタクタである例示的なパネルコンタクタ１００を示す。用途に応じてポートを追加してもよいし、ポートを取り外してもよい。
【００９０】
可能な大抵の好ましい実施態様に従い、ハウジングまたはフレーム１０２は矩形形状であり、そのの外寸は、標準の加熱炉、ＡＣ、またはＨＶＡＣフィルタサイズに適合し、非金属の耐食材料、例えば、ＡＢＳから作られる。
【００９１】
ポート１２０，１２２は、例として、それぞれ、第一の流体の供給口からの連結器、パイプまたは導管と別のコンタクタ等との流体密封を形成するｏリングを受け入れるｏリング溝を含むように変形できる。また、ポート１２０，１２２は、両方共ハウジングの片方の側から延在するのではなく、ハウジングの反対側または前面もしくは背面から延在するようにも変形できる。
【００９２】
先に記載したように、好ましいコンタクタ１００の構成は、非常に単純ではあるが、非常に効果的である。好ましくは、標準の材料、例えば、標準のハウジング材料、ポート、繊維、紡糸および注封が共通して用いられる。モジュールの最終使用または用途に応じて、慣習の材料を用いる必要が生じ得る。
【００９３】
図１および図２に示すように、ハウジング１０２は一体成形でもよいが、共に接合、溶接または接着された部分品１１０，１１２，１１４および１１６から作られてもよい。
【００９４】
ハウジング１０２および／または中空繊維膜アレイ１０４は、一以上のバッフルまたは分流器を含んでもよい。
【００９５】
可能な好ましい一例に従う図３を参照すると、コンタクタ１００が、ＨＶＡＣ配管３００のＨＶＡＣフィルタ受入器またはハウジング２００の中に挿入されている。コンタクタ１００は、標準の換気配管ハウジング、受入器、戻り管、拡散器、ダクトなどに適合するサイズに形成されることが好ましい。ハウジング２００は、スペーサ２１０，２１２を取り外すことによって、（２個のコンタクタシステムを形成するように）並んで隣接する関係において２個のコンタクタ１００を受け入れるように適応できる。
【００９６】
一例では、第一の流体が液体であり、例として、ポート１２０内において開口１２４を経由してエンドキャップ１１４内の上側ヘッドスペースの中に流れ、その後、中空繊維１３０の上側開放端の中に入り、下方に流れて中空繊維の内腔を通じてエンドキャップ１１６内の底部ヘッドスペースの中に入り、その後、ポート１２２の排出開口１２６から出る。第二の流体は気体であり、例として、圧力を受けてポート１４０内に流れ、中空繊維１３０のシェルを過ぎて、その後、排出ポート１４２から出る。
【００９７】
別の例では、第一の流体が液体であり、例として、開口１２４を経由してポート１２０内に流れ、エンドキャップ１１４内の上側ヘッドスペースの中に入り、その後、中空繊維１３０の上側開放端の中に入り、下方に流れて中空繊維の内腔を通じてエンドキャップ１１６内の底部ヘッドスペースの中に入り、その後、ポート１２２の排出開口１２６から出る。第二の流体は気体であり、例として、圧力を受けてポート１４２内に流れ、中空繊維１３０のシェルを過ぎて、その後、排出ポート１４０から出る。
【００９８】
なおも別の例では、第一の流体が液体であり、例として、圧力を受けて開口１２６を経由してポート１２２内に流れ、エンドキャップ１１６内の下側ヘッドスペースの中に入り、その後、中空繊維１３０の下側開放端の中に入り、上方に流れて中空繊維の内腔を通じてエンドキャップ１１４内の上側ヘッドスペースの中に入り、その後、ポート１２０の排出開口１２４から出る。第二の流体は気体であり、例として、圧力を受けてポート１４０内に流れ、中空繊維１３０のシェルを過ぎて、その後、排出ポート１４２から出る。
【００９９】
図１〜図３に単一のコンタクタ１００を示したが、２個以上のコンタクタを用いることができることも考慮される。
【０１００】
図３を再度参照すると、コンタクタ１００が、輸送、取扱い、挿入、取り外し、および交換に適度なサイズおよび重量の、好ましくは内蔵型の膜コンタクタであることに留意されたい。コンタクタがそのようなサイズおよびモジュール方式であることによって、コンタクタおよびコンタクタシステムの組み立て、維持等を容易に行うことができる。
【０１０１】
一例に準拠すると、コンタクタ１００のハウジング１０２の外寸は、全長が約２０インチ、全高が約２０インチ、全幅、全深または全厚が約２インチであり、ＡＢＳポリマで形成される。
【０１０２】
一例に準拠すると、コンタクタ１００の中空繊維アレイの外寸は、全長が約１９．５インチ、全高が約１８インチ、全幅、全深または全厚が約１．５インチであり、ポリオレフィン繊維および紡糸で形成される。
【０１０３】
図４〜図６を参照するように、好ましくは、中空繊維は疎水性微孔膜であり、その細孔は液体の通過は阻止するが、気体および蒸気は通過または移動させる。
【０１０４】
図４に概略的に示すように、好ましい中空繊維膜アレイ９４０は、複数の中空繊維９４２、例として、Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）Ｘ−４０中空繊維を含む。これは、それらの全長に沿って間隔をあけて位置するように交差糸９４６によって接続される。例示の中空繊維の外径は約３００マイクロメートルでもよい。
【０１０５】
図５に示す、一つのそのような中空繊維９４２の外径は、例として、約３００マイクロメートルであり、内径は約２００〜約２２０マイクロメートルでもよい。
【０１０６】
図６に示すように、好ましい中空繊維９４２は、細隙状の微小孔を有し、その平均細孔サイズは、例として、０．０３マイクロメートルである。そのような中空繊維はポリプロピレンでもよく、環境に優しいドライストレッチ処理によって作られる。
【０１０７】
コンタクタ１００では、中空繊維膜１３０の各々が、共に開放している第一の端部および第二の端部、ならびに（部材１３４，１３６内に）両端における注封を有することが好ましい。第一および第二の膜の端部は、流体がそこを流れるように開放している。また、注封をエポキシ樹脂から作り、注封の端部を切断して注封に付随する開放した第一および第二の繊維端を形成することも好ましい。
【０１０８】
より大きな単一のコンタクタではなく複数個のコンタクタ１００を用いることの利益には、例として、なじみのある機器設計、コンタクタ交換の容易性、ダウンタイムの短縮化、コンタクタの保管／取扱いの簡易性、交換したコンタクタの保管／取扱いの簡易性、専用工具の不要、交換費用の低減等が含まれる。
【０１０９】
ポリマ成分の一部は、例として、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、塩素化ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、高衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリアクリレート−スチレン−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、およびポリカーボネート（ＰＣ）から選択することができる。
【０１１０】
少なくとも一実施態様に従い、重力注封法によって樹脂に中空繊維を埋め込む／注封する。
【０１１１】
少なくとも他の一実施態様に従い、以下の方法で樹脂に中空繊維を埋め込む／注封する。すなわち、巻き状または折り畳み状の中空繊維アレイを、矩形ハウジングの中に導入する。第一のステップにおいて、ハウジングをその中心軸の周りを回転させながら、一時的または除去可能な液体またはゲルを、開口を経由してハウジングの一端の中に導入する。その結果として、一時的または除去可能な液体またはゲルが、中空繊維の端部をその中に埋め込んだ層を形成する。第二のステップにおいて、液体で硬化できる樹脂をハウジングの中に導入し、繊維端付近の繊維長に沿う一部分において中空繊維が樹脂層に埋め込まれるように、遠心効果によって、一時的または除去可能な液体またはゲルの第一の層の上に樹脂層を形成する。樹脂の硬化後、一時的または除去可能な液体またはゲルを除去し、繊維の端部が樹脂層を越えて延在するように硬化した樹脂に中空繊維を埋め込み、その後、繊維端を切り取る。中空繊維の他の端部にもこの処理を繰り返す。
【０１１２】
注封または熱硬化性材料は、エポキシ樹脂、熱可塑性物質、およびポリウレタンを含むが、これらに限定されない。エポキシ樹脂の使用が好ましい。本明細書に用いる熱可塑性物質は、熱にさらされたときに軟化し、室温で冷却したときにその元の状態に戻る高分子を指す。この用語は、通例、合成物質、例えば、ポリ塩化ビニル、ナイロン、フッ化炭素ポリマ、線状ポリエチレン、ポリウレタンプレポリマ、ポリスチレン、ポリプロピレン、およびセルロース誘導体、ならびにアクリル系樹脂にも適用される。例示的な熱可塑性物質は、ポリオレフィン、例えば、ポリプロピレンおよびポリエチレンを含む。
【０１１３】
異なる注封法を採用して注封工程を完了してもよい。本明細書に記載する異なる注封法は、モールド注封、遠心注封、および重力注封を含むが、これらに限定されない。
【０１１４】
膜コンタクタの設計には、分離特性、費用、圧力降下、重量および効率を含むいくつかの要素が重要となり得る。コンタクタ全域の圧力降下を小さくして、より高価な高圧機器の必要性を低減することが好ましい。小さい圧力降下は、排出処理の流れにおける排出点の処理圧力が、通常、大気圧あるいはそれに近いときに、この点に膜コンタクタを追加する改造計画において特に重要となり得る。コンタクタのサイズを縮小するために、高効率の物質移動が所望される。据え付けおよびメンテナンス費用を低減するために、低重量のものが所望され、これは沖合での用途に特に重要となる。少なくともある既存の膜コンタクタが、特定の用途、ある条件等においてこれらの目的を満たすには決して十分には満足できないことが見出された。それゆえに、特定の用途、ある条件等に用いるための、公知の膜コンタクタよりも優れた、改善された特性を有する改善された膜コンタクタに対する要求がある。本発明の少なくとも選択された実施態様に関し得る、これらのおよび／または他の要求を満たす微孔中空繊維膜装置および／または方法の提供が要求されている。本発明の少なくとも選択された他の実施態様に関し得る、これらのおよび／または他の要求を満たす微孔フラットシート膜装置および／または方法の提供が要求されている。
【０１１５】
本発明の少なくとも特定の実施態様に従い、折り畳み状、ひだ状、または巻き状の（好ましくは、らせんに巻回された）中空繊維および／または空気中から水蒸気を選択できるフラットシート膜の片側に深い真空を引き込むことによって、乾燥剤を使用することなく、気流を直接除湿することが可能になる。そのようならせんに巻回された中空繊維および／または水蒸気を選択できるフラットシート膜を備えるフラットパネルコンタクタを使用することが好ましい場合がある。例として、空気が膜の外側またはシェル側を流れ、内側または内腔側には真空が適用される。この働きを果たす一つのそのような膜には、シリコーン（または、シリコーンで処理したもしくは被覆した）膜がある。
【０１１６】
少なくともある選択された実施態様では、本発明は、多孔性膜（フラットシートおよび／または中空繊維）コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくともある選択された実施態様では、本発明は、フラットパネル多孔性膜コンタクタ、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットシート微孔膜（または、フィルム）フラットパネルコンタクタ、コンタクタシステム、ならびに／あるいはその製造および／または使用方法に関する。例として、フラットシート膜は、折り畳み状、ひだ状、巻き状、らせん巻き状などでもよい。
【０１１７】
少なくとも特定の可能な好ましい実施態様では、矩形フラットパネルコンタクタは、エアダクト（例えば、ＨＶＡＣダクト）内への配置に適合され、少なくとも一つの巻回された（例として、細長い楕円形または矩形）、あるいはひだ状または折り畳み状の（例として、蛇腹状に折り畳まれた）フラットシート膜、膜の各開放端に付着する注封、膜内面と連通している大きい内側流体開口、ならびに膜の開放端および内面と連通している内側流体ヘッドスペースを取り囲む矩形のフレームまたはハウジングを有する。多孔性フラットシート膜の巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する、折り畳み状、ひだ状、および／または巻き状の膜となる。膜は、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封することができる。少なくとも一実施態様では、クロスフローパターンで、処理する空気は、コンタクタの外側（膜の外側）でコンタクタ膜を通過し、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）、揮散ガスまたは真空は内側（巻回された膜の内側）を通過する。フラットシート膜の外側自由端は、隣接する膜層によりシールされてもよいし、任意の従来の手段、例えば、溶接、注封、接着剤等によって（注封材料のビードの使用が好ましい）折り畳まれて、外側流体チャンバと内側流体チャンバとを分離してもよい。
【０１１８】
少なくとも選択された実施態様では、本発明は、液体乾燥剤、ＨＶＡＣ、および／またはＥＲＶシステムを通過する、またはそれらによって処理される空気を加熱、冷却、加湿および／または除湿するための改善された装置に関する。少なくとも一実施態様では、クロスフローパターンで、処理する高温多湿空気は、パネルコンタクタ膜の外側またはシェル側においてパネル接触器コンタクタ膜を通過し、液体（冷水および／または吸収性液体、食塩水、または乾燥剤）は内側または内腔側を通過する。少なくとも他の一実施態様では、クロスフローパターンで、処理する低温乾燥空気は、パネルコンタクタの外側またはシェル側においてパネルコンタクタを通過し、液体（熱水および／もしくはおよび／または湿潤液体、食塩水、または乾燥剤）は内側または内腔側を通過する。少なくとも他の一実施態様では、処理する湿潤空気は、クロスフローパターンで外側またはシェル側においてパネルコンタクタを通過する。空気（窒素、ＣＯ２および酸素）全体の水蒸気に好ましくは選択的な分離層を有する膜を用いることができる。膜の内側または内腔側を真空にして、膜の内側または内腔側に水蒸気を引き込む駆動力を生成することができる。
【０１１９】
少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットパネルフラットシート膜コンタクタを生産または製造するための方法に関する。少なくとも一実施態様では、パネルコンタクタは、パドルの周りに多孔性膜またはフィルムを巻くことによって、正方形または矩形状の膜束を形成することを含む方法によって生産される。巻きまたは層の数に応じて、パネルの深さまたは厚さが決定する。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する巻いた膜となる。次に、パドルから巻いた膜を除去し、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封する。必要に応じて、膜束の端部を開放し、内側または内腔側流体ヘッドスペースを両端に形成または追加する。そのようなパネルコンタクタは、クロスフローパターンで、空気は、パネルコンタクタの外部、外側またはシェル側（膜束の外側）で膜を通過させ、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）または気体は内側または内腔側（膜束の内側）を通過させるかそこを真空にするように適合される。
【０１２０】
少なくとも他の一実施態様では、パネルコンタクタは、フラットシート多孔性膜またはフィルムをひだ状にするか折り畳み（例として、ｚ状に折り畳み、蛇腹状に折り畳むかひだ状にし、その後、任意で巻く）、正方形または矩形状の膜束を形成することを含む方法によって生産される。折り畳みまたは層の数に応じて、パネルの深さが決定され得る。最終的に、高さＸ、幅Ｙおよび深さＺを有する膜束となる。次に、折り畳み状またはひだ状の束を、ＨＶＡＣエアフィルタに形状が類似する正方形または矩形のフレームに直接注封する。必要に応じて、膜束の端部を開放し、内側または内腔側流体ヘッドスペースを両端に形成または追加する。そのようなパネルコンタクタは、クロスフローパターンで、空気はコンタクタの外側またはシェル側（膜束の外側）で束を通過させ、液体（熱水、冷水、湿潤液体または吸収性液体）または気体は内側または内腔側（膜束の内側）を通過させるかそこを真空にするように適合される。
【０１２１】
少なくとも特定の実施態様では、本発明は、フラットパネルコンタクタの利用または使用方法に関する。少なくとも一実施態様では、パネルコンタクタを使用する方法は、液体（熱水、冷水、湿潤液体もしくは吸収性液体）または気体が、コンタクタ束またはアレイの内側または内腔側を通り抜けている時、または真空が適用されたのと同時に、処理する空気を、クロスフローパターンでコンタクタ膜またはアレイを通過させることを含む。
【０１２２】
本発明のパネルコンタクタの他の使用は、以下を含むことができる。
ＣＯ２の洗浄、
温室効果ガスの洗浄、
ＳＯｘの洗浄、
ＮＯｘの洗浄、
ＨＣＬの洗浄、
アンモニアの洗浄、
気体の加湿、
気体の除湿、
ＨＶＡＣシステム内のエネルギー回収のための湿気および潜熱の液体乾燥剤による吸収、
（例えば、養豚場または養ブタ場における有毒ガスによる臭気の）空気放出制御、および／または、
湿度レベルの変更による（例えば、蒸発冷却または浸水冷却器による）気体温度制御。
【０１２３】
本発明は、その趣旨および本質的特質から逸することなく、他の形態においても具現化することができる。それゆえに、前述の明細書よりもむしろ、本発明の範囲を指すものとして添付の請求項を参照するべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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