JPH0683778B2 - Fluid component diffusion controller - Google Patents
Fluid component diffusion controllerInfo
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- JPH0683778B2 JPH0683778B2 JP60118984A JP11898485A JPH0683778B2 JP H0683778 B2 JPH0683778 B2 JP H0683778B2 JP 60118984 A JP60118984 A JP 60118984A JP 11898485 A JP11898485 A JP 11898485A JP H0683778 B2 JPH0683778 B2 JP H0683778B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/06—Tubular membrane modules
- B01D63/066—Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/16—Hollow fibers
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は流体相の成分の選択的な分離または混合に用い
る装置に関する。本発明は流体成分のそうした分離また
は混合の連続的処理に用いるのに特に適している。制御
は流体またはその成分を以下に詳しく説明する特定のタ
イプの多孔質セラミック体を通して拡散させることによ
って達成される。Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a device for selective separation or mixing of components of a fluid phase. The present invention is particularly suitable for use in the continuous processing of such separation or mixing of fluid components. Control is achieved by diffusing the fluid or its components through a particular type of porous ceramic body, which is described in detail below.
多くのタイプの連続化学処理およびその他の工学的操作
において流体の流れの成分を分離する必要性は非常に普
通の事項である。最も普通の手法の１つは分離すべき流
れの異種成分について実質的に異なる透過特性を有する
重合体材料からなる半透膜を用いることである。透過性
の相違は半透膜の成分と流体の成分の間の物理的または
化学的な相互作用に基づくことができる。最も普通に
は、それは半透膜中の細孔の存在に単純に基づくもので
あり、その細孔が流体の比較的小さい分子または粒子を
有する１成分の通過を許容するがより大きい分子または
粒子を有する別の成分を有効に阻止する。The need to separate components of a fluid stream is a very common matter in many types of continuous chemical processing and other engineering operations. One of the most common is to use semipermeable membranes made of polymeric materials that have substantially different permeation properties for the different components of the streams to be separated. The difference in permeability can be based on physical or chemical interactions between the components of the semipermeable membrane and the fluid. Most commonly, it is simply based on the presence of pores in the semipermeable membrane, which pores allow the passage of one component with relatively small molecules or particles of fluid but larger molecules or particles. Effectively block another component having
実際に、商業的に重要な大部分の分離はむしろ径が小さ
い細孔を有する膜を要求する。細孔径が小さいと、それ
に対応して、そこを通過する最も速い成分でも拡散速度
は遅い。流体の圧力を増加すれば拡散速度を増加し得る
が、そのためには膜の圧縮、変形、破壊を防止するため
に膜が圧力に耐える機械的強度を有する必要がある。こ
うした膜の機械的強度は、通常、膜の厚みを増せば得ら
れるが、それは拡散速度を低減するので、少なくとも部
分的に自滅的である。In fact, most commercially important separations require membranes with rather small diameter pores. If the pore size is small, the diffusion rate is correspondingly slow even for the fastest component passing through it. Increasing the fluid pressure can increase the diffusion rate, but this requires the membrane to have sufficient mechanical strength to withstand the pressure in order to prevent compression, deformation and destruction of the membrane. The mechanical strength of such membranes, which is usually obtained by increasing the thickness of the membrane, is at least partially self-defeating because it reduces the diffusion rate.
高圧の使用はある種の流体、特に、生物学的流体、例え
ば血液では実際的ではない。圧力は細胞組織を損傷する
ことがある。生物学的流体でなくても、多くの普通のラ
テックスポリマーのようなコロイド懸濁液でも、加圧に
よって類似の損傷を被ることがある。The use of high pressure is not practical for some fluids, especially biological fluids such as blood. Pressure can damage tissue. Even non-biological fluids, colloidal suspensions such as many common latex polymers, can suffer similar damage under pressure.
過去に、流体成分の分離、主として、流体中の微細固体
成分を除去する過処理に多孔質セラミックスが用いら
れたことがある。セラミックフィルターは、破壊され易
いこと、ならびに厳密に制御された細孔径を有するセラ
ミック薄膜を作成することが困難であるために、通常、
重合体膜よりも厚く作成されなければならない。従っ
て、セラミックフィルターは重合体膜よりさらに遅い分
離速度を有する。そのために分離装置にセラミックスを
実際に用いるには限界があった。最近までに、1981年３
月30日出願の仏国特許出願第81-06340号に説明されてい
るように層状セラミックフィルター構造が開示された。In the past, porous ceramics have been used for separation of fluid components, mainly for overtreatment to remove fine solid components in fluid. Ceramic filters are typically fragile and difficult to produce ceramic membranes with tightly controlled pore size, which usually results in
It must be made thicker than the polymer film. Therefore, ceramic filters have an even slower separation rate than polymer membranes. Therefore, there is a limit to the practical use of ceramics in the separation device. By the end of March 1981
A layered ceramic filter structure has been disclosed as described in French patent application No. 81-06340 filed 30th March.
制御された速度で流体中に成分を混合する手段も同様に
産業上および医学上の処理に有用であるが、それらは連
続分離手段ほどには屡々使用されない。Means for mixing the ingredients into the fluid at a controlled rate are likewise useful in industrial and medical processing, but they are not as often used as continuous separation means.
特定のセラミック粉末を焼結して細孔径が非常に均一で
ありかつ機械的強度が高いセラミック体を提供すること
によって、流体成分の拡散を制御する優れたセラミック
体を製造し得ることを見い出した。好ましくは、少なく
とも２種類の粒径の粉末を用いることによって、比較的
細かい細孔を有する薄い層とより粗い細孔を有する少な
くとも１層のより厚い層とを結合した多層構造を形成す
る。厚い層は機械的強度を提供し、一方、薄い層は適当
な速度の操作を伴なう選択性を提供する。It has been found that by sintering certain ceramic powders to provide a ceramic body with very uniform pore size and high mechanical strength, an excellent ceramic body with controlled diffusion of fluid components can be produced. . Preferably, powders of at least two different particle sizes are used to form a multi-layer structure combining a thin layer with relatively fine pores and at least one thicker layer with coarser pores. The thick layer provides mechanical strength, while the thin layer provides selectivity with moderate speed operation.
本発明のセラミック体は、ミクロ分子フラクショネーシ
ョンの液体および気体から粒状物を除去するために最も
普通に用いられる慣用の平坦なシート、単一の管あるい
は中空の繊維と異なる構造にした場合に最も有効に利用
され得る。本発明により開示される製品は一般に長い円
筒状をした単一の分離要素中にここに開示するタイプの
２層の壁を有する複数の円筒状スペースを有する。この
分離要素の１端または両端のマニホールドまたは類似の
装置が入口および出口の流体の導入および回収をそれぞ
れ行なう。The ceramic bodies of the present invention, when constructed differently from conventional flat sheets, single tubes or hollow fibers most commonly used to remove particulates from micromolecular fractionation liquids and gases. It can be used most effectively. The products disclosed by the present invention have a plurality of cylindrical spaces having two layers of walls of the type disclosed herein in a single separating element, which is generally elongated cylindrical. A manifold or similar device at one or both ends of the separation element provides inlet and outlet fluid introduction and recovery, respectively.
こうして、本発明によれば、１つの流体の選ばれた成分
の他の流体への拡散を制御する装置であって、（ａ）少
なくとも１つの第１中空流路と１つの第２中空流路を有
する多孔質セラミック体であって、第１および第２中空
流路が夫々多孔質セラミック体を貫通し、かつ第１およ
び第２中空流路間を多孔質セラミック体の細孔を通って
流体が流れる連続的曲路を有する多孔質セラミック体
と、（ｂ）第１の中空流路の１端に少なくとも２種の異
種化学成分を有する第１流体を連続的に導入する手段
と、（ｃ）第２中空流路の１端に第２流体を連続的に導
入する手段と、（ｄ）第１および第２中空流路間の上記
多孔質セラミック体の細孔を通る流体の流れの全部を横
切って延在し、かつ充分に小寸法の孔径の細孔を有する
ので上記第１流体の１成分がその帯域を上記第１流体の
他の少なくとも１成分より実質的に迅速に拡散する、多
孔質セラミック体の少なくとも１つの第１帯域と、
（ｅ）第１中空流路の第１流体の導入端と反対の端か
ら、第１流体の最も迅速な拡散成分が第１流体に関して
減少した第３流体を回収する手段と、（ｆ）第２中空流
路の第２流体の導入端と反対の端から、第１流体の最も
迅速な拡散成分が第２流体に関して増加した第４成分を
回収する手段を具備して成る装置が提供される。Thus, according to the present invention, an apparatus for controlling the diffusion of a selected component of one fluid into another fluid, comprising: (a) at least one first hollow channel and one second hollow channel. A porous ceramic body having: a first and a second hollow channel, each of which penetrates through the porous ceramic body; and a fluid between the first and the second hollow channels through the pores of the porous ceramic body. A porous ceramic body having a continuous curved path through which (b) flows, and (b) means for continuously introducing a first fluid having at least two kinds of different chemical components to one end of the first hollow channel, (c) ) Means for continuously introducing the second fluid into one end of the second hollow channel, and (d) the entire flow of the fluid through the pores of the porous ceramic body between the first and second hollow channels. Of the first fluid because it has pores of a sufficiently small size that extend across Min substantially diffuse rapidly than the other at least one component of the band the first fluid, at least one first band of the porous ceramic body,
(E) means for recovering a third fluid from the end of the first hollow channel opposite to the first fluid introduction end, the third fluid having the fastest diffusive component of the first fluid reduced with respect to the first fluid; An apparatus is provided comprising means for recovering a fourth component from the end of the two hollow channels opposite the second fluid inlet end, wherein the fastest diffusing component of the first fluid has increased with respect to the second fluid. .
本発明の装置は実質的に均一な細孔径、良好な機械的強
度、耐腐蝕性を有する焼結セラミック材料で構成される
ことが好ましい。広範囲の公知のセラミック粉末、例え
ば、アルミニウム、珪素、ジルコニウム、チタン、クロ
ムもしくはマグネシウムの酸化物；珪素、チタンもしく
はタングステンの炭化物；またはコージェライト、ムラ
イト等のような天然鉱物はこの装置を構成するのに適当
である。これらの構造物も同様に使用できる。The device of the present invention is preferably constructed of a sintered ceramic material having a substantially uniform pore size, good mechanical strength, and corrosion resistance. A wide variety of known ceramic powders such as oxides of aluminum, silicon, zirconium, titanium, chromium or magnesium; carbides of silicon, titanium or tungsten; or natural minerals such as cordierite, mullite etc. make up this device. Suitable for These structures can be used as well.
異なる多孔度を有する多層セラミックスからなる多孔管
セラミック管の製造方法は1983年11月９日出願の米国特
許出願第06/550,746号に記載されており、その内容はこ
こに参照する。A method of making a perforated tube ceramic tube composed of multi-layered ceramics having different porosities is described in US patent application Ser. No. 06 / 550,746 filed Nov. 9, 1983, the contents of which are hereby incorporated by reference.
拡散制御要素が厚みは大きいほどその要素を通る透過速
度は遅くなるであろう。従って、厚みは適当な強度と耐
久性を満たす範囲内でできるだけ小さく保つことが経済
的に望ましい。拡散制御要素の壁全体が均一な孔径の細
孔を有するならば壁の厚さは少なくとも１μｍ必要であ
り、アルミナが好ましいセラミックである。The thicker the diffusion control element, the slower the rate of transmission through the element. Therefore, it is economically desirable to keep the thickness as small as possible within a range that satisfies appropriate strength and durability. If the entire wall of the diffusion control element has pores of uniform pore size, the wall thickness should be at least 1 μm and alumina is the preferred ceramic.
本発明の操作は図面を参照すれば更に理解される。第１
図および第２図は全体を参照数字20で示す流体成分の連
続分離に適した本発明の現在のところ好ましい態様を示
す。複数の流路24が要素20の長手方向を貫通して延びて
いる。各々の流路24は細かい細孔径のセラミック薄層28
による壁を有し、その周りはより粗い細孔径のセラミッ
ク層26で包囲されている。要素の長手方向をより大きい
中央流路22が貫通して延在する。第２図の場合、微細な
細孔層と粗な細孔層26からなる２層構造である。この特
別の態様において、中央円筒状スペース22は微細な細孔
層で内張りしない。これは分離手段としてよりも透過液
回収用に用いるからである。この層は必要であれば装置
の全表面に存在することができる。The operation of the present invention will be further understood with reference to the drawings. First
Figures and 2 show a presently preferred embodiment of the present invention suitable for continuous separation of fluid components, generally designated by the reference numeral 20. A plurality of channels 24 extend through the length of element 20. Each channel 24 is a thin ceramic layer 28 with a fine pore size.
Is surrounded by a ceramic layer 26 having a coarser pore size. A larger central channel 22 extends through the length of the element. In the case of FIG. 2, it has a two-layer structure composed of a fine pore layer and a coarse pore layer 26. In this particular embodiment, the central cylindrical space 22 is not lined with a fine pore layer. This is because it is used for permeate recovery rather than as a separation means. This layer can be present on the entire surface of the device if desired.
態様20の寸法はかなりの程度変化し得ることが認められ
よう。層28および層26の多孔度は焼結に適当なセラミッ
ク粉末を用いて主として約0.01μｍ〜20μｍ以上の範囲
内の細孔を有するようにそれぞれ別に制御することが可
能である。典型的には、細孔の体積はこれらの層の全体
積の35〜55％であり、一般的に細孔の少なくとも95％が
連通して曲りくねった流路を形成している。大部分の応
用では、現在のところ、装置20は直径約2mm〜20mm、中
央流路22は直径約0.5〜10mm、周辺流路24は直径約0.2〜
5mm（2mmを越えないことが最も好ましい）を有すること
が好ましい。層28は通常１〜15μｍの厚みを有するであ
ろう。細孔間のスペースは0.1〜2mmであるように制御さ
れるべきである。セラミック焼結技術によって定まる限
界の範囲内のすべての便宜の長さを用いることができ、
現在の経験では1mが大略の上限である。It will be appreciated that the dimensions of embodiment 20 can vary to a large extent. The porosity of layers 28 and 26 can be individually controlled with ceramic powders suitable for sintering to have predominantly pores in the range of about 0.01 μm to 20 μm or more. Typically, the pore volume is 35-55% of the total volume of these layers, and generally at least 95% of the pores are in communication to form a tortuous flow path. For most applications, the device 20 is currently about 2 mm to 20 mm in diameter, the central channel 22 is about 0.5-10 mm in diameter, and the peripheral channel 24 is about 0.2 mm in diameter.
It is preferred to have 5 mm (most preferably not more than 2 mm). Layer 28 will typically have a thickness of 1-15 μm. The space between the pores should be controlled to be 0.1-2 mm. Any convenient length within the limits set by the ceramic sintering technique can be used,
In the current experience, 1m is the upper limit.
通常の実施では、要素20は第３図および第４図に示す他
の器具と共に用いる。要素20を包囲する流体不透過性ハ
ウジング30と共に末端蓋34a,34bおよび弾性接続部材38
が分離すべき流体の散逸を防ぐ。有利には、必要に応じ
て用いるマニホールド40aを介して複数の流路24に流体
を導入する。マニホールド40aは対応する複数の供給管4
2aを有し、それが末端蓋34aの各開口部44を貫通して、
次に弾性接続部材38の夫々の末端に挿入されている。開
口部44にはＯリング46を設けて流体濡出に対してシール
することが有利である。マニホールド40aにコネクタ48a
を取り付けてマニホールドを図示されていない流体供給
源に接続する。末端蓋34はセラミック要素20から僅かに
離して置き、セラミック要素20はスペーサ36を用いてハ
ウジング32内の適当な位置に配置する。コネクタ50a,50
bは、セラミック要素20の中央流路22、およびセラミッ
ク要素20とハウジング32の間のスペース52を含む接続ス
ペースに接近する。In normal practice, the element 20 will be used with the other instruments shown in FIGS. End caps 34a, 34b and a resilient connecting member 38 with a fluid impermeable housing 30 enclosing the element 20.
Prevents dissipation of the fluid to be separated. Advantageously, fluid is introduced into the plurality of channels 24 via the manifold 40a, which is optionally used. Manifold 40a has multiple corresponding supply pipes 4
2a, which penetrates each opening 44 of the end cap 34a,
Next, the elastic connecting members 38 are inserted into their respective ends. Advantageously, the opening 44 is provided with an O-ring 46 to seal against fluid wetting. Connector 48a on manifold 40a
To connect the manifold to a fluid source not shown. The end cap 34 is placed slightly away from the ceramic element 20 and the ceramic element 20 is positioned at an appropriate location within the housing 32 using spacers 36. Connector 50a, 50
b approaches the central channel 22 of the ceramic element 20 and the connection space including the space 52 between the ceramic element 20 and the housing 32.
要素20と共に用いる補助的構成物は、全部、輸送すべき
流体に関して化学的に不活性である流体不透過性材料で
構成すべきである。The ancillary components used with element 20 should all consist of fluid impermeable materials that are chemically inert with respect to the fluid to be transported.
第１〜４図に示した本発明の態様はいろいろな途に用い
ることができる。最も簡単なものの１つは、流体Ｆから
成分Ａを分離する方法であり、この場合成分Ａは微細孔
セラミック中を流体Ｆの他のすべての成分より迅速に拡
散する。流体Ｆはコネクタ48aを介してマニホールド40a
そしてそれからセラミック要素20の流路24に導入するこ
とができる。コネクタ50aはシールされるだろう。コネ
クタ50bを介して真空を維持するか、あるいは流体Ｆを
大気圧より大きい圧力でコネクタ48aに導入する。いず
れの場合にも、流体Ｆは装置を通過することによって成
分Ａが減少（涸渇）した流れFdと成分Ａが増加した流れ
Feに分離する。流れFdはコネクタ48bを介して、そして
流れFeはコネクタ50bを介して取り出すことができる。The embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 can be used in various situations. One of the simplest is the method of separating component A from fluid F, where component A diffuses through the microporous ceramic more rapidly than all other components of fluid F. Fluid F is passed through connector 48a to manifold 40a
It can then be introduced into the channel 24 of the ceramic element 20. The connector 50a will be sealed. A vacuum is maintained or fluid F is introduced into connector 48a at a pressure greater than atmospheric pressure via connector 50b. In any case, the fluid F is a flow F d in which the component A is reduced (depleted) and a flow F in which the component A is increased by passing through the device.
Separate into F e . Stream F d can be taken out via connector 48b and stream F e can be taken out via connector 50b.
態様30を用いるさらに複雑な処理は当業者には容易に考
えることができる。例えば、第２流体Ｇをコネクタ50b
に導入し、流体Ｆを前のようにコネクタ48aに導入する
ことができる。流体は要素中を向流的に流れるので、成
分Ａは流体Ｇ中に拡散する。従って、出口流れはFd（Ｆ
の変化は前のように成分Ａの減少（涸渇）である）とGe
（Ｇの変化は成分Ａの増加である）からなり、コネクタ
50aから取り出すことができる。More complex treatments using the embodiment 30 can be easily conceived by a person skilled in the art. For example, connect the second fluid G to the connector 50b.
Fluid F can be introduced into connector 48a as before. The component A diffuses into the fluid G as the fluid flows countercurrently through the element. Therefore, the outlet flow is Fd (F
The change of G is the decrease (depletion) of component A as before) and G e
(The change in G is the increase in component A)
It can be taken out from 50a.
態様30を流体成分の向流交換に用いる特に実際的な例は
血液の人工酸素飽和であり、その方法はある種の医学処
理の重要な部分として知られている。この目的のため
に、酸素をコネクタ48aから導入し、二酸化炭素分圧が
高いが酸素を殆んど含んでいない血液をコネクタ50bか
ら導入する。この処理は血液と酸素の流体の流れの間の
圧力差は僅かであるか実質的にゼロでも達成される。と
いうのは複合構造28/26の両側の酸素と二酸化炭素の分
圧の差が交換を起こすのに充分な駆動力を提供するから
である。A particularly practical example of using embodiment 30 for countercurrent exchange of fluid components is artificial oxygen saturation of blood, a method known as an important part of certain medical procedures. For this purpose, oxygen is introduced from the connector 48a, and blood with a high carbon dioxide partial pressure but containing almost no oxygen is introduced from the connector 50b. This process is accomplished with little or substantially no pressure differential between the blood and oxygen fluid streams. The difference in the partial pressures of oxygen and carbon dioxide on either side of the composite structure 28/26 provides sufficient driving force to cause exchange.
このような態様30の典型的な使用例は組織培養、細胞増
殖、細胞採取、細胞分画および細胞再循環等であり、栄
養素が微細孔層を通って拡散する。Typical uses of such embodiment 30 are tissue culture, cell growth, cell harvesting, cell fractionation and cell recycling, etc., where nutrients diffuse through the microporous layer.
第１〜４図に示したタイプの複数の態様を直列あるいは
並列に結合して、分離の精度を高めたり、あるいは同じ
分離精度を保って流体の流れの量を増加することができ
ることは当業者には容易に認められよう。また連続する
複数の態様において同じタイプまたは同じ精度の分離を
行なう必要はない。例えば、第１の態様30で真空を用い
て血液から二酸化炭素を除去し、そのガスを抜いた血液
に別のそうした態様30で酸素を導入することができる。
このようにして、二酸化炭素と酸素の量を別々に制御す
ることが可能である。このような別々の制御は単一の態
様でこれら２つのガスを向流させることによっては可能
ではないであろう。It will be appreciated by those skilled in the art that multiple embodiments of the type shown in FIGS. 1-4 can be combined in series or in parallel to increase the accuracy of separation or to maintain the same accuracy of separation to increase the amount of fluid flow. Would be easily recognized by. Also, it is not necessary to perform the same type or the same precision of separation in successive embodiments. For example, vacuum can be used in the first aspect 30 to remove carbon dioxide from blood and oxygen can be introduced into the degassed blood in another such aspect 30.
In this way it is possible to control the amounts of carbon dioxide and oxygen separately. Such separate control would not be possible by counterflowing these two gases in a single manner.
20の形の特別の態様の利点の１つは２つの流体の流れの
間の接触表面積が大きいことである。もう１つの利点は
要素全体の形状が管状であるために壁の厚みが比較的小
さい場合にも良好な機械的強度を与えることである。One of the advantages of the special embodiment in the form of 20 is the large contact surface area between the two fluid streams. Another advantage is that the tubular shape of the overall element provides good mechanical strength even when the wall thickness is relatively small.
同様に本発明の多くの異なる態様が可能である。例え
ば、第５図は２つのグループの流路124,125をセラミッ
ク基材126,127のそれぞれの中に設けた、全体を120で示
した態様を示す。セラミック基材126,127と区別され別
の領域128が２つのグループの流路を分離する。領域12
6,127,128の孔径は全部独立に変えることができ、２つ
のグループの流路の径と中央流路122の径も同様に変え
ることができる。120の形の態様には３種あるいはそれ
以上の異なる流体の流れを導入することができる。第６
図はどちらも円筒形でも軸状でもない２つの流路223,22
4を有する態様220を示す。Similarly, many different aspects of the invention are possible. For example, FIG. 5 illustrates an embodiment, generally designated 120, in which two groups of channels 124, 125 are provided in each of the ceramic substrates 126, 127. Another area 128, distinct from the ceramic substrates 126, 127, separates the two groups of channels. Area 12
The hole diameters of 6,127,128 can all be changed independently, and the diameters of the flow passages of the two groups and the diameter of the central flow passage 122 can be changed similarly. Three or more different fluid streams can be introduced into the 120 form embodiment. Sixth
The figure shows two channels 223, 22 which are neither cylindrical nor axial.
4 shows an embodiment 220 having 4.
態様220には態様20に設ける独立のハウジングに代えて
非多孔性セラミック被覆層60が設けられている。第６図
には示されていないが微細孔を有するセラミック薄膜を
流路222,223の壁の最も内側の部分に設けることができ
る。適当な流体コネクタを用いることによって、これら
２つの流路の間の向流を実現することができ、また両方
の流路に単一の流体を導入して態様220の多孔質本体を
通過した後に透過液を末端で回収することもできる。第
７図および第８図にさらに別の変形を示す。この装置は
第１〜４図の態様20によく似ているが、中央流路322が
周辺流路324の末端を越えて延在している。このような
形状は適当なガスケットを用いることによって流路322
中の流体を流路324中の流体から分離するのに有益であ
る。本発明の態様は流路中の「デッドゾーン」の存在を
最小限化するような螺旋流あるいはその他の流路を有す
るように構成することができる。本発明が以上に述べた
と異なる形で実施し得ることが理解されよう。In the aspect 220, the non-porous ceramic coating layer 60 is provided instead of the independent housing provided in the aspect 20. Although not shown in FIG. 6, a ceramic thin film having fine pores can be provided on the innermost portion of the walls of the channels 222 and 223. By using a suitable fluid connector, countercurrent flow between these two channels can be achieved, and a single fluid can be introduced into both channels after passing through the porous body of aspect 220. The permeate can also be collected at the end. Yet another variation is shown in FIGS. 7 and 8. This device is much like the embodiment 20 of FIGS. 1-4, but with a central channel 322 extending beyond the end of the peripheral channel 324. Such a shape can be obtained by using a suitable gasket to form the flow channel 322.
Useful for separating the fluid therein from the fluid in the channel 324. Embodiments of the present invention can be configured to have spiral flow or other flow paths that minimize the presence of "dead zones" in the flow path. It will be appreciated that the present invention may be embodied in other forms than those set out above.
第１図は本発明の範囲内の多孔質セラミック要素の現在
好ましい態様の一部の破断斜視図、 第２図は第１図の線分2-2で切った長手方向拡大断面
図、 第３図は第１および２図に示したような分離要素と共に
ハウジングならびに分離要素を連続処理流に接続するパ
イプ系を結合した装置の斜視図、 第４図は第３図の線分4-4に沿う第３図の装置の長手方
向断面図、 第5,6,8図は本発明のその他の態様の断面図、そして第
７図は第８図に断面図で示した態様の斜視図である。 20…分離要素、22…中央流路、24…周辺流路、26…粗孔
セラミック層、28…細孔セラミック層、30…装置、32…
ハウジング、34a,34b…末端蓋、38…弾性接続部材、40
a,40b…マニホールド、42a,42b…供給管、44…開口部、
46…Ｏリング、48a,48b,50a,50b…コネクタ、52…スペ
ース、120…要素、122…中央流路、124,125…流路、12
6,127…セラミック基材層、128…セラミック領域、220
…要素、222,223…流路、60…非多孔質セラミック被覆
層、320…要素、322…中央流路、324…周辺流路、329…
突出部。1 is a cutaway perspective view of a portion of a presently preferred embodiment of a porous ceramic element within the scope of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal enlarged cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. FIG. 4 is a perspective view of a device in which a housing and a pipe system for connecting the separating element to a continuous process flow are combined with the separating element as shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the device of FIG. 3, along with FIGS. 5, 6, and 8 are cross-sectional views of other embodiments of the present invention, and FIG. . 20 ... Separation element, 22 ... Central channel, 24 ... Peripheral channel, 26 ... Coarse-pored ceramic layer, 28 ... Porous ceramic layer, 30 ... Device, 32 ...
Housing, 34a, 34b ... End cap, 38 ... Elastic connection member, 40
a, 40b ... manifold, 42a, 42b ... supply pipe, 44 ... opening,
46 ... O-ring, 48a, 48b, 50a, 50b ... Connector, 52 ... Space, 120 ... Element, 122 ... Central channel, 124, 125 ... Channel, 12
6,127 ... Ceramic substrate layer, 128 ... Ceramic region, 220
... Elements, 222,223 ... Channels, 60 ... Non-porous ceramic coating layer, 320 ... Elements, 322 ... Central channels, 324 ... Peripheral channels, 329 ...
Protrusion.
Claims (6)
拡散を制御する装置であって、 （ａ）少なくとも１つの第１中空流路と１つの第２中空
流路を有する多孔質セラミック体であって、該第１およ
び第２中空流路が夫々該多孔質セラミック体を貫通し、
かつ該第１および第２中空流路間を該多孔質セラミック
体の細孔を通って流体が流れる連続的曲路を有する多孔
質セラミック体と、 （ｂ）上記第１の中空流路の１端に少なくとも２種の異
種化学成分を有する第１流体を連続的に導入する手段
と、 （ｃ）上記第２中空流路の１端に第２流体を連続的に導
入する手段と、 （ｄ）上記第１および第２中空流路間の上記多孔質セラ
ミック体の細孔を通る流体の流れの全部を横切って延在
し、かつ充分に小寸法の孔径の細孔を有するので上記第
１流体の１成分がその帯域を上記第１流体の他の少なく
とも１成分より実質的に迅速に拡散する、上記多孔質セ
ラミック体の少なくとも１つの第１帯域と、 （ｅ）上記第１中空流路の上記第１流体の導入端と反対
の端から、該第１流体の最も迅速な拡散成分が該第１流
体に関して減少した第３流体を回収する手段と、 （ｆ）上記第２中空流路の上記第２流体の導入端と反対
の端から、上記第１流体の最も迅速な拡散成分が該第２
流体に関して増加した第４成分を回収する手段を具備し
て成る装置。1. An apparatus for controlling diffusion of a selected component of one fluid into another fluid, comprising: (a) a porous structure having at least one first hollow channel and one second hollow channel. A porous ceramic body, wherein the first and second hollow channels respectively penetrate the porous ceramic body,
And a porous ceramic body having a continuous curved path through which a fluid flows between the first and second hollow channels through the pores of the porous ceramic body, and (b) 1 of the first hollow channel Means for continuously introducing a first fluid having at least two different chemical components at one end; (c) means for continuously introducing a second fluid at one end of the second hollow channel; ) The first and second hollow channels extend across all of the fluid flow through the pores of the porous ceramic body and have pores of sufficiently small size that the first At least one first zone of the porous ceramic body, wherein one component of the fluid diffuses its zone substantially more rapidly than at least one other component of the first fluid; and (e) the first hollow channel. From the end opposite to the first fluid introduction end of the first fluid Means for recovering the reduced third fluid with respect to the first fluid, and (f) the fastest diffusion component of the first fluid from the end of the second hollow channel opposite to the inlet end of the second fluid. Is the second
An apparatus comprising means for recovering an increased fourth component with respect to the fluid.
流路の周辺に配置されて成る特許請求の範囲第１項記載
の装置。2. An apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the first hollow channels are arranged around a single hollow channel.
中空流路の周辺に配置されて成る特許請求の範囲第１項
記載の装置。3. A plurality of the first hollow flow paths are provided in a plurality of the second hollow channels.
The device according to claim 1, wherein the device is arranged around the hollow channel.
孔質セラミック体の形状が実質的に円筒状である特許請
求の範囲第３項記載の装置。4. The device according to claim 3, wherein the first and second hollow channels and the porous ceramic body are substantially cylindrical in shape.
孔質セラミック体の形状が実質的に円筒状である特許請
求の範囲第４項記載の装置。5. The apparatus according to claim 4, wherein the first and second hollow channels and the porous ceramic body are substantially cylindrical in shape.
記手段が、前記第１および第２中空流路にそれぞれ接続
された複数の供給チューブを有するマニホールドを含ん
でなる特許請求の範囲第１項記載の装置。6. A means for continuously introducing first and second fluids comprising a manifold having a plurality of supply tubes respectively connected to the first and second hollow channels. The apparatus according to item 1.
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