JPS62153694A - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
- Publication number
- JPS62153694A JPS62153694A JP20109786A JP20109786A JPS62153694A JP S62153694 A JPS62153694 A JP S62153694A JP 20109786 A JP20109786 A JP 20109786A JP 20109786 A JP20109786 A JP 20109786A JP S62153694 A JPS62153694 A JP S62153694A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- hollow fiber
- heat
- heat transfer
- dense layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
- F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
- F28F21/062—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、プラスチック製中空繊維をチューブとする熱
交換器に関する。さらに詳しくは、内表面又は外表面が
不透液性の緻密層であり、膜壁残部は多孔質構造である
プラスチックから一体成形された中空繊維をチューブと
する熱交換器に関する。
交換器に関する。さらに詳しくは、内表面又は外表面が
不透液性の緻密層であり、膜壁残部は多孔質構造である
プラスチックから一体成形された中空繊維をチューブと
する熱交換器に関する。
従来、製造プロセスにおいて熱交換器が多く用いられて
いる。これらの熱交換器は合端製のシェル−チューブ型
が主体となっているが、管板にチューブを溶接して製作
されているため製作工数が多く、シかも細いチューブが
使えないため単位体積あたりの伝熱面積が小さいという
欠点がある。
いる。これらの熱交換器は合端製のシェル−チューブ型
が主体となっているが、管板にチューブを溶接して製作
されているため製作工数が多く、シかも細いチューブが
使えないため単位体積あたりの伝熱面積が小さいという
欠点がある。
又、金属製であるため１景がかさみ、耐蝕性に乏しく腐
蝕性流体の熱交換を行なうためには工作が極めて困難で
高価な特殊金属を使用する必要がある。
蝕性流体の熱交換を行なうためには工作が極めて困難で
高価な特殊金属を使用する必要がある。
近年、これにかわるものとしてポリマーをチューブに用
いた熱交換器の適用が試みられている。
いた熱交換器の適用が試みられている。
ポリマーをチューブに用いた熱交換器（以後、ポリマー
チューブ型熱交換器という）はすでに知られており、例
えば特公昭４３−３８５１号及び特公昭４５−３５９５
１号明細」にはフッ素樹脂製チューブを用いた耐蝕性の
熱交換器が開示されている。又特公昭４８−４０５０２
号、特開昭５７−１２２２９３号及び特開昭５７−１３
６９０６号明細−＆（＋には中空１１７ａ束を用いた熱
交換装置が開示されている。さらに、特公昭５５−１７
３１９号、特開昭５５−６５８９３号及び特開昭５８−
１６１８５号明細書にはプラノナンク製中空フィラメン
トに粒状充填材を混入させたり、中空糸フィラメントを
渦巻状に形成したり、中空糸の一部を湾曲もしくは屈曲
させたりした熱効率の改善された熱交換器が提案されて
いる。
チューブ型熱交換器という）はすでに知られており、例
えば特公昭４３−３８５１号及び特公昭４５−３５９５
１号明細」にはフッ素樹脂製チューブを用いた耐蝕性の
熱交換器が開示されている。又特公昭４８−４０５０２
号、特開昭５７−１２２２９３号及び特開昭５７−１３
６９０６号明細−＆（＋には中空１１７ａ束を用いた熱
交換装置が開示されている。さらに、特公昭５５−１７
３１９号、特開昭５５−６５８９３号及び特開昭５８−
１６１８５号明細書にはプラノナンク製中空フィラメン
トに粒状充填材を混入させたり、中空糸フィラメントを
渦巻状に形成したり、中空糸の一部を湾曲もしくは屈曲
させたりした熱効率の改善された熱交換器が提案されて
いる。
これらのポリマーをチューブに使用した熱交換器は、制
作の容易さ、耐蝕性、軽量であるという点で従来の金属
製熱交換器に比べて優れて分り化学工業等の分野での広
汎な利用が考えられる。
作の容易さ、耐蝕性、軽量であるという点で従来の金属
製熱交換器に比べて優れて分り化学工業等の分野での広
汎な利用が考えられる。
しかしながら、従来のポリマーチューブ型熱交換器の管
壁は多孔質であるため、交換流体が；’ａ、量もれる傾
向があり、微量の混入が問題となるところにはあまり使
用されていない。これを改善するものとして、乾湿式紡
糸法で得られたポリスルホンチューブの表面に樹脂コー
ティングして不透液性のチューブとするものも知られて
いる（特開昭５８−１６３７２４号）。
壁は多孔質であるため、交換流体が；’ａ、量もれる傾
向があり、微量の混入が問題となるところにはあまり使
用されていない。これを改善するものとして、乾湿式紡
糸法で得られたポリスルホンチューブの表面に樹脂コー
ティングして不透液性のチューブとするものも知られて
いる（特開昭５８−１６３７２４号）。
これらの中にはすでＶこ商品化されているものもあるが
、実用性という点ではまだ不充分であり、工業的には苛
酷な条件に耐えられる機械的強度に優れた熱交換器、又
、高い洗浄効果を必要とし、溶出物が問題となる超ＬＳ
Ｉ製造に使用される超純水の分野、あるいはモジュール
と組み合わせて使用される人工肺等の医療分野において
はさらに高効率の熱交換器の展開が期待される。
、実用性という点ではまだ不充分であり、工業的には苛
酷な条件に耐えられる機械的強度に優れた熱交換器、又
、高い洗浄効果を必要とし、溶出物が問題となる超ＬＳ
Ｉ製造に使用される超純水の分野、あるいはモジュール
と組み合わせて使用される人工肺等の医療分野において
はさらに高効率の熱交換器の展開が期待される。
ポリマーをチューブに使用した熱交換器の中でも中空繊
維をチューブとした場合、チューブは容Ｓ４ｖこバンド
ル状に一体化できるため従来の金属製熱交換器に比べて
、単位体積当りの伝熱面積は数倍も大きくとることがで
きる。しかしながら、この反面、かかる熱交換器におい
ては、チューブの材質がポリマーであるため、熱伝導率
が本質的に低く、総括伝熱係数（以後、単に伝熱係数と
いう）は高々ｌ ＯＯ〜３００ Ｋｃａｌ／ｒｌ−ｈｒ
−”Ｃ程度であった。
維をチューブとした場合、チューブは容Ｓ４ｖこバンド
ル状に一体化できるため従来の金属製熱交換器に比べて
、単位体積当りの伝熱面積は数倍も大きくとることがで
きる。しかしながら、この反面、かかる熱交換器におい
ては、チューブの材質がポリマーであるため、熱伝導率
が本質的に低く、総括伝熱係数（以後、単に伝熱係数と
いう）は高々ｌ ＯＯ〜３００ Ｋｃａｌ／ｒｌ−ｈｒ
−”Ｃ程度であった。
従って、単位体積当りの伝熱面積が大きくとれても伝熱
係数が低いため全体としての伝熱効果は相殺されてしま
い、鴇交換容量は金Ｊ［熱交換器のそれに比べてせいぜ
い同レベルか、又はそれ上り下であった。又、従来のポ
リマーチューブ型熱交換器は、耐熱性は良好であるが強
度が比較的弱いため必然的にチューブ壁厚を厚目にせざ
るを得ず、このこともポリマーチューブ型熱交換器の伝
熱係数が低い原因の１つであった。
係数が低いため全体としての伝熱効果は相殺されてしま
い、鴇交換容量は金Ｊ［熱交換器のそれに比べてせいぜ
い同レベルか、又はそれ上り下であった。又、従来のポ
リマーチューブ型熱交換器は、耐熱性は良好であるが強
度が比較的弱いため必然的にチューブ壁厚を厚目にせざ
るを得ず、このこともポリマーチューブ型熱交換器の伝
熱係数が低い原因の１つであった。
従って本発明の目的は、従来のｆｌｉ ６Ａ 、）Ｊ熱
交換器やポリマーチューブ型の；熱交換器よりもさらに
高効率で汎用性のある熱交換器を提供すること１′こあ
る０ 本発明の別の目的は、高効率の超純水用熱交；傷器を提
供することＫある。
交換器やポリマーチューブ型の；熱交換器よりもさらに
高効率で汎用性のある熱交換器を提供すること１′こあ
る０ 本発明の別の目的は、高効率の超純水用熱交；傷器を提
供することＫある。
さらＶＣ本発明の別の目的は、高効率の人工゛］［ｂ用
熱交換器を提供することにある。
熱交換器を提供することにある。
発明者らは上記のポリマーチューブ型熱交換器の本質に
係る問題に着眼し、上記目的を達成する高効率の熱交換
器を得るべく鋭意検討を重ねた結果１本発明に到達した
。すなわち本発明は、内表面又は外表面が不透液性の緻
密層であり、膜壁残部は多孔質層からなる構造のプラス
チック製中空繊維をチューブとする熱交換器である。
係る問題に着眼し、上記目的を達成する高効率の熱交換
器を得るべく鋭意検討を重ねた結果１本発明に到達した
。すなわち本発明は、内表面又は外表面が不透液性の緻
密層であり、膜壁残部は多孔質層からなる構造のプラス
チック製中空繊維をチューブとする熱交換器である。
本発明の熱交換器は、プラスチック製中空繊維をチュー
ブとする熱交換器であるが、従来のポリマーチューブ型
熱交換器と異なり、チューブは上述のような特殊な構造
とする必要がある。すなわち、中空繊維の内表面又は外
表面を緻密層とすることにより、膜壁の大部分の伝熱抵
抗を低下させ、膜壁残部を多孔質の支持体層とすること
により、チューブの強度を保つことができるのである。
ブとする熱交換器であるが、従来のポリマーチューブ型
熱交換器と異なり、チューブは上述のような特殊な構造
とする必要がある。すなわち、中空繊維の内表面又は外
表面を緻密層とすることにより、膜壁の大部分の伝熱抵
抗を低下させ、膜壁残部を多孔質の支持体層とすること
により、チューブの強度を保つことができるのである。
又、該緻密層は不透液性であるため交換流体の混入はな
い。
い。
すなわち、かかる構造の中空繊維においては、多孔ｆｆ
／ｉ？の部分には一方の液体例えば水が浸入して来るの
で、伝熱部は不透液性の緻密ポリマー薄層と含液多孔質
層の合計になる。しかしながら、該緻密ポリマー薄層の
厚さは、多孔質層の厚さに比べて極めて薄いので、伝熱
は殆んど含液多孔質層の伝熱とみなすことができる。ポ
リスルホン及ｃａｌ ７ｃｍ −ｓｅｅ −ｄｅｇであ
るので、本発明の熱交換器のチューブを上記のような構
造とすることＶＣよって単なるポリスルホン均質膜の伝
熱係数のほぼ５倍以上も上昇せしめることができる。同
様な効果は多孔質膜に不透液層をコーティングした複合
膜を使っても、達成出来ると思われるが、複合膜の場合
、多孔質層と緻密層との間が激しい熱交換操作中にはが
れる危険があり、一体に成形した本発明の効果は期待で
きない。
／ｉ？の部分には一方の液体例えば水が浸入して来るの
で、伝熱部は不透液性の緻密ポリマー薄層と含液多孔質
層の合計になる。しかしながら、該緻密ポリマー薄層の
厚さは、多孔質層の厚さに比べて極めて薄いので、伝熱
は殆んど含液多孔質層の伝熱とみなすことができる。ポ
リスルホン及ｃａｌ ７ｃｍ −ｓｅｅ −ｄｅｇであ
るので、本発明の熱交換器のチューブを上記のような構
造とすることＶＣよって単なるポリスルホン均質膜の伝
熱係数のほぼ５倍以上も上昇せしめることができる。同
様な効果は多孔質膜に不透液層をコーティングした複合
膜を使っても、達成出来ると思われるが、複合膜の場合
、多孔質層と緻密層との間が激しい熱交換操作中にはが
れる危険があり、一体に成形した本発明の効果は期待で
きない。
該緻密層の厚さは、厚すぎると伝熱抵抗が大きくなり、
薄すぎると中空繊維全体の強度が低下するので０．０１
〜２０μｍ％好ましくは０．０２〜５μｍとすることが
望ましい。
薄すぎると中空繊維全体の強度が低下するので０．０１
〜２０μｍ％好ましくは０．０２〜５μｍとすることが
望ましい。
又、多孔質層の空孔率は、小さすぎると空孔への液の浸
入が少ないため伝熱抵抗が大きくなり、大きすぎると中
空は維の強度が低下するので２５〜８５チ、好ましくは
５０〜７５チとするのが望ましい。本発明でいう空孔率
とは表面に開孔している微孔の全孔面積の表面積に対す
る割合を百分率で示したものであり、表面を走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより ｍｌ定するこ
とができる。
入が少ないため伝熱抵抗が大きくなり、大きすぎると中
空は維の強度が低下するので２５〜８５チ、好ましくは
５０〜７５チとするのが望ましい。本発明でいう空孔率
とは表面に開孔している微孔の全孔面積の表面積に対す
る割合を百分率で示したものであり、表面を走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより ｍｌ定するこ
とができる。
本発明の熱交換器のナユープに使用する中空繊維におい
ては、中空繊維の径と膜厚のバランスがとれていること
が好ましく、該中空繊維と長手方向と直角に切断した断
面部に分いて、中空部を含む全断面積に対する中空部断
面積の割合（中空率）に好適な範囲が存在する。すなわ
ち、該中空率が大きめ程、単位体、ｙｔ当りの伝ＰＡ面
積を大きくすることができるが、耐圧性が低下する傾向
にあり、又、中空率が小さい程、耐圧性の点では良好で
あるが、単位体積当りの伝熱面積が小さくなる傾向にあ
るので、本発明においては中空率が４０〜７５チの範Ｉ
ｌｌにある中空繊維を用いるの乞・ミ好寸！、い。
ては、中空繊維の径と膜厚のバランスがとれていること
が好ましく、該中空繊維と長手方向と直角に切断した断
面部に分いて、中空部を含む全断面積に対する中空部断
面積の割合（中空率）に好適な範囲が存在する。すなわ
ち、該中空率が大きめ程、単位体、ｙｔ当りの伝ＰＡ面
積を大きくすることができるが、耐圧性が低下する傾向
にあり、又、中空率が小さい程、耐圧性の点では良好で
あるが、単位体積当りの伝熱面積が小さくなる傾向にあ
るので、本発明においては中空率が４０〜７５チの範Ｉ
ｌｌにある中空繊維を用いるの乞・ミ好寸！、い。
本発明に使用するプラスチックポリマーとしては、耐熱
性があり、かつ中空糸状に成形できるものであればとく
に制限はなく、例えばポリスルホン、フッ化ビニリデン
、ボリアリレート等の芳香族ポリエステルが挙げられる
。なかでも、耐熱性、耐薬品性に優れ、機械的強度にも
優れているポリスルホンは本発明の熱交換器を構成する
チューブの材料として好ましく、又ポリスルホンをチュ
ーブとする熱交換器を人工肺と組み合ゎせて用いる場合
には血栓が形成でれりζり＜、小つ補体も活性化させな
いので、この点でもポリスルホンは本発明の熱交換器の
チューブの材料として好適である。かかるポリスルホン
としては、いかなる芳香族ポリスルホンでも使用可能で
あるが、８０）で表される構造を有するポリスルポンや
一〇 れる構造を有するポリスルホンが実用的でｊ＞＋ ｈ好
ましい。又、これらのポリスルホンは混合して使用して
もよく、本発明の効果を阻害しない範囲でさらに他のポ
リマーを併用して使用してもよい。
性があり、かつ中空糸状に成形できるものであればとく
に制限はなく、例えばポリスルホン、フッ化ビニリデン
、ボリアリレート等の芳香族ポリエステルが挙げられる
。なかでも、耐熱性、耐薬品性に優れ、機械的強度にも
優れているポリスルホンは本発明の熱交換器を構成する
チューブの材料として好ましく、又ポリスルホンをチュ
ーブとする熱交換器を人工肺と組み合ゎせて用いる場合
には血栓が形成でれりζり＜、小つ補体も活性化させな
いので、この点でもポリスルホンは本発明の熱交換器の
チューブの材料として好適である。かかるポリスルホン
としては、いかなる芳香族ポリスルホンでも使用可能で
あるが、８０）で表される構造を有するポリスルポンや
一〇 れる構造を有するポリスルホンが実用的でｊ＞＋ ｈ好
ましい。又、これらのポリスルホンは混合して使用して
もよく、本発明の効果を阻害しない範囲でさらに他のポ
リマーを併用して使用してもよい。
本発明の熱交換器のチューブに用いる中空繊維は、溶液
キャスト法により容易に作製することができる。具体的
には、ポリマー３０〜５０重量部とポリマーの溶媒例え
ば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５０〜フ０重舒部とか
らなる紡糸原液を３０°Ｃで環状ノズルから押出し、芯
部に凝固液として水を導入しつつ空中を通過させ、水を
凝固液とする凝固浴中に導入する乾湿式法により本発明
の特殊な構造を有する中空繊維を得ることができる。気
中走行距離は０．１〜２００ｍがよい。０１１より短い
とわずかな凝固液の波立ちでもノズルが凝固液に浸漬さ
れてしまうので紡糸が困難であり、２００ｍを越えると
糸ゆれが大きく正常な紡糸ができない。好適な走行距離
は０．３〜５ｏｃｔｎで、１〜３０備で行うのがさらに
好ましい。かかる方法により形成された中空繊維を、溶
媒が完全に洗浄除去される前に一定長の枠に捲いて半乾
燥状態で調湿した室内で２〜６時間静置した後、熱水洗
浄して残存した溶媒を完全に除く。その後、６０℃〜８
０℃の熱風乾燥機中で乾燥することにより本発明の特殊
な構造を有する中空繊維を得ることが出来る。
キャスト法により容易に作製することができる。具体的
には、ポリマー３０〜５０重量部とポリマーの溶媒例え
ば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５０〜フ０重舒部とか
らなる紡糸原液を３０°Ｃで環状ノズルから押出し、芯
部に凝固液として水を導入しつつ空中を通過させ、水を
凝固液とする凝固浴中に導入する乾湿式法により本発明
の特殊な構造を有する中空繊維を得ることができる。気
中走行距離は０．１〜２００ｍがよい。０１１より短い
とわずかな凝固液の波立ちでもノズルが凝固液に浸漬さ
れてしまうので紡糸が困難であり、２００ｍを越えると
糸ゆれが大きく正常な紡糸ができない。好適な走行距離
は０．３〜５ｏｃｔｎで、１〜３０備で行うのがさらに
好ましい。かかる方法により形成された中空繊維を、溶
媒が完全に洗浄除去される前に一定長の枠に捲いて半乾
燥状態で調湿した室内で２〜６時間静置した後、熱水洗
浄して残存した溶媒を完全に除く。その後、６０℃〜８
０℃の熱風乾燥機中で乾燥することにより本発明の特殊
な構造を有する中空繊維を得ることが出来る。
又、該芯部の凝固液量又は紡糸原液の量を調節すること
によって中空率を変えることができる。
によって中空率を変えることができる。
一方、湿式紡糸法でチューブを作製すると、該チューブ
はＭ壁の両表面が緻密層、内部が多孔層となり、該多孔
層内に空気が閉じ込められる構造となるため熱伝導率が
大巾に低下するので好ましくない。
はＭ壁の両表面が緻密層、内部が多孔層となり、該多孔
層内に空気が閉じ込められる構造となるため熱伝導率が
大巾に低下するので好ましくない。
このようにして得たポリスルホン中空繊維を束にし、耐
熱性のハウジング内に入れ、両端を耐熱性エポキシ樹脂
、ポリウレタン樹脂等のボッティング剤でシールした後
、不要部を切断除去することにより熱交換器を作製する
ことができる。ハウジング材質としては耐熱性のもので
あればとくに制限はなく、ポリカーボネート等の耐熱性
ポリマーやステンレスを使用することができるが、耐熱
性及び溶出物が極めて少ない点からはポリスルホンが望
ましい。又、シール用樹脂としては耐熱性があり、かつ
溶出の少ないものであればよく、例えば１００°Ｃでの
ショアーＤ硬度が７０以上のイミダゾール硬化エポキシ
樹脂、酸無水硬化エポキシ樹脂は好適なものの具体例で
ある。なお、人工肺用のように比較的低温で使用する場
合は、血液適合性の点からシール剤としてはポリウレタ
ン樹脂が好適である。
熱性のハウジング内に入れ、両端を耐熱性エポキシ樹脂
、ポリウレタン樹脂等のボッティング剤でシールした後
、不要部を切断除去することにより熱交換器を作製する
ことができる。ハウジング材質としては耐熱性のもので
あればとくに制限はなく、ポリカーボネート等の耐熱性
ポリマーやステンレスを使用することができるが、耐熱
性及び溶出物が極めて少ない点からはポリスルホンが望
ましい。又、シール用樹脂としては耐熱性があり、かつ
溶出の少ないものであればよく、例えば１００°Ｃでの
ショアーＤ硬度が７０以上のイミダゾール硬化エポキシ
樹脂、酸無水硬化エポキシ樹脂は好適なものの具体例で
ある。なお、人工肺用のように比較的低温で使用する場
合は、血液適合性の点からシール剤としてはポリウレタ
ン樹脂が好適である。
本発明により高い伝熱係数を有する極めて効率的な、又
汎用性のある熱交換器を提供することができるが、かか
ることは従来の知見からは全く予想し帷いことである。
汎用性のある熱交換器を提供することができるが、かか
ることは従来の知見からは全く予想し帷いことである。
即ち、本発明の熱交換器が高効率で汎用性のある熱交換
器である理由は、ポリマー川中空繊維の膜壁を不透液性
の緻密層と、多孔質とからなる特殊な構造としたことに
よる。
器である理由は、ポリマー川中空繊維の膜壁を不透液性
の緻密層と、多孔質とからなる特殊な構造としたことに
よる。
すなわち、多孔質層には液体が浸入してくるが１、ｌ・
“夕密層が不透液性であるだめ該流体は他方の流体側へ
は漏えいせず、しかも中空繊維の膜壁をかかる構造にす
ることによって強度を保持しつつ、膜壁の大部分を占め
る多孔質層の伝熱を、該多孔質層に浸入して来る例えば
水等の液体の伝熱として伝熱係数を大巾に向上させ得た
ことによるものと考えられる。
“夕密層が不透液性であるだめ該流体は他方の流体側へ
は漏えいせず、しかも中空繊維の膜壁をかかる構造にす
ることによって強度を保持しつつ、膜壁の大部分を占め
る多孔質層の伝熱を、該多孔質層に浸入して来る例えば
水等の液体の伝熱として伝熱係数を大巾に向上させ得た
ことによるものと考えられる。
以下、実施例によシ本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらにより何ら制限されるものではない。
明はこれらにより何ら制限されるものではない。
実施例１
ポリスルホン（ユニオンカーハ（）”社Ｍ ニー７’ル
Ｐ−１７００）４０重量部、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン６０重量部を加熱攪拌して均一な紡糸原液をｖＲ裂し
た。５０℃で脱泡後、さや−芯型の環状ノズルを用い、
芯部に凝固液として４０℃の水を導入しつつ、相対湿度
９５〜９８優に調節した４０℃の空中に吐出、し、２０
ｃ１ｎの空中走行後、３０℃の水中に導入して中空糸を
形成したつこの時の残存溶謀量はポリマーに対して８１
ｍ％であった。糸−ｒ・を催取った後、２５°Ｃ１相対
頑度６゜俤の室内に静置して半乾燥状態に６時間保った
後、１００’Ｃ熱水中で２時間定長熱処理し、６０’Ｃ
温虱中で乾燥して中空繊維を得た。得られた中空繊維は
外径１４００μｍ１内径１２００μｍの真円度良好なも
のであった。断面観桜の結果、中空繊維の内表面側に０
．５μｍの、はぼ均一な厚さの緻密層があり、その外側
から外表面までは０．１〜２μｍのボアからなる多孔質
構造が認められた。ＳＥＭ観察の結果、該中空繊維の空
孔率は６５チであり、中空率は７３係であった。
Ｐ−１７００）４０重量部、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン６０重量部を加熱攪拌して均一な紡糸原液をｖＲ裂し
た。５０℃で脱泡後、さや−芯型の環状ノズルを用い、
芯部に凝固液として４０℃の水を導入しつつ、相対湿度
９５〜９８優に調節した４０℃の空中に吐出、し、２０
ｃ１ｎの空中走行後、３０℃の水中に導入して中空糸を
形成したつこの時の残存溶謀量はポリマーに対して８１
ｍ％であった。糸−ｒ・を催取った後、２５°Ｃ１相対
頑度６゜俤の室内に静置して半乾燥状態に６時間保った
後、１００’Ｃ熱水中で２時間定長熱処理し、６０’Ｃ
温虱中で乾燥して中空繊維を得た。得られた中空繊維は
外径１４００μｍ１内径１２００μｍの真円度良好なも
のであった。断面観桜の結果、中空繊維の内表面側に０
．５μｍの、はぼ均一な厚さの緻密層があり、その外側
から外表面までは０．１〜２μｍのボアからなる多孔質
構造が認められた。ＳＥＭ観察の結果、該中空繊維の空
孔率は６５チであり、中空率は７３係であった。
この中空繊維４００本を使って外径４ｃｍ、全長１７ｚ
、有効伝熱面積０．２４ ｎｌ’のミニ熱交換器を作製
した。このミニ熱交換器に９９チエタノールを充填し、
室温で１０時間放置後、中空糸膜内外を比抵抗１８ＭΩ
−帰の超純水で洗浄し、超純水端末に設置して、５０℃
の温水と２０℃の超純水の熱交換テストを行った。結果
を第１表に示す。熱交換効率が高く、かつ熱交換後も超
純水の純度も低下しておらず、超純水端末の熱交換器と
して良好な性能を示している。
、有効伝熱面積０．２４ ｎｌ’のミニ熱交換器を作製
した。このミニ熱交換器に９９チエタノールを充填し、
室温で１０時間放置後、中空糸膜内外を比抵抗１８ＭΩ
−帰の超純水で洗浄し、超純水端末に設置して、５０℃
の温水と２０℃の超純水の熱交換テストを行った。結果
を第１表に示す。熱交換効率が高く、かつ熱交換後も超
純水の純度も低下しておらず、超純水端末の熱交換器と
して良好な性能を示している。
実施例２
実施例１と同じ紡糸原液を使用し、環状ノズルの径、紡
糸原液及び内部注入液吐出話及び捲堆速度を変えた他は
全〈実施例１と同様の方法で、外径５００μｍ、内径４
２０μｍの染工透過性の中空繊維を得た。ＳＥＭ観察の
結果、該中空繊維の空孔率は６０％、中空率は７１チで
あった。この中空繊維３２００本を用いて有効膜面１０
．６８ｎ？のミニ熱交換器を作製した。このミニ熱交換
器を超椋水端末に設置して測定した評価結果を第１表ン
コ示す０ 実施例３ ポリスルホン（ＩＣ１社、！！！ＶＩＣＴＲＥＸ ＰＥ
Ｓ ６００ｐ）３５重量部とＮ−メチル−２−ピロリド
ン６５重量部を加熱攪拌して均一な紡糸原液を：ＡＭし
た。
糸原液及び内部注入液吐出話及び捲堆速度を変えた他は
全〈実施例１と同様の方法で、外径５００μｍ、内径４
２０μｍの染工透過性の中空繊維を得た。ＳＥＭ観察の
結果、該中空繊維の空孔率は６０％、中空率は７１チで
あった。この中空繊維３２００本を用いて有効膜面１０
．６８ｎ？のミニ熱交換器を作製した。このミニ熱交換
器を超椋水端末に設置して測定した評価結果を第１表ン
コ示す０ 実施例３ ポリスルホン（ＩＣ１社、！！！ＶＩＣＴＲＥＸ ＰＥ
Ｓ ６００ｐ）３５重量部とＮ−メチル−２−ピロリド
ン６５重量部を加熱攪拌して均一な紡糸原液を：ＡＭし
た。
この紡糸原液を使って実施例１と同様な方法で外径１０
００μｍ、内径８００μｍのＲ不透過性の中空（８１゜
維を得た。この中空繊維の内面緻密部は約Ｉ１．１ｍの
厚みがあり、他の部分は多孔質構造であった。又ＳＥＭ
観察の結果、該中空線維の空孔率は６５乞中空率は６４
％であった。この中空繊ｍ８００本を用いて有効伝熱面
積０．３２♂のミニ熱交換器を作製し、超純水の熱交換
テストを行なった。結果を第１表に示す。
００μｍ、内径８００μｍのＲ不透過性の中空（８１゜
維を得た。この中空繊維の内面緻密部は約Ｉ１．１ｍの
厚みがあり、他の部分は多孔質構造であった。又ＳＥＭ
観察の結果、該中空線維の空孔率は６５乞中空率は６４
％であった。この中空繊ｍ８００本を用いて有効伝熱面
積０．３２♂のミニ熱交換器を作製し、超純水の熱交換
テストを行なった。結果を第１表に示す。
比較例１
均質なポリ弗化ビニリデンからなる中空繊維（外径６０
０μｍ、内径４００μｍ）から作製されている径１．５
ｍ、全長２０ｃｒｎ有効伝熱面積０．５ｒａ”の市販の
ミニ熱交換器を用いて実施例１〜３と同様なテストを行
なった。結果を第１表に示す。総括伝熱係数は本発明に
比べ明らかに低く本発明の特徴でちる中空繊維伝熱壁の
構造とすることにより、熱交換効率が顕著に改善されて
いることがわかる。
０μｍ、内径４００μｍ）から作製されている径１．５
ｍ、全長２０ｃｒｎ有効伝熱面積０．５ｒａ”の市販の
ミニ熱交換器を用いて実施例１〜３と同様なテストを行
なった。結果を第１表に示す。総括伝熱係数は本発明に
比べ明らかに低く本発明の特徴でちる中空繊維伝熱壁の
構造とすることにより、熱交換効率が顕著に改善されて
いることがわかる。
実施例４〜７
ポリスルホン（ユニオンカーバイド社製ニーデル？−１
７００）３５重量部及びＮ−メチル−２−ピロリドン６
５重）λ部からなる紡糸原液を調製し、実施例１〜３と
同様な方法で、同一内径をもち外径を変えた・１褌の中
空繊維を得た（実施例４．５．６及び７）。この中空繊
維の被装強度及び同じケーシングに充填した時の熱交換
能力を実施例１〜３の結果と併せ第２表に示す。
７００）３５重量部及びＮ−メチル−２−ピロリドン６
５重）λ部からなる紡糸原液を調製し、実施例１〜３と
同様な方法で、同一内径をもち外径を変えた・１褌の中
空繊維を得た（実施例４．５．６及び７）。この中空繊
維の被装強度及び同じケーシングに充填した時の熱交換
能力を実施例１〜３の結果と併せ第２表に示す。
比較例２
ＳＵＳ３１６製パイプ（外パイプ内径４麿）１５本を実
施例と同じケーシングに等間隔に配６！ｌシて充填し、
有効伝熱面積０．０３ｒａ”のミニ熱交換器を作製した
。実施例１〜３と同様な超純水の熱交換テストを行なっ
た所、熱交換能力は小さく、そのうえ熱交換後の超純水
の比抵抗が低下して分り、超純水の熱交換器としては使
用出来ないものでちった０
シズ下余白第 ２ 表 ２） ４０ ＯＸ １７０ Ｌケーシングに充填３）第
１表記載の条件で測定 ４）中空繊維内の水圧で加圧した時の破裂圧力（２０℃
）比較例３ 実施例１で用いたと同様のポリスルホン２５部、ポリビ
ニルピロリドン１５部及びＮＭＰ５Ｑ部を加熱攪拌して
均一な紡糸原液を調製した。脱泡後、環状ノズルを用い
、内部凝固液として水を注入しながら空中に吐出し、２
０ｃｒＲの空中走行后、水中に導入、凝固して中空糸を
得た。水洗、脱溶媒した後、乾燥して外径１２００μｍ
１内径１０００μｍの中空糸を得た。核中空糸を９５％
エタノールでウェット化後、水置換して測定した透水性
は３８ ｔ／ｄ・ｈ ｒ−ｋＶ−と明らかな透水性を示
した。該乾燥中空糸を１０００本束ねて両端をエポキシ
樹脂でシールして、両端の開口した中空糸バンドルを作
成し、該バンドルの中空糸内部にシリコン樹脂（ダウコ
ーニング社シルボット）の１０係ペンタン溶液ヲ流した
後、乾燥１２０℃で熱処理して内表面にシリコン樹脂の
薄膜を形成させた。該薄膜の厚さを走、！ｌ！顕（Ｓ
ＥＭ ’） テ調べた所０．３〜０．５ μｍの均一な
ものであった。核中空糸の透水率を測定したが、透水率
はＯであった。この複合中空糸１００本を束ねて２５備
長に切り、両端をエポキシ樹脂でシールして両端開口し
た有効長２０の、有効面積（ｉ ２８ を−のエレメン
トを作１戊した。該エレメントをステンレス・傅・・ウ
ジングに生み込み、中空糸外部に１２０℃の蒸気、中空
糸内部に２０℃の冷水を通して３０分間熱交換テストを
繰返し実施した。
施例と同じケーシングに等間隔に配６！ｌシて充填し、
有効伝熱面積０．０３ｒａ”のミニ熱交換器を作製した
。実施例１〜３と同様な超純水の熱交換テストを行なっ
た所、熱交換能力は小さく、そのうえ熱交換後の超純水
の比抵抗が低下して分り、超純水の熱交換器としては使
用出来ないものでちった０
シズ下余白第 ２ 表 ２） ４０ ＯＸ １７０ Ｌケーシングに充填３）第
１表記載の条件で測定 ４）中空繊維内の水圧で加圧した時の破裂圧力（２０℃
）比較例３ 実施例１で用いたと同様のポリスルホン２５部、ポリビ
ニルピロリドン１５部及びＮＭＰ５Ｑ部を加熱攪拌して
均一な紡糸原液を調製した。脱泡後、環状ノズルを用い
、内部凝固液として水を注入しながら空中に吐出し、２
０ｃｒＲの空中走行后、水中に導入、凝固して中空糸を
得た。水洗、脱溶媒した後、乾燥して外径１２００μｍ
１内径１０００μｍの中空糸を得た。核中空糸を９５％
エタノールでウェット化後、水置換して測定した透水性
は３８ ｔ／ｄ・ｈ ｒ−ｋＶ−と明らかな透水性を示
した。該乾燥中空糸を１０００本束ねて両端をエポキシ
樹脂でシールして、両端の開口した中空糸バンドルを作
成し、該バンドルの中空糸内部にシリコン樹脂（ダウコ
ーニング社シルボット）の１０係ペンタン溶液ヲ流した
後、乾燥１２０℃で熱処理して内表面にシリコン樹脂の
薄膜を形成させた。該薄膜の厚さを走、！ｌ！顕（Ｓ
ＥＭ ’） テ調べた所０．３〜０．５ μｍの均一な
ものであった。核中空糸の透水率を測定したが、透水率
はＯであった。この複合中空糸１００本を束ねて２５備
長に切り、両端をエポキシ樹脂でシールして両端開口し
た有効長２０の、有効面積（ｉ ２８ を−のエレメン
トを作１戊した。該エレメントをステンレス・傅・・ウ
ジングに生み込み、中空糸外部に１２０℃の蒸気、中空
糸内部に２０℃の冷水を通して３０分間熱交換テストを
繰返し実施した。
下表に実施例 ２と同様の方法で製造した外径１２１０
、ｃａ、内径１０７０．ｌＪｍの中空糸膜を用いて同様
なモジュール（有効面積５７２ｉ）を作成しテストした
結果と併せて第３表に示す。
、ｃａ、内径１０７０．ｌＪｍの中空糸膜を用いて同様
なモジュール（有効面積５７２ｉ）を作成しテストした
結果と併せて第３表に示す。
第 ３ 表
表に示す様に初期交換効率は比較例も良好であるがテス
ト回数が増えるに従ってＵの値が増加し、１０回後には
中空糸にリークが認められた。解体して調べた所、リー
ク中空糸は複合した薄膜がはがれて破れていた。またリ
ークしていないものでもチェックした２０本中３本に薄
膜がはがれているものが認められ、耐久性のないことが
明確であった。
ト回数が増えるに従ってＵの値が増加し、１０回後には
中空糸にリークが認められた。解体して調べた所、リー
ク中空糸は複合した薄膜がはがれて破れていた。またリ
ークしていないものでもチェックした２０本中３本に薄
膜がはがれているものが認められ、耐久性のないことが
明確であった。
実施例８
実施例３で得られた水不透過性ポリスルホン中空繊維を
用いて、ポリウレタン接着剤により有効長７−１有効膜
面積０．２４ゴの小型熱交換器を作製した。この熱交換
器において、中空繊維の外側に３６℃の水を４ ｔ／瓜
ｎ流しながら、中空繊維の内側に血液を４ｔ／ｍｉｎ流
して人工肺用熱交換器としての基礎実験を行なった。血
液は入口が１９．５℃、出口が２３．９℃となり充分な
熱交換能を有するとともに、入口と出口の圧力差ｒま小
さく、かつ５時間後も血栓形成はなかった。従って、本
実施例で得た熱交換器は人工肺用としてきわめて優れた
ものであった。
用いて、ポリウレタン接着剤により有効長７−１有効膜
面積０．２４ゴの小型熱交換器を作製した。この熱交換
器において、中空繊維の外側に３６℃の水を４ ｔ／瓜
ｎ流しながら、中空繊維の内側に血液を４ｔ／ｍｉｎ流
して人工肺用熱交換器としての基礎実験を行なった。血
液は入口が１９．５℃、出口が２３．９℃となり充分な
熱交換能を有するとともに、入口と出口の圧力差ｒま小
さく、かつ５時間後も血栓形成はなかった。従って、本
実施例で得た熱交換器は人工肺用としてきわめて優れた
ものであった。
本発明の熱交換器を用いれば、従来の熱交換器を用いた
場合に比べて高い伝熱係数を維持しつつ効率的に熱交ｙ
Ａを実施することができる０とくに本発明の熱交換器は
コンパクトで低コストで作製することがです、シかも高
効率で実施することができるため、広く工業用途のみな
らず、人工肺用等の医療用途に、又ＬＳＩ製造工程のク
リーンルーム内に設置して必要量だけの超純水を昇温し
て使用する超純水の用途に応用することができ、産業上
の有用性が極めて大きい。
場合に比べて高い伝熱係数を維持しつつ効率的に熱交ｙ
Ａを実施することができる０とくに本発明の熱交換器は
コンパクトで低コストで作製することがです、シかも高
効率で実施することができるため、広く工業用途のみな
らず、人工肺用等の医療用途に、又ＬＳＩ製造工程のク
リーンルーム内に設置して必要量だけの超純水を昇温し
て使用する超純水の用途に応用することができ、産業上
の有用性が極めて大きい。
Claims (9)
- （１）内表面又は外表面が不透液性の緻密層であり、膜
壁残部は多孔質層からなる構造のプラスチック製中空繊
維をチューブとする熱交換器。 - （２）該緻密層の厚さが０．０１〜２０μｍである特許
請求の範囲第（１）項記載の熱交換器。 - （３）該中空繊維の空孔率が２５〜８５％である特許請
求の範囲第（１）項または第（２）項記載の熱交換器。 - （４）該中空繊維を長手方向と直角に切断した断面部に
おいて、中空部を含む全断面積に対する中空部断面積の
割合が４０〜７５％である特許請求の範囲第（１）項、
第（２）項または第（３）項記載の熱交換器。 - （５）該プラスチックがポリスルホンである特許請求の
範囲第（１）項、第（２）項、第（３）項または第（４
）項記載の熱交換器。 - （６）該ポリスルホンが一般式▲数式、化学式、表等が
あります▼ （ｎ＝５０〜８０）で表わされ る構造を有するポリスルホンである特許請求の範囲第（
５）記載の熱交換器。 - （７）該ポリスルホンが一般式▲数式、化学式、表等が
あります▼ （ｎ＝５０〜１００）で表わされる構造を有するポリス
ルホンである特許請求の範囲第（５）項記載の熱交換器
。 - （８）該熱交換器が超純水用の熱交換器である特許請求
の範囲第（１）項、第（２）項、第（３）項、第（４）
項、第（５）項、第（６）項または第（７）項記載の熱
交換器。 - （９）該熱交換器が人工肺用の熱交換器である特許請求
の範囲第（１）項、第（２）項、第（３）項、第（４）
項、第（５）項、第（６）項または第（７）項記載の熱
交換器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19243985 | 1985-08-30 | ||
| JP60-192439 | 1985-08-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62153694A true JPS62153694A (ja) | 1987-07-08 |
Family
ID=16291321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20109786A Pending JPS62153694A (ja) | 1985-08-30 | 1986-08-26 | 熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62153694A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008045786A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Tlv Co Ltd | 熱交換器 |
| JP2010223576A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-10-07 | Toray Ind Inc | 中空糸膜型熱交換器 |
| JP2011226768A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-11-10 | Toray Ind Inc | 気体−液体系中空糸熱交換器 |
| TWI836662B (zh) * | 2022-10-11 | 2024-03-21 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | 換熱管及換熱管的製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61215709A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-25 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 熱交換器用中空糸及びその製造方法 |
| JPS61225308A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-10-07 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 中空糸及びその製造方法 |
-
1986
- 1986-08-26 JP JP20109786A patent/JPS62153694A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61215709A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-25 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 熱交換器用中空糸及びその製造方法 |
| JPS61225308A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-10-07 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 中空糸及びその製造方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008045786A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Tlv Co Ltd | 熱交換器 |
| JP2010223576A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-10-07 | Toray Ind Inc | 中空糸膜型熱交換器 |
| JP2011226768A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-11-10 | Toray Ind Inc | 気体−液体系中空糸熱交換器 |
| TWI836662B (zh) * | 2022-10-11 | 2024-03-21 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | 換熱管及換熱管的製造方法 |
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