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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-05
(54)【発明の名称】管状膜物質交換器
(51)【国際特許分類】
F28C 1/14 20060101AFI20241128BHJP
【ＦＩ】
F28C1/14
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024523879
(86)(22)【出願日】2022-12-08
(85)【翻訳文提出日】2024-06-17
(86)【国際出願番号】 US2022052258
(87)【国際公開番号】W WO2023107621
(87)【国際公開日】2023-06-15
(31)【優先権主張番号】63/287,586
(32)【優先日】2021-12-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515164653
【氏名又は名称】バルチモア、エアコイル、カンパニー、インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＬＴＩＭＯＲＥ ＡＩＲＣＯＩＬ ＣＯＭＰＡＮＹ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ルッスレ，ヨハン リリアン
(72)【発明者】
【氏名】エゴルフ，ケビン エルズワース
(72)【発明者】
【氏名】リトワク，エリー エム．
(57)【要約】
一態様では、物質交換器が、空気入口、空気出口、空気流発生器及び管状膜アセンブリを有する。管状膜アセンブリは、入口ヘッダ、出口ヘッダ及び複数の管状膜を備える。管状膜は、管状膜に接触する空気と管状膜内の作動流体との間の物質移動を促進するように構成された側壁を有する。入口ヘッダは、入口ヘッダ本体開口部を有し、管状膜の入口端部が入口ヘッダ本体開口部内に延在する入口ヘッダ本体と、管状膜の入口端部をヘッダ本体に接続する入口ヘッダポッティングと、を備える。出口ヘッダは、出口ヘッダ本体開口部を有し、管状膜の出口端部が出口ヘッダ本体開口部内に延在する出口ヘッダ本体と、管状膜の出口端部をヘッダ本体に接続する出口ヘッダポッティングと、を備える。
【選択図】図５
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気と作動流体との間で物質を交換するための物質交換器であって、空気入口と、
空気出口と、
前記空気入口から前記空気出口への空気の移動を引き起こすように構成された空気流発生器と、
管状膜アセンブリであって、
前記作動流体を受け入れるための入口ヘッダと、
出口ヘッダと、
前記入口ヘッダと前記出口ヘッダとを接続して前記作動流体がその間を流れることを可能にする複数の管状膜であって、前記空気が前記空気入口から前記空気出口に移動するときに前記空気が接触するように位置付けられ、入口端部及び出口端部を有する複数の管状膜と、
前記管状膜と接触する前記空気と前記管状膜内の前記作動流体との間の物質移動を促進するように構成された前記管状膜の側壁と、
を有する、管状膜アセンブリと、を備え、
前記入口ヘッダが、
入口ヘッダ本体開口部を有し、前記管状膜の前記入口端部が前記入口ヘッダ本体開口部内に延在する入口ヘッダ本体と、
前記管状膜の前記入口端部を前記入口ヘッダ本体に接続する入口ヘッダポッティングと、を有し、
前記出口ヘッダが、
出口ヘッダ本体開口部を有し、前記管状膜の前記出口端部が前記出口ヘッダ本体開口部内に延在する出口ヘッダ本体と、
前記管状膜の前記出口端部を前記出口ヘッダ本体に接続する出口ヘッダポッティングと、を有する、物質交換器。
【請求項2】
前記入口ヘッダポッティングの少なくとも一部が前記入口ヘッダ本体開口部内にあり、前記出口ヘッダポッティングの少なくとも一部が前記出口ヘッダ本体開口部内にある、請求項１の物質交換器。
【請求項3】
前記入口ヘッダポッティングが、前記管状膜を前記入口ヘッダ本体から分離し、前記出口ヘッダポッティングが、前記管状膜を前記出口ヘッダ本体から分離する、請求項１の物質交換器。
【請求項4】
前記入口ヘッダポッティングが、前記管状膜の前記入口端部の周囲に延在する入口スリーブ部を前記入口ヘッダ本体開口部内に備え、前記出口ヘッダポッティングが、前記管状膜の前記出口端部の周囲に延在する出口スリーブ部を前記出口ヘッダ本体開口部内に備える、請求項１の物質交換器。
【請求項5】
前記管状膜の前記側壁が、前記空気中のＣＯ２が前記側壁を通って前記作動流体の炭素回収溶液中に移動することを許す、請求項１の物質交換器。
【請求項6】
前記管状膜の前記側壁が、前記空気中のメタンが前記側壁を通って前記管状膜内の前記作動流体のメタン回収溶液中に移動することを許す、請求項１の物質交換器。
【請求項7】
前記管状膜の前記側壁が、前記空気中の水蒸気が前記側壁を通って前記管状膜内の前記作動流体の液体乾燥剤中に移動することを許すように構成される、請求項１の物質交換器。
【請求項8】
前記管状膜の前記側壁が、水蒸気が前記側壁を通過することを許し、液体水が前記側壁を通過することを抑制するように構成される、請求項１の物質交換器。
【請求項9】
前記入口ヘッダ本体開口部の少なくとも１つが、その中に延在する前記管状膜の２つ以上の入口端部を有し、前記入口ヘッダポッティングの少なくとも一部が、前記管状膜の前記２つ以上の入口端部の中間にある前記少なくとも１つの入口ヘッダ本体開口部内にあり、
前記出口ヘッダ本体の前記出口ヘッダ本体開口部の少なくとも１つが、その中に延在する前記管状膜の２つ以上の出口端部を有し、
前記出口ヘッダポッティングの少なくとも一部が、前記管状膜の前記２つ以上の出口端部の中間にある前記少なくとも１つの出口ヘッダ本体開口部内にある、請求項１の物質交換器。
【請求項10】
前記入口ヘッダポッティングの少なくとも一部が、前記入口ヘッダ本体開口部内にあり、前記出口ヘッダポッティングの少なくとも一部が、前記出口ヘッダ本体開口部内にあり、
前記物質交換器が更に、
前記入口ヘッダ本体開口部内の前記管状膜のための入口支持部と、
前記出口ヘッダ本体開口部内の前記管状膜のための出口支持部と、を備える、請求項１の物質交換器。
【請求項11】
前記管状膜が、内腔を有し、前記入口支持部及び前記出口支持部が、前記管状膜の前記内腔内に延在する、請求項１０の物質交換器。
【請求項12】
前記入口支持部及び出口支持部が、前記管状膜の外部にある、請求項１０の物質交換器。
【請求項13】
前記入口ヘッダ本体が、入口内面部と前記入口内面部の反対側にある入口外面部とを備え、前記入口ヘッダ本体開口部が、前記入口内面部と前記入口外面部の間に延在し、
前記入口ヘッダポッティングが、前記入口ヘッダ本体の前記入口内面部及び前記入口外面部上のポッティングを含み、
前記出口ヘッダ本体が、出口内面部と前記出口内面部の反対側にある出口外面部とを備え、
前記出口ヘッダ本体開口部が、前記出口内面部と前記出口外面部の間に延在し、
前記出口ヘッダポッティングが、前記ヘッダ本体の前記出口内面部及び前記出口外面部上のポッティングを含む、請求項１の物質交換器。
【請求項14】
前記入口ヘッダ開口部が、第１の幅を有する幅広部と、前記第１の幅よりも小さい第２の幅を有する幅狭部と、をそれぞれ備え、前記管状膜の前記入口端部が、前記入口ヘッダ開口部の前記幅広部及び前記幅狭部内に延在し、
前記出口ヘッダ開口部が、第３の幅を有する幅広部と、前記第３の幅よりも小さい第４の幅を有する幅狭部と、をそれぞれ備え、
前記管状膜の前記出口端部が、前記出口ヘッダ開口部の前記幅広部及び前記幅狭部内に延在する、請求項１の物質交換器。
【請求項15】
前記入口ヘッダポッティングが、前記入口ヘッダ開口部の前記幅広部内のポッティングを含み、前記管状膜の前記入口端部が、前記入口ヘッダ開口部の前記幅狭部で前記入口ヘッダ本体に接触し、
前記出口ヘッダポッティングが、前記出口ヘッダ開口部の前記幅広部内のポッティングを含み、
前記管状膜の前記出口端部が、前記出口ヘッダ開口部の前記幅狭部で前記出口ヘッダ本体に接触する、請求項１４の物質交換器。
【請求項16】
前記入口ヘッダ本体の前記入口開口部の少なくとも１つが、その中に延在する単一の管状膜入口端部を有し、前記出口ヘッダ本体の前記出口開口部の少なくとも１つが、その中に延在する単一の管状膜出口端部を有する、請求項１の物質交換器。
【請求項17】
前記入口ヘッダ本体の前記入口開口部の少なくとも１つが、その中に延在する少なくとも２つの管状膜入口端部を有し、前記出口ヘッダ本体の前記出口開口部の少なくとも１つが、その中に延在する少なくとも２つの管状膜出口端部を有する、請求項１の物質交換器。
【請求項18】
前記入口ポッティングが、前記管状膜及び前記入口ヘッダ本体に直接接触し、前記出口ポッティングが、前記管状膜及び前記出口ヘッダ本体に直接接触する、請求項１の物質交換器。
【請求項19】
前記管状膜が、前記作動流体を受け入れるための内腔を有し、前記物質交換器が更に、前記管状膜の前記内腔内に前記管状膜の変形に抵抗するための支持部を備える、請求項１の物質交換器。
【請求項20】
前記管状膜の外部に前記管状膜の変形に抵抗するための支持部を更に備えた、請求項１９の物質交換器。
【請求項21】
前記管状膜が、前記作動流体を受け入れるための内部を備え、前記物質交換器が更に、前記管状膜の外部に前記管状膜の変形に抵抗するための支持部を備える、請求項１の物質交換器。
【請求項22】
前記管状膜アセンブリが、第１の管状膜アセンブリと第２の管状膜アセンブリとを含み、前記第１の管状膜アセンブリの前記出口ヘッダが、前記第２の管状膜アセンブリの前記入口ヘッダに接続され、その間に湿潤コンパートメントを形成するように構成される、請求項１の物質交換器。
【請求項23】
作動流体を受け入れるための入口マニホールドであって、前記管状膜アセンブリが、前記入口マニホールドから作動流体を受け入れるように構成された、その前記入口ヘッダを有する複数の管状膜アセンブリを含む、入口マニホールドと、前記管状膜アセンブリの前記出口ヘッダに接続された、前記出口ヘッダから作動流体を受け取るための出口マニホールドと、
を更に備えた、請求項１の物質交換器。
【請求項24】
前記管状膜が、前記管状膜が前記作動流体を前記入口ヘッダから受け取ると長くなるように構成される、請求項１の物質交換器。
【請求項25】
前記入口ヘッダを閉じるように動作可能なバルブと、前記管状膜内に真空を生成するような動作可能なポンプと、を更に備え、
前記管状膜の前記側壁が、前記管状膜に接触する前記空気と前記管状膜内の前記真空との間の物質移動を促進するように構成される、請求項１の物質交換器。
【請求項26】
前記管状膜熱交換器の上流又は下流の熱交換器であって、前記空気が前記空気入口と前記空気出口の間を移動するときにプロセス流体と前記空気との間で熱を伝達するように構成された、熱交換器を更に備えた、請求項１の物質交換器。
【請求項27】
前記管状膜が、内腔を備え、前記物質交換器が更に、前記管状膜を通して別の流体を導くためのチューブを前記内腔内に備える、請求項１の物質交換器。
【請求項28】
前記空気流発生器が、ファンと、前記ファンを回転させるように動作可能なモータと、を備える、請求項１の物質交換器。
【請求項29】
前記管状膜がそれぞれ、ある長さと前記長さに垂直な断面とを有し、前記断面が、円形、矩形、楕円形、又は、涙滴状である、請求項１の物質交換器。
【請求項30】
内腔と、前記内腔の周囲に延在する側壁と、を有する管状膜であって、前記側壁が、前記側壁の外面に接触する空気と前記内腔との間で物質移動を許すように構成された、管状膜と、前記管状膜と流体連通するヘッダと、
前記ヘッダのヘッダ本体であって、
内面部と、
前記内面部の反対側の外面部と、
前記内面部と前記外面部との間に延在する複数の貫通開口部と、を有する、ヘッダ本体と、
前記ヘッダ本体の前記貫通開口部内に延在する前記管状膜の端部と、
前記ヘッダ本体の前記貫通開口部内と、前記内面部及び前記外面部の少なくとも一方上とにある前記ヘッダのポッティングであって、前記管状膜と前記ヘッダ本体とを接続するポッティングと、
を備えた、直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項31】
前記貫通開口部内の前記ポッティングが、前記ヘッダ本体の前記内面部から前記外面部に延在する、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項32】
前記貫通開口部内の前記ポッティングが、前記貫通開口部内で前記管状膜の周囲に延在するスリーブ部を備える、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項33】
前記ヘッダ本体の前記貫通開口部内の前記ポッティングが、前記管状膜を前記ヘッダ本体から分離する、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項34】
前記貫通開口部がそれぞれ、前記貫通開口部の第１の幅を有する幅広部と、前記第１の幅よりも小さい前記貫通開口部の第２の幅を有する幅狭部と、を備える、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項35】
前記貫通開口部内の前記ポッティングが、前記貫通開口部の前記幅広部内のポッティングを含み、前記管状膜が、前記貫通開口部の前記幅狭部内で前記ヘッダ本体に接触する、請求項３４の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項36】
前記ヘッダ本体が、単一の一体型構造を有する、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項37】
前記ポッティングが、前記内面部及び前記外面部上にある、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項38】
各貫通開口部が、その中に延在する単一の管状膜端部を有する、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項39】
前記管状膜が、前記作動流体を受け取ると長くなるように構成される、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項40】
前記管状膜の前記側壁が、前記空気中のＣＯ２が前記管状膜を通って前記管状膜の前記内腔内の炭素回収溶液中に移動することを許すように構成される、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項41】
前記管状膜の前記側壁が、前記空気中のメタンが前記側壁を通って前記管状膜の前記内腔内のメタン回収溶液中に移動することを許すように構成される、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項42】
前記管状膜の前記側壁が、前記空気中の水蒸気が前記側壁を通って前記管状膜の前記内腔内の液体乾燥剤中に移動することを許すように構成される、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項43】
前記管状膜の前記側壁が、水蒸気が前記側壁を通過することを許し、液体水が前記側壁を通過することを抑制するように構成される、請求項３０の直接空気物質交換器アセンブリ。
【請求項44】
前記管状膜の変形に抵抗するために前記管状膜の前記内腔内に延在する支持部を更に備えた、請求項３０の直接物質交換器アセンブリ。
【請求項45】
流体が前記管状膜に沿って移動することを許すチューブを前記管状膜の前記内腔内に更に備えた、請求項３０の直接物質交換器アセンブリ。
【請求項46】
前記ヘッダ本体が、前記内面部と、前記外面部と、その間に延在する貫通開口部と、を備えたプレート部を備える、請求項３０の直接物質交換器アセンブリ。
【請求項47】
前記管状膜に固定された別のヘッダを更に備えた、請求項３０の直接物質交換器アセンブリ。
【請求項48】
前記管状膜が、前記ヘッダに固定された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有し、前記管状膜の前記第１の端部が、前記内腔内の物質が前記ヘッダ内に移動することを許すように開放されており、
前記管状膜の前記第２の端部が閉鎖されている、請求項３０の直接物質交換器アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001] この出願は、２０２１年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６３／２８７，５８６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0001] この出願は、２０２１年１２月９日に出願された米国仮特許出願第６３／２８７，５８６号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
[0002] この開示は、物質交換器に係り、より具体的には膜を横切る物質移動を促進する管状膜を有する物質交換器に関する。
【背景技術】
【0003】
[0003] 熱交換器などの物質交換器は、幅広い種類の構成で提供され、幅広い種類の用途で使用される。１つのタイプの熱交換器は中空糸膜熱交換器である。中空糸膜熱交換器は、その中にプロセス流体を導く、内径が１ｍｍ未満の中空糸を有する。空気などのもう１つの流体が中空糸膜の外側に導かれる。中空糸膜は、中空糸膜の内側及び外側の流体流間の熱伝達を促進する側壁を有する。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1A】[0004] 管状膜熱交換器アセンブリを含む熱交換器システムの概略図である。
【図1B】[0005] 積層された上部及び下部管状膜熱交換器モジュールを含む管状膜熱交換器モジュールを有する冷却塔の斜視部分断面図である。
【図2】[0009] 管状膜熱交換器モジュールを有する第２の冷却塔の斜視断面図である。
【図3】[0010] 管状膜熱交換器モジュールを有する第３の冷却塔の概略図である。
【図4】[0011] 予冷媒体として管状膜熱交換器モジュールを有する断熱排熱システムを備えた第４の冷却塔の概略図である。
【図5】[0012] 湿潤、乾燥、又は断熱モードで動作され得る、予冷媒体として管状膜熱交換器モジュールを備えた第５の冷却塔の概略図である。
【図6】[0013] 強制通風、直交流構成の管状膜熱交換器モジュールを有する蒸発排熱システムの概略図である。
【図7A】[0014] 組み立てられた管状膜、継手、及びヘッダプレート部を含み、ヘッダプレート部の両側にプロットが適用された管状膜アセンブリの断面図である。
【図7B】[0015] 管状膜、継手、ヘッダプレート部、及び管状膜の内腔内に延在する管状圧力容器の断面図である。
【図8】[0016] 強制通風、直交流構成の管状膜熱交換器モジュールと、密閉型プレートアンドシェル熱交換器とを含む蒸発排熱システムの概略図である。
【図9】[0017] 誘引通風、直交流構成の管状膜熱交換器モジュールを有する蒸発空気冷却システムの概略図である。
【図10A】[0018] 上部管状膜熱交換器モジュールと下部管状膜熱交換器モジュールの下部ヘッダと上部ヘッダとの接続部の断面図である。
【図10B】[0019] 入口マニホールドの分配ヘッダと管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとの接続部の断面図である。
【図11A】[0020] 上部管状膜熱交換器モジュールの下部ヘッダと下部管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとの接続部の断面図である。
【図11B】[0021] 入口マニホールドの分配ヘッダと上部管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとの接続部の断面図である。
【図12A】[0022] 上部管状膜熱交換器モジュールの下部ヘッダと下部管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとのスナップフィット接続部の断面図である。
【図12B】[0023] 入口マニホールドの分配ヘッダと上部管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとのスナップフィット接続部の断面図である。
【図13A】[0024] 上部管状膜熱交換器モジュールの下部ヘッダと下部管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとのスライド接続部の断面図である。
【図13B】[0025] 入口マニホールドの分配ヘッダと管状膜熱交換器モジュールの上部ヘッダとのスライド接続部の断面図である。
【図14】[0026] 管状膜の移動に抵抗するために管状膜の内腔内に延在するロッドを備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図15】[0027] 管状膜の移動に抵抗するために管状膜の内腔内にロッド及びリングを備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図16】[0028] 管状膜の移動に抵抗するために管状膜アセンブリの管状膜の外側の周囲に延在する螺旋状支持部材を備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図17】[0029] 管状膜の移動に抵抗するために管状膜アセンブリの管状膜の内腔内に螺旋状支持部材を備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図18】[0030] 管状膜アセンブリの管状膜の移動に抵抗するための外部ブレースを備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図19】[0031] 管状膜アセンブリの管状膜の移動に抵抗するための内部ブレースを備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図20】[0032] 様々なサイズの冷却塔用の管状膜熱交換器モジュールの様々な構成の概略図である。
【図21】[0033] 管状膜、チューブ、及び管状膜とチューブとを接続する継手を備えた管状膜アセンブリの断面図である。
【図22】[0034] 端部接続部を有するチューブを有する管状膜アセンブリの断面図である。
【図23】[0035] 管状膜熱交換器モジュールのヘッダの中間に支持部を有する管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図24】[0036] 管状膜熱交換器モジュールの支持プレートを表面に接続する支持部材を有する管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図25】[0037] 支持プレートをヘッダ及びチューブに接続する支持部材を有する管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図26】[0038] 冷却塔の壁に固定された支持プレートを有する冷却塔の管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図27】[0039] 管状膜熱交換器モジュールの支持プレートの断面図であり、支持プレートの開口部内に延在する管状膜と、管状膜を取り囲む支持プレート穴の環状面を示す。
【図28】[0040] 管状膜熱交換器モジュールの支持プレートの断面斜視図であり、支持プレートのスロット内に延在する管状膜と、管状膜に接触するスロットの側面を示す。
【図29】[0041] ファンの周囲の蛇行経路内に延在する管状膜を有する管状膜熱交換器モジュールの概略図であり、管状膜は直線部及び屈曲部を有する。
【図30】[0042] モジュールの管状膜の向きを変え、管状膜の屈曲部を形成する支持部を有する管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図31】[0043] 管状膜の環状形状を提供するために、管状膜の径方向外側壁部よりも短い径方向内側壁部を有する管状膜を有する管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図32】[0044] 管状膜を環状構成で支持する環状ロッドを有する管状膜熱交換器モジュールの概略図である。
【図33】[0045] 管状膜、入口ヘッダ、出口ヘッダ、及びプロセス流体流の方向を変えるように構成された中間ヘッダを有する管状膜熱交換器の概略図である。
【図34】[0046] 管状膜熱交換器モジュールを有する空気処理ユニットの概略図である。
【図35】[0047] 螺旋状管状膜を有する管状膜アセンブリの概略図である。
【図36】[0048] 継手なしでヘッダプレートに接続された管状膜を有する管状膜アセンブリの概略図である。
【図37】[0049] ポッティング材が開口部を通って這い上がり、管状膜をヘッダプレートに固定できるようにサイズ設定された開口部を備えたヘッダプレートを有する管状膜アセンブリの概略図である。
【図38】[0050] 管状膜をヘッダプレートに固定するポッティングをヘッダプレートの外面に備えた管状膜アセンブリの概略図である。
【図39】[0051] 管状膜をヘッダプレートに固定するポッティングをヘッダプレートの内面に備えた管状膜アセンブリの概略図である。
【図40】[0052] 管状膜をヘッダプレートに固定する、ヘッダプレートの内面上のポッティングを示す管状膜アセンブリの概略図である。
【図41】[0053] 管状膜をヘッダプレートに固定する、ヘッダプレートの外面上のポッティングを示す管状膜アセンブリの概略図である。
【図42】[0054] 管状膜をヘッダプレートに接続するためのポッティングを受けるカップ状の凹部をヘッダプレートの外面に有するヘッダプレートを示す管状膜アセンブリの概略図である。
【図43】[0055] 管状膜をヘッダプレートに接続するためのポッティングを受けるカップ状の凹部をヘッダプレートの外面に有するヘッダプレートを示す管状膜アセンブリの概略図である。
【図44】[0056] 管状膜をヘッダプレートに接続するポッティングを示す管状膜アセンブリの概略図である。
【図45】[0057] 管状膜とポッティングによりヘッダ本体開口部内に固定された外部支持部とを有する管状膜アセンブリの概略図である。
【図46】[0058] 管状膜とポッティングによりヘッダ本体開口部内に固定された内部支持部とを有する管状膜アセンブリの概略図である。
【図47】[0059] 管状膜と管状膜内の支持チューブとを有する管状膜アセンブリの概略図である。
【図48】[0060] 管状膜と、管状膜を横切って移動する流体の流れから交換される物質を収集するための真空出口ヘッダとを有する管状膜アセンブリの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0005】
[0061] 本開示の一態様では、空気と作動流体との間で物質を交換するための物質交換器が提供される。物質交換器は、空気入口と、空気出口と、空気入口から空気出口への空気の移動を引き起こすように構成された空気流発生器と、管状膜アセンブリとを有する。一部の実施形態では、物質交換器は、水／グリコール混合物などの作動流体を冷却するための冷却塔、又は汚染物質回収溶液を作動流体として利用する直接大気汚染物質回収装置である場合がある。更に別の例として、物質交換器は除湿器であり、作動流体として液体乾燥剤を利用することがある。
【0006】
[0062] 管状膜アセンブリは、作動流体を受け入れる入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダと出口ヘッダを接続して作動流体がその間を流れることを可能にする複数の管状膜とを備える。管状膜は、空気が空気入口から空気出口に移動するときに空気と接触するように位置付けられる。管状膜は、管状膜に接触する空気と管状膜内の作動流体との間の物質移動を促進するように構成された側壁を有する。
【0007】
[0063] 入口ヘッダは、入口ヘッダ本体開口部を有する入口ヘッダ本体を備え、管状膜の入口端部が入口ヘッダ本体開口部内に延在する。入口ヘッダは更に、管状膜の入口端部を入口ヘッダ本体に接続する入口ヘッダポッティングを備える。出口ヘッダは、出口ヘッダ本体開口部を有する出口ヘッダ本体を備え、管状膜の出口端部が出口ヘッダ本体開口部内に延在する。出口ヘッダは更に、管状膜の出口端部をヘッダ本体に接続する出口ヘッダポッティングを備える。このようにして、入口及び出口ヘッダ本体開口部内に延在する管状膜の入口及び出口端部は、入口及び出口ヘッダポッティングと協働して、管状膜と入口及び出口ヘッダとの間に耐久性のある接続部を提供する。
【0008】
[0064] 本開示はまた、管状膜が内腔と内腔の周囲に延在する側壁とを有する直接空気物質交換器アセンブリを提供する。管状膜の側壁は、管状膜の外面に接触する空気と管状膜の内腔との間の物質移動を可能にするように構成される。直接空気物質交換器アセンブリは更に、管状膜と流体連通するヘッダを備える。ヘッダは、内面部と、内面部の反対側にある外面部と、内面部と外面部との間に延在する複数の貫通開口部とを備えたヘッダ本体を有する。管状膜は、ヘッダ本体の貫通開口部内に延在する端部を有する。ヘッダは更に、ヘッダ本体の貫通開口部内と、内面部及び外面部の少なくとも一方上とに、管状膜とヘッダ本体とを接続するポッティングを備える。ヘッダ本体の貫通開口部内のポッティングは、ポッティングと管状膜との間に付加的な係合を提供する。更にポッティングは、ポッティングが管状膜とヘッダ本体との間の隙間を埋め、管状膜をヘッダ本体にしっかりと接続するようにヘッダ本体上に注がれるときに貫通開口部に流れ込むことがある。
【0009】
[0065] 本開示の別の態様によれば、入口ヘッダと出口ヘッダとを備えた管状膜熱及び物質交換器モジュールが提供される。入口ヘッダは、隣接する上流の管状膜熱交換器モジュールに接続し、それとともに上流の湿潤コンパートメントを形成するように構成される。出口ヘッダは、隣接する下流の管状膜熱交換器モジュールに接続し、それとともに下流の湿潤コンパートメントを形成するように構成される。管状膜熱交換器モジュールは更に、入口ヘッダと出口ヘッダとを接続する管状膜を備える。管状膜は、上流の湿潤コンパートメントから下流の湿潤コンパートメントへの、本明細書では作動流体とも呼ばれ得るプロセス流体の流れを促進する。管状膜はまた、管状膜内のプロセス流体と管状膜の外面に接触する流体との間の物質移動を可能にする。入口ヘッダと出口ヘッダを隣接する管状膜熱交換器モジュールと接続することにより形成される湿潤コンパートメントは、接続した管状膜熱交換器モジュールの管状膜間でプロセス流体を収集及び分配する内部マニホールドとして動作する。
【0010】
[0066] 管状膜は、ある長さとその長さに垂直な断面とを有する。一実施形態では、管状膜は、円形断面と、管状膜内にプロセス流体の高度な層流をもたらすようにサイズ設定された内径を有する内腔とを有する。層流により、内腔内で拡散及び伝導が急速に起こることが可能になる。管状膜内腔の内径は、少なくとも１ｍｍ、例えば約１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲、例えば約１ｍｍ～約５ｍｍである場合がある。管状膜の内腔径に関連して本明細書で使用される「約」という用語は、＋／－０．２ｍｍなどの製造上のばらつきを反映することが意図されている。
【0011】
[0067] 別の実施形態では、管状膜は非円形断面を有する。例えば、管状膜は、矩形、楕円形、又は涙滴形状を有することがある。管状膜熱交換器アセンブリは、同じ断面形状、又は様々な形状及び／又はサイズを有する管状膜を有することがある。例えば、アセンブリの空気流が最初に接触する管状膜は、アセンブリの下流の管状膜とは異なる形状及び／又はサイズである場合がある。
【0012】
[0068] 本開示の別の態様によれば、上流管状膜熱交換器モジュールと下流管状膜熱交換器モジュールとを備えたモジュール式熱交換器システムが提供される。上流管状膜熱交換器モジュールは、プロセス流体を受け入れるための上流入口ヘッダと、上流出口ヘッダと、上流入口ヘッダから上流出口ヘッダへのプロセス流体の流れを促進する複数の上流管状膜とを有する。
【0013】
[0069] 下流管状膜熱交換器モジュールは、上流管状膜熱交換器の上流出口ヘッダに固定されるように構成された下流入口ヘッダを備える。上流出口ヘッダと下流入口ヘッダが互いに固定された状態で、下流入口ヘッダは上流出口ヘッダからプロセス流体を受け取る。下流管状膜熱交換器モジュールは更に、下流出口ヘッダと複数の下流管状膜とを備える。
【0014】
[0070] 上流及び下流管状膜熱交換器モジュールは、プロセス流体と、上流及び下流管状膜熱交換器モジュールの管状膜の外部の流体との間で熱を順次的に交換する一連の管状膜熱交換器モジュールを提供する。更に、上流及び下流管状膜熱交換器モジュールは、特定の用途に必要な場合に追加の熱伝達を行うために、上流及び下流管状膜熱交換器モジュールと直列に１つ以上の追加の管状膜熱交換器モジュールに固定されることがある。
【0015】
[0071] 本開示はまた、プロセス流体を受け入れるための入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダ及び出口ヘッダに接続され、入口ヘッダから出口ヘッダへのプロセス流体の流れを促進する複数の管状膜とを有する管状膜熱交換器モジュールを提供する。管状膜は、プロセス流体が入口ヘッダから出口ヘッダに流れるときに、プロセス流体に蛇行経路を提供する。蛇行経路はそれぞれ、プロセス流体のための複数の急な方向転回又は転換を含む。管状膜は、蛇行経路全体に延在し、プロセス流体の方向を変える屈曲部を備えることがある。別の実施形態では、管状膜熱交換器モジュールは、蛇行経路に沿って１つ以上の中間ヘッダを備える。例えば、管状膜は、第１、第２、及び第３の複数の直線管状膜を含むことがあり、管状膜熱交換器モジュールは、第１、第２、及び第３の複数の直線管状膜を接続する第１及び第２の中間ヘッダを備える。第１の中間ヘッダは、プロセス流体の方向を第１の複数の直線管状膜から第２の複数の直線管状膜に変え、第２の中間ヘッダは、プロセス流体の方向を第２の複数の直線管状膜から第３の複数の直線管状膜に変える。第２の複数の直線管状膜は、第１、第２、及び第３の複数の直線管状膜がプロセス流体を蛇行経路に沿って異なる方向に導くように、第１及び第３の複数の直線管状膜に対して横方向に延在する。
【0016】
[0072] プロセス流体の蛇行経路は、プロセス流体と管状膜の外部の流体との間の熱伝達を促進し得る乱流をプロセス流体に作り出す。管状膜により作り出される蛇行したプロセス流体経路の別の利点は、冷却塔などの熱伝達装置の所定のエンベロープ内でより長い管状膜を使用し得ることである。例えば、管状膜は、ファン又は耐力部材などの冷却塔の内部構造の周りに経路指定されることがある。更に、より長い管状膜は、より多くのより短い管状膜と同じ表面積を提供する一方、より少ない数の管状膜を特定の実施形態に使用することを可能にする。管状膜の数が少ないと、管状膜と入口／出口ヘッダとの接続部を少なくすることができ、管状膜熱交換器モジュールの製造及び修理が簡素化される。
【0017】
[0073] 本開示の別の態様によれば、外部構造と、外部構造内に管状膜を有する管状膜熱交換器と、外部構造内に管状膜に対する空気流を生成するように動作可能なファンとを備えたエアハンドラシステムが提供される。エアハンドラシステムは更に、第１のプロセス流体及び液体乾燥剤を含む第２のプロセス流体のいずれかを管状膜熱交換器に供給するように構成されたプロセス流体供給部を備える。
【0018】
[0074] エアハンドラシステムは、ファン及びプロセス流体供給部に動作可能に接続されたコントローラを有する。コントローラは、プロセス流体供給部が第１のプロセス流体を管状膜熱交換器に供給して、第１のプロセス流体と空気流との間で熱を伝達する標準モードを有する。コントローラは更に、空気流から湿気を除去するためにプロセス流体が液体乾燥剤を含む第２のプロセス流体を管状膜熱交換器に供給する第２のモードを有する。したがって、エアハンドラシステムは、管状膜熱交換器の管状膜に供給されるプロセス流体を変更することによって、異なる空調機能を提供することがある。
【0019】
[0075] 図１Ａに関して、建物の内部からの熱などの熱を受け、その熱を水又は水／グリコール混合物などのプロセス流体に伝達する熱交換器１１Ａを備えた熱交換器システム１０Ａなどの物質交換器が提供される。流体は液体と気体を含むことがあり、その割合はプロセス流体が熱交換器システム１０Ａ全体を移動するにつれて変化することがある。熱交換器システム１０Ａは、流体を熱交換器１１Ａから冷却塔４０Ａなどの排熱装置に圧送するように構成されたポンプ３１Ａを備える。冷却塔４０Ａは、管状膜熱交換器モジュール５０Ａなどの１つ以上の熱交換器カセットを備える。管状膜熱交換器モジュール５０Ａは、入口マニホールド５２Ａ及び出口マニホールド５４Ａに取り外し可能に又は永続的に接続される。別の手法では、冷却塔４０Ａが熱を受け、その熱をプロセス流体に伝達することがある一方、熱交換器１１Ａはプロセス流体から熱を除去する。熱交換器システム１０Ａは、２０２０年６月３日に出願され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１６／８９１，５９８号で考察される熱交換器システムと同様である場合がある。
【0020】
[0076] 各管状膜熱交換器モジュール５０Ａは、入口マニホールド５２Ａから流体を受け取る上部ヘッダすなわち入口ヘッダ７０Ａと、流体が通過する１つ以上の管状膜７４Ａと、流体を管状膜７４Ａから収集する下部ヘッダすなわち出口ヘッダ７２Ａとを備える。管状膜７４Ａは、図１Ｅに示し以下で考察する管状膜３９と同様である。
【0021】
[0077] ポンプ３１Ａは、プロセス流体の移動を引き起こすため、又は熱交換器システム１０Ａの動作を実行するための１つ以上のポンプを含むことがある。これに関する例として、管状膜７４Ａにおいてプロセス流体が使用されないことがある。代わりに、ポンプが管状膜７４Ａの内部に真空を印加することがあり、管状膜７４Ａの側壁により、空気中の水蒸気が管状膜７４Ａの側壁を通って管状膜７４Ａの内腔内に移動することが可能になる。空気から管状膜７４Ａの内腔内への水蒸気の移動は、空気から湿気を除去することによって空気から熱を伝達する。管状膜７４Ａの内腔内の真空は、管状膜７４Ａの側壁間に分圧差を生じさせる。
【0022】
[0078] 別の例として、システム１０Ａは、空気中のＣＯ２が管状膜７４Ａの内腔内に移動できるように構成された管状膜７４Ａの側壁を備えた直接空気ＣＯ２回収装置で利用されることがある。ポンプが動作して、管状膜７４Ａの内腔内に真空を供給する。管状膜７４Ａの内腔内の真空により、ＣＯ２が管状膜７４Ａの側壁を通って管状膜７４Ａの内腔内に移動することが促進され、ＣＯ２が収集及び貯蔵される。
【0023】
[0079] 更に別の例として、ポンプ３１Ａは、熱交換器１１Ａと熱交換器システム１０Ａとの間で水／グリコール混合物などのプロセス流体を循環させる第１のポンプを含むことがある。ポンプ３１Ａはまた、管状膜７４Ａの外側に真空を生成する第２のポンプを含むことがある。管状膜７４Ａの側壁は、水蒸気は側壁を通過できるが、液体の水は通過できないように構成されることがある。熱交換器１１Ａからの加熱されたプロセス流体中の水蒸気は、加熱されたプロセス流体が管状膜７４Ａに到達すると、管状膜７４Ａの側壁を通って外側に移動し、真空中に入ることがある。真空は、管状膜７４Ａの側壁間に分圧差を生じさせ、これにより、水蒸気が管状膜７４Ａの側壁を通過することが促進される。管状膜７４Ａ内の水／グリコール混合物から水蒸気が除去されると、水／グリコール混合物から熱が除去される。管状膜７４Ａは、例えば、管状膜７４Ａの外側への真空の印加を容易にするためにチャンバ内に設けられることがある。
【0024】
[0080] 図１Ａを参照すると、管状膜７４Ａは、管状膜７４Ａ内の第１の流体と管状膜７４Ａの外側の第２の流体との間の熱伝達及び／又は物質移動を促進する。一例として、管状膜７４Ａは、液体不透過性でもある気体透過性材料で作られることがある。管状膜７４Ａは、熱交換器１１Ａにより加熱された液体と気体の混合物を含む流体を受け取る。管状膜７４Ａは、熱交換器１１Ａにより加熱された蒸気などのガスが管状膜７４Ａから出ることを可能にする。例として、管状膜７４Ａに入る流体は、水と気体の水蒸気との混合物である場合がある。管状膜７４Ａを通過する液体は、管状膜７４の外面上の空気流による間接冷却及び管状膜７４Ａを通した高エネルギー水蒸気の放出によって冷却される。
【0025】
[0081] 別の実施形態では、管状膜熱交換器モジュール５０Ａは、管状膜７４Ａ内の第１の流体と管状膜７４Ａの外側の第２の流体との間で熱を伝達するためにパーベーパレーションを用いる。例えば、管状膜熱交換器モジュール５０Ａは、熱交換器１１Ａから加熱された液体（例えば、水）を受け取る。加熱された液体（例えば、Ｈ２Ｏ）の分子は、管状膜７４Ａによって収着される。管状膜７４Ａにより収着される液体の分子は、管状膜７４Ａの内面から管状膜７４Ａの外面に拡散する。管状膜７４Ａの外面に拡散された液体の分子は、外部流体（例えば、空気）内に脱着され、管状膜７４Ａから熱を除去する。管状膜熱交換器モジュール５０Ａに入る液体水及び管状膜の外面全体に導かれる周囲空気に関連して、管状膜７４Ａの外側で拡散された水分子は周囲空気流の中に蒸発する。他の実施形態では、管状膜の外側の流体の分子は、管状膜の内側に拡散することがある。
【0026】
[0082] 一手法では、流体は管状膜７４Ａに到達すると完全に気体となることがあり、ガス流の一部は管状膜７４を通って周囲に浸透し、ガス流の残りのガスは、冷却された気体、気体／液体混合物、又は液体として出口ヘッダ７２Ａを出る。
【0027】
[0083] 管状膜７４Ａは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの１つ以上のポリマーを含むことがある。別の例として、管状膜７４Ａは、微多孔性疎水性ポリスルホン材料である場合がある。一部の手法では、管状膜７４Ａはセラミック材料で作られることがある。管状膜７４Ａに利用され得る別の材料には、酸化グラフェン膜が含まれる。
【0028】
[0084] 一実施形態では、本明細書に記載の管状膜は、多孔質基材層及び膜層を含むことがある。膜層は、人工膜又は合成膜である場合がある。使用され得る合成膜の例には、高分子膜、ポリマー電解質膜、セラミック膜、及び酸化グラフェン膜が含まれる。
【0029】
[0085] 管状膜７４Ａは、ドリフト、例えばバクテリア、化学物質、及びデブリが管状膜７４Ａの側壁を通過することを制限しつつ、管状膜７４Ａの側壁を通した流体分子の制御された拡散を可能にする。管状膜７４Ａは、それにより、レジオネラ及び他の微生物が管状膜の内側の流体と管状膜の外側の流体との間を通過しないように遮蔽体として動作する。
【0030】
[0086] 管状膜７４Ａは、多孔質であり、熱伝達及び／又は物質移動を促進するための開口部又は細孔を有することがある。細孔は、２．５オングストローム～３５マイクロメートルの範囲のサイズを有することがある。例えば、細孔は、１ナノメートル～２０ナノメートルの範囲にある場合がある。一実施形態では、管状膜７４Ａは、０．００１マイクロメートル未満の細孔径を有する。別の実施形態では、管状膜７４Ａは、１マイクロメートル未満であり、０．００１マイクロメートルを超える細孔径を有する。
【0031】
[0087] 管状膜７４Ａは、可撓性で比較的脆い場合があり、これにより管状膜７４Ａの把持によって別のコンポーネントに固定することが困難になる。例えば、管状膜７４Ａは、表面に垂直に配置され、その形状を保持するのに十分に堅い場合があるが、任意の外部圧力が管状膜７４Ａを屈曲させる及び／又はねじれさせる。管状膜７４Ａは、藻の繁殖を抑えるためのＵＶ耐性及び／又はバクテリアの増殖を抑えるための殺菌特性を有する材料で作られるか又はコーティングされることがある。
【0032】
[0088] 管状膜７４Ａの材料は多孔質又は高密度である場合がある。例えば、管状膜７４Ａは、管状膜７４Ａの外側への水蒸気輸送が管状膜７４Ａの細孔を通した拡散によって主に生じる疎水性多孔質膜である場合がある。管状膜の透過性は、管状膜の細孔径、全孔隙率、表面孔隙率、及び細孔屈曲度の影響を受けることがある。例として、細孔径はマイクロメートル範囲にある場合がある。高密度膜材料について、高密度膜材料には細孔が存在しないため、水蒸気輸送はポリマー層自体を通した溶液拡散によって行われる。
【0033】
[0089] 管状膜７４Ａは、液体に対して不透過性であるが、蒸気について高い透過性がある単一の層を有する均質膜で作られることがある。他の実施形態では、管状膜７４Ａは、高密度スキン層と多孔質支持層とを含む複合体を有することがある。支持層は、機械的安定性を膜に提供する一方、高密度スキン層は膜の透過性及び選択性に貢献する。管状膜７４Ａ及び本明細書で考察される他の管状膜は、管状膜７４Ａが作動流体を受け取るときに長くなることがある。換言すれば、管状膜７４Ａは、濡れているときはより長く、乾燥しているときはより短い場合がある。管状膜７４Ａが濡れたときの管状膜７４Ａの長さの変化により、管状膜７４が横方向に偏向するか又はねじれることがあるが、これは以下で考察される支持部によって制限される。更に、支持部は、膜のいずれかの側での真空又は圧力条件下でのチューブのつぶれ又は破裂を制限することがある。
【0034】
[0090] 図１Ａに関して、冷却塔４０Ａは、１つ以上のファン１４Ａを備える。一実施形態では、各ファン１４Ａは、ファンブレード１６Ａとモータ１８Ａとを備える。別の実施形態では、１つ以上のファン１４Ａは、共通のモータを共有する複数のファンを含むことがある。ファン１４Ａは、管状膜７４Ａに対して、例えば管状膜７４Ａの長さに沿って上向き方向７５Ａ、管状膜７４Ａの長さに沿って下向き方向（方向７５Ａの反対）、及び／又は管状膜７４Ａの長さを横切る、例えば管状膜７４Ａの長さに垂直な１つ以上の方向に空気流を発生させるように構成される。空気流は、管状膜７４Ａの外面からガスを除去するのに役立つことがある。流体は、上述のように水である場合があり、純粋な水蒸気が管状膜７４Ａに浸透することがある一方、デブリ、水に溶解した又は溶解していない固体、スケール、及び生物などの汚染物質が管状膜７４Ａの中に残る。更に、管状膜７４Ａは、外部の汚染物質が管状膜７４Ａの内部に入ることを妨げる。
【0035】
[0091] 図１Ｂに関して、上記で図１Ａに関して考察した冷却塔４０Ａと多くの点で同様である冷却塔１０が提供される。冷却塔１０は、プロセス流体入口１１、プロセス流体出口１２、塔構造１３、ファン１４、及び任意選択的にファンガード１５を備える。ファン１４は、空気を冷却塔１０の空気入口１３Ａを通して引き込むように動作可能である。プロセス流体入口１１で受け取られたプロセス流体は、プロセス流体を１つ以上の熱交換器カセット、例えば管状膜熱交換器モジュール１８に供給する入口マニホールド１６に導かれる。図１Ｂに示すように、各管状膜熱交換器モジュール１８は、ヘッダ４１、例えば上部ヘッダ４１Ｂ及び下部ヘッダ４１Ａと、以上で考察した管状膜４１と同様の管状膜３９とを備える。管状膜熱交換器モジュール１８は、プロセス流体が上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂを通って流れるときに、プロセス流体を冷却するように構成された、垂直に積み重ねられた上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂの対を含む。冷却塔１０は、垂直に積み重ねられた上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂの対からプロセス流体を収集し、プロセス流体をプロセス流体出口１２に導く出口マニホールド１７を有する。
【0036】
[0092] 冷却塔１０は、上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂと、入口及び出口マニホールド１６、１７との間に解放可能な接続部３０、３０Ａを備える。冷却塔１０は、プロセス流体が上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａから下部管状膜熱交換器モジュール１８Ｂに流れることを可能にする接続部１９を上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂの各対間に備える。
【0037】
[0093] それによって各対の上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂは、直列に接続される。更に、上部及び下部管状膜熱交換モジュール１８Ａ、１８Ｂの各対は、上部及び下部管状膜熱交換モジュール１８Ａ、１８Ｂの他の対と平行に入口及び出口マニホールド１６、１７に接続される。上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂのモジュラー性は、冷却塔１０の単純で効率的な修理を容易にする。例えば、上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａの１つを交換する必要がある場合、上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａは、入口マニホールド１６から切り離され、関連する下部管状膜熱交換器モジュール１８Ｂから切り離され、除去される。交換用の上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａが次いで入口マニホールド１６及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ｂに接続される。代替的に、上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂの対を交換する必要がある場合、対は入口及び出口マニホールド１６、１７から切り離され、対は冷却塔１０から除去され、上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂの新たな対が入口及び出口マニホールド１６、１７に接続される。より大きい冷却塔実施形態について、各モジュール１８がシステム全体を排出することなく修理及び／又は交換され得るように、バルブ系が各管状膜熱交換器モジュール１８の前及び後に設けられることがある。更に、各管状膜熱交換器１８の前及び後にバルブ系を設けることにより、修理が実施される間に冷却塔の他のコンポーネントが動作することが可能になることがある。
【0038】
[0094] 冷却塔１０は、管状膜熱交換器モジュール１８をゴミ、デブリ、日光、及び／又は衝撃から保護するための、スクリーン２１などのプロテクタを有する。冷却塔１０は、誘引通風構成を有し、空気を空気入口１３Ａに引き込み、管状膜熱交換器モジュール１８の管状膜３９を横断し、冷却塔１０の空気出口１５から出るように動作可能なファン１４を備える。管状膜３９に対して空気流を誘起することが、管状膜３９の外側にわずかな真空を作り出すことが分かっている。管状膜の外側のわずかな真空は、ガスが管状膜３９から出ることを支援し、管状膜３９の動作の効率を高める。しかしながら、誘引通風、上昇流又は下降流の強制通風、及び直交流の空気流パターンは、すべて本開示の範囲内にあることに留意されたい。
【0039】
[0095] 管状膜熱交換器モジュール１８は、低いプロセス流体圧力でのプロセス流体からの熱伝達を促進する。例えば、冷却塔１０は、例えば、２５ｐｓｉ未満の低圧のプロセス流体を用いることがある。別の実施形態では、冷却塔１０は、プロセス流体が大気圧にさらされる「オープンな」構成で動作可能である場合がある。別の実施形態では、冷却塔１０は、より高い圧力、例えば約１５０ｐｓｉ、又は２００ｐｓｉ超で動作することがある。例えば、図７Ｂの実施形態のチューブ７７０は、チューブ７７０が冷媒を案内するために使用される場合に最大で４５０ｐｓｉの内部圧力を用いることがある。
【0040】
[0096] 図１Ｃは、入口マニホールド１６と上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａとの解除可能な接続部３０を含む冷却塔１０のより詳細な図を示している。より具体的には、入口マニホールド１６は、主チューブ１６Ａであって、それから分岐する枝チューブ１６Ｂを備えた主チューブ１６Ａを備える。入口マニホールド１６は更に、上部管状膜熱交換器モジュール１８の入口ヘッダ４１Ｂのフランジ４１Ｃに固定されるフランジ１６Ｄをそれぞれ有する分配ヘッダ１６Ｃなどの分配器を備える。分配ヘッダ１６Ｃは、四角錐台に似た形状を有することがあり、任意選択的に分配ヘッダ１６Ｃに入るプロセス流体を上部ヘッダ部４１Ｂの管状膜３９に分配するように構成された偏向器を備える。フランジ１６Ｄ、４１Ｃは、例えば、１つ以上の締結具によって互いに解放可能に固定されることがある。一実施形態では、ガスケットなどのシール要素がフランジ１６Ｄ、４１Ｃ間に設けられる。上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａを入口マニホールド１６に接続するために、ユーザは、入口ヘッダ４１Ｂを分配ヘッダ１６Ｃより下に位置付け、そのフランジ１６Ｄ、４１Ｃを、締結具又は他の手法を用いて固定する。別の実施形態では、接続部３０は永続的である。
【0041】
[0097] 一部の実施形態では、物質交換器は、管状膜３９の側壁を通過する物質（例えば、ＣＯ２、メタン、水蒸気）を収集するために、流体ではなく、管状膜３９の内部の真空を利用することがある。したがって、物質交換器は、管状膜３９内のプロセス流体を利用する第１のモードと、管状膜３９が真空を含む第２のモードで動作することがある。第２のモードの動作を可能にするために、入口マニホールド１６及び／又は上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａは、出口マニホールド１７及び管状膜３９に真空が印加される前に閉じられ得るバルブ３３を備えることがある。真空は、管状膜３９の側壁全体に圧力差を生じさせ、これにより管状膜３９を通したＣＯ２、メタン、水蒸気などの物質移動及び出口マニホールド１７における収集が促進される。
【0042】
[0098] 更に別の実施形態では、物質交換器は、真空を用いて物質を交換するように構成されることがあり、バルブ３３は物質交換器の動作中は閉じられている。管状膜３９の内部を洗い流すために、バルブ３３が開かれ、流体が入口マニホールド１６に適用されることがある。この手法は、管状膜モジュール１８Ａ、１８Ｂに定置洗浄オプションを提供することがある。物質移動を促進するために真空を利用する更なる例については、図４８に関して以下で考察する。
【0043】
[0099] 図１Ｄに関して、上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１８Ａ、１８Ｂ間の接続部１９は、下部及び上部ヘッダ４１Ａ、４１Ｂのヘッダ本体８０のフランジ４１Ｃ、４１Ｄを含む。フランジ４１Ｃ、４１Ｄは、永続的又は解放可能に一緒に固定される。接続されると、下部及び上部ヘッダ４１Ａ、４１Ｂは、プロセス流体を上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａの管状膜から受け取り、プロセス流体を下部管状膜熱交換器モジュール１８Ｂの管状膜３９内に導く湿潤コンパートメント４３を形成する。
【0044】
[00100] 管状膜熱交換器モジュール１８間に形成された湿潤コンパートメント４３は、管状膜熱交換器モジュール１８が一緒に接続されてより長い熱交換器を形成することを可能にする。接続された管状膜熱交換器モジュール１８は、追加的なヘッダ及び関連するパイプ系を必要とすることなく、より長い熱交換器を形成することがある。湿潤コンパートメント４３は、流体混合を促進するために図示されたものよりも高いか、又はよりコンパクトな接続部を提供するために図示されたものよりも低い場合がある。一実施形態では、湿潤コンパートメント４３は、湿潤コンパートメント４３内に、固定又は可動部材などの流体ミキサーを備える。
【0045】
[00101] 一実施形態では、接続部１９は、フランジ４１Ｃ、４１Ｄを解放可能に一緒に固定するように構成されたボルト、ナット、及びワッシャの組立体などの１つ以上の締結具を含む。他の例として、フランジ４１Ｃ、４１Ｄは、接着剤を使用して一緒に接合されるか、一緒に溶接されるか、又は下部及び上部ヘッダ４１Ａ、４１Ｂの嵌合部で一緒に連結されることがある。接続部１９は、ガスケットなどのシール要素、及び／又はエポキシなどの接着剤を含むことがある。
【0046】
[00102] 図１Ｅを参照すると、上部及び下部管状膜熱交換器１８Ａ、１８Ｂは、同一である場合があり、管状膜熱交換器１８に関して説明される。各管状膜熱交換器１８のヘッダ本体８０は、管状膜３９を上部及び下部ヘッダ４１Ｂ、４１Ａに結合する継手１６６などのコネクタを受ける複数の開口を有するヘッダプレート部４２を備える。上部及び下部ヘッダ４１Ｂ、４１Ａは更に、管状膜３９を継手１６６に固定するためのポッティング１７０、１７１を備える。上部及び下部ヘッダ４１Ｂ、４１Ａは、図１Ｄでは、明確にするためにポッティング１７０、１７１がない状態で示されている。
【0047】
[00103] 図１Ｂに関して、下部管状膜熱交換器モジュール１８Ｂと出口マニホールド１７との間の接続部３０Ａは、入口マニホールド１６と上部管状膜熱交換器モジュール１８Ａとの間の接続部３０と同一である場合がある。出口マニホールド１７は、図１Ｃに関して以上で考察した分配ヘッダ１６Ｃと同様の収集ヘッダ１７Ｂを備える。収集ヘッダ１７Ｂは、下部管状膜熱交換器モジュール１８Ｂの下部ヘッダ４１Ａのフランジ４１Ｄに解放可能又は永続的に固定されるように構成されたフランジを有する。
【0048】
[00104] 一手法では、管状膜熱交換器モジュール１８は双方向であり、これは、管状膜熱交換器モジュール１８の上部位置に入口ヘッダ４１Ｂ又は出口ヘッダ４１Ａのいずれかが設置され得ることを意味する。更に、入口及び出口マニホールド１６、１７はそれぞれ、プロセス流体の流れの方向に応じて入口マニホールド又は出口マニホールドとして機能することがある。例えば、プロセス流体流は、一部の用途ではプロセス流体がマニホールド１７から管状膜熱交換器１８を通ってマニホールド１６内に移動するように逆にされることがある。他の実施形態では、管状膜熱交換器モジュール１８は単一方向である場合がある。
【0049】
[00105] 図１Ｅを再び参照すると、入口ヘッダ４１Ｂ及び出口ヘッダ４１Ａは、継手１６６を受ける開口部１６４を有するヘッダプレート部４２を備える。継手１６６は、ヘッダプレート部４２に固定された端部１６０を有する。一実施形態では、各継手１６６の端部１６０は、関連する開口部１６４の最小幅より大きい最大幅を有する。継手１６６の端部１６０とヘッダプレート部４２との間の干渉は、継手１６６の引抜きを阻止する。継手１６６は、管状膜３９に固定された反対側の端部１６２を有する。継手１６６の端部１６２は、管状膜３９の内腔１６８内に延在する。一実施形態では、内腔１６８は、初期内径を有する円形の断面を有し、継手１６６の端部１６２はそれぞれ内腔１６８の初期内径より大きい外径を有し、継手端部１６２が管状膜３９と係合した状態に保つ干渉を作り出す。一手法では、継手端部１６２は、管状膜３９の内腔１６８に押し込まれる。継手１６６はより硬いプラスチックで作られることがあり、管状膜３９は、管状膜３９が径方向外向きに変形して継手端部１６２にフィットするようにより軟らかいプラスチックで作られることがある。
【0050】
[00106] 図１Ｅに関して、入口及び出口ヘッダ４１Ｂ、４１Ａのポッティング１７０、１７１は、管状膜３９の端部１７４で膜３９の外面１７２と接する。ポッティング１７０、１７１は、膜３９を継手１６６に固定する。プロセス流体は、方向１７６に上部ヘッダ４１Ｂの継手１６６の開口部１６４を通って、管状膜３９の内腔１６８に流入し、下部ヘッダ４１Ａの継手１６６を通って流出することがある。一実施形態では、管状膜熱交換器モジュール１８は、管状膜３９を受け、膜３９を実質的に真っすぐで平行な向きに維持する開口部１８２を有する支持部１８０を備える。
【0051】
[00107] 図２に関して、違いが強調されるように、以上で考察した冷却塔１０と多くの点で同様である冷却塔２００が提供される。冷却塔２００は、塔構造２０２と、空気入口２０４と、空気出口２０６と、ファン２０８と、管状膜熱交換器モジュール２１２のアセンブリ２１０とを備える。より高い冷却塔の場合、管状膜熱交換器モジュール２１２は、上部及び下部管状膜熱交換器モジュール２１２Ａ、２１２Ｂの少なくとも１つの対を含む。より高さの低い冷却塔の場合、単一の管状膜モジュール２１２のみが存在する場合がある。ファン２０８は、空気流を空気入口２０４から入り、管状膜熱交換器モジュール２１２を横断し、空気出口２０６から出るように誘導するように動作可能である。他の実施形態では、冷却塔２００は、ファン２０８が、空気流を管状膜熱交換器モジュール２１２を横断するように誘導するのではなく、空気を強制的に管状膜熱交換器モジュール２１２を横断させるように構成されることがある。上部及び下部管状膜熱交換器モジュール２１２Ａ、２１２Ｂの対は、塔構造２０２内に並んで配置される。上部及び下部管状膜熱交換器モジュール２１２Ａ、２１２Ｂの対は、管状膜熱交換器２１２の上部レベル２２９及び下部レベル２３１を形成する。
【0052】
[00108] 更に、冷却塔２００は、入口２０４に入る空気流が管状膜熱交換器モジュール２１２Ａ、２１２Ｂの層２３０、２３２、２３４を順番に通過するように管状膜熱交換器モジュール２１２Ａ、２１２Ｂの対の層２３０、２３２、２３４と共に示されている。管状膜熱交換器モジュール２１２の層の数は、特定の用途に望まれる特定の量の熱伝達のために選択されることがある。
【0053】
[00109] 冷却塔２００は、入口マニホールド２１４と出口マニホールド２１６とを備える。管状膜熱交換器モジュール２１２Ａは、それぞれ入口マニホールド２１４との接続部２２０及び下部管状膜熱交換器モジュール２１２Ｂとの接続部２２２を有する。より低い冷却塔の場合、層２３０、２３２、２３４は、それぞれ単一レベルの管状膜熱交換器２１２を有することがある。より高い冷却塔の場合、管状膜熱交換器２１２を結合する接続部２２２を備えた３つ以上のレベルの管状膜熱交換器２１２が存在する場合がある。
【0054】
[00110] 下部管状膜熱交換器モジュール２１２Ｂは更に、下部マニホールド２１６との接続部２２４を備える。入口マニホールド２１４及び出口マニホールド２１５は、図１Ｂ及び１Ｃに関して以上で考察した入口及び出口マニホールド１６及び１７と同様である。更に、接続部２２０、２２２、及び２２４は、図１Ｂ及び図１Ｄに関して以上で考察した接続部３０、１９、３０Ａと同様である。接続部２２０、２２２、２２４は、解放可能又は永続的である場合がある。
【0055】
[00111] 図３に関して、一形態において両側誘引通風冷却塔として構成される冷却塔３００が提供される。冷却塔３００は、違いが強調されるように以上で考察した冷却塔と多くの点で同様である。冷却塔３００は、ルーバーやスクリーン３０６などのプロテクタを備えた空気入口３０２、３０４と、少なくとも１つのファン３０８と、空気出口３１０とを備える。冷却塔３００は、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ３１０、３１２を備える。一実施形態では、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ３１０、３１２は、互いに流体連通し、同じプロセス流体を受け取る。別の実施形態では、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ３１０、３１２は、互いに連通せず、異なるプロセス流体を受け取る。
【0056】
[00112] 各管状膜熱交換器モジュールアセンブリ３１０は、解放可能な接続部３２０、３２２によって上部及び下部マニホールド３１６、３１８に接続される積み重ねられた管状膜熱交換器モジュール３１４を含む。管状膜熱交換器モジュール３１４は、解放可能又は永続的であり得る接続部３２８によって接続される上部管状膜熱交換器モジュール３２４及び下部管状膜熱交換器モジュール３２６を含むことがある。各管状膜熱交換器モジュールアセンブリ３１０における管状膜熱交換器モジュール３１４の数は、例えば、冷却塔のサイズに応じて与えられることがある。
【0057】
[00113] 例えば及び図２０を参照すると、入口マニホールド２００８及び出口マニホールド２０１０に接続された管状膜熱交換器２００６の単一レベル２００４を有する単一レベル管状膜熱交換器モジュールアセンブリ２００２が提供される。より大きい冷却塔の場合、図１Ｄに関して以上で考察した接続部１９と同様の接続部２０１８をその間に備えた管状膜熱交換器モジュール２００６の第１のレベル２０１４及び第２のレベル２０１６をそれぞれが有する２レベル管状膜熱交換器モジュールアセンブリ２０１２、２０１３が提供される。さらに大きい冷却塔の場合、管状膜熱交換器モジュール２００６の第１、第２、及び第３のレベル２０２２、２０２４、２０２６を有する３レベル管状膜熱交換器モジュールアセンブリ２０２０、２０２１が提供される。管状膜熱交換器モジュール２００６は、図１Ｄに関して以上で考察した接続部１９と同様の接続部２０２８によって接続される。各管状膜熱交換器モジュールアセンブリ内に積み重ねられる管状膜熱交換器モジュールの数は、冷却塔内の所望の冷却能力及び空間制約に少なくとも部分的に基づいて選択されることがある。
【0058】
[00114] 冷却塔３００は更に、補給プロセス流体バルブ３３０と、補給プロセス流体供給部３３２と、ドレンバルブ３３４と、ドレン３３６とを備える。冷却塔３００は、高い割合の溶解固形物を有するプロセス流体を除去し、より低い割合の溶解固形物を有する清浄なプロセス流体を加えるために、ドレンバルブ３３４及び補給プロセス流体バルブ３３０を動作させるコントローラ３６０を備えることがある。したがって、コントローラは、蒸発を補いブローダウンを達成するために、ドレンバルブ３３４及び補給プロセス流体バルブ３３０を動作させることがある。
【0059】
[00115] 図４に関して、一形態において両側誘引通風断熱冷却塔として構成される冷却塔４００が提供される。冷却塔４００は、違いが強調されるように、以上で考察した冷却塔と同様である。冷却塔４００は、冷却塔４００の間接熱交換器、例えば乾燥間接熱交換器４０６のための予冷媒体又は予冷熱交換器として動作する管状膜熱交換器モジュールアセンブリ４０２、４０４を備える。間接熱交換器４０６は、１つ以上のチューブフィン式熱交換器、１つ以上のプレートカセット熱交換器、及び／又は他の任意のタイプの間接熱交換器を含むことがある。管状膜熱交換器アセンブリ４０２、４０４は、ドリフトしたり、汚れたり、乾燥腐敗の影響を受けたりしない可能性があるため、湿潤パッド媒体を使用するいくつかの既存の断熱性空気予冷デバイスの改良を提供する。
【0060】
[00116] 管状膜熱交換器モジュールアセンブリ４０４は、それぞれ上部及び下部マニホールド４１０、４１２に接続される１つ以上の管状膜熱交換器モジュール４０８を含む。冷却塔４００は、管状膜熱交換器アセンブリ４０２、４０４のためのプロセス流体循環ループ４３０と、プロセス流体を管状膜熱交換器アセンブリ４０２、４０４間に導くように動作可能なポンプ４２４とを備える。冷却塔４００は、入口４１６から入り、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ４０２、４０４を通過し、乾燥熱交換器４０６を横断した後に空気が冷却塔４００の出口４１８から排出される空気流を誘発するファン４１４を有する。一部の応用例では、空気流は強制通風構成に反転されることがある。乾燥間接熱交換器４０６は、プロセス流体接続部４２０、４２２を備える。冷却塔４００は更に、蒸発を補いブローダウンを達成する補給バルブ４２６と、補給供給部４２８と、ドレンバルブ４３０と、ドレン４３２とを備える。
【0061】
[00117] 図５に関して、一形態において両側誘引通風ハイブリッド冷却塔として構成される冷却塔５００が提供される。冷却塔５００は、湿潤、断熱、又は乾燥モードで動作することがある。湿潤モードでは、噴霧水分配システム５２０からの噴霧水は、蒸発熱伝達が生じるように、間接熱交換器５１４に直接噴霧される。断熱モードでは、水は、乾燥間接熱交換器５１４上を流れる空気を断熱的に飽和させ予冷するように動作する管状膜５０６に三方バルブ５１０、５１２を介して供給される。乾燥モードでは、ポンプ５５２がオフであり、プロセス流体が流れない。間接熱交換器５１４は、空気が間接熱交換器５１４を通過することによってのみ乾燥モードにおいて冷却される。冷却塔５００は、違いが強調されるように、以上で考察した冷却塔と同様の多くの点を含む。
【0062】
[00118] 冷却塔５００は、それぞれが１つ以上の管状膜熱交換器モジュール５０６を含む管状膜熱交換器モジュールアセンブリ５０２、５０４を備える。管状膜熱交換器モジュールアセンブリ５０２、５０４は、上部マニホールド又は上部ヘッダ５０８、下部マニホールド又は下部ヘッダ５１０、及び三方バルブ５１０、５１２に接続される。冷却塔５００は更に、入口５１６から作動流体を受け取り、作動流体を出口５１８に導く、プレート熱交換器などの１つ以上の間接熱交換器５１４を備える。冷却塔５００は、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ５０２、５０４及び／又は間接熱交換器５１４で、水などのプロセス流体を循環させるためのポンプ５５２を有する。冷却塔５００は、特定の動作モードに対して必要に応じてプロセス流体を管状膜熱交換器モジュールアセンブリ５０２、５０４又は間接熱交換器５１４に導くために、三方バルブ５１０、５１２を動作させるコントローラ５５０を有する。管状膜熱交換器モジュールアセンブリ５０２、５０４は、三方バルブ５１０、５１２がプロセス流体を管状膜熱交換器モジュールアセンブリ５０２、５０４に導くときにプロセス流体から熱を取り除くためにパーベーパレーションを用いる。
【0063】
[00119] 冷却塔５００は更に、プロセス流体を間接熱交換器５１４上に分配するプロセス流体分配システム５２０と、間接熱交換器５１４上に分配されたプロセス流体を収集するためのプロセス流体収集システム５２２とを備える。間接熱交換器５１４上に分配されたプロセス流体の一部は、蒸発して間接熱交換器５１４において作動流体から熱を除去する。収集したプロセス流体は、三方バルブ５１２を介して流体循環ループ５５０内に戻るように導かれる。
【0064】
[00120] 冷却塔５００は更に、空気が冷却塔５００のファン５３４を介して冷却塔５００の出口５３２から出るように導かれる前に、空気から水滴を除去するように構成された１つ以上のドリフトエリミネータ５３０を備える。冷却塔５００は更に、蒸発を補いブローダウンを達成するように動作可能な補給プロセス流体バルブ５３６と、補給プロセス流体供給部５３８と、ドレンバルブ５４０と、ドレン５４２とを備える。
【0065】
[00121] 図６に関して、一形態において強制通風冷却塔として構成される冷却塔６００が提供される。冷却塔６００は、違いが強調されるように、以上で考察した冷却塔と多くの点で同様である。冷却塔６００は、１つ以上の空気入口６０２と、冷却塔６００に空気を引き込むファン６０４と、１つ以上の管状膜熱交換器モジュールアセンブリ６０６と、スクリーン６１０により保護された出口６０８とを備える。管状膜熱交換器モジュールアセンブリ６０６は、プロセス流体入口６１２からプロセス流体を受け取り、プロセス流体を冷却し、プロセス流体をプロセス流体出口６１４に導く。管状膜熱交換器モジュールアセンブリ６０６は、例えば、直列及び／又は並列構成で配置された管状膜熱交換器モジュール６２０を含むことがある。冷却塔６００の構成は、一般的に向流冷却塔として説明されることがある。
【0066】
[00122] 一実施形態では、管状膜熱交換器モジュール６２０は、その間に永続的又は解放可能な接続部６２４、６２６を備えて直列に並べられた管状膜熱交換器モジュール６２０Ａ、６２０Ｂ、６２０Ｃを含む。管状膜熱交換器モジュール６２０Ｃ、６２０Ａは更に、出口マニホールド６２８との永続的又は解放可能な接続部及び入口マニホールド６３０との永続的又は解放可能な接続部を備える。返しベンド６３４が、出口マニホールド６２８を、プロセス流体が出口マニホールド６３８に到達する前にプロセス流体を管状膜熱交換器モジュール６２０Ｄ、６２０Ｅ、６２０Ｆを通して導く第２の入口マニホールド６３６に接続する。管状膜熱交換器モジュール６２０、６２０Ｅ、６２０Ｆは、互いに並びに入口及び出口マニホールド６３６、６３８に永続的又は解放可能に接続されることがある。別の実施形態では、管状膜熱交換器モジュール６２０は、断熱冷却塔に空気冷却熱交換器を備えた予冷媒体として用いられることがある。
【0067】
[00123] 図７Ａに関して、管状膜と、本明細書で考察される管状膜熱交換器モジュールのいずれかのヘッダとの間で用いられ得る接続部の例である管状膜アセンブリ７００が提供される。管状膜アセンブリ７００は、内腔と、側壁７０６と、端部７０８とを有する管状膜７０２を備える。端部７０８は、継手７１０と係合し、ポッティング７１２によって継手７１０に固定される。管状膜アセンブリ７００は更に、ヘッダプレート部７１４などのチューブシートと、ポッティング７１６とを備える。継手７１０は、ヘッダプレート部７１４の開口部７２０を通って延在し、プレート部７１４の内面７２４を越えて突出する端部７２２を有する。ポッティング７１２、７１６は、管状膜７０２を継手７１０に固定し、継手７１０をヘッダプレート部７１４に固定し、管状膜７０２及び継手７１０の方向７３０への引抜きに抵抗するために、ヘッダプレート部７１４の外面７２６及び内面７２４に施される。
【0068】
[00124] 図７Ｂに関して、図７Ａに関して以上で考察した管状膜アセンブリ７００と多くの点で同様であり、本明細書で説明される任意の管状膜熱交換器モジュールで用いられ得る管状膜アセンブリ７５０が提供される。管状膜アセンブリ７５０は、内腔７５４と、その周囲に延在する側壁７５６とを有する管状膜７５２を備える。管状膜アセンブリ７５０は、継手７５８と、ヘッダプレート部７５９と、管状膜７５２の継手７５８及び端部７６０をヘッダプレート部７５９に対して固定するポッティング７６２、７６４とを備える。
【0069】
[00125] 管状膜アセンブリ７５０は、管状膜アセンブリ７５２の内腔７５４内に、チューブ７７０などの圧力容器を備える。管状膜７５２内にチューブ７７０が存在することで、チューブ７７０の周囲に延在する環帯７７２が形成される。チューブ７７０は、内腔７７４と、ヘッダプレート７７６などのチューブシートに接続された端部７７１とを有する。チューブ７７０は、例えば、接着又は溶接７７８によってヘッダプレート７７６に接続されることがある。チューブ７７０は、ヘッダプレート７７６から方向７８０へのチューブ７７０の内腔７７４内への流体の流れを可能にする。一実施形態では、環帯７７２内の流体は、方向７８０と反対方向に流れる。内腔内の流体は、１００ｐｓｉ以上などの高圧下にある場合があり、環帯７７２内の流体によって冷却される。一例として、内腔７７４内の流体はアンモニアである場合があり、環帯７７２内の流体は水である場合がある。
【0070】
[00126] チューブ７７０は、一部の例として、金属、プラスチック、又はセラミックで作られることがある。環帯７７２内を流れる流体は、内腔７７４内の流体を間接的に冷却する一方、チューブ７７０は、液体、気体、遷臨界流体、又は超臨界流体などの冷媒の内腔７７４への圧力及び物質封じ込めを促進する。管状膜７５０は、一部の例として、凝縮及びガス冷却用途で使用されることがある。
【0071】
[00127] 図８に関して、一形態において誘引通風閉鎖回路冷却塔として構成される冷却塔８００が提供される。冷却塔８００は、違いが強調されるように、以上で考察した冷却塔と多くの点で同様である。冷却塔８００は、１つ以上の管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２であって、それぞれが互いに並びに入口マニホールド８０６及び出口マニホールド８０８に接続される２つ以上の管状膜熱交換器モジュール８０４を含む管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２を備える。別の実施形態では、冷却塔８００は、入口及び出口マニホールド８０６、８０８に接続された個別の管状膜熱交換モジュール８０４を備える。
【0072】
[00128] 冷却塔８００は、入口８０５から空気を吸い込み、管状膜熱交換器モジュール８０４を横切って、冷却塔８００の内部８１０に入り、冷却塔８００の出口８３６から出るようにするためのファン８３４を備える。管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２は、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２を通過するプロセス流体から、空気を加熱する管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２の管状膜の外側の周囲を流れる空気に熱を伝達する。
【0073】
[00129] 内部８１０において、冷却塔８００は更に、プレートアンドシェル熱交換器８１４などの閉回路間接熱交換器を備える。プレートアンドシェル熱交換器８１４は、入口８１８でプロセス流体を受け取り、プロセス流体を出口８１９に導くプレート８１６を備える。プレート８１６は、ハウジング又はシェル８２０に配設される。シェル８２０は、水などのプロセス流体を、ポンプ８２２、パイプ８２４、及び入口８２６を介して管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２から受け取る。管状膜熱交換器８０４の出口から受け取ったハウジング８２０内のより冷たいプロセス流体は、プロセス流体がプレート８１６を通って流れるときに、プレート８１６の外面と相互作用して、より熱いプロセス流体を間接的に冷却する。ここで加熱されたプロセス流体は、出口８３０から出て、パイプ８３２を通過し、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ８０２に戻される。冷却塔８００は更に、蒸発を補いブローダウンを達成するように動作可能な補給バルブ８４０と、補給供給部８４２と、ドレンバルブ８４４と、ドレン８４６とを備える。
【0074】
[00130] 図９に関して、違いが強調されるように、以上で考察した冷却塔と多くの点で同様である冷却塔９００が提供される。冷却塔９００は、互いに並びに上部及び下部マニホールド９０６、９０８に解放可能に接続される１つ以上の管状膜熱交換器モジュール９０４を含む管状膜熱交換器モジュールアセンブリ９０２を備える。冷却塔９００は、ポンプ９１０と、ファン９１２と、プロセス流体再循環回路９１４とを備える。ファン９１２は、空気を入口９１６から吸い込み、管状膜熱交換器モジュールアセンブリ９０２を横切って、出口９１８から出るようにする。冷却塔９００は、概して冷蔵システムを使用する必要なしに、空気を典型的には倉庫又は住居に入る前に予冷するスワンプタワーを参照する構成を有する。スワンプタワーは、乾球温度が高い低湿度気候において用いられることが多い。管状膜熱交換器アセンブリ９０２は、ドリフトしたり、汚れたり、乾燥腐敗の影響を受けたりしない可能性があるため、従来のスワンプクーラ蒸発媒体の改良形態である。冷却塔９００は更に、蒸発を補い、ブローダウンを達成するように動作可能である補給プロセス流体バルブ９２０と、補給プロセス流体供給部９２２と、ドレンバルブ９２４と、ドレン９２６を備える。冷却塔９００は更に、固体又は液体乾燥剤を使用する除湿セクションを備えることがある。代替的に又は追加的に、冷却塔９００は、冷却塔９００内の空気の加熱を促進するための加熱コイルを備えることがある。
【0075】
[00131] 図１０Ａを参照すると、接続部１０３０が、上部管状膜熱交換器モジュール１０２８の下部ヘッダ１０３１と、下部管状膜熱交換器モジュール１０２９の上部ヘッダ１０３２との間に設けられる。接続部１０３０は、本明細書で考察する管状膜熱交換器モジュールを接続するのに用いられることがある。接続部１０３０は、上部及び下部ヘッダ１０３２、１０３１のフランジ１０３５などの接続部を固定するための締結具、例えばボルト、ワッシャ、及びナットの組立体１０３３を含む。接続部１０３０は、シール要素１０３４、例えばガスケット、発泡テープ、及び／又はブチルテープを含む。上部及び下部ヘッダ１０３２、１０３１は、以上で考察したヘッダプレート部と同様の、管状膜及びポッティング（明確にするために図示せず）を受ける開口を備えたプレート部１０５６を備える。湿潤コンパートメント１０４０を形成する上部及び下部ヘッダ１０３２、１０３１は、プレート部１０３６と各フランジ１０３５との間に延在する壁１０３８を備える。上部及び下部管状膜熱交換器モジュール１０２８、１０２９の組立中に、プレート部１０５６の外面１０４２でポッティングを受ける。
【0076】
[00132] 図１０Ｂに関して、接続部１０６０が、管状膜熱交換器モジュール１０５９の上部ヘッダ１０６１と、入口マニホールドの分配ヘッダ１０６２との間に設けられる。接続部１０６０は、本明細書で考察される管状膜熱交換器モジュール、分配ヘッダ、及び収集ヘッダを接続するのに用いられることがある。上部ヘッダ１０６１は、例えば、ナット、ボルト、及びワッシャの組立体１０５３などの１つ以上の締結具を介して分配ヘッダ１０６２のフランジ１０５５に固定されるフランジ１０４８を有する。接続部１０６０は、フランジ１０５５、１０４８間に１つ以上のシール要素１０５４、例えばガスケット、発泡テープ、及び／又はブチルテープを含む。
【0077】
[00133] 分配ヘッダ１０６２は、プロセス流体入口１０６３を有し、任意選択的に偏向器プレート１０６４を備える。偏向器プレート１０６４は、プロセス流体を、ヘッダ１０６１のヘッダプレート部１０５６の周辺部で開口部１０５６Ａと関連付けられた管状膜に分流する。偏向器プレート１０６４は、プロセス流体を管状膜のすべてに均等に分配するのに役立つ。管状膜熱交換器モジュール１０５９の上部ヘッダ１０６１は、ヘッダプレート部１０５６とフランジ１０４８との間に延在する１つ以上の壁１０５８を備えて、ポッティングを受けるための凹部１０７０を形成する。
【0078】
[00134] 図１１Ａに関して、接続部１１７０が、上部管状膜熱交換モジュール１１５８の下部ヘッダ１１７１と、下部管状膜熱交換モジュール１１５９の上部ヘッダ１１７２との間に設けられる。接続部１１７０は、違いが強調されるように、以上で考察した接続部１０３０と多くの点で同様である。例えば、接続部１１７０は、接着剤、例えばエポキシ１１７４を介して一緒に固定される上部及び下部ヘッダのフランジ１１７３を含む。上部及び下部ヘッダ１１７２、１１７１は、エポキシ１１７４がフランジ１１７３の材料を一緒に接着するように、プラスチックで作られることがある。接続部１１７０は、フランジ１１７３を一緒にクランプ固定するための１つ以上の締結具を追加的に含むことがある。
【0079】
[00135] 図１１Ｂを参照すると、接続部１１８０が、違いが強調されるように、以上で考察した接続部１０６０と同様の、管状膜熱交換器モジュール１１７９の上部ヘッダ１１８１と、分配ヘッダ１１８２との間に設けられる。分配ヘッダ１１８２及び上部ヘッダ１１８１は、接着剤、例えばエポキシ１１８６を介して固定されたフランジ１１８５を有する。分配ヘッダ１１８２は更に、プロセス流体入口１１８３と分配プレート１１８４とを備える。分配プレート１１８４は、上部ヘッダ１１８１のヘッダプレート部１１９０に接続された管状膜へのプロセス流体の均等な分配を促進する。
【0080】
[00136] 図１２Ａに関して、スナップフィット接続部１２９０が、上部管状膜熱交換器アセンブリ１２８８の下部ヘッダ１２９１と、下部管状膜熱交換器１２８９の上部ヘッダ１２９２との間に設けられる。スナップフィット接続部１２９０は、本明細書で説明する管状膜熱交換器モジュールを接続するのに用いられることがある。下部ヘッダ１２９１は、上部ヘッダ１２９２の接続部１２８６Ａの開口部１２８６内に延在するように構成された１つ以上の壁などの接続部１２８７を含む雄構成を有する。下部ヘッダ１２９１の部分１２８７は、上部ヘッダ１２９２のスナップフィット部材、例えば１つ以上の凹部１２８４を有する１つ以上の壁部１２９５に係合するように構成された、１つ以上の突出部１２８５などのスナップフィット部材を含む。スナップフィット接続部１２９０は、解放可能であるか又は永続的である場合がある。
【0081】
[00137] 接続部１２９０は更に、接続した上部及び下部ヘッダ１２９２、１２９１のシールを容易にするためのシール要素、例えばガスケット又はｏリング１２９３を含むことがある。上部及び下部ヘッダ１２９２、１２９１は、管状膜のための開口を備えたプレート部１２５６及び／又は管状膜をプレート部１２５６に接続する継手を備えることがある。上部及び下部ヘッダ１２９２、１２９１は更に、ポッティングを受け入れるためにプレート部１２５６の反対側に凹部を形成する壁部１２５７、１２５８を備えることがある。
【0082】
[00138] スナップフィット接続部１２００が、図１２Ｂにおいて、管状膜熱交換器モジュール１２９９の分配ヘッダ１２０２と上部ヘッダ１２０１との間に設けられる。接続部１２００は、違いが強調されるように、以上で考察した接続部１２９０と多くの点で同様である。接続部１２００は、本明細書で考察される管状膜熱交換器モジュール、分配ヘッダ、及び収集ヘッダを接続するために用いられることがある。
【0083】
[00139] 分配ヘッダ１２０２は、上部ヘッダ１２０１の開口部１２０８内に延在するように構成された、１つ以上の壁などの部分１２０６を備えた雄構成を有する。分配ヘッダ１２０２の部分１２０６は、上部ヘッダ１２０１の１つ以上のスナップフィット部材、例えば壁１２１３の１つ以上の凹部１２１２に係合する１つ以上のスナップフィット部材、例えば突出部１２１０を含む。接続部１２００は更に、１つ以上のシール要素、例えばガスケット又はｏリング１２０５を含むことがある。別の実施形態では、シール要素はエポキシなどの接着剤を含む。分配ヘッダ１２０２は、プロセス流体入口接続部１２０３と、任意選択的に、上部ヘッダ１２０１の管状膜へのプロセス流体の分配に影響を及ぼすための偏向器プレート１２０４とを備える。
【0084】
[00140] 図１３Ａに関して、スライド接続部１３１０が、上部管状膜熱交換器モジュール１３９４の下部ヘッダ１３９１と、下部管状膜熱交換器モジュール１３９６の上部ヘッダ１３９２との間に設けられる。スライド接続部１３１０は、以上で考察した管状膜熱交換器を接続するのに用いられることがある。上部及び下部ヘッダ１３９２、１３９１は、以上で考察したヘッダと同様の開口を備えたプレート部１３９８を備える。スライド接続部１３１０は、上部及び下部ヘッダ１３９２、１３９１がスライド可能に接続されることを可能にするように構成された係合部１３１２を含む。一実施形態では、係合部１３１２は、１つ以上の突出部、例えば下部ヘッダ１３９１の壁１３０２と、凹部、例えば上部ヘッダ１３９２の接続部１３０４Ａの溝１３０４とを備える。スライド接続部１３１０は、解放可能又は永続的である場合がある。例えば、上部及び下部ヘッダ１３９２、１３９１は、その間のガスケットなどのシール要素と、上部及び下部ヘッダ１３９２、１３９１を解放可能に一緒に固定するための締結具とを有することがある。別の例として、上部及び下部ヘッダ１３９２、１３９１は、上部及び下部ヘッダ１３９２、１３９１を固定し、その間にシールを形成するように接着されることがある。
【0085】
[00141] 図１３Ｂを参照すると、以上で考察したスライド接続部１３１０と多くの点で同様のスライド接続部１３２０が、管状膜熱交換器モジュール１３２４の分配ヘッダ１３２２と上部ヘッダ１３２１との間に設けられる。スライド接続部１３２０は、以上で考察した管状膜熱交換モジュール、分配ヘッダ、及び収集ヘッダを接続するのに用いられることがある。
【0086】
[00142] スライド接続部１３２０は、分配ヘッダ１３２２及び上部ヘッダ１３２１の係合部、例えば上部ヘッダ１３２１の凹部１３２８内に滑り込むように構成された分配ヘッダ１３２２の壁１３２６を含む。管状膜熱交換器モジュール１３２４は、それにより分配ヘッダ１３２２と滑り込み接続することがある。接続部１３２０は、解放可能又は永続的である場合があり、シール要素を含むことがある。例えば、分配ヘッダ１３２２及び上部ヘッダ１３２１は、分配ヘッダ１３２２及び上部ヘッダ１３２１を固定する、及び／又はそれらの間にシールを提供するために一緒に接着されることがある。
【0087】
[00143] 図１４には、内腔１４０４を有する管状膜１４０１と、管状膜１４０１の移動、変形、及び／又はねじれに抵抗するように構成された支持部とを備えた管状膜アセンブリ１４２０が提供される。一実施形態では、支持部は、内腔１４０４内に延在するロッド１４２１を備える。ロッド１４２１は、ロッド１４２１に対する管状膜１４０１の移動時に管状膜１４０１の側壁１４４４の内面１４４２に接触するように位置付けられた外面１４４０を有する。ロッド１４２１は、管状膜１４０１を概ね真っすぐに、隣接する管状膜１４０１から離間した状態に保ちつつ、管状膜内面１４４２から離間され、管状膜１４０１の小規模な径方向の伸縮のみならず、わずかな移動に対応する。
【0088】
[00144] ロッド１４２１は、内腔１４０４の長さの一部又は全体に延在することがある。ロッド１４２１は、円形又は非円形の断面を有することがある。ロッド１４２１は、単一の一体型構造を有することがある。別の実施形態では、支持部は、内腔１４０４内に複数のロッド１４２１を備えることがある。
【0089】
[00145] ロッド１４２１はまた、ロッド１４２１の長さに垂直な方向の内腔１４０４におけるプロセス流体の深さを減少させる。一実施形態では、ロッド１４２１及び管状膜１４０１は、円形の断面を有し、ロッド１４２１は、内腔１４０４における水などのプロセス流体の径方向深さを減少させる。水冷却用途では、内腔１４０４における水の深さの減少は、管状膜アセンブリ１４２０の排熱性能を高めることがある。ロッド１４２１は、一部の例として、金属、プラスチック、又はセラミック材料で作られることがある。ロッド１４２１は、一部の例として中実又は管状である場合がある。
【0090】
[00146] 管状膜アセンブリ１４２０は、継手１４０３を受ける開口部１４２４を有するヘッダ１４３２のヘッダプレート部１４０２を備える。管状膜１４０１は、継手１４０３の端部１４２６にフィットする端部１４０７を有する。ヘッダ１４３２は、継手１４０３に管状膜端部１４０７を固定するポッティング１４０９を含む。継手１４０３は、ヘッダプレート部１４０２から突出する端部１４０５を備える。ヘッダ１４３２は、継手１４０３をヘッダプレート部１４０２に固定し、方向１４１１への継手１４０３の引抜きを阻止するポッティング１４１０を含む。一実施形態では、ロッド１４２１は、ヘッダプレート部１４０２の反対側にあるヘッダ１４３２の壁に固定された端部１４３０を有する。
【0091】
[00147] 図１５に関して、違いが強調されるように、管状膜アセンブリ１４２０と同様の管状膜アセンブリ１５３０が提供される。管状膜アセンブリ１５３０は、管状膜１５０１と、継手１５０３と、ヘッダプレート部１５０２と、ポッティング１５０９、１５１０とを備える。管状膜アセンブリ１５３０は、管状膜１５０１の移動及び／又は変形に抵抗するために支持部１５１２を備える。一実施形態では、支持部１５１２は、管状膜１５０１の内腔１５０４にロッド１５２１及びリング１５３１を備える。リング１５３１は、ロッド１５２１から径方向に外向きであり、管状膜１５０１の移動及び／又は変形に抵抗するために管状膜１５０１の側壁１５４４の内面１５４２に接触するか、又はこれからわずかに離間された径方向外側エッジ１５４０を有する。一実施形態では、支持部１５１２はディスクを備え、リング１５３１がその径方向外側部分であり、ディスクは、プロセス流体がリング１５３１を越えて流れることを可能にするためにその間に開口部又は窓を備える。別の実施形態では、リング１５３１は、ロッド１５２１から径方向に離間され、支持部１５１２は、リング１５３１をロッド１５２１に接続するスポークを備える。ロッド１５２１及びリング１５３１は、一部の実施形態では、単一の一体型構造を有することがあり、他の実施形態では、個別部品の組立体である場合がある。
【0092】
[00148] 図１６を参照すると、違いが強調されるように、以上で考察した管状膜アセンブリと同様の管状膜アセンブリ１６４０が提供される。管状膜アセンブリ１６４０は、管状膜１６０１と、継手１６０３と、ヘッダプレート部１６０２とを備える。管状膜アセンブリ１６４０は更に、管状膜１６０１の外面１６４２の周囲に延在する外部支持部、例えば螺旋支持部材１６４１を備える。螺旋支持部材１６４１が管状膜１６０１の外側を支持する一方、プロセス流体は、管状膜１６０１の内腔１６２２を通って流れることがある。
【0093】
[00149] 螺旋支持部材１６４１は、例えば、ヘッダプレート部１６０２の外面１６０８上のポッティング１６０９に埋め込まれている端部１６４４によってヘッダプレート部１６０２に固定された端部１６４４を有する。一実施形態では、螺旋支持部材１６４１はコイルばねを含む。コイルばねは、一部の例として金属又はプラスチック材料で作られることがある。
【0094】
[00150] 螺旋支持部材１６４１は、引張状態に置かれている及び／又は管状膜１６０１の移動時に曲げられる転回部１６４８を有する。螺旋支持部材１６４１は、管状膜１６０１の移動に抵抗し、管状膜１６０１を直線形状に維持するのに十分なほど強い。一実施形態では、螺旋支持部材１６４１は、弾性がある場合があり、管状膜１６０１がばねと同様に螺旋支持部材１６４１を遠くに移動させればさせるほど増大する復元力を管状膜１６０１に加える。螺旋支持部材１６４１はまた、径方向の拡張及び長手方向の伸びなどの管状膜１６０１の変形に抵抗することがある。螺旋支持部材１６４１は、管状膜１６０１が外側へ撓むことを阻止し、管状膜１６０１を概ね直線形状に保つことによって、長手方向の伸びに抵抗することがある。
【0095】
[00151] 管状膜アセンブリ１６４０は更に、方向１６１１への引抜きに対して継手１６０３の端部１６０５をヘッダプレート部１６０２に固定するために、ヘッダプレート部１６０２の内面１６０６にポッティング１６１０を備える。管状膜１６０１は、継手１６０３の端部１６４６にフィットする端部１６０７を有する。螺旋支持部材１６４１の端部１６４４は、ポッティング１６０９と一緒に、管状膜端部１６０７の径方向の拡張に抵抗し、管状膜端部１６０７を継手端部１６４６と係合した状態に保つ。
【0096】
[00152] 図１７に関して、違いが強調されるように、以上で考察した管状膜と同様の管状膜アセンブリ１７５０が提供される。管状膜アセンブリ１７５０は、管状膜１７０１と、継手１７０３と、ヘッダプレート部１７０２とを備える。管状膜アセンブリ１７５０は、管状膜１７０１の内腔１７２２に螺旋支持部材１７４１などの内部支持部を備える。
【0097】
[00153] 螺旋支持部材１７４１は、継手１７０３の貫通開口部１７４４に受け入れられる端部１７４２を備える。螺旋支持部材１７４１は継手１７０３に固定される。一実施形態では、貫通開口部１７４４及び端部１７４２は、円形の断面を有し、端部１７４２の外径は、継手貫通開口部１７４４の内径と圧入係合を形成する。圧入係合は、中間部１７４６が管状膜１７０１の変形に抵抗するときに螺旋支持部材１７４１の中間部１７４６がシフト及び収縮し得る一方、螺旋支持部材１７４１の端部１７４２が継手１７０３に固定されたままとなるように、螺旋支持部材２４１のアンカーポイントとして機能する。別の実施形態では、螺旋支持部材端部１７４２は、例えば接着剤、エポキシ、溶接、締結具、及び／又は螺旋支持部材１７４１及び継手１７０３の係合構造によって、継手１７０３に固定されることがある。
【0098】
[00154] 螺旋支持部材１７４１は、管状膜１７０１の側壁１７５６の内面１７５４と接触するように構成された外面１７５２を備えた転回部１７５０を有する。転回部１７５０は、プロセス流体が管状膜１７０１の内腔１７２２の螺旋支持部材１７４１を通って流れることを可能にする中央貫通開口部１７５７の周囲に延在する。一実施形態では、螺旋支持部材１７４１はコイルばねを含む。螺旋支持部材１７４１は、金属又はプラスチック材料で作られることがある。管状膜アセンブリ１７５０は、管状膜１７０１の端部１７０７を継手１７０３に固定するポッティング１７０９と、継手１７０３をヘッダプレート部１７０２に固定するポッティング１７１０とを備える。
【0099】
[00155] 図１８を参照すると、違いが強調されるように、以上で考察した管状膜アセンブリと多くの点で同様の管状膜アセンブリ１８６０が提供される。管状膜アセンブリ１８６０は、管状膜１８０１と、継手１８０３と、ヘッダプレート部１８０２と、ポッティング１８０９、１８１０とを備える。管状膜アセンブリ１８６０は、管状膜１８０１の変形に抵抗するための外部支持部、例えばブレース１８６１を備える。ブレース１８６１は、１つ以上のワイヤ１８６３と、ワイヤ１８６３に沿って間隔をあけた場所にある１つ以上のリング１８６２とを備える。リング１８６２は、ワイヤ１８６３に沿って規則的又は不規則な間隔で位置することがある。ワイヤ１８６３は、ワイヤ１８６３をヘッダプレート部１８０２に固定するためにポッティング１８０９に埋め込まれた端部１８６６を有する。ブレース１８６１は、単一の一体型構造を有することがあるか又は組立体である場合がある。管状膜アセンブリ１８６０は更に、方向１８１１への継手１８０３の引抜きに抵抗するためにポッティング１８１０を備えることがある。
【0100】
[00156] 図１９を参照すると、違いが強調されるように、以上で考察した管状膜アセンブリと多くの点で同様の管状膜アセンブリ１９７０が提供される。管状膜アセンブリ１９７０は、管状膜１９０１と、ヘッダプレート部１９０２と、継手１９０３と、ポッティング１９０９、１９１０とを備える。管状膜アセンブリ１９７０は、管状膜１９０１の内腔１９０４に、ブレース１９７１などの内部支持部を備える。ブレース１９７１は、１つ以上の垂直支持部、例えばロッド又はワイヤ１９７４と、ワイヤ１９７４に沿って規則的又は不規則な間隔の１つ以上の水平支持部、例えばリング１９７２とを備える。ワイヤ１９７４は、管状膜アセンブリ１９７０の動作温度範囲の全体にわたって長手方向熱膨張の量が限られるように構成される。ワイヤ１９７４の限られた長手方向熱膨張は、管状膜１９０１の材料による流体の吸収を起因とする管状膜１９０１の伸長にもかかわらず、ワイヤ１９７４が真っすぐに延在するように保つ。ワイヤ１９７４は、それによって管状膜アセンブリ１９７０の動作温度及び流体流れの範囲全体にわたって管状膜１９０１を直線形状に保つ。更に、リング１９７２は、ワイヤ１９７４の互いに向かう及び互いから離れる移動に抵抗するように構成される。ブレース１９７１は、概して可撓性管状膜１９０１に剛性を与える内部バックボーンを形成し、管状膜１９０１を直線形状に保つ。
【0101】
[00157] ブレース１９７１は、継手１９０３に固定されることがあり、例えばブレース１９７１の一部が継手１９０３の内径に係合する。一例として、ワイヤ１９７４は、継手１９０３に溶接又は接着されることがある。別の例として、ワイヤ１９７４の端部が、継手１９０３の端部１９４２の側壁１９４０における開口部を出て、ポッティング１９１０に埋め込まれることがある。ブレース１９７１は、金属又はプラスチック材料で作られることがある。ブレース１９７１は、単一の一体型構造を有することがあるか又は組立体である場合がある。
【0102】
[00158] 図２１に関して、管状膜２１０１と、チューブ２１１２と、管状膜２１０１及びチューブ２１１２を接続する継手２１０３とを有する管状膜アセンブリ２１００が提供される。チューブ２１１２は、別のコンポーネント、例えば継手、チューブ、又はバルブに接続するための端部２１１３を有する。チューブ２１１２は、例えば、ビニルチュービング、編組ナイロンチュービング、ゴム、鋼編組チューブ、ＰＶＣ、又は別の材料で作られることがある。
【0103】
[00159] 管状膜アセンブリ２１００は、管状膜２１０１、チューブ２１０５、及び継手２１０３を一緒に保持し、方向２１１１への引抜きに抵抗するカップ状モールド２１０２及びポッティング２１０９を有する。カップ状モールド２１０２は、完成品に含まれることがあるか又はポッティング２１０９が固まると除去されることがある。図２１の実施形態では、継手２１０３は、管状膜２１０１及びチューブ２１１２が継手２１０３を取り囲む当接端２１３０、２１３２を有するように、管状膜２１０１及びチューブ２１１２の内腔に収まるようにサイズ設定される。
【0104】
[00160] 図２２に関して、管状膜アセンブリ２１００と同様の管状膜アセンブリ２２００が提供される。管状膜アセンブリ２２００は、管状膜２２０１と、ヘッダプレート２２０２と、継手２２０３と、チューブ２２１２と、ポッティング２２２０とを有する。チューブ２２１２は、接続部２２１４を備えた端部２２１３を有する。接続部２２１４は、一部の例として、例えばねじ山、溶接接続部、溶剤溶接接続部、はんだ付け接続部、返し、圧縮継手、又は押し込み式継手である場合がある。
【0105】
[00161] 本明細書に開示される管状膜熱交換器は、管状膜の間隔及び向きを維持するために様々な支持部を用いることがある。一実施形態では、支持部は、管状膜熱交換器の管状膜間の均等な間隔を維持する。例えば及び図２３を参照すると、１つ以上の支持プレート２３７０が、管状膜２３１１に沿って、上部ヘッダ２３１６と中央ヘッダ２３１９との間及び／又は中央ヘッダ２３１９と下部ヘッダ２３１７との間に設けられることがある。支持プレート２３７０は、それらの間の間隔が管状膜２３１１に沿って均一か又は多様である場合がある。支持プレート２３７０は、例えば、接着剤又は化学溶接を介して管状膜２３１１に取り付けられることがある。代替的に又は付加的に、支持プレート２３７０は、管状膜２３１１と支持プレート２３７０との締まり嵌めなどの機械的接続部を介して管状膜２３１１に取り付けられることがある。
【0106】
[00162] 図２４に関して、管状膜２４７１に取り付けられた支持プレート２４７０を有する管状膜熱交換器２４００が提供される。管状膜熱交換器２４００は、支持プレート２４７０に接続されるか又は支持プレート２４７０と一体的な支持部材２４７３を有する。支持部材２４７３は、表面２４７６、例えば管状膜熱交換器２４００を含む排熱装置の外側構造の側壁の内面に固定されるように構成された端部２４７５を有する。支持部材２４７３は、支持プレート２４７０を管状膜２４７１に沿った所定の位置に保つために、支持プレート２４７０をしっかりと支える。
【0107】
[00163] 図２５に関して、管状膜熱交換器２５００の支持プレートを管状膜熱交換器２５００の他のコンポーネントに接続する支持部材を有する管状膜熱交換器２５００が提供される。支持部材２５７１が支持プレート２５７０をヘッダ入口チューブ２５１６に接続する。支持部材２５８４が支持プレート２５８２を入口ヘッダ２５８６に接続する。支持部材２５１８が支持プレート２５２０、２５２２を接続し、支持部材２５２４が支持プレート２５２２を出口ヘッダ２５１７に接続する。支持部材の様々な構成が、支持プレートの管状膜における位置を維持するために用いられることがある。
【0108】
[00164] 図２６では、関連する冷却塔のコンポーネントに接続された支持部材２６０２を有する管状膜熱交換器２６００が提供される。支持部材２６０２は、冷却塔の壁２６１３に固定された支持部材２６７０を含む。支持部材２６０２は更に、冷却塔のスクリーン２６２１に固定された支持部材２６０４を含む。
【0109】
[00165] 様々な支持プレート構成が、管状膜の間隔及び／又は向きを維持するのに用いられることがある。これに関連して、一部の例として、図２７の支持プレート２７７０は、管状膜２７０３を取り囲む環状面２７０２を備えた開口部２７０１を有する。図２８に関して、支持プレート２８７０は、管状膜２７０１の移動に抵抗するために管状膜２７０１の外面２８７８に接触する側面２８７４、２８７６を備えたスロット２８７２を有する。
【0110】
[00166] 本開示による管状膜熱交換器が、入口及び出口ヘッダ間に非線形経路、例えば蛇行経路を有する管状膜を備えることがある。図２９に関して、入口ヘッダ２９１０と、出口ヘッダ２９１２と、入口及び出口ヘッダ２９１０、２９１２に接続された管状膜２９１４とを有する管状膜熱交換器２９００が提供される。管状膜２９１４は、空気流発生デバイス、例えばファン２９２４の周囲に延在する。管状膜熱交換器２９００を含む排熱装置は、誘引送風、直交流構成を有することがある。
【0111】
[00167] 管状膜２９１４は、直線部２９１６と、直線部２９１６を接続する屈曲部２９１８とを有する。屈曲部２９１８はそれぞれ、屈曲部２９１８に入るプロセス流体の方向から、一部の例として１２０°未満、１１０°未満、１００°未満、９５°未満、例えば９０°、又は９０°未満の角度でプロセス流体の流れの方向を変える。
【0112】
[00168] 一実施形態では、屈曲部２９１８はそれぞれ、直線セクションと、直線セクションを隣接する直線部２９１６に接続する２つの接合点とを備える。別の実施形態では、屈曲部２９１８は曲がっている。直線部２９１６と屈曲部２９１８の連続は、プロセス流体が入口ヘッダ２９１０から出口ヘッダ２９１２に移動するときにプロセス流体の蛇行経路を形成する。
【0113】
[00169] 管状膜は、プロセス流体の蛇行経路を提供するように支持部を介して再構成される概ね直線の初期形状を有することがある。図３０に関して、管状膜熱交換器３０００は、入口ヘッダ３０１６と、出口ヘッダ３０１７と、ファン３０１４の周囲に延在する管状膜３０１８とを有する。管状膜熱交換器３０００は、管状膜３０１８の方向を変えて屈曲部３０７２を形成する支持部、例えば支持プレート３０７０を有する。支持プレート３０７０は、管状膜３０１８が支持プレート３０７０に垂直に延在するように管状膜３０１８を受け入れる貫通開口部を有する。支持プレート３０７０は、貫通開口部の周囲に延在する表面であって、管状膜３０１８に接触し、その方向を変えて所望の形状にする表面を備える。
【0114】
[00170] 一部の実施形態では、管状膜は、プロセス流体のための非線形流路を提供する固有の構造配置を有することがある。図３１に関して、管状膜熱交換器３１００は、入口ヘッダ３１１６と、出口ヘッダ３１１７と、管状膜３１１８、３１２０とを有する。管状膜３１１８、３１２０は、径方向内側部分３１３４、３１３６より長い径方向外側部分３１３０、３１３２を有する。管状膜３１１８、３１２０は、それにより、支持部によって管状膜３１１８、３１２０に環状形状が与えられることなく環状形状を有する。
【0115】
[00171] 一部の実施形態では、管状膜は、管状膜の曲率をその長さに沿って変化させる形状を有する。例えば、管状膜は、直線端部と、直線端部を接続する湾曲した中間部とを有することがある。
【0116】
[00172] 様々なタイプの支持部が管状膜に所望の形状を与えるために用いられることがある。図３２に関して、管状膜熱交換器３２００は、入口ヘッダ３２１６と、出口ヘッダ３２１７と、管状膜３２１８、３２１９と、弓形支持部、例えばロッド３２２１とを有する。ロッド３２２１は、管状膜３１２８、３２１９が図３２の弓形構成から抜け出さないようにする。
【0117】
[00173] １つ以上の管状膜のための支持部は、管状膜の内部又は外部にある場合がある。ロッド３２２１は、管状膜３２１８、３２１９の外部にあるものとして図３２に示されているが、代替的に管状膜３２１８、３２１９の一方又は両方の内側に提供されることがある。各支持部は、螺旋、リング、プレートなどの様々な形状、及び管状膜の内側のリングを支持するロッドなどの形状の集合体を取ることがある。別の例として、支持部が、関連する膜チューブの外側で螺旋形状である場合がある（例えば、図１６参照）。
【0118】
[00174] 管状膜を接続するのに使用されるヘッダは、プロセス流体のための蛇行経路を提供するために作動流体の流れの方向を変えることがある。図３３に関して、管状膜熱交換器３３００は、末端入口ヘッダ、例えば入口ヘッダ３３１６と、末端出口ヘッダ、例えば出口ヘッダ３３１７とを有する。管状膜熱交換器３３００は、プロセス流体を入口及び出口ヘッダ３３１６、３３１７間に導く管状膜の群３３１８、３３２０、３３２２、３３２４を備える。管状膜熱交換器３３００は更に、管状膜の群３３１８、３３２０、３３２２、３３２４を接続する中間ヘッダ３３３０、３３３２、３３３４を備える。中間ヘッダ３３３０、３３３２、３３３４は、第１の方向の上流管状膜からの作動流体を受け入れる入口ポート３３３０Ａと、第１の方向に直角な第２の方向の下流管状膜へと作動流体の方向を変える出口ポート３３３０Ｂとを有する。一実施形態では、中間ヘッダ３３３０、３３３２、３３３４は、以上で考察した実施形態（例えば図１Ｄ、図１０Ａ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ参照）と同様に、隣接する管状膜の群３３１８、３３２０、３３２２、３３２４と関連付けられた入口及び出口ヘッダを接続することによって形成される。
【0119】
[00175] 末端ヘッダ及び中間ヘッダは、末端ヘッダ及び中間ヘッダが所望の多角形の頂点である任意の数の辺を有する概ね多角形の管状膜を提供するように構成されることがある。多角形は正又は不規則な多角形である場合がある。一部の実施形態では、管状膜は、隣接するヘッダ間に延在する直線又は非直線形状を有することがある。
【0120】
[00176] 以上で考察した熱交換器は、ＨＶＡＣシステムを構築するための冷却塔、工業プロセス、氷蓄熱システム、及び加湿及び除湿用途などのガス熱伝達及び／又は物質移動システムのための冷却塔などの様々な用途で用いられることがある。別の熱交換及び／又は物質移動用途は二酸化炭素回収である。
【0121】
[00177] 例えば図３４には、外側構造３４１３と、管状膜熱交換器モジュール３４１６と、チューブ３４７４と、空気流発生器、例えばファン３４１４とを備えた空気ハンドリングユニット３４００が提供される。空気ハンドリングユニット３４００は、空気ハンドリングユニット３４００の動作モードに応じて、水プロセス流体及び液体乾燥剤プロセス流体などの異なるタイプのプロセス流体を管状膜熱交換器モジュール３４１６に供給するように動作可能なプロセス流体供給部３４２２を有する。
【0122】
[00178] 一実施形態では、プロセス流体供給部３４２２は、以上で考察した対応する構造と同様の入口バルブ３４６３と、出口バルブ３４６２と、ポンプ３４７５とを備える。空気ハンドリングユニット３４００は更に、供給空気入口３４０６と、スクリーン３４２１と、戻り空気入口３４０２と、混合セクション３４０３と、空気フィルタ３４０４と、補助熱交換器３４０５と、出口３４１５とを備える。
【0123】
[00179] 空気ハンドリングユニット３４００は、空気ハンドリングユニット３４００を動作させるために空気ハンドリングユニット３４００のコンポーネントに動作可能に結合されたコントローラ３４４０を有する。コントローラ３４４０は、プロセッサ３４４０Ａと、インターネットなどの１つ以上のネットワークを介して、ＨＶＡＣシステムのマスタコントローラなどの遠隔コンピューティングデバイス、サーバコンピュータ、及び／又はスマートフォンなどの携帯電子デバイスと通信するための通信回路３４４０Ｂとを備える。
【0124】
[00180] 一部の実施形態では、出口３４１５は、ダクトを介して戻り空気入口３４０２に接続されることがある。空気ハンドリングユニット３４００は、出口３４１５を通過する空気のすべて又は一部を戻り空気入口３４０２に戻るように選択的に導くことがある。混合セクション３４０３は、供給空気入口３４０６及び戻り空気入口３４０２からの空気の混合を促進する。空気フィルタ３４０４は、空気から汚染物質を濾過する１つ以上のフィルタを含むことがある。補助熱交換器３４０５は、例えば、空気ハンドリングユニット３４００を通過する空気から熱を除去するか又はその空気に熱を伝達する、空気対空気熱交換器、水対空気熱交換器、蒸発器又は凝縮器コイル、乾燥コイル、又は抵抗加熱要素である場合がある。
【0125】
[00181] 管状膜熱交換器モジュール３４１６は、コントローラ３４４０の特定のモードに従って空気と相互作用するように構成される。例えば、管状膜熱交換器モジュール３４１６は、空気ハンドリングユニット３４００内の空気の温度を上げること、空気ハンドリングユニット３４００内の空気の温度を下げること、空気ハンドリングユニット３４００内の空気から湿気を取り除くこと、及び空気ハンドリングユニット３４００内の空気に湿気を加えることのうちの少なくとも１つを実施することがある。
【0126】
[00182] コントローラ３４４０は、センサ３４４２により検出される１つ以上のパラメータに従って空気ハンドリングユニット３４００を様々なモードで動作させることがある。１つ以上のパラメータは、例えば、空気ハンドリングユニット３４００の動作パラメータ（プロセス流体温度、水流量など）、環境パラメータ（例えば、一部の例として空気ハンドリングユニット３４００の温度、湿度、時刻、及び／又は地理的位置）、及び／又はＨＶＡＣシステムコントローラにより要求されるプロセス流体セットポイントを含むことがある。代替的に又は付加的に、コントローラ３４４０は、遠隔コンピューティングデバイスから通信回路３４４０Ｂで受信したコマンドに従うモードで空気ハンドリングユニット３４００を動作させることがある。
【0127】
[00183] 例えば、コントローラ３４４０は、加湿モード、スワンプクーラモード、又は乾燥モードで動作するように空気ハンドリングユニット３４００を再構成することがある。スワンプクーラモードでは、管状膜熱交換器モジュール３４１６は、プロセス流体として水を用い、空気ハンドリングユニット３４００内の空気の温度を下げ、湿度を上げるように動作する。
【0128】
[00184] 乾燥モードでは、管状膜熱交換器モジュール３４１６は、プロセス流体として液体乾燥剤を用い、空気ハンドリングユニット３４００内の空気から湿気を取り除くように動作する。液体乾燥剤による湿気の収着は、空気の温度を上げる発熱プロセスである場合がある。
【0129】
[00185] 加湿モードでは、管状膜熱交換器モジュール３４１６は、プロセス流体として温水を用い、空気ハンドリングユニット３４００内の空気の湿度を上げる。管状膜熱交換器モジュール３４１６は、温水を使用することによってプロセス流体の温度低下を補う。
【0130】
[00186] 様々なタイプのプロセス流体が空気ハンドリングユニット３４００と共に用いられることがある。加湿モードの場合、プロセス流体は、水（例えば、水道水、家庭排水、脱イオン水、及び／又は逆浸透水）又は水と別の流体（例えば、グリコール又はアルコールなどのプロセス流体の凝固点を変える流体）との混合物である場合がある。
【0131】
[00187] 除湿モードの場合、プロセス流体は、塩化リチウム、塩化カルシウム、もしくは臭化リチウムなどの吸湿性の高い塩の水溶液又は非水溶媒に溶解されたこれらの塩のうちの１つなどの液体乾燥剤である場合がある。他の実施形態では、除湿プロセス流体は、アルコール又は別の吸水性の液体、例えばグリセリン、濃硫酸、ヒドラジン水和物、エタノールアミン、及び／又はグリセロールである場合がある。前述のプロセス流体のいくつかの使用は、管状膜熱交換器に固有である。例えば、アルコールは、水和されると蒸発するため伝統的に使用され得なかった。選択的に水を通す管状膜を用いれば、アルコールを含む液体乾燥剤は蒸発し得ないが、液体乾燥剤は水和することがある。
【0132】
[00188] コントローラ３４４０は、現在のプロセス流体、例えば水又は液体乾燥剤を、チューブ３４７４から排出し、チューブ３４７４を別のプロセス流体、例えば水及び液体乾燥剤の他方で充填することによって、空気ハンドリングユニット３４００のモードを変更するように入口バルブ３４６３及び出口バルブ３４６２を動作させる。一部の実施形態では、コントローラ３４４０は、チューブ３４７４を所望のプロセス流体で充填するようにポンプ３４７５を動作させる。
【0133】
[00189] 一実施形態では、入口バルブ３４６３は、異なるプロセス流体供給部を切り替えるように構成される。例えば、入口バルブ３４６３は３位置バルブである場合がある。第１の位置では、入口バルブ３４６４は閉鎖されている。コントローラ３４４０がスワンプクーラモード又は加湿モードにあるとき、コントローラ３４４０は、入口バルブ３４６３を第２の位置に切り替える。第２の位置では、入口バルブ３４６３は、補給水が空気ハンドリングユニット３４００に流入することを可能にする。加湿モードでは、コントローラ３４４０は、補給水を加熱するためにヒータに通電する。
【0134】
[00190] コントローラ３４４０は、コントローラ３４４０が乾燥モードにあるときに入口バルブ３４６３を第３の位置に切り替える。入口バルブ３４６３が第３の位置にあるとき、入口バルブ３４６３は、液体乾燥剤から水を除去する液体乾燥剤再生システムと連通している。要するに、入口バルブ３４６３は、コントローラ３４４０のモードに応じて２つの流体ループを切り替えることがある。
【0135】
[00191] 図３５に関して、例示目的のために図において一部が除去された支持フレーム３５０１を有する管状膜熱交換器３５００が提供される。管状膜熱交換器３５００は、ファン３５０２と、出口ヘッダ３５０４と、入口ヘッダ３５０５と、管状膜３５０３とを有する。管状膜３５０３は、螺旋状であり、プレナム又は中央空間３５０７の周囲に延在する。ファン３５０２は、ファン３５０２が空気を出口３５０９から導く前に、空気を管状膜３５０３全体に及び中央空間３５０７内に導くように動作可能である。
【0136】
[00192] 一部の実施形態では、管状膜は、継手を用いずにヘッダに接続されることがある。図３６に関して、管状膜３６０１と、ヘッダプレート３６０２と、外側ポッティング３６０９と、内側ポッティング３６１０とを有する管状膜アセンブリ３６００が提供される。外側ポッティング３６０９は、管状膜３６０１の外側部分３６１２に結合し、内側ポッティング３６１０は管状膜３６０１の内側部分３６１４に結合し、外側及び内側ポッティング３６０９、３６１０は共にヘッダプレート３６０２に結合する。このようにして、外側及び内側ポッティング３６０９、３６１０は、管状膜３６０１をヘッダプレート３６０２の反対側でヘッダプレート３６０２に固定し、管状膜の方向３６１１、３６１３への移動に抵抗する。管状膜アセンブリ３６００の組み立て中に、管状膜３６０１はヘッダプレート３６０２の開口部３６１６を通って前進し、液体ポッティングがヘッダプレート３６０２の外面及び内面３６０２Ａ、３６０２Ｂに施される。管状膜３６０１は、ポッティングコンパウンドが硬化して膨張するときに管状膜３６０１の形状を維持するのに十分な機械的強度を有する。
【0137】
[00193] 例えば、管状膜３６０１は、膜層及び裏打ち層などの多孔質基材を含むことがある。膜層、多孔質基材、又はその両方は、管状膜３６０１の形状を維持するのに十分な剛性を備えることがある。管状膜の内腔のサイズはまた、管状膜の破砕に対してより優れた耐性を提供するように選択されることがある。一例として、管状膜は円形の断面を有することがあり、ポッティングコンパウンドが硬化するときに管状膜３６０１の形状を維持するのにより小さな内径が選択されることがある。ポッティングコンパウンドの特性はまた、ポッティングコンパウンドが固まるときの管状膜３６０１の破砕を制限するように選択されることがある。例えば、一部のポッティングコンパウンドは、硬化するときにポッティングコンパウンドが管状膜を変形するのを防ぐ最小量の膨張を受ける。
【0138】
[00194] 図３７に関して、開口部３７０３を備えたヘッダプレート３７０２を有するヘッダ本体３７０２Ａを備えた管状膜アセンブリ３７００が提供される。ヘッダプレート３７０２は、開口部３７０３の周囲に延在する表面３７０３Ａを有する。管状膜アセンブリ３７００は更に、管状膜３７０１と、管状膜３７０１をヘッダプレート３７０２に接続するポッティング３７０９とを備える。管状膜アセンブリ３７００の組み立て中に、管状膜３７０１は開口部３７０３内に進められ、ヘッダプレート３７０２に液体ポッティングが施される。更に、管状膜３７０１の端部３７０５は、液体ポッティングが施されて端部３７０５がポッティングによって閉じられる可能性を制限するとき、ヘッダプレート３７０２の内側に位置付けられる。
【0139】
[00195] 液体ポッティングは、管状膜３７０１と開口部３７０３の表面３７０３Ａとの間の隙間を埋めるために這い上がる。液体ポッティングが固まってポッティング３７０９を形成するとき、毛細管力が液体ポッティングを管状膜３７０１とヘッダプレート３７０２との間の所定の位置に維持する。ポッティング３７０９は、管状膜３７０１及びヘッダプレート３７０２に結合し、管状膜３７０１とヘッダプレート３７０２との間に流体密封シールを形成する。更に、ポッティング３７０９は、管状膜３７０１の方向３７１６、３７１８への相対移動に抵抗するために、開口部３７０３の幅より大きな幅を有するフランジ部３７１２、３７１４を有する。ポッティング３７０９は、開口部３７０３内に管状膜３７０１の周囲に延在するスリーブ部３７２３を有する。管状膜３７０１が円形の断面を有し、開口部３７０３が円形である実施形態では、スリーブ部３７２３は環状構成を有する。
【0140】
[00196] 図３８に関して、管状膜アセンブリ３８００が提供され、ヘッダプレート３８０２と、管状膜３８０１と、ポッティング３８０６とを備える。ヘッダプレート３８０２は、管状膜３８０１の端部３８１０を受け入れる開口部３８０８を有する。開口部３８０８は、開口部３７０３（図３７参照）の幅よりも小さい幅を有し、管状膜３８０１の端部３８１０とぴったり嵌まるようにサイズ設定される。開口部３８０８が小さくなることで、液体ポッティングが開口部３８０８を通って這い上がることが阻止される。液体ポッティングは、ヘッダプレート３８０２の外部又は外面３８０２Ａ上で硬化し、ポッティング３８０６を形成する。ポッティング３８０６は、管状膜３８０１をヘッダプレート３８０２に固定し、管状膜３８０１とヘッダプレート３８０２との流体密封接続を形成する。
【0141】
[00197] 一部の実施形態では、ヘッダ本体の内側にポッティングを施して、管状膜の端部をヘッダ本体に固定することがある。例えば及び図３９を参照すると、管状膜３９０１と、ヘッダプレート３９０２と、ポッティング３９０４とを有する管状膜アセンブリ３９００が提供される。組み立て中に、管状膜３９０１は、管状膜３９０１の端部３９０８がヘッダプレート３９０２の内面３９１０から突き出るように、ヘッダプレート３９０２の開口部３９０６を通って延在するように位置付けられる。液体ポッティングが管状膜３９０１の周囲の内面３９１０に施され、硬化してポッティング３９０４を形成する。ポッティング３９０４は管状膜３９０１とヘッダプレート３９０２を固定し、その間に流体密封接続を形成する。開口部３９０６及び管状膜３９０１は、ポッティングの開口部３９０６内への這い上がりを阻止するようにサイズ設定される。
【0142】
[00198] 本明細書に記載のポッティングは、管状膜をヘッダプレートに取り付ける、及び／又は管状膜同士を取り付ける接着剤を含むことがある。様々な種類の接着剤を使用することがある。例えば、エポキシやウレタンなどの熱硬化性接着剤を使用することがある。接着剤の他の例としては、熱接着剤、乾燥接着剤、又は光活性化硬化接着剤などの硬化接着剤が挙げられる。
【0143】
[00199] 図４０に関して、管状膜アセンブリ４０００は、管状膜アセンブリ３９００と同様であり、ヘッダプレート４００２の内面４００６上のポッティング４００４を介してヘッダプレート４００２に固定された複数の管状膜４００１を含む。ポッティング４００６は、隣接する管状膜４００１の中間に管状膜４００１を互いに接続する部分４００８を有する。
【0144】
[00200] 図４１に関して、管状膜アセンブリ４０００と同様であり、管状膜４１０１と、ヘッダプレート４１０２と、ポッティング４１０４とを備えた管状膜アセンブリ４１００が提供される。管状膜アセンブリ４０００、４１００間の１つの違いは、管状膜アセンブリ４１００が、ヘッダプレート４１０２の外面４１０６にポッティング４１０４を有することである。
【0145】
[00201] 図４２を参照すると、開口部４２０４を有するヘッダプレート４２０２と、ヘッダプレート４２０２の外面４２０８にあるカップ状凹部４２０６とを有する管状膜アセンブリ４２００が提供される。凹部４２０６は、開口部４２０４と連通し、開口部４２０４の幅より大きい幅を有する。管状膜アセンブリ４２００は、端部４２０５が開口部４２０４内に受け入れられた管状膜４２０１を有する。
【0146】
[00202] ヘッダプレート４２０４は、外面４２０８と床部４２１４との間に延在する側壁部４２１２を有する。側壁部４２１１は側面４２１２を有し、床部４２１４は上面４２１５を有する。側面４２１２と上面４２１５は、ヘッダプレート４２０２の外側にポッティングを保持するポケットの少なくとも一部を管状膜４２０１の周囲に画定する。組立中に、管状膜端部４２０５は開口部４２０４内に延在するように位置付けられ、液体ポッティングが凹部４２０６内に提供される。液体ポッティングは硬化し、ポッティング４２１０を形成する。ポッティング４２１０は管状膜４２０１とヘッダプレート４２０２を固定し、流体密封接続を形成する。
【0147】
[00203] 図４３に関して、管状膜４３０１と、ヘッダプレート４３０２と、ポッティング４３０４とを有する管状膜アセンブリ４３００が提供される。ヘッダプレート４３０２は、開口部４３０６と、外面４３０８と、外面４３０８内のカップ状凹部４３１０とを有する。カップ状凹部４３１０は、複数の管状膜ヘッダ接続部を包含する。ヘッダプレート４３０４は、側壁部４３１２と、側壁部４３１２から管状膜４３０１まで延在する床部４３１４と、管状膜４３０１の中間に延在する床部４３１６とを有する。２つの管状膜ヘッダ接続部が図４３のカップ状凹部４３１０に含まれているが、カップ状凹部４３１０が、特定の実施形態について所望の数の管状膜ヘッダ接続部を受け入れるように構成され得ることが理解されるであろう。
【0148】
[00204] 図４４を参照すると、管状膜４４０１と、ヘッダプレート４４０２と、ポッティング４４０４とを有する管状膜アセンブリ４４００が提供される。ヘッダプレート４４０２は、管状膜４４０１及びポッティング４４０４を受け入れる開口部４４０６を有する。ヘッダプレート４４０２は、外面４４１０と、内面４４１２と、その間に延在する側面４４１４とを有する。ポッティング４４０４は、ヘッダプレート４４０２に固定された外面、例えばヘッダプレート４４０２の側面４４１４に結合されたポッティング４４０４の表面４４１６を有する。
【0149】
[00205] 一手法では、ヘッダプレート４４０２は、最初に、図４３の床部４３１４、４３１６と同様の、開口部４４０６の底部を閉じる床部を有する。液体ポッティングは開口部４４０６内に進められ、硬化して管状膜４４０１をヘッダプレート４４０２に対して固定する。ポッティングが硬化すると、ヘッダプレート４４０２の床部、管状膜４４０１の端部、及びポッティング４４０４の一部はライン４４２０に沿って切り取られる。このプロセスにより、管状膜の端部４４０７が露出する。
【0150】
[00206] 別の手法では、管状膜アセンブリ４４００は、ヘッダプレート４４０２及び管状膜４４０１をライン４４２０に位置付けられた裏当てにぴったりくっつけて配置することによって組み立てられることがある。液体ポッティングが開口部４４０６内に進められ、硬化して管状膜４４０１をヘッダプレート４４０２に対して固定する。裏当ては、ポッティングコンパウンドが付着しない材料で作られることがある、又は裏当てには、ポッティングが裏当てに付着できないように剥離剤が塗布される。次いで裏当てが除去され、管状膜４４０１の端部４４０７が露出する。
【0151】
[00207] 以上で考察したように、本明細書に開示される様々な実施形態は、二酸化炭素及び／又はメタン回収などの大気汚染物質の直接空気回収に利用されることがある。例えば、炭素回収溶液が管状膜を通って導かれることがあり、管状膜の側壁により、管状膜の外側の空気中のＣＯ２が側壁に浸透し、管状膜内の炭素回収溶液と化学反応することが可能になる。
【0152】
[00208] 汚染物質捕集の実施形態には、様々なタイプの膜材料が使用されることがある。例には、選択的なＣＯ２分離に使用され得るガラス状又はゴム状ポリマーなどの高分子膜が含まれる。ガラス状ポリマーは選択性が高く、透過性が低い。ガラス状ポリマーは通常、ゴム状ポリマーよりも硬い。ガラス状ポリマーを含む管状膜は、自由体積を増加させ、ＣＯ２透過性を高めるために、真っ直ぐであるか又は横方向に延びる部分を有することがある。ガラス状ポリマーの例としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアセチレンが挙げられる。ゴム状高分子膜の例には、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）及びポリフェロセニルシラン（ＰＦＳ）が含まれる。
【0153】
[00209] 一部の実施形態では、管状膜アセンブリが除湿プロセスで使用されるように構成されており、管状膜材料は柔軟なゴム状ポリマーである場合がある。ゴム状ポリマーは、炭素回収プロセスで使用され得るガラス状ポリマーよりも剛性が低い場合がある。ゴム状ポリマーは流量が高く選択性が低い場合があるのに対して、ガラス状ポリマーは選択性が高く流量が低い。ゴム状ポリマー又はガラス状ポリマーを利用する管状膜は、膜の厚さを最小限に抑えるために複合構造を利用することがある。
【0154】
[00210] 混合マトリックス管状膜が、本明細書に記載の様々な実施形態で利用されることがある。混合マトリックス管状膜は、マトリックス材料の性能及び／又は寿命を向上させるために、マトリックス材料に埋め込まれたナノフィラーと呼ばれることもあるナノ材料を有する。
【0155】
[00211] セラミック膜などの無機膜が管状膜に利用されることもある。無機膜は一般に、優れた水熱安定性及び機械的安定性を有する。更に、無機膜は、高分子膜と比較して、最大１０ＭＰａなどのより高い圧力に耐えることがある。
【0156】
[00212] 本明細書で考察される管状膜はまた、アミノポリマー材料から作られることがある。アミノポリマーの例には、カリフォルニア州ニューアークのＭｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ社の超薄酸化グラフェン（ＧＯ）膜及びＰｏｌａｒｉｓ（商標）材料が含まれる。
【0157】
[00213］ 管状膜の材料は、水などの他の物質の移動を抑制しながら、ＣＯ２などの大気汚染物質の管状膜の材料を通した移動を可能にするように選択されることがある。この構成は、管状膜内の汚染物質回収溶液からの水の蒸発を抑制することがあり、その結果、汚染物質回収操作の水消費量が削減される。
【0158】
[00214] 汚染物質回収システムに選択される管状膜は、多孔質副層により支持された選択膜を含む複合構造を有することがある。選択膜は高い浸透パラメータを有し、例えば約１００ナノメートル以下の厚さを有することがある。他の実施形態では、単層構造を有する緻密な膜が利用されることがある。
【0159】
[00215] 本明細書に記載の管状膜に利用され得る例示的な材料には、以下の材料が含まれることがある。その材料は、高い浸透パラメータ及びＣＯ２／Ｎ２混合物の高い分離係数を有する。
【0160】
[00216] ＰｏｌｙＡｃｔｉｖｅは、ポリエチレンオキシドテレフタレート／ポリブチレンテレフタレート（ＰＥＯＴ／ＰＢＴ）ポリマーと呼ばれることがある。ＰｏｌｙＡｃｔｉｖｅは、２１℃、３バールＣＯ２圧力で分離係数が６０で、気体透過能が約１，４８１気体透過単位（ＧＰＵ）である。
【0161】
[00217] Ｐｅｂａｘ－ＭＨ１６５７はポリエーテルブロックアミドと呼ばれることがある。Ｐｅｂａｘ－ＭＨ１６５７は、２１℃、６バールＣＯ２圧力で分離係数が５０で、透過能が約７５０ＧＰＵである。
【0162】
[00218] ポリ（アリールエーテル）は、３５℃、３バールＣＯ２圧力で分離係数が３６で、透過能が１１０バーラーである。ＧＰＵ＝バーラー／μｍ（膜厚）であることが理解されるであろう。
【0163】
[00219] ポリイミドＰＩ－５は、３０℃、１バールで分離係数が２６で、透過能が１９０バーラーである。
【0164】
[00220] 以上で考察した管状膜アセンブリの様々な実施形態は、熱伝達、除湿、及び／又は汚染物質回収に利用されることがある。管状膜の外側又は内側に真空を印加して、熱伝達、除湿、及び／又は汚染物質回収プロセスを推進する力を増大させることがある。管状膜には、管状膜の破れ又は崩壊を抑制するための支持部、例えば、図１５から図１９に示す支持部が設けられることがある。
【0165】
[00221] 例えば及び図４５を参照すると、ヘッダ本体４５０２と管状膜４５０４とを備えた管状膜アセンブリ４５００が提供される。管状膜４５０４は、ポッティング４５０６を介してヘッダ本体４５０２の開口部４５０５内に固定される。管状膜アセンブリ４５００は、管状膜４５０４の内面４５１２又は外面４５１４に真空を印加したときの管状膜４５０４の変形に抵抗するための支持部４５０８を備える。支持部４５０８は、例えば、コイル、メッシュスリーブ、フレーム、スペーサを備えたフレーム、貫通開口部を有する管状部材、ロッドなどを含むことがある。支持部４５０８は、管状膜４５０４の長さの全体又は一部に延在することがある。支持部４５０８は、化学結合などで管状膜４５０４に固定されることがある。管状膜４５０４及び支持部４５０８のアセンブリは、ポッティング４５０６を介してヘッダ本体４５０２に接続されることがある。管状膜アセンブリ４５００の製造の一部として、ヘッダ本体４５０２、ポッティング４５０６、支持部４５０８、及び管状膜４５０４は、ポッティング４５０６が固まると、ポッティングを含み得る管状膜４５０４の端部を除去するために切断される（４５１０）ことがある。
【0166】
[00222] 図４６に関して、ヘッダ本体４６０２と、管状膜４６０４と、ヘッダ本体４６０２の開口部４６０５内で管状膜４６０４をヘッダ本体４６０２に接続するポッティング４６０６とを有する管状膜アセンブリ４６００が提供される。管状膜アセンブリ４６００は、管状膜４６０４の内面４６１２又は外面４６１４に真空が印加されるときの管状膜４６０４の変形に抵抗するための支持部４６０８を有する。支持部４６０８は、管状膜４６０４の長さの全体又は一部に延在することがある。支持部４６０８は、例えば、フレーム、多孔質管状膜、１つ以上のロッドなどを含むことがある。
【0167】
[00223] 図４７を参照すると、ヘッダ本体４７０２と、管状膜４７０４と、管状膜４７０４の端部４７０７をヘッダ本体４７０２の開口部４７０５に固定するポッティング４７０６とを備えた管状膜アセンブリ４７００が提供される。管状膜アセンブリ４７００は、管状膜４７０４の内部４７１０に支持部４７０８を備える。支持部４７０８は、管状膜４７０４の内部４７１０に沿って延在する、ロッド又はチューブ４７１２などの細長い部材を備える。支持部４７０８は更に、１つ以上のディスク４７１３などの１つ以上の支持部材を備える。ディスク４７１３は、プロセス流体がディスク４７１３を通って流れることを可能にする貫通開口部を有することがある。別の実施形態では、管状膜アセンブリ４７００にディスク４７１３が設けられない。細長い部材から突出する支持部材は、ロッド、ボス、涙滴状ディスク、楕円ディスクなどの様々な形状を有することがあり、非円形断面を有する管状膜にフィットするように構成されることがある。
【0168】
[00224] 一形態では、支持部４７０８は、内部ヘッダ４７１６から流体を受け取るか、又は内部ヘッダ４７１６に流体を導く内腔又は内部４７１４を有するチューブ４７１２を備える。内部４７１４を通過する流体は、チューブ４７１２の外面４７１９と管状膜４７０４の内面４７２１との間に画定される環帯４７１８内の流体より高い又は低い温度である場合がある。
【0169】
[00225] 例えば、管状膜４７０４の環帯４７１８内の流体は乾燥剤溶液である場合があり、チューブ４７１２の内部４７１４の流体は冷水である場合がある。管状膜４７０４の外面４７２３を横切って移動する空気中の水分子は、管状膜４７０４の側壁４７２５を通過し、管状膜４７０４の環帯４７１８内の乾燥剤溶液と化学反応する。水と液体乾燥剤との化学反応は熱を放出する。チューブ４７１２は、反応から放出される熱がチューブ４７１２の内部４７１４の冷水に伝達されることを可能にする金属材料などの材料で作られることがある。一部の実施形態では、乾燥剤溶液から熱を除去することは、除湿プロセスの効率を高めることがある。
【0170】
[00226] 別の例として、管状膜４７０４の環帯４７１８内の流体は炭素回収溶液である場合があり、チューブ４７１２の内部４７１４の流体は、水、又は水と炭素回収溶液よりも低い温度を有するグリコールなどの別の物質との混合物などの液体である場合がある。管状膜４７０４の外面４７２３を横切って移動する空気中の二酸化炭素が、管状膜４７２３の側壁４７２５を通過し、管状膜４７０４の環帯４７１８内の炭素回収溶液と化学反応する。ＣＯ２と炭素回収溶液との化学反応は熱を放出する。チューブ４７１２の内部４７１４を通過するより冷たい液体は、放出された熱を吸収する。一部の実施形態では、炭素回収溶液から熱を除去することは、炭素回収プロセスの効率を高めることがある。
【0171】
[00227] 別の例として、チューブ４７１２の内部４７１４は高温流体を含むことがあり、環帯４７１８内の炭素回収溶媒は、チューブ４７１２の内部４７１７の流体よりも低温である場合がある。熱がチューブ４７１２の側壁を通ってより冷たい炭素回収溶媒に伝達される。更に、管状膜４７０４は、水分子が管状膜４７０４の側壁４７２５を通過することを可能にすることがある。このように、環帯４７１８内の炭素回収溶媒は、側壁４７２５を通過し、管状膜４７０４の外面４７２３を横切って移動する空気流に入る炭素回収溶液中の水の蒸発冷却によって冷却されることがある。
【0172】
[00228] 様々な流体が、管状膜アセンブリの動作を容易にするために、以上で考察した実施形態で考察した管状膜の内面及び／又は外面に提供されることがある。例えば、除湿及び／又はＣＯ２回収操作を推進する力を増大させるために、液体乾燥剤溶液又は炭素回収溶液が管状膜壁の両側に使用される可能性がある。
【0173】
[00229] 図４８を参照すると、端部４８０４で支持部４８０６に接続された管状膜４８０２を有する管状膜アセンブリ４８００が提供される。支持部４８０６は、開口部４８１０及びポッティング４８１２を備えた支持部本体４８０８を有し、管状膜端部４８０４を支持部本体４８０８の開口部４８１０内に固定された状態に保つ。
【0174】
[00230] 管状膜４８０２は、出口ヘッダ４８１６に接続された端部４８１４を有する。出口ヘッダ４８１６は、開口部４８２０と、管状膜端部４８１４を開口部４８２０に固定するためのポッティング４８２２とを備えるヘッダ本体４８１８を有する。出口ヘッダ４８１６は、内部４８２４に真空を印加するポンプ４８３０などによって負圧下の内部４８２４を有する。
【0175】
[00231] 管状膜４８０２は、真空が出口ヘッダ４８１６の内部４８２４に印加されるために真空を含む内腔又は内部４８３２を有する。空気などの第１の流体が、管状膜４８０２の外面４８３４を横切って方向４８３３に移動する。管状膜４８０２は、第１の流体から管状膜４８０２の内部４８３２に物質を交換するように構成された側壁４８３８を有する。例えば、側壁４８３８は、方向４８３３に移動する空気中のＣＯ２、メタン、又は水蒸気が側壁４８３８を通過できるように構成されることがある。
【0176】
[00232] 側壁４８３８を通過する物質は、コレクタ４８４２に移動する前に、方向４８４０に出口ヘッダ４８１６の内部４８２４に移動する。一実施形態では、管状膜側壁４８３８は、ＣＯ２が通過することを可能にし、コレクタ４８４２は、固体吸着剤ベースのＣＯ２回収方法を含む。例えば、コレクタ４８４２は、ＣＯ２を引き付ける第１のモードと、後の貯蔵又は処理のためにＣＯ２を放出する第２のモードで動作する収集要素を有することがある。別の実施形態では、管状膜側壁４８３８は、水蒸気が通過することを可能にし、コレクタ４８４２は、コレクタ４８４２のリザーバ内に収集するために水蒸気を凝縮するように動作する冷却要素を備える。
【0177】
[00233] 「ａ」、「ａｎ」などの単数の用語の使用は、本明細書で別段の指示がないか又は文脈によって明らかに反論されない限り、単数及び複数の両方を包含することが意図される。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」（備えている）、「ｈａｖｉｎｇ」（有している）、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」（含んでいる）、及び「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」（含有している）という用語は、オープンエンドの用語として解釈されるものである。「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ」（～の少なくとも１つ）という語句は、本明細書で使用される場合、離接的な意味で解釈されることが意図される。例えば、「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ」（Ａ及びＢの少なくとも１つ）という語句は、Ａ、Ｂ、又はＡ及びＢの両方を包含することが意図される。
【0178】
[00234] 本発明の特定の実施形態を図示及び説明してきたが、多くの変更形態及び修正形態が当業者に想到されることが理解され、本発明は、添付の請求項の範囲内にあるすべてのそれらの変更形態及び修正形態を包含することが意図される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【国際調査報告】