JP-2026514571-A - シート膜装置

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Abstract

一態様においては、シート膜装置は、第１の流体によって接触される第１のシート膜及び第２のシート膜を含む。シート膜装置は、第２の流体を受容するための、第１のシート膜と前記第２のシート膜との中間にある内部を有する。第１及び第２のシート膜は、第１及び第２のシート膜を介した第１の流体と第２の流体との間の物質移動を可能にするように構成されている。シート膜装置は、第１のシート膜と第２のシート膜との間のシール部材と、第１及び第２のシート膜を一緒に圧迫して第１及び第２のシート膜をシール部材と係合させるように構成されたクランプと、を含む。【選択図】図２Ａ

Inventors

エゴルフ，ケビンエルズワース
リトワク，エリーエム．
フィリップス，ラッセル

Assignees

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

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20240502
Priority Date: 20230505

Claims (20)

第１の流体によって接触される第１のシート膜及び第２のシート膜と、第２の流体を受容するための、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との中間にある内部と、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間のシール部材と、前記第１及び第２のシート膜を一緒に圧迫して前記第１及び第２のシート膜を前記シール部材と係合させるように構成されたクランプと、を備え、前記第１及び第２のシート膜は、前記第１及び第２のシート膜を介した前記第１の流体と前記第２の流体との間の物質移動を可能にするように構成されている、シート膜装置。
前記クランプは、前記シール部材を前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間で圧縮するように構成されている、請求項１のシート膜装置。
前記シール部材は、前記第１及び第２のシート膜の一部に係合し、前記シール部材は、当初の圧縮されていない厚さを有し、前記クランプは、前記シール部材が前記第１のシート膜の前記一部と前記第２のシート膜の前記一部の間で圧縮されるように、前記第１のシート膜の前記一部と前記第２のシート膜の前記一部とを、前記シール部材の前記圧縮されていない厚さよりも小さい所定の距離だけ離間させて保つように構成されている、請求項１のシート膜装置。
前記シール部材は、ブチルテープ、ブチル押出成形物、又はそれらの組み合わせを備える、請求項１のシート膜装置。
前記第１及び第２のシート膜は、前記第１の流体によって接触される外面を有し、前記第１及び第２のシート膜は、前記第２の流体によって接触される、前記外面の反対の内面を有し、シール部材は、前記第１及び第２のシート膜の前記内面と係合される、請求項１のシート膜装置。
前記クランプは、前記第１及び第２のシート膜の両側にある第１の支持体及び第２の支持体と、前記第１の支持体及び前記第１のシート膜と係合され、前記内部の周りに延在する第１の固定部材と、前記第２の支持体及び前記第２のシート膜と係合され、前記内部の周りに延在する第２の固定部材と、を備える、請求項１のシート膜装置。
前記内部の前記第２の流体の流れを誘導するように構成されたスペーサを更に備え、前記スペーサは、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間にあり、前記シール部材は、前記第１のシート膜及び前記スペーサと係合された第１のシール部材と、前記第２のシート膜及び前記スペーサと係合された第２のシール部材と、を備える、請求項６のシート膜装置。
前記第１の固定部材及び前記第２の固定部材は、各々が、ブチルテープ、ブチル押出成形物、又はそれらの組み合わせを備える、請求項６のシート膜装置。
前記クランプは、第１のフレーム及び第２のフレームを備え、前記第１及び第２のシート膜並びにシール部材は、前記支持体の前記第１のフレームと前記第２のフレームとの中間にある、請求項１のシート膜装置。
前記第１のフレームは、前記第１の流体が前記第１のシート膜の外面に接触することを可能にするための第１の開口を有し、前記第２のフレームは、前記第２の流体が前記第２のシート膜の外面に接触することを可能にするための第２の開口を有する、請求項９のシート膜装置。
前記クランプは、相互接続された第１のフレームと第２のフレームとを備え、前記第１のフレームは、前記第１の流体が前記第１のシート膜の外面に接触することを可能にする第１の開口と、前記第１の開口の全域にわたって延在し前記第１のシート膜の前記第１の開口内への外向きの移動を制限するように構成された複数の支持体と、を含み、前記第２のフレームは、前記第１の流体が前記第２のシート膜に接触することを可能にする第２の開口と、前記第２の開口の全域にわたって延在し前記第２のシート膜の前記第２の開口内への外向きの移動を制限するように構成された複数の支持体と、を含む、請求項１のシート膜装置。
前記クランプは、前記第１及び第２のシート膜の両側の一対の支持体と、前記支持体に当接して前記支持体の互いに向かう移動を制限するように構成された前記支持体の止め面と、を有する、請求項１のシート膜装置。
前記シール部材は、入口開口及び出口開口と、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間の前記シール部材の前記入口開口内に延在する前記第２の流体のための入口と、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間の前記シール部材の前記出口開口内に延在する前記第２の流体のための出口と、を含む、請求項１のシート膜装置。
第１のシート膜と第２のシート膜との間の前記内部にスペーサを更に備え、前記スペーサは、前記第１及び第２のシート膜と協働して、前記内部の前記第２の流体の流れを誘導する、請求項１のシート膜装置。
前記クランプは、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間で前記シール部材を圧縮するように構成されており、前記シール部材は、バインダ材料と、前記バインダ材料内のシムと、を備え、前記シムは、前記シール部材の圧縮を制限するように構成されている、請求項１のシート膜装置。
前記第１及び第２のシート膜は、気体透過性且つ液体不透過性である、請求項１のシート膜装置。
前記第１及び第２のシート膜は、各々が、選択的透過性層と、支持層と、を備える、請求項１のシート膜装置。
前記シール部材は、イソブチレン－イソプレンコポリマーと、イソブチレントリポリマーと、エチレンプロピレンジエンモノマーと、エチレンプロピレンコポリマーと、のうち少なくとも１つを備える、請求項１のシート膜装置。
気流発生器と、入口ヘッダと、出口ヘッダと、前記入口ヘッダから流体を受け取り、前記流体を前記出口ヘッダの方に誘導するように構成された複数のシート膜カセットと、を備え、各シート膜カセットは、前記気流発生器により移動される空気によって接触される第１のシート膜及び第２のシート膜と、前記流体を受容するために、少なくとも部分的に前記第１及び第２のシート膜によって画定された内部と、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間にありこれらと係合されたシール部材と、前記第１及び第２のシート膜の両側にある支持体であって、前記第１及び第２のシート膜を前記シール部材と係合された状態に保つ、支持体と、を備える、シート膜システム。
前記シート膜カセットの前記シール部材は、前記第１のシート膜と前記第２のシート膜との間で圧縮される、請求項１９のシート膜システム。

Description

（関連出願の相互参照） [0001] 本出願は、２０２３年５月５日に提出された米国仮出願第６３／４６４，４４５号の利益を主張するものであり、同出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 [0002] 本開示は、熱交換器及び／又は物質交換器に関し、より具体的には、シート膜を有する熱交換器及び／又は物質交換器に関する。 [0003] 熱交換器は、多種多様な構成があり、多種多様な産業で使用される。熱交換器には、伝熱を容易にするための膜を含むものもある。一例が、対で配置された膜シートを有するシート膜熱交換器である。シート膜の対は、水などの第１の流体を間に受容するように離間された内面を有する。シート膜の対は外面を有しており、その全域にわたって空気などの第２の流体が誘導される。熱及び／又は物質は、シート膜を通って第１の流体と第２の流体との間を移動する。 [0004] シート膜は、いくつかの例として、伝熱、乾燥剤除湿、アルコール脱水、及び濾過に使用されている。これらのシート膜のうちいくつかは剛性の多孔質膜を含み、これはいくつかの用途には適さない可能性がある。他のシート膜は、低い破裂圧力を有し、漏れを起こしやすい。既存の膜システムのこれらの欠点は、いくつかの分野におけるシート膜の使用を制限してきた。 [0005] 本開示の一態様においては、第１の流体によって接触される第１のシート膜及び第２のシート膜と、第２の流体を受容するための、第１のシート膜と第２のシート膜との中間にある内部と、を含むシート膜装置が提供される。第１及び第２のシート膜は、第１及び第２のシート膜を介した第１の流体と第２の流体との間の物質移動を可能にするように構成されている。シート膜装置は、第１のシート膜と第２のシート膜との間のシール部材と、第１及び第２のシート膜を一緒に圧迫して第１及び第２のシート膜をシール部材と係合させるように構成されたクランプと、を更に含む。第１及び第２のシート膜は、滑りやすく且つ可撓性であり得、クランプは、シール部材を第１及び第２のシート膜と係合させて、第１及び第２のシート膜とシール部材との間に密封を形成する。更に、内部の第２の流体は、１０ｐｓｉを超えるなど、加圧されてもよく、クランプは、加圧された第２の流体がシート膜とシール部材との間に染み出すのを阻止する。 [0006] 本開示はまた、ファンなどの気流発生器と、入口ヘッダと、出口ヘッダと、入口ヘッダから流体を受け取り、その流体を出口ヘッダの方に誘導するように構成された複数のシート膜カセットと、を含むシート膜システムも提供する。シート膜カセットは、各々が、気流発生器により移動される空気によって接触される第１のシート膜及び第２のシート膜を含む。シート膜カセットは、各々が、流体を受容するために、少なくとも部分的に第１及び第２のシート膜によって画定された内部と、第１のシート膜と第２のシート膜との間にありこれらと係合されたシール部材と、を有する。更に、シート膜カセットは、第１及び第２のシート膜の両側に支持体を有しており、支持体は、第１及び第２のシート膜をシール部材と係合された状態に保つ。シート膜は、シート膜カセットの内部の流体によって接触されると、伸長し、膨張し、又は別様に形状を変化させ得る。支持体は、シート膜カセットの内部の流体によってシート膜が湿潤される際のシート膜の形状の変化にもかかわらず、シート膜をシール部材と係合された状態に確実に保つことができる。 [0007] 本開示はまた、シート膜カセットを組み立てる方法も提供する。この方法は、第１のシート膜と第２のシート膜との間にシール部材を位置決めすることを含み、シール部材並びに第１及び第２のシート膜は、シート膜カセットの内部の少なくとも一部を形成する。この方法は、シート膜カセットの流体入口及び流体出口を提供することを含む。更に、この方法は、シール部材を第１のシート膜と第２のシート膜との間にクランプして、シール部材を第１及び第２の膜と係合させ、それらの間に耐流体性接続を形成することを含む。それによって、この方法は、滑りやすく且つ／又は脆弱であり得、従来のアプローチを用いて一緒に固定することが困難であるシート膜の間に耐流体性接続を有するシート膜カセットを組み立てることを容易にする。 [0008] 複数のシート膜カセットアセンブリを有する熱交換器システムの概略図である。[0009] 膜カセットを含む図１のシート膜カセットアセンブリの斜視図である。[0010] 図２Ａのシート膜カセットアセンブリの正面図である。[0011] 図２Ａのシート膜カセットアセンブリの側面図である。[0012] 図２Ａのシート膜カセットアセンブリの部分分解斜視図である。[0013] 図２Ａのシート膜カセットアセンブリのシート膜カセットのうちの１つの斜視図である。[0014] 図４Ａのシート膜カセットの分解図である。[0015] 図４Ａの線５－５に沿った、図４Ａのシート膜カセットの一部の断面図である。[0016] 図４Ａのシート膜カセットの外フレームの斜視図である。[0017] 図４Ａの膜カセットのシート膜の間に形成された内部と連通する入口ポート及び出口ポートの斜視図である。[0018] 中央フレームを含む、別の一実施形態によるシート膜カセットの周囲の概略断面図である。[0019] 入口ポート及び出口ポートを含む、図８Ａの中央フレームの概略立面図である。[0020] 膜カセットのシート膜の間に１つ以上のスペーサを含む、別の一実施形態によるシート膜カセットの概略側面断面図である。[0021] 一実施形態による図９Ａのスペーサの概略正面断面図である。[0022] 隣接するシート膜カセットのシート膜間の接触を制限するためにシート膜カセット間の間隔を増加させた、隣接するシート膜カセットのシート膜の側面概略図である。[0023] シート膜カセットを互いにより近接して位置決めすることを容易にする互い違いの膨出配置を有する、隣接するシート膜カセットのシート膜の側面概略図である。[0024] 隣接するシート膜カセットのシート膜間の接触を制限するためにシート膜カセットのフレームに沿って支持体の密度を増加させた、隣接するシート膜カセットのシート膜の側面概略図である。[0025] 隣接するシート膜カセットのシート膜間の接触を制限するためにより剛性の膜材料を有する、隣接するシート膜カセットのシート膜の側面概略図である。[0026] シート膜カセットのシート膜の間にバッフルプレートを含む、別の一実施形態によるシート膜カセットの周囲の概略側面断面図である。[0027] 図１１Ａのバッフルプレートの斜視図である。[0028] 図１１Ａのバッフルプレートの側面図である。 [0029] 一態様においては、複数のシート膜カセットと、シート膜カセットの間の通路とを含むシート膜カセットアセンブリが提供される。シート膜カセットは第１の流体を受容し、通路は第２の流体を受容する。シート膜カセットは、各々が、第１の流体を受容する内部を間に備えるシート膜を有している。シート膜は、第１の流体と第２の流体との間の物質移動及び／又は伝熱を容易にするように構成されている。更に、各シート膜カセットは、第１及び第２のシート膜の周りに延在するシール層を含む。各シート膜カセットは、シール層を第１及び第２のシート膜の周囲と係合させる第１及び第２のフレーム部材を更に含む。係合されたシール層及びシート膜は、シート膜間に流体密封シールを形成する。シート膜装置は、第１のシート膜と第１のフレーム部材との間、及び第２のシート膜と第２のフレーム部材との間に、シート膜と第１及び第２のフレーム部材との間の確実な接続を提供する固定層を含んでいてもよい。一実施形態においては、シール層は、第１のフレーム部材とシート膜のうちの１つとの中間にある第１のシール層と、第２のフレーム部材と別の１つのシート膜との中間にある第２のシール層と、を含む。シート膜カセットアセンブリは、伝熱、液体乾燥剤除湿、炭素回収、膜真空除湿、及び浸透気化（例えばアルコール脱水又は蒸留）等の種々の分野で使用するために構成され得る。 [0030] 図１に関しては、第１の熱交換器１０２及び第２の熱交換器１０８を含む熱交換器システム１００が提供される。熱交換器１０２は、１つ以上のシート膜カセットアセンブリ１０４を含み得る。シート膜カセットアセンブリ１０４は、各々が、シート膜カセット１０６（図２Ａを参照）のような複数の熱交換器カセットを備えている。熱交換器１０８は、産業プロセスから又は建物の冷却からの熱などの熱を受け取り、その熱を熱交換器システム１００の水又は水／グリコール混合物などの作動流体に伝達する。流体は、液体及び気体を含むことができ、その割合は、作動流体が熱交換器システム１００全体を通って移動するにつれて変動し得る。熱交換器システム１００は、熱交換器１０８から熱交換器１０２へ及び熱交換器１０２から熱交換器１０８へ流体を圧送するように動作可能な、ポンプ１１０のような１つ以上のポンプを含む。流体は、熱交換器１０８から熱交換器１０２の入口ヘッダ１１１へ、そして膜カセット１０６を通って熱交換器１０２の出口ヘッダ１１５へ圧送される。熱交換器１０２は、以下で更に詳細に述べるように、シート膜カセットアセンブリ１０４を通して空気を引き込んで、膜カセット１０６を通って流れる流体から熱を除去するように動作可能な、１つ以上のファンアセンブリ１１６などの気流発生器を含む。冷却された流体は、ポンプ１１０によって、膜カセット１０６の出口ヘッダ１１５から熱交換器１０８へ圧送される。熱交換器システム１００は、以下で述べるように、液体、気体、又は液体／気体混合物などの流体をシステム１００に追加して膜カセット１０６から浸み出す流体を補償する流体供給部１１３を更に含み得る。 [0031] シート膜カセットアセンブリ１０４は、熱交換器１０２の外側構造又はハウジング１０７内にあってもよい。熱交換器１０２は、熱交換器１０２の所望の冷却能力を提供するために、複数のシート膜カセットアセンブリ１０４を含み得る。図１に示されるように、シート膜カセットアセンブリ１０４は、相互にスタックされていてもよい。１つのスタックに２つのシート膜カセットアセンブリ１０４が示されているが、他の実施形態においては、３つ以上のシート膜カセットアセンブリ１０４が相互にスタックされていてもよい。熱交換器１０２は、空気通路１２４によって分離された、シート膜カセットアセンブリ１０４の２つ以上のスタックを含む。ファンアセンブリ１１６は、ファン１１６Ｂに連結されたモータ１１６Ａを含み得る。モータ１１６Ａは、ファン１１６Ｂを回転させて、空気を、概ね経路１２６に沿って、入口１１７を介してハウジング１０７内へ移動させ、シート膜カセットアセンブリ１０４を通って移動させ、空気通路１２４を通って上方に移動させ、出口１１９を介して熱交換器１０２から外へ移動させるように動作し得る。シート膜カセットアセンブリ１０４を通る空気の移動は、シート膜カセットアセンブリ１０４内の流体から熱を除去する。 [0032] 図２Ａから図３に関しては、シート膜カセットアセンブリ１０４のうちの１つが示されている。シート膜カセットアセンブリ１０４は、膜カセット１０６のような複数のシート膜装置を含む。膜カセット１０６は、隣り合って配置されると共に互いに接続されて、膜カセット１０６のアレイを形成し得る。例えば、コネクタロッド１１８（図３を参照）が、スタックされた膜カセット１０６を互いに連結するべく、膜カセット１０６の取付開口１２０を通って延在している。各コネクタロッド１１８はねじ付き端部１２１を含んでいてもよく、そこにナット１２２（図２Ａを参照）がねじ止めされて