(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にガス不透過性の少なくとも１つのイオン交換膜を通じて、少なくとも１つの不純物を含む蒸気供給物の一部を、前記少なくとも１つの膜の第１の表面と前記蒸気供給物とを接触させて浄化蒸気が前記膜の反対の第２の表面から流れることによって、通過させるステップを備え、
前記ガス不透過性のイオン交換膜は、前記不純物に対してよりも水蒸気に対してより透過性があり、これにより少なくとも９９．９重量％の純度の浄化蒸気が得られ、
前記蒸気供給物は、当該蒸気供給物が飽和する作動温度および作動圧力であり、
実質的にガス不透過性の前記イオン交換膜は、スルホン酸、カルボン酸、フェノール、およびそれらの塩からなる群から選択された官能基を含むフッ素含有ポリマーを有する膜であって、標準雰囲気および標準圧力で１０−３ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ未満の窒素ガスの漏出速度を有し、該膜と外部物質との間でイオン結合またはイオン交換することができる膜である、
蒸気の浄化方法。
【請求項２】
前記浄化蒸気は、大気より低い圧力である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記イオン交換膜が、ペルフルオロエチレンの共重合体、および酸基を含むペルフルオロビニル、ならびにそれらの塩、からなる群から選択される成分を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記塩は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩およびそれらの組合せ、からなる群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記膜は、標準雰囲気および標準圧力で１０−６ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ未満のガス漏出速度を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記膜は、少なくとも１００：１の水蒸気透過率対不純物ガス透過率の割合を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記蒸気供給物が、さらに、前記膜を実質的に通過しないパージ流部分を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記パージ流は連続して維持される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記パージ流は断続的に維持される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記膜が、該膜の第２の表面を含んでいる多孔質支持体によって支持される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの不純物を含む蒸気供給物の前記第１の部分が、実質的にガス不透過性のイオン交換膜のアレイを通過し、このアレイは、中空のファイバ膜のアレイまたは平らなシート膜のアレイを含み、該アレイにおいて前記膜が互いに実質的に平行に位置決めされている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記浄化蒸気が、１ｐｐｍを越えない不純物を含んでいる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記不純物が、ホウ酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩、硫酸塩、有機種、金属種、アンモニア、尿素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、エタン、炭化水素、硫化水素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、プロトン性極性種、アルカリ性種、および生体活性物質、からなる群から選択される少なくとも１つの種を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記不純物が粒子状種を含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記生体活性物質は、カビ、カビ胞子、プリオン、ウィルス、アレルゲン、タンパク質、および細菌からなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記不純物が不純物ガスである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記蒸気供給物が、２０℃〜１５０℃の作動温度で、かつ、少なくとも９０重量％水である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
石油の回収のために使用される噴射蒸気から不純物を除去すること、
環境内に放出する前に、排出された蒸気から不純物を取り除くこと、
大気に通気を案内する前に、排出された蒸気から前記不純物を取り除くこと、および、
薬剤使用のためにきれいな蒸気を生成することもしくは薬剤使用のため超純水を生成すること、
からなる群から選択される少なくとも１つのプロセスにおいて使用される浄化蒸気を調整することのための請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項１９】
蒸気供給源と、
少なくとも１つの実質的にガス不透過性のイオン交換膜の第１の表面に蒸気供給物を案内する第１の通路と、
実質的にガス不透過性の膜の反対の表面から離れるように浄化した蒸気を案内する第２の通路と、
前記蒸気供給物のパージ流を膜から離れるように案内する第３の通路と、
を備え、
実質的にガス不透過性の前記イオン交換膜は、スルホン酸、カルボン酸、フェノール、およびそれらの塩からなる群から選択された官能基を含むフッ素含有ポリマーを有する膜であって、標準雰囲気および標準圧力で１０−３ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ未満の窒素ガスの漏出速度を有し、該膜と外部物質との間でイオン結合またはイオン交換することができる膜である、
蒸気浄化システム。
【請求項２０】
さらに、
予め選択された、膜を横断する圧力差を維持するように構成された、ヒータ、圧力トランスデューサおよびコントローラを備えている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
請求項１記載の蒸気の浄化方法において蒸気の流量を測定する方法であって、
第１の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気に接触させるステップと、
第２の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から、濾過された蒸気を集めるステップと、
第１の圧力および第２の圧力を測定するステップと、
第１の圧力および第２の圧力の測定により蒸気質量の流量を決定するステップと、
を含む、蒸気の流量を測定する方法。
【請求項２２】
請求項１記載の蒸気の浄化方法において蒸気の流量を制御する方法であって、
第１の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気に接触させるステップと、
第２の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から蒸気を集めるステップと、
第１の圧力および第２の圧力を測定するステップと、
第１の圧力と第２の圧力の間の差を決定するステップと、
その差から蒸気質量の流量を決定するステップと、
蒸気質量の流量が所定の値と一致するまで、前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の差を変えるステップと、
を含む、蒸気の流量を制御する方法。
【請求項２３】
前記第１の圧力と前記第２の圧力との間の差を変えるステップが、
ボイラの温度を調整すること、
１つ以上の弁もしくは圧力抑制装置を用いて、前記共重合体膜の第１の側の第１の圧力を変えること、および、
１つ以上の弁もしくは圧力抑制装置を用いて、前記共重合体膜の反対の第２の表面での第２の圧力を変えること、からなる群から選択される、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月１３日出願の米国仮特許出願第６０／７１６，７２７号、および、２００６年５月４日出願の米国仮特許出願第６０／７９８，８０５号の特典を請求するものであり、その開示の全体を参照して本明細書に援用しここに明示的に本出願の一部とされる。
【０００２】
超高純度の蒸気を生成する方法が提供される。この方法は、非多孔性イオン膜を通る水蒸気の高速度の拡散を生成する能力に基づいている。高い拡散速度を有するために、膜にまがたる圧力差は、約０．５ｋＰａ以下から約３５０ｋＰａ以上まであることが好ましい。膜を横断する水蒸気に対するこのような高い圧力差を生成するため、作動水蒸気圧力は、１００℃に近づくまたはこれを超える温度で、完全に飽和または過飽和される。また、システムが減圧で作動される場合、より低い温度が使用されてもよい。このような場合、１０℃以下に近づく温度を使用することができる。周囲より明らかに高い温度での膜の最適な動作のために、浄化されていない水蒸気が提供される膜の側（膜の供給側）は水蒸気で飽和されることが好ましい。
【背景技術】
【０００３】
高純度の蒸気は、半導体製造、医療用のガスの生成、オイルの回収および燃料電池技術で利用されるプロセスを含む現在の先進技術プロセスでの多くの応用例で使用される。高純度の蒸気は、プロセスに導入される有廃棄副産物等の不純物が最小であるため、例えば（電子工学および半導体産業などにおける）半導体の表面上の薄膜ゲート酸化物の製造、金属酸化物または他の薄膜の成長において、超高純度洗浄プロセス、およびフォトリソグラフィプロセスに対するフォトレジスト除去において、シリコンの酸化に使用することができる。
【０００４】
製薬およびバイオテクノロジー産業では、高純度の蒸気は殺菌に使用され、または濃縮して高純度水を生成することができる。標準的な脱イオン化プロセスより通常は高価だが、高純度蒸気からの液体水の製造により、少ない量の、例えば、プリオン、ウィルス、アレルゲン、タンパク質、細菌、および標準的な水の脱イオン化プロセスによっては効果的に除去することができない生体系に存在する他の生物活性高分子または物質を有する生成物を作り出すことができる。さらに、通常は脱イオン化水システムを通過するホウ酸塩およびケイ酸塩などの無機物質、または、金属スチルから生成される水に特徴的である鉄、ニッケル、クロム、銅および他の有害金属などの金属物質を実質的に少ないレベルで含む水が超純度蒸気から得ることができる。
【０００５】
通常、技術的および工業的応用例での蒸気は、脱イオン化水を単に沸騰させることによって、または気体水素および酸素を反応させて水蒸気を作り出すことによって、生成される。後者の場合、純粋な蒸気の生成は、生成物水蒸気内に残っている残留酸素および／または水素の存在により実際は不可能である。これらの成分を除去するにはしばしば、追加の高額で複雑な分離プロセスが必要である。さらに、高濃度の気体水素がしばしば、水素（約１００ｋＰａの圧力で約８％）の爆発限界より十分上の高温で行われる、酸素との合成反応に必要である。このような条件で行われる蒸気合成プロセスは、適切に行われない場合、危険な安全性に関する問題を提示する可能性がある。
【０００６】
高純度脱のイオン化水を単に沸騰させて蒸気を作り出すことで、蒸気を生成させるための水素と酸素との直接反応に固有の問題および危険を防ぐことができる。しかし、溶解したガスを除去することは難しいことがあり、しばしば高額である可能性がある気密環境内での多数の蒸発／濃縮サイクルを必要とする。さらに、塩または金属などの通常は揮発性ではない材料を含むエアロゾルが蒸発プロセス中に生成されうる。このようなエアロゾルを含む蒸気が使用点で濃縮されると、これらの不純物が濃縮液に組み込まれ、液体水に望ましくない不純物が加わる可能性があり、それによって不純物の除去に必要なその後の処理工程でより高い費用につながる可能性がある。超純水自体は腐食性が非常に高いので、ボイラを構成するのに使用される材料はどれでも（例えば、石英、ステンレス鋼、ガラスなど）は、蒸気内に溶解し、その後エアロゾル内に含まれうる。
【０００７】
有毒材料を活性化させるために蒸気が使用されるプロセス、例えばオイル回収のための蒸気圧入などでは、飽和蒸気が、環境内に放出すべきではない注入による副産物を含んでいる可能性がある。炭化水素、硫化物、および他の有毒不純物を除去するための蒸気の浄化により、浄化蒸気を直接大気へ放出することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の方法の制限および欠点を克服する、高純度の蒸気を生成する新規の方法および装置の開発の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、第１の態様では、不純物の除去による蒸気供給物よりも高い純度を有する浄化された蒸気を形成するために、作動温度および作動圧力で少なくとも１つの実質的にガス不透過性のイオン交換膜を通して蒸気供給物を通過させるステップを含み、蒸気供給物が、その作動温度および作動圧力で飽和される、蒸気を浄化する方法が提供される。
【００１０】
第１の態様の一実施形態では、浄化された蒸気は大気より低い圧力である。
【００１１】
第１の態様の一実施形態では、供給蒸気は外部プロセスで生成される。
【００１２】
第１の態様の一実施形態では、供給蒸気は商業プロセスまたは工業プロセスからの廃棄副産物である。
【００１３】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、スルホン酸、カルボン酸、フェノール、およびそれらの塩からなる群から選択された官能基を含んでいる。
【００１４】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、少なくとも３００の当量を有するポリマーを含んでいる。
【００１５】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、少なくとも１０００の当量を有するポリマーを含んでいる。
【００１６】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、少なくとも２０００の当量を有するポリマーを含んでいる。
【００１７】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、無機酸化物に含浸される。
【００１８】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、フッ素含有ポリマーを含んでいる。
【００１９】
第１の態様の一実施形態では、イオン交換膜は、酸性基、またはその塩を含むペルフルオロエチレンおよびペルフルオロビニルの共重合体である。
【００２０】
第１の態様の一実施形態では、酸性基は、スルホン酸およびカルボン酸からなる群から選択される。
【００２１】
第１の態様の一実施形態では、塩は、アルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩からなる群から選択される。
【００２２】
第１の態様の一実施形態では、膜は、スルホン酸基またはそのカリウム塩を含むペルフルオロエチレンおよびペルフルオロビニルの共重合体を含んでいる。
【００２３】
第１の態様の一実施形態では、膜は、カルボン酸基またはそのカリウム塩を含むペルフルオロエチレンおよびペルフルオロビニルの共重合体を含んでいる。
【００２４】
第１の態様の一実施形態では、膜は、標準的な雰囲気および圧力で１０−３ｃｍ３／ｃｍ−ｓ未満のガス漏出速度を有する。
【００２５】
第１の態様の一実施形態では、膜は、標準的な雰囲気および圧力で１０−６ｃｍ３／ｃｍ−ｓ未満のガス漏出速度を有する。
【００２６】
第１の態様の一実施形態では、膜は、少なくとも１００：１の水蒸気透過率対不純物ガス透過率の割合を有する。
【００２７】
第１の態様の一実施形態では、膜は、少なくとも１０００：１の水蒸気透過率対不純物ガス透過率の割合を有する。
【００２８】
第１の態様の一実施形態では、膜は、少なくとも１００００：１の水蒸気透過率対不純物ガス透過率の割合を有する。
【００２９】
第１の態様の一実施形態では、膜は、少なくとも１００００００：１の水蒸気透過率対不純物ガス透過率の割合を有する。
【００３０】
第１の態様の一実施形態では、通過ステップは、少なくとも１つの膜の第１の表面を蒸気供給物と接触させるステップと、浄化した蒸気を膜の反対の第２の表面から流すことを可能にするステップとを含んでいる。
【００３１】
第１の態様の一実施形態では、この方法はさらに、第１の表面を膜を実質的に通過しない蒸気供給物のパージ流に接触させるステップを含んでいる。
【００３２】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物のパージ流は、蒸気供給物の一部である。
【００３３】
第１の態様の一実施形態では、この方法はさらに、パージ流の速度を制御するステップを含んでいる。
【００３４】
第１の態様の一実施形態では、この方法はさらに、パージ流の速度を制御することによって少なくとも１つの膜を通過する蒸気の流量を最大限にするステップを含んでいる。
【００３５】
第１の態様の一実施形態では、パージ流の速度は、膜の下流側に位置決めされたバルブによって制御される。
【００３６】
第１の態様の一実施形態では、パージ流の速度は、膜の上流側に位置決めされたバルブによって制御される。
【００３７】
第１の態様の一実施形態では、パージ流の速度は、膜の上流側に位置決めされたバルブによって制御され、バルブは上流側圧力を放出することによって上流側圧力を制御する。
【００３８】
第１の態様の一実施形態では、パージ流は連続して維持される。
【００３９】
第１の態様の一実施形態では、パージ流は断続的に維持される。
【００４０】
第１の態様の一実施形態では、この方法はさらに、膜の厚さにわたって一定の蒸気圧力差を維持するステップを含んでいる。
【００４１】
第１の態様の一実施形態では、蒸気圧力差は、上流側バルブにより蒸気供給物の圧力を制御することによって維持される。
【００４２】
第１の態様の一実施形態では、蒸気圧力差は、上流側温度を変えることによって蒸気供給物の圧力を制御することによって維持される。
【００４３】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物の流量は、膜の下流側に位置決めされたバルブによって制御される。
【００４４】
第１の態様の一実施形態では、多孔質支持体は、膜の第２の表面に接触する。
【００４５】
第１の態様の一実施形態では、膜は互いに対して実質的に平行に位置決めされた膜のアレイを含んでいる。
【００４６】
第１の態様の一実施形態では、膜のアレイは管のアレイを含んでいる。
【００４７】
第１の態様の一実施形態では、膜のアレイは平面シートのアレイを含んでいる。
【００４８】
第１の態様の一実施形態では、各膜は、約０．５ミクロンから約２０００ミクロンの厚さを有する。
【００４９】
第１の態様の一実施形態では、各膜は、約０．５ミクロンから約２００ミクロンの厚さを有する。
【００５０】
第１の態様の一実施形態では、各膜は、約０．５ミクロンから約１００ミクロンの厚さを有する。
【００５１】
第１の態様の一実施形態では、各膜は、約０．５ミクロンから約５０ミクロンの厚さを有する。
【００５２】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、蒸気供給物の合計重量に対して約８０％から約９９重量％の純度を有する。
【００５３】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、蒸気供給物の合計重量に対して約８５％から約９９重量％の純度を有する。
【００５４】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、蒸気供給物の合計重量に対して約９５％から約９９．９重量％の純度を有する。
【００５５】
第１の態様の一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９０重量％の純度を有する。
【００５６】
第１の態様の一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９９重量％の純度を有する。
【００５７】
第１の態様の一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９９．９重量％の純度を有する。
【００５８】
第１の態様の一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９９．９９重量％の純度を有する。
【００５９】
第１の態様の一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９９．９９９重量％の純度を有する。
【００６０】
第１の態様の一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９９．９９９９重量％の純度を有する。
【００６１】
第１の態様の一実施形態では、１ｐｐｍ以下への前記蒸気供給物の不純物含有量の減少が達成される。
【００６２】
第１の態様の一実施形態では、１ｐｐｂ以下への前記蒸気供給物の不純物含有量の減少が達成される。
【００６３】
第１の態様の一実施形態では、１００ｐｐｔ以下への前記蒸気供給物の不純物含有量の減少が達成される。
【００６４】
第１の態様の一実施形態では、１ｐｐｔ以下への前記蒸気供給物の不純物含有量の減少が達成される。
【００６５】
第１の態様の一実施形態では、不純物は金属種を含んでいる。
【００６６】
第１の態様の一実施形態では、不純物は、ホウ酸塩、ケイ酸塩、リン酸塩、および硫酸塩からなる群から選択した少なくとも１つの種を含んでいる。
【００６７】
第１の態様の一実施形態では、不純物は有機種を含んでいる。
【００６８】
第１の態様の一実施形態では、不純物は、アンモニア、尿素、および窒素を含む種からなる群から選択した少なくとも１つの種を含んでいる。
【００６９】
第１の態様の一実施形態では、不純物は気体である。
【００７０】
第１の態様の一実施形態では、不純物は、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、エタン、炭化水素、硫化水素、ＳＯｘ、およびＮＯｘからなる群から選択した少なくとも１つの種を含んでいる。
【００７１】
第１の態様の一実施形態では、不純物はプロトン性極性種を含んでいる。
【００７２】
第１の態様の一実施形態では、不純物はアルカリ性種を含んでいる。
【００７３】
第１の態様の一実施形態では、不純物は粒子状種を含んでいる。
【００７４】
第１の態様の一実施形態では、不純物は生体活性物質を含んでいる。
【００７５】
第１の態様の一実施形態では、不純物は、カビ、カビ胞子、プリオン、ウィルス、アレルゲン、タンパク質、および細菌からなる群から選択された少なくとも１つの材料を含んでいる。
【００７６】
第１の態様の一実施形態では、供給蒸気は大気より低い圧力である。
【００７７】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約１０℃から３００℃の温度で膜を通過する。
【００７８】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約１０℃から１００℃の温度で膜を通過する。
【００７９】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約８０℃から３００℃の温度で膜を通過する。
【００８０】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約１００℃から３００℃の温度で膜を通過する。
【００８１】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約１５０℃から３００℃の温度で膜を通過する。
【００８２】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約１００℃から１６０℃の温度で膜を通過する。
【００８３】
第１の態様の一実施形態では、蒸気供給物は、約１００℃から１５０℃の温度で膜を通過する。
【００８４】
第１の態様の一実施形態では、この方法はさらに、アルコール、有機酸、ケトン、ヒドロキシル含有化合物、および硫黄含有化合物からなる群から選択した少なくとも１つの種を予め濾過するステップを含んでいる。
【００８５】
第１の態様の一実施形態では、この方法は、半導体表面上で酸化物を成長させるためのものである。
【００８６】
第１の態様の一実施形態では、この方法は、半導体ウェーハからフォトレジストを除去するためのものである。
【００８７】
第１の態様の一実施形態では、この方法は、半導体ウェーハから不純物を除去する際に使用するためのものである。
【００８８】
第１の態様の実施形態では、この方法は、石油の回収のために使用される噴射蒸気から不純物を除去する際に使用するためのものである。
【００８９】
第１の態様の一実施形態では、この方法は、環境内に放出する、または大気に通気を案内する前に排出した蒸気から不純物を取り除く際に使用するためのものである。
【００９０】
第１の態様の一実施形態では、この方法は、薬剤使用のためにきれいな蒸気を生成する際に使用するためのものである。
【００９１】
第１の態様の一実施形態では、この方法は、薬剤使用のために超純水を生成するためのものである。
【００９２】
第２の態様では、蒸気供給物源と、少なくとも１つの実質的にガス不透過性のイオン交換膜の１つの表面に蒸気供給物源を案内する第１の通路と、実質的にガス不透過性の膜の反対の表面から離れるように浄化した蒸気を案内する第２の通路とを備えた、蒸気浄化システムが提供される。
【００９３】
第２の態様の一実施形態では、蒸気供給物源は、ヒータに取り付けられた容器内に入れられた水を含んでいる。
【００９４】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、膜を通過しない第１の表面と接触する蒸気供給物のパージ流を含んでいる。
【００９５】
第２の態様の実施形態では、システムは、蒸気供給物のパージ流を膜から離れるように案内する第３の通路をさらに備えている。
【００９６】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、パージ流の流量を制御するために、第３の通路に取り付けられているバルブまたはオリフィスを備えている。
【００９７】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、浄化した蒸気の流量を制御するために、第２の通路に取り付けられているバルブを備えている。
【００９８】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、蒸気供給物の流量を制御するために、第１の通路に取り付けられているバルブを備えている。
【００９９】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、膜の第２の表面に接触する多孔質支持体を備えている。
【０１００】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、水をシステム内に維持するバルブおよび水位制御スイッチを備えている。
【０１０１】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、システム内の水位を監視するように蒸気供給物に対する平行脚部を備えている。
【０１０２】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、膜を横断する正しい圧力差を維持するように、ヒータ、圧力トランスデューサ、およびコントローラを備えている。
【０１０３】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、第１の通路、第２の通路、および第３の通路の少なくとも１つを大気より低い圧力に接続させる通路を備えている。
【０１０４】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、有機アルコール、アルデヒド、有機酸、他の有機分子、および硫黄含有化合物からなる群から選択した少なくとも１つの種を除去する前置フィルタを備えている。
【０１０５】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、イオン分子を除去する前置フィルタを備えている。
【０１０６】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、生体物質を除去する前置フィルタを備えている。
【０１０７】
第２の態様の一実施形態では、システムはさらに、無機物を除去する前置フィルタを備えている。
【０１０８】
第３の態様では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気供給物に接触させるステップと、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から浄化蒸気を収集するステップと、浄化蒸気の量が蒸気供給物の量より少ないように、蒸気供給物の少なくとも一部で第１の表面をパージするステップとを含む、蒸気を浄化する方法が提供される。
【０１０９】
第３の態様の一実施形態では、蒸気供給物は少なくとも９０％の純度を有する。
【０１１０】
第３の態様の一実施形態では、蒸気供給物は少なくとも９９％の純度を有する。
【０１１１】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、１０℃から３００℃までの温度で操作される。
【０１１２】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、１０℃から１００℃までの温度で操作される。
【０１１３】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、８０℃から３００℃までの温度で操作される。
【０１１４】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、１００℃から３００℃までの温度で操作される。
【０１１５】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、１００℃から１５０℃までの温度で操作される。
【０１１６】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、０．５ミクロンから２０００ミクロンの厚さを有する。
【０１１７】
第３の態様の一実施形態では、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第２の表面は多孔質構造によって支持され、ある量の浄化蒸気が集められその後多孔質構造を通して運ばれる。
【０１１８】
第３の態様の一実施形態では、多孔質構造は、ポリマー、セラミック、および金属からなる群から選択されている。
【０１１９】
第３の態様の一実施形態では、多孔質構造は、ポリテトラフルオロエチレン、石英、および３１６Ｌステンレス鋼からなる群から選択されている。
【０１２０】
第４の態様では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気供給物と接触させるステップと、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から浄化した蒸気を収集するステップと、浄化した蒸気の量が蒸気供給物の量より少ないように、第１の表面を蒸気供給物の少なくとも一部で浄化するステップとを含む、蒸気を浄化する方法が提供される。
【０１２１】
第４の態様の一実施形態では、蒸気供給物の量は、少なくとも９０％の純度を有する。
【０１２２】
第４の態様の一実施形態では、蒸気供給物の量は、少なくとも９９％の純度を有する。
【０１２３】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、操作中に１０℃から３００℃の温度に曝される。
【０１２４】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、操作中に１０℃から１００℃の温度に曝される。
【０１２５】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、操作中に８０℃から３００℃の温度に曝される。
【０１２６】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、操作中に１００℃から３００℃の温度に曝される。
【０１２７】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、操作中に１００℃から１５０℃の温度に曝される。
【０１２８】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜は、０．５ミクロンから２０００ミクロンの厚さを有する。
【０１２９】
第４の態様の一実施形態では、ペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第２の表面は多孔質構造によって支持され、ある量の浄化蒸気が集められその後多孔質構造を通して運ばれる。
【０１３０】
第５の態様では、第１の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気に接触させるステップと、第２の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から蒸気を集めるステップと、第１の圧力および第２の圧力を測定するステップと、第１の圧力および第２の圧力の測定により蒸気質量の流量を決定するステップとを含む、蒸気の流量を測定する方法が提供される。
【０１３１】
第５の態様の一実施形態では、第１の圧力および第２の圧力は大気より低い圧力である。
【０１３２】
第６の態様では、第１の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気に接触させるステップと、第２の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から蒸気を集めるステップと、第１の圧力および第２の圧力を測定するステップと、第１の圧力と第２の圧力の間の差を決定するステップと、その差から蒸気質量の流量を決定するステップと、蒸気質量の流量が所定の値と一致するまでその差を変えるステップとを含む、蒸気の流量を制御する方法が提供される。
【０１３３】
第６の態様の一実施形態では、第１の圧力および第２の圧力は大気より低い圧力である。
【０１３４】
第７の態様では、第１の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気に接触させるステップと、第２の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から蒸気を集めるステップと、第１の圧力および第２の圧力を測定するステップと、第１の圧力および第２の圧力の測定により蒸気質量の流量を決定するステップとを含む、蒸気の流量を測定する方法が提供される。
【０１３５】
第７の態様の一実施形態では、第１の圧力および第２の圧力は大気より低い圧力である。
【０１３６】
第８の態様では、第１の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の第１の表面を蒸気に接触させるステップと、第２の圧力でペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体膜の反対の第２の表面から蒸気を集めるステップと、第１の圧力および第２の圧力を測定するステップと、第１の圧力と第２の圧力の間の差を決定するステップと、その差から蒸気質量の流量を決定するステップと、蒸気質量の流量が所定の値と一致するまでその差を変えるステップとを含む、蒸気の流量を制御する方法が提供される。
【０１３７】
第８の態様の一実施形態では、第１の圧力および第２の圧力は大気より低い圧力である。
【０１３８】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、いくつかの好ましい実施形態を図示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１３９】
以下の説明および例は、本発明の好ましい実施形態を詳細に示す。当業者は、その範囲に含まれる本発明のいくつかの変更形態および変形形態があることが分かるだろう。したがって、好ましい実施形態の説明は、本発明の範囲を制限するとみなすべきではない。
【０１４０】
浄化蒸気
蒸気供給物よりも高純度の浄化蒸気を形成するために、少なくとも１つの実質的にガス不透過性のイオン交換膜を通して、蒸気供給物を通過させるステップを含む、蒸気を浄化する方法が提供される。
【０１４１】
本明細書で使用される「蒸気」という用語は広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものである（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）。これに限るものではないが、飽和水蒸気を含むガス混合物のことをいう。本明細書で使用される「蒸気供給物（steam feed）」という用語は広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものである（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）。これに限るものではないが、少なくとも１つの不純物、例えば、あらゆる固体、液体、または、水蒸気以外のガス、を有する蒸気のことをいう。例示的な不純物としては、これに限らないが、エアロゾル、粒子、および水蒸気以外のガス（例えば、水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、炭化水素、および他の揮発性有機化合物）、カビ、カビ胞子、ウィルス、プリオン、高分子、細菌、金属、およびイオン材料を含む生物材料が挙げられる。当業者は、不純物の量は相対的であってもよく、許容不純物レベルが蒸気に対する最終的な用途によって決定できることは簡単に分かる。一実施形態では、蒸気供給物は、約１０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、または９５０ｐｐｂより大きい量、または約１１０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、８５０、９００、または９５０ｐｐｍより大きい量、またはさらに蒸気の合計重量に対して約１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０重量％より大きい量などの、ガス混合物（例えば、１つの特定の不純物、または合計不純物のいずれかに対して）の約１ｐｐｂより大きい量の１つまたは複数の不純物を含んでいる。
【０１４２】
別の実施形態では、蒸気供給物は、蒸気供給物の合計重量に対して約８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、または８９重量％から約９９重量％以上までの含水量、またはさらに約９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、または９８重量％から約９９重量％以上までの含水量を含む、蒸気供給物の合計重量に対して約８０重量％以下から約９９重量％以上の純度（すなわち、割合含水量）を有する。
【０１４３】
本明細書で使用する「浄化蒸気」という用語は、広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものである（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）。これに限るものではないが、蒸気供給物よりも高純度（すなわち、割合含水量）を有する蒸気のことをいう。浄化蒸気は、濃縮または飽和を防ぐように過熱することができる。一実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、または９９重量％の純度、または少なくとも約９９．１、９９．２、９９．３、９９．４、９９．５、９９．６、９９．７、９９．８、または９９．９重量％の純度、または少なくとも約９９．９１、９９．９２、９９．９３、９９．９４、９９．９５、９９．９６、９９．９７、９９．９８、または９９．９９重量％の純度、または少なくとも約９９．９９１、９９．９９２、９９．９９３、９９．９９４、９９．９９５、９９．９９６、９９．９９７、９９．９９８、または９９．９９９重量％の純度、または少なくとも約９９．９９９１、９９．９９９２、９９．９９９３、９９．９９９４、９９．９９９５、９９．９９９６、９９．９９９７、９９．９９９８、または９９．９９９９重量％の純度などの、蒸気の合計重量に対して約９０重量％以上の純度を有する。
【０１４４】
別の実施形態では、浄化蒸気は、少なくとも約９９．９９９９９重量％（１００ｐｐｂ）の純度（すなわち、割合含水量）、少なくとも９９．９９９９９９重量％（１０ｐｐｂ）の純度、少なくとも９９．９９９９９９９重量％（１ｐｐｂ）の純度、または少なくとも９９．９９９９９９９９重量％（１ｐｐｔ）の純度を有する。
【０１４５】
蒸気を浄化するのに好適な形態の方法および装置を利用することが一般に好ましいが、例えばアンモニアおよびアルコールが浄化するのに用いられてもよい。また、ガスを除湿または加湿するために、またはエノール化によるアルコールへの変換により供給蒸気からアルデヒドまたはケトンを除去するために、方法および装置を利用することができる。
【０１４６】
分離膜
一実施形態では、蒸気供給物は、実質的にガス不透過性のイオン交換膜にその供給物を通すことによって浄化される。本明細書で使用される「実質的にガス不透過性の膜」という用語は、広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものである（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）。これに限るものではないが、水蒸気に対して透過性であるが、他のガス（これに限らないが水素、窒素、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素、炭化水素（例えば、メタン、エタン）、揮発性酸および塩基、耐火性化合物、および他の揮発性有機化合物など）に対して比較的不透過性である膜のことをいう。ガス不透過性は、特定なガス種に対する膜の「漏出速度」によって決定することができる。本明細書で使用される「漏出速度」という用語は、広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものであり（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）、これに限るものではないが、単位時間毎に膜表面を透過する特定のガスの量のことをいう。例えば、実質的にガス不透過性の膜は、標準大気および圧力（すなわち、海水位での条件）において約１０−３ｃｍ３／ｃｍ２／秒未満の漏出速度などの、水蒸気以外のガスの低い漏出速度を有する。別の方法では、「実質的にガス不透過性の」膜は、他のガスの透過性と比べた水蒸気の比によって特定することができる。実質的にガス不透過性の膜は、少なくとも約２０，０００：１、３０，０００：１、４０，０００：１、５０，０００：１、６０，０００：１、７０，０００：１、８０，０００：１、９０，０００：１の比、または少なくとも約１００，０００：１、２００，０００：１、３００，０００：１、４００，０００：１、５００，０００：１、６００，０００：１、７００，０００：１、８００，０００：１、９００，０００：１の比、またはさらに少なくとも約１，０００，０００：１の比などの、少なくとも約１０，０００：１の比だけ他のガスより水蒸気に対してより透過性が大きいことが好ましい。しかし、他の実施形態では、例えば１．５：１、２：１、３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、１０：１、５０：１、１００：１、５００：１、１，０００：１、または５，０００：１以上の１：１より大きい他の比も許容される。
【０１４７】
本明細書で使用される「イオン交換膜」という用語は、広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものである（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）。これに限るものではないが、膜と外部物質の間でイオン結合するまたはイオン交換することができる化学基を含む膜のことをいう。このような化学基としては、これに限らないが、スルホン酸、カルボン酸、リン酸、リン酸、砒素基、セレン酸基、フェノール、およびそれらの塩が挙げられる。化学基は、陽イオンまたはプロトンが外部源、例えば溶液またはガスから他の陽イオンと交換可能である、塩の形または酸の形であってもよい。イオン交換膜は、酸の形で提供し、アルカリ金属塩基、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムまたは炭酸水素カリウム水素化リチウム、またはアルカリ土類金属塩基、例えば水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、または炭酸マグネシウムなどの塩基で膜を前処理することによって塩の形に変換することができる。
【０１４８】
一実施形態では、イオン交換膜は、ポリマー含有交換可能イオンなどの樹脂である。イオン交換膜は、フッ素含有ポリマー、例えばポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、エチレンテトラフルオライドプロピレンヘキサフルオライド共重合体（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオライドペルフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンテトラフルオライドエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド、ビニリデンフルオライドトリフルオリネートエチレンクロライド共重合体、ビニリデンフルオライドプロピレンヘキサフルオライド共重合体、ビニリデンフルオライドプロピレンヘキサフルオライドエチレンテトラフルオライド三元重合体、エチレンテトラフルオライドプロピレンゴム、およびフッ化熱可塑性エラストマーであることが好ましい。別の方法では、樹脂は、隣接した膜材料を提供するために、ポリマーの合成物または混合物、またはポリマーおよび他の成分の混合物を含んでいる。特定の実施形態では、膜材料は２つ以上の層を含むことができる。異なる層は、同じまたは異なる特性、例えば、化学組成、気孔率、透過性、厚さなどを有することができる。特定の実施形態では、層、例えば濾過膜に支持を与える、またはいくつかの他の望ましい特性を有する膜を利用することも望ましい可能性がある。
【０１４９】
イオン交換膜は、エチレンと酸性基またはその塩を含むビニルモノマーとの共重体を含むペルフルオロ化アイオノマーであることが好ましい。例示的なペルフルオロ化アイオノマーとしては、これに限らないが、ペルフルオロスルホン酸／テトラフルオロエチレン共重合体（「ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体」）およびペルフルオロカルボン酸／テトラフルオロエチレン共重合体（「ＰＦＣＡ−ＴＦＥ共重合体」）が挙げられる。これらの膜は、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＦＬＥＭＩＯＮ（登録商標）（Ａｓａｈｉ  Ｇｌａｓｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ）、およびＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）（Ａｓａｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ）の商用名で市販されている。
【０１５０】
【化１】
0005537029.tif 000002
加水分解したスルホン酸の形のＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体
【０１５１】
ＰＦＳＡ−ＴＥＦ共重合体は、ペルフルオロスルホン酸（ペルフルオロ（４−メチル−３，６−ジオキサ−７−オクテン−１−スルホン酸））基が付けられる、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）「バックボーン」を含んでいる。６つのＴＦＥバックボーン単位毎に１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、または６つのペルフルオロスルホン酸基がある可能性がある。あらゆる適切な分子量ポリマーを利用することができるが、この分類のポリマーは通常は当量（ＥＷ）によって分類される。当量は、官能基のモル毎のポリマー材料のグラムとして定義されている。約５００ＥＷ以下から約２０００ＥＷ以上の当量が利用されることが好ましい。当量はまた、約６００、７００、８００、または９００ＥＷから約１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、または１９００ＥＷであってもよい。当量はさらに、約９１０、９２０、９３０、９４０、９５０、９６０、９７０、９８０、または９９０ＥＷから約１０００、１０１０、１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、１０７０、１０８０、または１０９０ＥＷであってもよい。単一の共重合体を利用することができる、または２つ以上の異なる共重合体の組合せ（例えば、化学組成、分子量、または他の特性が異なる）を利用することができる。単一のピーク分子量を有する共重合体が通常は好ましいが、特定の実施形態では、異なる分子量を有する様々な量のポリマー鎖で、二面性または多面性分子量分布を備えたポリマーを利用することが好ましい可能性がある。共重合体は、あらゆる構成、例えば、ブロック、テーパ状、ランダム、直線状、分岐状、および／または架橋状であってもよい。
【０１５２】
【化２】
0005537029.tif 000003
加水分解したカルボン酸の形のＰＦＣＡ−ＴＦＥ共重合体の化学構造
【０１５３】
ＰＦＣＡ−ＴＦＥ共重合体は、ペルフルオロカルボン酸（ペルフルオロ（４−メチル−３，６−ジオキサ−７−オクテン−１−カルボン酸））基が付けられる、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）「バックボーン」を含んでいる。ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体およびＰＦＣＡ−ＴＦＥ共重合体は、アルカリ金属塩基（例えば、上に記載したような）などの適切な塩基での前処理によって塩の形に変えることができる。イオン交換膜のこのような前処理プロセスは、当技術分野でよく知られており、例えば製造者の勧めに従って行うことができる。蒸気供給物の性質（例えば、不純物、不純レベル）および得られる所望の浄化蒸気によって、前処理条件を調節して、最適な膜を作り出すことができる。例えば、塩基、使用する溶剤、温度、露出時間、濯ぎ条件、イオン交換範囲（例えば、１０％以下から９０％以上まで）の選択を調節することができる。また、親水性剤で架橋する、またはポリマーを親水性成分で同時鋳造することによって、得られる膜の親水性を調節することが望ましい可能性がある。このような実施形態では、ポリマーは既に、架橋可能な基を含んでいる、または架橋可能な基を含むように官能基化される。表面化学性を変えることなく、他の形の前処理（例えば、ポリマーの表面形態を変える（気孔率を粗くする、増減する等）ための薬剤との反応などを利用することもできる。
【０１５４】
別の実施形態では、ポリマーは無機酸化物に含浸させることができる。これらの酸化物は、５〜５０℃だけ、得られる膜の熱安定性を良くすることができる。さらに、これらの無機酸化物は、２〜４０％だけ、水運搬率性を大きくすることができる。通常の無機酸化物としては例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化マンガンが挙げられる。
【０１５５】
膜は、実質的にガス不透過性であるペルフルオロアイオノマーであることが好ましい。図１は、選択したガス分子に対するＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜の相対透過率を示すチャート（参照；Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ＆Ｃｏｍｐａｎｙ）である。チャートは、ＣＯ２およびＣＯなどの他のガスに対する水蒸気の相対透過率を示している。チャートはまた、水蒸気の透過率がＣＯ２またはＣＯの透過率より３桁超大きく、酸素または窒素の透過率より実質的に６桁大きいことを示している。
【０１５６】
図１に示すチャートが示すように、水蒸気の通過を可能にしながら、水素拡散をＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜を通して効果的に抑えることができる。実質的にガス不透過性の膜は、実質的に孔がないことが好ましい。実質的にガス不透過性の膜は、気体、および粒子、エアロゾル、ウィルス、細菌、プリオン、金属、イオン、および他の空中分子不純物などの他の材料の拡散を抑えることができる。
【０１５７】
ペルフルオロアイオノマー膜厚さは、約０．５ミクロンから約２０００ミクロンであることが好ましい。漏出速度は、長い期間にわたって独立した静的システム内の圧力を監視することによって測定することができる。好ましい実施形態の膜の上で行われた測定で、窒素に対する１０−９ｃｍ３／ｃｍ２／秒の範囲の漏出速度が分かった。
【０１５８】
超純蒸気を調整する際、蒸気供給物が膜を通される。本明細書で使用する「蒸気供給物を膜に通す」という用語は、広義語であり、当業者にその通常および慣習的な意味が与えられるものである（特別なまたは特定の意味に限定されるものではなく）。これに限るものではないが、水分子が膜を通過するように膜の第１の側を蒸気供給物に接触させて、膜の反対側で浄化した蒸気を得ることをいう。第１および第２の側は、膜がシートである場合に、実質的に平らな反対の平面領域の形を有することができる。膜は、また、管状もしくは円筒状であってもよく、これらにおいては、１つの表面が管の内側部分を形成し、反対の表面がその内側表面の上にある。当業者は、第１の表面および反対の第２の表面が膜材料の大部分を挟む限り、膜があらゆる形をとりうることが簡単に分かる。処理条件、供給蒸気の性質、生成される蒸気の量、および他の要因によって、膜の特性を調節することができる。特性としては、これに限らないが、物理的形（例えば、厚さ、表面積、形状、シートの形における長さおよび幅、ファイバの形の場合の直径）、構成（（１つまたは複数の）平らなシート、（１つまたは複数の）螺旋状またはロール状シート、（１つまたは複数の）折畳みまたは捲縮シート、（１つまたは複数の）ファイバアレイ）、製造方法（例えば、溶液からの押出鋳造）、支持層の有無、活性層（例えば、特定の寸法の粒子を吸着するための多孔質前置フィルタ、化学反応または結合により不純物を除去するための反応性前置フィルタ）の有無などが挙げられる。膜は、約０．５ミクロン以下の厚さから２０００ミクロン以上の厚さ、好ましくは約１、５、１０、２５、５０、１００、２００、３００、４００、または５００ミクロンから約６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、または１９００ミクロンであることが通常は好ましい。より薄い膜が利用される場合、膜に機械的な支持を与える（例えば、支持膜、スクリーンまたは網目、または他の支持構造物を利用することによって）ことが望ましいが、より厚い膜を支持体なしで利用することができる。膜の表面積は、生成される浄化蒸気の量に基づいて選択することができる。通常、７６０トールの圧力および１０８℃のボイラ温度を有する環境に１０．０ｇ／分または１２．４リットル／分の蒸気を与えるために、少なくとも２８０ｃｍ２の表面積を有する好ましい実施形態の膜を利用することが望ましい。しかし、膜の化学的性質に基づき、より高いまたは低い表面積が望ましい可能性がある。上に挙げた条件における膜のボイラ供給側と透過側の間の圧力差は、少なくとも２４０トールに維持されることが最も好ましい。より高い圧力差は、より高い浄化蒸気流量を生じさせることができる。例えば、４４０トールで維持された圧力差は、２８０ｃｍ２の膜表面積が使用される場合に３０リットル／分の流量の浄化蒸気を生じさせることができる。圧力の制御は有利には、浄化蒸気運搬速度を調節するのに利用することができる。
【０１５９】
別の実施形態では、浄化蒸気は大気より低い圧力で運ぶことができる。これは、原子層成長法（ＡＬＤ）を含むいくつかの応用例で非常に望ましい。大気より低い圧力は、下流側の真空ポンプ、例えば、透過側に一次ポンプとボイラ側に二次ポンプ（図２）とを設けることによって達成することができる。圧力条件は、ボイラ温度および／または下流側蒸気通気を調整することによって管理することができる。圧力差条件により、大気より低い圧力での浄化蒸気運搬速度の正確な制御が可能になる。浄化蒸気は、大気圧力で、またはそれより低く維持されたボイラ圧力で、１０から７６０トールの圧力で運ぶことができる。好ましい実施形態の方法の特徴の１つは、圧力差と浄化蒸気運搬速度との関係が、独立のボイラに依存したままであることであり、透過側は、大気圧より低い状態で漸近の最大値まで上昇し、そこでは、ボイラ圧または温度が上昇しても透過速度はもはや上昇しない（図３）。さらに、大気より低い圧力により、低い温度での動作が可能になる。このような条件で、１０℃以下に近づく温度を利用することができる。
【０１６０】
ファイバ型の膜は、通常、好ましいオーバーシート型であり、これは、ファイバが利用される場合に固定量でより広い露出膜面積を提供できることによる。膜は中空ファイバを含んでおり、これらファイバはヘッダ内で各端部に固定されていることが好ましい。ファイバは通常、浄化蒸気の除去を可能にするように下端部が密封され、上端部が開いているが、いくつかの配置では、ファイバは一方または両方の端部からの浄化蒸気の除去を可能にするように両端部で開いていてもよい。別の方法では、蒸気供給物は膜ファイバの内部に与えることができ、浄化蒸気はファイバの外部を囲む空間から除去することができる。
【０１６１】
濾過装置
膜は、モジュールまたは他の適切な濾過装置内に固定されていることが好ましい。膜がファイバの形である場合、円筒形のアレイまたは束に配置されていることが好ましいが、例えば、四角形、六角形、三角形、不規則形などの他の構成も利用することができる。膜モジュールは、それぞれのヘッダの間に長手方向に延び、各端部がそれぞれのヘッダに取り付けられている複数の中空膜ファイバを含んでいることが好ましいが、例えば、両端部が単一のヘッダ内に固定されているループ状ファイバなどの他の構成も考えられる。ファイバは緊張していても緩んでいてもよく、密接に充填された構成であっても、離れていてもよい。通常、モジュール内のファイバは、約５％以下から約９５％以上、好ましくは約６、７、８、９、または１０％から約６０、６５、７０、８０、または９０％、より好ましくは約１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、または２０％から約２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、または５５％の充填密度（上に規定したような）を有する。
【０１６２】
ファイバは、その間に１つまたは複数の空間を形成するようにいくつかの束に分割することができ、または単一の束を利用することができる。通常、ファイバ間である程度の度合いの間隔を維持して、蒸気供給物の循環を容易にすることが好ましい。ファイバの束はモジュール支持スクリーンによって保護することができる。別の方法では、ケーシングはファイバを含み、１つまたは複数のヘッダに支持を与えることができる。適当に間隔を置いて配置された支持要素は、ファイバに絞られないガス流を与えることができる。別の方法では、ファイバ束を結合するのにクリップまたはリングを利用することもできる。ヘッダおよびあらゆる支持体またはケーシングで利用される材料は、高い温度および圧力条件に耐え、蒸気供給物または浄化蒸気との反応またはその汚染に耐えることができるように選択される。１つまたは複数の膜モジュールはカセットまたは電池内に配置することができ、各カセットまたは電池は蒸気源、ポンプ、バルブ、および器具類を備えることができる。
【０１６３】
好ましい一実施形態では、蒸気供給物源と、蒸気供給物がこれを通して実質的にガス不透過性の膜（適切なモジュールまたは他の濾過装置内の膜）の第１の側に運ばれる通路と、実質的にガス不透過性の膜の反対側表面からの浄化蒸気がそれによって除去される第２の通路とを備えた、蒸気を浄化するシステムが提供される。蒸気供給物源はこれに限らないが、ボイラ、反応炉、加圧保持タンク、または蒸気発生工業プロセスによる蒸気を含むことができる。第１および第２の通路は、好ましくは、そこを通して通過する蒸気にかなりの不純物を加えず、蒸気の高温特徴に耐えることができる、蒸気（第１の通路の場合）または超純水（第２の通路の場合）に対して非反応性である、または最小反応性である材料から製造されたパイプまたは他の導管を備えていることが好ましい。通路を製造するのに使用する好ましい材料としては、耐腐食性合金、非反応性高分子材料、ガラスまたは石英裏打ち管などが挙げられる。膜は、上に論じるように、モジュールの構成をしていることが好ましい。浄化蒸気はこれを利用するプロセスまたは装置に直接案内することができる、あるいは、上に論じるように貯蔵タンクに案内することができる。
【０１６４】
水が蒸気を作り出すのに十分な温度に加熱される、容器が提供されることが好ましい。適切な温度としては、約５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、または２１０℃などの、約２０℃以下から約３００℃以上、または約４０℃から約２２０℃の温度が挙げられる。適切な温度としてはまた、約８０℃から約２００℃、約１００℃から約１８０℃、約１００℃から約１７０℃、約１００℃から約１６０℃、または約１００℃から約２５０℃の温度が挙げられる。適切な温度としてはさらに、約１０５℃、１１０℃、１１５℃、１２０℃、１２５℃、１３０℃、１３５℃、１４０℃、１４５℃、１５０℃、および１５５℃が挙げられる。適切な温度は、容器内の圧力に基づき選択することができる。
【０１６５】
蒸気に適切な温度としては、１ａｔｍより大きい、好ましくは、約１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、または９．５ａｔｍから最大約１０ａｔｍ以上の圧力で、約９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、または２００℃などの、約８０℃以下から約２００℃以上の温度が挙げられる。
【０１６６】
大気より低い浄化蒸気運搬では、圧力差と浄化蒸気運搬速度の間の関係の一貫性が非常に有利である。この実施形態では、蒸気に適切な温度は、約２０℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、または１３０℃などの、約１０℃以下から約１３０℃以上である。ボイラ側に適切な圧力は、１０〜１４００トールであり、透過側に適切な圧力は０．００１〜７６０トールである。
【０１６７】
構成の観点から、蒸気発生装置への水の連続供給を保証するために、二重ベッドシステムを利用することができる。このようなシステムは、操作中に、一方のユニットがオンラインであり、もう一方がオフラインであるように、またはその逆であるように、切換バルブで利用することができる。別の方法では、個別のユニットをオフライン（例えば、保守のため、または少ない蒸気需要の間）にする、オンラインに（例えば、大きい蒸気需要の間に）する、または大きいまたは小さい蒸気出力速度で個別に操作することができるように、２つ以上の濾過ユニットの郡を適当なバルブおよび配管と平行に利用することができる。また、蒸気発生装置に対して一定の水供給を保証するために、システム内で脱イオン化水自動再充填システムを利用することが望ましい。脱イオン化水システムは、多数のフィルタベッドを利用することができ、圧力降下、または透過発生速度の低下の際に、ベッドを自動的に切り換えるまたは交換することが可能である。フィルタベッドは、自動または手動のいずれかで、機械的に除去するまたは切り換えることができる。フィルタベッド内の圧力降下がイオン汚染による場合、吸収剤の表面を再生するのに、酸性蒸気を利用することができる。他の形の汚染では、汚染物を除去するのに高圧水を使用することができる。
【０１６８】
蒸気発生装置
図４および図５は、蒸気を運ぶ蒸気発生装置を示している。この発生装置は、水を貯蔵するタンクと、供給蒸気を生成する熱源を備えたボイラアセンブリと、ボイラ内の蒸気圧力を監視する圧力トランスデューサと、システムから水を空にする排水バルブと、ボイラ内の過圧状態を防ぐ圧力逃がしバルブと、ボイラ内で正しい水位を維持する水位制御スイッチとを含むことができる。システムは手動で制御することができるが、好ましい方法は、自動充填バルブで水位を制御し、ヒータを消したりつけたりすることによって圧力を制御する自動制御システムを利用することである。さらに、システム全体を加熱して、蒸気および浄化蒸気の濃縮を防ぐことができる。蒸気発生装置は、耐腐食性材料、例えば、ステンレス鋼、石英、サファイア、またはペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）から作ることができる。熱源は、今日通常に使用される赤外線ヒータまたは抵抗ヒータであってもよい。
【０１６９】
水位制御は、機械浮遊スイッチ、または光学スイッチ（水に接触する、または非接触のいずれかである）を使用することができる。蒸気の濃縮性質により、（例えば、ＯＭＲＯＮから入手可能な）外部に取り付けられる非接触センサが好ましい。雑音を制限するため、平行脚部は、正しい水位上での沸騰の影響を弱めるように延びることができる。
【０１７０】
圧力は、ゲージで、または好ましくは、例えばＭＫＳ（マサチューセッツ）、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌまたはＭＳＩを含む多くの供給者によって製造されるような圧力トランスデューサで測定することができる。
【０１７１】
圧力の監視、外部ユーザ要件、およびバルブおよびヒータの制御は、ＯＭＲＯＮ、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ（ウィスコンシン州、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ）によって作られたプログラム可能論理コントローラ、または他の供給者による他の適切なシステムのいずれかを使用する電子制御装置によって達成されることが好ましい。別の方法では、ＰＣ１０４ベースシステムなどのパーソナルコンピュータと同様に、マイクロプロセッサに基づくカスタム設計システムを使用することができる。
【０１７２】
図５は、ヘッド空間を通気させる配分制御バルブを備えた代替構成を示している。別の方法では、ボイラ内の圧力を制御するのに浄化装置の出口を使用することができる。この通気バルブは、大気モードで作動する場合に大気に対して開いており、大気より低いモードで作動する場合に絞りで真空に接続されている。
【０１７３】
通常はボイラ内で蒸気を発生されることが好ましいが、蒸気供給物源はまた、あらゆる商業または工業プロセスからの廃棄蒸気を含むことができる。別の実施形態では、蒸気は、冷却、化学反応または洗浄などの工業プロセスによって発生した熱によるものなどのあらゆる外部プロセスから発生させることができる。
【０１７４】
特定の実施形態では、浄化蒸気を後の使用のために集めて貯蔵する、または浄化蒸気を特定の応用例のために蒸気を使用するシステムの装置に再び案内することが望ましい。別の方法では、蒸気は貯蔵または直ぐの使用のいずれかのために、浄化水に変換することができる、または浄化蒸気を発生させるために再加熱することができる。蒸気を貯蔵するのに適したタンク、例えば、使用の準備ができた状態で蒸気を維持する温度制御を有する加圧タンクを提供することが望ましい。別の方法では、システムは、コンデンサまたは熱交換器、および濃縮蒸気を貯蔵する液体水貯蔵タンク、または蒸気を再生する加熱システムを備えることができる。
【０１７５】
濾過効率の維持
いくつかの実施形態では、膜の乾燥が、不純物ガスと接触する領域内で高温（８０℃以上）で起こり、膜を通る水蒸気流を妨げる可能性がある。例えば、ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体膜の場合、膜を通る浸透は膜の含水量に依存ことがある。膜の一部が乾燥ガス、例えば水をほとんどまたは全く含んでいない不純物ガスによって遮られると、膜の含水量が少なくなり、それによってその後、水透過速度が小さくなる可能性がある。膜の乾燥、または不純物による膜の閉塞を最小限に抑えるために、膜にパージ流を与えることが望ましい。パージ流は蓄積された不純物を流し、膜内の水分レベルを維持することができる。膜へのパージ流の量は、蒸気供給物内の揮発性（または、非濃縮）不純物のタイプおよびレベルと、膜が曝される供給蒸気の量の生成される浄化蒸気の量に対する比によって調節することができる。パージ流量は、入力流量の約１％以下から約５０％以上、好ましくは約５、１０、１５、または２０％から約２５、３０、３５、４０、または４５％であることが好ましい。パージ流量はまた、システム幾何形状に基づき調節することができる。膜モジュールが高い膜表面積、少量の蒸気供給物、およびより大きなパージ流量を有する特定の実施形態では、容量内でのガス不純物などの不純物のあらゆる蓄積を防ぐのに、より高いパージ流が必要である可能性がある。連続的、断続的、または周期的なパージを行うことができる。パージオンおよびパージオフ時間が等しい長さであり、合計サイクル時間（パージオンおよびパージオフの期間）が約１秒以下から約１時間以上、好ましくは、約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、または１２０秒から約１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０、２９０、または３００秒、または約６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、または６０分以上である周期的パージを行うことが特に好ましい。好ましい速度または変化する速度で、パージ速度が非連続的方法で、むしろ次第に変化しない、正弦、三角形、または他のタイプのサイクルと同様に、規則的または不規則的サイクル（パージオンおよびパージオフ時間が変わる）を利用することができる。異なるサイクルパラメータを、適切なように組み合わせて変えることができる。特定の実施形態では、膜を通る蒸気の流量が監視され、流量が予め選択した値より低くなると、パージサイクルが開始する。別の方法では、予め選択したパージサイクルが実施される。連続パージを凌ぐ非連続パージの利点としては、省エネルギーおよびより大きな効率が挙げられる。あらゆる適切なパージガスを利用することができるが、通常は蒸気供給物の一部を利用することが好ましい。別の方法では、過剰な浄化蒸気が生成されると、この過剰な蒸気は膜の蒸気供給物側に再循環させることができる。
【０１７６】
水以外のガスは、環境が完全に飽和されるかどうかにかかわらず、膜全体にわたって水蒸気の流れを制限することができる。このようなガスとしては、これに限らないが、上に論じたガス、粒子状物質、および他の材料が挙げられる。膜を横断する水蒸気の拡散の許容速度を維持するために、膜の表面は、膜／ガス境界層での非水蒸気ガスの蓄積を防ぐために、上に記載したように連続的にまたは頻繁にパージすることができる。ガス不純物の作動温度、駆動圧力、または濃度が高ければ高いほど、境界層清潔度を維持するのに利用されるパージ速度がより頻繁におよび／またはより高くなる。膜を横断する流れの速度が高くなれば高くなるほど、溶解ガスが膜の境界層で蓄積する可能性がより高くなる。
【０１７７】
初期の開始状態では、ヘッド空間は、膜を横断する水蒸気の濾過の開始を防いだり抑制したりしないようにガス不純物が除去されるまたは少なくなることを保証するように、パージまたは排出が行われることが好ましい。膜が加熱され、より低い圧力が膜の濾過側に加えられると、膜の正味乾燥が起こり、膜障害につながる可能性がある。流れが開始すると、膜パージは、プロセス条件によって上に論じたように連続的にまたは断続的に行われることが好ましい。特定の条件では、例えば、超高純水への浸漬する、あるいは、好ましくは完全飽和を保証する高圧および／または温度で、水または水蒸気に膜を曝すことによって、膜を予め調整することが望ましい可能性がある。
【０１７８】
超高純度蒸気の生成の最適な速度では、膜システムは飽和水蒸気環境で操作され、膜の境界層は、膜を通る水蒸気拡散を遮断するまたは少なくする可能性がある不純物を除去するようにパージされることが好ましい。
【０１７９】
好ましい実施形態の方法およびシステムで利用される特定の膜は、ヒドロキシル含有化合物、例えば、メタノール、エタノール、ｉ−プロパノール、ｎ−プロパノール、および高級アルコール、およびアルデヒドまたは有機酸などの他の極性化合物に対して浸透可能である。前置フィルタを利用して、ヒドロキシル含有および他の不純物を除去するまたは少なくすることができる。適切な前置フィルタとしては例えば、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、塩基性アルミナ、塩基性炭素、イオン交換材料、ゼオライト、多孔質粘土鉱物、および分子ふるいが挙げられる。このような前置フィルタはまた、高レベルの生体、イオン、または無機物質を除去するのに使用することができる。高レベルのイオン不純物は通常、水道水中に見られる。このような不純物は、イオン樹脂フィルタベッドを急速に消耗させる可能性があり、好ましい実施形態のフィルタを急速に詰まらせる可能性がある。したがって、イオンまたは再生可能フィルタベッドを利用して、不純物を少なくすることができる。例えば、不純物を少なくするオゾン処理、「ＨＥＰＡタイプ」フィルタ、イオン化帯電媒体タイプフィルタ、化学吸着などの、供給蒸気または供給蒸気源内の不純物の量を少なくする他の方法を利用することもできる。適切な不純物減少方法および装置は、処理する水の形（例えば、液体または蒸気）に基づき選択することができる。
【０１８０】
膜はまた、ＨＣｌまたはＨＦなどの表面上に酸性蒸気を流すことによって再生することができる。特定の実施形態では、他の酸、例えばＨＢＲ、有機酸、液体の形の酸などを利用することが望ましい可能性がある。酸は濃縮されていてもよいし、または希釈した形でもよい。好ましくは、約１、２、３、４、または５重量％以下の酸から約９５重量％以上、より好ましくは、約１０、１５、または２０重量％から約２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、または９０重量％の酸の溶液を利用することができる。別の方法では、アルコール洗浄を利用することができる。アルコールへの露出により、好ましい実施形態の膜が膨張される。好ましい実施形態の膜は、熱いイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を通して流すことによって洗浄し、その後、蒸気で流すことができる。酸またはアルコール処理が行われた後に、液体超純水内で膜をすすぐ、または膜を超純蒸気に曝して、あらゆる残留酸を除去することが望ましい。
【０１８１】
特定の実施形態では、膜内の漏出を検出する方法が提供される。膜の上流側および下流側の圧力トランスデューサが、漏出を示す膜の下流側の急激な圧力上昇に対して監視される、圧力検査が行われることが好ましい。漏出が特定されると、濾過アセンブリをオフラインにし、交換または修理のいずれかを行うことができる。
【０１８２】
動作方法
図６は、蒸気を浄化するシステムの一実施形態の略図である。システム４００は、蒸気供給物の供給源を作るヒータ４０４と、実質的にガス不透過性の膜４２４を格納する浄化装置４１６と、を備えている。システム４００の動作においては、蒸気の供給源を提供するために、脱イオン化水などの水が容器４０２内に加えられる。水は、バルブ４０８を介して容器４０２内に案内することができ、このバルブは、入力配管４０６を通る入力水の流れを制御することができる。任意選択で、排水配管４１０が、時間とともに不揮発性不純物が蓄積するのを防ぐように、容器４０２内に入れられた流体の少しを排水する目的で、容器４０２に結合されてもよい。バルブ４１２は、排水配管４１０を通して廃棄される流体の量を制御するために、排水配管４１０に取り付けることができる。
【０１８３】
沸騰容器４０２内で生成された蒸気供給物は、例えば配管４１４を通して浄化装置４１６まで、合計流Ｆｉで進む。膜４２４は、例えば管の部分断面略図として示されている。しかし、当業者は、膜４２４は平らなシートとして存在してもよいことが分かるだろう。あるいは、膜４２４は管のアレイ、例えば２つのヘッダ間に結合された平行管の郡、または平面シートのアレイ、例えばフィルタプレスと同様に気密フレーム内に保持された平面シートの郡として存在することができる。アレイは、極めて高い純度または大規模応用例に対して大きな膜表面積を効果的に提供することができる。
【０１８４】
図６では、容量４１８を介して浄化装置４１６に入る蒸気供給物が示されており、その合計入力流Ｆ１の一部は、膜４２４を通過して容量４２２内に入り、浄化蒸気を形成する。浄化蒸気は、例えば配管４２８を介して、浄化流Ｆｐとして装置４１６の量４２２から出ることができる。装置４１６内に入った蒸気供給物内の不純物は膜４２４によって、例えば図７に示すように成分特定膜の分離率に従って、拒絶される。配管４２８を通して流れる浄化蒸気は、使用点まで制御バルブ４３２によって制御される流れでシステムから出ることができる。
【０１８５】
システム４００はまた、容量４１８から入力流Ｆｉの部分Ｆｅ（「パージ流」ともいう）を運ぶ配管４２６を提供する。パージ流Ｆｅは、容量４１８に曝された膜４２４の表面と接触し、膜を通過しない。膜を通過しないあらゆる水蒸気は、浄化蒸気を形成し、したがって、パージ流Ｆｅ中の蒸気の量は入力流Ｆｉ中の蒸気の量より少ない。
【０１８６】
流れＦｅは、膜の全体の領域にわたる蒸気透過を助けるのに有用である可能性がある。流れＦｅは、入力流Ｆｉと接触する膜４２４の面に沿って、またはさらに膜のバルク内で蓄積する可能性がある揮発性の不純物（例えば、窒素、酸素、蒸気炭化水素、および他のガス）を洗い流すことができる。拡散速度が速ければ速いほど、膜の表面の不純物の蓄積はより迅速になる。蓄積した不純物は膜へのアクセスを妨げ、膜４２４を通る水蒸気の流れを遅くする可能性があるので、流れＦｅの使用は、水蒸気流に対して利用可能である膜４２４の表面積を最大化するのに役立つ。流れＦｅは、例えば配管４２６に取り付けられたバルブ４３０によって制御された速度でシステム４００から放出されてもよい。別の方法では、システム４００から流れＦｅを放出する代わりに、再使用のために、流れＦｅからの水蒸気を濃縮するコンデンサ４３４に案内することによって蒸気供給物源として再使用することができる。濃縮不可能な不純物はコンデンサ４３４から放出され（図示せず）、液体水が配管４３６を介してボイラ４０２に戻されてもよい。
【０１８７】
一実施形態では、所望の開口直径を露出するバルブ４３０を開くことによって、Ｆｅがシステム４００から連続的に放出されてもよい。別の一実施形態では、例えば所望の時間間隔でバルブ４３０を開閉することによって、Ｆｅを断続的にシステム４００から放出することができる。制御バルブ４３０は、以下に記載するように、手動で、または制御システム（図示せず）によって動作することができる。
【０１８８】
ある状況では、Ｆｅを低い又はゼロの流量まで減らすことにより、膜４２４を通る水蒸気流を停止または実質的に少なくすることができる。ある程度の水蒸気の流れが拡散によって起こることがあるが、通常の透過速度に比べると、遅くなりうる。さらに、Ｆｅが低すぎる場合、ボイラ内で生じる換気または濃縮不可能ガスから容量４２２からの逆拡散により、蒸気供給物が汚染しうる危険がある。したがって、Ｆｅを適切な流量に維持することが通常は好ましいが、特定の実施形態では、低いまたはゼロの流量が許容される、またはさらには好ましい可能性がある。
【０１８９】
蒸気流を容易にするために、予め選択された、膜を横断する圧力差を維持することが通常は好ましい。図６を参照すると、パージ流Ｆｅは配管４２６を介して制御バルブ４３０に案内される。バルブ４３０は、容器４０２、および浄化装置４１６の容量４１８内の圧力を制御するのを助けることができる。制御バルブ４３０は、当業者によく知られている方法で、手動で、または制御システム（図示せず）によって操作することができる。様々な変数、例えば沸騰容器４０２の圧力、容量４２２内の圧力、圧力使用点、および／または沸騰温度など、を監視する制御システムが使用されてもよく、これにより、又は、水への熱を加えることまたは減ずることにより、圧力差が維持される。制御システムは、膜を横断する所望の圧力差を得るために最適な圧力および流量を算出することが可能であるコンピュータオペレーティングソフトウェアに関連付けられていてもよい。
【０１９０】
他の実施形態では、圧力差は、熱流を制御すること、または蒸気を上流側に放出することによる温度および／または圧力を備えた容器４０２内の圧力、および／または蒸気供給物流Ｆｉおよび／またはパージ流Ｆｅを制御することによって維持することができる。
【０１９１】
システム４００内の容器および配管は、蒸気および水の汚染、および蒸気および水による腐食に対して耐性がある材料で構成することができる。例えば、沸騰容器４０２は、電子研磨ステンレス鋼、石英、ガラス裏打ちスチール、またはＰＶＤＦ（ポリビニリデンジフルオライド）、ＫＹＮＡＲ（登録商標）、フルオリネートエチレンプロピレン（ＦＥＰ）ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（エチレンクロロトリフルオロエチレン）（ＥＣＴＦＥ）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）（ＰＣＴＥＦ）、およびＴＥＦＺＥＬ（登録商標）改質ＥＴＦＥ（（エチレンテトラフルオロエチレン）フルオロポリマー）などのフルオロカーボンポリマー材料で作ることができる。材料の選択は、利用する温度、圧力、および保守スケジュールによって決定することができる。配管およびバルブは、製品の純度を維持するのに有用である可能性がある上記ポリマー材料、または金属または合金などの他の適切な材料から作ることができる。蒸気浄化装置４１６は、上記ポリマー材料で構成することができる、またはあらゆる湿潤領域が不活性または比較的非反応材料に曝されるような材料で構成されていることが好ましい。配管４１４、４２８および装置４１６は、蒸気の濃縮を防ぐように絶縁および／または外部加熱（図示せず）する、または絶縁または外部加熱なしで利用することができる。
【０１９２】
蒸気を浄化するシステムは、大気より低いか大気であるかどうかによって、大気システムに対して約１０℃から約１３００℃、または約１００℃から約３００℃などの、約１０℃以下から約３００℃以上の温度で作動することが好ましい。一実施形態では、温度は、膜厚さおよび／または使用機械支持などの要因によって、約１１０℃から約１６０℃までであってもよい。特定の実施形態の温度は、本明細書に記載する要因によって、約２５０℃から約３００℃の高さであってもよい。
【０１９３】
例えば、ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体膜では、１００℃から３００℃の温度を、１．０から８５大気絶対圧力の圧力で飽和蒸気の濾過に使用することができる。ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体膜厚さは、０．５ミクロンから０．０６２インチ（１６００ミクロン）の間であってもよい。膜がミクロンおよびサブミクロン範囲の厚さを有する一実施形態では、膜は通常、ピンホールがなく、漏出する可能性がある裂けおよび歪みを防ぐように支持されている。膜の好ましい厚さは、幾何形状（例えば、平らなシート対中空ファイバ）、表面積、圧力降下、飽和蒸気温度、熱膨張速度、寿命、所望の純蒸気生成速度などの様々な要因に左右される可能性がある。
【０１９４】
別の実施形態では、膜の拡散特徴に基づく、浄化蒸気の流量の制御および測定方法が提供される。当業者によく知られているように、高純度蒸気の正確な測定および制御は極めて難しい可能性がある。従来の質量流コントローラは、移動するガスへの熱伝達に頼っており、蒸気が飽和状態に近い場合などに、大きな誤差を生じる傾向がありうる。さらに、熱質量流コントローラは、蒸気圧ガスが低い場合または高温の場合効果が低く、オリフィスおよびベンチュリ測定装置はまた、測定装置内での圧力変化中に濃縮が起こる場合、誤差を生じる可能性もある。これらの装置はまた、圧力トランスデューサの精度および小さなオリフィスでの粒子蓄積、に対して敏感である。
【０１９５】
一実施形態では、ＰＦＳＡ−ＴＦＥまたはＰＦＣＡ−ＴＦＥ共重合体の膜を通る蒸気の運搬速度は、膜を横断する圧力降下の関数として測定される。本明細書で論じるように、膜を通る蒸気の質量運搬速度は、膜を横断する圧力降下にほぼ比例している。例えば直線、対数、および放物線などの較正曲線を、様々な運搬特性に対して生成することができる。膜は、線型関係を有する運搬速度を開始する（図８）。しかし、上流圧力が上昇するにつれて、流れに対する関係は対数となり、最終漸近値に到達する。バルブまたは他の圧力絞り装置により膜の両側の圧力を変えることによって、高純度蒸気流のコントローラが構成されうる。当業者は、圧力差を備えた較正流曲線を生成するように、膜の質量運搬速度による多数の流れデザインを設計することができる。
【０１９６】
図７は、別の実施形態による、蒸気の浄化のためのシステム５００の略図である。蒸気浄化システム５０４の外側のいずれかまたは全ての要素の操作および説明は、上記図６の議論から当てはめることができる。
システム５００は、ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体膜などの、実質的にガス不透過性の膜５０８を含む浄化装置５０４を備えている。膜５０８は、装置５０４の内部総量を２つの気密容量５０６、５１０に分割する。この実施形態では、供給物が、膜５０８の外側表面に接触される。一方、図６に図示の前の実施形態は、膜４２４の内側表面と蒸気供給物との接触を示す。膜は、管のアレイ、例えば２つのヘッダ間に結合された平行管の郡、または平面シートのアレイ、例えばフィルタプレスと同様に気密フレーム内に保持された平面シートの郡、それらの組合せ、のいずれかとして、共に直列または並列で存在することができることが当業者には分かるだろう。容器４０２からの不純蒸気は、容量５１０内に案内され、ここで合計流Ｆｉの一部Ｆｅが膜５０８を通過して容量５０６内に入り、流れＦｐとして浄化された状態で配管４２８を介して装置５０４から出る。蒸気と共に装置５０４に入る不純物は、例えば図１に示すように、成分特定膜分離要素により膜によって拒絶される。パージ流Ｆｅは、バルブ４３０を制御して容量５１０から出る。図７のパージ流Ｆｅの大きさは、図６のものと異なる可能性がある。というのは、容量４１８は容量５１０と大きく異なる可能性があるからである。
【０１９７】
好ましくは、高純度の蒸気を得るための膜浄化プロセスは、過剰パージ、脱気、および多数の濃縮および再沸騰サイクルから選択したプロセスの少なくとも１つを行うことなく、酸素および窒素などの不活性ガスを除去できる能力を有していてもよい。別の実施形態では、膜浄化プロセスは、望ましくない有機材料または生体材料を拒絶しながら、浄化蒸気内へのエアロゾル運搬を防ぐことが可能である。
【０１９８】
図９は、特定の実施形態による、図６の細部４２０または図７の細部５０２の拡大図を示している。膜６０８は、不純な蒸気混合物を含む領域６０２を、浄化蒸気を含む領域６０４から、分離する。膜６０８を横断する水蒸気流を容易にするために、領域６０２内の蒸気供給物の圧力は領域６０４内の浄化蒸気の圧力より高い。特に、領域６０２内の蒸気供給物の圧力は、領域６０４内の浄化蒸気の圧力より大きい。一実施形態では、水分運搬速度は、通常、水が蒸気供給物および浄化蒸気の主な成分であるという事実により、膜６０８を横断する合計圧力降下（圧力差）に関連する。
【０１９９】
多孔質膜支持体６０６が、構造的および／または機械的な完全性を膜に追加するために、領域６０４に曝された膜６０８の表面に接触して、位置決めされていてもよい。一実施形態では、支持体の気孔率は、膜の干渉および操作を最小限に抑えるようになっており、このような気孔率は当業者によって判断することができる。支持された膜により、より高温で、またはより薄い寸法での使用が可能になる。支持体６０６は、多孔質ポリマー、セラミック、または金属で作ることができる。支持体６０６の例示的な材料としては、これに限らないが、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＴＦＥ、多孔質石英、または３１６Ｌステンレス鋼が挙げられる。圧力および温度に耐え、浄化蒸気を汚染することなく最小圧力降下を生じさせることができるあらゆる他の適切な材料を使用することもできる。別の方法では、膜６０８は十分厚くされてもよく、または、変形に耐える幾何形状（例えば小径配管）に製造されてもよい。小径配管は、当業者によく知られているように、浄化蒸気の適当なスループットに十分な表面積を与えるように、平行なアレイで配置することができる。
【０２００】
多孔質膜支持体６０６は、利用される場合、水蒸気の流れに与える制限が最小であることが好ましい（または、膜の動作に対して最小の干渉）。その全体の目的は、圧力差での膜６０８の崩壊を防ぐことなどによって、膜の構造的完全性を大きくすることである。より高い水分運搬速度が、膜の構造的剛性が最も弱いより高温で、またより高い圧力差で見られるので、膜支持体６０６は有用である可能性がある。さらに、より薄い膜６０８を通る運搬は、膜の剛性がさらに失われるより高い速度で起こる。
【０２０１】
浄化のレベル
好ましい実施形態の装置および方法は、様々な要件を備えた多くの潜在的応用例を有する。これらは、数百ｐｐｍ（百万分の一）レベルの純度の蒸気を必要とするにすぎない従来の工業プロセス（例えば、原材料プロセス）から、低ｐｐｍまたは高ｐｐｂ（十億分の一）の純度の蒸気を必要とする薬剤応用例まで、を含んでいる。極端な場合では、いくつかの半導体応用例は、ｐｐｔ（一兆分の一）レベル純度の蒸気を必要とする。このより低い極限では、金属除去は最も重要な問題である。上に記載した方法およびシステムは、要件の範囲全体に合うような設計であってもよい。しかし、下に記載する例およびデータは主に、最も厳しい要件に合うように設計した。データの代表的な要約を、図１０に示す。
【実施例１】
【０２０２】
蒸気からの金属の除去
図１１の装置は、ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体管状膜によって浄化された蒸気の生成速度および純度、を測定するために構成した。ボイラ８０２は、石英で構成し、石英放射ヒータ８０４によって加熱した。脱イオン化水９００を容器８０２内で沸騰させ、蒸気供給物を生成した。トランスデューサ８０６を利用して、蒸気供給物の圧力を制御および監視した。蒸気供給物はＮａｆｉｏｎ（登録商標）管８０８の内側に運ばれ、この管は、０．０１２インチ（０．３０４８ｍｍ）の壁面厚さを有する０．１１０インチ（２．７９４ｍｍ）ＯＤであった。管８０８は、４０インチ（１．０１６ｍ）の長さであった。Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜管８０８の両端部は、減少Ｔ字８１０、８１６の孔で終端した。膜管８０８は、１／４インチ（６．３５ｍｍ）のＴｅｆｚｅｌ（登録商標）外側管８１４に囲まれ、この管８１４も、Ｔｅｆｚｅｌ（登録商標）Ｔ字８１０、８１６それぞれで終端した。蒸気供給物は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）管８０８の内部から、管８０８の外径と外側管８１４の内径の間の環状領域への、壁面を通した運搬によって浄化した。Ｔ字８１６から出る浄化蒸気は、コンデンサ８１８内で濃縮し、容器８２２内で浄化水９０４として収集した。蒸気供給物の連続的なパージは、制御バルブ８２４経由でコンデンサ８２８内へ流れることを可能にした。制御バルブ８２４の調節はまた、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）管８０８内のシステム沸騰圧力および背圧の制御を行った。また、バルブ８２４の完全な閉塞により、コンデンサ８１８内への浄化蒸気が減少し、最終的に終了につながることが証明された。不純蒸気の濃縮試料９０２を、さらなる分析のために、容器８３０内に収集した。
【０２０３】
表１は、前述の例の、浄化蒸気９０４、底部（ボトム）９００、および膜９０２に対する蒸気供給物の化学分析を示している。分析は、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）によって行い、濃度をｐｐｂ（十億分の一）で報告する。
【０２０４】
【表１】
0005537029.tif 000004
【０２０５】
「底部」または源水９００は、検査した３４の元素のほぼ全てのかなりの濃度を示している。この実施例で使用される蒸気供給物は、検出限界より上の３つの元素、０．２６ｐｐｂのホウ素、１．１ｐｐｂのカリウム、および３．０ｐｐｂのナトリウムを示している。浄化蒸気９０４分析は、カリウムおよびナトリウムの明らかな減少を示した。また、酸素、ＣＯ２、および窒素などの溶解したガスはまた、不純蒸気から除去されていることが予測される。これは、膜を通過することによってシステムから出ることができない不活性ガスの蓄積によると思われることにより、パージ流が停止した場合に、蒸気透過速度がゼロまで低下することの観察により間接的に確認される。
【実施例２】
【０２０６】
圧力差と透過速度の線型関係
実施例１を参照すると、図８は図１１の装置に関する、上流圧力と浄化蒸気流量とのチャートである。上流圧力は、不純蒸気の絶対圧力であり、ボイラ８０２内の圧力に実質的に等しい。膜管８０８にまたがる圧力差は、この圧力から、外側管８１４の内側の圧力（この例の条件ではコンデンサ８１８内の冷却水の温度での水蒸気圧）を引いたものに実質的に等しい。コンデンサ８１８内の冷却水の温度は２５℃であり、約２３トールの絶対圧力の圧力を提供した。２３トールを図８の上流圧力から引くことによって、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜管を横断する圧力差を算出することができる。この計算により、膜を横断する圧力差と浄化蒸気流量の間のほぼ直線関係が示される。２００トールの圧力降下では、蒸気流量は約１ｇ／分または０．０３６ｇ／分−ｃｍ２で測定した。約９５０トールの圧力差では、蒸気流量は約０．１１３ｇ／分−ｃｍ２まで上昇した。このデータによって、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体膜が、１００℃を超える温度で効果的に使用することができる（９５０トールでの飽和蒸気は、約１０６℃の温度である）ことが確認される。
【実施例３】
【０２０７】
パージヘッド空間および透過速度間の関係
実施例１を参照すると、図１２は、図１１の装置に対する、バルブ８２４を開いた状態に応じた、時間に対する浄化蒸気の流量を示すチャートである。このチャートは、パージ速度Ｆｅの、浄化蒸気の透過速度Ｆｐへの影響を示している。チャートは、約２０分から約２６０分の期間にわたって、図１１の装置内のバルブ８２４の流れ抵抗が１つの閉位置から複数の開位置に変わった場合の検査の結果を示している。データ点１１０２では、時間＝２０分であり、バルブ８２４が閉じ、浄化蒸気は生成されない。データ点１１０４では、時間＝４０分であり、バルブ８２４は２回開き、浄化蒸気生成速度は２．１ｇ／分となる。データ点１１０６では、時間＝１１０分であり、バルブ８２４はさらに２回加えられて４回開き、蒸気生成速度は２．４ｇ／分まで大きくなる。データ点１１０８では、時間＝１２０分であり、バルブ８２４はさらに２回加えられて６回開き、蒸気生成速度は２．５ｇ／分まで大きくなる。データ点１１１０では、時間＝１４０分であり、データ点１１１２では時間＝１５５分であり、バルブ部８２４は閉じて２回開き、２．５ｇ／分の蒸気生成速度には変化はない。このデータは、最大浄化蒸気生成速度を作り出すための最小パージ速度が存在することを示している。この最小速度を超えて、浄化蒸気の速度のさらなる上昇は観察されなかった。
【０２０８】
データ点１１１４〜１１１８（時間＝２００分より大きい）では、バルブ８２４は完全に閉じている。チャートから分かるように、蒸気生成速度は、５０分の期間にわたって最大の２．５ｇ／分からゼロまで低下する。これらの結果は、表面近くの揮発性不純物の濃度が大きくなるにつれて、膜へのアクセスが遮られる仮定を裏付ける。したがって、蒸気の対流運搬が制限される。
【実施例４】
【０２０９】
尿素除去
実施例１で上に記載したように、図１１の装置は、尿素を入れ、ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体管状膜によって浄化した蒸気の生成速度および純度を測定するために構成した。不純蒸気の濃縮試料を分析のために収集した。初期のＤＩ水９００は、２２００ｐｐｂの尿素および１４６８ｐｐｔのアンモニウムを入れた。浄化蒸気は、２．６ｐｐｂの尿素および１１６ｐｐｔを含むことが分かった。結果は、表２に示されている。
【０２１０】
【表２】
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【実施例５】
【０２１１】
大気より低い透過速度
大気より低い圧力での、浄化蒸気の運搬流量を検査するために、実験を行った。蒸気浄化装置アセンブリ（ＳＰＡ）は、３／８インチ（９．５２５ｍｍ）ＯＤ×５／１６インチ（７．９４ｍｍ）ＩＤのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）管の１つの５Ｒ管腔からなっている。管腔は、１０．４５インチ（０．２６５ｍ）の長さであり、０．７５インチ（１８．８ｍｍ）長さのナイロンスリーブと嵌合させた。膜の露出長さは８．９５インチ（０．２２７ｍ）であった。両方のスリーブ付端部は、３／８インチ（９．５２５ｍｍ）ＰＴＦＥロッド内に供給され、その中心を穿孔した。ロッドは両方とも、３／８インチ（９．５２５ｍｍ）Ｐｌａｓｍａｔｅｃｈ  Ｔ字および３／８インチ（９．５２５ｍｍ）Ｐｌａｓｍａｔｅｃｈユニオンで３／８インチ（９．５２５ｍｍ）Ｔｅｆｌｏｎ管の端部に取り付けた。Ｔ字の分岐部は、透過物出口であった。ＳＰＡユニットを絶縁した。図２は、この実験で使用されるマニホールドの略図である。加湿器は、検査全体を通して水平位置にあった。Ｒａｓｉｒｃ  Ｉｎｔａｅｇｅｒ蒸気発生器を使用して、ＳＰＡに蒸気を与えた。ＩｎｔａｅｇｅｒとＳＰＡの間の配管を絶縁した。ＭＫＳ  ６２１Ｃ１３ＴＢＦＨＣ圧力トランスデューサは、圧力を監視するためにＳＰＡの透過物出口に配置された。透過物および濃縮物は、コンデンサに送られて、水を液体状態に変換し戻した。コンデンサを冷却する冷却装置は、５℃に設定した。Ｖａｒｉａｎ  ９４９−９４１１ダイアフラム真空ポンプを使用して、システムの濃縮および透過側の両方に７６０トール未満の圧力を作り出した。バルブ７を使用して、透過側の圧力を制御した。バラストを使用して、水を集め、圧力を安定化させた。収集管は、測定のために水を補足するように、透過物コンデンサの下流側にあった。窒素を使用して、水を出すために収集管を加圧した。窒素は、Ａｅｒｏｎｅｘ  ５００ＫＦ  Ｉ−シリーズ浄化装置で浄化し、収集管内の圧力はＶｅｒｉｆｌｏｗ圧力調節装置で５ポンド／平方インチ（ｐｓｉｇ）に維持した。水の量は、Ｍｙ  Ｗｅｉｇｈ  ｉ１２００スケールで測った。
【０２１２】
試料の収集では、以下の方法を行った。
システム上に真空引きするポンプの通路を提供するために、バルブ１および４を使用した。試料の収集を開始するために、バルブ１を閉じ、バルブ２を開いた。これにより、通路は、収集管内に水を流すことが可能となる。水が設定期間収集されると、バルブ２およびバルブ４は閉じて収集管を分離し、バルブ１が開いた。バルブ３が開いて、収集管を加圧した。加圧されると、バルブ５が開いて水がブレーカ内に移った。収集管が空になると、バルブ３が閉じ、続いてバルブ５が閉じた。バルブ４はその後、ゆっくり開いて、透過側の圧力の不安定性が小さくなった。
【０２１３】
初期検査は、７６０トール未満のボイラ圧力で行った。このステップ中の所望の透過側圧力は、４０および１００トールであった。結果（図３）は、これらの圧力両方での流量と圧力差の対数関係を示している。
【０２１４】
その後の検査では、ボイラ圧力が上昇し、透過側の圧力が約２００トールに維持された。膜を通る蒸気の透過のより完全なモデルを開発するために、範囲を大きくした。前に観察したように、流量と圧力差の対数関係が示されている（図３）。
【０２１５】
全体の結果は、個別のボイラおよび透過側圧力とは関係なく、流量と圧力差の関係が維持されていることを示している。このデータからの線型回帰は、０．６４０７＊Ｌｎ（ｘ）−２．０４５２（Ｒ２＝０．９６７９）である。
【０２１６】
図３は、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体膜に対する大気より低い透過速度を示している。この検査は、約３５トールで保持された下流圧力で大気より低い圧力で行われた。ボイラ圧力は、約４０トールから１０００トール超まで上げた。収集した透過物は、０から２．５グラム／分の範囲であった。関係は最初は直線であり、最大値、すなわち２．５グラム／分に向かって移動する対数となった。
【実施例６】
【０２１７】
膜漏出速度
ＰＦＳＡ−ＴＦＥイオン交換膜のガス不透過性を調べるために実験を行った。図１３は、実験準備の図である。窒素が、バルブ１によってシステムに加えられた。窒素はその後、１００Ｋ  Ａｅｒｏｎｅｘ不活性ガス浄化装置を使用して浄化した。加水分解した膜内の圧力は、ＡＰｔｅｃｈ圧力調節装置で制御した。バルブ２は圧力調節装置と１００ｐｓｉ圧力ゲージを分離して、膜の内圧を監視することが可能になった。中空ファイバ膜が、両端部で、１／８インチ（３．１７５ｍｍ）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）スリーブに固定され、膜をシステムに取り付けるのにプラスマテック器具が使われてもよい。
【０２１８】
管腔内の圧力は、圧力調節装置を使用して、ゆっくりと３０ｐｓｉｇにされた。管腔は、漏出を検査するために水の下に置いた。Ｓｎｏｏｐ（登録商標）を使用して、全ての接続に対する漏出を検査した。システム内に漏出がないことが明らかになると、加圧された管腔および圧力ゲージは、バルブ２を閉じることによってシステムの残りから隔離させた。管腔圧力をその後、監視した。この検査は、５Ｒ  ３／８インチ（９．５２５ｍｍ）ＯＤ  ×５／１６インチ（７．９４ｍｍ）ＩＤ（８．７インチ（０．２２１ｍ）露出）の膜で行った。管腔は、６４時間４８分間圧力を加えておいた。
【０２１９】
８．７インチ（０．２２１ｍ）の５Ｒ管腔は漏出速度、１．７２Ｅ−０９ｃｍ３／ｃｍ２／秒を有していた。その後の検査では、２つの６インチの５Ｒ管腔を横並びで検査した。管腔の重量は、０．３３７ｇおよび０．３５１ｇであった。スリーブと嵌合した後に、０．３３７ｇおよび０．３５１ｇの膜は、それぞれ４．１インチ（１０．４ｃｍ）および４．２インチ（１０．７ｃｍ）の露出長さを有していた。１．１６Ｅ−０９ｃｍ３／ｃｍ２／秒および２．４１８Ｅ−０９ｃｍ３／ｃｍ２／秒の対応する漏出速度が観察された。この検査はいくらか基本的であるが、結果はＰＦＴＡ−ＴＦＥ膜の窒素ガス不透過性を示している。
【０２２０】
これに限らないが、公開および未公開出願、特許、および文献を含む、本明細書で引用した全ての参照物は、全体を本明細書に参照として援用し、ここに本明細書の一部をなす。援用した公開物および特許または特許出願が明細書に含まれる開示と矛盾する範囲においては、明細書はあらゆるこのような矛盾する材料に取って代わるおよび／または優先することを意図したものである。
【０２２１】
本明細書で使用される「備えた」という用語は、「含む」、「含んでいる」、または「特徴とする」という同義であり、包含的または開放型であり、追加の引用されていない要素または方法ステップを排除するものではない。
【０２２２】
明細書で使用される成分の量、反応条件などを示す全ての数は、「約」という用語によって全ての場合に変えられることを理解するものとする。したがって、そうでないと示されていない限り、本明細書に記載された数値的パラメータは、得ることを求める所望の特性によって変わる可能性がある概算である。最低限でも、本出願の対する優先権を請求するあらゆる出願のいずれかの特許請求の範囲に等しい原則の応用例に限定する意図ではなく、各数値的パラメータは有効数字の数、および通常の四捨五入の方法を鑑みて解釈すべきである。
【０２２３】
上の説明は、本発明のいくつかの方法および材料を開示している。本発明は、方法および材料の変更と、製造方法および機器の変更を行うことができる。このような変更は、本明細書に開示された発明の本開示または実施の検討材料から当業者には明らかであろう。したがって、本発明は本明細書で開示する特定の実施形態に限ることを意図するものではなく、本発明の真の範囲および精神内にある全ての変更形態および変形形態を含んでいることを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【０２２４】
【図１】選択したガス分子に対するＮＡＦＩＯＮ（登録商標）膜の相対透過率を示すチャートである。
【図２】大気より低い蒸気運搬速度検査装置の略図である。
【図３】大気より低い状態での流量と圧力差の関係を示すグラフである。
【図４】蒸気運搬構成１の略図である。
【図５】蒸気運搬構成２の略図である。
【図６】蒸気を浄化するシステムの第１の実施形態の略図である。
【図７】蒸気を浄化するシステムの第２の実施形態の略図である。
【図８】図１１の装置に対する上流側圧力対浄化した蒸気の流量のチャートである。
【図９】図６の細部の拡大図である。
【図１０】いくつかの不純物の除去のための代表的な浄化した蒸気の検査データの表である。
【図１１】ＰＦＳＡ−ＴＦＥ共重合体管状膜によって浄化された蒸気の生成速度および純度を測定するように構成された装置の略図である。
【図１２】図１１の装置に対するバルブ開状態の関数としての浄化した蒸気の流量対時間のチャートである。
【図１３】膜漏出検査に使用される検査装置の略図である。
【図１】
0005537029.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005537029.tif 000015
【図１１】
0005537029.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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