(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給液体用流路、廃棄液体用流路、および精製液体用流路と、
供給液体用流路内の第１の液体を廃棄液体用流路内の第２の液体と精製液体用流路内の第３の液体とに分離するそれぞれフィルタを有する多数の製造モジュールとからなり、
前記製造モジュールは、外部ケーシング内に配置され、その中で隣接する製造モジュールは、互いに機械的に一続きに連結され、廃棄液体用流路と精製液体用流路に対して流体的に平行に連結され、
前記供給液体用流路と、廃棄液体用流路と精製液体用流路は、実質的にそれぞれの製造モジュールの長さに渡って互いに平行であり、
前記供給液体流路は、分路を介して前記製造モジュールのフィルタに連結されていることを特徴とするモジュール式濾過システム。
【請求項２】
前記製造モジュールは、それぞれ前記供給液体、廃棄液体、および精製液体用流路のそれぞれの流路の部分を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記製造モジュールは、それぞれ前記供給液体、廃棄液体、および精製液体用流路のうち少なくとも２つの流路の部分を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記製造モジュールは、それぞれ前記供給液体、廃棄液体、および精製液体用流路のうち少なくとも１つの流路の部分を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記外部ケーシングは、地上で支柱により支持されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記外部ケーシングは、少なくとも一部が縦穴に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記フィルタは、逆浸透用膜であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記供給液体用流路に圧力をかけるポンプを有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記供給液体用流路に圧力をかける仕事変換装置を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
前記供給液体用流路に圧力をかける液柱を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
前記供給流体用流路は前記製造モジュールの外壁と前記外部ケーシングの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
隣接する前記製造モジュール同士を連結するマニホルドをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
従来技術
純粋な液体に対する要求は世界中に及んでいる。商業的に最も重要な要求のひとつは、海水または汽水から清水を精製することである。蒸留法を除くと、その要求は、通常、濾過法により解消される。濾過法の種類は多く、逆浸透法や、限外濾過法、超濾過法などがあるが、これらの技術は、本明細書では、一般的な用語である“濾過法”と呼ばれるものの範囲内にあるとする。
ほとんどの濾過装置は、フィルタと、外界と連通している３つの流路とを含む缶からなる。１つ目の流路は、供給液体を通し、２つ目の流路は、濾過された液体（精製物）を通し、３つ目の流路は、ときにより廃棄液体とも呼ばれるリジェクト（reject）を通す。汽水精製用の逆浸透装置の場合、供給液体は汽水であり、濾過された液体は脱塩された水（清水）であり、一方廃棄液体は塩を含んだ水である。
濾過設備は、一般的に地上かもしくはその付近に配置された多数の物理的に分離された濾過装置を有する。供給液体、濾過された液体および廃棄液体は、３つの別々の管によって運ばれ、各濾過装置は、ホースまたは他のラインを使用して各管にそれぞれ液体的に接続されている。そのような実施形態においては、全体のシステムは、さまざまな濾過装置をモジュールで構成することで、モジュール化されている。さまざまなモジュールは、機械的にほぼ平行に配置され、さまざまな膜は、液体を通しやすく平行に配置される。そのような組み合わせには多くの利点があり、その１つは、各モジュールはサービスのためシステムから切り離せる、一方、システムの残りの側も影響を受けないことである。
チェノウェス（Chenoweth）の米国特許第４、１２５、４６３号は、そのさまざまな逆浸透モジュール（パーミータアセンブリ（permeator assemblies）と呼ばれる）が、共通ライザー管（common riser pipe）の周囲に５セットで配置されることを除けば、同様の方法も採用している。これを採用することにより、何百ものモジュールをひとつの縦穴ケーシング（well casing）内に都合よく収納することができる。しかしながら、ここには、５つのROモジュールのセットを取り囲み、直列に配列することができるスーパーモジュールについての教示または提案がない。
さらに他の開示例は、濾過モジュールを収容する深水ハウジングの創設を提案している。ここにおいても、そのモジュールは物理的にほぼ平行に配置され、一方フィルタは液体を通しやすく平行に配置される。
しかしながら、既知のモジュールの配列は、制限がある。モジュールを平行に配置することは多大な空間を必要とし、また商業的実施例において地面の上に配置する場合は、かなり広大な「設置面積」を必要とする。深い縦穴を使用するチェノウェス型の考えは、比較的空間を有効利用するが、膨大な数の結合部材を必要とするため実用的ではない。
発明の概要
本発明のモジュール式濾過システムは、フィルタを含む製造モジュールが機械的に一続き（in series）に連結され、製造モジュール内に含まれるフィルタが供給液体、濾過された液体および廃棄液体の流路に対して流体的に（fluidly）平行に（in parallel）すなわち流れが平行になるように連結されている。
考えられ得る多くの異なる変形例のうち、それぞれの製造モジュールは、連結された一続きの製造モジュールを１つのユニットとして設置したり、取り付けたり、取り外したりできるように、フィルタだけでなく、全ての３つの流路を有しても良い。さらに、連結された製造モジュールは、深い縦穴や浅い縦穴、タワーの中に挿入したり、地面に沿わせたり、丘や山の斜面の中に挿入したり、道路の下や駐車場の下に挿入することにより、空間効率の良いように配置されても良い。また、隣接する製造モジュールは、スリップフィットジョイント（slip fit joint）を使用して互いに結合するように設計されてもよく、製造モジュールは、支持ケーブルもしくはロッドへの接続により結合関係に維持するように設計されてもよい。
【図面の簡単な説明】
本発明のさまざまな目的、特徴、様相、および利点は、同様のものに同じ符号を記した以下の図面に関した好ましい実施例の以下の詳細な説明の記載より明らかとなる。
図１は、本発明に係る濾過システムの分解概略図である。
図２は、本発明に係る縦穴型の濾過システムの好ましい実施形態の概略図である。
図３は、本発明に係る製造モジュールのマニホルドの部分破断斜視図である。
図４は、本発明に係る地上濾過システムの好ましい実施形態の概略図である。
詳細な説明
図１に示すように、濾過システム５は、一般的に端面同士を密着させた多数の製造モジュール１０からなる。それぞれの製造モジュール１０は、供給液体用流路１２Ａ、廃棄液体用流路１２Ｂ、および精製液体用流路１２Ｃの３つの流路を有する。それぞれの流路は、分路１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを介してそれぞれフィルタ１４に流体的に連結されている。一般に、供給液体は、供給液体用流路１２Ａと分路１６Ａを通り、廃棄液体と精製液体とに分離するフィルタ１４まで流れる。廃棄液体は、分路１６Ｂを通り、廃棄液体用流路１２Ｂの中に流れ、一方、精製液体は、分路１６Ｃを通り、精製液体用流路１２Ｃの中に流れ込む。流路１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、それぞれの種類の液体が一続きとなって全ての製造モジュール１０を流れるように、製造モジュール１０から製造モジュール１０へと連結されている。
図２において、濾過システム１０５は、好ましい実施形態に適する他のモジュールと連結部を有することが示されている。海水もしくは汽水のような供給液体１２０Ａは、ポンプ１３３によって吸い上げられ、供給管１３１を通り、縦穴型の逆浸透精製プラントの中へと導かれる。それから、供給液体１２０Ａは、供給液体用流路１３４Ａに沿って製造モジュール１１０内のフィルタ１５０まで下向きに流れ、フィルタ１５０は、供給液体１２０Ａから清水の精製液体１２０Ｃを分離する。清水の精製液体１２０Ｃは、精製液体用流路１３４Ｃを通り、ポンプ１３５の助けによって貯水タンク１４０まで上向きに流れる。廃棄液体１２０Ｂは、廃棄液体用流路１３４Ｂの中を上向きに流れ、管１７０を介してシステム１０５から放出される。このような方法において、それぞれの製造モジュール１１０は、機械的に一続きに連結され、フィルタ１５０は、液体流路１３４Ａ、１３４Ｂおよび１３４Ｃに対して平行に連結される。
また、図２に示すように、ヘッド部１１１と、ポンプもしくは製造モジュール１１０と地表との間の移行モジュール１６０とが図示されている。また、隣接する製造モジュール１１０は、スリップフィットジョイント（slip fit joint）（不図示）を使用して互いに結合し、支持ケーブルまたはロッドへの接続により結合関係に維持するようにしてもよい。
図３は、マニホルド２１０を示す。マニホルド２１０は、製造モジュール１１０の一端に設けられ、隣接する製造モジュール１１０同士を連結するとともに、複数の流路を連結する。特に、マニホルド２１０は、供給液体１２０Ａ（図２に図示）がフィルタ（不図示）まで流れる前に、供給液体用流路１３４Ａ（図２に図示）から中間流路空間２００まで通る（矢印２０６で示すように）いくつかの溝２１６を形成する。それぞれの溝２１６は、リブ２１７内に形成され、該リブ２１７はまた精製液体用流路１２０Ｃを形成する管２６０を支持するのに役立つ。同様に、製造モジュール１１０内のフィルタ１５０を通過した廃棄液体１２０Ｂ（図２に図示）は、矢印２０８の向きに流れ、それから流路１３４Ｂ（図２に示す）に沿って流れる。
図４において、濾過システム３０５は、一般的に地上に設置された実施形態を表わす。この実施形態においては、供給液体３２０Ａは、ポンプ３３３により吸い上げられ、供給管３３１Ａを通り、プレフィルタ３３５と仕事変換ポンプ（work exchange pump）３３６の中を通る。それから、供給液体３２０Ａは、供給管３３１Ｂを通り、２つの製造モジュール３１０まで供給液体用流路３３４Ａを介して流れる。一度、製造モジュール３１０の中に入ると、供給液体３２０Ａの一部は、フィルタ３１４を通過し精製液体３２０Ｃとなり、精製液体用流路３３４Ｃ内に集められる。それから、精製液体３２０Ｃは、重力により貯水タンク３４０まで流れる。フィルタ３１４を通過しなかった供給液体３２０Ａは、廃棄液体３２０Ｂとなり、廃棄液体用流路３３４Ｂに沿って運ばれ、濾過システム３０５から排出される。図２の実施例と同様に、この実施例において、流路のうちの１つ（この場合、供給液体用流路３３４Ａ）の部分（section）は、製造モジュール３１０と外部ケーシング３９０との間に配置される。もちろん、１つもしくは複数の異なる流路の部分が製造モジュール３１０内に設けられる他の実施例が考えられる。
図４に示す濾過システム３０５は、２個から５０個までもしくはそれ以上の数の、約１０フィート（３．０５ｍ）から約２０フィート（６．１ｍ）の長さの製造モジュール３１０を有してもよい。外部ケーシング３９０は、直径約３０インチ（７６．２ｃｍ）であるのが好ましいが、それより大きくても小さくてもよいし、円形以外の断面を有していてもよい。既存のフィルタに基づき、そのような濾過システム３０５は、１日に約２百万ガロン（７５７万リットル）の清水もしくは他の精製液体を精製することが期待される。
本発明に適用される好ましいシステムの詳細は、その全体が本願明細書に含まれる国際出願ＷＯ９８／０９７１８号において開示されている。その詳細は、好ましいポンプの種類、モジュールの大きさ、システムの方位や配置、フィルタなどに関して説明している。特にフィルタを作動させるのに必要な圧力は、ポンプまたは液柱によって得られる実施形態が考えられる。正置換ポンプ（positive displacement pump）はこの目的に好ましく、特に仕事変換装置においてそのポンプが使用されることが好ましい。供給液体の液柱もまた好ましい。特に、少なくとも２００フィート（６０．９９ｍ）、より好ましくは５００フィート（１５２．４ｍ）、さらには１０００フィート（３０４．８ｍ）、１５００フィート（４５７．２ｍ）の液柱が好ましい。
もちろん、前記の一般的概念に含まれる多数の他の変形例がある。例えば、図１において、図示されている１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃの３つ全ての液体用流路は、製造モジュール１０内に収容されている。しかしながら、他の実施形態においては、いずれか１つ、いずれか２つ、もしくは３つ全ての流路が製造モジュール１０の外側に配置されてもよい。図２はその適例であり、供給液体１２０Ａは、製造モジュール１１０の外側の供給液体用流路１３４Ａ、すなわち、製造モジュール１１０と縦穴ケーシングとの間を流れる。他の実施形態においては、本発明による濾過システムは、さまざまな構成と配置をとり得る。例えば、システムは、１つの長いチューブとして、短いチューブのファーム（farm）として、もしくは曲線状か円状に構成されてもよい。また、システムは、地上、地下、一部分が地上もしくは地下に配置されるか、垂直か水平かまたはその間のいかなる角度においても配置されてもよい。
供給液体。廃棄液体、精製液体、最も一般的な意味で考えるべきであり、システム毎に変更することができる。例えば、供給液体は、極少量の普通の塩ぐらいでは汚染されないが、有機性や、無機性や、不溶性もしくは懸濁性の固体によって重度に汚染される。同様に、脱塩システムの廃棄液体は、完全には廃棄物ではないが、より高圧の第２の濾過システムに供給してもよい。さらに、オレンジジュースのような食用の液体の濾過に関しては、廃棄液体は、動物用飼料や肥料として商業的に価値が認められる。それに関しては、精製液体は特に純粋である必要はない。純粋さは相対的であり、あるシステムは、一般的に飲用に適さないと考えられる水または他の液体を製造することに役立つものである。
このように、濾過システム装置が、機械的に一続きに連結され、フィルタが流体的に平行に連結された濾過システムを開示した。また特定の実施例と応用例を図示し説明したが、ここに記載した本発明の概念から逸脱しない限り、より多くの変形例が考えられることは当業者に明らかであろう。それゆえ、本発明は以下の請求項の内容以外には制限されない。
【図１】
0003669512.tif 000002
【図２】
0003669512.tif 000003
【図３】
0003669512.tif 000004
【図４】
0003669512.tif 000005