【手続補正書】
【提出日】平成19年5月25日(2007.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  特に海水または黒みを帯びた水または工程水から脱塩水を生じさせる目的である液体を膜蒸留で浄化する方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  −  蒸気が多孔質膜（４）の孔を通って前記膜のもう一方の側に流れ込むように、液体の気化する比較的温かい流れ［レテンテート流れ（３）］を前記多孔質膜（４）の上に通し、
−  前記蒸気を比較的冷えたコンデンサ表面（２）で凝縮させることで留出液流れ（１０）を生じさせるが、ここで、前記コンデンサ表面が浄化を受けさせるべき供給流れ（１）と前記留出液流れ（１０）の間の非孔性分離を構成しておりそして潜熱のかなりの部分が蒸気によって前記供給流れ（１）に伝達されるように前記供給流れ（１）と前記レテンテート流れ（３）が向流状態にあり、
−  前記多孔質膜（４）とコンデンサ表面（２）の間に存在する気体間隙（５）の幅が５ｍｍ未満であり、
−  前記気体間隙（５）内に大気圧より低くかつ前記供給流れの蒸気圧より高い圧力を維持する、
ことを含んで成る、特に海水または黒みを帯びた水または工程水から脱塩水を生じさせる目的である液体を膜蒸留で浄化する方法であって、
−  前記多孔質膜（４）の多孔度ε（多孔度は多孔質膜４の全体積に対する空体積の比率であると理解する）を０．７より高くし、
−  前記コンデンサ表面（２）の表面積を前記多孔質膜（４）の表面積の１．２から６倍、好適には２から３倍にし、
−  前記レテンテート流れ（３）と凝縮する流れ（１０）の間の局所的有効蒸気圧差を１０ｋＰａ（０．１バール）未満、好適には５ｋＰａ（０．０５バール）未満にし、
−  前記留出液流れ（１０）のかなりの熱を熱交換によって前記供給流れ（１）および／またはレテンテート流れ（３）、好適にはレテンテート流れ（３）に放出させ、
−  前記多孔質膜（４）の多孔度ε、コンデンサ表面積と膜表面積の間の比率Ｓ、レテンテートと供給の間の局所的蒸気圧差Ｄ（ｋＰａ）、前記気体間隙の幅Ｌ（ｃｍ）および前記気体間隙内の絶対圧と前記レテンテートの局所的水蒸気圧の間の比率Ｐの間の関係が下記：
ε・Ｓ6／Ｄ・Ｌ・Ｐ2＞１（好適には＞２）
であり、そして
−  かなり起こるレテンテート流れ（３）の熱損失が凝縮液１ｋｇ当たり３００ｋＪ未満（潜熱の１２％未満）でありかつ水蒸気圧の差１ｋＰａ当たりに凝縮液が膜１ｍ2毎に流れる比流量が０．５ｋｇ／時より高い（好適には１．０ｋｇ／時より高い）、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】  供給流れ通路（２１）が多孔質レテンテート通路（２２）に対してある角度で位置しかつ前記気体間隙および前記非孔性膜によって供給流れ通路（２１）から分離されていて平行に位置する複数の多孔質レテンテート通路（２２）で構成されている複数のモジュールセグメントを互いに連結させて用いることを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項３】  前記レテンテート流れ通路（２２）と供給流れ通路（２１）の間の前記角度を１０から１７０゜の範囲にすることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】  前記膜（４）の孔が０．１μｍより大きいことを特徴とする請求項２または３記載の方法。
【請求項５】  前記レテンテート通路（２２）が疎水性多孔質膜材料で作られていることを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項６】  前記供給流れ通路（２１）が疎水性材料で作られていて前記疎水性材料の留出凝縮液排出側が親水性材料で覆われているか或は取り囲まれていることを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項７】  前記供給流れ通路（２１）が親水性材料で作られていることを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項８】  レテンテート流れ（３）と供給流れ通路の間の気体間隙（５）の幅を多孔度が７０％より高く、好適には９０％より高くて劣った熱伝導性を示す疎水性スペーサーの使用で決めることを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項９】  前記気体間隙（５）を不活性ガス、例えばＨ2、ＣＯ2、Ｎ2、好適にはＨｅで満たすことを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項１０】  化石燃料、太陽熱、地熱、幅広く多様な工程に由来する残／廃熱などに由来する外部エネルギー源を液状、蒸気／気体状または固体状形態で用いて工程推進力を供給することを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【請求項１１】  前記外部エネルギー源をまた気化によって冷えたレテンテート流れ（１３）の加熱でも用いて前記レテンテート流れ（１３）を交互に残熱流れ（１２ａ）との熱交換状態および供給流れとの熱交換状態で供給することを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】  前記レテンテート流れをまた冷却水流れ（１２ｂ）とも熱交換状態に持って行くことで追加的留出液流れを生じさせることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１３】  前記レテンテート流れ（３）を冷却用の同じレテンテート流れ（３）と交差流で蒸気密通路に通して送り込むことによって、前記レテンテート流れ（３）を、これが気化熱が前記供給流れに放出されることによって冷えた後、凝縮剤として用いることで、留出液を、前記供給流れによる冷却および前記レテンテート流れによる冷却の両方で生じさせることを特徴とする前請求項の１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特に海水または黒みを帯びた水（ｂｒａｃｋｉｓｈ  ｗａｔｅｒ）または工程水（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｗａｔｅｒ）から脱塩水（ｄｅｓａｌｉｎａｔｅｄ  ｗａｔｅｒ）を生じさせる目的である液体を膜蒸留（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）で浄化する方法に関し、この方法は、
−  蒸気が多孔質膜の孔を通って前記膜のもう一方の側に流れ込むように、液体の気化する比較的温かい流れ［レテンテート流れ（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ  ｓｔｒｅａｍ）］を前記多孔質膜の上に通し、
−  前記蒸気を比較的冷えたコンデンサ表面で凝縮させることで留出液流れ（ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ  ｓｔｒｅａｍ）を生じさせるが、ここで、前記コンデンサ表面が浄化を受けさせるべき供給流れ（ｆｅｅｄ  ｓｔｒｅａｍ）と前記留出液流れの間の非孔性分離（ｎｏｎ−ｐｏｒｏｕｓ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を構成しておりそして潜熱のかなりの部分が蒸気によって前記供給流れに伝達されるように前記供給流れと前記レテンテート流れが向流状態にあり、
−  前記多孔質膜とコンデンサ表面の間に存在する気体間隙（ｇａｓ  ｇａｐ）の幅が５ｍｍ未満であり、
−  前記気体間隙内に大気圧より低くかつ前記供給流れの蒸気圧より高い圧力を維持する、
ことを含んで成る。
【０００２】
前記方法は特開平１１．０１０．１４７に開示されている。
【０００３】
膜蒸留は非選択的（ｎｏｎ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ）多孔質膜を用いている点で、公知の蒸留技術、例えば多段階フラッシュ（ｆｌａｓｈ）、マルチプルエフェクト（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｅｆｆｅｃｔ）蒸留および蒸気圧縮などとは異なる。前記膜は、気化する温かいレテンテート流れと凝縮した産物、即ち留出液流れの間の分離を構成している。材料（通常はポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレン）を適切に選択すると、結果として、孔（直径が０．００００１から０．００５ｍｍ、通常は０．０００１から０．０００５ｍｍの範囲）が液体で湿ることはなく、そのような膜を通り抜けるのは蒸気のみである。
【０００４】
膜蒸留は１９６７年の米国特許第３  ３３０  １８６号に初めて記述された。その意図は、空気で満たした疎水性多孔質膜を用いて海水の脱塩効率を向上させることにあった。これが関係する方法は、いわゆる直接接触（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｎｔａｃｔ）膜蒸留、即ち温かい海水流れと冷えた留出液流れを膜に直接接触させる蒸留であった。
【０００５】
膜蒸留に大きな興味が持たれ出したのは１９８０年代中頃に新規な疎水性の高多孔質膜が作られて利用できるようになってからである。しかしながら、研究の結果、膜蒸留は競合技術に比べて高価であることが示され、従って商業的には適用されなかった。
【０００６】
４種類の膜蒸留の間の区別は下記の如くである：
１．  直接接触膜蒸留（ＤＣＭＤ）、この蒸留では、気化する温かい流れと冷えた凝縮液流れ（留出液流れ）の両方が膜に直接接触する。
２．  空気間隙膜蒸留（ＡＧＭＤ）、この蒸留では、コンデンサの表面と膜が空気間隙で分離されている。
３．  スウィーピングガス（Ｓｗｅｅｐｉｎｇ  ｇａｓ）膜蒸留、この蒸留では、不活性ガスを用いて留出液を蒸気形態で取り出す。
４．  真空膜蒸留、この蒸留では、真空を用いて留出液を蒸気形態で取り出す。このような方法は水流れから揮発性成分を取り出す場合にのみ記述されており、それの論点は液状の留出液を生じさせる点にはない。
【０００７】
今日までのところ、直接接触膜蒸留が最大の注目を集めていた。
【０００８】
米国特許第４  ５４５  ８６２号に螺旋巻きモジュール（ｓｐｉｒａｌｌｙ  ｗｏｕｎｄ  ｍｏｄｕｌｅ）（平らな膜を用いた）が記述されている。これは海水の脱塩で試験された。その試験では、留出液流れを、気化するレテンテートに対して向流で送り込む海水流れから離して位置させており、従って、前記海水流れは凝縮熱を有効に吸収する。この特許には、温かいレテンテートと海水の間の温度差ΔＴを４℃にして１ｍ2当たり５．３リットル／時の比較的高い流量を達成する実施例が記述されており、その場合のエネルギー消費量は生じる留出液１ｋｇ当たり２１２キロジュールのみである。
【０００９】
平らな膜の使用に加えて、中空繊維膜を直接接触膜蒸留で用いる利点も公知である。膜の繊維が密に詰まっている結果として、１ｍ3当たり５００ｍ2に及ぶ表面積を得ることができ、それによって装置の費用を下げることが可能になる。更に、直接接触膜蒸留モジュールと熱交換器モジュールをサイクルで連結させることで凝縮熱を回収することも提案された［Ｋ．Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ、Ｔ．Ｊ．ｖａｎ  Ｇａｓｓｅｌ、Ｍｅｍｂｒａｎｄｅｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ、Ｃｈｅｍ．Ｉｎｇ．Ｔｅｃｈ．５６（１９８４）５１４−５２１を参照］。海水の脱塩でΔＴを１４−１６℃にした場合に１ｍ2当たり約８．５リットル／時の留出液流量が得られることが確認されており、その場合の比エネルギー消費量は水１ｋｇ当たり１，０００ｋＪを超えていた。ＤＣＭＤに関する技術の進展は１９８４年からほとんど見られない。
【００１０】
空気間隙膜蒸留は１９７１年の英国特許出願ＧＢ  １  ２２５  ２５４Ａ（Ｈｅｎｄｅｒｙｃｋｘ）に初めて記述された。空気間隙の使用に加えて、供給とレテンテートを向流で流す（従って潜熱を回収する）ことは既に提案されている。加うるに、１９８２年のドイツ特許出願第３  １２３  ４０９（Ｓｉｅｍｅｎｓ）にもＡＧＭＤが記述された。この出願は、平らな多孔質膜と冷えた凝縮表面の間に間隙（厚みが３ｍｍ）を用いて前記間隙を空気でか或は場合によりより軽い気体、例えば水素などで満たすことに関する。その目的は、前記膜による伝導によってかなりの量で移動する熱の量を下げることにあった。伝導による熱移動は気化によるそれにほぼ相当することが実験的に確立された。更に、入って来る海水を気化する流れに対して向流で送り込むことで熱を回収することも提案された。また、太陽熱を熱源として用いることも請求された。温度差ΔＴを５℃にして１ｍ2当たり３．３６ｋｇ／時の留出液流量を達成することに加えて約４．９％の回収（ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を伴う理論的ケースが記述されており、その場合のエネルギー消費量は生産水１キログラム当たり８５０ｋＪを超えていた。
【００１１】
ヨーロッパ特許出願第０  １６４  ３２６に膜蒸留で空気間隙を用いることが記述されており、そこでは、いろいろな特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）が同心管の形態で構築されている。平らな膜のパケット（ｐａｃｋｅｔｓ）を用いた１つの変法が論文Ｄｅｓｉｇｎに記述されておりそして新規な膜蒸留脱塩方法の試験が提出された［Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ５６（１９８５）、３４５−３５４頁］。気化熱の回収が不可能な結果として海水とレテンテートを向流で流すことの原理を放棄することは驚きである。その上、また、エネルギー消費値も示されていない。
【００１２】
国際特許出願ＷＯ  ８６０７５８５Ａ（１９８６）は同じモデルデータを基にしているが、そこでは、流量を高くしかつかなり生じる熱損失の度合（水１ｋｇ当たり３００−８００ｋＪ）を低くすることの両方を達成するには厚みが０．２から１．０ｍｍの空気間隙が必要なことを引き出している。そのモデルでは、熱い壁と冷えた壁の所およびそれらの内部で起こる温度低下を考慮に入れておらず、その結果として、あまりにも掛け離れた楽観的な図を描いている。
【００１３】
米国特許第４  ８７９  ０４１号では、半導体産業で用いられる超高純度の水を生じさせる目的で空気間隙膜蒸留を具体的に記述している。そこでは、平らな膜シートを用いた時の空気間隙の厚みが物質移動および熱移動に対して示す影響を３から１０ｍｍの範囲で調査した。そのような調査から、移動は厚みが５ｍｍ未満の時には拡散によって決定されそして厚みが５ｍｍを越えると自由対流によって決定されると結論付けられた。測定された性能は中程度であった、即ち蒸気圧差を約２０ｋＰａにした時の最大留出液流量は１ｍ2当たり３．６ｋｇ／時であった。そこでも再び凝縮熱の回収は行われておらず、従って、また、数年後に膜を伴わない通常の多段階気化に戻ったことは驚きではない。
【００１４】
膜蒸留に対して払われていた注目は１９９０年代に減少し、注目は主に直接接触膜蒸留に限定されており、そして揮発性成分を水流れから除去および抽出する目的でスウィーピングガス膜蒸留および真空膜蒸留が研究されるようになってきた。
【００１５】
文献を基にすると、膜蒸留装置ではエネルギー消費量が小さくなるように空気間隙を伴わない装置が求められている。従来技術を基にすると、空気間隙を用いるか或は熱回収を用いた場合には１ｋｇ当たり８５０ｋＪ未満のエネルギー消費を達成するのは不可能である。このことは、温度差が高い（ΔＴがしばしば４０゜を越える）ことと結果として推進力（ｄｒｉｖｉｎｇ  ｆｏｒｃｅｓ）が高い（蒸気圧差が一般に１５ｋＰａをかなり越える）ことに関係している。
【００１６】
直接接触膜蒸留装置のデザインおよび建造は空気間隙膜蒸留装置のそれに比べて簡潔でありかつ原則として安価でありかつエネルギー消費量もより低いことが従来技術から分かるであろう。従って、従来技術を鑑み、海水または黒みがかった水から蒸留水を安価に生じさせる目的で空気間隙膜蒸留を選択することは明白なことではない。
【００１７】
特開平１１．０１０．１４７には、多孔質膜の多孔度、コンデンサ表面積と膜表面積の間の比率、レテンテートと供給の間の局所的蒸気圧差、気体間隙の幅および前記気体間隙内の絶対圧と前記レテンテートの局所的水蒸気圧の間の比率の間の関係に関する具体的なデータは与えられていない。更に、この特開（Ｊａｐａｎｅｓｅ  ｄｏｃｕｍｅｎｔ）には、留出液流れのかなりの熱と供給もしくはレテンテートの交換に関するデータも与えられていない。従って、そのような公知方法の性能は遺憾な点が多い。
【００１８】
本発明の目的は、空気間隙膜蒸留の性能（推進力単位当たりの留出液流量）の打開を達成し、従って膜蒸留装置の費用およびエネルギー消費の両方をかなり下げることにある。
【００１９】
本目的を達成する目的で、前文に挙げた方法を、
−  前記多孔質膜の多孔度ε（多孔度は多孔質膜の全体積に対する空体積の比率であると理解する）を０．７より高くし、
−  前記コンデンサ表面の表面積を前記多孔質膜の表面積の１．２から６倍、好適には２から３倍にし、
−  前記レテンテート流れと凝縮する流れの間の局所的有効蒸気圧差を１０ｋＰａ（０．１バール）未満、好適には５ｋＰａ（０．０５バール）未満にし、
−  前記留出液流れのかなりの熱を熱交換によって前記供給流れおよび／またはレテンテート流れ、好適にはレテンテート流れに放出させ、
−  前記多孔質膜の多孔度ε、コンデンサ表面積と膜表面積の間の比率Ｓ、レテンテートと供給の間の局所的蒸気圧差Ｄ（ｋＰａ）、前記気体間隙の幅Ｌ（ｃｍ）および前記気体間隙内の絶対圧と前記レテンテートの局所的水蒸気圧の間の比率Ｐの間の関係が下記：
ε・Ｓ6／Ｄ・Ｌ・Ｐ2＞１（好適には＞２）
であり、そして
−  かなり起こるレテンテート流れの熱損失が凝縮液１ｋｇ当たり３００ｋＪ未満（潜熱の１２％未満）でありかつ水蒸気圧の差１ｋＰａ当たりに凝縮液が膜１ｍ2毎に流れる比流量が０．５ｋｇ／時より高い（好適には１．０ｋｇ／時より高い）、
ことで特徴付ける。
【００２０】
ＷＯ−Ａ−８６．０７５８５に液体の蒸留で用いることを意図した蒸留装置が開示されており、前記装置は、水蒸気または蒸気を通すが液体は通さない疎水性の多孔質膜とこの膜と凝縮表面の間に空気間隙が存在するように前記膜からある距離の所に位置する凝縮表面を含む蒸留装置を含有しかつ蒸留を受けさせるべき液体を前記空気間隙から遠く離れた前記膜の表面に導くための装置も更に含有しそしてこの装置は最初に述べた液体よりも冷えている液体を前記空気間隙から遠く離れた前記凝縮表面の所に導くように配置されている。前記空気間隙の幅は５ｍｍ未満であり得る。
【００２１】
本発明に従う方法を利用する時、有利に、互いに連結している複数のモジュールセグメント（ｍｏｄｕｌｅ  ｓｅｇｍｅｎｔｓ）を用いることができ、それらの各々を平行に連結している複数の多孔質レテンテート通路（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）［これらは、気体間隙および非孔性膜（ｎｏｎ−ｐｏｒｏｕｓ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）によって、前記レテンテート通路に対してある角度で位置する供給流れ通路から分離されている］で構成させる。
【００２２】
前記レテンテート流れと供給流れ通路の間の前記角度を１０から１７０゜の範囲にする。
【００２３】
前記レテンテート通路の境界を通常は疎水性の多孔質膜（多孔度が７０％を越え、好適には８０％を越えかつ孔サイズが０．１μｍより大きく、好適には０．３から１．０μｍの範囲］で形成させる。これに関する膜は、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰおよびＰＥなどの如き材料で作られている市販膜であってもよい。また、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドなどの如き材料から作られたいわゆる非対称ミクロ濾過膜を用いることも可能である。これに関連して、そのような膜の表面を完全または追加的にある程度疎水性にするのが好適であり、例えばコーティングまたは他の表面修飾などで疎水性にするのが好適である。最も簡単な態様では、レテンテート通路を、平行に位置させた中空繊維または毛細管膜で構成させる。レテンテートは、そのような繊維のルーメン（ｌｕｍｅｎ）を通って流れる。非対称膜を用いる場合、最も小さい孔を有する膜の活性層をレテンテート側に位置させる。
【００２４】
しかしながら、中空繊維に加えて、平らな板状の膜または膜シートを場合により螺旋巻き形態で用いてレテンテート通路を形成させることも可能である。原則として、また、親水性材料、例えば糸または布などでレテンテート通路を構成させることも可能であり、或は非孔性（しかしながら、蒸気を高度に透過し得る）膜を用いることも可能である。
【００２５】
同様に、コンデンサ通路（この中を供給流れが流れる）も、好適には、疎水性材料で作られていて平行に位置する中空繊維／毛細管で構成させる。このような通路はその時点で非孔性である、即ち蒸気を透過しないか或はほとんど蒸気を透過しない。留出凝縮液（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ  ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ）の排出を、前記繊維に取り付けたか或は前記繊維の回りに位置させておいた親水性材料（例えば布）を通して行うことができる。また、コンデンサ通路を親水性材料で構成させることも可能であり、その場合、その回りに生じる留出液の膜が例えば重力などで排出され得る。
【００２６】
本発明に従い、コンデンサの表面積をレテンテート通路の表面積より大きくすべきである（１．２−６倍、好適には２−３倍大きくすべきである）。これは、毛細管を互いに近づけて位置させそして／または複数の列（一般に２列または３列）を用いることで達成可能である。
【００２７】
レテンテート通路とコンデンサ通路の間の間隙、即ちいわゆる気体間隙の幅を適切なスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）、好適には疎水性プラスチック製スペーサーで限定してもよい。この材料を貫く伝導によってレテンテートから供給に向かって失われるかなりの熱を制限する目的で、そのような材料は高度に多孔性でなければならない（多孔度は好適には９０％より高くあるべきである）。この材料の厚みによって前記気体間隙の幅が決定され、その幅を５ｍｍ未満、好適には０．５から２ｍｍの範囲にする。
【００２８】
前記気体間隙を好適には特に水蒸気で満たすが、これを、前記気体間隙に真空を作り出すことで行い、ここでは、この真空度が、関係するモジュールセグメント内でインサイチューで生じるレテンテート流れの蒸気圧にほぼ等しくなるようにする。それによって、物質移動（レテンテートからコンデンサへの水蒸気移動）に関する性能が最良になりかつかなり起こる熱の損失が制限される。真空ポンプを用いてそれを下部で作動させることで最も冷えたモジュールセグメントに行き渡る圧力が最も低くなるようにしかつモジュールセグメントの全部およびいくつかの間で起こる流れ（これは調節可能であるか或は調節不能である）に抵抗を取り付けることを通して、そのような真空を作り出すことができる。また、モジュールセグメント１個当たりにサクションポンプ（ｓｕｃｔｉｏｎ  ｐｕｍｐ）を１つ取り付けることで、恐らくは気体を含有するであろう凝縮液を排出させることも可能である。しかしながら、また、前記気体間隙を大気圧またはほぼ大気圧にしてもよく、それらを不活性ガス、例えば空気、または好適には（物質移動および熱移動に関係して）、水素またはヘリウムなどで満たすことも可能である。また、二酸化炭素、窒素および同様な気体を用いることも可能である。
【００２９】
本発明に従う方法はいろいろな態様で実行可能である。通常は、供給流れとレテンテート流れの両方用の中空繊維を装備した交差流（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ）モジュールセグメントを用いる。しかしながら、レテンテート流れでは、平らな膜シートまたは板を場合により螺旋巻き形態で用いるか或は流路を限定するように複数の毛細管様通路で構成されている板様構造物を用いることも可能である。
【００３０】
本方法の１番目の態様では、加熱すべき供給流れを気化するレテンテート流れに対して本質的に理想的に向流で流しそして留出凝縮液流れをレテンテート流れと並流で流しそして／または供給流れと向流で流し、このような手段を用いて、また、かなりの熱を回収する。
【００３１】
本方法の変法では、別法として、レテンテート流れを残熱流れ（ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｈｅａｔ  ｓｔｒｅａｍ）および供給流れと熱交換状態にする。このような変法は、残熱を完全に用いることが可能になりかつ温度差を高くすることを通して供給流れの入り口側の所の推進力を維持することが可能になると言った利点を有する。この変法で用いるに適したモジュールは極めてコンパクトで安価な構造であり得る。
【００３２】
この変法の態様では、本方法の１番目の態様の原理に従い、また、レテンテート流れを冷却水流れとの熱交換状態に持って行くことも可能であり、それによって、追加的留出液流れを生じさせることができる。
【００３３】
２番目の変法では、前記レテンテート流れを冷却用の同じレテンテート流れと交差流で蒸気密通路（ｖａｐｏｕｒ−ｔｉｇｈｔ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）に通して送り込むことで、前記レテンテート流れ（気化熱が前記供給流れに放出されることによって冷えた後）を凝縮剤（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）として用いる。このようにして、留出液流れを、前記供給流れによる冷却および前記レテンテート流れによる冷却の両方で生じさせる。
【００３４】
本発明は、また、この上に記述した方法で用いるに適したモジュールにも関する。前記モジュールを、互いに連結した複数のセグメントで構成させ、各々のセグメントを、供給流れのための本質的に平行な非孔性繊維膜の層とレテンテート流れのための本質的に平行な多孔質繊維膜の層で構成させて、前記多孔質繊維膜が非孔性繊維膜に対して１０から１７０゜の角度で位置するように配置し、そして多孔質繊維膜の層が非孔性繊維膜の２つの連続した層の各々の間に位置するように配置し、前記多孔質繊維膜の層がスペーサーによって前記非孔性繊維膜の層からある距離離れて保持されるようにし、その距離を５ｍｍ未満にする。各セグメントに、供給すべき供給液のための分配室（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｃｈａｍｂｅｒ）、この分配室の反対側に位置していて排出させるべき供給液のため分配室、供給すべきレテンテートのための分配室およびこの分配室の反対側に位置していて排出させるべきレテンテートのため分配室を持たせる。
【００３５】
ここに、本発明を本図を参照してより詳細に説明する。
【００３６】
本図では、供給流れ（例えば海水）を矢尻を１つ伴う矢印で示し、レテンテート流れを矢尻を２つ伴う矢印で示し、蒸気流れを破線矢印で示し、そして留出液流れ（これは凝縮液流れであり、通常は産物流れ、例えば脱塩水である）を矢尻を３つ伴う矢印で示す。多孔質膜表面を破線として示しそしてコンデンサ表面を実線として示す。
【００３７】
図１中、非孔性膜２で境界が限定されている供給流れ（例えば海水）を１で示しそして多孔質膜４で境界が限定されているレテンテート流れを３で示す。５は非孔性膜２と多孔質膜４の間に位置していて気体で満たされている間隙であり、６は熱交換器でありそして７は供給流れを熱交換器６に供給するためのライン（これはある程度加熱されている）である。非孔性膜２の内側および熱交換器内で加熱されたレテンテート流れを、ライン８で、多孔質膜４で境界が限定されている室に送り込む。９は、膜４の孔の中を通って流れて来た蒸気流れであり、そして１０は、比較的冷えた膜２で凝縮した液体（例えば脱塩水）の流れである。供給流れ１とレテンテート流れ２は互いに向流で流れる。同じことが供給流れ１と留出液／凝縮液／産物流れ１０の場合にも当てはまる。この後者の向流流れによっていわゆるかなりの熱（ｐｅｒｃｅｐｔｉｂｌｅ  ｈｅａｔ）の回収がもたらされる。これを、また（好適には）、供給流れ１０をレテンテート流れおよび更に場合により流れ１と並流で熱交換器に通して送り込むことで行うことも可能である。前記気体間隙の幅を５ｍｍ未満にする。
【００３８】
高純度の液状水を海水（１リットル当たり３５ｇの塩）から分離する時に熱力学的に必要な最低限のエネルギー量は、回収率が０から１００％の範囲の場合、約３−１５ＭＪ／ｍ3である。このことは、蒸留を基にした脱塩方法のエネルギー消費は回収することができる水の気化熱（約２３２６ＭＪ／ｍ3）の倍率（ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｔｉｍｅｓ）およびその時のエネルギー損失で決定されることを意味する。これは、工程回路（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｃｉｒｃｕｉｔ）および気化／物質移動に要する推進力で決定される。
【００３９】
そのような工程の比エネルギー消費は、主に、必要な推進力（流れを気化させる時の熱）、気化させるべき流れの熱吸収容量、およびレテンテート流れから気化させるべき流れに対して起こるかなりの熱損失によって決定される。従って、これは、特に、物質移動（これによって必要な推進力が決定される）、熱移動（特にかなりの熱）および工程回路／モジュールデザイン（重要である）である。
【００４０】
前記モジュールセグメントを少なくとも最小限で１０個用いると実質的に理想的な向流流れが生じることを見いだした。空気間隙（スペーサーによる移動を考慮）を用いると熱の損失全体（即ち、かなりの度合で起こる熱の移動）を潜熱（物質移動による）のそれの１０％未満に制限することができる。全物質移動係数（ｔｏｔａｌ  ｍａｓｓ  ｔｒａｓｆｅｒ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が０．０６ｍ／秒（ポリプロピレン製の中空繊維を通る水蒸気の透過に関して測定した値は０．１２ｍ／秒に及ぶ）の場合、温度差を２℃に等しいか或はそれ以下にした時、７  ｌ／ｍ2・時に及ぶ留出液流量が可能になる。かなりの度合で起こる熱損失が１０％であるように本発明に従って構成させたモジュールの場合、温度差を２℃にした時の熱均衡（ｈｅａｔ  ｂａｌａｎｃｅ）によって得られる熱回復率は１０．６％でありそして比エネルギー消費率は８２ＭＪ／ｍ3（海水の熱容量は４．２ＭＪ／ｍ3Ｋで気化エンタルピーは２３２６ＭＪ／ｍ3）である。これに関連して、留出液流れからかなりの熱も同様に回収することが極めて重要であり、本モジュールデザインを用いると、本モジュールから出る留出液の温度をレテンテート流れの温度に等しいか或はそれより低くすることが可能になる。また、本モジュールセグメントで真空を用いると物質移動もかなり向上しかつかなりの度合で起こる熱の損失が相対的に更に低下する。それによって、本発明に従うモジュールは非常に低い推進力（温度差）で作動し、従って低いエネルギー消費で作動し得る。
【００４１】
図２に、この上に記述した方法の変法を示し、この変法では液体を排出させる時に残熱（恐らくは凝縮後）を利用することができる。この熱を最高温度を達成する目的で用いるばかりでなく、前記液の温度がそれを排出させることができる温度になるように前記液を前記レテンテート流れとの熱交換で冷却する。重要な利点は、温度差を高くすることで残熱（エクセルギー）をより完全に利用することができることと本モジュールの下部の推進力が維持される結果としてこの種類のモジュールを極めてコンパクトで安価な構造にすることができる点にある。図１に従う態様の補足で流路１１を存在させ、この流路１１に比較的温かい液体をライン１２ａに通してレテンテート流れ３との熱交換状態で供給する。図１に従う態様の場合と同様に、それによって凝縮液流れ１０がもたらされる。このようにして構成させた複数のモジュールを直列に位置させることができ、１つのモジュール３から来るレテンテート流れが冷却水流れ１２ｂ（多孔質膜１４と狭い気体間隙１５が備わっている別のモジュール１３の中を向流で流れる）で冷却された後、この流れが次のモジュールへの供給流れ１として送り込まれ、その残熱を用いてレテンテート流れ３を加熱する。前記気体間隙１５を５ｍｍ未満にする。この場合、また、前記モジュール内で別の凝縮液流れ１０も生じ、この時、前記モジュール内の冷却水が熱交換媒体として利用される。
【００４２】
図３に３番目の態様を図式的に示し、この態様では、数枚の多孔質レテンテート膜４ａと数枚の非孔性レテンテート膜４ｂを交互に存在させ、凝縮液は、供給流れ１の境界を限定している非孔性膜２に近い所で生じかつレテンテート流れの境界を限定しているレテンテート膜の非孔性部分４ｂの所で生じる。この態様でもまたモジュール内に真空を生じさせるのが有利である。
【００４３】
図４および５に、図１、２および３に従う態様で用いることができるモジュールセグメントの態様を示す。この場合には、前記セグメントを、正方形の管［この管の壁は開口部１６が与えられている室で構成されている］、即ち比較的冷えた供給流れ１のための供給分配室１７、この分配室の反対側に位置していて供給流れ１を排出させるための分配室１８（これをある度合で加熱しておく）、温かいレテンテート流れ３のための供給分配室１９、およびレテンテート流れ３を排出させるための分配室２０（これをある度合で冷却しておく）で構成させる。非孔性中空繊維２１（この中を供給流れ１が室１７から室１８に向かって流れる）の層が室１７と１８の間に広がっている。前記繊維の表面積は多孔質繊維またはシート２２の表面積より大きい（１．２から６倍、好適には２から３倍大きい）。付随的に、また、更により大きな凝縮表面積を作り出す目的で前記層を数層（例えば２−４層）にすることも可能である。多孔質中空繊維２２（この中をレテンテート流れ３が室１９から室２０に向かって移動する）の層が連続的に位置する中空繊維２１の層（または数層）の各々の間に広がっている。本図では前記多孔質中空繊維２２を中空繊維２１に対して９０゜の角度で位置させているが、この角度は１０から１７０゜の範囲であってもよい。付随的に、また、平らな膜を巻いてその中に流路が開放状態で保持されるように適切なスペーサーを位置させることで層２２を生じさせることも可能である。繊維２１と２２を、気体（例えば水蒸気または不活性ガス）で満たしておいた高多孔度のスペーサー層または片（多孔度が７０％を越え、好適には９０％を越える）で離して保持する。
【００４４】
各モジュールセグメントに連結手段［例えばスナップフィットエレメント（ｓｎａｐ−ｆｉｔ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）または樹脂コンパウンド］（示していない）を与え、この手段を用いて、供給流れが前記セグメントの室１８から次のセグメントの室１７に流れ込むことができかつレテンテート流れが１つのセグメントの室２０からその前に位置するセグメントの室１９に流れ込むことができるように各モジュールセグメントを隣接するセグメントにつなげてもよい（また図６も参照）。
【００４５】
モジュールセグメントのデザインに応じて、伝達開口部１６を図４に示す位置とは別の位置に生じさせてもよい。複数（典型的には５から２０）のモジュールセグメントを互いに連結させて１つのモジュールを構成させる。
【００４６】
図６に、図１に従う１番目の態様を用いた時の供給流れ１、レテンテート流れ３および凝縮液流れ１０のいろいろな流路を図式的に示す。図６には４個のモジュールセグメントを明瞭さの理由でそれらが互いに離れて位置するように示すが、これらは実際には互いに結合している。供給流れ（例えば海水）は非孔性中空繊維２１を通り、レテンテート流れ３（例えば食塩水）は多孔質中空繊維２２を通り、そして凝縮液／留出液／産物流れ（例えば脱塩水）はモジュールセグメントから下方に滴り落る。このようなモジュールを全体として上から見ると、供給流れ１とレテンテート流れ３は互いに向流で流れる（本図では、流れ１は下部から上部に移動しそして流れ３は上部から下部に移動する）。その上、この場合、凝縮液／留出液流れ１０と供給流れ１も向流状態にあり、そして供給流れ１とレテンテート流れ３は各モジュールセグメント内で互いに交差流（角度は好適には９０゜であり、１０から１７０゜の範囲であってもよい）の状態にある。かなり度合で起こる熱の相対的損失を減少させ、物質移動を向上させかつ操作を非常に低い推進力（ΔＴ）で行うことができるようにエネルギー消費を低くする目的で真空ポンプ２４を下部のモジュールセグメントにつなげる。
【００４７】
図７は、またレテンテート流れもモジュールセグメント部分２５内で残熱を有する流れ１２と熱交換状態にある点で図６とは異なる。これに関連した事項は、実際、図２に従う態様で用いたモジュールのさらなる改良である。セグメント部分２５内で残熱移動用非孔性膜繊維とレテンテート流れが互いに交差している。モジュールセグメント部分２５は、供給流れ１とレテンテート流れ３が互いに向流で送り込まれるモジュールセグメントと一体構造を形成していてもよい。
【００４８】
図８は、図３に従う流れスキームのさらなる改良である。レテンテート流れはこれ自身（供給流れとの熱交換で冷却された後）および供給流れの両方と交差流状態にある。この図には明瞭さの目的でレテンテートの可能な温度を示す。凝縮液／留出液／産物流れ１０、例えば脱塩水を、レテンテート流れと供給流れが互いに交差流で流れるモジュール内およびレテンテート流れとレテンテート流れが互いに交差流で流れるモジュール内の両方で得る。
【００４９】
本発明を用いると気化する流れと凝縮する流れの間の蒸気圧の差を小さくして、例えば０．１バール未満にしても２００ｋＪ／ｋｇ未満の比エネルギー消費量、即ち公知の膜蒸留方法に比べて約４−８倍低いエネルギー消費量で海水から真水を生じさせることができることを見いだした。
【００５０】
本発明は特に海水の脱塩で用いるに適する。この目的で現在用いられている技術、例えば多段階フラッシュ蒸留および逆浸透などは実質的に最大度合にまで最適化されているが、エネルギー消費量があまりにも高くかつ単位産物当たりの投資レベルがあまりにも高いことから、陸上の（ｏｎ−ｓｈｏｒｅ）浄化生産技術に比較してあまりにも高価である。本発明を用いると、流量を高くすることができ、熱の損失が低く、エネルギーの消費量が非常に低く、水の回収率が高く、水の品質が良好でありかつ水生産費用を打開することができる点で、すばらしい結果が達成される。本方法は比較的低い温度（低品位熱、廃熱、太陽熱集積装置など）で用いるに適する。エネルギー効率が実質的に向上すると期待され、特に小規模用途の場合に期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１に、本発明に従う方法の１番目の態様を図式的に示す。
【図２】
図２に、本発明に従う方法の２番目の態様（１番目の変法）を図式的に示す。
【図３】
図３に、本発明に従う方法の３番目の態様（２番目の変法）を図式的に示す。
【図４】
図４に、用いるモジュールセグメントの可能な構造を示す。
【図５】
図５に、図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面を示す。
【図６】
図６に、本方法の１番目の態様の実施を可能にするモジュールを図式的に示す。
【図７】
図７に、本方法の２番目の態様の実施を可能にするモジュールを図式的に示す。
【図８】
図８に、本方法の３番目の態様の実施を可能にするモジュールを図式的に示す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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