(57)【要約】  供給スペーサーを利用する分離モジュール及びかかる分離モジュールを形成する方法が提供される。柔軟な耐水性材料を含むガスケットが供給スペーサーの１以上の縁の少なくとも一部に配置される。膜層が供給スペーサーの第１の表面に配置される。透過液キャリヤが供給スペーサーの反対側の膜エレメントの表面に配置される。【選択図】    図４
2013544642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給スペーサー、
供給スペーサーの１以上の縁の少なくとも一部に配置された柔軟な耐水性材料を含むガスケット、
供給スペーサーの第１の表面に配置された膜層、
供給スペーサーの反対側の膜エレメントの表面に配置された透過液キャリヤ
を含む、分離モジュール。
【請求項２】
ガスケットが熱可塑性ポリマーを含む、請求項  記載の分離モジュール。
【請求項３】
さらにコアエレメントを含み、供給スペーサー、膜エレメント、及び透過液キャリヤがコアエレメントの周りに放射状に配置されている、請求項１記載の分離モジュール。
【請求項４】
ガスケットを膜エレメントに対して圧迫することによりシールが形成されている、請求項１記載の分離モジュール。
【請求項５】
耐水性の柔軟な材料が供給スペーサーの軸方向の縁に少なくとも部分的に配置されている、請求項１記載の分離モジュール。
【請求項６】
柔軟な耐水性材料の厚さが供給スペーサーの長さに沿って変化する、請求項１記載の分離モジュール。
【請求項７】
さらに、ガスケットと膜エレメントとの間に接着剤材料を含む、請求項１記載の分離モジュール。
【請求項８】
供給スペーサーが開放メッシュ構造を含む、請求項１記載の分離モジュール。
【請求項９】
請求項３記載の１以上の分離モジュールを含む逆浸透システム。
【請求項１０】
請求項３記載の１以上の分離モジュールを含む正浸透システム。
【請求項１１】
請求項３記載の１以上の分離モジュールを含む物理ろ過システム。
【請求項１２】
供給スペーサーを準備し、
供給スペーサーの１以上の縁の少なくとも一部に柔軟な耐水性材料を含浸させ、
供給スペーサー上に膜エレメントを配置し、
供給スペーサーの反対側の膜エレメントの表面上に透過液キャリヤを配置する
ことを含む、分離モジュールを製造する方法。
【請求項１３】
さらに、供給スペーサー、膜エレメント、及び透過液キャリヤをコアの周りに放射状に巻き付けることを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
さらに、柔軟な耐水性材料を圧迫してシールを形成することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
さらに、第１の膜エレメントと反対側の透過液キャリヤの表面上に第２の膜エレメントを配置することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
さらに、柔軟な耐水性材料と膜エレメントとの間に接着剤を適用することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
さらに、柔軟な耐水性材料と膜エレメントとの間に熱硬化性ポリマーを配置することを含む、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に提示する実施形態は、分離モジュールに関し、より特定的には、逆浸透、正浸透、及び物理ろ過モジュールに関する。物理ろ過は精密ろ過、限外ろ過及びナノろ過プロセスを包含することができる。
【背景技術】
【０００２】
膜モジュールは、溶解及び懸濁した有機及び無機の固体を含む流体を分離するために広く使用されている。この目的に使用されるプロセスとしては、逆浸透、正浸透、及び物理ろ過を挙げることができる。逆浸透においては、限定されることはないが汽水又は不純な水、海水、などのような供給溶液が、この供給水の浸透圧より高い圧力で半透膜を通過する。透過液、例えば精製水が半透膜の他の側で得られる。
【０００３】
正浸透においては、限定されることはないが汽水又は不純な水、海水、などのような供給溶液からの水が、供給溶液と引出溶液の浸透圧差のために半透膜を通って引き出される。従って、増大した割合の水のために引出化学物質の濃度が低減した引出溶液が分離モジュールから出て行く。
【０００４】
最後に、精密ろ過、限外ろ過及びナノろ過のような物理ろ過プロセスでは、懸濁した固体を含有する供給溶液が、モジュールの透過液チャネル内に存在するよりも高い圧力で分離モジュールに導入される。水は分離膜の細孔を通って流れ、透過液チャネルを介して分離モジュールを出て行く。
【０００５】
逆浸透、正浸透及び物理ろ過のための上記プロセスにおいて、供給チャネルは通例モジュールの幾何学的形状により、より典型的には供給スペーサー材料の縁に配置された接着剤により画定される。この方法により画定されるチャネルは示されて来ているが、強固な実施は未だに達成されていない。例えば、接着剤は、ＲＯ又はＦＯの場合通例１００ｎｍの程度の非常に薄い膜面に接着する。供給チャネルが透過液チャネルの圧力より高く加圧されると、膜−接着剤接合部で応力集中が起こり、その結果一般に膜に裂け目が生じる。すると、この膜内の裂け目の結果として精製度が低下する。供給圧力が応力集中部で膜を直ちに引き裂くほど十分に高くないような他の場合、取り扱い操作、圧力変動又は周期的サイクルが膜の引き裂きに対して同様な効果を有する可能性がある。
【０００６】
他の場合には、エンドキャップ、又はエンドポッティングをモジュールの末端に配置して供給溶液流路を画成することができる。最後に、層の化学的接合も供給チャネル内に供給溶液流路を画成するのに使用することができる。しかし、かかる接合部は供給材料の高い圧力で漏れを起こし易いことがある。さらに、化学的接合を生じさせるのに関わるプロセスは費用と時間がかかり得る。かかる場合、流れ方向に沿った各供給チャネルの太さの変動も可能でないことがある。また、化学的に接合された縁は膜エレメントの層に損傷を引き起こし得る。さらに、化学的接合は透過液キャリヤの層に追加の剛性を提供し得ない。スパイラル状に巻き付けたモジュールの場合、化学的に接合したリーフをコアの周りに巻き付けることも困難であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５７１１８８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、従来技術の上記及びその他の短所を克服する供給スペーサーガスケット技術に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
供給スペーサーを利用する分離モジュール及びかかる分離モジュールを形成する方法が提供される。柔軟な耐水性材料を含んでなるガスケットが供給スペーサーの１以上の縁の少なくとも一部に配置される。膜層が供給スペーサーの第１の表面に配置される。透過液キャリヤが膜エレメントの供給スペーサーと反対側の表面に配置される。
【００１０】
分離モジュールの幾つかの実施形態が提供される。この膜モジュールは、透過液キャリヤの１以上の層、膜エレメントの１以上の層、及び供給スペーサーの１以上の層を含む。膜モジュールはさらに、供給スペーサーの複数の縁が耐水性の柔軟な材料の１以上のストリップにより少なくとも部分的に被覆されている供給スペーサーの１以上の層を含む。シールが膜エレメントと供給スペーサーとの間に形成され、この場合耐水性の柔軟な材料の１以上のストリップを膜エレメントに対して押し付けて前記シールを形成する。柔軟な耐水性材料は、膜スタックを中心コアの周りに巻き付けることにより、又は適切なフレーム及びプレートアセンブリを用いて柔軟な耐水性材料を膜エレメントに対して押し付けることにより、膜エレメントに対して押し付けられ得る。
【００１１】
分離モジュールを製作する方法が提供される。この方法は、供給スペーサーを準備し、供給スペーサーの１以上の縁の少なくとも一部に柔軟な耐水性材料を含浸させることを含む。方法はさらに、供給スペーサーの１つの面上に膜エレメントを設け、膜エレメントの反対側の面上に透過液キャリヤを設けることを含む。幾つかの実施形態において、この方法はさらに、供給スペーサー、膜エレメント、及び透過液キャリヤをコアの周りに巻き付けることを含む。柔軟な耐水性材料を膜エレメントに対して押し付けて供給チャネル内にシールを形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、１つの実施形態による複数の材料層の配列を図解する。
【図２】図２は、幾つかの実施形態による耐水性ガスケットを図解する。
【図３】図３は、１つの実施形態による分離モジュールの膜スタックの断面図である。
【図４】図４は、別の実施形態による分離モジュールの膜スタックの断面図である。
【図５】図５は、１つの実施形態による分離モジュールの膜スタックを図解する。
【図６】図６は、別の実施形態による分離モジュールの膜スタックを図解する。
【図７】図７は、さらに別の実施形態による分離モジュールの膜スタックを図解する。
【図８】図８は、様々な実施形態による、供給スペーサーの長さに対するガスケットの厚さのプロフィールプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本明細書に提示される様々な実施形態を添付の図面に関連して詳細に説明する。しかし、これらの実施形態が、これらの具体的な詳細の幾つか又は全てを使用しないで実施し得ることは明らかであろう。他の場合において、実施形態の説明を不必要に不明瞭にしないように、周知のプロセスステップ又は要素は詳細に記載しない。以下の例示の実施形態及びその様々な局面は、説明のための例示であって範囲を限定することのない装置、方法、及びシステムと併せて説明・例示される。
【００１４】
本明細書に提示される実施形態は、供給スペーサー及びその供給スペーサーを使用する分離モジュールについて記載する。特定の実施形態に応じて、分離モジュールは、逆浸透、正浸透又は物理ろ過用途に使用することができる。これらの用途に対する代表的な実施形態は添付の図と共に提供される説明を通して明らかになるであろう。
【００１５】
図１は、様々な実施形態に従って逆浸透、正浸透及び物理ろ過に適用可能な典型的なスパイラル状に巻き付けた分離モジュール１００における材料の例示の配列を図解する。この分離モジュールは、供給スペーサー１０４の１以上の層と透過液キャリヤ１０６の１以上の層との間に配置された膜エレメント１０２の１以上の層を含む。膜エレメント１０２、供給スペーサー１０４、及び透過液キャリヤ１０６の層は中心コア１０８の周りに巻き付けられる。中心コア１０８は供給溶液、透過液及び保持液に対して別々のチャネルを含み得る。これらの層の配列は分離モジュールの所望の幾何学的形状に応じて多数回繰り返し得る。
【００１６】
逆浸透、正浸透、及び物理ろ過に関するスパイラル状に巻き付けた分離モジュール１００の基本的な機能を以下に記載する。
【００１７】
逆浸透
供給溶液は、通常汽水の場合２−１７バール（３０−２５０ＰＳＩ）、海水の場合４０−７０バール（６００−１０００ＰＳＩ）の高圧で、供給スペーサー１０４を介してポンプで送り込むことができる。供給溶液の圧力のため、供給スペーサー１０４を通って流れる供給溶液は膜エレメント１０２内に押し込まれる。透過液、例えば精製水は、膜エレメント１０２を通過し、透過液キャリヤ１０６に収集され得る。透過液キャリヤ１０６は透過液を透過液排出口へ運搬する。保持液、例えば塩水は、膜エレメント１０２を通過しないで供給スペーサー１０４内に残る。供給スペーサー１０４は保持液を保持液排出口へ運搬する。
【００１８】
物理ろ過
供給溶液は高圧で供給スペーサー１０４を介してポンプで送り込むことができる。供給溶液の圧力のため、供給スペーサー１０４を通って流れる供給溶液は膜エレメント１０２内に押し込まれる。ろ液は膜エレメント１０２を通過し、透過液キャリヤ１０６内に収集され得る。透過液キャリヤ１０６はろ液をろ液排出口へ運搬する。不純な供給溶液は膜エレメント１０２を通過しないで、供給スペーサー１０４内に残る。供給スペーサー１０４は不純な供給溶液を不純な供給溶液排出口へ運搬する。
【００１９】
正浸透
供給溶液は供給スペーサー１０４を介してポンプで送り込むことができ、適切な引出溶液は透過液キャリヤ１０６を介してポンプで送り込むことができる。膜エレメント１０２を横切る浸透圧勾配のため、供給スペーサー１０４内の供給溶液から透過液キャリヤ１０６内の引出溶液への透過液の正味の流れが起こる。透過液は膜エレメント１０２を通過することができ、透過液キャリヤ１０６内に収集され得る。透過液キャリヤ１０６は透過液を透過液排出口へ運搬する。透過液はその後場合により逆浸透、又は引出溶質分離技術のような第２の分離プロセスに供してもよい。保持液は膜エレメント１０２を通過しないで、供給スペーサー１０４内に残る。供給スペーサー１０４は保持液を保持液排出口へ運搬する。
【００２０】
図２は、幾つかの実施形態による、分離モジュールの供給スペーサーに含浸した柔軟な耐水性ガスケットを図解する。膜スタック２００は逆浸透、正浸透及び物理ろ過プロセスのための幾つかの異なる分離モジュール構成に使用し得る。膜スタック２００は供給スペーサー２０４の１以上の層と透過液キャリヤ２０６の１以上の層との間に配置された膜エレメント２０２の１以上の層を含む。柔軟な耐水性ガスケット２０８が、円筒状分離モジュールの軸に対して垂直な供給スペーサーの側部の縁に配置される。柔軟な耐水性ガスケット２０８は好ましくは、膜スタック２００の組立の前に供給スペーサー２０４上に配置し得る。膜エレメント２０２、供給スペーサー２０４、及び透過液キャリヤ２０６の層は中心コア２１０の周りに巻き付けられる。中心コア２１０の周りに膜エレメント２０２、供給スペーサー２０４、及び透過液キャリヤ２０６を巻き付けることにより、圧迫のために膜エレメント２０２と柔軟な耐水性ガスケット２０８との間にシールが形成される。従って、このシールは供給スペーサー２０４に隣接する膜エレメント２０２間に供給溶液チャネルを画成する。
【００２１】
図３は、１つの実施形態による代表的な膜スタックの断面図３００である。膜スタックは供給スペーサー３０２を含む。供給スペーサー３０２は開放（目の荒い）メッシュ構造３０４を含む。開放メッシュ構造３０４の側部の縁は少なくとも部分的に、１以上の柔軟な耐水性ガスケット３０６で被覆され得る。柔軟な耐水性ガスケットは、分離モジュールの典型的な作動温度より（セ氏５−６度）低いガラス転移温度を有するゴム状材料で作成し得る。柔軟な耐水性ガスケットは、熱可塑性材料及び熱硬化性材料のような材料で作成し得る。例示の材料として、限定はされないが、ホットメルト接着剤、例えばエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）コポリマー、エチレン−アクリレートコポリマー、例えばエチレン−ビニルアセテート−無水マレイン酸、エチレン−アクリレート−無水マレイン酸、ターポリマー、エチレンｎ−ブチルアクリレート、エチレン−アクリル酸、及びエチレン−酢酸エチル、ポリオレフィン、例えば低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリブテン−１、ポリアミド及びポリエステル、ポリウレタン、例えば熱可塑性ポリウレタン及び反応性ウレタン、スチレンブロックコポリマー、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−エチレン／プロピレンブロックコポリマー、ポリカプロラクトン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、シリコーンゴム、及び熱可塑性エラストマーがある。特に、エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）を使用して柔軟な耐水性ガスケット３０６を形成し得る。図３に例示した実施形態において、開放メッシュ構造３０４の側部の縁は１以上の柔軟な耐水性ガスケット３０６で完全に被覆され得る。
【００２２】
柔軟な耐水性ガスケット３０６は、何らかの適切な技術を用いて開放メッシュ構造３０４に配置し得る。１つの実施形態においては、開放メッシュ構造３０４に、ＥＶＡのような熱い熱可塑性材料を含浸させる。その後、供給スペーサー３０２を１以上の膜エレメント３０８、及び１以上の透過液キャリヤ３１０と共に積み重ねて分離モジュールのための膜スタックを形成する。柔軟な耐水性ガスケット３０６を膜エレメント３０８に対して圧迫することで、供給チャネルのためのシールが効果的に形成される。スパイラル状に巻き付けた及び平坦なモジュール構成のための（図５に関して説明される説明される実施形態のような）幾つかの実施形態において、供給チャネルとかけられた供給溶液の圧力との圧力差は小さい。かかる実施形態において、柔軟な耐水性ガスケット３０６は供給チャネルを容易に密封する。
【００２３】
図４は、１つの実施形態による代表的な膜スタックの断面図４００である。膜スタックは供給スペーサー４０２を含む。供給スペーサー４０２は開放メッシュ構造４０４を含む。開放メッシュ構造４０４の側部の縁は少なくとも部分的に、１以上の柔軟な耐水性ガスケット４０６で被覆し得る。柔軟な耐水性ガスケット４０６を形成するのに適切な例示の材料及び技術は図３に関連して説明されている。図４の膜スタックはさらに、柔軟な耐水性ガスケット４０６と隣接する膜エレメント４１０との間に設けられた接着剤４０８を含む。接着剤４０８は、柔軟な耐水性ガスケット４０６上及び柔軟な耐水性ガスケット４０６の外縁の周りに設けてシールを改良し得る。
【００２４】
スパイラル状に巻き付けた及び平坦なモジュール構成のための実施形態において、供給チャネルとかけられる供給溶液の圧力との圧力差が大きい場合、接着剤４０８は供給スペーサー４０２を膜エレメント４１０にさらに結合し得る。接着剤４０８に適した材料は柔軟な耐水性ガスケット４０６、並びに膜エレメント４１０と共に結合を形成する。適切な接着剤の一例は熱硬化性ウレタンである。
【００２５】
図２、３、及び４は開放メッシュ構造の側部の縁に配置された柔軟な耐水性ガスケットを例示しているが、様々な他の実施形態において柔軟な耐水性ガスケットは開放メッシュ構造の軸方向の縁、特に中心コアから遠い軸方向の縁に配置してもよい。かかる実施形態は図６及び７に関連して説明される。
【００２６】
図５は、１つの実施形態による分離モジュールで使用される膜スタック５００を図解する。膜スタック５００はスパイラル流分離モジュールに使用するのに適切であり得る。膜スタック５００は供給スペーサー５０４の１以上の層と透過液キャリヤ５０６の１以上の層との間に配置された膜エレメント５０２の１以上の層を含む。柔軟な耐水性ガスケット５０８が円筒状分離モジュールの軸方向末端で供給スペーサー５０４の側部の縁上に配置される。膜スタック５００は逆浸透、及び物理ろ過プロセスのための幾つかの異なる分離モジュール構成で使用し得る。
【００２７】
供給溶液は、スパイラル流分離モジュールの周辺の縁に配置された入口からスパイラル状に内方へ流れ、中心コア５１０中に入り得る。或いは、供給溶液は、中心コア５１０からスパイラル状に外方へ流れてスパイラル流分離モジュールの周辺の縁に配置された出口に入り得る。供給溶液が供給スペーサー５０４を通って流れるとき、膜エレメント５０２が透過液を回収する。透過液は膜エレメント５０２を横切って透過液キャリヤ５０６内に流れる。その後透過液は透過液キャリヤ５０６の周辺の縁からスパイラル状に内方へ向かい中心コア５１０中に流れる。
【００２８】
供給スペーサー５０４に配置された柔軟な耐水性ガスケット５０８と似て、透過液キャリヤ５０６はそこに配置された柔軟な耐水性ガスケット５１２も含み得る。柔軟な耐水性ガスケット５１２はシールを形成し得、このシールは透過液キャリヤ５０６に隣接する膜エレメント５０２間に透過液チャネルを画成する。
【００２９】
図６は、１つの実施形態による分離モジュールで使用される膜スタック６００を図解する。膜スタック６００はクロスフロー透過分離モジュールで使用するのに適切であり得る。膜スタック６００は供給スペーサー６０４の１以上の層と透過液キャリヤ６０６の１以上の層との間に配置された膜エレメント６０２の１以上の層を含む。供給スペーサー６０４はさらに円筒状分離モジュールの軸方向末端で供給スペーサー６０４の側部の縁に配置された柔軟な耐水性ガスケット６０８を含む。膜スタック６００は逆浸透、正浸透及び物理ろ過プロセスのための幾つかの異なる分離モジュール構成で使用し得る。
【００３０】
供給溶液はクロスフロー透過分離モジュールの周辺の縁に配置された入口からスパイラル状に内方へ流れ、中心コア６１０中に入り得る。或いは、供給溶液は中心コア６１０からスパイラル状に外方へ向かい、クロスフロー透過分離モジュールの周辺の縁に配置された出口中に流れ得る。供給溶液が供給スペーサー６０４を通って流れるとき、膜エレメント６０２が透過液を回収する。透過液は膜エレメント６０２を横切って透過液キャリヤ６０６中に流れる。その後透過液は透過液キャリヤ６０６を通ってクロスフロー透過分離モジュールの軸方向末端に向かって軸方向に流れる。透過液は１つの末端、又は両方の末端を通って軸方向に流れ出ることができる。１つの実施形態において、このクロスフロー透過分離モジュールは正浸透プロセスに使用し得る。引出溶液は透過液キャリヤ６０６を通って軸方向に流れる。
【００３１】
透過液キャリヤ６０６に配置された柔軟な耐水性ガスケット６１２は、柔軟な耐水性ガスケット６０８により形成されるシールと同様のシールを形成し得る。柔軟な耐水性ガスケット６１２は、透過液キャリヤ５０６に隣接する膜エレメント５０２間に透過液／引出チャネルを画成し、透過液／引出溶液の流れをクロスフロー透過分離モジュールを通って軸方向に導く。
【００３２】
図６は、スパイラル供給流、及び軸方向透過液／引出溶液流れを有するクロスフロー透過分離モジュールを図解する。しかしながら、透過液／引出溶液及び供給溶液の流路を逆にしてもよいことが理解されよう。換言すると、クロスフロー透過分離モジュールはスパイラル透過液／引出溶液流及び軸方向供給流を有し得る。かかる実施形態において、供給スペーサー６０４には、柔軟な耐水性ガスケット６１２と同様に、クロスフロー透過分離モジュールの平行な軸方向の縁に沿って柔軟な耐水性ガスケットを配置し得る。他方、透過液キャリヤ６０６には、柔軟な耐水性ガスケット６０８と同様に、クロスフロー透過分離モジュールの側部の縁に沿って柔軟な耐水性ガスケットを配置し得る。
【００３３】
図７は、１つの実施形態による分離モジュールに使用される膜スタック７００を図解する。膜スタック７００は逆浸透、正浸透及び物理ろ過プロセスのための幾つかの異なる分離モジュール構成で使用し得る。膜スタック７００は供給スペーサー７０４の１以上の層と透過液キャリヤ７０６の１以上の層との間に配置された膜エレメント７０２の１以上の層を含む。供給スペーサー７０４はさらに供給スペーサー７０４の側部の縁及び遠い軸方向の縁に配置された柔軟な耐水性ガスケット７０８を含む。供給スペーサー７０４はまた円筒状分離モジュールの軸に対して垂直に配置された柔軟な耐水性ガスケット７１０も含んでいる。柔軟な耐水性ガスケット７１０は供給スペーサー７０４の側部の縁間のほぼ中ほどに配置し得る。柔軟な耐水性ガスケット７１０は供給スペーサー７０４の遠い軸方向の縁まで延びることはない。柔軟な耐水性ガスケット７０８及び柔軟な耐水性ガスケット７１０は供給溶液流のためのＵ−形の供給チャネルを画成する。
【００３４】
供給溶液は中心コア７１２の１つの軸方向末端の入口から中心コア７１２内へ流れることができる。供給溶液は供給スペーサー７０４中に、そしてスパイラル状に外方へ、供給スペーサー７０４の末端に向かって流れる。供給溶液は柔軟な耐水性ガスケット７１０の遠い末端の角で回転し、中心コア７１２に向かってスパイラル状に内方へ流れる。その後供給溶液は中心コア７１２の反対側の軸方向末端の出口から排出される。
【００３５】
供給溶液が供給スペーサー７０４を通って流れるときに、膜エレメント７０２が透過液を回収する。透過液は膜エレメント７０２を横切って透過液キャリヤ７０６内に流れる。その後透過液は透過液キャリヤ７０６を通って軸方向に、クロスフロー透過分離モジュールの軸方向末端に向かって流れる。透過液は１つの軸方向末端、又は両方の軸方向末端を通って流出し得る。１つの実施形態において、この分離モジュールは正浸透プロセスに使用し得る。引出溶液は透過液キャリヤ７０６を通って軸方向に流れる。
【００３６】
透過液キャリヤ７０６上に配置された柔軟な耐水性ガスケット７１２は柔軟な耐水性ガスケット７０８により形成されるシールと同様にシールを形成し得る。柔軟な耐水性ガスケット７１２は透過液キャリヤ７０６に隣接する膜エレメント７０２間に透過液／引出チャネルを画成し、分離モジュールを通って透過液／引出溶液の流れを軸方向に導く。
【００３７】
図６に図解した実施形態と同様に、透過液／引出溶液及び供給溶液の流路は逆にし得る。換言すると、分離モジュールは、スパイラル状の透過液／引出溶液の流れ及び軸方向の供給溶液の流れを有し得る。かかる実施形態において、供給スペーサー７０４は、柔軟な耐水性ガスケット７１２と同様に、軸方向の近い縁及び遠い縁に沿って配置された柔軟な耐水性ガスケットを有し得る。他方、透過液キャリヤ６０６は、柔軟な耐水性ガスケット７０８及び７１０と同様に配置された柔軟な耐水性ガスケット構成を有し得る。
【００３８】
幾つかの実施形態において、柔軟な耐水性ガスケットは可変の高さの供給チャネルを可能にし得る。可変の高さの供給チャネルは、供給チャネルを貫く圧力降下を最小にしつつ、供給水と半透膜の最適な相互作用を促進し得る。
【００３９】
図８は、様々な実施形態による、柔軟な耐水性ガスケットの厚さを供給スペーサーの長さに対してプロットしたプロフィールプロット８００を図解する。スパイラル状に巻き付けた構成の場合、供給スペーサーの長さは中心コアから測定したスパイラルの長さである。当業者には明らかなように、供給流の方向は厚さ勾配の方向を決定するであろう。従って、供給チャネルの変動は、図２、３、４、５及び６に示した供給流構成の実施形態のいずれかに適合させることができる。
【００４０】
プロフィール８０２は直線であり、柔軟な耐水性ガスケットの厚さが供給スペーサーの長さ全体にわたって一定であることを示す。従って、供給チャネルの高さは供給水が入口からコアまで流れるとき不変のまま残る。
【００４１】
プロフィール８０４は直線であり、柔軟な耐水性ガスケットの厚さが直線的に増大することを示す。厚さはモジュールからの保持液出口の付近の末端で最低であり、供給溶液入口付近の末端で最高である。換言すると、供給チャネルの高さは、供給水が供給溶液入口から保持液出口まで横切るとき直線的に低下する。
【００４２】
プロフィール８０６はステップ状のプロフィールであり、柔軟な耐水性ガスケットの厚さが供給スペーサーの長さと共に階段状に次第に増大することを示す。一例の実施において、プロフィール８０６は膜スタックの巻き毎に異なる高さを有する供給チャネルを提供し得る。供給溶液が軸方向の入口を介して入る場合の実施では、膜スタックの最も外側の巻きの供給チャネルの高さが最も高く、膜スタックの最も内側の巻きの供給チャネルの高さが最も低いであろう。一方、供給溶液が中心コアを介して入る場合の実施では、膜スタックの最も内側の巻きの供給チャネルの高さが最も高く、膜スタックの最も外側の巻きの供給チャネルの高さが最も低いであろう。
【００４３】
プロフィール８０８は曲線であり、柔軟な耐水性ガスケットの厚さが供給スペーサーの長さと共に非直線的に次第に増大することを示す。一例の実施では、プロフィール８０８は供給スペーサーの所定の長さ後は実質的に平坦になり得る。
【００４４】
柔軟な耐水性ガスケットの厚さプロフィールは、限定されることはないが、供給水が供給チャネルを通って流れるときに精製されることに基づく供給材料容積の低下のような要因を用いて決定され得る。かかる供給材料容積の低下は固定された高さの供給チャネル内の供給溶液の速度を低下させる。従って、厚さプロフィールは、供給水を加圧するのに使用するポンプの作動パラメーターを変更することなく、供給溶液入口から保持液排出口まで必要とされる速度勾配に基づいて選択され得る。供給溶液の速度を維持することは、また、濃度の偏りを低減し得、膜を横切る質量輸送を維持し得、従ってスパイラル供給流ＲＯエレメントの効率を改善し得る。
【００４５】
以上の記載は、スパイラル状に巻き付けた構成の分離モジュールの様々な実施形態を含んでいる。しかし、これらの実施形態の教示は平坦型の分離モジュールに等しく応用し得る。特に、図６に関して記載した実施形態は平坦型構成の分離モジュールで容易に実施し得る。平坦型の分離モジュールは図１に関して記載したのと同様の膜スタックを含む。しかし、膜スタックは、中心コアの周りに巻き付けるのではなく、フレーム又はプレートアセンブリ上に平坦に設置される。プレート及びフレームの様々な構成を用いて、柔軟な耐水性ガスケットを膜エレメントに対して押し付けて供給チャネルを効果的に密封することができる。さらに、図８に関して記載したように、柔軟な耐水性ガスケットは供給スペーサーの長手方向の長さに沿って変化する厚さを有し得る。平坦型の構成の分離モジュールは、通例、供給材料キャリヤに連結された供給材料入口及び保持液排出口、並びに透過液キャリヤに連結された透過液排出口を含む。
【００４６】
特定の実施及び適用領域について、本明細書に提示した実施形態に関連して説明して来たが、かかる記載は例示の目的のみである。本明細書の記載から当業者には認識されるように、かかる実施形態は、後記特許請求の範囲の思想と範囲によってのみ制限される改変と変更を伴って実施し得る。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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