(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの供給物入口（１２、３７）、少なくとも１つの残留物出口（６ａ、１３、１３´）、および負圧または真空にさらされるかまたはさらされることがある少なくとも１つの浸透物出口（１４、４２）を有する液密ハウジング（１１）を備える、浸透気化、特に有機親和性浸透気化のための膜モジュール（１）に関するものであり、そこにおいて、膜ポケットスタック（１５）はハウジング内部（１８）に配置されて、互いの上に置かれる複数の膜ポケット（２０）およびシール（６５）を有し、そこにおいて、機械的圧力が、膜ポケット（２０）の相互シーリングのための加圧装置（３２、３３）によって、膜ポケット（２０）に対してスタッキング方向に印加されるかまたは印加されることがあり、その結果、ハウジング内部（１８）は、膜ポケット（２０）によって、膜ポケット（２０）の外側で供給物室（２６）に、そして膜ポケットの内側（２０）で浸透物室（２７）に分割される。本発明は更に、本発明による膜モジュール（１）の使用に関する。本発明による膜モジュールは、膜ポケット（２０）が実質的に矩形の横断面を有して、それらの膜表面において、スロットの形で開口部（２２）を有するということを特徴とし、そこにおいて、膜ポケットスタック（１５）で互いの上に配置されるスロット状開口部（２２）およびその間に位置するシール（６５）は、少なくとも１つの浸透物出口（１４）に通じる少なくとも１つの共通浸透物チャンネル（４０）を形成する。【選択図】  図10
2014520669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの供給物入口（１２、３７）と、
少なくとも１つの残留物出口（６ａ、１３、１３´）と、
負圧または真空にさらされるかまたはさらされることがある少なくとも１つの浸透物出口（１４、４２）と、
を有する液密ハウジング（１１）を備える、浸透気化、特に有機親和性浸透気化のための膜モジュール（１）であって、
膜ポケットスタック（１５）がハウジング内部（１８）に配置されて、 互いの上に置かれる複数の膜ポケット（２０）およびシール（６５）を備え、そこにおいて、機械的圧力が、前記膜ポケット（２０）の相互シーリングのための加圧装置（３２、３３）によって、前記膜ポケット（２０）に対してスタッキング方向に印加されるかまたは印加されることがあり、その結果、前記ハウジング内部（１８）は、前記膜ポケット（２０）によって、前記膜ポケット（２０）の外側で供給物室（１１）に、そして前記膜ポケット（２０）内で浸透物室（２７）に分割される膜モジュール（１）において、
前記膜ポケット（２０）はほぼ矩形の横断面を有して、それらの膜表面において、スロットの形で開口部（２２）を有し、そこにおいて、前記膜ポケットスタック（１５）において互いの上に配置される前記スロット状開口部（２２）およびその間に位置する前記シール（６５）は、少なくとも１つの共通浸透物チャンネル（４０）を形成し、それは少なくとも１つの浸透物出口（１４）に通じることを特徴とする膜モジュール（１）。
【請求項２】
前記スロット状開口部（２２）が、前記膜ポケット（２０）の２つの対称軸のうちのより長い１つに配置されることを特徴とする請求項１に記載の膜モジュール（１）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの浸透物チャンネル（４０）が、前記膜ポケットスタック（１５）の一方の側に位置する浸透物管（４１）に通じて、１つまたはいくつかの浸透物出口（１４、４２）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の膜モジュール。
【請求項４】
多孔質浸透物スペーサー（５２-５５）が前記膜ポケット（２０）内に配置され、そして／または多孔質供給物スペーサー（５１）が前記膜ポケットスタックの前記膜ポケット（２０）の間に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜モジュール（１）。
【請求項５】
いくつかの浸透物スペーサー（５２〜５５）が前記膜ポケット（２０）に層を成して配置されて、それらの多孔性に関する前記浸透物スペーサーの細かさは内部から外へと増大することを特徴とする請求項４に記載の膜モジュール（１）。
【請求項６】
さらに、１つまたはいくつかの金属プレッシャープレート（６０）が、前記膜と浸透物スペーサー（５２〜５５)の間の前記膜ポケット（２０）内に配置されることを特徴とする請求項４または５に記載の膜モジュール（１）。
【請求項７】
穿孔された支持管（４３）が、前記浸透物チャンネル（４０）を安定させるために少なくとも１つの前記浸透物チャンネル（４０）内に配置され、その支持管は前記浸透物チャンネル（４３）と実質的に同じ横断面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の膜モジュール（１）。
【請求項８】
前記ハウジング内部（１８）が、個々の膜ポケット（２０）の間に配置されたバッフルプレート（１６）によって、いくつかの区画（１７ａ〜１７ｆ）に分割されて、そこにおいて、前記バッフルプレート（１６）は、各々、供給物流れ（２３）を１つの区画（１７ａ〜１７ｅ）から次の区画（１７ｂ〜１７f)へ通すための開口部（１６ａ）を備え、そこにおいて、前記開口部は、前記区画（１７ａ〜１７ｆ）を通る曲りくねった供給物流れ（２３）を達成するために交互になるように配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の膜モジュール（１）。
【請求項９】
前記区画（１７ａ〜１７ｆ）の高さおよび１区画（１７ａ〜１７ｆ）当たりの膜ポケット（２０）の数は、前記供給物入口（１２）から前記残留物出口（２３、１３´）への方向において、少なくとも部分的に減少することを特徴とする請求項８に記載の膜モジュール（１）。
【請求項１０】
前記ハウジング（１１）が圧力容器（２）内に配置される ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の膜モジュール（１）。
【請求項１１】
液体混合物、特に、有機溶媒とそれに溶かした有機物質の混合物の浸透気化分離のための請求項１〜１０のいずれか一項に記載の膜モジュール（１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの供給物入口、少なくとも１つの残留物出口、および負圧または真空にさらされるかまたはさらされることがある少なくとも１つの浸透物出口を有する液密ハウジングを備えた、浸透気化、特に有機親和性浸透気化のための膜モジュールに関するものであり、そこにおいて、膜ポケットスタックはハウジング内部に配置されて、互いの上に置かれる複数の膜ポケットおよびシールを備え、そこにおいて、機械的圧力が、膜ポケットの相互シーリングのための加圧装置によって、膜ポケットに対してスタッキング方向に印加されるかまたは印加されることがあり、その結果、ハウジング内部は、膜ポケットによって膜ポケットの外側で供給物室に、そして膜ポケット内で浸透物室に分割される。本発明は更に、本発明による膜モジュールの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸透気化は、膜を通して拡散するいろいろな液体成分のためのいろいろな浸透性を有する前記膜により遂行される分離に基づいて、液体混合物を浄化するための方法である。用途ごとに、過度に存在する多数成分の拡散より、少数成分とも呼ばれる低い濃度で存在する成分の拡散を促進する適切な膜を選択しなければならない。実施例は、例えば、９６重量％のエタノールおよび４％の水を含むエタノール燃料、すなわち、他の分離プロセスによって更に分離されることができない共沸混合物の分離である。このために、少数成分、すなわち水の浸入を容易にして、エタノールをはじく傾向がある親水性膜を選択できる。
【０００３】
圧力により推進される濾過プロセスとは対照的に、膜は、拡散による以外は、問題の液体を通さない。浸透気化を行うために、負圧または真空が浸透物側に加えられ、その一方で、供給物側で発生する供給物流れは特定の圧力と関連していない。
【０００４】
浸透気化は、供給物流れの液体成分が膜を通して拡散して、浸透物側で高い負圧または真空に遭遇するという事実により推進される。その結果、浸透物は膜の浸透物側ですぐに蒸発して、浸透物出口の方へ移動する。浸透物側の真空または低い空気圧と供給物側（それは同時に残留物側である）の通常の液体圧の間のこの圧力差は、拡散プロセスまたは浸透気化プロセスを推進する。前記液体成分の濃度が、浸透物側での蒸発に因って膜の供給物側で高くて浸透物側で低いので、このプロセスは、膜を通して拡散する溶液成分の濃度の見地から考察することもできる。結果として生じる濃度勾配は浸透気化プロセスを推進する。従って、浸透気化は、膜のいかなる位置においても膜の２つの側の間の圧力差に依存する速度で進行する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最先端技術は、浸透気化のために設計された膜モジュールのいろいろな構造を含む。大部分の膜モジュールは平らな膜に基づいている。例えば、スルザー・ケムテック（Ｓｕｌｚｅｒ−Ｃｈｅｍｔｅｃｈ）社から入手可能であって、開いた浸透物室を含むプレートモジュールは、供給物プレートとモジュールの端プレートの間に取り付けられる膜と、浸透物側に配置されて、有孔金属シートを含む浸透物チャンネルスペーサーとを備える。複雑なシールがこの場合に必要とされる。
【０００６】
ＣＭセルファ（ＣＭ―Ｃｅｌｆａ）社から入手可能であって、閉じた浸透室を含むプレートモジュールでは、膜プレートは不浸透性プレートと交互になり、それもまた複雑なシーリング手段を必要とする。
【０００７】
代わりの構造では、平らな膜の交互層は、螺旋状に巻いたモジュールにおいて中心の多孔質浸透物管に巻き付けられ、そして供給物スペーサーの、そして浸透物スペーサーの交互層はそれらの間に配置される。供給物流れは浸透物管と平行して導かれる。この構造は、浸透気化プロセスにおける使用に完全には適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
最後に、本出願人は、それらの端に互いに溶接されて、中心の多孔質浸透物管に積み重ねられる丸い膜ポケットを含む膜ポケットスタックに基づいて浸透気化のための膜モジュールを開発した。このために、丸い横断面を有する膜ポケットは、各々、半径が浸透物管の直径と同じである中心の丸い開口部を有する。膜ポケット（互いの上にある２つの膜表面を各々含む）は、膜ポケット内の浸透物スペーサーによって開いたままであり、その結果、負圧が浸透物管で印加されるときに、膜ポケットは圧壊しない。加えて、浸透物ポケットの外側が膜モジュール内に供給物室を形成するように、膜ポケットは、浸透物管とともに、それらの接触線で封止され、その供給物室は、膜ポケットの内部の浸透物室から、そして浸透管から遮断される。
【０００９】
上記とは対照的に、本発明の目的は、良好な選択性を一貫して維持すると共に、より改良された分離効率、特に上昇した浸透量を達成する浸透気化のための膜モジュールを提供することである。
【００１０】
この目的は、少なくとも１つの供給物入口、少なくとも１つの残留物出口、および負圧または真空にさらされるかまたはさらされることがある少なくとも１つの浸透物出口を有する液密ハウジングを備えた、浸透気化、特に有機親和性浸透気化のための膜モジュールにより達成され、そこにおいて、膜ポケットスタックはハウジング内部に配置されて、互いの上に置かれる複数の膜ポケットおよびシールを備え、そこにおいて、機械的圧力が、膜ポケットの相互シーリングのための加圧装置によって、膜ポケットに対してスタッキング方向に印加されるかまたは印加されることがあり、その結果、ハウジング内部は、膜ポケットによって、膜ポケットの外側で供給物室に、そして膜ポケット内で浸透物室に分割され、その膜モジュールは、膜ポケットが実質的に矩形の横断面を有して、それらの膜表面において、スロットの形で開口部を有するという事実により改善され、そこにおいて、膜ポケットスタックで互いの上に配置されるスロット状開口部およびその間に位置するシールは、少なくとも１つの浸透物出口に通じる少なくとも１つの共通浸透物チャンネルを形成する。
【００１１】
本発明の基礎をなす基本的な考えは、ほぼ丸い膜ポケットの膜ポケットスタックを含んで、中心の浸透物管のための円形の中央開口部を有する、本出願人により開発された膜モジュールが、膜の浸透物側と供給物側の間のより大きな圧力差が達成されるように、その形状を変えることにより変更されるということである。平らな膜を用いた従来の膜モジュールにおいて、浸透物側と供給物側の圧力差が平らな膜の全体にわたって同じであるので、この問題は存在しなかった。本出願人により開発された膜モジュールの丸い膜ポケットの場合には、分離効率が、選択性および浸透率の両方に関して従来の最高水準のモジュールのそれと同等であるか、またはずっと上回ったので、問題が存在することは公知でなかった。しかしながら、膜を通しての浸透の速度が形状を変えることによって更に非常に増大できることが意外にも分かった。
【００１２】
これは、丸い膜ポケットの半径方向外側位置にある浸透物がガスとして中心、すなわち浸透物管の方へ流れなければならないという事実に基づいている。これは、膜ポケットのあらゆる位置から内部へ流れる浸透物に当てはまる。中心の浸透物管に向かって、浸透物は、容積が徐々に減少する、すなわち、それが中心の方へ進むにつれて、それは圧縮される。前記圧縮は増大した抵抗および圧力損失が付随する。結果は膜ポケットの外側部から中心に向かっての大きな圧力差であり、その結果、膜の浸透物側に印加される負圧は中心でより外側部において低い。従って、膜において液体少数成分の拡散を推進する力は、膜ポケットの内側部（そこでは膜の浸透物側と供給物側の圧力差が外側部におけるより大きい）におけるより外側部においてそれほど強くない。これは、膜の外側部における、すなわちより大きい領域をカバーする膜ポケットの部分における浸透気化プロセスの非効率性につながる。圧力損失曲線は膜ポケットの内側部において特に急であり、その一方で、それは外側に向かって非常により平らになる。従って、膜表面の大部分は効率を欠いている。
【００１３】
これらの考慮点において、膜ポケットの厚み、すなわち膜ポケットの膜の間の距離は、それが浸透物スペーサーによって半径方向において一定に保たれているので、あまり重要ではない。増大する圧力損失は円周方向における膜ポケットのサイズの変化に主に起因し、それは同じ厚みの同心の円形状リングにより図示することができて、それの表面積は、半径がより小さくなるにつれて線形に減少する。
【００１４】
膜ポケットのためのほぼ矩形の横断面およびスロット状開口部が選択される場合、膜ポケット内の浸透物の流理構造は変化する。外側から中心の方へ放射状に流れる（それは横断面の減少を引き起こす）代わりに、浸透物は、横断面がほとんど減少せずに、まっすぐな経路に沿って中央スロットにすぐに到達する。収束する流線（それは類似の圧力損失をもたらす）は、スロットの末端部分のすぐ近くで見つけられるだけである。しかしながら、流線は、スロットの長さに沿って収束しないかまたはわずかに収束するだけであり、それによって、内側から外への圧力損失は膜ポケットにおいて著しく減少する。結果として、同じように低い値の負圧が膜ポケットの表面積の大部分に印加され、その結果、膜の浸透物側と供給物側の間の大きな圧力差はこれらの部分に広まって、高効率の浸透気化を確実にする。このようにして、達成され得る浸透気化率、すなわち浸透の量は、少数成分と多数成分の分離の選択性に悪影響を与えずに数倍増大することができる。
【００１５】
好ましくは、スロット状開口部は、膜ポケットの２つの対称軸のうちのより長いものに配置される。この方策は、収束しない浸透物流れが存在する膜ポケットの部分を最大にして、浸透物流線が収束する部分を最小化するのに役立つ。これは浸透気化分離の効率を改善する。
【００１６】
有利な更なる開発において、少なくとも１つの浸透物チャンネルは、膜ポケットスタックの一方の側に位置する浸透物管に通じて、１つまたはいくつかの浸透物出口を有する。この場合、真空は、膜ポケットスタックの浸透物チャンネルに対してではなく、浸透物管の片側または両側で浸透物管に対して直接印加され、それは膜モジュールの全体設計を簡単にする。このようにして、膜ポケットスタックの浸透物チャンネルのスロット状横断面は管状横断面に変化し、それは負圧を印加することにより適している。
【００１７】
１つのスロット状浸透物チャンネルの代わりに、一列に隣り合って配置されるいくつかのスロット状浸透物チャンネルを設けることができる。これは、特に、膜モジュールの実施形態の場合であり、そこでは、加圧装置は、例えば圧力プレートによって、圧力ができるだけ一様に形成されることを確実にするために膜ポケットの対称軸に配置されると共に、膜ポケットスタックの一方から膜ポケットスタックの他方まで伸びるタイロッドを備える。このような場合には、浸透物チャンネルおよびタイロッドのスロットは前記対称軸上で交互になる。
【００１８】
好ましくは、多孔質浸透物スペーサーは膜ポケットに配置され、そして／または多孔質供給物スペーサーは膜ポケットスタックの膜ポケットの間に配置される。多孔質浸透物スペーサーは、負圧が印加されるときに、膜ポケットが圧壊するのを防止し、したがって膜ポケットに変わらない浸透物室を画成するのに役立つ。浸透物スペーサーは多孔質であり、そして負圧が印加されるときでも、膜ポケットの形状を維持するために充分な強度を有する。供給物スペーサーは、特に膜モジュールにおける供給物流れに関して、膜ポケットを安定させるのに役立つ。結果として、膜ポケットスタックの変らない形状は、連続した膜ポケットの膜が互いに接触しないことも確実にすると共に維持され、その結果、浸透気化が利用できる表面積はできるだけ大きい。
【００１９】
都合のよいことに、いくつかの浸透物スペーサーは膜ポケットに層を成して配置され、そしてそれらの多孔性に関する前記浸透物スペーサーの細かさは内部から外へと増大する。例えば、粗い浸透物スペーサーの層（例えば、横方向に互いの上に置かれるポリマースレッドでできている）は、膜ポケットの厚みに関して、中心に設けられることができて、その一方で、前記ポリマースレッドは厚みが外側に向かって減少し、そして、適切な場合、細繊維ウェブは最外側層に配置され、そのウェブは、特定の小空間可撓性と、特に、膜ポケットの膜の浸透物側と接する比較的小さい表面とを有し、その結果、膜の浸透物側の浸透気化に実際に使用可能である流れの範囲はできるだけ大きい。
【００２０】
膜ポケットスタックおよび浸透物チャンネルの更なる安定化のために、１つ以上の金属プレッシャープレートが、膜ポケットの間の膜と浸透物スペーサーの間に追加として配置される。前記金属プレッシャープレートは、膜ポケットの間に配置されるシールによって、膜に及ぼされる圧縮荷重を吸収して、前記シールのための突付け部を形成する。その結果、供給物室および浸透物室はよりしっかりと互いから遮断される。
【００２１】
さらにまた、穿孔された支持管は、浸透物チャンネルを安定させるために少なくとも１つの前記浸透物チャンネル内に配置され、その支持管は浸透物チャンネルと実質的に同じ横断面を有する。この種の支持管は、膜ポケットのシールまたは部分が膜スタック内部に印加される負圧のため内部に引き込まれる（それはハウジング内で供給物室と浸透物室の間のシーリングの破損の原因となる）のを防止する。この場合、供給液体は浸透物室へ無制限に入ることができる。支持管はこの種の事象を確実に防止する。
【００２２】
本発明による膜モジュールの有利な更なる開発において、ハウジング内部は、個々の膜ポケットの間に配置されるバッフルプレートによって、いくつかの部分または区画に分割されて、そこにおいて、前記バッフルプレートは、各々、供給物流れを１つの区画から次の区画へ通すための開口部を備え、前記開口部は、区画を通る曲りくねった供給物流れを達成するために交互になるように配置される。供給物流れが曲りくねるようになされる場合、前記供給物流れは、互いに続く区画の各々でいくつかの膜ポケットを横切って連続して通過し、その結果、前記供給物流れが遭う有効な膜表面は増大する。これは、液体混合物の浸透気化分離の効率をさらにもっと改善する。
【００２３】
好ましくは、別の更なる開発として、区画の高さおよび１区画当たりの膜ポケットの数は、供給物入口から残留物出口への方向において、少なくとも部分的に減少する。これは、供給物入口から残留物出口までのハウジング内の供給物流れが利用できる横断面の連続する減少という結果になって、より高い流速になる。これはまた、最初に、供給物入口の近くで、濃縮した供給液体が比較的多数の膜ポケットに、したがって、比較的長い時間、大きい膜表面に残り、したがって、始めに早くも比較的多量の少数成分を液体混合物から分離することを意味する。次の区画において、流速は区画の減少した高さによって、より高く、そして１区画当たりの利用できる膜ポケットの数はより小さく、したがって利用できる膜表面はより小さく、その結果、液体混合物（それはそうこうしているうちに濃縮した）の多数成分のさらなる浸透気化はこの領域において防止される。本発明はまた、１区画当たりの膜ポケットの数のその他の配置、例えば、残留物出口へ向けての１区画当たりの膜ポケットの数の増加に変化する減少を含む。この変形例は要件に従って調整できる。
【００２４】
本発明による膜モジュールにおいて、ハウジングは好ましくは圧力容器内に配置される。
【００２５】
さらにまた、本発明の目的は、液体混合物、特に、有機溶媒とそれに溶かした有機物質の混合物の浸透気化分離のための上記の本発明による膜モジュールの使用によっても達成される。
【００２６】
本発明による膜モジュールの文脈に記載の特徴、利点、および特性は、限定されるものではなく、本発明による前記膜モジュールの使用にも当てはまる。
【００２７】
本発明の更なる特徴は、請求項および添付図面に関連して本発明の実施形態の説明から明らかである。本発明の実施形態は、個々の特徴またはいくつかの特徴の組合せを含むこともできる。
【００２８】
本発明は、図面を参照して、一般の発明力のある着想の限定なしで、例示的実施形態によって以下に説明されて、そこにおいて、読者は、本文において詳しく述べられない本発明のすべての細部に対して図面をはっきりと参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】最先端技術によるプレートモジュールの略図を示す。
【図２】最先端技術による別のプレートモジュールの略図を示す。
【図３】最先端技術による螺旋状に巻いたモジュールの略図を示す。
【図４】周知の膜ポケットモジュールの略断面図を示す。
【図５】周知の丸い膜ポケットの略図を示す。
【図６ａ】膜ポケットの流れ線の略図を示す。
【図６ｂ】膜ポケットの流れ線の略図を示す。
【図７】本発明による膜モジュールの圧力容器の斜視図を示す。
【図８】本発明による膜モジュールの略正面図を示す。
【図９】本発明による膜モジュールの立面図を示す。
【図１０】本発明による膜モジュールの側断面図を示す。
【図１１】本発明による膜モジュールの横断面の詳細な略図を示す。
【図１２ａ】シールの略図を示す。
【図１２ｂ】シールの略図を示す。
【図１３】金属プレッシャープレートの略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面において、同一または類似の要素および／または部品は同じ参照番号を与えられて、それらの説明は繰り返されない。
【００３１】
図１は、組立分解された形で、スルザー・ケムテック（Ｓｕｌｚｅｒ−Ｃｈｅｍｔｅｃｈ）社から入手可能であって、開いた浸透物室を含むプレートモジュール１００の略斜視図を示す。連続シール１０７を含む供給物プレート１０６、膜１０８、および浸透物チャンネルスペーサー１１０と隣接する有孔金属シート１０９は、上部プレート１０４と下部プレート１０５の間にシーリング方法で配置される。このために、上部プレート１０４および下部プレート１０５は互いにきつくネジでとめられて、それらの間に配置される層は連続シール１０７で圧力を受けて、それでそれらを互いに対して封止する。
【００３２】
上部プレート１０４は、少数成分を含む液体混合物の供給物入口１０１と、反対側の残留物出口１０２とを備える。さらに、浸透液が浸透物チャンネルスペーサー１１０を通して浸透物チャンネル１０３までいろいろな方向に出ることが下側に示される。ここで、連続シール１０７には、供給物室が浸透物室から確実に遮断されることを確実にするために複雑な設計が必要である。
【００３３】
図２は、組立分解された形で、ＣＭセルファ（ＣＭ―Ｃｅｌｆａ）社から入手可能であって、閉じた浸透室を含むプレートモジュール２００の略図を示す。プレートモジュール２００は、カバープレート２０４、交互の膜プレート２０５、中間プレート２０７、および最終端プレート２０９から構成されるスタックまたはタワーを備え、それらは機能原則を説明するために互いから少し離れて示されているが、実際のところプレートモジュール２００内で互いの上にシーリング方法で配置される。プレート２０４、２０５、および２０７は、それぞれ供給物２０１、残留物２０２、および浸透物２０３の通過のために、その隅に供給物チャンネル２０１、残留物チャンネル２１１、および浸透物チャンネル２１２のための開口部を各々備えている。
【００３４】
膜プレート２０５は偏菱形の膜２０６を各々有し、それは浸透物チャンネル２１２のための開口部に連結している。それを囲んでいる中間プレート２０７と共に、各膜２０６は、２つの連続した中間プレート２０７の間の空間を供給物室と浸透物室に分割する。供給液体は、各供給物室の中を供給物チャンネル２０１から反対側の残留物チャンネル２１１へ横切る方向に流れる。浸透物室において、浸透物は、全ての膜表面から２つの浸透物チャンネル２１２まで拡散する。液体を示す流れ矢は黒く着色した矢印を各々備え、その一方で、ガスの流れ、すなわち浸透物を示す流れ矢は白い矢印を備えている。
【００３５】
図３は、他の設計原理による膜モジュール、具体的には、中心に穿孔された管３０４を含む螺旋状に巻いたモジュール３００の略図を示す。前記管は、螺旋様式で巻かれる２つのシート状膜３０５によって囲まれ、そしてそれらの間に、浸透物スペーサー３０６および供給物スペーサー３０７が交互にそれぞれ配置される。この螺旋状に巻いたモジュール３００において、供給物３０１は穿孔された管３０４の方向に螺旋膜部分に導入されて、その供給物は残留物３０２として反対側に出る。浸透物は、浸透物スペーサー３０６で充填される膜３０５間の隙間から多孔質管３０４に入り、そして残留物３０２として管３０４から出る。
【００３６】
図４は、本出願人により開発された、膜ポケット４０９のスタックを含む膜モジュール４００の略断面図である。前記モジュールは、供給物４０１のための供給物入口４０６を備えた容器４０４またはハウジングを備え、供給物４０１は、容器４０４の異なる壁に交互の様式で配置されたバッフルプレート４０８によって、容器４０４の中を曲流させられて、残留物４０２として残留物出口４０７から出る。容器４０４内に、膜ポケット４０９のスタックが配置され、それは中心浸透物管４０５の周りに配置されて、Ｏリング４１０によって供給物４０１に対して封止される。
【００３７】
図４に示される浸透気化モジュール４００の膜ポケット４０９はほぼ丸い外周を有し、そして浸透物管４０５を含む中央開口部は円形である。供給物４０１がいずれの場合においても膜ポケット４０９の外面に沿って流れるように、供給物４０１は容器４０４の中を曲流させられる。少数成分は、膜ポケット４０９の膜を通して供給物４０１の多数成分より大きな範囲にまで拡散して、それが蒸発する膜の内側に到達し、そして浸透物管４０５へと流れて、浸透物管４０５の端でガス状の浸透物４０３として吸引される。
【００３８】
図５は、図４による浸透気化モジュール４００の膜ポケット４０９の略上面図を示す。膜ポケット４０９は図５において部分的に丸く示されているが、２つの平行する直線状サイドラインもある。浸透物管を含む中央開口部は円形である。実線を有する矢は、供給物流れ４２０が一方から膜ポケット４０９へと流れて、前記膜ポケット全体に流れて、そして残留物流れ４２１として続くことを示す。
【００３９】
一点短鎖線を有する矢は、膜ポケット４０９内で浸透気化する残留物流れ、すなわち浸透物流れ４２２の方向を示す。浸透物流れ４２２がすべての方向から中心に向かっていることがはっきりと分かる。
【００４０】
図６ａ）および６ｂ）は、矩形の断面およびスロット２２を有する、本発明による膜ポケット２０内の、そして図５にも示されているように従来の丸い膜ポケット４０９内の流れの状態を例示している略図である。流線が中心浸透物管４０５に向かって収束する浸透物流れ４２２が、図６ｂ）に示される丸い膜ポケット４０９の場合に観察されるのに対して、図６ａ）の浸透物流れ２５の流線は互いに平行である。前記流線が膜ポケット２０の側面にほぼ到達するまで、それらは互いに平行であり続ける。側面のすぐ近くでだけ、少数の収束する流線が生じる（図示せず）。しかしながら、この現象は膜ポケット２０の小さい周辺部分に影響を及ぼすだけである。
【００４１】
対照的に、図６ｂ）に示される丸い膜ポケット４０９の残留物流れ４２２の流線は全て収束する。図６ａ）に示される平行な流線とは異なり、この減少する流れの面積は、流れに対して増大する抵抗に、したがって膜ポケット４０９の内部から外への増大する圧力損失となり、それは、膜を通しての供給物に含まれる液体混合物の少数成分の拡散のための推進力の低下をもたらす。平行な流線を有する、図６ａ）による矩形の膜ポケット２０の場合には、流れの面積は減らず、その結果、流れに対する抵抗がかなり小さい。その結果、外側に向かっての圧力損失は矩形の膜ポケット２０においてかなりより小さく、その結果、矩形の膜ポケット２０の外側部分において膜の浸透物側と供給物側の間に大きい圧力差もあり、その圧力差は膜を通しての供給物の少数成分の拡散を推進する。この効果は、膜ポケットの矩形の形状と膜ポケット２０内に配置されるスロットの形状を組み合わせることにより達成される。
【００４２】
図７は、本発明による浸透気化のための膜モジュール１の略図を示し、そのモジュールは、特に、例えば、高分子洗浄液からベンゾールを分離するか、またはエタノール燃料を浄化するために、有機液体混合物の浸透気化に適している。
【００４３】
膜モジュール１は、前部プレートおよび後部プレート４により密閉される円筒状圧力容器２を備え、その両方とも、圧力容器２の環状端フランジにネジでとめられる。前部プレート３は、中央に、下部の近くに配置される供給物連結部分５と、上部の近くに配置される２つの残留物連結部分６、６´とを含み、残留物連結部分の間に、浸透物連結部分７が中心位置に配置される。図７による斜視図において、後部プレート４の類似の浸透物連結部分が斜視図に見ることができないので、それは示されない。
【００４４】
図８は、前部プレート３なしで、図７による膜モジュール１の正面図を示す。下側の供給物入口１２および残留物出口１３、１３´および浸透物出口１４を含む内側容器１１は、円筒状圧力容器２内に配置される。これは、供給物の流れの方向が、下部から上部へ、供給物入口１２から浸透物出口１４へであることを意味する。複数の膜ポケット２０を含む膜ポケットスタック１５は、内側容器１１内に配置されて、そこにおいて、さらに、バッフルプレート１６は内側容器１１の内部空間１８をいくつかの区画１７ａ〜１７ｆに分割して、それの高さは下部から上部への供給物の流れの方向において減少する。しかしながら、最後の２つの区画１７ｅおよび１７ｆは同じサイズである。
【００４５】
図９は、膜モジュール１の一部の部分立面図を示す。円筒状圧力容器２は前部プレート３により密閉されて、それは円筒状圧力容器２のフランジにネジでとめられる。立面図は、膜ポケットスタック１５、バッフルプレート１６、およびいくつかの区画を含む、内側容器１１を示す。内部空間は残留物チャネル６ａに通じ、そしてそれは残留物連結部分６´に通じている。浸透物連結部分７を含む浸透物管は、膜ポケットスタック１５より上に位置する。
【００４６】
図９でも分かるように、バッフルプレート１６は、供給物を１つの区画から次まで通過させるための開口部１６ａを有する。加えて、どのようにして膜ポケット２０が、膜ポケット２０外の供給物室２６を膜ポケット２０内の浸透物室２７から分離するかが分かる。
【００４７】
図１０は、本発明による膜モジュール１の完全な内側容器１１の略断面図を示す。内側容器１１は、端プレート３０および側プレートまたは側壁（図示せず）、ならびに上部プレート３１および下部プレッシャープレート３２から成り、それらはいくつかのタイロッド３３によって互いに連結している。このために、各タイロッド３３は、その上側のナット３４によって、そして対向端部の張力ナット３６により固定されて、それはＯリング３５と連結してプレッシャープレート３２に圧力を及ぼす。タイロッド３３によってプレッシャープレート３２に及ぼされる圧力は、ネジ・ナット３４を締めることによって増大することができる。タイロッド３３が均一のプレテンションに調整される場合、均一の圧力を膜ポケットスタック１５に及ぼすことができる。別のＯリング３５´が圧力容器２内で上部プレート３１を外部から遮断する。
【００４８】
プレッシャープレート３２において、供給物チャンネル３７は左側に示されて、それを通って供給液体は第１区画１７ａに入って、図１０の左から右へ膜ポケット２０の外側に沿って流れる。膜ポケット２０の連続縁シール２１も見ることができる。一旦供給物流れが左から右へ第１区画１７ａを通過すると、それは第１バッフルプレート１６の開口部１６ａに達し、開口部１６ａを通って、それは第２区画１７ｂに入って、図１０の右から左へ後者を通過する。それから、それは次のバッフルプレート１６の次の開口部に達し、その開口部を通って、それは次の区画１７ｃに入る。このようにして、バッフルプレート１６および前記バッフルプレート１６の開口部１６ａの交互の配置は、膜モジュール１を通る供給物の曲流を起こし、その結果、供給物は数回膜ポケット２０に沿って流れて、供給物に溶けた少数成分を浸透物に放出するいくつかの機会がある。
【００４９】
膜ポケットスタック１５において、スロット状浸透物チャンネル４０はタイロッド３３の間に位置して、その浸透物チャンネルは膜ポケット２０の連続したスロット２２により形成される。前記チャンネルは、図１０による例示的実施形態において、多孔質支持管４３（―点短鎖線により示される）で各々支えられる。負圧が浸透物出口４２に印加されるときに、支持管４３は、浸透物チャンネル４０が圧壊するのを防止する。前記浸透物チャンネル４０および多孔質支持管４３は浸透物管４１に通じて、浸透物管４１は両側の浸透物出口４２に通じている。
【００５０】
図１０の右の部分の円および文字「Ｘ」は、図１１に詳細に示されて、膜ポケットスタック１５の詳細な構造を例示する膜ポケットスタック１５の部分を示す。
【００５１】
前記図によれば、各膜ポケット２０は連続端シール２１を備え、それは溶接されることができて、そこでは、膜ポケット２０を形成する膜は互いにきつく連結されている。内部に向かって、膜ポケットの膜は最初は分岐し、それから平行に伸び、このようにして実際の膜ポケット２０を形成する。負圧が印加されるときに膜ポケット２０が圧壊するので、浸透物スペーサー５２〜５５は膜ポケット２０内に配置される。大きい浸透物スペーサー５５は中心に配置されて、それは両側のより細かい浸透物スペーサー５４によって囲まれる。これらは、それらの外側の非常に細い浸透物スペーサー５３によって、さらにまた囲まれる。後者は、さらに、ウェブ５２によって囲まれる場合がある。浸透物スペーサー５３、５４、および５５は、例えば、合成スレッドの層から成る場合があり、それらは横方向に互いの上に置かれて、その細さは外側に向かって増大し、その一方で、ウェブは不規則な構造を有する。
【００５２】
加えて、金属プレッシャープレート６０は図１１の膜ポケット２０の膜の内側に配置され、そのプレートは膜ポケット２０に更なる安定性を与える。特に、それらは、膜ポケット２０内の、そして浸透物チャンネル４０内の浸透物室２７を膜ポケット２０の外側の供給物室２６から確実に分離するために、連続した膜ポケット２０の間に配置したスロットシール６５のための突付け部として役立つ。金属プレッシャープレート６０およびスロットシール６５の両方とも、スロット状浸透物チャンネル４０のすぐ近くの膜ポケット２０に、またはその周辺に位置するだけである。
【００５３】
図１２ａ）、１２ｂ）は、スロットシール６５の略図を示す。図１２ａ）は、浸透物チャンネル４０の方向における上面図を示す。この見地から、スロットシール６５は、シーリング材料６７、例えば弾性材料、例えばゴムでできている連続ビードを含む。シート状フレーム６６は、タイロッド３３のための開口部６８および浸透物チャンネル４０のための開口部６９を有する。この種のスロットシール６５は、浸透物チャンネル４０の、そしてタイロッド３３の位置で連続した膜ポケット２０の間に挿入される。
【００５４】
図１２ｂ）は、図１２ａ）の切断線Ａ−Ａに沿ったスロットシール６５のより拡大した断面図を示す。この断面図において、スロットシール６５は浸透物チャンネル４０のための中央開口部６９を有する。前記開口部は、前記位置に関連した開口部６９を有する、上下の側のフレーム６６により制限される。フレーム６６は、ビードの形でフレーム６６に隣接するシーリング材料６７をその両側に含む。
【００５５】
図１３は、図１２ａ）のスロットシール６５と同じ斜視図の対応する金属プレッシャープレート６０を示す。図１３による金属プレッシャープレート６０は、圧縮できない材料、例えば金属またはプラスチックでできた平らな物体であり、タイロッド３３のための開口部３１および浸透物チャンネル４０のための開口部６２のその周囲および配置は、図１２ａ）のスロットシール６５の開口部６８および６９の配置に対応する。金属プレッシャープレート６０は膜ポケット２０内に配置されて、タイロッド３３が張力をかけられるときに及ぼされる圧縮荷重を吸収するために、スロットシール６５のための突付け部として役立つ。
【００５６】
前述のすべての特徴、また、図面に示すことだけができるそれら、更には他の特徴と組み合わせて開示される個々の特徴は、単独で、そして組み合わせて、本発明にとって重要である。本発明の実施形態は、個々の特徴またはいくつかの特徴の組合せから成ることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１    膜モジュール
２    円筒状圧力容器
３    前部プレート
４    後部プレート
５    供給物連結部分
６、６´  残留物連結部分
６ａ  残留物チャンネル
７    浸透物連結部分
１１    内側容器
１２    供給物入口
１３、１３´  残留物出口
１３    浸透物出口
１５    膜ポケットスタック
１６    バッフルプレート
１６ａ  開口部
１７ａ〜１７ｆ    区画
１８    内部空間
２０    膜ポケット
２１    端シール
２２    浸透物チャンネルのためのスロット状開口部
２３    供給物流れ
２４    残留物流れ
２５    浸透物流れ
２６    供給物室
２７    浸透物室
３０    端プレート
３１    上部プレート
３２    プレッシャープレート
３３    タイロッド
３４    ナット
３５、３５´  Ｏリング
３６    張力ナット
３７    供給物チャンネル
４０    浸透物チャンネル
４１    浸透物管
４２    浸透物出口
４３    浸透物チャンネルのための多孔質支持管
５１    供給物スペーサー
５２    ウェブ
５３    非常に細い浸透物スペーサー
５４    細い浸透物スペーサー
５５    粗い浸透物スペーサー
６０    金属プレッシャープレート
６１    タイロッドのための開口部
６２    浸透物チャンネルのための開口部
６５    スロットシール
６６    フレーム
６７    シーリング材料
６８    タイロッドのための開口部
６９    浸透物チャンネルのための開口部
１００    プレートモジュール
１０１    供給物
１０２    残留物
１０３    浸透物
１０４    上部プレート
１０５    下部プレート
１０６    供給物プレート
１０７    シール
１０８    膜
１０９    有孔金属シート
１１０    浸透物チャンネルスペーサー
２００    プレートモジュール
２０１    供給物
２０２    残留物
２０３    浸透物
２０４    カバープレート
２０５    膜プレート
２０６    膜
２０７    中間プレート
２０８    形状
２０９    端プレート
２１０    供給物チャンネル
２１１    残留物チャンネル
２１２    浸透物チャンネル
３００    螺旋状に巻いたモジュール
３０１    供給物
３０２    残留物
３０３    浸透物
３０４    穿孔された管
３０５    膜
３０６    浸透物スペーサー
３０７    供給物スペーサー
４００    膜モジュール
４０１    供給物
４０２    残留物
４０３    浸透物
４０４    容器
４０５    浸透物管
４０６    供給物入口
４０７    残留物出口
４０８    バッフルプレート
４０９    膜ポケット
４１０    Ｏリング
４２０    供給物流れ
４２１    残留物流れ
４２２    浸透物流れ
【図１】
2014520669.tif 000003
【図２】
2014520669.tif 000004
【図３】
2014520669.tif 000005
【図４】
2014520669.tif 000006
【図５】
2014520669.tif 000007
【図６ａ】
2014520669.tif 000008
【図６ｂ】
2014520669.tif 000009
【図７】
2014520669.tif 000010
【図８】
2014520669.tif 000011
【図９】
2014520669.tif 000012
【図１０】
2014520669.tif 000013
【図１１】
2014520669.tif 000014
【図１２ａ】
2014520669.tif 000015
【図１２ｂ】
2014520669.tif 000016
【図１３】
2014520669.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月24日(2014.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
最後に、本出願人は、それらの端に互いに溶接されて、中心の多孔質浸透物管に積み重ねられる丸い膜ポケットを含む膜ポケットスタックに基づいて浸透気化のための膜モジュールを開発した。このために、丸い横断面を有する膜ポケットは、各々、半径が浸透物管の直径と同じである中心の丸い開口部を有する。膜ポケット（互いの上にある２つの膜表面を各々含む）は、膜ポケット内の浸透物スペーサーによって開いたままであり、その結果、負圧が浸透物管で印加されるときに、膜ポケットは圧壊しない。加えて、膜ポケットの外側が膜モジュール内に供給物室を形成するように、膜ポケットは、浸透物管とともに、それらの接触線で封止され、その供給物室は、膜ポケットの内部の浸透物室から、そして浸透管から遮断される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
有利な更なる開発において、少なくとも１つの浸透物チャンネルは、膜ポケットスタックの一方の側に位置する浸透物管に通じて、１つまたはいくつかの浸透物出口を有する。この場合、真空は、膜ポケットスタックの浸透物チャンネルに対してではなく、浸透物管の片側または両側で浸透物出口に対して直接印加され、それは膜モジュールの全体設計を簡単にする。このようにして、膜ポケットスタックの浸透物チャンネルのスロット状横断面は管状横断面に変化し、それは負圧を印加することにより適している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
さらにまた、穿孔された支持管は、浸透物チャンネルを安定させるために少なくとも１つの前記浸透物チャンネル内に配置され、その支持管は浸透物チャンネルと実質的に同じ横断面を有する。この種の支持管は、膜ポケットのシールまたは部分が膜ポケットスタック内部に印加される負圧のため内部に引き込まれる（それはハウジング内で供給物室と浸透物室の間のシーリングの破損の原因となる）のを防止する。この場合、供給液体は浸透物室へ無制限に入ることができる。支持管はこの種の事象を確実に防止する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
対照的に、図６ｂ）に示される丸い膜ポケット４０９の浸透物流れ４２２の流線は全て収束する。図６ａ）に示される平行な流線とは異なり、この減少する流れの面積は、流れに対して増大する抵抗に、したがって膜ポケット４０９の内部から外への増大する圧力損失となり、それは、膜を通しての供給物に含まれる液体混合物の少数成分の拡散のための推進力の低下をもたらす。平行な流線を有する、図６ａ）による矩形の膜ポケット２０の場合には、流れの面積は減らず、その結果、流れに対する抵抗がかなり小さい。その結果、外側に向かっての圧力損失は矩形の膜ポケット２０においてかなりより小さく、その結果、矩形の膜ポケット２０の外側部分において膜の浸透物側と供給物側の間に大きい圧力差もあり、その圧力差は膜を通しての供給物の少数成分の拡散を推進する。この効果は、膜ポケットの矩形の形状と膜ポケット２０内に配置されるスロットの形状を組み合わせることにより達成される。
【国際調査報告】
2014520669.tif 000018
2014520669.tif 000019
2014520669.tif 000020
2014520669.tif 000021
2014520669.tif 000022
2014520669.tif 000023