(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス分離膜モジュールであって、
少なくとも１つの送給ガス入口と、少なくとも１つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と、
前記管状圧力容器の中に並列に配置された複数の膜要素であって、それぞれが、複数の中空糸と、前記管状圧力容器の軸と実質的に同軸である前記複数の膜要素を貫通して延在する外方チューブと、前記外方チューブの内部を貫通して前記管状圧力容器の前記軸と同軸または平行に延在する内方チューブとを備える複数の膜要素と、ここで、
複数の外方チューブはそれぞれ、単一の一体化された外方チューブを形成するために相互に連結され、
複数の内方チューブはそれぞれ、単一の一体化された内方チューブを形成するために相互に連結され、
環状スペースが、前記単一の一体化された外方チューブの内方表面と前記単一の一体化された内方チューブの外方表面とにより画成され、
前記単一の一体化された内方チューブは、前記複数の外方チューブに形成された穿孔を経由して前記中空糸同士の間を流れる不透過ガスを受け、
前記環状スペースは、封止された第１の封止端部と開口している第２の開口端部とを有し、
前記内方チューブはそれぞれ、前記複数の膜要素のうちの関連する１つの膜要素の中空糸のボアに流体連通し、
前記単一の一体化された内方チューブは、開口しており前記環状スペースの前記第１の封止端部に隣接する第１の開口端部を有し、
また、前記単一の一体化された内方チューブは、封止され前記環状スペースの前記第２の開口端部に隣接する第２の封止端部を有するものであり、
前記単一の一体化された内方チューブの前記第１の開口端部と前記透過ガス出口との間で流体連通する透過物収集導管と、
離間された前記複数の膜要素の最も下流側の１つにて、前記外方チューブの周囲に配設された少なくとも１つの封止体と、ここで、
前記封止体は、最下流の膜要素と前記不透過ガス出口との間の前記管状圧力容器内の位置に配設され、
前記封止体は、前記封止体の外周エッジと前記管状圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有し、
前記封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとを備え、ここで前記第１の封止プレートの平坦面が、前記第２の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および前記封止体は、前記第１の封止プレートと前記第２の封止プレートとの間に形成された溝内で、前記封止体の外周エッジの周囲に配設された複合シールであって、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために前記管状圧力容器の内方表面に対して摺動的に圧迫される複合シールを備え、
前記封止体は、開口を備え、前記単一の一体化された外方チューブは、前記封止体の開口を通って延在し、前記不透過ガスが前記環状スペースから流れ、および前記不透過ガス出口を経由して前記管状圧力容器から外に流れ得るように開口端部で終端するものであり、
を備える、ガス分離膜モジュール。
【請求項２】
各膜要素について、前記関連する複数の中空糸のそれぞれが、開口しておりポリマーチューブシートにより包囲された第１の端部と、封止された第２の端部とを有し、
前記ポリマーチューブシートのそれぞれが、前記関連する第１の開口中空糸端部と流体連通する複数のチャネルを備え、
各チューブシートについて、前記関連する複数のチャネルが、前記外方チューブの壁部中の開口から前記内方チューブの壁部中の開口まで延在するパイプを備える関連する透過ガス通路に流体連通し、前記透過ガス通路は、前記外方チューブ内の不透過ガスが前記透過ガス通路にて前記内方チューブ内へと漏出するのを防止される点で漏出防止性である、
請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項３】
前記複合シールは、カップシール内に収められたＯリングを備え、前記カップシールの開口端部は、上流を向いている、請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項４】
前記Ｏリングは、連続的なものである、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項５】
前記Ｏリングは、間隙を有するように不連続的なものである、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項６】
前記Ｏリングは、９０デュロメータ未満のショアタイプＡ硬度を有する、請求項５に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項７】
前記Ｏリングは、５０デュロメータのショアタイプＡ硬度を有する、請求項５に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項８】
前記間隙は、０．１２５〜０．５００インチ（０．３１７〜１．２７０ｃｍ）の範囲である、請求項５に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項９】
前記Ｏリングは、９０デュロメータ未満のショアタイプＡ硬度を有する、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１０】
前記Ｏリングは、５０デュロメータのショアタイプＡ硬度を有する、請求項３に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１１】
前記複数の膜要素は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え、
前記透過ガス出口は、前記管状圧力容器の一方の端部に隣接する位置に配設され、前記不透過ガス出口は、前記管状圧力容器の対向側端部に隣接する位置に配設される、
請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１２】
前記複数の膜要素は、膜要素の右側群と、膜要素の左側群とを備え、
前記膜要素の右側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え、
前記膜要素の左側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え、
前記少なくとも１つの封止体は、右側封止体と左側封止体とを備え、前記右側封止要素は、膜要素の前記右側群の下流要素の前記外方チューブの周囲に配設され、前記左側封止要素は、膜要素の前記左側群の前記下流要素の前記外方チューブの周囲に配設され、
前記管状圧力容器は、両端部を有し、
前記少なくとも１つの送給ガス入口は、前記管状圧力容器の前記両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された２つの送給ガス入口を備え、
前記少なくとも１つの透過ガス出口は、前記管状圧力容器の前記両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された２つの透過ガス出口を備え、
前記透過ガス出口は、前記左側封止体と前記右側封止体との間に配設される、
請求項１に記載のガス分離膜モジュール。
【請求項１３】
並列に配置された中空糸タイプ膜を有するように直列に配置されたらせん巻きタイプ膜を備える従来のガス分離膜モジュールを改装する方法であって、
改装すべき従来のガス分離膜モジュールを用意するステップと、ここで、前記従来のガス分離膜モジュールは、
少なくとも１つの送給ガス入口と、少なくとも１つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と、
前記管状圧力容器内に配設された直列に配置された複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素と、
送給ガスが前記複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素の最上流の外方表面と管状圧力容器の内方表面との間の環状スペース内に漏出するのを防止するための上流シールと
を備えるものであり、
前記管状圧力容器内から、前記上流シールと、直列に配置された前記複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素とを除去するステップと、
前記管状圧力容器内に下流中空糸膜要素を摺動し、前記管状圧力容器の開口端部からアクセス可能な状態に第１の中空糸膜要素の端部を留め、前記下流中空糸膜要素の下流端部が封止体を備えるステップと、
前記第１の中空糸膜要素のアクセス可能な端部に１つまたは複数の中空糸膜要素を逐次的に連結して、前記管状圧力容器の前記開口端部から離れるように前記管状圧力容器内へと増大しつつある鎖状の膜要素を逐次的に摺動させつつ、並列に連結された前記増大しつつある鎖状の膜要素を形成するステップと、
並列に連結された完成した鎖状の膜要素を形成するために連結された増大しつつある鎖状の膜要素に上流中空糸膜要素を連結するステップと、
前記管状圧力容器内へとさらに下流に前記完成した鎖状の膜要素を摺動させるステップと、
気密的に透過ガス出口に前記上流中空糸膜要素の上流端部を流体連結するステップと、を備える方法において、
前記下流中空糸膜要素の下流端部に設けられる少なくとも１つの封止体は、前記下流中空糸膜要素と前記不透過ガス出口との間の前記管状圧力容器内の軸方向位置にて前記関連する膜要素の前記外方チューブの周囲に配設され、
前記封止体は、前記封止体の外周エッジと前記管状圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有し、
前記封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとを備え、ここで、前記第１の封止プレートの平坦面が、前記第２の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および前記封止体は、前記第１の封止プレートと前記第２の封止プレートとの間に形成された溝内で、前記封止体の外周エッジの周囲に配設された複合シールであって、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために前記管状圧力容器の内方表面に対して圧迫される複合シールを備え、
前記封止体は開口を備え、前記開口から不透過ガスが連結された膜要素の前記完成鎖から流れ、および前記不透過ガス出口を経由して前記管状圧力容器から外に流れ得るものであり、
下流中空糸膜要素を摺動させる前記ステップおよび膜要素の前記完成鎖を摺動させる前記ステップは、人力のみにより実施される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分離膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照はなし。  
膜は、一般的には大量の流体（水またはガス）分離処理に使用される。ガス分離膜は、一般的には２つの構成すなわちフラットシートまたは中空糸の一方で製造される。フラットシートは、典型的にはらせん巻き要素へと組み合わされる。他方で、中空糸は、一般的には多管円筒形熱交換器と同様に共に束ねられるか、または心棒の周囲に巻き付けられる。
【０００３】
典型的ならせん巻きフラットシート膜では、間に透過スペーサを有する膜の２つのフラットシートが、それらの３つの側部に沿って例えば接着されるなどで接合されて、３つの側部が閉じられるが１つの側部が開いたエンベロープ（すなわち「リーフ」）を形成する。これらのエンベロープは、送給スペーサにより分離され、周囲に巻き付けられるかまたは他の方法で、エンベロープの開口側が透過物チューブに対面した穿孔透過物チューブを形成する。送給ガスは、２つの隣接し合うエンベロープ間を巻き付けられた膜要素の一側部（すなわち送給ガス側）に沿って進入し、軸方向に膜要素を通過する。ガスが、隣接し合うエンベロープの間を移動する際に、より透過性の高い流体が、シートの一方を通りエンベロープの内部へと透過する。これらの透過したガスは、１つのみの使用可能な出口（エンベロープの単一開口側部）を有するため、エンベロープ内で内方らせん経路を移動し、開口エンベロープ側部から出て、透過物チューブへと進む。かかる輸送（送給側から透過物チューブまで）のための一次駆動力は、高い送給ガス圧と低い透過ガス圧との間の圧力差である。透過ガスは、チューブに形成された穿孔を通ってなどで透過物チューブに進入する。シートを透過しないガスは、不透過ガス（または残留物もしくは残余物）と呼ばれる。不透過物は、軸方向にらせん巻きシートを通る移動を完了し、送給ガス側とは逆の膜要素の側から出る。
【０００４】
中空糸要素では、非常に小さな中空糸が、チューブの軸に対して平行に配置されるかまたはチューブの周囲にらせん状に巻き付けられるかのいずれかにより中心チューブの周囲に配置される。これにより、かなり高い充填密度が達成される。あるタイプの中空糸膜では、糸の一方の端部のボアが、膜要素の一方の端部のチューブシートで送給ガスから封鎖される。別のタイプの中空糸膜では、糸の各端部のボアが、膜要素の各端部のチューブシートで送給ガスから封鎖される。送給ガスは、膜要素の外方周囲表面に送給され、糸を越えて糸同士の間を流れる。より透過性の高いガスは、糸壁部を越えて糸ボア内に透過する。透過ガスは、次いで糸内に移動し、チューブシートにて収集される。２つ以上の膜要素が並列で配置される場合には、１つの膜要素からの透過ガスが、他の膜要素からの透過ガスと混合される。典型的には、組み合わされた透過ガスは、透過物導管または透過物パイプを通り膜要素から出る。糸壁部を透過しないガスは、典型的には穿孔された膜要素の中心チューブに最終的に到達する。透過物導管に関する多数の構成が提案されているが、１つのかかる構成では、中心チューブは、中心チューブ全体にわたって延在する２つの領域へと分割される。かかる分割された領域チューブ内では、不透過ガスが、外方領域内で搬送され、透過ガスが、内方領域内で搬送される。内方領域は、外方領域から封鎖されるが、チューブシートに形成された透過ガス収集要素と流体連通する。
【０００５】
米国特許第５，８５１，２６７号および米国特許第７，３３８，６０１号などのいくつかが、単一圧力容器内に複数のらせん巻き膜要素を直列に配置することを提案している。フラットシートを透過しない送給側のガスは、送給ガス側とは反対側の膜要素の不透過側を通り出る。圧力容器内の第１の膜要素からの不透過ガスは、第２の膜要素に対する送給ガスを構成し、第２の膜要素からの不透過ガスは、第３の膜要素に対する送給ガスを構成し、などとなる。各膜要素の透過物チューブは、圧力容器内の各膜要素から透過ガスを逐次的に受ける単一チューブを形成するように整列される。これらのタイプの膜モジュールでは、送給物、すなわち透過性ガスおよび不透過性ガスの完全性を維持するために。一般的に言えば、これらのタイプの膜モジュールは、膜要素の外方表面と圧力容器の内方表面との間の環状スペース内に送給ガスが漏出するのを防止するために、送給ガス入口／ポートと膜要素との間に配設されたシールを使用している。
【０００６】
特に、米国特許第５，８５１，２６７号は、圧力容器の送給端部の単一シールと、各膜間要素対の他のシールとを開示している。送給端部には、リング形状フランジが、第１の上流膜要素（送給流方向のコンテクストにおける上流）に装着され、フランジと圧力の内方壁部との間の環状スペースは、Ｏリングなどのシールで封止される。この単一シールは、全ての膜要素が圧力容器内に逐次的に装填された後に、第１の上流膜要素に対してのみ設けられるため、この単一のシールは、圧力容器の長さに沿って摺動し得るような低い摺動抵抗を示さなくてもよい。また、隣接し合う膜要素間の残留シールも、圧力容器の長さに沿って摺動し得るような低い摺動抵抗を示さなくてもよい。これは、１つの膜ユニットに装着されたシールの一方の半部が、膜対の他方の膜に装着されたシールの他方の半部に係合し得るようにするために、膜間シール内の各Ｏリングが、非常に短い距離を摺動されることを必要とするに過ぎないからである。次いで、Ｏリングは、ロックされるまで他方のシール半部に対して一方のシール半部を捩じることにより定位置に固定される。
【０００７】
米国特許第５，８５１，２６７号により開示される直列膜要素構成は、いくつかの欠点を有する。例えば、下流膜要素の性能は、上流膜要素の性能よりも速く劣化する（やはり不透過物流方向のコンテクストにおける上流および下流）。これは、非効率的な動作をもたらす。また、直列構成は、結果として送給物から残留物（残余物または不透過物としても知られる）にかけてより大きな圧力降下をもたらす。  
したがって、本発明の１つの目的は、上述の欠点を被らない複数の膜要素を備える膜モジュールを提供することである。
【０００８】
直列の膜要素の代わりとして、米国特許第４，６７０，１４５号は、同一の圧力容器内に直列ではなく並列に配置された複数の膜要素を備える膜モジュールを開示している。換言すれば、各膜要素は、隣接する上流膜要素から不透過ガスではなく送給ガスを受ける（送給ガス流の方向のコンテクストにおける上流）。米国特許第４，６７０，１４５号により提案される解決策は、全般的には十分なものであるが、圧力容器の各端部へのアクセスを必要とする。  
したがって、本発明の別の目的は、圧力容器の各端部へのアクセスを必要としない、並列に配置された複数の膜要素を備える膜モジュールを提供することである。
【０００９】
米国特許第７，３３８，６０１号は、不透過物が圧力容器の中央から引き出され、透過物から送給ガスを封鎖するシールが圧力容器の各端部に設けられた一実施形態を含む、直列に配置された複数の膜要素を備える膜モジュールを開示する。米国特許第５，８５１，２６７号と同様に、米国特許第７，３３８，６０１号により開示される膜構成もまた、上流膜要素と比較するとより速い下流膜要素の性能劣化を示し（送給ガス流の方向のコンテクストにおいて）、非効率的な動作をもたらす。また、これは、結果的に送給物から残留物（残余物または不透過物とも呼ばれる）にかけてより大きな圧力降下をもたらす。  
したがって、本発明の別の目的は、圧力容器の中央の不透過物引出しポートと、直列ではなく並列に配置された膜要素とを有する膜モジュールを提供することである。
【発明の概要】
【００１０】
少なくとも１つの送給ガス入口と、少なくとも１つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と；圧力容器内に並列に配置された複数の膜要素と、膜要素はそれぞれ、複数の中空糸と、圧力容器の軸と実質的に同軸である膜要素を貫通して延在する外方チューブと、圧力容器の軸と同軸または平行な外方チューブの内部を貫通して延在する内方チューブとを備える；単一の一体化された内方チューブの開口端部と透過物出口との間で流体連通する透過物収集導管と；複数の離間された膜要素の最も下流側の１つにて外方チューブの周囲に配設された少なくとも１つの封止体とを備える、ガス分離膜モジュールが開示される。複数の外方チューブはそれぞれ、単一の一体化された外方チューブを形成するために相互に連結される。複数の内方チューブはそれぞれ、単一の一体化された内方チューブを形成するために相互に連結される。環状スペースが、単一の一体化された外方チューブの内方表面と単一の一体化された内方チューブの外方表面とにより画成される。単一の一体化された内方チューブは、複数の外方チューブに形成された穿孔を経由して中空糸同士の間を流れる不透過ガスを受ける。環状スペースは、封止された第１の端部と開口している第２の端部とを有する。内方チューブはそれぞれ、複数の膜要素の関連する１つの糸のボアに流体連通する。単一の一体化された内方チューブは、開口しており環状スペースの第１の封止端部に隣接する第１の端部を有する。また、単一の一体化された内方チューブは、封止され環状スペースの第２の開口端部に隣接する第２の端部を有する。封止体は、最下流膜要素と不透過ガス出口との間の圧力容器内の位置に配設される。封止体は、封止体の外周エッジと圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有する。封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとを備え、ここにおいて第１の封止プレートの平坦面が、第２の封止プレートの平坦面と同一平面にあり、および封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとの間に形成された溝内の封止体の外周エッジの周囲に配設され、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために圧力容器の内方表面に対して摺動的に圧迫される複合シールを備える。封止体は、開口を備え、単一の一体化された外方チューブは、封止体開口を通り延在し、不透過ガスが環状スペースからおよび不透過物出口を経由して圧力容器から外に流れ得るように開口端部で終端する。
【００１１】
また、並列に配置された中空糸タイプ膜を有するように直列に配置されたらせん巻きタイプ膜を備える従来のガス分離膜モジュールを改装する方法が開示される。この方法は、以下のステップを備える。改装すべき従来のガス分離膜モジュールが、用意される。従来のガス分離膜モジュールは、少なくとも１つの送給ガス入口と、少なくとも１つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と；圧力容器内に配設された直列に配置された複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素と；送給ガスが複数のらせん巻きタイプ膜要素の最上流の外方表面と圧力容器の内方表面との間の環状スペース内に漏出するのを防止するための上流シールとを備える。上流シールと直列に配置された複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素とが、圧力容器内から除去される。下流中空糸膜要素が、圧力容器内に摺動されて、圧力容器の開口端部からアクセス可能な状態に第１の中空糸膜要素の端部を留め、下流中空糸膜要素の下流端部が、封止体を備える。１つまたは複数の中空糸膜要素が、並列に連結された膜要素の増大しつつある鎖を形成するために第１の中空糸膜要素のアクセス可能な端部に逐次的に連結される一方で、膜要素の増大しつつある鎖は、圧力容器の開口端部から離れるように圧力容器内へと逐次的に摺動される。上流中空糸膜要素が、並列に連結された膜要素の完成鎖を形成するために連結された膜要素の増大しつつある鎖に連結される。膜要素の完成鎖は、圧力容器内へとさらに下流に摺動される。上流中空糸膜要素の上流端部は、気密的に透過物出口に流体連結される。下流中空糸膜要素の下流端部に設けられる前記少なくとも１つの封止体は、下流中空糸膜要素と不透過ガス出口との間の圧力容器内の軸方向位置にて関連する膜要素の外方チューブの周囲に配設される。封止体は、封止体の外周エッジと圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有する。封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとを備え、ここにおいて、第１の封止プレートの平坦面が、第２の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとの間に形成された溝内の封止体の外周エッジの周囲に配設され、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために圧力容器の内方表面に対して圧迫される複合シールを備える。封止体は、不透過ガスが連結された膜要素の完成鎖からおよび不透過物出口を経由して圧力容器から外に流れ得るための開口を備える。下流中空糸膜要素を摺動させる前記ステップおよび膜要素の完成鎖を摺動させる前記ステップは、人間の力のみにより実施される。
【００１２】
前記ガス分離膜モジュールおよび前記方法のいずれかまたは両方が、以下の態様の１つまたは複数を備えてもよい。  
各膜要素について、関連する複数の糸のそれぞれが、開口しておりポリマーチューブシートにより包囲された第１の端部と、封止された第２の端部とを有し；チューブシートのそれぞれが、関連する第１の開口糸端部と流体連通する複数のチャネルを備え；各チューブシートについて、関連する複数のチャネルが、外方チューブの壁部中の開口から内方チューブの壁部中の開口まで延在するパイプを備える関連する透過ガス通路に流体連通し、透過ガス通路は、外方チューブ内の不透過ガスが通路にて内方チューブ内へと漏出するのを防止される点で漏出防止性である。
【００１３】
複合シールは、カップシール内に収められたＯリングを備え、カップシールの開口端部は、上流を向く。  
Ｏリングは、連続的なものである。  
Ｏリングは、間隙を有するように不連続的なものである。  
Ｏリングは、９０デュロメータ未満のショアタイプＡ硬度を有する。  
Ｏリングは、５０デュロメータのショアタイプＡ硬度を有する。  
間隙は、０．１２５〜０．５００インチの範囲である。  
Ｏリングは、９０デュロメータ未満のショアタイプＡ硬度を有する。  
Ｏリングは、５０デュロメータのショアタイプＡ硬度を有する。  
複数の膜要素は、上流膜要素と、下流膜要素と、上流膜要素と下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え；透過ガス出口は、圧力容器の一方の端部に隣接する位置に配設され、不透過ガス出口は、圧力容器の対向側端部に隣接する位置に配設される。
【００１４】
複数の膜要素は、膜要素の右側群と、膜要素の左側群とを備え；膜要素の右側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、上流膜要素と下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え；膜要素の左側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、上流膜要素と下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え；少なくとも１つの封止体は、右側封止体と左側封止体とを備え、右側封止要素は、膜要素の右側群の下流要素の外方チューブの周囲に配設され、左側封止要素は、膜要素の左側群の下流要素の外方チューブの周囲に配設され；圧力容器は、両端部を有し；少なくとも１つの送給ガス入口は、圧力容器の両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された２つの送給ガス入口を備え；少なくとも１つの透過ガス出口は、圧力容器の両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された２つの透過ガス出口を備え；透過ガス出口は、左側封止体と右側封止体との間に配設される。  
本発明の性質および目的をさらに理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照されたい。図面内の同様の要素は、同一または類似の参照番号を付与される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の範囲内の膜モジュールの断面立面図。
【図２】図１の膜モジュールの部分１Ａの拡大図。
【図３】図１の膜モジュールの膜要素Ｍ１の下流端部の断面立面図。
【図４】図１の膜モジュールの膜要素Ｍ２の中の１つの破断断面立面図。
【図５】膜要素Ｍ２の中の１つの上流端部からいくつかのパーツが除去された断面立面図。
【図６】膜要素Ｍ３の上流端部および隣接する膜要素Ｍ２の下流端部からいくつかのパーツが除去された断面分解図。
【図７】膜要素Ｍ１の上流端部の断面立面図。
【図８】図１の膜モジュールの膜要素Ｍ３の下流端部の断面立面図。
【図９】膜要素Ｍ３の封止体ＳＢの断面立面図。
【図１０】Ａ−Ａに沿った図４の膜要素Ｍ２の断面端面図。
【図１１】Ｂ−Ｂに沿った図４の膜要素Ｍ２の断面端面図。
【図１２】圧力容器ＰＶをさらに含むＣ−Ｃに沿った図４の膜要素Ｍ２の端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明またはその様々な態様を説明するために使用される定義
ガス分離膜：１つまたは複数のらせん巻きシートとして構成されるものと、複数の中空糸として構成されるものとを含む、他の流体よりも高い１つまたは複数の流体の透過性を示す材料から作製された構造物。  
送給ガス：膜に送給されるガスまたは混合ガス。  
透過ガス：ガス分離膜がより高い透過性を示す１つまたは複数のガスが豊富な、膜から引き出されるガスまたは混合ガス。  
不透過ガス：ガス分離膜がより高い透過性を示す１つまたは複数のガスを欠いた、膜から引き出されるガスまたは混合ガス。  
圧力容器：１つまたは複数の膜要素を収容するように適合化および構成され、送給流体用の少なくとも１つのポートと、透過流体の引出し用の少なくとも１つのポートと、不透過流体の引出し用の少なくとも１つのポートとを備える、しばしば管状形状である概して液密の構造物。  
ガス分離膜モジュール：圧力容器内に設置される１つまたは複数のガス分離膜要素。
【００１７】
上流および下流：送給ガスの流れ方向のコンテクストにおける、ガス分離膜モジュールの１つの特徴のモジュールの別の特徴に対する相対位置の記述。送給ガスが、圧力容器の両端部に送給され、不透過ガスが、圧力容器の中央に隣接するポートから引き出される場合に、不透過ガス引出しポートの右側の送給ガスの流れ方向は、不透過ガス引出しポートの左側の送給物の流れ方向とは逆になる。この後者の場合に、上流および下流という用語は、場合に応じて、不透過ガス引出しポートの右側に関連付けられる膜モジュールの部分または不透過ガス引出しポートの左側に関連付けられる膜モジュールの部分のいずれかのコンテクストで使用される。  
直列：上流膜要素の不透過ガスが隣接する下流膜要素の送給ガスを構成する、圧力容器内における複数のガス分離膜要素の配置。  
並列：送給ガスが各膜要素を透過し、各膜要素からの透過ガスが他の膜要素の透過ガスと組み合わされ、各膜要素からの不透過ガスが他の膜要素の不透過ガスと組み合わされる、圧力容器内における複数のガス分離膜要素の配置。  
摺動的に圧迫されたまたは摺動可能な：封止体が開口間を摺動される際に損傷を被ることなく圧力容器内に摺動され得ることと、封止体が人間の力のみにより圧力容器内に摺動され得ることと、いずれの場合でも機械的支援を必要としないこととを特徴とする、本発明のガス分離膜モジュールの封止体が示す特性。
【００１８】
好ましい実施形態の説明
図１に最も良く示されるように、ガス分離膜モジュールは、送給ガスポートＦと、透過ガスポートＰと、不透過ガスポートＮＰと、複数の膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３とを備える圧力容器ＰＶを備える。透過物ポートＰとは反対側のモジュールの端部で、圧力容器ＰＶは盲フランジＢＦで封止される。封止体ＳＢが、最も下流の膜要素Ｍ３と不透過物リザーバＮＰとの間に配設される。
【００１９】
図１の部分１Ａの拡大図において、図２は、膜要素Ｍ１の上流部分のガスの流れを示す。送給ガスリザーバ１内を流れる送給ガス２は、圧力容器ＰＶと膜要素Ｍ１の外方表面との間の環状スペース３に進入する。送給ガス２は、複数の中空糸４の個々にわたっておよび個々の間を流れる。この段落内で説明される流れパターンは、他の膜要素Ｍ２、Ｍ３のそれぞれにおいても繰り返される。
【００２０】
中空糸４は、膜要素Ｍ１の主軸に対して平行に延在するものとして示されるが、代わりにらせん状に巻かれてもよい。中空糸４は、他のガスよりもいくつかのガスに対してより高い透過性を示す材料から作製された分離層を備える。このタイプの材料は、達成されることが求められる分離に基づき選択される。例えば、メタンよりもＣＯ2に対してより高い透過性を示す材料が、天然ガスからＣＯ2を分離するためには有用であり得る。中空糸４の壁部では、「高速」ガス（すなわち膜がより高い透過性を示す対象となるガス）は、中空糸４を越えて透過し、中空糸４のボアの内部に進入する一方で、「低速」ガス（すなわち膜がより低い透過性を示す対象となるガス）は、個々の中空糸４にわたっておよび個々の中空糸４間を流れ続ける。ここで送給ガス２に比べて高速ガスが豊富である透過ガス６は、収集され、内方チューブ５に流入する。次に、中空糸４のボアから内方チューブ５内への透過ガス６の移動を詳細に説明する。ここで送給ガス２に比べて高速ガスを欠く不透過ガス９は、収集され、内方チューブ５と外方チューブ８との間の環状スペースに流入する。
【００２１】
図３に示すように、中空糸４にわたっておよびそれらの間を流れない送給ガス２は、環状スペース３から出て、膜要素Ｍ１の下流端部に隣接する送給ガスリザーバ１に流入する。隣接する下流の膜要素Ｍ２からの透過ガス６は、内方チューブ５内を透過物ポートＰに向かって流れる。この段落で説明される流れパターンは、各膜要素Ｍ２においても繰り返される。図３に示すように、透過ガス６の流れ方向は、送給ガス２の流れ方向とは逆である。
【００２２】
次に、各膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の上流面ならびに、透過ガス６および不透過ガス９の流れが内方チューブ５内および内方チューブ５と外方チューブ８との間の環状スペース内でどのように収集されるかを説明する。各膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の上流面は、図７を参照として以下で説明されるように膜要素Ｍ１を除いては同一に構成される点に留意されたい。
【００２３】
図４〜図５および図１０〜図１１に示すように、中空糸４の上流端部は、ポリマーチューブシート１０内に包囲され、下流端部は、中空糸４の下流端部を封止するように設計されたポリマー塊１１内に包囲される。チューブシート１０の前方面には、ステンレス鋼などの任意の適切な非反応性気密材料から作製された３つの要素１５、１６、１７を備える透過ガスマニホルドが装着される。第３の要素１７は、リングとして構成されるところから始まる。比較的より小さな厚さの環状スロット２３および比較的より大きな厚さの複数の環状溝１９が、下流面中に機械加工される。複数のウェッジ形状空部２１が、マニホルドの質量を低減させるために上流面中に機械加工される。また、下流方向に収束する環状ウェッジ形状中空部２２が、上流面中に機械加工される。第３のマニホルド要素１７の上流面に対して、第２のマニホルド要素１６が当接する。第２のマニホルド要素１６および第３のマニホルド要素１７は、共に嵌合されて、腔部２１と環状ウェッジ形状中空部２２とをさらに画成する。エポキシなどの接着剤が、チューブシート１０の外周表面の周りに塗布され、第１のマニホルド要素１５が、組み合わされた第２／第３の要素１６、１７の周囲に配置される。第１のマニホルド要素１５の溝内に挿入される保持リング１６は、第２のマニホルド要素１６と第３のマニホルド要素１７とを定位置に保持する。硬化後に、第１のマニホルド要素１５とチューブシート１０との間の結合と、第２のマニホルド要素１６に対して当接する保持リング１６とが、膜要素Ｍ２の上流面の周囲および上において第１のマニホルド要素１５と第２のマニホルド要素１６と第３のマニホルド要素１７とを共に定位置に保持する役割を果たす。残りの膜要素Ｍ１、Ｍ３の上流面は、それぞれ同様に特徴付けされる。支持リング１４が、外方チューブ８の上流端部の外部表面上を摺動され、支持リング１４は、保持リング２５と透過ガスマニホルドの上流面とに対して当接する。Ｏリング２４が、外方チューブ８内への送給ガス２の漏出を防止する役割を果たす。最後に、ねじ固定具１８が、透過ガスマニホルドに対して支持リング１４を固定するために使用される。
【００２４】
図５、図１０、および図１１に最も良く示すように、中空糸４のボア内の透過ガス６は、環状溝１９内に収集され、環状溝２０に交差する軸方向に延在する楕円中空部２０に流入する。そこから、透過ガス６は、中空部１９に交差するスロット２３に流入する。次いで、透過ガス６は、スロット２３と環状ウェッジ形状中空部２２と透過物通路２７とを経由して内方チューブ５に進入する。透過物通路２７は、その一方の端部にて、外方チューブ８に形成された開口部内に受けられ溶接され、その他方の端部にて、内方チューブ５に形成された開口部内に受けられ溶接される。不透過ガス９は、ブシュ２６および外方チューブ８の穿孔を通過する。
【００２５】
図４および図１２に最も良く示すように、２つの支持レッグ１２が、支持リング１４に装着される。各支持レッグ１２は、圧力容器ＰＶの内方表面上に載置されたローラボール１３に係合し、緩く保持する。適切な寸法設定により、支持レッグ１２、ローラボール１３、および支持リング１４は、膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が圧力容器ＰＶ内で中心に心合わせされるのを可能にし、圧力容器ＰＶの内方表面と膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の外方周囲表面との間の環状スペース３の大体において均一な厚さを可能にする。
【００２６】
図６は、最も下流膜要素Ｍ２が膜要素Ｍ３に連結される方法を示す。要素Ｍ２の内方チューブ５および外方チューブ８は、要素Ｍ３の内方チューブ５および外方チューブ８と整列され、要素Ｍ２は、膜要素Ｍ３に向かって付勢される。要素Ｍ２が要素Ｍ３に向かって付勢され続けると、雌リング２９が要素Ｍ３の内方チューブ５上を摺動し、要素Ｍ２の外方チューブ８が要素Ｍ３の支持リング１４内に受けられる。要素Ｍ２は、要素Ｍ２の内方チューブ５および外方チューブ８の最上流部分が要素Ｍ３の内方チューブ５および外方チューブ８の最下流部分に当接するまで、要素Ｍ３に向かって付勢され続ける。２つの要素Ｍ２、Ｍ３は、要素Ｍ２の固定リング２８および要素Ｍ３の支持リング１４の下方部分のねじボアに挿通されたねじ固定具１８によって相互に固定される。固定リング２８の位置は、要素Ｍ２の外方チューブ８にスポット溶接された保持リング２５’に対接して保持されるので固定される。連結後に、不透過ガスは、内方チューブ５への進入を防止され、要素Ｍ２、Ｍ３の内方チューブ５同士は、要素Ｍ３の内方チューブ５の外方表面に形成された溝と雌リング２９との間で圧迫される封止Ｏリング２４’を設けることによって密着する。図６に示すように、ポスト３０が、より高い構造安定性および強度を実現するために、要素Ｍ２の下流部分にて内方チューブ５と外方チューブ８とのそれぞれに連結される。
【００２７】
複数の膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の個々の内方チューブは、単一の一体化された内方チューブを共に備える点が、当業者には認識されよう。また、複数の膜要素Ｍ１、Ｍ２、ｍ３の外方チューブは、単一の一体化された外方チューブを共に備える点が、当業者には認識されよう。さらに、単一の一体化された内方チューブおよび単一の一体化された外方チューブは、本発明の膜モジュールに透過ガス流および不透過ガス流に流路を与えることが、当業者には認識されよう。
【００２８】
上述のように、各膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の上流面は、膜要素Ｍ１を除いては同一に構成される。図７に最も良く示すように、要素Ｍ１の内方チューブ５は、透過ガスマニホルドを越えて上流には延在しない。むしろ、要素Ｍ１の内方チューブ５と外方チューブ８との間に画成される環状スペースは、環状ウェッジ形状中空部２２の直ぐ上流で封止リング３８によってブロックされる。また、要素Ｍ１の外方チューブ８は、支持リング１４の直ぐ上流の箇所にて終端しない。むしろ、要素Ｍ１の外方チューブ８は、他の要素Ｍ２、Ｍ３に比べて支持リング１４を越えてさらに上流へと延在する延在部８’を備える。延在部８’は、クランプ３９により透過物収集導管７に連結される。
【００２９】
図８に最も良く示すように、要素Ｍ３の下流部分は、他の要素Ｍ１、Ｍ２とは異なる。要素Ｍ３では、外方チューブ８は、内方チューブ５よりもさらに下流に突出しない。むしろ、この特定の要素Ｍ３の内方チューブ５は、外方チューブ８を大きく超える距離にわたり延在する。要素Ｍ３が、最下流であり、その下流端部で膜要素に連結されないことにより、内方チューブ５もまた、雌リング２９を備えない。また、要素Ｍ３は、外方チューブ８の外方表面に緩く係合する支持リング３１の補助によって圧力容器ＰＶ内にて軸方向に整列される。支持リングには、２つの支持レッグ１２が装着され、これらの支持レッグ１２はそれぞれ、圧力容器ＰＶの内方表面上に載置されたローラボール１３に係合しそれを緩く保持する。適切な寸法設定により、支持レッグ１２、ローラボール１３、および支持リング１４は、膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の連結された鎖が、圧力容器ＰＶ内で中心に心合わせされるのをさらに可能にし、圧力容器ＰＶの内方表面と膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の外方周囲表面との間の環状スペース３の大体において均一な厚さを可能にする。
【００３０】
最も重要な点としては、封止体ＳＢが、要素Ｍ３の下流部分に固定される。封止体ＳＢは、ねじ固定具１８’’により相互に固定された相補形状前方封止プレート３２と相補形状後方封止プレート３３とを備える。複合シール３４が、後方封止プレート３３の上流面に形成された溝に嵌め込まれる。封止体ＳＢは、保持リング２５の一方の側に対接して固定リング２８を配置し、保持リング２５の他方の側に対接して封止体ＳＢを配置し、ねじ固定具１８’により前方封止プレート３２に対して固定リング２８を固定することにより、保持リング２５に対して固定リング２８と前方封止プレート３２とを圧迫することによって外方チューブ８に固定される。このようにすることで、封止体ＳＢの位置が、要素Ｍ３に対して固定された状態になる。
【００３１】
引き続き図８を参照すると、送給ガスリザーバ１内の送給ガスは、Ｏリング２４の配置により、前方封止プレート３２の内方表面と外方チューブ８の外方表面との間で漏出し、内方チューブ５と外方チューブ８との間の環状スペースに進入するのを防止される。このＯリング２４は、前方封止プレート３２の内方表面に隣接する外方チューブ８の外方表面に形成された溝内に配置される。不透過ガスは、内方チューブ５の下流端部に対して気密的に固定された適切な弁（図示せず）の配置によって、内方チューブ５の下流端部内に収容される。不透過ガスは、不透過物ポートＮＰでの圧力容器から出て不透過物リザーバＮＰＲ内への流れ９として、内方チューブ５と外方チューブ８との間の環状スペースから出る。
【００３２】
複数の膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の各内方チューブは、単一の一体化された内方チューブを共に備える点が、当業者には認識されよう。また、複数の膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の外方チューブは、単一の一体化された外方チューブを共に備える点が、当業者には認識されよう。さらに、単一の一体化された内方チューブおよび単一の一体化された外方チューブは、本発明の膜モジュールの透過ガス流および不透過ガス流に流路を与えることが、当業者には認識されよう。
【００３３】
本発明は、透過ガスおよび不透過ガスが膜モジュールの両端部から引き出される上述の構成に限定されない。代替的には、送給ガスは、圧力容器の各端部に送られてもよく、透過ガスは、圧力容器の各端部から引き出されてもよく、不透過ガスは、圧力容器の中央に隣接する位置から引き出されてもよい（すなわち、中央の付近に位置することのみが必要であり、厳密な中央に位置しなくてもよい）。かかる構成は、圧力容器の右側の図２〜図１２の結合された要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の鎖（圧力容器の右側から中央まで延在する）と、圧力容器の左側の結合された要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の鏡像鎖（圧力容器の左側から中央まで延在する）とを備えることになる点が、当業者には認識されよう。結合された要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の右側鎖の封止体ＳＢと、結合された要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の左側鎖の封止体ＳＢとの間には、不透過ガス引出しポートが存在する。
【００３４】
また、いずれの代替構成が利用されるかにかかわらず、封止体ＳＢは、送給ガスリザーバ１内の送給ガスと不透過物リザーバＮＰ内の不透過ガスとの間にシールを形成する。送給ガスリザーバ１内の送給ガスと不透過物リザーバＮＰ内の不透過ガスとの間の圧力差は、１バール未満〜２４ポンド／平方インチゲージもの間で変動し得るため、封止体ＳＢは、低圧条件と高圧条件の両方で気密シールを可能にする特徴を備えなければならない。
【００３５】
また、封止体ＳＢは、要素Ｍ３の下流端部に固定されるため、機械的支援を用いずにオペレータにより圧力容器ＰＶの開口端部から圧力容器ＰＶの中央まで（透過物が両端部から引き出され、不透過物が中央から引き出される膜モジュールの場合）または圧力容器ＰＶの遠いめくら端部までのいずれかに摺動され得るものでもなければならない。換言すれば、封止体ＳＢは、十分な「摺動可能性」を示さなければならない。例えば、封止体ＳＢは、１０ポンドもの力のみを使用して圧力容器の内部で摺動され得るものでなければならない。
【００３６】
また、封止体ＳＢは、損傷を被ることなく圧力容器ＰＶの開口（送給ガスポート、透過物ポート、または不透過物ポートなど）間にわたり、圧力容器ＰＶの中央へまたは圧力容器の遠いめくら端部へのいずれかに摺動され得るものでなければならない。いくつかの従来のシールは、圧力容器の内方表面に対して圧迫されるように設計された弾性材料などの圧縮性部材を備える。圧縮性部材の一部分が、圧力容器ＰＶの内方表面と同一平面の位置から開口に隣接する位置まで摺動されることにより、部材が開口のエッジを横切る際に応力がその部材に対して印加され、この応力は、圧縮性部材が圧力容器に対して十分に圧迫されている場合に圧縮性部材を引き裂く傾向がある。低い差圧および高い差圧にて封止するのに十分な圧縮性を別様に示すＯリングは、圧力容器の開口を横切って摺動される必要がある場合には完全に不十分なものと見なされることが、ガス分離膜モジュールの当業者には理解されよう。
【００３７】
上述の４つの特性（比較的低い圧力差での封止が可能であること、比較的高い圧力差での封止が可能であること、および機械的支援を必要とせずにまたは損傷を被らずに圧力容器ＰＶの内部で（少なくともその中央まで）摺動され得ること）は、いずれも本発明において必要とされる。我々は、４つの全ての特性を満たすガス分離膜モジュールの分野で使用されるいかなる従来のシールも知らないため、これは重要な点である。例えば、「摺動可能」であり、約５ポンド／平方インチゲージの比較的低い圧力差（送給ガスと不透過ガスとの間の）で気密シールを形成するが、より高い圧力差では漏出を示したシールは、意図する目的にとって不十分なものとなる。別の例としては、比較的低い圧力差と比較的高い圧力差との両方（５ポンド／平方インチゲージ未満〜５０ポンド／平方インチゲージほど）で気密シールを形成するが、機械的支援を伴わずには摺動され得ないシールは、同様に不十分なものとなる。
【００３８】
試行錯誤を通じて、我々は、カップシール３６（図９で最も良く示されるような）の中空部内に位置決めされたＯリング３５を備える複合シール３４が、上述の４つの特性を満たすことを発見した。カップシール３６は、中央の中空部（中にＯリング３５が位置決めされ得る）と高圧側に面した開口側部とを有するリング形状シールであることが、当業者には認識されよう。本発明の複合シール３４は、上述の特性の４つ全てを満たすとは限らない従来のシールと対比され得る。
【００３９】
上述の圧力差条件のそれぞれにて十分な気密性を示すいくつかの従来のシールは、機械的支援を伴わずに圧力容器を少なくとも中途の位置まで摺動され得るものではない。我々は、両圧力差条件で気密シールを形成するために必要であるかかるシールの比較的高い剛直性により、圧力容器ＰＶ内でシールを摺動させることが非常に困難になると考えている。我々は、この後者の分類のシールは機械的支援（２００ポンド以上の力に対する）によりおそらく摺動され得ると考えているが、多数のモジュールにおける膜要素の設置および／または交換は、機械的支援の利用が単に不可能である非常に困難な条件下で実施されなければならない。
【００４０】
本発明の複合シール３４は、内方側壁部と外方側壁部と（すなわちカップシール３６の内径に沿った側壁部とカップシール３６の外径に沿った側壁部と）に予荷重を与えるためにカップシール３６の中空部内にＯリング３５を備えるカップシール３６を利用する。内方側壁部および外方側壁部は、内方および外方に予め付勢されるため、複合シール３４は、上述の低い圧力差で十分に封止を行うことが可能である。カップシール３６に適切な剛直性を有する適切にサイズ設定されたＯリング３５を選択することにより、必要な摺動可能性を依然として示す（機械的支援を必要とせず、さらに開口を横切って摺動される際に損傷を被らないことの両方に関連して）複合シール３４が組み立てられ得る。複合シール３４は、カップシール３６の内方側壁部と外方側壁部との間のスペースの一部が空であるため、依然として摺動可能である。この空のスペースは、カップシール３６の内方側壁部および外方側壁部が外方および内方にそれぞれ圧迫され、それによりそれらの側壁部エッジ間の距離が、徐々により小さくなり、したがって摺動がより容易になるのを可能にする。また、側壁部エッジ同士の間のこの徐々により小さくなる距離は、結果として外方側壁部が圧力容器ＰＶの開口を横切って摺動される際に外方側壁部に印加される応力をより低くする。結果として、外方側壁部は、引き裂かれず、損傷を被らない。
【００４１】
Ｏリングで予荷重をかけられたいくつかの従来のカップシールは、封止体ＳＢが水圧などからの機械的支援を必要とせずに圧力容器ＰＶ内に摺動するのを可能にするには過度に強直である。我々は、９０デュロメータ以上のショア硬度（タイプＡ）を有するＯリング３５（カップシール３６内に装填される）の使用を回避することによって、この問題に対処した。９０デュロメータ未満の硬度を有するＯリングで予荷重をかけられたいくつかの他の従来のカップシールは、封止体ＳＢが機械的支援を必要とせずに圧力容器ＰＶ内に摺動されるには過度な剛直さを複合シール３４に依然として与え得る。我々は、不連続部を備えるＯリング３５（カップシール３６内に事前装填された）を使用することによってこの問題に対処した。これにより我々が意味するものは、Ｏリング３５中に間隙が存在しない場合であれば封止体ＳＢに摺動可能性を与えない場合、Ｏリング３５中に間隙が存在することにより、封止体ＳＢに摺動可能性を与えるということである。例えば、約８インチの直径を有する圧力容器ＰＶについては、０．１２５〜０．５０インチのＯリング３５（５０デュロメータの硬度を有する）中の間隙は、低い（最大で５ポンド／平方インチゲージ）圧力差条件と高い（最大で５０ポンド／平方インチゲージ）の両方で優れた封止特性を依然として実現する。
【００４２】
次に、ガス分離膜モジュールの組み立てを説明する。  
封止体ＳＢは、上述のように膜要素Ｍ３に固定される。圧力容器ＰＶ内に要素Ｍ３を装填した後に、要素Ｍ３は、不透過物ポートＮＰに向かって圧力容器ＰＶの内部を若干下流へと摺動されて、要素Ｍ３の上流端部は露出された状態に留められる。次に、膜要素Ｍ２の中の最も下流側のものが、上述のように要素Ｍ３に連結されることになる。連結されると、結合された要素Ｍ２、Ｍ３は、圧力容器ＰＶの内部で下流に摺動されて、要素Ｍ２の上流端部を露出された状態に留める。追加の膜要素Ｍ２のそれぞれが、上述のように既に結合された要素に逐次的に連結され、結合された要素Ｍ２、Ｍ３の鎖が、圧力容器ＰＶ内へとさらに逐次的に摺動される。最終的に、膜要素Ｍ１は、同じ方法で膜要素Ｍ２の中の最も上流の１つに連結され、膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の今や完全に結合された鎖は、圧力容器ＰＶ内へとさらに摺動されて、要素Ｍ１の延在部８’を露出された状態に留める。次いで、透過物収集導管７が、クランプ３９により延在部８’の上流端部に連結される。
【００４３】
代替的な構成（送給ガスが圧力容器の各端部で送給され、透過ガスが圧力容器の各端部から引き出され、不透過ガスが圧力容器の中央に隣接する位置から引き出される）は、結合された要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の２つの鎖が圧力容器の両端部内に摺動される点を除いては上述と同一の方法で組み立てられてもよいことが、当業者には認識されよう。
【００４４】
本発明の１つの特に適した用途では、直列に配置されたらせん巻きタイプの膜を備えるガス分離膜モジュールは、並列に配置された中空糸タイプの膜と置き換えられてもよい。これは、以下の通りに実施され得る。圧力容器の上流端部のシール（送給ガスが最上流膜要素の外方表面と圧力容器の内方表面との間の環状スペース内に漏出するのを防止するための）が除去される。直列に配置されたらせん巻きタイプの膜の連結鎖が、圧力容器から外に摺動される。次いで、本発明の封止体、内方／外方チューブ、および膜要素Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が、上述のように圧力容器内に配置される。
【実施例】
【００４５】
封止体を圧力試験するために、典型的な圧力容器の内方表面を模倣した円筒状試験チャンバ（８．２７４インチの内径を有する）を利用した。２つの異なる封止体のそれぞれを、図８で封止体ＳＢに関して示されるように構成した。２つの封止体の間の唯一の相違は、それらの直径であった。それぞれ異なる硬度を有する２つのタイプのＯリング（ＭａｃＭａｓｔｅｒ  Ｃａｒｒから入手し、アクリロニトリルブタジエンゴムから作製された）を試験した。いずれの場合も、カップシール（Ｐａｒｋｅｒから入手し、架橋アクリロニトリルブタジエンゴムから作製された）は同一であった。いくつかの場合では、圧力および／または持続時間を変更した。人間の力のみを使用して、試験チャンバの内部に封止体を押し込む試みを行った。次いで、漏出を伴わずに気密シールを形成する封止体の能力を観察した。以下、表Ｉにデータを示す。
【表１】
0006556540.tif 000002
【００４６】
表Ｉの実施例Ａにおいて分かるように、９０デュロメータのショア硬度（タイプＡ）を有するＯリングは、水圧の使用を伴わずに試験チャンバ内に複合シールを摺動させ得るには過度な剛直性を複合シールに与えた。我々が、わずか５０デュロメータの硬度を有するＯリングを代用すると、封止体は、Ｏリングに間隙がないかまたは０．５０インチの間隙があるかに関わらず、支援を伴わずに試験チャンバ内に摺動されることが可能であった。実施例ＢおよびＣで分かるように、カップシールと５０デュロメータＯリングとのその組合せは、５０ポンド／平方インチが封止体の上流側に印加された場合に２４〜４８時間にわたり液密であった。また、実施例ＥおよびＦで分かるように、カップシールと５０デュロメータＯリングとのその組合せは、Ｏリング中の間隙が０．１２５インチであるか０．５０インチであるかに関わらず、わずか２ポンド／平方インチが封止体の上流側に印加された場合には２４〜７２時間にわたり液密であった。
【００４７】
我々は、さらにより大きな間隙が封止体の外径と試験チャンバの内径との間に存在する場合に、封止体が液密性を実現するか否かを確認することを決定した。実施例ＧおよびＨで分かるように、それは、Ｏリング中に０．１２５インチの間隙が存在するか０．５０インチの間隙が存在するかに関わらず、わずか２ポンド／平方インチが封止体の上流端部に印加された場合に依然として液密に留まった。
【００４８】
本発明は、その具体的な実施形態と併せて説明されたが、多数の代替、変更、および変形が前述の説明を鑑みることにより当業者には明らかになることは自明である。したがって、添付の特許請求の範囲の主旨および広範な範囲に含まれるような全ての代替、変更、および変形を包含するように意図される。本発明は、開示される要素を適切に備えてもよく、開示される要素からなるものであってもよく、または開示される要素から本質的になるものであってもよく、開示されない要素の不在下で実践されてもよい。さらに、第１および第２などの順序に言及する言語が存在する場合には、例示的な意味でおよび非限定的な意味で理解されたい。例えば、いくつかのステップが、単一のステップへと組み合わされ得ることが、当業者には認識され得る。
【００４９】
単数形「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、コンテクストが別様明示しない限り、複数の言及を含む。  
特許請求の範囲中の「備える」は、以降に特定される請求項の要素が非排他的な列挙であり、すなわち他のいかなるものが追加的に含まれてもよく、「備える」の範囲内に留まり得ることを意味するオープンな遷移的表現である。「備える」は、本明細書においては、「から本質的になる」および「からなる」というより限定的な遷移的表現を必ず包含するものとして定義される。したがって、「備える」は、「から本質的になる」または「からなる」と置き換えられてもよく、「備える」の明確に定義される範囲内に留まり得る。
特許請求の範囲中の「提供する」は、何かを装備する、供給する、使用可能にする、または用意することを意味するものとして定義される。対照的に、ステップは、その特許請求の範囲中に明確な表現が存在しない場合には任意の行為者によって実施され得る。  
任意選択のまたは任意選択には、後述の事象または環境が発生してもよくまたはしなくてもよいことを意味する。その記述は、事象または環境が発生する例と、発生しない例とを含む。  
範囲は、本明細書ではおよその１つの特定の値からおよび／またはおよその別の特定の値までとして表現され得る。かかる範囲が表現される場合に、別の実施形態は、前記範囲内のあらゆる組合せを伴いつつ、その１の特定の値からおよび／または他の特定の値までであると理解されたい。  
本明細書で特定される全ての参照はいずれも、参照によりそれらの全体が、ならびにそれぞれが引用された対象の具体的な情報に関して本願に組み込まれる。
【符号の説明】
【００５０】
ＰＶ  圧力容器
Ｆ  送給ガスポートＦ
Ｐ  透過ガスポート
ＮＰ  不透過ガスポート
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３  膜要素
ＢＦ  盲フランジ
ＳＢ  封止体
１  送給ガスリザーバ１
２  送給ガス流
３  環状スペーサ
４  複数の中空糸
５  内方チューブ
６  透過ガス流
７  透過物収集導管
８  外方チューブ
９  不透過ガス流
１０  チューブシート
１１  ポリマー塊で包被された中空糸端部
１２  支持レッグ
１３  ローラボール
１４  支持リング
１５  第１の透過ガス収集マニホルド要素
１６  第２の透過ガス収集マニホルド要素
１７  第２の透過ガス収集マニホルド要素
１８  ねじ固定具
１９  環状溝
２０  楕円状径方向延在中空部
２１  ウェッジ形状径方向延在空部
２２  環状ウェッジ形状柱腔部
２３  スロット
２４  Ｏリング
２５  保持リング
２６  ブシュ
２７  透過物通路
２８  固定リング
２９  雌リング
３０  ポスト
３１  支持リング
３２  前方シールプレート
３３  後方シールプレート
３４  複合シール
３５  Ｏリング
３６  カップシール
３７  クランプ
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］  ガス分離膜モジュールであって、
少なくとも１つの送給ガス入口と、少なくとも１つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と、
それぞれが、複数の中空糸と、前記圧力容器の軸と実質的に同軸である前記膜要素を貫通して延在する外方チューブと、前記圧力容器の前記軸と同軸または平行な前記外方チューブの内部を貫通して延在する内方チューブとを備える前記圧力容器内に並列に配置された複数の膜要素と、ここで、
前記複数の外方チューブはそれぞれ、単一の一体化された外方チューブを形成するために相互に連結され、
前記複数の内方チューブはそれぞれ、単一の一体化された内方チューブを形成するために相互に連結され、
環状スペースが、前記単一の一体化された外方チューブの内方表面と前記単一の一体化された内方チューブの外方表面とにより画成され、
前記単一の一体化された内方チューブは、前記複数の外方チューブに形成された穿孔を経由して前記中空糸同士の間を流れる不透過ガスを受け、
前記環状スペースは、封止された第１の端部と開口している第２の端部とを有し、      前記内方チューブはそれぞれ、前記複数の膜要素の関連する１つの前記糸のボアに流体連通し、
前記単一の一体化された内方チューブは、開口しており前記環状スペースの前記第１の封止端部に隣接する第１の端部を有し、
また、前記単一の一体化された内方チューブは、封止され前記環状スペースの前記第２の開口端部に隣接する第２の端部を有するものであり、
前記単一の一体化された内方チューブの前記開口端部と前記透過物出口との間で流体連通する透過物収集導管と、
前記複数の離間された膜要素の最も下流側の１つにて前記外方チューブの周囲に配設された少なくとも１つの封止体と、ここで、
前記封止体は、前記最下流膜要素と前記不透過ガス出口との間の前記圧力容器内の位置に配設され、
前記封止体は、前記封止体の外周エッジと前記圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有し、
前記封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとを備え、ここにおいて前記第１の封止プレートの平坦面が、前記第２の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および前記封止体は、前記第１の封止プレートと前記第２の封止プレートとの間に形成された溝内の前記封止体の外周エッジの周囲に配設され、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために前記圧力容器の内方表面に対して摺動的に圧迫される複合シールを備え、
前記封止体は、開口を備え、前記単一の一体化された外方チューブは、前記封止体開口を通り延在し、前記不透過ガスが前記環状スペースからおよび前記不透過物出口を経由して前記圧力容器から外に流れ得るように開口端部で終端するものであり、
とを備える、ガス分離膜モジュール。
［２］  各膜要素について、前記関連する複数の糸のそれぞれが、開口しておりポリマーチューブシートにより包囲された第１の端部と、封止された第２の端部とを有し、
前記チューブシートのそれぞれが、前記関連する第１の開口糸端部と流体連通する複数のチャネルを備え、
各チューブシートについて、前記関連する複数のチャネルが、前記外方チューブの壁部中の開口から前記内方チューブの壁部中の開口まで延在するパイプを備える関連する透過ガス通路に流体連通し、前記透過ガス通路は、前記外方チューブ内の不透過ガスが前記通路にて前記内方チューブ内へと漏出するのを防止される点で漏出防止性である、
［１］に記載のガス分離膜モジュール。
［３］  前記複合シールは、カップシール内に収められたＯリングを備え、前記カップシールの開口端部は、上流を向く、［１］に記載のガス分離膜モジュール。
［４］  前記Ｏリングは、連続的なものである、［３］に記載のガス分離膜モジュール。
［５］  前記Ｏリングは、間隙を有するように不連続的なものである、［３］に記載のガス分離膜モジュール。
［６］  前記Ｏリングは、９０デュロメータ未満のショアタイプＡ硬度を有する、［５］に記載のガス分離膜モジュール。
［７］  前記Ｏリングは、５０デュロメータのショアタイプＡ硬度を有する、［５］に記載のガス分離膜モジュール。
［８］  前記間隙は、０．１２５〜０．５００インチの範囲である、［５］に記載のガス分離膜モジュール。
［９］  前記Ｏリングは、９０デュロメータ未満のショアタイプＡ硬度を有する、［３］に記載のガス分離膜モジュール。
［１０］  前記Ｏリングは、５０デュロメータのショアタイプＡ硬度を有する、［３］に記載のガス分離膜モジュール。
［１１］  前記複数の膜要素は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え、
前記透過ガス出口は、前記圧力容器の一方の端部に隣接する位置に配設され、前記不透過ガス出口は、前記圧力容器の対向側端部に隣接する位置に配設される、
［１］に記載のガス分離膜モジュール。
［１２］  前記複数の膜要素は、膜要素の右側群と、膜要素の左側群とを備え、
膜要素の前記右側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え、
膜要素の前記左側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも１つの中間膜要素とを備え、
前記少なくとも１つの封止体は、右側封止体と左側封止体とを備え、前記右側封止要素は、膜要素の前記右側群の下流要素の前記外方チューブの周囲に配設され、前記左側封止要素は、膜要素の前記左側群の前記下流要素の前記外方チューブの周囲に配設され、
前記圧力容器は、両端部を有し、
前記少なくとも１つの送給ガス入口は、前記圧力容器の前記両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された２つの送給ガス入口を備え、
前記少なくとも１つの透過ガス出口は、前記圧力容器の前記両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された２つの透過ガス出口を備え、
前記透過ガス出口は、前記左側封止体と前記右側封止体との間に配設される、
［１］に記載のガス分離膜モジュール。
［１３］  並列に配置された中空糸タイプ膜を有するように直列に配置されたらせん巻きタイプ膜を備える従来のガス分離膜モジュールを改装する方法であって、
改装すべき従来のガス分離膜モジュールを用意するステップと、ここで、前記従来のガス分離膜モジュールは、
少なくとも１つの送給ガス入口と、少なくとも１つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と、
前記圧力容器内に配設された直列に配置された複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素と、
送給ガスが前記複数のらせん巻きタイプ膜要素の最上流の外方表面と圧力容器の内方表面との間の環状スペース内に漏出するのを防止するための上流シールと
を備えるものであり、
前記圧力容器内から前記上流シールと直列に配置された前記複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素とを除去するステップと、
前記圧力容器内に下流中空糸膜要素を摺動するステップと、それにより前記圧力容器の開口端部からアクセス可能な状態に前記第１の中空糸膜要素の端部を留め、前記下流中空糸膜要素の下流端部が、封止体を備え、
前記圧力容器の前記開口端部から離れるように前記圧力容器内へと膜要素の増大しつつある鎖を逐次的に摺動させつつ、並列に連結された膜要素の前記増大しつつある鎖を形成するために前記第１の中空糸膜要素のアクセス可能な端部に１つまたは複数の中空糸膜要素を逐次的に連結するステップと、
並列に連結された膜要素の完成鎖を形成するために連結された膜要素の増大しつつある鎖に上流中空糸膜要素を連結するステップと、
前記圧力容器内へとさらに下流に膜要素の前記完成鎖を摺動させるステップと、
気密的に透過物出口に前記上流中空糸膜要素の前記上流端部を流体連結するステップと、ここで、
前記下流中空糸膜要素の前記下流端部に設けられる前記少なくとも１つの封止体は、前記下流中空糸膜要素と前記不透過ガス出口との間の前記圧力容器内の軸方向位置にて前記関連する膜要素の前記外方チューブの周囲に配設され、
前記封止体は、前記封止体の外周エッジと前記圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有し、
前記封止体は、第１の封止プレートと第２の封止プレートとを備え、ここで、前記第１の封止プレートの平坦面が、前記第２の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および前記封止体は、前記第１の封止プレートと前記第２の封止プレートとの間に形成された溝内の前記封止体の外周エッジの周囲に配設され、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために前記圧力容器の内方表面に対して圧迫される複合シールを備え、
前記封止体は、不透過ガスが連結された膜要素の前記完成鎖からおよび前記不透過物出口を経由して前記圧力容器から外に流れ得るための開口を備え、
下流中空糸膜要素を摺動させる前記ステップおよび膜要素の前記完成鎖を摺動させる前記ステップは、人力のみにより実施される、
を備える、方法。
【図１】
0006556540.tif 000003
【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】
0006556540.tif 000011
【図１０】
0006556540.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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