(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸透ポテンシャルを利用する装置であって、前記装置はアレイを備え、
前記アレイは、複数対の中空繊維パネルを備え、前記中空繊維パネルは、長方形枠とメンブレン要素を備え、
前記長方形枠は、１対の対向縁部を備え、前記１対の対向縁部は、前記長方形枠の対向し合う平行縁部を画定する管寄せ及び対向管寄せを備え、前記管寄せ及び前記対向管寄せは、長手方向軸を有し、前記長手方向軸に沿って中を通る流体導管を備え、前記管寄せ及び前記対向管寄せのそれぞれの端部は、支持部及び対向支持部のそれぞれの端部と機械的に通じて前記長方形枠の対向し合う平行縁部のもう一方の対を形成し、前記もう一方の対は、前記１対の対向し合う平行縁部に対して実質的に垂直に向けられ、それにより前記長方形枠を形成し、
前記メンブレン要素は、中空繊維積層を備え、前記中空繊維積層は、複数の疎充填中空繊維を備え、前記複数の疎充填中空繊維は、１つの接触構造体を通って延在する第１の端部及び対向接触構造体を通って延在する対向端部を備え、前記複数の疎充填中空繊維の各中空繊維は、前記１つの接触構造体と前記対向接触構造体との間に延在する細長内腔および親水性半透過性メンブレンを備え、前記複数の疎充填中空繊維の前記第１の端部は、前記管寄せを通して前記流体導管と流体連通し、前記複数の疎充填中空繊維の前記対向端部は、前記対向管寄せを通して前記流体導管と流体連通し、
前記親水性半透過性メンブレンは、９８．５％以上の脱塩率を達成し、３５ダイン／ｃｍ以上の表面張力を呈するように適合され、
前記中空繊維パネルは、第１の流体中に浸漬され、前記複数の疎充填中空繊維を前記第１の流体中に保持し、
（ａ）前記複数の疎充填中空繊維の内腔と前記第１の流体との間の浸透連通を維持し、
（ｂ）前記複数の疎充填中空繊維の前記内腔と隣接する中空繊維パネルとの間の第２の流体の流体連通を維持し、
（ｃ）前記親水性半透過性メンブレンの表面の全幅及び全長に渡り、レイノルズ数３，０００以上で乱流を持続させるのに十分な機械的完全性を有し、
（ｄ）前記メンブレン要素は、３０バール以上の供給水圧送圧力で機械的完全性を維持するように適合され、
前記複数対の中空繊維パネルのうちの一方の中空繊維パネルの疎充填中空繊維は、他方の中空繊維パネルの疎充填中空繊維に対して垂直に向けられる、装置。
【請求項２】
前記中空繊維積層は、間に空間を有する中空繊維の交互列を備え、前記中空繊維の交互列は、隣接し合う列の空間と六角形模様で位置合わせされる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記長方形枠は、バッフルを更に備え、前記バッフルは、支持材を備え、前記支持材は、前記支持材から延在する突起部を備え、前記突起部は、複数の中空繊維を通って延在し前記複数の中空繊維を疎充填構成で保持するように適合される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記１つの接触構造体及び前記対向接触構造体は、エポキシ、ポリウレタン及びこれらの組合せからなる群から選択される熱硬化性材料を含む、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記接触構造体は、３ｍ以下の幅を有し、前記中空繊維積層は、前記接触構造体の前記幅の７５％を占める合計積層奥行きを有する、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記中空繊維積層は、２０ｍｍから８０ｍｍの奥行きを有する、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記接触構造体は、３メートル以下の幅を有し、前記中空繊維は、２ｍｍの外径（Ｄ０）を有し、前記接触構造体は、前記中空繊維積層奥行きの１０ｍｍ毎に、４から６列の中空繊維を係合する、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記接触構造体は、３メートル以下の幅を有し、前記中空繊維は、１ｍｍの外径（Ｄ０）を有し、前記接触構造体は、前記中空繊維積層奥行きの１０ｍｍ毎に、９から１２列の中空繊維を係合する、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記接触構造体は、３メートル以下の幅を有し、前記中空繊維は、０．５ｍｍ未満の外径（Ｄ０）を有し、前記接触構造体は、前記中空繊維積層奥行きの１０ｍｍ毎に、１６から２０列の中空繊維を係合する、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記管寄せ及び前記対向管寄せの１つ又は複数は、中実であり、中を通るボアを備える流体導管を備える、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記親水性半透過性メンブレンは、前記第２の流体と前記第１の流体との間が３０バール以上の圧力差で動作するように適合される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
逆浸透系を備える請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の装置であって、前記逆浸透系は、圧送系を備え、前記圧送系は、第１の中空繊維パネルと流体連通する第１のポンプを備え、前記第１の中空繊維パネルは、第２のポンプ系と流体連通し、前記第２のポンプ系は、前記第１のポンプと並列して圧力交換器及び増圧ポンプを備え、前記第２のポンプ系は、第２の中空繊維パネルと流体連通する、装置。
【請求項１３】
閉ループを更に備える、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の装置であって、
前記閉ループは、立上り管及び立下り管を備え、前記立上り管及び立下り管は、実質的に同じ長さを有し、基部では浸透誘導半透過性メンブレンと流体連通し、対向端部では塩水ポンプと流体連通し、前記塩水ポンプは、圧力交換器と流体連通し、前記圧力交換器は、中空繊維メンブレンと流体連通し、前記立下り管は、逆止め弁を備え、
前記閉ループの前記浸透誘導半透過性メンブレンは、最初の逆浸透モジュールと流体連通し、前記最初の逆浸透モジュールは、塩水ポンプと流体連通し、前記塩水ポンプは、最初の塩分を有する流体供給源と流体連通し、
前記塩水ポンプは、電源と電気的に通じ、前記逆浸透メンブレンは、貯蔵槽と流体連通する、装置。
【請求項１４】
最初の閉ループ及び最後の閉ループを備える複数の閉ループを備える、請求項１３に記載の装置であって、
前記最初の閉ループは、前記最初の逆浸透モジュールと流体連通し、前記最初の逆浸透モジュールは、最初の塩水ポンプと流体連通し、前記最初の塩水ポンプは、最初の塩分を有する前記流体供給源と流体連通し、前記最後の閉ループは、前記逆浸透メンブレンと流体連通し、前記逆浸透メンブレンは、前記貯蔵槽と流体連通する、装置。
【請求項１５】
前記立上り管及び前記立下り管は、前記立下り管対前記立上り管の濃度比率に逆比例する断面積を有するボアを備える、前記請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記電源は、風力タービン発電機を含む、請求項１３〜１５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記風力タービン発電機は、前記基部と比較して高い場所に位置する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、複数の閉ループを備え、
前記立下り管は、逆止め弁を備え、
前記立上り管及び前記立下り管は、前記立下り管対前記立上り管の濃度比率に逆比例する断面積を有するボアを備え、
アレイは、１対又は複数対の垂直に向けた中空繊維パネルを備え、前記中空繊維パネルは、圧力容器の中空内部に実質的に固定保持され、前記圧力容器は、供給水端部から末尾端まで長手方向に延在し、筐体を備え、前記筐体は、前記中空内部を画定する外側面及び内側面を備える、請求項１３〜１７のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記圧力容器は、前記圧力容器の前記供給水端部から前記末尾端の方に直径が漸減する複数の中空区分を備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記外側面は、一体式であり、より大きな端部から末尾端にかけて直径が連続的に先細りする、請求項１８又は１９に記載の装置。
【請求項２１】
セルを備える、請求項１８〜２０のうちいずれか一項に記載の装置であって、前記セルは、圧送系と流体連通する１つ又は複数の圧力容器を備える、装置。
【請求項２２】
水力発電タービン系と流体連通する電力セルを備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記圧力容器は、より大きな区分から末尾区分にかけて漸減する内径を有する複数の中空区分を備え、前記セルは、前記中空区分内に保持される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記中空区分は円筒形である、請求項２３に記載の中空繊維パネル。
【請求項２５】
前記圧力容器は、一体式連続外側面を備え、前記一体式連続外側面は、より大きな端部のより大きな直径から末尾端のより小さな直径に先細りする、請求項１８〜２２のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
請求項２１〜２５のうちいずれか一項に記載の複数のセルを備える脱塩交換器の要素を備える装置。
【請求項２７】
請求項２１〜２５のうちいずれか一項に記載の複数のセルを備える発電設備の要素を備える装置。
【請求項２８】
一体化脱塩・発電プラントの要素を備える装置であって、圧送系は、請求項２１〜２５のうちいずれか一項に記載のセルのうち１つ又は複数と連通する、装置。
【請求項２９】
請求項２１〜２５のうちいずれか一項に記載のセルのうち１つ又は複数を備える装置であって、前記１つ又は複数のセルは、逆浸透を実施するように適合される、装置。
【請求項３０】
請求項２１〜２５のうちいずれか一項に記載のセルのうち１つ又は複数を備える装置であって、前記１つ又は複数のセルは、放射能汚染水を浄化するように適合される、装置。
【請求項３１】
最初の圧力で動作するように適合した安全区画と水抽出セルとの間を流体連通させるポンプ；
下流逆浸透回収系であって、前記最初の圧力よりも実質的に高い最終圧力で動作するように適合した１つ又は複数の下流逆浸透セルを備える下流逆浸透回収系
を備える、請求項２９又は３０に記載の装置。
【請求項３２】
請求項１〜３１のうちいずれか一項に記載の装置の使用方法であって、前記方法は、
前記装置の１つ又は複数の閉ループの中空繊維に、最初の溶質分を有する処理流体を事前に充填すること；
前記１つ又は複数の閉ループを通して供給水を充填することであって、前記供給水は、前記最初の溶質分を超える溶質分を有する、充填すること；
外力を必要とせずに、前記供給水から前記中空繊維内腔の前記処理流体内に水を自然に透過させ、濃縮供給水及び希釈処理流体を生成すること、
を含む方法。
【請求項３３】
前記閉ループは、複数の直列閉ループを備え、前記方法は、前記複数の直列閉ループ内の中空繊維に前記処理流体を事前に充填することを含み、前記複数の閉ループは、最初の抽出ループ及び１つ又は複数の逆浸透ループを備える、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記溶質分は放射能であり、前記方法は、
前記濃縮供給水を放射性廃棄物と再利用放射性汚染水とに分離すること；並びに
前記再利用放射性汚染水を安全区画に再利用すること、及び前記再利用放射性汚染水を廃棄することからなる群から選択される処理を実施すること
を更に含む、請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記希釈処理流体を第１の流れと第２の流れとに分離すること；
前記第１の流れを最初の圧力で圧力交換器に供給し、加圧された第１の流れを生成すること；
前記第２の流れをポンプに供給し、加圧された第２の流れを生成すること；
前記加圧された第１の流れと前記加圧された第２の流れとを合わせて、下流の閉ループへの加圧された希釈処理流体供給水を生成すること
を含む、請求項３２〜３４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
除染水及び最終放射性廃棄物を生成するために、請求項３５に記載の方法を繰り返すことを含む方法。
【請求項３７】
前記加圧された希釈処理流体供給水と、前記最後の閉ループの中空繊維内腔内のより低い溶質分の前記処理流体との間で５０バール以上の圧力差を維持することを含む、請求項３２〜３６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記最初の供給水と、前記最初の閉ループの中空繊維内腔内の前記処理流体との間で１０バール以下の圧力差を維持することを含む、請求項３２〜３６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記供給水は、可溶性塩及び有機溶液の水溶液からなる群から選択される、請求項３２〜３８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記溶質は固体である、請求項３２〜３９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記処理供給水の塩分を増加させることにより、再利用放射性汚染水の容積を低減することを更に含む、請求項３４〜４０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
等温処理を含む、請求項３２〜４１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記脱塩流体は水であり、前記方法は、
一定容積の水を収集すること；及び
前記濃縮流体を前記第１の中空繊維パネルに再利用すること、及び前記濃縮流体を処分することのうち１つを実施すること
を含む、請求項３２〜４２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
請求項１３〜２５のうちいずれか一項に記載の装置の使用方法であって、前記方法は
前記装置の複数の直列閉ループに最初の塩濃度を有する最初の塩水を事前に充填することであって、前記最初の塩水は、意図する高度に到達させるのに効果的な水頭をもたらすほど十分に高い濃度である、事前に充填すること；
半透過性メンブレンに渡る水を、最初の閉ループの立上り管内に自然に透過させることであって、前記水は、より低い塩分の塩水からより高い塩分の塩水に外力を必要とせずに透過される、透過させること；
前記複数の直列閉ループ内にカラムを構築することであって、前記カラムは、前記それぞれの閉ループの前記半透過性メンブレンに渡る浸透圧の差に相当する水頭を呈する、構築すること；
最初の高度の最初の閉ループから、実質的により高い、意図する高度の最後の閉ループまで前記カラムを保持し前記高度を伝えるために、前記水頭を利用すること；及び
前記実質的により高い高度において、一定量の脱塩塩水を収集することであって、前記一定量の脱塩塩水は、前記最初の高度で前記最初の閉ループに入った最初の塩水から自然に透過した水の容積を含む、収集すること
を含む方法。
【請求項４５】
飲用水を生成するために、前記脱塩塩水を更に脱塩することを更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記実質的により高い高度で前記飲用水を分配することを更に含む、請求項４４又は４５に記載の方法。
【請求項４７】
請求項１３〜２５のうちいずれか一項に記載の装置の使用方法であって、前記方法は、
複数のセルを備える発電設備を準備することであって、前記装置は、最初の端部セル、１つ又は複数の中間セル及び対向端部セルを備え、前記複数のセルの各セルは、指定の透過水流束のために指定した容積及び流量から構成した液圧ループを形成し、前記複数のセルの各セルは、圧送系及び水力発電タービン系も有し、前記複数のセルの隣接し合うセルは、半透過性メンブレンを共有する、準備すること；
前記複数のセルの前記隣接し合うセルの間で、指定のイオン化無機塩濃度及び種類を有する所与の塩水を混合させずに、前記複数のセルの各セルに前記所与の塩水を投入して塩濃度勾配をもたらし、前記最初の端部セルから前記１つ又は複数の中間セルに渡り前記対向端部セルまで段階的に漸増する浸透ポテンシャルをもたらすこと；
前記発電設備において、前記最初の端部セルで無塩水又は低塩濃度水を含む最初の塩水を供給して、前記複数のセルに渡って漸増する濃度及び浸透圧比を含む濃度場を生成することであって、前記濃度場は、前記最初の端部セルでの無塩水又は低塩濃度水、及び前記対向端部セルでの濃縮塩水によって境界を付けられ、それにより、制御された濃度−圧力ループを備える発電設備サイクルを生成し、前記濃度場は、（ａ）前記発電設備全体を通して、実質的に無塩の透過水流束を連続した一定の流速で浸透誘導し；（ｂ）前記複数のセルの前記隣接し合うセルが共有する前記半透過性メンブレンに渡る塩濃度差を維持し；（ｃ）確実な正味発電を保証する各セル内の塩濃度比率を規定し；（ｄ）前記対向端部セルで前記濃縮塩水を排出する、生成すること；並びに
前記確実な正味発電に効率的な条件下で前記発電設備を稼働すること
を含む方法。
【請求項４８】
前記最初の端部セルに、塩化ナトリウム溶解度の２倍以上である塩濃度を含む所与の塩水を投入することを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記最初の塩水として淡水を使用する場合、前記最初の端部セルに４％以上の塩濃度を有する所与の塩水を投入することを含む、請求項４７又は４８に記載の方法。
【請求項５０】
（ａ）前記対向端部セルで排出した前記濃縮塩水を収集、濃縮して更なる濃縮塩水を生成すること；及び
（ｂ）前記更なる濃縮塩水を前記対向端部セルに再利用すること
を更に含む、請求項４７〜４９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記所与の塩水は、超高塩水、塩池水、岩塩ドーム洗浄水、逆浸透、蒸発、蒸留による水回収から除外された塩水、及び溶解イオン化塩水溶液の配合液を含む群から選択される、請求項４７〜５０のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記半透過性メンブレンは、水に対し選択的に透過性であるが、溶質に対し不透過性である、請求項４７〜５１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記濃縮塩水は、前記複数のセル内のポンプ系に向かって循環し、前記濃縮塩水よりも塩濃度の低い流体は、前記複数のセル内の前記水力発電タービン系に向かって循環し、各セル内に、（ａ）濃縮塩水対（ｂ）前記濃縮塩水よりも低い塩濃度を有する流体に基づく２．０を超える比率をもたらす、請求項４７〜５２のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記所与の塩水は、一定量の水和防止剤を含む、請求項４７〜５３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記指定のイオン化無機塩種は、塩化ナトリウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選択される、請求項４７〜５４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記実質的に無塩の透過水流束を連続した一定の流速で維持することは、複数のセル内の加圧された塩水容積を増大することであり、それにより前記複数のセル内の自由エネルギー率を増大し、
前記確実な正味電力は、前記容積の増大した加圧塩水を前記水力タービン系に通すことにより発生し、前記複数のセル内の各セルに対する前記確実な正味電力は、前記それぞれのセル内の自由エネルギーの変化率を含む、
請求項４７〜５５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記最初の端部セルの前記所与の塩水は、前記対向端部セルの前記所与の塩水と直接接触しない、請求項４７〜５６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記圧送系は、前記水力タービン発電系から排出された、容積の減少した濃縮塩水を下流の隣接セルに伝達する、請求項４７〜５７のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記複数のセルは、各半透過性メンブレンを渡って向流を維持する同じパターンで連続的に循環し、前記発電設備の区分の割込みにより、前記実質的に無塩の透過水流束の流れが止まる、請求項４７〜５８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記レイノルズ数は３，５００以上である、請求項４７〜５９のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
請求項１に記載のアレイを備える装置の作製方法であって、前記方法は、
ａ．所与の寸法を有する複数の着脱可能な隔板構造体を準備すること；
ｂ．中空繊維組立体プラットフォーム上に１つ又は複数の第１の隔板構造体を置くこと；
ｃ．前記中空繊維組立体プラットフォームの長手方向軸と位置合わせした前記１つ又は複数の第１の隔板構造体の上に、第１の空間を間に有する第１の中空繊維の第１の列を延在させ、前記第１の中空繊維の第１の長手方向列を形成することであって、前記第１の空間は、中空繊維メンブレンの表面の全幅及び全長に渡り、レイノルズ数３，０００以上で乱流を維持する流れの動態計算に従った効率的な幅を有する、形成すること；
ｄ．前記１つ又は複数の第１の隔板構造体と位置合わせした前記第１の中空繊維列の上に、所与の寸法を有する１つ又は複数の第２の隔板構造体を置くこと；
ｅ．前記中空繊維組立体プラットフォームの前記長手方向軸と位置合わせした前記１つ又は複数の第２の隔板構造体に渡って、第２の空間を間に有する隣接中空繊維列を延在させること；
ｆ．更なる中空繊維列及び隔板構造体に対して（ｄ）〜（ｅ）を繰り返し、交互の中空繊維列と介在する隔板構造体との積層を形成すること；および
前記（ａ）〜（ｆ）で形成されたメンブレン要素を長方形枠と組み合わせて、複数対の中空繊維パネルを形成し、前記複数対の中空繊維パネルを用いてアレイを備える装置を作製すること、
を含み、前記積層は所望の合計積層奥行きを有し、前記積層した隔板構造体の垂直に位置合わせされ隣接し合う表面は、対向し合う中空繊維端部で所定の寸法を有する封注室を画定し、前記封注室は、所定寸法を有する内面を画定する、方法。
【請求項６２】
各列内の中空繊維を、隣接し合う列の空間と位置合わせすることを更に含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
ｇ．前記封注室の前記内側面上に可鍛性封止剤を施し、封止された封注室を生成すること；
ｈ．熱硬化性封注材料を前記封止封注室に注入すること；
ｉ．前記熱硬化性封注材料を硬化させ、それにより間に延在する中空繊維を備える複数の接触構造体を形成すること；及び
ｊ．前記介在する隔板構造体を除去すること
を更に含む、請求項６１又は６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記熱硬化性封注材料は、エポキシ樹脂である、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
複数の前記メンブレン要素は、同じ方法で形成され、前記方法は、隣接し合うメンブレン要素の前記接触構造体の間に延在する前記複数の中空繊維を切断することを更に含む、請求項６１〜６４のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
前記中空繊維組立体プラットフォームの上に所与の寸法を有する２つの前記隔板構造体を置くこと、及び前記１つ又は複数の第１の隔板構造体と位置合わせした前記各中空繊維列の上に所与の寸法を有する２つの前記隔板構造体を置くことを含む、請求項６３〜６５のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
１つ又は複数の中空繊維分配装置からの近位端に前記中空繊維列を延在させること、及び遠位端で前記中空繊維列を係合し、それにより前記長方形基部の長さ部に沿って延在する前記中空繊維を維持することを含む、請求項６３〜６６のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
弾性材料で裏打ちしたクランプの使用により、前記中空繊維列を前記遠位端で係合することを含む、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記分配装置は、織機綜こうを備え、前記方法は、前記１つ又は複数の織機綜こうの上に前記第１の中空繊維列及び前記隣接中空繊維列を提供することを含む、請求項６７又は６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記分配装置は、織機綜こうを備え、前記方法は、前記１つ又は複数の織機綜こうの上に前記第１の中空繊維列及び前記隣接中空繊維列を提供することを含み、前記１つ又は複数の織機綜こうは、奇数の離間中空繊維を備える列、及び前記奇数の離間中空繊維を備える列からずれ前記奇数の離間中空繊維を備える列と交互に並ぶ、偶数の離間中空繊維を備える列を備える、請求項６７又は６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記所望の合計積層奥行きは、３０〜８０ｍｍである、請求６７又は６８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、固有の中空繊維（ＨＦ）又は管状半透過性メンブレン要素（以下「ＨＦメンブレン要素」）、ＨＦメンブレン要素を備える装置、並びにＨＦメンブレン要素及び装置の使用方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
浸透は、工業廃水の処理、ごみ処分場からの浸出液の濃縮、及び食品産業における液状食品の低塩処理に使用されてきた。近年、物質科学の発達により、浸透を薬剤の徐放及び透析に使用することも可能になってきている。
【０００３】
他の工業的分離方法と比較すると、浸透は、無液圧又は低液圧で動作し、様々な種類の汚染物質を除外し、可能性としてはメンブレンへの低ファウリング性を有し、比較的単純で基本的な機器を使用するという利点を有する。
【０００４】
浸透を発電に使用する試みがなされてきたが、限られた成功しか収めていない。モジュール又は容器として商業的に公知である従来の半透過性メンブレン要素の設計には、１つの問題がある。現在入手可能な半透過性メンブレン要素は、比較的小さな、典型的には約２００ｍｍ（８インチ）以下のボアを有する管状シリンダを備える。現在入手可能な半透過性メンブレン要素の典型的な長さは、約１０００〜１５００ｍｍしかない。
【０００５】
大規模発電プラント等、現存する浸透プラントよりも大規模な浸透プラントでは、大量の塩水を扱い、プラントのセル内に流速の大きな変化を現場でもたらすものである。従来の浸透中空繊維又は渦巻形メンブレン・モジュールは、非常にわずかな発電用途及び研究、開発活動には適切かもしれないが、大型浸透プラントで使用するには効率的ではないと思われる。まず、大規模浸透処理は、多数のセルを備え、数百万個ではないにしても数十万個の比較的小さな従来の半透過性メンブレンの使用を必要とすることになる。次に、そのような莫大な数の従来の半透過性メンブレン要素を大規模浸透処理で使用した場合、過剰な圧力降下をもたらすことになり、これにより、プラントの効率に重大な影響を与え、プラントの稼働及び整備費用を複雑にすることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００４４８２４号
【特許文献２】米国特許第８，５４５，７０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
より効率的な半透過性メンブレン要素が大規模浸透プラント設計の使用で必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、本出願は、装置を提供するものであり、この装置は、メンブレン要素を備え、メンブレン要素は、中空繊維（ＨＦ）積層を備え、中空繊維（ＨＦ）積層は、複数の疎充填した中空繊維（ＨＦ）を備え、複数の疎充填した中空繊維（ＨＦ）は、１つの接触構造体を通って延在する第１の端部及び対向接触構造体を通って延在する対向端部を備え、各ＨＦは、１つの接触構造体と対向接触構造体との間に延在する細長内腔、及び９８．５％以上の脱塩率を達成し３５ダイン／ｃｍ以上の表面張力を呈するように適合した親水性半透過性メンブレンを備え、メンブレン要素は、枠に封入され第１の流体に浸漬されるように適合され、複数の疎充填ＨＦの内腔と第１の流体との間に浸透を誘導するようにし、メンブレン要素は、枠に封入され第１の流体に浸漬されたときに、複数の疎充填ＨＦ表面の全幅及び全長に渡りレイノルズ数約３，０００以上で乱流を持続させるのに十分な前記機械的完全性を有し、３０バール以上の供給水圧送圧力で前記機械的完全性を維持する。
【０００９】
一実施形態では、本出願は、
特許請求する装置の１つ又は複数の閉ループのＨＦに、最初の溶質分を有する処理流体を事前に充填すること；
１つ又は複数の閉ループを通して、供給水を投入することであって、供給水は、最初の溶質分を超える溶質分を有する、投入すること；
外力を必要とせずに、供給水からＨＦ内腔内の処理流体に水を自然に透過させ、濃縮供給水及び希釈処理流体を生成すること
を含む方法を提供する。
【００１０】
一実施形態では、本出願は、
特許請求する装置の複数の直列閉ループに、最初の塩濃度を有する最初の塩水を事前に充填することであって、最初の塩水は、意図する高度に到達させるのに効果的な水頭をもたらすほど十分に高い高度である、事前に充填すること；
半透過性メンブレンに渡る水を、最初の閉ループの立ち上り管内に自然に透過させることであって、水は、より低い塩分の塩水からより高い塩分の塩水に外力を必要とせずに透過されること；
複数の直列閉ループ内にカラムを構築することであって、カラムは、それぞれの閉ループの半透過性メンブレンに渡る浸透圧の差に等しい水頭を呈する、構築すること；
最初の高度の最初の閉ループから、実質的により高い、意図する高度の最後の閉ループまでカラムを保持し高度を伝えるために、水頭を利用すること；及び
実質的により高い高度において、一定量の脱塩塩水を収集することであって、一定量の脱塩塩水は、最初の高度で最初の閉ループに入った最初の塩水から自然に透過した水の容積を含む、収集すること
を含む方法を提供する。
【００１１】
一実施形態では、本出願は、
特許請求する装置を備える発電設備を準備することであって、装置は、複数のセルを備え、複数のセルは、最初の端部セル、１つ又は複数の中間セル及び対向端部セルを備え、複数のセルの各セルは、指定の透過水流束のために指定した容積及び流量から構成した液圧ループを形成し、前記複数のセルの各セルは、圧送系及び水力発電タービン系も有し、複数のセルの隣接し合うセルは、半透過性メンブレンを共有する、準備すること；
複数のセルの隣接し合うセルの間で、指定のイオン化無機塩濃度及び種類を有する所与の塩水を混合させずに、複数のセルの各セルに所与の塩水を投入して塩濃度勾配をもたらし、最初の端部セルから１つ又は複数の中間セルに渡り対向端部セルまで段階的に漸増する浸透ポテンシャルをもたらすこと；
発電設備において、最初の端部セルで無塩水又は低塩濃度水を含む最初の塩水を供給して、複数のセルに渡って漸増する濃度及び浸透圧比を含む濃度場を生成することであって、濃度場は、最初の端部セルでの無塩水又は低塩濃度水、及び対向端部セルでの濃縮塩水によって境界を付けられ、それにより、制御された濃度−圧力ループを備える発電設備サイクルを生成し、濃縮場は、（ａ）発電設備全体を通して、実質的に無塩の透過水流束を連続した一定の流速で浸透誘導し；（ｂ）複数のセルの隣接し合うセルが共有する半透過性メンブレンに渡る塩濃度差を維持し；（ｃ）確実な正味発電を保証する各セル内の塩濃度比率を規定し；（ｄ）対向端部セルで濃縮塩水を排出する、生成すること；並びに
確実な正味発電に効率的な条件下で発電設備を稼働すること
を含む方法を提供する。
【００１２】
一実施形態では、本出願は、メンブレン要素の作製方法を提供し、本方法は、
ａ．所与の寸法を有する複数の着脱可能な隔板構造体を準備すること；
ｂ．ＨＦ組立体プラットフォーム上に１つ又は複数の第１の隔板構造体を置くこと；
ｃ．ＨＦ組立体プラットフォームの長手方向軸と位置合わせした１つ又は複数の第１の隔板構造体の上に、第１の空間を間に有する第１のＨＦの第１の列を延在させ、第１のＨＦの第１の長手方向列を形成することであって、第１の空間は、中空繊維メンブレンの表面の全幅及び全長に渡りレイノルズ数約３，０００以上で乱流を維持する流れの動態計算に従った効率的な幅を有する、形成すること；
ｄ．１つ又は複数の第１の隔板構造体と位置合わせした第１のＨＦ列の上に、所与の寸法を有する１つ又は複数の第２の隔板構造体を置くこと；
ｅ．ＨＦ組立体プラットフォームの長手方向軸と位置合わせした１つ又は複数の第２の隔板構造体に渡って、第２の空間を間に有する隣接ＨＦ列を延在させること；
ｆ．更なるＨＦ列及び隔板構造体に対して（ｄ）〜（ｅ）を繰り返し、交互のＨＦ列と介在する隔板構造体との積層を形成すること
を含み、積層は所望の合計積層奥行きを有し、積層した隔板構造体の垂直に位置合わせされ隣接し合う表面は、対向し合うＨＦ端部で封注室を画定し、封注室は、所定寸法を有する内面を画定する。
【００１３】
本出願は、図面を参照すればより良く理解されよう。可能な場合、同様の要素は、同様の番号を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】パネルの複数の垂直中空繊維及び１つの支持部材による断面図である。
【図１Ａ】個々の中空繊維の斜視図である。
【図２】直交して向けられた中空繊維を備える１対のパネルの斜視図である。
【図３】発電設備で使用するアレイの斜視図であり、アレイは、交互に直交して向けられた複数対のパネルを備える。
【図３Ａ】図３のアレイのパネルの分解図である。
【図３Ａ−１】垂直繊維パネルの正面図である。
【図３Ａ−２】図３Ａ−１のアレイを渡る流体の流れを示す側面図である。
【図３Ｂ】脱塩アレイのパネルの分解図である。
【図３Ｃ】脱塩アレイの斜視図である。
【図３Ｄ】中空繊維パネル用繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）パネルの断面図である。
【図３Ｅ】中空繊維パネル用鋼鉄枠又はＦＲＰの断面図である。
【図３Ｆ】管寄せ１６及び隣接管寄せ２６（図２）を備えるパネル１０（図２）の切欠き図／枠が透けて見える斜視図である。
【図３Ｇ】垂直バッフル及び水平バッフルの斜視図である。
【図４】従来のように充填した複数の中空繊維による断面図である。
【図５】複数の疎充填中空繊維による断面図である。
【図６】垂直パネルにおける長方形容器の正面図であり、長方形容器は、中空繊維内部が高圧であり中空繊維外部が低圧である状態で使用するように適合される。
【図７】垂直パネルにおける円筒形容器による断面図であり、円筒形容器は、中空繊維内部が低圧であり中空繊維外部が高圧である状態で使用するように適合される。
【図８】漸進的に変化する直径をもつ複数の区分を備えるアレイを示す上面図であり、複数の区分は、対応して変化する断面を有する複数のアレイを備える。
【図９】アレイ筐体を備える図８のアレイの代替実施形態を示す上面図であり、アレイ筐体は、連続的に先細りする断面を含む連続的に先細りする直径を有する。
【図９Ａ】発電設備用アレイの空間節約構成の概略上面図である。
【図９Ｂ】発電設備用アレイの空間節約構成の別の概略上面図である。
【図１０】アレイを区分化する３つのセルを備える発電設備の上面図であり、アレイは、複数のＨＦの最大許容動作圧力によって限定される。
【図１１】多数のセルを備える発電設備内の最後のセルの上面図であり、セルは、漸進的に変化する直径をもつ複数の区分を備える圧力容器を備える。
【図１１Ａ】高圧部分及び低圧部分を備える発電設備の上面図である。
【図１２】図１１の構成を有する多数のセルを備える発電設備内の最後の２つのセルの上面図である。
【図１３】図１１で全体に説明した構造を有する多数の圧力容器を備える交換器の最後のセルの上面図である。
【図１４】可撓性供給導管を備える、図１１と同様のセルの上面図であり、セルは、濃度分極制御のための電磁振動器を備える。
【図１４Ａ】図１４のセル内の垂直パネルの正面図であり、１対の電磁振動器、１対のばね取付け具及び１対のアレイ筐体支持部材を示す。
【図１５】一体化プラントの上面図であり、一体化プラントは、大規模共益的誘導浸透（ＩＳＯ）発電設備の最後のセル及び図３Ｃのアレイと同様のアレイを備える海水脱塩セルを備える。
【図１６】３つのセルの水抽出−水回収系３００の側面図であり、系３００は、水分、特に放射性物質汚染水を抽出することによって、希釈流体を濃縮するためのものである。
【図１７】水抽出−流体濃縮に適したＩＳＯ−逆浸透ユニットの圧力及びタイラインを示す概略図である。
【図１８】ＨＦの対向し合う端部を保持するように適合された接触構造体による断面図である。
【図１８Ａ】内径及び外径を示すＨＦの断面図である。
【図１９】組立て中の中間段階における、接触構造体の間に延在するＨＦ列３４による、隔板を間に有する断面図である。
【図２０】メンブレン要素を製造するための組立体の斜視図である。
【図２１】重りを付けた２本のＨＦのみを有する、図２０の組立体による断面図である。
【図２２】ＨＦパネル製造中における図２１の組立体の上面図である。
【図２３】図２２の組立体の側面図である。
【図２４】ＨＦロール又は織機綜こうが除かれた、注封構造を形成するように適合した隔板を備える組立体による断面図である。
【図２５】隔板の一実施形態の上面図である。
【図２６】対向し合う接触構造体を備え、ＨＦ層が接触構造体の間に延在するＨＦメンブレン要素の斜視図である。
【図２７】ＨＦが、対向し合う接触構造体の間に延在するメンブレン要素の上面図であり、完成したバッフルと位置合わせされた１組の隔板を示す。
【図２７Ａ】注封材料を注入する前の、線Ｘ−Ｘに沿った図２７による断面図である。
【図２７Ｂ】注封材料を注入し硬化させた後の、線Ｘ−Ｘに沿った図２７による断面図である。
【図２８Ａ】メンブレン要素を製造するための組立体の側面図であり、組立体は、１つは偶数のＨＦ層、もう１つは奇数のＨＦ層のための２つのロールを備える。
【図２８Ｂ】メンブレン要素を製造するための組立体の上面図であり、組立体は、２つの同時ＨＦパネル組立体ラインを支持する幅広のＨＦ巻付けビーム（ロール）を備える。
【図２８Ｃ】メンブレン要素を製造するための組立体の斜視図であり、組立体は、多数のＨＦスプールを備える。
【図２８Ｄ】組立体の概略上面図であり、組立体は、偶数のＨＦを備える第１のスプール列、及び第１のスプール列と交互に並ぶ、奇数のＨＦを備える第２のスプール列を備える。
【図２８Ｅ】複数のスプールからＨＦリールを製造するための組立体の斜視図である。
【図２８Ｆ】複数の隣接するＨＦリールを備える組立体の概略上面図であり、ＨＦリールは、奇数のＨＦ及び偶数のＨＦが交互に並ぶ列を生成するために必要に応じて離間できる。
【図２８Ｇ】巻付けビーム組立体の概略図であり、ＨＦリール又はスプールから延びる複数のＨＦは、異なる供給源からもたらされたものである。
【図２９Ａ】一実施形態の中空繊維パネルの枠から分離したメンブレン要素の分解図である。
【図２９Ｂ】一実施形態の中空繊維パネルのメンブレン要素から分離した枠の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
定義
「浸透」：水に対して透過性であるが溶質に対して不透過性である半透過性メンブレンを通る水の自然移動であり、水は、溶質の濃度がそれほど高くない溶液から溶質の濃度がより高い溶液に移動する。
【００１６】
「駆動力」：半透過性メンブレンの２つの側における化学ポテンシャルの差が、浸透中の流れを動かす駆動力である。水は、より高いポテンシャル（一般に溶質の濃度はより低い）領域からより低いポテンシャル（一般に溶質の濃度はより高い）の領域に移動する。
【００１７】
「化学ポテンシャル」：イオン化物質のイオン活性に関連するエネルギーのポテンシャル。化学ポテンシャルは、数モルのそのような物質を含有する系では、系の全ての他のパラメータ、即ち温度、圧力及び他の成分、が一定に保たれる場合、ギブスの自由エネルギーとして公知の自由エネルギーの変化率に等しい。他の種類のポテンシャル（電気ポテンシャル、重力ポテンシャル、運動量ポテンシャル、磁気ポテンシャル、表面張力ポテンシャル等）と同様に、化学ポテンシャルは、高い方向から低い方向に流れる自然エネルギーである。
【００１８】
「自然拡散」：化学ポテンシャルは、１つの相内の物質に対して示強性である。半透過性メンブレンによって分離された２つの隣接し合う相内にある物質の化学ポテンシャルの差は、物質が半透過性メンブレンを通って自然に拡散するかどうか及び／又は物質が半透過性メンブレンを通ってどの方向に拡散するかを決定する。混合物の成分が同じ化学ポテンシャルを有する場合、駆動力は存在せず、相互の拡散も生じることはない。
【００１９】
「浸透圧」：水が半透過性メンブレンを渡り移動しないようにするためには、圧力をかけ、前記メンブレンを渡る溶液の化学ポテンシャルの所与の差により生じる力を均等化しなければならない。この力は浸透圧と命名される。
【００２０】
「逆浸透」：逆浸透と呼ばれる処理では、かけた圧力が浸透圧を超えると、水は溶質の濃度がより高い領域から溶質の濃度がより低い領域に流れることになる。この場合、駆動力は逆浸透圧と呼ばれる。
【００２１】
「誘導浸透（ｉｎｄｕｃｅｄ  ｏｓｍｏｓｉｓ）」：本明細書で説明する利用法であり、人類に利益を与える様々な機能を実施するために浸透力を使用する。
【００２２】
「共益関係（ｓｙｍｂｉｏｓｉｓ）」：関与する系のどの特定成分も変更又は修正せずに、循環的に影響を与え合う相互関係。共益関係は、ある産業の廃棄物又はそれほど役に立たない副産物を１つ又は複数の他の産業で使用する資源として使用することによって産業上の利用を最適化するために用いる。
【００２３】
「共益的誘導浸透（Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｙｍｂｉｏｔｉｃ  Ｏｓｍｏｓｉｓ）」又は「ＩＳＯ」：発電設備を通って透過される水の連続的な過渡流れを自然に誘導すること。発電設備は、一定の体積及び溶質濃度をもつ複数の流体ループを備え、この流体ループは、半透過性メンブレンによって境界を付けられる。低塩分水供給源から透過される水の連続的な過渡流れは、浸透勾配の影響を受けて前記過渡流れの運動ポテンシャルを捕捉し、前記ループの含有量に影響を与えない。過渡流れ（以下、「タイライン（Ｔｉｅ−Ｌｉｎｅ）」と呼ぶこともある）は、発電設備を形成する隣接流体ループ全体を通じて連続し、一定の流速である。
【００２４】
「大規模再生可能エネルギー（ＬＳＲＥ）系」：約２５，０００ｋＷｈ以上の電力を発生させるか、又は約２５，０００人以上の地域に電力を供給する系。
【００２５】
「タイライン」：水は、誘導浸透によって指定の透過速度でＨＦ内を透過する。一実施形態では、指定の透過速度は、所与の発電設備の全てのセル全体を通じて一定である。一実施形態では、水は、タイライン全体を通じて本質的に同じ純度を有する。タイラインが流れる方向及び指定の透過速度は、必ずしもそれらに限定するものではないが、ＨＦ内部の圧力及びＨＦ外部の圧力、並びに処理流体及び供給水それぞれの塩分を含む様々な要因に応じて変化することになる。タイラインは、供給水の透過速度の数倍である指定の透過速度を有することができ、ＨＦの完全性に悪影響を与えることはない。いくつかの実施形態では、タイラインは、毎秒１単位容積の透過速度、即ちｍ３／ｓ又はＬ／ｓを有すると仮定する。透過水は、できるだけ高い純度を有する。透過水の純度は、少なくとも部分的に、使用する半透過性メンブレンに依存することになる。一実施形態では、透過「水」は、１．５％以下の塩分を有する。一実施形態では、透過「水」は、１．５％以下；１．４％以下；１．３％以下；１．２％以下；１．１％以下；１％以下；０．５％以下；０．４％以下；０．３％以下；０．２％以下；０．１％以下の塩分を有する。一実施形態では、透過水は、１００％純水である。
【００２６】
「セル」：流体の実施形態は、２つの隣接し合う共益的誘導浸透ＨＦメンブレン交換器の間で共有される体積を包含する。セルは、１つのＨＦメンブレン交換器内に、中空繊維メンブレン内腔体積部を備え、下流の隣接交換器内に、ＨＦメンブレン外部の容器空間体積部を備える。最初に、この体積部に、固定量の特定塩濃度の塩溶液を投入し、１つ又は複数の圧送系により連続循環で維持する。圧送系は、交換器のうち１つのＨＦ内腔及び１つ又は複数の水力発電タービンと流体連通し、水力発電タービンは、下流の隣接交換器内の中空繊維外部表面と流体連通する。そのようなセルを浸透ポテンシャル場に置くと、本質的に塩を含まない水は、一方の交換器からもう一方の交換器までのタイラインを渡り、圧送される塩水流速に過渡的な増大をもたらし、この増大は、圧送される塩水の濃度の低下に関連する。この現象は、水力タービンの運ぶ流れが下流の隣接交換器を渡る場合、逆転する。
【００２７】
上記の定義は、網羅的ではなく、更なる定義は、以下の詳細な説明で見出すことができる。
【００２８】
本出願は、特許文献１に公開され、２０１３年１０月１日に特許文献２として発行された原理を組み込むものであり、当該文献の全文は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２９】
次に、本発明の主題を添付の図面を参照して説明する。様々な構造、系及びデバイスは、説明のみを目的とし、当業者に公知の細部で本開示が不明瞭にならないように概略的に図示する。とはいえ、添付の図面は、本開示の例示的例を描写、説明するように含められる。本明細書で使用する文言及び言い回しは、当業者が理解する文言及び言い回しに一致する意味を有すると理解、解釈されたい。用語又は言い回しの特別な定義、即ち当業者が理解する通常の慣例的な定義とは異なる定義は、本明細書の用語又は言い回しを一貫して使用していないという暗示を意図する。用語又は言い回しが特別な意味、即ち特別な定義等、当業者が理解する以外の意味を有することを目的とする限り、そのような定義は、用語又は言い回しの特別な定義を直接的且つ明確に定義するように本明細書に明示する。
【００３０】
一実施形態では、本出願は、低溶質又は無溶質溶液を高溶質又は超溶質水溶液と効率的に交換する装置及び装置の製造方法を提供する。一実施形態では、低溶質又は無溶質溶液は塩溶液である。装置は、必ずしもそれらに限定するものではないが、水の精密ろ過、限外ろ過、ナノろ過浄化（逆浸透）、抽出、塩分濃度差発電、及び気体混合液の分離（一例として廃棄物埋立地の気体）並びにこれらの組合せを含む様々な方法で使用できる。
【００３１】
メンブレン要素
中空繊維は、一般に、他の種類のメンブレン設計よりも経済的である。中空繊維は、単位体積につき大きなメンブレン面積を与えるという利点を有する。したがって、中空繊維系は、比較的小型な系とすることができる。
【００３２】
一実施形態では、図２９Ａを参照すると、本出願は、メンブレン要素３０００を提供し、メンブレン要素３０００は、中空繊維（ＨＦ）積層を備え、中空繊維（ＨＦ）積層は、複数の疎充填中空繊維（ＨＦ）１４を備え、複数の疎充填中空繊維（ＨＦ）１４は、１つの接触構造体９０６を通って延在する第１の端部及び対向接触構造体９０６ａを通って延在する対向端部を備え、各ＨＦは、１つの接触構造体９０６と対向接触構造体９０６ａとの間に延在する細長内腔、及び９８．５％以上の脱塩率を達成し３５ダイン／ｃｍ以上の表面張力を呈するように適合した親水性半透過性メンブレンを備える。メンブレン要素３０００は、図１のＨＦパネル１０用枠１２（図２９Ｂ）に封入されるように適合される。複数の疎充填ＨＦ１４は、第１の流体に浸漬され、複数の疎充填ＨＦ１４表面の全幅及び全長に渡りレイノルズ数約３０００以上で乱流を持続するように適合される。
【００３３】
中空繊維パネル
一実施形態では、図１を参照すると、ＨＦパネル１０は枠１２を備え、枠１２は、管寄せ１６、対向管寄せ１６ａ、及び枠１２内に保持されるメンブレン要素３０００（上述した図２９Ａ）を備える。第１の接触構造体及び第２の接触構造体（図２９Ａの９０６、９０６ａ）により各端部で係合した複数の疎充填ＨＦ１４を備えるメンブレン要素３０００（図２９Ａ）は、複数の疎充填ＨＦ１４の内腔と管寄せ１６と対向管寄せ１６ａと隣接し合うあらゆる枠及びパネルとの間に流体連通をもたらすように適合される。ＨＦパネル１０は、第１の流体に浸漬され、メンブレン要素３０００（図１６、図２９Ａ）内の複数の疎充填ＨＦ１４の内腔と第１の流体との間に浸透を誘導するように適合される。ＨＦパネル１０は、複数の疎充填ＨＦ１４表面の全幅及び全長に渡り、レイノルズ数約３，０００以上で乱流を持続させるのに十分な前記機械的完全性を有し、３０バール以上の供給水圧送圧力で前記機械的完全性を維持する。
【００３４】
一実施形態では、枠１２は、必ずしもそれらに限定するものではないが、（正面図で）環状、楕円、三角形及び長方形を含む様々な形状を有することができる。図１に示す実施形態では、枠１２は、（正面図で）正方形であり、第１の管寄せ１６及び対向管寄せ１６ａ並びに第１の支持部１９及び第２の支持部１９ａを備える。一実施形態では、第１の管寄せ１６及び対向管寄せ１６ａの一方又は両方は、奥行き１８を有する。
【００３５】
複数のＨＦ１４は、複数の疎充填した個々のＨＦ１（図１Ａ）を備え、個々のＨＦ１は、内腔を画定する半透過性メンブレンを備える。一実施形態では、半透過性メンブレンは、現在当産業で使用される低圧精密ろ過及び限外ろ過ＨＦメンブレンと比較して、内腔に渡りより高い供給水圧送圧力で、内腔内部はより高い処理流体圧力でその機械的完全性を保持するように適合される。
【００３６】
ＨＦメンブレン要素３０００（図１９Ａ）を備えるＨＦパネル１０が受ける実際の供給水圧力は、実施する処理、処理流体及び供給水の最初の塩分並びにタイライン流によって異なる。１％の塩分を有する水の浸透を誘導すると、７．７５バールに相当する浸透水頭を生じる。６％の塩分では、浸透水頭は４６．５バールに相当する。一般に、持続可能な供給水圧送圧力は、この浸透水頭に打ち勝つために十分に高いものでなくてはならない。例えば、逆浸透による海水（塩分３．５％）の脱塩の場合、濃縮した塩水が６％の塩分で残り、４６．５バールの浸透圧を生成する場合、持続可能な供給水圧送圧力は、６％の浸透水頭よりも高いものでなくてはならない。
【００３７】
一実施形態では、半透過性メンブレンは、３０バール以上、３１バール以上；３２バール以上；３３バール以上；３４バール以上；３５バール以上；３６バール以上；３７バール以上；３８バール以上；３９バール以上；４０バール以上；４１バール以上；４２バール以上；４３バール以上；４４バール以上；４５バール以上；４６バール以上；４７バール以上；４８バール以上；４９バール以上；又は５０バール以上の供給水圧力で機械的完全性を維持する。
【００３８】
一実施形態では、半透過性メンブレン材料は、溶質を「除外する」か、又は溶液中の溶質にメンブレンを通過させない。一実施形態では、溶質は塩であり、半透過性メンブレン材料は、塩を除外する。一実施形態では、塩は、主に塩化ナトリウムである。
【００３９】
溶質を除外する効果がより高いほど、メンブレンの動作はより効率的である。一実施形態では、半透過性メンブレンは、供給水中の９８．５％以上の溶質を除外するのに効果的である。一実施形態では、半透過性メンブレンは、供給水中の以下のパーセントの塩を除外するのに効果的である：９８．１％；９８．２％；９８．３％；９８．４％；９８．５％；９８．６％；９８．７％；９８．８％；９８．９％；９９％；９９．１％；９９．２％；９９．３％；９９．４％；９９．５％；９９．６％；９９．７％；９９．８％；９９．９％；約１００％。
【００４０】
特定処理のための適切な半透過性メンブレン（複数可）の選択は、その特定処理の性能及び経済性に基づくべきである。適切なメンブレンには、必ずしもそれらに限定するものではないが、撹拌式セル・メンブレン、フラット・シート接線流メンブレン、管状メンブレン、毛細管状メンブレン、渦巻形メンブレン、中空繊維メンブレン、小型ボア・シリンダの形態の他の高動作圧力半透過性メンブレン及びこれらの組合せを含む。
【００４１】
精密ろ過（ＭＦ）、限外濾過（ＵＦ）、ナノろ過（ＮＦ）及び逆浸透（ＲＯ）のメンブレン処理技術は、懸濁物質及び溶解物質を水溶液から分離するために多数の工業、医療及び飲料水の用途で広範に使用されている。ＭＦは、典型的には、約０．１から約１．０ミクロンまで（約１，０００から約１０，０００オングストロームまで）の最大直径を有する懸濁又はコロイド微粒子を分離又は除去するために使用される。ＵＦは、典型的には、溶質の大きさに応じて、典型的には約０．００１ミクロンから約０．１ミクロンまで（約１０オングストロームから約１，０００オングストロームまで）の最大直径を有する溶解物質を分離又は除去するために使用される。ＮＦ及びＲＯは、典型的には、約０．００１ミクロン（約１０オングストローム）未満の最大直径を有する物質を分離又は除去するために使用される。
【００４２】
一般的なメンブレン材料は、ポリアミド薄膜複合材料（ＴＦＣ）、ポリスルホン、ポリプロピレン、酢酸セルロース（ＣＡ）、三酢酸セルロース（ＣＴＡ）等を含む。商用大型ＲＯ系では、渦巻形メンブレン及びＨＦメンブレンが主な候補である。適切なメンブレン材料は、親水性である。
【００４３】
既存の技術は、濃度分極現象として公知であるものにより損害を受けている。親水性半透過性メンブレンをＨＦパネルに使用すると、この現象を著しく軽減する。親水性とは、文字通り「水を好む」性質を意味する。したがって、親水性材料は、水に対する親和性を呈し、水を容易に吸収する傾向がある。
【００４４】
適切な親水性半透過性メンブレンは、液体形態において半透過性メンブレンの表面で物質を維持するのに十分に高い表面張力を有する。一実施形態では、親水性半透過性メンブレンの表面張力は、約３５ダイン／ｃｍ以上である。一実施形態では、表面張力は、約３６ダイン／ｃｍ以上；３７ダイン／ｃｍ以上；３８ダイン／ｃｍ以上；３９ダイン／ｃｍ以上；４０ダイン／ｃｍ以上である。一実施形態では、親水性半透過性メンブレンの表面張力は、約４０ダイン／ｃｍから約４５ダイン／ｃｍである。一実施形態では、親水性半透過性メンブレンの表面張力は、約４１ダイン／ｃｍ；４２ダイン／ｃｍ；４３ダイン／ｃｍ；４４ダイン／ｃｍ；又は４５ダイン／ｃｍである。一実施形態では、親水性半透過性メンブレン材料は、１センチメートルにつき約４４ダイン以上の表面張力を有する。
【００４５】
適切な表面張力を有する親水性メンブレン材料は、例えばポリエピクロロヒドリン（表面張力−３５）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）（表面張力−３９）、ポリスルホン（表面張力−４１）、ポリエチレンテレフタレート（ポリエステル）（表面張力−４３）、ポリアクリロニトリル（表面張力−４４）；セルロース（表面張力−４４）及びこれらの変形体を含む。
【００４６】
一実施形態では、親水性半透過性メンブレン材料は、酢酸セルロースである。酢酸セルロースは、１センチメートルにつき４４ダイン（ダイン／ｃｍ）の表面張力を有する。一実施形態では、親水性半透過性メンブレンは、酢酸セルロース（ＣＴＡ）メンブレンである。適切なＣＴＡ半透過性メンブレンは、日本の企業、東洋紡株式会社から市販されている。
【００４７】
図１Ａの個々のＨＦ１は、第１の端部１３、対向端部１３ａ、及び内腔を画定する半透過性メンブレンの長さ部２を有する。ＨＦは、必ずしもそれらに限定するものではないが、管状、楕円形、三角形及び長方形を含む様々な形状を有する内腔を画定する。一実施形態では、ＨＦ１は管状である。本出願の構成要素が様々な大きさを有し得ることを当業者は了解するであろう。内腔の直径は変化させることができる。一実施形態では、内腔の直径は、約５０マイクロメートルから約２０００マイクロメートル（２ｍｍ）までである。
【００４８】
複数のＨＦ１４は、「疎充填」構成を有する。図４は、従来の密充填構成を有するＨＦ束による断面図である。図４からわかるように、従来の密充填構成では、隣接し合うＨＦの壁（１ａ〜１ｅ）は、接触するか、又は停滞領域５２、５２ａを形成するほど接近する境界層を有し、停滞領域５２、５２ａの間では流体が自由に流れることができない。これらの停滞領域５２、５２ａは、ＨＦ束を使用する浸透処理の効率に悪影響を及ぼす傾向がある。図５は、本出願の複数の疎充填ＨＦ１４による断面図である。図５からわかるように、隣接し合うＨＦの壁５ａ〜５ｅは、接触しないか、又はＨＦ間に停滞領域を形成しないように十分に離間している。複数の疎充填ＨＦ１４は、停滞を回避し、複数のＨＦを使用して実施する浸透処理の効率を改善する傾向がある。複数の疎充填ＨＦ１４は、濃度分極部位が形成される可能性を低減する傾向もある。
【００４９】
一実施形態では、図３Ｇを参照すると、各枠内の複数のＨＦ１４は、１つ又は複数の水平バッフル７２０及び／又は１つ又は複数の垂直バッフル７１０による疎充填構成で保持される。一実施形態では、各枠内の複数のＨＦ１４は、複数の離間した水平バッフル７２０及び／又は垂直バッフル７１０による疎充填構成で保持される。バッフルは、以下でより十分に説明するように、ＨＦ枠１２から取外し可能な外部バッフルであっても、ＨＦ枠１２内に一体化していてもよい。
【００５０】
外部バッフルは、様々な構成を有することができる。一実施形態では、各バッフルは、図３Ｇに示すようにバッフルから延在する適切な保持具を有する支持材を備える。一実施形態では、バッフルは、支持材７１０を備える垂直バッフルである。一実施形態では、バッフルは、支持材７２０を備える水平バッフルである。一実施形態では、保持具はスパイクである。一実施形態では、保持具はワイヤ・ループである。離間したワイヤ・ループ・バッフルは、複数のＨＦを損傷しないようにするのに有用である。支持材７１０、７２０の大きさは、パネルの大きさにより変化することになる。スパイク又はワイヤ・ループ７１２、７２２は、複数のＨＦを通って延在し、複数のＨＦの移動を抑制するために十分な長さ７１４、７２４を有する。一実施形態では、バッフル７１０、７２０及び延在部７１０、７１２は、枠と固定式につながっている。一実施形態では、バッフルは、枠にボルト留めされる。
【００５１】
一実施形態では、所与の系内に位置決めされた後、枠内のＨＦは垂直に延び、パネルは１つ又は複数の水平バッフル７２０を備える。図３Ｇを参照すると、各水平バッフルは、複数の適切に離間したワイヤ・ループ７２２を備える支持材７２０を備える。スパイク又はワイヤ・ループ７２２は、スパイク又はワイヤ・ループ７２２を複数のＨＦを通して挿入したときに疎充填構成で垂直に延びる複数のＨＦを保持し、たるみを防止するのに効果的な間隔で支持材７２０に沿って離間する。スパイク又はワイヤ・ループ７２２の間の間隔は、変更してもよい。一実施形態では、水平バッフル内のスパイク又はワイヤ・ループ７２２は、垂直バッフルにおける間隔よりも大きな間隔で離間する。一実施形態では、水平バッフル内のスパイク又はワイヤ・ループ７２２は、約６から１２インチまで離して置かれる。スパイク又はワイヤ・ループ７２２は、複数のＨＦに通して挿入されると、複数のＨＦの移動を減らす。一実施形態では、水平バッフル７２０は、複数のＨＦに渡って離間する。水平バッフル７２０間の空間は、疎充填構成で垂直に延びる複数のＨＦを保持し、たるみを防ぐのに効果的なものである。一実施形態では、水平バッフル７２０間の空間は、約２０ｃｍから約３０ｃｍまでである。
【００５２】
一実施形態では、枠内のＨＦは水平に延び、パネルは１つ又は複数の垂直バッフル７１０を備える。図３Ｇを参照すると、各垂直バッフルは、複数の適切に離間したワイヤ・ループ７１２を備える支持材７１０を備える。スパイク又はワイヤ・ループ７１２は、スパイク又はワイヤ・ループ７１２を複数のＨＦを通して挿入したときに水平に疎充填構成で延びる複数のＨＦを保持し、たるみを防止するのに効果的な間隔で支持材７１０に沿って離間する。スパイク又はワイヤ・ループ７１２の間の間隔は、変更してもよい。一実施形態では、垂直バッフル内のスパイク又はワイヤ・ループ７１２は、水平バッフルにおける間隔よりも小さな間隔で離間する。一実施形態では、垂直バッフル内のスパイク又はワイヤ・ループ７１２は、約１から２インチまで離して置かれる。複数のＨＦに通して挿入した後、スパイク又はワイヤ・ループ７１２は複数のＨＦの移動を減らす。一実施形態では、垂直バッフル７１０は、複数のＨＦに渡って離間する。垂直バッフル７１０間の空間は、疎充填構成で水平に延びる複数のＨＦを保持し、たるみを防ぐのに効果的なものである。一実施形態では、垂直バッフル７１０間の空間は、約２０ｃｍから約３０ｃｍまでである。
【００５３】
支持材７１０、７２０は、必ずしもそれらに限定するものではないが、金属、プラスチック及びこれらの組合せを含む様々な材料から作製できる。一実施形態では、支持材７１０、７２０は、ポリプロピレン製である。一実施形態では、支持材７１０、７２０は、繊維強化プラスチック製である。スパイク又はワイヤ・ループは、必ずしもそれらに限定するものではないが、金属及びプラスチックを含むあらゆる適切な材料から作製できる。一実施形態では、スパイク又はワイヤ・ループは鋼鉄を含む。一実施形態では、スパイク又はワイヤ・ループは、適切な耐食材料で被覆される。実質的にどの耐食材料も使用できる。一実施形態では、耐食材料は、テフロン（登録商標）である。一実施形態では、耐食材料は、エポキシである。
【００５４】
枠は、（ａ）複数の中空繊維の内腔と周囲環境との間の浸透誘導を可能にし、（ｂ）複数の中空繊維の内腔と、隣接し合うあらゆるパネルとの間の流体連通を可能にするように適合される。図１を参照すると、一実施形態では、複数のＨＦ１４は、実質的に互いに対して平行に疎充填され、第１の端部１１及び対向端部１１ａを形成する。一実施形態では、第１の端部１１は支持部材１９と当接し、対向端部１１ａは対向支持部材１９ａと当接する。
【００５５】
一実施形態では、複数のＨＦ１４の第１の端部１３は、第１の管寄せ１６と流体連通する。一実施形態では、複数のＨＦ１４の対向端部１３ａは、対向管寄せ１６ａと流体連通する。
【００５６】
図２９Ａを参照すると、メンブレン要素３０００内の疎充填ＨＦ１４の積層（ＨＦ積層）は、幅３００２、高さ３００４及び奥行き３００５を有する。一実施形態では、ＨＦ積層の幅３００２は、ＨＦ積層の高さ３００４と同じである。一実施形態では、ＨＦ積層の幅３００２は、約３メートルである。一実施形態では、ＨＦ積層は、４０から約８０ｍｍまでの奥行き３００５を有する。
【００５７】
疎充填ＨＦ１４の各端部における接触構造体９０６、９０６ａ（又は図３Ｅの１００６）は、長さ３００６、幅３００８及び厚さ３０１０を有する。一実施形態では、図２９Ｂの枠上でＨＦ積層１４の適切な支持を可能にするために、接触構造体の長さ３００６は、ＨＦ積層の幅３００２よりもわずかに長く、接触構造体の幅３００８は、ＨＦ積層の奥行き３００５よりもわずかに長い。一実施形態では、ＨＦ積層の奥行き３００５は、４０〜８０ｍｍである。一実施形態では、ＨＦ積層の奥行き３００５は、接触構造体の幅３００８の約３／４である。一実施形態では、接触構造体の厚さ３０１０は、動作圧力に応じて約２０から６０ｍｍである。
【００５８】
枠１２（図２９Ｂ）は、管寄せ１６及び対向管寄せ１６ａを有する。枠は、枠の幅３０１２、枠の高さ３０１４及び枠の奥行き３０１６を有する。一実施形態では、枠の幅３０１２は、枠の高さ３０１４と同じである。一実施形態では、枠の奥行き３０１６は、メンブレン要素３０００を適切に支持するために、接触構造体の幅３００８の約１．５〜２倍である。
【００５９】
図２を参照すると、（図１の）ＨＦパネル１０は、ＨＦパネル１０と同様の構造を有する隣接ＨＦパネル２０と当接する。隣接ＨＦパネル２０は、複数の中空繊維２４を備える。図２の隣接ＨＦパネル２０は、第１の管寄せ２６及び対向管寄せ２６ａ、第１の支持部２９及び対向支持部（図示せず）を備える正方形枠を有する。一実施形態では、隣接ＨＦパネル２０内の複数の中空繊維２４の長さ部２（図１Ａ）は、ＨＦパネル１０内の複数の中空繊維１４の長さ部２（図１Ａ）に対して一定の角度である。図２では、ＨＦパネル２０内の複数の中空繊維２４の長さ部２（図１Ａ）は、ＨＦパネル１０内の複数の中空繊維１４の長さ部２（図１Ａ）に対して実質的に直角に向けられる。本実施形態では、ＨＦパネル１０の対向管寄せ１６ａは、隣接ＨＦパネル２０の第１の支持部材２９に当接し；ＨＦパネル１０の管寄せ１６は、隣接ＨＦパネル２０の対向支持部材（図示せず）に当接し；ＨＦパネル１０の支持部材１９は、隣接ＨＦパネル２０の第１の管寄せ２６に当接し；支持部材１９ａは、隣接ＨＦパネル２０の対向管寄せ２６ａに当接する。
【００６０】
一実施形態では、管寄せ１６は、支持部１９に隣接する第１のアパーチャ２２を備え、対向管寄せ１６ａは、対向支持部１９ａに隣接するアパーチャ２３を備える。アパーチャ２２、２３は、必ずしもそれらに限定するものではないが、環状、楕円形、三角形及び長方形及びこれらの組合せを含む様々な形状を有することができる。一実施形態では、アパーチャ２２、２３は、環状である。発電設備の一実施形態では、アパーチャ２２は、処理流体供給源（図示せず）と連通する。
【００６１】
一実施形態では、ＨＦ２５及び２４はそれぞれ、図２の（ａ）第１の管寄せ１６と対向管寄せ１６ａとの間、及び（ｂ）対向管寄せ２６と対向管寄せ２６ａとの間に疎充填される。一実施形態では、充填は、供給水を所与の流速及び供給水容積でＨＦパネル１０、２０に実質的に直交するアレイに渡し、停滞させずに流すほど十分に緩いが、所望の処理能力を実現するのに十分に密なものである。ＨＦパネル１０の枠１２は、管寄せ１６、１６ａ及び支持部１９、１９ａを備え、隣接ＨＦパネル２０の枠は、管寄せ２６、２６ａ及び支持部２９（並びに図示しない対向支持部）を備える。
【００６２】
管寄せ及び支持部は、特定の動作圧力で実質的に直交する供給水の流れを受けたときに、複数のＨＦ２４、２５を保持するのに十分な機械的完全性を有する材料及び構造を含む。枠１２、及びアレイ筐体等の他の構成要素は、必ずしもそれらに限定するものではないが、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を含む様々な材料から作製できる。繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）（繊維強化ポリマーと呼ばれることもある）は、繊維強化ポリマー・マトリクスから作製した複合材料である。一般的な繊維には、必ずしもそれらに限定するものではないが、ガラス、カーボン、バサルト、アラミド、紙、木材、石綿等を含む。一実施形態では、繊維は、ガラス、カーボン、バサルト、アラミド及びこれらの組合せからなる群から選択される。一般的なポリマーは、必ずしもそれらに限定するものではないが、エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂及びこれらの組合せからなる群から選択される熱硬化性プラスチックを含む。
【００６３】
適切なＦＲＰは、鉄鋼の機械的特性に一致するか又はそれを超えるものである。一実施形態では、ＦＲＰは、優れた熱機械的特性を呈し、軽量であり、比較的安価で、耐食性を呈し、維持が簡単である。一実施形態では、管寄せ及び支持部は、同じ材料から作製される。一実施形態では、管寄せ及び支持部は、異なる材料から作製される。一実施形態では、管寄せ及び／又は支持部は、鋼鉄製である（図３Ｅ）。一実施形態では、管寄せ及び／又は支持部は、ＦＲＰ製である。一実施形態では、管寄せ及び支持部は、ＦＲＰ製である。
【００６４】
メンブレン要素及びＨＦパネルは、様々なＩＳＯ装置及び処理で有用である。適切なＩＳＯ装置及び処理は、必ずしもそれらに限定するものではないが、ＩＳＯ発電、逆浸透、脱塩、並びに希釈有機溶液、汚染地下水及び工業用水からの水抽出を含む。ＨＦパネル１０は、大規模ＩＳＯ処理を実施するのに特に有用である。一実施形態では、処理流体１５（又はＨＦ内腔内部の流体）は、比較的高い圧力にあり、供給水（又は内腔外部の流体）は、比較的低い圧力にある。
【００６５】
処理流体１５及び供給水１７の塩分（又は溶質濃度）は、変化することになる。抽出処理用の処理流体１５は、典型的には中程度の塩分を有する。一実施形態では、中程度の塩分は、約３％から約７％までである。逆浸透による浸透発電及び／又は海水脱塩用処理流体１５は、低い塩分、典型的には約３％未満を有することになる。一実施形態では、処理流体１５は、比較的低い圧力にあり、最初の供給水は、比較的高い圧力にある。一実施形態では、供給水の塩分に応じて、処理流体１５は、約３バールから約５バールまでの比較的低い圧力にあり、供給水１７は、約１０バールから約６０バールまで又はそれ以上の比較的高い圧力にある。一実施形態では、条件は、タイラインを生成するように最適化され、このタイラインは、本明細書で定義され、ＩＳＯに関する米国特許第８，５４５，７０１号でより完全に記載され、１リットル／秒未満から数立方メートル／秒の流速まで変化する流速を有する。一実施形態では、条件は、１ｍ３／秒を超える流速を有するタイラインを生成するように最適化される。一実施形態では、タイラインは、３ｍ３／秒以上の流速を有する。一実施形態では、タイラインは、５ｍ３／秒以上の流速を有する。一実施形態では、タイラインは、１０ｍ３／秒以下の流速を有する。
【００６６】
一実施形態では、ＨＦ内腔内の処理流体とＨＦ内腔外部の供給水との間の圧力差は、それぞれ５バール以上である。一実施形態では、特に放射性物質汚染水を処理する場合、少なくとも最初に比較的低い圧力差を使用して放射性粒子が半透過性メンブレンを貫通するのを防止する。放射性物質汚染水を処理する一実施形態では、最初の閉ループにおけるＨＦ内膜内及びＨＦ内腔外部の動作圧力は、最初の閉ループ内で１０バール以下の圧力差を維持する。放射性物質汚染水を処理する一実施形態では、最初の閉ループにおけるＨＦ内膜内及びＨＦ内腔外部の動作圧力は、最初の閉ループ内で１０バール未満の圧力差を維持する。放射性物質汚染水を処理する一実施形態では、最後の高圧直列閉ループにおけるＨＦ内膜内及びＨＦ内腔外部の動作圧力は、最後の高圧閉ループ内で５バール以上の圧力差を維持する。一実施形態では、特に処理がＩＳＯ発電及び逆浸透である場合、圧力差は４０バール以上である。一実施形態では、発電に関して、圧力差は３０バール以上である。
【００６７】
したがって、実施する処理に応じて、圧力差は、５バール以上から１０バール以下まで（特に放射性物質汚染水）；他の処理では１５バール以上；２０バール以上；２５バール以上；３０バール以上（特に発電）；３１バール以上；３２バール以上；３３バール以上；３４バール以上；３５バール；３６バール以上；３７バール以上；３８バール以上；３９バール以上；４０バール以上（発電及び逆浸透）；４１バール以上；４２バール以上；４３バール以上；４４バール以上；４５バール以上；４６バール以上；４７バール以上；４８バール以上；４９バール以上；５０バール以上；５１バール以上；５２バール以上；５３バール以上；５４バール以上；５５バール以上；５６バール以上；５７バール以上；５８バール以上；５９バール以上；又は６０バール以上である。
【００６８】
供給水１７は、実質的にＨＦパネル２０に実質的に直交して流れ、ＨＦパネル２０を渡り、ＨＦパネル１０を渡り、改質供給水１７ｂを生成する。枠１２に渡って伸張するＨＦ１４から自然に透過した水により生じた改質供給水１７ｂは、枠１２に渡って伸張するＨＦ１４に入った供給水１７とは異なる流速及び組成を有する。処理流体１５（図１）は、アパーチャ２２を通って流れ、第１の管寄せ内に入る。処理流体１５は、第１の管寄せ１６から複数のＨＦ１４の内腔内に流れ、方向１３ｂで対向管寄せ１６ａに至る。改質処理流体２１（図１）は、対向管寄せ１６ａから出てアパーチャ２３を通って流れる。一実施形態では、改質処理流体２１は、隣接管寄せ２６ａ（図２）内に流れる。
【００６９】
比較的低い内腔動作圧力（例えば３〜５バール）は発電に十分ではないことがあるが、そのような低い内腔圧力を有するＨＦパネルは、依然として、支持機能をもたらすために使用できる。一実施形態では、低い内腔動作圧力を有するＨＦパネルは、水ろ過を実施するために使用される。一実施形態では、低い内腔動作圧力を有するＨＦパネルは、ＩＳＯ抽出を実施するために使用される。
【００７０】
一実施形態では、処理流体は海水である。一実施形態では、供給水は、汽水又は農業排水である。本実施形態では、水は、供給水（汽水又は農業排水）からＨＦ内腔内の海水に自然に透過し、海水を希釈する。
【００７１】
図１の枠１２内の複数のＨＦ１４のＨＦ積層断面１１及び図２のＨＦパネル２０の枠内の複数のＨＦ２４のＨＦ積層断面１８ａは、用途に応じて大きさを変化させることができる。一実施形態では、ＨＦ積層断面１１及びＨＦ積層断面１８ａは異なる。一実施形態では、ＨＦ積層断面１１及びＨＦ積層断面１８ａは同じである。
【００７２】
次に、図３を参照すると、発電アレイ３０は、複数の連続的に当接するＨＦパネルの対（Ａ、Ｂ、Ｃ）を備える。一実施形態では、離間した水平バッフル７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃが末尾パネル上に見える。本実施形態では、最初の供給水３７は、各パネル内のそれぞれの複数のＨＦ３４〜３４ｅに実質的に直交する角度で発電アレイ３０に投入され、それぞれの複数のＨＦ３４〜３４ｅを渡り、改質供給水３７ａとして出る。一実施形態では、最初の供給水が高塩分の供給水である場合、最初の供給水３７は、約３０バールから約５０バールまでの圧力にあり、処理流体３５は、約１バールから約５バールまでの圧力にある。
【００７３】
一実施形態では、比較的低い塩分を有する最初の処理流体３５は、アパーチャ３８を通って管寄せ３６に入り、管寄せ３６から方向３９ａで複数のＨＦ３４を通り、最初の改質処理流体３３を生成し、この最初の改質処理流体３３は、対向内腔から対向管寄せ３６ａに流入する。最初の改質処理流体３３は、アパーチャ３２ａ−１を通り、当接アパーチャ３２ａ−２（図３Ａ）を通り、複数のＨＦ３４ａを通って隣接管寄せ３６ｂに流入し、第２の改質処理流体（図示せず）を生成し、この第２の処理流体は、対向管寄せ３６ｃに流入する。第２の改質処理流体（図示せず）は、第１のアパーチャ（図示せず）を通り、当接アパーチャ３２ｂ−２（図３Ａ）を通って隣接管寄せ３６ｄに流入する。第２の改質処理流体（図示せず）は、複数のＨＦ３４ｂを通って流れ、第３の改質処理流体３３ｃを生成し、第３の改質処理流体は、管寄せ３６ｅに流入する。第３の改質処理流体３３ｃは、アパーチャ３２ｃ−１を通って管寄せ３６ｆに流入し、管寄せ３６ｆ（図３）から複数のＨＦ３４ｃを通って対向管寄せ３６ｇに流入し、第４の改質処理流体（図示せず）を生成する。第４の改質処理流体（図示せず）は、管寄せ３６ｇから当接アパーチャ（図示せず）を通り、隣接管寄せ３６ｈに流入し、複数のＨＦ３４ｄを通って第５の改質処理流体３３ｄを生成する。第５の改質処理流体は、アパーチャ３２ｅ−１及び当接アパーチャを通って隣接管寄せ３６ｊに流入し、複数のＨＦ３４ｅを通って管寄せ３６ｋに流入し、第６の改質処理流体（図示せず）を生成する。図３に示す実施形態では、第６の改質処理流体（図示せず）は、管寄せ３６ｋのアパーチャ（図示せず）を通って出る。一実施形態では、第６の改質処理流体は、収集される。一実施形態では、第６の改質処理流体３１は、次のアレイに流れる。図３Ａを参照すると、離間した水平バッフル７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃ及び離間した垂直バッフル７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃがそれぞれのパネル上に見える。バッフルは、以下でより詳細に説明する。
【００７４】
図３Ａ−１は、筐体４９を備える長方形アレイによる断面での垂直繊維パネルの正面図である。図３Ａ−２は、アレイ筐体４９を備える図３Ａ−１のアレイの上面図である。
【００７５】
図３Ａ−１を参照すると、処理流体は、管寄せ４１に導入され、ＨＦを通って対向管寄せ４１ａに流れる。一実施形態では、図３Ａ−２を参照すると、高塩分の供給塩水４３がアレイ４５に投入され、アレイ４５の末尾パネル４７ａから流れ、末尾パネル４７ａを渡り、最初のパネル４７ｂに至り、最初のパネル４７ｂを渡る。一実施形態では、供給水が渡って流れる正面図の全面積（幅×長さ）は、従来の市販の管状高圧メンブレン・アレイ内で供給水が渡って流れる相当面積よりも、最大で１００倍大きい。アレイ４５から出た改質供給水４３ａは、低塩分生成水であり、典型的には高塩分供給塩水４３よりも早い流速である。
【００７６】
図３Ｂは、脱塩アレイ３における典型的な横流れパターンを示す。一実施形態では、脱塩パネルは、比較的別個に動作する。一実施形態では、供給塩水４４は、比較的高い圧力で脱塩アレイ３に投入され、脱塩アレイ３を渡る。一実施形態では、供給塩水４４は、海水である。供給塩水４４が海水である場合、海水４４はアレイを渡って通過し、水は海水からＨＦ内に通り、脱塩海水４７を生成する。比較的高い塩分の塩水４４ａは、アレイから出る。離間した水平バッフル７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃ及び離間した垂直バッフル７１０ａ、７１０ｂ、７１０ｃがそれぞれのパネル上に見える。バッフルは、以下でより詳細に説明する。
【００７７】
図３Ｃは、実質的に直交して向けられたパネルの対（Ａ、Ｂ、Ｃ）を備える脱塩アレイ７０５の斜視図である。一実施形態では、海水７００は、比較的高い圧力でアレイを渡り、末尾パネル７０２に至り、末尾パネルを渡り供給される。海水７００が末尾パネル７０２からアレイを渡り、最初のパネル７０４に至ると、水は、海水からＨＦの内腔内に流れ、脱塩海水７０８を生成する。比較的高い塩分の塩水７００ａは、最初のパネル７０４から出る。離間した水平バッフル７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃは、末尾パネル上に見える。バッフルは、以下でより詳細に説明する。
【００７８】
一実施形態では、処理流体は、管寄せを通って管構造体を介して移動する。管構造体は、様々な構成を有することができる。図３Ｄは、図３Ａの９００’−９００’’における断面であり、管構造体の一実施形態９００を示す。一実施形態では、管構造体３Ｄは、繊維強化プラスチックを備える。図３Ｄを参照すると、本実施形態では、管寄せは、長方形支持構造体９０２を備える。一実施形態では、管９０４は、長方形支持構造体９０２内に保持される。一実施形態では、長方形支持構造体９０２は、中に通るボアを画定する中実構造体である。図３Ｄでは、長方形支持構造体９０２は、中に延在する管９０４を有する枠である。一実施形態では、長方形支持構造体９０２及び管９０４は、繊維強化プラスチックを含む。一実施形態では、長方形支持構造体は、１つ又は複数の圧力等化開口９０４ａ〜ｄを備える。本実施形態では、長方形支持構造体９０２と管９０４との間の接触点は、任意の適切な手段を使用して固着される。一実施形態では、長方形支持構造体９０２と管９０４との間の接触点は、セメント、接着剤又は他の適切な材料を使用して固着される。一実施形態では、エポキシ・セメントを使用して長方形支持構造体９０２を管９０４に固着する。一実施形態では、長方形支持構造体９０２の両側の枠の間にガスケット材料９０６ａを設ける。
【００７９】
一実施形態では、複数の中空繊維３４（又は図１の１４、図２の２４）は、複数のＨＦ３４を疎充填構成で保持するように適合した接触構造体９０６（図３Ｄ）又は１００６（図３Ｅ）を通って延在する。接触構造体９０６（又は図３Ｅの１００６）は、あらゆる適切な材料（図８の２０００）とすることができる。一実施形態では、接触構造体９０６（又は図３Ｅの１００６）は、適切な熱硬化性樹脂材料を含む。一実施形態では、接触構造体９０６は、エポキシ、ポリウレタン及びこれらの組合せからなる群から選択される。図３Ｄからわかるように、中空繊維３４の端部１３（図１Ａ）は、管９０４内に入っている。
【００８０】
図１８は、図２９Ａの線Ａ−Ａ’で接触構造体９０６を通る断面である。接触構造体９０６又は１００６（図３Ｅ）は、ＨＦ３４の交互列を埋入する硬化性注封材料２０００を含む。一実施形態では、埋入されるＨＦ３４の交互列は、中心ＨＦ３４ｃの周りに六角形構造体２００６の当接列を形成する。接触構造体９０６又は（図３Ｅの）１００６は、あらゆる所望の大きさで作製できる。一実施形態では、接触構造体９０６又は１００６は、約５５〜１０５ｍｍの幅２００３（図２９Ａの３００８）を有する。一実施形態では、接触構造体９０６又は１００６は、約２０〜６０ｍｍの厚さ（図２９Ａの３０１０）を有する。一実施形態では、接触構造体９０６又は１００６は、最大３，０００ｍｍ（３ｍ）の長さ２００１（図２９Ａの３００６）を有する。
【００８１】
ＨＦ３４の内径及び外径は、用途及び処理パラメータに応じて変化することになる。一実施形態では、図１８Ａを参照すると、ＨＦ３４は、約２００〜３，０００マイクロメートル（０．２〜３ｍｍ）の外径Ｄ０を有する。外径（Ｄ０）は、所望の供給圧力に応じて変化することになる。より小さな外径（Ｄ０）を有するＨＦは、より高い供給水圧力に耐えることになる。例えば、０．２ｍｍの外径（Ｄ０）を有する逆浸透脱塩用ＨＦは、７０バール程の供給圧力に耐えることができる。対照的に、３ｍｍの外径（Ｄ０）を有する水精密ろ過用ＨＦは、ほんの数バールの比較的低い供給圧力にしか耐えることができない。
【００８２】
一実施形態では、ＨＦ３４の外径（Ｄ０）は、０．２ｍｍ；０．３ｍｍ；０．４ｍｍ；０．５ｍｍ；０．６ｍｍ，０．７ｍｍ；０．８ｍｍ；０．９ｍｍ；１ｍｍ；１．１ｍｍ；１．２ｍｍ；１．３ｍｍ；１．４ｍｍ；１．５ｍｍ；１．６ｍｍ；１．７ｍｍ；１．８ｍｍ；１．９ｍｍ；２．０ｍｍ；２．１ｍｍ；２．２ｍｍ；２．３ｍｍ；２．４ｍｍ；２．５ｍｍ；２．６ｍｍ；２．７ｍｍ；２．８ｍｍ；２．９ｍｍ；又は３．０ｍｍである。一実施形態では、ＨＦ３４は、約：０．０５ｍｍ；０．０６ｍｍ；０．０７ｍｍ；０．０８ｍｍ；０．０９ｍｍ；０．１ｍｍ；０．２ｍｍ；０．３ｍｍ；０．４ｍｍ；０５ｍｍ；０．６ｍｍ；０．７ｍｍ；０．８ｍｍ；０．９ｍｍ；１ｍｍ；１．１ｍｍ；１．１ｍｍ；１．２ｍｍ；１．３ｍｍ；１．４ｍｍ；１．５ｍｍの内径（Ｄ１）を有する。ＨＦ（図１９の２００７）間の空間の大きさは、ＨＦパネル１０が使用される処理パラメータ、特に流れの動態分析（レイノルズ数）に応じて変化することになる。
【００８３】
図１９は、組立中の中間段階における、接触構造体９０６間に延在するＨＦ３４の列及び隔板２０１４による断面を示す。本実施形態では、奇数のＨＦ３４ｏを備える列２０１０は、偶数のＨＦを備える列３４ｅと交互に並び、これらの列の繰返しにより、六角形構造体２００６が形成される。一実施形態では、ＨＦ３４ｏ、３４ｅの交互列は、接触構造体９０６又は１００６の間の長さ部に沿って隔板２０１４により離間される。隔板２０１４は、あらゆる積み重ね可能で非接着性の容易に除去可能な平坦シート材料から作製できる。一実施形態では、隔板２０１４は、積層段ボール、ポリマー材料、木製薄板、ガラス繊維シート、紙製シート及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含む。一実施形態では、隔板２０１４は、積層段ボールを含む。
【００８４】
図２０〜２７及び図２８Ａ〜２８Ｇは、適切な図１８及び図１９に示す構造体を作製する適切な組立体及び方法を示す。ＨＦは、様々な形態で実現できる。そのような形態には、必ずしもそれらに限定するものではないが、ロール、スプール、巻付けビーム組立体を含む。図２８Ａは、第１のロール２０５０ａが第１の間隔を有するＨＦ（一実施形態では偶数のＨＦ）を備え、第２の列２０５０ｂが交互の間隔を有するＨＦ（奇数のＨＦ）を備える一実施形態の側面図である。図２８Ｂに示す一実施形態では、ロール２０５０ａは、複数のＨＦ積層２０５４、２０５４ａを単一ロール２０５０ａを使用して作製するのに十分な幅（線２０５２）である。
【００８５】
図２８Ｃは、列に配置した複数の隣接し合う直立ＨＦスプール２０５２を備える組立体の斜視図である。一実施形態では、隣接し合う横向きスプールを使用する（図示せず）。図２８Ｄは、偶数のＨＦを備える第１のスプール列２０５２ａ、及び第１のスプール列２０５２ａと交互に並び、奇数のＨＦを備える第２のスプール列２０５２ｂを備える組立体の概略上面図である。図２８Ｅは、複数のスプール２０５２からＨＦリール２０５４を製造する組立体の斜視図である。図２８Ｆは、複数の隣接し合うＨＦリール２０６０を備える組立体の概略上面図であり、ＨＦリールは、奇数のＨＦと偶数のＨＦの交互列をもたらすために、必要に応じて離間できる。図２８Ｇは、巻付けビーム組立体２０６０の概略図であり、複数のＨＦ３４が巻付けビーム組立体２０６０から延在し、巻付けビーム組立体２０６０は、メンブレン要素を作製する組立体でも使用できる。
【００８６】
一実施形態では、２枚以上の織機綜こう２０１７（図２０及び図２１）がＨＦ３４ｏ、３４ｅの交互列（図１９）を分ける。ＨＦ３４ｏ、３４ｅの交互列は、様々な構成を有することができる。一実施形態では、織機綜こう２０１７は、偶数のＨＦ３４ｅを有する列と、偶数のＨＦ３４ｅを含む列と交互に並び奇数のＨＦ３４ｏを含む列とに分ける。本方法は、織機綜こうに関連してより詳細に説明する。同様の方法におけるロール、スプール、リール又は巻付けビーム組立体の使用法を当業者は了解するであろう。
【００８７】
一実施形態では、ＨＦ組立体プラットフォーム２０１８をＨＦ織機綜こう２０１６に隣接して設ける。図２１を参照すると、一実施形態では、第１の隔板２０１４ａは、ＨＰ組立体プラットフォーム２０１８の上に設けられる。一実施形態では、離間した奇数のＨＦ３４ｏを備える第１の列は、第１の隔板２０１４ａの長さ方向に渡って延在する。一実施形態では、織機綜こう２０１６に対向するＨＦの対向端部２０１５は、ＨＦ組立体プラットフォーム２０１８の長さ部に沿って延在するＨＦを維持するために重りを付けるか又は係合される。一実施形態では、ＨＦの対向端部２０１５は、ＨＦを延在させるために十分に重りを付けるか又は係合される。一実施形態では、ＨＦの対向端部２０１５のうち１つ又は複数は、適切なクランプ（図示せず）によって係合される。一実施形態では、クランプは、クランプに係合したＨＦの変形を減少させるために弾性材料で裏打ちされる。
【００８８】
弾性材料は、天然ゴム又はコルク等天然由来のものであっても、スチレンエラストマを含む熱可塑性エラストマ、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリアミド等合成由来のものであっても、これらの組合せであってもよい。一実施形態では、弾性材料は、必ずしもそれらに限定するものではないが、シリコン・エラストマ、ネオプレン、イソプレン、ブチル・ゴム、ポリマー可撓性発泡体及びこれらの組合せからなる群から選択されるものを含む熱可塑性エラストマである。一般に、こうした弾性材料は、ｌＧＰａ未満のヤング弾性率及び１０００ｋｇ／ｍ３未満の比重を有する。一実施形態では、弾性材料は、ゴムである。一実施形態では、ＨＦの対向端部２０１５の全ては、単一クランプで係合され、この単一クランプは、ＨＦ組立体プラットフォーム２０１８上のＨＦを真っ直ぐにするがＨＦを伸張しないような適切な幅及び十分な重量又は張力を有する。
【００８９】
一実施形態では、隔板２０１４ｂは、ＨＦ３４ｏの最初の列の上に置かれる。一実施形態では、偶数のＨＦを備える次の列３４ｅは、第２の隔板２０１４ｂに渡り延在する。図２３を参照すると、本方法は、所望の列数のＨＦ３４ｏ、３４ｅを備える積層（図１９）が形成されるまで繰り返される。ＨＦ３４ｏ、３４ｅの列数は、接触構造体９０６の所望の大きさ及びＨＦ３４の外径（Ｄ０）により変化することになる。一実施形態では、ＨＦ列の積層の奥行き（図２３の２０２７、図２９Ａの３００５）は、４０ｍｍである。本実施形態では、１ｍｍの外径（Ｄ０）を有するＨＦを備える積層は、約３６から約４８列のＨＦを備えることになる。より大きな、例えば約２ｍｍの外径（Ｄ０）を有するＨＦを使用する処理では、約１６から約２４列のＨＦを備えることになる。
【００９０】
一実施形態では、ＨＦ積層の奥行き（図２３の２０２７、図２９Ａの３００５）は４０ｍｍであり、ＨＦは、０．５ｍｍ未満の外径（Ｄ０）を有し、積層は、約６４から約８０列のＨＦを備える。より小さな、０．５ｍｍ以下の直径を有するＨＦを使用する処理は、ＩＳＯ発電及び逆浸透を含むことになる。一実施形態では、積層は、以下の列数のＨＦを備える：２０以上；２１以上；２２以上；２３以上；２４以上；２５以上；２６以上；２７以上；２８以上；２９以上；３０以上；３１以上；３２以上；３３以上；３４以上；３４以上；３６以上；３７以上；３８以上；３９以上；４０以上。一実施形態では、積層は、３０列以下のＨＦを備える。一実施形態では、比較的小さな大きさのＨＦを使用する場合、ＨＦ間の空間２００７（図１９）は、外径（Ｄ０）の大きさであっても、外径（Ｄ０）よりもわずかに大きくてもよい。このことは、必要に応じて、接触構造体の幅２００３（図１８）（図２９Ａの３００８）を増大させる及び／又は１つ又は複数のＨＦパネル１０を追加する必要がある場合がある。
【００９１】
積層は、あらゆる適切なＨＦ積層の奥行き（図２３の２０２７、図２９Ａの３００５）を有することができる。一実施形態では、ＨＦ積層の奥行き２０２７、３００５は、約３０ｍｍ以上；３５ｍｍ以上；４０ｍｍ以上；４５ｍｍ以上；５０ｍｍ以上；５５ｍｍ以上；６０ｍｍ以上；６５ｍｍ以上；７０ｍｍ以上である。一実施形態では、ＨＦ積層の奥行きは、８０ｍｍ以下である。
【００９２】
一実施形態では、ＨＦ組立体プラットフォーム２０１８（図２０）は、ＨＦ組立体プラットフォーム上にメンブレン要素をいくつ作製するかに応じて、約５００ｍｍから約３ｍまで又はそれ以上の幅２０２３を有する。一実施形態では、ＨＦ組立体プラットフォーム２０１８は、約５００ｍｍ以上；６００ｍｍ以上；７００ｍｍ以上；８００ｍｍ以上；９００ｍｍ以上；１ｍ以上；１．１ｍ以上；１．２ｍ以上；１．３ｍ以上；１．４ｍ以上；１．５ｍ以上；１．６ｍ以上；１．７ｍ以上；１．８ｍ以上；１．９ｍ以上；２ｍ以上；２．１ｍ以上；２．２ｍ以上；２．３ｍ以上；２．４ｍ以上；２．５ｍ以上；２．６ｍ以上；２．７ｍ以上；２．８ｍ以上；２．９ｍ以上；又は３ｍ以上の幅を有する。ＨＦ組立体プラットフォーム２０１８は、その幅の数倍の長さを有する。一実施形態では、図２９Ａの接触構造体９０６は、３メートル以下の長さ（図１８の２００１）を有する。一実施形態では、合計積層奥行き２０２７（図２３）（図２９Ａの３００５）は、接触構造体９０６の幅（図１８の２００３、図２９Ａの３０１０）の約７５％を占める。
【００９３】
図２０の隔板２０１４ａ、２０１４ｂは、位置合わせすると図２２及び図２３の複数のＨＦ封注室２０２０ａ〜ｄを形成して、複数のＨＦパネル１０（図１）を形成する。一実施形態では、図２７Ａを参照すると、隔板は、単純な非接着性シート２０１４ａ、２０１４ｂである。シート２０１４ａ、２０１４ｂは、封注室を（単独で又は周囲の構造体と組み合わせて）画定する限りは様々な形状を有することができ、ＨＦ３４ｏ、３４ｅ交互列を十分に分離し、容易に除去できる。図２５を参照すると、各隔板２０１４は、対向し合う端部２０２１ａと２０２１ｂとの間、及び対向し合う縦方向縁部２０２１ａと２０２２ｂとの間に延在する材料シートを備える。封注室２０２０ａ〜２０２０ｄは、隔板２０１４を通る細穴を備え、細穴は、縦方向縁部２０２２ａから対向縦方向縁部２０２２ｂまで延在する。封注室２０２０ａと２０２０ｂとの間、又は封注室２０２０ｃと２０２０ｄとの間等の距離は、封注室間に所望の長さのＨＦを形成する。各封注室２０２０ａ〜ｄは、接触構造体９０６（図２６、図２９Ａ、図３Ｄ）又は１００６（図３Ｅ）を形成することになる。一実施形態では、隔板２０１４は、所定の寸法を有する封注室２０２０ａ〜ｄを一貫してもたらすように適合した再利用可能な耐久性シートである。
【００９４】
一実施形態では、隔板２０１４は、封注室２０２０ａ〜２０２０ｄの間に図２５の中間細穴２０２６も備える。中間細穴（複数可）２０２６は、対向し合う封注室の間、例えば２０２０ｃと２０２０ｄとの間の隔板の比較的長い区分２０１３をより小さい区分に分割し、後で隔板２０１４を脇から除去するのを容易にする。
【００９５】
図２３に戻って参照すると、隔板２０１４をＨＦ層の間に置いたとき、細穴は封注室２０２０ａ〜２０２０ｄを形成するために位置合わせされる。得られた封注室２０２０ａ〜２０２０ｄは、寸法、向きが十分に画定され、ＨＦが注意深く位置合わせされ、比較的平滑な内面を有する。一実施形態では、図２４を参照すると、各封注室の上側縁部２０３０ｂは、封注材料２０００の供給源（図示せず）と流体連通する。一実施形態では、各封注室の下側縁部２０３０ａが、封注材料２０００の供給源（図示せず）と流体連通できる。
【００９６】
一実施形態では、封注材料２０００（図１８）が意図しない領域に充填されるのを防止するために適切な対策を行う。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止材を、細穴が画定する封注室２０２０ａ〜２０２０ｄの表面（表面のあらゆる間隙を含む）に施す。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、接触構造体９０６を硬化させた後に分離する間、ＨＦ又は接触構造体９０６への損傷を防止するために、あらゆる適切な方法を用いて平滑化される。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、ブラシ又は空気流を用いて平滑化する。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、ＨＦの間の空間２００６、２００７（図１９）に施される。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、封注材料２０００が空間２００７内に広がるのを防ぐような十分な距離で接触構造体９０６に隣接する空間部分（図１９の２００７）に施される。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、ペトロラタム、好ましくはワセリンである。一実施形態では、１０〜１５ｍｍの層のペトロラタム・ベースの可鍛性封止剤を各封注構造体２０２０ａ〜ｄの内部の周囲に施す。一実施形態では、ペトロラタム・ベースの可鍛性封止剤の層は、接触構造体（図示せず）の表面上に、ＨＦの直径（Ｄ０）に等しい厚さ又は約：０．５ｍｍ以上；１ｍｍ以上；２ｍｍ以上；３ｍｍ以上の厚さを有する。一実施形態では、ペトロラタム・ベースの可鍛性封止剤の層は、１５ｍｍ以下の幅を有する。一実施形態では、ペトロラタム・ベースの可鍛性封止剤は、新たなＨＦを封注室に通す度に施すか又は隔板２０１４を置く際に施す。
【００９７】
一実施形態では、所望の列のＨＦ３４ｏ、３４ｅ及び隔板２０１４の全てを積層した後、及び封注室を形成しその粗縁部をきれいに仕上げた後、封注材料を室に注ぐか又は注入し、硬化条件にさらす。一実施形態では、ポリマー又は半ポリマー材料の液体エポキシ樹脂を室に注ぎ、封注材料が固化するまで約１時間硬化させる。その後、隔板を除去する。
【００９８】
材料２０００が硬化すると、接触構造体９０６ａ、９０６ｂ（図２６）が形成される。一実施形態では、複数のメンブレン要素３０００（図２６、図２９Ａ）を互いに隣接して形成する（図２８を参照）。本実施形態では、メンブレン要素３０００（図２６、図２９Ａ）は分離させる。一実施形態では、隔板２０１４は除去され、ＨＦ３４が間に延在するメンブレン要素３０００を残す。一実施形態では、隣接し合う封注室の間に延在するＨＦ３４の部分（例えば図２２及び図２３の２０２０ｂと２０２０ｃとの間）は、メンブレン要素３０００（図２６、図２９Ａ）を生成するために切断される。一実施形態では、封注室の外側縁部は、工業的方法を使用して平滑化される。この結果得られるのは、対向し合う接触構造体９０６ａ、９０６ｂ（図２６）を備えるメンブレン要素３０００である。
【００９９】
ＨＦパネル１０（図１）の大きさは、様々な要因に応じて変更できる。一実施形態では、典型的には長さが３００ｍｍを超えるより大きなＨＦパネル１０において、中間バッフルは、特に動作の開始時における比較的高い乱流においてＨＦの位置を保持し、ＨＦへの損傷を防止する必要がある場合がある。一実施形態では、バッフル７１０、７２０（図３Ｇ）は、封注手順の間に作製する。本実施形態では、図２７を参照すると、隔板２０１４ａ、２０１４ｂ、２０１４ｃは、長方形であり、ＨＦ３４に渡り互いに隣接して離間する。図２７Ａを参照すると、隔板２０１４ａ〜２０１４ｃをＨＦ３４ｅの偶数層とＨＦ３４ｏの奇数層との間に積層したときに、隔板封注室２０１９を形成する。隔板封注室２０１９は、寸法、向きが十分に画定され、ＨＦが注意深く位置合わせされ、比較的平滑な内面を有する。
【０１００】
一実施形態では、封注材料２０００（図１８）が不要な領域に充填されるのを防止するように適切な対策を行う。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止材は、隔板封注室２０１９の表面（表面のあらゆる間隙を含む）に施される。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、あらゆる適切な方法を用いて平滑化する。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、封注材料２０００が空間内に広がるのを防ぐような十分な距離まで、隔板２０１４ａ〜ｃに隣接するＨＦ３４を囲む空間（図３４の２００７）に施される。一実施形態では、石油ベースの可鍛性封止剤は、新たなＨＦを封注室に通す度に施される。
【０１０１】
一実施形態では、所望の列のＨＦ３４ｏ、３４ｅ並びに隔板２０１４及び２０１４ａ〜ｃの全てを積層した後、材料２０００を流体状で隔板封注室２０１９（図２７Ａ）に注入し、硬化条件にさらす。材料２０００が硬化すると、バッフル７１０（図２７Ｂ）が形成される。一実施形態では、隔板２０１４ａ〜ｃは除去される。図２７Ｂは、線Ｘ−Ｘで図２７を通る断面である。バッフル７１０は、ＨＦを通って延在し、バッフルにより画定した面にＨＦを保持する。バッフル７１０は、ＨＦパネル１０の大きさに応じて様々な大きさを有することができる。一実施形態では、バッフル７１０は、約６．３ｍｍ（１／４インチ）から約０．３７５ｍｍ（３／８インチ）までの厚さＤ３を有する。一実施形態では、バッフル７１０の隣接し合う端部は、ＨＦ枠の隣接し合う側部（図１の１９、１９ａ）に接着される。
【０１０２】
したがって、一実施形態では、本出願は、メンブレン要素を作製する方法を提供し、本方法は、
ａ．所与の寸法を有する複数の着脱可能な隔板構造体を準備すること；
ｂ．１つ又は複数の第１の隔板構造体をＨＦ組立体プラットフォーム上に置くこと；
ｃ．ＨＦ組立体プラットフォームの長手方向軸と位置合わせした１つ又は複数の第１の隔板構造体の上に、第１の空間を間に有する第１のＨＦの第１の列を延在させ、第１のＨＦの第１の長手方向列を形成することであって、第１の空間は、中空繊維メンブレンの表面の全幅及び全長に渡り、レイノルズ数約３，０００以上で乱流を維持する流れの動態計算に従った効果的な幅を有する、形成すること；
ｄ．１つ又は複数の第１の隔板構造体と位置合わせした第１の列のＨＦの上に、所与の寸法を有する１つ又は複数の第２の隔板構造体を置くこと；
ｅ．ＨＦ組立体プラットフォームの長手方向軸と位置合わせした１つ又は複数の第２の隔板構造体に渡り、第２の空間を間に有するＨＦの隣接列を延在させること；
ｆ．ＨＦの更なる列及び隔板構造体により（ｄ）〜（ｅ）を繰り返し、ＨＦの交互列及び介在する隔板構造体の積層を形成することを含み、積層は、所望の高さを有し、積層した隔板構造体の垂直に位置合わせされ隣接し合う表面は、ＨＦの対向し合う端部で封注室を画定し、封注室は、所定寸法を有する内側面を画定する。
【０１０３】
一実施形態では、本方法は、
ｇ．封注室の内側面上に可鍛性封止剤を施し、封止された封注室を生成すること；
ｈ．熱硬化性材料を封止封注室に注入すること；
ｉ．熱硬化性封注材料を硬化させ、それにより間に延在するＨＦを備える複数の接触構造体を形成すること；及び
介在する隔板構造体を除去すること
を含む。
【０１０４】
一実施形態では、図３Ｅに戻って参照すると、管寄せは、ボア１００８が中を通る中実構造体１０００を備える。中実構造体１０００は、様々な形状を有することができる。適切な形状は、必ずしもそれらに限定するものではないが、三角形形状、長方形形状、五角形形状、六角形形状、円筒形形状、楕円形形状等を含む。一実施形態では、中実構造体１０００は、細長い長方形構造体である。ボア１００８も、様々な形状を有することができる。図３Ｅに示す一実施形態では、中実構造体１０００は、細長い円筒ボア１００８が中を通る細長い長方形構造体である。
【０１０５】
中実構造体１０００は、あらゆる適切な材料から作製できる。一実施形態では、中実構造体１０００は、鉄鋼製である。一実施形態では、鋼鉄は、適切な耐食材料で被覆される。実質的にどの耐食材料も使用できる。一実施形態では、耐食材料は、テフロン（登録商標）である。一実施形態では、耐食材料は、エポキシである。一実施形態では、中実構造体１０００は、繊維強化プラスチック製である。一実施形態では、中実構造体の側部の一部は、複数のＨＦ１４を疎充填構成で保持するように適合した接触構造体１００６を備える。接触構造体１００６は、あらゆる適切な材料から作製できる。一実施形態では、接触構造体１００６は、適切な熱硬化性材料を含む。一実施形態では、接触構造体１００６は、エポキシ、ポリウレタン及びこれらの組合せからなる群から選択される。図３Ｄからわかるように、中空繊維３４の端部１３（図１Ａ）は、管構造体（図３Ｄの９０４、図３Ｅの１０００）内に入っている。
【０１０６】
図３Ｆは、図２の線３Ｆ−３Ｆに沿った断面である。図３Ｆは、管寄せ１６及び隣接管寄せ２６（図２）を備えるＨＦパネル１０（図２）の切欠き図／枠が透けて見える斜視図である。図３Ｆでは、管寄せ１６は、中を通る管又はボア９０４を備える中実長方形構造体９０２である。管寄せ２６は、中を通る管又はボア９１３を備える中実長方形構造体を備える。図３Ｆからわかるように、処理流体は、管寄せの末端箱１６ａａから管９０４を通り、管寄せ１６（図２）を渡り、対向する管寄せ末端箱１６ａａ’まで移動する。管寄せ末端箱１６ａａ’に入った処理流体は、アパーチャ２３を通り、管寄せ２６の管寄せ末端箱２６ａａに入り、管９１３に入る。処理は、更なる隣接パネルのために繰り返される。
【０１０７】
図３Ｆにおける２６ａａ’及び１６ａａ’等の隣接し合う管寄せ末端箱からの漏れは、同様に様々な適切な封止構成を使用して避けることができる。例えば、一実施形態では、円筒形スリーブ（図示せず）を隣接し合うアパーチャ２３、２３ａ（図３Ｆ）を通して延在させ、各管寄せ末端箱の隣接し合う内部面を封止係合できる。封止係合は、固定式でも可撓性であってもよい。一実施形態では、封止係合は、スリーブの外面とそれぞれの管寄せ末端箱の隣接し合う面との間にＯリングを使用して実現する。一実施形態では、隣接し合う枠面を封止して、複数のＨＦの間を流れる供給水を保持し、高圧の供給水流がアレイから漏れるのを防止する。一実施形態では、隣接し合う枠面は、封止ガスケットを備える。
【０１０８】
図６は、正方形アレイ筐体６０を備えるアレイを通る断面である。長方形又は正方形アレイ筐体６０は、様々な状況で使用できる。一実施形態では、正方形アレイ筐体６０は、ＨＦ内腔内部の処理流体６２の圧力が比較的高く、供給水の圧力が比較的低い場合に使用される。
【０１０９】
高圧セル
一実施形態では、１つ又は複数のアレイは、適切な圧力容器内に保持される。適切な圧力容器は、様々な外形の断面を有する内部を画定する外壁を備え、この外形には、必ずしもそれらに限定するものではないが、三角形外形、環状外形、長円外形及び長方形外形を含む。本出願のアレイを圧力容器内に支持するために、アレイの外面と圧力容器の内部との間に２つ以上の接触点を有することが望ましい。
【０１１０】
一実施形態では、高圧セルは、１つ又は複数のアレイを適切な圧力容器内に置くことによって実現する。適切な圧力容器は、様々な外形の断面を有する内部を画定する外壁を備え、この外形は、必ずしもそれらに限定するものではないが、三角形外形、環状外形、長円外形及び長方形外形を含む。
【０１１１】
一実施形態では、図７を参照すると、圧力容器７０は、断面が環状である。本実施形態は、圧力容器７０の内壁とアレイの隅との間に４つの接触点７４ａ〜７４ｄを備える。これらの接触点７４ａ〜７４ｄは、アレイ３０を圧力容器内に支持する。一実施形態では、アレイ３０は、封止封入部７１をその周囲に備える。封止封入部は、特定の乱流速を所与の供給動作圧力で維持するのに効果的なあらゆる適切な封止材料とすることができる。一実施形態では、封入部は、収縮包装体又はポリプロピレンである。一実施形態では、１つ又は複数の更なる支持部７６ａ〜７６ｄは、アレイ筐体の表面から圧力容器の内部まで延在し、更なる支持を実現する。本実施形態では、圧力容器の内部とアレイ筐体との間に比較的大きな流体流れ領域（７０ａ）がある。封止封入部７１は、比較的高圧の未処理の生の供給水（図３の３７）が、比較的低い動作圧力でＨＦアレイを流れる処理済み供給水（図３の３７ａ）に漏れる又は浸出するのを防止するのに有効である。本実施形態は、様々な条件下で有用である。一実施形態では、環状又は楕円圧力容器は、ＨＦ内部の比較的高い圧力の処理流体及び比較的低い圧力の供給水で有用である。
【０１１２】
圧力容器は、漸進的に変化する直径を有する複数の区分、漸進的に変化する直径を有する複数の圧力容器、及びこれらの組合せも備える。
【０１１３】
図１１は、第１のポンプ８４及び第２のポンプ８１と流体連通する単一圧力容器８０を備えるセルを示す。圧力容器８０は、それぞれの直径が漸減する区分８２ａ〜８２ｄを備える。区分８２ａ〜８２ｄは、複数のアレイ８７ａ〜８７ｄを備える交換器８８を収容し、複数のアレイ８７ａ〜８７ｄも漸減する直径を有する。一実施形態では、直径及び大きさの変化は、ＨＦ内部及び交換器を渡る流れのパターン及び容量の変動に順応する。
【０１１４】
第１のポンプ８４は、高塩分塩水の供給源（図示せず）と流体連通する。一実施形態では、供給源は、塩水蒸発湖である。高塩分塩水を供給源から固体を除去するのに効果的なフィルタ８３を通してポンプで圧送し、加圧された最初の供給塩水８５を生成する。
【０１１５】
加圧された最初の供給塩水８５は、交換器８８の外側周辺部の周りで比較的大きな区分８７ａから最少区分８２ｄまで移動する。最初の供給塩水８５ａは、最少直径のアレイ８７ｄに入る。最初の供給塩水８５ａは、アレイ８８の開口端８８ａに入り、最少直径を有する最初のアレイ８７ｄを渡って流れ、この最初のアレイ８７ｄは、圧力容器８０の最少直径を有する区分８２ｄ内に収容されている。アレイ内の流れは、図３で説明したものと同様である。中空繊維内腔内部の流体との交換により、最初の改質供給水８５ｂは、最初の供給水８５ａよりも低い塩分、より早い流速及びわずかにより低い圧力を有する。最初の改質供給水８５ｂは、最初のアレイ８７ｄよりも大きな直径を有する隣接アレイ８７ｃに供給され、この隣接アレイ８７ｃは、最初の区分８２ｄよりも大きな直径を有する、圧力容器８０の隣接区分８２ｃに収容されている。隣接アレイ８７ｃは、最初の改質供給水８５ｂよりも低い塩分、より早い流速及びわずかに低い圧力を有する第２の改質供給水８５ｃを生成する。
【０１１６】
第２の改質供給水８５ｃは、隣接アレイ８７ｃよりも大きな直径を有する隣接アレイ８７ｂに流入し、隣接アレイ８７ｂは、隣接区分８２ｃよりも大きな直径を有する隣接区分８２ｂ内に収容されている。隣接アレイ８７ｂは、第２の処理済み供給水８５ｃよりも低い塩分、より早い流速及びより低い圧力を有する第３の改質供給水８５ｄを生成する。
【０１１７】
第３の改質供給水８５ｄは、隣接アレイ８７ｂよりも大きな直径を有する隣接アレイ８７ａに流入し、隣接アレイ８７ａは、隣接区分８２ｂよりも大きな直径を有する、圧力容器８０の隣接区分８２ａ内に収容されている。隣接アレイ８７ａは、第３の処理供給水８５ｄよりも低い塩分、より早い流速及びより低い圧力を有する最終改質供給水８９を生成する。条件は、系全体に計画した効率を達成するように最適化される。一実施形態では、条件は、交換器８８に渡る全体的な圧力降下を最小にするように最適化される。一実施形態では、条件は、交換器８８に渡る全体的な圧力降下を約１バール（１５ｐｓｉ）以下に維持するように最適化される。
【０１１８】
希釈された塩水を含む最終改質供給水８９は、電気を生成するために比較的高い圧力でタービン８６に圧送される。一実施形態では、希釈塩水を含む比較的低い圧力のタービン排出水は、供給源（図示せず）に再利用する。一実施形態では、供給源は蒸発湖である。
【０１１９】
水又は比較的低い塩分の塩水は、処理流体としてアレイ８８内の複数のＨＦ１４に供給される。図１１の実施形態では、前のセル９３のタービン９５から排出された希釈塩水９１は、処理流体としてタービン排出ドラム９５ａから隣接アレイ８７ａの最初のパネル９７に供給される。処理流体は、最初のパネル９７のＨＦを通り、連続するパネルのＨＦを通り、末尾パネル９７ａまで流れる。一実施形態では、最初のアレイ８７ｄは、末尾パネル９７ａを備える。より低い塩分の処理流体がＨＦを渡り最初のパネル９７から末尾パネル９７ａまで流れるにつれて、水のタイラインは、ＨＦ１４内のより低い塩分の処理流体９１からより高い塩分の供給水８５ａに流入する。一実施形態では、より低い塩分の処理流体９１は、比較的低い圧力を有する。一実施形態では、より低い塩分の処理流体９１は、約１から２バールの圧力を有する。この結果得られるのは、濃縮処理流体９１ａである。一実施形態では、濃縮処理流体９１ａは、比較的高い塩分の供給水としてマルチセル発電プラントの異なるセルに供給される。一実施形態では、濃縮処理流体９１ａは、高塩分供給塩水としてマルチセル発電プラントの前のセルに供給される。
【０１２０】
一実施形態では、アレイ８８は、アレイ筐体８８ａによって囲まれる。一実施形態では、アレイ筐体８８ａは、開口末尾端８８ｂを備える。一実施形態では、最初の供給水８５ａは、所与の圧力で、開口端部８８ａでアレイ８８内に流入する。一実施形態では、アレイ筐体８８ａの区分８２ａ〜ｄの直径は、供給水がアレイ８８を渡って流れるのに十分に高い圧力を維持する。一実施形態では、区分８２ａ〜ｄの直径は、供給水８５の進入点から供給水８５ａの進入点までの圧力降下を１バール未満に維持するのに効果的である。
【０１２１】
一実施形態では、系は、向流漸減流で動作する。向流漸減流での動作は、半透過性メンブレンを渡る水の透過を高め、各中空繊維内外の流れ及び濃度を比例的に変化させるという利点を有する。
【０１２２】
一実施形態では、図１４を参照すると、隣接し合うアレイ１００ａ〜１００ｄは、可撓性導管１０２ａ〜ｃそれぞれを介して流体連通する。本実施形態では、図１４Ａを参照すると、アレイ１１２〜１１２ｄの角は、圧力容器１０６の内部と固定式につながっていない。一実施形態では、隣接し合うアレイ１００ａ〜１００ｄは、圧力容器と固定式につながっている。一実施形態では、交換器は、電磁振動器、ばね支持体、ＨＦ封入支持体及びこれらの組合せからなる群から選択される支持部材を備える。図１４ａは、図１４の１４ａ−１４ａ’における断面である。図１４ａは、対向し合う電磁振動器１０４ａ及び１０４ｂを示す。一実施形態では、電磁振動器１０４ａ及び１０４ｂは、更なるファウリング制御を実現する。一実施形態では、電磁振動器１０４ａ及び１０４ｂは、更なる濃度分極制御も実現する。図１４Ａに示す一実施形態では、ばね支持体１０８及び１０８ａは、交換器の長さ部に沿った間隔で設けられる。一実施形態では、支持部材１１０及び１１０ａは、交換器の長さ部に沿った間隔で設けられる。
【０１２３】
図１１Ａは、３つのセルを備え、低圧交換器区分３７０及び高圧交換器区分３７２を形成する共益的誘導浸透発電設備を示す。低圧交換器区分３７０は、２つの連続し区分化された交換器を備え、この交換器は、図８で説明した設計をもち、図６と同様の断面を有する第１の区分化交換器３７４及び第２の区分化交換器３７６を備える。これらの交換器３７４、３７６は、一般に、５バール以下の低動作圧力を有し、ＨＦ内腔圧力（処理流体圧力）は、ＨＦ外部圧力（供給水圧力）よりも高い。交換器の大きさは、典型的には、円筒形圧力容器では直径が４メートル以下のもの、長方形低圧ＨＦメンブレン筐体では１２平方メートルのものに限定される。
【０１２４】
高圧交換器区分３７２は、２つの同一の交換器３７８、３８０を有するＨＦ交換器を備え、各交換器は、図１１で説明した設計を有し、図７と同様の断面を有する。これらの交換器３７８、３８０は、３０バール以上の高動作圧力を有し、ＨＦ外部圧力（供給水圧力）は、ＨＦ内腔圧力（処理流体圧力）よりもかなり高い。
【０１２５】
図１１Ａの設備の交換器は、設備の一方の側の無塩又は低塩供給水３９２から、設備のもう一方の側の飽和に達する高塩分供給水３９０に及ぶ水塩分場で動作する。このことは、本質的に塩を含まない水が設備の低塩分側から前記設備の高塩分側に浸透拡散することを暗示する。
【０１２６】
このことは、特定設計の処理実施形態が、設備の一方の側の低塩分水３９２の供給源から、設備のもう一方の側の高塩分水３９０の供給源まで、本質的に塩を含まない水を一定速度で安定して連続的に浸透移動可能にするように提供する必要があることも暗示しており、このことを本明細書では「タイライン」と呼ぶ。米国特許第８，５４５，７０１号も参照されたい。
【０１２７】
このタイライン流は、高塩分供給水３９０の流れ（又は供給水の流速）に比例する。タイライン流対高塩分水の流れ（供給水の流速）の比率は、一般に、設備に対する高塩分水３９０の供給源の塩濃度に応じて１から７の間で変化し、動作系の大きさを決定する。
【０１２８】
最初に、各セルに特定濃度の塩溶液を投入し、ここで、各セル内の塩濃度は、設備の低塩分側３９２のセルから高塩分側３９０のセルまで、設備の動作及び設計目的に応じて段階的に増加する。
【０１２９】
そのような設備の運用は、好ましくはセル１から開始され、次に、他のセルを次第に使用して段階的に達成できる。定常状態動作に到達すると、設備の全ての回転機器：ポンプ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４）、タービン（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）及び制御系（図示せず）は、同時に連続してリズミカルに動作して、設備を通じて連続し安定したタイライン流を維持することになる。
【０１３０】
設備の動作方式は、以下のステップを含むことができる。淡水又は海水をＰ１により供給水３９２を介して比較的低圧で圧送し、中空繊維の外部のＨＦ交換器３７４の低圧シェル側に通す一方で、比較的高い塩分の水をＰ２により流れ３９９を介して比較的高圧で圧送し、交換器３７４の比較的高い圧力のＨＦ内腔に通す。
【０１３１】
その結果、ＨＦメンブレン界面に渡る浸透ポテンシャルが高まり、実質的に無塩のタイラインは、ＨＦメンブレン孔内に拡散し、内腔の処理流体に入る。拡散により、処理流体の濃度が希釈され、処理流体容積の大幅な増加もたらされ、流出流３９６ｂが形成され、この流出流３９６ｂは、本質的に等しい圧力で流入流３９９の容積の２倍以上の容積を有する（交換器を通る圧力の降下は比較的低い）。流出流３９６ｂの流れは、液圧タービンＴ１により電力を発生させる。Ｔ１で生じた電力は、設備の圧送電力要件を超え、商用電力値を超える電力を発生させる。その間、流れ３９２は漸減し、流れの塩濃度は漸増して流れ３９５を形成する。
【０１３２】
セル２は、セル１と同様に動作するが、比較的高い塩分条件及び高い圧力で動作する。ここで、供給水流３９６ａは、中空繊維の外部のＨＦ交換器３７６の低圧シェル側に入る一方で、比較的高い塩分水（処理流体）は、比較的高い圧力でＰ３により流れ３９１を介して圧送され、交換器３７６の比較的高い圧力のＨＦ内腔を通る。
【０１３３】
その結果、ＨＦメンブレン界面に渡る浸透ポテンシャルが高まり、実質的に無塩のタイラインは、ＨＦメンブレン孔内に拡散し、内腔内の処理流体に入る。拡散により、処理流体の濃度が希釈され、処理流体容積の大幅な増加がもたらされ、流出流３９８を形成する。流れ３９８は、本質的に等しい圧力で流入流３９１の容積の２倍以上の容積を有する（交換器を通る圧力の降下は比較的低い）。流出流３９８の流れは、液圧タービンＴ２により電力を発生させ、この電力は、設備の圧送電力要件を超え、商用電力値を超える電力を発生させる。その間、流れ３９６ｂの流れは漸減し、流れ３９６ｂの塩濃度は漸増して流れ３９９を形成し、ここで、流れ３９９はＨＦ交換器３７４への高塩分供給水として再利用できる。
【０１３４】
第３のセルは、図１１及び図１３で説明した設計をもち、図７と同様の断面を有する２つの高動作ＨＦ圧力容器交換器３７８、３８０を備える。ここで、タービンＴ２を出た流れ３９８ｂは、２つの同一高圧区分を備える各高圧ＨＦ交換器３７８、３８０に入り、各区分は、図７と同様の断面を有する高圧封入ＨＦアレイを備える。受入れドラム３８２、３８２ａは、各交換器３７８、３８０での流速を安定化するために設ける。
【０１３５】
本実施形態では、ＨＦ交換器３７８、３８０への供給水３８３ａは、３０バール以上の圧力で動作する一方で、ＨＦ内腔中の処理流体は、５バール以下の低圧で動作する。一実施形態では、可能性として飽和に匹敵する（塩化ナトリウムの場合３５％）高塩分塩水は、高圧ポンプＰ４により供給水塩水３８３ａとして蒸発／濃縮貯水池３９０から、図７及び図１４Ａに示す封入中空繊維アレイを囲む４つの圧力容器区分を通って圧送される。水流とＨＦメンブレンとの効果的な交わりを保証するために、供給塩水は、ＨＦアレイ３８３ｂ外部の周りを流れ、各交換器３８１、３８１ａの端部に至り、ここで流れの方向が逆転し、３８１、３８１ａで封入ＨＦアレイに入り、交差流れパターンでＨＦアレイの全表面に効果的に交わる。
【０１３６】
一方、タービンＴ２（３９８ａ）から出た低圧の希釈流３９８ｂ（３９８ａ）は、循環され、セル３の高圧交換器３７８及び３８０のＨＦ内腔に入る。このことにより、ＨＦメンブレン界面に渡る浸透ポテンシャルが高まることになり、本質的に無塩の水がＨＦ内腔内部から拡散し、メンブレン孔を渡り、流れ３９６を形成することを可能にし、この結果セル１及びセル２のタイライン流が維持され、供給塩水３８３ａの希釈を生じさせる。
【０１３７】
このことにより、処理流体の流れの大幅な増加ももたらされ、流出流３９６を形成し、この流出流３９６は、流入流３８２、３８２ａの容積の２倍以上の容積を有し、本質的に等しい圧力にあり、液圧タービンＴ３による電力発生を可能にする（交換器を通る圧力の降下は比較的低い）。この電力は、Ｐ４による設備の圧送電力要件を超え、商用電力値を超える電力を発生させる。一方、濃縮流３９８は、ここで流れ３９１としてセル２に戻すことができる。
【０１３８】
淡水又は海水を使用して供給すると、設備の第１のセルは、本質的に、各供給源の利用可能性及び淡水又は海水の供給費用に依存する。淡水は、処理の良好な効率及び低価格さのために常に好ましい。海水は豊富であるが、ＨＦ設備の稼働に必要とする無塩水を抽出するには大量に必要である。
【０１３９】
図１２は、図１１に示す構造を実質的に備える複数のセル６００、６０２ａを備える発電設備における最後の２つのセル６００の上面図である。図１２では、前のセル（図示せず）からの比較的低圧の排出水６０４及び隣接セル６０５の水力タービンからの排出水６０４ａそれぞれは、処理流体６０９ａ、６０９ｂとしてそれぞれの後続セルのＨＦに投入される。一実施形態では、最終セル６０２ａの水力タービン６０３からの最終低圧排出水６０４ｂは、塩水作製源６０６に供給される。一実施形態では、塩水作製源６０６は、塩水作製蒸発湖である。一実施形態では、塩水作製源６０６は、隣接セル６０５への供給水６０１の供給源である。
【０１４０】
図１３は、ＩＳＯ発電交換器の最終セル１２０を示し、セル１２０は、全体に図１１で説明した構造を有する複数の圧力容器１２２、１２４、１２６を備える。
【０１４１】
一実施形態では、複数の圧力容器１２２、１２４、１２６（図１３）は、可撓性支持部材を備えない。一実施形態では、複数の圧力容器１２２、１２４、１２６（図１３）は、図１４に関連してより十分に説明する可撓性支持部材を備える。
【０１４２】
図１３を再度参照すると、前のセルのタービンから排出された希釈塩水１２８は、処理流体としてそれぞれの圧力容器１２２、１２４、１２６内の交換器の最初のパネル１３０、１３２、１３４に供給される。一実施形態では、希釈塩水１２８は、比較的低い圧力を有する。高塩分供給塩水１３５は、供給源１４０から１３１ａ〜ｃで各圧力容器１２２、１２４、１２６内に供給される。一実施形態では、高塩分供給塩水１３５は比較的高い圧力を有する。高塩分供給塩水１３５が交換器を渡って通過するにつれて、水は処理流体１２８から高塩分供給塩水１３５内に透過し、高塩分供給塩水１３５を希釈する。この結果得られるのは、希釈された生成塩水１３８である。一実施形態では、希釈生成塩水１３８は、タービン１４１に供給される。一実施形態では、タービン排出水１４１ａは、高塩分塩水の供給源１４０に再利用される。処理流体１２８は、最初のパネル１３０、１３２、１３４から末尾パネル１３７ａ〜ｃに通過するにつれて漸進的に濃縮される。この結果得られた濃縮処理流体１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、それぞれの末尾パネル１３７ａ〜ｃから排出される。一実施形態では、濃縮処理流体１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃは、供給塩水として１つ又は複数の前のセルに投入される。
【０１４３】
動作圧力／タイライン及び流速
大型系では、タイライン流速は、立方メートル毎秒（ｍ３／ｓ）単位で表される。小型又は閉鎖系では、タイライン流速は、リットル毎秒（Ｌ／ｓ）単位で表される。１単位のＬ／ｓ高塩分供給塩水は、本発明の系を使用すると約２０から約５０ＫＷの電力を発生させることになる。対数平均濃度差（ＬＭＣＤ、以下で定義する）がメンブレンの許容可能な動作圧力よりも大きい場合、系の大量の化学ポテンシャルが浪費され、効率を低下させることになる。したがって、最後のセルに供給する水の塩分は、半透過性メンブレンの最大動作圧力をもたらす塩分にできるだけ近づけるべきである。
【０１４４】
タイライン（ＴＬ）流速は、（ａ）セル設備内の最後のセルに供給する水の塩分（以下、「最後のセル供給水塩分」）対（ｂ）セル設備内の最後のセルから排出された流体の塩分（以下、「最後のセル排出塩分」）の比率（Ｘ）により決定され、
但し、
Ｘ＝（最後のセル供給水塩分／最後のセル排出水塩分）＝（最後のセルから排出された水の容積流速／最後のセルに供給した水の容積流速−１）
である。
【０１４５】
最後のセルに供給した水の容積流速が１単位容積（リットル／秒又は平方メートル／秒等）であると仮定すると、
ＴＬ＝（最後のセルから排出した水の容積流速／最後のセルに供給した水の容積流速）＝Ｘ−１
である。一実施形態では、複数のセルを備える設備において、比率Ｘ及びＴＬは、設備全体を通して一定に保たれる。例えば、最後のセルから排出された水の塩分が６％であり、Ｘが２である（排出される水の容積流速は最後のセルに供給した水の容積流速の２倍である）場合、ＴＬは１単位容積である。
【０１４６】
一実施形態では、ＴＬが最適化され、発電効率は、設備内の隣接し合うセルに渡る塩分分布を評価することによって最適化される。
【０１４７】
例えば、一実施形態では、半透過性メンブレンの許容可能な動作圧力は６％であると仮定する。設備内の最後のセルに供給した水の塩分が１２％であり、処理流体が淡水である場合、推定ＬＭＣＤは８．６６である。８．６６はメンブレンの許容可能な動作圧力（６％）よりも高いので、６％の塩分をポンプ動作の基準として使用することは効率的ではなく、貴重な塩分が失われることになる。一実施形態では、系は、８％から４％の塩分（比率Ｘ＝２）で動作する中間セルを追加することによって、メンブレンの許容可能な動作圧力（６％）内の最終塩分を生成するように最適化される。
【０１４８】
例えば、別の実施形態では、（ａ）半透過性メンブレンの許容可能な動作圧力が６％であり；（ｂ）設備内の最後のセルに利用可能な供給水が３０％の塩分で１ｍ３／ｓであり；（ｃ）処理流体が淡水であると仮定する。本実施形態では、Ｘが５でありＴＬが４ｍ３／ｓである場合、６％の最終塩分が生成される。一層大きな効率は、設備内の各セルのＬＭＣＤを考慮することにより実現できる。２つのセルのみを有する設備では、各セルのＬＭＣＤは、７．４５となり、これは、６％の半透過性メンブレンの許容可能な動作圧力よりも大きい。一実施形態では、より高い効率は、４ｍ３／ｓの一定タイライン流で、以下の塩分範囲：［１０％〜２％］セル１、［２０％〜４％］セル２、［３０％〜６％］セル３を有する３つのＩＳＯセルの使用により実現される。
【０１４９】
ＩＳＯ発電設備の最適化は、タイライン流の供給源が汽水又は海水である場合、利用可能な塩分の動作限界が３．５％から６％の間とより低いために、より複雑になる。
【０１５０】
高溶解性塩は、ＩＳＯ発電に有利である。配合された低分子量可溶性塩は、自立運転型マルチセル高効率閉鎖系の構成において著しく価値がある。これらの塩の溶解度は、１リットルあたり７００グラムを超える（塩化ナトリウム飽和の２倍を超える）ことができる。これらのＩＳＯ電力系は、米国のサンベルトを含む、世界の乾燥地帯の集中太陽エネルギーに依存する。そのような系は、典型的には、３〜１０のタイライン対供給塩水流速の比率を有する最大７個のセルから構成される。
【０１５１】
交換器は、様々な数のアレイを備えることでき、圧力容器は、様々な対応区分を有することができることを当業者は了解するであろう。
【０１５２】
一体型大規模ＩＳＯ−脱塩プラント
図１５は、発電設備２０２を備える一体型大規模ＩＳＯ電力・海水脱塩プラント２００の上面図である。一実施形態では、脱塩セル２５０は、ＩＳＯ発電設備２０２により生成した電力を使用して稼働される。
【０１５３】
図１５を参照すると、発電設備２０２は、複数のセル２０４ａ、２０４ｂを備える。一実施形態では、セル２０４ｂの少なくとも一部は、漸進的に変化する直径を含む複数の圧力容器２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄを備える。一実施形態では、各圧力容器２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ及び２０６ｄは、アレイ２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃ及び２６０ｄを保持する。
【０１５４】
一実施形態では、海水２５２は、フィルタ２５４を通して供給される。海水２５２は、典型的には、約３．５％（３５ｇ／Ｌ又は５９９ミリモル／リットル）の比較的低い塩分を有する。一実施形態では、フィルタ処理された海水は、１つ又は複数の脱塩セル（図示せず）に供給される。一実施形態では、第１のフィルタ処理された海水２５２ａは、逆浸透向けに適合したアレイ２５１を備える脱塩セル２５０に供給される。対のＨＦパネル１０、２０（図２）を使用する脱塩は、より高い圧力の使用を必要とする。一実施形態では、第１のフィルタ処理された海水２５２ａは、圧力交換器２６１に供給される。一実施形態では、脱塩セル２５０への脱塩供給水２５２ｂは、加圧された最初のフィルタ処理海水である。一実施形態では、脱塩供給水２５２ｂは、約５０バール以上の圧力を有する。図１５では、脱塩供給水２５２ｂは、脱塩アレイ２５１の周りを移動し、パネル２５６を渡り、アレイ２５１に入る。脱塩供給水２５２ｂは、パネル２５６から移動し、パネル２５６を渡り、アレイ２５１を渡り、パネル２５６ａに渡る。脱塩供給水２５２ｂは、ＨＦを備えるアレイを渡って比較的高い圧力下で流れるので、水は、海水からＨＦ内に透過し、脱塩生成水２５５になる。脱塩供給水２５２ｂの塩分は、パネル２５６から通過し、パネル２５６を渡り、最初のパネル２５６ａに至り、最初のパネル２５６ａを渡るにつれて増加する。この結果得られるのは、塩化海水２５７である。一実施形態では、圧力交換器２６１は、エネルギー節約のために塩化海水２５７の高圧を使用するように適合される。
【０１５５】
脱塩生成水２５５は、様々な方法で使用できる。一実施形態では、脱塩生成水２５５は淡水として使用される。一実施形態では、脱塩生成水２５５は、処理流体として発電設備に投入される。一実施形態では、脱塩生成水２５５は上記の目的の両方に使用される。
【０１５６】
一実施形態では、塩化海水２５７は、約５％以上の塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、約６％以上の塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、約７％以上の塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、約８％以下の塩分を有する。
【０１５７】
一実施形態では、塩化海水２５７は、４％から７％までの塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、５％から７％までの塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、６％から７％までの塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、４％以上の塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、約５％以上の塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、約６％以上の塩分を有する。一実施形態では、塩化海水２５７は、約７％以上の塩分を有する。
【０１５８】
この塩化海水２５７は、供給源２４５に進入する生成塩水２２８ｄを補うために使用でき、それにより、より多くの発電の可能性をもたらす。一実施形態では、塩化海水２５７及び生成塩水２２８ｄを含む混合塩水２４３は、塩水蒸発湖２４５に投入される。一実施形態では、混合塩水２４３は、蒸発湖の第１の端部２４５ａに進入する。混合塩水２４３は、できるだけ高塩分まで蒸発させる。一実施形態では、塩水蒸発湖２４５は、第１の端部２４５ａでは比較的低い塩分を有するが、対向端部では比較的高い塩分の供給塩水２４５ｂを増加させる。一実施形態では、供給塩水２４５ｂの比較的高い塩分は、ＨＦの半透過性メンブレンによって処理するには依然として十分に低い塩分である。
【０１５９】
一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約８％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約９％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約１０％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約１１％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約１２％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約１５％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約２０％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約２５％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約３０％以上の塩分を有する。一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、約３２％以下の塩分を有する。
【０１６０】
図１５に示す一実施形態では、セル２０４ｂは、４つの圧力容器を備える。一実施形態では、圧力容器２０６ａは、圧力容器２０６ｂよりも小さな直径を有し；圧力容器２０６ｂは、圧力容器２０６ｃよりも小さな直径を有し；圧力容器２０６ｃは、圧力容器２０６ｄよりも小さな直径を有する。
【０１６１】
一実施形態では、供給塩水２４５ｂは、２０８で最大の圧力容器２０６ｄに導入される。一実施形態では、２０８で導入した供給塩水２４５ｂは、アレイ２６０ａの周りを流れ、迂回流２３０を生成する。迂回流２３０は、圧力容器２０６ｃに導入され、アレイ２６０ｂの周りを循環し、迂回流２３０ａを生成する。迂回流２３０ａは、圧力容器２０６ｂに導入され、アレイ２６０ｃの周りを循環し、圧力容器２０６ａへの最初の供給水２３０ｂを生成する。最初の供給水２３０ｂは、圧力容器２０６ａ内のアレイ２６０ｄの周りを循環し、末尾パネル２２４ａを渡り、アレイ２６０ｄの最初のパネル２２４に至る。最初の供給水２３０ｂは、アレイ２６０ｄを渡って通過するにつれて希釈される。一実施形態では、最初の希釈供給水は、圧力容器２０６ｂ内のアレイ２６０ｃへの供給水２２８ａである。一実施形態では、供給水２２８ａは、末尾パネル２２２ａから移動し、末尾パネル２２２ａを渡り、アレイ２６０ｃ内の最初のパネル２２２に至る。供給水２２８ａは、末尾パネル２２２ａからアレイを渡って通過し、末尾パネル２２２ａを渡り、最初のパネル２２２に至り、最初のパネル２２２を渡るにつれて希釈され、希釈供給水２２８ｂが生成される。一実施形態では、希釈供給水２２８ｂは、アレイ２６０ｂに供給され、末尾パネル２２０ａを渡って移動し、最初のパネル２２０に至り、希釈供給水２２８ｃを生成する。一実施形態では、希釈供給水２２８ｃは、圧力容器２０６ｄ内のアレイ２６０ａへの供給水である。一実施形態では、希釈供給水２２８ｃは、末尾パネル２１４ａを通って流れ、末尾パネル２１４ａを渡り、最初のパネル２１４に至り、希釈供給水２２８ｄを生成する。一実施形態では、希釈生成水２２８ｄは、タービン２４２に供給され、電気、及びタービンからの圧力の低下した排出水を生成する。一実施形態では、タービンからの圧力の低下した排出水は、塩化海水２５７と配合され、混合塩水２４３を生成する。
【０１６２】
一実施形態では、前のセル２０４ａのタービン排出水２１６は、処理流体２１２として使用される。一実施形態では、処理流体２１２は、タービン排出水ドラム２１２ａから供給され、最大の圧力容器２０６ｄ内のアレイ２６０ａの最初のパネル２１４に至る。処理流体２１２は、最初のパネル２１４ａから流れ、最大の圧力容器２０６ｄ内の交換器の末尾パネル２１４に至る。この結果得られるのは、第１の濃縮処理流体２２６である。
【０１６３】
第１の濃縮処理流体２２６は、圧力容器２０６ｃ内のアレイ２６０ａの最初のパネル２２６のＨＦ内に処理流体として供給される。処理流体２２６は、最初のパネル２２０内のＨＦを通って流れ、アレイの末尾パネル２２０ａ内のＨＦに至り、アレイの末尾パネル２２０ａ内のＨＦを通って、第２の濃縮処理流体２２６ａを生成する。第２の濃縮処理流体２２６ａは、圧力容器２０６ｂの最初のパネル２２２内のＨＦに供給される。一実施形態では、第２の濃縮処理流体２２６ａは、最初のパネル２２２内のＨＦを通って流れ、末尾パネル２２２ａ内のＨＦに至り、末尾パネル２２０ａ内のＨＦを通って、第３の濃縮処理流体２２６ｂを生成する。第３の濃縮処理流体２２６ｂは、最初のパネル２２４ａ内のＨＦに供給され、末尾パネル２２４ａ内のＨＦに至り、末尾パネル２２４ａ内のＨＦを通る。この結果得られるのは、最終濃縮処理流体２４０である。一実施形態では、最終濃縮処理流体２４０は、発電設備内の前のセル（複数可）に供給される。
【０１６４】
水抽出／水回収系
一実施形態では、ＨＦパネル１０は、水抽出／水回収のための系及び方法で使用される。水抽出／水回収は、様々な状況で重要である場合がある。そのような状況には、必ずしもそれらに限定するものではないが、透析（腎不全の場合、血液から老廃物を含む水を除去する）、１つ又は複数の可溶性塩を含む塩水から水を回収すること、有機溶液から水を抽出すること、及び放射能汚染物を含む溶液から水を抽出することを含む。
【０１６５】
分子量のより低い溶質は、一般に、浸透圧のより高い溶液を生成する。分子量のより高い溶質は、一般に、浸透圧のより低い溶液を生成する。したがって、一般に、比較的低い浸透圧を有する溶液から水を抽出することがより効率的である。
【０１６６】
水抽出／水回収中の流速は、一般に発電中の流速よりも低い。一実施形態では、水抽出／水回収中の流速は、リットル／秒、ｍ３／分又はガロン／分の単位である。大規模水抽出系では、流速は、ｍ３／秒とすることができる。
【０１６７】
一実施形態では、ＨＦパネルは、透析の実施に使用される。本実施形態では、ＨＦメンブレンは、０．１から１０マイクロメートルの孔径範囲を有する精密ろ過メンブレンである。本実施形態では、流速は、典型的にはｃｃ／分単位となる。
【０１６８】
一実施形態では、ＨＦパネルは、塩水（１つ又は複数の可溶性塩を含む水溶液）から水を回収する系で使用される。本実施形態では、ＨＦパネルは、ナノメートル孔径、好ましくは１ナノメートル未満の孔径のメンブレンを備える。一実施形態では、ＨＦパネルは、比較的低い塩分の塩水を含む供給水から水を抽出するために使用される。一実施形態では、ＨＦパネルは、１％の塩化ナトリウム塩水を含む供給水から水を抽出するために使用され、この塩化ナトリウム塩水は、約４４８ｐｓｉの浸透圧を有する４％の塩水を含む処理流体の使用により、約１１２ｐｓｉの浸透圧を有する。本実施形態では、メンブレンを渡る透過水（又はタイライン）は、１単位容積である。したがって、１％塩分の２容積の供給水は、１容積の透過水及び２％塩分の１容積の濃縮供給水として残り；４％塩分の１容積の処理流体は、１容積の透過水を含む２容積の希釈処理流体として残り、この希釈処理流体は、２％の塩分を有する。本実施形態では、駆動浸透力（ＬＭＣＤ）は１６２ｐｓｉである。
【０１６９】
一実施形態では、水は、有機溶液から抽出される。一実施形態では、水は、１０％の糖を含有するサトウキビ果汁から抽出される。一実施形態では、処理流体は４％塩分の塩水である。食品加工用途では、抽出処理は、更なる処理を必要とせず、必要な処理のみとすることができる。砂糖溶液の浸透圧は、塩化ナトリウム溶液の浸透圧の約１０％にすぎない。したがって、一実施形態では、１０％の砂糖濃度で入っている砂糖溶液を含む２容積の供給水は、１容積の透過水（タイライン）、及び２０％の砂糖濃度を有する１．０容積の濃縮供給水を生成することになる。一実施形態では、１％の砂糖濃度を含む１０容積の供給水は、砂糖濃度２０％を有する１．０容積の濃縮供給水を生成することになる。この場合、溶液は、かなり希釈され、食品グレードの生成水を含有するので、第１の非加熱濃縮処理として逆浸透等の侵襲的処理を使用して溶液を２０％濃度まで濃縮し、次に抽出処理を行い、より高濃度に到達させることが経済的に賢明であると思われ、この抽出処理には、６％塩分以上での処理供給水を必要とすることがある。抽出した塩水は、利用可能な廃熱により又は太陽池内で濃縮し、より多くの砂糖溶液の濃縮に再利用できる。
【０１７０】
全ての実施形態において、経済性は、装置の構成、並びに処理供給水の流れ及び組成を決定する。
【０１７１】
一実施形態では、水は、放射能汚染物を含む溶液から抽出される。有利には、放射能汚染物を含む溶液は、一般に、より高い分子量を有する溶質を含む。したがって、そのような溶液は、比較的低い浸透圧を有する傾向がある。放射能汚染物は、様々な形態を取り得る。一実施形態では、放射能汚染物は、セシウム−１３７を含む。
【０１７２】
セシウム−１３７は、ウラン−２３５の核分裂によって生じる危険な放射性物質である。セシウム−１３７は、可鍛性で銀白色の軟金属であり、２８．４℃の溶融点及び１３６．９０７の分子量である。セシウム−１３７の半減期は３０年である。セシウム−１３７は、ベータ粒子、ガンマ線の放出により減衰し、バリウム−１３７ｍに変換される。セシウム−１３７は、チェルノブイリ及び最近の、日本の福島第一原子力発電所の場合のように、原子力事故の間に放出される放射線総量の大きな一因である。
【０１７３】
一実施形態では、水は、放射能汚染物を含有する供給淡水（淡水が５００ｐｐｍ未満の溶解固体を含む場合、通常は飲用水に使用する）から抽出される。セシウム−１３７で汚染された１立方メートルの水は、ほんの数グラムのセシウム−１３７しか含有しないとされ、浸透に無視できる影響しか及ぼさない。一実施形態では、比較的純粋な水は、セシウム−１３７で汚染された水から抽出され、濃縮セシウム−１３７を残す。一実施形態では、濃縮セシウム−１３７は、必要に応じて抽出器から押し流される。一実施形態では、抽出メンブレンは、必要に応じて安全に処分される。
【０１７４】
一実施形態では、水は、（透過水又はタイラインとして）放射性汚染低塩分塩溶液（例えば１％又は１０，０００ｐｐｍの塩）から抽出される。一実施形態では、放射能汚染物質は、セシウム−１３７を含む。一実施形態では、所与の濃度のセシウム−１３７を含む１％の塩分塩水を含む２容積の供給水を抽出して、１容積のタイライン、及び２％の塩分及び２倍のセシウム−１３７濃度で１容積の水を含む濃縮放射性供給生成水を生成する。一実施形態では、４％塩分の１容積の処理流体は、ＨＦパネルの内腔に入り、２％の塩分の２容積の水としてＨＦ内腔（及び透過水又はタイライン）を出る。一実施形態では、抽出器を出た再利用（又は貯蔵）する放射性汚染水の容積は、より一層高い塩分を有する処理流体の使用により減少する。一実施形態では、１％塩分の２容積の放射性汚染水は、４％の塩分を有する（ＨＦ内腔内の）処理流体を使用することによって、８％の塩分の濃縮した再利用放射性汚染水の約１／４の容積に減少する。このような実施により、放射性汚染水に対する貯蔵要件及び関連する整備が減少する。一実施形態では、処理流体は、３％以上；４％以上；５％以上；６％以上；７％以上；８％以上；９％以上；１０％以上；１１％以上；１２％以上；１３％以上；１４％以上；１５％以上；１６％以上；１７％以上；１８％以上；１９％以上；２０％以上の塩分を有する。
【０１７５】
次に、図１６及び図１７に関連して水抽出−水回収をより詳細に説明する。図１６は、３つのセル水抽出−逆浸透水回収系３００の機器構成を示す。図１６の系３００は、有害化学物質又は放射性物質による汚染水を浄化するのに有用である。本実施形態では、半透過性メンブレンは、水を通過させるが、汚染異物は通過させない。
【０１７６】
一実施形態では、第１のアレイ３１７を備える第１のセル３００ａは、比較的低い最初の圧力で動作する。一実施形態では、第１の水抽出セル３００ａは、比較的低い圧力の筐体３０４を備える。下流の逆浸透回収系は、比較的高い圧力で動作し、高圧の筐体３２６を備える。一実施形態では、下流の逆浸透回収系は、第２のアレイ３２２を備える第２のセル３００ｂ、及び第３のアレイ３２４を備える第３のセル３００ｃを備える。前述のように、アレイ３２２、３２４は、交互の対の実質的に直交するパネルを備え、それぞれは、複数のＨＦを備える。
【０１７７】
低圧セル３００ａにおける流速は、図３に関連して説明したものと同様である。一実施形態では、安全区画３０２内に蓄積した汚染流体は、ポンプ３０１を通って通過し、第１のセル３００ａの最初のパネル３０６に至り、最初のパネル３０６を渡る。汚染流体が比較的低い圧力で末尾パネル３０６から通過し、末尾パネル３０６を渡り、最初のセル３００ａの最初のパネル３０８に至り、最初のパネル３０８を渡るにつれて、水は、ＨＦ内の処理流体から通過し、汚染流体３０２に入る。ここで得られるのは、濃縮された有害化学物質又は放射性廃棄物質３１２である。濃縮された有害化学物質又は放射性廃棄物質３１２は、放射性廃棄物３１５と再利用放射性汚染水３０２とに分離される。一実施形態では、放射性廃棄物は、安全に廃棄される。
【０１７８】
一実施形態では、本方法は、第１の濃縮処理流体３１４も生成する。一実施形態では、第１の濃縮処理流体３１４は、第１の流れ３１６と第２の流れ３１６ａとに分離される。一実施形態では、第１の流れ３１６は、圧力交換器３１８に供給される。一実施形態では、第２の流れ３１６ａは、ポンプ３２０に供給される。一実施形態では、加圧された第１の流れ３１６ｂは、ポンプ３２０から出て、加圧された第２の流れ３１８ａは、圧力交換器３１８から出る。一実施形態では、加圧された第１の流れ３１６ｂ及び加圧された第２の流れ３１８ａを合わせて供給水３２１を生成する。
【０１７９】
一実施形態では、供給水３２１は、汚染流体３０２よりも高い圧力を有し、有害化学物質又は放射性物質汚染のレベルがより低下している。一実施形態では、供給水３２１は、より高圧で動作するように適合した複数のセルを備える下流の交換器に投入される。下流の交換器は、除染処理流体３３８を生成するのに必要なあらゆる数のセルを備えることができる。図１６では、下流の交換器は、第２のアレイ３２２を備える第２のセル３００ｂ、及び第３のアレイ３２４を備える第３のセル３００ｃを備える。
【０１８０】
一実施形態では、供給水３２１は、供給水と第２のセル３００ｂのＨＦ内腔内の処理流体との間に５０バール（７２０ｐｓｉ）以上の圧力差をもたらすのに十分に高い圧力を有する。比較的高い圧力の供給水３２１が末尾パネル３２８から通過し、末尾パネル３２８を渡り、第２のアレイ３２２の最初のパネル３３０に至り、最初のパネル３３０を渡るにつれて、水は、供給水３２１から通過し、第２のアレイ３２２のＨＦ内腔内の処理流体に入る。ここで得られるのは、濃縮された放射性流３３４及び第１の除染処理流体３３２である。一実施形態では、濃縮された有害化学物質又は放射性物質流３３４は、安全に処分される。一実施形態では、濃縮された放射性流３３４は、第２の有害化学物質又は放射性廃棄物質３３４ａと第２の廃水３３４ｂとに分離される。一実施形態では、第２の有害化学物質又は放射性廃棄物質３３４ａは、安全に処分される。一実施形態では、第２の廃水３３４ｂは、第１の圧力交換器３１８に再利用される。一実施形態では、第２の廃水３３４ｂは、加圧された第１の流れ３１６ｂと合わせて供給水３２１を生成する。
【０１８１】
一実施形態では、第１の除染処理流体３３２は、比較的高い圧力でセル３００ｂから第３のセル３００ｃに同様に圧送される。供給水３２１ａが第３のセル３００ｃ内の逆浸透アレイ３２４を渡って通過するにつれて、水は、供給水３２１ａから通過し、逆浸透アレイ３２４のＨＦ内の処理流体に入る。ここで得られるのは、第２の濃縮された放射性流３３６及び除染処理流体３３８である。一実施形態では、濃縮された放射性物質流３３６は、安全に処分される。一実施形態では、濃縮された放射性物質流３３６は、第３の放射性廃棄物３４０と第３の有害化学物質又は放射性物質廃水３４２とに分離される。一実施形態では、第３の放射性廃水３４２は、第２の圧力交換器３１８ａに再利用される。比較的高い圧力の供給水３２１ａが第３の逆浸透アレイ３２４を渡って通過するにつれて、水は、供給水３２１ａから通過し、第３の逆浸透アレイ３２４のＨＦ内腔内の処理流体に入る。ここで得られるのは、濃縮された放射性物質流３３６及び第２の除染処理流体３３８である。一実施形態では、除染処理流体３３８は、処理流体３１０として使用される。除染処理流体３３８は、様々な目的で使用できる。一実施形態では、除染処理流体３３８は、淡水として使用される。
【０１８２】
図１７は、水を回収する目的及び／又は商業溶液、工業溶液又は危険溶液を濃縮する目的で、前記溶液から水を抽出する多重サイクル処理を示す概略図である。図１７の多重サイクル処理は、本質的に図１６と同様であるが、図１６は、装置の機械的構成を繰り返し、図１７は、基本処理機能及び動作の略図を描くものである。
【０１８３】
図１７の多重サイクル処理は、連続的に循環する３つ以上の一体化ループを備える。一実施形態では、３つ以上の一体化ループは、同調式に動作する。一実施形態では、第１のループ（「ＩＳＯ」ループ）は、水を抽出し、処理流体供給源６９９と抽出アレイ７０２との間で動作する。一実施形態では、第２のループは、抽出アレイ７０２と第１の逆浸透アレイ７０４（「ＲＯ」）との間で動作する。一実施形態では、第２のループは、残留汚染物質を保持することによって水を浄化し、この残留汚染物質を処理流体供給源６９９に戻すか又は処分する。一実施形態では、第３のループは、第１の逆浸透アレイ７０４と第２の逆浸透アレイ７０６との間で動作する余剰ループである。一実施形態では、第３のループは、特に有害化学物質又は放射性物質が存在する場合、回収した水を更に浄化する。水は、系内に蓄積されない。したがって、水は、抽出アレイ７０２内で所与の速度で抽出され、第２の逆浸透アレイ７０６を所与の速度で出る。
【０１８４】
図１７を参照すると、１％以下の塩分を有する処理流体７０８は、第１のループ７０１内の処理流体供給源６９９から圧送される。一実施形態では、処理流体７０８は、汚染水の量及び必要な処理時間により決定した速度で処理される。例えば、水抽出効率が５０％である場合、全ての抽出された単位容積の水に関して、２単位容積の原水が２リットル／秒又は２ｍ３／分等の速度で処理流体供給源６９９から送られ、抽出アレイ７０２を渡る。比較的高い塩分の供給塩水７３４は、比較的低い圧力で抽出アレイ７０２に供給される。図１７では、比較的高い塩分の供給塩水７３４は、約６％の塩分を有し、約１バールの圧力で供給される。比較的高い塩分（６％）の供給水７３４が、比較的低い塩分（１％以下）の処理流体を充填したＨＦを備える抽出アレイ７０２を渡って通過するにつれて、約１±リットル／秒の最初の流速を有する水のタイラインは、処理流体から比較的高い塩分の供給水７３４に自然に流れ、比較的低い塩分（３％）の、最初の流速よりも速い流速が追加された生成水７３４ａが生成される。一実施形態では、追加される流速は、約１±リットル／秒である。
【０１８５】
一実施形態では、ポンプＰ１は、処理流体７０８の圧力を調整し、加圧処理流体７０９を生成する。図１７では、アレイ７０２は、加圧処理流体７０９と比較して塩分が増大した濃縮処理流体７１０を生成する。一実施形態では、濃縮処理流体７１０は、加圧処理流体７０９の塩分の約２倍の塩分を有する。一実施形態では、濃縮処理流体７１０の圧力は、圧力調整器７１２により調整される。
【０１８６】
中間塩分生成水７３４ａは、抽出アレイ７０２から流れ、第２のループ７０１ａに入る。一実施形態では、中間塩分生成水７３４ａは、第１の流れ７１５と第２の流れ７１８とに分離される。一実施形態では、第１の流れ７１５及び第２の流れ７１８はそれぞれ、約３％の塩分及び約１±リットル／秒の流速を有する。
【０１８７】
一実施形態では、第１の流れ７１５は、圧力交換器７１６に供給され、第２の流れ７１８は、ポンプ７２０に供給される。一実施形態では、ポンプ７２０は、約６．３８Ｋジュールのエネルギーを使用して第２の流れ７１８の圧力を増大させ、圧力の増大した第２の流れ７１８ａを生成する。一実施形態では、第１の流れ７１５は、圧力交換器７１６に供給される。一実施形態では、圧力交換器は、後で使用するために第１の流れ７１５から圧力を回収し、比較的高い圧力の第１の流れ７１５ａを生成する。
【０１８８】
一実施形態では、圧力の増大した第１の流れ７１５ａ及び圧力の増大した第２の流れ７１８ａを合わせて、第１の逆浸透アレイ７０４への第２の供給水７２２を生成する。比較的高い圧力の第２の中間塩分供給水７２２は、第１の逆浸透アレイ７０４を渡って通過し、塩分の増大した第２の生成水７２４が生成される。一実施形態では、第２の生成水７２４は、約６％の塩分を有する。
【０１８９】
一実施形態では、第２の生成水７２４は、第１の流れ７２６と第２の流れ７２８とに分離される。一実施形態では、比較的高い圧力の第１の流れ７２６は、圧力交換器７１６に供給され、ここで、圧力は、第１の流れ７１５を加圧することによって回収され、圧力の増大した第１の流れ７１５ａ、圧力の低下した第２の流れ７３２及び約６．３８Ｋジュールの回収エネルギーを生成する。一実施形態では、比較的高い圧力の第１の流れ７２８は、背圧制御弁７３０によって保持され、圧力の低下した第１の流れ７３１は、圧力の低下した第２の流れ７３２と合わされ、抽出アレイ７０２への戻り流７３４を生成する。一実施形態では、戻り流７３４は、約６％の塩分及び約１リットル／秒の流速を有する。
【０１９０】
約３％の塩分を有する第２の供給水７２２は、第１の逆浸透アレイ７０４を渡って通過し、この第１の逆浸透アレイ７０４は、抽出アレイ７０２と同様の構造を有するが、異なる動作条件及び流れパターンを有する。第２の供給水７２２は、処理流体７０９と比較して低下した塩分を有する。一実施形態では、低下した塩分は約３％である。第２の供給水７２２は、処理流体７０９よりも速い流速を有する。一実施形態では、流速は、約２リットル／秒である。
【０１９１】
一実施形態では、第２の供給水７２２は、第１の逆浸透アレイ７０４のメンブレンを渡る供給水７５８と交換され、塩分の低下した第２の生成水７４０を生成し、この第２の生成水７４０は第３のループ７０１ｂへの供給水として働く。一実施形態では、この第３のループ７０１ｂの機能は、第２のループの機能と同一である。
【０１９２】
一実施形態では、塩分の低下した第２の生成水７４０は、第１の流れ７４２と第２の流れ７４４とに分離される。一実施形態では、第１の流れ７４２及び第２の流れ７４４はそれぞれ、約３％の塩分及び約１±リットル／秒の流速を有する。
【０１９３】
一実施形態では、第１の流れ７４２は、圧力交換器７１６ａに供給され、第２の流れ７４４は、ポンプ７２０ａに供給される。一実施形態では、ポンプ７２０ａは、約６．３８Ｋジュールのエネルギーを使用して第２の流れ７４４の圧力を増大させ、圧力の増大した第２の流れ７４４ａを生成する。一実施形態では、第１の流れ７４２は、圧力交換器７１６ａに供給される。一実施形態では、圧力交換器７１６ａは、比較的高い圧力の第１の流れ７４２ａを生成する。
【０１９４】
一実施形態では、圧力の増大した第１の流れ７４４ａ及び圧力の増大した第２の流れ７４２ａを合わせて第２の逆浸透アレイ７０６への第２の供給水７４６を生成する。圧力が増大し、塩分が低下した第２の供給水７４６が第３のアレイ７０６を渡って通過するにつれて、塩分の増大した第３の生成水７４８が生成される。一実施形態では、第３の生成水７４８は、約６％の塩分を有する。
【０１９５】
一実施形態では、第３の生成水７４８は、第１の流れ７５０と第２の流れ７５２とに分離される。一実施形態では、第１の流れ７５０は、圧力交換器７１６ａに供給され、ここで、圧力は、第３の逆浸透アレイ７０６への供給水７４２を加圧することによって回収され、圧力の低下した流れ７５４を生成し、約６．３８Ｋジュールのエネルギーを発生させる。一実施形態では、第１の流れ７５２は、背圧制御弁７５３によって保持され、圧力の低下した第１の流れ７５６を生成する。一実施形態では、圧力の低下した第１の流れ７５６及び圧力の低下した第２の流れ７５４を合わせて、第１の逆浸透アレイ７０４への塩分増加低圧供給水７５８を生成する。一実施形態では、供給水７５８は、約６％の塩分及び約１リットル／秒の流速を有する。装置は、異なる数のアレイを含むように修正できる。一実施形態では、第３のアレイ７０６は、生成水流体７６０を生成する。
【０１９６】
物理学及び熱力学
本明細書で説明したメンブレン要素及び中空繊維パネルの使用は、物理学の分野に基づくものであり、化学工学概念の方法設計の開発に関連し、エネルギーの分野に新たなビジョンを提示するものである。基本的な物理学及び熱力学に関する以下の説明は、本方法及び装置に対する理解を支援するものである。
【０１９７】
熱力学第一法則は、エネルギーを自発的に生成できる機械を構築する可能性を除外する。しかし、熱力学第一法則は、エネルギーを一方から他方に伝達する可能性を除外しない。
【０１９８】
内部エネルギー（Ｕ）を一般化した微分式は、
【０１９９】
【数１】
0006277560.tif 000002
（式１）として表すことができ、式中、エントロピーＳ、体積Ｖ、物質量Ｎ、電力Ｑ、運動量ｐ、質量ｍ、面積Ａ等は、示量性であり、温度Ｔ、圧力ｐ、化学ポテンシャルμ、電気ポテンシャルφ、速度ｖ、重力ポテンシャルψ、表面張力γ等は、エネルギーを結合される示強量である。
【０２００】
この一般化した関係は、浸透の影響を考慮するために
【０２０１】
【数２】
0006277560.tif 000003
（式２）として減少され、μｉは、ｉ番目の化学成分の化学ポテンシャル、モルあたりのジュールである。Ｎｉ（又はｎｉ）は、ｉ番目の化学成分の粒子数（又はモル数）である。
【０２０２】
熱力学では、ギブスの自由エネルギーは、等温等圧熱力学系から得られる「有用な」仕事又は処理を開始する仕事を測定する熱力学ポテンシャルである。ギブスの自由エネルギーは、閉鎖系から抽出できる非膨張仕事の最大量である。この最大量は、完全な可逆過程内でのみ達成できる。
【０２０３】
可逆過程内で達成されるギブスの自由エネルギー、Ｇ（Ｔ、ｐ、Ｎ）は、Ｇ＝Ｕ＋ｐＶ−ＴＳとして単純な形で表すことができる。この関係を式２の代入により異なる形で展開する。
【０２０４】
【数３】
0006277560.tif 000004
（式３）反対の記号項を除くと、ギブスの自由エネルギーの面からの浸透効果は、
【０２０５】
【数４】
0006277560.tif 000005
（式４）であり、圧力及び温度が一定である場合（ｄｐ＝０及びｄＴ＝０）、ギブスの自由エネルギーである過程の可逆性に関する条件は、
【０２０６】
【数５】
0006277560.tif 000006
（式５）をもたらす。
【０２０７】
圧力と化学ポテンシャルとの間の関係を定義するために、式６の化学ポテンシャルは無視できると仮定すると、ｄＧ＝Ｖｄｐであるが、完全気体の状態式からｐＶ＝ｎＲＴであるため、代入により、ｄＧ＝ｎＲＴｄｐ／ｐである。ｐ０とｐとの積分により、
【０２０８】
【数６】
0006277560.tif 000007
が得られる。１モル（ｎ＝１）の場合及び式５により早期に得られた化学ポテンシャルの点から
μ＝μ０＋ＲＴＬｎ（ｐ／ｐ０）（式６）
である。活量係数に関するこの関係の微分は、現実の溶液の考慮により、
μΑ＝μΑ＊＋ＲＴＬａＡ（式７）
をもたらす。次に、浸透圧の数学一般式は、
Δπ＝Δｐ＝ＲＴΔＣｓ（式８）
として表すことができる。
【０２０９】
浸透圧πは、ノーベル賞受賞者のＶａｎ’ｔ  Ｈｏｆｆによって初めて提唱され、Ｓｔａｖｅｒｍａｎの浸透反射係数を含むように修正され、
π＝ΦｉｃＲＴ（式９）
になり、
式中、
π＝バール、ａｔｍ、ｐｓｉ等の単位で示される、メンブレンに加えられる浸透圧又は浸透力、
Φ＝浸透反射係数（ＮａＣｌ＝０．９３、ＣａＣｌ２＝０．８６、ＭｇＣａＣｌ２＝０．８９等）、
ｉ＝解離した溶質分子毎のイオン濃度（Ｎａ＋及びＣｌ−イオン＝２）、
ｃ＝塩イオンのモル濃度、
Ｒ＝気体定数（０．０８３１４４７２リットル・バール／（ｋ．ｍｏｌ））、
Ｔ＝絶対ケルビン度の周囲温度（２０℃＋２７３°＝２９３°Ｋ）である。
【０２１０】
海水の平均塩分は、約３．５％（３５グラム／リットル）であり、海水は、大部分は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の形態の溶質として海塩を含む。計算を簡単にするために、海水が３５グラムのＮａＣｌ／リットルを含有すると仮定する。ナトリウムの原子量は、２３グラムである。塩素の原子量は、３５．５グラムであるので、ＮａＣｌの分子量は、５８．５グラムである。海水中のＮａＣｌのモル数は、３５／５８．５＝０．５９８モル／リットルであり、海水の浸透圧は、
π＝［０．９３］［２］［０．５９８モル／リットル］［０．０８３１４リットル・バール／（ｋ．モル）］［２９３Ｋ］＝２７．１１バール
である。１バール＝１００，０００パスカル（Ｐａ）であり、１キログラム（力）毎平方センチメートル（ｋｇｆ／ｍ２）＝９８０６６．５パスカルであり、浸透圧の計算、π及び海水エネルギー（ＳＷＥ）及び湖の塩水（ＬＢＥ）は、いくつかの形で表すことができる：
π＝［２７．１１×１０５Ｐａ］／［９８０６６．５Ｐａ／（ｋｇｆ／ｃｍ２）］＝２７．６４ｋｇｆ／ｃｍ２
π＝［２７．６４ｋｇｆ／ｃｍ２］［ｍ／１００ｃｍ］［１０００ｃｍ３／リットル］＝２７６．４ｋｇｆ．ｍ／リットル
ａ．ＳＷＥ＝［２７６．４ｋｇｆ．ｍ／リットル］［９．８０６６５ジュール／ｋｇｆ．ｍ］＝２７１１ジュール／リットル＝２．７１１ＭＪ／ｍ３
ｂ．ＳＷＥ＝［２７１１ジュール／リットル［１ｃａｌ／４．１８４Ｊ］［１ｋｃａｌ／１０００ｃａｌ］＝０．６４７９ｋｃａｌ／リットル
ｃ．ＳＷＥ＝［２７１１ジュール／リットル］［１０００リットル／ｍ３］＝２．７１０ＭＪ／ｍ３＝０．７５１ｋＷｈ／ｍ３。
【０２１１】
典型的には発電系での場合である、ほぼ連続的な発電に関して、この系の理論上可能な電力容量は、
ｄ．［２．７１１ＭＪ／ｍ３］［ｌｍ３／ｓ］［３６００ｓ］＝９．７５９ｘ１０９Ｊ＝［９．７５９×１０９Ｗ．ｓ］［ｈ／３６００ｓ］＝２，７１１ｋＷｈ
ｅ．ＳＷＥ＝［２，７１１ｋＷｈ］［２４時間／日］［３６５日／年］＝１年間で２３．７５×１０６ｋＷｈである。
【０２１２】
エジプトのカッターラ低地、チュニジアのジェリド湖、オーストラリアのトレンズ湖等の超高塩湖、又はあらゆる典型的な自然又は人工地帯の場合、平均塩濃度量は、大部分は塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の形態で飽和（摂氏２５度で３５９グラム／リットル）に達することができる。湖の塩分を３３％（３３０グラム／リットル）であると考えると、湖の塩水浸透圧は、
π＝［０．９３］［２］［５．６４１モル／リットル］［０．０８３１４リットル．バール／（ｋ．ｍｏｌ）］。［２９３Ｋ］＝２５５．５９３バール
として推定できる。
【０２１３】
ほぼ連続的な発電に関して、そのような系の湖塩水（ＬＢ）の理論上可能な電力容量は、１Ｗ＝Ｊ／ｓ，１Ｗ．ｓ＝Ｊ、１ｋＷｈ＝３．６×１０６Ｊの場合、
ＬＢＥ＝［２５．５５９ＭＪ／ｍ３］［ｌｍ３／ｓ］［３６００ｓ］＝［９２．０１２４×１０９Ｊ］［１ｋＷｈ／３．６×１０６Ｊ］＝２５，５５９ｋＷｈ
ＬＢＥ＝［２５，５５９ｋＷｈ］［２４時間／日］［３６５日／年］＝２２３．８９７×１０６ｋＷｈ／年、毎１ｍ３毎秒。
【０２１４】
共益的誘導浸透［ＩＳＯ］メンブレン流束に関して、浸透と液圧と水流束との関係を説明する最も単純な式では、Ｊｗは、対数平均濃度差（「ＬＭＣＤ」）の計算に基づく。ＬＭＣＤは、系を駆動する力であり、ＬＭＣＤは、機器の大きさ及び発電に関する現実的な決定を支援する。ＬＭＣＤは、エネルギー再生効率に議論の余地がある場合の系効率のパラメータであるので、全ての設計ケースについて計算してある。
Ｊｗ＝ＡＫｐ［ΦΔπ＠ΔＣｌｍ−ΔΡ］（式１０）
式中、Ｊｗは水流束であり、Ｋｐはメンブレンの液圧透過率であり、Ａはメンブレン面積であり、Δπはメンブレンの２つの側における浸透圧の差であり、ΔＰは、Ｊｗの負の値が逆浸透流を示す場合の静水圧の差であり、Φは反射係数であり、ΔＣｌｍは対数平均濃度差（「ＬＭＣＤ」）である。
【０２１５】
計算した対数平均濃度差は、メンブレンの制限した動作圧力と同じか、この動作圧力よりも小さいものでなければならない。特定の発電設備内に必要なセルの数は、（ａ）供給水及び／若しくは処理流体の最初の塩分、（ｂ）動作圧力並びに／又は（ｃ）これらの組合せに基づき決定できる。対数平均濃度差は、セルの数を増加することによって減らすことができる。対数平均濃度差は、セルの数を減らすことによって増大できる。
【０２１６】
濃度分極は、メンブレン表面に溶解塩が蓄積することにより生じ、比較的高い浸透勾配が局所的にもたらされる。この比較的高い局所的な浸透勾配は、正常な浸透により動かされる透過水の拡散を低減し、メンブレン流束を制限し、更に流れの通過を妨げる。一般に、誘導浸透モードで動作するメンブレンは、逆浸透のメンブレンと比較してメンブレンにかかる圧力が低いために、この現象をそれほど受けやすくない。一実施形態では、供給水は、懸濁固体を除去するために事前に処理される。
【０２１７】
一実施形態では、メンブレンのファウリング及び濃度分極は、以下の１つ又は複数により低減される：
ｉ．メンブレン表面の全幅及び全長に渡り、好ましくは約３，０００以上、３，１００以上、３，２００以上、３，３００以上、３，４００以上、３，５００以上、好ましくは３，５００を超えるレイノルズ数で乱流を維持すること。一実施形態では、レイノルズ数を６，０００以下で維持した場合、圧送エネルギーの過剰な使用が避けられる。一実施形態では、レイノルズ数は６，０００未満で維持される。レイノルズ数は、動的圧力（ρｕ２）及びせん断応力（μｕ／Ｌ）の比率により定義され、数学関数で
Ｒｅ＝（ρｕ２）／（μｕ／Ｌ）＝ρｕＬ／μ（式１１）
として表され、式中、
ａ．Ｒｅ＝レイノルズ数（無次元）
ｂ．ρ＝密度（ｋｇ／ｍ３、ｌｂｍ／ｆｔ３）
ｃ．ｕ＝導管又は管の速度断面積（ｍ／ｓ、ｆｔ／ｓ）
ｄ．μ＝動的粘度（Ｎｓ／ｍ２、ｌｂｍ／ｓｆｔ）
ｅ．Ｌ＝特性長さ（ｍ、ｆｔ）、導管、通路、アニュラス等の水力直径ｄｈとしても公知、但し、ｄｈ＝（４）（導管の断面積／浸水周辺部
ｆ．ｖ＝動粘性率（ｍ２／ｓ、ｆｔ２／ｓ）
ｉｉ．メンブレン・アレイ封入体上の側面に取り付けた電気機械振動器。電気機械振動器は、あらゆる有効周波数で動作できる。一実施形態では、電気機械振動器は、約３０ヘルツ以上、３５ヘルツ以上、４０ヘルツ以上、４５ヘルツ以上、５０ヘルツ以上、５５ヘルツ以上、６０ヘルツ以上、６５ヘルツ以上又は７０ヘルツの振動で間欠的又は連続的に動作する。電気機械振動器は、あらゆる有効距離で移動できる。一実施形態では、電気機械振動器は、３ｍｍ以上、３．５ｍｍ以上、４ｍｍ以上、４．５ｍｍ以上、５ｍｍ以上、５．５ｍｍ以上又は６ｍｍの距離を移動する；
ｉｉｉ．半透過性メンブレンを比較的疎らに取り付けることによって、接触繊維の間に塩の堆積をもたらし得る繊維間の接触点及び関連する層流又は停滞流を最小にする。一実施形態では、中空繊維は、比較的疎らに充填され、枠内に保持される；
ｉｖ．発電又は脱塩の質が低下したときは脱塩流体又は水でメンブレンを定期的に洗浄すること。洗浄は、実質的にあらゆる指定の電力低下時に行うことができる。一実施形態では、洗浄は、１％以上、２％以上、３％以上、４％以上、５％以上、６％以上、７％以上、８％以上、９％以上又は１０％の電力低下時に行われる；
ｖ．メンブレン表面上に異物の生成を回避し、濃度分極を軽減する傾向がある、酢酸セルロース等の親水性半透過性メンブレンの使用；
ｖｉ．封入中間セルにおける界面活性剤の使用；
ｖｉｉ．各ループ内の塩分変化を連続的にオンラインで監視する。一実施形態では、塩分は、塩溶液を注入又は抜くことにより自動的に調節される。一実施形態では、塩分は、所望の塩分を有する水を添加することによって調節される。
ｖｉｉｉ．一実施形態では、二重ダイアフラム圧送系の使用によって電力を節約し、半透過性メンブレンへのファウリングの堆積を遅くする。
【０２１８】
多くの修正を上記の説明に対して行い得ることを当業者は了解するであろう。本明細書で説明した実施形態は、例示的であることのみを意味し、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。本発明は特許請求の範囲において定義する。
【符号の説明】
【０２１９】
１  中空繊維（ＨＦ）
１０  パネル
１２  枠
１３  第１の端部
１３ａ  対向端部
１４  疎充填中空繊維（ＨＦ）
１６  管寄せ
１６ａ  対向管寄せ
２０  パネル
７２０  水平バッフル
７１０  垂直バッフル
９０６  接触構造体
９０６ａ  対向接触構造体
３０００  メンブレン要素
【図１】
0006277560.tif 000008
【図１Ａ】
0006277560.tif 000009
【図２】
0006277560.tif 000010
【図３】
0006277560.tif 000011
【図３Ａ】
0006277560.tif 000012
【図３Ａ−１】
0006277560.tif 000013
【図３Ａ−２】
0006277560.tif 000014
【図３Ｂ】
0006277560.tif 000015
【図３Ｃ】
0006277560.tif 000016
【図３Ｄ】
0006277560.tif 000017
【図３Ｅ】
0006277560.tif 000018
【図３Ｆ】
0006277560.tif 000019
【図３Ｇ】
0006277560.tif 000020
【図４】
0006277560.tif 000021
【図５】
0006277560.tif 000022
【図６】
0006277560.tif 000023
【図７】
0006277560.tif 000024
【図８】
0006277560.tif 000025
【図９】
0006277560.tif 000026
【図９Ａ】
0006277560.tif 000027
【図９Ｂ】
0006277560.tif 000028
【図１０】
0006277560.tif 000029
【図１１】
0006277560.tif 000030
【図１１Ａ】
0006277560.tif 000031
【図１２】
0006277560.tif 000032
【図１３】
0006277560.tif 000033
【図１４】
0006277560.tif 000034
【図１４Ａ】
0006277560.tif 000035
【図１５】
0006277560.tif 000036
【図１６】
0006277560.tif 000037
【図１７】
0006277560.tif 000038
【図１８】
0006277560.tif 000039
【図１８Ａ】
0006277560.tif 000040
【図１９】
0006277560.tif 000041
【図２０】
0006277560.tif 000042
【図２１】
0006277560.tif 000043
【図２２】
0006277560.tif 000044
【図２３】
0006277560.tif 000045
【図２４】
0006277560.tif 000046
【図２５】
0006277560.tif 000047
【図２６】
0006277560.tif 000048
【図２７】
0006277560.tif 000049
【図２７Ａ】
0006277560.tif 000050
【図２７Ｂ】
0006277560.tif 000051
【図２８Ａ】
0006277560.tif 000052
【図２８Ｂ】
0006277560.tif 000053
【図２８Ｃ】
0006277560.tif 000054
【図２８Ｄ】
0006277560.tif 000055
【図２８Ｅ】
0006277560.tif 000056
【図２８Ｆ】
0006277560.tif 000057
【図２８Ｇ】
0006277560.tif 000058
【図２９Ａ】
0006277560.tif 000059
【図２９Ｂ】
0006277560.tif 000060