(57)【要約】中央透過型チューブと、膜素子と、を備える浸透素子であって、前記膜は、第１部分と、第２部分と、を有し、前記第１部分は、前記中央チューブに隣接して配置するための上面エッジを有し、前記第２部分は、その反対側の端部に配置され、前記第１部分は、該第１部分を通じて水の流動を許容する材料を備え、前記第２部分は、該第２部分を通じて水の流動を許容する第１部分から延びる、少なくとも２つの隣接する透過型スペーサを備え、前記透過型スペーサは、前記２つの隣接する透過型スペーサの対向した面に装着される半透過膜を有し、前記第１部分は、前記上面エッジ付近から延びる隔壁を備え、前記中央透過型チューブは、外壁と、各々が中央透過型チューブの縦方向に延びる、第１チャネル及び第２チャネルを画定する、縦方向に延びる内部セパレータと、前記外壁を通じて少なくとも１つの第１チャネルから延びる、少なくとも１つの第１開口と、前記外壁を通じて少なくとも１つの第２チャネルから延びる、少なくとも１つの第２開口と、を備えるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央透過型チューブと、膜素子と、を備える浸透素子であって、
前記膜は、第１部分と、第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記中央チューブに隣接して配置するための上面エッジを有し、
前記第２部分は、その反対側の端部に配置され、
前記第１部分は、該第１部分を通じて水の流動を許容する材料を備え、
前記第２部分は、該第２部分を通じて水の流動を許容する第１部分から延びる、少なくとも２つの隣接する透過型スペーサを備え、
前記透過型スペーサは、前記２つの隣接する透過型スペーサの対向した面に装着される半透過膜を有し、
前記第１部分は、前記上面エッジ付近から延びる隔壁を備え、
前記中央チューブは、
外壁と、
各々が中央透過チューブの縦方向に延びる、少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルを画定する、縦方向に延びる内部セパレータと、
前記外壁を通じて前記少なくとも少なくとも１つの第１チャネルから延びる、少なくとも１つの第１開口と、
前記外壁を通じて少なくとも１つの第２チャネルから延びる、少なくとも１つの第２開口と、を備える、浸透素子。
【請求項２】
前記膜素子は、前記第１チャネル及び前記膜素子の間、並びに前記第２チャネル及び前記膜素子の間を水が通過しうるような中央透過型チューブ周辺で巻付かれ、
前記隔壁は、前記少なくとも１つの第１開口及び前記少なくとも１つの第２開口の間にある前記第１部分を通じた水流を防止するように配置される、請求項１記載の浸透素子。
【請求項３】
前記隔壁は、粘着ラインを備える、請求項１又は請求項２記載の浸透素子。
【請求項４】
各透過型スペーサは、その共通端部の周辺に延びる粘着ラインによって、隣接する半透過膜に装着される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項５】
隣接する透過型スペーサに装着される半透過膜の間に配置される供給スペーサを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項６】
前記第１部分は、複数の透過型スペーサを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１開口及び少なくとも１つの第２開口は、縦方向及び／又は角度方向にオフセットされる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項８】
複数の第１開口及び複数の第２開口のうちの少なくとも１つの開口を備える複数の第１開口及び複数の第２開口のうちの少なくとも１つの開口を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項９】
前記縦方向セパレータは、前記少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルの間の流動連通がない配置とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルは、前記中央透過型チューブの長さに沿って略一定の断面を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の浸透素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の複数の浸透素子を備える、浸透装置。
【請求項１２】
前記の隣接する浸透素子の中央透過型チューブは、コネクタを通じて流動連通され、該コネクタは、前記少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルと同一の断面を有する、少なくとも１つの第１コネクタチャネルと、少なくとも１つの第２コネクタチャネルと、を有する、請求項１１記載の浸透装置。
【請求項１３】
前記浸透素子は、圧力容器内に配置される、請求項１１又は請求項１２記載の浸透装置。
【請求項１４】
前記圧力容器に、より高い濃度の溶液を供給する少なくとも１つの第１入口と、前記浸透素子に、より低い濃度の水を供給する少なくとも１つの第２入口と、を備える、請求項１３記載の浸透装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の浸透装置を備える、浸透プラント。
【請求項１６】
発電所を備える、請求項１５記載の浸透プラント。
【請求項１７】
浸透プラントを使用して発電を行う方法であって、
前記浸透プラントは、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の複数の浸透素子を備え、
前記浸透素子は、圧力容器内に配置され、
前記圧力容器は、前記圧力容器に接続される少なくとも１つの第１入口及び前記圧力素子に接続される少なくとも１つの第２入口と、前記圧力容器からの出口と、を備え、
前記方法は、前記第１入口に、より高い濃度の溶液を供給することと、
前記第２入口に、より低い濃度の水を供給して前記出口での圧力の上昇を引き起こすことと、
前記出口から発電装置に、一定の割合のより高い濃度の溶液を供給することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜素子、中央チューブ、中央チューブと膜を有する浸透素子、浸透素子を含む浸透装置、特に圧力遅延浸透（ＰＲＯ）用途のためのプラント（但し、これに限定されない）に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸透とは、より濃度が低い溶液及びより濃度が高い溶液の間の半透過膜を越えて水が移動する現象として知られる。前方向の浸透において、この水は、より濃度の低い溶液から、より濃度の高い溶液に移動する一方、ＰＲＯ浸透において、水の流量は減少させることができる。より高い濃度の側に十分な圧力を掛けることによって、水量を反転させることができ、この半透過膜を越えて、より高い濃度の溶液から、より低い濃度の溶液に水を移動させることができる。この技法は、水処理及び淡水化を含む、多くの分野での使用が確認されている。また、圧力遅延浸透は、発電に応用される一方、塩水溶液における圧力は、真水源からの浸透によって増強され、この圧力は、タービンの駆動に使用される。
【０００３】
周知の浸透システムにおいて、その各々が、複数の基本多層建設ブロックを反復して構成される、螺旋状に巻付けた浸透素子を使用することが知られている。このような通常のブロックは、供給シートの上から折り畳まれる単一シートの半透過膜を備える。この半透膜シートの面積は、通常、供給シートスペーサの面積の２倍となる。一度、半透過膜が供給シートスペーサの上から折り畳まれると、この供給シートスペーサは、折り畳まれた半透過膜シートの２つの切片を分離する。この供給シートは、半透過膜の表面に沿って自由溶剤が流動するのを許容するように構成される。この半透過膜は、溶液流を防止するように設計されている。その内部に供給スペーサを有する、この折り畳まれた半透過膜を挟んだ状態のものは、離間された透過型スペーサ間に介挿される。この透過型スペーサの面積は、通常、一次元における半透過膜の折り畳まれた切片の面積よりも大きくなるため、一度、折り畳まれた半透過膜及びそれに関連する供給スペーサが、離間された透過型スペーサ間に介挿されると、透過型スペーサから成るタイルは、介挿された透過型スペーサ及び半透過膜の間から延びるのみとなる。この膜を越えて供給される給水は、半透過膜の溶液拒絶スキンと接触した供給スペーサに沿って流動する。そのような複数の基本ブロックは、各透過型スペーサが、専用の横穴を通じて中央チューブ内に、各基本ブロックによって生成された水生成物を排出するような方式で、中央チューブ周辺に螺旋状に巻付けられる。給水は、一般的に、当該チューブに並列して巻付けられた供給スペーサの縦寸法に沿って移動させ、半透過膜を通じた透過型スペーサ内への流動を透過し、中央チューブに向かって螺旋方向に連続する。
【０００４】
先行技術における、螺旋状巻付け膜は、加圧された供給塩水が脱水されて真水生成物を生成する、反転浸透において作用するように設計されている。広い膜面積を増やす必要がある他の用途で機能させるためには、このような膜は、米国特許出願第４，００３，８７８号で教示されるように幾分の改変を要する。この文献は、専用の横穴を通じて中央チューブから螺旋状巻付け膜の透過型スペーサに流液を流出させるために当該中央チューブ内に配置される隔壁を教示している。一般的に、この中央チューブの縦軸に垂直な方向において透過型スペーサ内に延びる流動遮断粘着ラインによって、透過型スペーサ内で一方向の曲がりくねった流路が形成される。この更なる粘着ラインは、上記で説明されるような螺旋状巻付け膜の各基本ブロックを２つの区域に分割する。中央チューブ内の流動は全て遮断され、中央チューブから第１の区域内の透過型スペーサのタイル内へ流され、遮断用の粘着ライン周辺の曲りくねったパターンに流入し、当該遮断手段を越えた点まで中央チューブに逆流し、第２の区域の透過型スペーサのタイルを通じて中央チューブまで戻って排出される。米国特許出願第４，００３，８７８号は、更に、直列接続における、このような浸透素子の列を教示している。米国特許出願第４，００３，８７８号によれば、素子の列における、このような如何なる素子においても、遮断手段より前の中央チューブの第１部分の中の全体の流動はシャントされて、螺旋状巻付け膜を通じて流動し、当該遮断手段を越えた中央チューブの第２部分に到達するようにしなければならない。この直列経路は、当該システムの大流量を支持する機能を制限する素子の間での強い圧力低下、及ぶ不等な圧力及び流動分布の要因となる。
【０００５】
米国特許出願第８，３５４，０２６号は、中央チューブを越えて貫通させた垂直遮断手段を実装することによる、この連結に対する改変を示している。この遮断手段を通過した小型の内チューブシャントは、交互構成で構成され、各々が中央チューブの遮蔽部分を迂回している。その結果、流動路に沿って多くの突発的な直径の収縮及び突発的な直径の拡大が生じる。一度、流動が主要な中央チューブを離れてチューブシャントに流入すると、流路に沿って突発的な直径の低下が生じ、また一度流動がチューブシャントを離れて中央チューブの次の遮断部に流入すると、突発的な直径の拡張が生じる。これは、強い圧力低下と、繰返しになるが、共通の中央チューブラインに沿った浸透素子の間での不均等な流動の要因となりうる。その上、複数のチューブシャントの使用は、却って主要な中央チューブの断面の使用が非効率になる。中央チューブ内に２つの並列チューブを収容するためには、その最大直径は、中央チューブの直径の半分未満にすべきである。その結果、各チューブシャントの断面の組み合わせ面積は、中央チューブの断面積よりもずっと小さくなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、中央チューブと、膜素子と、を備える浸透素子であって、前記膜は、第１部分と、第２部分と、を有し、前記第１部分は、前記中央チューブに隣接して配置するための上面エッジを有し、前記第２部分は、その反対側の端部に配置され、前記第１部分は、該第１部分を通じて水の流動を許容する材料を備え、前記第２部分は、該第２部分を通じて水の流動を許容する第１部分から延びる、少なくとも２つの隣接する透過型スペーサを備え、前記透過型スペーサは、前記２つの隣接する透過型スペーサの対向した面に装着される半透過膜を有し、前記第１部分は、前記上面エッジ付近から延びる隔壁を備え、前記中央チューブは、外壁と、各々が中央透過チューブの縦方向に延びる、少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルを画定する縦方向に延びる内部セパレータと、各々が前記透過型チューブの縦方向に延びる、少なくとも１つの第１開口と、前記外壁を通じて少なくとも１つの第２チャネルから延びる、少なくとも１つの第２開口と、を備える、浸透素子が提供される。
【０００７】
前記膜素子は、前記第１チャネル及び前記膜素子の間、並びに前記第２チャネル及び前記膜素子の間を水が通過しうるような中央透過型チューブ周辺で巻付かれてもよく、前記隔壁は、前記少なくとも１つの第１開口及び前記少なくとも１つの第２開口の間にある前記第１部分を通じた水流を防止するように配置される。
【０００８】
前記隔壁は、粘着ラインを備えてもよい。
【０００９】
各透過型スペーサは、その共通端部の周辺に延びる粘着ラインによって、隣接する半透過膜に装着されてもよい。
【００１０】
前記浸透素子は、隣接する透過型スペーサに装着される半透過膜の間に配置される供給スペーサを備えてもよい。
【００１１】
前記第１部分は、複数の透過型スペーサを備えてもよい。
【００１２】
前記少なくとも１つの第１開口及び少なくとも１つの第２開口は、縦方向及び／又は角度方向にオフセットしてもよい。
【００１３】
前記浸透素子は、複数の第１開口及び複数の第２開口のうちの少なくとも１つの開口を備えてもよい。
【００１４】
前記縦方向セパレータは、前記少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルの間の流動連通がない配置としてもよい。
【００１５】
前記少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルは、前記中央透過型チューブの長さに沿って略一定の断面を有してもよい。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による複数の浸透素子を備える、浸透装置が提供される。
【００１７】
前記の隣接する浸透素子の中央透過型チューブは、コネクタを通じて流動連通され、該コネクタは、前記少なくとも１つの第１チャネル及び少なくとも１つの第２チャネルと同一の断面を有する、少なくとも１つの第１コネクタチャネルと、少なくとも１つの第２コネクタチャネルと、を有してもよい。
【００１８】
前記浸透素子は、圧力容器内に配置されてもよい。
【００１９】
前記浸透装置は、前記圧力容器に、より高い濃度の溶液を供給する少なくとも１つの第１入口と、前記浸透素子に、より低い濃度の水を供給する少なくとも１つの第２入口と、を備えてもよい。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様による浸透装置を備える浸透プラントが提供される。
【００２１】
前記浸透プラントは、発電所を備えてもよい。
【００２２】
本発明の第４の態様によれば、浸透プラントを使用して発電を行う方法であって、前記浸透プラントは、本発明の第１の態様による複数の浸透素子を備え、前記浸透素子は、圧力容器内に配置され、前記圧力容器は、前記圧力容器に接続される少なくとも１つの第１入口及び前記圧力素子に接続される少なくとも１つの第２入口と、前記圧力容器からの出口と、を備え、前記方法は、前記第１入口に、より高い濃度の溶液を供給することと、前記第２入口に、より低い濃度の水を供給して前記出口での圧力の上昇を引き起こすことと、前記出口から発電装置に、一定の割合のより高い濃度の溶液を供給することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
ここで、本発明の実施態様は、以下の添付図面を参照して例示のみによって説明される。
【図１】ＰＲＯ発電所の概略図である。
【図２】本発明を用いた浸透素子の概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２の少なくとも１つの浸透素子を含む浸透装置の断面図である。
【図６】第１構成において接続される１対の浸透素子の概略図である。
【図７】適切な構成において接続される４つの浸透素子の概略図である。
【図８】第２構成において接続される１対の浸透素子の概略図である。
【図９ａ】浸透装置の流動構成の概略図である。
【図９ｂ】浸透装置の流動構成の概略図である。
【図１０】ａ〜ｊは、図３の圧力素子の縦方向の中央チューブの別の斜視断面図である。
【図１１】図３の圧力素子の別の縦方向の中央チューブを通じた縦方向の断面図である。
【図１２】図１１の中央チューブを含む浸透素子の概略図である。
【図１３】別の透過型スペーサの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
ここで、特に図面を詳細に参照すると、上記詳細事項は、例示によるものであって、本発明の好適な実施態様の例示的な記述目的に限定され、本発明の原理及び概念的な態様を最も有効かつ即座に理解するものと思われる事柄を付与するために提示されることが強調される。これに関し、本発明の基本的な理解に必要とされる以上のより詳細に本発明の構造上の細部を示すことを意図したものではなく、本発明の幾つかの形態が如何に実用化されるかについては、当該図面に沿った説明から当業者に明らかとなる。
【００２５】
本発明の少なくとも１つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に記載され、又は図面に図示される構成部材の構造及び構成の詳細に、その用途が限定されるものではないと理解されたい。本発明は、他の実施態様にも適用可能であり、或いは多様な方法で実用化又は実行されるものである。また、本明細書で用いられる言い回し及び文言は、説明目的のものであって、限定と見なされるものではないと理解されたい。
【００２６】
ここで図１を参照すると、ＰＲＯの発電所の概略図は、参照符号１０で示されている。供給部分１１，１２では、それぞれ真水と海水が導入され、適切なフィルター１３，１４で濾過される。濾過された海水及び真水は、浸透素子１５に供給され、そこで真水の流れからの水が、海水の流れの中に入って膜１６を通過し、海水の流れにおける圧力を増加させる。加圧された海水の流れの約３分の１は、タービン１７に供給され、３分の２は、接続部１８によって示されるように圧力交換器１９に戻され、そこで、真水流入後の海水の供給が加圧される。この結果、弱塩水は、参照符号２０で示されるように排出される。
【００２７】
ここで図２を参照すると、本発明を用いた浸透素子は、参照符号３０で示されている。この浸透素子３０は、端部３２ａ、３２ｂの間で縦方向に延びる第１チャネル３１ａと、第２チャネル３１ｂと、を有する中央チューブ３１を備える。この端部３２ａ、３２ｂは、各々、前記チャネル３１ａ、３１ｂの組み合わせ幅よりも大きな直径を有する。これらチャネル３１ａ、３１ｂは、中央セパレータ３３によって分離されるため、チャネル３１ａ、３１ｂは、流動連通されない。縦方向にオフセットした位置において、チャネル３１ａ、３１ｂの各々は、少なくとも１つの開口と、この例では、中央チューブ３１の外壁３５を通じて延びる、それぞれ１セットの開口３４ａ，３４ｂと、を有する。図３に見られるように、この例では、開口３４ａ、３４ｂは、縦方向にオフセットしているため、これら開口の間には縦方向の重なり部分がない。図３及び図４に見られるように、この例では、中央チューブ３１、断面では円形となっている。開口３４ａ、３４ｂは、この例では約１２０度の角度でオフセットしている。本装置は、チューブ３１の反対側でインラインであってもよく、隔壁４５（下図参照）が開口３４ａ、３４ｂの間での直流を防止するものであれば、縦方向に重なってもよく、縦軸に並行して位置合わせする必要もなく、一般的に適切とされる構成としてもよいことは明らかである。図２〜図４に見られるように、チャネル３１ａ、３１ｂは、その長さに沿って同一の断面を有するため断面積に実質的な変化が生じない故、圧力の低下及び流動の不規則性の回避又は最小化を実現する。この例では、チャネル３１ａ、３１ｂは、同一寸法であるが、以下に示すように異なった寸法であってもよい。
【００２８】
膜素子４０は、開口３４ａ、３４ｂの間に流路を付与するように設けられる。図２〜図４において、この膜素子４０は、巻線されてない位置で示されている。矢印Ｃによって図示されるように、浸透素子３０を組み立てるには、膜素子４０は、中央チューブ３１の周辺で巻付けられるか、或いは包装される。膜素子４０は、各々が、多孔性の材料など、水が容易に通過又は流動しうる透過型スペーサを備える、複数の層４１ａを備える。膜素子４０は、中央チューブ３１に隣接して配置するための上面エッジと共に、第１基端部４１を備えるため、第１基端部４１は、膜素子が中央チューブ３１周辺に巻付けられる場合には中央チューブ３１に隣接して配置される。この第１基端部４１は、少なくとも中央透過型チューブ３１の周辺で完全に延びるのに十分な長さを有する（即ち、第１基端部は、Ｒを中央透過型チューブ３１の直径とする２πＲの長さを有する）。第１基端部４１における複数の層４１ａは、共に結合される。上面エッジに対し第１基端部４１の反対側のエッジに配置される、第２端部４２では、透過型スペーサ４１ａは分離され、折り畳まれた半透過膜４３は、膜４３の折り目４３ａが第１基端部４１に向かって配置されるような様態で、隣接する透過型スペーサ４１ａの間に配置され、各半透過膜は、１対の切片４３ｂ、４３ｃを形成する。膜４３の各切片４３ｂ、４３ｃは、図３に見られるように、周辺粘着ライン４４を備える隔壁によって、隣接する透過型スペーサ層４１ａに接合される。この粘着ライン４４は、第１端部４２において膜４３及び透過型スペーサ４１ａの共通エッジの周辺、並びに第１基端部４１における透過型スペーサのエッジの周辺で、不透過型又は少なくとも耐水性の隔壁を付与する。膜４３に隣接する自由水流を許容するため、隣接切片４３ｂ、４３ｃの間には供給スペーサ４９が配置され、各切片４３ｂ、４３ｃの分離状態を維持している。この供給スペーサ４９は、例えば、プラスチック製のグリッドを備えてもよい。
【００２９】
第１基端部４１で開口３４ａ〜３４ｂから直接水が流動するのを防止するため、中央粘着ライン４５を備えた隔壁は、エッジ４６の外側では、遠方に向かう方向で中央チューブ３１に隣接して配置される上面エッジの付近から、膜素子４０の略中央に延び、第１基端部４１の第１区域４１ｂ及び４１ｃを画定している。非粘着の隙間４７は、末端エッジ４６及び粘着ライン４５の間に残される。粘着ライン４５は、膜素子４０が中央チューブ３０周辺に巻付けられる場合、粘着ライン４５が開口３４ａ、３４ｂの間に隔壁を形成するような配置となる。チャネル３１ａ、３１ｂの間の水流は、膜素子４０を通じ、かつ粘着ライン４５の端部の周辺で、矢印４８によって示されるようにループ経路に従って流動させる。開口３４ａ、３４ｂの寸法、面積、及び位置は、中央チューブ３１及び膜素子４０の間の所望の流量によって選択されてもよい。上記の膜素子は、第１基端部４１を形成するように結合されている複数の透過型スペーサ層４１ａを有するが、この第１基端部４１は、単一で形成されるか、第２端部４２とは分離して形成されるかのいずれであることは明らかである。
【００３０】
従って、中央チューブ３１の第１チャネル３１ａを通じて塩分濃度の低い水が供給される場合、その水の一部は、開口３４ａを通過し、膜素子４０の第１区域４１ｂに流入する。粘着ライン４５は、この水を膜素子４０の第２端部４２の内部に通過させ、分離された各層４１ａに沿って流動させる。第２端部４２において、上記の水の一部は、半透過膜４３を通過し、供給スペーサ４９に沿って塩分濃度の高い水流となる。この水の残りは、開口３４ｂを通じ、また第２チャネル３１ｂに入り、膜素子４０の第２区域４１ｃに流入する。
【００３１】
図５は、浸透素子３０を備える浸透圧力容器を示す（実際には、以下に記載されるように、上記圧力容器は、少なくとも２つの浸透素子３０を含んでもよい）。図５に見られるように、浸透素子３０は、エンドキャップ５２によって閉塞される外容器５１を有する圧力容器５０の内部に取り付けられる。膜素子４０は、中央チューブ３１の周辺で巻付かれ、円筒筐体（図示せず）の内部に含有される。第１入口５３は、圧力容器５０の内部に加圧下で塩分濃度の高い水を供給するが、この水は、供給スペーサ４９を通じて当該圧力容器の縦方向に流動し、出口３０を通じて残った状態になる。図示されるコネクタ５５は、膜素子３０の端部３２ａ、３２ｂにおいて受け入れられ、同様に、中央セパレータ５５ｃによって分離される第１及び第２チャネル５５ａ、５５ｂを備えるため、チャネル３１ａは、チャネル５５ａと流体連通し、チャネル３１ｂは、チャネル５５ｂと流体連通する。浸透素子３０への塩分濃度の低い水の供給を実現するため、参照符号６０で示されるように、各々が、チャネル５５ａと流体連通する第２入口部６１と、チャネル５５ｂと流体連通する出口部６２と、を有する、エンドコネクタが設けられる。圧力容器５０は、複数の浸透素子を含む一方、端部３２ａ、３２ｂは、異なった浸透素子に属している。
【００３２】
従って、動作中、真水又は塩分濃度の低い水は、エンドコネクタ６０の入口部６１に供給され、浸透素子３０のチャネル３１ａに流入する。この真水は、開口３４ａを通じ、かつ各層４１ａを通じて一般的に螺旋状の方向に流動する。海水、即ち塩分濃度の高い溶液は、入口５３では加圧下で圧力容器内に導入され、各スペーサ４９によって画定される空間に沿って圧力容器の長さ方向に流動する。真水は、膜素子４から半透過膜４３を通じて海水の中に分散するため、出口供給部５４での圧力を増強する。
【００３３】
本発明の利点は、図６〜図９に図示されるように、所要の動作に応じて、複数の浸透素子３０が、交互構成で接続されうることである。図６及び図７は、コネクタ７０経由で接続される２つの浸透素子３０を示す。コネクタ７０は、当該コネクタが端部３２ａ、３２ｂにおいて密結合し、好ましくは密閉結合を付与するような外的寸法を有する。コネクタ７０は、中心隔壁７２によって分離される第１及び第２チャネル７１ａ、７２ｂを有し、チャネル３１ａ、３１ｂ及び中央セパレータ３３と同一寸法を有する。このため、コネクタ７０は、何らの収縮又は流動干渉を起こすことなく、隣接する浸透素子３０の間の接続を途切れなく行える。相互結合素子（図示せず）は、チャネル７１ａ、７１ｂがチャネル３１ａ、３１ｂと正確に位置合わせされるのを確実にすべく浸透素子３０及びコネクタ７０上に付与されうる。勿論、好適には、コネクタ７０は、中央透過型チューブ３１の外表面を係合させるような寸法としてもよい。
【００３４】
図６において、浸透素子３０は、効果的に並列接続される。各素子において、チャネル３１ａから開口３４ａを通じて水か流動し、膜素子４０を通じて流動し、開口３１ｂを通じてチャネル３１ｂに戻される。本発明の並列接続の利点は、第１浸透素子の開口３４ａを通過せず、次の浸透素子まで降下した水の圧力低下及び摩擦を最小限にして円滑な流動を実現することである。この下流の一部は、次の浸透素子の開口３４ａの次のセットを通じて、そのそれぞれの膜素子４０の内部に案内され、この下流の流動の一部は、更に、次のインライン浸透素子に円滑に流動し続けることが可能となる。この例において、水は、チャネル３１ａ及び３２ｂに沿って反対方向に流動しているが、この流動は、適宜配向されてもよい。
【００３５】
図７は、図６と同様であるが、並列構成で接続される４つの浸透素子を示し、かつ、水が、チャネル３１ａ、３１ｂに沿って同一方向に流動する場合を示している。同図に示される例示的な値において、毎秒４リットルが、チャネル３２ａに供給される。各浸透素子３０の膜素子４０の内部には、１リットルが流動し、そのうちの毎秒０．８リットルは、半透過膜４３を通過し、毎秒０．２リットルは、開口３４ｂを通じてチャネル３１ｂに戻される。この例において、並列構成の優位性は明らかである。水の圧力及び流動は、各浸透素子に跨って同一の圧力容器内で均等に分割され、かつ中央透過型チューブ３１及びコネクタ７０を通じて共通の接続を共有するため、各浸透素子を通じて、同一量の水が流出する。
【００３６】
図８において、隣接する浸透素子３０は、交互ミラー像構成で接続されている。
【００３７】
図９ａ及び図９ｂは、浸透装置のための２つの異なった流動構成を示す。図９ａは、両端から、接続された浸透素子３０を供給する２つの真水又は塩分濃度の低い水の入口９０と、１つの海水又は塩分濃度の高い水の入口９２及び出口９３を有し、列の各端部にある浸透素子を同様に排出する２つの出口９１と、を有する、図５の圧力容器の構成を効果的に示している。図９ｂは、海水入口９２が浸透装置の中央位置に配置され、２つの出口９３が当該装置の反対側に設けられる、交互構成を示す。この構成は、海水が４つの浸透素子を通過した後に所望のレベルの透過が発生する場合に望ましいといえるが、圧力容器が８つの浸透素子を保持している場合も同様である。この場合、海水は、同図に示されるように中央に供給されて左右に流動し、出口に到達する前に、所望の数の浸透素子との相互作用を行う。
【００３８】
中央透過型チューブ３１は、所望の限り、縦方向のセパレータの何らかの適切な断面及び何らかの適切な構成を有してもよく、交互変形例は、図１０ａ〜図１０ｉに示される。図１０ａ〜図１０ｄは、正方形チャネル、矩形チャネル、横並びの円形チャネルを示し、比較のため、図２からの円形チューブを有する楕円形のチューブの断面が、参照符号１０ｅで示されている。上記中央チューブは、図１０ｆ及び図１０ｇに示されるように、２つ以上のチャネル、例えば、３つまたは４つのチャネルを有してもよい。２つより多いチャネルを内蔵した複数の実施態様において、塩分濃度の低い水を有する膜素子４０を供給する、チャネル３２ａとして、或いは、膜素子４０を排出する、チャネル３１ｂとして、単一のチャネルが動作してもよい。各膜素子４０は、圧力及び流動分布を最適化し、かつ浸透効果を最大化するために、特殊チャネルと共に、単一浸透素子における複数の膜素子４０から、何らかの単一膜素子４０を関連付ける方式で、該膜素子それぞれの部分４１を通じて中央チューブ３１に装着されてもよい。これらチャネルは、図１０ｈ〜図１０ｊに図示されるように、各チャネルにおける所望又は想定の水流に応じて、異なった断面積を有してもよい。中央透過型チューブ３１の断面が如何なるものであっても、隣接する透過型チューブ３１を接続するコネクタ７０は、浸透装置の長さに沿って一貫した断面を維持するため、透過型チューブと同一の内断面を有さねばならない。
【００３９】
上記各チャネルは、直線的である必要はない。図１１は、中央セパレータ３３‘が、チャネル３１‘ａ、３１’ｂが１対の相互篏合する螺旋状チャネルを備えるような螺旋状となっている交互中央チューブ３０‘を示す。図１２に示されるように、中央チューブ３１’は、迷路を生成する複数の交流の粘着ライン４５‘ａ、４５’ｂを有する膜素子４０‘と併用されてもよい。粘着ライン４５’ａ，４５’ｂの空間は、中央隔壁３３’の螺旋状の高さの一部又は倍数として選択される。この例において、複数の粘着ライン４５’ａ、４５’ｂ、４５’ｃ、４５’ｄ等によって支配される迷路状の流路は、波パターンを有する膜素子４０における流動パターンを生成してもよい。この波パターンの流動は、中央チューブ３０‘に対し遠位となるＵターン状の「最小値」及び中央チューブ３０’に近接するＵターン状の「最大値」によって特徴づけられる。複数の開口配列は、２つのチャネル３１‘ａ及び３１’ｂの流動連通、並びに近接側の「最大値」の領域周辺の膜素子における波パターンの流動を生成し、当該膜素子からそれぞれ１つのチャネルへの更なる給水又排水を行い、浸透処理の全体的な効果を更に高めて最適化している。
【００４０】
中央チューブ３１又は膜４３に近接する膜素子４０における水流の増水又は円滑化を実現するため、各透過型スペーサは、可変の厚さを有してもよい。例示的なスペーサは、図１３において参照符号８０で示されている。このスペーサ８０は、一般的に、楔形状の構成を有し、面部分８１から先端部８２まで先細り形状となっている。隔壁４５に相当する、隔壁８３は、先端部８２から面部８１に向かってスペーサの範囲内に延びる。膜素子４０と同様の膜素子は、複数の透過型スペーサ８０から形成されてもよい。上記透過型スペーサの範囲内ではできるだけ多くの量を有するのが望ましいが、膜素子が所定の場所で巻付けられる場合、中央の透過型チューブ３１に近接して利用可能な、相対的に制限された空間により、当該透過型スペーサの実際の厚さは制限される。図１３に示される可変厚の透過型スペーサを設けることにより、その厚さは、周辺に向かうにつれ最大化されうる。
【００４１】
浸透素子３０を内蔵したプラントは、浸透が発生する所望の表面積を付与する、このような素子を多数備えてもよい。例えば、各膜素子は、１７２平方メートルの面積を有してもよく、また圧力容器の組又は「列」は、各々が８つの浸透素子を含有する５０個の圧力容器を有することもありうる。故に、各列は、約６８，８８０平方メートルの膜面積を有し、またプラントは、このような配列を複数使用してもよい。
【００４２】
従って、本明細書で説明される浸透素子及び装置は、電力供給のために、図１に示されるようなプラントで使用されてもよい。従って、図１の浸透素子１５は、上記で説明されるように複数の浸透容器の配列を備えてもよい。この浸透素子の中央透過型チューブ３１に塩分濃度の低い水又は真水を供給し、また圧力容器５０に塩分濃度の高い水又は海水を供給することにより、当該圧力容器の出口で適切な圧力上昇が発生するため、当該出口からの高濃度溶液が、タービン１７などの発電装置に供給されうる。
【００４３】
本発明は、発電用のＰＲＯプラントでの使用を参照して説明されているが、ここで説明されるような浸透素子及び膜素子は、淡水化、水処理、産業用の脱水及び濃度処理を含めて、適切である限り如何なる目的にも使用されてもよい。
【００４４】
上記の説明において、一実施態様は、本発明の一例又は実施態様である。「１つの実施態様」「一実施態様」又は「幾つかの実施態様」なる各種表記は、必ずしもその全てが同一の実施態様を指すものとは限らない。
【００４５】
本発明の多様な特徴は、単一の実施態様の文脈で説明されてもよいが、これら特徴は、別々或いは何らかの適切な組み合わせで付与されてもよい。逆に、本発明は、明瞭性のため、ここでは別々の実施態様の文脈で説明されてもよいが、単一の実施態様で実施されてもよい。
【００４６】
更にまた、本発明は、多様な方法で実行又は実用化されうること、並びに本発明は、上記説明で概説されたもの以外の実施態様でも実施可能であると理解されたい。
【００４７】
本明細書において使用される科学技術用語の意味は、特に指定のない限り、本発明が属する分野の当業者によって共通に理解されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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