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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-19
(45)【発行日】2024-01-29
(54)【発明の名称】対向流膜モジュール
(51)【国際特許分類】
B01D 53/22 20060101AFI20240122BHJP
B01D 63/00 20060101ALI20240122BHJP
B01D 63/08 20060101ALI20240122BHJP
B01D 63/10 20060101ALI20240122BHJP
【ＦＩ】
B01D53/22
B01D63/00 510
B01D63/08
B01D63/10
【請求項の数】
45
(21)【出願番号】P 2022544095
(86)(22)【出願日】2021-01-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-16
(86)【国際出願番号】 US2021014261
(87)【国際公開番号】W WO2021150648
(87)【国際公開日】2021-07-29
【審査請求日】2022-09-15
(31)【優先権主張番号】62/963,637
(32)【優先日】2020-01-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/963,639
(32)【優先日】2020-01-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/963,643
(32)【優先日】2020-01-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519169465
【氏名又は名称】メンブレイン テクノロジー アンド リサーチ， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】ベイカー， リチャード ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】ワイマンズ， ヨハネス ジー．
(72)【発明者】
【氏名】マーケル， ティモシー シー．
(72)【発明者】
【氏名】アモ， カール ディー．
【審査官】相田 元
(56)【参考文献】
【文献】特公昭４６－０２１４４４（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開昭６２－０５７６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０６５４９３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０５５８０４５２（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ５３／２２
Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２
Ｃ０２Ｆ １／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
微量成分および主要成分を備えている給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離するように構成された対向流膜モジュールであって、前記残留物流体は、前記給送物流体より低い濃度の前記微量成分を有し、前記透過物流体は、前記給送物流体より高い濃度の前記微量成分を有し、前記モジュールは、第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、前記第２の端部は、第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
前記筐体の前記第１の端部と第２の端部との間の１つ以上の膜シートと
を備え、
各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、前記第２の端部は、前記第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、前記第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、前記第１の側は、第２の方向に沿って前記第２の側から間隔を置かれ、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、前記第２の主要表面は、前記第１の主要表面と反対側にあり、各膜シートは、前記給送物流体を前記残留物流体と前記透過物流体とに分離するように構成され、
前記膜モジュールは、前記給送物流体および前記残留物流体が前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、前記透過物流体が各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
前記膜モジュールは、
前記筐体の前記第１の端部における入口であって、前記入口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第１の端部と流体連通し、前記給送物流体を受け取るように構成され、それによって、前記給送物流体は、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する、入口と、
前記筐体の前記第２の端部における出口であって、前記出口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第２の端部と流体連通し、前記給送物流体から分離された前記残留物流体を受け取り、出力するように構成されている、出口と、
前記膜シートの前記第２の主要表面の前記第１の側に沿った透過区分に隣接した導管であって、前記透過区分は、前記透過物流体が前記導管の中に入ることを可能にするためのものであり、前記導管は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、導管と
をさらに備え、
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分を横断した前記給送物流体の分離が、前記透過物流体の第１の部分を発生させ、前記第２の部分を横断した分離が、前記透過物流体の第２の部分を発生させ、
前記膜シートの前記第２の部分は、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過性を有し、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分が、前記透過物流体の前記第１の部分より高い濃度の前記主要成分を有し、
前記第２の部分は、前記膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する前記給送物流体と流体連通し、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記透過区分より前記第２の端部に近いように、前記膜シートの前記透過区分から前記第１の方向にオフセットされており、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分に前記第１の端部に向かって流動させ、その結果、前記透過物流体の前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第１の部分と混合し、それによって、前記透過物流体の前記第１の部分中の前記微量成分の濃度を低減させる、膜モジュール。
【請求項2】
前記導管は、前記透過区分と整列させられている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項3】
前記モジュールは、第２の導管をさらに備え、各膜は、第２の透過区分を備え、前記第２の透過区分は、前記第２の側にあり、前記第２の透過区分は、前記第２の導管に流動的に接続され、前記第２の導管は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項4】
前記膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールである、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項5】
前記対向流膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられ、前記導管は、前記第１の方向に沿って延びている中心管であり、
前記１つ以上の膜シートは、前記１つ以上の膜シートの前記第１の側が前記第２の側より前記中心管に近いように、前記中心管の周りに巻きつけられ、前記第１の方向と垂直な渦巻を画定し、
前記中心管は、円筒形表面と第１および第２の終端端部とを備え、前記第１および第２の終端端部は、それらの間に管腔を画定し、
前記中心管は、１つ以上の開口部を前記円筒形表面内に備え、前記１つ以上の開口部は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取るように構成され、前記１つ以上の開口部は、前記膜の透過区分に隣接し、前記１つ以上の開口部は、前記１つ以上の開口部が前記第２の部分より前記第１の端部に近いように、前記膜シートの前記第２の部分から前記第１の方向にオフセットされ、
前記中心管は、前記１つ以上の開口部によって受け取られる前記透過物流体を出力するように構成された出口をさらに備え、前記出口は、前記中心管の前記第１または第２の終端端部にある、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項6】
前記１つ以上の開口部は、前記第１の方向に沿って互いに間隔を置かれている、請求項５に記載の膜モジュール。
【請求項7】
前記膜シートの前記第２の部分は、前記１つ以上の膜シートの外縁に沿って延びている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項8】
前記第２の部分は、前記第２の側の少なくとも一部に沿って延び、前記第２の部分は、前記第１の方向において前記透過区分と重複しない、請求項７に記載の膜モジュール。
【請求項9】
前記第２の部分は、前記第２の端部の少なくとも一部に沿って延びている、請求項７に記載の膜モジュール。
【請求項10】
前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って延びている、請求項９に記載の膜モジュール。
【請求項11】
前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って延びている、請求項８に記載の膜モジュール。
【請求項12】
前記透過区分は、前記第１の側に沿って延びている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項13】
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第３の部分をさらに備え、前記第３の部分は、透過物の流動を前記透過区分に向かって方向付けるように構成されている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項14】
前記第３の部分は、前記１つ以上の膜シートの前記第２の主要表面に沿って延びている、請求項１３に記載の膜モジュール。
【請求項15】
前記第３の部分は、前記第３の部分が前記第２の端部により近いように、前記透過区分から前記第１の方向に沿ってオフセットされている、請求項１３に記載の膜モジュール。
【請求項16】
前記第３の部分は、前記第１の部分と比較して、前記主要成分のための低減させられた透過率を有する、請求項１３に記載の膜モジュール。
【請求項17】
前記第３の部分は、前記主要成分および微量成分に対して実質的に不透過性である、請求項１６に記載の膜モジュール。
【請求項18】
前記第３の部分は、前記膜の縁に沿って延びている、請求項１３に記載の膜モジュール。
【請求項19】
前記第３の部分は、前記第１の側または前記第２の側に沿って延びている、請求項１８に記載の膜モジュール。
【請求項20】
前記第２の部分は、前記第２の方向に、および／または、前記１つ以上の膜シートの前記第２の端部の縁に沿って延びている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項21】
前記モジュールは、前記１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の給送スペーサであって、各給送スペーサは、前記出口までの前記給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の給送スペーサと、
前記１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の透過スペーサであって、各透過スペーサは、前記導管までの前記透過物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の透過スペーサと
をさらに備えている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項22】
前記１つ以上の膜シートのうちの第１の膜シートは、給送スペーサが前記第１の膜シートの前記第１の主要表面に隣接し、透過スペーサが前記第１の膜シートの前記第２の主要表面に隣接するように配置されている、請求項２１に記載の膜モジュール。
【請求項23】
前記膜シート、前記１つ以上の給送スペーサ、および前記１つ以上の透過スペーサは、積み重ねられた構成で配置され、隣接する膜シート間の各空間は、給送スペーサまたは透過スペーサのいずれかによって画定され、前記膜シートは、各膜シートの前記第１の主要表面が給送スペーサと接触し、各膜シートの前記第２の主要表面が透過スペーサと接触するように、交互する向きである、請求項２１に記載の膜モジュール。
【請求項24】
給送スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第１の主要表面の前記第１および第２の側に沿ってシールされていることによって、前記第１の主要表面を横断した前記給送物流体および残留物流体の流動のための前記流体路を流動的にシールし、透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面のそれらの第１および第２の端部に沿ってシールされていることによって、前記第２の主要表面を横断した前記透過物流体のための前記流体路を流動的にシールする、請求項２１に記載の膜モジュール。
【請求項25】
透過スペーサによって間隔を置かれた前記隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面の前記第２の側にも沿ってシールされている、請求項２４に記載の膜モジュール。
【請求項26】
各給送スペーサは、前記第１の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成され、各透過スペーサは、前記第２の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成されている、請求項２１に記載の膜モジュール。
【請求項27】
前記第２の部分の面積は、前記膜シートの総面積の２０％未満である、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項28】
前記第２の部分の面積は、前記膜シートの総面積の１５％未満である、請求項２７に記載の膜モジュール。
【請求項29】
前記第２の部分の面積は、前記膜シートの総面積の１０％未満である、請求項２８に記載の膜モジュール。
【請求項30】
前記第２の部分の面積は、前記膜シートの総面積の６％未満である、請求項２９に記載の膜モジュール。
【請求項31】
前記主要成分のための前記第２の部分の透過率は、前記主要成分のための前記第１の部分の透過率の２倍より大きい、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項32】
前記主要成分のための前記第２の部分の透過率は、前記主要成分のための前記第１の部分の透過率の１０倍より大きい、請求項３１に記載の膜モジュール。
【請求項33】
前記第２の部分は、前記第２の主要表面の一部を形成している、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項34】
前記第２の部分は、前記第１の主要表面の一部を形成している、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項35】
請求項１に記載の前記膜モジュールの膜シートを製造する方法であって、前記方法は、前駆体シートのロールを提供することと、
前記前駆体シートの前記ロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングし、前記前駆体シートの前記ロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングし、前記膜シートの前記ロールを形成することと、
前記膜シートの１つ以上のロールを別個の膜シートに分離することと
を含み、
各膜シートの前記第１の部分は、前記膜シートの前記ロールの前記第１のエリアによって形成され、各膜シートの前記第２の部分は、前記膜シートの前記ロールの前記第２のエリアによって形成され、各膜シートの前記第２の部分は、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過率を有する、方法。
【請求項36】
前記第１のエリアおよび前記第２のエリアは、互いに隣接している、請求項３５に記載の方法。
【請求項37】
前記第２のエリアは、２つの第１のエリア間に位置付けられ、それによって、各膜シートにおいて、前記第２の部分は、細片として形成され、前記第１の部分は、前記第２の部分の両側に提供される、請求項３６に記載の膜モジュール。
【請求項38】
前記方法は、各膜シートが一対の膜シートを形成するように、各膜シートを給送スペーサの周りで折り畳むことをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項39】
２つの膜シートをそれらの第１の側に沿って一緒にシールし、それらの間に給送スペーサを位置付けることをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項40】
前記第１のエリアをコーティングするステップと、前記第２のエリアをコーティングするステップとは、同時に実施される、請求項３５に記載の方法。
【請求項41】
前記コーティングするステップは、前記膜シートの前記ロールをコーティングコンテナ内の第１および第２の溶液と接触させることによって実施され、前記コーティングコンテナは、セパレータによって互いに流動的に分離された第１および第２の区分を有し、前記第１の区分は、前記第１のコーティング溶液を含み、前記第２の区分は、前記第２のコーティング溶液を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項42】
前記コーティングコンテナの前記第２の区分は、前記コーティングコンテナの２つの第１の区分間に位置付けられている、請求項４１に記載の方法。
【請求項43】
前記セパレータの位置を移動させ、前記第２の部分の位置およびサイズを調節することをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項44】
対向流膜モジュールを使用して、主要成分および微量成分を備えている給送物流から微量成分を分離する方法であって、残留物流体が、前記給送物流体より低い濃度の前記微量成分を有し、透過物流体が、前記給送物流体より高い濃度の前記微量成分を有し、
前記モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、前記第２の端部は、第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
前記筐体の前記第１の端部と第２の端部との間に延びている１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、前記第２の端部は、前記第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、前記第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、前記第１の側は、第２の方向に沿って前記第２の側から間隔を置かれ、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、前記第２の主要表面は、前記第１の主要表面と反対側にある、１つ以上の膜シートと、
前記筐体の前記第１の端部における入口であって、前記入口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第１の端部と流体連通している、入口と、
前記筐体の前記第２の端部における出口であって、前記出口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第２の端部と流体連通している、出口と、
前記膜シートの前記第２の主要表面の前記第１の側に沿って透過区分に隣接している導管と
を備え、
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、
前記方法は、
前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するように、前記主要成分および前記微量成分を備えている給送物流体を前記入口を介して各膜シートの前記第１の主要表面に送達することと、
前記残留物流体が前記第１の主要表面に沿って前記第１の方向に前記出口まで流動し、前記透過物流体が前記第２の主要表面に沿って、前記透過区分に、次いで、前記導管の中に流動するように、各膜シートを横断する前記給送物流体を前記透過物流体と前記残留物流体とに分離することと
を含み、
前記膜モジュールは、前記給送物流体および前記残留物流体が前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、前記透過物流体が各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
前記分離するステップは、前記膜シートの前記第１の部分を横断して前記給送物流体を分離することによって、前記透過物流体の第１の部分を発生させ、前記膜シートの前記第２の部分を横断して前記給送物流体を分離することによって、前記透過物流体の第２の部分を発生させることを含み、前記膜シートの前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第２の部分が前記透過物流体の前記第１の部分より高い濃度の前記主要成分を有するように、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過率を有し、
前記第２の部分は、前記膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する前記給送物流体と流体連通し、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記透過区分より前記第２の端部に近いように、前記膜シートの前記透過区分から前記第１の方向にオフセットされており、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分に前記第１の端部に向かって流動させ、その結果、前記透過物流体の前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第１の部分と混合し、それによって、前記透過物流体の前記第１の部分中の前記微量成分の濃度を低減させ、
前記方法は、前記残留物流体を前記モジュールから前記出口を介して出力し、前記透過物流体を前記モジュールから前記導管を介して出力することをさらに含む、方法。
【請求項45】
前記微量成分は、二酸化炭素であり、前記主要成分は、メタンまたは窒素である、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、対向流膜モジュールおよびそれを作製する方法に関する。対向流膜モジュールは、特に、透過気化法およびガス分離用途のために有用である。
【背景技術】
【0002】
続く文章では、使用される成分の濃度は、別様に述べられない限り、モル濃度である。用語「主要成分」は、給送物流体中の最高濃度を有する成分を指す一方、用語「微量成分」は、給送物流体中の主要成分より低い濃度を有する成分を指す。「微量成分」は、膜分離プロセスによって、透過物流体中で濃縮され、分離プロセスの標的成分である。用語「流体」は、ガスおよび／または液体を指し得る。
【0003】
分離モジュールでは、給送物流体は、主要成分と、微量成分とを含み、微量成分より高い濃度を有する主要成分は、膜を横断して、透過物流体と残留物流体とに分離される。残留物流体は、給送物流体より低い濃度の微量成分を有し、透過物流体は、給送物流体より高い濃度の微量成分を有する。直交流モジュールでは、透過物流は、主として、給送物流に対して横方向、好ましくは、垂直である。対向流モジュールでは、透過物流体は、主として、給送物流体と反対方向である。
【0004】
公知の対向流分離デバイスが、図１に示される。対向流分離デバイスでは、給送物の流動は、第１の方向（図１における左から右）であり、透過物の流動は、反対方向（図１における右から左）である。給送物中の大部分の透過性成分の濃度は、給送物が膜表面に沿って第１の方向に（すなわち、左から右）流動するにつれて、減少する。その結果、透過物における大部分の透過性成分の濃度も、第１の方向に沿って減少する。第２の方向に沿って流動する透過物流体は、入口に向かって、それに沿った（右から左の）あらゆる点において、透過物を希釈する。例えば、図１では、透過物は、右から左に連続的に流動し、したがって、大部分の透過性成分の濃度を残りの全ての点において希釈する。この希釈は、膜を横断した大部分の透過性成分の濃度差を増加させ、その結果、膜を横断した分離のための駆動力を増加させる。この効果は、掃引として知られる。
【0005】
駆動力のこの増加は、より小さい膜面積が使用され得るように、効率を改良する。しかしながら、対向流モジュールは、作製することが困難である。したがって、透過物流体が給送物流に対して直角に流動する、直交流モジュールが、ガス分離および透過気化法用途の多く（おそらく、大部分）において使用されている。対向流モジュールに関する問題は、この分野における多くの文献書籍、例えば、Ｂａｋｅｒ，Ｒ． Ｗ．，Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，（２０１２），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ（非特許文献１）の第３、４、８、および９章において議論されている。
【0006】
外部掃引を使用して、膜を横断した駆動力を増加させ、したがって、直交流モジュールのための効率を改良することが公知である。外部掃引は、流出口の近位の透過物流体の中に注入されるモジュールの外部で発生させられるガス流を使用して、掃引効果を発生させる。そのようなシステムは、図３に示され、本願で後にさらに詳細に説明される。図３（ｂ）に示されるように、残留物流体は、出口端において透過物流体に導入される前、弁３２０を横断して拡張され得る。例えば、処理された残留物流体の一部を弁に通し、それをモジュールの透過物側に導入することが公知である。しかしながら、そのようなシステムは、信頼性のある動作のために、掃引流量を制御するための追加の配管および弁を要求し、それは、増加させられたコストにつながる。さらに、そのようなモジュールは、産業工場内では、多数使用され、それによって、多くの制御ユニットを要求し、任意の１つの故障は、残留物からのガスの透過物流への大規模な非制御漏出につながり、全体的工場の動作に影響を及ぼすであろう。
【0007】
図４および５に示されるデバイスは、代わりに、掃引ガス流を内部から発生させることによって、掃引ガスが外部から発生させられるモジュールに関する問題に対処することを試みた。図４に示されるデバイスは、対向流中空ファイバモジュールデバイスであり、ファイバは、裸端部部分４０３を除き、選択的層４０１でコーティングされている。裸端部部分は、ファイバの主要部分よりはるかに高い透過率を有するが、選択率ではない。したがって、給送物流体は、裸端部を通して透過し、内部発生掃引ガス４０９の流動としての機能を果たすであろう。図５に示されるデバイスも、対向流中空ファイバモジュールである。給送物流体５０２は、中空ファイバ５０５間の空間内で左から右に流動する。残留物パイプが、モジュールを通して延び、モジュール５０９の右側端部の前で終端する。給送物流体の一部は、ファイバ膜を透過し、給送物流と反対方向にファイバの内側を進行する。膜を透過しない給送物流体は、残留物収集パイプ内の孔を通して除去される。残留物収集パイプの端部は、オリフィス５１１によって穿孔されたプラグでシールされる。処理された残留物流体の一部は、このオリフィスを通して漏出し、次いで、ファイバ５１４の開放端に進入し、掃引ガスとしての機能を果たすことができる。
【0008】
内部掃引の使用は、対向流中空ファイバ分離モジュールに限定されている。内部掃引は、構築および動作上の難点に起因して、プレートおよびフレームモジュールまたは渦巻状に巻きつけられたモジュール等、膜シートを備えている、分離モジュールに適用されていない。実際、現在使用されている、渦巻状に巻きつけられたモジュールおよびプレートおよびフレームモジュールのほぼ全ては、より容易な構築および動作に起因して、対向流の代わりに、直交流である。本発明は、内部発生掃引の利点を平坦な膜シートを備えているデバイスに適用することを模索する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0009】
【文献】Ｂａｋｅｒ，Ｒ． Ｗ．，Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，（２０１２），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明によると、請求項によって定義されるような対向流膜モジュールおよびモジュールを作製する方法が、提供される。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項１に記載されるように、微量成分および主要成分を備えている給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離するように構成された対向流膜モジュールが、提供され、残留物流体は、給送物流体より低い濃度の微量成分を有し、透過物流体は、給送物流体より高い濃度の微量成分を有する。モジュールは、第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれる、筐体を備えている。モジュールは、筐体の第１の端部と第２の端部との間の１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれる、１つ以上の膜シートをさらに備えている。各膜シートは、第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、第１の側は、第２の方向に沿って第２の側から間隔を置かれ、第２の方向は、第１の方向に対して横方向である。各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にあり、各膜シートは、給送物流体を残留物流体および透過物流体に分離するように構成されている。膜モジュールは、給送物流体および残留物流体が、第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、透過物流体が各膜シートの第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動しないように構成されている。膜モジュールは、筐体の第１の端部における入口をさらに備え、入口は、各膜シートの第１の主要表面の第１の端部と流体連通し、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するように、給送物流体を送達するように構成されている。膜モジュールは、筐体の第２の端部における出口をさらに備え、出口は、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通し、給送物流体から分離された残留物流体を受け取り、出力するように構成されている。膜モジュールは、膜シートの第２の主要表面の第１の側に沿って透過区分に隣接する導管をさらに備えている。透過区分は、透過物流体が導管の中に入ることを可能にするためのものであり、導管は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取り、出力するように構成されている。１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分を横断した給送物流体の分離が透過物流体の第１の部分を発生させ、第２の部分を横断した分離が透過物流体の第２の部分を発生させるように、第１の部分および第２の部分を備えている。膜シートの第２の部分は、透過物流体の第２の部分が透過物流体の第１の部分より高い濃度の主要成分を有するように、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有する。第２の部分は、膜シートの第１の主要表面に沿って流動する給送物流体と流体連通し、透過区分より第２の端部に近いように、第１の方向に膜シートの透過区分からオフセットされている。これは、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分と混合し、それによって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を低減させるように、透過物流体の第２の部分を第１の端部に向かって流動させる。
【0012】
故に、本発明では、透過物流体の第２の部分は、掃引流体としての機能を果たし、第１の端部により近い透過物流体中の微量成分の濃度を希釈する。透過物流体中の微量成分の濃度を希釈することによって、微量成分のための膜を横断した濃度勾配が、増加させられる。濃度勾配の増加は、透過物流体および残留物流体への膜を横断した給送物流体の分離のための駆動力の増加につながる。透過物流体の第２の部分は、本明細書では、掃引ガスおよび掃引流とも称される。
【0013】
１つ以上の膜シートは、平坦、すなわち、平面である。
【0014】
給送物流体は、第１の方向に膜の主要表面に沿って流動する。給送物流体は、透過物流体および残留物流体に分離される。残留物流体も、第１の方向に給送物流体と同じ膜の主要表面に沿って流動する。透過物流体は、膜を通り抜け、膜の給送物流体および残留物流体と反対の主要表面に沿って流動する給送物流体の部分を備えている。本願では、それに沿って残留物および給送物流体が流動する膜の主要表面は、第１の主要表面と称され、それに沿って透過物流体が流動する膜の主要表面は、第２の主要表面と称される。第１の主要表面は、膜の給送物側にあると考えられ得、第２の主要表面は、膜の透過物側にあると考えられ得る。第２の主要表面は、第１の主要表面に対向する。換言すると、第２の主要表面は、膜シートの厚さによって、第１の主要表面から分離される。本発明では、透過物流体の少なくとも一部は、第２の端部から第１の端部に向かった方向（すなわち、第１の方向と反対の方向）に流動する。
【0015】
各膜シートに関して、入口と出口との間の第１の主要表面に沿った流体路は、流体が膜シートを第１の主要表面から第２の主要表面に通り抜けることのみ可能であるように、第２の主要表面に沿った導管までの流体路から流動的にシールされる。シールは、膜シートの第１の主要表面上の給送物／残留物流体と膜シートの第２の主要表面上の透過物流体との混合を引き起こすであろう漏出を防止する。シールは、モジュールの内外への流体を外側環境から分離する役割も果たす。シールは、エポキシ糊または同等シール材料等の接着剤、接着剤テープ、または熱シールを使用することによって、達成され得る。
【0016】
１つ以上の膜シートは、１つ以上の膜シートの第１の端部が、筐体の第１の端部の近位にあり、１つ以上の膜シートの第２の端部が、筐体の第２の端部の近位にあるように、筐体の第１の端部と第２の端部との間に延びている。好ましくは、筐体は、円筒形形状であり得、第１の方向は、筐体の直径を画定し、第１の端部と第２の端部とは、直径方向に対向する。
【0017】
１つ以上の膜シートの第１および第２の端部および第１および第２の側は、１つ以上の膜シートの外縁を形成する。１つ以上の膜シートの第１および第２の端部は、第１の方向に沿って間隔を置かれる１つ以上の膜シートの外縁を形成する。１つ以上の膜シートの第１および第２の側は、第２の方向に沿って間隔を置かれる１つ以上の膜シートの外縁を形成する。
【0018】
膜シートの透過区分は、典型的に、透過物流体を受け取るように構成される導管における開口部／開口と整列させられる膜シートの第２の主要表面の一部である。透過区分は、膜シートの第１の部分の一部である。透過区分は、典型的に、第１の方向に延びている。好ましくは、透過区分は、第１の側によって形成される外縁の一部に沿って延びている。透過区分は、膜シートの細片であり得る。好ましくは、透過区分は、第１の方向に沿って延びている。
【0019】
上で議論されるように、導管は、透過物流体を受け取り、出力するように構成されている。導管は、典型的に、１つ以上の膜シートの第２の主要表面に流動的に接続され、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にある。導管は、複数の導管の第１の導管であり得る。導管は、典型的に、透過区分と整列させられる。導管は、典型的に、透過物流体を受け取るための開口部／開口を備えている。導管における開口部／開口は、典型的に、透過区分と整列させられる。第１の方向における導管における開口部／開口の軸方向範囲は、透過区分の軸方向範囲とほぼ同じである。導管における開口部／開口は、第１の方向における膜シートの長さより小さい軸方向範囲を有し得る。開口部／開口を有する導管のエリアは、開口部／開口を備えていないエリアより第１の端部に近くあり得る。導管は、穿孔された区分を有し得、穿孔は、開口部／開口である。導管は、非穿孔区分を有し得る。穿孔された区分は、第２の端部より第１の端部に近くあり得る。
【0020】
モジュールは、膜の第２の側の第２の透過区分に流動的に結合された第２の導管をさらに備え得る。第２の導管は、典型的に、１つ以上の膜シートの第２の主要表面にも流動的に接続され、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にある。
【0021】
第１および第２の導管と、第１および第２の透過区分との両方を備えている構成では、透過物流体は、第１および第２の側の第１および第２の導管の両方に流動し、それは、受け取られ、モジュールから出力されるであろう。第２の透過区分は、第２の側によって形成される外縁の一部に沿って延び得る。透過区分は、膜シートの細片であり得る。好ましくは、第２の透過区分は、第１の方向に沿って延びている。第２の透過区分は、第１の方向における第１の透過区分と同じ軸方向範囲を有し得る。
【0022】
膜の第２の部分は、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有する。好ましくは、主要成分に対する第２の部分の透過率は、主要成分に対する第１の部分の透過率の少なくとも２倍である。より好ましくは、主要成分に対する第２の部分の透過率は、主要成分に対する第１の部分の透過率の少なくとも１０倍である。膜シートの第１の部分は、微量成分を主要成分より優先するように選択的である、選択率を有する。第２の部分は、給送物流体の成分に対する選択率を有していないが、依然として、第１の主要表面（給送物側）から第２の主要表面（透過物側）への分離されていない給送物流体の流動を調整することが可能である、コーティングされない膜シートの一部であり得る。しかしながら、膜シートの第２の部分も、微量成分を主要成分より優先するように選択的であるように、選択率を有し得る。実際、第２の部分も、実施されている分離のために選択的である場合、それは、有益であるが、要求されない。第２の部分も、実施されている分離のために選択的である場合、膜の第２の部分は、第１の部分より低い選択率を有する。
【0023】
第２の部分は、膜シートの第２の主要表面の一部を形成するが、第１の主要表面を形成しないこともある。代替として、第２の部分は、膜シートの第１の主要表面の一部を形成するが、第２の主要表面を形成しないこともある。さらなる代替として、第２の部分は、膜シートの第１および第２の主要表面の両方の一部を形成し得る。第１の部分は、膜シートの第２の主要表面の一部を形成するが、第１の主要表面を形成しないこともある。代替として、第１の部分は、膜シートの第１の主要表面の一部を形成するが、第２の主要表面を形成しないこともある。さらなる代替として、第１の部分は、膜シートの第１および第２の主要表面の両方の一部を形成し得る。好ましい配置では、第１の部分は、第１の主要表面の一部を形成し、第２の部分も、第１の主要表面の一部を形成する。第１の部分および第２の部分が、同じ主要表面の一部を形成する場合、第１の部分は、第２の部分を形成しない主要表面の残りを形成し得る。第１の部分および第２の部分が、両方の主要表面の一部を形成する場合、第１の部分および第２の部分は、重複しない。
【0024】
第１および第２の部分は、それぞれ、膜シートを第１および第２のコーティングでコーティングすることによって形成され得る。より具体的に、第１の部分は、膜の関連区分を第１のコーティングでコーティングすることによって形成され得、第２の部分は、膜の関連区分を第２のコーティングでコーティングすることによって形成され得る。第２のコーティングは、第１のコーティングより薄くあることができる、または異なるより透過性のコーティング材料から作製されることができる。その目的は、第１の部分より高い給送物流体の主要成分のための透過率を有する第２の部分を作製することである。第２のコーティングは、第１のコーティングと異なる組成を有し得る。
【0025】
第１および／または第２のコーティングは、１つ以上の膜シートの第２の主要表面に適用されるが、１つ以上の膜シートの第１の主要表面に適用されないこともある。代替として、第１および／または第２のコーティングは、第１の主要表面に適用されるが、１つ以上の膜シートの第２の主要表面に適用されないこともある。いくつかの実施形態では、第１および／または第２のコーティングは、１つ以上の膜シートの第１の主要表面および第２の主要表面の両方に適用され得る。いくつかの配置では、第１のコーティングは、第１の主要表面に適用され得、第２のコーティングは、第２の主要表面に適用され得る（すなわち、第２の部分が、第２の主要表面の一部に沿って延び／形成され、第１の部分が、第１の主要表面の一部に沿って延びている／形成されるように）。さらなる代替配置では、第１のコーティングは、第２の主要表面に適用され得、第２のコーティングは、第１の主要表面に適用され得る（すなわち、第２の部分が、第１の主要表面の一部に沿って延び／形成され、第１の部分が、第２の主要表面の一部に沿って延び／形成されるように）。第１のコーティングが、第２のコーティングと反対側の主要表面に適用される場合、第１のコーティングによってコーティングされたエリアは、エリアコーティングされた第２のコーティングによってコーティングされたエリアと重複しない。いくつかの配置では、第１の部分は、膜シートの関連区分を第１のコーティングでコーティングすることによって形成され得、第２の部分は、給送物流体の成分に対する選択率を有していないが、依然として、第１の主要表面（給送物側）から第２の主要表面（透過物側）への分離されていない給送物流体の流動を調整することが可能である、コーティングされない膜シートの区分であり得る。
【0026】
代替として、第１の部分は、第１の部分を第１の膜材料から切断することによって形成され得、第２の部分は、第２の部分を第２の膜材料から切断することによって形成され得る。第２の膜材料は、第１の膜材料より高い主要成分のための透過率を有する。第１の膜材料は、第２の膜材料より高い選択率を有し得る。第１および第２の部分は、例えば、接着剤を使用して、一緒にシールされ得る。この配置では、第２の部分は、膜シートの第１および第２の主要表面の両方の一部を形成し、第１の部分は、膜シートの第１および第２の主要表面の両方の一部を形成する。
【0027】
第２の部分は、透過区分より第２の端部に近いように、第１の方向に透過区分からオフセットされている。第２の部分は、第１の方向において、透過区分に重複しないこともある。第２の部分は、第１の方向において、透過区分から間隔を置かれ得る。
【0028】
第２の部分は、１つ以上の膜シートの外縁、好ましくは、第２の端部または第２の側によって形成される外縁に沿って延び得る。第２の部分は、第２の方向に第２の端部の少なくとも一部に沿って延び得る。第２の部分は、第１の方向に第２の側の少なくとも一部に沿って延び得る。第２の部分は、好ましくは、第１の方向に透過区分と重複しない。第２の部分の面積は、膜シートの総面積の５０％未満、典型的に、膜シートの総面積の２０％未満、好ましくは、膜シートの総面積の１５％未満、より好ましくは、１０％未満、最も好ましくは、膜シートの総面積の６％未満である。膜シートの残りの面積は、第１の部分を形成する。故に、第２の部分は、第１の部分に隣接する。第２の部分は、第１の部分に隣接する。
【0029】
膜の第２の部分の面積（掃引発生領域）は、広い範囲にわたって変動させられることができる。掃引発生領域の透過率も、使用される材料および膜の厚さを変化させることによって、変動させられることができる。したがって、掃引効果のサイズは、膜製造プロセスを調節することによって、容易に制御されることができる。膜モジュールが、作製されると、掃引効果の発生は、完全に自動であることができ、制御弁等は、要求されない。
【0030】
１つ以上の膜シートのうちの１つは、第３の部分をさらに備え得る。第３の部分は、透過物流体の流動を第１の端部に向かって（すなわち、透過区分に向かって）方向付けるためのバッフルとして機能する。好ましくは、第３の部分は、第３の部分が第２の端部により近いように、第１の方向に沿って透過区分からオフセットされている。
【0031】
第３の部分は、典型的に、第１の部分と比較して、主要成分のための低減させられた透過率を有する。第３の部分は、主要成分および微量成分に対して実質的に不透過性であり得る。
【0032】
第３の部分は、１つ以上の膜シートの第２の主要表面上に形成され得る。第３の部分は、エポキシまたは類似材料から形成され得る。第３の部分は、例えば、テープまたは糊を膜シートに適用することによって形成され得る。第３の部分は、透過区分に隣接する、またはそこから間隔を置かれ得る。第３の部分は、典型的に、第１の方向において、透過区分と重複しない。
【0033】
好ましくは、透過区分は、膜シートの外縁に沿って延びている。第３の部分は、膜シートの第１の側または第２の側に沿って延び得る。好ましくは、第３の部分は、第１の方向に沿って延びている。
【0034】
導管は、開口部／開口を有していないエリアを有し得る。このエリアは、膜シートの第３の部分と整列させられ得る。
【0035】
膜モジュールは、１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の給送スペーサをさらに備え得、各給送スペーサは、出口までの給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を画定するためである。膜モジュールは、１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の透過スペーサをさらに備え得、各透過スペーサは、導管までの透過物流体の流動のための流体路を画定するためである。
【0036】
透過スペーサおよび給送スペーサは、それぞれ、膜シートの第１および第２の端部および第１および第２の側に対応する第１および第２の端部および第１および第２の側を有し得る。換言すると、各スペーサの第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれる。各スペーサの第１の側は、第２の方向に沿って第２の側から間隔を置かれ、第２の方向は、第１の方向に対して横方向である。
【0037】
透過スペーサおよび給送スペーサは、透過性である。膜シートの第１の主要表面に沿った給送物流体および残留物流体のための流体路は、給送スペーサを通る。膜シートの第２の主要表面に沿った透過物流体のための流体路は、透過スペーサを通る。
【0038】
１つ以上の膜シートのうちの第１の膜シートは、給送スペーサが第１の膜シートの第１の主要表面に隣接し、透過スペーサが、第１の膜シートの第２の主要表面に隣接するように配置され得る。給送スペーサは、典型的に、第１の膜シートの第１の主要表面と直接接触し、透過スペーサは、典型的に、第２の膜シートの第２の主要表面と直接接触する。
【0039】
膜シート、１つ以上の給送スペーサ、および１つ以上の透過スペーサは、積み重ねられた構成で配置され得、隣接する膜シート間の各空間は、給送スペーサまたは透過スペーサのいずれかによって画定され、膜シートは、各膜シートの第１の主要表面が給送スペーサと接触し、各膜シートの第２の主要表面が透過スペーサと接触するように、交互する向きで配置される。
【0040】
給送スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第１の主要表面（給送物側）の第１および第２の側に沿ってシールされ、第１の主要表面に沿った給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を流動的にシールし得る。透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面（透過物側）のそれらの第１および第２の端部に沿ってシールされ、第２の主要表面に沿った透過物流体のための流体路を流動的にシールする。透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、好ましくは、それらの第２の主要表面のそれらの第２の側にも沿ってシールされる。シールは、例えば、Ｏリング、接着剤、または熱シールを使用することによって達成され得る。給送スペーサは、それらの第１および第２の側にも沿ってシールされ得、それらは、膜シートの第１および第２の側に対応する。同様に、透過スペーサは、それらの第１および第２の端部および第２の側にも沿ってシールされ得、それらは、膜シートの第１および第２の端部および第２の側に対応する。１つの随意の配置では、隣接する膜シートの第１の主要表面は、それらの第１および第２の側に沿って、一緒にシールされ得る。同様に、隣接する膜シートの第２の主要表面は、それらの第１および第２の端部および第２の側に沿って、一緒にシールされ得る。
【0041】
膜シートは、給送スペーサの周りに折り畳まれ、それによって、一対の膜シートを形成し得、各膜シートの第１の主要表面は、給送スペーサに隣接する。換言すると、各膜シートの第１の主要表面は、互いに面し、それらの間の給送スペーサによって間隔を置かれる。この配置では、シールは、対の膜シートの各々の第１の側間の折り畳みによって提供される。
【0042】
各給送スペーサおよび各透過スペーサは、流体の流動を第１の方向に沿って方向付けるように構成され得る。給送および透過スペーサは、流体の流動を方向付けるための溝を有し得る。例えば、溝は、給送および透過スペーサの表面内に形成され得る。給送スペーサおよび透過スペーサは、給送スペーサ内の溝と透過スペーサ内の溝とが、第２の方向に沿って延びているように、向けられ得る。代替として、給送および透過スペーサは、流体の流動を方向付けるように波形にされ得る。波形給送および透過スペーサは、流体の流動を方向付けるための隆起を有し得る。波形給送スペーサおよび波形透過スペーサは、隆起の縦方向が第１の方向と平行であるように、向けられ得る。さらなる代替として、流体の流動を方向付けるために、給送スペーサおよび透過スペーサは、異なる透過性を異なる方向に有する材料から形成され得る。この透過性の差異は、スペーサを形成するために使用される材料内の繊維の織方によって達成され得る。給送スペーサおよび透過スペーサは、高透過方向（すなわち、低流動抵抗）が第１の方向と平行であるように、向けられ得る。
【0043】
スペーサは、約０．０３～０．０６インチの厚さを有し得る。スペーサは、樹脂が含浸され、次いで、表面を平滑または溝切させるようにカレンダ処理され得る織布材料から形成され得る。
【0044】
給送および透過スペーサは、典型的に、膜シートと同じエリアの上に延びている。
【0045】
対向流膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられ得る。そのような実施形態では、導管は、第１の方向に沿って延びている中心管である。１つ以上の膜シートは、１つ以上の膜シートの第１の側が第２の側より中心管に近くなるように、第１の方向と垂直な渦巻を画定するように、中心管の周りに巻きつけられる。中心管は、円筒形表面と、管腔をそれらの間に画定する第１および第２の終端端部とを備えている。中心管は、１つ以上の開口部を円筒形表面内に備え、１つ以上の開口部は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取るように構成されている。１つ以上の開口部は、膜の透過区分に隣接する。１つ以上の開口部は、１つ以上の開口部が、第２の部分より第１の端部に近いように、第１の方向に膜シートの透過区分からオフセットされている。中心管は、１つ以上の開口部によって受け取られる透過物流体を出力するように構成された出口をさらに備え、出口は、中心管の第１または第２の終端端部内にある。
【0046】
１つ以上の開口部は、互いに間隔を置かれ得る。好ましくは、１つ以上の開口部は、第１の方向に沿って間隔を置かれる。透過区分は、典型的に、第１の方向に１つ以上の開口部と同じ軸方向範囲にわたって延びている。透過区分は、典型的に、第１の方向に１つ以上の開口部と直接整列させられる。
【0047】
中心管は、１つ以上の開口部によって受け取られ、次いで、第１または第２の終端端部内の出口に向かって、かつそこから外に、管の縦方向に沿って、中心管の管腔内を流動するように、透過物流体のための流動経路を提供する。
【0048】
対向流膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールでもあり得る。プレートおよびフレームモジュールは、膜シートのスタックを含む。膜シートは、典型的に、給送スペーサおよび透過スペーサによって、互いに分離される。給送スペーサおよび透過スペーサによって分離される膜シートのスタックは、フレームによって一緒に接続される２つの端部プレート間に圧縮され得る。Ｏリングシールまたは接着剤シール層は、流体をモジュール内に含み、各膜シートの第１の主要表面（給送物側）上の流体を各膜シートの第２の主要表面（透過物側）上の流体から分離するために使用され得る。ダクトが、モジュールの縁の周りに提供され、流体を各膜シートの第１および第２の主要表面に導入し、そこから除去し得る。
【0049】
本発明は、上で説明される膜モジュールの膜シートを製造する方法にも関する。方法は、前駆体シートのロールを提供することと、前駆体シートのロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングし、前駆体シートのロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングし、膜シートのロールを形成することとを含む。方法はさらに、膜シートの１つ以上のロールを別個の膜シートに分離することを含み、各膜シートの第１の部分は、膜シートのロールの第１のエリアによって形成され、各膜シートの第２の部分は、膜シートのロールの第２のエリアによって形成され、各膜シートの第２の部分は、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有する。
【0050】
第１のコーティング溶液は、第２のコーティング溶液と同じ組成を有し得る。本実施形態では、第２のエリアは、第２の部分が第１の部分より高い透過率を有するように、第１のエリアより薄いコーティング溶液のコーティングを有し得る。
【0051】
第１のコーティング溶液は、第２のコーティング溶液と異なる組成を有し得る。第１のコーティング溶液は、第１の部分より低い主要成分のための透過性を有し得る。
【0052】
前駆体シートのロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングすることおよび前駆体シートのロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングすることは、第１および第２の主要表面の両方のために実施され得る。代替として、前駆体シートのロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングすることおよび前駆体シートのロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングすることは、第１の主要表面のみのために実施され得る。
【0053】
第１のエリアおよび第２のエリアは、互いに隣接し得る。好ましくは、第２のエリアは、各膜シートにおいて、第２の部分が、細片として形成され、第１の部分が、第２の部分の両側に提供されるように、２つの第１のエリア間に位置付けられる。
【0054】
方法は、各膜シートが一対の膜シート（すなわち、スペーサの上側の膜シートおよびスペーサの下側の膜シート）を形成するように、各膜シートを給送スペーサの周りで折り畳むことをさらに含み得る。各膜シートの第１の主要表面は、給送スペーサに隣接する。換言すると、各膜シートの第１の主要表面は、互いに面し、それらの間の給送スペーサによって間隔を置かれる。
【0055】
方法は、それらの第１の側に沿って、２つの膜シートを一緒にシールし、給送スペーサをそれらの間に位置付けることをさらに含み得る。給送スペーサに隣接する、膜シートの表面は、第１の主要表面である。
【0056】
第１のエリアをコーティングするステップおよび第２のエリアをコーティングするステップは、同時に実施され得る。
【0057】
コーティングするステップは、膜シートのロールをコーティングコンテナ内の第１および第２の溶液と接触させることによって実施され得、コーティングコンテナは、セパレータによって互いに流動的に分離された第１および第２の区分を有し、第１の区分は、第１のコーティング溶液を含み、第２の区分は、第２のコーティング溶液を含む。方法はさらに、セパレータの位置を移動させ、第２の部分の位置およびサイズを調節することを含み得る。好ましくは、コーティングコンテナの第２の区分は、コーティングコンテナの２つの第１の区分間に位置付けられる。
【0058】
第１のエリアをコーティングするステップおよび第２のエリアをコーティングするステップは、別個のステップにおいて実施され得る。
【0059】
本発明の別の側面は、上で説明される直交流膜モジュールを使用して、主要成分および微量成分を備えている給送物流から微量成分を分離する方法に関する。方法は、入口を通して、各膜シートの第１の主要表面に沿って、給送物流体を流動させることを含み得る。方法は、膜シートを横断して、給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離することをさらに含み得、残留物流体は、給送物流体より低い濃度の微量成分を有し、透過物流体は、給送物流体より高い濃度の微量成分を有する。膜シートを横断して給送物流体を分離することは、膜シートの第１の部分を横断して給送物流体を分離し、透過物流体の第１の部分を発生させることと、膜シートの第２の部分を横断して給送物流体を分離し、透過物流体の第２の部分を発生させることとを含み得る。方法は、導管を介して、透過物流体を直交流膜モジュールから出力することと、出口を介して、残留物流体を直交流膜モジュールから出力することとをさらに含み得る。給送物流体は、メタンと、二酸化炭素とを備え得、方法が二酸化炭素をメタンから分離する方法であるように、メタンは、主要成分であって、二酸化炭素は、微量成分である。代わりに、給送物流体は、窒素と、二酸化炭素とを備え得、方法が二酸化炭素を窒素から分離する方法であるように、窒素は、主要成分であり、二酸化炭素は、微量成分である。
【0060】
本発明は、給送物流体の流動および供給を制御するために、これが内部で発生させられるので、弁または配管を要求しない。さらに、本発明は、公知の直交流モジュール、特に、プレートおよびフレームモジュールおよび渦巻状に巻きつけられたモジュールが、その全体的構造に大きい変化を伴わずに、内部掃引を採用する対向流構成に対して変化させられることを可能にする。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
微量成分および主要成分を備えている給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離するように構成された対向流膜モジュールであって、前記残留物流体は、前記給送物流体より低い濃度の前記微量成分を有し、前記透過物流体は、前記給送物流体より高い濃度の前記微量成分を有し、前記モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、前記第２の端部は、第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
前記筐体の前記第１の端部と第２の端部との間の１つ以上の膜シートと
を備え、
各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、前記第２の端部は、前記第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、前記第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、前記第１の側は、第２の方向に沿って前記第２の側から間隔を置かれ、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、前記第２の主要表面は、前記第１の主要表面と反対側にあり、各膜シートは、前記給送物流体を前記残留物流体と前記透過物流体とに分離するように構成され、
前記膜モジュールは、前記給送物流体および前記残留物流体が前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、前記透過物流体が各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
前記膜モジュールは、
前記筐体の前記第１の端部における入口であって、前記入口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第１の端部と流体連通し、前記給送物流体を受け取るように構成され、それによって、前記給送物流体は、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する、入口と、
前記筐体の前記第２の端部における出口であって、前記出口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第２の端部と流体連通し、前記給送物流体から分離された前記残留物流体を受け取り、出力するように構成されている、出口と、
前記膜シートの前記第２の主要表面の前記第１の側に沿った透過区分に隣接した導管であって、前記透過区分は、前記透過物流体が前記導管の中に入ることを可能にするためのものであり、前記導管は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、導管と、
をさらに備え、
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分を横断した前記給送物流体の分離が、前記透過物流体の第１の部分を発生させ、前記第２の部分を横断した分離が、前記透過物流体の第２の部分を発生させ、
前記膜シートの前記第２の部分は、前記第１の部分より前記主要成分のための高い透過性を有し、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分が、前記透過物流体の前記第１の部分より前記主要成分の高い濃度を有し、
前記第２の部分は、前記膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する前記給送物流体と流体連通し、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記透過区分より前記第２の端部に近いように、前記膜シートの前記透過区分から前記第１の方向にオフセットされており、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分に前記第１の端部に向かって流動させ、その結果、前記透過物流体の前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第１の部分と混合し、それによって、前記透過物流体の前記第１の部分中の前記微量成分の濃度を低減させる、膜モジュール。
（項目２）
前記導管は、前記透過区分と整列させられている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目３）
前記モジュールは、第２の導管をさらに備え、各膜は、第２の透過区分を備え、前記第２の透過区分は、前記第２の側にあり、前記第２の透過区分は、前記第２の導管に流動的に接続され、前記第２の導管は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目４）
前記膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールである、項目１に記載の膜モジュール。
（項目５）
前記対向流膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられ、
前記導管は、前記第１の方向に沿って延びている中心管であり、
前記１つ以上の膜シートは、前記１つ以上の膜シートの前記第１の側が前記第２の側より前記中心管に近いように、前記中心管の周りに巻きつけられ、前記第１の方向と垂直な渦巻を画定し、
前記中心管は、円筒形表面と第１および第２の終端端部とを備え、前記第１および第２の終端端部は、それらの間に管腔を画定し、
前記中心管は、１つ以上の開口部を前記円筒形表面内に備え、前記１つ以上の開口部は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取るように構成され、前記１つ以上の開口部は、前記膜の透過区分に隣接し、前記１つ以上の開口部は、前記１つ以上の開口部が前記第２の部分より前記第１の端部に近いように、前記膜シートの前記第２の部分から前記第１の方向にオフセットされ、
前記中心管は、前記１つ以上の開口部によって受け取られる前記透過物流体を出力するように構成された出口をさらに備え、前記出口は、前記中心管の前記第１または第２の終端端部にある、項目１に記載の膜モジュール。
（項目６）
前記１つ以上の開口部は、前記第１の方向に沿って互いに間隔を置かれている、項目５に記載の膜モジュール。
（項目７）
前記膜シートの前記第２の部分は、前記１つ以上の膜シートの外縁に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目８）
前記第２の部分は、前記第２の側の少なくとも一部に沿って延び、前記第２の部分は、前記第１の方向において前記透過区分と重複しない、項目７に記載の膜モジュール。
（項目９）
前記第２の部分は、前記第２の端部の少なくとも一部に沿って延び、好ましくは、前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って延びている、項目７に記載の膜モジュール。
（項目１０）
前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って延びている、項目８に記載の膜モジュール。
（項目１１）
前記透過区分は、前記第１の側に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１２）
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第３の部分をさらに備え、前記第３の部分は、透過物の流動を前記透過区分に向かって方向付けるように構成され、好ましくは、前記第３の部分は、前記１つ以上の膜シートの前記第２の主要表面に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１３）
前記第３の部分は、前記第３の部分が前記第２の端部により近いように、前記透過区分から前記第１の方向に沿ってオフセットされている、項目１２に記載の膜モジュール。
（項目１４）
前記第３の部分は、前記第１の部分と比較して、前記主要成分のための低減させられた透過率を有し、好ましくは、前記第３の部分は、前記主要成分および微量成分に対して実質的に不透過性である、項目１２に記載の膜モジュール。
（項目１５）
前記第３の部分は、前記膜の縁に沿って延び、好ましくは、前記第３の部分は、前記第１の側または前記第２の側に沿って延びている、項目１２に記載の膜モジュール。
（項目１６）
前記第２の部分は、前記第２の方向に、および／または、前記１つ以上の膜シートの前記第２の端部の縁に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１７）
前記モジュールは、
前記１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の給送スペーサであって、各給送スペーサは、前記出口までの前記給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の給送スペーサと、
前記１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の透過スペーサであって、各透過スペーサは、前記導管までの前記透過物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の透過スペーサと
をさらに備えている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１８）
前記１つ以上の膜シートのうちの第１の膜シートは、給送スペーサが前記第１の膜シートの前記第１の主要表面に隣接し、透過スペーサが前記第１の膜シートの前記第２の主要表面に隣接するように配置されている、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目１９）
前記膜シート、前記１つ以上の給送スペーサ、および前記１つ以上の透過スペーサは、積み重ねられた構成で配置され、隣接する膜シート間の各空間は、給送スペーサまたは透過スペーサのいずれかによって画定され、前記膜シートは、各膜シートの前記第１の主要表面が給送スペーサと接触し、各膜シートの前記第２の主要表面が透過スペーサと接触するように、交互する向きである、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目２０）
給送スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第１の主要表面の前記第１および第２の側に沿ってシールされていることによって、前記第１の主要表面を横断した前記給送物流体および残留物流体の流動のための前記流体路を流動的にシールし、透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面のそれらの第１および第２の端部に沿ってシールされていることによって、前記第２の主要表面を横断した前記透過物流体のための前記流体路を流動的にシールし、好ましくは、前記透過スペーサによって間隔を置かれた前記隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面の前記第２の側にも沿ってシールされている、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目２１）
各給送スペーサは、前記第１の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成され、各透過スペーサは、前記第２の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成されている、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目２２）
前記第２の部分の面積は、前記膜シートの総面積の２０％未満、好ましくは、１５％未満、より好ましくは、１０％未満、最も好ましくは、６％未満である、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２３）
前記主要成分のための前記第２の部分の透過率は、前記主要成分のための前記第１の部分の透過率の２倍、好ましくは、少なくとも１０倍より大きい、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２４）
前記第２の部分は、前記第２の主要表面の一部を形成している、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２５）
前記第２の部分は、前記第１の主要表面の一部を形成している、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２６）
項目１に記載の前記膜モジュールの膜シートを製造する方法であって、前記方法は、
前駆体シートのロールを提供することと、
前記前駆体シートの前記ロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングし、前記前駆体シートの前記ロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングし、前記膜シートの前記ロールを形成することと、
前記膜シートの１つ以上のロールを別個の膜シートに分離することと
を含み、
各膜シートの前記第１の部分は、前記膜シートの前記ロールの前記第１のエリアによって形成され、各膜シートの前記第２の部分は、前記膜シートの前記ロールの前記第２のエリアによって形成され、各膜シートの前記第２の部分は、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過率を有する、方法。
（項目２７）
前記第１のエリアおよび前記第２のエリアは、互いに隣接し、好ましくは、前記第２のエリアは、２つの第１のエリア間に位置付けられ、それによって、各膜シートにおいて、前記第２の部分は、細片として形成され、前記第１の部分は、前記第２の部分の両側に提供される、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記方法は、各膜シートが一対の膜シートを形成するように、各膜シートを給送スペーサの周りで折り畳むことをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目２９）
２つの膜シートをそれらの第１の側に沿って一緒にシールし、それらの間に給送スペーサを位置付けることをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目３０）
前記第１のエリアをコーティングすることと、前記第２のエリアをコーティングすることとは、同時に実施される、項目２６に記載の方法。
（項目３１）
前記コーティングすることは、前記膜シートの前記ロールをコーティングコンテナ内の第１および第２の溶液と接触させることによって実施され、前記コーティングコンテナは、セパレータによって互いに流動的に分離された第１および第２の区分を有し、前記第１の区分は、前記第１のコーティング溶液を含み、前記第２の区分は、前記第２のコーティング溶液を含む、項目２６に記載の方法。
（項目３２）
前記コーティングコンテナの前記第２の区分は、前記コーティングコンテナの２つの第１の区分間に位置付けられている、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
前記セパレータの位置を移動させ、前記第２の部分の位置およびサイズを調節することをさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目３４）
対向流膜モジュールを使用して、主要成分および微量成分を備えている給送物流から微量成分を分離する方法であって、残留物流体が、前記給送物流体より低い濃度の前記微量成分を有し、透過物流体が、前記給送物流体より高い濃度の前記微量成分を有し、好ましくは、前記微量成分は、二酸化炭素であり、前記主要成分は、メタンまたは窒素であり、
前記モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、前記第２の端部は、第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
前記筐体の前記第１の端部と第２の端部との間に延びている１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、前記第２の端部は、前記第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、前記第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、前記第１の側は、第２の方向に沿って前記第２の側から間隔を置かれ、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、前記第２の主要表面は、前記第１の主要表面と反対側にある、１つ以上の膜シートと、
前記筐体の前記第１の端部における入口であって、前記入口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第１の端部と流体連通している、入口と、
前記筐体の前記第２の端部における出口であって、前記出口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第２の端部と流体連通している、出口と、
前記膜シートの前記第２の主要表面の前記第１の側に沿って透過区分に隣接している導管と
を備え、
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、
前記方法は、
前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するように、前記主要成分および前記微量成分を備えている給送物流体を前記入口を介して各膜シートの前記第１の主要表面に送達することと、
前記残留物流体が前記第１の主要表面に沿って前記第１の方向に前記出口まで流動し、前記透過物流体が前記第２の主要表面に沿って、前記透過区分に、次いで、前記導管の中に流動するように、各膜シートを横断する前記給送物流体を前記透過物流体と前記残留物流体とに分離することと
を含み、
前記膜モジュールは、前記給送物流体および前記残留物流体が前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、前記透過物流体が各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
前記分離するステップは、前記膜シートの前記第１の部分を横断して前記給送物流体を分離することによって、前記透過物流体の第１の部分を発生させ、前記膜シートの前記第２の部分を横断して前記給送物流体を分離することによって、前記透過物流体の第２の部分を発生させることを含み、前記膜シートの前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第２の部分が前記透過物流体の前記第１の部分より前記主要成分の高い濃度を有するように、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過率を有し、
前記第２の部分は、前記膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する前記給送物流体と流体連通し、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記透過区分より前記第２の端部に近いように、前記膜シートの前記透過区分から前記第１の方向にオフセットされており、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分に前記第１の端部に向かって流動させ、その結果、前記透過物流体の前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第１の部分と混合し、それによって、前記透過物流体の前記第１の部分中の前記微量成分の濃度を低減させ、
前記方法は、前記残留物流体を前記モジュールから前記出口を介して出力し、前記透過物流体を前記モジュールから前記導管を介して出力することをさらに含む、方法。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
微量成分および主要成分を備えている給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離するように構成された対向流膜モジュールであって、前記残留物流体は、前記給送物流体より低い濃度の前記微量成分を有し、前記透過物流体は、前記給送物流体より高い濃度の前記微量成分を有し、前記モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、前記第２の端部は、第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
前記筐体の前記第１の端部と第２の端部との間の１つ以上の膜シートと
を備え、
各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、前記第２の端部は、前記第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、前記第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、前記第１の側は、第２の方向に沿って前記第２の側から間隔を置かれ、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、前記第２の主要表面は、前記第１の主要表面と反対側にあり、各膜シートは、前記給送物流体を前記残留物流体と前記透過物流体とに分離するように構成され、
前記膜モジュールは、前記給送物流体および前記残留物流体が前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、前記透過物流体が各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
前記膜モジュールは、
前記筐体の前記第１の端部における入口であって、前記入口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第１の端部と流体連通し、前記給送物流体を受け取るように構成され、それによって、前記給送物流体は、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する、入口と、
前記筐体の前記第２の端部における出口であって、前記出口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第２の端部と流体連通し、前記給送物流体から分離された前記残留物流体を受け取り、出力するように構成されている、出口と、
前記膜シートの前記第２の主要表面の前記第１の側に沿った透過区分に隣接した導管であって、前記透過区分は、前記透過物流体が前記導管の中に入ることを可能にするためのものであり、前記導管は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、導管と、
をさらに備え、
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分を横断した前記給送物流体の分離が、前記透過物流体の第１の部分を発生させ、前記第２の部分を横断した分離が、前記透過物流体の第２の部分を発生させ、
前記膜シートの前記第２の部分は、前記第１の部分より前記主要成分のための高い透過性を有し、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分が、前記透過物流体の前記第１の部分より前記主要成分の高い濃度を有し、
前記第２の部分は、前記膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する前記給送物流体と流体連通し、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記透過区分より前記第２の端部に近いように、前記膜シートの前記透過区分から前記第１の方向にオフセットされており、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分に前記第１の端部に向かって流動させ、その結果、前記透過物流体の前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第１の部分と混合し、それによって、前記透過物流体の前記第１の部分中の前記微量成分の濃度を低減させる、膜モジュール。
（項目２）
前記導管は、前記透過区分と整列させられている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目３）
前記モジュールは、第２の導管をさらに備え、各膜は、第２の透過区分を備え、前記第２の透過区分は、前記第２の側にあり、前記第２の透過区分は、前記第２の導管に流動的に接続され、前記第２の導管は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目４）
前記膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールである、項目１に記載の膜モジュール。
（項目５）
前記対向流膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられ、
前記導管は、前記第１の方向に沿って延びている中心管であり、
前記１つ以上の膜シートは、前記１つ以上の膜シートの前記第１の側が前記第２の側より前記中心管に近いように、前記中心管の周りに巻きつけられ、前記第１の方向と垂直な渦巻を画定し、
前記中心管は、円筒形表面と第１および第２の終端端部とを備え、前記第１および第２の終端端部は、それらの間に管腔を画定し、
前記中心管は、１つ以上の開口部を前記円筒形表面内に備え、前記１つ以上の開口部は、前記給送物流体から分離された前記透過物流体を受け取るように構成され、前記１つ以上の開口部は、前記膜の透過区分に隣接し、前記１つ以上の開口部は、前記１つ以上の開口部が前記第２の部分より前記第１の端部に近いように、前記膜シートの前記第２の部分から前記第１の方向にオフセットされ、
前記中心管は、前記１つ以上の開口部によって受け取られる前記透過物流体を出力するように構成された出口をさらに備え、前記出口は、前記中心管の前記第１または第２の終端端部にある、項目１に記載の膜モジュール。
（項目６）
前記１つ以上の開口部は、前記第１の方向に沿って互いに間隔を置かれている、項目５に記載の膜モジュール。
（項目７）
前記膜シートの前記第２の部分は、前記１つ以上の膜シートの外縁に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目８）
前記第２の部分は、前記第２の側の少なくとも一部に沿って延び、前記第２の部分は、前記第１の方向において前記透過区分と重複しない、項目７に記載の膜モジュール。
（項目９）
前記第２の部分は、前記第２の端部の少なくとも一部に沿って延び、好ましくは、前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って延びている、項目７に記載の膜モジュール。
（項目１０）
前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って延びている、項目８に記載の膜モジュール。
（項目１１）
前記透過区分は、前記第１の側に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１２）
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第３の部分をさらに備え、前記第３の部分は、透過物の流動を前記透過区分に向かって方向付けるように構成され、好ましくは、前記第３の部分は、前記１つ以上の膜シートの前記第２の主要表面に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１３）
前記第３の部分は、前記第３の部分が前記第２の端部により近いように、前記透過区分から前記第１の方向に沿ってオフセットされている、項目１２に記載の膜モジュール。
（項目１４）
前記第３の部分は、前記第１の部分と比較して、前記主要成分のための低減させられた透過率を有し、好ましくは、前記第３の部分は、前記主要成分および微量成分に対して実質的に不透過性である、項目１２に記載の膜モジュール。
（項目１５）
前記第３の部分は、前記膜の縁に沿って延び、好ましくは、前記第３の部分は、前記第１の側または前記第２の側に沿って延びている、項目１２に記載の膜モジュール。
（項目１６）
前記第２の部分は、前記第２の方向に、および／または、前記１つ以上の膜シートの前記第２の端部の縁に沿って延びている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１７）
前記モジュールは、
前記１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の給送スペーサであって、各給送スペーサは、前記出口までの前記給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の給送スペーサと、
前記１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の透過スペーサであって、各透過スペーサは、前記導管までの前記透過物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の透過スペーサと
をさらに備えている、項目１に記載の膜モジュール。
（項目１８）
前記１つ以上の膜シートのうちの第１の膜シートは、給送スペーサが前記第１の膜シートの前記第１の主要表面に隣接し、透過スペーサが前記第１の膜シートの前記第２の主要表面に隣接するように配置されている、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目１９）
前記膜シート、前記１つ以上の給送スペーサ、および前記１つ以上の透過スペーサは、積み重ねられた構成で配置され、隣接する膜シート間の各空間は、給送スペーサまたは透過スペーサのいずれかによって画定され、前記膜シートは、各膜シートの前記第１の主要表面が給送スペーサと接触し、各膜シートの前記第２の主要表面が透過スペーサと接触するように、交互する向きである、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目２０）
給送スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第１の主要表面の前記第１および第２の側に沿ってシールされていることによって、前記第１の主要表面を横断した前記給送物流体および残留物流体の流動のための前記流体路を流動的にシールし、透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面のそれらの第１および第２の端部に沿ってシールされていることによって、前記第２の主要表面を横断した前記透過物流体のための前記流体路を流動的にシールし、好ましくは、前記透過スペーサによって間隔を置かれた前記隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面の前記第２の側にも沿ってシールされている、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目２１）
各給送スペーサは、前記第１の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成され、各透過スペーサは、前記第２の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成されている、項目１７に記載の膜モジュール。
（項目２２）
前記第２の部分の面積は、前記膜シートの総面積の２０％未満、好ましくは、１５％未満、より好ましくは、１０％未満、最も好ましくは、６％未満である、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２３）
前記主要成分のための前記第２の部分の透過率は、前記主要成分のための前記第１の部分の透過率の２倍、好ましくは、少なくとも１０倍より大きい、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２４）
前記第２の部分は、前記第２の主要表面の一部を形成している、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２５）
前記第２の部分は、前記第１の主要表面の一部を形成している、項目１に記載の膜モジュール。
（項目２６）
項目１に記載の前記膜モジュールの膜シートを製造する方法であって、前記方法は、
前駆体シートのロールを提供することと、
前記前駆体シートの前記ロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングし、前記前駆体シートの前記ロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングし、前記膜シートの前記ロールを形成することと、
前記膜シートの１つ以上のロールを別個の膜シートに分離することと
を含み、
各膜シートの前記第１の部分は、前記膜シートの前記ロールの前記第１のエリアによって形成され、各膜シートの前記第２の部分は、前記膜シートの前記ロールの前記第２のエリアによって形成され、各膜シートの前記第２の部分は、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過率を有する、方法。
（項目２７）
前記第１のエリアおよび前記第２のエリアは、互いに隣接し、好ましくは、前記第２のエリアは、２つの第１のエリア間に位置付けられ、それによって、各膜シートにおいて、前記第２の部分は、細片として形成され、前記第１の部分は、前記第２の部分の両側に提供される、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記方法は、各膜シートが一対の膜シートを形成するように、各膜シートを給送スペーサの周りで折り畳むことをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目２９）
２つの膜シートをそれらの第１の側に沿って一緒にシールし、それらの間に給送スペーサを位置付けることをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目３０）
前記第１のエリアをコーティングすることと、前記第２のエリアをコーティングすることとは、同時に実施される、項目２６に記載の方法。
（項目３１）
前記コーティングすることは、前記膜シートの前記ロールをコーティングコンテナ内の第１および第２の溶液と接触させることによって実施され、前記コーティングコンテナは、セパレータによって互いに流動的に分離された第１および第２の区分を有し、前記第１の区分は、前記第１のコーティング溶液を含み、前記第２の区分は、前記第２のコーティング溶液を含む、項目２６に記載の方法。
（項目３２）
前記コーティングコンテナの前記第２の区分は、前記コーティングコンテナの２つの第１の区分間に位置付けられている、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
前記セパレータの位置を移動させ、前記第２の部分の位置およびサイズを調節することをさらに含む、項目３１に記載の方法。
（項目３４）
対向流膜モジュールを使用して、主要成分および微量成分を備えている給送物流から微量成分を分離する方法であって、残留物流体が、前記給送物流体より低い濃度の前記微量成分を有し、透過物流体が、前記給送物流体より高い濃度の前記微量成分を有し、好ましくは、前記微量成分は、二酸化炭素であり、前記主要成分は、メタンまたは窒素であり、
前記モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、前記第２の端部は、第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
前記筐体の前記第１の端部と第２の端部との間に延びている１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、前記第２の端部は、前記第１の方向に沿って前記第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、前記第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、前記第１の側は、第２の方向に沿って前記第２の側から間隔を置かれ、前記第２の方向は、前記第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、前記第２の主要表面は、前記第１の主要表面と反対側にある、１つ以上の膜シートと、
前記筐体の前記第１の端部における入口であって、前記入口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第１の端部と流体連通している、入口と、
前記筐体の前記第２の端部における出口であって、前記出口は、各膜シートの前記第１の主要表面の前記第２の端部と流体連通している、出口と、
前記膜シートの前記第２の主要表面の前記第１の側に沿って透過区分に隣接している導管と
を備え、
前記１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、
前記方法は、
前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するように、前記主要成分および前記微量成分を備えている給送物流体を前記入口を介して各膜シートの前記第１の主要表面に送達することと、
前記残留物流体が前記第１の主要表面に沿って前記第１の方向に前記出口まで流動し、前記透過物流体が前記第２の主要表面に沿って、前記透過区分に、次いで、前記導管の中に流動するように、各膜シートを横断する前記給送物流体を前記透過物流体と前記残留物流体とに分離することと
を含み、
前記膜モジュールは、前記給送物流体および前記残留物流体が前記第１の方向に各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、前記透過物流体が各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
前記分離するステップは、前記膜シートの前記第１の部分を横断して前記給送物流体を分離することによって、前記透過物流体の第１の部分を発生させ、前記膜シートの前記第２の部分を横断して前記給送物流体を分離することによって、前記透過物流体の第２の部分を発生させることを含み、前記膜シートの前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第２の部分が前記透過物流体の前記第１の部分より前記主要成分の高い濃度を有するように、前記第１の部分より高い前記主要成分のための透過率を有し、
前記第２の部分は、前記膜シートの前記第１の主要表面に沿って流動する前記給送物流体と流体連通し、前記第２の部分は、前記第２の部分が前記透過区分より前記第２の端部に近いように、前記膜シートの前記透過区分から前記第１の方向にオフセットされており、それによって、前記透過物流体の前記第２の部分に前記第１の端部に向かって流動させ、その結果、前記透過物流体の前記第２の部分は、前記透過物流体の前記第１の部分と混合し、それによって、前記透過物流体の前記第１の部分中の前記微量成分の濃度を低減させ、
前記方法は、前記残留物流体を前記モジュールから前記出口を介して出力し、前記透過物流体を前記モジュールから前記導管を介して出力することをさらに含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【0061】
本発明のより深い理解のために、かつそれが実行され得る方法を示すために、ここで、例のみとして、付随の図面が参照されるであろう。
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【発明を実施するための形態】
【0083】
本発明以前は、掃引流体を採用するモジュールは、図３、４、５、および８におけるものに類似する形態を伴う対向流中空ファイバモジュールに適用されており、掃引流体が、対向流モジュールの性能を向上させるために、モジュールの残留端において導入されていた。我々の発明のモジュール構成は、１つ以上の膜シート（必然的に平坦／平面である）を採用する膜モジュールにおいて内部発生掃引流体を使用する。本発明の膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールとして構成され得る。本発明では、掃引流体流動は、給送物流体の一部を透過物流体の中に透過させることによって制御される。故に、掃引流体は、内部で発生させられる。内部発生掃引を膜シートを有する膜モジュールにおいて使用することは、驚くべき技術的効果につながる。
【0084】
（膜シート形成）
本発明は、平坦なシート膜を備えている、モジュールの使用に焦点を当てる。平坦なシート膜は、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールの中に形成され得る。モジュールを作製するために使用される膜は、通常、典型的に、４０～６０インチ幅および数百メートル長の持続ロールとして作製される。分離を実施するために使用される選択的層は、通常、薄く、かつ繊細であり、したがって、ほぼ全ての膜は、コーティングまたは鋳造／析出プロセスによって作製され、プロセスにおいて、膜は、機械的強度を提供する丈夫な不織支持紙のロール上に形成される。ある範囲のコーティングおよび鋳造手順が、例えば、“Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｂａｋｅｒ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙｅｄ．，（２０１２）に説明されるように、これらの膜を調製するために使用される。本発明は、任意の特定のタイプの膜に限定されず、当業者は、公知の膜生成技法を修正し、本発明のために必要とされる膜シートを作製することが可能であろう。
本発明は、平坦なシート膜を備えている、モジュールの使用に焦点を当てる。平坦なシート膜は、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールの中に形成され得る。モジュールを作製するために使用される膜は、通常、典型的に、４０～６０インチ幅および数百メートル長の持続ロールとして作製される。分離を実施するために使用される選択的層は、通常、薄く、かつ繊細であり、したがって、ほぼ全ての膜は、コーティングまたは鋳造／析出プロセスによって作製され、プロセスにおいて、膜は、機械的強度を提供する丈夫な不織支持紙のロール上に形成される。ある範囲のコーティングおよび鋳造手順が、例えば、“Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｂａｋｅｒ，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙｅｄ．，（２０１２）に説明されるように、これらの膜を調製するために使用される。本発明は、任意の特定のタイプの膜に限定されず、当業者は、公知の膜生成技法を修正し、本発明のために必要とされる膜シートを作製することが可能であろう。
【0085】
例として、図９は、従来のコーティングプロセスが、本発明において使用される第１および第２の部分を有する膜シートを作製するために、どのように適合されることができるかを示す。図９では、支持膜のロールが、給送物ロール９０１から引き出され、コーティングコンテナ９０６の下かつコーティングロール９０９の上に引っ張られる。コーティング溶液を分注するために使用されるコーティングコンテナ９０６は、第２の区分９０４の両側に位置付けられた第１の区分９０５を有し、区分９０４、９０５は、セパレータ（堰堤）９１０および９１１によって互いに分離されている。セパレータ９１０、９１１は、薄い。第１の区分９０５は、第１のコーティング溶液を含み、第２の区分９０４は、第２のコーティング溶液を含む。２つのコーティングされたエリアは、コーティングコンテナの下を通過するにつれて、紙フィルム上に生成される。第１のエリア９０７は、第１の区分９０５からコーティング溶液でコーティングされ、膜シートの第１の部分を形成する。第２のエリア９０８は、第２の区分９０４からコーティング溶液でコーティングされ、第２の部分を形成する。第２のコーティング溶液は、第１のコーティング溶液より高い主要成分のための透過率を有する。その結果、第２の部分は、第１の部分より高い、特に、主要成分のための透過率を有する。第１の部分は、第２の部分より高い選択率を有する。
【0086】
第１および第２のエリア９０７、９０８のコーティングは、各膜シートの第１の主要表面にのみ実施され得る。代替として、第１および第２のエリア９０７、９０８のコーティングは、各膜シートの第１の主要表面および第２の主要表面の両方に実施され得る。
【0087】
セパレータ／堰堤９１０、９１１の位置を移動させることによって、第２の部分（高透過率膜）の細片の位置およびサイズが、膜の片側から他の側まで変動させられることができる。膜のこの部分／エリアを通した透過物の流束は、コーティング溶液の組成および細片の面積を調節することによって、容易に制御される。
【0088】
図９に示される例示的装置では、膜の両方の部分が、同じコーティング動作で形成された。しかしながら、最初に、膜の１つの部分を形成し、次いで、第２の動作において、第２の部分を形成する方がより容易であり得る。両方のオプションが、本発明に包含される。
【0089】
本発明の膜シートを作製するために使用され得るものを表す、第２のタイプの膜コーティング装置が、図１０に示される。このタイプの機器は、図１１に示されるような多層複合膜シートである膜シートを作製するために使用される。複合膜シートは、機械的強度を提供する微孔性支持体１１０１と、選択的膜を構成するいくつかのコーティング層とから成る多層構造である。第１の層は、ガター層１１０２であり、それは、非常に高透過であるが、非選択的である材料から作製される。ガター層１１０２は、透過物を支持膜の細孔に伝える役割を果たし、それは、選択的層１１０３がコーティングされることができる平滑な表面を提供する。選択的層１１０３は、次いで、モジュール調製または使用中、選択的層を損傷から保護する役割を果たす高透過ポリマーの最終保護層１１０４でコーティングされる。
【0090】
そのような膜シートを作製するために使用され得る装置は、図１０に示される。支持紙１００１のロールが、最初に、ガター層アプリケータ１００６に通され、その後、膜は、オーブン１００７内で乾燥させられる。膜は、次いで、選択的層アプリケータを通過し、選択的層が、適用され、その後、膜は、オーブン１００３内で再び乾燥させられる。最後に、膜は、オーブン１００５内で乾燥させられる前、アプリケータ１００４を用いて、保護層でコーティングされる。
【0091】
装置において使用されるコーティングコンテナのうちの１つ以上のものは、図１０（ｂ）に示されるように、修正され、必要とされる異なる透過特性を伴う膜の領域を生成することができる。２つのテフロン（登録商標）プレート１０１４および１０１５が、鋼鉄圧延バーの周りにぴったり合うように成形され、コーティングコンテナを２つの区分に分割する役割を果し、異なる膜が移動する支持体上にコーティングされることを可能にする。
【0092】
図９および１０に図示されるプロセスによって生成される膜シートの第２の部分（高透過エリア）は、膜シートに沿った連続した細片として形成される。構築されている膜モジュールの構成に応じて、細片の区分は、所望に応じて、テープまたは他の手段で覆うことによって、塞がれ得る。
【0093】
（膜モジュールの構築）
図９および１０の説明では、第２の部分（すなわち、高透過エリア）が膜のロールの一方の縁に沿って細片として形成される膜ロールを作製する方法が、説明された。そのような膜ロールは、図１２が示すように、いくつかの方法において一緒に組み立てられ得る膜シートに切断され、製作され得る。
図９および１０の説明では、第２の部分（すなわち、高透過エリア）が膜のロールの一方の縁に沿って細片として形成される膜ロールを作製する方法が、説明された。そのような膜ロールは、図１２が示すように、いくつかの方法において一緒に組み立てられ得る膜シートに切断され、製作され得る。
【0094】
図１２（ａ）では、膜のシートが、一方の縁に沿って、高透過率膜（すなわち、第２の部分）１２０６の細片を有する高選択率膜から成るロールから切断される。第２の部分１２０６ではない膜シートの残り（すなわち、高選択率のエリア）は、第１の部分１２０５を形成する。図１２（ｂ）および１２（ｃ）は、膜の２つのシートが、側縁に沿って一緒にシールされ得る方法を示す。図１２ｂでは、これは、接着剤テープ１２２０を使用することによって行われるが、エポキシまたはウレタン糊も、加えて、または代わりに、使用され得る。図１２（ｂ）では、第２の部分（高透過細片）１２０６は、縁に対して横方向に延び、縁において、膜シートが、接合される。図１２（ｃ）では、膜シートは、第２の部分（高透過細片）と反対の縁において接合される。膜モジュールのために膜シートをともに積層する例示的方法は、米国特許第８、６６１，６４８号に説明される。最後に、図１２ｄに示されるように、膜シートを切断し、それを縦軸１２１０に沿って折り畳むことも、可能である。第２の部分（高透過の領域）１２０６は、縦軸１２１０に対して横の方向に沿って、折り畳み部１２２１から間隔を置かれている。特に、第２の部分１２０６は、折り畳み部１２２１と反対側にある。給送スペーサ１２４０が、折り畳み部によって画定された空間内、またはシールされた膜シート間の空間内に提供され、膜シート１２００の主要表面に沿って流体路を提供する。膜は、給送スペーサ１２４０の周りで折り畳まれ得、それによって、膜シート１２００は、給送スペーサ１２４０の両側に提供される。
【0095】
図１３は、いくつかの膜シート１３００が、その縦軸１３１０に沿って、膜の長方形シートを切断し、次いで、横方向１３３０に沿って、膜シートを折り畳むことによって、一緒に組み立てられ得ることを示す。折り畳み部１３３１は、次いで、好ましくは、第２の部分（膜の高透過エリア）１３０６と垂直である。給送スペーサ１３４０が、折り畳み部によって画定された空間内に提供されることによって、膜シート１３００の主要表面に沿って、流体路を提供する。
【0096】
膜シート１２００、１３００が、給送スペーサ１２４０、１３４０の周りで折り畳まれると、それは、一対の膜シートを形成すると考えられ得、各膜シートの第１の主要表面は、給送スペーサに隣接する。換言すると、各膜シートの第１の主要表面は、互いに面し、それらの間の給送スペーサ１２４０、１３４０によって間隔を置かれている。対の膜シートは、膜エンベロープであると考えられ得る。
【0097】
膜シート１２００、１３００は、モジュール（典型的に、図１６および１７に示されるように、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュール）において組み立てられる。これらのモジュールは、ガス分離および透過気化法用途において広く使用される。渦巻状に巻きつけられたモジュールは、典型的に、円筒形圧力容器内に含まれる。公知のモジュールでは、透過物流体のための流体路を包囲する、膜シート１２００、１３００全体は、同じ選択的膜から作製されるであろう。我々の発明では、膜シート１２００、１３００の一部（第２の部分１２０６、１３０６）は、膜シートの残りよりはるかに高い平均透過率を有する。第２の部分１２０６、１３０６は、より低い選択率も有するであろう。そのより高い透過率およびより低い選択率により、掃引効果は、膜シートの第２の部分１２０６、１３０６を透過する流体によって、透過物流体のための流動経路内に発生させられる。
【0098】
（膜モジュールの構成）
膜シート１４００の第１の部分１４０５および第２の部分１４０６（ある場合、第３の部分１４１０も）のための可能な構成のうちのいくつかが、透過物流体１４０７の流動のための結果として起こる流動経路と一緒に、図１４に示される。これらの構成を有する膜シートは、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールの中に組み込まれることができる。各構成では、膜シート１４００の第２の端部１４０２は、第１の方向１４５０に沿って、第１の端部１４０１から間隔を置かれている。膜シート１４００の第２の側１４０４は、第１の方向１４５０に対して横方向である第２の方向に沿って第１の側１４０３から間隔を置かれている。透過物流体のための流動経路は、参照番号１４０７で標識された矢印によって示される。したがって、透過物流体１４０７のための（すなわち、膜の第２の主要表面／透過物側の）種々の流動パターンが、可能であることが分かる。第１の方向１４５０は、図中の左から右への矢印によって示される。図１４に示される例示的構成では、膜シート１４００の第１の主要表面に沿って流動する給送物流体は、図中の左から右である第１の方向１４５０に沿って、略直線経路を辿る。図１４（ａ）は、これが、透過物流体１４０７の流動が給送物流体の流動に対して横方向である直交流構成を描写しているので、本発明によるものではない。図１４（ｂ）－１４（ｅ）は、それらが透過物流体の流動が給送物流体の流動と反対方向である対向流構成を描写しているので、本発明によるものである。実際、これらの図では、給送物流体の流動は、左から右である第１の方向１４５０に沿っている一方、透過物流体または透過物流体の少なくとも１つの成分（特に、透過物流体の第２の部分）の流動は、右から左である。膜シート１４００の透過区分１４０８は、導管１４０９、すなわち、透過物流体１４０７の流動矢印頭が位置付けられる場所の近位にある（すなわち、それに隣接する）。導管１４０９および透過区分１４０８は、第１の方向１４５０に沿って延びている。導管１４０９は、透過物流体を受け取るように構成された開口部／開口を備えている。導管における開口部／開口の軸方向範囲は、第１の方向１４５０における透過区分１４０８の軸方向範囲と同じである。
膜シート１４００の第１の部分１４０５および第２の部分１４０６（ある場合、第３の部分１４１０も）のための可能な構成のうちのいくつかが、透過物流体１４０７の流動のための結果として起こる流動経路と一緒に、図１４に示される。これらの構成を有する膜シートは、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールの中に組み込まれることができる。各構成では、膜シート１４００の第２の端部１４０２は、第１の方向１４５０に沿って、第１の端部１４０１から間隔を置かれている。膜シート１４００の第２の側１４０４は、第１の方向１４５０に対して横方向である第２の方向に沿って第１の側１４０３から間隔を置かれている。透過物流体のための流動経路は、参照番号１４０７で標識された矢印によって示される。したがって、透過物流体１４０７のための（すなわち、膜の第２の主要表面／透過物側の）種々の流動パターンが、可能であることが分かる。第１の方向１４５０は、図中の左から右への矢印によって示される。図１４に示される例示的構成では、膜シート１４００の第１の主要表面に沿って流動する給送物流体は、図中の左から右である第１の方向１４５０に沿って、略直線経路を辿る。図１４（ａ）は、これが、透過物流体１４０７の流動が給送物流体の流動に対して横方向である直交流構成を描写しているので、本発明によるものではない。図１４（ｂ）－１４（ｅ）は、それらが透過物流体の流動が給送物流体の流動と反対方向である対向流構成を描写しているので、本発明によるものである。実際、これらの図では、給送物流体の流動は、左から右である第１の方向１４５０に沿っている一方、透過物流体または透過物流体の少なくとも１つの成分（特に、透過物流体の第２の部分）の流動は、右から左である。膜シート１４００の透過区分１４０８は、導管１４０９、すなわち、透過物流体１４０７の流動矢印頭が位置付けられる場所の近位にある（すなわち、それに隣接する）。導管１４０９および透過区分１４０８は、第１の方向１４５０に沿って延びている。導管１４０９は、透過物流体を受け取るように構成された開口部／開口を備えている。導管における開口部／開口の軸方向範囲は、第１の方向１４５０における透過区分１４０８の軸方向範囲と同じである。
【0099】
図１４ａは、本発明によるものではない、膜シートのための構成を示す。この構成では、第２の部分１４０６（膜の高透過率領域）は、透過区分１４０８と反対側にある。第２の部分１４０６は、膜シート１４００の透過区分１４０８から、第１の方向１４５０にオフセットされていない。したがって、対向流掃引効果は、達成されない（すなわち、透過物流体の第２の部分１４０７は、図中の右から左に流動しない）。代わりに、直交流掃引効果が、生成される。
【0100】
図１４（ｂ）－１４（ｅ）は、図１４（ａ）に示される膜シートより良好な結果を生成し得る本発明の導管および膜シートのための可能な構成を示す。図１４（ｂ）－１４（ｅ）に示される構成では、導管１４０９は、第１の側１４０３または第１の側１４０３および第２の側１４０４の両方の近位で、第１の方向１４５０に沿って延びている。図１４に示される導管１４０９を表す卵形の長さは、導管１４０９における開口部／開口の軸方向範囲を表す。例えば、図１４（ｃ）では、導管１４０９は、第１の方向に膜シートと同じ軸方向範囲にわたって延び得るが、導管１４０９における開口部／開口は、第１の方向に膜シートの長さの約半分にわたってのみ延びている。
【0101】
図１４（ｂ）－１４（ｅ）では、第２の部分１４０６（高透過細片）は、膜シート１４００の外縁に沿って延びている。特に、第２の部分１４０６は、第２の端部１４０２によって形成される膜の縁に沿って、または、第２の１４０４側によって形成される縁の一部に沿って延びている。第２の部分１４０６ではない膜シート１４００の残りは、第１の部分１４０５（高選択的エリア）であると考えられる。図１４（ｂ）－（ｄ）に示される構成は、渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールにおいて使用され得る。図１４（ｅ）に示される構成は、特に、プレートおよびフレームモジュールのために好適である。
【0102】
図１４（ｂ）に示される構成では、第２の部分１４０６（高透過細片）は、透過区分１４０８から、第１の方向にオフセットされており、それによって、第２の部分１４０６は、第１の部分１４０５より第２の端部１４０２に近い。特に、透過区分１４０８は、第１の方向１４５０に沿って延び、第２の部分１４０６は、第２の部分１４０６が透過区分１４０８に対して横方向であり、それと垂直であり得るように、第２の方向に沿って延びている。第２の部分１４０６を通り抜ける透過物流体の第２の部分からの掃引効果は、膜シート１４００の第１の部分１４０５（膜の選択的エリア）の大部分にわたって、対向流効果を生成する。
【0103】
図１４（ｃ）および１４（ｄ）は、第３の部分１４１０の含む方法を実証し、第３の部分１４１０は、透過物流体の流動を透過区分に向かって方向付けるように構成され、したがって、バッフルとしての機能を果たす。第３の部分１４１０は、したがって、透過物流体（特に、透過物流体の第２の部分）の流動のさらなる方向制御を提供する。第３の部分１４１０は、これらの実施形態内に随意に含まれ、膜シート１４００の第２の主要表面上に提供される。第３の部分１４１０は、主要成分および微量成分に対して実質的に不透過性である。第３の部分１４１０は、透過物流体の第２の部分を第１の方向と反対方向に（すなわち、第１の端部１４０１に向かって）流動するように方向付ける。第３の部分１４１０は、膜シート１４００の第１の側１４０３によって形成される縁の一部を被覆し、それによって、第１の方向における透過区分の軸方向範囲を制限し得る。第３の部分１４１０は、したがって、第１の方向１４５０と反対の方向への透過物流体１４０７の第２の部分の流動を増進する（すなわち、掃引効果を高める）。上で議論されるように、図１４（ｃ）では、導管１４０９は、第１の方向に膜シートと同じ軸方向範囲にわたって延び得るが、導管１４０９における開口部／開口は、第１の方向に膜シートの長さの約半分にわたってしか延びていない。特に、開口部／開口は、それらが直接整列させられるように、透過物部分１４０８の同じ軸方向範囲にわたって延びている。導管の残りのエリアは、直接、第３の部分１４１０と整列させられ、開口／開口部を備えていない。
【0104】
これらの図では、第３の部分１４１０は、第３の部分１４１０が第２の端部１４０２により近いように、第１の方向１４５０に沿って、透過区分１４０８からオフセットされている。第３の部分１４１０は、膜シート１４００の縁に沿って延びている。図１４（ｃ）では、第３の部分１４１０は、第１の側１４０３によって形成される外縁の一部および第２の側１４０４によって形成される外縁の一部に沿って延びている。図１４（ｄ）では、第３の部分１４１０は、第１の側１４０３によって形成される外縁の一部に沿って延びている。第３の部分１４１０は、テープまたは糊を膜シート１４００に適用することによって形成され得る。
【0105】
図１４（ｅ）は、連続的直交流モジュールの修正されたバージョンであり、それは、内部発生掃引効果を伴う対向流モジュールであるように修正されている。この構成では、２つの導管１４０９、１４０９’が、採用される。第１の導管１４０９は、膜シート１４００の第１の側１４０３上の透過区分１４０８に隣接し、第２の導管１４０９’は、膜シート１４００の第２の側１４０４上の透過区分１４０８’に隣接する。矢印によって示されるように、透過物流体は、膜シート１４００の第１および第２の側１４０３、１４０４の第１および第２の透過区分１４０８、１４０８’を介して、第１および第２の導管１４０９、１４０９’の両方に流動することができ、それは、モジュールから受け取られ、出力されるであろう。第１および第２の透過区分１４０８、１４０８’は、第１の方向１４５０に沿って延びている。第１および第２の導管１４０９、１４０９’における開口部（図示せず）の軸方向範囲は、それぞれ、第１の方向１４５０における第１および第２の透過区分１４０８、１４０８’の軸方向範囲とほぼ同じである。第１の透過区分１４０８は、第１の側１４０３によって形成される外縁の一部に沿って延びている。第２の透過区分１４０８’は、第２の側１４０４によって形成される外縁の一部に沿って延びている。第２の部分１４０６は、第２の部分１４０６が第１および第２の透過区分１４０８、１４０８’より第２の端部１４０２に近いように、第１の方向１４５０に沿って、第１および第２の透過区分１４０８、１４０８’からオフセットされている。膜シート１４００は、透過物流体１４０７の第２の部分の流動を第１の方向１４５０と反対方向に（すなわち、第１の端部１４０１に向かって）誘導する第３の部分１４１０をさらに備えている。１つの第３の部分１４１０が、第１の側１４０３によって形成される外縁に沿って延び、１つの第３の部分１４１０が、第２の側１４０４によって形成される外縁に沿って延びている。第３の部分１４１０の両方は、第３の部分１４１０が、透過区分１４０８、１４０８’より第２の端部１４０２に近いように、第１の方向１４５０に、透過区分１４０８、１４０８’からオフセットされている。第３の部分１４１０と透過区分１４０８、１４０８’との間に、重複はない。
【0106】
導管１４０９は、マニホールドであり、それを通して、透過する流体（すなわち、透過物流体の第１の部分および透過物流体の第２の部分（掃引ガス／流体））がモジュールから除去される。多くのモジュールでは、流体が導管１４０９から退出するための１つのみの出口が存在し、全ての流体は、この出口を通して除去される。他のモジュールでは、プラグが、導管を分割するために使用されることができ、したがって、２つの出口が、形成される。
【0107】
図１５（ａ）は、プレートおよびフレームモジュールとして形成される本発明の対向流膜モジュール１の斜視図である。図１５（ｂ）は、モジュール１の膜シート１５００の平面図である。モジュール１は、筐体１０を備えている。筐体１０は、第１の方向に沿って第２の端部１２から間隔を置かれた第１の端部１１を備えている。筐体１０は、第１の方向１５５０に対して横方向である第２の方向に沿って第２の側１４から間隔を置かれた第１の側１３を備えている。モジュール１は、積み重ねられた構成で配置された複数の膜シート１５００と、給送スペーサ１５４０と、透過スペーサ１５６０とを備えている。隣接する膜シート１５００間の各空間は、給送スペーサ１５４０または透過スペーサ１５６０のいずれかによって画定される。膜シート１５００は、各膜シート１５００の第１の主要表面が、給送スペーサ１５４０と接触し、各膜シート１５００の第２の主要表面が、透過スペーサ１５６０と接触するように、交互する向きで配置される。給送スペーサ１５４０および透過スペーサ１５６０は、各膜シート１５００間の流体の流動のための経路を画定する。膜シート１５００は、特に、図１４（ｂ）－１４（ｄ）に示される構成の本願に議論されるもののいずれかであり得る。図１４（ｅ）に示される構成が、膜シートのために採用される場合、モジュールは、第２の導管を含むように修正される必要があり、第２の導管は、各膜シートの第２の側１４と流体連通する。膜シート１５００は、給送スペーサ１５４０の周りで折り畳まれ、対の膜シートを形成し得、各対の膜シートに関して、第１の主要表面は、それらの間の給送スペーサ１５４０によって分離される。給送スペーサ１５４０の両側の第１の主要表面は、第１の主要表面に沿って給送スペーサ１５４０を通して流体路を画定するように、その第２の側１５０４に沿ってシールされ得る。
【0108】
透過スペーサ１５６０は、各膜シート１５００の第２の主要表面に隣接して提供される。透過スペーサ１５６０は、給送スペーサ１５４０の周りで折り畳まれる各対の膜シート１５００を後続の対の膜シート１５００から分離する。各膜シート１５００の第２の主要表面（透過物側）は、第２の主要表面に沿って、透過スペーサ１５６０を通して導管１５０９までの流体路を画定するように、その第２の側１５０４、第１の端部１５０１、および第２の端部１５０２に沿ってシールされ得る。シールは、例えば、テープ、シール流体、熱シール、Ｏリング、またはシール層で達成され得る。第２の主要表面１５０３の第１の側は、開放され（すなわち、シールされず）、導管１５０９と流動的に接続する。
【0109】
図１５（ａ）に示される配置では、給送スペーサ１５４０および透過スペーサ１５６０は、波形をつけられている。波形給送スペーサ１５４０および波形透過スペーサ１５６０は、隆起の縦方向が、第１の方向と平行に延びているように配置される。隆起は、流動経路を画定し、それによって、流動を第１の方向に沿って方向付ける。
【0110】
膜シート１５００が給送スペーサ１５４０の周りで折り畳まれる配置は、膜エンベロープであると考えられ得る。一連の膜エンベロープが、生成され、次いで、透過スペーサ１５６０と交互配置されるように、一方を他方の上に層状にされ得る。５０～１００程度の数のエンベロープが、筐体１０内に含まれ得る。
【0111】
入口１５が、筐体１０の第１の端部１１に提供され、出口１６が、筐体１０の第２の端部１２に提供される。入口１５は、膜シート１５００の各々の第１の主要表面（給送物側）の第１の端部１５０１と流体連通する。出口１６は、膜シート１５００の各々の第１の主要表面（給送物側）の第２の端部１５０２と流体連通する。ダクトが、膜シート１５００の各々の第１の主要表面とともに、入口１５と出口１６との間の流体連通を達成するために採用され得る。ダクトは、給送スペーサ１５４０および透過スペーサ１５６０によって画定された流体路の内部構成が見えるように、この図面には示されない。
【0112】
配置全体は、大きな書籍のような一般的形態を有する。図１５（ａ）に示される実施形態では、導管１５０９、入口１５、および出口１６は、筐体の外面上に位置付けられ、入口１５は、第１の端部１１の近位にあり、出口は、第２の端部１２の近位にあり、導管は、第１の側の近位にある。導管は、第２の端部１２より第１の端部１１に近い。これは、典型的に、３ポートモジュールであると考えられる。入口１５、出口１６、および導管１７９０は、随意に、ポートとして形成される。
【0113】
使用時、給送物流体は、膜シート１５００の１つの主要表面に沿って、入口１５から出口１６に向かって、第１の方向１５５０に沿って隣接する膜シート１５００間の給送スペーサ１５４０によって画定された流体路を介して（すなわち、給送スペーサ１５４０を通して）、通る。給送物流体の一部は、それぞれの膜シート１５００を通して透過し、透過物流体と称される。透過物流体は、給送物流体から反対側の主要表面（すなわち、第２の主要表面）に沿って移動する。透過物流体の第１の部分は、膜シート１５００の第１の部分１５０５を通り抜ける給送物流体によって発生させられ、透過物流体の第２の部分は、膜シート１５００の第２の部分１５０６を通り抜ける給送物流体によって発生させられる。第２の部分１５０６は、第１の部分１５０５より高い主要成分のための透過率を有し、したがって、透過物流体の第２の部分は、主要成分のより高い濃度を有する。第２の部分は、第１の端部１１に向かって移動する。第２の部分は、したがって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を希釈し（すなわち、掃引効果）、それによって、膜シート１５００を横断した分離のための駆動力を増加させる。導管１５０９は、各膜シート１５００の第２の主要表面の第１の側１５０３に提供される透過区分１５０８に隣接し、それと流体連通する。例えば、各膜シート１５００の透過区分１５０８は、導管１５０９に隣接し、それと流体連通する各膜シート１５００の第２の主要表面の開放縁上に形成され得る。換言すると、透過区分を画定する各膜シートの第２の主要表面の第１の側１５０３のエリアは、シールされないこともある。透過区分を画定しない、各膜シートの第２の主要表面の第１の側１５０３のエリアは、シールされ得る。代替として、各膜シートの第２の主要表面の第１の側１５０３の全ては、シールされないこともある。膜シートの第１および第２の端部は、シールされ得る。シールは、テープまたはシール流体を使用することによって達成され得る。導管１５０９は、開口／開口部を介して、透過物流体を受け取り、透過物流体をモジュール１から出力する。
【0114】
図１５（ｂ）に示されるように、膜シート１５００は、第２の部分１５０６が第２の端部によって形成される外縁の一部に沿って延びているように構成され得る。透過区分１５０８は、第２の部分１５０６と重複しない。
【0115】
図１６（ａ）は、本発明に従って形成されるプレートおよびフレームモジュール２の簡略化された斜視図である。図１６（ｂ）は、モジュールにおける膜シート１６００のうちの１つの構成を例証するための図１６（ａ）のモジュールのある区分の平面図である。図１６（ａ）に示されるモジュールでは、複数の膜シート１６００が、給送スペーサおよび透過スペーサをそれらの間に伴って、互いの上に積み重ねられる（示されていない）。特に、給送スペーサは、膜シート１６００が、図１２および１３に関して議論されるように、折り畳み部の両側にあるように、膜の折り畳み部内に設置され得る。給送スペーサをそれらの間に有する５０～１００対程度の数の膜シート１６００が、筐体２０内に含まれ得る。給送スペーサおよび透過スペーサは、図１５に関して議論されるように構成されている。
【0116】
筐体２０は、図１６（ａ）において円柱として形成される。筐体は、第１の方向１６５０に沿って、その第１の端部２１から間隔を置かれたその第２の端部２２と、第１の方向に対して横方向である第２の方向に沿ってその第１の側２３から間隔を置かれたその第２の側２４とを有する。図１６（ｂ）に示されるように、その中の膜シートは、図１４（ｅ）に示されるように、構成され、それは、上で議論されている。上で議論されるように、そのような構成における膜シート１６００は、膜シート１６００の第２の端部１６０２によって形成される外縁に沿って延びている第２の部分１６０６を有する。膜シートは、それぞれ、膜シート１６００の第１および第２の側１６０３、１６０４の一部に沿って延びている２つの透過区分１６０８、１６０８’を有する。膜シートは、２つの第３の部分１６１０も有し、１つは、第１の側１６０３の一部に沿って延び、１つは、第２の側の一部に沿って延びている。第３の部分１６１０は、第３の部分１６１０が透過区分１６０８、１６０８’より第２の端部１６０２に近いように、第１の方向に１６５０沿って、透過区分１６０８、１６０８’からオフセットされている。入口２５が、筐体２０の第１の端部２１に提供され、出口２６が、筐体２０の第２の端部２２に提供される。入口２５は、膜シート１６００の各々の第１の端部１６０１と流体連通する。出口２６は、膜シート１５００の各々の第２の端部１６０２と流体連通する。
【0117】
図１６（ａ）に示される実施形態では、膜シート１６００の各々の第１の主要表面は、その第１および第２の側１６０３、１６０４に沿ってシールされ、第１の主要表面に沿って、給送スペーサ（図示せず）を通して、入口２５から出口２６までの流体路を画定するであろう。膜シート１６００の各々の第２の主要表面は、それらの第１の端部１６０１、第２の端部１６０２に沿ってシールされ、透過スペーサ（図示せず）を通して、第２の主要表面に沿って、第１および第２の導管１６０９、１６０９’までの流体路を画定するであろう。少なくとも、透過区分１６０８、１６０８’を画定する第１および第２の側１６０３、１６０４のエリアは、開放され（すなわち、シールされず）、導管と流動的に接続するであろう。第１および第２の側１６０３、１６０４全体は、シールされないこともある。
【0118】
第１の導管１６０９は、第１および第２の導管１６０９、１６０９’が第２の方向に沿って間隔を置かれるように、筐体２０の第１の側２３に提供され、第２の導管１６０９’は、筐体２０の第２の側２４に提供される。第１の導管１６０９は、第１の側１６０３の透過区分１６０８に隣接し、第２の導管１６０９’は、第２の側１６０４の透過区分１６０８’に隣接する。第１および第２の導管１６０９、１６０９’の各々は、透過物流体の受け取りのための開口を有する。
【0119】
図１６に示される実施形態に関して、使用時、給送物流体は、膜シート１６００の第１の主要表面に沿って、入口２５から出口２６に向かって、第１の方向に沿って隣接する膜シート１６００間の給送スペーサ１６４０によって画定された流体路を介して、通る。各膜シート１６００の第１の主要表面の第１および第２の側１６０３、１６０４は、シールされ、第１の主要表面に沿った給送物流体および残留物流体のための流体路を流動的にシールする。給送物流体の一部は、それぞれの膜シート１６００を通して透過し、透過物流体と称される。透過物流体は、膜シート１６００の第２の主要表面（すなわち、それに沿って給送および残留物流体が流動する主要表面と反対側の膜シート１６００の主要表面）に沿って移動する。透過物流体の第１の部分は、膜シートの第１の部分１６０５を通り抜ける給送物流体によって発生させられ、透過物流体の第２の部分は、膜シート１６００の第２の部分１６０６を通り抜ける給送物流体によって発生させられる。第２の部分１６０６は、第１の部分１６０５より高い主要成分のための透過率を有し、したがって、透過物流体の第２の部分は、主要成分のより高い濃度を有する。透過物流体の第２の部分は、矢印１６０７によって示されるように、第１の端部２１に向かって移動する。透過物流体の第２の部分は、したがって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を希釈し（すなわち、掃引効果）、それによって、膜シート１６００を横断した分離のための駆動力を増加させる。上で議論されるように、透過区分１６０８、１６０８’を画定する膜シート１６００の第２の主要表面の第１および第２の側は、透過区分１６０８、１６０８’が、導管１６０９に隣接し、それと直接流体連通するように開放される。膜シート１６００の第２の主要表面の第１および第２の端部１６０１、１６０２は、テープまたは接着剤でシールされ、透過スペーサ１６６０によって画定された透過物流体のための流体路をシールし得る。導管１６０９、１６０９’は、透過物流体を受け取り、透過物流体をモジュール２から出力する。
【0120】
図１７（ａ）－（ｄ）は、渦巻状に巻きつけられたモジュールとして形成される本発明の対向流膜モジュールを描写する。図１７（ａ）および（ｂ）は、モジュール３の分解図である。そのようなモジュールは、ガス分離および透過気化法用途のために非常に有用である。この配置では、膜シート１７００は、分解図に起因して図示されないが、導管１７０９の周りに巻きつけられ、第１の方向と垂直な渦巻を画定するであろう。しかしながら、この分解図では、膜シート１７００は、巻きつけられていない状態に示される。膜シート１７００の間の給送スペーサ１７４０および透過スペーサ１７６０の存在に起因して、各シート１７００間に流体流動のための空間が存在する。膜シート１７００は、給送スペーサ１７４０を覆って折り畳まれ、一対の膜シートを形成し得、各膜シートの第１の主要表面は、給送スペーサ１７４０に隣接する。換言すると、各膜シートの第１の主要表面は、互いに面し、それらの間の給送スペーサ１７４０によって間隔を置かれる。対の膜シートは、透過スペーサ１７６０によって、隣接する対の膜シートから分離され得、各透過スペーサ１７６０は、膜シート１７００の第２の主要表面に隣接する。各膜シートの第１の主要表面は、その第１の側１７０３および第２の側１７０４に沿ってシールされ、第１の主要表面に沿って、給送物流体および残留物流体のための流体路を画定し得る。この配置では、第１の側１７０３に沿ったシールは、対の膜シート１７００の各々の第１の側１７０３間の折り畳み部によって提供される。各膜シート１７００の第２の主要表面は、その第１の端部１７０１、第２の端部１７０２、および第２の側１７０４に沿ってシールされ、第２の主要表面に沿って、透過物流体のための流体路を画定し得る。図１７（ｂ）は、より多くの膜シート１７００、給送スペーサ１７４０、および透過スペーサ１７６０が存在するので、１７（ａ）と異なる。給送スペーサ１７４０は、流体の流動を第１の方向に方向付けるように構成されている。透過スペーサ１７６０は、流体の流動を第１の方向に方向付けるように構成されている。スペーサによる流体の流動の方向は、異なる透過性を異なる方向に有する材料のスペーサを形成することによって達成される。透過性におけるこの差異は、スペーサを形成するために使用される材料内の繊維の織方によって達成される。給送スペーサ１７４０および透過スペーサ１７６０は、高透過方向（すなわち、低流動抵抗）が第１の方向と平行であるように向けられる。
【0121】
中心管１７０９は、円筒形表面１７７０と、それらの間に管腔を画定する第１および第２の終端端部１７７１、１７７２とを備えている。中心管１７０９は、開口部１７７３を円筒形表面内に備えている。開口部は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取るように構成されている。開口部は、膜シート１７００の第１の側１７０３にある膜の透過区分１７０８に隣接し、それと流体連通する。開口部１７７３は、開口部１７７３が第２の部分１７０６より第１の端部１７０１に近いように、第１の方向１７５０に、膜シート１７００の第２の部分１７０６からオフセットされている。
【0122】
導管１７０９は、１つ以上の開口部によって受け取られた透過物流体を出力するように構成された出口１７７４をさらに備え、出口は、中心管の第１または第２の終端端部１７７１、１７７２にある。出口は、随意に、図１７における中心管１７０９の第１の終端端部１７７１に示される。
【0123】
導管１７０９における開口部／開口１７７３は、第１の方向１７５０に沿って間隔を置かれている。第１の方向１７５０における導管１７０９における開口部／開口１７７３の軸方向範囲は、第１の方向１７５０における膜シート１７００の軸方向範囲より小さい。実際、従来の（直交流）渦巻状に巻きつけられたモジュールでは、導管１７０９は、導管１７０９の軸方向範囲全体にわたって、開口部を有するであろう。しかしながら、本発明では、導管１７０９の一部、典型的に、軸方向長（１９０７）の約１／３～１／２のみが、開口部／開口１７７３を備えている一方、残りの長さは、開口部／開口１７７３を有していない。導管１７０９における開口部／開口１７７３は、第２の端部１７０２より第１の端部１７０１に近い。透過区分１７０８は、第１の側１７０３に沿って延び、第１の方向１７５０に沿って、導管１７０９における開口部／開口１７７３と同じ軸方向範囲を有する。
【0124】
第２の部分１７０６は、細片として形成される。第２の部分１７０６は、透過区分１７０８より第２の端部１７０２に近い。第２の部分１７０６は、第２の側１７０４によって形成される外縁の一部に沿って延びている。
【0125】
図１７（ｃ）は、渦巻状に巻きつけられたモジュールとして構成される本発明の対向流膜モジュール３の部分的に巻きつけられたバージョンを示す。図１７（ｄ）は、渦巻状に巻きつけられたモジュールとして構成される本発明の対向流膜モジュール３の巻きつけられたバージョンの断面を示す。筐体は、示されない。導管１７０９は、第１の方向１７５０に沿って延びている中心管１７０９である。膜シート１７００は、１つ以上の膜シートの第１の側１７０３が第２の側１７０４より中心管１７０９に近くなるように、第１の方向１７５０と垂直な渦巻を画定するように、中心管１７０９の周りに巻きつけられる。
【0126】
使用時（すなわち、膜シート１７００が、導管／中心管１７０９の周りに巻きつけられ、渦巻を形成すると）、給送物流体は、第１の端部１７０１において、モジュール３に進入し、第１の主要表面に沿って、すなわち、破線矢印２００によって示されるように、第１の端部１７０１から第２の端部１７０２までの膜シート間の給送スペーサ１７４０によって画定された空間内に通過する。給送物流体は、各膜シート１７００を横断して分離され、膜シート１７００を通り抜ける部分は、透過物流体である。透過物流体は、膜シート１７００の第１の主要表面と反対側にある各膜シート１７００の第２の主要表面に沿って（すなわち、透過スペーサ１７６０によって画定された空間内を）移動する。その移動の方向は、図１７（ｂ）における矢印２２０によって示される。残留物流体は、各膜シート１７００の第１の主要表面に沿って通過し、したがって、矢印２００と同じ経路を辿る。換言すると、残留物流体は、給送物流体と同じ主要表面に沿って通過し、透過物流体は、反対主要表面に沿って通過する。透過物流体の第２の部分の流動は、矢印２２０によって示されるように、第２の部分から透過区分１７０８へであり、したがって、第２の端部１７０２から第１の端部１７０１への方向である（すなわち、第１の方向１７５０と反対である）。したがって、透過物流体の第２の部分は、透過物流体の第１の部分を希釈する。この希釈は、膜シート１７００を横断した分離のための駆動力を増加させる。図１７（ｂ）では、膜シートの一部は、下方の給送スペーサ１７４０を示すために、図から隠されている。この図に示されるように、給送スペーサ１７４０および透過スペーサ１７６０は、膜シート１７００とほぼ同じ長さおよび幅を有する。
【0127】
第１の端部１７０１からの渦巻状に巻きつけられた対向流モジュールの断面図が、図１７（ｃ）に示される。この図から分かるように、給送スペーサ１７４０は、膜シート１７００の第１の主要表面に沿って、給送物流体および残留物流体の移動のための流体路を画定する空間を提供する。透過スペーサ１７６０は、膜シート１７００の第２の主要表面に沿って、透過物流体の移動のための流体路を画定する空間を提供する。矢印は、膜シートに沿った、中心管１７０９に向かって、かつその中に内向きに渦巻状の透過物流体の移動を示す。
【0128】
図１８は、渦巻状に巻きつけられたモジュールにおいて使用され得る膜シート１８００のための１つの代替構成を示す。図１８は、図１７（ａ）に類似し、したがって、図１７の説明は、図１８にも等しく適用される。図１８は、第２の部分１７０６が、膜シート１７００の第２の端部１７０２に沿って延びているので、図１７（ａ）と異なる。上で議論されるように、導管（中心管）１７０９の一部、長さの約１／３～１／２のみが、その湾曲表面に沿って、開口部／開口を備えている一方、残りの長さは、開口部／開口を備えていない（すなわちは、穿孔されていない）。開口部／開口が提供される導管１７０９の長さ／軸方向範囲は、透過エリア１７０８と同じである。開口部／開口を含まない（すなわち、穿孔されていない）導管１７０９の長さ／軸方向範囲は、第１の方向１７５０における膜シートの長さの残りである。図１８に示されるように、第２の端部１７０２により近い膜シート１７００の部分は、対向流透過物流体パターンを有する一方、第１の端部の近位では、透過物流体は、主として、直交流透過物流体パターンを有する。
【0129】
図１７（ａ）は、給送スペーサ１７４０の周りに巻きつけられる膜シート１７００を示す。給送スペーサ１７４０の周りに巻きつけられる膜シート１７００は、膜エンベロープであると考えられ得る。産業用の渦巻状に巻きつけられたモジュールでは、多くの膜エンベロープが、図１８に示されるように、使用される。生成プロセスでは、導管１７０９は、回転させられ、膜シート１７００を導管１７０９の周りに巻きつけ、それが回転するにつれて、エポキシ糊等のシーラントが、膜シート１７００の第２の主要表面の第１の端部１７０１および第２の端部１７０２に沿って適用される。膜シート１７００が、導管１７０９の周りに巻きつけられると、シーラントは、膜シート１７００の第１の主要表面の第２の側１７０４にも沿って適用される。シーラントは、膜シート１７００の表面に沿って、給送物流体のための流動経路を透過物流体のための流動経路から分離するシールを形成する。シーラントは、透過スペーサ１７６０の第１および第２の端部と、給送および透過スペーサ１７４０、１７６０の第２の側とにも適用され得る。図１７（ｂ）に最良に示されるように、渦巻状に巻きつけられたモジュールの外側層（図１７（ｂ）におけるスタックの底部層に示される）を形成する透過スペーサ１７６０は、第１の方向に他の透過スペーサ１７６０および給送スペーサ１７４０より長く、導管１７０９に取り付けられる。導管１７０９が、回転させられるにつれて、膜シート１７００、透過スペーサ１７４０、および１７６０は、導管１７０９の周りに巻きつけられる。渦巻状に巻きつけられたモジュールの内側層（図１７（ｂ）におけるスタックの上部に示される）を形成する透過スペーサ１７６０は、透過スペーサ１７６０にシールされ、外側層を形成する。
【0130】
説明されるモジュールにおいて生成される掃引効果の大きさは、第２の部分と第１の部分との相対的面積および透過率に比例する。一般に、第２の部分は、膜シートの総面積の１～１５％を表し、第２の部分を通した主要成分の透過率は、第１の部分より５～２０倍高いであろう。通常、これは、膜シートの第２の部分が、膜シートの第１の部分より低い選択率を有することを意味する。それにもかかわらず、部分的分離が、実施され、したがって、結果は、膜シートの第２の部分を通した透過物によって生成される掃引流が、我々のデバイスに示されるように、残留物流体の外部流動を使用するより良好な結果を生成することである。これらのタイプの機器の設計者は、２つの膜エリアの透過特性およびそのプロセスの要件に応じて、最適掃引エリアを選定するであろう。
【0131】
典型的分離のための図１８の設計を用いて取得される改良は、下記の表１および２に示される。
【0132】
表１は、図１８に示されるように構成される膜シートに関するデータと、単純直交流および単純対向流設計（すなわち、第２の部分１８０６を伴わない）として構成される膜シートに関する比較データとを含む。
【0133】
分離は、１５％ＣＯ２を含む１バールにおける１，０００ｍ３／時ガス流に関している。総膜面積は、残留ガスが３％ＣＯ２を含むまで調節される。透過圧力は、０．２バールに維持される。第２の部分を通して流動する掃引は、残留ガスの５％に設定される。第２の部分は、１．０の選択率を有する。
【0134】
上で議論されるように、構築および動作上の難点に起因して、プレートおよびフレームモジュールまたは渦巻状に巻きつけられたモジュール等、膜シートを有する対向流膜モジュールに内部掃引を適用することは困難である。それにもかかわらず、図１８に示されるように構成される対向流モジュールは、掃引流を内部から発生させ、渦巻状に巻きつけられたモジュールの中に組み込まれることができる。図１５に示されるように、同じ構成の膜シートも、プレートおよびフレームモジュール内に組み込まれることができる。故に、本発明は、掃引を内部から発生させ、プレートおよびフレームモジュールまたは渦巻状に巻きつけられたモジュールとして構成され得る対向流膜モジュールを提供する。表１に示されるように、驚くべきことに、本発明の対向流設計に関して、分離のために要求される膜面積は、単純直交流構成の半分未満であるが、透過ガス中のＣＯ２の濃度は、はるかに高い。膜シートは、依然として、６％ＣＯ２を処理されたガス中に生成する。本発明の対向流設計は、分離のために要求される膜面積が６３０ｍ２低減させられ得るが、透過ガス中のＣＯ２の同様の濃度が達成されるので、単純対向流設計より効率的でもある。膜は、依然として、６％ＣＯ２を処理されたガス中に生成する。本発明の対向流モジュールは、したがって、単純直交流および単純対向流膜モジュールより効率的であり、より小さい膜シートが使用されることを可能にしながら、より良好な分離を達成する。
【表1】
【0135】
表２は、図１８に示されるように構成される膜シートに関するデータと、膜シート単純直交流および単純対向流設計（すなわち、第２の部分１８０６を伴わない）として構成される膜シートに関するデータとを含む。
【0136】
表２におけるデータに関して、分離は、天然ガスからのＣＯ２のためである。プロセスの標的は、２％ＣＯ２を含むガスを生成することである。典型的に、多段階分離プロセスが、実施されるであろう。表２に示されるデータは、プロセスの第１の段階に関している。給送ガスは、２０％ＣＯ２を含む３０バールの圧力における１，０００万ｓｃｆｄガス流である。総膜面積は、残留ガスが２％ＣＯ２を含むまで調節される。透過圧力は、５バールに維持される。単純対向流および単純直交流膜シートに関して、膜シートは、１０ｇｐｕのＣＯ２透過率を有する酢酸セルロース製ＣＯ２選択膜から形成される。図１８に示されるように構成される膜シート１８００に関して、膜シート１８００の第１の部分１８０５は、２００ｇｐｕのＣＯ２透過率と、１０ｇｐｕのメタン透過率とを有する酢酸セルロース製ＣＯ２選択膜２００（すなわち、単純対向流および単純直交流膜シートと同じ材料）から形成される。膜シート１８００の第２の部分１８０６は、８００ｇｐｕのＣＯ２透過率と、１００ｇｐｕのメタン透過率とを伴うシリコーン基材から形成される。第２の部分１８０６のメタン透過率は、したがって、第１の部分１８０５のメタン透過率より１０倍高い。
【0137】
下記の表２におけるデータに示されるように、透過ＣＯ２濃度は、本発明の対向流設計に関して、単純直交流設計と比較して、４５．７％までかなり増加させられ、膜シートの総面積は、１，３７０ｍ２低減させられ得るが、膜は、依然として、２％ＣＯ２を処理されたガス中に生成する。
【0138】
本発明による、第２の部分１８０６の包含は、表２におけるデータによって示されるように、単純対向流設計に優る著しい改良につながる。本発明の対向流膜シートを提供することによって、膜面積は、依然として、同様の透過ＣＯ２濃度を維持しながら、８８０ｍ２低減させられ得る。
【0139】
第２の部分１８０６の面積が、総膜面積の３％から７．３％または１２．８％まで増加させられる場合、膜面積は、それぞれ、依然として、４３．５および４１．７％ＣＯ２透過物を維持し、依然として、２％ＣＯ２を処理されたガス中に生成しながら、さらに低減させられることができる。実際、第２の部分の面積が、総膜面積の７．３％であるとき、総膜面積は、単純直交流設計によって要求される総膜面積の半分未満および単純対向流設計によって要求される総膜面積より１，４８０ｍ２小さくなるまで低減させられることができる。透過ＣＯ２濃度は、依然として、単純直交流設計よりかなり高く、単純対向流設計に類似する。
【0140】
第２の部分の面積が、総膜面積の１２．８％まで増加させられると、総膜面積は、同じ分離のために、単純直交流設計より３，２６０ｍ２小さく、単純対向流設計より１，８９０ｍ２小さくなることができる。透過ＣＯ２濃度は、依然として、単純直交流設計より有意に高く、単純対向流設計に類似する。
【0141】
したがって、掃引効果を発生させる第２の部分１８０６を提供することによって、分離プロセスは、より効率的となり、その結果、膜シートの総面積は、約半分に低減させられることができる。
【0142】
【0143】
上記から、発明のプロセスがいくつかの透過気化法およびガス分離用途に適用され得ることが明白であろう。例として、これらのうちのいくつかが、下記の表３に列挙される。
【表3】
【0144】
特に、本発明の対向流膜モジュールを使用して実施される分離プロセスは、ＣＯ２の窒素からの分離、軽炭化水素Ｃ３－Ｃ５の窒素またはメタンからの分離、ＣＯ２の水素からの分離、水素のメタンからの分離、ＣＯ２のメタンからの分離プロセス、透過気化法による水のエタノールからの分離、または透過気化法による芳香族の脂肪族炭化水素からの分離であり得る。
【0145】
本発明の膜モジュールは、少なくとも部分的に圧力比限定領域内で動作する分離プロセスにおいて使用され得る。
【0146】
（本発明を理解するために有用な情報）
現在公知の３つの一般的膜モジュール構成が、図１に示される。示される設計では、給送物流体は、膜表面に沿って、左から右に流動する。給送物流体の一部は、膜を通して透過し、透過物流体を形成する。構成は、流体が出口に移動するにつれて、給送物流体に対する透過物流体の流動方向において異なる。対向流モジュールでは、透過物流体は、膜の他の側では、給送物流体の流動と反対の右から左に流動する。直交流モジュールでは、透過物流体は、給送物流体流動に対して直角に流動する。並行流モジュールでは、透過物流体は、給送物流体と同じ方向に流動する。
現在公知の３つの一般的膜モジュール構成が、図１に示される。示される設計では、給送物流体は、膜表面に沿って、左から右に流動する。給送物流体の一部は、膜を通して透過し、透過物流体を形成する。構成は、流体が出口に移動するにつれて、給送物流体に対する透過物流体の流動方向において異なる。対向流モジュールでは、透過物流体は、膜の他の側では、給送物流体の流動と反対の右から左に流動する。直交流モジュールでは、透過物流体は、給送物流体流動に対して直角に流動する。並行流モジュールでは、透過物流体は、給送物流体と同じ方向に流動する。
【0147】
一般に、同じ膜を使用するとき、取得される分離および分離を実施するために要求される膜面積は、以下の順序において、３つの構成に関して異なり、対向流は、直交流より良好であって、直交流は、並行流より良好である。多くの用途では、３つの異なるモジュール設計に関する、同じ膜を用いて取得される分離性能は、小さいが、その他では、特に、下記に説明されるように、膜分離が、圧力比限定されるとき、差異は、大きい。この結果は、対向流モジュールが好ましいモジュール構成であることを示唆する。しかしながら、対向流モジュールは、直交流モジュールより作製することが機械的に困難である。この問題に関する種々の研究が、説明されているが、広く採用されておらず、したがって、直交流モジュールが、ガス分離および透過気化法用途の多くで（おそらく、大部分において）使用されている。並行流モジュールは、稀にのみ使用されている。これらの問題は、多くの膜文献、例えば、Ｂａｋｅｒ，Ｒ．Ｗ．，Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，（２０１２），Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓの第３、４、８、および９章において議論されている。
【0148】
続く議論では、我々は、大部分に関して、簡単のために、ガス透過例を使用することによって、我々の発明を例証するであろう。しかしながら、本発明の改良されたモジュールは、我々が後に示す透過気化法にも等しく適用可能である。
【0149】
図１に示される３つのモジュール構成の分離性能における差異は、駆動力問題である。膜の給送物側から膜の透過物側への成分の流動は、膜を横断した各成分の部分圧駆動力における差異に比例する。膜の給送物側にかかる部分圧は、ｎｉ０ｐ０（モル濃度ｎｉ０、圧力ｐ０）であり、膜の透過物側では、ｎｉｌｐｌ（モル濃度ｎｉｌ、圧力ｐｌ）である。したがって、部分圧駆動力は、以下によって与えられる。
全ての他の影響が無い場合、膜の透過物側における任意の時点でのモル濃度は、膜を透過するガスの濃度によって決定される。しかし、透過物チャネルにおけるガス流構成に応じて、透過するガス濃度は、透過物チャネルの他の部分からのガスと混合することによって変化させられることができる。
【数1】
【0150】
図１に示されるモジュール構成では、大部分の透過性成分の濃度は、ガスがモジュールを通して左から右に通過するにつれて、減少する。これは、膜を透過するガスの大部分の透過性成分の濃度も、膜を横断して、左から右に減少することを意味する。対向流モジュールでは、右から左への透過ガスの流動は、透過ガスと混合するガスが流入透過物を希釈し、大部分の透過性成分の濃度を低減させ、したがって、膜を横断する駆動力を増加させるので、有益な効果を透過物に及ぼす。並行流モジュールでは、透過物ガス流は、反対効果を有し、流入透過物と混合されると、透過物濃度を増加させる。これは、膜を横断した透過のための駆動力を減少させ、流束は、落ちる。直交流モジュールでは、透過物ガス流は、流入透過物と同じ濃度を有し、混合は、膜分離に影響を及ぼさない。
【0151】
異なるモジュール構成間の差異の大きさは、膜選択率（αｉ／ｊ）、すなわち、成分ｉと成分ｊとの透過性の比率を含むいくつかの要因の関数である。
同時に、膜を横断した圧力比は、以下のように記述される。
また、膜の給送物側のより大きい透過性の成分のモル濃度は、ｎｉ０である。
【数2】
【数2-1】
【0152】
これらの効果を例証するための例として、図２に図示される分離を検討する。この例では、非常に少量の透過性ガスＣＯ２のみが、膜を横断して左から右に移動するとき、給送から除去される。これは、膜の透過物側のＣＯ２の濃度が、いずれの場所においてもほぼ同じであり、対向流、直交流、および並行流間の差異は、非常に小さいことを意味する。先に説明されたように、膜透過は、膜の透過物側の部分的圧力が給送物未満である（すなわち、以下である）場合にのみ生じる。
この不等式は、以下のよう並べ替えられ得る。
それは、透過する成分（ＣＯ２）の富化が、常時、圧力比（給送圧力／透過圧力）未満であることを示す。それは、透過する成分（ＣＯ２）の濃度が以下の式を上回ることは決してないということにもなる。
図２における例に関して、それは、ｎｉｌが、膜がどんなに選択的であっても、５０％ＣＯ２（ｎｉ０＝１０％ＣＯ２および
）を上回ることができないことを意味する。この結果は、いくつかの含みを有し、第１に、透過物の少なくとも半分は、低速成分（Ｎ２）でなければならず、特定の量の給送物流体を処理するために要求される膜面積を決定するものは、低速成分の透過である。膜の選択率が増加するにつれて、同じ量のＣＯ２を透過させるために要求される膜面積の量も、増加する。無限選択率の限界では、低速成分は、透過せず、故に、無限膜面積が、要求される。
【数3】
【数4】
【数5】
【数5-1】
【0153】
膜プロセスは、式５によって与えられる最大透過物濃度
が、１００％未満である場合、圧力比限定領域内に優にあると考えられる。この領域では、モジュール構成の効果は、概して、顕著である。差異は、加えて、膜選択率が、圧力比より大きい場合、さらにより著しく、膜選択率が、圧力比より２または３倍を上回って大きい場合、さらにより著しいであろう。これが、当てはまるとき、対向流膜モジュール、直交流膜モジュール、および並行流膜モジュール間の著しい差異が、生成される。圧力比の問題および膜分離に及ぼされるその効果のうちのいくつかは、Ｈｕａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，４６３，３３（２０１４）によって詳細に議論されている。
【数5-2】
【0154】
上で説明される圧力比限界を緩和するための１つの方法は、膜掃引を使用することである。これらのデバイスは、いくつかの標準的文献および特許に説明される。図３は、モジュールの性能を改良するために対向流膜モジュールに適用される種々の外部掃引分離プロセスの設計を示す。最初に、図３ａに示される１プロセスを検討する。ガスまたは液体であり得る給送物流体（３０１）が、選択的膜（３０６）の表面に沿って通過する一方、概して、給送物流の２～１０％である掃引流体（３０４）が、膜の透過物側に沿って通される。透過のための駆動力が、部分的に膜を横断した圧力の差異によって発生させられるだけでなく、掃引によって発生させられる濃度（部分圧）差異によっても、発生させられる。このプロセスが効果的であるために、掃引流体（３０４）の流量が慎重に制御されることが必要である。このタイプの外部掃引流体を採用するプロセスは、例えば、米国特許第４，８２４，４４３号、第６，５１５，７２５号、第７，１５３，３４３号、および第８，２４６，７１８号に説明される。
【0155】
残留掃引プロセスと呼ばれる、代替タイプの外部掃引プロセスが、図３ｂおよび３ｃに図示される。図３ｂに示されるガス分離モジュールの場合、処理された残留物流体（３１８）の一部は、弁（３２０）を横断して拡張され、残留端において、モジュール（３２５）の透過物側に導入される。残留物流体（３２１）の量に依存する、分離の変化が、掃引として使用される。典型的に、残留物流体の約２～１０％が、使用される。掃引流は、透過物流体を希釈し、膜に沿った給送物の透過成分の流動を増加させる。膜を通した流束は、増加するが、透過物濃度は、落ちる。図３ｃに示される透過気化法掃引は、残留物流（３０９）が、掃引として使用され得る前、蒸発器（３１３）によって蒸発させられる必要があることを除き、類似する。このタイプの外部掃引を採用するプロセスは、例えば、米国特許第５，４４４，５４０号および第５，２０５，８４２号に説明される。
【0156】
稀に使用されている、最終タイプの外部掃引流体発生方法は、図３ｄに示される。そのようなデバイスは、例えば、米国特許第５，３８３，９５６号に説明される。本デバイスでは、図３ｂに示される制御弁（３２０）または図３ｃに示される蒸発器（３１３）への制御弁（３１１）は、第２の膜ユニット（３２０）と置換される。ユニットからの透過物流体（３２２）は、次いで、主要分離モジュール（３１８）に送流され、対向流掃引効果をモジュールの透過物側に生成する。
【0157】
図３に示されるプロセス設計の全ては、モジュールの外部から発生させられる掃引流体流を使用する。流体は、次いで、モジュールの残留端において、膜の透過物側に送達され、対向流掃引効果を生成する。このタイプの配置に関する問題のうちの１つは、流体の制御された流動をモジュールの中に導入するために必要とされる配管および弁である。
【0158】
いくつかの試みが、外部掃引デバイスの欠点を克服するために行われている。２つのそのような試みが、Ｓｔｏｏｋｅｙの米国特許第４，６８７，５７８号およびＧｉｇｌｉａ，ｅｔ ａｌ．の米国特許第６，７４０，１４０号からの図４および５に図示されている。図４に図示される第’５７８号デバイスは、対向流中空ファイバモジュールデバイスであり、ファイバの一端は、選択的膜層でコーティングされていない。１つのファイバの拡大図が、図４ａに示される。ファイバの大部分は、選択的層（４０１）でコーティングされるが、ファイバ（４０３）の端部部分は、コーティングされない。ファイバのこの部分は、選択率を有していないが、ファイバの主要部分よりはるかに高い透過率を有し、したがって、ここでは透過する給送物流体（４０９）は、残留掃引流体（４０９）の流動としての機能を果たすことができる。このように、残留掃引流体の内部で発生させられる対向流が、生成される。
【0159】
類似デバイスが、Ｇｉｇｌｉａ，ｅｔ ａｌ．の米国特許第６，７４０，１４０号から得られた図５に示される。第’５７８号特許デバイスと同様、基部モジュールは、シェル側給送を伴う対向流中空ファイバモジュールである。給送物流体（５０２）が、モジュールの一端において進入し、中空ファイバ（５０５）間の空間内で左から右に流動する。残留パイプが、モジュールを通して延び、モジュール（５０９）の右端直前で終端する。給送物流体が、中空ファイバ間を流動するにつれて、一部が、ファイバ膜を透過し、ファイバの内側で左から右に進行し（給送物に対して対向流）、透過ポート（５０３）を通して退出する。中空ファイバ膜を透過しない給送物流体の大部分は、残留物収集パイプ（５１２）内の孔を通して除去される。残留物収集パイプの端部は、小オリフィス（５１１）によって穿孔されたプラグでシールされる。処理された残留物流体の一部は、このオリフィスを通して漏出し、次いで、ファイバ（５１４）の開放端に進入し、したがって、所望の残留物流体対向流掃引効果を生成することができる。内部掃引デバイスの使用は、第’１４０号および第’５７８号特許に説明されるタイプの非対向流中空ファイバデバイスに限定されている。内部掃引は、本願に説明されるタイプの平坦シートの渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールに適用されていない。我々は、本願に説明される設計を使用することによって、これらのデバイス内でも内部発生掃引の利点を取得することが可能であることを示すであろう。
【0160】
対向流モジュールを用いた制御された掃引の有益な効果を図示する２つの具体的な組の例が、図６および７に示される。図６の例では、１０％ＣＯ２を含む５バールにおける１，０００ｓｔｄ ｍ３／時給送物流体が、１０％外部掃引を伴う直交流、対向流、および並行流モジュールを用いて処理される。圧力比は、５であり、したがって、膜モジュール全体が、圧力比限定領域内にある。膜は、３０のＣＯ２／Ｎ２選択率も有する。これは、圧力比より６倍大きく、したがって、対向流および掃引は、実質的効果を有することが予期され、これが、当てはまる。対向流モジュールは、同じＣＯ２除去を達成し、直交流モジュールより著しく高い濃度の透過物を生成するために、３６％より小さい膜面積を必要とする。残留物流体流からの追加の１０％掃引を伴う対向流モジュールを使用することは、透過物濃度を低減させるが、分離を行うために必要とされる面積において、直交流モジュールよりさらに１８％の低減を生成する。
【0161】
図７の例では、同じ組の例が、示されるが、差異として、給送圧力が、２０バールに設定され、したがって、圧力比が、２０である。結果として、対向流および掃引例は、直交流モジュール結果より良好であるが、効果は、あまり大きくない。これは、２０の圧力比および１０％の給送物濃度では、給送端における膜モジュールの一部が、圧力比限定領域の外側にあるからである。２０の圧力比におけるモジュールの給送端では、式５は、透過物における最大理論値ＣＯ２が２００％であり、したがって、モジュールの給送端が、圧力比限定面積の優に外側にあることを示す。モジュールの残留端では、給送物流体濃度は、わずか１％ＣＯ２であって、したがって、式５によって与えられる透過物における最大濃度は、次いで、２０％であ、したがって、モジュールのこの部分は、圧力比限定領域内にある。モジュールは、給送物流体濃度が５％ＣＯ２であるとき、モジュール内の点において、圧力比制御領域に遷移する。モジュールは、部分的にのみ、圧力比限定領域内にあるので、対向流モジュールは、ここでは、１１％より小さい膜面積のみを使用して、透過物濃度は、直交流結果を若干のみ上回る。対向流掃引モジュールも、より小さい面積を使用するが、ここでは、透過ＣＯ２濃度は、直交流結果より低い。これは、この試験の条件下では、１０％掃引が大きすぎるからである。掃引を５％まで低減させることは、より良好な結果を生成する。分離を行うために要求される面積は、次いで、６０ｍ２、すなわち、単純対向流と比較して、１６％の面積低減であり、透過物濃度は、４０．８％ＣＯ２、すなわち、対向流例未満であるが、依然として、直交流ケースより良好である。
【0162】
掃引動作から利益を享受し得るガス分離および透過気化法プロセスは、多くの場合、直交流モジュールを使用し、それは、特に、渦巻状に巻きつけられたモジュールおよびプレートおよびフレームモジュール幾何学形状に形成される平坦なシート膜に関して、構築および動作が機械的により容易である。しかしながら、現在使用されている、渦巻状に巻きつけられたモジュールおよびプレートおよびフレームモジュールのほぼ全ては、図８に示される直交流タイプである一方、使用されている中空ファイバモジュールの大部分は、対向流タイプである。
【0163】
渦巻状に巻きつけられたモジュールまたはプレートおよびフレームモジュールを用いて、外部掃引効果を生成することも、可能性であるが、かなりの修正をモジュールの構築に対して要求する。内部掃引プロセスは、我々の発明に説明されるように、適用がはるかに容易であり、より良好な結果を生成する。外部掃引体制を使用する全てのモジュールは、信頼性のある動作のために、掃引流量の良好な制御も要求する。外部掃引デバイスを用いてこのレベルの精度を達成し得る制御は、安価ではなく、掃引が使用されるであろう全てのモジュールに適合されなければならない。産業工場では、これは、数十～数百の制御ユニットであり得、１つのユニットの故障さえ、残留物から透過物流への流体の大規模な非制御された漏出につながり、全体的工場の動作に影響を及ぼし得る。
【0164】
これまで説明された掃引プロセスの多くに関する別の問題は、掃引が、図３ａおよび３ｂに示されるように、モジュールからの残留ガスまたは液体を弁を通して拡張させることによって生成されることである。このプロセスは、本質的に、特別な潜在的分離ステップを無駄にする。我々が示すであろうように、より良好なアプローチは、部分的分離を掃引発生プロセスの中に組み込むことである。これは、我々のプロセスの革新のうちの１つである。
【0165】
（第１の組の付記）
本発明はまた、以下の第１の組の付記によって説明され得る。
本発明はまた、以下の第１の組の付記によって説明され得る。
【0166】
付記１．微量成分および主要成分を備えている給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離するように構成された対向流膜モジュールであって、残留物流体は、給送物流体より低い濃度の微量成分を有し、透過物流体は、給送物流体より高い濃度の微量成分を有し、モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
筐体の第１の端部と第２の端部との間の１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、第１の側は、第２の方向に沿って第２の側から間隔を置かれ、第２の方向は、第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にあり、各膜シートは、給送物流体を残留物流体と透過物流体とに分離するように構成された１つ以上の膜シートと、
を備え、
膜モジュールは、給送物流体および残留物流体が、第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、透過物流体が各膜シートの第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
膜モジュールは、
筐体の第１の端部における入口であって、入口は、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するように、各膜シートの第１の主要表面の第１の端部と流体連通し、給送物流体を受け取るように構成される、入口と、
筐体の第２の端部における出口であって、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通し、給送物流体から分離された残留物流体を受け取り、出力するように構成されている、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に沿った透過区分に隣接した導管であって、透過区分は、透過物流体が導管の中に入ることを可能にするためのものであり、導管は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、導管と
をさらに備え、
１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分を横断した給送物流体の分離が、透過物流体の第１の部分を発生させ、第２の部分を横断した分離が、透過物流体の第２の部分を発生させるように、第１の部分および第２の部分を備え、
膜シートの第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分より高い濃度の主要成分を有するように、第１の部分より高い主要成分のための透過性を有し、
第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分と混合し、それによって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を低減させるように、透過区分より第２の端部に近く、それによって、透過物流体の第２の部分を第１の端部に向かって流動させるように、膜シートの第１の主要表面に沿って流動する給送物流体と流体連通し、第１の方向に膜シートの透過区分からオフセットされている、膜モジュール。
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれている、筐体と、
筐体の第１の端部と第２の端部との間の１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、第１の側は、第２の方向に沿って第２の側から間隔を置かれ、第２の方向は、第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にあり、各膜シートは、給送物流体を残留物流体と透過物流体とに分離するように構成された１つ以上の膜シートと、
を備え、
膜モジュールは、給送物流体および残留物流体が、第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、透過物流体が各膜シートの第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
膜モジュールは、
筐体の第１の端部における入口であって、入口は、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するように、各膜シートの第１の主要表面の第１の端部と流体連通し、給送物流体を受け取るように構成される、入口と、
筐体の第２の端部における出口であって、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通し、給送物流体から分離された残留物流体を受け取り、出力するように構成されている、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に沿った透過区分に隣接した導管であって、透過区分は、透過物流体が導管の中に入ることを可能にするためのものであり、導管は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、導管と
をさらに備え、
１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分を横断した給送物流体の分離が、透過物流体の第１の部分を発生させ、第２の部分を横断した分離が、透過物流体の第２の部分を発生させるように、第１の部分および第２の部分を備え、
膜シートの第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分より高い濃度の主要成分を有するように、第１の部分より高い主要成分のための透過性を有し、
第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分と混合し、それによって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を低減させるように、透過区分より第２の端部に近く、それによって、透過物流体の第２の部分を第１の端部に向かって流動させるように、膜シートの第１の主要表面に沿って流動する給送物流体と流体連通し、第１の方向に膜シートの透過区分からオフセットされている、膜モジュール。
【0167】
付記２．導管は、透過区分と整列させられている、付記１に記載の膜モジュール。
【0168】
付記３．モジュールは、第２の導管をさらに備え、各膜は、第２の透過区分を備え、第２の透過区分は、第２の側にあり、第２の透過区分は、第２の導管に流動的に接続され、第２の導管は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取り、出力するように構成されている、付記１または付記２に記載の膜モジュール。
【0169】
付記４．膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールである、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0170】
付記５．対向流膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられ、
導管は、第１の方向に沿って延びている中心管であり、
１つ以上の膜シートは、１つ以上の膜シートの第１の側が第２の側より中心管に近いように、第１の方向と垂直な渦巻を画定するように、中心管の周りに巻きつけられ、
中心管は、円筒形表面と、それらの間に管腔を画定する第１および第２の終端端部とを備え、
中心管は、１つ以上の開口部を円筒形表面内に備え、１つ以上の開口部は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取るように構成され、１つ以上の開口部は、膜の透過区分に隣接し、１つ以上の開口部は、１つ以上の開口部が、第２の部分より第１の端部に近いように、第１の方向に膜シートの第２の部分からオフセットされ、
中心管は、１つ以上の開口部によって受け取られる透過物流体を出力するように構成された出口をさらに備え、出口は、中心管の第１または第２の終端端部にある、付記１または付記２に記載の膜モジュール。
導管は、第１の方向に沿って延びている中心管であり、
１つ以上の膜シートは、１つ以上の膜シートの第１の側が第２の側より中心管に近いように、第１の方向と垂直な渦巻を画定するように、中心管の周りに巻きつけられ、
中心管は、円筒形表面と、それらの間に管腔を画定する第１および第２の終端端部とを備え、
中心管は、１つ以上の開口部を円筒形表面内に備え、１つ以上の開口部は、給送物流体から分離された透過物流体を受け取るように構成され、１つ以上の開口部は、膜の透過区分に隣接し、１つ以上の開口部は、１つ以上の開口部が、第２の部分より第１の端部に近いように、第１の方向に膜シートの第２の部分からオフセットされ、
中心管は、１つ以上の開口部によって受け取られる透過物流体を出力するように構成された出口をさらに備え、出口は、中心管の第１または第２の終端端部にある、付記１または付記２に記載の膜モジュール。
【0171】
付記６．１つ以上の開口部は、第１の方向に沿って互いに間隔を置かれている、付記５に記載の膜モジュール。
【0172】
付記７．膜シートの第２の部分は、１つ以上の膜シートの外縁に沿って延びている、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0173】
付記８．第２の部分は、第２の側の少なくとも一部に沿って延び、第２の部分は、第１の方向において透過区分と重複しない、付記７に記載の膜モジュール。
【0174】
付記９．第２の部分は、第２の端部の少なくとも一部に沿って延びている、付記７に記載の膜モジュール。
【0175】
付記１０．第２の部分は、第１の方向に沿って延びている、付記８または付記９に記載の膜モジュール。
【0176】
付記１１．透過区分は、第１の側に沿って延びている、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0177】
付記１２．１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第３の部分をさらに備え、第３の部分は、透過物の流動を透過区分に向かって方向付けるように構成され、好ましくは、第３の部分は、１つ以上の膜シートの第２の主要表面に沿って延びている、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0178】
付記１３．第３の部分は、第３の部分が第２の端部により近いように、第１の方向に沿って透過区分からオフセットされている、付記１２に記載の膜モジュール。
【0179】
付記１４．第３の部分は、第１の部分と比較して、主要成分のための低減させられた透過率を有し、好ましくは、第３の部分は、主要成分および微量成分に対して実質的に不透過性である、付記１２または付記１３に記載の膜モジュール。
【0180】
付記１５．第３の部分は、膜の縁に沿って延び、好ましくは、第３の部分は、第１の側または第２の側に沿って延びている、付記１２－１４のいずれか１項に記載の膜モジュール。
【0181】
付記１６．第２の部分は、第２の方向に、および／または、１つ以上の膜シートの第２の端部の縁に沿って延びている、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0182】
付記１７．モジュールは、
１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の給送スペーサであって、各給送スペーサは、出口までの給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の給送スペーサと、
１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の透過スペーサであって、各透過スペーサは、導管までの透過物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の透過スペーサと
をさらに備えている、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の給送スペーサであって、各給送スペーサは、出口までの給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の給送スペーサと、
１つ以上の膜シートに間隔を保たせるように構成された１つ以上の透過スペーサであって、各透過スペーサは、導管までの透過物流体の流動のための流体路を画定するためである、１つ以上の透過スペーサと
をさらに備えている、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0183】
付記１８．１つ以上の膜シートのうちの第１の膜シートは、給送スペーサが第１の膜シートの第１の主要表面に隣接し、透過スペーサが第１の膜シートの第２の主要表面に隣接するように配置されている、付記１７に記載の膜モジュール。
【0184】
付記１９．膜シート、１つ以上の給送スペーサ、および１つ以上の透過スペーサは、積み重ねられた構成で配置され、隣接する膜シート間の各空間は、給送スペーサまたは透過スペーサのいずれかによって画定され、膜シートは、各膜シートの第１の主要表面が給送スペーサと接触し、各膜シートの第２の主要表面が透過スペーサと接触するように、交互する向きである、付記１７または付記１８に記載の膜モジュール。
【0185】
付記２０．給送スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第１の主要表面の第１および第２の側に沿ってシールされていることによって、第１の主要表面を横断する給送物流体および残留物流体の流動のための流体路を流動的にシールし、透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートは、それらの第２の主要表面のそれらの第１および第２の端部に沿ってシールされていることによって、第２の主要表面を横断する透過物流体のための流体路を流動的にシールし、好ましくは、透過スペーサによって間隔を置かれた隣接する膜シートも、それらの第２の主要表面の第２の側に沿ってシールされている、付記１７、付記１８、または付記１９に記載の膜モジュール。
【0186】
付記２１．各給送スペーサは、第１の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成され、各透過スペーサは、第２の方向に沿って流体の流動を方向付けるように構成されている、付記１７－２０のいずれか１項に記載の膜モジュール。
【0187】
付記２２．第２の部分の面積は、膜シートの総面積の２０％未満、好ましくは、１５％未満、より好ましくは、１０％未満、最も好ましくは、６％未満である、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0188】
付記２３．主要成分のための第２の部分の透過率は、主要成分のための第１の部分の透過率の２倍、好ましくは、少なくとも１０倍より大きい、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0189】
付記２４．第２の部分は、第２の主要表面の一部を形成している、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0190】
付記２５．第２の部分は、第１の主要表面の一部を形成している、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0191】
付記２６．付記１－２５のいずれか１項に記載の膜モジュールの膜シートを製造する方法であって、方法は、
前駆体シートのロールを提供することと、
前駆体シートのロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングし、前駆体シートのロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングし、膜シートのロールを形成することと、
膜シートの１つ以上のロールを別個の膜シートに分離することであって、各膜シートの第１の部分は、膜シートのロールの第１のエリアによって形成され、各膜シートの第２の部分は、膜シートのロールの第２のエリアによって形成され、各膜シートの第２の部分は、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有する、ことと
を含む、方法。
前駆体シートのロールを提供することと、
前駆体シートのロールの第１のエリアを第１のコーティング溶液でコーティングし、前駆体シートのロールの第２のエリアを第２のコーティング溶液でコーティングし、膜シートのロールを形成することと、
膜シートの１つ以上のロールを別個の膜シートに分離することであって、各膜シートの第１の部分は、膜シートのロールの第１のエリアによって形成され、各膜シートの第２の部分は、膜シートのロールの第２のエリアによって形成され、各膜シートの第２の部分は、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有する、ことと
を含む、方法。
【0192】
付記２７．第１のエリアおよび第２のエリアは、互いに隣接し、好ましくは、第２のエリアは、各膜シートにおいて、第２の部分が、細片として形成され、第１の部分が、第２の部分の両側に提供されるように、２つの第１のエリア間に位置付けられる、付記２６に記載の方法。
【0193】
付記２８．方法は、各膜シートが一対の膜シートを形成するように、各膜シートを給送スペーサの周りで折り畳むことをさらに含む、付記２６または付記２７に記載の方法。
【0194】
付記２９．それらの第１側に沿って２つの膜シートを一緒にシールし、それらの間に給送スペーサを位置付けることをさらに含む、付記２６または付記２７に記載の方法。
【0195】
付記３０．第１のエリアをコーティングするステップおよび第２のエリアをコーティングするステップは、同時に実施される、先行付記のいずれかに記載の方法。
【0196】
付記３１．コーティングするステップは、膜シートのロールをコーティングコンテナ内の第１および第２の溶液と接触させることによって実施され、コーティングコンテナは、セパレータによって互いに流動的に分離された第１および第２の区分を有し、第１の区分は、第１のコーティング溶液を含み、第２の区分は、第２のコーティング溶液を含む、先行付記のいずれかに記載の方法。
【0197】
付記３２．コーティングコンテナの第２の区分は、コーティングコンテナの２つの第１の区分間に位置付けられる、付記３１に記載の方法。
【0198】
付記３３．セパレータの位置を移動させ、第２の部分の位置およびサイズを調節することをさらに含む、付記３１または付記３２に記載の方法。
【0199】
付記３４．対向流膜モジュールを使用して、主要成分および微量成分を備えている給送物流から微量成分を分離する方法であって、残留物流体は、給送物流体より低い濃度の微量成分を有し、透過物流体は、給送物流体より高い濃度の微量成分を有し、好ましくは、微量成分は、二酸化炭素であり、主要成分は、メタンまたは窒素であり、
モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれる筐体と、
筐体の第１の端部と第２の端部との間に延びている１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、第１の側は、第２の方向に沿って第２の側から間隔を置かれ、第２の方向は、第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にある１つ以上の膜シートと、
筐体の第１の端部における入口であって、入口は、各膜シートの第１の主要表面の第１の端部と流体連通する、入口と、
筐体の第２の端部における出口であって、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通する、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に沿って透過区分に隣接する、導管と
を備え、
１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、
方法は、
第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するように、主要成分および微量成分を備えている給送物流体を入口を介して、各膜シートの第１の主要表面に送達することと、
残留物流体が、第１の主要表面に沿って、第１の方向に出口まで流動し、透過物流体が、第２の主要表面に沿って、透過区分に、次いで、導管の中に流動するように、各膜シートを横断する給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離することと、
を含み、
膜モジュールは、給送物流体および残留物流体が、第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、透過物流体が各膜シートの第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
分離するステップは、膜シートの第１の部分を横断する給送物流体を分離し、透過物流体の第１の部分を発生させ、膜シートの第２の部分を横断する給送物流体を分離し、透過物流体の第２の部分を発生させることを含み、膜シートの第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分より高い濃度の主要成分を有するように、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有し、
第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分と混合し、それによって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を低減させるように、透過区分より第２の端部に近く、それによって、透過物流体の第２の部分を第１の端部に向かって流動させるように、膜シートの第１の主要表面に沿って流動する給送物流体と流体連通し、第１の方向に膜シートの透過区分からオフセットされ、
方法は、残留物流体をモジュールから出口を介して出力し、透過物流体をモジュールから導管を介して出力することをさらに含む、
方法。
モジュールは、
第１の端部および第２の端部を有する筐体であって、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれる筐体と、
筐体の第１の端部と第２の端部との間に延びている１つ以上の膜シートであって、各膜シートは、第１の端部および第２の端部を備え、第２の端部は、第１の方向に沿って第１の端部から間隔を置かれ、各膜シートは、第１の端部と第２の端部との間に延びている第１および第２の側を備え、第１の側は、第２の方向に沿って第２の側から間隔を置かれ、第２の方向は、第１の方向に対して横方向であり、各膜シートは、第１の主要表面および第２の主要表面を備え、第２の主要表面は、第１の主要表面と反対側にある１つ以上の膜シートと、
筐体の第１の端部における入口であって、入口は、各膜シートの第１の主要表面の第１の端部と流体連通する、入口と、
筐体の第２の端部における出口であって、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通する、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に沿って透過区分に隣接する、導管と
を備え、
１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分および第２の部分を備え、
方法は、
第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するように、主要成分および微量成分を備えている給送物流体を入口を介して、各膜シートの第１の主要表面に送達することと、
残留物流体が、第１の主要表面に沿って、第１の方向に出口まで流動し、透過物流体が、第２の主要表面に沿って、透過区分に、次いで、導管の中に流動するように、各膜シートを横断する給送物流体を透過物流体と残留物流体とに分離することと、
を含み、
膜モジュールは、給送物流体および残留物流体が、第１の方向に各膜シートの第１の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの前記第２の主要表面に沿って流動せず、透過物流体が各膜シートの第２の主要表面に沿って流動するが、各膜シートの第１の主要表面に沿って流動しないように構成され、
分離するステップは、膜シートの第１の部分を横断する給送物流体を分離し、透過物流体の第１の部分を発生させ、膜シートの第２の部分を横断する給送物流体を分離し、透過物流体の第２の部分を発生させることを含み、膜シートの第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分より高い濃度の主要成分を有するように、第１の部分より高い主要成分のための透過率を有し、
第２の部分は、透過物流体の第２の部分が、透過物流体の第１の部分と混合し、それによって、透過物流体の第１の部分中の微量成分の濃度を低減させるように、透過区分より第２の端部に近く、それによって、透過物流体の第２の部分を第１の端部に向かって流動させるように、膜シートの第１の主要表面に沿って流動する給送物流体と流体連通し、第１の方向に膜シートの透過区分からオフセットされ、
方法は、残留物流体をモジュールから出口を介して出力し、透過物流体をモジュールから導管を介して出力することをさらに含む、
方法。
【0200】
（第２の組の付記）
本発明は、以下の第２の組の付記によっても説明され得る。
本発明は、以下の第２の組の付記によっても説明され得る。
【0201】
付記１．ガスまたは液体給送混合物を処理するための膜プロセスであって、該混合物は、微量成分および主要成分を備え、プロセスは、
（ａ）膜シートの給送物側の給送物チャネル空間および膜シートの透過物側の透過物チャネル空間を有する膜モジュール形成するように配置された複数の平坦なシート膜を提供するステップと、
（ｂ）膜が２つの膜エリアを有するステップであって、第１のエリアは、主要成分より微量成分に関して選択的であり、第２の膜エリアは、第１の膜エリアより高い給送物の主要成分のための透過率を有する、ステップと、
（ｃ）モジュールの給送物チャネル空間が給送物マニホールドおよび残留物マニホールドに接続されるステップであって、給送物マニホールドは、給送物チャネル空間を通して、給送物マニホールドから残留物マニホールドまでの給送物の流動を生成するように位置付けられている、ステップと、
（ｄ）透過物チャネル空間が少なくとも１つの透過物マニホールドに接続されるステップと、
（ｅ）透過物マニホールドが、第２の膜が、透過物マニホールドから離れ、第１の膜エリアのうちのあるエリアによって、透過物マニホールドから分離されるように位置付けられるステップと、
（ｆ）膜の透過物側の透過物流が膜の給送物側の流動に対して主として対向流であるステップと、
（ｇ）給送混合物を（ｃ）における給送物マニホールドから、（ｂ）の膜を横断して通し、処理された給送混合物を（ｃ）における残留物マニホールドから除去し、並行して、膜透過物を（ｅ）における透過物マニホールドから除去するステップと
を含む、プロセス。
（ａ）膜シートの給送物側の給送物チャネル空間および膜シートの透過物側の透過物チャネル空間を有する膜モジュール形成するように配置された複数の平坦なシート膜を提供するステップと、
（ｂ）膜が２つの膜エリアを有するステップであって、第１のエリアは、主要成分より微量成分に関して選択的であり、第２の膜エリアは、第１の膜エリアより高い給送物の主要成分のための透過率を有する、ステップと、
（ｃ）モジュールの給送物チャネル空間が給送物マニホールドおよび残留物マニホールドに接続されるステップであって、給送物マニホールドは、給送物チャネル空間を通して、給送物マニホールドから残留物マニホールドまでの給送物の流動を生成するように位置付けられている、ステップと、
（ｄ）透過物チャネル空間が少なくとも１つの透過物マニホールドに接続されるステップと、
（ｅ）透過物マニホールドが、第２の膜が、透過物マニホールドから離れ、第１の膜エリアのうちのあるエリアによって、透過物マニホールドから分離されるように位置付けられるステップと、
（ｆ）膜の透過物側の透過物流が膜の給送物側の流動に対して主として対向流であるステップと、
（ｇ）給送混合物を（ｃ）における給送物マニホールドから、（ｂ）の膜を横断して通し、処理された給送混合物を（ｃ）における残留物マニホールドから除去し、並行して、膜透過物を（ｅ）における透過物マニホールドから除去するステップと
を含む、プロセス。
【0202】
付記２．プロセスは、ガス分離プロセスである、付記１に記載のプロセス。
【0203】
付記３．プロセスは、透過気化法プロセスである、付記１に記載のプロセス。
【0204】
付記４．（ｂ）における膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられたモジュールである、付記１に記載のプロセス。
【0205】
付記５．（ｂ）における膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールである、付記１に記載のプロセス。
【0206】
付記６．分離プロセスは、ＣＯ２の窒素からの分離である、付記１に記載のプロセス。
【0207】
付記７．分離プロセスは、軽炭化水素Ｃ３－Ｃ５の窒素またはメタンからの分離である、付記１に記載のプロセス。
【0208】
付記８．分離プロセスは、ＣＯ２の水素からの分離である、付記１に記載のプロセス。
【0209】
付記９．分離プロセスは、メタンからの水素である、付記１に記載のプロセス。
【0210】
付記１０．分離プロセスは、メタンからのＣＯ２である、付記１に記載のプロセス。
【0211】
付記１１．分離プロセスは、透過気化法による水のエタノールからの分離である、付記１に記載のプロセス。
【0212】
付記１２．分離プロセスは、透過気化法による芳香族の脂肪族炭化水素からの分離である、付記１に記載のプロセス。
【0213】
付記１３．分離プロセスで使用される（ｂ）における膜モジュールは、少なくとも部分的に圧力比限定領域内で動作する、付記１に記載のプロセス。
【0214】
付記１４．（ｃ）における給送物チャネルを通した流動に対向する、（ｅ）における透過物の掃引流動を増進するように配置される流動を方向づけるバッフルを透過物チャネル空間内に提供するステップをさらに含む、付記１に記載のプロセス。
【0215】
付記１５．微量成分および主要成分のガスまたは液体混合物を分離するために有用な平坦なシート膜モジュールを製造する方法であって、方法は、
（ａ）膜のロールを形成することであって、膜は、給送物の主要成分より給送物の微量成分に対して選択的である第１の膜エリアと、第１の膜エリアより高い給送物の主要成分のための透過率を有する第２の膜エリアとを有する、ことと、
（ｂ）（ａ）の膜ロールを画定された幾何学形状の膜シートに形成し、シートを給送物マニホールドおよび残留物マニホールドに接続される給送物チャネル空間と、少なくとも１つの透過物マニホールドに接続される透過物チャネル空間とを有する平坦なシート膜モジュールの中にパッケージングすることと、
（ｃ）給送および残留物マニホールドマニホールドが、給送物チャネルを通して、給送物マニホールドから残留物マニホールドまでの略直線流動経路を生成するように配置されることと、
（ｄ）透過物マニホールドおよび第２の膜エリアが、第２の膜エリアを通して流動する透過物が、直交流または部分的対向流掃引効果を膜の第１のエリア上に生成するように位置付けられることと、
を含む、方法。
（ａ）膜のロールを形成することであって、膜は、給送物の主要成分より給送物の微量成分に対して選択的である第１の膜エリアと、第１の膜エリアより高い給送物の主要成分のための透過率を有する第２の膜エリアとを有する、ことと、
（ｂ）（ａ）の膜ロールを画定された幾何学形状の膜シートに形成し、シートを給送物マニホールドおよび残留物マニホールドに接続される給送物チャネル空間と、少なくとも１つの透過物マニホールドに接続される透過物チャネル空間とを有する平坦なシート膜モジュールの中にパッケージングすることと、
（ｃ）給送および残留物マニホールドマニホールドが、給送物チャネルを通して、給送物マニホールドから残留物マニホールドまでの略直線流動経路を生成するように配置されることと、
（ｄ）透過物マニホールドおよび第２の膜エリアが、第２の膜エリアを通して流動する透過物が、直交流または部分的対向流掃引効果を膜の第１のエリア上に生成するように位置付けられることと、
を含む、方法。
【0216】
付記１６．（ｂ）における膜モジュールは、渦巻状に巻きつけられたモジュールである、付記１５に記載の方法。
【0217】
付記１７．（ｂ）における膜モジュールは、プレートおよびフレームモジュールである、付記１５に記載の方法。
【0218】
付記１８．（ｄ）の第２の膜エリアの透過率および面積は、（ｅ）における膜透過物における微量成分の濃度が、第２の膜エリアを伴わない同じ膜面積および構成のモジュールによって生成される透過物の濃度を上回るようなものである、付記１５に記載の方法。
【0219】
付記１９．給送混合物の主要成分に対する（ｄ）の第２の膜エリアの透過率は、（ｄ）給送混合物の主要成分に対する第１の高選択率膜の透過率の少なくとも１０倍である、付記１５に記載の方法。
【0220】
付記２０．給送混合物の主要成分に対する（ｄ）の第２の膜エリアの透過率は、給送混合物の主要成分に対する（ｄ）の第１の高選択率膜の透過率の少なくとも１０倍である、付記１５に記載の方法。
【0221】
付記２１．（ｄ）の第２の膜は、給送物流の一般的方向と平行に向けられ、透過物マニホールドと反対の平坦な膜シートの縁にあるように位置付けられる細長い細片の形態を有する、付記１５に記載の方法。
【0222】
付記２２．（ｂ）の直交流モジュールは、２つの透過物マニホールドを有し、（ｄ）の第２の膜エリアは、給送物流の一般的方向と平行に向けられ、第２の膜エリアからの透過が、第１の膜エリアの透過物チャネル空間を通して、２つの透過物マニホールドの各々に通過するように、第１の膜エリアの中央部分内に位置付けられる、細長い細片の形態を有する、付記１５に記載の方法。
【0223】
付記２３．（ｄ）の第２の膜エリアは、給送物流の一般的方向に対して直角に向けられ、給送物チャネル残留物マニホールドに隣接する平坦な膜シートの縁にあるように位置付けられる細長い細片の形態を有する、付記１５に記載の方法。
【0224】
付記２４．（ｃ）における給送物チャネルを通した流動に対向する（ｄ）における透過の掃引流動を向上させるように配置される流動を方向づけるバッフルが、透過物チャネル空間の中に組み込まれる、付記１５に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3(a)】
【図3(b)】
【図3(c)】
【図3(d)】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12(a)】
【図12(b)】
【図12(c)】
【図12(d)】
【図13(a)】
【図13(b)】
【図14】
【図15(a)】
【図15(b)】
【図16】
【図17-1】
【図17-2】
【図18】