▶ 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の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-16
(54)【発明の名称】直交流膜モジュール
(51)【国際特許分類】
B01D 53/22 20060101AFI20230309BHJP
B01D 63/10 20060101ALI20230309BHJP
B01D 63/00 20060101ALI20230309BHJP
【ＦＩ】
B01D53/22
B01D63/10
B01D63/00 510
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022544093
(86)(22)【出願日】2021-01-21
(85)【翻訳文提出日】2022-09-15
(86)【国際出願番号】 US2021014262
(87)【国際公開番号】W WO2021150649
(87)【国際公開日】2021-07-29
(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
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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．
【テーマコード（参考）】
4D006
【Ｆターム（参考）】
4D006GA25
4D006GA41
4D006HA42
4D006HA61
4D006JA05A
4D006JA06A
4D006JA22C
4D006KA12
4D006KA16
4D006MA03
4D006MA10
4D006PA01
4D006PB12
4D006PB32
4D006PB63
4D006PB64
4D006PB65
4D006PB68
4D006PB70
(57)【要約】
本発明は、１つ以上の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ように構成された直交流膜モジュールに関する。直交流モジュールは、第１の方向に沿って第１の端部からオフセットされる第２の端部を備え、入口が、第１の端部に提供され、出口が、第２の端部に提供される。１つ以上の膜シートの各々は、第１の部分と、第２の部分とを有する。導管が、各膜シートの第１の側に隣接し、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。膜シートの第２の部分は、膜シートの第２の部分を横断した分離によって発生させられる透過物流体の第２の部分が、第１の部分を横断した分離によって発生させられる透過物流体の第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。
【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直交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の端部との間に延びている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、前記給送物流体が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、前記給送物流体を送達するように構成されている、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、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の側に隣接している導管であって、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、それによって、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、前記第２の方向に沿って前記膜シートの前記第１の側から間隔を置かれ、それによって、前記透過ガスの前記第２の部分に前記膜シートの前記第１の側に向かって流動させ、それによって、前記透過ガスの前記第２の部分が、前記透過ガスの前記第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、前記第１の方向に前記第１の側の長さの少なくとも５０％、好ましくは、少なくとも７０％、より好ましくは、少なくとも８０％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3】
前記導管は、各膜シートの前記第１の側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4】
前記モジュールは、第２の導管をさらに備え、前記第２の導管は、前記第２の側と流体連通し、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、前記第２の部分は、前記第１の方向に沿って前記第１の側および前記第２の側の両方から間隔を置かれている、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項5】
前記第２の部分は、前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記第１の方向に沿って延び、好ましくは、前記第２の部分は、細片として形成され、より好ましくは、前記第２の部分は、前記第１の側と前記第２の側との間でそれらから等距離にある、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項6】
前記直交流膜モジュールは、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、前記第１の方向と垂直な渦巻を画定するように前記中心管の周りに巻きつけられ、それによって、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く、
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、管腔をそれらの間に画定し、
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、前記膜シートの前記第１の側と流体連通し、
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に記載の直交流膜モジュール。
【請求項7】
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、好ましくは、前記１つ以上の開口部の軸方向範囲は、前記第１の方向に前記第２の部分の軸方向範囲と重複し、より好ましくは、前記１つ以上の開口部は、前記第１の側と整列させられている、請求項６に記載の膜モジュール。
【請求項8】
前記１つ以上の膜シートの前記第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9】
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、好ましくは、前記第２の部分は、前記第２の側によって形成される縁全体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10】
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11】
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１０に記載の膜モジュール。
【請求項12】
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１０に記載の膜モジュール。
【請求項13】
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ることによって、前記第１の主要表面に沿った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ることによって、前記第２の主要表面に沿った前記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、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も、それらの第２の主要表面の前記第２の側に沿ってシールされている、請求項１０に記載の膜モジュール。
【請求項14】
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１０に記載の膜モジュール。
【請求項15】
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、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項16】
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倍を上回る、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項17】
前記第２の部分は、前記第２の主要表面の一部を形成する、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項18】
前記第２の部分は、前記第１の主要表面の一部を形成する、請求項１に記載の膜モジュール。
【請求項19】
請求項１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、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20】
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、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
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１９に記載の方法。
【請求項22】
それらの第１の主要表面の第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む、請求項１９に記載の方法。
【請求項23】
前記第１のエリアをコーティングするステップおよび前記第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、請求項１９に記載の方法。
【請求項24】
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１９に記載の方法。
【請求項25】
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２４に記載の方法。
【請求項26】
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２４に記載の方法。
【請求項27】
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の側に隣接した導管と
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第２の方向に前記導管まで流動するように、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、前記第２の方向に沿って前記膜シートの前記第１の側から間隔を置かれ、それによって、前記透過ガスの前記第２の部分に前記膜シートの前記第１の側に向かって流動させ、それによって、前記透過ガスの前記第２の部分は、前記透過ガスの前記第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することと、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とをさらに含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直交流膜モジュールおよびそれを作製する方法に関する。直交流膜モジュールは、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、透過物流と残留物流とに分離される。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、透過物流は、主として、給送物流と反対方向である。
【0004】
公知の直交流分離デバイスが、図１に示される。直交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）であって、透過物の流動は、第２の方向、すなわち、第１の方向に対して横方向（図１における下向き）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。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。
【0005】
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。モジュールの出口端に導入される掃引ガスは、入口に向かってあらゆる点において、大部分の透過性成分を希釈する。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。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。
【0006】
外部掃引は、流出口の近位の透過物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、直交流分離モジュールに適用されていない。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直交流モジュールに適用することを模索する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明によると、請求項によって定義されるような直交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。
【0010】
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直交流膜モジュールが、提供される。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。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、１つ以上の膜シートは、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の端部との間の第１および第２の側を備えている。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。膜モジュールはさらに、膜シートの第２の主要表面の第１の側と流体連通する導管を備え、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、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、第２の方向に沿って膜シートの第１の側から間隔を置かれ、それによって、透過物流体の第２の部分を膜シートの第１の側に向かって流動させる。
【0011】
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の側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／掃引流／掃引流体とも称される。本発明は、したがって、これが内部で発生させられるので、給送物流体の流動および供給を制御するために、弁または配管を要求しない。
【0012】
１つ以上の膜シートは、平坦、すなわち、平面である。
【0013】
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、典型的に、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の側から第１の側に向かった方向（すなわち、第１の方向に対して横方向、具体的に、垂直方向）に流動する。
【0014】
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。
【0015】
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および第２の端部は、直径方向に対向する。
【0016】
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。
【0017】
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、膜シートのうちの１つ以上のものの第２の主要表面の第１の側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。好ましくは、膜シートの全ては、それらの第２の主要表面の第１の側を介して、導管に流動的に接続される。導管は、複数の導管の第１の導管であり得る。導管は、軸方向にその長さの少なくとも５０％に沿って、透過物流体を第２の主要表面から受け取るように開放され得る。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。第１の方向における導管内の開口部／開口の軸方向範囲は、第２の部分の軸方向範囲と重複し、好ましくは、ほぼ同じである。導管内の開口部／開口は、第１の方向における膜シートの長さと同じ軸方向範囲を有し得る。導管は、第１の方向に第１の側の長さの少なくとも５０％、好ましくは、少なくとも７０％、より好ましくは、少なくとも８０％に沿ってある。導管は、第１の方向に第１の側の全長に沿って延び得る。導管内の開口部／開口の軸方向範囲は、第１の方向に第１の側の長さの少なくとも５０％、好ましくは、少なくとも７０％、より好ましくは、少なくとも８０％、最も好ましくは、１００％に沿って延び得る。導管は、典型的に、各膜シートの第１の側と整列させられる。より具体的に、導管内の開口／開口部は、典型的に、各膜シートの第１の側と整列させられる。
【0018】
モジュールは、膜の第２の側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。
【0019】
第１および第２の導管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の導管の両方まで流動することができ、そこで、受け取られ、モジュールから出力される。
【0020】
１つ以上の膜シートのうちの少なくとも１つは、第１の部分と、第２の部分とを備えている。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。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。
【0021】
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。
【0022】
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、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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
第２の部分は、第２の方向に沿って膜シートの第１の側から間隔を置かれる。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得る。第２の部分は、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、第２の側によって形成される縁全体に沿って延び得る。第２の部分は、第１の方向に沿って延びているその長さを有する細片として形成され得る。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。好ましくは、第２の部分の面積は、膜シートの総面積の１％～１４％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。
【0026】
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。
【0027】
第１および第２の導管が上で議論されるように採用される実施形態では、第２の部分は、第１および第２の側の両方から間隔を置かれ得る。第２の部分は、第１の方向に沿って延びているその長さを有する細片として形成され得る。第２の部分は、第１および第２の側の両方から等距離にあり得る。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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、その第２の主要表面（透過物側）のその第１および第２の端部および第２の側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。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。
【0034】
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。
【0035】
各給送スペーサは、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、各透過スペーサは、流体の流動を第２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が、第１の方向に沿って延び、透過スペーサ内の溝が、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。波形透過スペーサは、隆起の縦方向が第２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。透過スペーサは、高透過エリア（すなわち、低流動抵抗）が第２の方向と平行であるように、向けられ得る。
【0036】
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。
【0037】
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。直交流膜モジュールは、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、膜シートの第１の側と流体連通する。中心管はさらに、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。
【0038】
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。第２の部分は、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。第２の部分は、第１の方向に１つ以上の開口部と重複し、典型的に、直接整列させられる。
【0039】
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。
【0040】
直交流膜モジュールは、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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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、主要成分および微量成分を備えている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。
【図面の簡単な説明】
【0052】
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。
【0053】
【0054】
【0055】
【0056】
【0057】
【0058】
【0059】
【0060】
【0061】
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【図19】説明なし
【発明を実施するための形態】
【0075】
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７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、モジュールにおいて、掃引流体は、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、直交流モジュールの中に内部発生掃引流体を使用する。膜または特許文献に説明される掃引設計は、対向流設計に限定されている。本発明者らは、直交流モジュールに適用される掃引構成が、予想外にも、分離性能における著しい改良を生成し、内部掃引を装備する直交流モジュールが特に好ましいことを見出している。本発明では、掃引流体流は、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。膜シートを有する直交流膜モジュール内で、内部発生掃引を使用することは、驚くべき技術的効果につながる。本発明は、特に、平坦なシート膜を使用して形成された膜モジュール、特に、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好適である。
【0076】
（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。
【0077】
例として、図８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８では、支持膜のロールが、給送物ロール８０１から引き出され、コーティングコンテナ８０６の下かつコーティングロール８０９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８０６は、第２の区分８０４の両側に位置付けられた第１の区分９０５を有し、区分８０４、８０５は、セパレータ（堰堤）８１０および８１１によって互いに分離されている。セパレータ８１０、８１１は、薄い。第１の区分８０５は、第１のコーティング溶液を含み、第２の区分８０４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８０７は、コーティング溶液８０５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８０８は、コーティング溶液８０４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。
【0078】
第１および第２のエリア８０７、８０８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８０７、８０８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。
【0079】
セパレータ／堰堤８１０、８１１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。
【0080】
図８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。
【0081】
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９に示される。このタイプの機器は、図１２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１２０１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１２０２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１２０２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１２０３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１２０３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１２０４でコーティングされる。
【0082】
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９に示される。支持紙９０１のロールが、最初に、ガター層アプリケータ９０６に通され、その後、膜は、オーブン９０７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９０３内で再び乾燥させられる。最後に、膜は、オーブン９０５内で乾燥させられる前、アプリケータ９０４を用いて、保護層でコーティングされる。
【0083】
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９１４および９１５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。
【0084】
図８および９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。
【0085】
（膜モジュールの構築）
図８および９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１０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８および９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１０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。
【0086】
図１０（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）１００６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１００６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１００５を形成する。図１０（ｂ）および１０（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１０ｂでは、これは、接着剤テープ１０２０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１０（ｂ）では、第２の部分（高透過細片）１００６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１０（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１０ｄに示されるように、膜シートを切断し、それを縦軸１０１０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）１００６は、縦軸１０１０に対して横の方向に沿って、折り畳み部１０２１から間隔を置かれる。特に、第２の部分１００６は、折り畳み部１０２１と反対側にある。給送スペーサ１０４０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１０００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１０４０の周囲で折り畳まれ得、それによって、膜シート１０００は、給送スペーサ１０４０の両側に提供される。
【0087】
図１１は、いくつかの膜シート１１００が、その縦軸１１２０に沿って、膜の長方形シートを切断し、次いで、横方向１１３０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１１２１は、次いで、好ましくは、第２の部分（膜の高透過エリア）１１０６と垂直である。給送スペーサ１１４０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１１００の主要表面に沿って、流体路を提供する。
【0088】
膜シート１０００、１１００が、給送スペーサ１０４０、１１４０の周囲で折り畳まれると、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。
【0089】
膜シート１０００、１１００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１０００、１１００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１０００、１１００の一部（第２の部分１００６、１１０６）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１００６、１１０６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１００６、１１０６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。
【0090】
（膜モジュールの構成）
第１の実施形態による膜シート１３００のための構成が、給送および残留物流体のための流動経路と、透過物のための流動経路と一緒に、図１３（ａ）および（ｂ）に示される。第２の実施形態による膜シート１４００のための構成が、給送および残留物流体のための流動経路と、透過物のための流動経路と一緒に、図１４（ａ）および（ｂ）に示される。図１３に示される構成を有する膜シートは、直交流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の中に組み込まれることができる。図１４に示される構成を有する膜シートは、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。各膜シート１３００、１４００に関して、膜シート１３００、１４００の第２の端部１３０２、１４０２は、第１の方向１３５０、１４５０に沿って、第１の端部１３０１、１４０１から間隔を置かれる。膜シート１３００、１４００の第２の側１３０４、１４０４は、第１の方向１３５０、１４５０に対して横方向である第２の方向に沿って第１の側１３０３、１４０３から間隔を置かれる。透過物流体の第２の部分のための流動経路は、参照番号１３０７、１４０７で標識された矢印によって示される。給送および残留物流のための流動経路は、参照番号１３８０、１４８０で標識された矢印によって示される。図１３および１４に示される例示的構成では、膜シート１３００、１４００の第１の主要表面に沿って流動する給送物流体は、図中の下から上である第１の方向１３５０、１４５０に沿って、略直線経路を辿る。図１３および１４における構成内の透過物流は、給送物流体および残留物流体の流動に対して横方向（より具体的に、垂直）（すなわち、図中の右から左および／または左から右）の方向である。透過物流体は、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。図１３および１４では、給送および残留物流体は、上側主要表面に沿って流動し、透過物は、下側残留物表面に沿って流動する。
第１の実施形態による膜シート１３００のための構成が、給送および残留物流体のための流動経路と、透過物のための流動経路と一緒に、図１３（ａ）および（ｂ）に示される。第２の実施形態による膜シート１４００のための構成が、給送および残留物流体のための流動経路と、透過物のための流動経路と一緒に、図１４（ａ）および（ｂ）に示される。図１３に示される構成を有する膜シートは、直交流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の中に組み込まれることができる。図１４に示される構成を有する膜シートは、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。各膜シート１３００、１４００に関して、膜シート１３００、１４００の第２の端部１３０２、１４０２は、第１の方向１３５０、１４５０に沿って、第１の端部１３０１、１４０１から間隔を置かれる。膜シート１３００、１４００の第２の側１３０４、１４０４は、第１の方向１３５０、１４５０に対して横方向である第２の方向に沿って第１の側１３０３、１４０３から間隔を置かれる。透過物流体の第２の部分のための流動経路は、参照番号１３０７、１４０７で標識された矢印によって示される。給送および残留物流のための流動経路は、参照番号１３８０、１４８０で標識された矢印によって示される。図１３および１４に示される例示的構成では、膜シート１３００、１４００の第１の主要表面に沿って流動する給送物流体は、図中の下から上である第１の方向１３５０、１４５０に沿って、略直線経路を辿る。図１３および１４における構成内の透過物流は、給送物流体および残留物流体の流動に対して横方向（より具体的に、垂直）（すなわち、図中の右から左および／または左から右）の方向である。透過物流体は、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。図１３および１４では、給送および残留物流体は、上側主要表面に沿って流動し、透過物は、下側残留物表面に沿って流動する。
【0091】
第２の部分１３０６、１４０６は、膜の残り（第１の部分１３０５、１４０５）より著しく高い給送物流体の主要成分のための透過率を有し、好ましくは、より低い選択率を有する。図１３（ｂ）および１４（ｂ）における側面図は、高透過部分（第２の部分１３０６、１４０６）の存在による透過物流体に関する流動パターンを示す。
【0092】
図１３（ａ）に示される構成では、第２の部分１３０６（膜シートの高透過率領域）は、第２の側１３０４の外縁に沿って延び、細片として形成される。特に、第２の部分１３０６は、第２の側１３０４によって形成される外縁全体に沿って延び、それによって、第１の方向１３５０におけるその軸方向範囲は、第１の方向１３５０における膜シート１３００の長さと同じである。
【0093】
透過物流体の第２の部分（第２の部分１３０６を貫通する給送物流体によって発生させられる透過物流体の一部である）は、矢印１３０７に従って、第１の側に向かって流動する。透過物流体１３０７の第２の部分は、膜シート１３００の第１の部分１３０５を横断した分離によって発生させられる透過物流体の隣接する部分より低い濃度の透過する微量成分を有する。透過物流体１３０７の第２の部分は、矢印１３６０で標識された透過物流体の隣接する部分と混合し、それは、矢印１３６０で標識された透過物流体中の微量成分の濃度の希釈につながり、その結果、透過のための駆動力を増加させる。生成された混合流体は、同じ希釈効果を第１の側により近い透過物流体１３６１および１３６２の一部に及ぼし、したがって、それは、膜のこの領域における透過のための駆動力の増加にもつながる。駆動力のこの増加の全体的結果は、総透過物１３６３が、掃引効果を伴わないであろうものより著しく大きいことである。続く例では、我々は、この掃引効果の影響が、膜シート１３００を通した流体透過を２倍以上増加させ得ることを示すであろう。我々は、非常に驚くべきことに、掃引効果が、透過純度も増加させ得ることを示すであろう。
【0094】
図１４に示される第２の実施形態では、第２の部分は、第１の方向に沿って延びている細片として形成され、第１の側と第２の側との間に位置付けられる。第２の部分は、第１の方向に沿って第１の端部と第２の端部との間に延びている長さを有する。第２の部分は、この配置では、随意に、第１の側と第２の側との間でそれらから等距離にある。
【0095】
透過物流体の第２の部分（第２の部分１４０６を貫通する給送物流体によって発生させられる透過物流体の一部である）は、矢印１４０７に従って、第１および第２の側１４０３、１４０４に向かって流動する（すなわち、透過物流体１４０７の第２の部分の一部は、第１の側１４０３に向かって流動し、透過物流体１４０７の第２の部分の第２の部分は、第２の側１４０４に向かって流動する）。典型的に、透過物流体の約半分は、左に、残り半分は、右に流動する。透過物流体１４０７の第２の部分は、膜シート１４００の第１の部分１４０５を横断した分離によって発生させられる透過物流体の隣接する部分より低い濃度の透過する微量成分を有する。透過物流体１４０７の第２の部分は、矢印１４６２で標識された透過物流体の隣接する部分と混合し、それは、矢印１４６２で標識された透過物流体中の微量成分の濃度の希釈につながり、その結果、透過のための駆動力を増加させる。生成された混合流体は、同じ希釈効果を第２の部分１４０６からより離れた透過物流体１４６２の一部に及ぼし、したがって、膜の本領域内の透過のための駆動力の増加にもつながる。図１３に関して上で議論されるように、駆動力のこの増加の全体的結果は、総透過物が、掃引効果を伴わないであろうものより著しく大きいことである。
【0096】
導管（図に示されない）が、膜シートの第１の側１３０３、１４０３に隣接し、それと流体連通するであろう。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。導管内の開口部／開口の軸方向範囲は、第１の方向１３５０、１４５０における第２の部分１３０６、１４０６の軸方向範囲と同じである。導管は、第２の方向に沿って第２の部分１３０６から間隔を置かれる／そと反対側にあるであろう。
【0097】
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直交流膜モジュール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（ｅ）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。膜シート１５００は、給送スペーサ１５４０の周囲で折り畳まれ、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。
【0098】
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の周囲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。
【0099】
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、波形にされる。波形給送スペーサ１５４０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。波形透過スペーサ１５６０は、隆起の縦方向が第２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２の方向に沿って方向付ける。
【0100】
膜シート１５００が給送スペーサ１５４０の周囲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。
【0101】
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１６００の各々の第１の主要表面（給送物側）の第２の端部１６０２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。
【0102】
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１の端部１１と第２の端部１２との間に等距離で間隔を置かれる。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。
【0103】
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、膜の第１の側１５０３に隣接する。各膜シート１５００の第２の主要表面の第１の側１５０３は、導管１５０９に隣接する膜シート１５００の開放縁である。換言すると、各膜シートの第２の主要表面の第１の側１５０３は、シールされない。各膜シートの第２の主要表面の第１および第２の端部は、例えば、テープまたはシール流体でシールされ得る。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。
【0104】
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の側によって形成される外縁に沿って延びているように構成され得る。第２の部分１５０６は、第２の方向に沿って第１の側から間隔を置かれる。第２の部分１５０６は、第２の側の全長にわたって延びている。第２の部分１５０６は、第１の方向に沿って延びているその長さを有する細片として形成される。
【0105】
図１６（ａ）および１６（ｂ）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（ａ）（ｉ）および１６（ｂ）（ｉ）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）および（ｂ）のモジュールのある区分の平面図である。図１６（ａ）および（ｂ）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１６４０および透過スペーサ１６６０をそれらの間に伴って、互いの上に積み重ねられる。特に、給送スペーサ１６４０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１６４０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１６４０および透過スペーサ１６６０は、図１５に関して議論されるように構成されている。
【0106】
筐体２０は、図１６（ａ）および１６（ｂ）では、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。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。
【0107】
図１６（ａ）に示される実施形態では、図１６（ａ）（ｉ）に示されるように、その中の膜シートは、上で議論されている図１３に示されるように、構成されている。上で議論されるように、膜シート１６００の各々は、膜シート１６００の第２の側１６０４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。導管１６０９が、筐体２０の第１の側２３に提供される。導管１６０９は、膜シート６００の各々の第１の側１６０３に隣接する。導管１６０９は、透過物流体の受け取りのための開口部／開口を有する。
【0108】
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、その第１の端部１６０１、第２の端部１６０２、および第２の側１６０４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、導管１６０９までの流体路を画定するであろう。第２の主要表面の第１の側１６０３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１６（ｂ）に示される実施形態では、図１６（ａ）（ｉ）に示されるように、その中の膜シートは、上で議論されている図１３に示されるように、構成されている。上で議論されるように、膜シート１６００の各々は、第１および第２の側１６０３、１６０４の両方から間隔を置かれた第２の部分１６０６を有する。第２の部分１６０６は、膜シートの第１および第２の端部１６０１、１６０２間に第１の方向に沿って延びている細片として形成される。第２の部分１６０６は、である第１および第２の側１６０３、１６０４間にほぼ等距離で間隔を置かれる。
【0110】
本実施形態では、２つの導管が存在する。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１６０３に提供され、第２の導管１６０９’は、筐体２４の第２の側に提供される。第１の導管１６０９は、膜シート１６００の第１の側１６０３に隣接し、それと流体連通し、第２の導管１６０９’は、膜シート１６００の第２の側１６０４に隣接し、それと流体連通する。第１および第２の導管１６０９、１６０９’の両方は、透過物流体の受け取りのための開口部／開口を有する。
【0111】
図１６（ｂ）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、その第１の端部１６０１および第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。第２の主要表面の第１の側１６０３および第２の側１６０４は、開放され（すなわち、シールされず）、それぞれ、第１の導管１５０９および第２の導管１６０９’と流動的に接続する。
【0112】
図１６（ｂ）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１６５０に沿って隣接する膜シート１６００間の給送スペーサ（図示せず）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。矢印１６０７によって示されるように、透過物流体の第２の部分の約半分は、第１の側２３に向かって移動し、透過物流の第２の部分の残り半分は、第２の側２４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、各膜シート１６００の第２の主要表面の第１および第２の側１６０３、１６０４は、膜シート１６００の第２の主要表面の第１および第２の側１６０３、１６０４が導管１６０９と流体連通するように開放される。各膜シート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、透過物流体のための透過スペーサ（図示せず）によって画定された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。
【0113】
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直交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、各膜シート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２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。透過スペーサは、高透過エリア（すなわち、低流動抵抗）が第２の方向と平行であるように向けられる。
【0114】
導管１７０９は、第１の方向１７５０に沿って延びている中心管である。中心管１７０９は、円筒形表面１７７０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１７７１、１７７２とを備えている。中心管は、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と流体連通する。開口部１７７３は、膜シートの第２の部分１７０６と整列させられる。
【0115】
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１７７１の第１の終端端部に示される。
【0116】
導管１７０９内の開口部／開口１７７３は、第１の方向１７５０に沿って間隔を置かれる。導管１７０９内の開口部／開口１７７３の軸方向範囲は、膜シート１７００の第２の部分１７０６の軸方向範囲と重複する。特に、導管内の開口部／開口１７７３の軸方向範囲は、膜シート１７００の第２の部分１７０６の軸方向範囲と同じである。開口部／開口１７７３の軸方向範囲および第２の部分１７０６の軸方向範囲は、第１の方向１７５０における膜シート１７００の長さと同じであり得る。典型的に、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し、それは、第１の方向１７５０における膜シート１７００の長さに延びている。
【0117】
第２の部分１７０６は、細片として形成される。第２の部分１７０６は、第１の側１７０３から間隔を置かれる。第２の部分１７０６は、膜シートの第２の側１７０４によって形成される外縁全体に沿って延びている。換言すると、第２の部分１７０６は、第２の方向に沿って導管１７０９と反対側にある。
【0118】
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直交流膜モジュール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直交流膜モジュール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。
【0119】
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１７００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。透過物流体の移動の方向は、図１７（ｃ）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の側１７０４の第２の部分から、第１の側１７０３上の導管１７０９内の開口部／開口１７７３へであり、したがって、第２の側１７０４から第１の側１７０３への方向である（すなわち、透過物流体の流動は、給送物流体および残留物流体の流動に対して横方向にある）（すなわち、第１の方向１７５０に対して横方向である）。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（ｃ）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。
【0120】
第１の端部１７０１からの渦巻状に巻きつけられた直交流モジュールの断面図が、図１７（ｄ）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。換言すると、給送物流体および残留物流体は、給送スペーサ１７４０を通して流動し、透過物流体は、透過スペーサ１７６０を通して流動する。矢印は、膜シートに沿った、中心管／導管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。
【0121】
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。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１７（ｂ）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および第２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。
【0122】
（本発明を例証するための実施例）
いくつかの実施例が、種々のプロセスに対する本発明の用途を例証するために、下記に与えられる。これらの計算は、微分要素コンピュータプログラムを使用することによって行われる。
いくつかの実施例が、種々のプロセスに対する本発明の用途を例証するために、下記に与えられる。これらの計算は、微分要素コンピュータプログラムを使用することによって行われる。
【0123】
（実施例１：膜性能への透過直交流掃引流の効果）
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示されるように構成された１ｍ２の膜シート１８００を用いて取得される計算された性能を示し、膜シート１８００は、上で説明された図１３に示されるそれと同じである。膜シート１８００は、第１の方向１８５０に沿って間隔を置かれた第１および第２の端部１８０１、１８０２と、第１の方向１８５０に対して横方向である第２の方向に沿って間隔を置かれた第１および第２の側１８０３、１８０４とを有する。第２の部分１８０６は、選択的膜から形成されるが、第１の部分１８０５より高い主要成分のための透過率を有する。第２の部分１８０６は、第２の側１８０４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１８０６は、第１の方向１８５０に延びているその長さを有する細片である。膜シート１８００の残りは、第２の部分１８０６より低い主要成分のための透過率を有する選択的膜から形成される第１の部分１８０５である。給送物流体の流動は、第１の方向１８５０に沿って、第１の端部１８０１から第２の端部１８０２へである。透過物流体の流動は、第２の方向に沿っている（すなわち、横方向、具体的に、給送物流体の流動と垂直である）。給送物流体および残留物流体は、第１の主要表面に沿って流動する。透過物流体は、第１の主要表面と反対側にある第２の主要表面に沿って流動する。
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）に示されるように構成された１ｍ２の膜シート１８００を用いて取得される計算された性能を示し、膜シート１８００は、上で説明された図１３に示されるそれと同じである。膜シート１８００は、第１の方向１８５０に沿って間隔を置かれた第１および第２の端部１８０１、１８０２と、第１の方向１８５０に対して横方向である第２の方向に沿って間隔を置かれた第１および第２の側１８０３、１８０４とを有する。第２の部分１８０６は、選択的膜から形成されるが、第１の部分１８０５より高い主要成分のための透過率を有する。第２の部分１８０６は、第２の側１８０４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１８０６は、第１の方向１８５０に延びているその長さを有する細片である。膜シート１８００の残りは、第２の部分１８０６より低い主要成分のための透過率を有する選択的膜から形成される第１の部分１８０５である。給送物流体の流動は、第１の方向１８５０に沿って、第１の端部１８０１から第２の端部１８０２へである。透過物流体の流動は、第２の方向に沿っている（すなわち、横方向、具体的に、給送物流体の流動と垂直である）。給送物流体および残留物流体は、第１の主要表面に沿って流動する。透過物流体は、第１の主要表面と反対側にある第２の主要表面に沿って流動する。
【0124】
第２の部分は、４，８００ｇｐｕのＣＯ２透過率と、６００ｇｐｕのＮ２透過率と（８のＣＯ２／Ｎ２選択率）を伴うシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）から作製される薄膜である。第１の部分は、１，８００ｇｐｕのＣＯ２透過率と、６０ｇｐｕのＮ２透過率と（３０のＣＯ２／Ｎ２選択率）を伴うＭｅｍｂｒａｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．（ＭＴＲ）製のＰｏｌａｒｉｓ ＣＯ２／Ｎ２選択的膜である。この例では、第２の部分１８０６のＮ２透過率（高透過細片）は、第１の部分１８０５（膜シートの残り）のＮ２透過率より１０倍大きい。
【0125】
これらの計算は、プロセスの微分要素コンピュータシミュレーションを使用して実施された。
【0126】
この例の組では、膜シート１８００の第２の部分１８０６の面積は、０～３０％まで変動させられる。計算された性能は、下記の表１に示される。第２の部分のエリアが、ゼロに設定されると、膜は、１．０ｍ２の面積を伴う単純Ｐｏｌａｒｉｓ直交流モジュールとして性能を発揮する。この直交流モジュールの給送物流量が、０．７６ｓｃｆｍに設定される場合、膜は、６．０％ＣＯ２を含む処理された残留ガスを生成し、透過ガスは、３８．８％ＣＯ２を含む。
【表1】
【0127】
上記の表１に示される例に関するデータは、図１８に示される。菱形形状の点を伴う上側線は、第２の部分１８０６の面積に伴う透過ＣＯ２濃度の変動を示す。正方形形状の点を伴う下側線は、第２の部分１８０６の面積に伴う給送物流量の変動を示す。第２の部分の面積が０％から増加させられると、透過ＣＯ２濃度が減少するであろうことが予期された。しかしながら、第２の部分１８０６の面積が、膜シート１８００の総面積の１％～１４％であるとき、透過ＣＯ２濃度は、驚くべきことに、実際に、第２の部分１８０６を伴わない（すなわち、掃引効果を伴わない）ものを上回る。故に、膜シートの性能は、驚くべきことに、膜シート１８００の総面積の１％～１４％の面積を有する第２の部分１８０６を提供することによって改良される。掃引効果に起因する膜性能における最大改良は、第２の部分１８０６が膜シート１８００の総面積の約４％であるときに達成される。
【0128】
第２の部分１８０６が、膜シート１８００の総面積の４％であるとき、給送ガスの流量は、１．１３ｓｃｆｍまでほぼ５０％増加させられ得、透過ＣＯ２濃度も、３８．８％ＣＯ２から４０．９％まで増加する。膜シートは、依然として、６％ＣＯ２を処理された残留ガス中に生成する。
【0129】
第２の部分１８０６の面積が、膜シート１８００の総面積の１４％であるとき、給送ガスの流量は、約１．７ｓｃｆｍまで増加させられ得、それは、第２の部分１８０６を伴わない（すなわち、掃引効果を伴わない）膜シートに関する給送ガスの流量の２倍を上回り、透過ＣＯ２濃度は、依然として、３８．８％に維持される。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。
【0130】
第２の部分１８０６の面積が、膜シート１８００の総面積の３０％まで増加させられると、給送ガスの流量は、約２．２４ｓｃｆｍまで増加させられ得、それは、第２の部分１８０６を伴わない（すなわち、掃引効果を伴わない）膜シートに関する給送ガスの流量のほぼ３倍であり、透過ＣＯ２濃度は、依然として、３４．５３％で十分である。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。
【0131】
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、同じ透過物濃度を有するプロセスは、２倍を上回る流量で行われることができる。これは、膜シートの総面積が半分未満まで低減させられ得ることを意味する。流量を増加させることは、したがって、これがより効率的膜モジュールを提供し、それが、次に、同じ／類似分離を達成しながら、より小さい膜シートが使用されることを可能にするので、望ましい。
【0132】
したがって、図１８は、対向流掃引モジュールと異なる我々の直交流掃引モジュールの特性特徴を示す。対向流掃引モジュールでは、掃引の使用は、透過のための駆動力を変化させることによって、膜流束のかなりの増加を生成することができるが、最終透過物における透過する成分の濃度は、常時、減少する。プロセス開発者は、膜流束における改良を透過物濃度における減少と釣り合わせることによって、必要とされる掃引の量を選定する。その一方、我々の発明では、掃引が使用されるときの透過物濃度の初期増加と、透過物流束の増加とが存在する。実際、この直交流モジュールでは、透過する成分の濃度は、第２の部分の面積が総面積の１％～１４％であるときに、増加する。掃引の流動が、増加させられる場合、流束は、増加し続け、透過物濃度は、増加し、次いで、水平となり、最後に、降下し始める。第２の部分の面積が総面積の０％である点と、第２の部分の面積が総面積の１４％である点（すなわち、掃引がゼロである点（１００％直交流ケース）と、掃引が透過物濃度を１００％直交流透過ＣＯ２濃度値に戻らせるために十分に大きい点）との間の領域は、掃引流のための好ましい動作領域である。この領域内の全ての点において、掃引効果は、掃引効果を伴わない単純直交流モジュールのそれを上回って、微量成分の流束および透過物の濃度の両方を上昇させる。この動作領域では、対向流掃引動作を用いて生じる膜流束と透過物濃度との間のトレードオフは、生じない。
【0133】
第２の部分の面積が、総面積の１２％まで増加させられる場合、流量は、初期ガス流の２倍を上回る、１．５８ｓｃｆｍまでさらに増加させられ得る一方、膜は、依然として、６％ＣＯ２を処理されたガス中に生成し、透過ＣＯ２濃度は、依然として、掃引を伴わずに取得される値を超える。これらの結果は、内部透過掃引の使用によってもたらされる分離性能における非常に大きい改良を示す。
【0134】
（実施例２）
上記の例１における内部透過掃引効果は、約８のＣＯ２／Ｎ２透過率を有するＰＤＭＳ膜から形成される第２の部分によってもたらされた。我々の発明は、第２の部分に関する膜タイプに限定されない。膜シートの第２の部分の要求される重要な特性は、ガスの高流束を比較的に小掃引膜面積（掃引膜面積は、第２の部分の面積）から生成するように、膜シートの第１の部分（主要部分）より低い選択率と、給送ガス混合物のためのより高い透過率とを有することである。第２の部分が、実施されている分離のために選択的でもある場合、それは、有益であるが、要求されない。
上記の例１における内部透過掃引効果は、約８のＣＯ２／Ｎ２透過率を有するＰＤＭＳ膜から形成される第２の部分によってもたらされた。我々の発明は、第２の部分に関する膜タイプに限定されない。膜シートの第２の部分の要求される重要な特性は、ガスの高流束を比較的に小掃引膜面積（掃引膜面積は、第２の部分の面積）から生成するように、膜シートの第１の部分（主要部分）より低い選択率と、給送ガス混合物のためのより高い透過率とを有することである。第２の部分が、実施されている分離のために選択的でもある場合、それは、有益であるが、要求されない。
【0135】
表２は、例１と同じ構成であるが、第２の部分１８０６の面積が総膜面積の１２％に固定されているという点で異なる膜の計算された性能を示す。第２の部分１８０６（掃引エリア）のＮ２透過率は、再び、例１における第１の部分１８０５（主要面積）の値の１０倍に固定されるが、第２の部分１８０６のＣＯ２透過率は、変動させられ、第２の部分１８０６の膜選択率を変化させる。表２における第１の行の計算は、膜シート１８００の第２の部分１８０６が、４，８００ｇｐｕのＣＯ２透過率および８のＣＯ２／Ｎ２選択率のＰＤＭＳ性質を有するときの膜性能を示す。他の行は、第２の部分のＣＯ２／Ｎ２選択率を８から１の選択率を伴う完全に非選択的膜に低減させることの影響を示す。第２の部分の選択率を低減させることは、透過ガス中のＣＯ２濃度を低減させ、モジュールが分離し得るガスの体積に及ぼされる掃引の効果を低減させるが、取得される全体的結果は、依然として、非常に良好である。
【表2】
【0136】
上記の表２に示される例に関する掃引効果を伴わない１００％直交流モジュールに対する膜モジュール流束に対してプロットされたＣＯ２濃度のプロットが、図１９に示される。軸上に標識された点は、第２の部分を伴わない（すなわち、掃引エリアを伴わない）、１００％直交流モジュールの性能を示す。このモジュールは、３８．８％ＣＯ２の濃度を伴う透過を生成する。膜流束およびＣＯ２透過物濃度の変化が、８、４、２、および１のＣＯ２／Ｎ２選択率を伴う膜に関してプロットされる。８の濃度選択率でマークされたケースは、表２に示される濃度曲線と同じである。他の曲線は、異なる選択率における透過物濃度を示す。図上に示される４つの点は、表２に示される計算に関するデータ点であり、第２の部分の面積は、総面積の１２％に固定された。
【0137】
図１９は、図１８におけるように、透過物濃度が、最初に、増加させられた掃引流に伴って増加し、次いで、減ることを示す。この予期しない結果は、直交流モジュール内の掃引によって生成され、結果として、図１９におけるＡと標識されたエリアは、最も好ましい性能領域を表す。この領域では、膜流束は、１００％直交流データより最大２倍高いが、ＣＯ２濃度は、直交流無掃引モジュールのそれを上回る。
【0138】
（実施例３）
変化し得る別の性能変数は、膜シート１８００を横断する圧力比である。例１および２では、圧力比は、５．５（１．１バール／０．２バール）に設定され、使用される膜は、３０の選択率を伴うＭＴＲのＰｏｌａｒｉｓ膜である。これらの計算の条件下、Ｐｏｌａｒｉｓ膜は、モジュール全体を通して圧力比限定制御領域内にある。掃引効果を伴わない場合、モジュールの給送端における最大透過物濃度は、式５によって、６６％ＣＯ２（１２％ＣＯ２×１．１バール／０．２バール）として、透過端では、３３％ＣＯ２（６％ＣＯ２×１．１バール／０．２バール）として与えられる。透過圧力が、０．１バールまで低減させられると、モジュールの第１の端部１８０１は、圧力比領域の外側にあり、モジュールは、ＣＯ２給送ガスがモジュールを通して流動すると、圧力比領域の外側から内側に遷移し、ＣＯ２は、除去され、ガス中のＣＯ２の濃度は、落ちる。モジュールの第２の端部で、ガスは、圧力比制御領域（６％ＣＯ２×１．１バール／０．１バール）内にある。
変化し得る別の性能変数は、膜シート１８００を横断する圧力比である。例１および２では、圧力比は、５．５（１．１バール／０．２バール）に設定され、使用される膜は、３０の選択率を伴うＭＴＲのＰｏｌａｒｉｓ膜である。これらの計算の条件下、Ｐｏｌａｒｉｓ膜は、モジュール全体を通して圧力比限定制御領域内にある。掃引効果を伴わない場合、モジュールの給送端における最大透過物濃度は、式５によって、６６％ＣＯ２（１２％ＣＯ２×１．１バール／０．２バール）として、透過端では、３３％ＣＯ２（６％ＣＯ２×１．１バール／０．２バール）として与えられる。透過圧力が、０．１バールまで低減させられると、モジュールの第１の端部１８０１は、圧力比領域の外側にあり、モジュールは、ＣＯ２給送ガスがモジュールを通して流動すると、圧力比領域の外側から内側に遷移し、ＣＯ２は、除去され、ガス中のＣＯ２の濃度は、落ちる。モジュールの第２の端部で、ガスは、圧力比制御領域（６％ＣＯ２×１．１バール／０．１バール）内にある。
【0139】
透過圧力が、０．０５バールまで低減させられると、圧力比は、２２となり、膜モジュールは、モジュール全体を通して、圧力比領域の外側である。表３は、全て同じ第２の部分を用いて、すなわち、第２の部分の面積が、膜シートの総面積の１２％である、圧力比に対するこれらの変化の膜性能への効果を図示する。圧力比が、増加するにつれて、モジュールは、圧力比制御領域から離れるようにさらに遠くに移動し、掃引によって生成される流束の増加は、より小さくなる。しかしながら、２２の圧力比でさえ、モジュール全体が、圧力比制御領域の外側になると、膜シートを通した流束の有用な増加が、取得される。
【表3】
【0140】
（実施例４）
上で説明される例１－３では、本発明は、ＣＯ２／Ｎ２に関して選択的膜を使用して例証されているが、我々の発明は、様々なガス分離および透過気化法問題に適用されることができる。表４は、例えば、ヘリウムを天然ガスから分離するための膜プロセスのために実施されるいくつかの計算を示す。いくつかの天然ガス流は、小量のヘリウムを含む。ガスを分離することは、ヘリウムが、供給不足であり、非常に貴重であるので、価値がある。極低温凝縮および分留が、通常、使用される。これらのプロセスのコストは、ヘリウム濃度が、増加させられ得、したがって、膜分離ユニットが、ヘリウム前置凝縮器として使用される場合、大きく低減させられることができる。
上で説明される例１－３では、本発明は、ＣＯ２／Ｎ２に関して選択的膜を使用して例証されているが、我々の発明は、様々なガス分離および透過気化法問題に適用されることができる。表４は、例えば、ヘリウムを天然ガスから分離するための膜プロセスのために実施されるいくつかの計算を示す。いくつかの天然ガス流は、小量のヘリウムを含む。ガスを分離することは、ヘリウムが、供給不足であり、非常に貴重であるので、価値がある。極低温凝縮および分留が、通常、使用される。これらのプロセスのコストは、ヘリウム濃度が、増加させられ得、したがって、膜分離ユニットが、ヘリウム前置凝縮器として使用される場合、大きく低減させられることができる。
【0141】
表４は、典型的分離問題を示す。天然ガス（主に、メタン）は、高圧にあり、１％ヘリウムを含む。１００の範囲内の高ヘリウム／メタン選択率を有するいくつかの膜が、公知である。分離の目的は、ヘリウムの９０％を低圧（４バール）透過物流の中に除去すること、すなわち、２５の圧力比にすることである。モジュール全体が、優に、圧力比限定領域内にある。１，０００ｇｐｕのヘリウム透過率と、１００ｇｐｕのメタン透過率とを有する第２の部分（掃引エリア）を有する膜が、使用される。この例では、第２の部分は、第１の部分の透過率の２０倍のＣＨ４透過率を有する。
【0142】
表４における第１の行は、第２の部分を伴わない（すなわち、掃引エリアを伴わない）、単純直交流モジュールの性能を示す。透過は、７．９５％ヘリウムを含み、１ｍ２モジュールは、７．３ｓｃｆｍの給送ガスを処理することができる。透過掃引を使用する効果は、顕著である。透過ヘリウム濃度は、８．０％ヘリウムから９．７％まで２０％増加し、より重要なこととして、同じ１ｍ２膜モジュールは、はるかに多くのガスを処理することができる。
【表4】
【0143】
（実施例５）
本発明が有用な結果を提供する別の例は、天然ガス処理工場におけるメタンからの軽炭化水素の分離、または石油化学工場における窒素からの軽炭化水素の分離である。表５は、典型的用途、この場合、ポリオレフィン工場における窒素からのブタンの分離を図示する。給送ガスは、２０バールにおける窒素中５％ブタンである。透過ガスは、３バールにある。この実験の条件下では、膜モジュール全体が、圧力比限定領域内にある。この分離のために通常使用されるゴム膜は、典型的に、約１５のブタン／窒素のための選択率を有する。使用される膜シートの第２の部分（掃引エリア）は、８のブタン／窒素のための選択率と、１２５ｇｐｕの窒素透過率とを有し、したがって、窒素に対する第２の部分の透過率は、第１の部分の透過率の２倍をわずかにのみ上回る。これらのタイプの機器の設計者は、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。
本発明が有用な結果を提供する別の例は、天然ガス処理工場におけるメタンからの軽炭化水素の分離、または石油化学工場における窒素からの軽炭化水素の分離である。表５は、典型的用途、この場合、ポリオレフィン工場における窒素からのブタンの分離を図示する。給送ガスは、２０バールにおける窒素中５％ブタンである。透過ガスは、３バールにある。この実験の条件下では、膜モジュール全体が、圧力比限定領域内にある。この分離のために通常使用されるゴム膜は、典型的に、約１５のブタン／窒素のための選択率を有する。使用される膜シートの第２の部分（掃引エリア）は、８のブタン／窒素のための選択率と、１２５ｇｐｕの窒素透過率とを有し、したがって、窒素に対する第２の部分の透過率は、第１の部分の透過率の２倍をわずかにのみ上回る。これらのタイプの機器の設計者は、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。
【表5】
【0144】
（実施例６）
本発明が有用な結果を生成する別の例は、バイオエタノールの生成において広く使用されるプロセスであるエタノールを脱水するための透過気化法である。モジュールの性能は、表６に示される。給送物は、１００℃における、９０重量％エタノールと、１０重量％Ｈ２Ｏとである。第１の部分は、２，５００ｇｐｕの水透過率と、５００の選択率とを有する。第２の部分は、５０の選択率と、５，０００ｇｐｕのＨ２Ｏ透過率とを有する。第２の部分の面積は、膜シートの総面積の０％（単純直交流モジュール）から１０％まで増加させられる。掃引エリアが、約５～６％を下回ると、膜は、単純直交流ケース（掃引なし）と同じまたはより優れた透過を生成するが、膜は、単純直交流モジュール（すなわち、掃引効果を伴わない）の流束の最大２倍を有する。
本発明が有用な結果を生成する別の例は、バイオエタノールの生成において広く使用されるプロセスであるエタノールを脱水するための透過気化法である。モジュールの性能は、表６に示される。給送物は、１００℃における、９０重量％エタノールと、１０重量％Ｈ２Ｏとである。第１の部分は、２，５００ｇｐｕの水透過率と、５００の選択率とを有する。第２の部分は、５０の選択率と、５，０００ｇｐｕのＨ２Ｏ透過率とを有する。第２の部分の面積は、膜シートの総面積の０％（単純直交流モジュール）から１０％まで増加させられる。掃引エリアが、約５～６％を下回ると、膜は、単純直交流ケース（掃引なし）と同じまたはより優れた透過を生成するが、膜は、単純直交流モジュール（すなわち、掃引効果を伴わない）の流束の最大２倍を有する。
【表6】
【0145】
上記に記載のデータは、図１８（ａ）に示される構成に関するが、このデータによって実証された利点は、本明細書に説明される本発明の膜シートのための他の構成にも等しく適用されることを理解されたい。
【0146】
上記から、このプロセスは、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７に列挙される。
【表7】
【0147】
（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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
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】
【0151】
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、膜に沿って、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。
【0152】
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】
【0153】
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、膜に沿っ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】
【0154】
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】
【0155】
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）の表面を横断する一方、概して、給送物流の２～１０％である掃引流体（３０４）が、膜の透過物側を横断して通される。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。
【0156】
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、膜を横断し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。
【0157】
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。
【0158】
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。
【0159】
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。
【0160】
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。
【0161】
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。
【0162】
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。
【0163】
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、それらは、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。
【0164】
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。
【0165】
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。
【0166】
（第１の組の付記）
本発明は、以下の第１の組の付記によっても説明され得る。
本発明は、以下の第１の組の付記によっても説明され得る。
【0167】
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直交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、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、入口と、
筐体の第２の端部における出口であって、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、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に隣接する導管であって、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率を有し、
第２の部分は、透過ガスの第２の部分が透過ガスの第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、第２の方向に沿って膜シートの第１の側から間隔を置かれ、それによって、透過ガスの第２の部分を膜シートの第１の側に向かって流動させる、膜モジュール。
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、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、入口と、
筐体の第２の端部における出口であって、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、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に隣接する導管であって、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率を有し、
第２の部分は、透過ガスの第２の部分が透過ガスの第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、第２の方向に沿って膜シートの第１の側から間隔を置かれ、それによって、透過ガスの第２の部分を膜シートの第１の側に向かって流動させる、膜モジュール。
【0168】
付記２．導管は、第１の方向に第１の側の長さの少なくとも５０％、好ましくは、少なくとも７０％、より好ましくは、少なくとも８０％に沿って延びている、付記１に記載の膜モジュール。
【0169】
付記３．導管は、各膜シートの第１の側と整列させられる、付記１または付記２に記載の膜モジュール。
【0170】
付記４．モジュールは、第２の導管をさらに備え、第２の導管は、第２の側と流体連通し、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、第２の部分は、第１の方向に沿って第１の側および第２の側の両方から間隔を置かれる、付記１に記載の膜モジュール。
【0171】
付記５．第２の部分は、第１の方向に沿って第１の端部と第２の端部との間に延び、好ましくは、第２の部分は、細片として形成され、より好ましくは、第２の部分は、第１の側と第２の側との間でそれらから等距離にある、付記１－４のいずれか１項に記載の膜モジュール。
【0172】
付記６．直交流膜モジュールは、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、
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、
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、膜シートの第１の側と流体連通し、
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１－４のいずれか１項に記載の直交流膜モジュール。
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、
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、
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、膜シートの第１の側と流体連通し、
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１－４のいずれか１項に記載の直交流膜モジュール。
【0173】
付記７．１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、好ましくは、１つ以上の開口部の軸方向範囲は、第１の方向に第２の部分の軸方向範囲と重複し、より好ましくは、１つ以上の開口部は、第１の側と整列させられる、付記６に記載の膜モジュール。
【0174】
付記８．１つ以上の膜シートの第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。
【0175】
付記９．第２の部分は、第２の側の少なくとも一部に沿って延び、好ましくは、第２の部分は、第２の側によって形成される縁全体に沿って延びている、付記８に記載の膜モジュール。
【0176】
付記１０．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。
【0177】
付記１１．１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１０に記載の膜モジュール。
【0178】
付記１２．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１０または付記１１に記載の膜モジュール。
【0179】
付記１３．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、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、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、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１０、付記１１、または付記１２に記載の膜モジュール。
【0180】
付記１４．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１０－１３のいずれか１項に記載の膜モジュール。
【0181】
付記１５．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。
【0182】
付記１６．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倍を上回る、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0183】
付記１７．第２の部分は、第２の主要表面の一部を形成する、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0184】
付記１８．第２の部分は、第１の主要表面の一部を形成する、先行付記のいずれかに記載の膜モジュール。
【0185】
付記１９．付記１－１８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。
【0186】
付記２０．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１９に記載の方法。
【0187】
付記２１．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１８または付記１９に記載の方法。
【0188】
付記２２．それらの第１の主要表面の第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む、付記１８または付記１９に記載の方法。
【0189】
付記２３．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。
【0190】
付記２４．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。
【0191】
付記２５．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２４に記載の方法。
【0192】
付記２６．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２４または付記２５に記載の方法。
【0193】
付記２７．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、出口は、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通する、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に隣接する導管と、
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、第２の方向に導管まで流動するように、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、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、透過ガスの第２の部分が、透過ガスの第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、第２の方向に沿って膜シートの第１の側から間隔を置かれ、それによって、透過ガスの第２の部分を膜シートの第１の側に向かって流動させ、
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。
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、出口は、各膜シートの第１の主要表面の第２の端部と流体連通する、出口と、
膜シートの第２の主要表面の第１の側に隣接する導管と、
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、第２の方向に導管まで流動するように、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、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、透過ガスの第２の部分が、透過ガスの第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、第２の方向に沿って膜シートの第１の側から間隔を置かれ、それによって、透過ガスの第２の部分を膜シートの第１の側に向かって流動させ、
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。
【0194】
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。
【0195】
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）給送物側および給送物チャネルおよび透過物側および透過物チャネルを有する平坦なシート膜を提供するステップと、
（ｂ）膜を給送物マニホールド、残留物マニホールド、および少なくとも１つの透過物マニホールドを有する直交流膜モジュールの中に形成するステップと、
（ｃ）（ｂ）の給送物、残留物、および膜透過物マニホールドが、透過物チャネル内の透過物の流動が、主として、モジュールの給送物チャネル内の給送物の流動に対して直角方向にあるように配置されるステップと、
（ｄ）（ａ）の該膜が、給送混合物の成分に対して透過性である、２つの膜エリアを有するステップであって、第１の膜エリアは、給送混合物の主要成分より微量成分のために選択的であり、第２の膜エリアは、第１の膜エリアより高い給送混合物の主要成分のための透過率を有し、膜の第１および第２の膜エリアは、第２のエリアからの透過物が、第１の膜エリアの透過物チャネル空間を通過し、したがって、掃引効果を第１の膜エリア上に生成するように間隔を置かれる、ステップと、
（ｅ）給送物マニホールドからの給送混合物を（ａ）の膜を横断して通過させ、処理された給送混合物を残留物マニホールドから除去し、並行して、膜透過物を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）給送物側および給送物チャネルおよび透過物側および透過物チャネルを有する平坦なシート膜を提供するステップと、
（ｂ）膜を給送物マニホールド、残留物マニホールド、および少なくとも１つの透過物マニホールドを有する直交流膜モジュールの中に形成するステップと、
（ｃ）（ｂ）の給送物、残留物、および膜透過物マニホールドが、透過物チャネル内の透過物の流動が、主として、モジュールの給送物チャネル内の給送物の流動に対して直角方向にあるように配置されるステップと、
（ｄ）（ａ）の該膜が、給送混合物の成分に対して透過性である、２つの膜エリアを有するステップであって、第１の膜エリアは、給送混合物の主要成分より微量成分のために選択的であり、第２の膜エリアは、第１の膜エリアより高い給送混合物の主要成分のための透過率を有し、膜の第１および第２の膜エリアは、第２のエリアからの透過物が、第１の膜エリアの透過物チャネル空間を通過し、したがって、掃引効果を第１の膜エリア上に生成するように間隔を置かれる、ステップと、
（ｅ）給送物マニホールドからの給送混合物を（ａ）の膜を横断して通過させ、処理された給送混合物を残留物マニホールドから除去し、並行して、膜透過物を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。
【0196】
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。
【0197】
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。
【0198】
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。
【0199】
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。
【0200】
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。
【0201】
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。
【0202】
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。
【0203】
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。
【0204】
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。
【0205】
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。
【0206】
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。
【0207】
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。
【0208】
付記１４．（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と等しいまたはそれを上回るようなものである、付記１に記載のプロセス。
【0209】
付記１５．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の膜エリアの透過率の少なくとも２倍である、付記１に記載のプロセス。
【0210】
付記１６．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の膜エリアの透過率の少なくとも１０倍である、付記１に記載のプロセス。
【0211】
付記１７．（ｄ）の第２の膜エリアは、非選択的である、付記１に記載のプロセス。
【0212】
付記１８．（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、透過物マニホールドと反対の平坦な膜シートの縁上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１に記載のプロセス。
【0213】
付記１９．（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物が、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１に記載のプロセス。
【0214】
付記２０．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。
【0215】
付記２１．（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２０に記載の方法。
【0216】
付記２２．（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２０に記載の方法。
【0217】
付記２３．（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２０に記載の方法。
【0218】
付記２４．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２倍である、付記２０に記載の方法。
【0219】
付記２５．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２０に記載の方法。
【0220】
付記２６．（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２０に記載の方法。
【0221】
付記２７．（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２０に記載の方法。
【0222】
付記２８．（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２０に記載の方法。
【0223】
付記２９．（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指向バッフルが、透過物チャネル空間の中に組み込まれる、付記２０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(a)】
【図10(b)】
【図10(c)】
【図10(d)】
【図11(a)】
【図11(b)】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15(a)】
【図15(b)】
【図16】
【図17-1】
【図17-2】
【図17-3】
【図18】
【図19】
【国際調査報告】