JP2016028813A - 改良されたガスシールを備えるガス分離膜モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
膜は、一般的には大量の流体(水またはガス)分離処理に使用される。ガス分離膜は、一般的には2つの構成すなわちフラットシートまたは中空糸の一方で製造される。フラットシートは、典型的にはらせん巻き要素へと組み合わされる。他方で、中空糸は、一般的には多管円筒形熱交換器と同様に共に束ねられるか、または心棒の周囲に巻き付けられる。
したがって、本発明の1つの目的は、上述の欠点を被らない複数の膜要素を備える膜モジュールを提供することである。
したがって、本発明の別の目的は、圧力容器の各端部へのアクセスを必要としない、並列に配置された複数の膜要素を備える膜モジュールを提供することである。
したがって、本発明の別の目的は、圧力容器の中央の不透過物引出しポートと、直列ではなく並列に配置された膜要素とを有する膜モジュールを提供することである。
各膜要素について、関連する複数の糸のそれぞれが、開口しておりポリマーチューブシートにより包囲された第1の端部と、封止された第2の端部とを有し;チューブシートのそれぞれが、関連する第1の開口糸端部と流体連通する複数のチャネルを備え;各チューブシートについて、関連する複数のチャネルが、外方チューブの壁部中の開口から内方チューブの壁部中の開口まで延在するパイプを備える関連する透過ガス通路に流体連通し、透過ガス通路は、外方チューブ内の不透過ガスが通路にて内方チューブ内へと漏出するのを防止される点で漏出防止性である。
Oリングは、連続的なものである。
Oリングは、間隙を有するように不連続的なものである。
Oリングは、90デュロメータ未満のショアタイプA硬度を有する。
Oリングは、50デュロメータのショアタイプA硬度を有する。
間隙は、0.125〜0.500インチの範囲である。
Oリングは、90デュロメータ未満のショアタイプA硬度を有する。
Oリングは、50デュロメータのショアタイプA硬度を有する。
複数の膜要素は、上流膜要素と、下流膜要素と、上流膜要素と下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも1つの中間膜要素とを備え;透過ガス出口は、圧力容器の一方の端部に隣接する位置に配設され、不透過ガス出口は、圧力容器の対向側端部に隣接する位置に配設される。
本発明の性質および目的をさらに理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照されたい。図面内の同様の要素は、同一または類似の参照番号を付与される。
ガス分離膜:1つまたは複数のらせん巻きシートとして構成されるものと、複数の中空糸として構成されるものとを含む、他の流体よりも高い1つまたは複数の流体の透過性を示す材料から作製された構造物。
送給ガス:膜に送給されるガスまたは混合ガス。
透過ガス:ガス分離膜がより高い透過性を示す1つまたは複数のガスが豊富な、膜から引き出されるガスまたは混合ガス。
不透過ガス:ガス分離膜がより高い透過性を示す1つまたは複数のガスを欠いた、膜から引き出されるガスまたは混合ガス。
圧力容器:1つまたは複数の膜要素を収容するように適合化および構成され、送給流体用の少なくとも1つのポートと、透過流体の引出し用の少なくとも1つのポートと、不透過流体の引出し用の少なくとも1つのポートとを備える、しばしば管状形状である概して液密の構造物。
ガス分離膜モジュール:圧力容器内に設置される1つまたは複数のガス分離膜要素。
直列:上流膜要素の不透過ガスが隣接する下流膜要素の送給ガスを構成する、圧力容器内における複数のガス分離膜要素の配置。
並列:送給ガスが各膜要素を透過し、各膜要素からの透過ガスが他の膜要素の透過ガスと組み合わされ、各膜要素からの不透過ガスが他の膜要素の不透過ガスと組み合わされる、圧力容器内における複数のガス分離膜要素の配置。
摺動的に圧迫されたまたは摺動可能な:封止体が開口間を摺動される際に損傷を被ることなく圧力容器内に摺動され得ることと、封止体が人間の力のみにより圧力容器内に摺動され得ることと、いずれの場合でも機械的支援を必要としないこととを特徴とする、本発明のガス分離膜モジュールの封止体が示す特性。
図1に最も良く示されるように、ガス分離膜モジュールは、送給ガスポートFと、透過ガスポートPと、不透過ガスポートNPと、複数の膜要素M1、M2、M3とを備える圧力容器PVを備える。透過物ポートPとは反対側のモジュールの端部で、圧力容器PVは盲フランジBFで封止される。封止体SBが、最も下流の膜要素M3と不透過物リザーバNPとの間に配設される。
封止体SBは、上述のように膜要素M3に固定される。圧力容器PV内に要素M3を装填した後に、要素M3は、不透過物ポートNPに向かって圧力容器PVの内部を若干下流へと摺動されて、要素M3の上流端部は露出された状態に留められる。次に、膜要素M2の中の最も下流側のものが、上述のように要素M3に連結されることになる。連結されると、結合された要素M2、M3は、圧力容器PVの内部で下流に摺動されて、要素M2の上流端部を露出された状態に留める。追加の膜要素M2のそれぞれが、上述のように既に結合された要素に逐次的に連結され、結合された要素M2、M3の鎖が、圧力容器PV内へとさらに逐次的に摺動される。最終的に、膜要素M1は、同じ方法で膜要素M2の中の最も上流の1つに連結され、膜要素M1、M2、M3の今や完全に結合された鎖は、圧力容器PV内へとさらに摺動されて、要素M1の延在部8’を露出された状態に留める。次いで、透過物収集導管7が、クランプ39により延在部8’の上流端部に連結される。
特許請求の範囲中の「備える」は、以降に特定される請求項の要素が非排他的な列挙であり、すなわち他のいかなるものが追加的に含まれてもよく、「備える」の範囲内に留まり得ることを意味するオープンな遷移的表現である。「備える」は、本明細書においては、「から本質的になる」および「からなる」というより限定的な遷移的表現を必ず包含するものとして定義される。したがって、「備える」は、「から本質的になる」または「からなる」と置き換えられてもよく、「備える」の明確に定義される範囲内に留まり得る。
特許請求の範囲中の「提供する」は、何かを装備する、供給する、使用可能にする、または用意することを意味するものとして定義される。対照的に、ステップは、その特許請求の範囲中に明確な表現が存在しない場合には任意の行為者によって実施され得る。
任意選択のまたは任意選択には、後述の事象または環境が発生してもよくまたはしなくてもよいことを意味する。その記述は、事象または環境が発生する例と、発生しない例とを含む。
範囲は、本明細書ではおよその1つの特定の値からおよび/またはおよその別の特定の値までとして表現され得る。かかる範囲が表現される場合に、別の実施形態は、前記範囲内のあらゆる組合せを伴いつつ、その1の特定の値からおよび/または他の特定の値までであると理解されたい。
本明細書で特定される全ての参照はいずれも、参照によりそれらの全体が、ならびにそれぞれが引用された対象の具体的な情報に関して本願に組み込まれる。
F 送給ガスポートF
P 透過ガスポート
NP 不透過ガスポート
M1、M2、M3 膜要素
BF 盲フランジ
SB 封止体
1 送給ガスリザーバ1
2 送給ガス流
3 環状スペーサ
4 複数の中空糸
5 内方チューブ
6 透過ガス流
7 透過物収集導管
8 外方チューブ
9 不透過ガス流
10 チューブシート
11 ポリマー塊で包被された中空糸端部
12 支持レッグ
13 ローラボール
14 支持リング
15 第1の透過ガス収集マニホルド要素
16 第2の透過ガス収集マニホルド要素
17 第2の透過ガス収集マニホルド要素
18 ねじ固定具
19 環状溝
20 楕円状径方向延在中空部
21 ウェッジ形状径方向延在空部
22 環状ウェッジ形状柱腔部
23 スロット
24 Oリング
25 保持リング
26 ブシュ
27 透過物通路
28 固定リング
29 雌リング
30 ポスト
31 支持リング
32 前方シールプレート
33 後方シールプレート
34 複合シール
35 Oリング
36 カップシール
37 クランプ
Claims (13)
- ガス分離膜モジュールであって、
少なくとも1つの送給ガス入口と、少なくとも1つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と、
それぞれが、複数の中空糸と、前記圧力容器の軸と実質的に同軸である前記膜要素を貫通して延在する外方チューブと、前記圧力容器の前記軸と同軸または平行な前記外方チューブの内部を貫通して延在する内方チューブとを備える前記圧力容器内に並列に配置された複数の膜要素と、ここで、
前記複数の外方チューブはそれぞれ、単一の一体化された外方チューブを形成するために相互に連結され、
前記複数の内方チューブはそれぞれ、単一の一体化された内方チューブを形成するために相互に連結され、
環状スペースが、前記単一の一体化された外方チューブの内方表面と前記単一の一体化された内方チューブの外方表面とにより画成され、
前記単一の一体化された内方チューブは、前記複数の外方チューブに形成された穿孔を経由して前記中空糸同士の間を流れる不透過ガスを受け、
前記環状スペースは、封止された第1の端部と開口している第2の端部とを有し、
前記内方チューブはそれぞれ、前記複数の膜要素の関連する1つの前記糸のボアに流体連通し、
前記単一の一体化された内方チューブは、開口しており前記環状スペースの前記第1の封止端部に隣接する第1の端部を有し、
また、前記単一の一体化された内方チューブは、封止され前記環状スペースの前記第2の開口端部に隣接する第2の端部を有するものであり、
前記単一の一体化された内方チューブの前記開口端部と前記透過物出口との間で流体連通する透過物収集導管と、
前記複数の離間された膜要素の最も下流側の1つにて前記外方チューブの周囲に配設された少なくとも1つの封止体と、ここで、
前記封止体は、前記最下流膜要素と前記不透過ガス出口との間の前記圧力容器内の位置に配設され、
前記封止体は、前記封止体の外周エッジと前記圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有し、
前記封止体は、第1の封止プレートと第2の封止プレートとを備え、ここにおいて前記第1の封止プレートの平坦面が、前記第2の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および前記封止体は、前記第1の封止プレートと前記第2の封止プレートとの間に形成された溝内の前記封止体の外周エッジの周囲に配設され、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために前記圧力容器の内方表面に対して摺動的に圧迫される複合シールを備え、
前記封止体は、開口を備え、前記単一の一体化された外方チューブは、前記封止体開口を通り延在し、前記不透過ガスが前記環状スペースからおよび前記不透過物出口を経由して前記圧力容器から外に流れ得るように開口端部で終端するものであり、
とを備える、ガス分離膜モジュール。 - 各膜要素について、前記関連する複数の糸のそれぞれが、開口しておりポリマーチューブシートにより包囲された第1の端部と、封止された第2の端部とを有し、
前記チューブシートのそれぞれが、前記関連する第1の開口糸端部と流体連通する複数のチャネルを備え、
各チューブシートについて、前記関連する複数のチャネルが、前記外方チューブの壁部中の開口から前記内方チューブの壁部中の開口まで延在するパイプを備える関連する透過ガス通路に流体連通し、前記透過ガス通路は、前記外方チューブ内の不透過ガスが前記通路にて前記内方チューブ内へと漏出するのを防止される点で漏出防止性である、
請求項1に記載のガス分離膜モジュール。 - 前記複合シールは、カップシール内に収められたOリングを備え、前記カップシールの開口端部は、上流を向く、請求項1に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記Oリングは、連続的なものである、請求項3に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記Oリングは、間隙を有するように不連続的なものである、請求項3に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記Oリングは、90デュロメータ未満のショアタイプA硬度を有する、請求項5に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記Oリングは、50デュロメータのショアタイプA硬度を有する、請求項5に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記間隙は、0.125〜0.500インチの範囲である、請求項5に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記Oリングは、90デュロメータ未満のショアタイプA硬度を有する、請求項3に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記Oリングは、50デュロメータのショアタイプA硬度を有する、請求項3に記載のガス分離膜モジュール。
- 前記複数の膜要素は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも1つの中間膜要素とを備え、
前記透過ガス出口は、前記圧力容器の一方の端部に隣接する位置に配設され、前記不透過ガス出口は、前記圧力容器の対向側端部に隣接する位置に配設される、
請求項1に記載のガス分離膜モジュール。 - 前記複数の膜要素は、膜要素の右側群と、膜要素の左側群とを備え、
膜要素の前記右側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも1つの中間膜要素とを備え、
膜要素の前記左側群は、上流膜要素と、下流膜要素と、前記上流膜要素と前記下流膜要素との間に位置決めされた少なくとも1つの中間膜要素とを備え、
前記少なくとも1つの封止体は、右側封止体と左側封止体とを備え、前記右側封止要素は、膜要素の前記右側群の下流要素の前記外方チューブの周囲に配設され、前記左側封止要素は、膜要素の前記左側群の前記下流要素の前記外方チューブの周囲に配設され、
前記圧力容器は、両端部を有し、
前記少なくとも1つの送給ガス入口は、前記圧力容器の前記両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された2つの送給ガス入口を備え、
前記少なくとも1つの透過ガス出口は、前記圧力容器の前記両端部の一方に隣接してそれぞれが配設された2つの透過ガス出口を備え、
前記透過ガス出口は、前記左側封止体と前記右側封止体との間に配設される、
請求項1に記載のガス分離膜モジュール。 - 並列に配置された中空糸タイプ膜を有するように直列に配置されたらせん巻きタイプ膜を備える従来のガス分離膜モジュールを改装する方法であって、
改装すべき従来のガス分離膜モジュールを用意するステップと、ここで、前記従来のガス分離膜モジュールは、
少なくとも1つの送給ガス入口と、少なくとも1つの透過ガス出口と、不透過ガス出口とを有する管状圧力容器と、
前記圧力容器内に配設された直列に配置された複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素と、
送給ガスが前記複数のらせん巻きタイプ膜要素の最上流の外方表面と圧力容器の内方表面との間の環状スペース内に漏出するのを防止するための上流シールと
を備えるものであり、
前記圧力容器内から前記上流シールと直列に配置された前記複数の連結されたらせん巻きタイプ膜要素とを除去するステップと、
前記圧力容器内に下流中空糸膜要素を摺動するステップと、それにより前記圧力容器の開口端部からアクセス可能な状態に前記第1の中空糸膜要素の端部を留め、前記下流中空糸膜要素の下流端部が、封止体を備え、
前記圧力容器の前記開口端部から離れるように前記圧力容器内へと膜要素の増大しつつある鎖を逐次的に摺動させつつ、並列に連結された膜要素の前記増大しつつある鎖を形成するために前記第1の中空糸膜要素のアクセス可能な端部に1つまたは複数の中空糸膜要素を逐次的に連結するステップと、
並列に連結された膜要素の完成鎖を形成するために連結された膜要素の増大しつつある鎖に上流中空糸膜要素を連結するステップと、
前記圧力容器内へとさらに下流に膜要素の前記完成鎖を摺動させるステップと、
気密的に透過物出口に前記上流中空糸膜要素の前記上流端部を流体連結するステップと、ここで、
前記下流中空糸膜要素の前記下流端部に設けられる前記少なくとも1つの封止体は、前記下流中空糸膜要素と前記不透過ガス出口との間の前記圧力容器内の軸方向位置にて前記関連する膜要素の前記外方チューブの周囲に配設され、
前記封止体は、前記封止体の外周エッジと前記圧力容器の内方表面との間に間隙を設けるように適合化され構成された円筒状断面を有し、
前記封止体は、第1の封止プレートと第2の封止プレートとを備え、ここで、前記第1の封止プレートの平坦面が、前記第2の封止プレートの平坦面と同一平面に位置し、および前記封止体は、前記第1の封止プレートと前記第2の封止プレートとの間に形成された溝内の前記封止体の外周エッジの周囲に配設され、送給ガスに露出された側部と不透過ガスに露出された側部との間にシールを形成するために前記圧力容器の内方表面に対して圧迫される複合シールを備え、
前記封止体は、不透過ガスが連結された膜要素の前記完成鎖からおよび前記不透過物出口を経由して前記圧力容器から外に流れ得るための開口を備え、
下流中空糸膜要素を摺動させる前記ステップおよび膜要素の前記完成鎖を摺動させる前記ステップは、人力のみにより実施される、
を備える、方法。
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