JP2019524440A

JP2019524440A - 統合された透過液監視を含む螺旋巻きモジュールアセンブリ

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Publication number: JP2019524440A
Application number: JP2019510862A
Authority: JP
Inventors: スティーブン・ディー・ジョンズ; ルーク・フランクリン
Original assignee: ダウグローバルテクノロジーズエルエルシー
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: US20210275972A1; EP3506996B1; EP3506996A1; ES2809162T3; JP6966538B2; KR20190041491A; CN109641177A; KR102411322B1; MX2019002365A; WO2018044407A1

Abstract

圧力容器のチャンバ内で軸方向に整列した複数の直列配列された螺旋巻きモジュールを含む螺旋巻きモジュールアセンブリであって、各螺旋巻きモジュールは、透過液収集管の周りに巻かれた少なくとも１つの膜エンベロープを含み、各螺旋巻きモジュールの透過液収集管は、互いに密封流体連通しており、透過液出口ポートへ延在する透過液アダプタ管を有し、アセンブリは、透過液アダプタ管の内周と接触する一組のセンサと、容器内に位置付けされ、センサに接続されているマイクロ処理ユニットとを含む監視システムを含むことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、螺旋巻きモジュールアセンブリの流体品質を監視するための方法および装置に関する。

螺旋巻き膜アセンブリは、多種多様な流体分離に使用されている。従来の実施形態では、１つ以上の螺旋巻き逆浸透（ＲＯ）またはナノ濾過（ＮＦ）膜モジュール（「要素」）が共通の圧力容器内で直列に接続されている。大規模水処理施設は、典型的には、各々が６〜８個の螺旋巻きモジュールを含む複数の列および／または段の容器を含む。モジュールが圧力容器で密閉されているとすると、モジュールの性能を監視することは難題である。格納式プローブの使用、例えばＵＳ８，２７２，２５１およびＵＳ８，２１０，０４２、を含めて様々な技術が開発されており、それらの全内容は参照により本明細書に組み込まれる。Ｐ２０１６／０１９９３２も参照されたい。残念なことに、これらのアプローチは、容器内のアクセスポイントと共に特殊な機器の使用を必要とし、これは容器の製造を複雑にし、漏れにつながる可能性がある。他の技術は、モジュールの透過液管内に位置付けするためにセンサおよび相互接続ワイヤの使用を必要とする。これはモジュールの製造を複雑にし、透過液管を通る透過液の流れを乱す。

それほど複雑でない監視体系が必要とされている。特に、既存のモジュールおよび圧力容器設計の変更をほとんどまたは全く必要とせず、格納式プローブの使用を回避する監視システムが望まれる。

本発明は、螺旋巻きモジュールアセンブリ、その使用方法およびそのようなアセンブリの組み合わせを含む。好ましい実施形態では、本主題の螺旋巻きモジュールアセンブリ（３９）は、
軸（Ｘ）に沿って第１端部（３８）と第２端部（３８´）との間に延在するチャンバ（４１）、少なくとも１つの供給入口ポート（４２）、濃縮液出口ポート（４２´）、および透過液出口ポート（４４）を備える圧力容器（４０）、ならびに容器の第１の端部（３８）に位置付けされた取り外し可能な端板（５４）を備える圧力容器（４０）を含み、ここで透過液出口ポート（４４）は、取り外し可能な端板（５４）を通って軸方向に延在し、
そして、第１の端部（３８）に隣接して位置付けされた第１のモジュール（２）および第２の端部（３８´）に隣接して位置付けされた第２のモジュール（２´）を有するチャンバ（４１）内に直列配列で軸方向に整列した複数の螺旋巻きモジュール（２、２´）を含み、ここで、各螺旋巻きモジュール（２、２´）は、透過液収集管（８）の周りに巻かれた少なくとも１つの膜エンベロープ（４）を備え、各螺旋巻きモジュール（２、２´）の透過液収集管（８）は、互いに密封流体連通しており、
そして、第１の螺旋巻きモジュール（２）の透過液収集管（８）および透過液出口ポート（４４）と密封流体連通している透過液アダプタ管（５２）を含み、ここで、透過液アダプタ管（５２）は透過液を含有するように適合された内周（５８）を画定し、
さらに、第１の螺旋巻きモジュール（２）と第１の端部（３８）との間に位置付けされたギャップ空間（５６）を含み、監視システムは、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）と接触する第１の一組のセンサ（６０）、およびギャップ空間（５６）内に位置づけされ、第１の一組のワイヤ（６４）によって第１の一組のセンサ（６０）に接続されているマイクロ処理ユニット（６２）を備える。好ましい下位実施形態では、第１の一組のワイヤ（６４）は、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）の外側に位置付けされている。多くの追加の実施形態が説明されている。

図面は縮尺通りではなく、説明を容易にするために理想化された図を含んでいる。可能な場合には、同じまたは類似の特徴を指定するために、図面および明細書の説明全体を通して同様の番号を使用している。

螺旋巻きモジュールの一部を切り取った斜視図である。圧力容器内に直列関係で軸方向に整列した複数の螺旋巻きモジュールを含む典型的な螺旋巻きモジュールアセンブリの断面図である。濾過システムの一部として並列構成に配置された複数の螺旋巻きモジュールアセンブリの概略図である。図２のアセンブリ内に位置付けされた本発明の監視システムを示す、一部切り取った拡大断面図である。監視システムの代替実施形態を示す、一部切り取った拡大断面図である。

本発明は、逆浸透（ＲＯ）およびナノ濾過（ＮＦ）システムでの使用に適した螺旋巻きモジュールを含む。そのようなモジュールは、透過液収集管の周りに巻かれた１つ以上のＲＯまたはＮＦ膜エンベロープおよび供給スペーサシートを含む。エンベロープを形成するために使用されるＲＯ膜は、実質的には全ての溶解塩に対して比較的不透過性であり、典型的には塩化ナトリウムのような一価イオンを有する塩の約９５％超を排除する。ＲＯ膜はまた、典型的には無機分子の約９５％超ならびにほぼ１００ダルトンより大きい分子量を有する有機分子を排除する。ＮＦ膜は、ＲＯ膜よりも透過性が高く、典型的には、一価イオンを有する塩の約９５％未満を排除し、一方、二価イオンの種類にもよるが、二価イオンを有する塩の約５０％超（しばしば９０％超）を排除する。ＮＦ膜はまた、典型的には、ナノメートル範囲の粒子ならびにほぼ２００〜５００ダルトンより大きい分子量を有する有機分子を排除する。この説明の目的のために、「ハイパー濾過」という用語は、ＲＯとＮＦの両方を包含する。

代表的な螺旋巻き膜モジュールが概して図１の２に示されている。モジュール（２）は、１つ以上の膜エンベロープ（４）および任意選択の供給スペーサシート（「供給スペーサ」）（６）を透過液収集管（８）の周りに同心円状に巻くことによって形成される。透過液収集管（８）は、対向する第１端部と第２端部（１３´、１３）との間に延在する長さを有し、その長さの部分に沿って複数の開口部（２４）を含む。各膜エンベロープ（４）は、好ましくは２つの実質的に長方形の膜シート（１０、１０´）のセクションを備える。膜シート（１０、１０´）の各セクションは、膜または前面（３４）および支持体または後面（３６）を有する。膜エンベロープ（４）は、膜シート（１０、１０´）を重ね合わせてそれらの縁を整列させることによって形成される。好ましい実施形態では、膜シートのセクション（１０、１０´）は透過液スペーサシート（１２）を取り囲む。このサンドイッチ型構造は、エンベロープ（４）を形成するために３つの縁（１６、１８、２０）に沿って、例えばシーラント（１４）によって、一緒に固定されており、一方で第４の縁、すなわち、「近位縁」（２２）は、透過液収集管（８）に当接し、それにより、エンベロープ（４）の内側部分（および任意選択の透過液スペーサ（１２））は、透過液収集管（８）の長さの部分に沿って延在する開口部（２４）と流体連通する。モジュール（２）は、単一のエンベロープまたはそれぞれが供給スペーサシート（６）によって分離された複数の膜エンベロープ（４）を含み得る。図示の実施形態では、膜エンベロープ（４）は、隣接して位置決めされた膜リーフパケットの後面（３６）表面を接合することによって形成されている。膜リーフパケットは、２つの膜「リーフ」を画定するようにそれ自体の上に折り畳まれた実質的に長方形の膜シート（１０）を備え、各リーフの前面（３４）は互いに向き合っており、折り目は、膜エンベロープ（４）の近位縁（２２）と軸方向に整列している、すなわち透過液収集管（８）と平行である。供給スペーサシート（６）は、折り畳まれた膜シート（１０）の向かい合う前面（３４）の間に位置付けされて示される。供給スペーサシート（６）は、モジュール（２）を通る供給流体の流れを容易にする。図示されていないが、追加の中間層もアセンブリに含め得る。膜リーフパケットおよびそれらの製造の代表例は、ＨａｙｎｅｓらのＵＳ７，８７５，１７７にさらに記載されている。

モジュール製造中、透過液スペーサシート（１２）は、それらの間に挟まれた膜リーフパケットとともに透過液収集管（８）の周囲に取り付けられ得る。隣接して位置付けされた膜リーフ（１０、１０´）の後面（３６）は、それらの周辺の部分（１６、１８、２０）の周りでシールされて、透過液スペーサシート（１２）を取り囲み、そして膜エンベロープ（４）を形成する。透過液スペーサシートを透過液収集管に取り付けるための適切な技術は、ＳｏｌｉｅのＵＳ５，５３８，６４２に記載されている。膜エンベロープ（４）および供給スペーサ（６）は、透過液収集管（８）の周りに同心円状に巻かれるかまたは「ロールされる」ことによって、２つの対向するスクロール面（入口スクロール面および出口スクロール面）を形成する。結果として生じる螺旋束は、テープまたは他の手段によって適所に保持される。その後、モジュールのスクロール面はトリミングされ、ＬａｒｓｏｎらのＵＳ７，９５１，２９５に記載されているように、任意選択で、シーラントをスクロール面と透過液収集管（８）との間の接合部に適用してもよい。当技術分野で一般的であるように、モジュールの端部、例えば入口端部（３０）および出口端部（３０´）は、スクロール面を露出させてもよいし、または伸縮防止デバイス（または「エンドキャップ」）を備えてもよい。例はＵＳ６，６３２，３５６に記載されている。テープのような不透過性層が、ＭｃＣｏｌｌａｍのＵＳ８，１４２，５８８に記載されているように、巻かれたモジュールの周囲に巻かれてもよい。代替実施形態では、多孔質テープまたはガラス繊維コーティングをモジュールの周辺に適用してもよい。

動作において、加圧供給液体（水）は入口端部（３０）でモジュール（２）に入り、矢印（２６）によって示された方向にモジュールを通って概して軸方向に流れ、出口端部（３０´）で濃縮液として出る。透過液は、膜（１０、１０´）を通って膜エンベロープ（４）内に延びる大体矢印（２８）で示される透過液流路に沿って流れ、そこで開口部（２４）に流れ、透過液収集管（８）を通って、出口スクロール面（３２）で管（８）の第２の端部（１３）を出る。透過液収集管（８）の第１の端部（１３´）は、それを通る流体の流れを防ぐためにシールされていることが好ましい。

螺旋巻きモジュールの様々な構成要素を構築するための材料は、当技術分野において周知である。膜エンベロープを密封するための適切なシーラントとしては、ウレタン、エポキシ、シリコーン、アクリレート、ホットメルト接着剤、およびＵＶ硬化性接着剤が挙げられる。それほど一般的ではないが、熱、圧力、超音波溶接およびテープの適用などの他の封止手段も使用することができる。透過液収集管は、典型的には、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリ（フェニレンオキシド）、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、等などのプラスチック材料から作られる。トリコットポリエステル材料は、透過液スペーサとして一般的に使用されている。いくつかのモジュールでは、透過液収集管は複数のセクションを備え、これらは接着剤またはスピン溶接などによって一緒に接合され得る。さらなる透過液スペーサは、ＵＳ８，３８８，８４８に記載されている。

膜シートは、特に限定されず、例えば、セルロースアセテート材料、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリスルホンアミド、ポリフッ化ビニリデン、等の多種多様な材料を使用し得る。好ましい膜は、１）不織裏張り網（例えば、阿波製紙会社（ＡｗａＰａｐｅｒＣｏｍｐａｎｙ）から入手可能なポリエステル繊維織物などの不織布）の裏張り層（後面）、２）約２５〜１２５μｍの典型的な厚さを有する多孔質支持体を含む中間層、および３）典型的には約１ミクロン未満、例えば０．０１ミクロン〜１ミクロンであるがより一般的には約０．０１〜０．１μｍの厚さを有する薄膜ポリアミド層を備える頂部緻密層（前面）、を備える三層合成物である。裏張り層は特に限定されないが、不織布または配向し得る繊維を含む繊維網マットを含むことが好ましい。代わりに、帆布などの織物を用いてもよい。代表例は、ＵＳ４，２１４，９９４、ＵＳ４，７９５，５５９、ＵＳ５，４３５，９５７、ＵＳ５，９１９，０２６、ＵＳ６，１５６，６８０、ＵＳ２００８／０２９５９５１およびＵＳ７，０４８，８５５に記載されている。多孔質支持体は、典型的には、透過液の本質的に制限されない通過を可能にするのに十分なサイズであるが、その上に形成された薄膜ポリアミド層の架橋を妨げるように十分に大きくない孔径を有するポリマー材料である。例えば、支持体の孔径は、約０．００１〜０．５μｍの範囲が好ましい。多孔質支持体の非限定的な例としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびポリフッ化ビニリデンなどの様々なハロゲン化ポリマーから作られたものが挙げられる。緻密層は、微多孔質ポリマー層の表面で、多官能アミンモノマーと多官能ハロゲン化アシルモノマーとの間の界面重縮合反応により形成されることが好ましい。

逆浸透用の典型的な膜は、ｍ−フェニレンジアミンと塩化トリメソイルの反応によって製造されたフィルムテック社（ＦｉｌｍＴｅｃＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のＦＴ−３０（商標）タイプの膜である。このおよび他の界面重縮合反応はいくつかの出典に記載されている（例えばＵＳ４，２７７，３４４およびＵＳ６，８７８，２７８）。ポリアミド膜層は、多孔質支持体の少なくとも１つの表面上に多官能アミンモノマーを多官能ハロゲン化アシルモノマーと界面重合させることによって調製し得る（ここで各用語は単一種または複数種の使用の両方を指すことを意図する）。本明細書中で使用される場合、用語「ポリアミド」とは、分子鎖に沿ってアミド結合（−Ｃ（Ｏ）ＮＨ−）が存在するポリマーをいう。多官能アミンおよび多官能ハロゲン化アシルモノマーは、溶液からのコーティング工程によって多孔質支持体に最も一般的に適用され、多官能アミンモノマーは典型的には水性系または極性溶液からコーティングされ、多官能ハロゲン化アシルは有機系または非極性溶液からコーティングされる。

動作において、１つ以上（典型的には６〜１０）の螺旋巻きモジュールが圧力容器内に収容され、それが集合的に螺旋巻きアセンブリを画定する。容器は供給入口ポート、濃縮液出口ポートおよび透過液出口ポートを含む。供給入口ポートは、供給液体の加圧源と接続するように適合されている。濃縮液出口ポートは、再使用または処分のための経路へ接続するように適合されている。透過液出口ポートは、貯蔵、使用、またはさらなる処理のための経路へ接続するように適合されている。本発明で使用される圧力容器は特に限定されないが、動作条件に関連付けられた圧力に耐えることができる固体構造を含むのが好ましい。容器構造は、その中に収容される螺旋巻きモジュールの外周のサイズおよび形状に対応する内周を有するチャンバを含むことが好ましい。圧力容器の向きは特に限定されず、例えば水平方向と垂直方向の両方を用いてもよい。適用可能な圧力容器、モジュール配列および装填の例は、ＵＳ６，０７４，５９５、ＵＳ６，１６５，３０３、ＵＳ６，２９９，７７２およびＵＳ２００８／０３０８５０４に記載されている。大規模システム用の圧力容器の製造業者には、ミネソタ州ミネアポリスのペンタイル（Ｐｅｎｔａｉｒ）、カリフォルニア州ビスタのビカルト（Ｂｅｋａｅｒｔ）、およびイスラエル国ベエルシェバのベルコンポジット（ＢｅｌＣｏｍｐｏｓｉｔｅ）が含まれる。

螺旋巻きモジュールアセンブリの典型的な実施形態は、概して図２の３９に示されている。示されるように、アセンブリは、圧力容器（４０）の加圧可能なチャンバ（４１）内に直列配列で（軸Ｘに沿って）軸方向に整列した複数の螺旋巻きモジュール（２、２´）を含む。隣接するモジュール（２、２´）の透過液収集管（８）は、透過液シール（４８）を有する相互連結器（４６）によって接合されている。接合された管（８）の効果は、容器（４０）のための組み合わされた透過液収集領域（５０）を画定することである。圧力容器（４０）は、第１および第２端部（３８、３８´）の間の中心軸（Ｘ）に沿って延在する。容器（４０）は、容器（４０）の一端（３８）に位置付けされた取り外し可能な端板（５４）を含む。端板（５４）を取り外すことにより、チャンバ（４１）にモジュール（２）を装填および非装填することが可能である。代替実施形態では、取り外し可能な端板（５４、５４´）は、各端部（３８、３８´）に配置され得る。容器（４０）は、いくつかの流体ポート（４２、４２´、４４、および４４´）、例えば少なくとも１つの供給入口ポート（４２）、濃縮液出口ポート（４２´）および透過液出口ポート（４４）を含む。追加のポート、例えば供給入口ポート、濃縮液出口ポートおよび透過液出口ポート（４４、４４´）を容器の各端部（３８、３８´）に含めてもよい。同様に、供給入口および濃縮液出口ポートは、図２に示すものとは逆の向きに設けられてもよい。説明を簡単にするために、供給入口および濃縮液出口ポートは、概してポート（４２／４２´）によって参照され得る。半径方向構成で示されているのに対し、１つ以上の供給および濃縮液ポートは、容器（４０）の端部（３８、３８´）を通って延在する軸方向構成を想定してもよい。ギャップ空間（５６）は、容器（４０）の端部（３８）と最も近いモジュールとの間のチャンバ（４１）内に位置している。透過液アダプタ管（５２）は、最も近い螺旋巻きモジュールの透過液収集管（８）および透過液出口ポート（４４）と密封流体連通している。透過液アダプタ管（５２）は、透過液が透過液収集領域（５０）を通過し容器（４０）を出るための経路を提供する。図２の実施形態では、ギャップ空間（５６、５６´）は、対応する透過液アダプタ管（５２、５２´）と共に容器の両端部（３８、３８´）の近くに示されている。

圧力容器（４０）は、より大きな濾過システムの一部として他の圧力容器（４０´）と直列または並列に組み合わされることが多い。図３に示すように、分離システム内の並列の容器（４０、４０´）は、１つの容器（４０）上で流体を供給し、流体を排除し、そして流体を透過させるための流れが、隣接する別の容器（４０´）の対応する流れに合流するようにしばしば配置される。物理的には、濾過システムの共通段にある容器は、しばしば二次元的に並列アレイに積み重ねられる。

本発明の好ましい実施形態を図４に図示する。図２に示される一般的な実施形態と同様に、螺旋巻きモジュールアセンブリは、第１端部（３８）と第２端部（３８´）との間で軸（Ｘ）に沿って延在するチャンバ（４１）、少なくとも１つの供給入口ポートおよび濃縮液出口ポート（４２／４２´）ならびに透過液出口ポート（４４）、および容器の第１の端部（３８）に位置付けされた取り外し可能な端板（５４）を備える圧力容器（４０）を含む。透過液出口ポート（４４）は、取り外し可能な端板（５４）を通って軸方向に、好ましくは中心軸（Ｘ）に沿って延在する。アセンブリは、チャンバ（４１）内に直列配列で軸方向に整列した複数の螺旋巻きモジュール（２、２´）をさらに含み、第１のモジュール（２）は第１の端部（３８）に隣接して位置し、第２のモジュール（２´）は第２の端部（３８´）に隣接して位置している。用語「第１」および「第２」は、最も外側のモジュール、すなわち容器（４０）の端部（３８、３８´）に最も近くに位置付けされたモジュールを指すこと意図しているだけである。好ましい実施形態では、アセンブリは少なくとも２つ、しかし好ましくは少なくとも３つの直列に配列された螺旋巻きモジュールを含む。各螺旋巻きモジュール（２、２´）は、透過液収集管（８）の周りに巻かれた少なくとも１つの膜エンベロープ（４）を備え、各螺旋巻きモジュール（２、２´）の透過液収集管（８）は、互いに密封流体連通している。ギャップ空間（５６）が、第１の螺旋巻きモジュール（２）と第１の端部（３８）との間に位置付けされており、透過液アダプタ管（５２）が、第１の螺旋巻きモジュール（２）の透過液収集管（８）および透過液出口ポート（４４）と密封流体連通している。透過液アダプタ管（５２）は、単一の一体型ユニットであってもよく、または最も近いモジュール（２）と透過液出口ポート（４４）との間に密封内周（５８）を形成するように接合する複数の部品を備えてもよい。例えば、図２に図示する透過液アダプタ管（５２）は、透過液出口ポート（４４）を通過して容器（４０）に入る透過液パイプを備える第１の部品と、最も近いモジュール（２）の透過液収集管（８）への接続部を備える第２のはめあい部品とを含む。２つの部品は、Ｏリングによって密封されているように図示されている。

本アセンブリは、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）と接触する第１の組（例えば、好ましくは少なくとも２つ）のセンサ（６０）を含む監視システムを含むことを特徴とする。好ましい実施形態では、センサ（６０）は、センサが内周（５８）を通過する透過液に接触するように、内周（５８）に固定されるかまたはアダプタ管（５２）に埋め込まれる。図５の蛍光センサを参照して説明するように、透過液がセンサによって「感知」または分析され得るように、センサが内周（５８）と「視覚的」に接触したままである限り、センサは遠隔位置に位置付けされてもよい。いくつかの実施形態では、透過液アダプタ管の内周（５８）は、センサ（６０）に隣接して減少した流れを有するバイパス領域（図示せず）を取り囲んでもよい。監視システムは、ギャップ空間（５６）内に位置付けされ、第１の一組のワイヤ（６４）によって第１の一組のセンサ（６０）に接続されたマイクロ処理ユニット（６２）をさらに含む。

マイクロ処理ユニット（６２）は特に限定されず、適用可能な例は、アナログデバイセズ（ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅｓ）からのＡＤ５９３１のような自律型集積回路、およびテキサスインスツルメンツ（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）からのモデルＣＣ２４３０またはＣＣ２５３０のような集積回路を含む。さらなる例としては、アルデュイーノ（Ａｒｄｕｉｎｏ）とラズベリーパイ（ＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉ）のボードを含む。マイクロ処理ユニットは、プロトコル、制御機能およびデータを格納するためのフラッシュメモリを含むことが好ましい。好ましくは、マイクロ処理ユニット（６２）は、ポッティング材にカプセル封入され、透過液アダプタ管（５２）に接合される。マイクロ処理ユニット（６２）は、取り外し可能な端板（３８）および透過液アダプタ管（５２）の少なくとも一方に固定されているのが好ましい。重要なことに、マイクロ処理ユニットはモジュール（２）の透過液収集管（８）内に位置付けされておらず、マイクロ処理ユニットはチャンバ（４１）の外側にも位置付けされていない。すなわち、本発明の好ましい実施形態は、それらの透過液収集管（８）を含めて、モジュール（２）内に監視システムの任意の部分を位置付けすることを回避する。容器の外側から容器内のセンサまで延在するワイヤの数を減らすために、マイクロ処理ユニット（６２）は、容器（４０）内に、そして好ましくはギャップ空間（５６）内に位置付けされる。結果として、容器の外側からチャンバ（４１）まで通過するのに必要なワイヤが少なくてすむ。この配置は、設計を単純化し、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）内に位置付けされた監視関連構造の量を減らす。この目的をさらに促進するために、第１の一組のワイヤ（６４）は、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）の外側に位置付けされるのが好ましい。マイクロ処理ユニット（６２）は、容器（４０）のチャンバ（４１）の外側に位置する電源および／または中央受信コンピュータまたは同様のデバイスとの接続に適合された取り外し可能な端板（５８）を通って延在する第２の一組のワイヤ（６６）に接続される。第２の一組のワイヤ（６６）は、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）に沿って延在するか、または取外し可能な端板または容器の径方向側部（図示せず）に設けられたオリフィスを通って延在してもよい。一実施形態では、第２の一組のワイヤ（６６）は、透過液出口ポート（４）を通過する間、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）内に位置付けされる。別の実施形態では、第２の一組のワイヤ（６６）は、透過液出口管（４）を通過する間、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）と外周（５９）との間に位置付けされる。さらに別の実施形態では、第２の一組のワイヤ（６６）は、それらが透過液アダプタ管（５２）の外周（５９）の外側に位置付けされて透過液出口ポート（４）を通過する。１つの好ましい実施形態では、第２の一組のワイヤ（６６）は、マイクロ処理ユニット（６２）から、容器（４０）のチャンバ（４１）の外側に位置する電源および／または中央処理ユニット（例えばコンピュータ）との接続に適合された透過液アダプタ管（５２）上に位置する複数の電気コネクタ（７２）まで延在する。第２の一組のワイヤ（６６）は、外部コンピュータに直接接続されてもよく、または外部コンピュータと通信するアンテナに接続されてもよい。外部コンピュータと通信するためのアンテナは、透過液アダプタ管（５２）に接続されるのが好ましい。別の好ましい実施形態では、第２の一組のワイヤ（６６）は、チャンバ（４１）の外側の位置でコネクタ（７２）に接合され、第２の一組のワイヤ（６６）は、透過液アダプタ管（５２）の外周（５９）から延在する。

図示されていないが、電源および中央処理ユニットは、センサから収集されたデータを解釈し提示するためのアルゴリズムと共に、そのようなデータを格納するためのデータベースを含み得る。このようにして、本発明の複数の螺旋巻きアセンブリは、共通の電源および／または中央処理ユニットを共有し得る。そのような実施形態は、複数の螺旋巻きモジュールアセンブリを含む大型処理施設の効果的な監視を可能にする。１つの特定の一組の実施形態では、複数の螺旋巻きアセンブリ（例えば、隣接して位置決めされたアセンブリ）の第２の一組のワイヤは、それらのそれぞれの容器の外側に接続され、共通の電源および／または中央処理ユニットに接続される。

監視システムは、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）の外側のギャップ空間（５６）に位置付けされた第２の一組のセンサ（６８）をさらに含み得る。第２の一組のセンサは、透過液アダプタ管（５２）から半径方向に延在する位置決めアーム（７３）によって適所に固定することができる。第２の一組のセンサ（好ましくは２つ以上）は、第１の螺旋巻き要素（２）から供給入口ポート（４２）および濃縮液出口ポート（４２´）のうちの少なくとも１つに延在する流体の流れパターンに位置付けされ得る。好ましくは、位置決めアーム（７３）は、螺旋巻きモジュール（２）の最も近いモジュール端部（３０）に隣接して、第２の一組のセンサ（６８）のうちの少なくとも１つを位置付けする。第２の一組のセンサ（６８）は、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）の外側に位置する第３の一組のワイヤ（７０）によってマイクロ処理ユニット（６２）に接続されている。

図５は、センサのうちの第１のセンサが蛍光に依存する、本発明の別の実施形態を図示する。この実施形態では、監視システムは、例えばＬＥＤ、レーザ、等の光源（７４）と、対応する感光性センサの組（８２）とをさらに含む。透過液の品質を監視する場合、センサ（例えば、フォトダイオード、光電池、光抵抗器、光電子増倍管）は、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）に、または図示のように遠隔位置に位置付けされてもよいが、透過液アダプタ管（５２）の内周（５８）を通過する透過液とのアクセスまたは視覚的な「接触」を提供するための光透過性「窓」または開口部（８０）を含む。あるいは、センサは、図４に関連して第２の一組のセンサに関して説明したような位置に位置付けされてもよい。光源（７４）と光センサ（８２）の両方は、透過液アダプタ管（５２）に貼り付けることが好ましいが、その中に埋め込まれることがより好ましい。いくつかの実施形態では、光源（７４）は、中心軸（Ｘ）に対して７０°未満、好ましくは４５°未満の角度で内周（５８）を通過する励起光ビーム（７６）を提供する。このようにして、この光は組み合わされた透過液収集領域（５０）に散逸され、センサ（８２）に反射される散乱光は減少する。散乱はまた、放射または散乱光がセンサによって検出される可能性がある領域を制限する光透過性窓または開口部（８０）を設けることによって減らし得る。好ましくは、光学フィルタ（７８）（例えば、励起用のショートパスまたはバンドパス、放射用のバンドパスまたはロングパス）を、励起および／または放射光用に設けて、センサによって検出される散乱をさらに低減する。いくつかの実施形態では、複数の光源、光学フィルタ、またはセンサのタイプは、監視システムが、励起および放射波長の２つ以上の組み合わせで蛍光測定を行うことを可能にする。好ましい実施形態では、マイクロ処理ユニットは、励起光パルスの後の時間中に信号を収集するために蛍光の検出をゲート制御する。

本発明で使用されるセンサは、特に限定されず、使用される螺旋巻きモジュールアセンブリの供給品質、濃度および透過液を監視するのに使用するための文献に記載されているものを含む。概して、適用可能なセンサは、導電率、圧力、流れ、ボルタンメトリーおよび／または温度を測定するものを含む。適用可能なセンサとしては、光学センサ（例えば、蛍光、吸収、濁度、粒子計数など）およびオーディオセンサ（超音波センサを含む）、ならびに電波を使用するセンサが挙げられる。例示的な流量センサは、移動する水と接触している抵抗器の加熱など、移動する水によって引き起こされる温度変化の変化に基づくものを含む。（例えば、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｌｉｑｕｉｄ−ｆｌｏｗに記載されているセンサ例を参照。流体の流れを測定するための他のセンサは、水が１つ以上の延在する柔軟な部材またはフィラメントを横切って移動することによって引き起こされるたわみの大きさを検出することに基づいてもよい。流体の流れはまた、オリフィスまたは流路を横切る圧力降下に基づいて測定されてもよい。流れはまた、回転子または羽根車の動きからも決定されてもよい。センサはまた、透過液管アダプタの内周内または内周の外側のギャップ空間内の相対的な水流量（または速度）を測定するために使用されてもよい。さらに別の実施形態では、透過液中に存在する一価イオンと比較して二価イオンに対する感受性を向上させるために、第１の一組のセンサ（例えば、電極）をコーティングしてもよい。

前述のように、光学、音響波および電波（例えば、ピエゾ素子）に基づくセンサは、容器内の異なるモジュール間の距離を判定するために使用されてもよい。一実施形態では、センサを使用して、光のパルスと音のパルスの両方を同時に送信し得る。これらの信号が透過液アダプタ管に到達するのにかかる時間差に基づいて、モジュールまでの距離を計算し得る。センサから送信される音、光、あるいは電波はまた、モジュールのシリアル番号、透過液の状態、流体の供給または排除、および／または流量などの情報を符号化し得る。

さらに別の実施形態では、マイクロ処理ユニット（６２）はまた、容器（４０）内の複数のモジュール（２）の透過液管（８）内に延在するプローブに実装された導電率センサに接続されてもよい。例えば、ＵＳ８，２７２，２５１に記載されているプローブを参照。

マイクロ処理ユニット（６２）は、ボルタンメトリー用など、可変電圧および／または可変周波数を有する信号を発生してセンサに供給してもよい。

本発明の多くの実施形態が説明されており、いくつかの事例では、特定の実施形態、選択、範囲、構成要素、または他の特徴が「好ましい」として特徴付けられている。そのような「好ましい」特徴の指定は、決して本発明の本質的または重要な態様として解釈されるべきではない。表現された範囲は具体的に終点を含む。前述の特許および特許出願の各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

螺旋巻きモジュールアセンブリ（３９）であって、
圧力容器（４０）であって、第１の端部（３８）と第２の端部（３８´）との間で軸（Ｘ）に沿って延在するチャンバ（４１）、少なくとも１つの供給入口ポート（４２）、濃縮液出口ポート（４２´）および透過液出口ポート（４４）、および前記容器の前記第１の端部（３８）に位置付けされた取り外し可能な端板（５４）を備え、前記透過液出口ポート（４４）は、前記取り外し可能な端板（５４）を通って軸方向に延在する、圧力容器（４０）と、
前記第１の端部（３８）に隣接して位置付けされた第１のモジュール（２）および前記第２の端部（３８´）に隣接して位置付けされた第２のモジュール（２´）を有する前記チャンバ（４１）内に直列配列で軸方向に整列した複数の螺旋巻きモジュール（２、２´）であって、各螺旋巻きモジュール（２、２´）は、透過液収集管（８）の周りに巻かれた少なくとも１つの膜エンベロープ（４）を備え、各螺旋巻きモジュール（２、２´）の前記透過液収集管（８）は、互いに密封流体連通している、複数の螺旋巻きモジュール（２、２´）と、
前記第１の螺旋巻きモジュール（２）の前記透過液収集管（８）および前記透過液出口ポート（４４）と密封流体連通している透過液アダプタ管（５２）であって、前記透過液アダプタ管（５２）は、透過液を含有するように適合された内周（５８）を画定する、透過液アダプタ管（５２）と、
前記第１の螺旋巻きモジュール（２）と前記第１の端部（３８）との間に位置付けされたギャップ空間（５６）と、を備え、
前記アセンブリは、
前記透過液アダプタ管（５２）の前記内周（５８）と接触する第１の一組のセンサ（６０）と、
前記ギャップ空間（５６）内に位置付けされ、第１の一組のワイヤ（６４）によって前記第１一組のセンサ（６０）に接続されたマイクロ処理ユニット（６２）と、を備える、監視システムを含むことを特徴とする、螺旋巻きモジュールアセンブリ。
前記第１の一組のワイヤ（６４）は、前記透過液アダプタ管（５２）の前記内周（５８）の外側に位置付けされている、請求項１に記載のアセンブリ。
前記マイクロ処理ユニット（６２）は、前記取り外し可能な端板（５４）を通って延在し、前記容器（４０）の前記チャンバ（４１）の外側に位置付けされた電源との接続のために適合された第２の一組のワイヤ（６６）に接続されている、請求項１に記載のアセンブリ。
前記第２の一組のワイヤ（６６）は、前記透過液アダプタ管（５２）の前記内周（５８）に沿って延在する、請求項３に記載のアセンブリ。
前記第２の一組のワイヤ（６６）は、前記取り外し可能な端板（５４）に設けられたオリフィスを通って延在する、請求項３に記載のアセンブリ。
前記第２の一組のワイヤ（６６）は、前記マイクロ処理ユニット（６２）から複数のコネクタ（７２）まで延在し、前記コネクタは、前記透過液アダプタ管（５２）の上に位置付けされ、前記容器（４０）の前記チャンバ（４１）の外側に位置付けされた電源との接続のために適合されている、請求項２に記載のアセンブリ。
前記マイクロ処理ユニット（６２）は、前記取り外し可能な端板（３８）および透過液アダプタ管（５２）のうちの少なくとも一方に固定されている、請求項１に記載のアセンブリ。
監視システムは、前記透過液アダプタ管（５２）の前記内周（５８）の外側の前記ギャップ空間（５６）内に位置付けされた第２の一組のセンサ（６８）をさらに備え、前記第２の一組のセンサ（６８）は、前記第１の螺旋巻き要素（２）から前記供給入口ポート（４２）および濃縮液出口ポート（４２´）のうちの少なくとも１つに延在する流体の流れパターンに位置付けされている、請求項１に記載のアセンブリ。
前記第２の一組のセンサ（６８）は、第３の一組のワイヤ（７０）によって前記マイクロ処理ユニット（６２）に接続され、前記第３の一組のワイヤ（７０）は、前記透過液アダプタ管（５２）の前記内周（５８）の外側に位置付けされている、請求項８に記載のアセンブリ。
請求項１による複数の個々の螺旋巻きアセンブリをさらに含み、各螺旋巻きアセンブリの前記マイクロ処理ユニット（６２）は、共通の中央処理ユニットに接続されている、請求項１に記載のアセンブリ。