(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中のイオンの濃度を制御する方法であって、
−  前記液体の主流を発生するステップと、
−  前記液体に電気的に直接接触する電極により、前記主流に横方向電界を印加するステップと、
−  前記主流の中心領域から前記液体の生成物流を取り出すと共に、前記主流における前記電極の近くの領域から前記液体の廃棄物流を取り出すステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記主流が前記電極により画定された側壁を持つ流路内で発生され、前記電極は２００μｍ未満の相互間距離を有し、前記電極に印加される電圧は５Ｖ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法であって、
【数５】
0005932789.tif 000006
なる式が満足され、ここで：
Ｌは前記主流の長さを示し；
μは前記イオンの最低移動度を示し；
Ｖは前記電極の間の電位差を示し；
ｖは前記液体の流速を示し；
ｄは前記電極の間の距離、即ちチャンネル幅を示す、
方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の方法であって、
【数６】
0005932789.tif 000007
なる式が満足され、ここで：
ηは前記液体の粘度［kg/ms］を示し；
ｖは前記液体の流速を示し；
ρは前記液体の密度［kg/m3］を示し；
ｄは前記電極の間の距離、即ちチャンネル幅を示す、
方法。
【請求項５】
液体内のイオンの濃度を制御する液体浄化装置であって、請求項１ないし４の何れか一項に記載の方法を実行する装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液体浄化装置であって、
液体入力部から入る前記液体を分岐部まで案内する少なくとも１つの主流路であって、前記分岐部が浄化された液体を出力するための少なくとも１つの生成物出力部とイオンに富んだ廃棄物液を出力するための少なくとも１つの廃棄物出力部とにつながる主流路と、
前記主流路に沿い該主流路の長さの少なくとも一部にわたって配置された少なくとも２つのイオン分離電極であって、前記液体の流れに横方向電界を発生するように互いに対向して前記主流路内に流れる前記液体と直接接触して配置される電極と、
を有し、
前記電極の間の電位差が、５Ｖ未満である液体浄化装置。
【請求項７】
前記分岐部が二叉部を有し、該二叉部が、浄化された液体を出力するための１つの中央生成物出力部と、イオンに富んだ廃棄物液を排出するための１つの廃棄物出力枝路とを有する請求項６に記載の液体浄化装置。
【請求項８】
前記中央生成物出力部が前記流路の局部的に拡幅された領域の中心に配置される請求項６に記載の液体浄化装置。
【請求項９】
前記分岐部が三叉部を有し、該三叉部が、浄化された液体を出力するための生成物出力部に通じる１つの中央生成物出力枝路と、イオンに富んだ廃棄物液を排出するための少なくとも１つの廃棄物出力部に通じる２つの互いに反対側の外側廃棄物出力枝路とを有する請求項６に記載の液体浄化装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体浄化装置であって、少なくとも２つの他の電極を更に有し、これら他の電極のうちの一方のものは前記廃棄物出力枝路の一方における前記廃棄物液に直接接触すると共に前記イオン分離電極の一方のものの電圧と同一の極性を有し、前記他の電極のうちの他方のものは前記廃棄物出力枝路の他方における前記廃棄物液に直接接触すると共に前記イオン分離電極の他方のものの電圧と同一の極性を有する装置。
【請求項１１】
前記主流路の側壁が導電性であり、且つ、前記２つのイオン分離電極の役割を果たす請求項６に記載の液体浄化装置。
【請求項１２】
請求項６に記載の液体浄化装置であって、ステンレス鋼の導電性材料からなり且つ２つの非導電性部材の間に挟まれた少なくとも１つのパターン化されたプレートを有し、該プレートは主面を有し、流路が前記プレートに前記主面の一方から他方まで該主面の全高にわたり延びるように形成された狭い切断部として形成され、前記流路は好ましくは実質的に長方形の輪郭を有し、これら流路の幅が２００μｍ未満であり、
当該装置が電源電圧を入力するために前記主流路の両側における各プレート部分に接続された電気端子を更に有する装置。
【請求項１３】
前記三叉部における前記中央生成物出力枝路が第２の三叉部につながる請求項９に記載の液体浄化装置。
【請求項１４】
並列に接続された２以上の主流路を有する請求項６に記載の液体浄化装置。
【請求項１５】
請求項６に記載の液体浄化装置であって、絶縁プレートにより分離されると共に、これら絶縁プレートにより挟まれた複数のパターン化されたプレートの積層体を有し、該積層体を介して垂直に延びる入力及び出力孔及び該積層体を介して垂直に延びる電気接続ピンを備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは水を浄化する方法及び装置に係り、特には水道水中のイオン濃度を制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水は、化学的に純粋なＨ２Ｏではない。主たる付加的な成分は、石灰石（方解石）及び含塩岩石層（岩塩）を介しての地下水の浸透の結果として各々生じる重炭酸カルシウム及び塩化ナトリウムである。これらの成分は健康に対する危険性をもたらすものではないが（少なくとも通常の濃度では：例えばオランダ国においては、重炭酸カルシウムの濃度は１６０ppmのオーダであり、塩化ナトリウムの濃度は８０ppmのオーダであろう）、斯かる成分の存在に関連する欠点が存在するので、これらの濃度レベルを制御する（特には、低下させる）ことができることが望ましい。
【０００３】
汚れ（ファウリング）が問題となる。重炭酸カルシウムは、例えばコーヒーメーカ、湯沸かし器、スチームアイロン及び空気加湿器等を汚損する水垢堆積の主たる原因である。重炭酸カルシウムの濃度を最小限にすることは、これら装置を掃除しなければならないという定期的な負担を回避することになるので顧客を喜ばせるであろう。
【０００４】
味も問題となる。少量のミネラルさえも、味の知覚に大きな影響を与える。例えば、塩化ナトリウムのレベルは水道水の塩味を決定する。水の味は、顧客がその水を飲むか否かを決定する重要な要因である。たとえ水道水の品質が極めて良好であっても、依然として人々はボトル詰めの水を飲みがちである。その上、ボトル詰めされた水は水道水と比較して相対的に高価であり、その製造には水道水と比較して大幅に高いエネルギ消費（なかでも、ボトルの製造、輸送及び冷却により、１０００倍のオーダの）が伴う。消費者は個々の味の好みを有しており、水道水の含有物及び味に大きな地域差があることに注意すべきである。従って、消費者がボトル詰めの水から水道水に切り換え得るように水道水の味に影響を与えることを視野に入れて、水道水中のミネラルのレベルを制御すると共に、好ましくは個々の消費者が自身の個人的好みに水道水の味を調整することができるようなツールを個々の消費者に付与することができるようにすることが重要である。斯かる制御処理は非常に効果的であることが更に望ましい。例えば、或る固有のブランドのボトル詰めの水は約３ppmのＮａ＋イオンの濃度を有するが、Ｎａ＋イオンの検出閾値は約２ppmであり、このことは、約９５％又はそれ以上の除去効果が望ましいことを意味する。
【０００５】
水のミネラル濃度を減少させる技術は、異なる原理に基づいて動作するものが既に提案されている。一般的に、これらの従来の浄水技術は、大きな電力消費及び廃棄物の発生という欠点を有している。
【０００６】
ここで言及されるべき第１の従来の浄水技術は、蒸留であり、該蒸留技術は、先ず水を沸騰させて蒸気を生成し（殆どのミネラルを排除する）、次いで冷却面が接触されて、上述した蒸気が再び液体として凝集する過程を含む。この処理の効果は良好（１００％に近い）であるが、この処理は多くのエネルギを必要とする。エネルギ回収が可能でない小型のユニットの場合、エネルギ消費は約６００Ｗｈ／Ｌであることを示すことができる。
【０００７】
ここで言及すべき第２の従来の浄水技術は逆浸透であり、該逆浸透はミネラルを排除するための小孔を備えた薄膜フィルタを介して水を透過させるための高い圧力（＞１０bar）の使用を伴う。エネルギ消費は、蒸留と比較して著しく低いが、それでも高く（リットル出力当たり＞４Ｗｈ）、効果は典型的には約９０％である。重大な欠点は、当該膜の目詰まりを防止するために相当量の廃棄流（典型的には、入力の５０％）が必要とされるということである。加えて、膜は定期的に交換されねばならない。水垢除去用途に対しては、上記９０％のミネラル除去効果は十分であるが、強力な味の制御のためには、更なる効率の低下（１２Ｗｈ／Ｌなるエネルギ消費及び７５％の廃棄物）を犠牲にして、二重通過が必要とされる。
【０００８】
概念的に、上述した両浄水技術は、エネルギをＨ２Ｏという主要部に絞っている。対照的に、電界によれば、水の中ではミネラル類はイオン化されるという事実を用いて、ミネラルという少数部に効率的に目標を絞ることが可能である。このような技術の例は、連続的電気脱イオン化（電気再生式イオン交換）及び容量性脱イオン化（電気吸着脱イオン）である。
【０００９】
連続的電気脱イオン化においては、イオン選択性膜により分離され、部分的にイオン交換樹脂で満たされた平行な流れの束が、電気的に浄化された流れと濃縮された廃棄物流とに変換される。この浄水技術（通常は、逆浸透に続く最終浄化ステップとしての）は最高の規格までの超純水を優れた効率（０.４Ｗｈ／Ｌなるエネルギ消費及び僅か５％の廃棄物）で生成することができるが、上記膜及び樹脂の高い価格のために消費者向け用途にとっては手が届かない。
【００１０】
容量性脱イオン化においては、入力ストリームは該ストリームのイオンを２つの平行なプレート電極（多孔性炭素から構成される）上に電気的に捕捉することにより浄化される。この技術は、脱イオン化フェーズと再生フェーズとの間で交互に行って、バッチ処理で動作される。吸収されたイオンにより電極が飽和された後、再生フェーズでは電界が取り除かれ、上記イオンは電極から廃棄物流へと徐々に拡散する。この技術の欠点は、該再生フェーズが遅く、不完全である点である。結果として、廃棄物流は多く（＞２０％）、電極の寿命は限られる（生物付着により）。この技術の一例は、米国特許出願公開第2008/0198531号で議論されている。
【００１１】
国際特許出願公開第WO2008/082696号公報は、"微小規模容量性脱イオン化"として示された電気的浄水技術を開示している。この技術においては、水の流れが、水路（チャンネル）に沿って配置された電極により付与される横方向電界を受ける。イオンは荷電された電極に吸引されるので、上記流れの中心におけるイオン濃度は減少され、該流れの当該電極に近い外側領域におけるイオン濃度は増加される。或る長さのチャンネルを経た後、中心の流れの部分は外側の流れ領域から分離され、上記中心の流れはイオン濃度が低減された出力を供給する一方、上記外側の流れの領域は濃度が増加された廃棄物流を供給する。この技術は非常に魅力がないように思われる。即ち、当該公報における情報によれば、非常に高い電圧が必要とされ（２.５〜１０ｋＶのオーダ）、電力消費が非常に高く（５０ｍＬ／ｈｒに対して７５０Ｗで、１５ｋＷｈ／Ｌに相当する）、且つ、イオン浄化性能が非常に劣る（約３％）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上述した欠点が除去され又は少なくとも低減されるような浄水方法及び装置を提供することにある。特に、本発明は、低エネルギ消費及び高い浄水性能で、並びに相対的に少ない廃棄物及び低コストで動作することができ、且つ、私的消費者家庭で設置及び使用するのに、特に流し（シンク）の下への適用に適した浄水方法及び装置を目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
国際特許出願公開第WO2008/082696号公報は、"微小規模容量性脱イオン化"として示された電気的浄水技術においては、流体を電極から分離するために非導電性で不透過性の障壁が使用されることが必須であることを教示している。驚くべきことに、本発明者は、斯様な障壁が削除され、電極が流体と直接的に接触するように配置されると劇的な改善が得られることを見出した。実験は、２Ｖまでもの低い電極電圧及び０.２５Ｗｈ／Ｌまでもの低いエネルギ消費で非常に効率的なイオン分離が可能であることを示した。電極電圧の正確な値は重要ではないが、好ましくは、該値は顕著なガス形成（電気分解により生じる）を防止するために５Ｖより低く選定されるべきである。
【００１４】
更に有利な入念例は、従属請求項に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の動作原理を概略説明する図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、流路の可能性のある断面を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃも、流路の可能性のある断面を示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の他の代替実施例を概略図示した図である。
【図２Ａ】図２Ａは、より小規模なイオン浄水装置の好ましい態様を概略図示した図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の他の好ましいフィーチャを概略図示した図である。
【図３Ａ】図３Ａは、浄水装置を製造する工程における或る段階を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、浄水装置を製造する工程における他の段階を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、浄水装置を製造する工程における他の段階を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、浄水装置を製造する工程における他の段階を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、浄水装置を製造する工程における他の段階を示す。
【図３Ｆ】図３Ｆは、浄水装置を製造する工程における他の段階を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、パターン化されたプレートの一実施例を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂも、パターン化されたプレートの一実施例を示す。
【図５】図５も、パターン化されたプレートの一実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の上述した及び他の態様、フィーチャ及び利点を、１以上の好ましい実施例の下記の記載により図面を参照して説明する。尚、図面及び記載において同一の符号は同一の又は同様の部分を示し、"下／上"、"高い／低い"、"左／右"等の表示は図面に示された向きのみに関するものである。
【００１７】
図１Ａは、本発明の一態様による動作原理を概略説明する図である。水の流れ（ストリーム）１は主チャンネル（主水路）２内を図における左から右へ流れている。チャンネル（水路）２の少なくとも或る長さにわたり、電極３及び４が互いに対向して、且つ、水１と接触するように配置されている。電極３及び４は、チャンネル２の側壁を画定することができる。図において、電極３は電極４に対して正電圧を有するように示され、電極４は電極３に対して負電圧を有するように示されているが、これは上記電極の互いに対する相対電圧に関するものであり、必ずしも大地に対する絶対電圧に関するものではないことに注意されたい。
【００１８】
水１は、該水中に実質的に均一に分散された、５に示すような正及び負のイオンを含んでいる。電極３及び４は、当業者にとり明らかなように、水１の流れの方向に垂直な、横方向電界を発生する。従って、これも当業者にとり明らかなように、正イオンは負の電極４に向かって移動しようとし、負イオンは正の電極３に向かって移動しようとする。結果として、当該チャンネルの或る長さの後には、正電極３に近い境界層における水は、符号７により示されるように、負のイオンに富むようになる一方、負の電極４に近い境界層における水は、符号８により示されるように、正のイオンに富むようになる。チャンネル２の中心領域においては、イオン濃度は、符号６により示されるように、低減される。尚、上記イオン濃度の正確な値又は上記中心領域における減少効率は、とりわけ、上記電極間の電圧差、上記チャンネルの幅（即ち、これら電極間の距離）、当該水の流速、及び上記チャンネルの長さに依存することに注意すべきである。いずれにしても、かくして、当該水の流れを、互いに異なるイオン含有量を持つ別個の流れ（副流と称する）に分離することができる。この目的のために、チャンネル２は、浄化された液体と廃棄物液とを分離するために、少なくとも２つの出力枝路を含む分岐部を有する。当業者であれば、この分岐部は三叉若しくは二叉とすることができ、又は２以上の三叉及び／又は２以上の二叉を有することが理解できるであろう。図１Ａは、チャンネル２が３つの出力枝路又は副チャンネル２１，２２及び２３を持つ三叉２０を有し、前記水の流れ１が、これら副チャンネル２１，２２及び２３に各々流れ込む３つの副流１１、１２及び１３に分離されることを示している。中央チャンネル２１は、源流１の中心部分に対応し、従って殆ど又は全くイオンを有さない第１副流１１を搬送する。第１の外側チャンネル２２は、源流１における負のイオンで富化された外側部分に対応する第２副流１２を搬送する。特に流れが層状であるような条件である場合、主流における境界層全体が該外側チャンネル２２となるので、中央チャンネル２１には実質的に負のイオンは残存することはない。同様に、第２の外側チャンネル２３は、源流１における正のイオンで富化された外側部分に対応する第３副流１３を搬送する。中央チャンネル２１は、出力チャンネルであり（該チャンネルの流れ１１は出力流となる）、図の面に垂直な導管として示された生成物出力部２４につながっている。主チャンネル２の入力端は、図の面に垂直な導管として示された入力部２８に接続されるように図示されている。上記外側チャンネル２２及び２３は廃棄物チャンネルであり（これらチャンネルの流れ１２及び１３は廃棄物流となる）、個々の廃棄物出力部又は共通の単一廃棄物出力部２５（本例の場合）につながっている。この廃棄物出力部２５を離れるイオンで富化された廃棄物流は、全体的にゼロの電荷を有する。
【００１９】
上記のイオンに富んだ水は導電体と良好な接触状態にあることが好ましい。チャンネル２において、このような導電体は、好ましくは金属から形成される電極３及び４により具現化される。前記第１及び第２の外側チャンネル２２及び２３においては、イオンに富んだ廃棄水も、前記電極３及び４と同一の電位を各々有する導電体２６及び２７と接触状態にある。廃棄物チャンネル２２、２３に沿う導体２６、２７は、イオン分離電極３、４から分離することができ、イオン分離電極３、４に電気的に接続することができ、又は図示されたようにイオン分離電極３、４と一体的に形成することさえできる。各導体３、４、２６、２７においては、各チャンネルにおけるイオンの正味の電荷を平衡化させるために、典型的には斯かる導体内の電子又は正孔の形態で、イメージ電荷が生成される。このような平衡化なしでは、蓄積するイオン電荷が大きな反対に作用する電界を発生し、イオンの移送を阻止すると共に分離効率を低下させる。
【００２０】
三叉部２０において、出力チャンネル２１は、好ましくは、図示されたように入力主チャンネル２と整列される。これら枝路は、上記三叉部２０の配置が該三叉部の入力と一緒になって十字に類似するように、互いに垂直とすることができる。しかしながら、廃棄物チャンネル２２、２３が、上記入力主チャンネル２の長さ方向に対して９０°未満の角度をなすような長さ方向を有することが好ましく、この角度は、好ましくは、約３０°〜６０°程度とする。入力主チャンネル２から廃棄物チャンネル２２、２３への接続部は、好ましくは、角度の付いた遷移部のない徐々に湾曲した側壁を有するものとする。
【００２１】
図１Ａにおいて、廃棄物チャンネル２２及び２３は互いから離れる方向に向けられ、次いで共通の廃棄物出力部２５に向かって戻るように湾曲されている。廃棄物チャンネル２２、２３が角度の付いた角部を形成することは可能であるが、これら廃棄物チャンネル２２、２３は緩やかな湾曲をなすことが好ましい。
【００２２】
図１Ａの実施例では、第１及び第２の廃棄物チャンネル２２、２３は共通の出力部２５へと結合するので、これら廃棄物チャンネル２２、２３により及び出力チャンネル２１により囲まれる材料片２９が存在する。この材料片は中立電圧のままとすることができる。この材料片２９は２つの片（図示略）に分離され、一方の片が負のイオンを伴う"負側"廃棄物チャンネル２２に接触し、他方の片が正イオンを伴う"正側"廃棄物チャンネルに接触するようにすることもできる。この場合、これらの片は、前記電極２６、２７と丁度同じように、正及び負の極に各々接続することができる。
【００２３】
図１Ｄは、本発明の他の代替実施例の概略図を示す。図１Ｄの実施例において、チャンネル２における分岐部は、二叉２０'を有し、該二叉２０'は浄化された液１１'を出力するための１つの中央生成物出力部２４'と、イオンに富んだ廃棄物液１４'を出力するための１つの廃棄物出力枝路２２'とを有している。図１Ａに示した実施例と同様に、上記二叉に入る前に、主チャンネル２内の水の流れに含まれるイオンは、電極３、４により発生される横方向電界により実質的に分離される。元の流れ１の中心部分に対応する副流１１'は、殆ど又は全くイオンを有さない。該副流１１'は、上記二叉２０'における中央生成物出力部２４'に流れ込むが、該中央生成物出力部は、図の面に垂直な導管として示される浄化された液の出力チャンネルである。当該主流の残りの液は、二叉２０'の他方の枝路である廃棄物出力枝路２２'に廃棄液１４'として流入する。この廃棄物出力枝路を廃棄物出力部２５'により離れる上記残りの液体は、全体としてゼロの電荷を有する。好ましくは、上記生成物出力部２４'は、局部的に拡幅されたチャンネル領域の中心に配置される。当業者であれば、上記廃棄物出力部２５'は、廃棄液を排出させるために上記廃棄物出力枝路２２'の他の位置に配置することもできることを理解するであろう。図１Ａに示された実施例において、既知の欠点は、静電電位が副チャンネル２２、２３において蓄積し得、該静電電位が廃棄物出口への流れを最終的に阻止し得るということである。図１Ｄの実施例は、この問題を、負のイオンで富化された流れと正のイオンで富化された流れとを同一の枝路内に一緒に維持し、これが静電電位の発生を防止することにより解決する。
【００２４】
更に、図１Ａの実施例は各チャンネルの断面形状を示していない。図１Ｂは、各チャンネルが実質的に円形の断面を有し得ることを示しているが、これは製造するのが困難である。図１Ｃは、金属Ｍの薄いプレートが基材として使用され、チャンネル２、２１、２２、２３が、例えばレーザ切断により、細い一筋の材料を除去することにより形成されるような好ましい実施例を示している。図１Ａは、このようなプレートの上平面図であり、図１Ｃは、該プレートＭを経る、チャンネル（例えば２）に垂直な断面図であり、従って該チャンネルの長さ方向は図の面に対して垂直となる。このように、金属Ｍは当該チャンネルの側壁を形成する。上記プレートを、非導電性材料の板材Ｐ及びＱの間に挟むことにより、当該チャンネルの上壁及び底壁が形成される。チャンネルの高さのチャンネルの幅に対する正確な比は重要ではないが、図１Ｃは、この比が好ましくは１より大幅に大きいことを示している。
【００２５】
このような実施例では、チャンネル壁自身が電極の役割も果たし、以下の説明では、このデザインが仮定されるが、少なくとも原理的には、当該チャンネルが一層幅広であり、該チャンネル内にチャンネル壁に沿って別個の電極が取り付けられるようにすることも可能であることに注意すべきである。
【００２６】
図２Ａは、より小規模でのチャンネル２の一実施例を概念的に示す図である。符号２８はチャンネル２の入力部を示す。大きなチャンネル長を小さな全体寸法と組み合わせるために、該チャンネル２は、１８０°の湾曲部２ａと、隣り合うものに対して逆並列に延びる順次のチャンネル区画２ｂとを備えた蛇行チャンネルとして実施化されている。
【００２７】
図２Ｂは、本発明の他の有利なフィーチャを概念的に示す図である。該図は、１つの共通入力部２８に結合された、追加の文字Ａ又はＢにより互いに区別された複数のチャンネル２を有することができることを示している。該図は、更に、複数の副チャンネルを有することが可能であることを示している。即ち、三叉部２０より下流において、中央枝路２１は、図１の三叉部２０と基本的に同一のデザインを持つ第２の三叉部３０に出会う。この第２の三叉部３０は、該三叉部の入力部２１に整列され、生成物出力部２４につながる中央出力枝路３１を有している。該第２の三叉部３０は、更に、第１及び第２の廃棄物枝路３２，３３を有し、これら枝路は、この場合、同一の共通廃棄物出力部２５に繋がっている。この構成は、チャンネル２Ａ及び２Ｂの各々に対して当てはまるので、この例では、２つの生成物出力部２４Ａ、２４Ｂと２つの廃棄物出力部２５Ａ、２５Ｂとが存在する。生成物出力部２４Ａ、２４Ｂは、後に互いに結合することができるが、これは図示されていない。同様のことが、廃棄物出力部２５Ａ、２５Ｂにも当てはまる。
【００２８】
図２Ｂの実施例において、第１の材料島部３４が第１三叉２０の第１廃棄物枝路２２と第２三叉３０の第１廃棄物枝路３２との間に形成されることが分かる。同様に、第２の材料島部３５が第１三叉２０の第２廃棄物枝路２３と第２三叉３０の第２廃棄物枝路３３との間に形成される。原理的に、これらの材料島部における電位は如何なる所望の値にも自由に設定することができる。これらの材料島部は電気的に浮遊状態のままにすることができるが、第１の材料島部３４には第１三叉２０の第１廃棄物枝路２２の反対側の材料と同一の電位が付与され、第２の材料島部３５には第１三叉２０の第２廃棄物枝路２３の反対側の材料と同一の電位が付与され、これにより、これら廃棄物枝路２２、２３の各々の両側壁が常に互いに同一の電位を有するようにすることが好ましい。結果として、これらの廃棄物枝路２２、２３には、最早、如何なる横方向電界も存在しなくなるので、これら廃棄物枝路におけるイオンは、最早、壁に"くっつく"ことはなく、一層容易に排出することができる。
【００２９】
浄水装置の実用的な実施例を設計する場合、下記のものを含む幾つかの設計上の配慮が役割を果たす。
【００３０】
外側副チャンネル２２、２３の長さ（即ち、三叉２０の位置における当該副チャンネルの入口から共通出力部２５における該副チャンネルの出口端まで）は、流出廃棄物流を阻止し得る大きな電位の蓄積を可能な限り防止する等のために、可能な限り短いことが好ましい。
【００３１】
両イオン分離電極３、４の間に印加される電位差は、好ましくは、これら電極における電気化学反応を最小限にするために２.０Ｖより低く、より好ましくは、水の電気分解を防止するために１.２Ｖより低くすべきである。
【００３２】
完全なイオン分離を得るために、
【数１】
0005932789.tif 000002
なる式が満足されることが好ましい。この式において：
Ｌは三叉２０までの主チャンネル２の長さ、又は該チャンネルにおける少なくとも前記イオン分離電極３、４が沿う部分の長さを示し；
μはイオンの最低移動度を示し；
Ｖは上記イオン分離電極間の電位差を示し；
ｖは水１の流速を示し；
ｄは上記イオン分離電極間の距離、即ちチャンネル幅を示す。
【００３３】
また、チャンネル２において（特に、前記三叉における該チャンネルの終端部において）層流を有するために、
【数２】
0005932789.tif 000003
なる式が満たされることが好ましい。この式において
ηは水１の粘度［kg/ms］を示し；
ｖは水１の流速を示し；
ρは水１の密度［kg/m3］を示し；
ｄは上記イオン分離電極間の距離、即ちチャンネル幅を示す。
【００３４】
また、追加のポンプの必要性を回避するために、
【数３】
0005932789.tif 000004
なる式が満足されることが好ましい。この式において：
ΔＰは前記入力部と出力部との間の圧力低下を示し；
Ｐ０は入力圧を示し、該入力圧は、水道で使用する装置の場合、水道水圧となろう。典型的には、この圧力は大気圧より約２.５bar高い。チャンネル高がチャンネル幅より大幅に大きいと仮定すると、ΔＰは、
【数４】
0005932789.tif 000005
と表すことができる。
【００３５】
可能性のある実施例においては、全チャンネルが同一の幅を有する。図１Ａはチャンネル幅を誇張して大きく図示していることに注意されたい。実際の実施例では、チャンネル幅は恐らく１μｍから２００μｍまでの範囲内であろう。もっとも、他の大きさも可能である。当該チャンネルの製造方法に応じて、全チャンネルが同一の幅を有することが有利であり得る。一方、生成物副チャンネル及び廃棄物副チャンネルの幅及び長さは、対応する副チャンネルの流体抵抗を定め、これら流体抵抗が、これら各副チャンネルにおける流量の比を定めることになる。このように、一層良好に浄化された出力流を一層低い出水率で得るために、より多くの廃棄物流を容認するか、又はその逆にするために設計は種々であり得る。特に、主チャンネルの幅と異なる幅の出力チャンネルを有することが可能であり、生成物出力チャンネルの幅と異なる幅の廃棄物出力チャンネルを有することも可能である。
【００３６】
本発明は、浄水装置を製造するために相対的に低いコストで実施化することが可能な相対的に容易な方法も提供する。この方法を、図３Ａ以降を参照して説明する。
【００３７】
第１段階（ステップ）において、導電材料の適切な厚さを持つ板材（プレート）５０が準備される。適切な厚さとは、例えば１ｍｍである。適切な材料は、例えば、炭素、グラファイト、ステンレス鋼、導電性ポリマ、アルミニウム及び銅等である。水道水又は人により飲むための如何なる他の液体と共に使用するためには、ステンレス鋼が好ましい。
【００３８】
図３Ａは、プレート５０の概略断面図を示す。該プレートの上側主面は符号５１により示され、該プレートの下側主面は符号５２により示されている。第２ステップにおいて、プレート５０には、該プレートの上側主面５１から下側主面５２までの全厚さにわたり延びる切断部５３が形成される。該切断部は、基本的に、１００μｍ以下のオーダと、非常に狭いものである。該切断部は、材料の対応する部分を加工除去することにより形成される。好適な加工方法は、例えば、エンボス加工、レーザ加工、放電加工、エッチング等である。
【００３９】
図３Ｂは、プレート５０の概略上面図であり、切断部５３が蛇行パターン５４で線を描くように形成されることを示している。同様に、線状の切断部５５が生成物及び廃棄物出力副チャンネル２１、２２、２３のために形成され、開口５６が入力部２８及び出力部２４、２５のために形成される。以下では、斯様な切断部及び開口を備える該プレートを、パターン化されたプレート５７として示す。他の例として、パターン化プレート５７は鋳型内でのモールド形成により構造的に形成することもできることに注意されたい。
【００４０】
このような切断部５３により該プレート５０は基本的に２以上の部分６１、６２に分割されることが分かる。更に詳細に説明するように、これらの部分６１、６２は異なる電位を帯びる電極として働くので、これら部分６１、６２は互いに完全に分離されることが必要とされる。このようにするために、上記入力部２８から当該プレートの縁部まで及び廃棄物出力部２５から該プレートの縁部まで各々延びる追加の切断部５８、５９が必要である。しかしながら、このような切断部は当該プレートの縁部への漏れ経路を形成し得るので、漏れを防止するための追加の対策を要するであろう。従って、図２Ｂに概略図示したような少なくとも２つのチャンネル２Ａ及び２Ｂを備えた設計が好ましい。図３Ｃは、第２の三叉部を除いて図２Ｂのものと同等の設計のプレート５０の、図３Ｂに相当する上面図である。当該プレートの縁部までの切断部５８、５９の代わりに、切断部６３、６４が、チャンネル２Ａ、２Ｂの両側において廃棄物出力部２５Ａと２５Ｂとの間に延びている。ここでは、切断部５３及び６３並びに開口２８、２５Ａ、２５Ｂにより完全に囲まれた第１の材料島部６１を認識することができ、切断部５３及び６４並びに開口２８、２５Ａ、２５Ｂにより完全に囲まれた第２の材料島部６２を認識することができる。このように、これらの材料島部６１、６２はチャンネル２Ａ、２Ｂにより電気的に接触しない状態で分離されており、異なる電圧に置くことができる。
【００４１】
一方、図３Ｃに示すような切断部が、この段階で形成されると、上記別個の部分６１、６２がばらばらとなり、これらプレート部分６１、６２を互いに十分な精度で再配置することが非常に困難となる。ところで、同様のことが廃棄物出力チャンネルの切断部により囲まれる島部６５Ａ、６５Ｂに関しても当てはまる。従って、この段階では、入力部２８及び廃棄物出力部２５Ａ、２５Ｂのための開口は未だ形成されない。そして、図３Ｄに示すように、対応するチャンネル端部は互いに出会うことはなく、材料島部６１、６２を互いに及び当該プレート５０の周縁部６９に接続する小さなブリッジ部６６、６７、６８を残し、これら材料島部６１、６２を定位置に保持する。
【００４２】
図３Ｅは、図３Ａに相当する断面図であり、パターン化プレート５７が、次いで、絶縁密閉層７０の間に挟まれることを示している。これらの層７０は、例えば接着剤等によりプレート５７に貼り付けられ、液密的密閉を行うと共に、構造的完全さをもたらす、即ち上記チャンネルの両側におけるプレート部分６１、６２の相対的配置を維持する。このことは、プレート５０の材料及び絶縁密閉層７０の材料がチャンネル２、２１、２２、２３の側壁、上壁及び底壁を定めることにより、主チャンネル２及び副チャンネル２１、２２、２３を画定することになる。
【００４３】
一つの斯様なパターン化され且つ密閉されたプレート５７が既に本発明を具現化しているが、浄化装置１００は、好ましくは、図３Ｆに示されるような絶縁密閉層７０により全て分離された斯様なパターン化されたプレート５７の積層体を有する。異なるプレートにおけるチャンネルパターンは互いに相違してもよいが、好ましくは、これら異なるプレートは互いに同一のデザインを有しているものとする。何れの場合においても、これらプレートは、整列された対応する入力部２８及び出力部２４、２５を有する。この場合、当該積層体には、各入力部２８及び出力部２４、２５に一致させて、貫通孔（スルーホール）７１、７２、７３が例えばドリル加工され又はパンチ加工される等して加工形成され、かくして、全てのプレートの対応する入力部２８は互いに相互接続される。同じことが、生成物出力部２４及び廃棄物出力部２５に対しても当てはまる。尚、便宜上、１つのみの斯様な貫通孔しか図示されていない。また、斯かる貫通孔を加工形成することは前記ブリッジ部分６６、６７、６８を除去することになるので、前記プレート部分６１、６２は互いから絶縁される。当業者にとり明らかなように、外部の配管又はチューブを接続するために、上記孔７１、７２、７３と各々連通する端子が当該積層体に取り付けられる。
【００４４】
同様にして、当該積層体には前記プレート島部６１、６２に一致させて貫通孔７４、７５がドリル加工又はパンチ加工により形成されて、導電性ピン７６等が各貫通孔内に配置され、例えば導電性接着剤を用いることにより該積層体における上記複数のプレートを電気的に接触させる。これらピンは、適切な電源（図示略）を接続するための電気端子を形成する。
【００４５】
図４Ａは、パターン化されたプレート５７の一実施例の上面図であり、チャンネルパターンの好適なデザインの可能性のある実施例を示している。この実施例において、該プレート５７は、並列に接続され、且つ、共通入力端２８に結合された入力部を有する４つの主チャンネル２を含んでいる。チャンネル２、２２、２３は白で示され、導電性プレート材料は陰影で示されている。全てが三叉部２０の直ぐ下流に配置された４つの生成物出力部２４が存在するので、４つの第１副チャンネル２１の長さは実質的にゼロである。また、４対の廃棄物出力部２５が存在する。この場合、１つの主チャンネル２に属する外側チャンネル２２、２３は共通の廃棄物出力部に集まることはない。貫通孔を穿孔するための位置は、点線により示されている。組み立ての前では、各外側チャンネルは個々の出力部で終端するが、積層体としての組み立て後及び対応する貫通孔の形成後では、２つの隣接する主チャンネル２の外側チャンネル２２が１つの共通の出力部に集まり、同じことが２つの隣接する主チャンネル２の外側チャンネル２３に対しても当てはまることが分かる。該装置１００を接続する場合、全ての廃棄物出力部は該プレート積層体の外部で一緒に接続されるが、これは簡略化のために図示されていない。
【００４６】
図４Ｂは、図４Ａに相当する上面図であり、上記貫通孔を示している。電源の第１電位に一緒に接続するための２つの電気端子及び該電源の他の電位に一緒に接続するための２つの電気端子が存在し、これら電気端子は互いに対角的に反対側に配置されている。明瞭化のために、反対の極性の材料部分は、互いに異なる陰影で示されている。蛇行する主チャンネル２の全長にわたり、流路の一方の側（例えば、左側）は常に第１極性を持つ材料と接触する一方、該流路の反対側（例えば、右側）は常に第２極性を持つ材料と接触することが分かる。更に、副チャンネルは全長にわたり、常に、当該副チャンネルが由来するチャンネル側と同一の極性を持つ材料に接触することも分かる。
【００４７】
図５は、パターン化されたプレート５７の他の実施例の上面図であり、チャンネルパターンの特に家庭機器と一緒に使用するために設計された好適なデザインの可能性のある実施例を示している。この実施例において、プレート５７は並列に接続され、各入力端が共通の入力部２８に結合された２０本の主チャンネル２を含んでいる。チャンネル２、２２、２３は白で示され、導電性プレート材料は陰影を付けて示されている。
【００４８】
４つの生成物出力部２４が存在し、各出力部は５つの生成物副チャンネル２１を受け入れている。また、２２個の廃棄物出力部２５が存在し、これらのうちの１８個は各々２つの廃棄物副チャンネルを受け入れている。穿孔する貫通孔の位置は点線により示されている。組み立ての前では、各外側チャンネルは個々の出力部で終端するが、積層体としての組み立て後及び対応する貫通孔の形成後では、２つの隣接する主チャンネル２の外側チャンネル２２が１つの共通の出力部に集まり、同じことが２つの隣接する主チャンネル２の外側チャンネル２３に対しても当てはまることが分かる。該装置１００を接続する場合、全ての廃棄物出力部は該プレート積層体の外部で一緒に接続されるが、これは簡略化のために図示されていない。
【００４９】
上記プレートの寸法は、５cmｘ５cmである。浄化装置は、このようなプレートの４枚の積層体を有するので、該装置は８０本のチャンネルを並列に有することになる。プレート厚が１ｍｍであり、絶縁分離層の厚さが１ｍｍである場合、該装置の総厚は約１ｃｍとなる。上記チャンネルの幅は５０μｍであり、主チャンネル２は２５ｃｍの長さ（入力端から三叉点までの）を有する。２.５barの入力圧の場合、流速は約２５cm/sとなるであろう。従って、当該装置内での水の保持時間は約１ｓとなる。また、チャンネル２の全容積は約１Ｍｒである。このように、該装置の容量は、約３.６Ｌ／hrとなる。
【００５０】
要約すると、本発明は液体内のイオンの濃度を制御する方法であって、
−  液体の主流１を発生するステップと、
−  前記液体と電気的に直接接触する電極により前記主流に横方向電界を付与するステップと、
−  前記主流の中心領域から前記液体の生成物流１１を取り出すと共に、前記主流における前記電極に近い領域から前記液体の廃棄物流１２、１３を取り出すステップと、
を有する方法を提供する。
【００５１】
以上、本発明を図面及び上記記載で詳細に図示及び説明したが、当業者によれば、斯かる図示及び説明が解説的及び例示的なものであり限定するものではないと見なされるべきことは明らかである。本発明は、開示された実施例に限定されるものではなく、むしろ、添付請求項で定められる本発明の保護範囲内で幾つかの変形及び変更が可能である。
【００５２】
例えば、本発明は水以外の液体中のイオンの濃度を制御するために使用することもできる。
【００５３】
更に、浄化効果が前記電極の電圧に依存することも言及された。このように、当該浄化装置に電極電圧を調整するためのユーザ制御可能な制御部を設け、浄化効果を、従って出力水の味をユーザの好みに適合させることも可能である。
【００５４】
開示された実施例に対する他の変形は、当業者によれば、請求項に記載された本発明を実施するに際して図面、当該開示及び添付請求項の精査から理解し、実施することができる。尚、請求項において、"有する"なる文言は他の構成要素及びステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された幾つかの項目の機能を満たすことができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせを有利に使用することができないということを示すものではない。また、コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に又は斯かるハードウェアの一部として供給される固体媒体等の適切な媒体により記憶／分配することができるのみならず、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介して等の他の形態で分配することもできる。また、請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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