(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飲料水のソースを提供する方法において、
セルスタックと、遮断スペーサと、ケーシングと、フレームとを含む電気浄化装置を準備するステップ：但し、前記セルスタックは、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を備え、各イオン希釈区画室はイオン交換膜を備え、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置されており、各イオン濃縮区画室はイオン交換膜を備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置されており、且つ、前記イオン濃縮区画室及びイオン希釈区画室はそれぞれ、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室それぞれの前記イオン交換膜の表面積の８５％よりも大きい流体接触が提供されるように構成及び配置されており；前記遮断スペーサは、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の少なくともいずれか一方内に位置するスクリーン部と、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の少なくともいずれか一方の外側に位置する固体部とを備え；前記ケーシングは前記セルスタックを包囲し；前記フレームは、前記ケーシング及び前記セルスタックの間に配置されて第１のモジュール式ユニットを提供し、該フレームは前記第１及び第２の方向における流体フローを提供するよう構成及び配置されて、且つ、前記セルスタックを通る電流の流れを促進するのに十分な電気抵抗を有する電流バイパス経路を提供し；
約３５，０００ｐｐｍの総溶解固形分を有している海水供給流を前記電気浄化装置の流入口に流体連通するステップ、
前記電気浄化装置の流出口を飲料の使用場所に流体連通するステップ、を備えることを特徴とする、飲料水のソースを提供する方法。
【請求項２】
前記電気浄化装置は更に、前記ケーシング内に固定されている第２のモジュール式ユニットを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気浄化装置は、該電気浄化装置内部でマルチパスフロー型に構成される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気浄化装置は更に、前記第１のモジュール式ユニットと前記第２のモジュール式ユニットとの間に配置されている遮断スペーサを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記電気浄化装置は更に、前記フレームと前記ケーシングとの間に配置されているブラケットアセンブリを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
流体フローの前記第１の方向は前記第２の方向に直交している、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電気浄化装置は更に、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の内の少なくとも一つにおいてバッフル構造を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の内の少なくとも一つは、区画室内にフローの分散が提供されるように構成及び配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の内の少なくとも一つはスペーサを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペーサは遮断スペーサであり、該遮断スペーサは、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の前記少なくともいずれか一方内に位置するスクリーン部と、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の前記少なくともいずれか一方の外側に位置する固体部とを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
更に、前記飲料水のソースを提供するために、前記電気浄化装置における複数のステージに海水供給水流を通過させるステップを備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の方向における前記流体フローが、前記第１の方向における直接的な流体フローであり、前記第２の方向における前記流体フローが、前記第２の方向における直接的な流体フローである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室のそれぞれの前記イオン交換膜が、前記イオン交換膜の周縁の一部に固定されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の方向における前記流体フローが、前記第１の方向における直接的な流体フローであり、前記第２の方向における前記流体フローが、前記第２の方向における直接的な流体フローである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
塩水または海水からの飲料水の生成を容易にする方法において、
セルスタックと、遮断スペーサと、ケーシングと、フレームとを含む電気浄化装置を準備するステップを含み、
前記セルスタックは、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を備え、各イオン希釈区画室はイオン交換膜を備え、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置されており、各イオン濃縮区画室はイオン交換膜を備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置されており；
前記遮断スペーサは、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の少なくともいずれか一方内に位置するスクリーン部と、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の少なくともいずれか一方の外側に位置する固体部とを備え；
前記ケーシングは前記セルスタックを包囲し；
前記フレームは、前記ケーシング及び前記セルスタックの間に配置されて第１のモジュール式ユニットを提供し、該フレームは前記第１及び第２の方向における流体フローを提供するよう構成及び配置されて、且つ、前記セルスタックを通る電流の流れを促進するのに十分な電気抵抗を有する電流バイパス経路を提供する；ことを特徴とする、飲料水の生成を容易にする方法。
【請求項１６】
前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の前記少なくとも一方は遮断スペーサを有し、該遮断スペーサは、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の前記少なくともいずれか一方内に位置するスクリーン部と、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の前記少なくともいずれか一方の外側に位置する固体部とを有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも８５％の電流効率を提供するよう、前記フレームが構成及び配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記電流バイパス経路は、前記セルスタックを通る直接的なパスよりも高抵抗となるよう、前記フレームが構成及び配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
飲料水のソースを提供する方法において、
セルスタックと、遮断スペーサと、ケーシングと、フレームとを含む電気浄化装置を準備するステップ：但し、前記セルスタックは、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を備え、各イオン希釈区画室はイオン交換膜を備え、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置されており、各イオン濃縮区画室はイオン交換膜を備え、前記第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置されており；前記遮断スペーサは、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の少なくともいずれか一方内に位置するスクリーン部と、前記交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の少なくともいずれか一方の外側に位置する固体部とを備え；前記ケーシングは前記セルスタックを包囲し；前記フレームは、前記ケーシング及び前記セルスタックの間に配置されて第１のモジュール式ユニットを提供し、該フレームは前記第１及び第２の方向における流体フローを提供するよう構成及び配置されて、且つ、前記セルスタックを通る電流の流れを促進するのに十分な電気抵抗を有する電流バイパス経路を提供し；
約１，０００ｐｐｍ〜約１０，０００ｐｐｍの総溶解固形分を有している塩水供給流を前記電気浄化装置の流入口に流体連通するステップ、
前記電気浄化装置の流出口を飲料の使用場所に流体連通するステップ、を備えることを特徴とする、飲料水のソースを提供する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連技術の相互参照
本出願は、２０１０年１１月１２日に出願された、発明の名称「CROSS-FLOW ELECTROCHEMICAL DEIONIZATION DEVICE AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF」の米国仮特許出願第６１／４１３，０２１号、及び２０１１年７月２１日に出願された、発明の名称「MODULAR CROSS-FLOW ELECTRODIALYSIS DEVICES AND METHODS OF MANUFACTURING THEREOF」の米国仮特許出願第６１／５１０，１５７号の関連出願であって、合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）の下で、それらの仮出願に基づく優先権を主張するものであり、またそれらの仮出願の開示内容全体は参照によって全ての目的のために組み込まれる。
【０００２】
本出願は、水処理のシステム及び方法、また、水処理のためのシステム又は装置の製造方法に関する。更に詳細には、本出願は、電気浄化装置を使用する水処理のシステム及び方法、並びに、水処理のための電気浄化装置の製造方法に関する。
【０００３】
発明の開示
本発明の一つ又は複数の態様は、電気浄化装置のための第１のセルスタックを準備する方法に関する。この方法は、第１の流体フローパスを有している第１の区画室を形成するために、第１のアニオン交換膜及び第１のカチオン交換膜の周縁の第１の部分において、第１のアニオン交換膜を第１のカチオン交換膜に固定するステップを備えることができる。この方法はまた、第１の流体フローパスとは異なる方向の第２の流体フローパスを有している第２の区画室を形成するために、第１のカチオン交換膜の周縁の第２の部分及び第２のアニオン交換膜の周縁の第１の部分において、第２のアニオン交換膜を第１のカチオン交換膜に固定するステップを備えることができる。第１の区画室及び第２の区画室はそれぞれ、第１のカチオン交換膜、第１のアニオン交換膜及び第２のカチオン交換膜それぞれの表面積の８５％よりも大きい流体接触が提供されるように構成及び配置することができる。
【０００４】
本発明の別の態様は、電気浄化装置のためのセルスタックを準備する方法に関する。この方法は、第１のカチオン交換膜と第１のアニオン交換膜との間に配置された第１のスペーサを有している第１のスペーサアセンブリを提供するために、第１のカチオン交換膜及び第１のアニオン交換膜の周縁の第１の部分において、第１のカチオン交換膜を第１のアニオン交換膜に固定することによって第１の区画室を形成するステップを備えることができる。この方法はまた、第２のアニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に配置された第２のスペーサを有している第２のスペーサアセンブリを提供するために、第２のカチオン交換膜及び第２のアニオン交換膜の周縁の第１の部分において、第２のアニオン交換膜を第２のカチオン交換膜に固定することによって第２の区画室を形成するステップを備えることができる。この方法はまた、第１のスペーサアセンブリと第２のスペーサアセンブリとの間に配置されたスペーサを有しているスタックアセンブリを提供するために、第１のカチオン交換膜の周縁の第２の部分及び第２のアニオン交換膜の周縁の一部において、第１のスペーサアセンブリを第２のスペーサアセンブリに固定することによって第３の区画室を形成するステップを備えることができる。第１の区画室及び第２の区画室それぞれを、第３の区画室における流体フローの方向とは異なる方向の流体フローの方向が提供されるように構成及び配置することができる。
【０００５】
本発明の更に別の態様は、セルスタックを含んでいる電気浄化装置を提供することができる。セルスタックは、第１のカチオン交換膜及び第１のアニオン交換膜を含んでいる第１の区画室を含むことができる。第１の区画室を、第１のカチオン交換膜と第１のアニオン交換膜との間の第１の方向における直接的な流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。セルスタックはまた、第１のアニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間の第２の方向における直接的な流体フローが提供されるように、第１のアニオン交換膜及び第２のカチオン交換膜を含んでいる第２の区画室を含むことができる。第１の区画室及び第２の区画室はそれぞれ、第１のカチオン交換膜、第１のアニオン交換膜及び第２のカチオン交換膜の表面積の８５％よりも大きい流体接触が提供されるように構成及び配置されている。
【０００６】
本発明の更に別の態様は、電気浄化装置のためのセルスタックに関する。セルスタックは、イオン除去区画室とイオン濃縮区画室が交互に現われる複数の区画室を含むことができる。各イオン除去区画室は第１の方向における希釈流体フローを提供する流入口及び流出口を有することができる。各イオン濃縮区画室は、第１の方向とは異なる第２の方向における濃縮流体フローを提供する流入口及び流出口を有することができる。セルスタックはまた、セルスタック内に位置決めされた遮断スペーサも有することができる。遮断スペーサを、セルスタックを通過する希釈流体フロー及び濃縮流体フローの内の少なくとも一方の流体フローの方向が変更されるように構成及び配置することができる。
【０００７】
本発明の更に別の態様は、電気浄化装置に関する。電気浄化装置は、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を含んでいるセルスタックを含む。各イオン希釈区画室を、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。各イオン濃縮コンパートメントを、第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。電気浄化装置は、セルスタックの第１の端部においてアニオン交換膜に隣接する第１の電極を含むことができる。電気浄化装置はまた、セルスタックの第２の端部においてカソード交換膜に隣接する第２の電極を含むことができる。遮断スペーサをセルスタック内に位置決めすることができ、また、電気浄化装置を流れる希釈流体フロー及び濃縮流体フローの内の少なくとも一方が方向転換され、且つ、第１の電極と第２の電極との間の直接的な電流パスが阻止されるように構成及び配置することができる。
【０００８】
本発明の更に別の態様においては、飲料水のソースを提供する方法が提供される。この方法は、セルスタックを含んでいる電気浄化装置を提供するステップを備えることができる。セルスタックは、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を含むことができる。各イオン希釈区画室を、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。各イオン濃縮区画室を、第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。イオン濃縮区画室及びイオン除去区画室それぞれを、交番的なイオン希釈区画室及びイオン除去区画室それぞれの表面積の８５％よりも大きい流体接触が提供されるように構成及び配置することができる。この方法は更に、約３５，０００ｐｐｍの総溶解固形分を有している海水供給流を電気浄化装置の流入口に流体連通するステップを備えることができる。この方法は更に、電気浄化装置の流出口を飲料の使用場所に流体連通するステップを備えることができる。
【０００９】
添付の図面は、縮尺通りに描くことを意図したものではない。図中、種々の図面に描かれている同一の構成要素又はほぼ同一の構成要素は類似する参照番号によって表されている。図面を見やすくするために、全ての図面において全ての構成要素に参照番号は付していない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一つ又は複数の実施の形態による電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２】本発明の一つ又は複数の実施の形態による電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図３】本発明の一つ又は複数の実施の形態による電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図４】本発明の一つ又は複数の実施の形態による電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図５】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされた、膜セルスタックを含んでいる電気消イオン装置の一部の側面の概略図を示す。
【図６】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされた、膜セルスタックを含んでいる電気消イオン装置の一部の側面の概略図を示す。
【図７】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされた、膜セルスタックを含んでいる電気消イオン装置の一部の側面の概略図を示す。
【図８】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図９】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１０】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１１】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１２】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１３】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１４】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１５】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１６】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内の膜セルスタックを固定する方法の概略図を示す。
【図１７】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、マルチパス型の電気浄化装置の概略図を示す。
【図１８】本発明の一つ又は複数の実施の形態による遮断スペーサの概略図を示す。
【図１９】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、複数のスペーサアセンブリと、それらのスペーサアセンブリ間に位置決めされた遮断スペーサの概略図を示す。
【図２０】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされたセルスタックを含んでいる電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２１】本発明の一つ又は複数の実施の形態による遮断スペーサの概略図を示す。
【図２２】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされたセルスタックを含んでいる電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２３Ａ】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされたセルスタックを含んでいる電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２３Ｂ】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、ケーシング内に位置決めされたセルスタックを含んでいる電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２４Ａ】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、第１のモジュール式ユニットと、第２のモジュール式ユニットと、それらのモジュール式ユニットの間に位置決めされた遮断スペーサとを含んでいる電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２４Ｂ】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、第１のモジュール式ユニットと、第２のモジュール式ユニットと、それらのモジュール式ユニットの間に位置決めされた遮断スペーサとを含んでいる電気浄化装置の一部の概略図を示す。
【図２５】本発明の一つ又は複数の実施の形態による遮断スペーサの概略図を示す。
【図２６】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサアセンブリの概略図を示す。
【図２７】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるセルスタックの概略図を示す。
【図２８】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるセルスタックの概略図を示す。
【図２９】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるセルスタックの概略図を示す。
【図３０】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサの概略図を示す。
【図３１】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、スペーサ及び膜のセルスタックの概略的な展開図を示す。
【図３２】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、部分的に組み立てられたセルスタックの概略的な断面図及び詳細図を示す。
【図３３】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、組み立てられたスタックの一部の概略図を示す。
【図３４】本発明の一つ又は複数の実施の形態による、オーバーモールドされたスペーサの概略図を示す。
【図３５】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるセルスタックの概略的な断面図を示す。
【図３６】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるセルスタックの概略的な断面図を示す。
【図３７】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサの概略的な上面図を示す。
【図３８Ａ】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサの細部の概略図を示す。
【図３８Ｂ】図３８Ａの線分Ｂ−Ｂに沿った断面図を示す。
【図３９】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサ及び膜のスタックの概略図を示す。
【図４０】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサ及び膜のスタックの概略図を示す。
【図４１】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサ及び膜のスタックの概略図を示す。
【図４２】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサ及び膜のスタックの概略図を示す。
【図４３】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサ及び膜のスタックの概略図を示す。
【図４４】本発明の一つ又は複数の実施の形態によるスペーサ及び膜のスタックの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
少なくとも幾つかの図面は、特定の構成及び幾何学的形状の膜、スペーサ、セルスタック及びケーシングを示していると考えられる。しかしながら、本発明はそれらの構成及び幾何学的形状に限定されるものではない。例えば、ケーシングは、一つ又は複数の膜セルスタック又はモジュール式ユニットをケーシング内に固定できるあらゆる適切な幾何学的形状を有することができる。例えば、ケーシングは円柱形、多角形、正方形又は矩形であることが考えられる。膜セルスタック及びモジュール式ユニットに関しては、セルスタック又はモジュール式ユニットをケーシングに固定できる限り、あらゆる適切な幾何学的形状を許容することができる。例えば、膜又はスペーサは矩形の形状であることが考えられる。複数の特定の実施の形態においては、ケーシングは必要とされないことも考えられる。膜及びスペーサの幾何学的形状は、膜及びスペーサをセルスタック内に固定できるあらゆる適切な幾何学的形状を有することができる。複数の特定の実施の形態においては、セルスタックにおける特定の数の角又は頂点が所望されることが考えられる。例えば、セルスタックをケーシングに固定するために、三つ又はそれ以上の数の角又は頂点が所望されることが考えられる。複数の特定の実施の形態においては、電気浄化装置の動作パラメータを適応させるために、ケーシング、セルスタック、膜及びスペーサのいずれかの幾何学的形状を選択することができる。例えば、希釈流のフローレートと濃縮流のフローレートの差異を適応させるために、スペーサは非対称的であることが考えられる。
【００１２】
電界を使用して流体を浄化するための装置は、通常の場合、溶解されたイオン種を含んでいる水又は他の液体を処理するために使用される。そのように水を処理する装置として、電気脱イオン化装置及び電気透析装置の２種類が挙げられる。
【００１３】
電気脱イオン化（ＥＤＩ）は、イオン輸送に影響を及ぼす電位及び電気的な活性媒体を使用して、水からイオン化された種又はイオン化可能な種を除去するか、又は少なくとも低減するプロセスである。電気的な活性媒体は典型的には、イオン種及び／又はイオン化可能な種の収集及び排出を交互に行なうため、また、幾つかのケースにおいては、イオン置換メカニズム又は電子置換メカニズムによって、連続的なものであっても良いイオン輸送を容易にするために使用される。ＥＤＩ装置は、永久荷電又は一時荷電の電気化学的な活性媒体を含むことができ、また、バッチ方式、断続的、連続的、及び／又は、それどころか極性反転モードで動作することができる。ＥＤＩ装置は、処理能力を達成又は向上させるために特別に設計された、一つ又は複数の電気化学的な反応を促進するために動作することができる。更には、そのような電気化学的な装置は、電気的な活性膜、例えば半透過性又は選択透過性のイオン交換膜又は二極性膜を含むことができる。イオン交換物質を連続的に再充填しながら浄水を連続的に実施することができるように動作する連続電気脱イオン化（ＣＥＤＩ；continuous electrodeionization）装置は当業者には公知である。ＣＥＤＩ技術は、連続的な脱イオン化、充填セル電気透析又は電気透析のようなプロセスを含むことができる。制御された電圧条件及び塩分条件の下で、ＣＥＤＩシステムにおいては、装置内でのイオン交換媒体を再生することができ、従って、そこから捕捉された種の放出を容易にする、水酸化物イオン又は水酸化物種若しくはヒドロキシルイオン又はヒドロキシル種と、水素イオン又は水素種若しくはヒドロニウムイオン又はヒドロニウム種を生成するために、水分子を分解することができる。このようにして、イオン交換樹脂の化学的な再充填を必要とすることなく、処理すべき水流を連続的に浄化することができる。
【００１４】
電気透析（ＥＤ）装置は、このＥＤ装置が一般的には膜間に電気活性媒体を含んでいないという点を除き、ＣＥＤＩと同様の原理で動作する。電気活性媒体が存在しないことから、電気抵抗が上昇しているので、低塩分の供給水に対するＥＤの作用が妨げられる可能性がある。また、高塩分の水の供給に対するＥＤの動作は電流消費量を上昇させるので、従来ではＥＤ装置を中間の塩分の源水に対して使用することが最も効果的であった。ＥＤを基礎とするシステムにおいては、電気活性媒体が存在しないので、水の分解は非効率的であり、またそのような状況での動作は一般的に回避されている。
【００１５】
ＣＥＤＩ装置及びＥＤ装置においては、正の荷電種又は負の荷電種のいずれか一方を通過させ、一般的には両方を通過させない選択透過性の膜によって、隣接するセル又は区画室が一般的に隔てられている。複数の希釈区画室又は除去区画室は一般的に、そのような装置における濃縮区画室又は濃化区画室によって間隔が空けられている。水は除去区画室を通過して流れるので、イオン種及び他の荷電種は一般的に、電界、例えば直流電流電界の影響下で濃縮区画室へと流れ込む。正の荷電種は、一般的に複数の除去区画室及び濃縮区画室のスタックの一方の端部に位置しているカソードに向って流れ、また負の荷電種も同様に、一般的に複数の区画室のスタックの他方の端部に位置している、そのような装置のアノードに向って流れる。電極は一般的に電解液区画室内に収容されており、それらの電解液区画室は通常の場合、除去区画室及び／又は濃縮区画室との流体連通部から部分的に隔離されている。濃縮区画室においては、荷電種が一般的に、少なくとも部分的に濃縮区画室を画定している選択透過性の膜のバリアによって捕捉される。例えば、濃縮区画室外では、カチオン選択膜によって、アニオンは一般的にカソードへの更なる移動が防止される。濃縮区画室において荷電種が捕捉されると、捕捉された荷電種を濃縮流において除去することができる。
【００１６】
ＣＥＤＩ装置及びＥＤ装置においては、直流電流電界が一般的に、電圧源からセルに印加され、また電流が電極（アノード又は正の電極、及びカソード又は負の電極）に供給される。電圧源及び電流源（総称的に「給電部」）自体を、ＡＣ電源、又は、例えば太陽エネルギ、風力又は波力から導出される電力源のような種々の手段によって駆動させることができる。電極と液体の境界面においては、膜及び区画室を通過するイオンの輸送を開始する及び／又は容易にする、電気化学的なハーフセル反応が生じる。電極と液体の境界面において生じる特殊な電気化学的な反応を、電極アセンブリを収容する専用の区画室内の塩の濃縮によってある程度制御することができる。例えば、塩化ナトリウムの濃度が高いアノード電解液区画室への供給水は塩素ガス及び水素イオンを発生させる傾向があり、カソード電界液区画室への供給水は水素ガス及び水酸化物イオンを発生させる傾向がある。一般的に、アノード区画室において発生した水素イオンは自由アニオン、例えば塩化物イオンと結合し、これにより電荷は中性に維持され、また塩酸液が生成される。同様に、カソード区画室において発生した水酸化物イオンは自由カチオン、例えばナトリウムと結合し、これにより電荷は中性に維持され、水酸化ナトリウム液が生成される。電極区画室の反応生成物、例えば発生した塩素ガス及び水酸化ナトリウムを、必要に応じて、滅菌、膜の洗浄及び汚染物除去並びにｐＨ調整を目的として利用することができる。
【００１７】
板枠式で渦巻形の設計は、電気透析（ＥＤ）装置及び電気脱イオン化（ＥＤＩ）装置を含むが、これらの装置だけに限定されるものではない、種々のタイプの電気化学的な脱イオン化装置に使用されている。市販のＥＤ装置は一般的に板枠式の設計であり、これに対しＥＤＩ装置は板枠式の構成においても渦巻形の構成においても利用することができる。
【００１８】
本発明は、ケーシング内に収容することができる、流体を電気的に浄化することができる装置、並びにその種の装置の製造及び使用方法に関する。浄化すべき液体又は他の流体は浄化装置又は浄化器に流入し、電界の影響下で処理され、イオン除去液が生成される。流入する液体に由来する種は収集されて、イオン濃縮液が生成される。電気化学的な分離システム又は電気化学的な分離装置とも称することもできる、電気浄化装置の構成要素は、装置の最適な動作を達成するために種々の技術を使用して組み立てることができる。
【００１９】
本発明の幾つかの実施の形態においては、電気浄化装置のための膜セルスタックを形成するために、イオン交換膜、またオプションとしてスペーサを固定又は結合するための方法が提供される。この方法により、クロスフロー型の電気透析（ＥＤ）装置のような電気浄化装置における使用のために、複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を固定することができる。
【００２０】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、電気浄化装置のための第１のセルスタックを準備する方法が提供される。この方法は、第１のイオン交換膜を第２のイオン交換膜に固定するステップを備えることができる。スペーサアセンブリを形成するために、スペーサを第１のイオン交換膜と第２のイオン交換膜との間に位置決めすることができる。電気浄化装置において使用される場合には、このスペーサアセンブリは、流体フローを実現することができる第１の区画室を画定する。一連の区画室を提供するために、複数のイオン交換膜を相互に固定することができる。複数の特定の実施の形態においては、複数のスペーサアセンブリを構成することができ、また複数のスペーサアセンブリを交互に固定することができる。スペーサを各スペーサアセンブリの間に位置決めすることができる。このようにして、各区画室における一つ又は複数の方向における流体フローを実現することができる、電気浄化装置のための一連の区画室が構成される。
【００２１】
区画室内に位置決めすることができるスペーサは区画室に対する構造体を提供することができ、また、区画室を画定することができる。複数の特定の実施例においては、スペーサは区画室を流れる流体フローの方向付けを支援することができる。スペーサを、区画室内の所望の構造体及び流体フローを実現する、ポリマー材料又は他の材料から構成することができる。複数の特定の実施の形態においては、スペーサを、区画室内の流体フローが方向転換又は再分配されるように構成及び配置することができる。幾つかの実施例においては、スペーサは、構造体を提供するため、また区画室を流れる所望の流体フローを実現するために、メッシュ状の材料又はスクリーン材料を含むことができる。
【００２２】
一つ又は複数の実施の形態に関して、電気化学分離システムの効率を改善することができる。電流損失は非効率性の一つの潜在的な原因である。例えばクロスフロー型の設計を含んでいる幾つかの実施の形態においては、潜在的な漏れ電流を対処することができる。電流効率を、希釈流外のイオンが濃縮流へと移動する際に有効である電流のパーセンテージとして規定することができる。電流の非効率性の種々の原因は、電気化学的な分離システム又は電気浄化装置に存在する。非効率性の一つ潜在的な原因として、希釈流入口マニホルド及び希釈流出口マニホルド並びに濃縮流入口マニホルド及び濃縮流出口マニホルドを通過する流れによって、電流がセルペア（隣接する濃縮区画室及び希釈区画室のペア）を迂回することが考えられる。開かれた流入口マニホルド及び流出口マニホルドを流体区画室と直接的に流体連通させることができ、また各フローパスにおける圧力降下を低減することができる。一方の電極から他方の電極へと流れる電流の一部は、開かれた領域を通って流れることによってセルペアのスタックを迂回する可能性がある。この迂回電流は電流効率を低下させ、またエネルギ消費量を増加させる。非効率性の別の潜在的な原因として、イオン交換膜の不完全な選択透過性に起因して、イオンが濃縮流から希釈流へと流入することが考えられる。幾つかの実施の形態においては、装置内の膜及びスクリーンのシーリング及び注封と関連付けられた技術が漏れ電流の低減を容易にすることができる。
【００２３】
一つ又は複数の実施の形態においては、セルスタックを通る直接的なパスに沿った電流の流れを促進して電流効率を改善するために、スタックを通るバイパス経路を処理することができる。幾つかの実施の形態においては、一つ又は複数のバイパス経路がセルスタックを通る直接的な経路よりも蛇行性であるように、電気化学分離装置又は電気浄化装置を構成及び配置することができる。少なくとも特定の実施の形態においては、一つ又は複数のバイパス経路がセルスタックを通る直接的なパスよりも高抵抗性であるように、電気化学分離装置又は電気浄化装置を構成及び配置することができる。モジュール式システムを含んでいる幾つかの実施の形態においては、電流効率が増加するように個々のモジュール式ユニットを構成することができる。電流効率に寄与することになる電流バイパス経路が提供されるように、モジュール式ユニットを構成及び配置することができる。複数の非制限的な実施の形態においては、モジュール式ユニットは、電流効率を増加させるために構成されている、マニホルドシステム及び／又はフロー分散システムを含むことができる。少なくとも幾つかの実施の形態においては、所定の電流バイパス経路が提供されるように、電気化学分離ユニットにおけるセルスタックを包囲するフレームを構成及び配置することができる。幾つかの実施の形態においては、電気化学分離装置におけるマルチパスフロー型の構成の向上は漏れ電流の低減を容易にすることができる。少なくとも幾つかの非制限的な実施の形態においては、電流効率の改善を目的として希釈流及び／又は濃縮流をマルチパス型の構成へと方向付けるために、遮断膜又は遮断スペーサをモジュール式ユニット間に挿入することができる。幾つかの実施の形態においては、少なくとも約６０％の電流効率を達成することができる。複数の別の実施の形態においては、少なくとも約７０％の電流効率を達成することができる。複数の更に別の実施の形態においては、少なくとも約８０％の電流効率を達成することができる。少なくとも幾つかの実施の形態においては、少なくとも約８５％の電流効率を達成することができる。
【００２４】
電流効率を改善するために流体フロー及び電流の内の少なくとも一方が方向転換されるように、スペーサを構成及び配置することができる。電気浄化装置において複数の流体フロー段が生じるように、スペーサを構成及び配置することもできる。スペーサは特定の方向に流体フローを方向転換させるための固体部分を含むことができる。この固体部分は電流の流れを特定の方向へと方向転換させることもでき、また、電気浄化装置におけるアノードとカソードとの間の直接的なパスを防止することができる。固体部分を含んでいるスペーサを遮断スペーサと称することができる。遮断スペーサをセルスタック内に位置決めすることができるか、又は、第１のセルスタックと第２のセルスタックの間若しくは第１のモジュール式ユニットと第２のモジュール式ユニットとの間に位置決めすることができる。
【００２５】
幾つかの実施の形態においては、一連のイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を提供するために、相互に固定されている複数のイオン交換膜においてカチオン交換膜及びアニオン交換膜を交互に設けることができる。
【００２６】
膜の幾何学的形状は、膜をセルスタック内に固定できるあらゆる適切な幾何学的形状を有することができる。複数の特定の実施の形態においては、ケーシング内にセルスタックを適切に固定するためにセルスタックにおける特定の数の角又は頂点が所望されることが考えられる。複数の特定の実施の形態においては、特別な膜がセルスタックにおける他の膜とは異なる幾何学的形状を有することができる。膜の相互の固定、セルスタック内のスペーサの固定、モジュール式ユニット内の膜の固定、支持構造体内の膜の固定、セルスタックのような複数の膜から成るグループのケーシングへの固定、ケーシング内部へのモジュール式ユニットの固定の内の少なくとも一つが支援されるように、膜の幾何学的形状を選択することができる。
【００２７】
膜、スペーサ及びスペーサアセンブリを、膜、スペーサ又はスペーサアセンブリの周縁又は縁部の一部に固定することができる。周縁の一部とは膜、スペーサ又はスペーサアセンブリの連続的又は非連続的な長さを有している部分と考えられる。膜、スペーサ又はスペーサアセンブリを固定するために選択された周縁の一部は、所定の方向へと流体フローを方向付けるための境界又は境界線を提供することができる。
【００２８】
複数の特定の実施の形態において、セルスタックを準備する方法は、第１の流体フローパスを有している第１の区画室を形成するために、第１のアニオン交換膜及び第１のカチオン交換膜の周縁の第１の部分において、第１のアニオン交換膜を第１のカチオン交換膜に固定するステップを備えることができる。またこの方法は、第１の流体フローパスとは異なる方向の第２の流体フローパスを有している第２の区画室を形成するために、第１のカチオン交換膜の周縁の第２の部分及び第２のアニオン交換膜の周縁の第１の部分において、第２のアニオン交換膜を第１のカチオン交換膜に固定するステップを備えることができる。
【００２９】
第１の流体フローパス及び第２の流体フローパスを、相互に固定されている複数のイオン交換膜の周縁の一部を用いて選択及び提供することができる。０°の軸に沿って延びている方向としての第１の流体フローパスが使用される場合、第２の流体フローパスを０°よりも大きく３６０°よりも小さいいずれかの角度の方向に延ばすことができる。本発明の複数の特定の実施の形態においては、第２の流体フローパスを９０°の角度で延ばすことができるか、又は、第１の流体フローパスに直交する方向に延ばすことができる。複数の別の実施の形態においては、第２の流体フローパスを第１の流体フローパスに対して１８０°の角度で延ばすことができる。別の実施の形態においては、第１の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。第２の流体フローパスは６０°の角度で延ばすことができ、第３の流体フローパスを１２０°の角度で延ばすことができる。第４の流体フローパスは０°の角度で延ばすことができる。
【００３０】
複数の付加的な区画室を提供するために複数の付加的なイオン交換膜がセルスタックに固定される場合には、それらの付加的な区画室における流体フローパスは第１の流体フローパス及び第２の流体フローパスと同一であっても、異なっていても良い。複数の特定の実施の形態においては、各区画室における流体フローパスに関して第１の流体フローパスと第２の流体フローパスが交互に現われる。例えば、第１の区画室における第１の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。第２の区画室における第２の流体フローパスを９０°の方向に延ばすことができ、また第３の区画室における第３の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。複数の特定の実施例においては、第１の方向に延びている第１の流体フローパス及び第２の方向に延びている第２の流体フローパスをクロスフロー型の電気浄化部と称することができる。
【００３１】
複数の他の実施の形態においては、各区画室における流体フローパスに関して、第１の流体フローパス、第２の流体フローパス及び第３の流体フローが連続的に順次現われる。例えば、第１の区画室における第１の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。第２の区画室における第２の流体フローパスを３０°の方向に延ばすことができ、また第３の区画室における第３の流体フローパスを９０°の方向に延ばすことができる。第４の区画室における第４の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。別の実施の形態においては、第１の区画室における第１の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。第２の区画室における第２の流体フローパスを６０°の方向に延ばすことができ、また第３の区画室における第３の流体フローパスを１２０°の方向に延ばすことができる。第４の区画室における第４の流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。
【００３２】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、区画室内の膜表面と流体のより大きい接触を提供するために、区画室内のフローを調整、再分配又は方向転換することができる。区画室内の流体フローが再分配されるように区画室を構成及び配置することができる。区画室は、この区画室を流れるフローを再分配するための構造を提供することができる障害物、突起部、突出部、フランジ又はバッフルを有することができる。これに関しては以下において詳述する。複数の特定の実施の形態においては、障害物、突起部、突出部、フランジ又はバッフルを流体再分配部と称することができる。
【００３３】
流体接触に関する表面積又は膜使用率の所定のパーセンテージが提供されるように、電気浄化装置のためのセルスタック内の各区画室を構成及び配置することができる。膜使用率が高くなるほど、電気浄化装置の動作の効率もより高くなることが分かった。より高い膜使用率を達成することの利点には、より低いエネルギ消費量、装置のより小さいフットプリント、装置を通るより少ない数のパス及びより高品質の水の生産が含まれると考えられる。複数の特定の実施の形態においては、達成できる膜使用率は６５％よりも高い。複数の他の実施の形態においては、達成できる膜使用率は７５％よりも高い。複数の特定の実施の形態においては、達成できる膜使用率は８５％以上である。膜使用率を少なくとも部分的に、各膜を相互に固定するために使用される方法及びスペーサの設計に依存させることができる。所定の膜使用率を達成するために、装置内に漏れが発生することなく、またその一方で、プロセスにおいて使用することができる膜の大きい表面積を維持しながら、電気浄化装置の最適な動作を実現する信頼性の高い確実なシールを達成する、適切な固定技術及び構成要素を選択することができる。
【００３４】
膜によって画定される区画室を通る所望の流体フローパスを提供するために膜間の接合を保証するあらゆる適切な手段によってシーリングを達成することができる。例えば、シーリングを接着剤、例えばレーザ溶接又は超音波溶接によるサーマルボンディングによって達成することができるか、又は、例えば隣接する膜及び／又はスペーサにおける雄の特徴部又は雌の特徴部を使用した接合若しくは連結によって達成することができる。複数の特定の実施例においては、膜セルスタックを構成するために、複数のスペーサアセンブリが構成され、スペーサアセンブリの周縁の一部に塗布される接着剤を用いて一緒に接着又は固定される。スペーサは一緒に固定された各スペーサアセンブリの間に位置決めされている。複数の特定の実施例においては、少なくとも二つの流体フローパスを有している複数の区画室を提供するために、各スペーサアセンブリの周縁の一部においてスペーサアセンブリを相互に固定することができる。例えば、第１の方向における流体フローパスを有している第１の区画室及び第２の方向における流体フローパスを有している第２の区画室を提供するために、スペーサアセンブリを相互に固定することができる。接着剤の代わりに、区画室を提供するために、サーマルボンディング又は機械的な連結特徴部を使用することができる。
【００３５】
本発明の幾つかの実施の形態においては、電気浄化装置のためのセルスタックを準備する方法は、区画室を形成するステップを備えている。第１の区画室を、イオン交換膜間に配置されている第１のスペーサを有している第１のスペーサアセンブリを提供するためにイオン交換膜を相互に固定することによって形成することができる。例えば、第１のカチオン交換膜と第１のアニオン交換膜との間に配置されている第１のスペーサを有している第１のスペーサアセンブリを提供するために、第１のカチオン交換膜及び第１のアニオン交換膜の周縁の第１の部分において、第１のカチオン交換膜を第１のアニオン交換膜に固定することができる。
【００３６】
第２の区画室を、イオン交換膜間に配置されている第２のスペーサを有している第２のスペーサアセンブリを提供するためにイオン交換膜を相互に固定することによって形成することができる。例えば、第２のアニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間に配置されている第２のスペーサを有している第２のスペーサアセンブリを提供するために、第２のカチオン交換膜及び第２のアニオン交換膜の周縁の第１の部分において、第２のアニオン交換膜を第２のカチオン交換膜に固定することができる。
【００３７】
第３の区画室を、第１のスペーサアセンブリを第２のスペーサアセンブリに固定し、且つ、それらのスペーサアセンブリ間にスペーサを位置決めすることによって、第１の区画室と第２の区画室との間に形成することができる。例えば、第１のスペーサアセンブリと第２のスペーサアセンブリとの間に配置されているスペーサを有しているスタックアセンブリを提供するために、第１のカチオン交換膜の周縁の第２の部分及び第２のアニオン交換膜の周縁の一部において、第１のスペーサアセンブリを第２のスペーサアセンブリに固定することができる。
【００３８】
第１の区画室及び第２の区画室それぞれを、第３の区画室における流体フローの方向とは異なる流体フローの方向が提供されるように構成及び配置することができる。例えば、第３の区画室における流体フローを０°の軸の方向に延ばすことができる。第１の区画室における流体フローを３０°の方向に延ばすことができ、第２の区画室における流体フローを第１の区画室と同じ角度（３０°）又は別の角度、例えば１２０°の方向に延ばすことができる。別の実施例においては、第１の区画室における流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。第３の区画室における流体フローパスを６０°の方向に延ばすことができ、また第２の区画室における流体フローパスを１２０°の方向に延ばすことができる。第４の区画室における流体フローパスを０°の方向に延ばすことができる。
【００３９】
この方法は更に、組み立てられたセルスタックをケーシング内に固定するステップを備えることができる。
【００４０】
一つ又は複数の実施の形態に関して、電気化学分離システム又は電気浄化装置をモジュール式にすることができる。各モジュール式ユニットは一般的に、全体の電気化学分離システムのサブブロックとして機能することができる。モジュール式ユニットは所望されるあらゆる数のセルペアを含むことができる。幾つかの実施の形態においては、モジュール式ユニット毎のセルペアの数を、セルペアの総数及び分離装置内のパスの総数に依存させることができる。また、クロスリーク及び他の性能判定基準が検査される場合には、許容できる故障率でフレーム内に熱的に接着及び注封することができるセルペアの数に依存させることもできる。その数は製造プロセスの統計的な分析を基礎とすることができ、またプロセス制御が改善される場合には増加させることができる。非制限的な幾つかの実施の形態においては、モジュール式ユニットは約５０個のセルペアを含むことができる。複数のモジュール式ユニットを別個に組み立てることができ、またより大きいシステムに組み込まれる前に、品質制御、例えば漏れ、分離能力及び圧力降下について検査することができる。幾つかの実施の形態においては、セルスタックを、独立して検査することができるモジュール式ユニットとしてフレームに実装することができる。続いて、複数のモジュール式ユニットを一つに組み立てることができ、それにより電気化学分離装置において所期の総数のセルペアが提供される。幾つかの実施の形態においては、組み立て方法は一般的に、第１のモジュール式ユニットを第２のモジュール式ユニットに配置するステップと、第３のモジュール式ユニットを第１のモジュール式ユニット及び第２のモジュール式ユニットに配置するステップと、所望数の複数のモジュール式ユニットを得るために上記のステップを繰り返すステップとを備えることができる。幾つかの実施の形態においては、組み立て品又は個々のモジュール式ユニットを動作のために圧力容器内に挿入することができる。遮断膜及び／又は遮断スペーサをモジュール式ユニット間又はモジュール式ユニット内に配置することによって、マルチパスフロー型の構成を実現することができる。モジュール式のアプローチは、時間の節約及びコストの削減に関して製造性を改善することができる。モジュール方式はまた、個々のモジュール式ユニットの診断、隔離、取外し及び置換が実現されることによって、システムメンテナンスを容易なものにすることができる。個々のモジュール式ユニットは、電気化学分離プロセスを容易にするためのマニホルドシステム及びフロー分散システムを有することができる。個々のモジュール式ユニットを相互に流体連通させることができ、また、全体の電気化学分離プロセスに関連する中央マニホルドシステム及び他のシステムとも流体連通させることができる。
【００４１】
モジュール式ユニットを提供するために、流入口マニホルド及び流出口マニホルドを含んでいるフレーム又は支持構造内にセルスタックを固定することができる。このモジュール式ユニットを続いてケーシング内に固定することができる。モジュール式ユニットは更に、モジュール式ユニットをケーシングに固定することができるブラケットアセンブリ又は角支持部を含むことができる。第２のモジュール式ユニットをケーシング内に固定することができる。一つ又は複数の付加的なモジュール式ユニットもケーシング内に固定することができる。本発明の複数の特定の実施の形態においては、遮断スペーサを第１のモジュール式ユニットと第２のモジュール式ユニットとの間に位置決めすることができる。
【００４２】
流体再分配部をセルスタックの区画室の内の一つ又は複数に設けることができる。セルスタックの組み立て時に、セルスタックにおけるイオン交換膜の周縁の第１の部分を、隣接するイオン交換膜の周縁の第１の部分と連結されるように構成及び配置することができる。複数の特定の実施例においては、セルスタック内の第１のスペーサの周縁の第１の部分を、隣接するスペーサの周縁の第１の部分と連結されるように構成及び配置することができる。
【００４３】
本発明の幾つかの実施の形態においては、セルスタックを含んでいる電気浄化装置が提供される。電気浄化装置は、イオン交換膜を含んでいる第１の区画室を含むことができ、また、イオン交換膜間の第１の方向における直接的な流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。電気浄化装置はまた、イオン交換膜を含んでいる第２の区画室を含むことができ、また、第２の方向における直接的な流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。第１の区画室及び第２の区画室それぞれを、流体接触に関する表面積又は膜使用率の所定のパーセンテージが提供されるように構成及び配置することができる。複数の特定の実施の形態においては、達成できる膜使用率は６５％よりも高い。複数の他の実施の形態においては、達成できる膜使用率は７５％よりも高い。複数の特定の別の実施の形態においては、達成できる膜使用率は８５％よりも高い。膜使用率を少なくとも部分的に、各膜を相互に固定するために使用される方法及びスペーサの設計に依存させることができる。所定の膜使用率を達成するために、装置内に漏れが発生することなく、またその一方で、プロセスにおいて使用することができる膜の大きい表面積を維持しながら、電気浄化装置の最適な動作を実現する信頼性の高い確実なシールを達成する、適切な固定技術及び構成要素を選択することができる。
【００４４】
例えば、セルスタックを含んでいる電気浄化装置を提供することができる。電気浄化装置は、第１のカチオン交換膜及び第１のアニオン交換膜を含んでいる第１の区画室を含むことができ、この第１の区画室は、第１のカチオン交換膜と第１のアニオン交換膜との間の第１の方向における直接的な流体フローが提供されるように構成及び配置されている。電気浄化装置はまた、第１のアニオン交換膜と第２のカチオン交換膜との間の第２の方向における直接的な流体フローを提供するために、第１のアニオン交換膜及び第２のカチオン交換膜を含んでいる第２の区画室を含むことができる。第１の区画室及び第２の区画室それぞれを、所定の膜使用率、例えば第１のカチオン交換膜、第１のアニオン交換膜及び第２のカチオン交換膜の表面積の８５％より大きい流体接触が提供されるように構成及び配置することができる。第１の区画室及び第２の区画室の内の少なくとも一方はスペーサを含むことができる。そのようなスペーサは遮断スペーサであることが考えられる。
【００４５】
第１の方向及び第２の方向における直接的な流体フローを、区画室の構成及び配置によって選択及び提供することができる。０°の軸に沿って延びている方向としての流体フローの第１の方向が使用される場合、流体フローの第２の方向を０°よりも大きく３６０°よりも小さいいずれかの角度の方向に延ばすことができる。本発明の複数の特定の実施の形態においては、流体フローの第２の方向は９０°の角度であるか、又は流体フローの第１の方向に直交していることが考えられる。複数の他の実施の形態においては、流体フローの第２の方向は流体フローの第１の方向に対して８０°の角度であることが考えられる。複数の付加的な区画室を提供するために複数の付加的なイオン交換膜がセルスタックに固定される場合には、それらの付加的な区画室における流体フローの方向は、流体フローの第１の方向及び流体フローの第２の方向と同一であっても、異なっていても良い。複数の特定の実施の形態においては、各区画室における流体フローの方向に関して、流体フローの第１の方向と流体フローの第２の方向が交互に現われる。例えば、流体フローの第１の方向を０°の方向に延ばすことができる。流体フローの第２の方向を９０°の角度の方向に延ばすことができ、また第３の区画室における流体フローの第３の方向を０°の角度の方向に延ばすことができる。
【００４６】
セルスタックを含んでいる電気浄化装置は更に、ケーシングに固定されたセルスタックの周縁の少なくとも一部と共にセルスタックを包囲しているケーシングを含むことができる。第１のモジュール式ユニットをケーシング内に提供するために、フレームをケーシングとセルスタックとの間に位置決めすることができる。流体再分配部をセルスタックの区画室の内の一つ又は複数に設けることができる。複数の区画室内の少なくとも一つを、区画室内に流体の反転部が提供されるように構成及び配置することができる。
【００４７】
本発明の幾つかの実施の形態においては、電気浄化装置のためのセルスタックが提供される。セルスタックは複数の交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を提供することができる。各イオン希釈区画室は、第１の方向における希釈流体フローを提供する流入口及び流出口を有することができる。各イオン濃縮区画室は、第１の方向とは異なる第２の方向における濃縮流体フローを提供する流入口及び流出口を有することができる。スペーサをセルスタック内に位置決めすることができる。スペーサは区画室に対する構造体を提供することができ、また、区画室を画定することができる。また複数の特定の実施例においては、スペーサは区画室を流れる流体フローの方向付けを支援することができる。セルスタックを流れる流体フロー及び電流の内の少なくとも一方が方向転換されるようにスペーサを構成及び配置することができる。スペーサは遮断スペーサで良い。上述のように、遮断スペーサは電気浄化装置における電流の非効率性を低減又は防止することができる。
【００４８】
本発明の幾つかの実施の形態においては、電気浄化装置が提供される。電気浄化装置は、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を含んでいるセルスタックを含むことができる。各イオン希釈区画室を、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。各イオン濃縮区画室を、第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。電気浄化装置はまた、セルスタックの第１の端部において第１のイオン交換膜に隣接する第１の電極と、セルスタックの第２の端部において第２のイオン交換膜に隣接する第２の電極とを含むことができる。第１のイオン交換膜及び第２のイオン交換膜はそれぞれ、アニオン交換膜であるか、又はカチオン交換膜であることが考えられる。例えば、第１のイオン交換膜がアニオン交換膜であり、第２のイオン交換膜がカチオン交換膜であることが考えられる。電気浄化装置は更に、セルスタック内に位置決めされており、また、電気浄化装置を流れる希釈流体フロー及び濃縮流体フローの内の少なくとも一方を方向転換させ、第１の電極と第２の電極との間の直接的な電流経路を防止するように構成及び配置されている遮断スペーサを含むことができる。上述のように、遮断スペーサを、電気浄化装置における電流の非効率性が低減されるように構成及び配置することができる。
【００４９】
電気浄化装置のためのセルスタックを、ケーシングに固定されたセルスタックの周縁の少なくとも一部と共にケーシングによって包囲することができる。第１のモジュール式ユニットをケーシング内に提供するために、フレームをケーシングとセルスタックとの間に位置決めすることができる。第２のモジュール式ユニットもケーシング内に固定することができる。遮断スペーサも第１のモジュール式ユニットと第２のモジュール式ユニットとの間に位置決めすることができる。流体再分配部をセルスタックの区画室の内の一つ又は複数に設けることができる。複数ある区画室内の少なくとも一つを、区画室内に流体の反転部が提供されるように構成及び配置することができる。モジュール式ユニットに対する支持部を提供し、モジュール式ユニットをケーシング内に固定するために、ブラケットアセンブリをフレームとケーシングとの間に位置決めすることができる。
【００５０】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、固定材料、例えば接着剤とセルスタックの構成要素との強化された堅固な接着を提供するために、セルスタックにおけるイオン交換膜又はスペーサの周縁の一部をある材料で処理又はコーティングすることができる。イオン交換膜、例えばアニオン交換膜及びカチオン交換膜を接合するために接着剤を塗布することができる連続的な表面を提供するために、シールバンドをスペーサ、膜又はそれら両方に提供することができる。シールバンドは膜の周縁に対する支持部も提供することができる。シールバンドは、接着剤のウェットスルー又はウィッキングを阻止又は緩和し、それにより、スペーサと膜を一緒に固定するために使用される接着剤を少なくすることができる。シールバンドはまた、使用される接着剤が少ないことに基づき、より高い膜使用率にも寄与することができる。複数の特定の実施例においては、射出成形、圧縮成形、コーティング等によって、シールバンドをスペーサに適用することができる。
【００５１】
図１には、カチオン交換膜１００、スペーサ１０４及びアニオン交換膜１０２を含んでいるスペーサアセンブリ１０が示されている。スクリーンスペーサで良いスペーサ１０４には接着剤１０６を塗布することができる。接着剤によって、又はサーマルボンディング技術、例えばレーザ溶接、震動溶接又は超音波溶接によって、対向する二つの縁部に沿って膜をシーリングすることができる。膜のサイドシームには、脂肪族、脂環族及び芳香族のアミン硬化剤及びウレタンを含む広範囲の接着剤を使用することができる。これに関しては以下において詳細に説明する。接着剤が膜セルのグルーラインに塗布されている場合、接着剤が主として所定のグルーライン上に残るならば有利であると考えられる。粘度が過度に低い場合には、接着剤はグルーラインから流れ落ちるか、又は滴り落ちる可能性がある。粘度が過度に高い場合には、接着剤の延展が困難になる可能性がある。スペーサがスクリーンである場合には、スペーサを接着剤内に封入することができ、この接着剤は隣接する二つの膜も接着する。
【００５２】
図２には、カチオン交換膜２００、スペーサ２０４及びアニオン交換膜２０２を含んでいるスペーサアセンブリ２０が示されている。スペーサ２０４はカチオン交換膜２００とアニオン交換膜２０２を隔て、また、フロー区画室を画定し、且つ、流入口側２０８から流出口側２１０への液体流の混合及び大量輸送を向上させることができる。
【００５３】
図３には、スペーサ３０４によって隔てられている、第１のスペーサアセンブリ３０及び第２のスペーサアセンブリ３２が示されている。二つのアセンブリは、それらのアセンブリにおいて既にシーリングされている縁部に対して直交する二つの平行な縁部に沿って塗布された接着剤３０６によって一つに接着される。二つのアセンブリ間に挟まれるスペーサ３０４は、矢印によって示されているように、二つのアセンブリを通過する流れの方向に対して直交する第２の流れに関するフローチャネルを規定する。
【００５４】
図４には、圧縮した際に得られる膜セルスタックが示されている。図示されているように、第１のスペーサアセンブリ４０と第２のスペーサアセンブリ４２との間にスペーサ４０４が位置決めされた状態で、それら二つのスペーサアセンブリが相互に固定されている。図４において矢印によって示唆されているように、各スペーサアセンブリ４０及び４２を通るフローパスを第１の方向に延在させることができ、その一方で、二つのスペーサアセンブリ間に画定されている区画室を通るフローパスを第２の方向に延在させることができる。
【００５５】
第１の方向における流体フローが希釈流であり、第２の方向における流体フローが濃縮流であることが考えられる。複数の特定の実施の形態においては、印加される電界が反転され、従って流れ関数が反転される極性反転を用いることにより、第１の方向における流体フローを濃縮流に変換することができ、また第２の方向における流体フローを希釈流に変換することができる。
【００５６】
スペーサによって隔てられる複数のスペーサアセンブリを一緒に固定し、セルペアのスタック又は膜セルスタックを形成することができる。
【００５７】
本発明の電気浄化装置は更に、セルスタックを包囲するケーシングを有することができる。セルスタックの周縁の少なくとも一部をケーシングに固定することができる。フレーム又は支持構造をケーシングとセルスタックとの間に位置決めし、セルスタックに対する付加的な支持部を提供することができる。フレームは流入口マニホルド及び流出口マニホルドを含むことができ、これによりセルスタックへの液体フロー及びセルスタックからの液体フローを実現することができる。フレーム及びセルスタックは一緒に一つの電気浄化装置モジュール式ユニットを提供することができる。電気浄化装置は更に、ケーシング内に固定されている第２のモジュール式ユニットを含むことができる。スペーサ、例えば遮断スペーサを第１のモジュール式ユニットと第２のモジュール式ユニットとの間に位置決めすることができる。第２のモジュール式ユニットと連通している端部とは反対側に位置する第１のモジュール式ユニットの端部に第１の電極を配置することができる。第１のモジュール式ユニットと連通している端部とは反対側に位置する第２のモジュール式ユニットの端部に第２の電極を配置することができる。
【００５８】
ブラケットアセンブリを、フレームと第１のモジュール式ユニットとの間、又は、フレームと第２のモジュール式ユニットとの間、若しくは、フレームと第１のモジュール式ユニット及び第２のモジュール式ユニットとの間に配置することができる。ブラケットアセンブリはモジュール式ユニットに対する支持部を提供することができ、またケーシングに対する固定アタッチメントを提供することができる。
【００５９】
本発明の一つの実施の形態においては、ケーシング又は容器内に膜セルスタックを位置決めすることによって、電気浄化装置を組み立てることができる。エンドプレートをセルスタックの各端部に設けることができる。セルスタックの周縁の少なくとも一部をケーシングの内壁にシーリングするために接着剤を塗布することができる。
【００６０】
図５には、ケーシング５１８によって包囲されているセルスタック５１６の一つの実施の形態が示されている。エンドプレート５１２が複数のタイバー５１４と共に示されている。それらのタイバー５１４は非金属スリーブによって流体フローから隔離されている。エンドプレート５１２が金属性である場合には、各端部において、非金属の軸受け５２０をセルスタック５１６とエンドプレート５１２との間に挿入することができる。軸受け５２０は電極を支持し、また液体流をエンドプレートから隔離する。タイバースリーブの端部はＯリングによって軸受け５２０に対してシーリングされている。択一的に、エンドプレート５２０が非金属性であることが考えられ、またその場合には分離軸受けは必要ない。図５に示されているように、エンドプレート５２０をボルト又はねじ切りロッド５２２及びナット５２４によって取り付けることができる。図６に示されているように、エンドプレート６２０をフランジ６４９によって取り付けることもできる。図７に示されているように、エンドプレート７２０をクランプ７２８、例えばVictaulic(R)型のクランプによって取り付けることもできる。
【００６１】
本発明の幾つかの実施の形態においては、タイバーをケーシングの外側に設置することができる。本発明の他の幾つかの実施の形態においては、エンドプレートを、ケーシングの端部における溝に挿入されたセグメントリング又はスナップリングによってケーシングに固定することができる。エンドプレートを接着剤によってケーシングに接着させることもできる。
【００６２】
金属性のエンドプレートを例えば機械加工又はキャスティングによって製造することができる。非金属性の軸受け又はエンドプレートを、例えば、プラスチックのブロックの機械加工によって、又は射出成形によって製造することができる。
【００６３】
スタックがケーシング内に位置決めされ、軸受け／エンドプレートがケーシングに固定されると、スタックをケーシングにシーリングするため、また二つの流れのための流入口マニホルド及び流出口マニホルドを相互に隔てるために、接着剤を塗布することができる。ケーシングは先ず、縦方向の軸でもって水平に配向される。
【００６４】
以下において更に詳細に説明するように、膜スタックをケーシング内に固定するための接着剤の特性は、膜を相互に固定してセルスタックを形成するための接着剤の特性とは異なっていても良い。ケーシング内に膜を固定するために、接着剤の粘度は低くなければならない。許容粘度は、反応性希釈剤を混合接着剤に添加することによって達成することができる。希釈剤の主たる機能は、化合を容易にするため、又は適用特性を改善するためにその粘度を低減できることである。比較的低い粘度は適切な接着剤を達成するためにも重要である。即ち、そのような低い粘度によって多孔性の基板へのより高い浸透度及び非多孔性の基板の湿潤を達成することができる。希釈剤としてジグリシジルエーテル、ジグリシジルフェニルジグリシジルエーテル等が考えられる。
【００６５】
膜セルフロー区画室は約０．３３ｍｍから０．４６ｍｍの厚さであり、また複数の特定の実施例においては、ポットは気泡を含んでいないことが考えられる。セルスタックをケーシングに固定するために使用されるポットエラストマ（接着剤）は膜を相互に固定するために使用されるサイドシームよりも硬質であるべきである。これは、ポットは膜スタックの重量に耐える十分な機械的な強さを有していなければならないことによる。複数の特定の実施の形態においては、このことは、ポットが供給水流れ圧力の下で変形しなかった場合には所望される。
【００６６】
ケーシングは先ず、縦方向の軸でもって水平に配向される。図８には、セルスタック８１６をケーシング８１８内に固定するために接着剤８０６を塗布するための一つの方法が示されている。ケーシング８１８は回転可能であり、従ってこの実施の形態においては、セルスタック８１６の一つの周縁は底部に位置している。低粘度接着剤８０６はケーシング８１８に注入され、底部に貯留することができる。セルスタック８１６の周縁と一致するように注入ポートを配置することができる。注入ポートは、セルスタック８１６の角８３０をケーシング８１８にシーリングするための接着剤８０６のケーシング８１８への注入を容易にするために、ケーシング８１８に組み込むことができる。接着剤８０６が硬化した後に、次の角が底部に来るまで、ケーシング８１８を９０°回転させることができる。セルスタック８１６の全ての所望の周縁がシールされるか、又は固定されるまで、接着プロセスは繰り返される。スタック周縁のケーシングへのシーリングを改善するための表面の前処理には、接着剤の接着を高めるために、表面を破壊することができ、且つ、表面積を拡大することができる技術が含まれると考えられる。例えば、表面の前処理には、化学的、機械的、電気的又は熱的な表面の前処理及びそれらの組み合わせが含まれると考えられる。これには例えば化学的なエッチング又は機械的な粗面化が含まれると考えられる。
【００６７】
ケーシングを例えば、セルスタックのケーシングへの固定を支援する幾何学的形状を提供するために、押し出し成形によって製造することができる。例えば、一つ又は複数の凹部をケーシングに形成することができ、それにより、セルスタックの周縁を収容するための所定の領域内に接着剤を包含させることができる。図９に示されているように、供給された接着剤９０６のための貯蔵所を提供するための、丸い扇形の縁を持つ凹部９３２を有しているケーシング９１８が提供される。
【００６８】
本発明の別の実施の形態においては、接着剤の制御された量をケーシングに注入しながら、ケーシングを一方向に緩慢に回転させるステップを備えている、接着剤を塗布する方法が提供される。接着剤は継続的に最低部へと流れ、連続的な薄い層を形成し、この薄い層は硬化して、ケーシングの内壁を包囲するシールリングを形成することができる。接着剤を更に追加することによってリングを厚くすることもできる。
【００６９】
本発明の別の実施の形態においては、接着剤の制御された量を一つ又は複数の個所においてケーシングに注入しながら、ケーシングを一方向に高速に回転させるステップを備えている、接着剤を塗布する方法が提供される。接着剤は遠心力によってケーシングの内壁へと押付けられ、硬化するとシールリングを形成することができる。
【００７０】
接着剤１００６の制御された量をケーシングに注入しながら、ケーシング１０１８を一方向に回転させるステップを備えている方法を提供する本発明の実施の形態が図１０に示されている。
【００７１】
本発明の別の実施の形態においては、モールドを使用して、接着剤によってセルスタックの周縁の一部をシーリングすることによって電気浄化装置を組み立てることができる。セルスタックをケーシングに挿入し、続いてセルスタックの各端部におけるエンドプレートを用いて圧縮することができる。続いて、接着剤を塗布し、セルスタックの周縁をケーシングの内壁にシーリングすることができる。
【００７２】
図１１に示されているように、セルスタックの周縁、この実施例においてはセルスタック１１１６の角１１３０をモールド１１３４に挿入することができる。低粘度接着剤１１０６をモールド１１３４に注ぎ、硬化させることができる。続いて、図１２に示されているように、周縁の別の部分をシールするためにスタックが回転される。ここでは接着剤１２０６がセルスタック１２１６の各角１２３０に示されている。複数の特定の実施例においては、接着剤が付着できない金属からモールドが製造される。
【００７３】
図１３に示されているように、四つ全ての角がシーリングされているセルスタック１３１６は、接着剤１３０６とケーシング１３１８の内壁１３３６との間に間隙１３３８を伴って、ケーシング１３１８に挿入される。間隙１３３８は、セルスタック１３１６をケーシング１３１８にシーリングし、且つ、フローマニホルド間のクロスリークを阻止するために、付加的な接着剤で充填される。
【００７４】
図１４に示されている別の実施の形態においては、例えば押し出し成形又は射出成形によって製造することができるブラケットアセンブリ又は角支持部１４４０を有している膜セルスタック１４１６が、セルスタック１４１６の角を注封及びシーリングするためのモールドとして使用される。角支持部１４４０（及び１５４０）はその後、図１５に示されているように、スタックを外板１５４２に取り付けるためのアンカーとして使用される。角支持部を外板に固定するために使用することができる方法は、超音波溶接のようなプラスチック接合技術を含むことができる。ここで、外板１５４２（及び１６４２）は図１６に示されているようにケーシング１６１８に挿入され、従って、スタックアセンブリを外側ケーシングに直接的に形成する必要はない。ブラケットアセンブリ又は角支持部を、モジュール式ユニットをケーシングに固定するためにも使用することができる。
【００７５】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、比較的大きい電力消費量からもたらされる非効率性を低減又は防止する電気浄化装置が提供される。本発明の電気浄化装置は、電流の非効率性を低減又は防止するためのマルチパスフロー型の構成を提供することができる。マルチパスフロー型の構成は、電気浄化装置のアノードとカソードとの間の直接的な電流経路を除去又は低減することによって、フローマニホルドを流れる電流の迂回又は電流の漏れを低減することができる。図１７に示されているように、カソード１７４４及びアノード１７４６を含んでいる電気浄化装置５０が提供される。交番的な複数のアニオン交換膜１７４８及びカチオン交換膜１７５０がカソード１７４４とアノード１７４６との間に設けられており、これにより、交番的な一連のイオン希釈区画室１７５２及びイオン濃縮区画室１７５４が提供される。遮断スペーサ１７５６をイオン希釈区画室１７５２及びイオン濃縮区画室１７５４の内の一つ又は複数の区画室内に配置することができ、それにより、図１７において矢印によって示されているように、電気浄化装置５０を流れる流体フロー及び電流の流れの方向が変更される。
【００７６】
図１８には、電気浄化装置における遮断スペーサとして使用することができるスペーサの一実施例が示されている。スペーサはスクリーン部１８５８、固体部１８６０及びシーリングバンド１８６２を含むことができる。図１９に示されているように、シーリングバンド１８６２を接着剤によって隣接する膜に接着することができる。シーリングバンドは、接着のための平坦な表面を提供することによって、膜とスペーサとの間のシーリングを改善することができる。複数の特定の実施例においては、スペーサを射出成形、機械加工、熱圧着又はラピッドプロトタイピングによって製造することができる。
【００７７】
スクリーン部をモールディングすることができるように、モールディングされたスペーサは十分な厚さを有している。その厚さはスクリーンスペーサよりも厚いことが考えられる。その結果、ブロッキング区画室に関する内部膜距離を隣接する区画室におけるものよりも大きくすることができ、それにより、より高い電気抵抗が生じる。遮断スペーサの数が制限されているので、そのような高い電気抵抗を許容することができる。
【００７８】
固体部におけるスペーサの縁部をケーシングの内壁に固定及びシーリングすることができる。スペーサの固体部１８６０は二つの側での圧力差に耐えるには十分な剛性を有することができる。リブのような構造特徴部を固体部に追加し、材料の剛性を高めることができる。
【００７９】
図１９に示されているように、第１のスペーサアセンブリ１９６４及び第２のスペーサアセンブリ１９６６が提供される。遮断スペーサ１９５６が第１のスペーサアセンブリ１９６４と第２のスペーサアセンブリ１９６６との間に位置決めされている。
【００８０】
図２０には、３パスクロスフロー型の電気透析装置を含んでいる、本発明の電気浄化装置の一つの実施の形態が示されている。セルスタック２０１６がケーシング２０１８内に固定されている。遮断スペーサ２０５６は、図２０において矢印によって示されているように、電気透析装置内の流体フロー及び電流の流れの方向を変更するためにセルスタック２０１６内に位置決めされている。
【００８１】
別の実施の形態においては、セルスタックの周縁の一部及び遮断スペーサの周縁が接着剤によってケーシングの内側表面に固定される。
【００８２】
図２１に示されているように、遮断スペーサ２１５６には環状リム２１６８が設けられており、この環状リム２１６８は、スペーサ２１５６がケーシングに挿入されたときに、接着剤２１０６のための凹部を形成する。続いて、複数のセルペア２２１６及び遮断スペーサ２２５６又はスペーサをケーシング２２１８に挿入し、このアセンブリを両端部においてエンドプレート及び／又は軸受けを用いて圧縮することによって、装置を図２２に示されているように組み立てることができる。接着剤２２０６を注封によってスタックの周縁の一部へと連続的に塗布することができる。
【００８３】
ケーシング２３１８は、接着剤を受容することができるリム２３６８によって、図２３Ａに示されているように垂直な軸で配向される。図２３Ｂに示されているように、接着剤２３０６は、スペーサをケーシング２３１８にシーリングするために、遮断スペーサ２３５６におけるリム２３６８によって形成された凹部に塗布される。例えば、エンドプレート及び／又は軸受けを介して挿入された細管又はカテーテルを通して接着剤を注入することができる。
【００８４】
複数の特定の実施の形態においては、付加的な構成要素、例えばパッキン又はＯリングを使用することができ、またそのような付加的な構成要素を遮断スペーサの周囲に位置決めし、スペーサをケーシングに固定するために使用される液体接着剤の収容を支援することができる。この実施の形態においては、接着剤が一度硬化すると、その接着剤は一次シールとなる。別の実施の形態においては、パッキン又はＯリングのような付加的な構成要素が、遮断スペーサとケーシングとの間をシーリングするためにのみ設計されており、またセルスタックの周縁の一部に位置している接着剤２２０６のみを使用することができる（図２２を参照されたい）。このことは、遮断スペーサのリムを接着剤によってケーシングにシーリングする必要性を低減又は排除することによって、モジュール式ユニットの組み立てを簡略化することができる。
【００８５】
別の実施の形態においては、シングルパスフロー型の構成の希釈区画室及び濃縮区画室を備えたセルペアのスタックが、モジュール式ユニットを形成するために円柱状のケーシングの複数のセクションにおいて先ずシーリングされる。それらのユニットを続いて遮断スペーサを用いて一つに接合し、それらのユニット間にマルチパス型の構成を形成することができる。このアプローチの利点は、周縁の一部、例えば角においてのみ接着剤を使用してスタックをケーシングセクションにシーリングできることである。遮断スペーサをケーシングの内壁にシーリングする必要はない。つまり、それらの遮断スペーサはその代わりに、モジュール式ユニットの間に位置決め、端部間にシーリングされる。
【００８６】
図２４Ａには、例えば、端部にフランジ２４７４を備えている第１のモジュール式ユニット２４７０及び第２のモジュール式ユニット２４７２と、それらのモジュール式ユニットの間に位置決めされる遮断スペーサ２４５６が示されている。図２４Ｂにおいては、第１のモジュール式ユニット２４７０及び第２のモジュール式ユニット２４７２が相互に固定されている。第１のモジュール式ユニット２４７０のフランジ２４７４及び第２のモジュール式ユニット２４７２のフランジ２４７４を一緒に固定することができる。複数の特定の実施例においては、第１のモジュール式ユニット２４７０のフランジ２７４７及び第２のモジュール式ユニット２４７２のフランジ２７４７を一緒にボルト締めすることができる。
【００８７】
図２５には、スクリーン部２５５８、固体部２５６０及びシーリングバンド２５６２を有している遮断スペーサの別の実施例が示されている。遮断スペーサを、接着剤又はパッキンによってフランジ間にシーリングされている環状フレーム２５７６と共にモールディングすることができる。択一的に、フレームを熱可塑性材料からモールディングすることができ、その場合には接着剤又はパッキンは必要ない。遮断スペーサを製造するための別の方法も当業者には周知である。
【００８８】
択一的に、モジュール式ユニットをクランプ、タイバー又は他の固定技術によって一緒に接続することができる。選択された固定技術に適応させるために、遮断スペーサの設計を相応に変更することもできる。
【００８９】
本発明の幾つかの実施の形態においては、セルスタックを準備するための方法が提供される。第１のイオン交換膜を周縁の第１の部分において第２のイオン交換膜に固定することによって、第１のスペーサアセンブリを準備することができる。第１のイオン交換膜及び第２のイオン交換膜の第２の部分においては、端部ひだを設けるために、周縁を折り畳むことができる。第１のイオン交換膜と第２のイオン交換膜との間にスペーサを設けることができる。第２のスペーサを同様に準備することができる。第１のスペーサアセンブリの端部ひだの位置を第２のスペーサアセンブリの端部ひだの位置に合わせることができ、それにより、第２のイオン交換膜の端部ひだは第２のスペーサアセンブリのイオン交換膜の端部ひだに固定される。続いて、端部ひだを圧壊することができ、またスペーサをスペーサアセンブリ間に位置決めすることができる。スペーサアセンブリが圧縮されると、第１のスペーサアセンブリ及び第２のスペーサアセンブリそれぞれの内部における流体フローが流れる方向とは異なる方向における、スペーサアセンブリ間の流体フローの流れを提供するための区画室が形成される。
【００９０】
図２６に示されているように、周縁の第１の部分において、第１のアニオン交換膜２６０２を第１のカチオン交換膜２６００に固定することによって、第１のスペーサアセンブリを準備することができる。この実施例においては、周縁の第１の部分がサーマルボンド２６７８によって固定されている。第１のアニオン交換膜及び第１のカチオン交換膜の第２の部分においては、端部ひだ２６８０を設けるために、周縁を折り畳むことができる。第１のアニオン交換膜２６０２と第１のカチオン交換膜２６００との間にスペーサ２６０４を設けることができる。
【００９１】
第２のスペーサを同様に準備することができる。図２７に示されているように、第１のスペーサアセンブリの端部ひだ２７８０の位置を第２のスペーサアセンブリの端部ひだ２７８４の位置に合わせることができ、それにより、第１のカチオン交換膜の端部ひだは第２のスペーサアセンブリのアニオン交換膜の端部ひだに固定される。端部ひだの重畳部をサーマルボンディング、接着剤又は機械的な技術によって固定することができる。図２８に示されているように、続いて端部ひだを圧壊し、スペーサ２８０４をスペーサアセンブリ間に位置決めすることができる。スペーサアセンブリが圧縮されると、図２９において矢印によって示されているように、第１のスペーサアセンブリ及び第２のスペーサアセンブリそれぞれの内部における流体フローの流れ２９８８の方向とは異なる方向における、スペーサアセンブリ間の流体フローの流れ２９８６を提供するための区画室が形成される。
【００９２】
スペーサアセンブリ及び結果として生じるセルスタックを準備するためにサーマルボンディング技術を使用することによって、組立を容易にすることができるプロセスが提供され、また、電気浄化装置の全体のより短い組立時間を提供することができる。幅狭の熱シールは比較的大きいフローチャネルを提供し、このフローチャネルによって、より高い膜使用率を達成することができ、それにより電気浄化装置全体の効率を高めることができる。複数の特定の実施の形態においては、サーマルボンディングを使用することによって、サーマルボンディング領域を強化し、また、より強固なシールを提供するために、ポリマー材料、例えばポリプロピレン又はポリエチレンの付加的で補強されたストリップを使用することができる。膜を圧壊して圧縮する前の膜のサーマルボンディングによって簡単な組み立てを支援することもできる。何故ならば、ボンディングプロセスを支援する適切な接着機器及び接着装置のためのより大きい空間を存在させることができるからである。サーマルボンディング技術は膜スタックにおける漏れも防止することができる。またこのプロセスによって、セルスタックの結合性を維持するための膜スペーサに対する圧縮力を低減することができ、それによりモジュール式ユニットを介する圧力降下が低くなる。
【００９３】
幾つかの実施の形態においては、イオン交換膜及びスペーサをセルスタックにおいて固定するために接着剤を使用することができる。セルスタックを準備する際に有用である接着剤は、セルスタックの構成要素の適切なシーリングを実現し、且つ、電気浄化装置ケーシング内にセルスタックを固定することができる特定の特性又は性質を有することができる。それらの特性には、接着剤の粘度、ゲル化時間、硬化温度及びゴム状弾性が含まれると考えられる。接着剤のそれらの特性を変更することによって、膜スタックとケーシングとの間の接着強度を高めることができ、また電気浄化装置内の漏れを低減又は排除できることが分かった。
【００９４】
幾つかのケースにおいては、エポキシ材料又はエポキシベースの材料又はポリウレタン又はポリウレタンベースの材料を使用することができる。このことは、膜相互の適切なシーリングを提供し、またセルスタックのケーシングへの適切なシーリングを提供することができる、それらの材料の熱的、機械的及び化学的な特性に起因する。
【００９５】
エポキシ材料又はエポキシベースの材料は樹脂及び硬化剤を含むことができる。膜又はケーシングへの適切なシーリングを提供するために、樹脂は架橋を必要とすることが考えられる。この架橋を、樹脂と適切な硬化剤の化学的な反応によって達成することができる。硬化剤を、脂肪酸アミン、アミドアミン、脂環式アミン及び芳香族アミンから成るグループから選択することができる。硬化剤は接着剤に特定の特性を提供することができ、そのような特性には粘度、ポットライフ、硬化時間、浸透、湿潤能力、機械的強度及び硬化後の耐化学薬品性が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００９６】
ポリウレタン材料又はポリウレタンベースの材料を、触媒の存在の下でのイソシアニンとポリアルコール（ポリオール）との重付加反応によって製造することができる。この反応は、ウレタン結合、-RNHCOOR'-を含むポリマーを提供することができる。
【００９７】
膜を相互に固定するための使用に適している接着剤が所望される場合、幾つかの実施の形態においては、接着剤がある程度までは所定のグルーライン又はシールバンド上に留まることが所望される。例えば、接着剤の粘度が過度に低い場合には、接着剤はグルーライン又はシールバンドから流れ落ちるか、又は滴り落ちる可能性がある。粘度が過度に高い場合には、接着剤の延展が非常に困難になる可能性がある。
【００９８】
複数の特定の実施の形態においては、膜を相互に固定するために、膜と同様の熱膨張を有している接着剤を使用することが所望される。これにより、膜と接着剤の境界面における亀裂又はしわを防止又は低減することができる。電気浄化装置の用途に適した接着剤を決定するために、アミン硬化剤の濃度を変更することができる。例えば、脂肪酸アミンは直線状の炭素主鎖を有しており、これにより熱膨張に関する高度の可撓性を提供することができる。この種の硬化剤を使用することにより、サイドシームを膜に沿って拡張させることができる。脂環式アミン及び芳香族アミンの硬化剤はその主鎖において、堅いゴム状弾性を提供することができる芳香環を有している。
【００９９】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、膜を相互に固定するために使用することができる接着剤が、周囲温度において約１，０００から約４５，０００ｃｐｓ迄の範囲の粘度を有することができる。これにより約１５分から約３０分迄の範囲のゲル化時間を提供することができる。接着剤は周囲温度において約３０から約７０迄の範囲のショアＤ硬度を有することができる。
【０１００】
接着剤をあらゆる適切な手段によって塗布することができ、また自動的又は手動のやり方で塗布することができる。接着剤が形成する継目は約０．２５インチから約１．５インチ迄の範囲の幅を有することができ、またグルーは約２０ミルから約５０ミル迄の範囲の厚さを有することができる。接着剤は紫外線光、周囲温度、加速温度等を用いて硬化させることができる。
【０１０１】
膜セルスタックをケーシングに固定するために使用することができる接着剤は低粘度を有することができ、この低粘度は反応性希釈剤を混合接着剤に添加することによって達成することができる。希釈剤を添加することによって低粘度接着剤を得ることができ、また接着剤をより簡単に塗布することができる。この低粘度は多孔性の基板へのより高い浸透度を提供することができ、また非多孔性の表面におけるより良好な湿潤を提供することができる。複数の特定の実施例においては、希釈剤を、ジグリシジルエーテル、ジグリシジルフェニルジグリシジルエーテル及びそれらの組み合わせから成るグループから選択することができる。
【０１０２】
セルスタックをケーシングに固定するために使用される接着剤は、膜を相互に固定するために使用される接着剤よりも硬質であることが考えられる。セルスタックをケーシングに固定するために使用される接着剤を、膜セルスタックの重量に耐える十分な機械的強度を有し、また流れ圧力下で変形しないように配合することができる。
【０１０３】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、セルスタックをケーシングに固定するために使用される接着剤は、周囲温度において約３００ｃｐｓから約２，０００ｃｐｓ迄の範囲の粘度を有することができる。接着剤は約３０分から約６０分迄の範囲のゲル化時間を有することができる。接着剤は周囲温度において約４５から約８０迄の範囲のショアＤを有することができる。
【０１０４】
電気浄化装を提供するために内部に膜セルスタックが位置決め及び固定されているケーシングを、装置内の流体フロー及び電流の流れを実現し、またその内部での流体及び電流を保持することができるあらゆる適切な材料から製造することができる。例えば、一つ又は複数のケーシングを、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート又はエポキシが含浸したガラス繊維から構成することができる。ケーシングに使用される材料を、押し出し成形、射出成形又は、一般的に平滑な内部を有している密構造を提供する他のプロセスによって製造することができる。継続的な流体フローの力に起因して劣化する可能性がある、ケーシングと膜セルスタックとの間の接着剤の接着を強化するために、膜セルスタックを固定することができるケーシングの内部表面の一部を処理又は修正することができる。スタック周縁のケーシングへのシーリングを改善するための表面の前処理には、接着剤の接着を高めるために、表面を破壊することができ、且つ、表面積を拡大することができる技術が含まれると考えられる。例えば、表面の前処理には、化学的、機械的、電気的又は熱的な表面の前処理及びそれらの組み合わせが含まれると考えられる。これには例えば化学的なエッチング又は機械的な粗面化が含まれると考えられる。
【０１０５】
複数の特定の実施の形態においては、ケーシング内の接着剤注入ポートが、膜セルスタックをケーシングに固定するための、ケーシング内の所望の領域への接着剤の供給を支援するために使用される。接着剤をケーシングに供給するために一つ又は複数の接着剤注入ポートを使用することができる。一つより多くの接着剤注入ポートをケーシング内の各固定個所において使用することができる。複数の特定の実施の形態においては、三つの接着剤注入ポートを、接着剤を適切なやり方で固定個所に分配するための特定の配置構成で提供することができる。複数の接着剤注入ポートを直線状に配置することができるか、又は、接着剤を所望のように供給できるようにするための特定の設計又はパターンで散在させることができる。低粘度接着剤が使用される実施例においては、膜セルスタックとケーシングとの間の接着を強化するために、膜セルスタックの複数のチャネル内に低粘度接着剤を浸透させることができる。このようにして接着剤を注入することによって、使用されている接着剤の量及び接着剤による発熱を監視することができる。
【０１０６】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、機械的なシーリング技術によって、膜を相互に固定し、且つ、膜を膜セルスタック内のスペーサに固定することができる。このシーリングを、電気浄化装置において使用されるスペーサ及び膜の内の少なくとも一方における隆起部又は溝の変形によって達成することができる。第１の膜又はスペーサにおける隆起部又は溝を第２の膜又はスペーサにおける隆起部又は溝と接合させることができる。第１の膜又はスペーサにおける隆起部又は溝を第２の膜又はスペーサにおける隆起部又は溝に連結させることができる。例えば、第１の膜又はスペーサにおける隆起部又は溝は雄の隆起部又は嵌合部であることが考えられ、この雄の隆起部又は嵌合部が、雌の隆起部又は嵌合部である第２の膜又はスペーサにおける隆起部又は溝と接合される。カチオン交換膜又はアニオン交換膜のようなイオン交換膜を、第１のスペーサと第２のスペーサとの間に位置決めし固定することができる。複数の特定の実施の形態においては、一連のスペーサ及びイオン交換膜が組み立てられて、複数の濃縮流区画室及び希釈流区画室が形成されると、それらの区画室を樹脂、例えば樹脂スラリー又は樹脂懸濁液の形の樹脂で充填することができる。
【０１０７】
図３０には、スペーサ３００４の両面におけるシールを接合するための溝３０９０を有している、射出成形された希釈スペーサ３００４の一つの実施例が示されている。各フロー区画室３０９２の一方の端部は、イオン交換樹脂ビーズを保持するが、流体フローを実現することができる開口部３０９４を除き閉じられている。スペーサ３００４の他方の端部３０９６は樹脂を充填するために開放されたものであることが考えられる。樹脂保持プレートを収容するために複数のスロット３０９８を端部に設けることができる。濃縮スペーサも同様に構成することができる。複数の特定の実施例においては、濃縮スペーサは希釈スペーサよりも薄いことが考えられる。何故ならば、複数の特定の実施の形態においては、濃縮流が希釈区画室を通るフローよりも低いことが考えられるからである。
【０１０８】
図３１には、組み立てられる前の、スペーサ３１０４のスタック及びカチオン交換膜３１００及びアニオン交換膜３１０２が横断面図で示されている。第１のスペーサ３１０４ａにおける雌の特徴部３１０１を第２のスペーサ３１０４ｂにおける雄の特徴部３１０３と接合させることができる。第２のスペーサ３１０４ｂにおける雄の特徴部３１０３を第３のスペーサ３１０４ｃにおける雌の特徴部３１０１と接合させることができる。
【０１０９】
樹脂ビーズ及び膜を通過するイオンの輸送を高めるために、樹脂ビーズを密にパッキングすることが所望される。このことは、超純水の用途における希釈区画室においては特に有利である。パッキング密度を高めるための種々の可能性があることが分かった。例えば、樹脂を塩化ナトリウムのような濃縮塩類溶液に浸漬させ、続いて区画室内に流し込むことができる。電気浄化装置の動作中、希釈流は消イオンされるので、希釈区画室内の樹脂が膨張する。また、樹脂を塩化ナトリウムのような濃縮塩類溶液に浸漬させ、続いて乾燥させることができる。続いて、樹脂を空気流に浮遊させて、区画室内に吹き込ませることができる。動作中、樹脂は流体に晒されているので、希釈区画室及び濃縮区画室の両区画室における樹脂は膨張し、また希釈流は消イオンされるので、希釈区画室における樹脂は更に膨張することになる。別の実施例においては、希釈区画室よりも前に濃縮区画室が充填される。膜は希釈区画室内に膨らむことができるようになり、それにより希釈区画室を充填することができる。動作中の希釈区画室における樹脂の膨張を、濃縮区画室内にパックされた樹脂によって強制させ、それによってパッキング密度を高めることができる。
【０１１０】
図３２には、スペーサ３２０４ａ，３２０４ｂ及び３２０４ｃを含むスペーサ３２０４及び膜の組み立てられたスタックの一部の断面図と、シールの機械的な連結の詳細図とが示されている。詳細図に示されているように、所望の数のセルペアを有しているスタックが組み立てられると、区画室３２９２を樹脂で満たすことができる。流体における樹脂のスラリーが区画室にポンピングされる。樹脂を区画室の底部における開放部３２９４に保持することができ、その一方で樹脂搬送流体はその開放部３２９４を介して流れる。区画室が充填されると、区画室内に樹脂を保持するために、溝が付けられたプレートがスライドされて固定される。続いてスタックを９０°回転させ、同様に希釈区画室を樹脂で充填することができる。
【０１１１】
図３３には、樹脂保持プレート３３０７が固定されている膜セルスタック３３０５の一部が示されている。膜セルスタック３３０５を、セルスタック３３０５の周縁に沿った特定の個所においてケーシングに固定することができる。例えば、セルスタックを、セルスタック３３０５の一つ又は複数の角３３３０において固定することができる。
【０１１２】
別の実施の形態においては、熱可塑性ゴム（ＴＲＰ；thermoplastic rubber）シールがオーバーモールドされたスペーサに膜を固定することができる。膜及びスペーサのスタックが組み立てられて圧縮された後に、濃縮流区画室及び希釈流区画室に樹脂が充填される。図３４には、リム３４０７とオーバーモールドされたシール３４０９とを備えている希釈スペーサ３４０４が示されている。オーバーモールドされたシールをスペーサの両面に設けることができる。濃縮スペーサも同様に構成することができる。複数の特定の実施例においては、濃縮スペーサを希釈スペーサよりも薄く構成することができ、また濃縮スペーサがオーバーモールドされたシールを含まないようにすることができる。
【０１１３】
図３５には、濃縮スペーサ３５１１及び希釈スペーサ３５１３を含んでいる、膜及びスペーサのスタックの一部の断面図が示されている。開放部３５９４は区画室３５９２内に樹脂を保持し、また区画室３５９２の反対側の端部における開放部又はスロット３５９８に樹脂を充填することができる。この特定の実施の形態においては環状リム３５０７が示されているが、結果として得られるセルスタックを適切にケーシングに固定できる限りは、他の形状のリム、例えば矩形、正方形又は多角形のリムも使用することができる。幾つかの実施の形態においては、ケーシングのためのリム３５０７を省略することができる。半径方向にオーバーモールドされたシール３５０９は希釈流入口／流出口マニホルド及び濃縮流入口／流出口マニホルドを隔てることができ、従って、角の固定又は注封を省略することができる。樹脂をスタックに加える前に、スタックを圧縮して、膜及びスペーサを一緒にシールすることができる。このことは、例えば、一時的なタイバー又はクランプを用いて達成することができる。
【０１１４】
図３６には、希釈区画室３６１５を樹脂で充填した後に固定された樹脂保持プレート３６０７の断面図が示されている。
【０１１５】
複数の特定の実施の形態においては、固定された膜セルスタックを提供するために、オーバーモールドされたシールによるシーリング及び雄の特徴部と雌の特徴部の接合を一緒に使用することができる。膜を雄及び雌の特徴部を備えたスペーサにシーリングすることができ、その一方で半径方向にオーバーモールドされたシール及びリムにおけるシールは希釈スペーサを濃縮スペーサにシーリングすることができる。この実施の形態においては、セルスタックをケーシングにシーリングするためにケーシング又は角のシールを使用する必要はない。
【０１１６】
複数の特定の実施の形態においては、図３７に示されているように、スクリーン領域３７２５が組み込まれている、射出成形されたスペーサ３７０４が提供される。この図面には流体フローの方向３７２７が示されている。開放部が対向する二つの縁部３７２９及び３７３１に設けられている。モールドからの部分の排出に先行して収縮されたワイヤによって開放部を形成することができる。
【０１１７】
図３８Ａ及び図３８Ｂには、図３７に関連させて説明したような縁部３８２９における開放部３８３３の詳細が示されている。図３８Ａ及び図３８Ｂには、雌の特徴部３８０１と連結することができる雄の特徴部３８０３も示されている。
【０１１８】
図３８Ｂには破線の分割線が示されている。モールドの分割線３８３５の上のストランドのセット及び分割線３８３５の下のストランドのセットでもってスペーサをモールディングすることができる。図３８Ｂに示されているようなスクリーンスペーサのストランドは半円形の断面を有しており、またストランドの二つのセットは相互に直交して配向されている。ストランドの断面形状、配向及び繰り返し頻度は、流体混合を促進するため、及び／又は、圧力降下を低減するために変更することができる。リブ又はバッフルをスペーサ内にモールディングし、フローチャネルを形成し、またフローの分散を改善することができる。
【０１１９】
複数の特定の実施の形態においては、雄の特徴部及び雌の特徴部を、流入口開放部及び流出口開放部３８３３を含む縁部の頂部と底部にそれぞれモールディングすることができる。
【０１２０】
スペーサの材料の選択を、薄い壁及び小さい寸法、例えば０．０６０インチ（１．５ｍｍ）以下のオーダでモールディングすることができる材料の能力に依存させることができる。材料は、小さい孔、有利には０．０３０インチ（０．７５ｍｍ）以下のオーダでモールディングすることができる能力も有することができる。材料は雄の特徴部と雌の特徴部を適切に連結できる適切な弾性を有することができ、また浄化すべき流体との化学的適合性も有することができる。
【０１２１】
図３９には膜及びスペーサのスタックの一部が示されている。図示されているように、雄の特徴部３９０３は雌の特徴部３９０１と連結されている。同様に、図４０においては、雄の特徴部４００３は雌の特徴部４００１と連結されている。カチオン交換膜４０００及びアニオン交換膜４００２がスペーサの間に固定されている。第１の流れ用のスペーサ４０３７は第２の流れへと向かう膜の縁部をシールし、その一方で、第２の流れ用のスペーサ４０３９は第１の流れへと向かう膜の縁部をシールする。
【０１２２】
本発明の複数の特定の実施の形態においては、区画室内の膜表面と流体のより大きい接触を提供するために、区画室内のフローを調整、再分配又は方向転換することができる。区画室内の流体フローが再分配されるように区画室を構成及び配置することができる。区画室は、この区画室を流れるフローを再分配する構造を提供することができる障害物、突起部、突出部、フランジ又はバッフルを有することができる。障害物、突起部、突出部、フランジ又はバッフルをイオン交換膜、スペーサの一部として形成することができるか、又は、それらが区画室内に設けられる付加的な分離構造であってもよい。障害物、突起部、突出部、フランジ又はバッフルを、イオン交換膜を相互に固定することができる接着剤から延長部を設けることによって形成することができる。スペーサを熱可塑性ゴムに含浸させ、突出部を形成することができ、この突出部を接着剤によって隣接する膜に接着させることができる。熱可塑性ゴムを、熱圧縮又は回転スクリーン印刷のようなプロセスを使用してスペーサに塗布することができる。区画室はイオン交換樹脂を含むことができるが、含んでいなくても良い。
【０１２３】
図４１においては、第１のイオン交換膜４１５１及び第２のイオン交換膜４１５３が、それらに隣接して配置されている第１のスペーサ４１５５及び第２のスペーサ４１５７と共に示されている。第１の流れ４１５９は第２の流れ４１６１に平行に流れるものとして示されており、これは、スペーサ４１５７の流入口４１６３から第１のバッフル４１６５及び第２のバッフル４１６７を周って流出口４１６９を通過する流れを再分配するバッフルを有している第２のスペーサ４１５７に起因する。
【０１２４】
図４２においては、第１のイオン交換膜４２５１及び第２のイオン交換膜４２５３が、それらに隣接して配置されている第１のスペーサ４２５５及び第２のスペーサ４２５７と共に示されている。第１の流れ４２５９は第２の流れ４２６１に直交して流れるものとして示されており、これは、スペーサ４２５７の流入口４２６３から第１のバッフル４２６５及び第２のバッフル４２６７を周って流出口４２６９を通過する流れを再分配するバッフルを有している第２のスペーサ４２５７に起因する。
【０１２５】
図４３及び図４４には、射出成形されたスペーサによって形成された二つの流れ用の区画室を備えた付加的な実施の形態が示されている。図４３においては、第２の流れ４３６１用のフローパスが第１の流れ４３５９と並流であるか、又は第１の流れ４３５９に対して向流である。図４４においては、第２の流れ４４６１用のフローパスが第１の流れ４４５９に直交している。スペーサの選択された固体部を、接着剤によって隣接する膜に接着することができる。択一的に、例えば超音波溶接、振動溶接又はレーザ溶接によって、膜をスペーサに熱的に接着させることができる。それらの図面に示されているように、破線の矢印は第２の流れ用の流入口マニホルド及び流出口マニホルドにおけるフローを示唆している。それらのマニホルドは、第２の流れ用のフロー区画室への流入口及び流出口に付随するものではない。従って、アノードとカソードとの間のマニホルドへと流れる漏れ電流を低減できることが期待される。
【０１２６】
本発明の幾つかの実施の形態においては、飲料水のソースを提供する方法が提供される。複数の特定の実施の形態においては、海水からの飲料水の生成を容易にする方法が提供される。この方法は、セルスタックを含んでいる電気浄化装置を提供するステップを備えることができる。この方法は更に、海水供給流を電気浄化装置の流入口に流体連通するステップを備えることができる。この方法は更に、電気浄化装置の流出口を飲料の使用場所に流体連通するステップを備えることができる。海水又は河川水は、約１０，０００ｐｐｍから約４５，０００ｐｐｍ迄の範囲にある、総溶解固形分（total dissolved solid）の濃度を有することができる。複数の特定の実施例においては、海水又は河川水は約３５，０００ｐｐｍの総溶解固形分の濃度を有することができる。
【０１２７】
この実施の形態においては、セルスタックは交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室を含むことができる。各イオン希釈区画室を、第１の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。上述したように、各イオン濃縮区画室を、第１の方向とは異なる第２の方向における流体フローが提供されるように構成及び配置することができる。更には、イオン濃縮区画室及びイオン希釈区画室それぞれを、交番的なイオン希釈区画室及びイオン除去区画室それぞれとの流体接触に関する表面積又は膜使用率の所定のパーセンテージが提供されるように構成及び配置することができる。上述したように、膜使用率が高くなるほど、電気浄化装置の動作の効率も高くなることが分かった。複数の特定の実施の形態においては、達成できる膜使用率は６５％よりも高い。複数の他の実施の形態においては、達成できる膜使用率は７５％よりも高い。複数の特定の別の実施の形態においては、達成できる膜使用率は８５％よりも高い。
【０１２８】
イオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の内の少なくとも一方はスペーサを含むことができる。スペーサは遮断スペーサであることが考えられる。これにより、飲料水のソースを提供するために、電気浄化装置を通る複数のステージ又はパスを通過する海水供給水の流れを実現することができる。
【０１２９】
区画室の構成及び配置によって、流体フローの第１の方向及び流体フローの第２の方向を選択及び提供することができる。０°の軸に沿って延びている方向としての流体フローの第１の方向が使用される場合、流体フローの第２の方向を０°よりも大きく且つ３６０°よりも小さいいずれかの角度の方向に延ばすことができる。本発明の複数の特定の実施の形態においては、第２の流体フローパスを９０°の角度で延ばすことができるか、又は、第１の流体フローパスに直交する方向に延ばすことができる。複数の別の実施の形態においては、第２の流体フローパスを第１の流体フローパスに対して１８０°の角度で延ばすことができる。
【０１３０】
本方法は更に、交番的なイオン希釈区画室及びイオン濃縮区画室の内の少なくとも一つにおいて流体を再分配するステップを備えている。流体フローが再分配又は方向転換されるように、区画室の内の一つ又は複数を構成及び配置することができる。このことは、上述したように、流体フローを再分配するための構成を提供することができる区画室を画定する特定のスペーサ又は膜の使用によって達成することができる。
【０１３１】
電気浄化装置は更に、セルスタックを包囲するケーシングを含むことができる。セルスタックの周縁の少なくとも一部をケーシングに固定することができる。電気浄化装置は更に、ケーシングとセルスタックとの間に位置決めされているフレーム又は支持構造を含むことができる。モジュール式ユニットを提供するために、フレームをセルスタックの近傍に設けることができるか、又はセルスタックに接続することができる。電気浄化装置は更に、ケーシング内に固定することができる第２のモジュール式ユニットを含むことができる。第１のモジュール式ユニットのイオン交換膜が第２のモジュール式ユニットのイオン交換膜に隣接するように、第２のモジュール式ユニットをケーシング内に固定することができる。
【０１３２】
飲料水のソースを提供する方法は、第１のモジュール式ユニットと第２のモジュール式ユニットとの間の電流及び流体フローの内の少なくとも一方を方向転換させるステップを備えることができる。このことは、例えば、第１のモジュール式ユニットと第２のモジュール式ユニットとの間に遮断スペーサを提供することによって達成することができる。
【０１３３】
モジュール式ユニットをケーシングに固定するために、ブラケットアセンブリをフレームとケーシングとの間に位置決めすることができる。
【０１３４】
本発明の装置及び方法を使用して、総溶解固形分の濃度の種々の濃度を有している他の種類の供給水を処理又は加工することができる。例えば、約１，０００ｐｐｍから約１０，０００ｐｐｍ迄の範囲にある総溶解固形分を有しているかん水を処理し、飲料水を生産することができる。約５０，０００ｐｐｍから約１５０，０００ｐｐｍ迄の範囲にある総溶解固形分を有している塩水を処理し、飲料水を生産することもできる。幾つかの実施の形態においては、例えば海洋のような水体への廃棄を目的として、約５０，０００ｐｐｍから約１５０，０００ｐｐｍ迄の範囲の総溶解固形分を有している塩水を処理し、より低い総溶解固形分を有している水を生産することができる。
【０１３５】
上記においては本発明の複数の実施例を説明したが、本発明及びそれと同等のものの思想及び範囲から逸脱することなく、特許請求の範囲に記載されているように、本発明において多くの修正、付加及び削除を成すことができる。
【０１３６】
当業者であれば、本明細書において記述した種々のパラメータ及び構成は例示的なものであることを意味しており、実際のパラメータ及び構成は、本発明の電気浄化装置及び方法が使用される特定の用途に依存することになることが容易に理解される。
【０１３７】
当業者であれば、僅かな日常的な実験によって、多くのものが本明細書において開示された特定の実施の形態に相当するものであることが分かるか、又はそれを確認することができる。例えば、当業者であれば、本発明による装置及びその構成要素は更にシステムのネットワークを含むことができるか、又は水浄化システム又は水処理システムの構成要素で良いことが分かる。従って、上記において説明した複数の実施の形態は単に例示を目的として説明したに過ぎず、添付の特許請求の範囲及びそれに同等のものの範囲において、本発明による電気浄化装置及び方法を上記において説明した特定のやり方とは異なるやり方で実施することもできる。本発明による複数の装置及び方法は、本明細書において説明した個々の特徴又は方法の各々に向けられたものである。更には、二つ又は複数のそのような特徴、装置又は方法のあらゆる組み合わせも、そのような特徴、装置又は方法が相互に矛盾しない場合には、本発明の範囲に含まれる。
【０１３８】
例えば、ケーシングは一つ又は複数の膜セルスタック又はモジュール式ユニットをその内部において固定できるようなあらゆる適切な幾何学的形状を有することができる。例えば、ケーシングは円柱形、多角形、正方形又は矩形であることが考えられる。膜セルスタック及びモジュール式ユニットに関しては、セルスタック又はモジュール式ユニットをケーシング固定できる限りはあらゆる適切な幾何学的形状が許容される。例えば、膜又はスペーサの形状は矩形であることが考えられる。複数の特定の実施の形態においては、ケーシングは必要とされないことも考えられる。膜及びスペーサの幾何学的形状は、膜及びスペーサをセルスタック内に固定することができるあらゆる適切な幾何学的形状を有することができる。複数の特定の実施の形態においては、セルスタックにおける特定の数の角又は頂点が所望されることが考えられる。例えば、セルスタックをケーシングに固定するために、三つ又はそれ以上の数の角又は頂点が所望されることが考えられる。複数の特定の実施の形態においては、電気浄化装置の動作パラメータを適応させるために、ケーシング、セルスタック、膜及びスペーサのいずれかの幾何学的形状を選択することができる。例えば、希釈流のフローレートと濃縮流のフローレートの差異を適応させるために、スペーサは非対称的であることが考えられる。
【０１３９】
更には、当業者であれば種々の代替的な実施の形態、修正形態及び改善形態に容易に想到できることが分かる。そのような代替的な実施の形態、修正形態及び改善形態は本発明の一部であることを想定しており、また本発明の思想及び範囲内にあるものであることを想定している。例えば、本発明の一つ又は複数の態様のいずれかを利用するために、又は、取り入れるために、既存の機能を修正することができる。従って、幾つかのケースにおいては、装置及び方法は、電気浄化装置を構成するために既存の機能を接続すること又は構成することを含むことができる。つまり、上記の説明及び図面に示されたものは単なる例示に過ぎない。更には、図面に図示されたものは本発明を特定の図示された表現に制限するものではない。
【０１４０】
本明細書において使用されているように、「複数の」という表現は二つ又はそれ以上の項目又は構成要素を表す。明細書又は特許請求の範囲等に記載されている、「備える」、「具備する」、「持つ」、「有する」、「含む」及び「伴う」という表現は、拡大解釈可能な表現であって、「〜を含んでいるが、それらの限定されるものではない」ということを意味している。従って、そのようは表現の使用は下記に挙げる項目及びそれらと同等の項目、並びに付加的な項目を包含することを意図している。「から成る」および「実質的に〜から成る」という移行句だけは、特許請求の範囲に関して、それぞれ制限的又は半制限的な移行句である。クレーム要素を修飾するための特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数詞の使用は、それ自体単独で、優先度、優先順位、又は、あるクレーム要素の別のクレーム要素よりも上位の順序若しくは方法の実施における一時的な順序についての意味を何ら含んでおらず、複数のクレーム要素を区別するために、特定の名称を有しているあるクレーム要素を、同一の名称を有している（しかしながら序数詞を使用すべき）他のクレーム要素を区別するための標号として使用されるものに過ぎない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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