(57)【要約】  スケール生成能が低い電気化学的処理装置が開示されている。この装置は、アニオン交換及びカチオン交換の層化を目的とした各種の構成を有している。この処理装置は、更に、サイズの不揃いなイオン交換樹脂ビーズを含有してなるか及び／又は支配的な抵抗を与え、その結果、装置全体を通して均一な電流の分布を生じる、少なくとも一つの区画室を備えてなる。
2009541032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極区画室及び陰極区画室を有する電気脱イオン装置であって、
陽極区画室と陰極区画室の間に配置された第一の減少区画室；
第一の減少区画室とイオン的に連通している濃縮区画室；
濃縮区画室とイオン的に連通している第二の減少区画室；並びに
第一の減少区画室と、陽極区画室及び陰極区画室の少なくともいずれかと、イオン的に連通しており、その間に配置されている第一のバリヤーセル；を、
備えてなる電気脱イオン装置。
【請求項２】
第一のバリヤーセルが、第一の減少区画室に隣接して配置されたカチオン選択性膜によって、少なくとも部分的に画定されている、請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
第一のバリヤーセルが、アニオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定され、陰極区画室に隣接して配置されている、請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
第一のバリヤーセルが、アニオン交換媒体とカチオン交換媒体との混合物を含んでなる、媒体の層を含む請求項３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
陰極区画室がアニオン交換媒体とカチオン交換媒体との混合物を含む、請求項４に記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
第二の減少区画室にイオン的に連通している第二のバリヤーセルを更に備えてなり、第二のバリヤーセルが陽極区画室と第二の減少区画室の間に配置されている、請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項７】
第二のバリヤーセルが、第二の減少区画室に隣接して配置されたアニオン選択性膜によって、少なくとも部分的に画定されている、請求項６に記載の電気脱イオン装置。
【請求項８】
第二のバリヤーセルが、陽極区画室に隣接して配置されたカチオン選択性膜を、更に備えてなる、請求項７に記載の電気脱イオン装置。
【請求項９】
第二のバリヤーセルが、アニオン交換媒体とカチオン交換媒体との混合物を含有してなる、媒体の層を含む、請求項８に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１０】
陽極区画室がカチオン交換媒体を含む、請求項８に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１１】
減少区画室；並びに
減少区画室とイオン的に連通し、アニオン選択性膜及びカチオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定され、アニオン交換媒体から実質的に構成されている第二のゾーンによってアニオン選択性膜から実質的に分離されているカチオン交換媒体から実質的に構成されている第一のゾーンを少なくとも部分的に含む、第一の濃縮区画室；を、
備えてなる電気脱イオン装置。
【請求項１２】
減少区画室とイオン的に連通している第二の濃縮区画室を更に含み、第二の濃縮区画室がカチオン選択性膜及びアニオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定され、イオン交換媒体を含有してなる第一の部分とイオン交換媒体を含有してなる第二の部分とを含み、第一及び第二の部分のそれぞれが、第二の濃縮区画室の長さ方向のセグメントを部分的に満たしている、請求項１１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１３】
第一の部分が、カチオン交換媒体によって支配的に構成され、第二の濃縮区画室のカチオン選択性膜に隣接して配置されている、請求項１２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１４】
第二の部分が、実質的にアニオン交換媒体によって構成され、カチオン交換媒体の第一の部分によって第二の区画室のカチオン選択性膜から実質的に分離されている、請求項１３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１５】
第一及び第二の濃縮区画室の少なくともいずれかが電気化学的に不活性な媒体を更に含有してなる、請求項１１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１６】
第一の濃縮区画室の入口と流体的に連通状態にある酸性溶液の源を更に備えてなる、請求項１１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１７】
カチオン交換媒体が弱酸性のカチオン交換樹脂を含有してなる、請求項１１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１８】
アニオン交換媒体が弱塩基性のアニオン交換樹脂を含有してなる、請求項１１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１９】
減少区画室；
減少区画室とイオン的に連通しており、第一の実効電流抵抗を有する媒体を含有してなる、第一の濃縮区画室；及び
減少区画室とイオン的に連通しており、その一部が、第一の実効電流抵抗よりも大きい第二の実効電流抵抗を有する媒体を、含有してなる、第二の濃縮区画室；を、
備えてなる電気脱イオン装置。
【請求項２０】
第二の濃縮区画室の少なくとも一部の有効抵抗が第一の有効抵抗の２倍以上大きい、請求項１９に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２１】
第二の濃縮区画室が不活性媒体を含有してなる、請求項１９に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２２】
減少区画室；並びに
減少区画室とイオン的に連通しており、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を含有してなる、濃縮区画室；を、
備えてなる電気脱イオン装置であって、
混合物中のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の量が濃縮区画室の流路の長さに応じて変化する、電気脱イオン装置。
【請求項２３】
アニオン交換樹脂の相対的な量が濃縮区画室の流路に沿って増加する、請求項２２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２４】
カチオン交換樹脂の相対的な量が濃縮区画室の流路に沿って増加する、請求項２２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２５】
複数の開口部を有する分配器によって画定される少なくとも一つの出口を備えた少なくとも一つの区画室を有する電気脱イオン装置であって、
複数のイオン選択性膜によって区切られた区画室の中の第一粒子層（ここで、粒子は、開口の最小寸法よりも小さい第一の有効直径を有する媒体を含有してなるものである。）；及び
区画室中、第一の層よりも下流側の第二粒子層（ここで、第二粒子層は、第一の有効直径よりも大きく、且つ、開口の最小寸法よりも大きい第二の有効直径を有するものである。）；を、
含有してなる電気脱イオン装置。
【請求項２６】
第一の粒子層の上流側に配置された第三の粒子層を更に含有してなる、請求項２５に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２７】
第三の層が、第二の層の粒子とほぼ同じ有効直径を有する粒子を、含有してなる、請求項２６に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２８】
第二の層がイオン交換樹脂を含有してなる、請求項２５に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２９】
第一の層がイオン交換樹脂を含有してなる、請求項２５に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３０】
第三の層がイオン交換樹脂を含有してなる、請求項２５に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３１】
処理すべき水の源；
減少区画室及び濃縮区画室を備えてなり、処理すべき水の源と流体的に連通している、処理モジュール；
酸発生区画室を備えてなり、濃縮区画室の上流側で流体的に連通している、電解モジュール；並びに
電解モジュールの酸発生区画室の入口と流体的に連通しているブライン溶液源；を、
備えてなる電気脱イオンシステム。
【請求項３２】
減少区画室の出口が酸発生区画室の入口と流体的に連通している、請求項３１に記載の電気脱イオンシステム。
【請求項３３】
電解モジュールが、酸発生区画室にイオン的に連通した塩基発生区画室を、更に備えてなる、請求項３２に記載の電気脱イオンシステム。
【請求項３４】
濃縮区画室の出口が塩基発生区画室の出口と流体的に連通している、請求項３３に記載の電気脱イオンシステム。
【請求項３５】
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を含む区画室を備えてなり、アニオン交換樹脂がカチオン交換樹脂の平均直径よりも１．３倍以上大きい平均直径を有する、電気脱イオン装置。
【請求項３６】
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を含む区画室を備えてなり、カチオン交換樹脂がアニオン交換樹脂の平均直径よりも１．３倍以上大きい平均直径を有する、電気脱イオン装置。
【請求項３７】
処理すべき水の源；
複数の濃縮及び減少区画室を備えてなり、処理すべき水の源と流体的に連通している、電気脱イオン装置；
電気脱イオン装置の少なくとも一つの濃縮区画室の中に導入されるべき水と熱的に連通している冷却器；
濃縮区画室の中に導入されるべき水及び濃縮区画室から出てくる水のうちの少なくともいずれかの温度の表示するために配置されたセンサー；並びに
温度表示を受け、且つ、濃縮区画室の中に導入されるべき水の冷却を促進させる信号を発生するように、構成された制御装置；を、
備えてなる水処理システム。
【請求項３８】
制御装置が、濃縮区画室の中に導入されるべき水の温度を目標温度に調節するように、構成されている、請求項３７に記載の水処理システム。
【請求項３９】
制御装置が、濃縮区画室の中に導入されるべき水及び濃縮区画室から出てくる水のうちの少なくともいずれかの有効ランゲリエ飽和指数（ＬＳＩ）値を計算し、且つ、その計算されたＬＳＩ値に少なくとも部分的に基づいて目標温度を定めるように、構成されている、請求項３８に記載の水処理システム。
【請求項４０】
カチオン選択性膜及びアニオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定された減少区画室；並びに
アニオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定され、アニオン交換媒体の第一の層と第一の層の下流に配置された媒体の第二の層とを含む（ここで、第二の層がアニオン交換媒体及びカチオン交換媒体を含有してなるものである。）濃縮区画室；
を備えてなる電気脱イオン装置。
【請求項４１】
第二の層が、アニオン交換媒体で構成されてなる第二のゾーンによってアニオン選択性膜から実質的に分離されているカチオン交換媒体で構成されてなる、第一のゾーンを含有してなる、請求項４０に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４２】
第二の層が第一の層の下流側に配置されている、請求項４０に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４３】
濃縮区画室中の流れの温度、濃縮区画室中に導入されるべき流れの温度及び濃縮区画室から出ていく流れの温度、の内の一つを測定すること；
濃縮区画室中に導入されるべき水の温度を所定の温度へと低下させること；
処理すべき水を減少区画室に導入すること；及び
電気脱イオン装置において処理すべき水から少なくとも１種の望ましくない化学種の少なくとも一部を除去すること；
を含んでなる、減少区画室及び濃縮区画室を有する電気脱イオン装置において水を処理する方法。
【請求項４４】
濃縮区画室中に導入されるべき流れの温度を目標値に維持することを更に含んでなる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
濃縮区画室中に導入されるべき流れ及び濃縮区画室から出ていく流れの内の少なくとも一つのランゲリエ飽和指数（ＬＳＩ）値を測定すること、及び、少なくとも部分的にＬＳＩ値に基づいた目標値を決めることを更に含んでなる、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
電気脱イオン装置の減少区画室の中に、アニオン性及びカチオン性の化学種を有する水を、導入すること；
電気脱イオン装置の減少区画室と陰極区画室との間に配置された第一のバリヤーセル中への、少なくとも一部のカチオン性化学種の輸送を促進すること；並びに、
電気脱イオン装置の減少区画室と陽極区画室との間に配置された第二のバリヤーセル中への、少なくとも一部のアニオン性化学種の輸送を促進すること；
を含んでなる、電気脱イオン装置において水を処理する方法。
【請求項４７】
カチオン性化学種の少なくとも一部の輸送を促進させることが、第一のバリヤーセルから陰極区画室へのカチオン性化学種の輸送を抑制することを含んでなる、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
アニオン性化学種の少なくとも一部の輸送を促進させることが、第二のバリヤーセルから陽極区画室へのアニオン性化学種の輸送を抑制することをふくんでなる、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
減少区画室から出て行く水の少なくとも一部を陰極区画室及び陽極区画室の内の少なくともいずれかに導入することを更に含んでなる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
濃縮区画室を通過する流体の流速を、１平方フィート当たり２ガロン／分より大きく維持することを更に含んでなる、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
処理すべき水を電気脱イオン装置の減少区画室中に導入すること；
電気脱イオン装置の減少区画室から濃縮区画室の中への、望ましくない化学種の輸送を促進させること（ここで、濃縮区画室は、アニオン交換媒体の第一の層と第一の層の下流に配置された第二の媒体の層とを含み、第二の層はアニオン交換媒体とカチオン交換媒体との混合物を含有してなるものである。）；
を含んでなる、減少区画室及び濃縮区画室を有する電気脱イオン装置中で水を処理する方法。
【請求項５２】
処理すべき水を電気脱イオン装置の、少なくとも１層のイオン交換媒体を有する、減少区画室の中に導入すること；及び
減少区画室に導入された水からのアニオン性化学種の少なくとも一部の、イオン交換媒体の第一の層から第一の濃縮区画室の中への、輸送を促進して、第一の中間的品質を有する水を製造すること（ここで、第一の濃縮区画室は、アニオン選択性膜及びカチオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定されており、第一の濃縮区画室は、アニオン交換媒体を含有してなる第二のゾーンによってアニオン選択性膜から実質的に分離されているカチオン交換媒体を含有してなる第一のゾーンを、少なくとも部分的に含むものである。）を、
含んでなる、水を処理する方法。
【請求項５３】
第一の濃縮区画室を通過する流体の流速を１平方フィート当たり２ガロン／分より大きく維持することを、更に含んでなる請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
望ましくない化学種を含んでなる処理すべき水を、電気脱イオン装置の減少区画室中に、導入すること；
望ましくない化学種の、電気脱イオン装置の減少区画室から濃縮区画室への輸送を、推進して処理された水を製造すること；
補助モジュール中で電解的に酸溶液を発生させること；及び
酸溶液の少なくとも一部を濃縮区画室の中に導入すること；
を含んでなる、
電気脱イオン装置中で水を処理する方法。
【請求項５５】
酸溶液を電解的に発生させることが、補助モジュール中にハロゲン化物塩溶液を導入することを、含んでなる、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
酸溶液を発生させながら補助モジュール中で塩基性溶液を発生させることを更に含んでなる、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
濃縮区画室からの出口流を塩基性溶液で中和することを更に含んでなる、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
処理された水の一部をブライン溶液と混合し、混合物を補助モジュール中に導入することを更に含んでなる、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
濃縮区画室の中に酸溶液を導入することが、濃縮区画室の中に４．３より低いｐＨを有する酸性溶液を導入することを、含んでなる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
濃縮区画室中の液体の少なくとも一部を脱気することを更に含んでなる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
処理すべき水の源；並びに
第一の減少区画室及び第二の減少区画室（ここで、第一及び第二の減少区画室のそれぞれは、その処理すべき水の源と並行流の形態で流体的に連通されている。）、第一の減少区画室とイオン的に連通した第一の濃縮区画室、及び
第一の濃縮区画室の下流と流体的に連通されている第二の濃縮区画室を備えてなる電気脱イオン装置；を、
備えてなる水処理システム。
【請求項６２】
電気脱イオン装置が、第一の濃縮区画室の上流側と流体的に連通されている第一の電極区画室を、更に含んでなる、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
その中で液体が並行流路に沿って流れるように構成された複数の減少区画室、及び
少なくとも一つの減少区画室とイオン的に連通した複数の濃縮区画室（ここで、濃縮区画室の少なくとも一部が直列に配列されている。）を、
備えてなる電気脱イオン装置。
【請求項６４】
複数の濃縮区画室が、電気脱イオン装置を通過する単一の流路を、画定する、請求項６３に記載の電気脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スケール生成能が低い、水処理のシステム及び方法に関し、更に詳しくは、電気刺激による分離装置を利用するシステムにおいてスケール生成能を低下させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
これらに限定される訳ではないが、電気透析及び電気脱イオン装置を始めとする電気刺激による分離装置が水を処理するために使用されてきた。例えば、リャン（Ｌｉａｎｇ）らの米国特許第６，６４９，０３７号明細書には、イオン化可能な化学種を除去することによって流体を精製するための電気脱イオン装置及び方法が開示されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一以上の側面は、陽極区画室及び陰極区画室を有する電気脱イオン装置に関する。電気脱イオン装置は、陽極区画室と陰極区画室との間に配置された第一の減少区画室、この減少区画室とイオン的に連通している濃縮区画室、この濃縮区画室とイオン的に連通している第二の減少区画室、及び第一の減少区画室と陽極区画室及び陰極区画室の内の少なくともいずれかとの間に配置され、これらとイオン的に連通した第一のバリヤーセルを備えてなる。
【０００４】
本発明の他の側面は、減少区画室及びこの減少区画室とイオン的に連通している第一の濃縮区画室を備えてなり、アニオン選択性膜及びカチオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定された、電気脱イオン装置に関する。この第一の濃縮区画室は、典型的には、少なくとも部分的に、アニオン交換媒体から実質的に構成されてなる第二のゾーンによってアニオン選択性膜から実質的に分離されているカチオン交換媒体から実質的に構成されてなる第一のゾーンを含んでいる。
【０００５】
本発明の更に他の側面は、減少区画室、減少区画室とイオン的に連通している第一の濃縮区画室、及び減少区画室とイオン的に連通している第二の濃縮区画室を備えてなる、電気脱イオン装置に関する。この第一の濃縮区画室は、典型的には、第一の実効電流抵抗を有する媒体を含み、そして第二の濃縮区画室はその一部に、第一の実効電流抵抗よりも大きい第二の実効電流抵抗を有する媒体を含んでいる。
【０００６】
本発明の更に他の側面は、減少区画室と、この減少区画室とイオン的に連通している濃縮区画室とを備えてなる電気脱イオン装置に関する。濃縮区画室は、典型的には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を含み、混合物中のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の量は、濃縮区画室の流路の長さに応じて変化させる。
【０００７】
本発明の更に他の側面は、複数の開口部を有する分配器によって画定される少なくとも一つの出口を有する少なくとも一つの区画室を有する電気脱イオン装置に関する。電気脱イオン装置は、イオン選択性膜によって区切られた区画室の中に、粒子の第一の層を含むことができる。それらの粒子は、開口の最小寸法よりも小さい第一の有効直径を有する媒体を含むことができる。電気脱イオン装置は更に、区画室中、第一の層よりも下流側に、粒子の第二の層を含む。粒子の第二の層は、典型的には、第一の有効直径よりも大きく、且つ、開口の最小寸法よりも大きい第二の有効直径を有する。
【０００８】
本発明の更なる側面は、処理すべき水の源；減少区画室と濃縮区画室とを備えてなり、処理すべき水の源と流体的に連結されている処理モジュール；酸発生区画室を備えてなる電解モジュール；並びに、電解モジュールの酸発生区画室の入口と流体的に連通しているブライン溶液源；を含む、電気脱イオンシステムに関する。電解モジュールは、濃縮区画室の上流に流体的に連結されている。
【０００９】
本発明の側面は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を含む区画室を備えてなる、電気脱イオン装置に関する。アニオン交換樹脂は、カチオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍大きい平均直径を有している。
【００１０】
本発明の側面は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を含む区画室を備えてなる、電気脱イオン装置に関する。カチオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂の平均直径の少なくとも１．３倍大きい平均直径を有している。
【００１１】
本発明の更に他の側面は、処理すべき水の源；複数の濃縮区画室及び減少区画室を備えてなり、処理すべき水の源と流体的に連通している電気脱イオン装置；電気脱イオン装置の少なくとも一つの濃縮区画室の中に導入されるべき水と熱的に連通している冷却器；濃縮区画室の中に導入されるべき水及び濃縮区画室から出てくる水の少なくともいずれかの温度を表示するために配置されたセンサー；並びに、その温度表示を受け、且つ、濃縮区画室の中に導入されるべき水の冷却を促進させる信号を発生するように構成された制御装置：を含む水処理システムに関する。
【００１２】
本発明の更に他の側面は、カチオン選択性膜及びアニオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定された減少区画室、並びに、アニオン選択性膜によって少なくとも部分的に画定され、アニオン交換媒体の第一の層とこの第一の層の下流に配置された媒体の第二の層を含み、ここで、第二の層がアニオン交換媒体及びカチオン交換媒体を含有してなるものである、濃縮区画室、を備えてなる電気脱イオン装置に関する。
【００１３】
本発明の更に他の側面は、減少区画室及び濃縮区画室を有する電気脱イオン装置中において水を処理する方法に関する。この方法は、濃縮区画室の中の流れの温度、濃縮区画室の中へ導入されるべき流れの温度及び濃縮区画室から出ていく流れの温度、の内の一つを測定すること；濃縮区画室の中に導入されるべき水の温度を所定の温度へと低下させること；処理すべき水を減少区画室に導入すること；並びに、電気脱イオン装置において処理すべき水から少なくとも１種の望ましくない化学種の少なくとも一部を除去すること；を含んでなる。
【００１４】
本発明の更に他の側面は、アニオン性及びカチオン性の化学種を有する水を電気脱イオン装置の減少区画室の中に導入すること；電気脱イオン装置の減少区画室と陰極区画室との間に配置された第一のバリヤーセルの中への、少なくとも一部のカチオン性化学種の、輸送を促進させること；並びに、電気脱イオン装置の減少区画室と陽極区画室との間に配置された第二のバリヤーセルの中への、少なくとも一部のアニオン性化学種の、輸送を促進すること；を含んでなる、電気脱イオン装置において水を処理する方法に関する。
【００１５】
本発明の更に他の側面は、減少区画室及び濃縮区画室を有する電気脱イオン装置中で水を処理する方法に関する。この方法は、処理すべき水を電気脱イオン装置の減少区画室中に導入すること；電気脱イオン装置の減少区画室から濃縮区画室の中への、望ましくない化学種の輸送を促進させることを含んでなる。濃縮区画室は、典型的には、アニオン交換媒体の第一の層と第一の層の下流に配置された媒体の第二の層とを含むことができ、第二の層は、アニオン交換媒体とカチオン交換媒体との混合物を含むことができる。
【００１６】
本発明の更に他の側面は、電気脱イオン装置の減少区画室（ここで、この減少区画室は少なくとも１層のイオン交換媒体を含む。）の中に処理すべき水を導入すること；及び、減少区画室の中に導入された水からのアニオン性化学種の少なくとも一部の、イオン交換媒体の第一の層から第一の濃縮区画室の中への輸送を促進して、第一の中間的品質を有する水を製造すること；を含んでなる水を処理する方法に関する。第一の濃縮区画室は、少なくとも部分的に、アニオン選択性膜及びカチオン選択性膜によって画定される。第一の濃縮区画室は、アニオン交換媒体から構成されている第二のゾーンによってアニオン選択性膜から実質的に分離されているカチオン交換媒体から構成されている第一のゾーンを、少なくとも部分的に、含んでいる。
【００１７】
本発明の更に他の側面は、電気脱イオン装置において水を処理する方法に関する。この方法は、電気脱イオン装置の減少区画室中に、望ましくない化学種を含んでなる処理すべき水を、導入すること；電気脱イオン装置の減少区画室から濃縮区画室への望ましくない化学種の輸送を推進して、処理された水を製造すること；補助モジュール中で電解的に酸溶液を発生させること；及び、酸溶液の少なくとも一部を濃縮区画室の中に導入すること；を含んでなる。
【００１８】
本発明の更なる側面は、処理すべき水の源；並びに、第一の減少区画室及び第二の減少区画室（ここで、第一及び第二の減少区画室のそれぞれは、その処理すべき水の源と並行流の形態で流体的に連通されている。）、並びに、第一の減少区画室とイオン的に連通した第一の濃縮区画室及び第一の濃縮区画室の下流と流体的に連通されている第二の濃縮区画室；を備えてなる電気脱イオン装置、を備えてなる水処理システムに関する。
【００１９】
本発明の他の側面は、その中で流体が並行流路に沿って流れるように構成された複数の減少区画室、及び少なくとも一つの減少区画室とイオン的に連通した複数の濃縮区画室（ここで、濃縮区画室の少なくとも一部は、直列に配列されている。）を備えてなる、電気脱イオン装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付の図面は、縮尺通りに描かれている訳ではない。図面においては、異なった図面の中に示された、それぞれ同一又はほぼ同一の構成要素は、同様の番号で表わされている。簡明化のため、番号は、全図面の全構成要素には、つけていない。
【００２１】
本発明は、これらに限定される訳ではないが、米国特許第４，６３２，７４５号明細書、第６，６４９，０３７号明細書、第６，８２４，６６２号明細書及び第７，０８３，７３３号明細書に開示されているような、充填区画室電気脱イオン（ＣＥＤＩ）装置のような電気駆動式の分離装置を提供するが、これらの特許のそれぞれを、参考として引用し本明細書に組み入れるものとする。特に、本発明の一以上の側面を実施する実施態様は、ある場合には、スケールの生成能が低いか、又はスケールを生成しにくいことで特徴付けられる。本発明の各種の側面を、電気脱イオン装置を含む実施態様を通じて提示するが、本発明のそのような各種の側面は、他の電気駆動又は誘導の分離装置で実施して、少なくとも１種の望ましくない化学種を有する流体の処理を促進することができる。本発明の特に適切な側面は、水流や水体（ｗａｔｅｒ  ｂｏｄｙ）から、少なくとも１種の溶解化学種を処理又は除去するために使用される電気脱イオン装置に関する。従って、本発明の各種の側面は、有利なことには、スケールを形成する可能性が高い水を処理するために構成され又は運転される電気脱イオン装置を提供することができる。
【００２２】
本発明の一つの側面を、図１に示した例示的な実施態様において実施することができるが、この図は電気脱イオン装置１００の一部を模式的に示している。電気脱イオン装置は、典型的には、少なくとも一つの濃縮区画室１１２及び少なくとも一つの減少区画室１１４を含み、これらはセルペア１１５を構成し、相互にイオン的に連通するように配置され、好ましくは陽極区画室１２０と陰極区画室１２２との間に配置され、これらとイオン的に連通している。本発明の一つの有利な実施態様においては、電気脱イオン装置は、更に、移動化学種を捕捉することができる少なくとも一つのバリヤーセル１３０を備えていてもよい。例えば、電気脱イオン装置１００は、陽極区画室１２０及び陰極区画室１２２に隣接して配置された、バリヤーセル又は中性セル１３０及び１３２を有することができる。バリヤーセルは、典型的には、電極区画室のための緩衝域を与えて、化学種を分離したり、化学種が局所的なスケール生成を形成することを防止したりする。電気脱イオン装置は、典型的には、局所的な領域、特に電解反応に寄与する点又は表面、におけるｐＨを上げる水酸化物イオンを発生させる。そのような局所的な領域や、更には電極区画室では、典型的には、その液体の全体よりは高いｐＨ条件を有している。バリヤーセルが、水処理の間に一以上の減少区画室から輸送されてくるスケール形成性の化学種から、そのような高いｐＨ領域を隔離する作用を果たすことができるので、それによって、スケール生成能が抑制され又は少なくとも減少される。図１に例示的に示したように、電気脱イオン装置１００は、少なくとも１種の沈殿可能な成分、例えばＣａ2+、をスケールの生成に寄与する成分、例えばＯＨ-、からイオン的に隔離する、バリヤーセル１３０を備える。典型的には、一以上のバリヤーセル１３０は、隣接の区画室への、ＯＨ-のようなアニオン性化学種の移動は許すが、他方、カチオン性化学種の更なる移動は禁止するようなアニオン選択性膜１４０Ａによって、少なくとも部分的に、画定することができる。図示されているように、バリヤーセル１３０は、濃縮区画室１１２に隣接させて配置することができる。一以上のそのようなバリヤーセルは、カチオン選択性膜１４０Ｃによって部分的に更に画定することもできる。このようにすることによって、沈殿可能な化合物の成分、例えばＣａ2+、が、電極区画室１２０のような、典型的には水酸化物化学種の生成に起因する高いｐＨの局所的領域を有する区画室中に、導入されるのを防ぐことができる。
【００２３】
本発明の他の実施態様は、中性であるか若しくは弱くイオン化された、又は少なくともイオン化させることが可能である化学種、例えばＳｉＯ2（これに限定される訳ではない）、を分離するバリヤーセルを含むことができる。シリカは、その濃度が高すぎたり、又は、例えば高いｐＨから中性のｐＨへの変化のような、ｐＨ変化が起きたりすると、バルクの液体から沈殿する可能性がある。電気脱イオン装置においては、シリカは、典型的には、高ｐＨにおいてイオン化状態にある内に、除去される。水素イオンが発生し、従って、その中を低ｐＨ又は中性ｐＨの液体が流れる、電気脱イオン装置１００の陽極区画室１２２をイオン的に隔離するために、一以上のバリヤーセル１３２を配置することができる。シリカがアニオン選択性膜１４０Ａを通過して、減少区画室１１４から濃縮区画室１１２の中へと移動した後、その中を高ｐＨ液体が流れるバリヤーセル１３２によって捕捉されて、中性又は中性に近いｐＨを有する低ｐＨ又は中性ｐＨの区画室に更に移動することが抑制され、それによって、重合してシリカスケールとなる可能性が低減される。セル１３２は、セル１３０と同様に、少なくとも部分的には、カチオン選択性膜１４０Ｃ及びアニオン選択性膜１４０Ａによって画定することができる。従って、バリヤーセル１３２は、ｐＨ沈殿性の化学種を捕捉して、そのような化学種の沈殿を防止し又は少なくとも抑制するのに役立つ。バリヤーセル１３２は、少なくとも部分的に、アニオン交換媒体及びカチオン交換媒体又はこれらの混合物を更に含むことができる。更に、一以上のバリヤーセルは、電気脱イオン装置の組立に役立ったり、例えばその装置の運転中に、抵抗又は流れの分布のような望ましい特性を与えたりする、不活性媒体又は他の充填剤物質を、更に含むことができる。同様にして、濃縮区画室、減少区画室及び電極区画室の内の一以上は、少なくとも部分的に、アニオン及びカチオン交換媒体の混合物を含むことができる。事実、濃縮区画室及び電極区画室におけるアニオン及びカチオン交換媒体の混合物は、沈殿可能な化学種を選択性膜から遠ざけるように輸送することを容易にすることによって、スケール生成能を更に低下させることが可能であり、そのことによって、単一のタイプの活性交換媒体を有する区画室又は区画室の領域で起こりうる、イオン性化学種の蓄積が避けられる。
【００２４】
本発明のいくつかの実施態様においては、陽極区画室は、少なくとも部分的に、実質的に酸化抵抗性物質からなる媒体を含むことができる。従って、例えば、市販されているカチオン樹脂のような耐久性のある高架橋イオン交換樹脂を、酸化性雰囲気が存在しうる陽極区画室の中で使用することができる。更に、陽極区画室の中で使用した場合、カチオン交換樹脂は、塩化物イオンが、そのような化学種が酸化性塩素に転化される可能性がある、陽極表面に移動することを防止し又は抑制することができる。
【００２５】
本発明の装置は、ＣａＣＯ3として１ｍｇ／Ｌより大きい硬度、又は１ｍｇ／Ｌより大きいシリカ含量、又はその両方を有する水を処理することができる。従って、本発明の装置及び方法は、従来からの操作限界の枠に閉じ込められることがなく、処理システムにおいて使用した場合、処理すべき水を軟化させたりシリカを除去したりすることを目的とした少なくとも一つの単位操作を減らすことが可能である。このことは、有利なことには、資本コスト及び運転コストを抑制しながら、その処理システムの信頼性、利便性、更には処理能力を改良することを可能とする。例えば、本明細書に記載の一以上の電気脱イオン装置を備えてなる本発明の処理システムは、２経路（ｔｗｏ  ｐａｔｈ）の逆浸透（ＲＯ）サブシステムを使用することなく水を処理することができ、しかも、硬度原因成分を除去し又はシリカの濃度を抑制するための２経路ＲＯ装置を、電気脱イオン装置の前で、使用したシステムと同等又は匹敵する品質を有する水を供給することが可能である。
【００２６】
本発明の更なる側面は、層状の媒体をその中に含む、少なくとも一つの減少区画室及び／又は少なくとも一つの濃縮区画室を備える、電気脱イオン装置に関する。例えば、電気脱イオン装置１００の一以上の減少区画室１１２は、少なくともその一部に、第一の目標の、典型的にはイオン化された、化学種の輸送又は移動を促進する活性媒体を含有する、粒子の第一の層１１２Ａを含有していてもよい。減少区画室１１２は、少なくとも部分的に、第一の目標の化学種、第二の目標の化学種又はその両方の輸送を促進する活性媒体を含有してなる、第二の層１１２Ｂを更に含有することもできる。第一の層１１２Ａは、第一の有効直径を有する粒子を含有し、第二の層１１２Ｂは、第二の有効直径を有する粒子を有することができる。更なる実施態様においては、減少区画室１１２の中に第三の層１１２Ｃを含むことも可能である。第三の層１１２Ｃは、第三の有効直径を有する、活性媒体若しくは不活性媒体又は両者の混合物を含有することができる。有効直径は、最小の寸法の粒子とすることができる。別な方法として、有効直径を、粒子全体の平均直径とすることも可能であり、それは、相当する体積及び表面積を有する類似の球の計算上の直径である。例えば、一つの層における粒子の有効直径は、粒子表面積に対する粒子体積の比率の関数か、又は粒子の最小寸法の平均値とすることができる。好ましい構成においては、下流層にある粒子は、上流層にある粒子の有効直径よりも小さい有効直径を有している。例えば、層１１２Ｃを構成する粒子は、層１１２Ｂを構成する粒子の有効直径よりも大きな有効直径を有する球状粒子とすることができる。場合によっては、層１１２Ａを構成する粒子の有効直径は、層１１２Ｂ又は１１２Ｃにおける粒子の有効直径よりも大きくすることができる。一以上の濃縮区画室を、同じような層状としてもよい。
【００２７】
好ましい実施態様においては、上流層にある粒子は、下流層の粒子間の間隙の寸法以上の有効直径を有している。更なる実施態様においては、上流の粒子が、減少区画室１１２の出口を画定する分配器１６０の開口の最小寸法よりも小さい有効直径又は最小寸法を有している。分配器１６０は、区画室の内部に媒体を保持する役目を果たすスクリーンであってよい。従って、媒体を含む減少区画室と濃縮区画室のそれぞれが、上流層における粒子を保持できるようなサイズの媒体及び媒体の層を保持しながら他方で流体の通過を可能にする、少なくとも一つの分配器を有することができる。
【００２８】
分配器の開口（ａｐｅｒｔｕｒｅｓ  ｏｒ  ｏｐｅｎｉｎｇｓ）は、典型的には、約５００μｍ〜約７００μｍの直径を有する樹脂を保持できるように設計されている。本発明の構成を使用すると、開口寸法よりも小さい寸法を有するアニオン及びカチオン交換樹脂を利用することができ、それによって、装置全体で物質移動の動力学が改良される。更に、より小さいイオン交換樹脂を使用することによって、区画室の内部における充填性が改良され、チャンネリング又は区画室の壁面に沿っての迂回流の可能性を減少することができる。密に充填された球状又はほぼ球状の粒子は、その球の半径の約０．４１４倍の空隙空間を有する。従って、上流の樹脂の有効直径は、そのような寸法よりも小さくないのが好ましい。例えば、約３００μｍ〜約４００μｍの直径を有する樹脂ビーズの層と共に、約６２μｍ〜約８３μｍの有効直径を有する微細な樹脂ビーズを、上流層で使用してもよい。これらの層はいずれも、区画室のどのような好適な割合を占めてもよい。上流層の厚みは、所望の性能が得られるように決めるのがよい。更に、有利な構成として、より小さな有効直径又は寸法を有するカチオン樹脂ビーズを、より大きなアニオン樹脂ビーズと共に使用して、カチオン移動活性を向上させることも考えられる。注目すべき配列は、より下側の、下流媒体として活性樹脂を使用することに限定される訳ではなく、本発明は、一以上の下流層の中で不活性媒体を使用して実施してもよい。
【００２９】
層と層との界面が、小さい樹脂ビーズと大きい樹脂ビーズとの勾配を形成していてもよい。従って、それらの層の境界が、特に輪郭を描いている必要はない。更に、他の構成では、微細な樹脂ビーズをより大きな樹脂と混合した混合物が含まれていてもよい。
【００３０】
本発明のまた別な側面としては、層状の媒体を含有する少なくとも一つの濃縮区画室を含む電気脱イオン装置が挙げられる。図２に示されているように、電気脱イオン装置２００は、少なくとも一つの濃縮区画室２１４及び少なくとも一つの減少区画室２１２を有することができる。濃縮区画室２１４の少なくとも一つは、第一の層２１５及び第二の層２１６を有することができる。ＲＯ透過液のような比較的純粋な水を処理する電気脱イオン装置においては、電流効率は、典型的には、１００％未満であるが、その理由は、水分解並びに生成した水素イオン及び水酸化物イオンの輸送のためであると考えられる。このことによって、特に、水酸化物化学種が重炭酸化学種又は二酸化炭素と反応して炭酸イオンを形成して炭酸カルシウムスケールを生成するような場合には、局所的なｐＨの変動が起きて、スケールの生成が促進される可能性がある。
【００３１】
例えば、典型的な電気脱イオン装置においては、重炭酸イオンは、区画室の入口近くのアニオン交換膜を通過して輸送されるが、その膜から更に遠くへ移動することが抑制される可能性がある。水分解が起きた場合、アニオン交換膜を通過して輸送された水酸化物化学種が重炭酸化学種と反応して炭酸塩を形成し、次いで、これがカルシウムと反応して炭酸カルシウムスケールを形成することが可能である。
【００３２】
一以上の濃縮区画室中の層を使用することによって、目標の化学種を、スケールをより形成しにくいような場所に向かわせることができる。図２に示されているように、アニオン交換媒体の層２１５を、濃縮区画室２１４の入口近くに配置して、重炭酸化学種の移動を促進させることができる。重炭酸化学種は、アニオン交換膜２４０Ａを通して輸送された後で、層２１５のアニオン樹脂を通過させられて、カチオン選択性膜２４０Ｃの方向に移動する。カチオン選択性膜２４０Ｃの中を通過する硬度イオンが存在するとしても、流体のｐＨはこの膜の近くでは比較的低く、そのことによって、炭酸塩の形成の可能性が抑制される。
【００３３】
減少区画室２１２、及び濃縮区画室２１４のその他の一以上の層２１６には、アニオン交換媒体及びカチオン交換媒体の混合物が含まれていてもよい。
【００３４】
スケールの生成を更に減少ないし抑制するために、媒体の層を、濃縮区画室の流路の長さ方向に配置することができる。図３に示されているように、一以上の濃縮セルに、少なくとも部分的に、イオン交換媒体の第一のゾーン３１４Ａ及びイオン交換媒体の第二のゾーン３１４Ｂが含まれていてよい。第一及び第二のゾーンは、境界３５０によって示されているように区画室の長さ方向に直線的に分配されていてもよいし、又は、ゾーン３１５Ｃ及び３１５Ｄ中のイオン交換媒体の各種類の量を増加又は減少させるような勾配を有していて、勾配のある境界３５１によって輪郭が付けられるようになっていてもよい。第一又は第二のゾーンは、アニオン交換媒体又はカチオン交換媒体を含有してなるものであっても、実質的にそれらからなるものであっても、又はそれらのみからなるものであってもよい。例えば、ゾーン３１４Ａは、アニオン交換媒体を含有してなるゾーン３１４Ｂを、カチオン選択性膜３４０Ｃから実質的に分離していてもよい。実質的に分離するということは、ある場合には、分離ゾーンが、ゾーンと膜の間に配置され、あるタイプの媒体（それは、アニオン性、カチオン性、又は不活性のいずれであってもよい。）を含有してなるか、実質的にそれらからなることを指している。
【００３５】
いくつかの場合においては、第一のゾーン又は第二のゾーンは、異なる量の各種のイオン交換媒体の混合物とすることができる。例えば、ゾーン３１５Ｃは、カチオン選択性膜３４０Ｃに隣接するカチオン交換媒体を含有してなるものであっても、実質的にそれらからなるものであっても、又はそれらのみからなるものであってもよく、ゾーン３１５Ｄは、アニオン交換媒体を含有してなるものであっても、実質的にそれらからなるものであっても、又はそれらのみからなるものであってもよいが、ここで、カチオン交換媒体の量に対するアニオン交換媒体の量が、流路長さ又は長さ方向次元に沿って増加又は減少していって、これらのゾーンの間の境界が、勾配のある境界３５１で画定される。また別な実施態様においては、媒体の第三のゾーン（図示せず）を、第一と第二のゾーンの間に配置することもできる。第三のゾーンは、不活性媒体、カチオン交換媒体、アニオン交換媒体、混合媒体、又はそれらの混合物を含有してなるものであっても、実質的にそれらからなるものであっても、又はそれらのみからなるものであってもよい。更に、ゾーンの間又はゾーンの内部に一以上のスクリーンを使用して、装置の区画室を充填するのを促進することもでき、それによって、運転中に、流れの分布を改良し、更にスケールの生成を抑制することも可能となる。それぞれのゾーンの媒体を固定するためのバインダーを使用することによって、組立と充填を促進することも可能である。例えば、第一のゾーンの媒体を、デンプンのような水溶性のバインダーと混合することができる。その混合物を、次いで、区画室に載置することができる。第二ゾーンの第二の媒体混合物も、同様にして調製し、区画室の中に配置することができる。
【００３６】
ゾーン３１４Ｂは、重炭酸イオンのようなアニオン性化学種をアニオン選択性膜３４０Ａから遠ざかるように輸送することを促進し、ゾーン３１５Ｃは、カルシウムイオンのようなカチオン性化学種をアニオン選択性膜３４０Ｃから遠ざかるように輸送することを促進する。かくして、そのような分離ゾーンが、膜の表面付近でスケールが生成する可能性を減少する。
【００３７】
図３に示されているように、減少区画室は、媒体の第一の層３１２Ａ、媒体の第二の層３１２Ｂ、及び、所望により、媒体の第三の層３１２Ｃを含有してなるものであってもよい。第一の層は、アニオン交換媒体、カチオン交換媒体、又は不活性媒体の混合物を含有してなるものであってもよい。第二の層は、アニオン交換媒体若しくは不活性媒体又はそれらの混合物を含有してなるものであっても、実質的にそれらからなるものであっても、又はそれらのみからなるものであってもよい。第三の層は、アニオン交換媒体、カチオン交換媒体、不活性媒体、又はそれらの混合物を含有してなるものであっても、実質的にそれらからなるものであっても、又はそれらのみからなるものであってもよい。
【００３８】
本発明の更なる側面には、電気脱イオン装置の少なくとも一つの濃縮区画室の中を流れる流れのｐＨを変化させるシステム及び方法が含まれる。一以上の濃縮区画室及び電極区画室に酸性溶液を発生させ及び添加することによって流れのｐＨを低下させ、スケールの生成の可能性を抑制することができる。酸性溶液は、電解モジュールを使用することによって発生又は調製することができる。更に、スケールの禁止又は抑制は、濃縮液を脱気することによって、達成することができる。カリフォルニア州サニーベール（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のダイオネックス  コーポレーション（Ｄｉｏｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販されているもののような、各種の酸発生モジュールを使用することができる。
【００３９】
典型的には、電気脱イオン装置は、低硬度の液体を処理することができる。このような制限があるために、電気脱イオン装置の中への供給水は、炭酸カルシウムとして１ｐｐｍ以下の硬度レベルに限定される。１ｐｐｍより大きい硬度値を有する水を処理するためには、例えば二経路ＲＯ又はソフナーポストＲＯ（ｓｏｆｔｅｎｅｒ  ｐｏｓｔ  ＲＯ）のような前処理プロセスを使用しなければならない。追加的な前処理単位操作は、システムの複雑性を増大し、コスト及び廃棄物を増大させる。しかしながら、本発明の電気脱イオン装置は、より高い硬度を有する水を高い信頼性で処理することが可能で、それによってそのような前処理操作への依存を消滅させ又は減少する。
【００４０】
電気透析装置の濃縮区画室の中に酸性溶液を添加してカルシウムの沈殿を抑制することは公知であるが、電気脱イオン装置への酸性溶液の添加は、濃縮区画室、特に厚いセルの区画室、における流れの流速が低いために、実用化されていない。更に、典型的には、大量の酸が要求される。図４に示されているように、本発明の処理システム４００は、区画室、典型的には、水源４１１からの処理すべき水を受け取るために配置された電気脱イオン装置４４５の濃縮区画室４１４、の中に導入する酸溶液を製造するための電気化学的装置４３５を備えることができる。電気脱イオン装置４４５からの処理された製品水の一部を使用して、電気化学的機器４３５の酸発生区画室４７２の中での酸溶液の発生を促進することができる。処理された水の少なくとも一部分は、使用点４１３へ送り出すことができる。例えば軟化剤ブラインタンクからの塩を含有してなるブライン溶液源４６２を、電解モジュール４３５に導入して、酸溶液の製造を促進することができる。電気化学的装置４３５は、電気脱イオン装置４４５の一部であってもよい。ブライン溶液は、典型的には、塩化ナトリウムを含んでなる。
【００４１】
ある場合には、酸性溶液を、電気脱イオン装置４４５の一以上の減少区画室４１２及び濃縮区画室４１４へ、更には電極区画室の中に導入することができる。酸性溶液は、区画室を出る既存の流れ溶液のｐＨを約２．５〜４．３単位の間にする量で添加するのが好ましい。更なる実施態様には、電気脱イオン装置４４５からの一以上の流れを中和することが含まれていてもよい。例えば、電解モジュール４３５の区画室４７２から得られる塩基性の溶液を組合せて、濃縮区画室４１４からの、典型的には低いｐＨを有する、出口流れを中和した後に、ドレーン４６３又は環境中に廃棄してもよい。
【００４２】
濃縮物流れを脱気して二酸化炭素を除去することによって、濃縮区画室における沈殿の可能性を更に抑制し又は無くすることができる。脱気は、脱気装置を加えるか又は膜プロセス又はその他の方法によって達成することができる。脱気は、濃縮区画室において酸性溶液を使用した場合に関連してくるが、その理由は、二酸化炭素ガスが生成する可能性があり、二酸化炭素ガスが膜を通して逆拡散して製品の品質を低下させる可能性があるからである。更に、区画室の内部での流れの方向を向流として、ガスの除去を促進してもよい。
【００４３】
ポンプ、及び所望によりタンク、を使用して、濃縮区画室を再循環させることによって、本明細書に記載の酸性化及び脱気技術によるスケール防止を更に強化することができる。
【００４４】
本発明の成分、配列及び方法は、電気脱イオン装置中の電流の分布をも改良する。図５に模式的に示しているように、電気脱イオン装置５００中の電極５２０と５２２との間の電流抵抗は、減少区画室５１２及び濃縮区画室５１４を代表する一連の区画室抵抗５７３、５７５及び５７７、並びにアニオン選択性膜５４０Ａ及びカチオン選択性膜５４０Ｂを代表する膜の抵抗５８４、５８６及び５８８によって、その特性が決められる。少なくともその一部が濃縮区画室等の他の区画室の実効電流抵抗よりも大きい実効電流抵抗５８０を有する、少なくとも一つの濃縮区画室５１６を使用することによって、電気脱イオン装置５００中の電流の分布を改良することができる。
【００４５】
区画室又はその一部の実効電流抵抗は、濃縮区画室の内部に不活性樹脂ビーズ又は低導電性若しくは非導電性物質を混合することによって、変更することができる。選択的に実効電流抵抗を上げることによって、他の区画室中で、より均一な電流の分布が得られる。例えば、減少区画室全体にわたって電流の変動を小さくすると、全体の性能が改良される。
【００４６】
電気脱イオン装置においては、電気抵抗は、装置中の媒体のタイプ、更にはそのような媒体の活性な化学的形態、即ち、その媒体の中をどのようなイオンが移動しているかに依存する。層状の床を有する区画室においては、樹脂のタイプや樹脂の形態が異なる故に、抵抗は、典型的には、それらの層の間で変化する。典型的には、強く荷電された化学種又はイオンが移動し、水分解現象と弱いイオン移動がそれに続く。従って、区画室の入口に近い媒体樹脂は、供給水中の目標の化学種と交換するであろうが、それに対して、出口に近い媒体は、多くの場合、水素形及び水酸化物形のままであろう。典型的には、強く荷電されたイオンのほとんどは除去されるに違いないが、これは、供給濃度及び／又は流量が十分に高いか、又は電流が十分に低ければ、実行されない可能性がある。
【００４７】
区画室における抵抗を、その層の間又はその床の長さ方向で変化させることができるのならば、電流密度も、また、それに応じて変化させることができる。しかしながら、モジュール全体での抵抗が、減少区画室の抵抗の関数であるとは限らない。減少区画室は、膜と濃縮区画室と電極区画室とに対して電気的に直列であるが、更に、それらの長さ方向における抵抗が変化することもあるし、変化しないこともある。減少区画室の抵抗が、モジュール中の全抵抗のごく小さい部分であるような場合には、そのような抵抗が大きく変化したとしても、全体の抵抗は他の因子によって支配され、電流の分布はより均一となるであろう。しかしながら、減少区画室の抵抗が他の抵抗に比較して高いような場合には、電流の分布が、減少区画室の内部における抵抗の相違の影響を受けることになるであろう。
【００４８】
典型的な電気脱イオン装置には、スクリーン充填された濃縮区画室及び／又は電極区画室が含まれる。これらの構成においては、それらの区画室における水の抵抗は、ほとんどの場合、減少区画室中の樹脂の抵抗よりもはるかに大きく、従って、電流の分布は、通常、減少区画室の抵抗によって支配されることはない。抵抗のより低いイオン交換膜を使用すると同様に、濃縮区画室及び電極区画室に樹脂を充填することによって、モジュール全体の抵抗が顕著に低下する。しかしながら、ある環境においては、このことによってモジュールの抵抗が減少区画室の抵抗によって支配されるようになるために、電流の分布が一様でなくなる。
【００４９】
従って、本発明のいくつかの実施態様においては、スクリーン充填された濃縮区画室及び電極区画室が、一様でない電流の分布を最小限にすることができる。しかしながら、ほとんどのポストＲＯ適用においては、水の電導度が極めて低いので、モジュールの抵抗が高くなる。電位の束縛が存在する場合には、抵抗がこのように高いことによって、更に制約が生じる。それとは対照的に、本発明では、濃縮区画室の中に流れ込む流れにブライン注入をしなくてもかなりの性能が得られるので、運転コストやプロセスの複雑さの程度を下げることができる。
【００５０】
先に説明したように、一以上の濃縮及び／又は電極区画室の中に充填物として不活性樹脂を混合することにより、それらの区画室中での抵抗を上昇させて、モジュール中の電流分布を改良することができる。図５に示されているように、一以上の濃縮区画室５１６に不活性樹脂を導入して、全体に高い有効抵抗５８０を与え、これが、他の区画室及び膜の全体の抵抗を支配するようにすることができる。この支配的な抵抗が全体の抵抗を支配しているので、他の区画室中の実効電流分布が、より均一となる。不活性樹脂の量を変化させることによって、有効抵抗を増加し、装置中の電流の分布を変えることができる。不活性樹脂は、また、一以上の濃縮及び電極区画室の中の層で使用することも可能であって、それにより、希釈抵抗（ｄｉｌｕｔｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が低いことが判った或る場所における抵抗を局所的に増加することができる。従って、図５に示されているように、区画室５１５においてより高い抵抗層を使用することによって、ゾーン５１２中の電流の分布を、装置のゾーン５１１中の電流と適合させるか又は対応できるようにして、区画室５１５の層の有効抵抗５７３を高めることができる。使用する不活性樹脂の量に対する有効抵抗を実験的に測定することによって、抵抗の大きさを決めることができる。
【００５１】
ポリマー製のスクリーン又は繊維物質のような、低電導度の他の物質を不活性樹脂ビーズと共に使用して、抵抗を上げることもできる。
【００５２】
硬度物質及びシリカのような、供給水中で限定された溶解性を有する化学種のスケール形成を防止するためには、電気脱イオン装置は、９０〜９５％の最大回収率に制限するのがよい。供給水がこれらの化学種を極めて低い量しか含んでいない場合には、装置をより高い回収率で運転することが当然可能である。本発明のいくつかの側面では、濃縮区画室を通る多重経路を有する電気脱イオン装置が含まれていて、それによって回収率を稼いでいる。多重パスの構成とすることによって、再循環ポンプやループなしでも所定の速度が容易に維持できる。しかしながら、本発明では、供給水のイオン濃度が低く、高純度水の廃棄若しくは排出及び／又はメークアップシステムの運転時間の増加を避けるために回収率を極めて高くすることが望ましいような場合には、再循環ループを有する適用法で使用するのが好ましい。本発明の電気脱イオン装置のいくつかの実施態様においては、流体の流速は、区画室の内部におけるデッドボリューム、チャンネリング、及び局所的な過熱の可能性の発生を抑制するのに、十分である。例えば、区画室における所望の流体流速は、濃縮区画室においては、１平方フィート当たり、少なくとも約２ガロン／分とすることができる。他の流体流速は、これらに限定される訳ではないが、沈殿化合物の成分の濃度、流体の温度、流体のｐＨを始めとする、他の因子によって決められてもよい。速度が低くなると、チャンネリングを引き起こす可能性がある。
【００５３】
図６は、電極区画室６３０及び６３２の間に減少区画室６１４及び濃縮区画室６１２を含有してなる電気脱イオン装置６００の一部分を模式的に示している。この配列及び構成によって、本発明の処理装置及びシステムにおいて、複数の濃縮区画室パスと連結された一つの減少区画室パスが、提供される。このような構成とすることによって、濃縮区画室における流体の流速を、好ましくは単一流路装置よりも５倍大きい流速にまで、増大させることが可能となる。図６に示されているように、供給源６１５からの水が、次いで、濃縮区画室６１２に導入され、下流の濃縮区画室６１２Ｂへ、次いで区画室６１２Ｃへ、更に排水されるか又は下流単位操作６２５へと送られる。
【００５４】
処理すべき水は減少区画室６１４に導入されて使用点へ向けられ、区画室６１２、６１２Ａ及び６１２Ｂを通過する水の流れに従ったり追随したりすることがない。しかしながら、本発明は、連結された濃縮区画室体積数の減少区画室体積数に対する比率に限度がある訳ではなく、あらゆる濃縮区画室対減少区画室の比率を使用して、区画室を通過する所望の高流体流速を得ることができる。
【００５５】
混合層又は区画室においては、各種のサイズのカチオン及びアニオン交換樹脂ビーズを使用して、より大きなビーズの対イオンの輸送速度を更に低下させ、より小さなビーズの対イオンの輸送を促進する。
【００５６】
イオン輸送は、典型的には、イオン交換樹脂中で起きる。従って、輸送が成功するかどうかは、ビーズと膜との間の類似物質の流路が完全であるかどうかに依存する。カチオン性化学種は、典型的には、カチオン樹脂ビーズの上で拡散し、カチオン性媒体の流路に従って陰極に向かって移動する傾向があり、遂には、それがカチオン選択性膜に到達し、それを通り抜けて濃縮区画室に入る。その流路が破壊されると、カチオン性化学種は最後のビーズから出てバルク溶液の中に拡散しなければならなくなり、そのために、その後で床の中に拾い上げられる機会が減少し、製品の水の中に入って終わってしまう機会が増大する。この流路は、充填が不十分でビーズ同士の接触が良好でないと破壊されうるし、又は、逆の電荷を有するビーズによっても破壊されうる。
【００５７】
比較的薄いセルを使用するか又は樹脂を密に充填することによって、所望の道筋を維持する確率を高めることができる。同じような比較的に均一なサイズのカチオン及びアニオン交換樹脂を使用することによっても、また、所望の道筋を維持する確率を高めることになるであろう。しかしながら、異なったサイズのカチオン及びアニオン交換樹脂を使用して移動を阻止することもできる。
【００５８】
ある場合は、カチオン又はアニオンのいずれかの輸送を抑制することが有利となる場合もある。混合床における一方のタイプの樹脂のサイズを選択的に小さくすることによって、より小さなビーズの対イオンの移動は、完全な経路がより多くなることによって、促進され、一方、より大きなビーズの対イオンの移動は、完全なパスがより少なくなることによって、抑制される。その理由は、小さい方のビーズのサイズが大きい方のビーズのサイズの何分の一かになってくると、小さい方の樹脂ビーズが、大きい方のビーズの周囲を包み込むようになり、それによって一つの大きいビーズから次のビーズへの経路が孤立し、破壊されるからである。この現象は、大小イオン交換樹脂ビーズの相対比にも依存する。例えば、小さいビーズが５０体積％である混合物は、小さいビーズが２５体積％又は７５体積％である混合物とは、イオンの輸送に対して大いに異なる影響を与えるであろう。
【００５９】
媒体のサイズ及び混合比を適切に選択して、目標の又は選択されたタイプのイオンの輸送を遅らせ、別タイプのイオンの輸送を早めれば、水素イオン又は水酸化物イオンは、電気的中性を維持するように移動するに違いない。例えば、図７Ａに示されているように、実質的にカチオン樹脂からなる床を減少区画室において使用すれば、カチオン性化学種は、カチオン交換樹脂ビーズ７３１及びカチオン膜７４０Ｃを通過して隣接する濃縮区画室に移動するであろう。水がアニオン選択性膜７４０Ａのサイト７６６で分解し、それによって、減少区画室の中で移動しているカチオンに置き換わる水素イオンと、隣接する濃縮区画室の中へ移動して、別の減少区画室（図示せず）から移動してきたカチオン性化学種を中和する水酸化物イオンとが生成する。この現象は、アニオン膜とカチオンビーズとの接触面積がかなり小さいアニオン膜の表面上において水を分解させる能力に依存する。図７Ｂに図示されているように、より小さなカチオン交換樹脂ビーズ７３３をより大きなアニオン交換樹脂ビーズ７３４と共に使用すると、アニオン性化学種の輸送速度が低下する。更に、異なるサイズの樹脂ビーズを使用することによって、カチオン交換樹脂７３３とアニオン交換樹脂ビーズ７３４との間の接触面において更なる水分解サイト７６６が得られ、これによって、モジュールを横切る抵抗が減って、性能が改良される。
【００６０】
例えば、本発明の電気脱イオン装置は、アニオン交換樹脂と、アニオン交換樹脂の平均直径の１．３倍以上大きい平均直径を有するカチオン交換樹脂との、混合物を含む区画室を備えていてもよい。それに変わるか又は追加される方法として、本発明の電気脱イオン装置は、アニオン交換樹脂と、アニオン交換樹脂の平均直径の１．３倍以上大きい平均直径を有するカチオン交換樹脂との、混合物を含む区画室を備えていてもよい。
【実施例】
【００６１】
本発明のこれら及びその他の実施態様の機能及び利点は、以下の実施例により更に理解可能であるが、それらの実施例は、本発明の一以上のシステム及び方法の利益及び／又は利点を説明するものではあるが、本発明の全範囲を例証している訳ではない。
【００６２】
実施例１
この実施例では、ランゲリエ飽和指数（ＬＳＩ）に対する温度の影響を説明する。
【００６３】
スケール生成能の目安のためにＬＳＩ値を計算することは当業者には公知である。ＬＳＩは、ｐＨ、全溶解固形分（ＴＤＳ）、温度、全硬度（ＴＨ）及びアルカリ度の関数である。電気脱イオン装置の濃縮区画室流のこれらのパラメーターについて以下の推定値を使用することによって、流れの温度とＬＳＩ値との関係を定義することができ、ｐＨ：９．５単位、ＴＤＳ：３０ｐｐｍ、ＴＨ（ＣａＣＯ3として）：１５ｐｐｍ、及びアルカリ度（ＣａＣＯ3として）：約２５ｐｐｍを有する流れに基づく、代表的な関係を図８に示す。
【００６４】
流れのＬＳＩ値が正であると、スケーリングが起きやすい。スケーリングを抑制するためには、流れのＬＳＩ値を、好ましくは負の数値にまで、下げる。図８に示されているように、温度を下げていくと、約１２．５℃のあたりでＬＳＩ値がゼロより下にまで下がる。従って、上述の条件とするために、電気脱イオン装置の濃縮区画室の中へ入る流れを冷却して１２．５℃未満とすることによって、スケールの生成の可能性を低下させ又は生成を防止する。
【００６５】
冷却は、電気脱イオン装置よりも上流側で熱交換器又は冷却器と熱的に結合させることによって、達成可能である。装置に入る一以上の流れからの熱エネルギーの除去を促進する、他の構成要素又はサブシステムを使用してもよい。例えば、一以上のセンサー及び制御装置を使用して、温度制御ループを形成し、流れの温度を目標温度に維持したり、更には有効ＬＳＩ値を所望の又は目標の値にまで下げたりしてもよい。
【００６６】
目標温度は、電気脱イオン装置の濃縮区画室の中に導入される流れの温度を決めることによって経験的に求めるか、又は、計算されたＬＳＩ値に少なくとも部分的に基づいて計算することができる。例えば、経験的に定められた目標温度は、これまでスケーリングが観察されたことが無い温度であってもよい。このとき、スケーリングが更に抑制されるということを確実にするための、余裕を持たせても、持たせなくてもよい。ＬＳＩに基づく目標温度を、ＬＳＩと温度との導出された関係に基づいて決定し、次いで、ＬＳＩ値の設定低下に相当する目標温度を計算してもよい。
【００６７】
実施例２
この実施例においては、樹脂ビーズのサイズの、本発明の一以上の側面に従った電気脱イオン装置の性能に対する影響を検討した。
【００６８】
一つの試験において、減少区画室の中に平均ビーズ直径５７５μｍのアニオン樹脂と平均ビーズ直径３５０μｍのカチオン樹脂との等量混合物を用いて、電気脱イオンモジュールを構成した。これらの樹脂はいずれも、業界標準に従えば均一な粒径を有していた。
【００６９】
このモジュールに、逆浸透により予め処理し、（いずれもＣａＣＯ3として）約０．５ｐｐｍのＭｇ及び１．５ｐｐｍのＣａを含有し、約６．１のｐＨの水を供給した。このモジュールをほぼ１００％の電流効率で運転して、その製品品質は約１〜２ＭΩ−ｃｍで、シリカ除去がほぼゼロになることは無かった。
【００７０】
製品の水の硬度レベルはハッハ（Ｈａｃｈ）分光光度計で測定して検出限界以下（＜１０ｐｐｂ）であり、そのｐＨは約５．７にまで下がっていた。このことは、そのモジュールがアニオンよりもカチオンを優先的に除去したことを示している。
【００７１】
実施例３
この実施例においては、本発明の一以上の側面に従って、区画室の中に異なったサイズのビーズからなる数層を有する電気脱イオン装置の性能に対する影響を検討した。
【００７２】
減少区画室の中に３層のイオン交換樹脂を有するモジュールを構成した。第一及び最後の層は、ほぼ６００μｍの均一な粒子直径を有するカチオン樹脂とアニオン樹脂との等量混合物からなっていた。中央の層は、１５０〜３００μｍの粒子直径を有するカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の等量混合物からなっていた。モジュールのスペーサーは、流れ分配器の中に、樹脂をその場所に保持するために使用される幅２５４μｍのスロットを有していた。このモジュールを数ヶ月運転しても圧力損失には変化がなかったが、このことは、中央層の中の樹脂が、その内の幾分かはスペーサーの開口よりは小さかったが、樹脂のボトム層を通過してモジュールから出て行くということがなかったということを示している。
【００７３】
更に、中央の層により小さな樹脂を加えたことによって、比較可能な電気脱イオン装置、対照モジュールの性能が改良された。モジュールを、約６００μｍの粒子直径を有するカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との等量混合物を含有する区画室を有する別の電気脱イオンモジュールと並行して運転した。予め逆浸透で処理された、約３０μＳ／ｃｍの電導度を有し、３．７５ｐｐｍのＣＯ2を含む供給水を用いると、より小さいイオン交換樹脂の層を含有してなるモジュールは、１６．４ＭΩ−ｃｍの抵抗率を有する水を生成したが、他方、より小さなイオン交換樹脂の層を有さない他の典型的なモジュールは、１３．５ＭΩ−ｃｍの抵抗率を有する水を生成した。また、より小さな交換樹脂の層を含有してなるモジュールは、９６．６％のシリカ除去を示したが、対照モジュールでは９３．２％であった。
【００７４】
実施例４
この実施例においては、濃縮区画室への数経路又は多重経路を有する電気脱イオン装置の性能への影響を検討した。
【００７５】
四つの減少区画室、三つの濃縮区画室及び二つの電極区画室で、電気脱イオンモジュールを組み立てた。
【００７６】
全ての減少区画室には、処理すべき水を、相互に並列になるようにして供給した。
【００７７】
濃縮区画室の中に導入された流れが、まず陰極区画室に入り、次いで順に、濃縮区画室を流れて、最後に陽極区画室を通るように、濃縮区画室及び電極区画室に、直列に供給した。これは、典型的には、濃縮区画室の中に入る水流と並列に水流が電極区画室の中に供給される従来からの構成とは対照的である。従って、モジュールは、五つの有効濃縮区画室経路を有していた。
【００７８】
このモジュール（「直列濃縮物」と表示する。）についてのデータを、並行流で運転される標準的なモジュール（「並列濃縮物」と表示する。）についての性能データと共に、下記の表１にまとめた。これらのデータから、濃縮区画室及び電極区画室の中を流れるように直列に流れを配することによって、流体が、並行して、かなり低い廃棄物流速（ｒｅｊｅｃｔ  ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）で運転した場合と同じ速度で流れることがわかる。従って、濃縮物において最低の速度を維持しながら、極めて高い回収率を得ることが可能である。
【００７９】
【表１】
2009541032.tif 000003
【００８０】
実施例５
この実施例においては、濃縮区画室に水平層と垂直層とを有する電気脱イオン装置の性能についての影響を検討した。
【００８１】
図９Ａ及び９Ｂに示されているような異なった層構成を有する、二つのモジュールを組み立てた。それぞれのモジュールは、それぞれ図示したような、四つの繰り返しセルペアから構成されていた。これらの図において、「ＭＢ」は樹脂の混合物を指しており、「Ａ」及び「Ｃ」は、それぞれアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を含有してなるゾーン又は層を指しており、そして、「ＡＥＭ」及び「ＣＥＭ」は、アニオン選択性膜及びカチオン選択性膜を指している。これらのモジュールを、約１０μＳ／ｃｍの導電率及び炭酸カルシウムとして２ｐｐｍの全硬度を有する供給水を用いて、それぞれ２週間及び３週間運転した。
【００８２】
その運転期間の後に、それらを開けたところ、スケールはまったく観察されなかった。それとは対照的に、減少区画室及び濃縮区画室の中に混合床樹脂を含む非層状のモジュールでは、同一の供給水で２週間運転した後では、濃縮物の中のアニオン膜の上にスケールが認められた。
【００８３】
実施例６
この実施例においては、区画室の中に垂直層を有し、酸性溶液を添加した電気脱イオン装置の性能についての影響を検討した。
【００８４】
減少区画室の中では水平な層を有し、濃縮区画室の中では流路長さの方向に垂直に配向したゾーン又は層を有する、三つのモジュールを組み立てた。両方の電極区画室に隣接させて、バリヤーセルも配置した。このモジュールを、約２ｐｐｍの全硬度を有するＲＯ処理済の供給水を用いて９０日間運転した。濃縮区画室から出て行く水流のｐＨが約２．５〜３．５となるような速度で、濃縮区画室の中に酸性溶液を注入した。
【００８５】
図１０は、全９０日間にわたって性能が安定していたことを示している。この図において、「ＦＣＥ」は、供給導電率当量（ｆｅｅｄ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）を示しているが、これは、実際の供給導電率（単位：μＳ／ｃｍ）を供給二酸化炭素（単位：ｐｐｍ）の２．６７倍及び供給シリカ（単位：ｐｐｍ）の１．９４倍に加えて、計算したものであり、また「供給ＴＨ］は、供給の全硬度を指している。
【００８６】
本発明のシステムの制御装置は、一以上のコンピュータシステムを使用して実施すればよい。コンピュータシステムは、例えば、汎用のコンピュータであってよく、そのようなものとしては例えば、インテル（Ｉｎｔｅｌ）のペンティアム（ＰＥＮＴＩＵＭ）（登録商標）タイププロセッサ、モトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）のパワーＰＣ（ＰｏｗｅｒＰＣ）（登録商標）プロセッサ、サン（Ｓｕｎ）のウルトラＳＰＡＲＣ（ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ）（登録商標）プロセッサ、ヒューレットパッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）のＰＡ−ＲＩＳＣ（登録商標）プロセッサ、その他のタイプのプロセッサ、又はそれらの組合せが挙げられる。別な方法として、コンピュータシステムには、特別にプログラムされた、特殊用途のハードウェア、例えば、特定用途向けの集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）又は分析システムを目的とした制御装置が含まれていてもよい。
【００８７】
コンピュータシステムは、典型的には、一以上のメモリー装置に接続された一以上のプロセッサを含むことができ、そのようなメモリー装置は、例えば、各種の一以上のディスクドライブメモリー、フラッシュメモリーデバイス、ＲＡＭメモリーデバイス、又はデータ記憶のためのデバイスを含有してなるものであってよい。メモリーは、典型的には、プログラム並びに処理システム及び／又はコンピュータシステムの運転中のデータを記憶させるために使用される。本発明の実施態様を実行するためのプログラムコードを始めとするソフトウェアは、コンピュータの読み取り可能及び／又は書き込み可能な不揮発性記録媒体に貯蔵することができ、次いでそれを、典型的には、メモリーにコピーし、そこで更にプロセッサによって実行させることができる。コンピュータシステムの構成要素を、相互接続メカニズムによって組合せるが、そのようなメカニズムには、（例えば、同一デバイスの内部に集積された構成要素の間の）一以上のバス及び／又は（例えば、独立した別な装置に存在している構成要素の間の）ネットワークが含まれていてよい。この相互接続メカニズムによって、典型的には、コンピュータシステムの構成要素の間で、通信（例えば、データ、命令）を交換することが可能となる。コンピュータシステムは、更に、一以上の入力装置、例えばキーボード、マウス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン、及び一以上の出力装置、例えば印刷装置、ディスプレイスクリーン、又はスピーカー等を含んでいてもよい。更に、コンピュータシステムは、（そのコンピュータシステムの一以上の構成要素によって形成されるネットワークに追加するか、それらに代わるものとして）コンピュータシステムを通信ネットワークと接続することが可能な一以上のインターフェースを含んでいてもよい。
【００８８】
本発明の一以上の実施態様によれば、その一以上の入力装置は、パラメーターを測定するためのセンサーを含んでいてもよい。別な方法として、センサー、計量バルブ及び／又はポンプ、又はそれらの構成要素の全てを、動作可能にコンピュータシステムと結合された通信ネットワークに、接続してもよい。制御装置は、読み取り可能及び／又は書き込み可能な不揮発性記録媒体ような、一以上のコンピュータの記憶媒体を含んでいてもよく、その記録媒体の中に、一以上のプロセッサによって実行されるプログラムを規定する信号を記憶させることができる。記憶媒体は、例えば、ディスク又はフラッシュメモリーであってよい。コンピュータシステムは、それによって本発明の各種の側面が実施可能となる、一つのタイプのコンピュータシステムであってよいが、本発明が、ソフトウェアにおいて、又は例示的に示したコンピュータシステム上でのみ実施される訳ではないということを認識されたい。実際のところ、例えば汎用コンピュータシステム上で実施するよりは、制御装置又は構成要素若しくはそのサブセクションは、それらに代えて、専用のシステムとして、又は専用のプログラマブルロジック制御装置（ＰＬＣ）として、又は分散制御システムにおいて実施してもよい。更に、本発明の一以上の特徴又は側面が、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの各種組合せで実施されてもよいということを認識されたい。例えば、制御装置によって実行可能なアルゴリズムの一以上のセグメントを、別個のコンピュータで実施して、次いで、一以上のネットワークを介して伝達することも可能である。
【００８９】
当業者のよく認識するところであるが、本明細書に記載のパラメーター及び構成は例示的なものであり、実際のパラメーター及び／又は構成は、本発明のシステム及び方法が使用される具体的な用途に依存するであろう。当業者ならば、せいぜい日常的な実験を用いるだけで、本発明の具体的な実施態様の等価物を認識し、又は確認することができるであろう。従って、本明細書に記載の実施態様は、例示としてのみ提供されているのであり、添付の特許請求項及びそれらの等価物の範囲内において、具体的に記載されたのとは異なった方法で本発明を実施することも可能であるということは理解されるべきである。
【００９０】
更に、本発明が、本明細書に記載のそれぞれの構成、システム、サブシステム又は方法、並びに、本明細書に記載の構成、システム、サブシステム、又は方法の２種以上の任意の組合せに向けられていることを、認識すべきであり、そして、構成、システム、サブシステム、及び／又は方法の２種以上の組合せは、そのような構成、システム、サブシステム、及び方法が相互に矛盾しなければ、特許請求項において具体化された本発明の範囲の中であると考えるべきである。更に、一つの実施態様に関連してのみ説明された、動作、要素及び構成は、他の実施態様において同様な役割から排除されることを目的とはしていない。
【００９１】
本明細書で使用するとき、「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、二つ以上の項目又は成分を指している。「含有してなる、備えてなる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、始めとする（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む、関する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」いう用語は、明細書、特許請求項等のいずこであっても、オープンエンド用語である、即ち「〜を含むが、それらに限定される訳ではない」ということを意味している。従って、そのような用語を使用していれば、その後に列記されている項目と、その等価物と、更には追加の項目も包含されているということを意味している。「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）、及び、〜から実質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」という移行句のみは、特許請求項に関しては、それぞれクローズド又はセミクローズドな移行句である。特許請求項において請求要素を修飾する、序数詞、例えば「第一の（ｆｉｒｓｔ）」、「第二の（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第三の（ｔｈｉｒｄ）」等の用語は、それ自体で、いかなる一つの請求項要素も、他のものに対して優先し、先行し、又は順序があるとか、一つの方法の動作が実施される暫定的な順序があるとかということを意味している訳ではなく、複数の請求要素を区別する目的で、ある名前を有する一つの請求要素を、（序数詞がなかったならば）同じ名前を持つ他の要素から区別するための標識として単に使用されているに過ぎない。
米国仮出願番号第６０/８０５，５０５号（出願日、２００６年６月２２日、出願の名称「ＣＥＤＩモジュールの改良された硬度耐性（ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＨＡＲＤＮＥＳＳ  ＴＯＬＥＲＡＮＣＥ  ＯＦ  ＣＥＤＩ  ＭＯＤＵＬＥＳ）」、及び米国仮出願番号第６０/８０５，５１０号（出願日、２００６年６月２２日、出願の名称「ＥＤＩ装置におけるスケール付着の低減方法（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＳＣＡＬＩＮＧ  ＩＮ  ＥＤＩ  ＤＥＶＩＣＥＳ）」を参考として引用し本明細書に組み入れる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一以上の実施態様に従った、少なくとも一つのバリヤーセルを備えてなる、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図２】本発明の一以上の実施態様に従った、少なくとも一つの濃縮区画室の中に層化媒体床を有する、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図３】本発明の一以上の実施態様に従った、媒体ゾーンを有する少なくとも一つの濃縮区画室を備えてなる、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図４】本発明の一以上の実施態様に従った、処理システムの一部の模式図である。
【図５】本発明の一以上の実施態様に従った、有効抵抗を低下させ又は他の区画室における電流の分布を改良させるために変更を施した少なくとも一つの区画室を有する、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図６】本発明の一以上の実施態様に従った、少なくとも一つの濃縮区画室の中において高められた有効流速を有する、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図７Ａ】本発明の一以上の実施態様に従った、異なったサイズの樹脂ビーズを含む区画室を備えてなる、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図７Ｂ】本発明の一以上の実施態様に従った、異なったサイズの樹脂ビーズを含む区画室を備えてなる、電気脱イオン装置の一部の模式図である。
【図８】水流のランゲリエ飽和指数値と水流の温度との間の関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一以上の実施態様に従った、電気脱イオン装置における濃縮区画室と減少区画室とのセルペアの模式図であって、ここでＡは区画室が媒体の層を含んでいるものを示し、Ｂは区画室が媒体の層とゾーンを含んでいるものを示している。
【図１０】本発明の一以上の実施態様に従った、電気脱イオン装置の性能を示すグラフである。
【図１】
2009541032.tif 000004
【図２】
2009541032.tif 000005
【図３】
2009541032.tif 000006
【図４】
2009541032.tif 000007
【図５】
2009541032.tif 000008
【図６】
2009541032.tif 000009
【図７Ａ】
2009541032.tif 000010
【図７Ｂ】
2009541032.tif 000011
【図８】
2009541032.tif 000012
【図９】
2009541032.tif 000013
【図１０】
2009541032.tif 000014
【国際調査報告】
2009541032.tif 000015
2009541032.tif 000016
2009541032.tif 000017
2009541032.tif 000018
2009541032.tif 000019
2009541032.tif 000020