(57)【要約】  本デバイスは、電界によって生じる分離駆動力を用いるマイクロチャネルセパレータである。イオン流体は、マイクロチャネルを流れて、電荷を有する２つの相隔てられた並列の電極によって電界にさらされる。イオン流体中のイオンは、帯電電極の方へ引き付けられて、帯電電極に近い流れの領域で濃縮され、帯電電極同士の間の流れの中央領域から減少する。帯電電極は、アーク放電及び帯電電極へのイオンの付着を防ぐ不浸透性バリアによりイオン流体から絶縁される。主チャネルを通るイオン流体が十分な長さを通過した後に、２つのブロッキングプレートが、中央チャネルと２つの外側出力チャネルとに流れを分離する。中央チャネルは、帯電電極の近くの領域のイオン流体より少ないイオンを有する主チャネルの中央領域から、一部のイオン流体を引き付ける。外側チャネルの濃縮イオン流体は中央チャネルとは別に放出される。
2009543695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を脱イオンする連続流装置であって、
複数のチャネルを含み、
前記複数のチャネルは、複数の相隔てられた電極同士の間に画定され、脱イオン流体チャネルと複数の濃縮イオン流体チャネルとを有し、各々の前記濃縮イオン流体チャネルは前記電極のうちの１つに隣接しており、
前記装置は更に、
前記濃縮イオン流体チャネルと前記電極との間に位置して、前記流体から分離されたイオンが前記電極に接触することができないように構成されている非導電性不浸透性バリアと、
脱イオンされるべき前記流体を前記装置に供給する入口と、
脱イオンされた流体用の出口と、
濃縮された流体用の出口と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記脱イオン流体チャネルは、前記複数の濃縮イオン流体チャネルの間に位置することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電極に少なくとも５００ボルトを印加するデバイスを含む請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記電極に少なくとも２５００ボルトを印加するデバイスを含む請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記電極同士の間の距離は７００ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
ほぼ並列の関係で互いに隣接しているほぼ類似した複数のプレートを更に含み、
前記脱イオン流体チャネル及び前記濃縮イオン流体チャネルは、前記プレート内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
複数の個別のユニットが、並列して互いに接続されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
並列に接続された前記複数の個別のユニットは、連続して互いに接続されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
複数の個別のユニットが、連続して互いに接続されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
流体の脱イオン方法であって、
複数のチャネルを設けるステップを含み、
前記複数のチャネルは、複数の相隔てられた電極同士の間に画定され、脱イオン流体チャネルと複数の濃縮イオン流体チャネルとを含み、各々の前記濃縮イオン流体チャネルは、前記電極のうちの１つに隣接しており、
前記方法は更に、
前記濃縮イオン流体チャネルと前記電極との間に非導電性不浸透性バリアを設けるステップを含み、
前記非導電性不浸透性バリアは、前記流体から分離されたイオンが前記電極に接触しかつ汚すのを防ぎ、
前記方法は更に、
前記電極に電位を印加するステップと、
脱イオンされるべき前記流体を前記チャネルへの入口を通して供給するステップと、
出口を通して脱イオン流体を除去するステップと、
少なくとも１つの出口を通してイオン濃縮流体を除去するステップと、
を含み、
前記イオンは前記電極の方へ引き付けられて、前記脱イオン流体チャネルから除去されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記流体は、前記入口から前記出口まで前記デバイスを通って連続的に流れることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記流体は、並列に接続された複数の個別のユニットによって脱イオンされることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記流体は、連続して接続された複数の個別のユニットによって脱イオンされることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記流体は水であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記流体は血液であることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
以下のプロセスによって生成される脱イオン流体であって、
前記プロセスは、
複数のチャネルを設けるステップを含み、
前記複数のチャネルは、複数の相隔てられた電極同士の間に画定され、脱イオン流体チャネルと複数の濃縮イオン流体チャネルとを含み、各々の前記濃縮イオン流体チャネルは、前記電極のうちの１つに隣接しており、
前記プロセスは更に、
前記濃縮イオン流体チャネルと前記電極との間に非導電性不浸透性バリアを設けるステップを含み、
前記非導電性不浸透性バリアは、前記流体から分離されたイオンが前記電極に接触するのを防ぎ、
前記プロセスは更に、
前記電極に電位を印加するステップと、
脱イオンされるべき前記流体を前記チャネルへの入口を通して供給するステップと、
出口を通して脱イオン流体を除去するステップと、
少なくとも１つの出口を通してイオン濃縮流体を除去するステップと、
を含み、
前記イオンは前記電極の方へ引き付けられて、前記脱イオン流体チャネルから除去されることを特徴とする脱イオン流体。
【請求項１７】
前記流体は、前記入口から前記出口まで前記デバイスを通って連続的に流れることを特徴とする請求項１６記載の脱イオン流体。
【請求項１８】
前記脱イオン流体は水であることを特徴とする請求項１６記載の脱イオン流体。
【請求項１９】
前記脱イオン流体は血液であることを特徴とする請求項１６記載の脱イオン流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の容量性脱イオンに関し、より具体的には、イオン流体からイオン性物質を除去する通液性コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
１，０００ｐｐｍ（百万分率）を超える塩分で汚染された水は、人間の飲用に適していない。世界各地において、主要な水源は汽水であって、飲用に適合させる前に処理されなければならない。これらの塩水は、主要な水源が海水である沿岸地域だけでなく、唯一の利用可能な水が地下深くにある内陸部にも存在している。非常に深い井戸水は、多くの塩分を含んでいる溶解固形物で満ちている。内陸部における汽水の問題は多くの問題を抱えている。汽水から塩を除去することに費用がかかるだけでなく、実施されるシステムを問わずに水処理問題も存在する。この問題についての別の面は、様々な大きさのコミュニティの淡水のニーズに応じ様々な大きさのコミュニティに合わせて解決法を修正する能力である。天然の淡水の量は限られている。
【０００３】
水からイオン及び他の溶解固形物を分離する多くの周知の手順があるが、それらのほとんどは、大量のエネルギーと操作するための広範囲におよぶ知識とを必要とする。蒸留、逆浸透、イオン交換、及び電気透析などの例がある。これらの態様は大規模給水システムにとっての重大な障害でないかもしれないが、小規模かつフィールド適用用のかかるシステムを操作するようになると、それらは大きな負担となるかもしれない。
【０００４】
容量性脱イオンは、イオンをイオン流体から分離する別の手段である。この方法は、通常、相隔てられたエンドプレートを有する２つの電極を含み、電極はセルの各端部にあって絶縁層で隔てられている。絶縁層は、各エンドプレートと隣接する端部電極との間に置かれている。各端部電極は、カーボンエアロゲル複合材などの高比表面積及び収着能を有する導電体の単一のシートを含む。イオン流体がセルに入るときに、イオン流体は、電極表面とほぼ並列の、電極で画定されたチャネルを流れる。セルに極性を与えることにより、イオンは、イオン流体から除去されて、電極のカーボンエアロゲル表層に形成される電気二重層で保持される。一旦セルが除去されたイオンで飽和すると、セルは、電極を放電して電極で保持したイオンを放出することによって再生される。通常の設定では、出力パイプは、再生の前にバルブで閉じられて、流れは代わりの排水管に変更される。電極が放電されると、イオンは電極から放出されて、排水管を通って流出する。一旦十分な量のイオンが放出されると、システムは再生されたとみなされる。それから、オペレータは、排水管へのバルブを閉じ、電極を再充電し、出力パイプへのバルブを再開することにより、脱イオン化過程を再開することができる。
【０００５】
マイクロスケール技術を利用して、容量性脱イオンを、エネルギー問題及び大規模システム問題の両方を同時に解決するために用いることができる。電界は短い距離にわたる媒体を通って荷電粒子を引き付けることに効果的であり、マイクロテクノロジーは、これらの短い距離が電界とともに用いられて水からイオンを効率的に除去しかつ次の使用のために集められ得る汚染のない流れを生成することができるようにする。電界は電圧勾配によって生じるので、大電流を必要とすることなしに高電位を生じることが可能であり、非常に低い電力消費をもたらす。
【０００６】
米国特許第５,４２５,８５８号は、流体からイオンを除去するデバイスを開示している。該デバイスは、電気化学セルを用いてイオンを除去する。しかしながら、このデバイスは、セルの多孔質材のクリーニングを可能にするために電圧の周期的変化を必要とする。該デバイスは、多数の脱イオンステージ及び再生ステージを用いて脱塩を実現する。
【０００７】
米国特許第５,７７９,８９１号は、流体からイオンを除去する通液式コンデンサを開示している。デバイスは、約２ボルトの非常に低い電圧を用いる。
【０００８】
米国特許第６,２７７,２６５号は、低電流源でないが定電圧の影響を受けている間、水の遠心分離のコリオリ効果を用いてイオン水溶液の除去領域及び濃縮領域を生じるデバイスを開示している。用いられる電極は、電極の極性を逆転させることによる周期的なクリーニングを必要として、二重層現象で閉じ込められたイオンを放出する。
【０００９】
米国特許第６,４１３,４０９号は、ローディングステージ及びリカバリステージ（極性を逆転することまたは電極を短絡すること）を利用して交互の濃縮出力を行う、流体を脱イオンする通液式コンデンサを開示している。該デバイスは、着脱ボルトを介して締められる電極及びスペーサのスタッカー層を用いた。該デバイスはまた、０．５ボルトから５ボルトの間の電圧を用いる。電圧は、水を用いるときに２ボルトに限定されて水の電気分解を限定する。
【００１０】
米国特許出願公開第２００５／０１０３６３４号は、米国特許第５,７７９,８９１号に動作の点で類似している。
【００１１】
米国特許出願公開第２００６／００４９１０５号は、膜技術を用いてイオンがプレートに触れるのを防止する複数チャネルデバイスである。しかしながら、この二重層は、累加するイオン層をもたらし、放電されなければならず、デバイスの連続した動作を防げる。
【発明の概要】
【００１２】
マイクロスケール技術は、工学応用及び工学研究の世界における新しい成長分野である。物質（species）同士の間の距離が近づいて反応の全体的な大きさが非常に小規模に実施されると、支配的な反応の特徴は変化する。大規模デバイスでは、反応の最終的なエネルギーバランスへのデバイスの特徴の影響が極めて小さいので、多くの化学的反応の特徴を無視することができる。しかしながら、規模が、通常１００ミクロン（０.１ミリメートル）未満のマイクロレベルに縮小されると、エネルギーバランスについての以前に無視された特徴は、システムを支配する力になる。基準として、人間の髪の毛は、直径が約８０−１００ミクロンである。
【００１３】
電界及びマイクロチャネルの使用によって、簡単な流迂回（ウォーターダイバージョン）技術を介して、イオン水を濃縮塩水流及び上水へ分けることができる。この技術は、低電流及び高電圧を用いるため、ごくわずかのエネルギーしか必要としない。それは、内陸部の半塩水シナリオ及び海水脱塩のための両方で用いられる可能性がある。この技術は、非常に低エネルギーのシステムであってもよい。昇圧トランスを最低限必要とし、電圧を増加させながらも電流を減少させる。それは、非常に低い電力消費をもたらす。マイクロチャネルの実施については、個々のユニットの数を増やして、多量の飲料水を生産することができるデバイスをつくることは容易である。製造コストは、大部分がアクリルのプレート及び薄いプラスチックシートである、用いられる材料の性質のために低減することができる。
【００１４】
このデバイスで用いられる主要技術は、電界によって生じた分離駆動力を用いるマイクロチャネルセパレータである。イオン流体はマイクロチャネルを流れて、電荷を有している２つの相隔てられた平列のプレートによって電界にさらされる。イオン流体のイオンは、帯電プレートの方へ引き付けられて、帯電プレートの近くの流れの領域で集中しかつプレート同士の間の流れの中心領域から減少する。帯電プレートは、アーク放電及び帯電プレートへのイオンの付着を防ぐ不浸透性バリアによりイオン流体から絶縁される。主チャネルを通るイオン流体が十分な長さを通過した後に、２つのブロッキングプレートが、中央出力チャネル及び２つの外側出力チャネルに流れを分離する。中央チャネルは、帯電プレート近くの領域のイオン流体より少ないイオンを有している主チャネルの中央領域から一部のイオン流体を引き付ける。外側チャネルのイオン流体は、中央チャネルとは別に放出される。あまり大きすぎないマイクロチャネルはまたは除去されたイオンの割合を減少させるということが重要である。そのような場合、同様のデバイスを通る追加のパスが、所望のイオン除去レベルを実施するために必要である。実行可能であるために、デバイスのマイクロチャネルは、幅が約１００ミクロン以下の、非常に小さいことが必要である。
【００１５】
詳細な試験により、脱塩法において、単一のマイクロスケールのユニットは、溶液がデバイスを通過した後に、溶液の溶解イオンの最高４パーセントを除去し、排水生成物としてより濃縮された塩水を残すことができるということが示された。より小さいチャネルが用いられるかまたは、より多くのユニットが並列して一緒に用いられる場合、上水の生産を拡大することが可能になると同時に、デバイスを通る各パスを用いてより高い割合のイオンまたは全溶解固形物を除去することが可能になる。ユニットはまた、連続して用いられて水からのイオン除去を高めることができる。
【００１６】
マイクロスケール技術の重要な利点は、生産規模におけるその柔軟性である。仕事の要件により、用いられるユニットの数を変化させて、デバイスが最適に動作するのに必要な流量または負荷に対応することができる。別の利点は、本発明は、再生する必要性なしに常に動作することができ、連続流を可能にするということである。これは、特に熟練したオペレータまたは注意深いオペレータが対応できないような適用、または脱イオン化水の中断されない供給が必要である時の適用に特に有益である。汽水をより飲むに適した状態にするために用いられる軍事分野のユニットが例としてあげられるだろう。そのような場合、本発明を、飲料水生成物と、イオン濃度をあまり気にかけなくてもよい利用（例えば、衣類の洗濯）に用いることができる廃棄生成物とを生成するために用いることができる。また、生成流体からイオン化物質（ionized species）を除去することが必要であるいかなる工業用途に対してもこの設計を実施することが可能である。設計は汽水処理だけに限る必要はなく、帯電プレート及び連続流の設計を用いて水から任意の帯電物質（charged species）を除去することもできる。本発明は、飲用及び洗浄用の飲用水を提供するために用いられてもよい。それは、逆浸透による脱塩のためのプレステップ処理として用いられてもよい。例えば、ヒ素またはさびなどの汚染物質を流体から除去すること、血液透析などで血液からイオンを除去すること、極性流体または無極性流体からイオン不純物を除去することである。さらに、本発明は、イオン流体流れの一部でイオンを濃縮することが所望される環境で用いられてもよい。デバイスが有しているフロースルー（流れて通過していく）性質には、絶縁体電極と組み合わせると、電極が汚れないのでほとんどまたは全くメンテナンスを必要としないという利点もある。さらに、本発明の別の利点は、電極を再生させる必要性をなくして、オペレータエラーによって生じる不注意による二次汚染の可能性を減らす。
【００１７】
本発明がもたらす排水を、必要に応じて、他の脱塩技術と同じ方法で処理することができる。考えられる解決法には、塩水の蒸発、廃液の放出、または深井戸注入技術を含む。このデバイスの安全面は、デバイスを通る汚染水または汚染流体の種類だけに限られる。回路及び電力供給の適当な設計によって、デバイスが正しく用いられると、電気ショックはほとんどないはずである。
【００１８】
従って、本発明の目的は、流体から電気的に絶縁された帯電プレートによって生じる電磁力を利用して流体からイオンを除去するデバイスを提供することである。
【００１９】
本発明の更なる目的は、連続流システムを利用して流体からイオンを除去するデバイスを提供することである。
【００２０】
本発明のまた別の目的は、再生または帯電プレートのクリーニングを必要としない、流体からイオンを除去するデバイスを提供することである。
【００２１】
本発明のまた更なる目的は、蒸留などの流体の相変化を必要としない、流体からイオンを除去するデバイスを提供することである。
【００２２】
本発明のまた更なる目的は、逆浸透のような半浸透性バリアを必要としない、流体からイオンを除去するデバイスを提供することである。
【００２３】
本発明の更にまた別の目的は、極めて小さいデバイス及び相対的に小さいスペースを占有する多数の個々のユニットを提供して、持ち運びの容易さと、小さいユニットの工業生産レベルについて並列及び直列のマトリックスで用いられる小さいユニットとを可能にすることである。
【００２４】
本発明のまた更なる別の目的は、従来技術のデバイスより実質的に高い電圧で動作するデバイスを提供することである。
【００２５】
本発明の他の目的及び利点は、図解及び例として本発明の特定の実施形態を説明している添付図面と併せて考慮される以下の説明から明らかになるだろう。本明細書に含まれるいかなる図面も、本明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施形態を含みかつその様々な目的及び特徴を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】存在しているイオンとともにユニットを通る流体の流れの概略図である。
【図２】単一のユニットの斜視図である。
【図３】単一のユニットの分解斜視図である。
【図４】実質的に単一の材料でできているデバイスの別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明は様々な形の実施形態が可能であるが、本開示は本発明の実例とみなされるべきであって説明された特定の実施形態に本発明を限定することを意図としていないという了解の下で、図に示され、限定ではないが現在の好適な実施形態を以下に説明する。また、本発明は、水に加えて、様々な流体からイオンを除去することができると理解される。
【００２８】
本発明の基礎動作が図１に示される。脱イオンされるべき流体またはイオン流体は、デバイス１０に送り込まれて、主チャネル１２を流れる。流体流れは、帯電電極１４と帯電電極１６との間を通る。正電荷電極１４は、正電荷を有して、流体流れの上部の方へ負イオンを引き付ける。負電荷電極１６は、負電荷を有して、流体流れの下部の方へ正イオンを引き付ける。帯電電極は、望ましくは２，５００ボルトから１０，０００ボルトである、１０ボルトから１０,０００ボルトの範囲で電位を供給される。これは、イオンの移動をもたらす電界を生じる。帯電電極１４、１６は、非導電性不浸透性バリア１８、２０により流体流れから隔てられている。非導電性不浸透性バリア１８、２０は、流体から電極１４、１６を絶縁してアーク放電を防ぎ、電極１４、１６がイオンで汚れないようにする。
【００２９】
流体が十分な距離を流れてそれぞれの帯電電極の方へ所望の量のイオンの電磁力を生成した後に、流れはブロッキングバリア２２、２４により３つの流れに分離される。該流れうちの２つの流れ２６、２８は、電荷電極１４、１６に隣接している。これらの流れは、帯電電極によりイオンの誘引力の故に高濃度のイオンを含んでいる。中央の第３の流れ３０は、低濃度のイオンを含む。次に流れは、デバイスから放電される。濃縮イオン流体流れ２６、２８は、廃棄物の流れであるとみなされ、中央の脱イオン流体流れ３０は、所望の生成物または脱イオン流体である。水脱塩の場合、濃縮イオン流体流れ２６、２８は、より高レベルの塩水または塩を含み、一方、中央の脱イオン流体流れ３０は飲料水を含む。非導電性バリア１８、２０、ブロッキングバリア２２、２４は、濃縮イオン流体チャネル６０、６２及び脱イオン流体チャネル６４を形成する。濃縮イオン流体流れ２６、２８は、濃縮イオン流体チャネル６０、６２を流れる。脱イオン流体流れ３０は、脱イオン流体チャネル６４を流れる。
【００３０】
図２は、入口ポート及び出口ポートを含んでいるデバイスのユニットの外観を示す。イオン流体または塩水は、エンドキャップ３２の入口３４でデバイスに導入される。流体は、デバイスを流れてイオンが流体から分離される。濃縮イオン２６、２８を含む流れは混合されて出口３６を通ってデバイスから流出する。濃縮イオンを含む流れは、また、別々の出口を通ってデバイスから放出されてもよい。例えば飲料水などの所望の生成物を含む流れ３０は、出口３８を通ってデバイスから放出される。帯電電極への電力は、ポート４０を介して供給される。１つのエンドキャップだけが入口、出口及び電力ポートを含んで示されているが、別の同一のエンドキャップ４２が、デバイスの反対側に設けられてもよい。エンドキャップ４２も、イオン流体または塩水入口、濃縮イオン流体出口、所望の生成物出口及び電力ポートを設けられてもよい。
【００３１】
ポートは、単一の大きなひとそろいのユニットにおけるユニットの配置を容易にするように構成されてもよい。整列した適当なポートを備えたもう１つのユニットに隣接する１つのユニットを有することによって、コンパクトスペースに設置された一組から大量のイオン流体または水を処理することを容易にすることができる。
【００３２】
図３は、デバイスを含むプレートまたはシートを示す。好適実施形態は、プラスチックシートを含む。エンドキャップには、電荷電極１４、１６を収容する凹部が設けられている。エンドキャップに隣接して非導電性不浸透性バリア１８、２０がある。非導電性バリア１８、２０に隣接して、濃縮イオン流れ２６、２８が流れる脱イオン流体チャネル４８、５０を含む廃棄プレート４４、４６がある。廃棄プレートは、エッチングされて濃縮イオン流れを形成する。他の適当な手段が、濃縮イオン流れを形成するために当業者によって用いられてもよい。廃棄プレート４４、４６に隣接して、ブロッキングプレートカットアウト５２、５４を含むブロッキングプレート２２、２４がある。ブロッキングプレートカットアウト５２、５４の長さは、濃縮イオン流体カットアウト４８、５０より短く、主流を３つの別個の流れ２６、２８及び３０に分離する。ブロッキングプレートカットアウト５２、５４は、ブロッキングプレートにエッチングされてもよいしまたは他の適当な手段で形成されてもよい。真ん中には、所望の出力脱イオン流体流れ３０を収容する出力プレート５６がある。脱イオン流体カットアウト５８は、エッチングまたは他の適当な手段で形成される。脱イオン流体カットアウト５８の長さは、濃縮イオン流体カットアウト４８及び５０と同じである。
【００３３】
濃縮イオン流体カットアウト４８及び５０は、それらの端部においてほぼ９０度の屈曲またはＬ形を有して形成されていて、出力３６に接続されている。脱イオン流体カットアウト５８は、その端部においてほぼ９０度の屈曲またはＬ形を有して形成され、出力３８に接続されている。脱イオン流体カットアウト５８の屈曲は、濃縮イオン流体カットアウト４８及び５０の屈曲と反対方向にある。９０度の屈曲の代わりに、カットアウト４８、５０及び５８は、様々な方向に主流れから流れを変えられてもよく、それぞれ出力３６及び３８に接続されてもよい。
【００３４】
好適実施形態は、好ましくは７００ミクロン（０．７ミリメートル）である、５０ミクロンから１０００ミクロンの電荷電極から電荷電極までの全体距離を有する。各プレートは、望ましくは１００ミクロンである、１０ミクロンから２００ミクロンの厚さがある。チャネルは、図３に示したように深さ、即ち高さが、望ましくは５００ミクロンである、５０ミクロンから７００ミクロンである。プレートは、また、望ましくは１５００ミクロンの幅である。チャネルが深さ１００ミクロン未満であった場合、より大きい分離を短い距離にわたって電界劣化の性質のために見ることができる。
【００３５】
図２に示したように、単一のユニットのコンパクト設計が見られる。厚いエンドキャップはアクリルでできている。一方、エンドキャップ同士の間の黒い線は、透明シートで形成されている一連のプレートを表す。好適実施形態の単一のユニットの長さは７．５センチメートルで、幅４センチメートルで高さ３センチメートルを有する。これは好適実施形態であるが、他の寸法も可能である。
【００３６】
好適実施形態は、異なった手順を用いた複数の実行の後に、イオンに関してほぼ３パーセントのかなり一定した除去をもたらした。単一のユニットは、２５００ボルトで、約５０ｍｌ／時の混じりけがないまたは所望の生成物流れを生じる。電力供給は、最大消費で動作している間、７５０ワット（０.７５キロワット）を消費する。このことは、電力供給装置毎に毎時０.７５キロワット、即ち０.７５ｋｗｈだけという結果になる。それらが互いに並列に配線されている限り、個々のユニットのいくつでも異なる電流消費で動作されてもよい。ユニットをまとめてグループ化することは、少しの仕事量及び追加の部品を必要とする。本ユニットはわずかな熱及び／またはノイズを生じるので、特別な材料が工事のために必要とされない。
【００３７】
これらのユニットを製造する最も簡単で最も安価な方法は、薄膜にユニットをエッチングまたはカットアウトすることである。市販の透明シートは、シートの入手可能性及び相対的に安いコストのために適当である。透明シートは、シートメタルから作られるテンプレートを用い、プラスチック層を切るパンチ及び刃を用いることで機械加工が容易である。各シートは、ほぼ１００ミクロンの厚さである。シートは、互いの上部に積み重ねられて、脱イオン流れ及び廃棄流れ用の流れチャネルを有するマイクロチャネルシステムを生成する。アクリルプレートが用いられて、透明シートを間にはさんで、漏れを妨ぎかつホース取り付け用の支持を設ける。
【００３８】
図４は、ユニットが単一の材料から形成されている実施形態を示す。主チャネル１２は、単一の材料にエッチングされた複数のチャネルによって、３つの流体流れ２６、２８及び３０に分離される。濃縮イオン流れは、チャネルを流れて、電極１４、１６で分離されて、濃縮イオン流体チャネル６０、６２及び脱イオン流体チャネル６４を生成する。これらのうちの複数は、エッチングまたは他の手段によって単一の材料へ形成されてもよい。これらの部品のうちの複数は、大きい脱イオンデバイスにまとめて接続されてもよい。
【００３９】
当業者は、前述の説明が本発明の特定の好適実施形態をカバーするということを認めるであろうという点に注目しなければならない。様々な変更態様が、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、記載されている特定の実施形態になされてもよい。全てのかかる変更及び変更態様は、以下の請求の範囲に組み込まれている。例えば、本発明は、個々のユニットが主チャネルの高さとして約１００ミクロンを有し、出口流れチャネルの各々は約２０−４０ミクロンの高さで、ブロッキングプレートは約１０ミクロンの厚さを有するように作られてもよい。同様に、チャネルは、アクリルまたは銅のシートにカットされてもよいし、または、帯電プレートを形成している他の一部のコンダクタがマイクロチャネルの両側のアクリルシートに埋めこまれてもよい。この設計を利用して、１フィート×１フィートの大きさの辺で厚さ４分の１インチのアクリルに１０００チャネル以上を有することが可能である。多数のこれらのプレートを組み合わせることによって、相対的に多量の流体、水またはイオン流体を処理することができる冷蔵庫サイズのユニットを構成することが相対的に容易である。ポンプは、水源から水を引いてデバイスに水を貫流させることができる設計へ統合されてもよい。重力による圧力を利用している貯蔵タンクが、設計に組み込まれてもよい。リサイクル流れは、デバイス内に完全に含まれて、その流出量が水処理基準内であることを確実にしてもよい。
【００４０】
この明細書において言及された全ての特許及び刊行物は、本発明が関係する当業者のレベルを表す。全ての特許及び刊行物には、以下を含むがこれらに限定されない。即ち、米国特許第５,４２５,８５８号、米国特許第５,７７９,８９１号、米国特許第６,２７７,２６５号、米国特許第６,４１３,４０９号、米国特許出願公開第２００５／０１０３６３４号、及び米国特許出願公開第２００６／００４９１０５号は、個々の刊行物が参照により組み込まれるということを具体的にかつ個々に示されたかのような同じ範囲まで、参照することにより本明細書に組み込まれる。
【００４１】
本発明の特定の形式が示されているが、本明細書において説明されかつ示された特定の形式または装置に限定されるものではないと理解されるべきである。様々な変更が本発明の範囲内においてなされてもよいことは当業者にとって明らかであり、本発明は本明細書において示されかつ説明されたもの及び本明細書に含まれる図面／図に限定されるとみなされるべきではない。
【００４２】
目的を実行しかつ、本発明に備わっている目的及び効果に加えて言及された目的及び効果を得るのに、本発明が適しているということを当業者はすぐに理解することができる。本明細書に説明されている実施形態、方法、手順、及び技術は、好適実施形態の現在の例示であり、例示を意図していて、目的について限定することを意図していない。本発明の趣旨の範囲内に含まれていて請求の範囲によって画定される、その中の変更及び他の使用を当業者は思い付くだろう。本発明は特定の好適実施形態と関連して説明されているが、請求された本発明は、かかる特定の実施形態に必要以上に限定されるべきでないということが理解されなければならない。実際に、当業者にとって自明である、本発明を実行するための説明されたモードについての様々な変更態様は、以下の請求の範囲内にあるということを意図している。
【符号の説明】
【００４３】
１０  デバイス
１２  主チャネル
１４  正電荷電極
１６  負電荷電極
１８  非伝導性不浸透性バリア
２０  非伝導性不浸透性バリア
２２  ブロッキングプレート
２４  ブロッキングプレート
２６  濃縮イオン流体流れ
２８  濃縮イオン流体流れ
３０  脱イオン流体流れ
３２  エンドキャップ
３４  流体入口
３６  濃縮イオン出口
３８  脱イオン流体出口
４０  電力ポート
４２  エンドキャップ
４４  濃縮イオン流体プレート
４６  濃縮イオン流体プレート
４８  濃縮イオン流体カットアウト
５０  濃縮イオン流体カットアウト
５２  ブロッキングプレートカットアウト
５４  ブロッキングプレートカットアウト
５６  脱イオン流体プレート
５８  脱イオン流体カットアウト
６０  濃縮イオン流体出力チャネル
６２  濃縮イオン流体出力チャネル
６４  脱イオン流体出力チャネル
【図１】
2009543695.tif 000003
【図２】
2009543695.tif 000004
【図３】
2009543695.tif 000005
【図４】
2009543695.tif 000006
【国際調査報告】
2009543695.tif 000007