(57)【要約】  流体を精製するための電気脱イオン装置及び電気脱イオン法。流体から弱イオン化可能な化学種を除去することによって流体（例えば水）を精製することができる。弱イオン化可能な化学種を異なったｐＨレベルにて解離させて、電気脱イオン装置での流体からの除去を容易にすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオン交換物質及び／又はアニオン交換物質を含んだ第１のイオン交換物質層；及び
アニオン交換物質を前記第１の層と流体連通状態にて含んだ第２のイオン交換物質層；
を含む電気脱イオン装置において、このとき前記２つの層の少なくとも一方がドーパントを含み及び／又は前記電気脱イオン装置が前記第２の層と流体連通状態にてアニオン交換物質及び／又はカチオン交換物質を含んだ第３の層を含む；
電気脱イオン装置。
【請求項２】
前記層が少なくとも１つのイオン減少用区画又は共通のセル中に存在する、請求項１記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
前記層が隣接している、請求項１又は請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
それぞれの層がセル中に存在し、それぞれのセルがその隣のセルと流体連通状態にある、請求項１又は請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
イオン交換物質のそれぞれが１種以上のイオン交換樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
第１の層がカチオン交換樹脂を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項７】
第１の層がドーパントを含む、請求項６記載の電気脱イオン装置。
【請求項８】
ドーパントがアニオン交換物質を含む、請求項７記載の電気脱イオン装置。
【請求項９】
アニオン交換物質がＩ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物である、請求項８記載の電気脱イオン装置。
【請求項１０】
第１のカチオン交換層が、Ｉ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を４０％ドープしたカチオン樹脂を含み、第２の層がＩ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を含み、第３の層がカチオン樹脂のみを含む、請求項９記載の電気脱イオン装置。
【請求項１１】
第１の層がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１２】
アニオン交換物質が、Ｉ型アニオン交換樹脂及び／又はＩＩ型アニオン交換樹脂を含む特定の電気活性媒体である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１３】
アニオン交換物質に対しては、ドーパントがカチオン交換物質又は電気的に不活性の非イオン交換物質である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１４】
第１の層に第２の層中のイオン交換物質をドープする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１５】
第１の層に約４０％未満のドーパント物質をドープする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１６】
第２の層の体積又は厚さが第１の層の体積より大きい、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１７】
第２の層の体積又は厚さが第１の層の体積又は厚さの約３倍以上である、請求項１６記載の電気脱イオン装置。
【請求項１８】
第１と第２の層を第１と第２のセル中に有し、このとき第１と第２のセルが共通のモジュールになっている、請求項４記載の電気脱イオン装置。
【請求項１９】
第３の層を第３のセル中に有し、このとき第３のセルが共通のモジュールになっている、請求項１８記載の電気脱イオン装置。
【請求項２０】
第１のセルに加えられる電流が、第２のセルに加えられる電流とは独立的に制御可能である、請求項４、１８、又は１９のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２１】
第３のセルに加えられる電流が、第１又は第２のセルに加えられる電流とは独立的に制御可能である、請求項１９記載の電気脱イオン装置。
【請求項２２】
第２のセルの下流で且つ第３のセルの上流に配置された第４のセルをさらに含む、請求項４と１６〜２１のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２３】
第４のセルが、第２のセルと実質的に同じイオン交換物質を含む、請求項２２記載の電気脱イオン装置。
【請求項２４】
第２と第４のセルが同じモジュールになっている、請求項２２又は２３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２５】
第４のセルの下流で且つ第３のセルの上流に配置された第５のセルをさらに含む、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置に電界を加えること、及び供給流体を各層に通すことを含む水の精製法。
【請求項２７】
供給流体を第１のカチオン交換層に通して第２の流体を生成させる工程；
第２の流体を第２のアニオン交換層に通すことにより第２の流体のｐＨを調整して第３の流体を生成させる工程；及び
カチオン交換物質、あるいはアニオン交換物質とカチオン交換物質との混合物を含んだ第３の交換層に前記第３の流体を通す工程；
を含む、請求項２６記載の精製法。
【請求項２８】
第１のカチオン交換層が、Ｉ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を４０％ドープしたカチオン樹脂を含み、第２の層がＩ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を含み、第３の層がカチオン樹脂のみを含む、請求項２７記載の精製法。
【請求項２９】
第２の流体をアニオン交換層に通す前記工程により、第２の流体のｐＨが少なくとも約２ｐＨ単位だけ上昇する、請求項２８記載の精製法。
【請求項３０】
第２の流体のｐＨが７未満である、請求項２８又は２９に記載の精製法。
【請求項３１】
第２の流体のｐＨが約６未満である、請求項３０記載の精製法。
【請求項３２】
カチオン交換層との接触時間がアニオン交換層との接触時間より短い、請求項２７〜３１のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３３】
アニオン交換層との接触時間がカチオン交換層との接触時間の約２倍を超える、請求項３２記載の精製法。
【請求項３４】
アニオン交換層との接触時間がカチオン交換層との接触時間の約３倍である、請求項３３記載の精製法。
【請求項３５】
第１又は第２の層がドーパントを含む、請求項２６〜３４のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３６】
最終的に得られる流体が、供給流体のｐＨから少なくとも約１のｐＨ単位ほど調整されるｐＨを有する、請求項２６〜３５のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３７】
供給水が第１の濃度にて弱イオン化可能な化学種を含み、最終流体が、第１の濃度の約１０％未満である濃度にて弱イオン化可能な化学種を含む、請求項２６〜３６のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３８】
最終流体の濃度が第１の濃度の約５％未満である、請求項３７記載の精製法。
【請求項３９】
最終流体の濃度が第１の濃度の約１％未満である、請求項３８記載の精製法。
【請求項４０】
弱イオン化可能な化学種が、シリカ化合物、ホウ素化合物、及び炭素化合物からなる群から選択される、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項４１】
弱イオン化可能な化学種がシリカ又はホウ素であり、最終流体中の濃度が１ｐｐｂ未満である、請求項４０記載の精製法。
【請求項４２】
弱イオン化可能な化学種がカチオン性化学種である、請求項３７記載の精製法。
【請求項４３】
カチオン性化学種がアンモニアである、請求項４２記載の精製法。
【請求項４４】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置を２つの逆浸透装置と流体連通状態にて含む水精製装置。
【請求項４５】
電気脱イオン装置が第１の逆浸透装置と流体連通状態にあり；第２の逆浸透装置が、電気脱イオン装置を介して第１の逆浸透装置と連通状態にあり；電気脱イオン装置が、第１の逆浸透装置と第２の逆浸透装置との間に流体連通をもたらすバイパスループを含む；請求項４４記載の水精製装置。
【請求項４６】
電気脱イオン装置が、イオン交換物質を含む第１の電気脱イオンセル、及びイオン交換物質を含む第２の電気脱イオンセルを含み；第１の逆浸透装置が、第１の電気脱イオンセル及び第２の電気脱イオンセルと流体連通状態にあり；第２の逆浸透装置が第２の第２の電気脱イオンセルと流体連通状態にある；請求項４５記載の水精製装置。
【請求項４７】
水を第１の逆浸透装置に通して第１の流体を生成させる工程；
アルカリ性物質を加えずに第１の流体のｐＨを上げて第２の流体を生成させる工程；及び
第２の流体を第２の逆浸透装置に通す工程；
を含む、請求項４５に記載の水精製装置を使用する水の精製法。
【請求項４８】
第１の流体の一部を、電気脱イオン装置を介して移送せずに第２の逆浸透装置に移送する工程をさらに含む、請求項４７記載の水の精製法。
【請求項４９】
供給流体をｐＨを調整するための第１の電気脱イオンセルに通して第１の流体を生成させる工程；
第１の流体を第１の逆浸透装置に通して第２の流体を生成させる工程；
第２の流体をｐＨを調整するための第２の電気脱イオンセルに通して第３の流体を生成させる工程；及び
第３の流体を第２の逆浸透装置に通して精製流体を生成させる工程；
を含む、請求項４６記載の水精製装置を使用する流体の精製法。
【請求項５０】
先ずｐＨを低下させ、次いでｐＨを上昇させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５１】
先ずｐＨを上昇させ、次いでｐＨを低下させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５２】
アニオン樹脂を過半量含む電気脱イオンセルに流体を通すことによってｐＨを上昇させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５３】
流体が、カチオン樹脂層とその次のアニオン樹脂層を含む電気脱イオンセルを通る、請求項５２記載の流体の精製法。
【請求項５４】
カチオン樹脂を過半量を含む電気脱イオンセルに流体を通すことによってｐＨを低下させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５５】
精製された流体が、供給流体中のカチオンとアニオンの濃度より低い濃度にて、弱イオン化可能な同じカチオンと弱イオン化可能な同じアニオンを含有する、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５６】
精製流体中の濃度が供給流体中の濃度の１％未満である、請求項５５記載の流体の精製法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
１．  発明の分野
本発明は電気脱イオン装置と電気脱イオン法に関し、さらに詳細には、改良された水の精製を、具体的には弱イオン化可能な化学種の改良された除去をもたらす電気脱イオン装置と電気脱イオン法に関する。
【０００２】
２．  関連技術の説明
電気脱イオン（ＥＤＩ）は、電気的に活性な媒体及びイオン輸送に影響を与える電位を使用して、イオン化した化学種を水から除去する方法である。電気活性媒体は、イオン化可能な化学種の捕集と排出を交互に行うよう作用することもあるし、あるいはイオン的もしくは電子的な置換メカニズムによってイオンの連続的な輸送を容易にするよう作用することもある。ＥＤＩ装置は、恒久的装入の媒体を含んでも、あるいは一時的装入の媒体を含んでもよく、またバッチ方式、間欠方式、連続方式、又は逆極性モードのいずれでも操作することができる。ＥＤＩ装置は、性能を達成すべく又は性能を高めるべく特に設計された電気化学反応を引き起こすように操作することができ、電気的に活性な膜（例えば、半透性のイオン交換膜やバイポーラ膜）を含んでよい。
【０００３】
連続的電気脱イオン（ＣＥＤＩ）〔連続的脱イオン、充填セル電気透析、又はエレクトロダイアレシス（ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｒｅｓｉｓ）等の方法がある〕においては、電気活性媒体のイオン輸送特性が、評価する上での主要なパラメーターである。これらの方法については、例えば、Ｋｏｌｌｓｍａｎによる米国特許第２，８１５，３２０号；Ｐｅａｒｓｏｎによる米国特許第２，７９４，７７７号；Ｋｒｅｓｓｍａｎによる米国特許第２，９２３，６７４号；Ｐａｒｓｉによる米国特許第３，１４９，０６１号と第３，２９１，７１３号；Ｋｏｒｎｇｏｌｄらによる米国特許第３，６８６，０８９号；Ｄａｖｉｓによる米国特許第４，０３２，４５２号；米国特許第３，８６９，３７６号；Ｏ’Ｈａｒｅによる米国特許第４，４６５，５７３号；Ｋｕｎｚによる米国特許第４，６３６，２９６号と第４，６８７，５６１号；及びＧｉｕｆｆｒｉｄａらによる米国特許第４，６３２，７４５号に記載されている。典型的なＣＥＤＩ装置は、電気活性で半透性のアニオン交換膜とカチオン交換膜を交互に含んでいる。膜の間のスペースは、入口と出口とを有する液体流れ区画（ｌｉｑｕｉｄ  ｆｌｏｗ  ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｓ）（すなわちセル）を形成するように設計されている。膜と区画の境界における電極を使用して、外部電源により横ＤＣ電界をかける。電極からの反応生成物を他の流れ区画から分離できるように、電解質区画を設けることが多い。電界をかけると、液体中のイオンがそれぞれのカウンター電極に付着する。アノードに対向している電気活性アニオン膜とカソードに対向している電気活性カチオン膜とで仕切られた区画はイオンが減少し、アノードに対向している電気活性カチオン膜とカソードに対向している電気活性アニオン膜とで仕切られた区画はイオンが濃縮される。イオン減少用区画内の体積は（及び、しばしばイオン濃縮用区画内の体積も）電気活性媒体で構成される。連続的脱イオン装置においては、媒体は、密に混合したアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を含んでよい。イオン交換媒体は、区画内でのイオンの輸送を増大させ、また制御された電気化学反応のための基質として関与することもできる。媒体が、イオン交換媒体の別個の（場合によっては交互の）層を含むこと以外は、ＥＤＲ装置においても構成は類似している。これらの装置においては、各層は、実質的に同じ極性の樹脂（アニオン樹脂又はカチオン樹脂）で構成されており、脱イオンしようとする液体を層に順次流す。
【０００４】
電気脱イオンは、特定のタイプの溶解化学種を流体から除去する際により効果的である。例えば、主として解離していてイオン形にて存在する化合物は、解離しないことがあって主として非イオン形で存在してよいホウ素やシリカ等の化合物と比較して、電界の影響下においてより簡単に輸送される。これらのイオン化されない化合物はさらに、他の水精製法（例えば逆浸透）によって除去するのが困難な場合がある。したがって、ある電気脱イオン装置は、充分にイオン化した化学種を効率的に除去するが、簡単には解離しないある種の化合物を除去できないことがある。水を特定の用途に適したものにするためには、除去されない化合物に対して追加の処理を施さなければならないことがある。日本特許第２８６５３８９号に開示されているように、この分野においてある程度の検討がなされており、該特許によれば、電気脱イオン装置において、最初に水をアニオン交換樹脂の層に通し、次いでカチオン交換樹脂の層に通すことによってシリカの７０％が除去された、と報告されている。この減少レベルは、従来の混合床ポリッシャー（ｍｉｘｅｄ  ｂｅｄ  ｐｏｌｉｓｈｅｒ）の必要とされる再装入頻度が少なくなるという点で有益であることがわかったが、水中にｐｐｍレベルのシリカが残存するということは、従来の混合床ポリッシング（ｍｉｘｅｄ  ｂｅｄ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を追加的に行わなければ、シリカのレベルがｐｐｍ未満の用途に対しては水が不安定である、ということを意味している。さらに、ヨーロッパ特許出願第１，０３８，８３７号は、サブ脱塩チャンバー（ａ  ｓｕｂ−ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ  ｃｈａｍｂｅｒ）の入口側にカチオン交換膜を使用し、サブ脱塩チャンバーの出口側にアニオン交換膜を使用することによって、サブ脱塩チャンバーのｐＨをアルカリ性にすることができる、ということを開示している。
【０００５】
従来の混合床ポリッシング等の追加処理は、コストがかかり、面倒であり、非効率的であるので、弱イオン化可能な化学種をｐｐｍレベル未満及びｐｐｂレベル未満にまで除去することのできる、改良された電気脱イオン装置が依然として求められている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、精製された水を得るための電気脱イオン装置及び電気脱イオン法に関する。ある態様においては、本発明は、少なくとも１つのイオン減少用区画；前記少なくとも１つのイオン減少用区画中に配置された、第１のイオン交換物質の第１の層；前記第１の層の下流において隣接して配置された、第２のイオン交換物質の第２の層；及び前記第２の層の下流において隣接して配置された、アニオン交換物質とカチオン交換物質とを含んだ第３の層；を含む電気脱イオン装置を提供する。
【０００７】
他の態様においては、少なくとも１つのイオン減少用区画、及び前記イオン減少用区画中に配置された第１のイオン交換物質層を含み、このとき前記第１の層がカチオン交換樹脂又はアニオン交換樹脂を含む、という電気脱イオン装置が提供される。第２のイオン交換物質層がイオン減少用区画中に配置され、カチオン交換樹脂又はアニオン交換樹脂を含み、第１の層とは異なる。これら層の少なくとも１つがドーパントをさらに含む。
【０００８】
他の態様においては、アニオン交換物質又はカチオン交換物質を含んだ第１のセル、及び前記第１のセルと流体連通状態にある第２のセルを含み、このとき前記第２のセルが、前記第１のセルの交換物質とは異なるアニオン交換物質又はカチオン交換物質を含む、という電気脱イオン装置が提供される。第３のセルが前記第２のセルと流体連通状態にあり、前記第３のセルが混合されたイオン交換物質を含む。
【０００９】
他の態様においては、カチオン交換層、アニオン交換層、及び混合イオン交換層を含んだ電気脱イオン装置に電界を加えることを含む方法が提供される。第１の流体をカチオン交換層に通して第２の流体を生成させ、前記第２の流体をアニオン交換層に通すことによって第２の流体のｐＨを調整して第３の流体を生成させ、そして前記第３の流体を混合イオン交換層に通す。
【００１０】
他の態様においては、２つの層を含んだ電気脱イオン装置に電界を加えることを含み、このとき前記２つの層がアニオン交換層とカチオン交換層であって、２つの層の少なくとも一方がドーパントを含む、という水の精製法が提供される。第１の流体を２つの層の一方に通して第２の流体を生成させ、前記第２の流体を２つの層の他方に通して第３の流体を生成させ、このとき前記第３の流体が、前記第１の流体のｐＨから少なくとも１ｐＨ単位だけ調整されたｐＨ値を有する。
【００１１】
他の態様においては、第１の逆浸透装置、前記第１の逆浸透装置と流体連通状態にある電気脱イオン装置、及び前記電気脱イオン装置中に配置されたアニオン交換層を含む水精製装置が提供される。第２の逆浸透装置が電気脱イオン装置と流体連通状態にあり、前記第２の逆浸透装置が、電気脱イオン装置を介して前記第１の逆浸透装置と連通状態にあり、バイパスループが、第１の逆浸透装置と第２の逆浸透装置との間に流体連通をもたらす。
【００１２】
他の態様においては、水を第１の逆浸透装置に通して第１の流体を生成させること、アルカリ性物質を加えることなく前記第１の流体のｐＨを上げて第２の流体を生成させること、及び前記第２の流体を第２の逆浸透装置に通すことを含む水の精製法が提供される。
【００１３】
他の態様においては、イオン交換物質を含んだ第１の電気脱イオンセル、イオン交換物質を含んだ第２の電気脱イオンセル、前記第１の電気脱イオンセル及び前記第２の電気脱イオンセルと流体連通関係にある第１の逆浸透装置、並びに前記第２の電気脱イオンセルと流体連通関係にある第２の逆浸透装置、を含む水精製装置が提供される。
【００１４】
他の態様においては、ｐＨを調整するための第１のセルに供給流体を通して第１の流体を生成させること、前記第１の流体を第１の逆浸透装置に通して第２の流体を生成させること、ｐＨを調整するための第２の電気脱イオンセルに前記第２の流体を通して第３の流体を生成させること、及び前記第３の流体を第２の逆浸透装置に通して精製された流体を生成させること、を含む流体の精製法が提供される。
【００１５】
他の態様においては、弱イオン化可能な化学種の除去速度がセルの長さ全体にわたって実質的に一定である、という電気脱イオンセルが提供される。
【詳細な説明】
【００１６】
本発明は、弱イオン化可能な化学種のレベルを減少させた高純度水をもたらす電気脱イオン装置及び電気脱イオン法に関する。本発明により、減少したレベルの１種以上の弱イオン化可能な化学種を含有する水が得られるよう、電気脱イオン装置を通過する水のｐＨを調整すること、並びに普通に生じるｐＨレベルにてより完全に解離する化学種を効率的に除去することが可能となる。例えば、溶液中のシリカやホウ素等のアニオン性化学種の濃度を、９０％、９９％、又は９９．９％も減少させることができ、あるいは重量基準にて１００ｐｐｂ未満、１０ｐｐｂ未満、１ｐｐｂ未満、もしくは１００ｐｐｔ未満にまで減少させることができ、これによって水を、弱イオン化可能な化学種が低レベルであることを必要とする多くの用途に適したものにすることができる。
【００１７】
弱イオン化可能な化学種は、中性のｐＨにおいてほとんど解離していないか、あるいは大部分がイオン形になっていない溶解化学種である。これらの化学種は、有機化学種と無機化学種の両方を含む。これらの化合物は、溶液中にイオン形及び非イオン形にて存在し、あるｐＨにおいて、イオン形の濃度と非イオン形の濃度との比が一定の場合がある。溶液の温度やイオン強度を含めた他のファクターも、解離の程度に影響を与えることがある。２種以上の解離状態にて存在する化合物もある。例えば、溶解した二酸化炭素は、溶液中にＨ２ＣＯ３、ＨＣＯ３、及びＣＯ３２−として存在することがある。一般には、溶液のｐＨが弱イオン化可能な化学種のｐＫに等しいときは、ある化学種のイオン形の濃度と、非イオン形の濃度が等しい。
【００１８】
アニオン性化学種に解離する化合物と、カチオン性化学種に解離する化合物のどちらも、本発明によって除去することができる。アニオン性化学種は、高めのｐＨにおいて荷電アニオンを形成する化学種である。アニオン性化学種としては、ホウ素、シリカ、炭素、及びゲルマニウム等の化学種がある。イオン形になっているとき、例えば、充分な濃度の水酸化物イオンが存在するとき、ホウ酸塩（ｐＫ＝９．３）、ケイ酸塩（ｐＫ１＝９．４７，  ｐＫ２＝１２．７１）、及び炭酸塩（ｐＫ１＝６．３，  ｐＫ２＝１０．２５）が影響を受けて、アニオン交換樹脂を含有する区画を通して輸送されることがある。この輸送は、電界を加えることによって容易になる。多くの弱イオン化可能な化学種は、より高いｐＨ（例えば、９、１０、又はそれより高いｐＨ）においてほとんどをイオン化させることができる。さらに、一部の化学種は、電荷／質量比が増大するようにイオン化させることができる。
【００１９】
弱イオン化可能な化学種が種々ある中で、シリカは、従来の方法を使用して水から除去するのが困難である。シリカを水中に溶解すると、比較的不安定な化合物であるケイ酸（Ｈ２ＳｉＯ３）を形成する。
【００２０】
ＳｉＯ２  ＋  Ｈ２Ｏ  ←→  Ｈ２ＳｉＯ３        （１）
ケイ酸は、ケイ酸水素イオン（ＨＳｉＯ３−）と水素イオン（Ｈ＋）にイオン化する。
Ｈ２ＳｉＯ３  ←→  ＨＳｉＯ３−  ＋  Ｈ＋    ｐＫ＝９．４７      （２）
さらなるイオン化により、ケイ酸塩イオン（ＳｉＯ３−２）と水素イオンが形成される。
【００２１】
ＨＳｉＯ３−  ←→  ＳｉＯ３−２  ＋  Ｈ＋    ｐＫ＝１２．７１      （３）
アニオン性化学種とは対照的に、イオン化可能なカチオン性化学種（例えばアンモニア）は、Ｈ＋と反応させることによりイオン化して、正に帯電した化学種（例えばアンモニウムイオン）を形成させることができる。これらの弱イオン化可能なカチオン性化学種は、ｐＨを下げたときに（例えば、ｐＨが６未満や未満）より多くイオン化させることができる。いったんイオン化させれば、電界の影響下にて、カチオン性化学種を、カチオ交換樹脂層又は混合イオン交換樹脂層を通して輸送することができる。
【００２２】
これらの化合物を低レベルになるまで除去することによって水を精製することは、脱イオン水の特定のエンドユーザー（例えば、半導体チップのメーカー）にとって最も重要なことである。特定のエンドユーザー向けには、水中におけるケイ素及び／又はホウ素の濃度を、極めて低いレベル（例えば、１ｐｐｍ未満、１０ｐｐｂ未満、又は１ｐｐｂ未満）にすることが好ましい。
【００２３】
これらの成分が重大である場合の水サンプルの品質を評価するのは困難である。なぜなら、ほんのわずかしかイオン化しない化学種は、水の導電性に対して殆どもしくは全く寄与せず、導電性が水の純度の目安として使用されることが多いからである。こうした電荷の不足がさらに、電界の影響下でのこれら化学種の輸送（例えば、電気脱イオン装置におけるように）を困難にするファクターに寄与することがある。
【００２４】
弱イオン化可能な化学種の移動を容易にするために、例えば、酸又は塩基を加えることによって水のｐＨを調整することができる。しかしながら、精製された流体中に酸又は塩基を導入するのは好ましくない。なぜなら、これらの化合物は汚染源となる可能性があり、水の導電性に寄与することがあり、そしてさらに、緩衝能力がないか又は殆どないためにｐＨ値の変動を引き起こすことがある。したがって、酸又は塩基の添加を必要としないｐＨの調整が好ましい。
【００２５】
ある態様においては、本発明は、水の導電性にあまり影響を与えることなくｐＨの調整をもたらす。例えば、ある溶液のｐＨを７より高く調整してアニオン性化学種の濃度を減少させることもできるし、あるいは７より低く調整してカチオン性化学種の濃度を減少させることもできる。ｐＨは、少なくとも１ｐＨ単位だけ調整できるのが好ましく、２ｐＨ単位より大きく調整できるのが最も好ましく、そして３ｐＨ単位より大きく調整できるのがさらに好ましい。したがって水のｐＨは、中性から１０以上のｐＨにも、また約４以下のｐＨにも調整することができる。さらに、酸や塩基を添加することなくこれらの減少を果たすことができる。
【００２６】
他の態様においては、本発明は、流体のｐＨを調整して弱イオン化可能な化学種の種形成を変えることによって、次いで解離形の化学種を流体から外部に輸送することによって、１種以上の弱イオン化可能な化学種の濃度減少をもたらす。流体のｐＨを調整することによって、イオン形の濃度と非イオン形の濃度との比が増大するように、化学種の解離定数を利用することができる。水を分解し、水素イオン又は水酸化物イオンを減少用区画から外部に不均衡的に移動させることによって、ｐＨに対して影響を与えることができる。ｐＨの変化に応じて、弱イオン化可能な化学種の幾らかの分子がイオン化され、したがって電界の影響を受けるようになる。これらの分子の一部を水サンプルから外部に移動させることができ、これによって、特定の化学種を低濃度にて含有する流体が得られる。
【００２７】
例えば、電気脱イオン装置にて水を処理することができ、この場合、イオン透過膜で仕切られた減少用区画に水を通し、電気脱イオン装置に電界を加える。イオン化した化学種の一部が、イオン選択性透過膜を介して処理流体から外部に輸送されるとき、解離していない化合物が引き続き解離することで、流体中のイオン化した化学種とイオン化していない化学種との比が比較的一定に保持される。次いで、これらの新たに解離した化合物を流体から除去することができる。したがって、弱イオン化可能な化学種の実質的な除去を、溶液中の当該化学種の大部分が非解離形（非イオン形）の状態にある間に所定の時間にて行うことができる。
【００２８】
種々の理由から、問題となっている化学種のより多くを、中性ｐＨのときよりもイオン化されるように流体のｐＨを調整する（すなわち、中性ｐＨと化学種のｐＫとの間になるようにｐＨを調整する）のが好ましい。ｐＨは、精製プロセスの少なくとも一部として、当該化学種のｐＫに近いｐＨに調整するのがさらに好ましく、ｐＨが、標的とするｐＫに達するか又はそれを超えるのが最も好ましい。弱イオン化可能なカチオン性化学種（例えばアンモニア）の除去に対しては、標的ｐＨを超えても、また７未満であってもよく、弱イオン化可能なアニオン性化学種（例えば、シリカ、ホウ素、及び溶解炭素）の除去に対しては、標的ｐＨを超えても、また７より高くてもよい。
【００２９】
ある態様においては、選択性のイオン透過膜によって少なくとも部分的に仕切られているイオン交換物質の層に流体を通すことによって、流体のｐＨを調整することができる。イオン交換物質の層は、イオン化した化学種の流体からの移動を容易にすることができるいかなる物質であってもよく、これによって減少した濃度の１種以上のイオン化化学種もしくはイオン化可能な化学種を含有する流体が得られる。イオン交換物質は、天然物質と合成物質の両方を含んでもよい。好ましいイオン交換物質としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、および結合イオン交換物質（ｂｏｎｄｅｄ  ｉｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）等の電気活性媒体がある。最も好ましいのは、例えば、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、及びこれらの混合物等のイオン交換樹脂である。これらの樹脂としては、Ｉ型アニオン交換樹脂とＩＩ型アニオン交換樹脂、強酸カチオン交換樹脂と弱酸カチオン交換樹脂、強塩基アニオン交換樹脂と弱塩基アニオン交換樹脂、及びこれらの混合物がある。樹脂の担体は、アクリル樹脂をベースとする物質及びスチレン樹脂をベースとする物質を含めた、いかなる適切な物質であってもよい。流体が通過する層は、アニオン交換物質又はカチオン交換物質の実質的に均一な層であるのが好ましい。層がカチオン交換樹脂の層である場合は、層がさらにドーパントを含むのが最も好ましい。
【００３０】
ある条件下にて（例えば、カチオン交換物質とアニオン交換物質との接合部において、充分な電位を加えた状態で）電気脱イオン装置中で水の分解が起こる。こうして得られる濃度の水素（ヒドロニウム）イオンと水酸化物イオンは、イオン減少用区画中に保持することもできるし、あるいは一部もしくは全部をイオン減少用区画から外部に輸送することもできる。例えば水素イオンは、例えば電位及び／又は濃度勾配に応じてカチオン透過膜を通過することがある。同等でない数の水素イオンと水酸化物イオンがイオン減少用区画から外部に輸送されると、水酸化物イオンと水素イオンとの輸送量の差に応じて流体のｐＨが増大もしくは減少する。例えば、水素イオンが、水酸化物イオンよりも高い速度でイオン減少用区画を出ると、水素イオンより高い濃度の水酸化物イオンが残留し、この結果、ｐＨが増大する。これとは逆に、より多くの数の水酸化物イオンがイオン減少用区画から外部に輸送されると、ｐＨが減少する。
【００３１】
実質的に均一のイオン交換物質層が、あるタイプのイオンを他のタイプのイオンに優先して輸送する。例えば、適切な膜と電位が使用されれば、アニオン交換樹脂は、カチオンよりむしろアニオンを優先的に輸送する。水サンプル中に存在するアニオンが、アニオン透過膜を介して区画の外部に輸送され、また水素イオンが、カチオン透過膜を介して前記区画の外部に輸送されると、電気的なバランスから、区画中の水酸化物イオン濃度のほうが水素イオン濃度より高くなることがわかり、ｐＨの上昇が起こる。これとは別に、区画が主としてカチオン交換樹脂を含んでいる場合は、ナトリウムイオンやカルシウムイオン等のカチオンを、アニオン透過膜を介しての水酸化物イオンの輸送と同時に、カチオン透過膜を介して輸送することができる。したがって、水酸化物イオンと比較してより多くの数の水素イオンが区画中に保持され、区画内の流体のｐＨが増大する。
【００３２】
この方法によるｐＨ調整は、塩基性物質もしくは酸性物質の添加によるものではなく、水の分解と、水からの水素イオンと水酸化物イオンの同等ではない輸送との結果によるものであるので、水の導電率を保持しつつ、あるいは減少さえさせつつ、水のｐＨを調整することができる。したがって、水の品質を阻害し、ｐＨの変動を引き起こすことのあるさらなる化合物導入することなく、弱イオン化可能な化学種のイオン化を促進するようなｐＨに、水のサンプルを調整することができる。
【００３３】
ある実施態様においては、アニオン交換物質の層を含んだイオン減少用区画に水を通すことによって、シリカ、ホウ素、アンモニア、及び炭酸塩等の弱イオン化可能なアニオン性化学種を水から除去することができる。これにより、これら化合物の含有量が極めて少ない水を電気脱イオン装置を使用して生成させることが可能となり、したがって、これら化合物の濃度が低いことを必要とするシステムに水を使用することが可能となる。これは、イオン交換媒体の頻繁な再装入もしくは取替えを必要とする従来のポリッシング床（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｂｅｄ）を使用せずに達成することができる。
【００３４】
弱イオン化可能なアニオンの除去を容易にするために、処理しようとする流体を、アノードに面している側がアニオン透過膜で、そしてカソードに面している側がカチオン透過膜で仕切られているセル中に配置されたアニオン交換樹脂層に通すのが好ましい。これとは別に、セルは、２つのアニオン透過膜もしくは２つのカチオン透過膜で仕切られていてもよい。非透過膜や全透過膜（ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ  ｐｅｒｍｅａｂｌｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）も使用することができる。どちらか一方の膜の相対する側にイオン濃縮用区画があってよく、イオン濃縮用区画は、電極区画であっても、あるいは電極区画とは別個の濃縮用区画であってもよい。この濃縮用区画は、不活性物質、イオン交換物質、又はイオン交換物質の混合物を含んでもよいし、あるいは流体濃縮用のストリームもしくはリザーバー（ａ  ｆｌｕｉｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ  ｓｔｒｅａｍ  ｏｒ  ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）以外は、何も存在しなくてもよい。
【００３５】
流体をアニオン交換層に通す前に、先ずカチオン交換層に通すのが好ましい。流体のｐＨは、カチオン交換層を通したときに低下させることができるけれども、例えば、カドミウムやマグネシウム等の硬質成分を除去することによって、そして流体の全体としての導電率と溶解固体負荷量（ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ  ｓｏｌｉｄｓ  ｌｏａｄｉｎｇ）を低下させることによってカチオン交換層にて流体を状態調節できるので、弱イオン化可能なアニオンの下流での除去が改良されると考えられる。硬度に寄与する化合物の幾つか（例えばカルシウム）、並びに非溶解の水酸化物を形成することのある化合物（例えば、マグネシウムや鉄）を除去することによって、アニオン樹脂の下流においてスケール形成を起こす可能性が減少する。このことは、解離を促進させるよう流体のｐＨを上昇させるときに特に重要である。なぜなら、スケール形成と金属水酸化物の沈殿は、高めのｐＨにおいてより顕著に起こるからである。さらに、水サンプルを先ずカチオン交換樹脂層に通すことによって、水がアニオン交換樹脂と接触する前にｐＨを低下させることができる。この結果、アニオン交換物質を通過した後もより低いｐＨとなり、弱イオン化可能なアニオン化学種の効果的な除去を果たしつつ、カルシウムや他のスケール形成物質（ｓｃａｌａｎｔｓ）のより多くの溶解をもたらす。
【００３６】
電気脱イオンシステムにおいて生じることのある他の問題は、カルシウムや他のスケール形成物質が濃縮用区画に移動され、この区画中の流体が中性もしくはアルカリ性のｐＨになっている場合の、装置の濃縮用区画におけるスケール形成である。しかしながら、カチオン交換層とアニオン交換層が共通の濃縮用区画を共有している場合、あるいは個々の濃縮用区画が連続している場合、水素イオンを、アニオン交換樹脂を含んでいる減少用区画の一部から濃縮用区画に移動させることができる。これにより、濃縮用区画中のｐＨが低下し（一方、隣接している減少用区画中のｐＨは上昇する）、したがって濃縮用区画において溶液中の化合物の沈殿を防止するのに有用である。過剰量のカルシウムが、下流でのｐＨ低下の前に濃縮用区画に移動するのを防止するために、先行するカチオン交換物質層の体積をできるだけ小さく保つのが好ましい。
【００３７】
弱イオン化可能なカチオン性化学種を除去するためには、流体のｐＨを低下させるのに有効なカチオン交換物質に流体を通す。除去しようとする化学種のｐＫに近づくようにｐＨを調整するのが好ましく、該化学種のｐＫに等しくなるか又はこれを超えるようにｐＨを調整するのが最も好ましい。例えば、アンモニウムイオンのｐＫは約９．２５であり、ｐＨを中性未満に低下させたときにより効率的な除去を達成することができる。ｐＨを約６に低下させるのが好ましく、約５未満に低下させるのがさらに好ましい。これらのより低いｐＨにおいては、溶液中においてより多くのパーセントのアンモニアがイオン化され、したがって電気脱イオン法によるアンモニアの除去を容易にすることができる。除去効率は、水をカチオン交換物質層に通す前にアニオン交換物質層に通すことによって向上させることができる。アニオンの一部が除去されることによって水が状態調節され、これにより、水がカチオン交換層を通るときに、水からの水酸化物イオンの移動がより効率的になる。
【００３８】
アニオン性化合物、カチオン性化合物、又はそれら両方のいずれを水から除去しようとする場合でも、水を混合イオン交換物質の層に通すことで水を前処理または後処理することによってプロセスを改良することができる。混合イオン交換物質を使用して水をポリッシングし、これにより微量のイオン（弱イオン化可能な化学種、及び主としてイオン形にて存在する化学種を含めて）を除去することができる。混合イオン交換物質が電気脱イオン装置中に存在するのが好ましく、均一もしくはドープした一連のアニオン／カチオン交換層またはカチオン／アニオン交換層に水を通してから、電気脱イオン装置に水を通すのが最も好ましい。従来の再装入可能なポリッシャーよりＣＥＤＩ混合床のほうを使用するのが好ましい。なぜなら、例えば、運転コストがより低く、試剤が必要とされず、使用時の中断がより少ないからである。さらに、本発明の特定の実施態様を使用して達成できる除去効率により、従来のポリッシャーを使用する必要がなくなる。
【００３９】
処理しようとする流体のｐＨは、アニオン交換物質層又はカチオン交換物質層と接触させても、直ちに標的ｐＨには調整することができない。むしろ、水が層を通過し、イオン（水酸化物イオン又は水素イオン）が水から除去されるにつれて、ｐＨが徐々に調整される。したがって水のｐＨは、層のごくわずかな部分（一般には後者の部分）と接触しているときに標的ｐＨに近づく。この調整されたｐＨは、水が、実質的に均質のイオン交換物質からその後の混合イオン交換物質へと通過していくときに少なくとも一時的には保持され、このとき弱イオン化可能な化学種の除去が引き続きなされてなり、この調整されたｐＨによって除去が容易になっている。
【００４０】
流体が混合床を通るときにｐＨを再び中性に戻すよりはむしろ、処理された水がシステムを通過するときに、この水を、より長い時間にわたって標的ｐＨもしくはその付近に保持するのが好ましい。これにより、流体が層を通過するときに、層の全体あるいはセルの全体にわたって除去速度を実質的に一定にすることができる。これは例えば、安定で非中性のｐＨの保持をもたらすよう選定されたイオン交換物質の混合物を含むイオン交換物層を設けることによって達成することができる。このように、例えば、セルの１／４、セルの１／２、又はセル全体に充填されているこのような層に流体を通すことによって、約８、９、１０、６、５、又は４のｐＨを実質的に保持することができる。例えば、高めのｐＨが必要とされる場合は、アニオン交換物質を多めに（モル基準にて）含んだ、カチオン交換物質とアニオン交換物質との混合物を使用することができる。これとは逆に、過半量（モル基準にて）のカチオン交換樹脂を含む混合物に流体を通すことによって、低めのｐＨを保持することができる。これらの層はさらに、アニオン交換物質層、カチオン交換物質層、又は混合イオン交換物質層の間に配置することもできる。高めのｐＨを保持するのに有用なアニオン交換物質／カチオン交換物質の幾つかの比としては、１．５：１、２：１、３：１、４：１、及び１０：１などがある。弱イオン化可能なカチオン性化学種を除去しようとするときは、これらの比の逆を使用して、好ましいと思われる中性未満のｐＨを保持することができる。イオン交換物質はイオン交換樹脂であるのが好ましい。このように、最も多い除去が行われるセルの小さなセクションを、より広いエリア（例えば、セルの全長）を含むように広げることができる。
【００４１】
多くの変数を使用して、水サンプルのｐＨを所望の範囲に調整することができる。ｐＨの調整に影響を与える変数としては、電流、イオン交換物質の種類、膜物質の種類、イオン交換物質の全表面積、イオン交換物質の量、水とイオン交換物質との接触時間、及び水の前処理などがある。水とイオン交換物質との接触時間は、層を通過する流速、層の体積、及び使用されるイオン交換物質上のイオン交換ユニットの表面密度を含めた、多くの方法によって調節することができる。流体のｐＨは、例えば、アニオン交換物質を通過する際の流速を遅くすることによって、あるいは水が流れるイオン交換物質の体積を増大させることによってより大きな程度に上昇させることができる。
【００４２】
アニオン交換物質層、カチオン交換物質層、及び混合イオン交換物質層を交互に使用することによって改良された結果を達成することができ、またそれぞれの層の他の層に対する体積比と表面積比を変えることができる。例えば、水から弱イオン化可能なアニオン性化学種を除去するためには、実質的に均質なアニオン交換物質の層に通す前に、実質的に均質なカチオン交換物質の層に通す。この場合、カチオン交換物質より多い量のアニオン交換物質を使用するのが好ましい。アニオン交換物質の体積がカチオン交換物質の体積の２倍より大きいことがさらに好ましく、アニオン交換物質の体積がカチオン交換物質の体積の３倍以上であるのが最も好ましい。弱イオン化可能なカチオン性化学種の除去に対しては、この逆が好ましい。
【００４３】
異なったタイプのイオン交換物質の種々の配置構成を本発明と共に使用することができ、単一のセル、単一のモジュール、一連のセル、又は一連のモジュール内に、いかなる配置構成も繰り返すことができる。
【００４４】
本明細書では、モジュールとは、一対の電極の間に配置されている少なくとも１つの濃縮用区画と少なくとも１つの減少用区画とを含んだ電気脱イオン装置の一部であると定義される。モジュールは、減少用区画、濃縮用区画、電極区画、又はこれらのある組み合わせとして機能する１つ以上のセルを含んでよい。
【００４５】
本明細書では、セルとは、少なくとも２つの膜で仕切られていて、流体が単一の方向に連続的に通過する（一般には、膜に対して垂直及び平行に）、モジュール内の区画であると定義される。セルは、イオン交換物質を含んでも含まなくてもよく、複数のセルを、モジュール内にて直列に配列してもよいし、あるいは並列に配列してもよい。セルは、例えば、均質なイオン交換物質、層状のイオン交換物質、混合イオン交換物質、ドープしたイオン交換物質、及び不活性物質を含めたイオン交換物質のいかなる配置構成を含んでもよい。水は、種々の順序でイオン交換層に通すことができる。異なった実施態様に対しても有用であるイオン交換物質の幾つかの層パターンは次の通りである：
アニオン／カチオン
カチオン／アニオン
アニオン／カチオン／混合
カチオン／アニオン／混合
混合／カチオン／アニオン
混合／アニオン／カチオン
当然ながら、これら配置構成のいずれも、全部あるいは部分的に１回以上繰り返すことができる。さらに、これらの配置構成は、単一のモジュール内であってもよいし、２つ以上のモジュールに分けられていてもよいし、あるいは不活性もしくは電気活性のスクリーンによって、又は他の不活性もしくは電気活性の物質（例えば、ガラス、カーボン、又はポリマー物質）によって隔離されていてもよい。同じスタック内の層は、例えば、スタック内の電流分布が平均化できるよう選択的にドープするのが好ましい。
【００４６】
モジュールは、直列又は並列で作動する１つ以上の減少用区画を含んでよい。それぞれの減少用区画が単一層のイオン交換物質を含んでよいし、あるいは複数層のパターンを含んでもよい。イオン交換物質は、例えば、ビーズ、繊維、織布、不織布、及び結合樹脂ビーズであってよい。図１２の断面にて示されているモジュールの１つの実施態様は２つの同等の減少用セルを示しており、それぞれのセルが、カチオン交換物質の層５２０と５２２、及びアニオン交換物質の層５３０と５３２を含んでいる。それぞれの減少用セルは、アニオン透過膜５６０とカチオン透過膜５６２によって仕切られている。濃縮用区画５６０は２つの減少用セル（又は区画）の間に存在し、イオン交換物質を含んでも含まなくてもよい。ディストリビュータ５１０を介して水が装置に供給され、このとき流れが分割されて、減少用区画、電極区画５４０と５５０、及び濃縮用区画５６０に供給される。電極区画５４０と５５０はさらに、減少用区画からイオン性物質を捕集するので、電極区画５４０と５５０は濃縮用区画であると考えることもできる。
【００４７】
作動の仕方について説明すると、カソードとアノードとの間に電位が加えられ、電極区画５４０と５５０のそれぞれにおいて固定状態になっていても可能状態になっていてもよい電解質物質に電流が流れる。電流はさらに、減少用区画と濃縮用区画５６０を流れ、水の分解が行われ、イオンの輸送がなされる。電流は、例えば、一方向に継続的に流れてもよいし、あるいは、例えば種々の区画内のスケール形成を減少させるよう電極の極性を周期的に逆転させることができる、という逆極性システムを使用することもできる。精製された流体は導管５７０に集めることができる。
【００４８】
図１３は本発明のモジュールの他の実施態様を概略的に示しており、モジュールが複数の減少用区画６２０と６３０を含み、減少用区画のそれぞれが、異なった種類のイオン交換物質を含む。図１３において、減少用区画６２０には均質なカチオン交換樹脂が充填され、減少用区画６３０にはＩ型アニオン交換樹脂とＩＩ型アニオン交換樹脂との混合物が充填されている。水が導管６１０を介してモジュールに供給され、ここで流れが、濃縮用区画６８０、減少用区画６２０、及びアノード区画６５０に分割される。カソード６６０とアノード６７０の間に電位を加えると、水が減少用区画６２０を流れ、カチオン（カルシウムイオン等の二価イオンも含めて）が、カチオン透過膜６２２を通ってカソード区画６４０（濃縮用区画でもある）に輸送される。水がカチオン交換樹脂の層を通過するときに、セルからの水素イオンと水酸化物イオンの同等でない移送によって、水のｐＨをより低めに調整することができる。処理された水（この時点で硬度とｐＨが減少している）が導管６１２を通って減少用区画６３０（Ｉ型アニオン交換樹脂とＩＩ型アニオン交換樹脂の特殊な電気活性媒体を含み、体積は、カチオン交換層の約３倍である）に進む。水がこの区画を通過するときに、ｐＨがより高めに調整され、弱イオン化可能な化学種が解離し、アニオン透過膜６３２を通ってアノード（濃縮用）区画６５０に進む。導管６１４を出た精製水は、例えば、混合イオン交換物質を含んでよい他の電気脱イオン装置に通すことによってさらに処理することができる。
【００４９】
濃縮用区画６８０（イオン交換物質を含んでもよい）を通過する水は、水酸化物イオンより水素イオンの流入のほうが多いことから中性未満のｐＨを有する。この低いｐＨの水は導管６１６を通り、カソード区画６４０に進む。この流体のｐＨが減少していることは、カチオン透過膜６２２を通してのカルシウムイオンや他の沈殿性イオン（ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｎｇ  ｉｏｎ）の流入によって起こるであろうスケール形成を防止するのに役立つ。
【００５０】
このような配置構成を使用することで、セル内に層を形成させる必要なく、各イオン交換樹脂の床体積を変えることができる。
幾つかの実施態様においては、特に、単一のセル中に別個の層が配置されている場合は、層の１つ以上にドープするのが好ましい。均質なイオン交換樹脂（通常は、カチオン交換樹脂）の層にドーパントを加えることによって、層の導電率を、同じセル中のもう一つの層（又は複数の層）とバランスさせることができる。このようにして、モジュールを介しての電流分布を改良することができる。ドーパントは、不活性物質であっても電気活性物質であってもよい。例えば、ドーパントは、カチオン交換樹脂層の導電率を減少させるためにカチオン交換樹脂層に加えたアニオン交換樹脂であってもよい。
【００５１】
図４ａ〜４ｆには、本発明によるイオン減少用区画１００の種々の概略断面図が示されている。これらの実施態様によれば、イオン交換樹脂物質の層もしくは床が、アニオン透過膜１２６とカチオン透過膜１２４との間に形成される中央スペースにおけるイオン減少用区画１００に配置されている。
【００５２】
図４ａ〜４ｃに示されている本発明の態様においては、第１の（すなわち最も上の）層はアニオン交換樹脂物質１２８であるのが好ましく、また第２の層はカチオン交換樹脂物質１３０であるのが好ましい。図４Ａに示す実施態様においては、アニオン交換樹脂物質１２８の第１の層にドーパント物質１３８をドープするのが好ましく、一方、カチオン交換樹脂ビーズ１３０の第２の層にはドープしないのが好ましい。これとは逆に、図４ｂに示す実施態様においては、アニオン交換樹脂物質１２８の第１の層にドープしないのが好ましく、一方、カチオン交換樹脂物質１３０の第２の層にドーパント物質１３８をドープするのが好ましい。図４ｃに示す実施態様においては、第１のアニオン交換樹脂物質層１２８と、第２のカチオン交換樹脂物質層１３０の両方にドーパント物質１３８をドープするのが好ましい。
【００５３】
図４ｄ〜４ｆは、イオン減少用区画における第１の（すなわち最も上の）層がカチオン交換樹脂物質１３０であり、第２の層がアニオン交換樹脂物質１２８である、という本発明の他の態様を示している。図４ｄに示されている実施態様においては、第１のカチオン交換樹脂物質層１３０にドーパント物質１３８をドープするのが好ましく、一方、第２のアニオン交換樹脂物質層１２８にはドープしないのが好ましい。これとは逆に、図４ｅに示す実施態様においては、第１のカチオン交換樹脂物質層１３０にはドープしないのが好ましく、一方、第２のアニオン交換樹脂物質層１２８にドーパント物質１３８をドープするのが好ましい。図４ｆに示す実施態様においては、第１のカチオン交換樹脂物質層１３０と第２のアニオン交換樹脂物質層１２８の両方にドーパント物質１３８をドープするのが好ましい。交互に配置されている層のどちらか又は両方にドープする場合、同じドーパント物質をドープしても、異なったドーパント物質をドープしてもよい。
【００５４】
イオン交換樹脂物質の交互層１２８と１３０のどちらか又は両方にドープする場合、ドープしようとする層の、約５０容量％未満のドーパント物質をドープするのが好ましく、約４０容量％未満のドーパント物質をドープするのがさらに好ましく、約３０容量％未満のドーパント物質をドープするのがさらに好ましく、約２０容量％未満のドーパント物質をドープするのがさらに好ましく、約１０容量％未満のドーパント物質をドープするのがさらに好ましい。前述したように、ドーパント物質は不活性媒体でも電気活性媒体でもよく、好ましいのはアニオン交換樹脂ビーズ又はカチオン交換樹脂ビーズである。ドーパント物質の幾つかの例としては、強カチオン交換樹脂、弱カチオン交換樹脂、Ｉ型アニオン交換樹脂、ＩＩ型アニオン交換樹脂、不活性物質（例えばガラスビーズ）、又は導電性の非イオン交換物質（例えば、炭素や導電性のポリマービーズ）などがある。
【００５５】
ある実施態様においては、電気脱イオン装置は、互いに流体連通状態にあるいかなる数の異なったモジュールを含んでもよく、可能な組み合わせとしては、例えば図５〜９に示す配置構成がある。これらの概略図のそれぞれは、モジュール又は減少用区画を示しているだけであるが、各減少用区画に１つ以上の隣接した濃縮用区画が付け加わっていてもよいことは言うまでもない。
【００５６】
図５は、供給水を、カチオン交換物質５１とアニオン交換物質５３を含んだ第１のセルに最初に通す、という実施態様を示している。次いで水が第２のセルに進み、そこで混合イオン交換物質５５を通過する。次いで、精製された水を出口５６を介して受け取る。
【００５７】
図６は、異なったイオン交換物質が単一のモジュール中に層状に繰返されている実施態様を示している。例えば、第１のモジュールは、アニオン層６１とそれに続くカチオン層６３からなる層を含んでよい。このパターンは何回繰返されてもよい（例えば、図６の場合は３回）。各層の厚さは変わってもよく、セル全体にわたって一定である必要はない。
【００５８】
図７は、各セルが単一層のイオン交換物質（アニオン交換物質、カチオン交換物質、ドープしたアニオン交換物質、ドープしたカチオン交換物質、又は混合イオン交換物質のいずれであろうと）を含んでいる、という場合の実施態様を示している。水が先ずアニオン交換層７１を通り、次いでカチオン交換層７３を通り、そして最後に混合イオン交換層７５を通る。モジュールは、同一もしくは類似のイオン交換物質を収容する一連のセルを含んでもよい。モジュール全体を、単一のタイプのイオン交換物質を使用する形で設計すると、各モジュールが、全体にわたって均一な電気的・化学的特性をもつことができるので、プロセスを、電気的及び化学的に効率的に制御することができる。例えば、電圧と電流をあるモジュールに対して独立的に制御してセルを流れる電流を最適化することができ、このとき他のモジュール中のセルを流れる電流に影響を及ぼすことはない。どのような数の異なったモジュールであっても、他のモジュールとは関係なく電気的に制御することができる。例えば、異なったタイプのセルを異なったモジュール中に配置することによって、第１のセルに加える電流を、第２のセルに加える電流とは関係なく制御することができる。
【００５９】
図８は、３つの異なったタイプのイオン交換層が単一のセル中に含まれている、という他の実施態様を示している。カチオン交換層８１の後にアニオン交換層８３が配置されており、アニオン交換層８３の後に混合イオン交換層８５が配置されている。利点（例えば、層間の抵抗を均衡させること）が得られるように、この配置構成における層の１つ以上にドープするのが好ましい。
【００６０】
図９は、個々の層の高い生産量と正確な制御とをもたらす実施態様を示している。処理しようとする水を先ずカチオン交換物質の層９１に通し、次いでアニオン交換物質のより大きな体積に通すのが望ましい場合は、アニオン交換物質をある１つの段階内において複数のモジュール９２、９３、及び９４に分けることができ、これによってこれらの各モジュールに対する個別の制御が可能となる。例えば、２倍の体積のアニオン交換物質が好ましい場合は、２つの専用アニオン交換モジュールを使用することができる。これにより、予め造られたモジュールを単に組み込むか又は取り除くことによって特定の要件に適応できるモジュラーシステムと関連させて使用することが容易になる。図９には、アニオン交換物質モジュール９２、９３、及び９４が示されており、それぞれが、独立した３つの混合イオン交換モジュール９５、９６、及び９７のうちの１つに供給している。第２段階の各モジュールからの供給物はさらに共通の導管に流れていき、再び分割されて段階３へと供給される。モジュール間で１対１に対応する必要はなく、アニオン交換物質モジュール９２、９３、及び９４は、電気脱イオン装置に、より少ない数の混合イオン交換物質を供給してもよいし、あるいはより多い数の混合イオン交換物質を供給してもよい。
【００６１】
理解しておかなければならないのは、ここに示す配置構成は単に例示しただけであって、例えばアニオン交換物質を、カチオン交換物質もしくは混合イオン交換物質に取り替えることができる、という点である。さらに、イオン交換物質は、モジュール内のいかなる数の異なったセル中にも収容することができ、セルは、同じ大きさである必要はなく、同じ物質を含む必要もなく、図５〜９に示す装置は、例えば、セル、モジュール、又はモジュール内の一群の同一セルを表わしていてもよい。さらに、ここに示すシステムは、いかなるタイプの電気脱イオンシステム（例えば、連続脱イオンシステムや逆極性構成物）にも使用することができる。
【００６２】
ｐＨ調整の範囲を広げるためには、減少用チャンバーにおいて行われる水の分解の量を増大させるのが好ましい。これは、例えば、特殊な電気活性媒体を使用すること、カチオン樹脂／アニオン樹脂の接触の程度を増大させること、及び電位を増大させることを含めた多くの方法で達成することができる。したがって、ある実施態様においては、可能なｐＨ調整の程度を広げる方法は、アニオン交換物質とカチオン交換物質との間の接触の程度を増大させるという方法である。接触の程度は、相対して装入された樹脂と接触している膜の表面積を増大させることによって、あるいは層状化の頻度を増大させてより多くの数の層界面を作り出すことによって増大させることができる。例えば、１０ｃｍの厚さを有するカチオン樹脂の単一層とアニオン樹脂の単一層の代わりに、それぞれのタイプ（それぞれ厚さが５ｃｍ）の２つの交互層を使用して、２つの樹脂タイプ間の接触の程度を効果的に２倍にすることができる。同じ減少用区画中に同等でない量の異なったイオン交換物質が使用される場合、交互層は異なった厚さを有してよい。例えば、１：３の体積比が好ましい場合、カチオン交換層が１ｃｍの厚さで、そしてアニオン交換層が３ｃｍの厚さであってよい。さらに、充分な水分解電位が樹脂界面に存在するように、電極間の電位を増大させるのも好ましい。これは例えば、減少用区画における電圧又は電気抵抗を増大させることによって達成することができる。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
水を先ずアニオン交換物質を含んだモジュールに通し、次いで混合イオン交換物質を含んだモジュールに通すことによって生成させようとする水の品質を測定すべく、２段階の電気脱イオン装置を使用して実験を行った。この装置を図１に概略的に示す。逆浸透装置（図示せず）からの供給流れ５０を分割して、イオン減少用区画１０とイオン濃縮用区画２０（どちらの区画も第１のモジュール６０中に存在している）に供給した。イオン減少用区画１０に、ダウエックス（ＤＯＷＥＸ）（商標）マラソン（ＭＡＲＡＴＨＯＮ）（商標）アニオン交換樹脂（ダウケミカル社の商標）とアンバージェット（ＡＭＢＥＲＪＥＴ）（商標）４６００ＩＩ型アニオン樹脂（ペンシルバニア州フィラデルフィアのローム＆ハース社の商標）からなる特殊な電気活性媒体を充填した。隣接している濃縮用区画に、単一層のマラソンＣカチオン交換樹脂（ダウケミカル社から市販）を充填した。減少用区画のカソード側をカチオン透過膜で、アノード側をアニオン透過膜で仕切った。８．４リットル／分の流量にて減少用区画に供給し、０．８リットル／分の流量にて対応する区画に供給した。フラットの白金アノードとフラットのステンレス鋼カソードを使用した。
【００６４】
第１段階からの生成物を、導管１２を介して、減少用区画３０と濃縮用区画４０を有する第２段階に供給した。これら区画のどちらも混合イオン交換樹脂の層を含んだ。樹脂としては、５０／５０ｖｏｌ／ｖｏｌのマラソンＡアニオン樹脂とマラソンＣカチオン樹脂を使用し、層の厚さは３５ｃｍであった。減少用区画への流量が約７．６リットル／分となり、濃縮用区画への流量が０．８リットル／分となるように、供給物を分割した。
【００６５】
第１のモジュールに１２３〜２７３ボルトのＤＣ電圧を加え、装置の作動中に３．５１〜５．７７アンペアの電流を供給した。第２のモジュールに８．６〜９．８ボルトのＤＣ電圧を加え、該モジュールを通して１．９４〜２．５１アンペアの電流を供給した。
【００６６】
表１には、種々の流れの導電率、ｐＨ、及びシリカ含量を含めた、種々のパラメーターと特性に対するデータが記載されている。第１段階からの生成物の抵抗率は０．１５ＭΩ−ｃｍであったが、ＲＯ供給物のケイ酸塩含量は２３１．５ｐｐｂから検出不能（１．０ｐｐｂ未満）のレベルにまで減少した。第２段階を通過した後、抵抗率が１８．２ＭΩ−ｃｍに増大し、ケイ酸塩の含量は１．０ｐｐｂという検出限界未満のままであった。この事実は、シリカ（弱イオン化可能な化学種）を水サンプルから除去するという点において、本発明のある実施態様が効果的であることを示している。
【００６７】
【表１】
2005508729.tif 000002
（実施例２）
第１のモジュールのイオン減少用区画におけるアニオン交換樹脂の一部をカチオン交換物質２５０で置き換えたこと以外は、実施例１の場合と類似の装置を使用して別の実験を考案して実施した。第１のモジュールのイオン減少用区画２１０において使用したカチオン交換物質２５０は、ダウケミカル社から市販のマラソンＣカチオン交換樹脂であった。アニオン交換樹脂２６０は、実施例１において使用したものと同じであった。アニオン樹脂／カチオン樹脂の容積比は約３：１であり、カチオン樹脂の層はアニオン樹脂の層と直接接触していた。イオン濃縮用区画２２０にカチオン交換物質を充填した。第２のモジュールの減少用区画２３０と第２のモジュールの濃縮用区画２４０の両方に５０／５０ｖｏｌ／ｖｏｌの混合イオン交換樹脂の層を充填した。実施例１において使用したのと同じ条件にて装置を作動させ、水を先ずカチオン交換物質の層に通し、次いでアニオン交換物質の層に通した。減少用区画からの水を導管２１２に通し、その流れを分割して、第２段階の減少用区画と濃縮用区画とに供給した。第１段階の濃縮物は導管２２２を介して排出した。最終生成物は第２段階の導管２３２から受け取り、第２段階の排出物は導管２４２に通した。実験から得られたデータを表２に示す。
【００６８】
【表２】
2005508729.tif 000003
これらの結果を実施例１の結果と比較すると、実施例１の場合と異なる１つの顕著な特性は第１段階の生成物のｐＨである。これは、第１段階におけるアニオン樹脂の上流にカチオン樹脂の層が使用されていることで説明することができる。第１段階の生成物の抵抗率が、実施例１における０．１５ＭΩ−ｃｍの値から実施例２における１．０１ＭΩ−ｃｍの値に変わることも重要な点である。実施例２は、増大した量のイオン交換物質を使用しておらず、単に実施例１におけるアニオン交換物質の一部をカチオン交換物質で置き換えただけである。ある種のカチオン性化学種を予備的に除去しておくと、イオン交換物質の装入量が少なくて済み、したがって水の分解が促進されてｐＨに対する調整が改良される。これにより、より短めの（薄めの）アニオン交換層にて、弱イオン化可能な化学種のより多くの解離が起こる。
【００６９】
（実施例３）
実施例２の装置を使用してさらなる実験を行って、得られた結果を、従来の混合床ポリッシャーを使用して得られた結果と比較した。水供給物は低温（７℃）のＲＯ供給物であり、この供給物に１６．２５ｐｐｍのＣＯ２を加えて高レベルの溶解二酸化炭素をシミュレートした。テスト３ａにおいては、装置は実施例２に記載の装置と同じであり、テスト３ｂでは、同じ供給物を使用し、電気脱イオン装置の一部ではない従来の再装入可能な混合床ポリッシャーに水を通した。２つのテストから得られた結果を下記の表３に示す。テスト３ａからの結果が第１の欄に、そしてテスト３ｂからの結果が第２の欄に記載されている。得られた結果（特に、シリカ等の弱イオン化可能な化学種に対する結果）から、電気脱イオン装置を使用することで、これら不純物のレベルを、従来のポリッシャーを使用して得られるレベルに近いか又は同等のレベルにまで減少させることができる、ということがわかる。もし水の品質を大幅に低下させることなく、従来のポリッシャーの代わりに電気脱イオン装置を使用することができれば、ユーザーにとって得られるコスト節減は相当なものになる。
【００７０】
【表３】
2005508729.tif 000004
（実施例４）
実施例３のテストを繰り返して、異なった水の温度での結果を得た。水を１７℃の入口温度にて使用することによって、生産用設置物（ａ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｔｔｉｎｇ）（例えばマイクロエレクトロニクス機器製造設備）においても達成可能であることを示していると思われる値が得られた。実施例３の場合と同様に、ＣＯ２を１６．２５ｐｐｍのレベルにまで加えた。従来の混合床ポリッシャー（４ｂ）を使用してこの温度で得られた結果と、本発明の実施態様（４ａ）を使用して得られた結果を下記の表４に示す。本発明の実施態様を使用して得られた結果は、従来の混合床ポリッシャーを使用して得られた結果と同等であり、また弱イオン化可能な化学種（例えば、シリカやホウ素）に対する結果はｐｐｔレベルであり、多くのエンドユーザーの低レベル要件に適合するか又は要件を凌いだ。さらに、供給流体中の全酸化性炭素（ＴＯＣ）のレベルが１６．２５ｐｐｍから１９ｐｐｂに減少した（約３桁の減少）。
【００７１】
【表４】
2005508729.tif 000005
本発明の実施態様はさらに、他のタイプの水精製装置（例えば、逆浸透装置及び／又は軟水化システム）と組み合わせて使用することもできる。こうした他の水精製法も、ｐＨ調整によって有益な状況がもたらされる場合が多い。
【００７２】
図１０は、公知の実施態様（例えば、再審米国特許番号ＲＥ  Ｂ１  ４，５７４，０４９に記載の実施態様）を示しており、本実施態様によれが、水を、入口３３０を介してＲＯシステム３００に供給し、次いで第２のＲＯシステム３１０に供給して、出口３６０にて精製水を得る。出口３４０と３５０にて、濃縮排出物（ｒｅｊｅｃｔ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ）を受け取る。処理しようとする水が第２のＲＯシステム３６０に流入する前に水のｐＨを調整するために、水酸化ナトリウム水溶液等のｐＨ調整用流体を、入口３２０にてシステムに導入する。
【００７３】
図１１は本発明の実施態様を示しており、第１のＲＯユニットから第２のＲＯユニットに進む流体のｐＨを、酸や塩基を加えることなく、また流体の導電率を増大させることなく調整することができる。水は先ず、入口４３０にてＲＯユニット４００に流入する。第１のＲＯユニットからの濃縮排出物を出口４４０にて受け取り、精製水が導管４８６を進み、そこで精製水は、導管４８４を介して電気脱イオン装置４７０に流入してよい。電気脱イオン装置４７０は、水のｐＨを調整できるいかなる配置構成のイオン交換物質を含んでもよい。例えば、装置４７０におけるイオン減少用区画は、流体のｐＨを上げるために、カチオン交換樹脂の層と、それに続くアニオン交換樹脂のより厚い層とを含んでよい。システムからの濃縮排出物を出口４８０に通し、ｐＨ調整された精製水を、導管４２０を介して第２のＲＯユニット４１０に送る。ｐＨ調整された水により、第２のＲＯ装置４１０を通過するときに、例えば二酸化炭素のより完全な除去が可能となる。出口４６０を介して精製水を受け取り、出口４５０を介して濃縮排出物を受け取る。処理される水のｐＨは、例えば、電気脱イオン装置４７０の構成を変えることによって、あるいはシステムの作動中もしくは作動前に電気的な調節を行うことによって、調整することができる。
【００７４】
所望により、バイパスループ４８２を使用して、第２のＲＯユニット４１０への供給物のｐＨを、電気脱イオン装置４７０の作動とは関係なく調整することができる。バイパスループ４８２を通る水の量が多くなるほど、電気脱イオン装置４７０によって処理される水のｐＨ低下に及ぼす影響は大きくなる。したがって、導管４２０を通る流体のｐＨをモニターし、それに応じてループ４８２を通る流量の割合を調整することができる。このような調整は、手動式であっても自動式であってもよく、弁制御器４９０を使用して流量の調節を行うことができる。精製水の緩衝能力は低いので、精製水はｐＨの大きな変動を受けることがある。したがって本実施態様は、酸もしくは塩基を精製流れに直接加えたときに起こる望ましくないｐＨ変動を避けるための方法をもたらし、電気脱イオン装置４７０を調整することによって、及びループ４８２を通る流量を調節することによってｐＨを細かく制御することができる。ｐＨはさらに、水分子の分解とそれに続くイオンの除去（付加ではなく）によっても調整することができるので、ｐＨ調整は、処理しようとする水の導電率を増大させることなく行うことができる。さらに、本システムは、汚染を起こす恐れのある外部源（例えば、苛性アルカリや酸のリザーバー）から完全にシールすることができる。
【００７５】
他の態様においては、減少したｐＨの水を第１のＲＯユニットに供給するように、そして増大したｐＨの水を第２のＲＯユニットに供給するように、２つ以上のＲＯユニットと１つ以上のＥＤＩ装置とを含んだシステムを一緒に使用することができる。このように、１つ以上のＥＤＩ装置を使用して、第１のＲＯユニットに対するｐＨを低下させ、そして第２のＲＯユニットに対するｐＨを上昇させることができる。さらに、このような構成はスケール形成の減少に対して有効である。これとは別に、第１のＲＯユニットに供給する水のｐＨを増大させ、引き続き第２のＲＯユニットに導入するためにｐＨを減少させることもできる。
【００７６】
これらのシステムにより、カチオン性化合物（例えばシリカやホウ素）の除去だけでなく、アニオン性化合物（例えばアンモニア）の除去も可能となる。ｐＨは、ＥＤＩモジュールに加える電圧を変えることによってだけでなく、装置内のイオン交換物質の比率を変えることによっても調整することができる。さらに、化学物質を加えることなくｐＨを増減させることができる。
【００７７】
図１４は、弱イオン化可能なアニオン性化学種と弱イオン化可能なカチオン性化学種の除去を可能にする実施態様７００の概略図を示している。先ず、導管７１０を介して供給水をシステムに送り、電気脱イオンモジュール７２０に供給する。電気脱イオンモジュールを通過する水のｐＨは、例えば、主としてカチオン樹脂を含むセルに水を通すことによって、あるいは水の分解の程度（したがってｐＨ調整のためのポテンシャル）を増大させるようセルに対する電圧を調整することによって減少させる。導管７１０を通る水のｐＨより低いｐＨ（例えば、１又は２のｐＨ単位だけ低く）に調整された水が、導管７１２を介してセルとＥＤＩユニット７２０を出て、第１のＲＯユニット７３０に入る。減少したｐＨにおいては、アンモニア等の化合物をＲＯユニットによってより簡単に除去することができ、導管７１４にてＲＯユニットを出た水は、ユニットに流入してくる水より低いカチオン濃度を示す。ＲＯユニットを出た後、水を、導管７１４を介して電気脱イオンユニット７２０に戻すことができる。これとは別に、水を、上記のプロセスにおいて使用されているものとは別個の電気脱イオンユニットに送ることもできる。この通過においては、水は、例えば主としてアニオン交換樹脂を含んだセルを流れる。この場合、導管７１６にて電気脱イオンモジュールを出る水は増大したｐＨであってよく、したがって導管７１６を通る水は、最初に導管７１０に流入した水のｐＨより、例えば１又は２単位ほど高いｐＨであってよい。この水は、例えば、第１のＲＯユニットから導管７１４を介して電気脱イオンモジュールに流入した水より３〜４単位ほど高いｐＨであってよい。次いで、水が、増大したｐＨにてＲＯユニット７４０を通り、ここで弱イオン化可能なアニオン（例えば、ケイ酸塩やホウ酸塩）が除去される。したがって、導管７１８を介してＲＯユニット７４０を出る水は、減少したレベルの弱イオン化可能なアニオン性化学種（例えばケイ酸塩やホウ酸塩）、及びより低いレベルの弱イオン化可能なカチオン性化学種（例えばアンモニア）を含有する。システムのそれぞれの段階における所望のｐＨは、例えば、セル内のアニオン樹脂とカチオン樹脂との比を調整することによって、また水が通過する樹脂の総量を調節することによって（例えば、電気脱イオンモジュール内のセルの充填体積を変えることによって）達成することができる。当然のことながら、追加のＲＯユニットも使用することができ、またいかなる数の電気脱イオンモジュールも使用することができる。水が各セルを通過する順序は、例えば、水が先ずアニオン交換樹脂を含んだセルを通るように変えることもできる。
【００７８】
当業者にとっては、通常程度の実験を使用して本発明のさらなる改良形及び等価形を考案することが可能であり、こうした改良形及び等価形は全て、特許請求の範囲に規定する本発明の精神及び範囲内に含まれると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施態様の概略流れ図である。
【図２】本発明の他の実施態様の概略流れ図である。
【図３】本発明のモジュールの実施態様の概略断面図である。
【図４】図４ａ〜４ｆは本発明の異なった実施態様において適用することができる層の配置構成の概略拡大断面図である。
【図５】本発明のある実施態様の概略流れ図である。
【図６】本発明の他の実施態様の概略流れ図である。
【図７】本発明の他の実施態様の概略流れ図である。
【図８】本発明の他の実施態様の概略流れ図である。
【図９】本発明の他の実施態様の概略流れ図である。
【図１０】従来技術の水処理システムの概略流れ図である。
【図１１】本発明のある実施態様の概略流れ図である。
【図１２】本発明のある実施態様のモジュールの概略断面図である。
【図１３】本発明のある実施態様のモジュールの概略断面図である。
【図１４】本発明のある実施態様の概略流れ図である。
【図１】
2005508729.tif 000006
【図２】
2005508729.tif 000007
【図３】
2005508729.tif 000008
【図４】
2005508729.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005508729.tif 000012
【図８】
2005508729.tif 000013
【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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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月19日(2003.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオン交換物質又はアニオン交換物質を含んだ第１のイオン交換物質層；及び
前記第１の層のイオン交換物質とは異なるアニオン交換物質又はカチオン交換物質を含んだ、前記第１の層より下流の第２のイオン交換物質層；
を含む電気脱イオン装置において、このとき前記２つの層の少なくとも一方がドーパントを含み及び／又は前記電気脱イオン装置が前記第２の層と流体連通状態にてそして前記第２の層の下流にて、アニオン交換物質とカチオン交換物質を含んだ第３の層を含む；
電気脱イオン装置。
【請求項２】
前記層が少なくとも１つのイオン減少用区画又は共通のセル中に存在する、請求項１記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
前記層が隣接している、請求項１又は請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
それぞれの層がセル中に存在し、それぞれのセルがその隣のセルと流体連通状態にある、請求項１又は請求項２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項５】
イオン交換物質のそれぞれが１種以上のイオン交換樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項６】
第１の層がカチオン交換樹脂を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項７】
第１の層がドーパントを含む、請求項６記載の電気脱イオン装置。
【請求項８】
ドーパントがアニオン交換物質を含む、請求項７記載の電気脱イオン装置。
【請求項９】
アニオン交換物質がＩ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物である、請求項８記載の電気脱イオン装置。
【請求項１０】
第１のカチオン交換層が、Ｉ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を４０％ドープしたカチオン樹脂を含み、第２の層がＩ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を含み、第３の層がカチオン樹脂のみを含む、請求項９記載の電気脱イオン装置。
【請求項１１】
第１の層がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１２】
アニオン交換物質が、Ｉ型アニオン交換樹脂及び／又はＩＩ型アニオン交換樹脂を含む特定の電気活性媒体である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１３】
アニオン交換物質に対しては、ドーパントがカチオン交換物質又は電気的に不活性の非イオン交換物質である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１４】
第１の層に第２の層中のイオン交換物質をドープする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１５】
第１の層に約４０％未満のドーパント物質をドープする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１６】
第２の層の体積又は厚さが第１の層の体積より大きい、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項１７】
第２の層の体積又は厚さが第１の層の体積又は厚さの約３倍以上である、請求項１６記載の電気脱イオン装置。
【請求項１８】
第１と第２の層を第１と第２のセル中に有し、このとき第１と第２のセルが共通のモジュールになっている、請求項４記載の電気脱イオン装置。
【請求項１９】
第３の層を第３のセル中に有し、このとき第３のセルが共通のモジュールになっている、請求項１８記載の電気脱イオン装置。
【請求項２０】
第１のセルに加えられる電流が、第２のセルに加えられる電流とは独立的に制御可能である、請求項４、１８、又は１９のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２１】
第３のセルに加えられる電流が、第１又は第２のセルに加えられる電流とは独立的に制御可能である、請求項１９記載の電気脱イオン装置。
【請求項２２】
第２のセルの下流で且つ第３のセルの上流に配置された第４のセルをさらに含む、請求項４と１６〜２１のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２３】
第４のセルが、第２のセルと実質的に同じイオン交換物質を含む、請求項２２記載の電気脱イオン装置。
【請求項２４】
第２と第４のセルが同じモジュールになっている、請求項２２又は２３に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２５】
第４のセルの下流で且つ第３のセルの上流に配置された第５のセルをさらに含む、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置に電界を加えること、及び供給流体を各層に通すことを含む水の精製法。
【請求項２７】
供給流体を第１のカチオン交換層に通して第２の流体を生成させる工程；
第２の流体を第２のアニオン交換層に通すことにより第２の流体のｐＨを調整して第３の流体を生成させる工程；及び
カチオン交換物質、あるいはアニオン交換物質とカチオン交換物質との混合物を含んだ第３の交換層に前記第３の流体を通す工程；
を含む、請求項２６記載の精製法。
【請求項２８】
第１のカチオン交換層が、Ｉ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を４０％ドープしたカチオン樹脂を含み、第２の層がＩ型アニオン樹脂とＩＩ型アニオン樹脂との混合物を含み、第３の層がカチオン樹脂のみを含む、請求項２７記載の精製法。
【請求項２９】
第２の流体をアニオン交換層に通す前記工程により、第２の流体のｐＨが少なくとも約２ｐＨ単位だけ上昇する、請求項２８記載の精製法。
【請求項３０】
第２の流体のｐＨが７未満である、請求項２８又は２９に記載の精製法。
【請求項３１】
第２の流体のｐＨが約６未満である、請求項３０記載の精製法。
【請求項３２】
カチオン交換層との接触時間がアニオン交換層との接触時間より短い、請求項２７〜３１のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３３】
アニオン交換層との接触時間がカチオン交換層との接触時間の約２倍を超える、請求項３２記載の精製法。
【請求項３４】
アニオン交換層との接触時間がカチオン交換層との接触時間の約３倍である、請求項３３記載の精製法。
【請求項３５】
第１又は第２の層がドーパントを含む、請求項２６〜３４のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３６】
最終的に得られる流体が、供給流体のｐＨから少なくとも約１のｐＨ単位ほど調整されるｐＨを有する、請求項２６〜３５のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３７】
供給水が第１の濃度にて弱イオン化可能な化学種を含み、最終流体が、第１の濃度の約１０％未満である濃度にて弱イオン化可能な化学種を含む、請求項２６〜３６のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項３８】
最終流体の濃度が第１の濃度の約５％未満である、請求項３７記載の精製法。
【請求項３９】
最終流体の濃度が第１の濃度の約１％未満である、請求項３８記載の精製法。
【請求項４０】
弱イオン化可能な化学種が、シリカ化合物、ホウ素化合物、及び炭素化合物からなる群から選択される、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の精製法。
【請求項４１】
弱イオン化可能な化学種がシリカ又はホウ素であり、最終流体中の濃度が１ｐｐｂ未満である、請求項４０記載の精製法。
【請求項４２】
弱イオン化可能な化学種がカチオン性化学種である、請求項３７記載の精製法。
【請求項４３】
カチオン性化学種がアンモニアである、請求項４２記載の精製法。
【請求項４４】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電気脱イオン装置を２つの逆浸透装置と流体連通状態にて含む水精製装置。
【請求項４５】
電気脱イオン装置が第１の逆浸透装置と流体連通状態にあり；第２の逆浸透装置が、電気脱イオン装置を介して第１の逆浸透装置と連通状態にあり；電気脱イオン装置が、第１の逆浸透装置と第２の逆浸透装置との間に流体連通をもたらすバイパスループを含む；請求項４４記載の水精製装置。
【請求項４６】
電気脱イオン装置が、イオン交換物質を含む第１の電気脱イオンセル、及びイオン交換物質を含む第２の電気脱イオンセルを含み；第１の逆浸透装置が、第１の電気脱イオンセル及び第２の電気脱イオンセルと流体連通状態にあり；第２の逆浸透装置が第２の第２の電気脱イオンセルと流体連通状態にある；請求項４５記載の水精製装置。
【請求項４７】
水を第１の逆浸透装置に通して第１の流体を生成させる工程；
アルカリ性物質を加えずに第１の流体の少なくとも一部のｐＨを上げて第２の流体を生成させる工程；及び
第２の流体を第２の逆浸透装置に通す工程；
を含む、請求項４５に記載の水精製装置を使用する水の精製法。
【請求項４８】
第１の流体の少なくとも第２の部分のｐＨを上げることなく、第１の流体の少なくとも第２の部分を第２の逆浸透装置に通す工程をさらに含む、請求項４７記載の水の精製法。
【請求項４９】
供給流体をｐＨを調整するための第１の電気脱イオンセルに通して第１の流体を生成させる工程；
第１の流体を第１の逆浸透装置に通して第２の流体を生成させる工程；
第２の流体をｐＨを調整するための第２の電気脱イオンセルに通して第３の流体を生成させる工程；及び
第３の流体を第２の逆浸透装置に通して精製流体を生成させる工程；
を含む、請求項４６記載の水精製装置を使用する流体の精製法。
【請求項５０】
先ずｐＨを低下させ、次いでｐＨを上昇させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５１】
先ずｐＨを上昇させ、次いでｐＨを低下させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５２】
アニオン樹脂を過半量含む電気脱イオンセルに流体を通すことによってｐＨを上昇させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５３】
流体が、カチオン樹脂層とその次のアニオン樹脂層を含む電気脱イオンセルを通る、請求項５２記載の流体の精製法。
【請求項５４】
カチオン樹脂を過半量を含む電気脱イオンセルに流体を通すことによってｐＨを低下させる、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５５】
精製された流体が、供給流体中のカチオンとアニオンの濃度より低い濃度にて、弱イオン化可能な同じカチオンと弱イオン化可能な同じアニオンを含有する、請求項４９記載の流体の精製法。
【請求項５６】
精製流体中の濃度が供給流体中の濃度の１％未満である、請求項５５記載の流体の精製法。
【国際調査報告】
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2005508729.tif 000021
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