(57)【要約】  経路を長くする仕組みを形成する渦巻き状セルの内部に流路を含むらせん状の電気脱イオンデバイス。膜間の不透過性バリアにより、供給物の流れ及び高濃度側の流れが混合することを防止する。流路に沿ったシール又は流路の様々な部分の間でのシールにより、多段階デバイス（すなわち、異なる段階のための別個の供給物デバイス及び／又は高濃度側の流れ）を規定することができ、且つ／或いは、相互に並流、向流又は横流であり得る、好ましい方向に沿った供給物の流れ及び高濃度側の流れを導くことができる。高濃度側区画における帯域（ＢＢ）は、スケール形成が生じないように、スケール形成化学種を異なる領域において別個の経路に沿って向けることができ、化学種の分離を、高濃度側の１つの領域への化学種の輸送を高め、且つ／又は、その領域における相補的なシーラント化学種の輸送を阻害する異なるモノタイプ樹脂の層を介して供給物の流れを軸方向に沿って配置することによって高めることができる。【選択図】  図９Ａ
2007508927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内部コア、
内部コアの周りに広がる内側電極、
内部電極の周りのらせん状巻き付け体として配置される薄層体及び
らせん状巻き付け体の周りに広がる外側電極
を含む一般には円筒状のハウジングを含み、
活性な処理セルが、らせん状巻き付け体の内部の空間及び該活性な処理セルでの電流密度の増大を制限するために配置されたその薄層体間の空間によって規定される電気脱イオンデバイス。
【請求項２】
円筒状コア及び内側電極が、内側電極に近い位置と、外側電極に近い位置との間で２倍未満で変化する電流密度を規定するために配置される、請求項１記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項３】
薄層体の末端領域が電極の１つと本質的には平行して配置され、それにより、実質的に均一な電場が末端領域において薄層体全域に加えられる、請求項１記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項４】
内側電極及び外側電極の１以上が渦巻きを含む、請求項１記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項５】
渦巻きが電極ポケットを提供し、薄層体の終端が該ポケットに達する、請求項４記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項６】
薄層体が電極ポケットを封止し、薄層体により規定される流れセルが電極を介して連通する、請求項５記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項７】
薄層体の内側が高濃度側セルを形成する、請求項１記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項８】
薄層体内の１以上の封止用帯域が高濃度側の流れを規定する、請求項１又は請求項７記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項９】
帯域が、脱塩される流体の流れに対して横方向に配置され、別個の流路において異なるスケール形成成分を受け取り、維持するために設置され、方向づけられる、請求項８記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項１０】
封止用帯域が、
ａ）薄層体よりも長い長さの流路を規定する機能；
ｂ）塩水セルを低濃度側セルから隔てられた電解質セルとして規定する機能；
ｃ）低濃度側経路に対する塩水経路の向きを規定する機能；
ｄ）塩水の流れを、スケール形成を阻止するために塩水が酸性化されるように規定する機能；
ｅ）２段階のらせん状ＥＤＩ処理デバイスを規定する機能；
ｆ）所望する方向で流れを誘導するために圧力低下を規定する機能；
ｇ）塩水セルの流入口位置及び／又は流出口位置を規定する機能；及び
ｈ）低濃度側セルの生成物又は供給物の流れからの受動的な内部のにじみ出しによる塩水供給を可能にする塩水経路インピーダンスを規定する機能
からなる群から選択される１以上の機能を行う、請求項８記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項１１】
内部コアの周りに広がる内側電極、
内部電極の周りのらせん状巻き付け体として配置される１以上の薄層体及び
らせん状巻き付け体の周りに広がる外側電極
を含む一般には円筒状のハウジングを含み、
らせん状巻き付け体の内部の空間及びその薄層体間の空間がデバイスの流れセルを規定し、内側電極及び外側電極の１以上が、薄層体の終端が実質的には接線方向で電極に達するように構成される電気脱イオンデバイス。
【請求項１２】
内部コアの周りに広がる内側電極、
間隔をとって離れた２つの膜を含有し、内側電極の周りのらせん状巻き付け体として配置される１以上の薄層体、
らせん状巻き付け体の周りに広がる外側電極及び
ハウジングに送達される供給物の電気脱イオンのための流れパターン又は方向を規定するように、薄層体の内部及び／又はらせん状巻き付け体の薄層体間空間の内部においてあるパターンで膜と接触して適用される複数のシール
を含む一般には円筒状のハウジングを含む電気脱イオンデバイス。
【請求項１３】
一般には円筒状のハウジングを含み、環状の円筒状空間をその間で規定する内側電極及び外側電極と、環状の円筒状空間において巻かれた膜／スペーサ薄層体とを含むことで、膜／スペーサ薄層体の膜の間に規定される低濃度側流路及び高濃度側流路を有し、その実質的には全円周の回りに電極の１以上を平行して配置する電気脱イオンデバイスが構成されるようになる、電気脱イオンデバイス。
【請求項１４】
外側電極及び内側電極の直径が、内側電極における電流密度を制限するために有効な２．０未満の比率（好ましくは１．５未満の比率）を有する、請求項１３記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項１５】
ａ）内側電極がアノードである；
ｂ）デバイスが、塩水の流れを酸性化するように配置される；及び
ｃ）膜／スペーサ薄層体が、まばらに充填された低濃度側経路及び／又は高濃度側経路を規定する
の１以上を満たすようにさらに構成される、請求項１３又は請求項１４記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項１６】
軸に沿って一般には円筒状の形状で配置される半径方向での内側電極、
内側電極の周りのらせん状巻き付け体として配置される薄層体、
らせん状巻き付け体の周りに広がる半径方向での外側電極であって、
活性な処理セルが、らせん状巻き付け体内の空間及び半径方向での内側電極及び半径方向での外側電極の間の領域におけるその薄層体間の空間によって規定され、電極により形成される電流が、セルの半径方向の位置に関して逆比例して変化する、セルを通過する電流密度を有する外側電極、並びに
有効電流をより有効に利用するために半径方向の位置の関数として流れを変化させるための手段
を含む一般には円筒状のハウジングを含む電気脱イオンデバイス。
【請求項１７】
流れを変化させるための手段が、半径方向の位置がより小さいところではより大きい流れを提供するために有効な数及びサイズを有する、流路の一方の末端に配置された複数の流れ出入口を含む、請求項１６記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項１８】
薄層体がロール状の薄層体であり、流れを変化させるための手段が、その長さに沿って徐々に間隔が大きくなる複数の流れ出入口を含む、請求項１６記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項１９】
一般には円筒状のハウジングを含み、
軸に沿って一般には円筒状の形状で配置される半径方向での内側電極、
内側電極の周りのらせん状巻き付け体に配置される複数のスペーサ及び選択透過膜及び
らせん状巻き付け体の周りに広がる半径方向での外側電極
を含み、
低濃度側セル及び高濃度側セルが、半径方向での内側電極及び半径方向での外側電極の間の領域におけるらせん状巻き付け体の内部の空間によって規定され、
高濃度側セル内のセパレータ帯域により、低濃度側セルにおける流体から除かれた異なるスケール形成成分が分離され、該成分が異なる高濃度側流路に沿って導かれることにより、スケール形成が回避される電気脱イオンデバイス。
【請求項２０】
セパレータ帯域が、
ｉ）網状物スペーサ又はメッシュ状スペーサのストランド及び
ｉｉ）膜間に広がるシーラントの帯域
の中から選択される１以上の要素を含む、請求項１９記載の電気脱イオンデバイス。
【請求項２１】
異なる高濃度側流路への別個の成分の輸送を選択的に高めるために配置された、低濃度側セルにおけるすイオン交換充填物をさらに含む、請求項１９記載の電気脱イオンデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を脱塩するための方法及びデバイスに関し、一般には円筒状の外観を有し、らせん状に巻かれた選択透過膜の層とともに構築された濾過又は処理のためのカートリッジ又はモジュールに関する。本発明は特に、膜がイオン選択性を有する電気透析デバイス及び電気脱イオンデバイスに関し、本発明のデバイスは、イオン伝導による膜を横断する化学種の輸送を誘導するための電極を含む。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気透析（ＥＤ）デバイス及び、いわゆる電気脱イオン（ＥＤＩ）デバイスは、処理される供給物流体の流れが、交換タイプが逆である２つのイオン交換膜の間を流れるように流路を配置する構造を提供することによって作動し、その一方で、電位が、供給物流体を脱塩するイオン電流を維持し、これにより、イオン性化学種を、１つの流路における供給物流体から、膜を介して隣接の流路に移動させ、それにより供給物からの脱塩生成物の流れを生じさせるために流れに対して横方向での膜の両端に加えられる。スペーサにより、連続する膜が、流体処理路又は「低濃度」側の流動空間を規定するために離して設置される。
【０００３】
電気透析（ＥＤ）デバイスの１つのサブクラスは、電気脱イオン（ＥＤＩ）デバイスと呼ばれることが多く、流動処理路の内部に、また、特定の構築物では、隣接するミネラル受取り路の内部に、流れ透過性充填物としてイオン交換材の充填物（典型的にはビーズ又はフェルト）をさらに含む。処理路又は処理セルにおける交換材の存在は活性な流体相互作用区域及び供給物からのイオンの捕獲を強化し、また、捕獲されたイオンを周囲の膜に輸送し、膜を横断して輸送するための、電気伝導性及びイオン伝導性が良好である定常的な移送媒体を提供する。この構築物は、多くの溶解した物質を比較的短い流路に沿って流れから有効に分離するための堅牢且つ効率的な機構を提供する。イオン交換材が、水の分解によって、少なくとも部分的に再生された（活性な）状態で連続的に維持される。
【０００４】
長年にわたって、これらの装置の開発者は、様々な流路幾何形状及び流度、種々の固定された厚さ又は段階的に変化さえする厚さのセルを規定する様々な膜、並びに、様々な局所的パターン（例えば、縞、帯域、特別なモノタイプ又は混合床など）及び他の変化体で分布する様々なイオン交換充填材とともに、ＥＤデバイス及びＥＤＩデバイスの好適性及び操作特性を検討してきている。特定の適用のために、特別な収着性、触媒作用性又は他の性質を有するビーズの使用が、操作特性を安定化させるために、又は、処理の他の側面を行うために記載されている。
【０００５】
これらのデバイスにおいて、供給物流体は、「低濃度」側の空間又はセルの中を１回又は多数回流れ、これにより、そのイオンを手放して、実質的に脱塩又は処理された生成物の流れとして現れ、その一方で、隣接する「高濃度」側セル又は「塩水」セルにおける別の流体が、膜を通過し得るような非イオン性の小さい分子と一緒に、膜を介してイオン伝導により供給物から取り去られたミネラルを受け取る。ＥＤ装置及びＥＤＩ装置の様々な物理的実施が知られている。市販デバイス（特に、ＥＤＩデバイス）の大部分では、歴史的には、電極及び通常の場合には出入口又はマニホールドが積み重ね体の両端に設置された平らなプレートの「積み重ね体」、すなわち、実質的には楕円形の膜、スペーサ及び網状物（これらは集合して多くのセルを形成する）をエンドプレート間で積み重ねることによって形成される多くのセルの配置に基づく構造が用いられている。ディスク形状セルの類似する積み重ね体が歴史的に知られている。これらの「積み重ね」構築物に加えて、多くの刊行物にはまた、パイプ又はコアの周りにらせん状に巻かれているイオン交換膜の間に形成されたセルを有する円筒形状のＥＤデバイス又はＥＤＩデバイスが記載され、いくつかの企業によって、そのようなＥＤデバイス又はＥＤＩデバイスが市販されている。これらのデバイスは、実質的に半径方向の電場を円筒状デバイスのコア及び外殻の間で加えるために、電極を半径方向での内側位置及び外側位置に有する。
【０００６】
ＥＤ（非充填）デバイスは、複数の食品産業流体を処理することにおいて用途が見出されている。らせん状のＥＤ装置又はＥＤＩ装置に類似するロール状のらせん状構築物もまた、食物流体の供給物の流れ又は発酵製造物の流れとともに使用されるクロス流れ逆浸透（ＲＯ）モジュール、精密濾過（ＭＦ）モジュール及び他のタイプの濾過／分離モジュールを製造することにおいて長く使用されており、従って、らせん状構造は、その流れの動力学的特徴、配管要件、高圧を取り扱うことができること及び、他の望ましい性質のために、その産業では広く受け入れらている。これらの他の渦巻き型濾過デバイスは、膜を横断してイオン性成分を輸送するために電位に頼るのではなく、典型的には、濾過プロセスを駆動させるために、又は、膜を介して生成物を移動させるために、高い圧力に頼っている。そのようならせん状フィルター構築物は、典型的には、ほんの小さいふれを可能にするだけであり、また、膜を破裂させることなく、高圧を維持することができる。本出願人は、らせん状ＥＤＩ構築物が、潜在的には、増強された処理能力、より長い、より有効な処理経路の長さ、又は、他の改善された性質を望ましくは可能にする耐圧構築物を受け入れ得ると考えている。
【０００７】
発表されているか、又は、商業的に普及しているらせん状ＥＤ製品及びＥＤＩ製品の中には、米国特許第２７４１５９１号に示されるような、Ｉｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社の初期の例が、内側電極及び外側電極に関連して、また、相互に、その両方で、低濃度側の流れ及び高濃度側の流れについてそれぞれの様々な方向を記載している。スイスのＣｈｒｉｓｔ，Ａ．Ｇ．社は、より近年に、様々ならせん状ＥＤＩデバイスを販売しており、その様々な例がそれらの米国特許第５３７６２５３号（発明の名称：水溶液の連続した電気化学的脱塩のための装置、発明者：Ｒｙｃｈｅｍ他）に示される。その特許に示される構築物は、内側電極及び外側電極を伴う渦巻き型のＥＤＩであり、このＥＤＩは、内側電極（これは中心の送り管としてもまた役立つ）の壁に封止されたその流体処理用低濃度側セルと、内側電極内への開口部とを有し、また、対極を形成する取り囲む円筒壁に通じるその高濃度側セルを有する。
【０００８】
らせん状構造の別の市販のＥＤＩ装置（これは最初は中国で開発された）は、メッシュが充填されている巻かれた高濃度側エンベロープを用いており、軸方向に向けられた低濃度側の流れを巻き付け体の間に提供する。このデバイスはＯｍｅｘｅｌｌ，Ｉｎｃ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ、Ｔｅｘａｓ）によって米国において販売されている。Ｏｍｅｘｅｌｌ社のデバイスが米国特許第６１９０５２８号（発明者：Ｘｉａｎｇ  Ｌｉ及びＧｏｕ−Ｌｉｎ  Ｌｕｏ）に例示される。その構築物において、中心のパイプは電極且つ配水管であり、一方で、巻かれた金属ストリップ又は金属ワイヤが外側電極を形成する。メッシュ織物を取り囲む２つの膜が、交換ビーズ充填物を何ら伴うことなくエンベロープを形成し、このエンベロープが、デバイスの高濃度側の流動空間を形成するために、中心のパイプの周りにらせん状に巻かれる。エンベロープの連続する周回部の間における交互に並んだ領域が、低濃度側路を構成するために、イオン交換樹脂ビーズで満たされる。流入供給物の流れ及び処理された生成物の流出が、円筒の一方の末端から反対側に軸方向に沿って交換ビーズ充填空間を通って進み、一方、高濃度物は、生成物供給物流入口（上記‘５２８号特許の図４に示される実施形態＃２）から、又は、中心電極／パイプの半分に沿ったスロット（その特許の図１〜図３に示される実施形態＃１）から、巻かれた高濃度側エンベロープを通って渦巻き経路に沿って、中心電極／パイプに流れる（又は、中心電極／パイプに戻る）。従って、Ｏｍｅｘｅｌｌ社の構築物では、膜／スペーサ／膜の高濃度側エンベロープが巻かれ、巻き付け体の間の空間が、低濃度物の通路を形成するために、樹脂で満たされる。樹脂の充填は取り替え可能であると述べられている。
【０００９】
いくつかのらせん状ＥＤＩデバイスでは、中心のパイプを、流体マニホールドとして二役を果たす電極として用いることができる。初期のフラットプレートのＥＤＩ積み重ね物が、平行した面において、しかし、互いに直角で、又は、互いに関して蛇行した（ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ）角度でその低濃度側の流れ及び高濃度側の流れとともに配置されていたが、多くの現代のフラットプレートの矩形又は断円形のＥＤＩ積み重ね物は、現在では、低濃度側の流れ及び高濃度側の流れが、並流配置又は向流配置のいずれかで、間隔が接近した平行シートにおいて配置されるように構成される。らせん状ＥＤＩデバイスでは、これら２つの流路の主要部分をクロス流で配置する傾向があり、この場合、一方の流れが軸方向であり、もう一方が、低濃度側セル及び／又は塩水セルを規定する膜エンベロープのらせん状輪郭に従う全体的には渦巻き状の経路に沿って局所的に軸を横切る。このらせん状構造は、これら２つの流体の異なる相対的な路長及び流速を規定することが可能であり（例えば、軸方向の経路はらせん状の経路よりも短くすることができる）、また、締め付けられたプレート積み重ね設計を上回る、他の点である程度の柔軟性又は利点（例えば、再充填又は改修の容易さなど）を可能にし得る。
【００１０】
Ｏｍｅｘｅｌｌ社のらせん状ＥＤＩ構築物は容易に供用可能であると公表されており、また、‘５２８号特許は、低濃度側セルの交換ビーズを、円筒の両端を開けることによって毎日取り替えること、交換ビーズを吹き飛ばすこと及び、再充填することを述べている。Ｏｍｅｘｅｌｌ社は、上記の矩形構築物の従来の積み重ね物に当てはまる状況に対してそれを対比することによって製品を普及させるために公表されている‘５２８号特許の構築物におけるビーズの数多くのこの操作性を申し立てているが、この場合、交換ビーズを別個に取り替えることは、一般に極めて面倒であり（例えば、積み重ね物の解体及び再組み立てを必要とするか、又は、空にし、また、充填するための複雑な方法を必要とする）、又は、そうでなければ、実現不可能である（低濃度側セルはそれぞれが、開けることができない別個の永久的に封止されたエンベロープ−セルとして形成されるからである）。しかしながら、ビーズの取り替えが必要であると考えられる理由は、‘５２８号特許から、又は、市販されている製品の説明書から、全く明らかではない。この特許は、短い技術的説明が初期の開発段階において第三者によって作成されているとしても、誤った記載を含む可能性がある。水の一次処理のためにイオン交換床に頼るという中国での一般的な実施は、本発明者らに、‘５２８号特許において、交換ビーズの取り替え性を強調するように影響を及ぼし、その結果、この新しいＥＤＩ技術が、未実証且つ異なる技術としてではなく、単に、イオン交換床の定期的な更新を伴う受け入れられている実証された処理の強化された形態として理解されることもまた可能である。しかしながら、‘５２８号特許に記載されるデバイスは、地方の水に存在するミネラル（例えば、カルシウム及びシリカなど）の結果として、また、デバイス内の流体の流れ及び電場の性質の結果としてスケール形成し易かったこと及び、樹脂の取り替えがその特定の状況では必要であったこともまた考えられる。
【００１１】
ＥＤＩ装置が４０年前又は５０年前に最初に開発された。この開発の歴史的に早い時期において、ビーズ充填は、多くの場合、程度の差はあるが、容易に行うことができ、また、所望する処理度を達成するためにビーズを頻繁な間隔で別々に取り替えることができ、又は、再生することができた。このことは、処理法を、取り出し負荷量の一部を受け入れるために、又は、あまり動かないイオンを特定のいくつかを有効に除くために、（従来のイオン交換床の能力のような）ビーズ貯蔵能力に部分的に頼ることを可能にした。しかしながら、一般に、現代の積み重ね物及びＥＤＩデバイスは、長期間にわたって、すなわち、数年までの期間にわたって、解体又は樹脂の取り替えを伴うことなく稼動するように設計されている。運転期間中、交換ビーズ充填物の一部が連続的に電気的に再生され、デバイスが定常状態で運転される。特定の供給水品質基準が、長期間の安定性を保証するために指定されることがあるが、時々の全体的な再生及び／又は洗浄又は逆運転のサイクルを、スケール様の集積又は性能劣化に対処するために、また、不可逆的に損なう操作からの何らかの汚損又はスケール形成を防止するために行うことができる。
【００１２】
一般性又は具体的な構築物について詳しくさらに述べることなく、積み重ね構造及びらせん状構造の両方のＥＤＩ構築物は、交換ビーズによるイオンの捕獲及び、実際にイオンを供給物流／低濃度側の経路から移動させ、また、イオンを供給物流／低濃度側の経路から分離する交換膜への、又は、そのような交換膜のより近くへの、そのいずれかで、１以上のビーズの鎖を介した捕獲イオンの輸送に頼っていると言うことができる。交換ビーズは、（例えば、電場強度が高いところ、例えば、不均一なビーズ／ビーズ接合部又はビーズ／膜接合部などにおける水の分解によって作り出されるヒドロニウムイオン又は水酸化物イオンによって）連続的に再生され、また、デバイスは、一般に、長期間にわたって所与の供給物に対して一定の状態で稼動するように設定される。しかしながら、すべてのこれらの作用を支配する速度又は流れの分布及び他の要因は、高い濃度の特定のイオン、極端なｐＨ、又は、流れの停滞の様々な状態がすべて使用中に生じ得るようにし、これらの状態の特定の組合せにより、制御問題が提起され得るか、或いは、処理効率又は処理度が損なわれ得るか、或いは、デバイス内において、不可逆的な膜損傷及び／又は、樹脂若しくは膜でのスケール形成の局所的な発生を持ち込む危険性が生じ得る。流れセルの大きさ及び幾何形状、交換充填物配合物の性質、並びに、水力学的配管の細部はすべてが、そのような問題に対処する際には重要であり得るし、また、供給物流体の特定量の前処理もまた、一般には、長期間にわたって問題を生じさせない好適な初期供給物品質を保証するために要求される。広範囲に及ぶ工業的運転経験はさらに、長期間の性能劣化を安全に回避し、長期間の性能劣化に対処し、又は、長期間の性能劣化を最小限に抑えるために、様々な供給物を用いるそれぞれのデバイスについて従うための運転パラメーター及び運転プロトコルを指定することを可能にする。
【００１３】
ＥＤＩデバイス構築物の１つの態様は特に述べる価値がある。すなわち、これらのデバイスで用いられる膜並びに交換ビーズは膨潤性であり、一般には、それらの乾燥形態及び水和形態の間における大きさの変化を受ける。不均一な交換膜の中には、２０パーセント膨潤するものがあり、また、交換ビーズの湿った床はまた、その体積を増大させ、過度に閉じ込められた場合には大きな圧力を及ぼし得る。そのような膨潤は流動インピーダンスを損ない得るか、或いは、膜又は構造要素の一体性に影響を及ぼし得る。このことは、ＥＤＩ積み重ね物の様々な製造者に、組み立て前に非常に長い期間にわたって膜を事前に浸漬すること；膜を固定し、交換ビーズを閉じ込め、アラインメント及び封止を維持するための複数のランド、突起、ビーズ及び／又は位置合わせピンを有する、より剛直な中間のフレームアセンブリ又はスペーサアセンブリを使用すること；正確に定量化された膨潤を達成するために、乾燥形態又は塩処理形態での正確に測定された量によってビーズを充填すること、或いは、交換媒体の予備形成されたブロック又はゲルとして充填すること；或いは、所望するセル充填を確保するために、流動化された、おそらくは塩処理されたスラリーによってセルを動的に充填することなどの組み立てステップを提案させている。
【００１４】
らせん状構築物について、異なる半径で巻くことによって持ち込まれる局所的な滑りとともに、膜媒体及びビーズ媒体の大きさが不安定であること及び、個々の膜の比較的大きい長さは、膜の間隔又は支持、ストレス、収縮又は座屈及び亀裂形成のさらなる潜在的な問題を生じさせる。数多くの研究者が、不揃いな間隔又は過度な機械的ストレスを避けるために、また、所望する膜間の間隔を維持するために、別個の要素として、又は、膜表面に形成された形体として、そのいずれかで、ビーズではなく、固定されている予備形成された間隔用要素（例えば、突起、ポスト又はリブなど）の使用を提案している。
【００１５】
この一般的な描写では、様々な問題又は認められた問題又は設計制約が生じ得る。例えば、１９６０年代では、ＥＤＩ操作の特定の性質が、均一なサイズのイオン交換ビーズとともに、また、薄い充填型セルとともに最適化されることが示されていた。商業的分野では、一部の企業提唱者は、長い間、少ない数の交換ビーズ（例えば、４個〜１０個のビーズ）によって規定されるセル厚さが最適であると強く勧めている。厚いセルはまた、特定の目的のために、例えば、分極した操作のもとではヒドロキシル除去が遅れるために、高くなるｐＨ変化を誘導することによって達成される高いシリカ除去などのために強く勧められている。小さいセル厚さは、交換ビーズのサイズ及び供給物流体の粘度の関数として大きく変化する水力学的な流動制限を持ち込むことが明らかである。水を用いて行われた理論的又は経験的なモデル化は、一般的な食物流体を処理するためのシステムには必ずしも当てはまらないであろう。その上、任意の流体に関して、局所的な電流密度が、従来のＥＤＩ積み重ね物又はＥＤＩデバイスの多くのセルの内部で変化し得るし、また、交換ビーズの分布における局所的変動によって、並びに、生じ得る流れにおけるチャンネリング又は局所的変動によって実質的に影響される。これらの電流変動及び生じる電位は、意図された操作性能を大きく変化させ得る。加えて、らせん状デバイスでは、電流密度は、半径方向の位置に関して逆比例して増大し、このことは制御又は運転のさらなる困難さを生じさせる。その上、食物流体又は発酵液などの流体は、汚損（交換ビーズの表面及び官能性の機能的汚損と、交換床を通過する流れの物理的閉塞との両方）を生じさせ易いことが知られている。流動型の交換ビーズが、後者の問題に対処するために用いられているが、この方法は、交換ビーズと、交換膜間に存在する制限された空間との間での直接的な接触という要件と矛盾するので、ＥＤＩデバイスの交換ビーズ充填物と一緒に用いることができない。
【特許文献１】米国特許第２７４１５９１号明細書
【特許文献２】米国特許第５３７６２５３号明細書
【特許文献３】米国特許第６１９０５２８号明細書
【特許文献５】国際公開第０３／０４３７２１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そのような理由のために、ＥＤＩ脱塩デバイスの製造及び運転は依然としてかなり複雑であり、費用がかかり、また、それぞれの特定の構築物はそれ自身の制限又は欠点を有し得る。
【００１７】
従って、そのようなデバイスの新しい構築物、改善された費用又は容易な製造をもたらすデバイス及び、種々の運転能力又は改善された運転能力を提供するＥＤＩデバイスが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これらの特徴及び他の望ましい特徴の１以上が、流体の流れを脱塩するための装置によって本発明に従って達成される。装置は、２つの導電性電極と、１対以上の選択透過膜（一般にはカチオン交換膜及びアニオン交換膜）を間隔用要素と一緒にそれぞれが含む１以上の巻き付け体とを含む。カチオン交換膜及びアニオン交換膜は互いに平行して配置され、間隔用要素は、液体が膜間の空間を流れることを可能にする分離又はすき間を維持する。本発明の１つの態様によれば、膜及びスペーサのアセンブリ（本明細書中では「薄層体」と呼ばれる）又は数個のそのような薄層体が、連続する薄層体の間に、又は、１つの薄層体の連続する巻き付け体の間に、例えば、さらなるスペーサによって、間隔を維持しながら、電気的に非伝導性の材料から形成される中心の円筒状コアの周りにらせん状に巻かれる。組み立てられたデバイスは、互いに交互に隣接する２種類のセル又はチャンバを含み、そのようなセルは間隔用要素及びさらなるスペーサによって規定され、これにより流れチャンバ（すなわち、低濃度側チャンバ及び高濃度側チャンバ）をデバイス内に形成する。好ましい実施形態において、低濃度側チャンバ及び高濃度側チャンバはともに、それぞれがイオン交換材を含む。デバイスの別の態様によれば、スペーサは、デバイスの組み立て時に取り扱い、丸められ、且つ操作することができるシートである。
【００１９】
膜間の間隔用要素、並びに、さらなるスペーサは、不活性なポリマー材料、イオン交換ビーズ、イオン交換繊維、２つ以上のこれらの要素の組合せ、又は、そのような要素の１つ若しくは複数を本質的部分として取り込む多孔性媒体（例えば、スポンジ、フェルト又はシートなど）から形成され得る。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、装置は、円筒形状を有するハウジングにおいて組み立てられ、電極として作用する半径方向に間隔をとって離れている金属成分又は導電性成分を２つ含む。これらの導電性成分の１以上が、中心のコアを取り囲む半径方向での内側の位置に設置され、導電性成分のもう一方が、周囲に近い半径方向での外側の位置に設置され、従って、これらにより、内側電極と外側電極との間における一般には半径方向での向きを有する電気的電流又はイオン電流が、ロール状の薄層体アセンブリの膜／スペーサの巻き付け体の内部及びその間に規定される渦巻き状に配置された流動空間を横切って確立される。電極の１つ又は好ましくはそれぞれが、薄層体の末端を受け入れる半径方向に広がる開口部を有するシート状金属のらせんとして形成され得るし、また、シャドウイング及びホットスポットが存在しない均一な電場においてデバイスの活性な流れセルを設置する。開口部は、セル規定層の末端の周りに封止された等電位ケージを形成する。
【００２１】
好ましい電極が、一回りの全周を超えて取り囲む渦巻きで巻かれた導電性シートとして形成され、軸方向に広がるストリップ様のすき間又は開口部が、渦巻きの半径方向での内側端と、半径方向での外側端との間での重なった領域において規定される。開口部は、（例えば、渦巻きの内側表面と、外側表面の端との間に）電極の封止されたポケットの中への電極表面に平行する接線方向の経路に沿って薄層体の末端の通過を収容し、一方で、膜間の流動空間との流体連通及び、流体の出入口又はマニホールドに対する接続が、電極を介して達成され得る。電極ポケットに入る薄層体、又は、電極ポケットから出る薄層体は、接線角度で接近し、従って、電極表面に平行して密に包むことができ、これにより、締め付け、膜の二重化、又は、他の不揃いな固定化構造若しくは終端構造を電極において用いる先行技術の構築物により生じるシャドウイング及び不均質性が存在しない、電極の周りでの非常に均一な電流分布をもたらす。本発明の構築物はまた、先行技術の構築物を、ある程度ではあるが、悩まし得る塩水マニホールド短絡又は逆拡散を導入することを回避する。膜はまた、重なる領域において封止することができ、又は、重なる領域において電極に取り付けることができ、このことはらせんロール状のセル構造の製造を簡略化する。
【００２２】
電極は、本発明のこの態様では、連続した金属シートから形成されることが好ましいが、他の実施形態では、電極は開口部を有することができ、また、例えば、金属網状物の形態、又は、一般には等電位の表面輪郭を形成するために配置される複数の離れているが、電気的に相互につながったセグメントの形態を取ることができる。例えば、離れた要素は、等電位表面の完全な円周方向の一回りを規定する（半径が実質的に一定である）円筒、（半径が少し増大する）開いた渦巻き、又は、類似する形状を形成するために、互いに隣接して重なるように配列され得るか、又は、互いに隣接して配置され得る。
【００２３】
本発明のＥＤＩデバイスでは、薄層体（１以上）が、断面で示されるように、低濃度側空間及び高濃度側空間が半径方向に沿って互いに隣接して交互であるように、好ましくは、エンベロープが高濃度側の流路を形成するように巻かれる。好ましくは、処理される液体の供給物の流れが、内側コアと外側コアとの間において、デバイスの一方の末端から装置に入り（例えば、低濃度側セルに入り）、デバイスの軸に平行する処理経路に沿って膜間の低濃度側セルを通過し、一方、イオンを受け取る高濃度側の流れが、上記の渦巻き状の膜間空間の内部における、各膜の反対側に規定される対応する高濃度側セルにおいて維持される。
【００２４】
渦巻き状セルの内部において流れが取る流路は、隣接する膜の対の間に広がり、端部シール、阻止バリア又は流路バリア、或いは、流れを導くための経路延長化路を構成し得る１以上のシールによって規定される。１以上の膜における他のシールにより、供給物の流れ及び高濃度側の流れが混合することを防止するために有効な位置において、例えば、薄層体の両端において、らせんの乾燥領域又は不活性な領域が規定され得る。
【００２５】
本発明のこの態様の実施形態によれば、流路に沿ったシール、又は、流路の一部分の間でのシールは多段階デバイスを規定することができ、別個の供給物の流れ及び／又は高濃度側の流れを異なる段階のために規定することができ、高濃度側の流れ及び／又は低濃度側の流れの相対的な流速を規定することができ、且つ／或いは、処理経路の機能的な部分領域を規定するために機能し得る。これらのシールはまた、供給物の流れ及び高濃度側の流れを、好ましい方向に沿って、又は、好ましい相対的な向きに沿って導くことができ、或いは、そのように規定された経路の１以上の部分において、除かれた化学種の異なる群の別個の流れを維持するために、高濃度物を導くことができる。膜の向き合う面における供給物の流れ及び高濃度物の流れの相対的な向きは、例えば、その領域における優勢なイオン性化学種及びその濃度、電気抵抗、分極状態及び／又はｐＨ、その流動領域又は上流の流動領域において輸送されるイオンのタイプ（例えば、スケール形成イオン、一価イオン、二価イオン又は特定のイオンなど）、並びに、低濃度物の流れ、高濃度物の流れ、又は、両方の流れのミネラル負荷量又は気体負荷量などの検討事項に基づいて、流路に沿った異なる位置において異なることがある。いくつかの実施形態において、シールは、例えば、供給物の一部、又は、部分的に処理された供給物を高濃度側の経路に導く内部の分配マニホールドを形成するために機能し得るか、或いは、適正な流動を保証するために、又は、セル壁のかみ込みを阻止するために、隣接セルに対するセル内の圧力を調節するための圧力調節体として機能し得る。
【００２６】
流れはまた、メッシュ状スペーサの配向したストランドによって、又は、配向したパターンでスペーサに設置された不透過性材料の帯域によって、高濃度側で分離することができる。本発明のこの態様の１つの好ましい実施形態において、低濃度側の流れは、円筒状の巻き付け体の軸に平行する経路に従い、高濃度側の流れは、その軸に直交する平面に留まるか、又は、その軸に直交する平面に平行して流れるように導かれる。従って、カルシウムなどの二価金属が、次いで硫酸塩又は炭酸塩などのイオンが、軸方向の低濃度側の流れから連続的に除かれ、高濃度側セルに入るので、除かれた不純物のそれぞれは、除かれた不純物のそれぞれがセル流出口に向かって流れるとき、セル内の帯域に留まり、それ以外の除かれた化学種と混合しない。分離された流れはスケール形成を有効に防止する。本発明のこの態様の別の実施形態又はさらなる実施形態において、低濃度側セルは帯域状の充填物を有することができ、この場合、供給物−生成物の流路に沿ったある段階における帯域内の樹脂は、その段階での化学種の除去（例えば、スケール形成金属イオンを捕獲するために、スケール形成金属イオンの除去）を強化するために、或いは、捕獲を促進するために選択された樹脂に遭遇し得るその後の位置まで化学種（例えば、硫酸塩又は炭酸塩）の捕獲又は膜貫通による通過を選択的に阻むために選択されたタイプである。従って、そのような帯域状の樹脂充填物は、供給物に存在し得る異なる潜在的なスケール形成化学種の分離をはっきりさせる。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、様々な構造体により、電流密度が、均一且つ有効な脱塩を促進させるために正常化される。低濃度側流入流路及び／又は低濃度側流出流路の分布により、最も一般的な電流密度に調整された半径方向で変化する流れ分布を規定することができる。
【００２８】
本発明は、その図面と一緒に、いくつかの実施形態の本明細書中での説明及び、構成の例示的な細部、並びに、その望ましい変化及び特徴のいくつかから当業者によって理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は本発明による円筒状ＥＤＩ装置の第１の実施形態１０の概略的な平面図であり、構成成分の全体的な配置を示す。ＥＤＩ装置１０は、底部フランジプレートＢ、上部フランジプレートＴ及び、一緒になって一般には円筒状の容器、又は、流体を閉じ込めための囲いのあるチャンバを規定する円筒状の本体Ｃから例示的に構成されるハウジングを含む。膜ロール１５（そのいくつかの例が下記に記載される）が、ハウジング内において中心コア１２の周りに巻かれる。例示的には、膜ロール支持体１８（その構造は様々な形態を取ることができる）により、膜ロールが支えられる。内側電極１４が中心コア１２を取り囲み、外部電源に対する接続のための第１の電流リード線１４ａにつながれ、また、外側電極１６が、これは第２の電流リード線１６ａにつながれるが、膜ロール１５を実質的に取り囲む。膜ロールは２つの電極（１４、１６）の間の環状空間においてらせん状に巻かれる。下記で議論される様々な制約の範囲内で、これらの電極の一方又は両方が連続シートであり得るか、又は、穴あき状であり得るか、又は、メッシュ様若しくは網状物様シートであり得るか、又は、一般には中心若しくは周縁部をそれぞれ取り囲む外郭にまたがる相互につながった別個の電気伝導性要素から形成され得る。電極は、網状物様、穴あき状又は連続のいずれかであっても、膜ロールの内部軸（それぞれ、外側周縁部）の周りに実質的に等電位の表面であることを提供するために十分に広範囲に及ぶその導電性表面を有する。好ましくは、図２Ａ及び図２Ｂに関連して下記でさらに記載されるように、電極の少なくとも一方、好ましくは両方が、膜ロールの末端を接線方向で電極の中に受け入れるためのポケット又は開口部を規定するために１周以上完全に回る連続したシート電極である。
【００３０】
この全体的な幾何形状により、内側及び外側の電極（１４、１６）の間に広がる電流経路の（半径方向の）方向に対して一般には横の、１対の膜の間に規定される流動空間が設置される。電極の開口部は、膜の締め付け、膜の閉塞、又は、二重にされた膜及び、先行技術の封止用構造物によって以前には引き起こされたシャドウイング及び電場不均一性の局在化領域を回避しながら、膜間の流動空間の終端が不活性な領域又は無電場領域に達することを可能にする。電極ポケット構築物はまた、処理された流れを電極の近くで過度な電解質濃度から隔てる低濃度側チャンバの封止を可能にする。別個の電解質チャンバ又は電解質の流れを必要としない。
【００３１】
中心コア１２は、実質的には内側電極に対して連続し得るが、好ましくは、非導電性の構造要素（例えば、ポリマーパイプなど）であるか、又は、導電性ならば、駆動電場を規定するためにエネルギーが与えられない。中心コア１２は、内側電極がその外側表面に対して直接に位置し、従って、構造的部材又は支持用部材として役立つようなサイズにすることができ、また、デバイスの様々な部分のための流体流入口又は流体流出口として役立つための適切な開口部を含むことができる。本発明の１つの重要な態様によれば、内側電極は、外側電極の直径よりも実質的に小さい直径又は断面大きさを有することができ、その結果、膜ロールの活性な巻き付け体が、かなり均一な電場を受ける、内側電極と外側電極との間の比較的狭い円筒状の環に設置される。この環状領域は、例えば、外側電極の直径の半分よりも小さい半径方向の広がり、好ましくは約３０パーセント未満の半径方向の広がり、最も好ましくは約２０パーセント未満の半径方向の広がりを有する。これらの２つの電極の半径の相対的に類似した大きさにより、電気的操作が、電流密度の分布をかなり均一に保つことによって強化される：膜ロールの内側巻き付け体の近くでの電流密度は比較的制限されたままである。例えば、他のことが等しい場合、相対的な電流密度は、電極の相対的な面積に関して、従って、電極の半径に関して逆比例的に変化する。内側電極の直径を外側電極の直径に近づけることを、内側電極面積及び外側電極面積の比率、従って、外側電極表面及び内側電極表面における名目上の相対的な電流密度の比率が１：２未満であり得るか、又は１：（１．５）未満であり得るか、又は約１：（１．２）未満でさえあり得るようにすることができる。明示的には示されないが、様々なフィッティング、経路、出入口及び導管が、供給物の流れ、処理された生成物の流れ及び、高濃度物の流れを導入し、分配し、集め、又は送達するために、ハウジング及び／又は支持体１８を通り抜けることができる。いくつかの例が特定の構築物に関して下記で議論される。
【００３２】
膜ロール１５は、内側電極及び中心コアの周りにそれぞれが丸められるか、又は、らせん状に巻かれる１以上の「薄層体」を含む。薄層体は２つの選択的イオン透過性膜を含み、これらは、膜ロールが、電極間の環状空間に設置される低濃度（供給物）側流路及び濃縮物（塩水）側流路の隣接又は平行した組を規定するように配置される。本発明の１つの態様の主たる特徴によれば、低濃度側セル及び塩水セルは、様々な流れ阻止シール又は流れ誘導シールによって規定される流路を薄層体の隣接する膜表面の間に有するスペーサによって構成される。場合により、流れを強めるスペーサ領域もまた、所望するパターンの流れ方向及び大きさをハウジング内において達成するために設置される。流路の幾何形状及びパターンは、流動処理特性（例えば、イオン除去を増大させること、逆拡散、スケール形成又は他の望ましくない影響を低下させること、或いは、他の操作特性を強化又は制御することなど）を強化するように、本発明に従っていくつかの方法で構成され得る。これらの特徴は下記の具体的な例から理解される。
【００３３】
図１Ａは本発明の１つの態様による製造方法を概略的に例示する。示されるように、上記で記載されたような膜ロール１５が、アニオン交換膜の連続シート２２、塩水セルスペーサ２４、カチオン交換膜の連続シート２６及び低濃度側セルスペーサ２８を使用して１つの連続した薄層体２０から形成される。塩水セルスペーサ２４は、組み立て後、メッシュにより占められる層の中を流体が流れることを可能にしながら、それに隣接する２つの膜の間における分散した支持体を提供する１層以上層の柔軟な不織の網状物メッシュから、例えば、厚さが１０ミル〜７０ミルのポリエチレン、又は、好適な厚さ及び網目サイズの他の流体適合性材料などからなり得る。好ましい構築物におけるスペーサは、その組み立てにおいて、他の要素、具体的には、好適には流体透過性であるが、イオン伝導性又は電気伝導性の膜間の充填物を構成するように分布する導電性ビーズ及び／又はイオン交換ビーズを含む。好ましくは、スペーサは、イオン交換ビーズがそれにより永続的又は一時的に安定化されているか、或いは、その中に点在するか、或いは、それに固定又は接着されている１以上のメッシュ状シートから構成される織物である。そのようなシートはＥＤＩデバイスの組み立て時において容易に取り扱うことができる。網状物の本体（例えば、フィラメント又は交差フィラメント）により、最小限の膜間の間隔が保証され、一方で、ビーズは、分散した膜接触支持体及び、特定レベルの電気伝導（高濃度側空間において）又はイオン捕獲及びイオン伝導性若しくは輸送活性（低濃度側空間において）を提供する。現時点で好ましい実施形態において、高濃度側区画では、好ましくは、カチオン交換ビーズのみが用いられ、一方、低濃度側区画では、カチオン交換タイプ及びアニオン交換タイプの両方のビーズを有するスペーサ層が、一般には、すべてのイオン性化学種の捕獲及び除去のために所望される。好ましいスペーサアセンブリ２４は、網状物メッシュと、イオン交換ビーズ又は導電性媒体との両方を含み、これらは一緒になって、セルの厚さ、流動インピーダンス及び他の流動特性、並びに、導電性及び脱塩の全体的な効力を決定する。低濃度側の網状物はまた、好ましくは、ビーズ分離機能を果たし、このことは、ビーズがタイプによって分離される低濃度側セル充填物を可能にする（すなわち、アニオン交換ビーズ及びカチオン交換ビーズが別個の物理的位置に保持される）。
【００３４】
２、３の代表的な大きさが、本明細書では、本発明によって意図されるらせん状ＥＤＩデバイスの商業的に有用なサイズの具象化に対する助けとして単に示されるだけであり、しかしながら、本発明はそのようなサイズに限定されない。装置の軸方向の長さはおよそ約１／４メートル〜約１メートル以上であり得るし、その一方で、デバイスは１０〜６０ｃｍ未満の直径を有し得る。巻かれた膜及びスペーサによって規定されるらせん状流れセルは数メートル以上にまで及び得るし、所与の直径を有するロール体のらせん状の空間又は層の内部における流体流路の経路は軸方向又はらせん方向に対して制約され得るか、或いは、方向又はタイプが変化する数個のセグメントから構成される経路に従い得る。膜間の空間は、１以上の網状物と、規定された交換ビーズ充填物とを含むスペーサ材料とともに十分に規定される。イオン交換ビーズの充填物は、共有のＰＣＴ国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０３／２８８１５（発明の名称：希薄媒体ＥＤＩ装置及びその方法、米国ＰＣＴ受理官庁において２００３年９月１２日出願）に記載されるように、比較的まばらな充填物であることが好ましい。その国際特許出願明細書の開示は本明細書により参考として本明細書中にその全体が組み込まれる。簡単に記載すると、その特許出願明細書は、強化された電気的効率又は電気的制御により作動し、低いが、十分に制御された流動インピーダンス特性を示す薄いＥＤＩセルにおいて、散らばったビーズの層からなるか、或いは、イオン交換ビーズの比較的完全な単層体、二層体、又は、様々な縞状の層、帯域状の層、若しくは、他の方法で分離された層からなるイオン交換充填物を形成する方法を記載する。これらの層は、好ましくは交換ビーズに加えて網状物を含んでおり、極めて均一な膜間の間隔及び支持を促進し、強化された電気的効率及び低下した残留物混入を操作において達成する。これらの層はまた、長い流路で信頼性よく作動し、より多くの数の平行セルを巻き付け体の所与の半径方向の長さにおいて可能にし、また、チャンネリングが比較的ない状態で保持する流れ断面をもたらす。
【００３５】
従って、本発明の１つの重要な態様によれば、メッシュ状織物と、イオン交換ビーズのまばらな充填物との両方を特徴とする１以上の薄いロール可能なエンベロープアセンブリの内部によって形成されるセルを有するらせん状ＥＤＩデバイスが構築される。好都合なことに、ビーズをメッシュ状織物に永続的又は一時的に結合又は接着することによって、網状物／ビーズスペーサ材料のシート又は連続した織物を形成させることができ、また、薄層体構造、例えば、ビーズが負荷されたスペーサ層、スペーサ／膜の層又は膜／スペーサ／膜の層又は膜／スペーサ／膜／スペーサの層を、その後、図１Ａに示されるように、異なる操作又は連続した操作で巻くことができる。
【００３６】
層構造体又はセル構造体がまばらな充填物を用いるとき、いわゆる「短い拡散経路」又は「浅いシェル」の樹脂を、２つ以上の樹脂が共通の電場において互いに隣り合って設置される構築物における樹脂の電気抵抗を制御し、又は一致させることを助けるために、或いは、異なる直径の樹脂が一緒に設置されることになるときには効率を高めるために使用することができる。これらのビーズはまた、原位置洗浄法の後で、又は、塩形態で組み立てられた後で、より早く再生され、また、一般には、非常にはっきりと規定されたブリードダウン時間を再生又は逆運転の後で示すまばらに充填されたＥＤＩデバイスでは、著しくより効率的に運転及び再生することが予想される。
【００３７】
様々なプロトコルを、（例えば、ビーズの直径にほぼ等しいメッシュサイズを有する網状物の開口部に保持される個々のビーズを用いて）ビーズの散らばった単層体又は連続した単層体を網状物に取り付けるために、或いは、（例えば、網状物を接着剤で処理し、その後、イオン交換ビーズを網状物の各面に対して順次ならべて、ビーズを捕獲し、結合することによって）ビーズの実質的に完全な単層体を網状物の各面に取り付けるために用いることができる。それぞれの場合において、ビーズ／スペーサのアセンブリは、その後、自由な取り扱い及び操作が可能であり、これにより、完成したＥＤＩデバイスを製造するための巻き取り及び組み立てのバルクプロセス又は半連続プロセスが可能になる。カチオン交換ビーズ及びアニオン交換ビーズが低濃度側網状物の向き合う面に設置されるとき、低濃度側網状物は、カチオン交換ビーズをカチオン交換膜に連続するその面に有するように、また、アニオン交換ビーズをそのアニオン交換膜の面に有するように、最終的なアセンブリにおいて配向させなければならない。その上、内側電極と外側電極との間で巻かれるとき、低濃度側セルスペーサは、好ましくは、カチオン交換膜がセルのカソード側に位置するように、また、アニオン交換膜がセルのアノード側に位置するように配向させられる。
【００３８】
上記構築物の薄いスペーサセルにおいて、網状物メッシュ及びビーズのサイズは、網状物がメッシュの向き合う面でのビーズ層の分離を維持するように、また、ビーズ及び網状物が適切な全体的な膜間の間隔を確保するように選択することができ、これは、約１ｍｍ未満〜最大でも数ｍｍの範囲で選択することができる。ビーズがこの様式でメッシュのそれぞれの面に取り付けられるとき、メッシュサイズはまた、反対タイプのビーズが、開口部の中を移動して通り抜けることなく、メッシュの開口部を介して互いに接触するように選択することができる。これらの構築物では、製造時において、網状物が、それぞれのビーズを捕獲及び保持するために触圧接着剤により被覆されること、しかし、ビーズ自体は接着性を有しないことが好ましい。このことは、ビーズ表面が依然として活性であること及び、完成したアセンブリに存在するビーズ／ビーズの接合が、接着性の中間層或いは電気的接触又はイオン的接触の他の障害を伴うことなく、直接的な導電性接触であることを保証する。上記の国際特許出願明細書に記載されるように、これらの構築物は有用なレベルの水分解を保証し、しかし、塩を投入するか、又は、電気的非効率を生じさせる外部からの逆接合を持ち込まない。異なる交換タイプがメッシュの向き合う面において分離されるとき、特定の片側のバリア又はダイバーターもまた、低濃度側の流れを、網状物を横断して前後に流れさすことによって、すなわち、低濃度側の流れをセルのカチオン側からアニオン側に流し、カチオン側に戻らせ、その結果、流体が両方の交換ビーズ層を通過するようにすることによって効率をさらに高めるために流路に沿って提供され得る。本出願人が「層化」と呼び、下記の図８に概略的に示されるこの構築物は、処理された流体が両タイプの交換ビーズと接触することを保証しており、縞状又は層状の充填物に関連する性能上の利点を提供し、同様にまた、２つのタイプのビーズがセル全体で連続して互いに接触しているので、不揃いな導電性の局所的領域の発生を回避し、また、より均一な電流分布を促進する。従って、同じ電流が、それらの相対的な捕獲親和性又はイオン輸送効率、並びに供給物流体における優勢なイオン負荷にもかかわらず、アニオン交換ビーズ及びカチオン交換ビーズの両方を通過するに違いない。結果として、従って、流れからのアニオン及びカチオンの除去はそれぞれが匹敵し得る速度で進行し、流れが化学種の欠乏及び分極の不揃いな部分にさらされない。その上、「粒状」の喪失は、そうでない場合には膜でのスケール形成を生じさせ易いと考えられる局所的な高ｐＨ領域を防止する傾向がある。
【００３９】
図１Ａに概略的に示されるように、本発明のＥＤＩデバイスの薄層体を形成するためのプロセス１００は、アニオン交換膜のシート１１０を提供すること、シート１１０上に、又は、シート１１０に隣接して交換ビーズとともに負荷される網状物又はメッシュの１層以上層から構成されるシート１１５を設置すること及び、カチオン交換膜１２０のシートでメッシュ／ビーズシート１１５をカバーすることを伴う。これら２つの膜は、下記においてさらに議論されるように、１以上の端に沿って一緒に封止することができ、これにより、エンベロープ構造がメッシュの周りに形成される。このことは、例えば、高濃度側セルエンベロープ構造を形成させるために行うことができる。エンベロープは、低濃度側セルスペーサ層については一般にはアニオン交換タイプ及びカチオン交換タイプの両方である好適な交換ビーズを有するさらなる網状物層１２５を用いて組み立てられ、その後、膜及びスペーサは、らせん状ＥＤＩユニットを形成するために巻かれる。そのような製造プロセスが図１Ａにおいてローラー１３０の配置によって概略的に示される。実際には、組み立てプロセスでは、様々なガイド及びブレーキが、織物の張力を維持するために用いられ、また、特に、層の１つが、好適な末端幾何形状を達成するために、また、デバイスの電極、スペーサセル又は他の機能的構成成分を好適に設置するために、下記で議論されるように、他よりも遠方に終端を有し得るか、又は、他よりもさらに広がり得る。様々な補助的なステップ又は構成成分、例えば、流れデフレクター、スペーサシム及び端部ガスケット又はシールの付加などは、そのようなステップ又は構成成分のいくつかが下記においてさらに議論されるが、具体的には示されておらず、しかし、これらは、第１の膜、スペーサ又は他の織物が、エンベロープ／スペーサロールにおけるスペーサ及び膜の組み立てのための段階に沿って通過するので、ラインに沿った適切なところで達成することができる。完全なＥＤＩデバイスを形成させるために、この基本構造体が巻かれ、電極及びコア構造体とともに組み立てられ、円筒状容器の中に据えられる。電極はそれ自身が容器の壁を構成することができ、だが、容器の少なくとも数カ所が、電極の短絡及び／又は潜在的な感電の危険を避けるために、電気非伝導性であることが必要である。１つの原型実施形態では、電極が箔から形成され、電極は、膜／スペーサアセンブリの最初の一巻き及び最後の一巻きが電極と一緒に巻かれ、電極に一致するプロセスで組み立てることができる。
【００４０】
全体的な規模では、組み立てられたＥＤＩデバイスにおける流路は、低濃度物側（供給物−生成物）の流れが、低濃度側セル及び塩水セルを構成するらせん状の巻かれたスペーサの内部を進むことにより実行される。低濃度側セルにおいて、流れは、好ましくは、デバイスの長さ方向の軸に対して平行であり、一方、高濃度側セル又は塩水セルでは、流れは、セルを規定するらせん状の巻かれたエンベロープの内部を１以上の方向（その例が下記に例示される）に沿って進む。少なくともいくつかのセル（例示的には、高濃度側セル）の内部では、流れが制約され、その方向はさらに、スペーサの両側における２つの膜の向き合う表面の間に広がる不透過性シールによって決定される。これらのシールは、下記においてさらに議論されるように、様々な方法で流れを制約し、そらし、特定の向きに向かせ、又は集中させることができ、また、これらのシールは、好ましくは、粘性シーラント、接着テープ又は接着帯域の１以上のストリップを所望の位置において置くことによって実行される。シールは、例えば、膜／スペーサ／膜アセンブリが配置されているように、アプリケーターノズルを介して液体配合物を塗布することによって、又は、複数の薄層を巻くことが、図１Ａに示されるように、直接に行われるならば、巻かれているように形成させることができる。封止用帯域が、低濃度側セル流路を形成するために適用されるとき、これらは、好ましくは、巻き取りプロセスの期間中に適用され（図１Ａ）、一方、高濃度側セル経路は、予備的な直線的配置操作の期間中、又は、ロール形成手順の期間中のいずれかで適用され得る。
【００４１】
本発明の様々な実施形態を、異なるパターンの所望する流れを達成するために、異なる封止用帯域パターンを用いて実行することができる。
【００４２】
図１Ｂ及び図１Ｃは、１つの基本的ならせん状塩水セル構築物を達成するための塩水セル封止用帯域のパターンを例示する。この実施形態において、スペーサメッシュ１１５は、２つの向き合う膜（１２０、１１０）の間におけるスペーサのビーズ保有の中心領域１１７の上方及び下方においてスペーサの上部及び底部（図１に示される向きでデバイスの上端及び下端に対応する）に沿って広がる第１及び第２の封止用帯域（１１６ａ、１１６ｂ）に沿った好適なシーラントが含浸される。これにより、膜／スペーサ／膜のエンベロープの末端（図１Ｂにおける左側及び右側の末端）が、高濃度側の流れを提供及び収容するためにエンベロープの内部に通じるエンベロープ構造がもたらされる。シーラントは、例えば、流れ透過性スペーサを他の場合には構成する網状物の端部の両側（及び網状物の端部の間中）に適用される好適な（ポリ）エチレンビニルアセテート（「ＥＶＡ」又は「ＰＶＡ」）材であり得る。シーラントは、別の好適な材料から、例えば、スペーサアセンブリの端部の間のスペーサの厚さにわたって広がり、スペーサアセンブリの端部に沿って両方の膜に結合する不透過性のシールを提供するために有効な粘性の、好適には硬化性のシーラント、又は、粘着性の両面テープから形成され得る。これらの構築物において、封止用帯域の領域におけるスペーサは、好ましくは、しかし、必ずではないが、イオン交換ビーズを含まない。ロール状の巻き付け体において膜（１１０、１２０）とともに組み立てられるとき、スペーサは、塩水がその内側末端及び外側末端の間における膜ロールの渦巻き状の空間の内部を流れ、また、そのような空間に従う、閉じた上部及び底部を有する塩水流れセルを規定する。好都合なことに、このパターンのシーラントが組み立て時において構成成分に適用されるとき、膜及びスペーサの様々な層は、薄層体が（織物上での好適な引張りとともに）らせんに巻かれるとき、差のある動きを収容するために滑ることができる。そのような滑りは、実質的にストレスのない、また、ゆがみのない組み立てプロセスをもたらす；シーラントはさらに、構成成分の間における柔軟性のある、又は柔軟性のない、より強い不透過性バリア（例えば、「原位置形態（ｆｏｒｍ−ｉｎ−ｐｌａｃｅ）」ガスケット）を形成するために重合及び架橋することができる。しかしながら、他の実施形態では、シールは、柔軟な液体不透過性の電気非伝導性ストリップを膜間に配置することによって達成することができ、例えば、ガスケットを、膜の端において帯域に沿って、網状物区域の外側に設置することによって達成することができる。すき間が膜間に広がる液体不透過性の電気非伝導性のゴム又はプラスチック固体（非メッシュ状）の端を有するスペーサアセンブリ自体（これは、その外周の周りに同時成型することによって形成されるストリップガスケットを有するほとんどの市販のフラットプレート型ＥＤＩ積み重ね体の塩水セルにおいて一般的に使用されている一体型「網状物スペーサ」に類似する構築物である）を形成することによって封止を達成する本発明のＥＤＩデバイスもまた構築することができる。しかしながら、この場合、端部領域ガスケット材の弾性率、仕上がり及び大きさの許容性を、スペーサの端部が隣接する膜の表面に対して有効に封止することを保証するために、適切に設定しなければならない。さらに、中が詰まった外周の関連した膜接触表面において液体シーラント又はガスケットセメントを用いることが望ましい場合がある。しかしながら、中心のメッシュ／ビーズスペーサと同一のセル厚さを提供するためにさらなるメッシュ状薄層をおそらくは用いてスペーサメッシュにより適用される粘性シーラントの使用は、その容易な実行のために好ましい。それぞれの場合において、シーラント材、セメント材又はガスケット材は、好ましくは、溶媒又はポリマーを流れの中に染み出さないように非溶出性であるために選択された組成物であり、また、ＥＤＩ条件、並びに、プロセスの流れに存在し得る処理又は状態調節のための化学薬品に耐えることが立証されている組成物である。フィラー材（例えば、二酸化チタン又は他の無機粉末など）と配合されたシーラントも同様に避けなければならない。薄層体構造又はロールアセンブリが湿潤状態で組み立てられるとき（非水性溶媒とともに浸漬されることを含む）、シーラント又は接着剤はそのようなアセンブリと適合し得ることが好ましく、また、アセンブリが、丸められる前に封止されるときには、シーラントは、少なくとも組み立てプロセスの期間中は、柔軟、すなわち、非硬化性でなければならない。シーラントの硬化又は乾燥により、隣接する膜における機械的ストレスを導入し得るか、又は亀裂を生じさせ得るような剛性又は大きさ変化が持ち込まれないこともまた望ましい。
【００４３】
本出願人は、広範囲の様々な接着剤が役立ち得ることを見出している。これらには、Ｈａｒｄｍａｎ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造される、湿った表面のための二液型エポキシシーラント；３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されている一液型の海水用接着剤シーラント；ＤＡＰ二液型レゾルシナール接着剤；ＤＡＰ液体ネオプレンゴムセメント；Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙの二液型ポリウレタンシーラント；Ｗｅｌｌｂｏｎｄ（商標）シーラント；及び、Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙの一液型の水硬化型ポリウレタンシーラー４Ｒ−０２１５Ｍが含まれる。
【００４４】
図１Ｃは、図１でのように２つの膜（１１０、１２０）の間に組み立てられた図１Ｂのスペーサ１１５の断面図を示す。カチオン交換膜１２０がスペーサの一方の側に位置し、アニオン交換膜１１０が反対側に位置し、シール（１１６ａ、１１６ｂ）が膜の上端及び下端で不透過性バリアを形成する。ハウジング内に巻かれるとき、塩水セルは、従って、これら２つの封止用帯域の間における渦巻き状に配置された空間を構成する。流体を巻き付け体の内側末端及び外側末端において導入及び取り出しすることができる。
【００４５】
図１Ｄは、流体を加えるための、又は、膜ロール内に形成された高濃度側セルから流体を取り出すための有用な構築物を例示する。この実施形態によれば、スペーサ要素１１５は、１つの網状物又は数層の網状物を、所望する最小限のレベル又は閾値の電気伝導性を維持するいくらかの交換ビーズ（具体的には示されていない）と一緒に含み、そして、上記で議論されたように、また、一般には膜（１１０、１２０）の間での分離を維持し、膜間の流動空間のピンチオフに対する分散した支持を保証する。スペーサの１つの帯域又は領域（これは帯域（１１６ａ、１１６ｂ）の１つであり得るか、又は、他のどこかに、例えば、らせんの一方の末端などに設置された帯域であり得る）がさらなるシール１１９によって閉じられ、末端に隣接する網状物の一部分はそのようなビーズを含まないままであり、従って、より開いた流路及び低下した流動抵抗を提供する。この開いたスペーサ又は充填されていないスペーサは、流れの流入口の近くに設置されるならば、好都合には、流れを、スペーサの幅全体で、ビーズ負荷メッシュの隣接領域の中に効率よく配分するための流れ分配領域として役立ち得る。或いは、流入口から遠くに設置されているとき、そのようなスペーサは、ビーズ負荷スペーサメッシュ全体からの流出流を効率的に受け取り、一緒になった流出流を伝えるための、流れが集中する流出口領域として作動し得る。従って、そのようなスペーサは、（分配のための流入口末端における）低い圧力低下、又は、（流出口末端における）充填経路インピーダンスに対する大きい圧力低下及び、供給物の流入口から流出口までのセル内における一般的な流れ方向を規定するために役立つ低いインピーダンスの流出導管を提供する。
【００４６】
別個の流入／流出導管１２８（例えば、穴あきチューブなど）を、場合により、低いインピーダンスの充填されていない網状物に送達するために、又は、低いインピーダンスの充填されていない網状物に存在する流体を集めるためにこの区域に設置することができ、また、その場合、流入チューブ（流出チューブ、それぞれ）が、組み立てられたデバイスの容器流入口又は容器流出口と接続するためにシール（１１６ａ、１１６ｂ、１１９）の１つ又は他の構造体の中を通ることができる。そのような出入口は、（例えば、塩水が、供給物が入る流れから、低濃度側の中間経路の流れから、又は、低濃度生成物が出る流れからのにじみ出しによって供給されるときには）内部であり得るか、或いは、塩水が外側の配管を介して供給されることになるか、又は、積極的に再循環されることになるか、又は、外部の弁若しくは調整器により設定されたその圧力若しくは流れを有するときには所望され得るように外部であり得る。一般に、開いたメッシュ及び、交換材の比較的まばらな充填の存在又は非存在によって規定される流れセルに関して、らせん状ＥＤＩデバイスの１以上の薄層体が、循環ポンプ又は複雑な流れ制御システムに頼ることなく、好適なシール、路長及び、相互連通用の経路開口部の使用によって有効な低濃度側の流れ及び高濃度側の流れを受動的に提供するために配置され得ることが予想される。
【００４７】
高濃度側セルの網状物は、カチオン交換材の代わりに、又は、カチオン交換材に加えて、そのいずれかで、その構造的支持及び／又は電気伝導特性を強化するために一時的又は永続的にそれに固定又はその中に捕獲されている導電性強化物質（例えば、導電性の金属、ポリマー又は炭素ビーズなど）を有することができる。流入パイプ又は流出パイプは、流体を加え、又は、流体を膜間の空間から出て行かせるために提供されるならば、開いた（充填されていない）メッシュの中に広がるか、又は、封止された端部に沿って広がる穴あきのステンレススチールチューブ又は他の好適な導管／分配路構造によって形成され得る。
【００４８】
構築物のこれらの要素は、異なる流路を実行するために行うことができる。図２Ａは１つのそのような配置を例示しており、あるパターンの封止用帯域１、充填されていないメッシュ２及び、底部の端部に沿って開いたままである、半分が封止されたエンベロープを形成するビーズ充填のメッシュ領域３を有する（巻かれていない）薄層体４０を示す。このハーフエンベロープは、流入流を底部において受け取るように構成される。上端部に沿って広がる低インピーダンスの充填されていないメッシュ領域２は、図において矢印によって示されるように、デバイスの軸に平行する、充填されたメッシュ３の中を通過する一般には上向きの流れを促進させる。充填されたメッシュは、例えば、好適な水力学的抵抗及び良好な電気伝導性の塩水セル領域３を規定するために、６５０Ｃカチオン交換ビーズの被覆を有する２８ミル（０．７ｍｍ）厚の網状物を用いることができ、また、より厚い充填されていない網状物（例えば、７０ミル）を、所望する流れ分配を促進させる低下した抵抗を提供しながら、膜の間隔を維持するために領域２において用いることができる。図２Ａにおいて矢印によって示されるように、流れが、充填されていないスペーサ領域２に向かう圧力低下に従い、その後、２つの末端（例えば、エンベロープがＥＤＩデバイスにおいて丸められているときにはらせんの内側末端及び外側末端）の両方からの塩水の流れを伝えるために薄層体の上部に沿って横方向に走行する、分岐する流出物経路に沿って進行するように向きを変える。短い高濃度側流出導管を、１以上の容器出入口にこの流れをつなぐためにロールの最も内側及び最も外側の回旋部における流出領域２の中に挿入することができる。図２Ｂは、塩水セルに、（例えば、例示されるように生成物の水が、或いは、供給物又は状態調整された塩水の別個の流体接続が）底部において提供されるとき、図２Ａの薄層体とともに存在するデバイスの中心での処理区域における供給物及び高濃度側の流路の相対的な方向を例示するために、らせん状の巻かれたアセンブリの数個の回旋部を通る垂直断面を、電極を省略して示す。供給水はデバイスの軸に沿って下向きに進行し、一方、膜の反対側では、高濃度側流入口末端から上向きの軸方向の流れが存在し、これは、デバイスの上部において一般には水平面に位置するらせん状の流出物経路を規定する充填されていないメッシュの帯域２に沿った高濃度物のより早い流出流になる。一般に、この様式で供給物の流れ又は生成物の流れから供給されるとき、高濃度物の流れは全流れのほんの小さい一部分（例えば、１％〜１０％）である必要があり、また、そのような少ない割合を、好適なメッシュ及び充填パラメーターを使用することによって自動的且つ受動的に高濃度側セルにそらすことができる。いくらかのカチオン交換ビーズを有する薄い高濃度側セルは、生成物の水が供給されたときでさえ、好適な導電性を保持するか、又は、好適な導電性を迅速に達成し、回収率が高い。割り当て要素又はデフレクター要素或いは１以上の弁（例えば、生成物背圧弁及び／又は塩水流入口弁など）を、塩水セルにそらされる流れの量、又は、塩水セルに入る流れの量を設定することが所望されるならば、或いは、そのような量を制御又は調節することが所望されるならば、装置の底部に設置することができる。或いは、塩水背圧を、塩水の流れを制御するために塩水流出口において設定することができる。
【００４９】
高濃度側経路のこれらの配置は好都合な操作特性をもたらす。充填されたセルに供給される塩水を再循環するのではなく、充填されたセルに供給される塩水の１回だけの通過を使用するとき、低濃度側の生成物流出口末端は非常に分極していることがあり、これにより、非常に安定した除去特性がもたらされ、また、供給物の性状における乱れた又は開始時の状態及び変化を確実に取り扱いことができる。
【００５０】
或いは、図２Ａの薄層体は逆向きで設置することができ、そのシール帯域１が装置の底部又は生成物流出末端に沿って設置される。その場合、高濃度側セルには、供給物からのにじみ出しによって、類似した様式で供給され得るし、また、高濃度側び低濃度側の流れの両方が、それらの経路の最初の部分の間で、同じ（下向きの軸方向の）方向に沿って進行し、高濃度側の流れは向きを変えて、デバイスの出口末端の近くでより速い交差経路を形成する。
【００５１】
他の経路幾何形状が、異なる薄層体封止パターンを用いることによって本発明に従って実行され、そのようなパターンのいくつかが図５〜図７を参照して下記に記載される。これらは、少なくとも一部が開いている（内側又は外側）末端と、１以上のらせん方向に沿ってセグメント内を走行する経路を規定するための少なくとも一部が開いている面とを有する薄層体を含むことができる。シールは、経路の長さ、経路の方向、並びに、流動インピーダンス、圧力低下及び低濃度物／塩水の圧力差のような特性を設定することにおいて大きな自由度を提供する。
【００５２】
本発明の別の態様によれば、膜／スペーサの薄層体が、ロール状の薄層体に平行する導電性電極シート巻き付け体として実行される１以上の電極アセンブリとともに製造され、ポケットが電極の重なり領域において形成されるように、完全な１周を超える電極表面を有するデバイスにおいて取り付けられる。電極は１回転の渦巻き又はらせんを形成し、薄層体が、電極の末端と次の回旋部との間に広がる半径方向で開いたすき間の中に入る。この構築物では、電極表面に対して平坦且つ平行する薄層体がその完全な円周の周りに設置され、また、エンベロープの末端又は終端が電場のない領域（例えば、電極又はポケットの内部）に設置される。エンベロープが、取り付け領域における層の突然の折り返し点又は折り重ねを伴うことなく、また、締め具構造を突き出すことなく、連続した円筒状電極外郭に対して実質的に完全に平行したままであるエンベロープ／電極の幾何形状により、スロット状の開口部及び、シートを締め付ける構造体などの先行技術配置から生じるシャドウイング、不均一性及び遮蔽が存在しない、電極付近での低濃度側セル及び高濃度側セルを介したより均一な電場が生じる。高濃度側セルに適用されるとき、そのような幾何形状は、供給物−生成物の流路からの実質的な隔離を維持しながら、電極を介して、電場のない領域への高濃度物の通過を可能にし、従って、先行技術のＥＤＩデバイスの高濃度側マニホールド及び電解質セルの近くで発生し得る塩水の短絡又は逆拡散の問題を回避する。
【００５３】
図３は、巻き軸に対して垂直な平面で取られた、内側電極及びらせん状の巻かれた薄層体の断面図であり、１つの原型のらせん状ＥＤＩデバイスにおける電極での、図１Ａ〜図１Ｄのスペーサ／薄層体構造などの膜／セル構造体のそのような電極ポケット及び終端を例示する。図４は、この原型の実施形態についての外側電極構造の対応する図を示す。それぞれの電極が、好ましくは、好適な導電性シート材（例えば、ステンレススチール、チタン若しくは白金（例えば、白金塗布、又は、そうでない場合にはその表面が白金処理されたもの）、又は、他の不活性若しくは導電性の金属表面シートなど））のシート素材から形成される。好ましくは、非酸化性材料（例えば、白金の表面を有するシートなど）がアノードのために用いられる。付属する構造（例えば、好適な電流リード線及び電気的コネクタータブなど）（示されず）を電極につなぐことができ、また、容器ハウジングを貫通して広がるか、又は、容器ハウジングを介して電気的に連通することができ（図１）、そして、膜、スペーサ又は薄層体のまさに末端が、セメントによって、或いは、１以上の固定用クリップによって、或いは、ねじ止め金属ストリップなどによって電極表面に張り付けられ得る（示されず）。
【００５４】
図３に示されるように、本発明のこの態様によれば、中心電極１１４（これは図１の電極１４に対応する）は、原型のデバイスではアノードであるが、２〜３センチメートルにわたって広がり、薄層体の封止された末端の終端が達する角張ったセクター１１４ｃにおいてその末端領域（１１４ａ、１１４ｂ）が重なる巻かれたシートから構成される。この重なり領域は、薄層体の末端（すなわち、膜、低濃度側スペーサ及び塩水側スペーサ）を収容する電極ポケットを形成し、また、単一の電位で存在し、その結果、電場がポケット領域では存在しない。スペーサを含む薄層体のポケットの終端は、例えば、硬化性ポリウレタンにより封止することができ、これにより、低濃度側及び高濃度側の流体が漏れ出すか、又は混ざることができないことが保証される。個々のスペーサ層及び膜層は、末端が太くなっている挿入体ではなく、先細り末端の挿入を形成するために、例示されるように、連続して、又はわずかな片寄りを伴って終端を形成することができ、この場合、電極の外側端部が内側端部と重なる。従って、電極巻き付け体は、ポケット領域において角度のある表面に対して十分に適合し、完全に支えられる。薄い箔又は他の金属シートを、電極表面を形成させるために使用することができる。スペーサ／膜のロールは、スペーサ／薄層体がポケットを出るとき、中心電極の外側表面に対して正確に平行且つ平坦に位置する。
【００５５】
この原型構築物では、巻き付け体の構造体は、４つの層（すなわち、塩水側スペーサアセンブリＢ、アニオン交換膜Ａ、低濃度側スペーサアセンブリＤ及びカチオン交換膜Ｃ）の反復する列を含む。中心アノードを有する例示された原型の構築物において、塩水側スペーサ層Ｂは、隣接するカチオン交換膜Ｃｘの末端を超えて、中心電極の完全な円周１周の長さにわたって広がる。従って、薄層体がポケット内に取り付けられるとき、塩水側スペーサＢは、完全な１周にわたってアノード１１４の外側表面に対して直に位置し、隣接する低濃度側セルは、アノードに面する側で、アニオン交換膜と接する。従って、塩水側スペーサ経路の最初の巻き付け体又は末端の長さは、従来型ＥＤＩデバイスのアノード液セルのように機能する。好ましくは、アノード（電極１１４）は、例えば、高濃度物の流体が内側電極を通過することを可能にする、図１に示されるような底部フランジにおける出入口（例えば、塩水出入口）と流体的に連通している塩水空間をそれを介して設置する１以上の開口部１１４ｄを有する。
【００５６】
塩水高濃度側スペーサ及びアニオン交換膜は、電極に対して隣接して設置され、領域１１４ｃにおいてポケット内に残る層とともに巻かれ、封止され、その後で、薄層体／スペーサのアセンブリが多数回巻かれ、その後、その終端が外側電極において形成される。外側電極構造は、その一例が図４に例示されるが、好ましくは、ポケットを有する巻き付け体として類似する構築物を用いる。外側電極を巻いた後、ねじ又は他の留め具を重なっている電極層に通して設置することができ、或いは、円周を、この装置を一緒に封止するためにまとめ、締め付けることができる。従って、これら２つの電極の一方が膜／スペーサアセンブリの最初の回旋部の形状に一致し、もう一方の電極が最後の回旋部の形状に従う。外側カソードアセンブリの場合には、終端形成を、塩水側スペーサ層を、アニオン交換膜を超えて、完全な１周りの電極円周の長さについて延ばすことによって行うことができ、その結果、最終的な塩水側スペーサ層が外側電極（例示されるように、カソード）の内側表面に対して直接に位置するようになり、カチオン膜が次の隣接する低濃度側セルのカソード側に位置するようになる。電極のすべて又は一部分を、導電性箔のシートからではなく、金属の網状物、ワイヤ又は導電性メッシュから製造することができ、或いは、電極のすべて又は一部分は導電性のメッシュ又はワイヤを支持シート上に含むことができるが、導電性箔が好ましい。その上、箔（例えば、２ミル［０．０５ｍｍ］の箔）を、アセンブリのための封じ込み容器を構成するように、（図４に概略的に示されるように外側電極を形成するために使用されるときには）外側の周りにさらに数回巻くことができ、又は、中心のパイプを構成し、これにより、ハウジング要素、容器又は支持体の対応する構造的部分を不必要にするように、薄層体の取り付けの前に、最初に内側電極において数回にわたって巻くことができる。この場合、図３及び図４に示されるような１以上の出入口Ｐを、塩水セルとの電極巻き付け体を介した流体連通を可能にするために、電極を貫通してドリルで開けることができ、好適なフィッティングにより取り付けることができる。
【００５７】
図４は、薄層体の封止された末端の終端が達する角張ったセクター１１６ｃにおいて重なっている類似した巻かれたシート及びポケットの構造体を用いて形成された外側電極１１６の断面図である。この原型のエンベロープ／スペーサのロールが、ここでもまた、塩水側スペーサＢが電極表面に隣接して位置し、好適な出入口Ｐを介して連通するように構築される。塩水側スペーサが、上部及び底部で封止された２つの膜の間で制約される図１Ａ〜図１Ｃに示されるようなスペーサであるとき、高濃度側の流れは、らせん状になっている高濃度側スペーサ層Ｂを通過し、また、電極の１以上を直接に通過することができる。塩水の流入口を受け取るために１つの開いた端部を有する図２Ａの塩水側エンベロープが使用されるとき、内側電極及び外側電極の両方の出入口は塩水流出口であり得る。しかしながら、他の実施形態では、塩水を、好ましくは内側の（より小さい）電極であるらせん体の一方の末端から、例えば、アノードから進入させ、カソードに向かって進行させ、その結果、塩水の流れが、アノード液によって最初に酸性化され、スケール形成をより良く阻止するようにすることが好ましい場合がある。さらなる他の実施形態では、塩水層は、電極に直に隣接して存在する必要はなく、しかし、代わりに、別個の電極スペーサセル（電解質セル）を、一方又は両方の電極に隣接する流体の別個の流れを可能にするために、一方又は両方の電極において備えることができる。これは、一方又は両方の電解質の流れが、先行技術のＥＤＩデバイス構築物の電解質処理と類似する様式で、大量の低濃度物の流れ及び塩水の流れとは別々に、供給され、処理され、又は状態調節されることを可能にする。
【００５８】
前記の例はいくつかの一般的な好都合な性質を例示している。本発明のらせん状ＥＤＩ装置では、比較的少ない数のハードウエア成分及びスペーサ成分が用いられ、これらは低コストである。まばらなビーズ充填物の使用は、幅が小さいセルが、大きい生成物流速を支えることを可能にし、また、ロールの封止及び組み立てプロセスは、経路の長さが、セルの閉塞又は相互混入を生じさせることなく、流れに順応するか、又は、流れを分配するために、容易に規定及び最適化されることを可能にする。このことはまた、ＥＤＩデバイスが、膜の前処理を伴うことなく、乾燥状態又は非膨潤状態で容易に組み立てられることを可能にする。その後、続く変換（湿潤化及び／又は脱塩）により、膨張及び強化された封止、並びに、強化された膜−ビーズの接触、並びに、非常に均一な電気的導電性及びイオン的導電性がもたらされる。塩水セルをエンベロープの１つだけの上部末端又は底部末端でのみ封止する図２Ａに示されるようなエンベロープを伴う構築物はまた、高濃度側セルに、供給物又は生成物の水の一部が容器の内側から容易に供給されることを可能にする。その上、複数のシールラインセグメントの膜間パターンを使用して、ビーズ充填エンベロープを形成することは、非常に効率的な膜利用をもたらし（すなわち、膜面積の９５％までが電気脱イオンに活発に参加し、これは、現在のプレートＥＤＩ構造の場合よりもはるかに大きい）、また、低濃度側セル及び塩水セルの両方における流れ方向に関する大きな制御をもたらす。まばらに充填されたメッシュ領域及び充填されていないメッシュ領域は低い水力学的抵抗を有し、このことは、分配マニホールド又は収集マニホールドを規定するために、或いは、チャンネリングが実質的に存在しないデバイス内の流れの方向及び経路を決定するために利用することができる。
【００５９】
スペーサ構造は、交換ビーズが網状物内／網状物上に固定されている１層以上の層のメッシュ（例えば、ポリマー網状物）からなっており、膜の支持と、イオンの捕獲及び輸送のための媒体との両方を提供する膜間の距離を効率的に決定し、また、樹脂の移動又は喪失を有効に防止する。その上、局所的領域（例えば、出入口に隣接する領域、又は、流れの両末端での領域）において、より小さいサイズを有して、ビーズトラップとしてもまた役立たせるためのメッシュを伴う網状物を使用することができ、或いは、流れ分配路又は流れ収集路として役立たせるために意図された非充填領域又はより大きい全体的な厚さを有する網状物を使用することができる。イオン交換フェルト又は好適な（例えば、ポリプロピレン）綿もまた、ビーズが装置内に保持されるか、又は、活性な処理区画に保持されることを保証するために、封じ込め容器の端部近くにおいて、又は、封じ込め容器の末端において適用することができる。
【００６０】
交換ビーズを伴うか、又は、ビーズタイプの規定されたパターン及び分布を伴うスペーサのこの構築物は、ビーズを接着剤により網状物に取り付けることによって容易に形成され、また、特殊化されたスペーサアセンブリを、最終的な巻き取り及びデバイスの組み立ての前にそのように形成させることができる。網状物の大きさは、いずれかのストランドと、２つの隣り合う膜の１つとのすき間が、ビーズサイズよりも小さくなるように選択することができ、このことは、ビーズが動き回ること又は塊になることを防止し、従って、有効な流れ、有効な交換又は導電性特性を保証する。ロールにおける隣接する膜の間隔もまた、「でこぼこの多い」膜（すなわち、名目的な表面平面の上に突き出ている隆起部又は他の形体を伴って形成される膜）を用いることによって達成することができる；次いで、表面の隆起した部分が向き合う膜と接触する。この場合には、網状物又はメッシュは、膜間の間隔又は交換粒子分布を決定するために必ずしも必要とされず、また、いくつかの実施形態では省くことができる。しかしながら、従来、表面の突出部を有する交換膜を製造することが困難であると立証されていることには留意しなければならず、また、本出願人は、でこぼこの多い何らかの交換膜が今では市販されているとは考えていない。しかしながら、代替法は、散らばったイオン交換ビーズを、例えば、非絶縁性の固定配合物（例えば、可溶性の接着剤など）を使用してイオン交換膜の１以上の表面に取り付けることである。ビーズは、一旦組み立てられると、膜の間隔、セル導電性及び／又はイオン伝導性を決定するために、向き合う膜（これは同様に製造され得る）と接触する。アセンブリは、組み立ての後、水和及び膨潤させることができ、これにより、接着剤がアセンブリから洗い流され、膜−ビーズの接触がさらに強化され、ビーズが位置を変化させることが防止される。低濃度側セルでは、好ましくは、これらの方法のいずれかによって膜間に設置されたイオン交換材が、アニオン交換塊がアノード側でアニオン交換膜と接触し、カチオン交換塊がカソード側でカチオン交換膜と接触するように設置される。交換ビーズの量又は分布は制限されたままであるので、膨潤は全体としてデバイスにおいて小さく、且つ管理可能であり、デバイスの構造的特性又は流動特性のいずれも損なわないはずである。装置は、「乾燥」状態で、又は、通常の操作のときに意図された溶媒とは異なる非水溶媒を使用して巻き取り、組み立てることができる。溶媒は、その後、組み立て後に置換／除去することができ、この変換から生じるイオン交換材及び膜の膨張は構成成分間の良好な接触を保証する。
【００６１】
均一なアニオン交換膜及びカチオン交換膜（例えば、Ｉｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）によって製造されるアニオン交換膜及びカチオン交換膜など）がいくつかの原型の構築では用いられた。これらは、その強度、比較的低い膨潤及び限定された膜透過漏水のために好ましい。不均一な膜もまた使用することができ、しかし、後者の場合には、少なくともある程度の予備的な潤又は膜の水和が組み立ての前に行われることが好ましく、また、薄層体の巻き取り又は組み立ての期間中において織物を引っ張ることなどのステップは、不均一な膜のより小さい強度、より大きい膨潤、並びに、一般的な緩み及び弛緩のために、より綿密な制御を必要とし得る。
【００６２】
上記で記されたように、記載された構築物は、エンベロープの封止用帯域及びマニホールド領域の好適なパターン化によって、異なる流体流路をらせん状ＥＤＩデバイス内において規定することに対する柔軟な方法を提供する。図５は、らせん状ＥＤＩ流れセルを規定するための二膜エンベロープの１つの実施形態を例示しており、この場合、塩水の流れが、らせんの中心と外側との間で円筒状ハウジングの一方の末端から供給され、らせん状の塩水流動空間の内部を内側及び外側に向かって流れるように分岐する。それぞれの分岐はブロックシール１ａのそれぞれの内側末端／外側末端で向きを変えて、らせんに沿ってその向きを反転し、また、２つのさらなる流れデフレクター（１ｂ、１ｃ）の間における中心の開口部を通過するときにもう一度反転する。二股に分かれた流路の遠位末端は、その後、巻き付け体自体の長さよりも少し大きい長さの、２つの一般にはらせんになっている経路に従って、ロールの内側端及び外側端における開口部を通って出て行く。
【００６３】
図６は、エンベロープシールライン１によって規定される別の経路構成を例示する。この実施形態では、塩水が下部の右隅から入り、２つの「レーストラック」の曲がり角に沿って強制されて、らせんの長さの約３倍を移動し、上部の左隅から出て行く。「下部の右」及び「上部の左」は、巻かれていない膜における位置を示し、しかし、エンベロープがデバイスにおいて巻かれているときには、向き合う末端での内側（中心）における位置及び外側（周辺）における位置に対応する。進入又は流出は、上記で議論された任意の手段によって、例えば、セル内に入る導管、隣接する電極を貫通する開口部、又は他の構築物によって達成することができる。
【００６４】
図７は別の構成を例示しており、これは、図５の構成に類似するが、バリアシール１を配置しながら、離れて維持され、その結果、２つの流路が異なる長さである２つの塩水路分岐路のために別個の流入口を用いる。
【００６５】
シールはさらに、例えば、電極領域の端部で巻き軸に対して平行して広がるシールラインによって、すなわち、薄層体の末端から内側への電極円周１つ分の距離によって、電極の領域に限定される流路を規定することができる。図７はそのような実施形態を例示しており、接着剤／シーラントの帯域（暗い線）と、右手側の末端がアノード又はアノードセルに対応し、左手側の末端がカソード又はカソードセルに対応する塩水セルの中を通る流路とを示している。示されるように、塩水の流入流ｂｉがアノードセルの底部から入り、酸性にするシールラインｓａによってアノードの長さに沿って軸方向に流れるように強制される。酸性化された塩水は、その後、シールラインｓｃが流れをカソード又はカソードセルにおいて保持する塩水セル又はカソード液セルのカソード区域に入る前に、連続する渦巻き経路セグメント（ａ、ｂ、ｃ）に沿って向きを変える。低濃度側スペーサが、非常に高濃度の電解質区域から離れた、アノード区域シールライン及びカソード区域シールライン（ｓａ及びｓｃ）の間の区域のみを覆い（図３及び図４を参照のこと）、従って、逆拡散などの影響を制限する。その上、最初に酸性化された塩水は、そうでない場合にはスケール形成感受性に寄与し得るか、又は、スケール形成感受性を誘導し得る、塩水セル内における、又はアニオン交換膜の塩水側における過度に高いｐＨ状態の発生から保護する。
【００６６】
塩水セル流路を規定するシールに加えて、本発明のデバイスは、低濃度側流路を制限するか、又はその限界を定めるためにシールを用いることができ、その結果、渦巻き状のデバイスは、低濃度物がより長い経路で流れるか、又は、２つ以上のセルの中を連続して流れることにより有効に作動し、２段階デバイスになり、或いは、塩水路又は経路の異なる構成をそれぞれの段階のために有する２段階デバイスになる。
【００６７】
本発明のＥＤＩデバイスの低濃度側セルにおいて用いることができる構築物の別の重要な態様は、まばらに充填された低濃度側セルの内部に網状物メッシュを用いることであり、この場合、網状物により、異なるタイプの交換ビーズが分離され、流れが、低濃度側の流れと、両タイプのビーズとの間での適切な接触を保証するためにそらされる。１つの構築物（これは本発明者らによってｓ−層状化と呼ばれる）が、低濃度側セルの接線面に対して垂直で、名目的な流れ方向に広がる線に沿って取られた概略図で図８に例示される。図８に示されるように、低濃度側セルが、アニオン交換膜Ａｘと、カチオン交換膜Ｃｘとの間において、カチオン交換材Ｃが膜Ｃｘに隣接して位置し、アニオン交換材が膜Ａｘに隣接して位置するように規定される。これは、接着剤が被覆された網状物Ｓの向き合う面を異なるタイプの交換ビーズにより選択的に被覆して、低濃度側セルスペーサアセンブリを形成することによって上記のように達成することができる。本発明のこの態様によるｓ−層状化構築物は、流れを低濃度側セルの反対側に方向転換させるために流れの一般的な方向を横切って交互に設置される複数の片側に置かれた障害物、又は、流れデフレクターＤｃ（流れをアニオン側に向かってそらすためにカチオン側に配置される）及び流れデフレクターＤａ（流れをカチオン側に向かってそらすためにアニオン側に配置される）によってさらに特徴づけられる。流れデフレクターは網状物自体の一部であり得る（例えば、流れ方向を横切って走行し、片側の実質的な部分全体での流れを遮る量により網状物の１つおきの面において突き出る、より大きい高さ又は断面のフィラメントなど）。或いは、デフレクターは、例えば、流路の１つおきの半分からの流れをそらすために示された位置に置かれたシーラントのフィラメント又はラインとして別々に形成又は設置することができる。網状物又はスペーサの構築物はまた、網状物の２つ以上の層を使用して達成することができ、又は、対応するイオン交換材から形成された網状物又はメッシュを使用して達成することができ、そのような場合には交換ビーズを省くことができる。本発明のこの態様は、薄いセル構築物のフラットプレートＥＤＩデバイスにおいて都合良く用いられ、ロール状薄層体又はらせん状構築物のＥＤＩデバイスにおける使用に限定されない。
【００６８】
様々ならせん状ＥＤＩデバイスを、上記の具体的なタイプの１以上に従った膜及びスペーサを用いて構成することができる。１つの特に好都合な構築物が、低濃度物の流れの一般的な方向（これは軸方向であり得る）を横切って広がり、低濃度側経路の前方付近で高濃度側セルに入る化学種を、低濃度側経路にさらに沿って高濃度側セルに入る化学種から隔てるように作動する分離帯域を有する塩水セルスペーサを提供することによって、本発明に従って達成される。この態様が図９Ａに例示される。
【００６９】
図９Ａに示されるように、塩水側スペーサ（これは一般にはＢとして示される）は、隣接する膜と接触し、低濃度側流路の最初のセグメント又はその後のセグメントに対応する（示されるような）左右方向内に高濃度物の流れを強いるためにスペーサの厚さ全体に少なくとも広がる１以上の帯域ＢＢを有する。３つのそのような帯域ＢＢが示されており、これらは、図９Ｂに概略的に例示されるように低濃度側経路に沿った異なる特徴的な脱イオン領域に対応する。特定の化学種が多くの供給物流体に存在しない場合があるか、又は、多くの供給物流体において無視できるほどの影響を有する場合がある一方で、これらの領域は、例示的には、低濃度側経路の第１の領域ａ（この領域において、低濃度側の流れにおけるカチオン（例えば、カルシウム又はマグネシウムのような特定の二価金属イオンなど）が高濃度側セルに入る）；第２の領域ｂ（この領域において、一価イオン及び、より大きいか、又は移動性があまりない高原子価イオン（例えば、ＣＯ３及び硫酸塩など）が低濃度側の流れから来る）；及び、生成物の流出口の方に位置する第３の帯域ｃ（この領域において、デバイスは、ヒドロキシルイオン及びヒドロニウムイオンの実質的な生成、並びに、高濃度側セル内へのそれらの通過により、より分極した様式で作動し得る）を含む。これらの帯域ＢＢは、高濃度側セルのこれらの領域を異なる別個の流動細帯に分離し、その結果、各化学種又は化学種群の流れが高濃度物の流出口（１以上）に向かって別個の経路に沿って進行する。この様式では、そうでない場合にはスケールを生じさせるかもしれない様々な相補的成分が出会うことが防止される。膜を比較的自由に通過し、低濃度側の流れに逆拡散し、また、高濃度側セルに再び入ることができる特定の化学種（例えば、中性ガスＣＯ２など）はすべての高濃度側領域（ａ、ｂ、ｃ）に入ることができるが、それぞれの存在位置において、他のどこかで分離された成分の非存在はこの組合せを本質的にはスケール非形成性にする。
【００７０】
分離帯域ＢＢはいくつかの代替的な手段によって実行することができる。１つの方法は、塩水側網状物スペーサを満たし、帯域を横切る流体の動きを防止するために、不透過性シーラントの帯域を細帯に沿って設置することである。別の方法は、網目構造のより大きい大きさのストランドが、スペーサの厚さ全体にわたって、連続して、互いに平行して広がり、一方で、より小さい大きさのクロスストランドにより、流れが大きなストランドに平行して進行することが許される非対称な網状物をスペーサとして用いることである。この場合、網状物の間隔は、０．５センチメートル〜５センチメートルのメッシュを用いて、比較的小さくすることができ、その結果、大きい方のストランドにより、図９Ａ〜図９Ｂに例示される３つの一般的な領域ではなく、数十又は数百の分離した高濃度側流路が１メートルの長さの低濃度側流路に沿って作製される。スケール形成を防止するために、これらの帯域が組成において十分に異なっていること、すなわち、相補的なスケール形成化学種の存在が、スケール形成化学種を堆積させるｐＨ条件のもとで生じないことが重要である。この機能は、少数の帯域ＢＢによって、或いは、非対称な網状物のストランドを、低濃度側の流れに対して横の方向に沿って配向させることによって提供される数十又は数百の帯域によって達成することができる。
【００７１】
関連した化学種の空間的分離を、選択された交換樹脂を低濃度側経路に沿った複数の領域に配置し、その結果、１つのタイプのイオンをその領域において選択的に取り去るか、又は、高濃度側内への相補的なイオンの通過を阻害し、従って、スケール形成成分又は他の成分をより明確に分離するようにすることによって、本発明の別の態様又はさらなる態様に従って高めることができ、又は、より正確に規定することができる。図１０は本発明のこの態様を例示しており、ロール状ＥＤＩデバイス（又は、連続した流れのために配置された３つのデバイス）の低濃度側セルを概略的に示している。示されるように、経路の最初の領域（これは領域ａに対応する）は、特定の潜在的に有害な共イオン又は対イオンに対してより有効に識別しながら、スケール形成金属カチオンをより完全に捕獲し、上部の高濃度側帯域に輸送するためにカチオン交換樹脂Ｃが充填される。低濃度側セルのその後の一部分は、嵩張っているか、又はヒンダード型の硫酸塩イオン及び他の成分の除去を鋭くするために、アニオン交換材Ａの充填物を有し、一方で、第３の領域又は段は、より良好な仕上がりのために、交換材の従来の混合型充填物を含有する。３つの別々に活動させられる電極（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）を、供給物に存在する物質の特定の分布のために、操作をより綿密に調節又は制御するために用いることができる。
【００７２】
上記で記されたように、本発明の実施形態は、エンベロープ終端化のための遮蔽された電極ポケットなどの特徴によって、また、シャドウイングの影響を避けるために巻き付け体を配置することによって、また、巻き付け体の内側セルにおいて生じる電流密度の増大を制限するために比較的大きいコアを用いることによって、先行技術構築物の特定の固有的な不均一性に対処している。本発明の別の態様によれば、らせんは、補償的な流動プロフィルを提供するエンドポート構造を備える。
【００７３】
図１１Ａ及び図１１Ｂは本発明のこの態様を例示する。スペーサＳ（これは、例示的には、本出願人の国際特許出願公開０３／０４３７２１に記載されるような比較的大きいストランドのメッシュである）は、スロットが、複数のチューブ又はロッドＴを受け取るために１つの端に沿って設けられ、網状物及びチューブが幅全体の封止用帯域において埋め込まれる。この帯域は、硬化し、十分な柔軟性を提供して、網状物を上記のような交換膜及び別のスペーサと一緒に巻き、ロール状のＥＤＩアセンブリにすることを可能にするポリウレタン材又はエポキシ材から形成され得る。ロール状アセンブリの末端は、好ましくは、その後、中空繊維のＭＦモジュールを形成するために用いられる様式と類似する様式ではめ込まれ、その結果、すべての膜及びスペーサが（示されるように）底部の端部で封止され、高濃度側セルが低濃度側セルから十分に隔てられる。ロッド／チューブＴははめ込み材を貫いて突き出る。チューブではなく、ロッドが使用されるならば、これらは、その後、チューブのように、スペーサＳにより規定されるセルへのエンドポートとして作動するメッシュＳと連通する貫通孔を残して、アセンブリから引っ張ることができる。図１１Ａにおいてさらに示されるように、要素Ｔは、間隔が、スペーサＳの一方の末端に向かって段々と大きくなる間隔で開けられる。これはより多くの数の出入口をもたらし、従って、スペーサの一方の末端領域（これは、好ましくは、ロール状アセンブリの内側（半径がより小さい）部分である）での増大した流れをもたらす。
【００７４】
図１１Ｂはこの効果を概略的に例示する。流入口又は流出口の数が多くなると、多くの流れが可能になり、又は、らせんの半径方向での内側部分、すなわち、より大きい電流密度もまた経験する領域でのより大きい流速が可能になる。従って、その領域で流れる流体は、より短い滞留時間を有し、それにもかかわらず、流体が外側の巻き付け体を通過するとき、過度な枯渇操作及び分極された操作を生じさせることなく、同じエンドポイント（例えば、１５メガオーム〜１６メガオームの導電率）にまで処理され得る。その結果は、極端な、又は非効率的な操作領域がない、処理能が大きく、均一な品質の生成物である。
【００７５】
従って、上記のデバイスは、製造の容易さ、操作の有効性及び、そのように製造されたデバイスの全体的な性能又は能力を高めるＥＤＩデバイスについて、数多くの新規で、独創的且つ好都合な構築物を具体化している。例示的な実施形態の前記の記載では、様々な新規な要素及び顕著な特徴が強調されているが、これらは、その多くが今では上市されているフラットプレートＥＤＩデバイス及びらせん状ＥＤＩデバイスの技術的文献から知られている構築物の全体的な構造及び他の細部の様々な変化を伴って変化させることができ、又は、そのような変化により補完することができる。ビーズ捕獲体、出入口、弁及び電極構築物などの態様、並びに運転制御に関する補助的な詳細が、当業者には広く知られており、また、そのような詳細は、好適な改変とともに、本明細書中に記載された構築物に対して適用することができる。本発明がこのように開示されているので、さらなる変化及び改変が当業者には生じ、従って、すべてのそのような変化及び改変は、本明細書中に記載され、本明細書に添付された請求項によって規定される本発明の範囲に含まれると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】代表的な構成成分の１つの配置を例示する、本発明による円筒形状のらせん状ＥＤＩ装置の第１の実施形態の概略的な平面図である。
【図１Ａ】図１のＥＤＩ装置のセルを形成するための本発明の１つの態様による方法を例示する図である。
【図１Ｂ】図１に概略的に例示されるようなＥＤＩデバイスのセルを規定するための本発明による封止の態様を例示する第１の膜エンベロープの平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａ及び図１Ｂにおけるように構築されたセルの断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａ〜図１Ｃのセルにおいて有用なマニホールド構築物を例示する図である。
【図２Ａ】図１に例示されるようならせん状ＥＤＩデバイスのための第２の膜エンベロープ及び関連する構成成分の平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの膜エンベロープを用いて作成されたらせん状ＥＤＩデバイスのロール軸に平行して取られた垂直断面図である。
【図３】本発明の１つの態様による１つの原型実施形態の内側電極構築物を例示する図である。
【図４】本発明のこの態様による原型実施形態の外側電極構築物を例示する図である。
【図５】図１に例示されるようならせん状ＥＤＩデバイスの他の実施形態のための交換膜エンベロープ及び関連する細部のさらなる実施形態の平面図である。
【図６】図１に例示されるようならせん状ＥＤＩデバイスの他の実施形態のための交換膜エンベロープ及び関連する細部のさらなる実施形態の平面図である。
【図７】図１に例示されるようならせん状ＥＤＩデバイスの他の実施形態のための交換膜エンベロープ及び関連する細部のさらなる実施形態の平面図である。
【図７Ａ】図１に例示されるようならせん状ＥＤＩデバイスの他の実施形態のための交換膜エンベロープ及び関連する細部のさらなる実施形態の平面図である。
【図８】均一なセル導電性及び強化された処理のための交差経路デフレクターを有するまばらな二重層の網状物スペーサ構築物の詳細を例示する図である。
【図９Ａ】本発明の別の態様による高濃度物分離構築物を例示する図である。
【図９Ｂ】本発明の別の態様による高濃度物分離構築物を例示する図である。
【図１０】化学種の分離又はスケール回避のための本発明の別の態様又はさらなる態様を例示する図である。
【図１１Ａ】本発明の別の態様による流れ出入口構築物及び流れプロファイリングの詳細を例示する図である。
【図１１Ｂ】本発明の別の態様による流れ出入口構築物及び流れプロファイリングの詳細を例示する図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図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７Ａ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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