(57)【要約】  本発明の水処理システムは、都市用水、井戸水、汽水及び汚れを含む水のような水源からの水に含まれる何らかの硬度誘発種の少なくとも一部を除去することによって、処理水を使用地点に提供する。水処理システムは、通常、水源又は入口点からの水を受け、かつ処理水を使用地点に送り出す前に、少なくとも数種の望ましくない種を含む水を浄化する。水処理システムは、電気脱イオン化装置のような電気化学装置と直列に加圧貯蔵システムを有する。水処理システムは、処理システム又は水処理システムの部品の少なくとも１つの操作パラメータを調整又は制御する制御装置を有することができる。
2007513748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口点に流体的に接続された加圧貯蔵システムと、
加圧貯蔵システムに流体的に接続された水処理装置と、
加圧貯蔵システムに流体的に接続された配水システムと、
配水システムに流体的に接続された少なくとも１つの使用地点とを含む水処理システム。
【請求項２】
水処理装置の上流に流体的に接続された前処理システムを更に含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項３】
前処理システムが、逆浸透装置を含む請求項２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前処理システムが、炭素フィルタを更に含む請求項３に記載の水処理システム。
【請求項５】
少なくとも１つの水特性センサを更に含む請求項４に記載の水処理システム。
【請求項６】
水特性センサが、導電率センサ、流量センサ、温度センサ、圧力センサ、ｐＨセンサ、濁り度センサ、組成分析器及びその組み合わせのいずれかを含む請求項５に記載の水処理システム。
【請求項７】
水特性センサの測定に基づき、水処理システムの操作条件を制御する制御装置を更に含む請求項６に記載の水処理システム。
【請求項８】
制御装置が、水処理装置への印加電流及び印加電圧の少なくとも一方を制御する請求項７に記載の水処理システム。
【請求項９】
制御装置と通信する遠隔通信装置を更に含む請求項８に記載の水処理システム。
【請求項１０】
使用地点が器具を含む請求項９に記載の水処理システム。
【請求項１１】
水特性センサの測定に基づき、ランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）を算出することが可能な制御装置内のアルゴリズムを更に含む請求項７に記載の水処理システム。
【請求項１２】
水保存容器内の水が塩素を含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１３】
加圧貯蔵システムに熱連通した熱交換器を更に含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１４】
少なくとも１つの水特性センサを更に含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１５】
水特性センサの測定に基づき、水処理システムの操作条件を制御する制御装置を更に含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１６】
水処理装置の下流で流体的に接続された補助使用を更に含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１７】
水処理装置の下流で流体的に接続された灌漑システムを更に含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１８】
配水システムが、家庭用配水システムである請求項１に記載の水処理システム。
【請求項１９】
処理水が、約２２０μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する請求項１に記載の水処理システム。
【請求項２０】
水処理装置が、電気脱イオン化装置を含む請求項１に記載の水処理システム。
【請求項２１】
入口点に流体的に接続された貯蔵システムと、
貯蔵システムに流体的に接続された電気化学装置と、
貯蔵システムに流体的に接続された使用地点と、
電気化学装置の下流に流体的に接続された補助的使用端とを含む処理システム。
【請求項２２】
貯蔵システムが加圧される請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２３】
電気化学装置の上流に流体的に接続された前処理システムを更に含む請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２４】
前処理システムが逆浸透装置を含む請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２５】
前処理システムが炭素フィルタを含む請求項２３に記載の処理システム。
【請求項２６】
処理システムの少なくとも１つの操作パラメータを制御する制御装置を更に含む請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２７】
使用地点が器具を含む請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２８】
貯蔵システムに熱連通した熱交換器を更に含む請求項２１に記載の処理システム。
【請求項２９】
補助的使用端が灌漑システムを含む請求項２１に記載の処理システム。
【請求項３０】
水を加圧貯蔵システムに導入することと、
水の一部を加圧貯蔵システムから水処理装置へ移行することと、
処理水を生成するために水処理装置内の加圧貯蔵システムからの水から、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、
処理水を水処理装置から加圧貯蔵システムへ移行することと、
処理水の一部を加圧貯蔵システムから使用地点へ分配することとを含む水を処理する方法。
【請求項３１】
望ましくない種が硬度イオン種である請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
水を水処理装置に移行する前に水を前処理することを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
水の濁度、アルカリ度、組成、導電率、ｐＨ、圧力及び温度のいずれかを測定することを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
水処理装置への印加電流及び印加電圧の少なくとも一方を調整することを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
加圧貯蔵システム内で水を加熱することを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
水処理装置の操作サイクルを調整することを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
水処理装置が電気脱イオン化装置を含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
何らかの汚染生物の少なくとも一部を除去するか、又は不活性にするために水処理装置を洗浄することを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
水処理装置を洗浄することが、水処理装置の湿った表面の少なくとも一部を洗浄剤に曝露することを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
使用地点からの水を貯蔵システムへ導入することと、
処理水を生成し、かつ水を放出するために、電気化学装置内の貯蔵システム内の水から何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、
処理水の少なくとも一部を電気化学装置から貯蔵システムに移行することと、
放出水の一部を補助使用に移行することと、
処理水の一部を貯蔵システムから使用地点に分配することとを含む水を処理する方法
【請求項４１】
貯蔵システムが加圧される請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
処理水の一部を分配することが、水を家庭に分配することを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
放出水を補助的使用端に移行する際、放出水の少なくとも一部を灌漑システムに移行することを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
水から何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去する前に、水を前処理することを更に含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
電気化学装置の操作パラメータを調整することを更に含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
入口点に流体的に接続された第１前処理システムと、
第１前処理システムの下流で流体的に接続された加圧貯蔵システムと、
加圧貯蔵システムに流体的に接続された第２前処理システムと、
第２前処理システムの下流及び加圧貯蔵システムに流体的に接続された電気化学装置とを含む配水システム。
【請求項４７】
電気化学装置への印加電流及び印加電圧の少なくとも一方を制御するための制御装置を更に含む請求項４６に記載の分配システム。
【請求項４８】
加圧貯蔵システムと熱連通する熱交換器を更に含む請求項４６に記載の分配システム。
【請求項４９】
加圧貯蔵システム及び使用地点に流体的に接続された流体移行システムを更に含む請求項４６に記載の分配システム。
【請求項５０】
電気化学装置の下流及び使用地点の上流に流体的に接続された後処理システムを更に含む請求項４９に記載の分配システム。
【請求項５１】
大気圧を超える圧力で水源からの水を蓄積する手段と、
水を蓄積する手段に流体的に接続された電気化学装置とを含む水処理システム。
【請求項５２】
水の一部を使用地点に流体的に送り出す手段を更に含む請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
水を蓄積する手段の上流に流体的に接続された前処理システムを更に含む請求項５１に記載のシステム。
【請求項５４】
電気化学装置、水を蓄積する手段、及び水の一部を流体的に送り出す手段の少なくとも１つの操作パラメータを調整する手段を更に含む請求項５１に記載のシステム。
【請求項５５】
水を加熱する手段を更に含む請求項５１に記載のシステム。
【請求項５６】
混合水を生成するために入口点からの水を処理水と混合することと、
処理水を生成するために電気化学装置内の混合水の一部から何らかの望ましくない種の一部を除去することと、
混合水の一部を使用地点に分配することとを含む水を処理する方法。
【請求項５７】
混合水の少なくとも一部を前処理することを更に含む請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
電気化学装置に印加される電圧及び電流の少なくとも一方を調整することを更に含む請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
混合水の少なくとも一部を加熱することを更に含む請求項５６に記載の方法。
【請求項６０】
使用地点からの水を蓄積することと、
処理水を生成するために電気化学装置内の水から、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、
処理水の少なくとも一部を家庭に供給することとを含む水を処理する方法。
【請求項６１】
使用地点からの水が、大気圧を超える圧力で蓄積される請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
大気圧を超える圧力で使用地点からの水を蓄積することと、
電気化学装置を提供することと、
蓄積された水の少なくとも一部を電気化学装置に移行することと、
処理水を生成するために電気化学装置内の水から、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、
電気化学装置の少なくとも１つの操作パラメータを調整することとを含む水を処理する方法。
【請求項６３】
処理水の少なくとも一部を家庭用器具に供給することを更に含む請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
水を家庭用器具に供給する前に、処理水の少なくとも一部を加熱することを更に含む請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
処理水の所望の特性を算出することを更に含む請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
電気化学装置を横切って印加される電界の極性を逆にすることを更に含む請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
サイクルを逆にする間の時間遅延を調整することを更に含む請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
熱交換器と熱連通した流体貯蔵器と、
流体貯蔵器に流体的に接続された流体処理装置とを含むシステム。
【請求項６９】
流体処理装置が、電気化学装置、逆浸透装置、イオン交換装置、電気透析装置、及び容量脱イオン化装置の少なくとも１つを含む請求項６８に記載のシステム。
【請求項７０】
入口点に流体的に接続可能である加圧可能な貯蔵システムと、加圧可能な貯蔵システムに流体的に接続され、かつ配水システムに流体的に接続可能である電気化学装置とを含むシステムを提供することを含む水処理を容易にする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、流体を処理又は浄化するシステム及び方法、特に処理水を使用地点に送り出すための貯蔵システムを有する電気化学装置を組み込んだ水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
カルシウム及びマグネシウムのような硬度種を含む水は、産業、商業及び家庭用途でのある種の使用に望ましくないことがある。水の硬度分類の典型的な指針は、炭酸カルシウムとして１リットル当たりゼロ〜６０ミリグラム（ｍｇ／ｌ）が軟らかい、６１〜１２０ｍｇ／ｌが中程度に硬い、１２１〜１８０ｍｇ／ｌが硬い、かつ１８０ｍｇ／ｌ超が非常に硬いと分類される。
【０００３】
硬水は、硬度イオン種を除去することによって処理できる。かかる種を除去するシステムの例は、イオン交換床を使用するものを含む。かかるシステムにおいて、硬度イオンは、イオン交換樹脂の表面で混合される逆帯電したイオン種にイオン結合されるようになる。イオン交換樹脂は、最終的にイオン結合した硬度イオン種で飽和するようになるので、再生されねばなならい。再生は、結合した硬度種を、塩化ナトリウムのような可溶性が高いイオン種と置換することを通常伴う。イオン交換樹脂に結合した硬度種は、ナトリウムイオンによって置換され、かつイオン交換樹脂は、再度その後の軟水ステップに使用できる状態になる。
【０００４】
他のシステムが既に開示されている。例えばＤｏｓｃｈは、米国特許第３１４８６８７号明細書でイオン交換樹脂を使用する軟水装置を含む洗浄機を教示している。同様に、Ｇａｄｉｎｉらは、国際特許出願公開第ＷＯ００／６４３２５号で、水の硬度を減少させる改良された装置を有する水を使用する家庭用器具を開示している。Ｇａｄｉｎｉらは、制御システム、外部源からの給水システム、及び電気化学電池による軟化システムを有する家庭用器具を教示している。ＭｃＭａｈｏｎは、米国特許第５１６６２２０号明細書で、軟水工程でのブライン溶液によるイオン交換樹脂の再生を教示している。
【０００５】
電気再生式脱イオン化（ＥＤＩ）を利用するシステム及び技術は、水を脱塩、浄化又は処理するために使用できる。ＥＤＩは、イオン輸送に影響を与えるために電気活性媒体及び電位を使用して液体からイオン性種を除去する工程である。電気活性媒体は、イオン性種を収集し、かつ放出するか、又はイオン若しくは電子置換メカニズムによってイオン輸送を容易にするために機能し得る。ＥＤＩ装置は、永久又は一時的荷電を有する媒体を含むことができ、かつ性能を達成又は強化することを目的とする電気化学反応を引き起こすために操作できる。これらの装置は、半透性イオン交換又は両極性膜のような電気活性膜も含む。
【０００６】
連続的電気再生式脱イオン化（ＣＥＤＩ）は、電気的に活性な媒体又は電気活性媒体を通したイオン輸送に依存する工程である。典型的なＣＥＤＩ装置は、交互配置された電気活性半透性アニオン及びカチオン選択膜を含む。膜間の空間は、入口及び出口を有する液体流れ区画を作るように構成される。横方向直流電界が、区画の境界で電極を通して外部電源によって与えられる。構成によっては、電極区画は、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提供される。電界を与えると、１つの区画、イオン減耗区画内で処理される液体中のイオンは、その互いの求引電極に引きつけられる。イオンは、隣接イオン濃縮区画内の液体がイオン濃縮されるように、隣接区画へ選択性透過膜を通って移動する。減耗区画内の、及び実施態様によっては、濃縮区画内の容量は、電気的に活性な媒体を含む。ＣＥＤＩ装置において、電気活性媒体は、密接に混合したアニオン及びカチオンイオン交換樹脂ビーズを含み得る。かかる電気活性媒体は、通常、区画内のイオンの輸送を強化し、制御された電気化学反応の基質として関与し得る。電気脱イオン化装置は、例えば米国特許第４６３２７４５号、第４９２５５４１号、及び第５２１１８２３号明細書でＧｉｕｆｆｒｉｄａらによって、米国特許第５２５９９３６号及び第５３１６６３７号明細書でＧａｎｚｉによって、米国特許第５１５４８０９号明細書でＯｒｅｎらによって、かつ米国特許第５２４０５７９号明細書でＫｅｄｅｍによって開示されている。
【０００７】
水を脱塩するために使用できる他のシステムが知られている。例えば、Ｇａｙｓｏｗｓｋｉは、米国特許第３４０７８６４号明細書で、イオン交換及び電気透析の両方を伴う装置を教示している。Ｊｏｈｎｓｏｎは、米国特許第３７５５１３５号明細書で、直流電位を使用する脱塩装置を教示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入口点に流体的に接続された加圧貯蔵システムと、加圧貯蔵システムに流体的に接続された水処理装置と、加圧貯蔵システムに流体的に接続された配水システムと、配水システムに流体的に接続された少なくとも１つの使用地点とを含む浄水又は水処理システムを対象にする。
【０００９】
本発明のもう１つの形態によれば、入口点に流体的に接続された貯蔵システムと、貯蔵システムに流体的に接続された電気化学装置と、貯蔵システムに流体的に接続された使用地点と、電気化学装置の下流に流体的に接続された補助使用とを含む処理システムが提供される。
【００１０】
本発明のもう１つの形態によれば、水を加圧貯蔵システムに導入することと、水の一部を加圧貯蔵システムから水処理装置へ移行することと、処理水を生成するために水処理装置内の加圧貯蔵システムからの水から、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、処理水を水処理装置から加圧貯蔵システムへ移行することと、処理水の一部を加圧貯蔵システムから使用地点へ分配することとを含む、水を処理する方法が提供される。
【００１１】
本発明のもう１つの形態によれば、使用地点からの水を貯蔵システムへ導入することと、処理水を生成し、かつ水を放出するために、電気化学装置内の貯蔵システム内の水から何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、処理水の少なくとも一部を電気化学装置から貯蔵システムに移行することと、放出水の一部を補助使用に移行することと、処理水の一部を貯蔵システムから使用地点に分配することとを含む、水を処理する方法が提供される。
【００１２】
本発明のもう１つの形態によれば、入口点に流体的に接続された第１前処理システムと、第１前処理システムの下流で流体的に接続された加圧貯蔵システムと、加圧貯蔵システムに流体的に接続された第２前処理システムと、第２前処理システムの下流及び加圧貯蔵システムに流体的に接続された電気化学装置とを含む配水システムが提供される。
【００１３】
本発明のもう１つの形態によれば、大気圧を超える圧力で水源からの水を蓄積する手段と、水を蓄積する手段に流体的に接続された電気化学装置とを含む水処理システムが、提供される。
【００１４】
本発明のもう１つの形態によれば、混合水を生成するために入口点からの水を処理水と混合することと、処理水を生成するために電気化学装置内の混合水の一部から何らかの望ましくない種の一部を除去することと、混合水の一部を使用地点に分配することとを含む、水を処理する方法が提供される。
【００１５】
本発明のもう１つの形態によれば、使用地点からの水を蓄積することと、処理水を生成するために電気化学装置内の水から、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、処理水の少なくとも一部を家庭に供給することとを含む、水を処理する方法が提供される。
【００１６】
本発明のもう１つの形態によれば、大気圧を超える圧力で使用地点からの水を蓄積することと、電気化学装置を提供することと、蓄積された水の少なくとも一部を電気化学装置に移行することと、処理水を生成するために電気化学装置内の水から、何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去することと、電気化学装置の少なくとも１つの操作パラメータを調整することとを含む、水を処理する方法が提供される。
【００１７】
もう１つの実施態様において、本発明は、熱交換器と熱連通した流体貯蔵器と、流体貯蔵器に流体的に接続された流体処理装置とを含むシステムを提供する。
【００１８】
もう１つの実施態様において、本発明は、水処理を容易にする方法を提供する。この方法は、入口点に流体的に接続可能であり加圧可能な貯蔵システムと、加圧可能な貯蔵システムに流体的に接続され、かつ配水システムに流体的に接続可能である電気化学装置とを含むシステムを提供することを含むことができる。
【００１９】
本発明の他の利点、新しい特徴及び目的は、概略的であり、かつ一定の比率で書かれることを意図しない添付図面と併せて考慮されたとき、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。図では、種々の図中で例示される同一又は実質的に類似する各部品は、単一の数字又は表記によって表される。明瞭にするため、当業者が本発明を理解することを可能にするための例示が必要でないところでは、全ての図で全ての部品に標識が付けられている訳ではなく、本発明の各実施態様の全ての部品が示されている訳ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい、しかし必ずしもこれに限定されるわけではない実施態様は、例として、かつ添付図面を参照して記載される。
【００２１】
本発明は、産業、商業及び住宅用設置における水処理又は浄水システム及び処理水を提供する方法を対象にする。処理システムは、都市用水、井戸水、汽水及び汚れを含む水のような、水源からの水に含まれる何らかの硬度誘発種の少なくとも一部を除去することによって、処理水を使用地点に提供できる。システムの他の用途は、飲食料品、糖類の処理及び加工、化学、製薬、飲食料品、廃水処理、及び発電産業のような種々の産業にある。本発明は、流体として水を使用して記載されるが、そのように限定されるべきでない。例えば、処理水に言及する場合、他の流体が、本発明に従って処理できると考えられる。更に、水又は水の特性に関して調整、修正、測定又は稼働する本発明のシステムの部品又は方法に言及する場合、本発明は、同様に適用できると考えられる。それ故に、処理する流体は、水を含む混合物である流体であり得る。従って流体は、水を含み得る液体であっても良い。
【００２２】
本発明の１つ以上の実施態様による浄水又は水処理システムは、通常、水源又は入口点から水を受け、かつ処理水を使用地点に送り出す前に少なくとも数種の望ましくない種を含む水を浄化する。処理システムは、通常、電気脱イオン化装置、逆浸透装置、電気透析装置、容量脱イオン化装置、精密濾過装置、及び／又は限外濾過装置のような、但しそれらに限定されない浄水又は水処理装置と直列に貯蔵システムを有する。本発明の実施態様によっては処理システムは、水の少なくとも１つの特性、又は処理システムの操作条件を測定するセンサを更に含む。他の実施態様では、処理システムは、処理システムの少なくとも１つの操作パラメータ、又は処理システムの部品を調整又は制御するための制御装置も含む。
【００２３】
図１は、本発明の１つの実施態様による処理システムの概略流れ図を示す。処理システム１０は、通常、液体源又は入口点１４に、及び通常、入口点の下流で浄化又は処理装置１６に流体的に接続された、貯蔵システム１２を含む。処理システム１０は、通常、貯蔵システム１２の下流に通常、流体的に接続された、使用地点１８を含む。幾つかの実施態様では、処理システム１０は、センサ２０と、処理装置１６に電力を提供する電源２４を制御又は規制する制御装置２２とを同様に含む。処理装置１６は、通常、貯蔵システム１２内で保存し、かつ使用地点１８へ最終的に送り出すための、処理水のような処理液体を生成するために、入口点１４から流れる処理する液体から何らかの望ましくない種の少なくとも一部を除去する。処理装置１６によって除去される望ましくない種は、補助使用又はドレン２６に移行できる。
【００２４】
本発明の幾つかの実施態様において、例えば水処理システムのような処理システム１０は、通常、貯蔵システム１２又は処理装置１６の上流に流体的に接続された、前処理システム２８を更に含む。更に、処理システム１０は、通常、ポンプ３０及び弁３２のような１つ以上の流体制御部品も含む。
【００２５】
本発明は、次の定義に照らして、更に理解されるであろう。ここで使用されるように、「加圧された」は、大気圧を超える、内圧又は加えられた圧力を有するシステム又は部品を指す。例えば、加圧貯蔵システム１２は、大気圧よりも大きい内圧を有する。加圧貯蔵システム内の圧力は、種々の方法及び技術によって、例えば水を水ポンプで加圧することによって、又は水源を高くし、それ故に水頭圧力を作ることによって、作ることができる。更に、「処理」水又は流体に言及する場合、処理水は、軟水、低ランゲリア飽和指数（ＬＳＩ）水又は低導電率水であっても良い。ここで使用されるように、低ＬＳＩ水は、約２未満、好ましくは約１未満、かつ更に好ましくは約ゼロ未満のＬＳＩを有する。ここで使用されるように、語句「処理装置」又は「浄化装置」は、処理する流体から何らかの望ましくない種を除去するか、濃度を減少するために使用できるいかなる装置にも関する。かかる処理装置は、イオン交換樹脂逆浸透、電気脱イオン化、電気透析、限外濾過、精密濾過、容量脱イオン化のような技術に頼るものを含むが、それらに限定されない。更に、「電気脱イオン化装置１６」のような電気化学装置に言及する場合、かかる言及は、例となることが意図されており、かつ電気脱イオン化装置、電気透析装置、及び場合によっては容量脱イオン化装置のような、但しそれらに限定されない他の電気化学装置は、それらの使用が本発明のかかる装置及び／又は技術の操作に矛盾しないか、又は反しない限り、本発明の原則に従って使用できる。多数の装置が処理装置として使用できるが、かかる装置の適用性は、各又は全装置が、同じ原理を利用することを意味するとは意図されておらず、かかる装置が、本発明の１つ以上のシステム及び技術によって処理装置として単独又は組み合わせて使用できることを意味することが意図される。
【００２６】
図２は、本発明の電気脱イオン化装置の１つの実施態様を通る流体及びイオン流路の断面図を概略的に示す。電気脱イオン化モジュール又は装置１６は、イオン減耗（以下単に減耗という）区画３４と、減耗区画３４の間に位置決めされたイオン濃縮（以下単に濃縮という）区画３６とを含む。減耗区画３４は、通常、陽極液区画３８及び陰極液区画４０に接する。通常、エンドブロック（図示せず）は、陽極４２及び陰極４４を、それぞれの区画に収容するためにエンドプレート（図示せず）に隣接して位置決めされる。幾つかの実施態様において、区画は、カチオン選択膜４６と、アニオン選択膜４８とを含む。カチオン選択膜及びアニオン選択膜は、通常、イオン交換粉末と、ポリエチレン粉末結合剤と、グリセリン潤滑剤とを含む。
【００２７】
本発明の１つ以上の実施態様によれば、カチオン及びアニオン選択膜は、通常、複合シートを作るために、熱及び圧力を使用する熱可塑性工程によって通常、押し出し成形される不均質なポリオレフィンをベースとする膜である。しかしながら、本発明は、均質膜を含む他のタイプの膜の使用を検討することができる。代表的な、適切なイオン選択膜は、例えばスルホン酸又は４級アンモニウム官能基を有するスチレン−ジビニルベンゼンを使用して支持されるウェブ、ポリフッ化ビニリデン結合剤中でスチレン−ジビニルベンゼンを使用して支持されるウェブ、及びポリエチレンシート上の独立スルホン化スチレン及び４級化ビニルベンジルアミングラフトを含む。
【００２８】
濃縮区画３６は、通常、カチオン交換樹脂ビーズ５０のような電気活性媒体で満たされ、かつ減耗区画３４は、通常、カチオン交換樹脂ビーズ５０及びアニオン交換樹脂ビーズ５２の混合物で満たされる。実施態様によっては、カチオン交換及びアニオン交換樹脂ビーズは、種々の配列中の多数の層が組み立てられるように、減耗、濃縮及び電極区画のいずれかの中の層内に配列できる。他の構成及び／又は配列は、例えば減耗、濃縮及び電極区画のいずれかの中での混合床イオン交換樹脂ビーズの使用、アニオン及びカチオン交換樹脂ビーズの層状床間の不活性樹脂の使用、米国特許第５８５８１９１号明細書でＤｉＭａｓｃｉｏらによって記載されたものを含むが、それらに限定されない種々のタイプ及び配列のアニオン及びカチオン樹脂ビーズの使用を含み、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００２９】
操作中、硬度イオン種を含み、溶解カチオン及びアニオン成分を有する、入口点１４で処理システムに入る、通常上流水源からの被処理液体５４は、マニホルド６０を通って減耗区画３４に導入でき、ここでカチオン成分は、通常、カチオン交換樹脂ビーズ５０に引き付けられ、かつアニオン成分は、アニオン交換樹脂ビーズ５２に引き付けられる。通常、電気脱イオン化装置１６の反対端に位置決めされる陽極４２及び陰極４４を通り、電気脱イオン化装置１６を横切って印加される電界は、通常、流体の流れの方向に対して垂直に通過する。電界の影響で、液体中のカチオン及びアニオン成分が、その求引電極に対応する方向に移動する傾向を有する。カチオン成分は、カチオン選択膜４６を通って隣接濃縮区画３６へ移動できる。
【００３０】
濃縮区画３６の反対側に位置決めされるアニオン選択膜４８は、隣接区画への移動を妨げ、それにより濃縮区画内のカチオン成分を捕捉する。同様に、アニオン成分は、イオン選択膜を通って移動するが、カチオン成分の移動方向に対して反対の方向である。アニオン成分は、アニオン選択膜４８を通って、減耗区画３４から隣接濃縮区画３６へ移動する。濃縮区画３６の反対側に位置決めされるカチオン選択膜４６は、更なる移動を妨げ、それ故に濃縮区画内のアニオン成分を捕捉する。総合的に見て、イオン成分は、減耗区画３４内に流れる液体５４から除去又は減耗され、かつ濃縮区画３６内で収集され、処理水生成水流５６及び濃縮又は廃棄水流５８をもたらす。
【００３１】
本発明の実施態様によれば、電気脱イオン化装置１６上の印加電界は、通常、水の水素及びヒドロキシルイオンへの解離に至らせる分極現象を作る。水素及びヒドロキシルイオンは、溶解イオン成分の除去が、連続的に、かつ消耗した電気活性媒体を再生する別個のステップなしに起きることができるように、減耗区画３４内で、かつ実施態様によっては、濃縮区画３６内でイオン交換樹脂ビーズ５０及び５２を再生する。
【００３２】
電気脱イオン化装置１６上の印加電界は、通常、直流である。しかしながら、一方及び他方の電極間でバイアス又は電位差を作るいかなる印加電流も、例えばイオン求引によってイオン種の移動を促進するために使用できる。従って、カチオン及びアニオン種をそれぞれの求引電極に引き付けるために十分な電極間の電位差があるという条件で、交流を使用できる。更にもう１つの実施態様において、交流は、荷電種を引き付けるために十分な電位によって交流を脈動電流に変換するために、例えばダイオード又はブリッジ整流器を使用することによって整流できる。
【００３３】
通常、イオン減耗区画３４内で利用される電気活性媒体、イオン交換樹脂ビーズ５０及び５２は、３級アルキルアミノ基及びジメチルエタノールアミンを含むが、それらに限定されない、種々の官能基をその表面領域に有しても良い。これらの物質は、４級アンモニウム基のような、種々の官能基をその表面領域に有する物質と組み合わせても、使用できる。開示された水処理システムの一部として、電気脱イオン化装置の他の修正及び等価物が、定常の実験法の域を出ないものを使用すれば、当業者の心に浮かぶはずである。例えば、不均質及び均質タイプのような、種々の他のタイプの電気活性媒体が、使用できる。同様に、減耗及び濃縮区画の配列における他の変形物が、本発明の範囲及び精神内にあると考えられる。
【００３４】
貯蔵システム１２は、入口点１４又は水源からの水を保存又は蓄積することに役立ち、かつ電気脱イオン化装置１６からの生成水流５６から処理水を保存することにも役立つことができ、かつ水、通常、処理水、又は分配システムを通る入口点１４から使用地点１８の水と混合された処理水を提供することもできる。
【００３５】
本発明の幾つかの実施態様によれば、貯蔵システム１２は、加圧容器、又は入口６２及び出口６４のような、流体の流れの入口及び出口を有する容器を含む。入口６２は、通常、入口点１４に流体的に接続され、かつ出口６４は、通常、配水システム又は使用地点１８に流体的に接続される。貯蔵システム１２は、数個の容器を有することができ、各容器は、同様に種々の位置に位置決めされた数個の入口を有することができる。同様に、出口６４は、とりわけ使用地点１８への需要又は流量、電気脱イオン化装置１６の容量又は効率、及び貯蔵システム１２の容量又は滞留量に応じて、種々の位置で、各容器に位置決めされても良い。貯蔵システム１２は、望ましい機能を実行するか、又は望ましくない結果を回避する、種々の部品又は要素を更に含むことができる。例えば、貯蔵システム１２は、貯蔵システム１２の容器内のいかなる内部流れ電流も減少させるために位置決めされるバッフルのような、内部部品を有する容器を有することができる。実施態様によっては、貯蔵システム１２は、流体を加熱又は冷却する熱交換器を有する。例えば、貯蔵システム１２は、容器内の流体の温度に対して高温で加熱流体を有することができる加熱コイルを有する容器を含むことができる。加熱流体は、加熱流体温度が炉内で上昇するように、炉又は他の発熱ユニット操作による閉ループの流れにおける熱水であっても良い。加熱流体は、同様に、熱伝達によって容器の流体温度を上昇させる。補助的又は追加部品の他の例には、何らかの容器の内圧を軽減し、かつ容器破裂を回避、又は少なくともその可能性を減少させることを目的とする圧力逃がし弁、及び所望の操作圧力を維持するのに適した熱膨張タンクを含むが、それらに限定されない。熱膨張タンクの寸法及び容量は、貯蔵システムの水の総量、操作温度及び圧力を含むが、それらに限定されない要因によって決まる。
【００３６】
本発明の１つ以上の実施態様によれば、貯蔵システムは、熱交換器と接続又は熱連通しており、及び任意で流体処理装置に接続している。流体処理装置は、電気脱イオン化装置、逆浸透装置、イオン交換樹脂床、電気透析装置、容量脱イオン化装置、又はその組み合わせであっても良い。
【００３７】
操作中、貯蔵システム１２は、通常、入口点１４の下流に接続され、かつ電気脱イオン化装置１６によって、循環ループ内のように、直列に流体的に接続される。例えば、入口点１４からの水は、入口６２に流れることができ、かつ貯蔵システム１２内に含まれるバルク水と混合できる。バルク水は、出口６４を通って貯蔵システム１２から出ることができ、かつ何らかの望ましくない種を処理又は除去するために、使用地点１８へ、又はポンプ３０を通って電気脱イオン化装置１６に導くことができる。電気脱イオン化装置１６を離れる処理水は、入口点１４からの水と混合でき、かつ入口６２を通って貯蔵システム１２に入ることができる。このようにして、一つのループが、貯蔵システム１２及び電気脱イオン化装置１６の間に形成でき、かつ入口点１４からの給水は、使用地点１８によって作られ、かつ使用地点１８に流れる水の需要を満たせる。
【００３８】
入口点１４は、水源から水処理システムへ水を提供、又は接続する。水源は、都市用水源若しくは井戸水のような飲用水源であっても良く、又は汽水若しくは塩水源のような非飲用水源であっても良い。場合によっては、中間処理又は処理システムは、通常、水が入口点１４に到達する前に人間の消費用に水を浄化する。水は、通常、ナトリウム、塩化物、塩素、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸塩、硫酸塩等のイオン性の若しくはイオン化しうる種又は溶解塩、又はシリカ及び二酸化炭素のような、他の不溶性若しくは半可溶性種又は溶解ガスを含む。その上、水は、フッ化物、塩素酸塩及び臭素酸塩のような添加剤を含むことができる。
【００３９】
本発明のもう１つの実施態様によれば、処理システム１０は、流体分配システム（図示せず）を含み、流体分配システムは、次に使用地点に接続する。分配システムは、貯蔵システム１２から使用地点１８に例えば水、通常、処理水を提供するために、流体的に接続される部品を含むことができる。分配システムは、貯蔵システム１２から１つ又は幾つかの使用地点１８に、又は処理システム１０のいずれかの部品に水を提供するために、パイプ、弁、Ｔ字管、ポンプ及びマニホルドのいかなる配列も含むことができる。１つの実施態様において、分配システムは、流しの水洗、シャワーヘッド、洗濯機及び皿洗い機のような、但しそれらに限定されない１つ以上の使用地点への接続を含むが、それらに限定されない家庭又は住宅用配水システムを含む。例えば、システム１０は、家庭の冷水若しくは熱水、又は両方の配水システムに接続できる。
【００４０】
使用地点１８は、通常、水を必要とする、又は要求する何らかの装置又は器具である。例えば、使用地点１８は、洗濯機又は皿洗い機のような器具であるか、又は水を台所流し又はシャワーヘッドに提供することに役立つ水栓であっても良い。もう１つの実施態様において、使用地点１８は、家庭又は住宅用途に適した水を提供するシステムを含む。
【００４１】
本発明のもう１つの実施態様によれば、水処理システム１０は、処理システム１０内の少なくとも１つの物理的特性を測定する、水特性センサのようなセンサも含む。例えば、センサ２０は、水導電率、ｐＨ、温度、圧力、組成又は流量を測定できる装置であっても良い。センサ２０は、特に好ましい水特性を測定するために、処理システム１０内に設置又は位置決めできる。例えば、センサ２０は、使用地点１８で供給のために利用可能な水質の指標を提供できる水の導電率を測定するように、貯蔵システム１２内に設置された水導電率センサであっても良い。もう１つの実施態様において、センサ２０は、処理システム１０内でいかなる種々の構成又は配列でも、一連又は一組のセンサを含むことができる。一組のセンサは、制御装置２２が、例えば貯蔵システム１２内の水質を断続的又は連続的に監視できるように、構成でき、配列でき、又は制御装置２２に接続できる。かかる配列において、処理システム１０の性能は、以下に記載するように最適化できる。他の実施態様は、処理システム１０中の種々の位置で、センサの組の組み合わせを含むことができる。例えば、センサ２０は、使用地点１８への流量を測定する流量センサであっても良く、かつ処理システム１０の操作条件を監視するｐＨ計、比濁計、組成分析器、温度及び圧力センサのいずれかを更に含むことができる。
【００４２】
本発明のもう１つの実施態様によれば、水処理システム１０は、水が、例えば貯蔵システム１２又は電気脱イオン化装置１６に導入される前に、水から何らかの望ましくない種の一部を除去することを目的とする前処理システム２８を更に含むことができる。前処理システムの例には、通常汽水又は塩水を脱塩するために使用される逆浸透装置を含むが、それらに限定されない。炭素又は木炭フィルタが、汚染するか、又は電気脱イオン化装置１６の操作を妨げ得る何らかの種又は活性塩素を含む何らかの塩素の少なくとも一部を除去するために使用できる。前処理システム２８は、水処理システム１０内のどこにでも位置決めできる。例えば、少なくとも幾つかの塩素種が、貯蔵システム１２内に保持されるが、水が電気脱イオン化装置１６に入る前に除去されるように、前処理システム２８を、貯蔵システム１２の上流、又はシステム１２の下流であるが電気脱イオン化装置１６の上流に位置決めできる。本発明の更なる実施態様によれば、消毒及び／又は洗浄装置又はシステムが、処理システムと共に利用できる。かかる消毒又は洗浄システムは、処理システムのいずれかの部品内で蓄積し得る細菌のようないかなる微生物も、少なくとも部分的に死滅させるか、不活性にするいかなる装置も含むことができる。かかる洗浄又は消毒システムの例には、ハロゲン、ハロゲン供与体、酸又塩基のような消毒化合物又は消毒剤、並びに処理システムの湿った部品を、衛生化が可能な温度で熱水に曝露するシステムを導入できるものを含む。本発明のなおも更なる実施態様によれば、処理システムは、使用地点での送り出し前に、流体の最終浄化を提供する最終段階又は後処理システム又はサブシステムを含むことができる。かかる後処理システムの例には、流体を化学線又は紫外線、及び／又はオゾンに曝露するもの、又は精密濾過又は限外濾過によって望ましくない化合物を除去するものを含むが、それらに限定されない。それ故に、本発明の１つ以上の実施態様によれば、処理システムは、家庭用供給に利用でき、かつ例えば流しの下に設置でき、かつ水栓のような使用地点に送り出される前に紫外線に曝露することによって処理される、処理水を提供できる。
【００４３】
本発明の他の実施態様によれば、処理システム１０は、処理システム１０及びその部品の操作条件を監視及び制御可能な制御装置２２を更に含むことができる。制御装置２２は、通常、処理システム１０の部品へ入力及び出力信号を受信又は送信する、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）又は分散制御システムのような、マイクロプロセッサベースの装置を含む。１つの実施態様において、制御装置２２は、電気脱イオン化装置１６に電力を供給する電源２４に信号を送信するか、又はポンプ３０に電力を提供するモータ制御センタに信号を提供できるＰＬＣを含むことができる。幾つかの実施態様において、制御装置２２は、開ループ又は閉ループ制御方式で、水処理システム１０の操作条件を制御する。例えば、開ループ制御中の制御装置２２は、いかなる操作条件も測定することなく、水が処理されるように、水処理システムに信号を提供できる。制御装置２２は、操作パラメータが、例えばセンサ２０によって測定された操作条件に応じて調整できるように、閉ループ制御中の操作条件を制御できる。更にもう１つの実施態様において、制御装置２２は、遠隔ステーションに測定された操作条件又は操作パラメータを転送又は送信する遠隔通信装置のような、通信システムを更に含むことができる。
【００４４】
本発明のもう１つの実施態様によれば、制御装置２２は、処理システム１０内の流体の流れが、入口点１４からの水質、使用地点１８への水質、使用地点１８への水の需要又は水質、電気脱イオン化装置１６の操作効率又は容量を含むが、それらに限定されない種々のパラメータ、又は水導電率、ｐＨ、濁り度、組成、温度、圧力及び流量のような種々の操作条件のいずれかに基づき調整されるように、処理システム１０の弁３２を作動させる信号を提供できる。１つの実施態様において、制御装置２２は、処理システム１０の操作パラメータを監視できるようにセンサ２０から信号を受信できる。例えば、センサ２０は、貯蔵システム１２内の水導電率が、制御装置２２によって監視されるように、貯蔵システム１２内に位置決めされた水導電率センサであっても良い。制御装置２２は、例えばセンサ２０によって測定された水質に基づき、電気脱イオン化装置１６に電界を提供する電源２４を制御する。従って操作中、制御装置２２は、電源２４から電気脱イオン化装置１６に供給される電圧及び電流、又は両方を増加、減少又は別の方法で調整できる。制御装置２２は、通常、システム内を流れる液体の１つ以上の測定された特性に基づき、処理システム１０の操作パラメータを変更できるアルゴリズムを含む。それ故に、本発明の実施態様によっては、制御装置２２は、印加電界及び関連する流体の流れを逆にするサイクルのような、但しそれらに限定されない電気脱イオン化装置１６の操作サイクル間の期間を増加、減少又は別の方法で調整できる。
【００４５】
本発明のもう１つの実施態様によれば、制御装置２２は、所定のスケジュールに従って、又は水質のような操作条件又は他のいずれかの操作パラメータに従って、電源２４から電気脱イオン化装置１６への印加電流の方向を逆にできる。極性反転は、例えば米国特許第４９５６０７１号明細書でＧｉｕｆｆｒｉｄａらによって開示されている。
【００４６】
制御装置２２は、プログラミングによって構成されるか、構成可能であっても良いか、又は処理システム１０の例えば耐用年数及び効率のいずれかを最大にするか、又は操作コストを減少させることが可能であるように自己調整できる。例えば、制御装置２２は、電気脱イオン化装置１６への印加電圧及び電流、電気脱イオン化装置の濃縮及び減耗区画を通る流量、又は電気脱イオン化装置若しくは前処理システム、又は両方から、ドレン２６への放出流量を調整する、使用者が選択可能な設定点、又は自己調整設定点を有するマイクロプロセッサを含むことができる。開示された水処理システムの一部として、制御装置の他の修正及び等価物が、定常の実験法の域を出ないものを使用するだけで、当業者の心に浮かぶであろう。例えば、水使用速度又は水使用時間のような、種々の入力パラメータに基づき操作パラメータを変更できる適応的、自己調整、又は自己診断制御装置の使用は、本発明の範囲及び精神内にあると考えられる。
【００４７】
本発明のもう１つの実施態様によれば、制御装置２２は、水処理システムの部品への制御信号を調整又は変えるために使用できる制御パラメータを算出できる。例えば、制御装置２２は、水処理システムの水流の測定操作条件に基づき、ＬＳＩを算出できる。次にＬＳＩは、設定点と比較でき、かつ水処理システムの部品を作動、調整又はその他の方法で制御する出力信号を発生させられる入力変数として、他の又は同じ制御ループ内で、同じ又は他の制御装置内で使用できる。ＬＳＩは、例えばＡＳＴＭ  Ｄ  ３７３９により算出できる。
【００４８】
制御装置２２は、不安定なオンオフ制御又はチャッタリングの可能性を減少させるために、不感帯制御部を組み込むことができる。不感帯は、必ずしも応答の制御信号を引き起こすことなしにセンサが提供する信号出力のある範囲を指す。不感帯は、場合によっては、センサ内に本質的に存在し得るか、又は制御システムの一部としてプログラムされ得るか、又は両方である。不感帯制御部は、測定運動を平滑にすることによって不必要な断続的操作を回避できる。かかる制御技術は、処理システム１０の部品の寿命又はその故障前の平均時間を長引かせることができる。使用できる他の技術は、多数決方式、時間平滑化若しくは時間平均化測定又はその組み合わせの使用を含む。
【００４９】
本発明のもう一つの実施態様によれば、廃棄水流５８から補助的使用への典型的な放出水は、追加の又は二次的利益に役立つことができるか、又は追加の又は二次的利益を提供できる。例えば、廃棄水流５８は、ドレン２６に行くよりもむしろ、灌漑、収集された又は濃縮された塩の再利用又は回収用のような、何らかの住宅、商業又は産業用に、例えば灌漑用水を提供するために使用できる。更にもう１つの実施態様において、処理システムは、分配システム及び貯蔵システムの少なくとも一方に流体的に接続された混合システムを含む。混合又は配合システムは、分配システム内での流体接続、並びに入口点への流体接続を含むことができる。混合システムは、使用地点で使用できる供給水を生成するために、例えば処理水と未処理水の流体混合を提供できる。混合システムは、貯蔵システムの出口及び入口点を流体的に接続する、少なくとも１つのＴ字管及び混合タンク、又は両方を含むことができる。場合によっては、混合システムは、使用地点に流れる処理水流及び未処理水流のいずれかの流れを制御する弁を含むことができる。もう１つの実施態様において、弁は、所定の比率に従って処理水を未処理水と混合する比例弁であっても良い。もう１つの実施態様において、弁は、流量、水特性及び使用地点に関連した特殊な供給のいずれかに応じて、制御装置によって作動できる。例えば、低硬度水が、使用地点によって要求されるならば、制御装置は、混合水流の導電率を測定するセンサによって閉ループ制御において、未処理水の流量を制御する弁を作動させることによって、処理水と混合できる未処理水が、もしあればその量を制御できる。もう１つの実施態様において、弁は、使用地点の要求に応じて未処理水と混合される処理水の流量を制御できる。もう１つの実施態様において、処理装置は、処理水と未処理水とのいかなる混合によっても各使用地点の特殊な要求を満たす供給水を生成できるように、種々の使用地点によって要求されるいずれよりも低い設定点に到達するために操作できる。当業者は、本処理システムが、需要の変動並びに水質要求の変化に対応するために調整できることを認識するであろう。例えば、本発明は、長い休止期間中に、システムが全体として利用できる、低ＬＳＩ水を生成できる水処理システムを提供できる。実施態様によっては、低ＬＳＩ水は、スケール形成の可能性を減少でき、かつ個別に部品の、並びに全体として処理システムの耐用年数を増加させるはずである、処理システムの湿った部品を水洗するために使用できる。幾つかの実施態様によれば、本発明は、低い導電率を有する水のような処理液体を生成するシステム提供する。ここで使用されるように、低導電率液体は、約３００μＳ／ｃｍ未満、好ましくは約２２０μＳ／ｃｍ未満、かつ更に好ましくは約２００μＳ／ｃｍ未満の導電率を有する。
【００５０】
本処理システムは、電気脱イオン化装置のような処理装置の電極区画に処理水、又はある場合では軟水、又は他の場合では低導電率水又は低ＬＳＩ水を提供できる流体回路を含むことができる。流体回路は、処理水源から電気脱イオン化装置の電極区画への流体接続を含むことができる。流体回路は、電気脱イオン化装置の操作を妨げ得る塩素のようないかなる種も除去できる炭素フィルタのような前処理ユニットも含むことができる。流体回路は、例えば前処理ユニットの下流に、電気脱イオン化装置の減耗及び濃縮区画の少なくとも一方への流体接続も含むことができる。流体回路接続は、本発明の１つ以上の実施態様によれば、電極区画から出る流体が、例えば減耗区画内で処理する流体によって、又は該流体と混合できるように接続を提供する。流体回路は、流体の流れを電気脱イオン化装置並びに貯蔵システムへ、往復で導くことができるポンプ及び弁も含むことができる。場合によっては、流体回路は、電気脱イオン化装置の電極区画を通る平行な流路を作る流体接続を提供するように配列される。例えば、流体回路内の、一方の電極区画から他方への直列流路、単一、複数又は専用前処理ユニット、並びに逆浸透、イオン交換、及び電気脱イオン化装置、又はその組み合わせを含むが、それに限定されない複数又は多段処理ユニットの使用を含む、他の配列及び構成が、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００５１】
処理システムは、電気脱イオン化装置の減耗区画から少なくとも１つの電極区画への流体接続を提供する流体回路を含むことができる。かかる配列は、処理水、好ましくは低いＬＳＩ又は低い導電率、又は両方を有する水を電極区画へ提供できる。流体回路は、流体流路が、電極区画を通って直列又は並列であり得るように配列できる。流体回路は、電極区画から出る流体が、例えば配水システム若しくは貯蔵システム、又は両方を経由して使用地点に送り出されることを可能にするために、流体接続も含むことができる。配列によっては、流体回路は、未処理流体が、電極区画のいずれかから出る流体と混合できるように、流体接続を含むことができる。混合物は、使用地点に送り出せる。もう１つの実施態様において、流体回路は、例えば、減耗区画から出る処理流体が、貯蔵システムに移行でき、かつ入口点からの未処理流体と混合でき、かつ混合物が、使用地点、及び任意で電気脱イオン化装置の電極区画に並列又は直列流路で送り出せるように、貯蔵システムへの往復の流体接続を更に含むことができる。例えば、混合された電極区画の水洗流体を生成するために処理及び未処理水を混合することを含む、他の配列及び組み合わせは、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００５２】
本発明は、例示的でかつ本発明の範囲を限定することが意図されない次の実施例を介して更に説明される。
【実施例１】
【００５３】
図３に概略的に示す、本発明のシステム及び技術の１つ以上の実施態様による直列加圧水処理システムが、性能に関して評価された。水処理システム１０は、前処理システム（図示せず）及び加圧保存容器１２を有する電気脱イオン化モジュール１６を有した。入口点１４からの水は、加圧容器１２に導入され、かつ電気脱イオン化モジュール１６を通して循環した。水処理システムは、加圧容器１２の入口６２の上流で、かつ出口６４の下流で、センサ２０ｂ及び２０ｃによって測定された、測定水導電率に基づき、プログラマブルコントローラ（図示せず）によって制御された。
【００５４】
電気脱イオン化装置１６は、１３インチの流路を有する、１０セル対スタックからなっていた。各セルは、約４０％のＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（登録商標）ＳＦ１２０樹脂及び約６０％のＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（登録商標）ＩＲＡ４５８樹脂で満たされ、両方ともＲｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手可能である。電気脱イオン化装置は、酸化ルテニウムで被覆された膨張チタン電極を有した。前処理システムは、２５ミクロンの等級を有するエアレーションタイプ鉄フィルタ、２０インチ×４インチ沈殿物フィルタ、及び２０インチ×４インチ炭素ブロックフィルタからなっていた。加圧容器１２は、約１７ガロンの容量を有する直径約１０インチのガラス繊維容器であった。加圧容器は、弁頭及び中心マニホルドパイプが取り付けられた。
【００５５】
電気脱イオン化装置から離れる濃縮水流は、弁３２ｂ、３２ｃ、３２ｅ、３２ｆ、３２ｇ、３２ｈ、３２ｊ及び３２ｌを制御することによって部分的に循環し、かつ部分的にドレン２６に排出された。入口点１４からの補給水が、弁３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄを適切な順序で作動させることによって、ドレン２６に排出されたいかなる水も補うために、循環水流に供給された。処理水は、電気脱イオン化装置１６から出て、かつ液体導管及び弁３２ｉ及び３２ｋを有する戻り流体回路を通って容器１２に戻された。
【００５６】
加圧容器１２の出口６４から使用地点１８への処理水の流量は、弁３２ａを調整することによって制御された。操作条件及び水特性を測定する数個のセンサが、圧力指示器２０ｄ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ及び２０ｉ、流量指示器２０ａ、２０ｅ、２０ｊ及び２０ｋ、並びに導電率センサ２０ｂ、２０ｃ及び２０ｌを含み、水処理システム１０中にわたって設置された。
【００５７】
制御装置は、弁の順序決定を制御し、かつシステムの操作条件を監視及び記録するために使用される、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎから入手可能な、ＭＩＣＲＯＬＯＧＩＸ（商標）１０００プログラマブルコントローラであった。制御装置は、設定点に達したとき、電気脱イオン化装置を流体的に分離させた。制御装置は、流れスイッチ信号が操作を引き起こしたかどうか、又は加圧容器から離れる出口水流の水導電率がいつ設定点より高くなったかに応じて、電気脱イオン化装置を起動した。電気脱イオン化装置からの供給は、加圧容器から第２供給ポンプを経由して循環された。電気脱イオン化装置に印加された電界の極性は、制御装置によって１５分毎に逆にされた。
【００５８】
水処理システムは、設定点に達するまで操作された。電気脱イオン化装置への印加電圧は、約５０ボルトであった。電気脱イオン化装置を通る流量は、約２０００ｍｌ／ｍｉｎに維持された。表１及び２は、それぞれテスト開始及び終了時の水処理システムの種々の水流の測定された特性を要約する。明らかに、表１に示したデータは、約４６２μＳ／ｃｍの導電率を有する電気脱イオン化装置１６への初期供給水流が、実質的なｐＨ変化なしに、約３７４μＳ／ｃｍの導電率を有する初期希釈水流を生成するために処理されることを示した。運転終了時に、給水は、約１５８μＳ／ｃｍの導電率を有する希釈水流を生成するために、約２５５μＳ／ｃｍの導電率から処理された。明らかに、試運転終了時の供給水流の低い導電率は、数回の通過にわたって望ましくない種を効果的に除去した循環の効果を反映した。
【００５９】
【表１】
2007513748.tif 000003
【００６０】
【表２】
2007513748.tif 000004
【００６１】
図４は、試運転中に電気脱イオン化装置を通る印加電流と共に、水の導電率を示す。希釈という黒菱形の表示を付した電気脱イオン化装置からの処理水の導電率は、約４５分間未満で、約１７５μＳ／ｃｍ未満に減少された。図４は、使用地点のような、かつタンク出口及び希釈供給という黒丸印の表示を付した供給への生成水流の導電率が、約３００μＳ／ｃｍ未満に減少したことも示す。更に、図４は、予期されたように、印加電流が、硬度種の濃度低下によって減少したことを示す。それ故に、本発明の水処理システムは、１日当たり約８０ガロンを送り出しながら、導電率によって測定される硬度を約７０％減少させた。
【実施例２】
【００６２】
図５に概略的に示す、本発明の１つ以上の実施態様による直列加圧水処理システムが、性能に関して評価された。水処理システム１０は、電気脱イオン化モジュール１６及び加圧保存容器１２を有した。入口点１４からの水は、入口６２を通って加圧保存容器１２に導入され、かつポンプ３０ａ及び３０ｂを使用して循環され、かつ前処理ユニット２８ａ及び２８ｂ、並びに電気脱イオン化モジュール１６を通して処理された。水処理システムは、センサ２０ａ、２０ｂ及び２０ｃのいずれかによって測定された、測定水導電率に基づき、プログラマブルコントローラ（図示せず）によって制御された。
【００６３】
電気脱イオン化装置１６は、長さ約７．５インチ、及び幅約２．５インチの流路を有する、１０セル対スタックからなっていた。各セルは、約４０％のＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（登録商標）ＳＦ１２０樹脂及び約６０％のＡＭＢＥＲＬＩＴＥ（登録商標）ＩＲＡ４５８樹脂で満たされ、両方ともＲｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手可能である。電気脱イオン化装置は、酸化ルテニウムで被覆された膨張チタン電極を有した。
【００６４】
制御装置は、Ａｌｌｅｎ−Ｂｒａｄｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎから入手可能な、ＭＩＣＲＯＬＯＧＩＸ（商標）１０００プログラマブルコントローラであった。電気脱イオン化装置は、流れスイッチ信号によって、又は加圧容器から離れる出口水流の水導電率が設定点よりも高い時に、起動するように設定された。電気脱イオン化装置は、導電率が設定点に達するまで操作された。電気脱イオン化装置からの供給は、第２供給ポンプを経由して加圧容器から循環された。電気脱イオン化装置に印加された電界の極性は、約１５分毎に逆にされた。電気脱イオン化装置１６の部品を制御することに加えて、ＰＬＣは、センサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２０ｄからの測定データを収集し、保存し、かつ転送した。
【００６５】
加圧容器１２は、３０ガロンの容量を有する直径１０インチのガラス繊維容器であった。加圧容器１２は、弁頭及び中心マニホルドパイプが取り付けられた。電気脱イオン化装置から離れる濃縮水流は、弁３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ及び３２ｇを制御することによって部分的に循環し、かつ部分的にドレン２６に排出された。入口点１４からの補給水が、ドレン２６に排出されたいかなる水も補うために、循環水流に供給された。前処理システムは、２５ミクロンの等級を有するエアレーション鉄フィルタ、２０インチ×４インチ沈殿物フィルタ、及び２０インチ×４インチ炭素ブロックフィルタからなっていた。
【００６６】
流れの一方向において、圧力容器１２からの水は、電気脱イオン化装置１６の減耗区画（図示せず）へ導入される前に、ポンプ３０ａによって、加圧容器１２から弁３２ｃを通って前処理ユニット２８ａへくみ上げられた。電気脱イオン化装置１６からの処理水は、弁３２ｆによって圧力容器１２内の保存へ導かれた。除去したイオン種を収集する流体は、前処理ユニット２８ｂ、電気脱イオン化装置１６の濃縮及び電極区画（図示せず）、並びに弁３２ｅを通ってポンプ３０ｂによって循環した。印加電界の方向が逆にされた時、流れの方向は、ポンプ３０ａ、前処理ユニット２８ａ、並びに弁３２ｃ及び３２ｆが、電気脱イオン化装置１６の濃縮及び電極区画を通って流れながらイオン種を蓄積している濃縮水流を循環させるように、対応して調整された。同様に、被処理水は、電気脱イオン化装置１６の減耗区画内に導入され、かつ処理される前に、ポンプ３０ｂを使用して、圧力容器１２から弁３２ｄを通り、前処理ユニット２８ｂへ汲み上げられた。電気脱イオン化装置１６から、処理水は、弁３２ｅによって圧力容器１２に流れるように導かれた。
【００６７】
流れ指示器２０ｄによって測定されたように、加圧容器１２の出口６４から使用地点１８への処理水の流量は、弁３２ａ及び３２ｂを調整することによって制御された。濃縮水流を放出するために、弁３２ｇは、必要に応じて操作された。入口点１４からの水は、ドレン２６に放出された流体を置き換えるために使用された。水処理システムは、約２２０μＳ／ｃｍの標的設定点に達して約１分間安定であるまで操作された。電気脱イオン化装置への印加電圧は、約４６ボルトであった。減耗及び濃縮区画への流量は、１分当たり約４．４リットルに維持された。排出流量は、約３０秒毎に約２７０ｍｌの濃縮水流を放出するように制御された。容器内の圧力は、約１５ｐｓｉｇ〜約２０ｐｓｉｇであった。
【００６８】
図６は、運転時間に対する、水処理システム内の種々の水流の測定された導電率を示す。表３及び４は、それぞれテスト開始及び終了時の水処理システムの種々の水流の測定された特性を要約する。表３に示したデータは、約４１２μＳ／ｃｍの導電率を有する電気脱イオン化装置１６への、図６でタンクアウト導電率という表示を付した初期供給水流が、実質的なｐＨ変化なしに、約３１２μＳ／ｃｍの導電率を有する、図６でスタックアウト導電率という表示を付した初期希釈水流を生成するために処理されることを示した。同様に、試運転終了時に、約２２１μＳ／ｃｍの導電率を有する水は、実質的なｐＨ変化なしに約１６４μＳ／ｃｍの低導電率水を生成するために、処理された。
【００６９】
実施例１で同じように注目したように、試運転終了時の供給水流の低い導電率は、数回の通過にわたって望ましくない種を効果的に除去した循環の効果を反映した。それ故に、この実施例は、図５に概略的に示す本発明の処理システムが、家庭又は住宅用に適した水を処理できることを示している。
【００７０】
【表３】
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【００７１】
【表４】
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【００７２】
当業者は、ここに記載された全てのパラメータ及び構成が、例示的なものであることが意図され、かつ実際のパラメータ及び構成は、本発明のシステム及び方法が使用される具体的な用途によって決まることを容易に認めるであろう。当業者は、定常の実験法の域を出ないものを使用するだけで、ここに記載された本発明の具体的な実施態様の多くの等価物を認識する又は確認できるであろう。例えば、当業者は、本発明が、システムのネットワークを更に含み得ること、又は家庭若しくは住宅用管理システムのようなシステムの部品であり得ることを認識できる。従って、前述の実施態様は、専ら例として提示されること、並びに添付の請求項及びその均等範囲内で、本発明が具体的に記載された以外の方法で実施できることが理解されるべきである。本発明は、ここに記載された各個別の特徴、システム、又は方法を対象とする。その上、２つ以上のかかる特徴、システム、又は方法のいかなる組み合わせも、かかる特徴、システム、又は方法が互いに矛盾していないならば、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の１つ以上の実施態様による、加圧貯蔵システム及び処理装置を有する直列システムを示す水処理システムの工程流れ図である。
【図２】減耗及び濃縮区画を通る流体及びイオンの流れの方向を示す、本発明の１つ以上の実施態様による典型的な電気化学装置を通る概略断面図である。
【図３】実施例１で論じるような本発明の１つ以上の実施態様による水処理システムの概略流れ図である。
【図４】図３に例となるように示され、かつ実施例１で論じられる水処理システム内で処理された水の導電率を示すグラフである。
【図５】実施例２で論じるような本発明の１つ以上の実施態様による水処理システムの概略流れ図である。
【図６】図５に例となるように示され、かつ実施例２で論じられる水処理システム内で処理された水の導電率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０  水処理システム
１２  貯蔵システム
１４  入口点
１６  電気脱イオン化装置
１８  使用地点
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、２０ｉ、２０ｊ、２０ｋ、２０ｌ  センサ
２２  制御装置
２８  前処理システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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